JP2001015169A

JP2001015169A - 非水電解液二次電池

Info

Publication number: JP2001015169A
Application number: JP11183053A
Authority: JP
Inventors: Katsuharu Ikeda; 克治池田; Yoshihiro Hozumi; 由浩穂積; Tomonori Aoki; 智則青木; Makoto Inoue; 誠井上
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1999-06-29
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2001-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】製造時間が短く、容量密度の高い非水電解液
二次電池を提供する。【解決手段】帯状の集電体31aに長手方向の一辺に沿
った帯状部31axを残して電極層31b、31cが形成された第
１の電極体31と、同様な第２の電極体32と、第１と第２
の電極体31、32を電気的に絶縁する帯状のセパレータ33
a、33bと、電極体31、32とセパレータ33a、33bとを卷回し
て卷回素子50を形成する柱状の巻き芯40と、帯状部31ax
に接触または接合、または接触及び接合して集電する第
１の集電板72と、同じく帯状部31ax用の第２の集電板62
とを備え、帯状部31ax、32axは、卷回素子50のそれぞれ
反対側の端面に位置し、巻き芯40の両端部は、それぞれ
第１と第２の集電板72、62に接触または接合、または接
触及び接合して、それら集電板72、62の軸方向の相対的
位置を定め、且つ集電板72、62は電気的に絶縁されてい
る非水電解液二次電池。タブ状の集電リードを必要とせ
ず加工が容易で製造時間を短縮できる。また単位体積当
たりの容量密度が高い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非水電解液二次電
池に関し、特に卷回された電極を有する非水電解液二次
電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子技術の進歩により電子機器の
小型化、高性能化、ポータブル化が進み、電子機器の電
源として、より小型、軽量で高性能な電池が用いられて
きている。特に充電可能な二次電池の使用が伸びてい
る。従来用いられてきた二次電池としては、例えばニッ
ケルカドミウム電池、ニッケル水素電池等がある。さら
に最近では、よりエネルギー密度の高い電池として、非
水電解液二次電池であるリチウム二次電池やリチウムイ
オン二次電池が使用されている。

【０００３】従来、容量が大きくエネルギー密度が高い
非水電解液二次電池の一つの構成として、例えば図１１
に示すような円筒型構造のものが用いられている。これ
は、図示のように、一対の帯状の電極体、具体的には金
属集電体の両面に、正極活物質を含む層が形成された正
極電極体２と、金属集電体の両面に負極活物質を含む層
が形成された負極電極体３とを、帯状のセパレータ４、
４’を介して巻回してなる巻回素子を、有底円筒型の金
属ケース５に収容し、電解液を含浸させた後、正極電極
体２および負極電極体３より引き出された集電リード
６、６’を、電気絶縁性の封口蓋体８に設けられた電極
端子９、９’にそれぞれ接続するとともに、該封口蓋体
を、金属ケース５に嵌合したものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の二
次電池によれば、集電リードの加工が煩雑で製造時間が
長くならざるを得なかった。またケース内に集電リード
を収容する余分な空間が必要であり、その分だけ卷回素
子が小さくなることにより、ケース単位体積当たりの容
量密度が低くならざるを得なかった。そこで本発明は、
製造時間が短く、また単位体積当たりの容量密度の高い
非水電解液二次電池を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明による非水電解液二次電池は、
図１及び図８に示すように、帯状の集電体３１ａの少な
くとも片面に、前記帯状の長手方向の一辺に沿った帯状
部３１ａｘを残して電極層３１ｂ、３１ｃが形成されて
なる第１の電極体３１と；帯状の集電体３２ａの少なく
とも片面に、前記帯状の長手方向の一辺に沿った帯状部
３２ａｘを残して電極層３２ｂ、３２ｃが形成されてな
る第２の電極体３２と；第１の電極体３１と第２の電極
体３２とを、それらの間に介在することにより電気的に
絶縁する帯状のセパレータ３３ａ、３３ｂと；第１の電
極体３１と第２の電極体３２とセパレータ３３ａ、３３
ｂとを重ねて卷回して筒状卷回素子５０を形成する、両
端部を有する柱状の巻き芯４０と；第１の電極体３１の
帯状部３１ａｘに接触または接合、または接触及び接合
して集電する第１の集電板７２と；第２の電極体３２の
帯状部３２ａｘに接触または接合、または接触及び接合
して集電する第２の集電板６２（図５では７３）とを備
え；第１の電極体３１の帯状部３１ａｘと第２の電極体
３２の帯状部３２ａｘとは、筒状卷回素子５０のそれぞ
れ反対側の端面に位置するように卷回され；巻き芯４０
の両端部は、それぞれ第１の集電板７２と第２の集電板
６２（図５では７３）とに直接的または間接的に接触ま
たは接合、または接触及び接合して、第１の集電板７２
と第２の集電板６２（図５では７３）の軸方向の相対的
位置を定めるように形成されており、且つ第１の集電板
７２と第２の集電板６２（図５では７３）とは電気的に
絶縁していることを特徴とする。筒状卷回素子５０は、
典型的には円筒状をしている。

【０００６】ここで、第２の集電板は、ケースの底板６
２（図１）であってもよいし、独立した集電板７３（図
５）であってもよい。集電板と帯状部との接触では、必
ずしも帯状部を押しつぶす必要はなく、弾性的な接触で
あってもよいし、集電板に針状の突起が備えられている
ときはその突起と交錯する接触でもよい。直接的または
間接的とは、間にスペーサをかませた間接的な接触でも
よいことを意味する。絶縁するには、巻き芯をその軸方
向に電気的絶縁部を有するように構成してもよいし、か
ませたスペーサが絶縁性を有するようにしてもよい。

【０００７】このように構成すると、筒状卷回素子の第
１と第２の電極体の帯状部は卷回素子の反対側の端面に
位置するように卷回され、第１と第２の集電板はそれぞ
れ第１と第２の電極体の帯状部に接触または接合、また
は接触及び接合して集電するように構成されているの
で、特にタブ状の集電リードを必要とせず、前記帯状部
自体が集電リードとして機能し、加工が容易で製造時間
を短縮できる。またタブ状の集電リードを収納する空間
を必要としないので、単位体積当たりの容量密度の高い
非水電解液二次電池を提供することができる。また、巻
き芯を利用することにより、第１と第２の集電板の軸方
向の相対的位置を定めることができ、２つの集電板の間
隔を所望の値に設定することができるだけでなく、電池
の使用中の振動や電池内部でのガスの発生等により２つ
の集電板が近づき過ぎたりまた離れたりすることなく、
帯状部と集電板との接触を良好に維持することができ
る。

【０００８】また請求項２に記載のように、請求項１に
記載の非水電解液二次電池では、第１の集電板７２と第
２の集電板６２とは、それぞれ卷回された第１の電極体
の帯状部３１ａｘと第２の電極体の帯状部３２ａｘとに
圧接されていてもよいし、さらに請求項３に記載のよう
に、卷回された第１の電極体の帯状部３１ａｘと第２の
電極体の帯状部３２ａｘとは、柱状巻き芯４０の軸方向
に向けて押しつぶされるように構成してもよいし、また
圧接及び押しつぶされた上、接合されていてもよい。

【０００９】ここで圧接とは、例えば所定の圧力で押し
つけられて接触していることである。また、帯状部３１
ａｘ、３２ａｘのつぶし方は、あらかじめ軸方向にむけ
てつぶしておいてもよいし、集電板を押しつけることに
よって結果として帯状部がつぶれるようにしてもよい
し、集電板を押しつける前に帯状部にあらかじめ切り込
みなどを入れてつぶれやすくしておいてもよい。切り込
みを入れるのは、特に集電体にある程度の厚さがあり集
電板による圧接だけでは十分につぶれないとき等に有効
である。また接合とは、例えばレーザー溶接等により金
属が溶融されることにより一体化していることである。

【００１０】このように構成すると、第１と第２の集電
板をそれぞれ第１と第２の電極体の帯状部に圧接する際
に、巻き芯により圧接の圧力変動が抑えられ、ひいては
圧接部の電気抵抗の変動を低く抑えることができる。さ
らに接合することにより、長期的な振動等に対しても電
気抵抗の変動を抑制できる。

【００１１】また、請求項４に記載のように、請求項１
乃至請求項３のいずれか１項に記載の非水電解液二次電
池では、卷回素子５０を収納する、円筒形状のケース６
０を備え；ケース６０は、前記円筒形状の一方の端面部
に底蓋６２を、他方の端面部に封口蓋体６３を有し、卷
回素子５０は底蓋６２と封口蓋体６３との間に収納さ
れ、卷回素子５０が、巻き芯４０を介してケース６０内
で固定されるように構成されていてもよい。

【００１２】ここで底蓋６２は、例えば深絞りで形成さ
れた場合のように、円筒形状をしたケースと一体であっ
てもよい。巻き芯４０は、底蓋６２に直接固定されるこ
とによって卷回素子５０を固定してもよいし（図２、図
４）、巻き芯４０をまず集電板７３に固定し、その集電
板７３をケース６０に固定することによって卷回素子５
０を固定してもよい（図５）。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。なお、各図において互い
に同一あるいは相当する部材には同一符号あるいは類似
符号を付し、重複した説明は省略する。また以下の説明
で、上部、下部、或いは上端、下端等のように上下を付
けて呼ぶのは、図中に示された上下関係に便宜上基づい
ているものであり、実際の組立作業、使用に際して、左
右に置いたり或いは上下逆さにしてはいけないことを意
味するものではない。

【００１４】図１は、本発明による第１の実施の形態で
ある非水電解液二次電池の断面図である。なお、図８は
第１の実施の形態の詳細を示す斜視図である。適宜図１
と図８とを参照しながら、第１の実施の形態を説明す
る。

【００１５】卷回素子５０は、第１の電極体である正極
電極体３１と第２の電極体である負極電極体３２とが、
帯状のセパレータ３３ａ、３３ｂを挟んで、重ねられて
卷回され形成されている（図８）。正極電極体３１は、
帯状の集電体３１ａの一方の面に電極層３１ｂが、他方
の面に電極層３１ｃが、帯状の長手方向の一辺である図
中上方の辺に沿った帯状部３１ａｘを残して形成され構
成されている。負極電極体３２も全く同様に、帯状の集
電体３２ａに電極層３１ｂと電極層３１ｃとが、帯状の
長手方向の一辺である図中下方の辺に沿った帯状部３２
ａｘを残して形成され構成されている。ここで正極電極
体３１については、電極層３１ｂ、３１ｃは、帯状の集
電体３１ａの表裏対応する領域にほぼ同一幅で帯状に形
成されている。負極電極体３２についても同様である。

【００１６】正極の電極層３１ｂ、３１ｃの幅は、負極
の電極層３２ｂ、３２ｃの幅とほぼ同一である。またセ
パレータ３３ａ、３３ｂは、電極層３１ｂ、３１ｃ、３
２ｂ、３２ｃの幅よりも幾分大きめ、例えば電極体３１
ａ、３２ａとほぼ同じ幅に作られている。正極と負極の
電極体３１、３２とセパレータ３３ａ、３３ｂとを重ね
て卷回するときは、正極と負極の電極層同士が幅方向で
ほぼ重なり、さらにセパレータ３３ａ、３３ｂの長手方
向の中心線と、電極層３１ｂ、３１ｃ、３２ｂ、３２ｃ
の長手方向の中心線とがほぼ重なるように、また帯状部
３１ａｘと負極電極体３２の帯状部３２ａｘとは、幅方
向で前記中心線に関して反対側に位置するように巻かれ
る。このように卷回すると、セパレータ３３ａ、３３ｂ
が正極電極層と負極電極層とを完全にカバーし、卷回素
子として組み立てられたときに、正負の電極層同士が電
気的に絶縁されるように構成されることになる。

【００１７】このように、セパレータ３３ａ、正極電極
体３１、セパレータ３３ｂ、負極電極体３２の順番で重
ねた積層シートが卷回されて卷回素子が構成される。卷
回素子５０の中心には、巻き芯４０が巻き込まれてい
る。実際には、巻き芯４０の周りの最内周にセパレータ
３３ａがくるように上記積層を巻き付けて卷回素子を形
成する。なお、巻き芯４０、セパレータ３３ａ、負極電
極体３２、セパレータ３３ｂ、正極電極体３１の順番で
もよい。

【００１８】また図８では、最内周にセパレータ、正極
電極体が巻かれ、最外周にも正極電極体、セパレータが
巻かれるように描かれているが、最外周は負極電極体、
セパレータとしてもよい。

【００１９】卷回素子５０の基本的な構成は別の言い方
をすると、帯状の正極集電体３１ａ及び負極集電体３２
ａの２極集電体をそれぞれの電極層同士が重なるように
してお互いに上下方向にずらしたものに、セパレータ３
３ａ、３３ｂを挟み込み円筒状に巻き取って構成したも
のである。ここで、正極は上部に負極は下部につぶし代
としての帯状部３１ａｘ、３２ａｘを突出させ、円筒状
に巻き取る。

【００２０】卷回素子５０は、全体として円筒形に形成
される、巻き芯４０と卷回素子５０との組立体は、有底
の円筒形ケース６０に収納される。

【００２１】また、正極電極体３１の帯状部３１ａｘに
接触または接合、または接触及び接合して集電する第１
の集電板である円板状の正極集電板７２が、その片面を
巻き芯４０の上端４０ａに接触または接合、または接触
及び接合させて、巻き芯４０にほぼ直交するように取り
付けられている。

【００２２】負極電極体３２の帯状部３２ａｘは、有底
の円筒形ケース６０の底部６２の内側に接触または接
合、または接触及び接合して組み立てられる。この底部
６０が、第１の実施の形態では第２の集電板である負極
集電板を構成している。巻き芯４０の上端４０ａの反対
側の端である下端４７ａは、底部６０の内側に接触して
いる。

【００２３】このように、上下に突出したつぶし代とし
ての帯状部３１ａｘ、帯状部３２ａｘを、集電板７２及
びケース６０に押しつけ一定量を潰し、接触または接
合、または接触及び接合させる。したがって、正極の端
子は封口蓋体６３上部に取り出され、負極端子はケース
６０でとる形式となる。これにより、非水電解液二次電
池の直列接続が可能となる。

【００２４】巻き芯４０は、上端４０ａを有し、下部に
は巻き芯下部絶縁部材４７を有して、全体として円筒形
に形成された柱状部材である。巻き芯４０の、巻き芯下
部絶縁部材４７を除く本体部分は金属製である。図中、
柱状の下端部が下端４７ａであり、上端部が上端４０ａ
である。

【００２５】以上説明したように、正極電極体３１の帯
状部３１ａｘと負極電極体３２の帯状部３２ａｘとは、
円筒状卷回素子５０のそれぞれ反対側の端面（図中上端
と下端）に位置するように卷回されている。

【００２６】また、巻き芯４０の両端部４０ａ、４７ａ
は、それぞれ正極集電板７２と、負極集電板として機能
する底部６２とに接触して組み立てられる。したがって
巻き芯４０は、正極集電板７２と負極集電板６２の軸方
向の相対的位置を定めるように機能する。巻き芯４０
は、巻き芯下部絶縁部材４７を備えるので、正極集電板
７２と負極集電板６２とが、巻き芯４０を介して電気的
に導通することがない。

【００２７】図中上方、即ち巻き芯４０の上端部の、正
極電極板７２を挟んで反対側には円柱状の正極端子部材
７４が、その中心軸線を巻き芯４０の中心軸線とほぼ一
致させて設けられている。正極集電板７２には巻き芯４
０を差し込む穴が開けられており、その穴には途中に段
が付いており、その段に巻き芯４０の上端４０ａが当接
する。正極端子部材７４の下部には、雄ねじが切られて
おり、一方巻き芯４０の上部には、その雄ねじと相補関
係にある雌ねじが切られている。その雄ねじを正極集電
板７２の前記穴に差し込み、雌雄のねじを螺合すること
により、巻き芯４０、正極電極板７２を一体に組み立て
ることができる。

【００２８】さらに図中、正極端子部材７４の上端部に
は、円板状の封口蓋体６３があり、これを挟んで、図中
上方には正極外部端子７１が設けられている。やはり、
正極端子部材７４と正極外部端子７１とには、相補的関
係にある雄ねじと雌ねじが切ってあり、両者を螺合する
ことにより、両者の間に封口蓋体６３を挟んで固定す
る。

【００２９】以上のように構成された、巻き芯４０、卷
回素子５０、正極集電板７２、正極端子部材７４、封口
蓋体６３、正極外部端子７１を含む組立体は、金属ケー
ス６０の中に収納される。ここで、正極集電板７２の外
径は、ケース６０の内径より幾分か小さく形成されてお
り、両者の隙間には、その隙間のほぼ半分の厚さを有す
る、断面がＬ字状の絶縁材で作られたリング状のパッキ
ン８３が挟まれて、両者を電気的に絶縁している。

【００３０】また円板状の封口蓋体６３の外径は、ケー
ス６０の内径より幾分か小さく形成されており、両者の
隙間には、その隙間のほぼ半分の厚さを有する、断面が
Ｌ字状の絶縁材で作られたリング状のパッキン８２が挟
まれて、両者を電気的に絶縁している。また、パッキン
８２の上方、ケース６０の外方には、シール部材として
の断面が矩形の角リング８１がセットされている。円筒
状ケース６０の底部６２と反対側の開口部、ケース上端
６１は、封口蓋体６３に向けて内側に巻き込まれて、シ
ール部材としての角リング８１にかぶせられ、ケース６
０の端部と角リング８１との間にシールが形成される。
また、かぶさったケース６０の端部６１が角リング８１
を介して封口蓋体６３を押し下げることになり、正極端
子部材７４、正極集電板７２を介して、卷回素子５０を
底部６２との間に挟み込み、卷回素子５０をケース中に
固定する。

【００３１】ケース６０は、集電板７２の僅かに上方
で、ケース６０の外周をビード状に内側方向に絞り、パ
ッキン８３を介して集電板７２を、底部６２の方向に押
し込むように組み立てる。このビード７６により集電板
７２が底部６２の方向に押し込まれ、それに伴い、卷回
素子５０が集電板７２と底部６２との間に挟み込まれ
て、帯状部３１ａｘと３２ａｘとが圧縮される。このよ
うにして、卷回素子５０の端面に集電板或いは集電板と
しての底板が圧接される。このとき巻き芯４０は、集電
板７２と底板６２との、軸線方向のストッパーとして機
能し、卷回素子５０の圧接量を一定に保持する。したが
って、帯状部３１ａｘ、３２ａｘのつぶし量を所望の値
にできる他、集電板７２あるいは底板６２と卷回素子５
０との接触圧力が一定に維持できるので、使用時の電気
抵抗の変動を防止できる。さらに３１ａｘ−７２間、３
２ａｘ−６２間を接合することにより、長期的な振動に
対しても電気抵抗の変動を抑制できる。

【００３２】なお、帯状部３１ａｘと３２ａｘとは、集
電板７２あるいは底板６２に接触させる前に卷回素子５
０の軸線方向に圧縮して、卷回素子５０の両端部に集電
用のつぶし部を設け、このつぶし部を集電板に圧接する
ことで電気を取り出すようにしてもよいし、集電板７２
あるいは底板６２と組み立てることにより、結果的に押
しつぶされ、つぶし部が形成されるようにしてもよい。
また、さらにつぶし部と集電板７２あるいは底板６２と
を接合してもよい。

【００３３】このように構成すると、従来のリード方式
に比べて、いわばリードレス（タブレス）であるので、
リード部の占めるスペースを削除することができ、内部
の電極充填率を向上することができる。また、集電の際
には面積を広くとれる集電板全体から集電することがで
きるため、電気的内部抵抗を抑えることができる。した
がって高出力に対応しやすい。

【００３４】またビード７６は集電板７２を押し下げる
ことになり、卷回素子５０を底部６２との間に挟み込
み、卷回素子５０をケース中に固定する効果も有する。
なお、通常はこのビード７６の絞り込みは、ケースの封
口蓋体６３への巻き込みの前に行う。

【００３５】以上のようにして構成された組立体に電解
液を注入する。円筒形の電極では、封口蓋体に注液口を
設けておき、該注液口から注液するのが普通である。こ
の注液性を確保する（十分な注液と注液時間の短縮）た
めに、集電板７２には、孔を開けたり切り欠きを設け
て、電極を押しつぶさない箇所を設ける。切り欠きを例
えば４箇所に施せば、集電板７２は十文字形状を呈する
ことになる。

【００３６】また巻き芯４０には、中心穴４４と、中心
穴４４に連通する、卷回素子５０の本体部から突出した
巻き芯部分の上部と下部とに設けられた横穴４４ａ、４
４ｂが備えられている。注液口からケース内部に注がれ
た電解液は、集電板７２の穴あるいは切り欠きを通って
注液され、卷回素子５０を満たして、下部の横穴４４
ｂ、中心穴４４、上部の横穴４４ａを通して上に抜ける
ことにより、あるいは逆に上部横穴４４ａ、中心穴４
４、下部横穴４４ｂから注液され、卷回素子５０を満た
して、集電板７２の穴あるいは切り欠きから抜けること
により、卷回素子５０への含浸が確保される。ここで
は、卷回素子５０は、ケースに収納した後に電解液を含
浸させているが、あらかじめ卷回素子５０に電解液を含
浸させておいてからケース収容してもよい。

【００３７】図２を参照して、本発明の第２の実施の形
態である非水電解液二次電池を説明する。この実施の形
態は、第１の実施の形態とは、電極体と集電板との接触
方法が異なる。

【００３８】第１の実施の形態との主な相違点は、ケー
ス６０にビード７６が形成されることなく、また集電板
７２と封口蓋体６３との間、巻き芯４０の軸線上には薄
い正極端子部材９１が介在している点、ケース６０の底
部６２の中央に、巻き芯受け部材４８が、例えば溶接、
接着剤による接着等の手段により固定され、巻き芯受け
部材４８には雌ねじが形成されており、巻き芯４０の下
端は前記雌ねじと相補関係にある雄ねじが形成されてい
る点である。

【００３９】このように構成すると、タブレスである上
に、ビードを形成するのに必要な縦方向のスペースも省
略できるので、非水電解液二次電池の単位体積当たりの
容量密度を高めることができる。ケース６０の密閉性
は、ケース上端の巻き込み部と角パッキン８１との接触
で確保する。

【００４０】また封口蓋体６３、巻き芯４０、卷回素子
５０が組立体として十分な剛性をもって一体化されてお
り、巻き芯４０が巻き芯受け部材４８に固定される。し
たがって固定手段としてのビードがなくても、前記組立
体はケースにしっかりと固定できる。ビードが省略され
るので、製造が容易となり、生産設備も簡略化できる。

【００４１】またケース底部に固定されたブロックであ
る巻き芯受け部材４８に巻き芯をねじ込むので、集電板
７２と卷回素子５０、卷回素子５０と底部６２との接触
圧を確保し、かつ安定化することができる。耐振性も高
くなる。さらに７２−３１ａｘ間、６２−３２ａｘ間を
接合することにより、長期的な電気抵抗の変動を抑制で
きる。

【００４２】図３を参照して、本発明の第３の実施の形
態を説明する。第２の実施の形態との主な相違点は、ケ
ース６０の底部６２を負極の集電板として用いることな
く、代わりに底部６２に沿って設けられた集電板７３を
備える点、集電板７２、７３の卷回素子５０と接触する
側に突起である複数の針が設けられている点である。集
電板７２の突起７２ｘは、花器の剣山の針と同様なもの
であり、長さは帯状部３１ａｘの幅よりも短く、例えば
その幅の半分の長さである。また、集電板７３には複数
の穴が形成されている。

【００４３】この針を卷回素子５０の帯状部３１ａｘに
押しつけて接触させると、複数の針の長さ方向の接触も
期待できるので、接触面積を十分に確保することができ
る。またつぶし部に食い込ませることにより、接触圧力
が多少劣化しても接触面積の減少を抑えることができ
る。針の長さは、集電板７２を卷回素子５０と組み立て
たときには、つぶし部に食い込むが、食い込みすぎて反
対の極である負極と接触することがないような長さとす
る。負極側の集電板７３に針を設ける場合も全く同様で
ある。なお、巻き芯４０の中央部には絶縁部が設けられ
ている。この点は第２の実施の形態でも同様である。但
し、第２の実施の形態で、巻き芯受け部材４８を絶縁材
料で作り、底部６２に接着したような場合は、巻き芯４
０の中央部の絶縁部は不要である。

【００４４】剣山は卷回素子５０に圧力をかけて押しつ
けてもよいし、殆ど圧力をかけずただ押し込むだけでも
よい。

【００４５】ここで図９を参照して、巻き芯の構造の一
例を説明する。巻き芯４０は、巻き芯下部４１、巻き芯
上部４２及び、下部４１と上部４２との間の巻き芯中部
４３とから構成された、全体として円筒形の柱状部材で
ある。図中、柱状の下端部（巻き芯下部４１の端）が下
端４１ｂであり、上端部（巻き芯上部４２の端）が上端
４２ａである。

【００４６】巻き芯下部４１と巻き芯上部４２は、アル
ミニウム等の金属製であり、巻き芯中部４３は、プラス
チック等の絶縁材料でできている。これらはネジ、溶着
等によりしっかりと一体化されている。図９には中部４
３に雄ねじが切られ、下部４１と上部４２とに雌ねじが
切られている場合を示してある。また中部４３は絶縁材
料でできているので、下部４１に接触する負極集電板と
上部４２に接触または接合、または接触及び接合する正
極集電板とを電気的に導通させることがない。また上
部、中部、下部が一体化された巻き芯４０には、先に説
明したような中心穴４４、横穴４４ａ、４４ｂが開けら
れているので、電解液の注液も十分に短時間で行うこと
ができる。

【００４７】集電板７３は、封口時のケース６０の巻き
込みによる押しつけ圧で、底部６２に押しつけられ、負
極側の電気の導通を確保する。さらに接合することによ
り、負極の安定した電気の導通を確保できる。

【００４８】図４を参照して、本発明の第４の実施の形
態を説明する。第２の実施の形態との主な相違点は、ケ
ース６０の底部６２に巻き芯受け部材を溶接することな
く、代わりに底部６２のほぼ中心に穴を開け、その穴に
頭付の雄ネジ４９を挿入し、一方巻き芯４０の下部に
は、前記雄ネジ４９と相補関係にある雌ねじを切ってお
き、前記雄ねじを巻き芯４０の雌ねじに螺合することに
より、巻き芯４０をケース６０に固定する。この実施の
形態では、雄ねじ４９を電源取り出し用の端子としても
よい。このようにねじで固定することにより、巻き芯４
０ひいては卷回素子５０は、ケース６０中にしっかりと
固定できる。なお雄ねじ４９とケース６０との間は、図
示のようにＯリング（オーリング）を挟む、パッキンを
挟む、シール剤を塗布する等の方法により、シール性を
十分に確保する。

【００４９】図５を参照して、本発明の第５の実施の形
態を説明する。第２の実施の形態との主な相違点は、先
ず集電板７２を省いて、封口蓋体６３を集電板を兼ねる
ように構成した点である。封口蓋体６３の下面、容器６
０の内部側に向いた面を導電性材料で形成し、上面、容
器６０の外側に向いた面を絶縁材料で形成する。正極外
部端子７１と巻き芯４０とで、集電板としての封口蓋体
６３を挟んで固定する。

【００５０】また別の相違点は、ケース６０の底部６２
を負極の集電板として用いることなく、代わりに底部６
２に沿って設けられた集電板７３を備える点である。集
電板７３は、十分な剛性を備えた円板であり、その外径
はケース底部近傍の側面の内径とほぼ同一に形成されて
いる。その外径部は、単なる円筒状の外径とする他、円
板の中心線に平行な方向にローレットを切って、かつ外
径をケース底部近傍の側面の内径より僅かに小さく形成
してもよい。このような構成で、集電板７３をケース６
０に挿入すると、ローレット部分がケース内側面に食い
込んで、集電板７３のケース６０内の固定が十分なもの
となる。集電板７３は、単なる円板とする他、十文字形
状に構成すると、電解液の注液性、ケース６０への固定
性の観点から好ましい結果が得られる。

【００５１】ケース６０は、その底部近傍の側面の内径
を集電板７３の外径より若干小さく形成し、底部から離
れた部分の内径を集電板７３の外径よりも若干大きく形
成すると、集電板７３のケース６０への組み込みが楽
で、且つ両者の固定が強固になる。ケース６０の内径を
一定とし、集電板７３を組み込んだ後に、ケース６０の
外周部をかしめて集電板７３を固定してもよい。

【００５２】巻き芯４０の上端は集電板としての封口蓋
体６３に、下端は集電板７３に突き当てられて、上下の
集電板の間の間隔を一定に維持するストッパーとして機
能するように構成されている。巻き芯４０は、集電板７
３の中央に、例えば溶接、接着剤による接着等の手段に
より固定された巻き芯受け部材４８に固定される。巻き
芯受け部材４８がプラスチック等の絶縁材料であるとき
は、受け部材４８が帯状部３２ａｘに接触しないだけの
十分な軸線方向長さを有するものとすることによって、
巻き芯４０は全体を導電性材料で作ることができる。受
け部材４８が金属等の導電性材料であるときは、受け部
材４８と集電板７３との固定は溶接で行うこともでき
る。このときは、巻き芯４０の少なくとも一部を絶縁性
材料で作る。

【００５３】このような構成において、上部集電板７２
の設置されるべきスペースを省いたことにより電極充填
率が向上する。なお、封口蓋体６３には、電解液を注入
する注液口が開設されている。注液口は、電解液を注入
した後にプラスチック、接着剤等で封口される。また、
注液口に安全弁を取り付けてもよい。このようにする
と、ケース６０内でガスが発生したとしても、それを安
全弁から放出することができる。また巻き芯４０に中心
穴、横穴が設けられ、電解液通路を確保している点は、
他の実施の形態と同様である。

【００５４】また十分な剛性を備える集電板７３を底部
に設けたので、卷回素子５０からの圧接力は、集電板７
３によって受容され、結局ケース６０の側面に伝達され
るので、ケースの底部６２で直接その力を受ける場合と
異なり、例えばガスの発生等により内部圧力が上昇した
としても、ケース６０の底の膨れを防止できる。ひいて
は、集電板による卷回素子５０への圧接圧力の変動を抑
えることができる。

【００５５】図６を参照して、本発明の第６の実施の形
態を説明する。本実施の形態は第５の実施の形態の変形
である。第５の実施の形態との主な相違点は、ケース底
部に挿入した集電板７３を、底部に着床した後に、集電
板７３の僅かに上部のケース６０側壁を絞りビードにし
て集電板７３をケース６０にしっかりと固定する点であ
る。第５の実施の形態と同様に底部に設けられた集電板
７３のおかげで、ケース底部の膨れが防止でき、またビ
ードで集電板７３をしっかりとケース６０に固定できる
ので、耐振性が著しく高まる。さらに底部または側面、
または底部及び側面と集電板７３とを接合することで、
長期的な耐振性がさらに向上する。

【００５６】図７を参照して、本発明の第７の実施の形
態を説明する。以上説明した他の実施の形態との主な相
違点は、ケース６０の底部６４をケースの円筒状側壁部
分と分離して、底部６４を側壁に溶接等の手段により密
閉的に固定することによってケース６０が形成されてい
る点である。底部６４は剛性の高い円板状に形成し、集
電板を兼ねる構造とする。同時に封口蓋体６５も底部６
４と同様に剛性の高い円板状に形成し、集電板を兼ねた
構造とし、底部と同様に溶接等の手段によりケースの円
筒状側壁部分に密閉的に固定する。

【００５７】このよう構成すると、正極集電板あるいは
負極集電板を高い剛性の円板とすることができ、電極の
充填効率を向上することができるので、単位体積当たり
の容量密度の高い非水電解液二次電池を提供することが
可能となる。また、封口蓋体６５を溶接で密閉的にケー
スに固定するので、密閉性を高くすることができる。ま
た、負極側の底部６４、負極側端子構造、端子とケース
６０との絶縁構造を、正極側の封口蓋体６５、正極側端
子構造、端子とケース６０の絶縁構造と同様なものとす
ることもできる。

【００５８】本発明の実施の形態において使用する中空
または中実の巻き芯４０の材質としては、電解液に対し
て耐腐食性があり、機械的強度が大きい材質が好まし
く、ポリエチレン、ポリプロピレン、尿素樹脂、ポリア
セタール、ポリ( メタ )アクリル、ナイロン樹脂、ポリ
イミド、ポリウレタン、ポリテトラフルオロエチレンや
ポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂等の樹脂でもよい
が、アルミニウム、アルミニウム合金、鋳鉄、ステンレ
ス鋼、銅、ニッケル、チタン、タンタル、モネル、ハス
テロイ等の金属が好ましく、特に軽量のアルミニウムが
好ましい。

【００５９】図９に示すように巻き芯４０は、金属製巻
き芯４０の上部４２は卷回素子５０の正極電極体３１
に、同じく巻き芯４０の下部４１は負極電極体３２およ
び金属ケース６０の底部６２に、電気的に接続され得る
状態に置かれる。したがって、この場合は、短絡を防止
するため、巻き芯４０を上部４２および下部４１に分離
して構成し、絶縁性材料で形成された絶縁連結具として
の巻き芯中部４３で、この両者を絶縁的に結合してい
る。巻き芯の上部４２と絶縁連結具４３、および、巻き
芯の下部４１と絶縁連結具４３は、ねじ、および／また
は嵌合により強固に結合されていることが好ましい。絶
縁連結具４３としては、耐熱性に優れた高強度の樹脂が
好ましく、例えば、ポリイミド樹脂、ポリパラフェニレ
ンスルフィド等が好ましい。このように巻き芯４０の上
部４２、下部４１を金属製とすれば、卷回作業の際、巻
き芯４０に大きな回転駆動力をかけることができる。

【００６０】また図１０に示すように、本発明の実施の
形態で使用する巻き芯４０には、巻き芯４０の周囲に中
心軸線方向に施されたスリット４５を形成しておき、こ
のスリット４５に帯状セパレータ３３ａ等の端部を挿入
固定するか、セパレータ３３ａの端部を巻き芯４０の表
面に直接接着等して固定することが好ましい。このよう
にすることにより、巻き芯４０と巻回素子５０とが一体
化され、巻回素子５０が巻き芯４０の回りを空回りする
ことが防止される。また、卷回素子５０はしっかりと巻
き付けられ、正極電極体３１、セパレータ３３ａ、３３
ｂ、負極電極体３２が摩擦力で一体的に円柱状の組立体
に構成されるので、正極集電板と負極集電板とで軸線方
向に挟まれて圧縮されても、電極体同士がずれてしまう
ことがなく、帯状部３１ａｘ、３２ａｘが、押しつぶさ
れて集電板に圧接または接合、または圧接及び接合され
る。

【００６１】金属の巻き芯４０を使用する場合は、巻回
素子５０の最内周にセパレータ３３ａが配置されるよう
に巻回する。また、巻回素子５０の最外周にもセパレー
タ３３ａあるいは３３ｂが配置されるように帯状の電極
体３１、３２をセパレータ３３ａ、３３ｂを介して巻回
して巻回素子５０を形成することが好ましい。

【００６２】卷回素子５０がケース６０内に収納された
後に、電解液が供給され、ケース６０の側面の上端で、
封口蓋体６３により蓋をした後、封口蓋体６３をかしめ
て封口により密封し、非水電解液二次電池が形成され
る。巻き芯４０には、注液用、あるいは注液の際のガス
抜き用として、図１０に示すように、中心穴４４を設け
てもよいし、巻き芯４０の中心軸線方向に沿って、巻き
芯４０の外周上に切り欠きを施してもよい。

【００６３】正極側の集電板７２の材料は、集電体３１
ａを形成する材料と同じでよく、例えば、アルミニウ
ム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、チタン、タンタ
ル、ハステロイ等が好適に使用される。負極側の集電板
７３の材料は、集電体３２ａを形成する材料と同じでよ
く、例えばステンレス鋼、銅、ニッケル等が好適に使用
される。集電板７２、７３の形状は特に限定されない
が、例えば円盤状の箔を剛性のある円板に貼り付けたも
のであってもよいし、上記の材料で作られた剛性のある
円板としてもよい。また円板に限らず、多角形板、さら
にそれらに複数の穴を開けたもの、周囲に複数の切り欠
きを設けたもの、典型的には十文字形状のものとするの
が好ましい。その穴、切り欠きから電解液を注液し卷回
素子５０に含浸させることができるし、電解液を注液す
るときに、内部のガスを抜くこともできる。また注液す
る前にケース６０内のガスを真空ポンプで抜いておく
と、さらに含浸が十分に行える。

【００６４】本発明の実施の形態で使用する集電体３１
ａ、３２ａとしては、電気化学的、化学的に耐蝕性のあ
る導電体であればよく、黒鉛、耐蝕性金属などが使用で
き、特に非水系電解液を用いる場合には、アルミニウ
ム、ステンレス鋼、チタン鋼、タンタルなどの金属の箔
を用い、特に正極の集電体はアルミニウム箔が好まし
く、負極の集電体はニッケルあるいは銅が好ましい。本
発明では、集電体が金属箔からなり、且つ厚みが１０μ
ｍ〜０．５ｍｍ程度であることが好ましく、また、表面
が粗面化されていると電極層と集電体との密着性が高め
られるので好ましい。

【００６５】正極集電体３１ａ及び負極集電体３２ａの
両面には、それぞれ正極層３１ｂ、３１ｃ及び負極層３
２ｂ、３２ｃを形成する。正極層には、リチウムイオン
を吸蔵、脱離可能な正極活物質が含まれ、該正極活物質
としては、周期表の４、５、６、７、８、９、１０、１
１、１２、１３及び１４属に属する金属を主体とする酸
化物、複合酸化物、硫化物等のカルコゲン化物、オキシ
ハロゲン化物等が使用される。なかでも、作動電位が高
く容量を大きくできることからＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉ
Ｏ_２、ＬｉＭｎＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４等が好ましい。

【００６６】上記正極活物質に、必要に応じてカーボン
ブラック等の導電材を混合し、ポリテトラフルオロエチ
レン、ポリフッ化ビニリデン、カルボキシメチルセルロ
ース等の結合剤と溶媒（水、Ｎ−メチルピロリドン等）
を加えてスラリとなし、金属集電体の両面に塗布し乾燥
させることにより正極層を形成できる。また正極活物質
に結合材と溶媒を加えて混練したものをシート状に成形
して正極層とし、金属集電体と接着剤等により接合して
もよい。

【００６７】負極層には、黒鉛等のリチウムイオンを吸
蔵、脱離しうる炭素材料、リチウム金属、リチウム合
金、酸化スズ等の活物質が含まれることが好ましい。上
記炭素材料、酸化スズ等を負極活物質として使用する場
合は、正極層同様に負極層を形成できる。また、リチウ
ム金属、リチウム合金等を負極活物質とする場合は、そ
れらの金属板を負極層として用いることができる。

【００６８】セパレータ３３ａ、３３ｂとしては、イオ
ンを透過する多孔質セパレータであればよく、微孔性ポ
リエチレンフィルム、微孔性ポリプロピレンフィルム、
ポリエチレン不織布、ポリプロピレン不織布、ガラス繊
維混抄不織布、ガラスマットフィルタ、セルロース系不
織布、レーヨン系不織布等が好適に使用できる。

【００６９】卷回素子５０をケース６０に収納した後
に、電解液をケース６０内に供給して電極体３１、３２
を電解液に浸漬せしめ、金属ケース６０の上端を封口蓋
体６３にかしめて、密封することにより非水電解液二次
電池が形成される。なお、かしめる場合、シリコンゴ
ム、ブチルゴム、エチレン・プロピレンゴム、ポリプロ
ピレン、等の絶縁体からなるガスケットを用いることが
好ましい。ここで電解液の供給は、密封後に封口蓋体の
供給孔から行ってもよい。

【００７０】本発明における非水電解液にはリチウム塩
が含まれ、該リチウム塩としてはＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌ
Ｏ_４、ＬｉＰＦ_６等が好ましい。また溶媒としては、プ
ロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、γ−ブ
チロラクトン、ジメチルホルムアミド、１，２−ジメト
キシエタン、ニトロメタン、ジメチルカーボネート、ジ
エチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の一
種以上の有機溶媒が好ましい。

【００７１】ケース６０の材料は、集電体３２ａあるい
は集電板７３用の材料と同じでよいが、中でも銅、ニッ
ケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼板が適してい
る。特に、第１の実施の形態、第６の実施の形態用とし
ては、ビードの加工で破れにくい、またビードで卷回素
子５０を抑える力を十分に確保できる材料がよく、ステ
ンレス鋼が優れている。なお、本明細書では第１の電極
体を正極体、第２の電極体を負極体として実施の形態を
説明したが、本発明では第１の電極体を負極体、第２の
電極体を正極体としてもよい。その場合、ケース６０の
材料は正極の集電体または集電板と同材料が好ましいの
で、特にアルミニウムが好ましい。

【発明の効果】以上のように本発明によれば、円筒状卷
回素子の第１と第２の電極体の帯状部は卷回素子の反対
側の端面に位置するように卷回され、第１と第２の集電
板はそれぞれ第１と第２の電極体の帯状部に接触して集
電するように構成されているので、特にタブ状の集電リ
ードを必要とせず加工が容易で製造時間を短縮できる。
またタブ状の集電リードを収納する空間を必要としない
ので、単位体積当たりの容量密度の高い非水電解液二次
電池を提供することができる。また、巻き芯を利用する
ことにより、第１と第２の集電板の軸方向の相対的位置
を定めることができ、卷回素子と集電板との接触または
接合、または接触及び接合を良好に維持することができ
る。

【００７２】また第１と第２の集電板をそれぞれ第１と
第２の電極体の帯状部に圧接または接合、または圧接を
した上に接合するときは、巻き芯により圧接の圧力変動
が抑えられ、ひいては圧接部の電気抵抗の変動の少ない
非水電解液二次電池を提供することができる。

【００７３】このように、本発明によれば、円筒型容器
への巻回素子の収容効率を高くでき、容積密度をあげる
ことができるので、本発明によれば、大容量かつ容量密
度が高く低抵抗の非水電解液二次電池を提供することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態である非水電解液二
次電池の模式的断面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態である非水電解液二
次電池の模式的断面図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態である非水電解液二
次電池の模式的断面図である。

【図４】本発明の第４の実施の形態である非水電解液二
次電池の模式的断面図である。

【図５】本発明の第５の実施の形態である非水電解液二
次電池の模式的断面図である。

【図６】本発明の第６の実施の形態である非水電解液二
次電池の模式的断面図である。

【図７】本発明の第７の実施の形態である非水電解液二
次電池の模式的断面図である。

【図８】図１の非水電解液二次電池の構造を詳細に示す
断面斜視図である。

【図９】本発明の実施の形態に用いて好適な巻き芯の一
例を示す斜視図である。

【図１０】巻き芯へのセパレータの巻き付け方の一例、
及び巻き芯の中心穴と切り欠きを示す図である。

【図１１】従来の二次電池の構造を示す断面斜視図であ
る。

【符号の説明】

３１正極電極体３１ａ正極集電体３１ｂ、３１ｃ正極電極層３１ａｘ帯状部３２負極電極体３２ａ負極集電体３２ｂ、３２ｃ負極電極層３２ａｘ帯状部３３ａ、３３ｂセパレータ４０巻き芯４４中心穴４４ａ、４４ｂ横穴４８巻き芯受け部材５０卷回素子６０ケース６１ケース上端６２ケース底蓋６３封口蓋体７１正極外部端子７２正極集電板７３負極集電板７６ビード８１角リング８２、８３パッキン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者青木智則神奈川県横浜市鶴見区末広町１丁目１番地旭硝子株式会社内 (72)発明者井上誠神奈川県横浜市鶴見区末広町１丁目１番地旭硝子株式会社内Ｆターム(参考） 5H022 AA09 AA18 BB03 CC02 CC11 CC23 CC24 5H028 AA05 AA07 BB04 BB07 CC10 CC12 CC24 5H029 AJ03 AJ14 AK03 AL02 AL07 AL12 AM03 AM04 AM05 AM07 CJ03 CJ05 CJ07 CJ22 DJ02 DJ03 DJ04 DJ05 DJ07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】帯状の集電体の少なくとも片面に、前記
帯状の長手方向の一辺に沿った帯状部を残して電極層が
形成されてなる第１の電極体と；帯状の集電体の少なく
とも片面に、前記帯状の長手方向の一辺に沿った帯状部
を残して電極層が形成されてなる第２の電極体と；前記
第１の電極体と前記第２の電極体とを、それらの間に介
在することにより電気的に絶縁する帯状のセパレータ
と；前記第１の電極体と前記第２の電極体と前記セパレ
ータとを重ねて卷回して筒状卷回素子を形成する、両端
部を有する柱状の巻き芯と；前記第１の電極体の帯状部
に接触または接合、または接触及び接合して集電する第
１の集電板と；前記第２の電極体の帯状部に接触または
接合、または接触及び接合して集電する第２の集電板と
を備え；前記第１の電極体の帯状部と前記第２の電極体
の帯状部とは、前記筒状卷回素子のそれぞれ反対側の端
面に位置するように卷回され；前記巻き芯の両端部は、
それぞれ前記第１の集電板と前記第２の集電板とに直接
的または間接的に接触して、前記第１の集電板と前記第
２の集電板の軸方向の相対的位置を定めるように形成さ
れており、且つ前記第１の集電板と前記第２の集電板と
は電気的に絶縁していることを特徴とする；非水電解液
二次電池。
【請求項２】前記第１の集電板と前記第２の集電板と
は、それぞれ前記卷回された第１の電極体の帯状部と第
２の電極体の帯状部とに圧接されていることを特徴とす
る、請求項１に記載の非水電解液二次電池。
【請求項３】前記卷回された第１の電極体の帯状部と
第２の電極体の帯状部とは、前記柱状巻き芯の軸方向に
向けて押しつぶされていることを特徴とする、請求項１
または請求項２に記載の非水電解液二次電池。
【請求項４】前記卷回素子を収納する、円筒形状のケ
ースを備え；前記ケースは、前記円筒形状の一方の端面
部に底蓋を、他方の端面部に封口蓋体を有し、前記卷回
素子は前記底蓋と前記封口蓋体との間に収納され、前記
卷回素子が、前記巻き芯を介して前記ケース内で固定さ
れるように構成されていることを特徴とする、請求項１
乃至請求項３のいずれか１項に記載の非水電解液二次電
池。