JP2000348754A - 電極捲回型電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡便な集電処理方式を採用することで、製造
コストを低く抑えることができ、かつ、体積効率に優れ
た電極捲回型電池を提供する。 【解決手段】 電極シート１０、２０が捲回芯５０に捲
回されて形成される電極体を有する電極捲回型電池にお
いて、電極シート１０、２０の捲回中心側に位置する長
手方向の一端部に電極合材層未形成部１３、２３を設け
るようにし、この電極合材未形成部１３、２３を捲回芯
５０の集電端子部５１、５２に接合するという集電処理
方式を採用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シート状の正極お
よび負極をセパレータを介して捲回した電極体を有する
電極捲回型電池であって、特に、集電構造に特徴を持つ
電極捲回型電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】ノートパソコン、携帯電話等の小型化に
伴い、情報関連機器、通信関連機器の分野では、リチウ
ムイオン二次電池等の高性能電池が開発され、既に実用
化に至っている。リチウムイオン二次電池等の電池は、
シート状に形成した正極および負極をセパレータを介し
て捲回した電極体を備える電極捲回型の電池が一般的な
形態となっている。一方、環境問題、資源問題から自動
車の分野においても、電気自動車、ハイブリッド電気自
動車の開発が進み、これら電気車両の駆動用電源とし
て、リチウムイオン二次電池等の高性能電池を採用する
ことが検討されている。

【０００３】電気車両駆動用電源等に用いる電池は、大
容量であるため電池が大型化し、上記の電極捲回型電池
の形態を採用する場合、大きな面積のシート状の電極を
必要とする。ところが、高出力であるという特性をも満
足するためには、広い面積の電極から効率よく端子まで
集電するために、特別な配慮を必要としていた。従来の
電極からの集電方式としては、特開平９−９２３３５号
公報に示すように、帯状の電極シートの幅方向の一端部
を電極合材未形成部とし、この未形成部にタブ状のリー
ドを切欠きによってあるいは接合することによって複数
設け、この集電用のリードを集電部品に集めるように接
合することによるものが検討されていた（図１３、１４
参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の集
電方式には、以下の欠点があった。 （１）タブ状のリードを超音波接合によって付設するこ
とも、また電極合材未形成部を広く採りこの部分を切欠
くことによってリードを形成することも、それ自体手間
がかかる上、電極シートを捲回しながらその作業を行う
ことで電池を構成する電極体を作製する作業に多くの工
数を必要とする。 （２）捲回して電極体を作製した後、集電用リードを集
電部品に集めるように接合させるわけであるが、リード
は電極体の捲回端面にランダムな状態で付設されている
ことが多く、この接合作業を自動化することが困難であ
るため、リードを束ねて接合するというこの集電処理作
業にも多くの工数を必要とする。 （３）タブ状のリードを束ねるようにして集電処理する
ため、別途、比較的大きな部品を必要とする。 （４）リードを束ねるように集電することで、集電処理
のための大きなスペースを電池内部に必要とし、電池の
体積効率（エネルギー体積密度、出力体積密度）が悪い
ものとなる。 （５）電解液の電極体への保持を考慮した場合、集電処
理のためのスペースに対しても電解液を充てんしなけれ
ばならず、電解液の使用量が増加することにより、この
点でも電池のコストが上昇する。 （６）リチウムイオン二次電池等の場合、電極シートは
ロールプレス等によって電極合材の密度を高めることが
行われるが、幅方向の一端部に全長にわたって電極合材
未形成部を設けた電極シートは、ロールプレスにより電
極合材層形成部のみ圧縮されるため、不均一な歪みが生
じ、捲回時に蛇行することなどから捲回不良が発生する
可能性がある。 （７）過充電等により電池反応の暴走が生じた場合、電
池内部でガス発生し、電池の内部圧が異常に上昇する。
この場合の危険性を考え、一般には、ガス抜きのために
安全弁が設けられる。ところが、タブ状のリードを設け
てある電池の場合、安全弁が作動して電池内のガスが排
出される際、その圧力でこのリードが破損して安全弁を
閉塞してしまうことが考えられ、安全性という面でも一
抹の不安がある。等の欠点である。

【０００５】本発明は、従来の集電方式を採用する電池
が抱える上記欠点を解決するためになされたものであ
り、簡便な集電処理方式を採用することで、製造コスト
を低く抑えることができ、かつ、体積効率に優れた電極
捲回型電池を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の電極捲回型電池
は、正極活物質を含む正極合材からなる正極合材層を正
極集電体の表面に形成した正極シートと、負極活物質を
含む負極合材からなる負極合材層を負極集電体の表面に
形成した負極シートと、前記正極シートと前記負極シー
トとの間に挟装され、該正極シートと該負極シートとを
離隔するセパレータと、前記正極シート、前記負極シー
ト、および前記セパレータが正極シート、セパレータ、
負極シート、セパレータの順に繰り返し積層されて電極
体を形成するように、該正極シート、該負極シート、お
よび該セパレータを捲回するための捲回芯とを備えてな
る電極捲回型電池であって、前記正極シートは、捲回中
心側に位置する一端部に正極合材層が形成されていない
正極合材層未形成部を有し、前記負極シートは、捲回中
心側に位置する一端部に負極合材層が形成されていない
負極合材層未形成部を有し、前記捲回芯は、前記正極シ
ートから集電する端子となる正極集電端子部と、該正極
集電端子部と電気的に絶縁され、前記負極シートから集
電する端子となる負極集電端子部とを含んでなり、前記
正極合材層未形成部の少なくとも一部が前記正極集電端
子部に接合され、かつ、前記負極合材層未形成部の少な
くとも一部が前記負極集電端子部に接合されていること
を特徴とする。

【０００７】つまり本発明の電極捲回型電池は、電極シ
ートの幅方向の一端部に電極合材層未形成部を設けてこ
の未形成部にタブ状の集電用リードを設けるという集電
処理方式に代え、電極シートの長手方向の一端部であっ
て捲回中心側に位置する一端部に電極合材層未形成部を
設け、この未形成部を集電端子を兼ねる捲回芯に接合す
るという集電処理方式を採用する。

【０００８】したがって、本発明の電極捲回型電池は、
たくさんのタブ状の集電リードを電極に付設することを
必要とせず、また集電リードを束ねるようにして端子に
接合するという集電処理を必要としないことから、集電
処理のための作業工数を大幅に削減でき、製造コストの
小さな電極捲回型電池となる。また、タブ状の集電リー
ドおよび集電端子となる部品を必要とせず、部品点数を
減少させることができることで、より簡便な集電方式を
採用する電極捲回型電池となる。集電用リードという比
較的脆弱な部品を排除できることは、安全弁を併用する
電池においても、安全弁作動時にこの安全弁を閉塞する
危険性を減少させることができるため、本発明の電極捲
回型電池は、安全性に優れた電極捲回型電池となる。

【０００９】さらに、比較的大きな集電端子を必要とせ
ず、また、集電用リードを束ねるための空間を必要とし
ないため、電池内部に発電（蓄電）に寄与しないいわゆ
るデッドスペースをを小さくでき、本発明の電極捲回型
電池は、体積効率のよい、つまり、エネルギー体積密度
および出力体積密度の高い電極捲回型電池となる。さら
にまた、デッドスペースが小さくできることは、使用す
る電解液を少なくできることになり、この点でも本発明
の電極捲回型電池は、安価であり、また安全性に優れた
電極捲回型電池となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の電極捲回型電池の
代表的な実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説
明する。以下の説明はリチウムイオン二次電池について
のものであるが、本発明の電極捲回型電池はこのリチウ
ムイオン二次電池に限られず、集電体表面に電極合材層
を形成した電極を捲回してなる電池であればよく、例え
ばニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等種々の
電池にも適用できる。また、本発明の電極捲回型電池の
特徴とする集電方式は、活性炭を活物質として含む電極
合材を集電体の表面に層状に形成させた電極を有する電
気二重層キャパシタに対しても適用が可能であるため、
本明細書において、「電池」とは、「キャパシタ」をも
含むことを意味する。

【００１１】図１に、本発明の電極捲回型電池の一実施
形態である円筒型リチウムイオン二次電池の全体図を示
す。本電池は、正極シート１０と負極シート２０とを、
セパレータ３０を介し、捲回芯５０を中心に捲回した電
極体４０を有し、この電極体４０を円筒型の電池ケース
６０に挿設するようにして構成されている。なお、電極
体または電池ケースは、円筒型に限定されるものでな
く、断面が楕円形あるいは多角形を有する筒型の電池で
あってもよい。

【００１２】本電池では、電極体４０の巻回端面４１
（正極シートおよび負極シートが捲回されて層状構造を
なしている部分の端面）より捲回芯５０が突出するよう
になっており、この捲回芯５０の突出端が、電池ケース
６０の蓋体６２を外部へ挿通することにより、外部端子
を兼用する態様のものとなっている。必ずしも捲回芯の
端部が外部端子を兼ねる必要はなく、変形態様について
は、別途後述する。以下、それぞれの構成要素ごとに、
その製造方法も含めて説明する。

【００１３】本実施形態の電極捲回型電池で用いる正極
シート１０および負極シート２０は、図２に示すよう
に、金属箔製の正極集電体１１および負極集電体２１の
表面に、活物質を含む正極合材および負極合材をそれぞ
れ層状に形成した正極合材層１２および負極合材層２２
を有する帯状のものである。正極シート１０、負極シー
ト２０の作製方法は特に限定されるものではないが、リ
チウムイオン二次電池の場合、一般的に、正極シート１
０は、正極集電体１１の両面に正極合材を層状に塗布
し、乾燥した後、所定の大きさ形状に裁断し、さらにこ
の正極合材層１２の密度を高めるべくプレスにて圧縮し
て作製される。同様に、負極シート２０は、負極集電体
２１の両面に負極合材を層状に塗布し、乾燥した後、所
定の大きさ形状に裁断し、さらにこの負極合材層２２の
密度を高めるべくプレスにて圧縮して作製される。

【００１４】正極集電体は、リチウムイオン二次電池の
場合、アルミニウム箔を用いることができ、負極集電体
には、銅箔を用いることができる。電池の体積効率、重
量効率を考慮すれば、集電体の厚さは１０〜２０μｍ程
度のものを用いるのが望ましい。なお、本実施形態の電
池では、帯状の電極シートの長さ方向の一端部から集電
する。したがって、電池の内部抵抗を考慮し、これをで
きるだけ小さくするという観点からは集電体は厚いほう
が有利であり、電極の長さが長い比較的大型のリチウム
イオン二次電池では、正極集電体、負極集電体とも４０
〜６０μｍ程度の厚さのものを用いるのが望ましい。

【００１５】正極合材は、例えば、正極活物質にＬｉＣ
ｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄等のリチウム遷移金
属複合酸化物粉末を用い、この正極活物質に、導電材と
してカーボンブラック等の炭素材料粉末と結着剤として
ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等とを混合し、分散
媒としてＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を適量
添加してペースト状のものとすることによって調製する
ことができる。負極合材は、例えば、負極活物質に黒
鉛、コークス等の炭素物質の粉末を用い、この負極活物
質に、結着剤としてＰＶＤＦ等とを混合し、正極と同様
に、分散媒としてＮＭＰを適量添加してペースト状のも
のとすることによって調製することができる。正極合材
層、負極合材層の形成手段、つまり塗工方法は、特に限
定するものではないが、連続して一定の層厚の塗工が可
能な、リバースロール方式等の塗工機（コーター）を用
いるのが望ましい。電極合材層は、効率を考え、集電体
の両面に形成されるが、塗工機を用いる場合、塗布、乾
燥を繰り返せばよい。

【００１６】図２に示すように、本発明の電極捲回型電
池では、正極シート１０および負極シート２０は、それ
ぞれ、長手方向の一端部に正極合材層１２および負極合
材層２２が形成されていない正極合材層未形成部１３お
よび負極合材層未形成部２３を有していることを特徴と
する。正極合材層未形成部１３、負極合材層未形成部２
３とも捲回して電極体４０を形成する場合における捲回
中心側、つまり捲回開始位置となる側の一端部に設け
る。後に詳しく説明するが、この正極合材層未形成部１
３および負極合材層未形成部２３が、捲回芯５０の集電
端子の役割を果たすそれぞれの集電端子部に接合される
こととなる。

【００１７】本実施形態の電極捲回型電池では、正極シ
ート１０と負極シート２０との両者を、捲回芯５０に接
合させる態様のものとなっている。したがって、電極体
の捲回中心部において正極シート１０と負極シート２０
とが直接接する、または、正極シート１０と捲回芯５０
の負極集電端子部あるいは負極シート２０と捲回芯５０
の正極集電端子部とが接し、両者が短絡することを防止
する必要がある。そこで、図２に示すように、正極合材
層未形成部１３および負極合材層未形成部２３を、長さ
方向の端に向かってその幅が小さくなるように、言い換
えれば斜辺状となるように形成し、セパレータ３０を介
して捲回する場合であっても両者が短絡しないように配
慮している。

【００１８】図２に示すものは、正極合材層未形成部１
３と負極合材未形成部１３とを、長手方向の端がそれぞ
れ正極シート１０および負極シート２０の幅の半分以下
となるような斜辺を有し、それぞれ対称となるような形
状に形成させている。この正極合材層未形成部、負極合
材層未形成部の形状は、図２に示すものに限定されるわ
けでなく、正極シートと負極シートとの短絡を防止でき
るものであればいかなる形状であってもよく、例えば、
図３に示すような、種々の形状のものとすることができ
る。

【００１９】図２に示すような形状を有する正極シート
１０または負極シート２０を量産する場合、例えば、図
４に示すように、一定幅の集電体１１、２１の両面に、
それより小さい一定幅であって所定の長さの電極合材塗
工部１２、２２を、その間に所定長さの未塗工部１３、
２３を形成するように繰り返し塗工し、塗工後、電極合
材塗工部１２、２２の長さ方向の中心を直線的に、幅方
向の両側の未塗工部１３、２３を直線的に、さらに、電
極合材塗工部１２、２２に挟まれた未塗工部１３、２３
を所定の形状に裁断することにより、連続的に同一形状
のものが効率よく作製できる。

【００２０】所定長さの電極合材塗工部を所定長さの未
塗工部を挟んで連続的に形成させることは、つまり間欠
的な電極合材塗工部を形成させることは、図５に示す方
法によって容易に行える。図５は、アプリケーションロ
ール７１、コンマロール７３、バックアップロール７２
の３つのロールを有するリバースロール方式の塗工機７
０による塗工方法を示している。ペースト状の電極合材
は、アプリケーションロール７１の上方であってコンマ
ロール７３の背部に設けられたペースト溜７４に溜めら
れている。この電極合材ペーストは、アプリケーション
ロール７１の回転によりコンマロール７３で計量され、
所定の厚さでアプリケーションロール７１の表面に供給
される。集電体１１、２１は、バックアップロール７２
に支持され、アプリケーションロール７１とわずかな間
隔を隔てる位置を通過して移送され、アプリケーション
ロール７１と接近する位置において、集電体１１、１２
の表面にアプリケーションロール７１の表面上のペース
トが転写されるようにして塗布される。

【００２１】このリバースロール方式の塗工機７０にお
いて、バックアップロール７２を所定のタイミングで移
動させ、間欠的にアプリケーションロール７１とバック
アップロール７２との間隔を変動させるようにすれば、
両者の間隔が所定間隔以上に大きくなった場合にペース
トは集電体１１、２１に転写されず、間欠的な塗工が行
えることとなる。バックアップロール７２の間欠的動作
のタイミングを調整することにより、均一な厚みでかつ
所定の同じ長さの電極合材層未形成部１２、２２の塗工
が、簡便に行えることになる。なお、集電体１１、２１
の両面に塗工する場合、塗工部をそれぞれの面において
同位置になるように、それぞれ電極合材層１２、２２の
塗工を行なうことが望ましい。

【００２２】図２に示すように電極合材層１２、２２が
それぞれ形成され所定の形状に裁断された電極シート１
０、２０は、電極合材層１２、２２の密度を高めるため
圧縮される場合もある。この圧縮は、ロールプレスに電
極シート１０、２０を通過させることによって行うこと
が一般的である。従来の電極シートは、その幅方向の一
端部に全長にわたって電極合材層未形成部を有していた
ため、ロールプレスを行う場合、幅方向に均一に加圧で
きず、電極シートに歪みを生じ、電極シートが反ったり
蛇行したりしていた。この反り、蛇行等は、電極シート
を捲回する場合の捲回不良を発生させる要因ともなって
いた。図２に示すような、本発明の電極シートは、幅方
向に連続した電極合材層未形成部を有していないため、
ロールプレスを施しても均一に加圧された電極シートと
なるため、反り、蛇行等は生じず、この点において、信
頼性のある電極体を構成することのできる電極シートと
なる。

【００２３】次に、正極シート１０、負極シート２０が
捲回される捲回芯について説明する。図６に、本実施形
態において用いる捲回芯５０を示す。図６に示す捲回芯
５０は、正極シート１０から集電するための端子となる
正極集電端子部５１と、負極シート２０から集電するた
めの端子となる負極集電端子部５２と、この正極集電端
子部５１と負極集電端子部５２との間に介在し両集電端
子部を電気的に絶縁する絶縁部５３とからなる。なお、
本実施形態の場合、捲回芯５０は、円柱棒状の形状とし
ているが、電極体の形状に合致する形状に応じて、種々
の形状、例えば四角柱等の多角形の横断面をもつもの、
楕円形の断面を持つものなどであっても構わない。

【００２４】正極集電端子部５１および負極集電端子部
５２は、それぞれ正極合材層未形成部１３および負極合
材層未形成部２３が接合されるため、それぞれ正極集電
体１１、負極集電体２１と接合性がよく、かつ電気化学
的に安定な材料であることが望ましい。リチウムイオン
二次電池の場合、正極集電体１１にはアルミニウムが一
般的に用いられ、接合の相手となる正極集電端子部５１
はアルミニウム系の材料等から形成するのが望ましく、
また、負極集電体２１には銅が一般的に用いられるた
め、負極集電端子部５２は銅系の材料、Ｎｉメッキを施
した鉄系等から形成するのが望ましい。

【００２５】絶縁部５３の材質については、特に限定す
るものでなく、電気的な絶縁を確保でき、電解液に対し
て腐食、溶解等しない化学的に安定なものであればよ
い。電池の軽量化を考えれば、例えば、ポリプロピレン
あるいはテフロン（登録商標）系等の樹脂から形成する
のが望ましい。なお正極集電端子部５１、負極集電端子
部５２と、絶縁部５３との接合は、特に限定するもので
なく、例えば、接着剤による接着、お互いの接合部に所
定の加工を施した上での嵌合、螺合等にて行えばよい。

【００２６】本実施形態の場合、捲回芯５０の両端、つ
まり正極集電端子部５１および負極集電端子部５２の絶
縁部５３に背向する端部が電極シートを捲回した電極体
４０の捲回端面４１より突出するように、捲回芯５０の
長さを決定している。この突出した端部は、電極体４０
を収納する電池ケース６０よりもさらに突出するものと
なり、この電池ケース６０からも突出する部分が、正極
および負極の外部端子の役割を果たしている。このよう
に、捲回芯５０の端部が外部端子を兼ねるような態様の
場合、別途部品として外部端子を必要としないことか
ら、よりに簡便な集電方式となる。なお、本実施形態の
場合、捲回芯５０の両端部に雄ネジ５５が形成されてお
り、雌ネジ形状の結合部を有する外部配線が螺合され
る。この外部端子となる部分の形状についても、雄ネジ
に限定されるわけではなく、電池が接続される対象物に
応じて、種々の形状とすることができる。

【００２７】また、本実施形態の場合、捲回芯は、中空
部５４を有するように形成されている。必ずしも中空に
形成する必要はなく、単なる棒状のものであってもよ
い。本実施形態のように中空にすることによって、電池
の重量を小さいものとすることができる。また、中空パ
イプ状に、つまり両端が閉塞されていない中空部５４を
有するように形成していることで、充放電に伴い電池内
部で発熱した熱を容易に外部に放出することができ、発
熱量の大きい比較的大型の電池に対しては有利な態様と
なる。

【００２８】上記正極シートおよび負極シートは、セパ
レータを介し、積層されるように上記捲回芯に捲回され
る。正極シートおよび負極シートが捲回される様子であ
って、捲回開始の様子を、図７に示す。図７（ａ）は、
捲回開始の状態を斜視的に、図７（ｂ）は、正極シー
ト、負極シート、２枚のセパレータの大きさと位置関係
を示している。

【００２９】図に示すように、正極シート１０の正極合
材層未形成部１３の端部を捲回芯５０の正極集電端子部
５１に、負極シート２０の負極合材層未形成部２３の端
部を捲回芯５０の負極集電端子部５２にそれぞれ接合す
る。正極シート１０および負極シート２０の間には、そ
れぞれをそれぞれ１枚ずつ合計２枚のセパレータ３０を
配置し、正極シート１０と負極シート２０とが直接接し
ないようにしている。なお、正極合材層未形成部１３お
よび負極合材層未形成部２３は、上述したような斜辺を
有する形状としているため、それぞれ対極側の捲回芯５
０の集電端子部５１、５２にも直接接しない状態となっ
ている。ちなみにセパレータ３０は、リチウムイオン二
次電池の場合、１０〜５０μｍの厚さの、微多孔質ポリ
プロピレンフィルムを用いればよい。

【００３０】リチウムイオン二次電池の場合には、負極
表面へのデンドライトの析出という問題を内在している
ため、正極合材層に対向する部分には必ず負極合材層が
存在することが望ましい。そこで図７（ｂ）に示すよう
に、本実施形態の電極捲回型電池では、負極シート２０
を正極シート１０より大きくして（負極合材層２２の面
積を正極合材層１２の面積より大きくして）、正極合材
層１２には必ず負極合材層が対向するような位置関係と
している。また、セパレータ３０は、正極シート１０と
負極シート２０との絶縁を担保するため、負極シート２
０よりもさらに大きいものとしている。

【００３１】正極合材層未形成部１３と正極集電端子部
５１との接合は（図の１４）、負極合材層未形成部２３
と負極集電端子部５２との接合（図の２４）は、その方
法を特に限定するものではない。例えば、導電性接着剤
による接着、ろう付け、抵抗溶接、レーザー溶接、超音
波接合等の種々の手段によって行うことができる。これ
らのうち超音波接合は、スパッタの発生がなく、電極合
材層への熱影響が少なく、また充分な接合強度が得ら
れ、接合部における通電抵抗が小さいという利点があ
り、リチウムイオン二次電池等の電池の場合は、この超
音波接合によって行うことが望ましい。

【００３２】なお、接合部１４、２４の面積は、接合部
における通電抵抗を考慮すれば、大きいほうが望まし
い。幅の広い電極シートを有する電池であって、捲回芯
の長さを長く採り、捲回芯の軸方向の接合部長さを長く
採ることができれば、電極シートの長い比較的大容量の
電池であっても効率よく集電させることが可能となる。
図７のように、電極合材層未形成部１３、２３が接合さ
れ、セパレータ３０を挟装した正極シート１０および負
極シート２０は、捲回芯５０を中心として、同一方向に
捲回され、正極シート１０、セパレータ３０、負極シー
ト２０、セパレータ３０の順に繰り返し積層されて電極
体４０を形成する。形成された電極体を図８に示す。

【００３３】図８に示すように、本実施形態の電極捲回
型電池の電極体は、円筒状の電極要素が捲回された部分
の両捲回端面４１から単に捲回芯５０の一部が突出する
という非常に簡素な態様のものとなっている。複数のタ
ブ状の集電リードを有し、比較的大きなフランジを有す
る別部品としての集電部品を有する従来の電極捲回型電
池の電極体（図１４参照）と、比較してその違いは明ら
かである。従来の集電方式においては、電極シートにタ
ブ状の集電リードを付設しなければならず、また、電極
シートを捲回後においても、この集電用リードを束ねて
集電部品に接合しなければならなかった。これに対し
て、本実施形態の電極捲回型電池では、このような従来
の集電方式で必要となる煩雑な集電処理作業を必要とし
ないことから、製造コストを充分に低減できる電池とな
る。

【００３４】形成した電極体４０は、図１に示すよう
に、電池ケース６０に収納される。本実施形態における
電池ケース６０は、中空円筒状のケース本体６１と、ケ
ース本体の両端を閉塞する２つの蓋体６１とからなる。
蓋体６１の中央部には、端子用孔６３が設けられてお
り、この端子用孔６３に、外部端子となる捲回芯５０の
端部が挿入される。電池ケース６０のケース本体６１と
蓋体６２の間、蓋体６２の端子用孔６３の部分と捲回芯
５０との間には、それぞれ、電池の密閉を確保し電極間
の絶縁を確保するためのシール材（ガスケット）６４を
介在させており、カシメ等の手段によって密閉され、本
実施形態の電極捲回型電池は完成する。

【００３５】なお、電池を完全に密閉する前に、電解液
が電池缶に注入し、電極体に含浸させる。リチウムイオ
ン二次電池の場合、エチレンカーボネート、ジエチルカ
ーボネート等の有機溶媒に、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＰＦ₆等の
リチウム塩を電解質として溶解させた非水電解液が用い
られる。また、図示していないが、リチウムイオン二次
電池の場合、過充電等の場合のガス発生による内部圧の
異常上昇を考慮し、電池ケースの一部（一般には平面を
有することで蓋体）にガス抜きのための安全弁を設ける
のが一般的な態様となる。

【００３６】上記のようにして完成させられる本実施形
態の電解捲回型電池は、図１に示すように、集電部品に
タブ状の集電用リードを束ねるように集電処理する従来
の電極捲回型電池において必要としていた電池内部の大
きなデッドスペースが排除されている。このことから、
本実施形態の電極捲回型電池は体積効率の良好な電池と
なる。また内部のデッドスペースが小さいことから注入
するのに必要な電解液の量を少なくでき、この点でもコ
ストの安い電池となる。また、安全弁を有する電池の場
合でも、従来から問題とされていたタブ状の集電用リー
ドがこの安全弁を閉塞する危険性を回避でき、安全面で
も優れた電極捲回型電池となる。

【００３７】以下には、上記実施形態を変形した別の実
施形態について説明する。図９に、捲回芯が外部端子を
兼ねない態様の実施形態の一部断面を示す。図９に示す
ものは、捲回芯５０の端部を電極体４０の捲回端面４１
より突出させずに、捲回芯５０の端部と電池ケース６０
の蓋体６２とを、比較的断面積のあるリード６５で接続
する態様のものとなってる。蓋体６２は電池外部に突出
する部分を有し、この突出部が外部端子の役割を果た
す。捲回芯を短いものとすることができ、電池のより軽
量化が可能となる。正極側、負極側のいずれにもこの集
電方式を採用することができる。

【００３８】図１０に、捲回芯の負極集電端子部を電池
ケースの突出させずに、電池ケースに直接接合させるこ
とによって、電池ケース自体が負極の外部端子を兼ねる
実施形態の断面図を示す。この実施形態では、捲回芯５
０の負極集電端子部５２を有底中空円筒状に形成してい
る。例えばケース本体６１を深絞り等の加工によって有
底缶とし、缶底の内壁に負極集電端子部５２の底部外壁
を接合させる態様のものとなっている。この場合、ケー
ス本体６１は、電池反応によっても電気的に安定した材
料から形成する必要がある。リチウムイオン二次電池の
負極となる場合には、電池ケース本体は、例えばＮｉメ
ッキを施した鉄系の材料から形成すればよい。

【００３９】捲回芯５０の負極集電端子部５２とケース
本体６１の接合は、例えば、抵抗溶接にて行うことがで
きる。電極体４０形成後、この電極体４０を有底のケー
ス本体６１に挿設し、捲回芯５０の中空部５４に棒状の
溶接電極を挿入し、ケース本体６１の底面外部に接する
もう一方の溶接電極との間で、負極集電端子部５２の底
部とケース本体６１を挟み付けるようにして通電加圧す
ればよい。なお、この実施形態に代えて、正極側の外部
端子をケース本体が兼ねさせ、逆に負極側を上記実施形
態と同様の集電方式を採用する態様のものとすることも
できる。

【００４０】図１１には、上記実施形態における捲回芯
から絶縁部となる部材を排除した実施形態について、そ
の断面の一部を示す。図のように、絶縁部となる部材を
排除し、正極集電端子部５１と負極集電端子部５０との
間に空間を設けることによっても、両者の絶縁は確保で
きる。例えば、捲回芯５０の中空部５４を活用し、電極
シートの捲回前においては、その中空部５４に棒状の芯
材を挿通させて正極集電端子部５１と負極集電端子部５
２とを所定の間隔を隔てて保持し、電極シートを捲回し
て電極体形成後、この芯材を除去すればよい。絶縁部と
なる材料を排除することで、電池の重量をより軽いもの
とすることができる。

【００４１】上記のいずれの実施形態も、正極および負
極の両極とも、電極シートの捲回中心側となる端部に電
極合材層未形成部を設け、この電極合材層未形成部を捲
回芯の集電端子部に接合させる集電方式を採用してい
る。この態様のものに代え、正極側、負極側のいずれか
一方の極側にのみこの集電方式を採用し、他極側につい
ては従来から公知の集電方式を採用するものであっても
よい。この場合であっても、上記集電方式を採用した片
方の極側の集電処理作業のための工数は削減でき、ま
た、片方の極側の電池内部のデッドスペースを小さくで
きるため、それなりの効果を発揮する。

【００４２】なお、特に電極長が長い場合、その長さ方
向の端部だけからの集電では、集電効率が悪くなり、出
力が得にくい、分極して劣化の原因になる等が考えられ
る。そのため、本発明の電極捲回型電池においては、電
極長さをＬ、電極幅をＷとした場合、その比（Ｗ／Ｌ）
を、０．０５以上とするのが望ましく、さらにより大き
な出力を確保するには、０．５以上とするのがより望ま
しい。

【００４３】

【実施例】上記実施形態に基づいて、リチウムイオン二
次電池についての本発明の電極捲回型電池を、実施例と
して作製した。さらに、従来からの集電方式を採用する
電極捲回型二次電池を、比較例として作製し、両者の電
極捲回型電池の電極体の形成に対する作業時間および電
池内部に存在するデッドスペースについて比較した。

【００４４】〈実施例の電極捲回型電池〉用いた正極シ
ートは、厚さ６０μのアルミニウム箔製の正極集電体両
面に、電極合材層を形成させたものである。また、負極
シートは、厚さ４８μｍの銅箔製集電体の表面に負極合
材層を形成させたものである。正極シートおよび負極シ
ートの形状については、図１２に示す。図１２（ａ）に
示すように、正極シート１０は、幅１５０ｍｍで、電極
合材層の長さは３０００ｍｍとした。また電極合材層未
形成部の長さは１１５ｍｍで、端部を斜辺を有するよう
に切断し、捲回芯への接合部長さが６５ｍｍとなるよう
にした。図１２（ｂ）に示すように、負極シート２０
は、幅１５４ｍｍで、電極合材層の長さは３１２０ｍｍ
とした。また電極合材層未形成部の長さは８７ｍｍで、
正極シート同様、端部を斜辺を有するように切断し、捲
回芯への接合部長さが６７ｍｍとなるようにした。

【００４５】捲回芯（図６参照）は、正極集電端子部を
アルミニウム合金で、負極集電端子部をニッケルメッキ
を施したステンレスで形成した。捲回芯の外径は８ｍｍ
φとし、正極集電端子部、負極集電端子部の長さは両者
とも９５ｍｍであり、その間に８ｍｍの長さのポリプロ
ピレン製の絶縁部を介在させることで、捲回芯全体の長
さを１９８ｍｍとした。なお、セパレータは、厚さ２５
μｍの多孔性ポリプロピレンシートで、その幅が１５８
ｍｍ、長さが３５５０ｍｍのものを２枚使用した。

【００４６】上述した実施形態で示した方法により、正
極シートの正極合材層未形成部を捲回芯の正極集電端子
部に、負極シートの負極合材層未形成部を捲回芯の負極
集電端子部に超音波接合にて接合し、その後、正極シー
トおよび負極シートをセパレータを介して、捲回芯に捲
回することで、電極体（図８参照）を形成した。電極体
の外径は約３７．５ｍｍφであった。この電極体を、非
水電解液とともに、適合する電池ケースに収納して電極
捲回型電池を完成させた。

【００４７】〈比較例の電極捲回型電池〉従来の集電方
式を採用した電極捲回型である。使用した電極シートを
図１３に示す。上記実施例の電極捲回型電池の正極シー
トおよび負極シートと同じ面積の正極合材層１２および
負極合材層２２を有するものであるが、正極シート１
０、負極シート２０ともに幅方向の一端部に５ｍｍ幅の
正極合材層未形成部１３および負極号材層未形成部２３
を有するものとした。

【００４８】図示した正極シート１０および負極シート
２０は、正極合材層未形成部１３および負極合材層未形
成部２３にタブ状の集電用リード１５、２５を超音波接
合により付設している。正極集電用リード１５は、厚さ
５０μｍのアルミニウム箔製で、幅１０ｍｍ、長さ３０
ｍｍのものとした。負極集電用リード２５は、厚さ４０
μｍの銅箔製で、幅１０ｍｍ、長さ３０ｍｍのものとし
た。集電用リード１５、２５は、正極シート１０、負極
シート２０とも５０ｍｍピッチで付設した。正極集電用
リード１５は６０枚、負極集電用リード２５は６２枚用
いた。なお、正極集電用リード１５、負極集電用リード
２５の正極シート１０、負極シート２０への接合は、両
者とも、正極シートと負極シートとを捲回芯に捲回する
工程の中で行った。

【００４９】捲回芯は、ポリプロピレン製の円筒形状も
ので、形成する電極体の捲回端面よりその先端が突出し
ない長さのものを用いた。この捲回芯を中心に、上記正
極シートと負極シートとを、セパレータを介して捲回し
た。正極シートと負極シートとは、両者の電極合材層と
が重なり合うようにし、正極合材層未形成部と負極合材
層未形成部とが幅方向において背向するようにして積層
させるものとした。したがって、セパレータは、実施例
の電極捲回型電池で用いたものより、８ｍｍ幅広いもの
を用いた。

【００５０】図１４に、電極シートを捲回して形成した
直後の電極体と集電端子部品を用いて集電処理を施した
電極体とを示す。図１４（ａ）に示すように、捲回直後
の電極体４０は、その両捲回端面４１に、それぞれ正極
シートに付設した正極集電用リード１５および負極シー
トに付設した負極集電用リード１５が突出した格好のも
のとなっており、それぞれの電極集電用リード１５、２
５の先端部を、所定の集電端子部品に束ねるようして集
電処理される。

【００５１】図１４（ｂ）に示すように、この正極集電
用リード１５と負極集電用リード２５が束ねられる集電
端子部品８０は、段付きの円筒状、言い換えれば、電池
ケース内に存在させる比較的大きな外径の円筒状の部分
（フランジ部）８１と、電池ケースを挿通し外部端子の
役割を果たす比較的小さな外径の円筒状の部分からな
る。本比較例の電極捲回型電池においては、集電端子部
品８０は正極側、負極側の捲回端面４１の近傍に設け、
それぞれのフランジ部８１の円筒側面に、正極集電用リ
ード１５および負極集電用リード２５をそれぞれ束ねる
ようにして超音波接合するものとした。なお、正極側の
集電端子部品８０はアルミニウム合金から、また負極側
の集電端子部品８０はＮｉメッキを施したステンレスか
ら形成し、フランジ部８１の厚みは１０ｍｍとした。集
電処理を終了した電極体４０は、実施例の場合と同様
に、非水電解液とともに、適合する電池ケースに収納し
て電極捲回型電池を完成させた。

【００５２】〈実施例と比較例の電極捲回型電池の比較
評価〉実施例の電極捲回型電池および比較例の電極捲回
型電池それぞれの、電極体形成、集電処理に対する作業
時間を下記表１に示す。

【００５３】

【表１】 電極体形成、集電処理に対する作業時間については、上
記表１で明らかなように、実施例および比較例で採り挙
げたタイプの電極捲回型電池では、１セル当たり３６分
から１０分に２６分（７３％）も短縮され、本発明の電
極捲回型電池の採用する集電処理方式が、安価な電極捲
回型電池を製造するために有効な集電処理方式であるこ
とが確認できる。

【００５４】次に、電池内部に存在する発電（蓄電）に
寄与しないデッドスペースについて比較する。比較例の
電極捲回型電池は、電極体の両捲回端面近傍に、集電端
子部品のフランジ部の厚みに対応するそれぞれ高さ１０
ｍｍのスペースが（図１４（ｂ）のＡ）、また、電極体
の両捲回端面部に、電極合材層未形成部のみが捲回され
ている部分に対応するそれぞれ高さ３ｍｍおよび５ｍｍ
のスペースが（図１４（ｂ）のＢおよびＢ'、Ｂ＝５ｍ
ｍ、Ｂ'＝３ｍｍ）、デッドスペースとして存在してい
る。これに対して、実施例の電極捲回型電池は、これら
に該当するデッドスペースは存在せず、合計して高さ２
８ｍｍのデッドスペースを排除できたことになる。した
がって本発明の電極捲回型電池が、体積効率において優
れた電池であることが確認できる。

【００５５】また、デッドスペースが小さくできること
は、その部分に存在した電解液をも減少させる結果とな
り、この点でも本発明の電極捲回型電池は、より低コス
トな電池となることが容易に判る。さらにまた、実施例
の電極捲回型電池の電極体は、集電用リードを必要とす
る比較例の電極捲回型電池と異なり、非常にシンプルで
かつ安定した構造となっているのが判る。このことか
ら、本発明の電極捲回型電池は、ガスが発生に伴う電池
の内部圧上昇を防止するための安全弁が作動したような
場合であっても、集電用リード等の不安定な部材によっ
てこの安全弁が閉塞されるという危険性を充分に回避で
きるものであることが容易に確認できる。

【００５６】

【発明の効果】本発明の電極捲回型電池は、捲回される
ことにより電極体を構成する電極シートを、捲回中心側
に位置する長手方向の一端部に電極合材層未形成部を設
けるようにし、この電極合材未形成部を捲回芯の集電端
子部に接合するという集電処理方式を採用する。このこ
とで、本発明の電極捲回型電池は、製造コストが安価で
あって、体積効率に優れた電極捲回型電池となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の電極捲回型電池の一実施形態である
円筒型リチウムイオン二次電池の全体図を示す。

【図２】 実施形態の電極捲回型電池で用いる正極シー
トおよび負極シートの一態様を示す。

【図３】 実施形態の電極捲回型電池で用いることので
きる正極シートおよび負極シートの他の態様を示す。

【図４】 図２に示す正極シートおよび負極シートの作
製において、裁断前のシートとその裁断法について示
す。

【図５】 実施形態の電極捲回型電池の電極シートの作
製において、電極合材層を塗工して形成するためのリバ
ースロール方式の塗工機について示す。

【図６】 実施形態の電極捲回型電池に用いる捲回芯を
示す。

【図７】 実施形態の電極捲回型電池の製造において、
正極シートおよび負極シートが、セパレータを介し、捲
回芯に捲回される様子を示す。

【図８】 実施形態の電極捲回型電池において、電極シ
ートを捲回して形成した電極体を示す。

【図９】 捲回芯を電極体の捲回端面より突出させず、
捲回芯端部と電池ケース蓋体とをリードで接続させた態
様の集電方式を採用する本発明の他の実施形態を示す。

【図１０】 捲回芯の負極集電端子部を電池ケースより
突出させず電池ケースに直接接合させる集電方式を採用
する本発明の他の実施形態を示す。

【図１１】 捲回芯から絶縁部となる部材を排除した本
発明の他の実施形態を示す。

【図１２】 実施例の電極捲回型電池に用いた正極シー
トおよび負極シートの形状を示す。

【図１３】 従来の集電方式を採用した比較例の電極捲
回型電池に用いた電極シートを示す。

【図１４】 従来の集電方式を採用した比較例の電極捲
回型電池において、電極シートを捲回して形成した直後
の電極体と集電端子部品を用いて集電処理を施した電極
体とを示す。

【符号の説明】

１０：正極シート １１：正極集電体 １２：正極合材層（正極合材塗工部） １３：正極合材層未形成部（正極合材未形成部） １４：接合部 １５：正極集電用リード ２０負極シート ２１：負極集電体 ２２：負極合材層（負極合材塗工部） ２３：負極合材層未形成部（負極合材未塗工部） ２４：接合部 ２５：負極集電用リード ３０：セパレータ ４０：電極体 ４１：捲回端面 ５０：捲回芯 ５１：正極集電端子部 ５２：負極集電端子部 ５３：絶縁部 ５４中空部 ５５：雄ネジ部 ６０：電池ケース ６１：ケース本体 ６２：蓋体 ６３：端子用孔 ６４：シール材 ６５：リード ７０：リバースロール塗工機 ７１：アプリケーションロール ７２：バックアップロール ７３：コンマロール ７４：ペースト溜 ８０：集電端子部品 ８１：フランジ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 10/40 Ｈ０１Ｍ 10/40 Ｚ Ｆターム(参考） 5H014 AA04 BB04 BB08 5H024 BB04 BB09 CC02 CC12 5H028 AA05 BB08 CC13 5H029 AK03 AL06 CJ07 CJ22 DJ04 DJ06 DJ07

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正極活物質を含む正極合材からなる正極
   合材層を正極集電体の表面に形成した正極シートと、 負極活物質を含む負極合材からなる負極合材層を負極集
   電体の表面に形成した負極シートと、 前記正極シートと前記負極シートとの間に挟装され、該
   正極シートと該負極シートとを離隔するセパレータと、 前記正極シート、前記負極シート、および前記セパレー
   タが正極シート、セパレータ、負極シート、セパレータ
   の順に繰り返し積層されて電極体を形成するように、該
   正極シート、該負極シート、および該セパレータを捲回
   するための捲回芯とを備えてなる電極捲回型電池であっ
   て、 前記正極シートは、捲回中心側に位置する一端部に正極
   合材層が形成されていない正極合材層未形成部を有し、 前記負極シートは、捲回中心側に位置する一端部に負極
   合材層が形成されていない負極合材層未形成部を有し、 前記捲回芯は、前記正極シートから集電する端子となる
   正極集電端子部と、該正極集電端子部と電気的に絶縁さ
   れ、前記負極シートから集電する端子となる負極集電端
   子部とを含んでなり、 前記正極合材層未形成部の少なくとも一部が前記正極集
   電端子部に接合され、かつ、前記負極合材層未形成部の
   少なくとも一部が前記負極集電端子部に接合されている
   ことを特徴とする電極捲回型電池。
2. 【請求項２】 前記捲回芯の前記正極端子部の前記絶縁
   部に背向する一端部と、前記巻芯の前記負極端子部の前
   記絶縁部に背向する一端部との少なくとも一方は、外部
   端子となる請求項１に記載の電極捲回型電池。
3. 【請求項３】 前記捲回芯は、中空に形成されている請
   求項１または請求項２のいずれかに記載の電極捲回型電
   池。