JP2001210381A - 角型非水電解液二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正負の電極を巻回した角型電池において、巻
き芯部の形状が安定しており、容積効率の高い角型非水
電解液二次電池を得る。 【解決手段】 巻き芯部の端部の両面に正極活物質が塗
布された正極電極、および巻き芯部の端部の両面に負極
活物質が塗布された負極電極を有し、正極電極の巻き芯
部の一回目の折り曲げ部の位置に負極電極の巻き芯部の
端部の先端を配置してセパレータを介在させて積層して
巻回した電池要素を有し、正極電極および負極電極の外
周部の端部には、正極導電タブおよび負極導電タブの取
り付け部を有する角型非水電解液二次電池。

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、特に角型電池缶を使用する電池に好適な角型
のリチウムイオン二次電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】小型の電子機器の電源として各種の電池
が用いられており、携帯電話、ノートパソコン、カムコ
ーダ等の電源として、小型で大容量の密閉型電池である
リチウムイオン二次電池等の非水電解液二次電池が用い
られている。これらの非水電解液電池としては、円筒
型、角型のものが用いられている。小型の電子機器の電
源として用いられているリチウムイオン電池は、正極集
電体および負極集電体にそれぞれ活物質を塗布して製造
した正極電極および負極電極をセパレータを介在させて
積層して巻回した電池要素を電池缶内に収納して密閉し
たものが用いられている。

【０００３】これらの電池には、円筒型に巻回した電池
要素を円筒型の缶に収納した円筒型電池、直方体等の円
筒型以外の形状の缶に収納した角型電池が知られてい
る。円筒型電池においては、電池要素が円筒状であるの
で電池缶内に収容した場合にも電池要素に作用する力が
均等であり、電池反応も部位によらずに均等に起こると
いう特徴を有している。ところが、ノートパソコン、携
帯電話等の電池使用機器は、一般には直方体状の形状を
有しており、それらの電池収納部においては、円筒形状
の電池では無効な容積が大きくなるという問題があり、
また、電池収納部分の厚さによって円筒型の電池の径が
制限を受けるので、薄型の機器においては容量の大きな
円筒型電池を使用することができないという問題点があ
った。そこで、小型、あるいは薄型の機器においては、
円筒型の電池に代えて厚みの薄い角柱状の角型電池が用
いられている。

【０００４】リチウムイオン電池においては、リチウム
をドープあるいは脱ドープする炭素質材料からなる負極
物質を帯状の集電体上に塗布して形成した負極電極と、
リチウム遷移金属複合酸化物：Ｌｉ_XＭＯ₂（０．０５≦
ｘ≦１．１０、Ｍは少なくとも一種の遷移金属）を帯状
の集電体上に塗布して形成した正極電極とが用いられて
いる。リチウムイオン電池では、充電時に正極のリチウ
ム遷移金属複合酸化物からリチウムイオンが負極に移動
し、負極にドープされる。ところが、充電中に負極中に
ドープされるべきリチウムが負極の表面に金属リチウム
として析出し、樹枝状に成長してセパレータを突き破っ
て正極と接触して電池の内部短絡を起こすことがあっ
た。

【０００５】そこで、このような問題を解決するため
に、負極の一部が早期にリチウムで飽和して金属リチウ
ムが析出することを防止するために、負極の大きさを対
向する正極の大きさよりも大きくし、負極の長さ方向お
よび幅方向の端部において正極電極からのリチウムイオ
ンが、負極の端部に集中して金属リチウムとして析出す
ることを防止することが行われている。

【０００６】図２は、従来のリチウムイオン電池の正極
電極および負極電極を説明する図であり、帯状の正極電
極および負極電極のそれぞれの中央部を省略して示した
平面図である。正極電極１は、アルミニウム等からなる
帯状の正極集電体２の両面に正極活物質が塗布された正
極活物質塗布部３が形成されている。そして、正極電極
の長さ方向の両端部には、いずれの面にも正極活物質が
塗布されていない正極活物質非塗布部４、５が設けられ
ており、セパレータを介して負極電極と積層して巻回す
る際の巻き芯部に位置する正極非塗布部４には、正極電
極１と電池缶に設けた外部接続端子を導電接続する正極
導電タブ６が設けられている。また、負極電極７の負極
集電体８上には、正極活物質塗布部３に対向して負極活
物質塗布部９が設けられており、外周部に位置する負極
集電体には、負極活物質が片面のみに塗布された負極活
物質片面塗布部１０と負極活物質が塗布されていない負
極活物質非塗布部１１が形成されている。負極活物質非
塗布部１１には、負極タブ１２が取り付けられている。
また、負極電極７の巻き芯部の端部への金属リチウムの
析出を防止するために負極電極の巻き芯部側端部１３は
正極活物質塗布部３を越えて配置した状態でセパレータ
を介して積層したものを巻回して電池要素を形成して角
型の電池缶に収納している。

【０００７】図２に示す電極では、電池要素の巻回体の
巻き芯部に、正極タブ６を接続する正極非塗布部４が設
けられており、負極電極の端部が正極非塗布部に対向す
る部分に延びて配置されている。これらの正極非塗布部
４、５、正極非塗布部対向する面は、電池容量に有効に
寄与しない部分であるとともに、巻回時に中心部が変形
し、角型電池に電池要素を収納する際には無効な容積が
増加する等の問題も生じる。角型のリチウムイオン二次
電池は、携帯電話等の小型の機器に用いられており、電
池の容積を小さくするとともに、同時に電池の高容量化
も要請されており、こうした電池内での電池容量に寄与
しない部分を減少させることが重要となっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、角型のリチ
ウムイオン二次電池等において、電池要素の電池反応に
寄与しない部分を減少させて、厚みが薄くて電池容量が
大きく、また、電池要素の形状が安定して組み立てが容
易な角型の非水電解液二次電池を提供することを課題と
するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、角型非水電解
液二次電池において、巻き芯部の端部の両面に正極活物
質が塗布された正極電極、および巻き芯部の端部の両面
に負極活物質が塗布された負極電極を有し、正極電極の
巻き芯部の一回目の折り曲げ部の位置に負極電極の巻き
芯部の端部の先端を配置してセパレータを介在させて積
層して巻回した電池要素を有し、正極電極および負極電
極の外周部の端部には、正極導電タブおよび負極導電タ
ブの取り付け部を有する角型非水電解液二次電池であ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明は、角型の非水電解液二次
電池の電池要素を巻回によって作製する場合に、巻き芯
部の電極に設けていた電流取り出し用の導電接続タブの
取り付け部をなくすことによって、電池要素の巻回体を
作製する場合に形状の安定化による歩留まりの向上と、
電池容量が増大した電池を提供することを可能としたも
のである。

【００１１】以下に、本発明を図面を参照して説明す
る。図１は、本発明の角型の非水電解液電池の一例を説
明する図であり、図１（Ａ）は、角型の非水電解液電池
の電池要素を説明する展開図であり、図１（Ｂ）は、角
型の非水電解液電池の断面図である。正極電極１には、
アルミニウム等からなる帯状の正極集電体２に正極活物
質塗布部３が形成されている。一方、負極電極７には、
銅などの帯状の負極集電体８上に負極活物質層９が形成
されており、巻き芯部の負極電極の先端部分は、正極電
極の巻き芯部の一回目の折り曲げ部１４に配置した状態
で、セパレータ１５を介して積層し巻回されている。正
極電極１の巻き芯部には、正極活物質非塗布部１１が設
けられており、正極活物質非塗布部１１には、正極導電
タブ１２が取り付けられている。

【００１２】また、負極電極７の負極活物質を両面に塗
布した負極活物質塗布部９の先端部が、正極電極１の巻
き芯部の正極活物質が塗布された領域の一回目の折り曲
げ部１４に合わせて配置されており、外周部の負極集電
体には、負極活物質が対向する正極電極側のみに設けら
れた負極活物質片面塗布部１０と負極活物質が塗布され
ていない負極活物質非塗布部１１が形成されており、負
極活物質非塗布部１１には、負極導電タブ１２が取り付
けられており、正極電極および負極電極をセパレータ１
５を介して積層したものを巻回して製造した電池要素を
電池缶１６に収納して電池を製造している。

【００１３】また、本発明の非水電解液二次電池におい
て、負極の炭素質材料には、リチウムをドープ・脱ドー
プすることが可能な炭素質材料であって、天然黒鉛、人
造黒鉛、黒鉛化メソカーボンマイクロビーズ、黒鉛化炭
素繊維等のような黒鉛質炭素材料、黒鉛前駆体炭素等の
各種の炭素質物質を挙げることができる。また、正極活
物質としては、Ｌｉ_XＭＯ₂（０．０５≦ｘ≦１．１０、
Ｍは少なくとも一種の遷移金属）で表される、コバルト
酸リチウム（ＬｉＣｏＯ₂ ）、ニッケル酸リチウム（Ｌ
ｉＮｉＯ₂）、コバルトニッケル酸リチウム（ＬｉＣｏ_X
Ｎｉ_yＯ₂）や、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ₂Ｏ₄）お
よびこれらの非化学量論的化合物を挙げることができる
が、とくに、負極に黒鉛、正極にコバルト酸リチウムや
マンガン酸リチウム化合物を用いた電池は、軽量にして
高容量、かつ長寿命であるとともに、安全性や信頼性に
優れることから、ポータブル機器、自動車用バッテリ、
電気自動車、ロードレベリング等の広い用途に使用する
ことができるものであるが、このような電池においてサ
イクル特性の低下を防止することができる。

【００１４】一方、電解液としては、非水溶媒に支持塩
が溶解された非水電解液が用いられる。非水溶媒として
は、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、
ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ
−ブチロラクトン、プロピオン酸メチル、プロピオン酸
ブチル、プロピオン酸エチル、スルホラン、１，２−ジ
メトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、テトラヒ
ドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，
３−ジオキソラン等を単独あるいは複数種を組み合わせ
て用いられる。支持塩としては、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＰ
Ｆ₆、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＳｂＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＢ
（Ｃ₆Ｈ₅）₄、ＬｉＳＯ₃ＣＦ₃、ＬｉＮ（ＳＯ₂Ｃ
Ｆ₃）₂、ＬｉＮ（ＳＯ₂ＣＦ₂ＣＦ₃）等を単独あるいは
複数種を組み合わせて用いられる。

【００１５】本発明の電池においては、正極電極および
負極電極をセパレータを介して積層したものを巻回した
電池要素の中心部に外部端子との接続用の正極タブおよ
び負極タブのいずれもが存在していないので、充電時の
電極の歪みをなくすことができ、缶の厚みの薄い電池を
製造することができる。すなわち、初回の充電で負極に
リチウムイオンがドープされることによって負極が膨張
するが、タブが電池要素の外周面に配置されており、中
心部には配置されていないので、電極は均一に膨張して
歪み等が発生しなくなることによるためである。これに
対して、中心部にタブが配置されている場合には、タブ
の近傍に位置する電極は、タブの近傍の折れ曲がった部
分を起点として歪むことによってその伸びを吸収される
こととなる。巻回の中心部は拘束されているので外周部
に比べてその歪みは大きなものとなり、電極の歪みが大
きくなるので厚みの薄い電池を製造することは困難とな
る。

【００１６】

【実施例】以下に実施例を示し本発明を説明する。 実施例１ リチウムマンガン酸化合物を含有する正極活物質層形成
用スラリーをドクターブレード法により、厚さ２０μｍ
のアルミニウム箔の両面に塗布乾燥した後に、冷間ロー
ルにて厚さ１８０μｍに圧縮した。次いで、幅４０ｍｍ
に裁断し、正極電極を作製した。リチウムをドープ、脱
ドープする炭素質材料を含有する負極活物質層形成用ス
ラリーを厚さ１０μｍの銅箔の両面に塗布乾燥した後
に、冷間ロールにて厚さ１２０μｍに圧縮した。次い
で、幅４１．５ｍｍに裁断し、負極電極を作製した。

【００１７】厚さ２５μｍ、幅４３ｍｍのポリエチレン
の単層からなる２枚のセパレータを溶着して切断した部
分を巻回装置の巻芯に固定し、巻芯を１８０度回転させ
た後に、先に作製した正極電極および負極電極の先端を
導入した。正極電極および負極電極は両面に電極活物質
層が形成されている側を先端側として、正極電極は２枚
のセパレータの間に、負極電極はセパレータの上面にそ
れぞれ配置して巻芯を６回転させて巻回した。

【００１８】正極の外周には電極材料が塗布されていな
い正極活物質非塗布部を配置した。正極活物質非塗布部
に幅４ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、長さ３０ｍｍのアルミニ
ウム製タブを超音波接合した。また、アルミニウム製タ
ブには、先端４ｍｍから８ｍｍの範囲に電池缶との短絡
防止のために絶縁性テープを貼着し、先端から７ｍｍの
部分が電池要素の巻回体からはみ出るように位置決めし
た。一方、負極の外周部には、内側のみに活物質層を形
成した片面塗布部を配置し、外側の半回転分には、負極
活物質非塗布部が配置される。負極活物質非塗布部に
は、幅４ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、長さ３０ｍｍのニッケ
ル製タブを超音波溶接によって接合された。ニッケル製
タブは、アルミニウム製タブと同じ方向に電池要素の巻
回体からはみ出るように位置決めされる。

【００１９】正極電極および負極電極のそれぞれ活物質
の非塗布部を終端で切断し、外周をセパレータで１周分
巻回した後に、粘着テープで固定して電池要素を作製し
た。得られた電池要素は、電池缶に収容した後に電池缶
に電池ヘッダーを取り付けた。次いで、電解液を注入し
た後に電池缶を封口した。得られた電池缶の厚み５ｍｍ
の電池を初回充電した後に、電池缶の膨らみは、０．２
〜０．４ｍｍであった。また、５００サイクルの充放電
後の電池缶の膨らみは、初回充電時に比べて、０．１〜
０．３ｍｍであった。

【００２０】比較例１ 正極タブを正極電極の巻芯部に取り付けた点を除き実施
例１と同様に作製した電池は、初回充電後には、電池缶
の膨らみは０．４〜０．６ｍｍであった。また、５００
サイクルの充放電後の膨らみは、初回充電時に比べて
０．２〜０．４ｍｍであった。

【００２１】

【発明の効果】本発明の非水電解液二次電池において
は、中心部には正極タブが存在せず、また活物質層の非
塗布部も存在しないので、巻回時に巻き芯部の形状の変
化が生ずることはないので、厚みの薄く容積効率の高い
電池を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の角型の非水電解液電池を説明
する図である。

【図２】図２は、従来の角型電池の一例を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１…正極電極、２…正極集電体、３…正極活物質塗布
部、４，５…正極活物質非塗布部、６…正極導電タブ、
７…負極電極、８…負極集電体、９…負極活物質層、１
０…負極活物質片面塗布部、１１…負極活物質非塗布
部、１２…負極導電タブ、１３…芯部側端部、１４…一
回目の折り曲げ部、１５…セパレータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 角型非水電解液二次電池において、巻き
   芯部の端部の両面に正極活物質が塗布された正極電極、
   および巻き芯部の端部の両面に負極活物質が塗布された
   負極電極を有し、正極電極の巻き芯部の一回目の折り曲
   げ部の位置に負極電極の巻き芯部の端部の先端を配置し
   てセパレータを介在させて積層して巻回した電池要素を
   有し、正極電極および負極電極の外周部の端部には、正
   極導電タブおよび負極導電タブの取り付け部を有するこ
   とを特徴とする角型非水電解液二次電池。