JP2003059539A

JP2003059539A - 円筒型リチウムイオン電池

Info

Publication number: JP2003059539A
Application number: JP2001251171A
Authority: JP
Inventors: Kenji Nakai; 賢治中井; Kensuke Hironaka; 健介弘中
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2001-08-22
Filing date: 2001-08-22
Publication date: 2003-02-28
Anticipated expiration: 2021-08-22
Also published as: JP4631234B2

Abstract

(57)【要約】【課題】耐振性が高く、かつ安全性が高い円筒型リチ
ウムイオン電池を提供する。【解決手段】円筒形リチウムイオン電池２０は、正極
集電体Ｗ１に正極活物質層Ｗ２が形成された正極と、負
極集電体Ｗ３に負極活物質層Ｗ４が形成された負極とが
セパレータＷ５を介して断面渦巻状に捲回された捲回群
Ｗを備えている。上蓋には、電池の内圧上昇に応じて開
裂する安全弁３が配設され、また、底部にも開放弁が配
設されている。電池缶１６の直径をＤ（単位；ｍｍ）、
長さをＬ（単位；ｍｍ）としたとき、長さＬに対する直
径Ｄの比Ｄ／Ｌを０．４〜０．６とした。電極捲回群Ｗ
を確実に支持して移動を防止し、過充電時に発生したガ
スを速やかに電池外に開放する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、円筒型リチウムイ
オン電池に関し、特に、所定圧で内圧を開放する内圧開
放機構を有する電池容器内に、正極活物質を含む正極活
物質層と正極集電体を有する帯状の正極と、負極活物質
に炭素材を用いた負極活物質層と負極集電体を有する帯
状の負極とをセパレータを介して軸芯を中心に３０回以
上捲回した電極捲回群を備え、前記軸芯の両端が正極集
電部材及び負極集電部材に支持又は固定され電解液に浸
潤された円筒型リチウムイオン電池であって、実質放電
容量が略７Ａｈ以上の円筒型リチウムイオン電池に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】リチウムイオン二次電池は、高エネルギ
ー密度であるメリットを活かして、主にＶＴＲカメラや
ノートパソコン、携帯電話等のポータブル機器の電源に
使用されている。この電池の内部構造は、通常以下に示
されるような捲回式とされている。電極は、正極及び負
極共に活物質が金属箔に塗着された帯状であり、セパレ
ータを挟んでこれら両電極が直接接触しないように軸芯
を中心にして断面が渦巻状に捲回され、捲回群を形成し
ている。この捲回群が円筒状の電池缶に収納され、電解
液注液後、封口されている。電池缶内では、捲回群は軸
芯に支持又は固定されている。一般的な円筒型リチウム
イオン二次電池の外形寸法は直径１８ｍｍ、高さ６５ｍ
ｍであり、１８６５０型と呼ばれ、小型民生用リチウム
イオン電池として広く普及している。

【０００３】一方、自動車産業界においては環境問題に
対応すべく、排出ガスのない、動力源を完全に電池のみ
とした電気自動車の開発や内燃機関エンジンと電池との
両方を動力源とするハイブリッド（電気）自動車の開発
が加速され、一部実用段階に到達している。電気自動車
の電源となる二次電池には当然高出力、高エネルギーが
得られる特性が要求され、この要求を満足する二次電池
としてリチウムイオン電池が注目されている。

【０００４】しかしながら、高エネルギー密度のリチウ
ムイオン二次電池とはいえ、電気自動車に使用する場合
の大電流放電、大電流充電に耐え得るためには、電極構
造のみならず、電極から電池端子への集電構造にも工夫
が必要となる。例えば、特開平第８−１１５７４４号公
報、特開平第９−５５２１３号公報、特開平第９−９２
２３８号公報、特開平第９−９２２４１号公報、特開平
第９−９２３３５号公報には、電極の集電体である金属
箔を活物質層から延出させ、そのまま、又は短冊状に加
工して集電リング等の接続部に溶接等により接続して、
一旦接続部を介して電池端子へと導くリード接続方式を
採用し、大電流放電、大電流充電時の電圧降下（ｉＲド
ロップ）を低減させる技術が提案されている。これらの
公報にも開示されているように、大電流放電、大電流充
電時の電圧降下を低減させるためには、円筒型リチウム
イオン電池内にリード接続部を収納するためのスペース
が必要となる。

【０００５】ところで、電池を電気自動車に搭載するに
あたっては、電気自動車ユーザーの多様な要望に応える
ために、車体設計、特に電池のパッケージングに自由度
を持たせることが好ましい。そのためには、搭載電池の
占める空間体積を最小にする必要があり、その最も有効
な手段は電池の体積あたりのエネルギー密度（Ｗｈ／ｄ
ｍ^３）を最大にすることである、といわれている。すな
わち、電気自動車に搭載される電池は、通常複数の単電
池が並列、直列に接続されてモジュールを形成している
が、単電池の体積あたりのエネルギー密度を大きくする
ことが、モジュールサイズの低減には効果的である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、体積エ
ネルギー密度を大きくしても、電池の長さに対する直径
の比（直径／長さ）によっては、電極捲回群の軸芯への
保持力が低下するので、電気自動車に搭載した場合に加
わる振動により電池内部の捲回群の移動が起こり、電極
と接続部材とを電気的につなげるリードが切断する。ま
た、概ね７Ａｈ以上の容量を有する電池においては、過
充電状態等の電池異常時に、大電流充電又は大電流放電
状態が維持され、非水電解液と活物質との化学反応によ
り電池容器内で急激かつ大量のガスが発生し、電池容器
の内圧を上昇させる。一般に、リチウム二次電池では、
この内圧上昇を防止するために、電池容器に所定圧で内
圧を開放する内圧開放機構を有しているが、電池の直径
／長さの比によって過充電時の電池挙動が異なり、内圧
が上昇するので、安全性が低下する。

【０００７】本発明は上記事案に鑑み、耐振性が高く、
かつ安全性が高い円筒型リチウムイオン電池を提供する
ことを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、所定圧で内圧を開放する内圧開放機構を
有する電池容器内に、正極活物質を含む正極活物質層と
正極集電体を有する帯状の正極と、負極活物質に炭素材
を用いた負極活物質層と負極集電体を有する帯状の負極
とをセパレータを介して軸芯を中心に３０回以上捲回し
た電極捲回群を備え、前記軸芯の両端が正極集電部材及
び負極集電部材に支持又は固定され電解液に浸潤された
円筒型リチウムイオン電池であって、実質放電容量が略
７Ａｈ以上の円筒型リチウムイオン電池において、前記
電池容器の直径をＤ（ｍｍ）とし、長さをＬ（ｍｍ）と
したとき、前記長さＬに対する直径Ｄの比Ｄ／Ｌを０．
４乃至０．６としたものである。

【０００９】本発明では、大きな体積エネルギー密度を
確保するために正負両極がセパレータを介して軸芯を中
心に３０回以上捲回された電極捲回群を有している。電
池缶内では、電極捲回群は軸芯に支持された状態とな
る。電極捲回群の長さに対して電極捲回群の直径が大き
いと、電池に振動が加わったときに軸芯が電極捲回群を
支持しきれなくなり電極捲回群が捲回位置から移動する
ので、電極と接続部材との電気的接続部が切断され電池
の機能を損なう。また、逆に電極捲回群の直径に対して
長さが大きいと、電池異常時に電池容器内で発生する急
激かつ大量のガスが電池内を移動し、内圧開放機構を通
じて電池外に開放されるまでに長時間を要するので、電
池の内圧が上昇して安全性が低下する。本発明によれ
ば、電池容器の直径をＤ（ｍｍ）とし、長さをＬ（ｍ
ｍ）としたとき、長さＬに対する直径Ｄの比Ｄ／Ｌを
０．４乃至０．６とすることで、電極捲回群を確実に支
持して電極捲回群の移動を防止することができると共
に、過充電時に発生したガスを速やかに電池外に開放す
ることができるので、耐振性が高く、かつ安全性が高い
円筒型リチウムイオン電池を実現することができる。

【００１０】この場合において、正極活物質をリチウム
マンガン複酸化物とすれば、電池異常時の電解液との反
応が穏やかなためガスの発生を低減することができるの
で、安全性を高めることができる。また、電池の長手方
向両端部に内圧開放機構を配設すれば、電池異常時に電
池内で発生したガスを電池の両端部から電池外に開放す
ることができるので、安全性を高めることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、図面を参
照して本発明を適用した円筒型リチウムイオン電池の第
１の実施の形態について説明する。

【００１２】＜正極及び負極の作製＞図１に示すよう
に、本実施形態に係る円筒型リチウムイオン電池２０
は、正極集電体Ｗ１の両面に正極活物質層Ｗ２が形成さ
れた帯状の正極と、負極集電体Ｗ３の両面に負極活物質
層Ｗ４が形成された帯状の負極とが帯状のセパレータＷ
５を介して巻き芯（軸芯）１７を中心に断面渦巻状に捲
回された捲回群（電極捲回群）Ｗを備えている。

【００１３】正極集電体Ｗ１は厚さ２０μｍのアルミニ
ウム箔である。正極活物質層Ｗ２は、正極活物質として
のリチウムコバルト複酸化物であるコバルト酸リチウム
又はリチウムマンガン複酸化物であるマンガン酸リチウ
ムと、導電助剤のグラファイト及びアセチレンブラック
（電気化学工業（株）製、商品名デンカブラック）と、
バインダー（結着剤）のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤ
Ｆ）と、電解液と、を構成物質としている。負極集電体
Ｗ３は厚さ１０μｍの銅箔である。負極活物質層Ｗ４
は、リチウムイオンを電極反応種とし充電、放電に伴い
リチウムイオンを吸蔵、放出する負極活物質の非晶質炭
素又は黒鉛炭素と、導電材の気相成長炭素繊維（昭和電
工（株）製、商品名ＶＧＣＦ）（以下、ＣＦと略記す
る。）と、バインダーのＰＶＤＦと、電解液と、を構成
物質としている。

【００１４】正極活物質層Ｗ２を作製するには、マンガ
ン酸リチウム（平均粒径約１０〜２０μｍ）又はコバル
ト酸リチウム（平均粒径約１０〜２０μｍ）と、グラフ
ァイト（平均粒径約５μｍ）及びアセチレンブラック
と、ＰＶＤＦとを８５：８：２：５の質量比で混合し、
そこへ分散溶媒となるＮ−メチル−２−ピロリドン（Ｎ
ＭＰ）を適量加え、十分に混練、分散させ、スラリー状
にする。この混練物をロールからロールへの転写（ロー
ル・ツー・ロール転写）で正極集電体Ｗ１の両面が実質
上均等かつ同じ厚さに塗着し、乾燥させた後、プレスに
より正極厚さＴ_Ｐが正極集電体を含めて２３１±２μｍ
又は１０３±２μｍとなるまで圧縮し、正極活物質層Ｗ
２を得る。正極活物質層Ｗ２の密度は２．６５ｇ／ｃｍ
^３である。ただし、この段階では電解液を含んではいな
い。正極活物質層Ｗ２を作製した後、後述する所定の幅
Ｗ_Ｐ、所定の長さＬ_Ｐに裁断して帯状の正極を得た。

【００１５】一方、負極活物質層Ｗ４を作製するには、
平均粒径５〜２０μｍの非晶質炭素（呉羽化学工業
（株）製、商品名カーボトロン）又はメソフェーズ系球
状黒鉛（川崎製鉄（株）製、商品名ＫＭＦＣ）と、ＣＦ
と、ＰＶＤＦとを８７．６：４．８：７．６の質量比で
混合し、そこへ分散溶媒となるＮＭＰを適量加え、十分
に混練、分散させ、スラリー状にする。この混練物をロ
ール・ツー・ロール転写で負極集電体Ｗ３の両面が実質
上均等かつ同じ厚さに塗着し、乾燥させた後、プレスに
より負極厚さＴ_Ｎが負極集電体を含めて７３〜２０１±
２μｍとなるまで圧縮し、負極活物質層Ｗ４を得る。負
極活物質層Ｗ４の密度は０．９８ｇ／ｃｍ^３又は１．４
ｇ／ｃｍ^３である。この密度は、負極活物質層Ｗ４中の
空隙率（負極活物質層Ｗ４全体に対する電解液が充填さ
れる空孔の割合）が約３５％となるように決定した。た
だし、この段階では電解液を含んではいない。負極活物
質層Ｗ４を作製した後、後述する所定の幅Ｗ_Ｎ、所定の
長さＬ_Ｎに裁断して帯状の負極を得た。なお、幅Ｗ
_Ｎは、正負極を捲回したときに正極活物質層Ｗ２が負極
活物質層Ｗ４からはみ出さないように、幅Ｗ_Ｐに対して
６ｍｍ大きくし、かつ、長さＬ_Ｎは長さＬ_Ｐに対して１
８ｃｍ大きくした。また、負極がセパレータからはみ出
すことがないように、セパレータの幅は幅Ｗ_Ｎに対して
６ｍｍ大きくした。

【００１６】＜電池の作製＞直径Ｄ_Ｓの巻き芯１７の周
囲に、正極、負極の間に厚さＴ_Ｓが４０μｍの微多孔性
のポリエチレン製セパレータＷ５を介して捲回数Ｎ_Ｗで
捲回して直径Ｄ_Ｗの捲回群Ｗを得た。捲回群Ｗの両端に
正極集電リング１０、負極集電リング１１を配置し、各
集電リング周縁にはそれぞれ正極集電体Ｗ１、負極集電
体Ｗ３を溶接した。正極集電リング１０、負極集電リン
グ１１はそれぞれ正極集電リング支え８、負極集電リン
グ支え９を介して巻き芯１７の端部に固定してある。こ
の集電リング付き捲回群Ｗを、負極集電リング１１側が
缶底側になるように電池缶（電池容器）１６に挿入し、
そして負極集電リング１１に予め溶接させておいた負極
リード板１４を電池缶１６に溶接する。その際、負極集
電リング１１と電池缶１６との間に、捲回群Ｗを固定す
るために負極集電リングスペーサ７を配置する。また、
正極集電リング１０上面には、正極リード板Ｂ１３の一
端を予め溶接し他端を自由端としておく。

【００１７】一方、上蓋キャップ１、上蓋ケース２、安
全弁３、弁押さえ４、で構成された上蓋を別途作製し、
上蓋ケース２には、正極リード板Ａ１２の一端を溶接に
よって取り付け他端を自由端としておく。

【００１８】正極集電リング１０の周縁上部に捲回群Ｗ
を固定するための正極集電リングスペーサ６を配置す
る。正極リード板Ａ１２及び正極リード板Ｂ１３の自由
端同士を溶接し、上蓋と集電リング付き捲回群Ｗとを接
続する。この状態で電解液０．１８０ｄｍ^３を電池缶１
６内に注入する。その後、絶縁性のガスケット５を介し
て上蓋を電池缶１６上部に配置し、かしめることによっ
て、定格容量２７Ａｈ又は７Ａｈの円筒型リチウムイオ
ン電池２０を組み立てた。なお、電解液は、エチレンカ
ーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）
とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とを体積比３０：５
０：２０で混合した混合溶媒に、６フッ化リン酸リチウ
ム（ＬｉＰＦ_６）を１モル濃度で溶解したものを用い
た。また、図１中参照番号１５は正極側と負極側とを絶
縁する絶縁フィルムである。

【００１９】円筒型リチウムイオン電池２０の上蓋に
は、電池の内圧上昇に応じて開裂する内圧開放機構とし
ての安全弁３が配設されており、安全弁３の開裂圧は約
９×１０^５Ｐａに設定されている。また、電池缶１６の
底部にも開放弁が配設されている。図２に示すように、
開放弁２５は、電池缶１６の底部に形成された２個の円
弧状溝２５ａと、円弧状溝２５ａの両端部及び略中央部
に底部の中心から外周に向かって放射状に形成された放
射状溝２５ｂとで構成されている。

【００２０】図１に示すように、本実施形態の円筒型リ
チウムイオン電池２０は、電池缶１６の平均外径をＤ
（以下、直径Ｄという。）（単位；ｍｍ）、長さをＬ
（以下、長さＬという。）（単位；ｍｍ）としたとき、
長さＬに対する直径Ｄの比Ｄ／Ｌを後述する所定の範囲
とした。また、正極側、負極側共に捲回群Ｗと各極端子
とを接続する接続部材が設けられている。この接続のた
めに必要なスペースの大きさは、捲回群Ｗの上端から正
極端子上面までの長さをＡ（ｍｍ）とし、捲回群Ｗの下
端から電池底面までの長さをＢ（ｍｍ）としたとき、
Ａ、Ｂあわせて３５ｍｍに設定されている（図１のＡ＋
Ｂ＝３５ｍｍ）。電池の長さＬから３５ｍｍを減じた長
さが捲回群Ｗの長さ、すなわちセパレータＷ５の幅に相
当する。なお、電池缶１６の厚さは０．５ｍｍであり、
また、捲回群Ｗを電池缶１６内に収容しやすくするた
め、電解液注入前の捲回群Ｗの直径は電池缶１６の内径
より小さく設定し、捲回群Ｗと電池缶１６との間に両側
あわせて捲回群Ｗの直径の３％に相当する隙間を形成し
た。

【００２１】（第２実施形態）次に、本発明を適用した
円筒形リチウムイオン電池の第２の実施の形態について
説明する。

【００２２】＜正極及び負極の作製＞本実施形態では、
正極集電体Ｗ１の材質及び厚さ、正極活物質層Ｗ２の構
成物質及び作製方法、負極集電体Ｗ３の材質及び厚さ、
負極活物質層Ｗ４の構成物質及び作製方法、並びにセパ
レータＷ５の材質及び厚さは第１実施形態と同様にし
た。但し、正負両極共に活物質を集電体に塗布するとき
に集電体長寸方向の一方の側縁に幅５０ｍｍの未塗布部
を残して正負両極を作製し、この未塗布部に切り欠きを
入れ、切り欠き残部をリード片１０９とした。隣り合う
リード片１０９は５０ｍｍ間隔とし、リード片１０９の
幅は１０ｍｍとした。

【００２３】＜電池の作製＞図３に示すように、本実施
形態に係る円筒形リチウムイオン電池１２０は、第１実
施形態と同様、正極集電体Ｗ１の両面に正極活物質層Ｗ
２が形成された帯状の正極と、負極集電体Ｗ３の両面に
負極活物質層Ｗ４が形成された帯状の負極とを、これら
が直接接触しないように帯状のセパレータＷ５を挟んで
断面渦巻状に捲回された捲回群Ｗ’を備えている。捲回
群Ｗ’は、正極のリード片１０９と負極のリード片１０
９とが、それぞれ捲回群Ｗ’の互いに反対側の両端面に
位置するように捲回されている。

【００２４】正極から導出されているリード片１０９を
変形させ、その全てを、捲回群Ｗ’の軸芯１１７のほぼ
延長線上にある極柱（正極外部端子１０１）周囲から一
体に張り出している鍔部１０７周面付近に集合、接触さ
せる。リード片１０９と鍔部１０７周面とを超音波溶接
してリード片１０９を鍔部１０７周面に接続し固定す
る。

【００２５】負極外部端子１０１’と負極から導出され
ているリード片１０９との接続操作も、上述した正極外
部端子１０１と正極から導出されているリード片１０９
との接続操作と同様に行う。

【００２６】その後、正極外部端子１０１及び負極外部
端子１０１’の鍔部１０７周面全周に絶縁被覆１０８を
施す。この絶縁被覆１０８は、捲回群Ｗ’外周面全周に
も及ぼす。絶縁被覆１０８には、基材がポリイミドで、
その片面にヘキサメタアクリレートからなる粘着剤を塗
布した粘着テープを用いた。この粘着テープを鍔部１０
７周面から捲回群Ｗ’外周面に亘って何重にも巻いて絶
縁被覆１０８とする。捲回群Ｗ’の最大径部が絶縁被覆
１０８存在部となるように巻き数を調整し、該最大径を
ステンレス製の電池容器１１６内径よりも僅かに小さく
して捲回群Ｗ’を電池容器１１６内に挿入する。電池容
器１１６の厚さは０．５ｍｍであり、捲回群Ｗ’と電池
容器１１６との間の隙間は両側あわせて捲回群Ｗ’の直
径の３％に相当する。

【００２７】次に、アルミナ製で電池蓋１０４裏面と当
接する部分の厚さ２ｍｍ、内径１６ｍｍ、外径２５ｍｍ
の第２のセラミックワッシャ１０３’を、図３に示すよ
うに先端が正極外部端子１０１を構成する極柱、先端が
負極外部端子１０１’を構成する極柱にそれぞれ嵌め込
む。また、第１のセラミックワッシャ１０３を電池蓋１
０４に載置し、正極外部端子１０１、負極外部端子１０
１’をそれぞれ第１のセラミックワッシャ１０３に通
す。その後円盤状電池蓋１０４周端面を電池容器１１６
の開口部に嵌合し、双方の接触部全域をレーザ溶接す
る。このとき正極外部端子１０１、負極外部端子１０
１’は、電池蓋１０４の中心にある穴を貫通して電池蓋
１０４外部に突出している。そして図３に示すように、
アルミナ製で厚さ２ｍｍ、内径１６ｍｍ、外径２８ｍｍ
の平状の第１のセラミックワッシャ１０３、ナット１０
２底面よりも平滑な金属ワッシャ１１１を、この順に正
極外部端子１０１、負極外部端子１０１’にそれぞれ嵌
め込む。電池蓋１０４には、正極側、負極側共に、電池
の内圧上昇に応じて開裂する開裂弁１１０が配設されて
いる。なお、開裂弁１１０の開裂圧は１．３〜１．８Ｍ
Ｐａに設定した。

【００２８】次に、金属製のナット１０２を正極外部端
子１０１、負極外部端子１０１’にそれぞれ螺着し、第
２のセラミックワッシャ１０３’、第１のセラミックワ
ッシャ１０３、金属ワッシャ１１１を介して電池蓋１０
４を鍔部１０７とナット１０２間で締め付けて固定す
る。このときの締め付けトルク値は７０ｋｇｆ・ｃｍ
（６．８６Ｎ・ｍ）とした。なお、締め付け作業が終了
するまで金属ワッシャ１１１は回転しなかった。この状
態では、電池蓋１０４裏面と鍔部１０７の間に介在させ
たゴム（ＥＰＤＭ）製Ｏリング１１２の圧縮により電池
容器１１６内部の発電要素は外気から遮断されている。

【００２９】その後、電池蓋１０４に配設された注液口
１１３から電解液を所定量電池容器１１６内に注入し、
その後注液口１１３を封止することにより円筒形リチウ
ムイオン電池１２０を完成させた。なお、円筒形リチウ
ムイオン電池１２０は、電池容器１１６の内圧の上昇に
応じて電流を遮断する電流遮断機構は有していない。ま
た、電解液には、ＥＣとＤＭＣとＤＥＣの体積比１：
１：１の混合溶媒中へ６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰ
Ｆ_６）を１モル／リットル溶解したものを用いた。

【００３０】図３に示すように、本実施形態の円筒型リ
チウムイオン電池１２０は、電池容器１１６の平均外径
をＤ（以下、直径Ｄという。）（単位；ｍｍ）、正極側
電池蓋の外表面から負極側電池蓋の外表面までの長さを
Ｌ（以下、長さＬという。）（単位；ｍｍ）としたと
き、長さＬに対する直径Ｄの比Ｄ／Ｌを後述する所定の
範囲とした。また、正極側、負極側共に捲回群Ｗ‘と各
極端子とを接続する接続部材が設けられている。この接
続のために必要なスペースの大きさは、捲回群Ｗ’の正
極側端部から正極側電池蓋１０４の表面までの長さをＡ
（ｍｍ）とし、捲回群Ｗ’の負極側端部から負極側電池
蓋１０４の表面までの長さをＢ（ｍｍ）としたとき、
Ａ、Ｂあわせて３５ｍｍに設定されている（図３のＡ＋
Ｂ＝３５ｍｍ）。電池の長さＬから３５ｍｍを減じた長
さが捲回群Ｗ’の長さ、すなわちセパレータの幅に相当
する。

【００３１】

【実施例】次に、上記実施形態に従って作製した円筒形
リチウムイオン電池２０、１２０の実施例の詳細につい
て説明する。また、本実施例の効果が明確となるように
同時に作製した比較例の電池についても併記する。

【００３２】（実施例１）下表１に示すように、実施例
１では、第１実施形態に従い、次の正極、負極を組み合
わせた円筒型リチウム二次電池２０を作製した。正極
は、正極活物質に平均粒径約１０μｍのコバルト酸リチ
ウム（日本化学工業（株）製、商品名セルシード）を用
い、幅Ｗ_Ｐを１０６ｍｍ、長さＬ_Ｐを４５０ｃｍ、集電
体を含めた厚さＴ_Ｐを２３１μｍとした。負極は、負極
活物質に平均粒径約２０μｍの非晶質炭素（呉羽化学工
業（株）製、商品名カーボトロン）を用い、幅Ｗ_Ｎを１
１２ｍｍ、長さＬ_Ｎを４６８ｃｍ、集電体を含めた厚さ
Ｔ_Ｎを２０１μｍとした。巻き芯はポリプロピレン製で
直径Ｄ_Ｓが１３ｍｍのものを用いた。捲回数Ｎ_Ｗは約４
２回とし、捲回群の直径Ｄ_Ｗは５６．８ｍｍであった。
電池缶は、直径Ｄが６１．２ｍｍ、長さＬが１５３ｍｍ
であり、比Ｄ／Ｌは０．４であった。電池缶の厚さは
０．５ｍｍのため、電池缶の内径Ｄ_Ｉは６０．２ｍｍで
あった。従って、捲回群と電池缶との隙間は１．７ｍｍ
であり、この隙間は捲回群の直径Ｄ_Ｗの約３％に相当す
る。また、実施例１で用いた電池は底部に開放弁を有し
ていない。なお、表１において、正極の活物質について
は、Ｃｏはコバルト酸リチウムを、Ｍｎはマンガン酸リ
チウムを、それぞれ示し、負極の活物質については、Ａ
Ｃは非晶質炭素を、Ｇは黒鉛を、それぞれ示す。

【００３３】（実施例１−２）下表１に示すように、実
施例１−２では、第１実施形態に従い、電池缶の底部に
開放弁を配設する以外は実施例１と同様にした。

【００３４】（実施例２）下表１に示すように、実施例
２では、第１実施形態に従い、幅Ｗ_Ｐを８７ｍｍ、長さ
Ｌ_Ｐを５５０ｃｍ、幅Ｗ_Ｎを９３ｍｍ、長さＬ_Ｎを５６
８ｃｍ、捲回数Ｎ _Ｗを約４７回、捲回群直径Ｄ_Ｗを６
２．３ｍｍ、電池缶の直径Ｄを６７．０ｍｍ、電池缶の
長さＬを１３４ｍｍとする以外は実施例１と同様にし
た。比Ｄ／Ｌは０．５であった。電池缶の内径Ｄ_Ｉは６
６．０ｍｍで、捲回群と電池缶との隙間は１．８５ｍｍ
であった。

【００３５】（実施例３）下表１に示すように、実施例
３では、第１実施形態に従い、幅Ｗ_Ｐを７４ｍｍ、長さ
Ｌ_Ｐを６５４ｃｍ、幅Ｗ_Ｎを８０ｍｍ、長さＬ_Ｎを６７
２ｃｍ、捲回数Ｎ _Ｗを約５２回、捲回群直径Ｄ_Ｗを６
７．５ｍｍ、電池缶の直径Ｄを７２．６ｍｍ、電池缶の
長さＬを１２１ｍｍとする以外は実施例１と同様にし
た。比Ｄ／Ｌは０．６であった。電池缶の内径Ｄ_Ｉは７
１．６ｍｍで、捲回群と電池缶との隙間は２．０５ｍｍ
であった。

【００３６】

【表１】

【００３７】（実施例４）表１に示すように、実施例４
では、第１実施形態に従い、正極活物質に平均粒径約１
５μｍのマンガン酸リチウムを用い、幅Ｗ_Ｐを１１２ｍ
ｍ、長さＬ_Ｐを５４１ｃｍとし、負極活物質に平均粒径
約１５μｍのメソフェーズ系球状黒鉛（川崎製鉄（株）
製、商品名ＫＭＦＣ）を用い、幅Ｗ_Ｎを１１８ｍｍ、長
さＬ_Ｎを５５９ｃｍ、集電体を含めた厚さＴ_Ｎを１５４
μｍとし、捲回数Ｎ_Ｗを約４８回、捲回群直径Ｄ_Ｗを５
９．０ｍｍ、電池缶の直径Ｄを６３．６ｍｍ、長さＬを
１５９ｍｍとする以外は実施例１と同様にした。比Ｄ／
Ｌは０．４であった。電池缶の内径Ｄ_Ｉは６２．６ｍｍ
で、捲回群と電池缶との隙間は１．８ｍｍであった。

【００３８】（実施例４−２）表１に示すように、実施
例４−２では、第１実施形態に従い、電池缶の底部に開
放弁を配設する以外は実施例４と同様にした。

【００３９】（実施例５）表１に示すように、実施例５
では、第１実施形態に従い、幅Ｗ_Ｐを９２ｍｍ、長さＬ
_Ｐを６５８ｃｍ、幅Ｗ_Ｎを９８ｍｍ、長さＬ_Ｎを６７６
ｃｍ、捲回数Ｎ_Ｗを約５４回、捲回群直径Ｄ_Ｗを６４．
７ｍｍ、電池缶の直径Ｄを６９．５ｍｍ、電池缶の長さ
Ｌを１３９ｍｍとする以外は実施例４と同様にした。比
Ｄ／Ｌは０．５であった。電池缶の内径Ｄ_Ｉは６８．５
ｍｍで、捲回群と電池缶との隙間は１．９ｍｍであっ
た。

【００４０】（実施例６）表１に示すように、実施例６
では、第１実施形態に従い、幅Ｗ_Ｐを７８ｍｍ、長さＬ
_Ｐを７７５ｃｍ、幅Ｗ_Ｎを８４ｍｍ、長さＬ_Ｎを７９３
ｃｍ、捲回数Ｎ_Ｗを約６０回、捲回群直径Ｄ_Ｗを６９．
８ｍｍ、電池缶の直径Ｄを７５．０ｍｍ、電池缶の長さ
Ｌを１２５ｍｍとする以外は実施例４と同様にした。比
Ｄ／Ｌは０．６であった。電池缶の内径Ｄ_Ｉは７４．０
ｍｍで、捲回群と電池缶との隙間は２．１ｍｍであっ
た。

【００４１】（実施例７）表１に示すように、実施例７
では、第１実施形態に従い、幅Ｗ_Ｐを１１５．５ｍｍ、
長さＬ_Ｐを５８３ｃｍとし、負極活物質に平均粒径約２
０μｍの非晶質炭素を用い、幅Ｗ_Ｎを１２１．５ｍｍ、
長さＬ_Ｎを６０１ｃｍ、集電体を含めた厚さＴ_Ｎを１４
２μｍとし、捲回数Ｎ_Ｗを約５１回、捲回群直径Ｄ_Ｗを
６０．４ｍｍ、電池缶の直径Ｄを６５．０ｍｍ、長さＬ
を１６２．５ｍｍとする以外は実施例４と同様にした。
比Ｄ／Ｌは０．４であった。電池缶の内径Ｄ_Ｉは６４．
０ｍｍで、捲回群と電池缶との隙間は１．８ｍｍであっ
た。

【００４２】（実施例７−２）表１に示すように、実施
例７−２では、第１実施形態に従い、電池缶の底部に開
放弁を配設する以外は実施例７と同様にした。

【００４３】（実施例８）表１に示すように、実施例８
では、第１実施形態に従い、幅Ｗ_Ｐを９５ｍｍ、長さＬ
_Ｐを７０８ｃｍ、幅Ｗ_Ｎを１０１ｍｍ、長さＬ_Ｎを７２
６ｃｍ、捲回数Ｎ _Ｗを約５７回、捲回群直径Ｄ_Ｗを６
６．１ｍｍ、電池缶の直径Ｄを７１．０ｍｍ、電池缶の
長さＬを１４２ｍｍとする以外は実施例７と同様にし
た。比Ｄ／Ｌは０．５であった。電池缶の内径Ｄ_Ｉは７
０．０ｍｍで、捲回群と電池缶との隙間は１．９５ｍｍ
であった。

【００４４】（実施例９）表１に示すように、実施例９
では、第１実施形態に従い、幅Ｗ_Ｐを８１ｍｍ、長さＬ
_Ｐを８３７ｃｍ、幅Ｗ_Ｎを８７ｍｍ、長さＬ_Ｎを８５５
ｃｍ、捲回数Ｎ_Ｗを約６３回、捲回群直径Ｄ_Ｗを７１．
５ｍｍ、電池缶直の径Ｄを７６．８ｍｍ、電池缶の長さ
Ｌを１２８ｍｍとする以外は実施例７と同様にした。比
Ｄ／Ｌは０．６であった。電池缶の内径Ｄ_Ｉは７５．８
ｍｍで、捲回群と電池缶との隙間は２．１５ｍｍであっ
た。

【００４５】（実施例１０）表１に示すように、実施例
１０では、第１実施形態に従い、幅Ｗ_Ｐを７７．５ｍ
ｍ、長さＬ_Ｐを５９８ｃｍ、集電体を含めた厚さＴ_Ｐを
１０３μｍとし、負極活物質に平均粒径約５μｍの非晶
質炭素を用い、幅Ｗ_Ｎを８３．５ｍｍ、長さＬ _Ｎを６１
６ｃｍ、集電体を含めた厚さＴ_Ｎを７３μｍとし、軸芯
の直径Ｄ_Ｓは１０ｍｍのものを用い、捲回数Ｎ_Ｗを約７
０回、捲回群直径Ｄ_Ｗを４６．０ｍｍ、電池缶の直径Ｄ
を４９．８ｍｍ、長さＬを１２４．５ｍｍとする以外は
実施例４と同様にした。比Ｄ／Ｌは０．４であった。電
池缶の内径Ｄ_Ｉは４８．８ｍｍで、捲回群と電池缶との
隙間は１．４ｍｍであった。

【００４６】（実施例１０−２）表１に示すように、実
施例１０−２では、第１実施形態に従い、電池缶の底部
に開放弁を配設する以外は実施例１０と同様にした。

【００４７】（実施例１１）表１に示すように、実施例
１１では、第１実施形態に従い、幅Ｗ_Ｐを６２．５ｍ
ｍ、長さＬ_Ｐを７３６ｃｍ、幅Ｗ_Ｎを６８．５ｍｍ、長
さＬ_Ｎを７５４ｃｍ、捲回数Ｎ_Ｗを約７９回、捲回群直
径Ｄ_Ｗを５０．７ｍｍ、電池缶の直径Ｄを５４．７ｍ
ｍ、電池缶の長さＬを１０９．５ｍｍとする以外は実施
例１０と同様にした。比Ｄ／Ｌは０．５であった。電池
缶の内径Ｄ_Ｉは５３．７ｍｍで、捲回群と電池缶との隙
間は１．５ｍｍであった。

【００４８】（実施例１２）表１に示すように、実施例
１２では、第１実施形態に従い、幅Ｗ_Ｐを５２ｍｍ、長
さＬ_Ｐを８８０ｃｍ、幅Ｗ_Ｎを５８ｍｍ、長さＬ_Ｎを８
９８ｃｍ、捲回数Ｎ _Ｗを約８８回、捲回群直径Ｄ_Ｗを５
５．１ｍｍ、電池缶の直径Ｄを５９．４ｍｍ、電池缶の
長さＬを９９ｍｍとする以外は実施例１０と同様にし
た。比Ｄ／Ｌは０．６であった。電池缶の内径Ｄ_Ｉは５
８．４ｍｍで、捲回群と電池缶との隙間は１．６５ｍｍ
であった。

【００４９】（実施例１３）表１に示すように、実施例
１３では、第２実施形態に従い、次の正極、負極を組み
合わせた円筒型リチウム二次電池１２０を作製した。正
極は、正極活物質に平均粒径約１５μｍのマンガン酸リ
チウムを用い、幅Ｗ_Ｐを１１２ｍｍ、長さＬ _Ｐを５４１
ｃｍとし、集電体を含めた厚さＴ_Ｐを２３１μｍとし
た。負極は、負極活物質に平均粒径約１５μｍのメソフ
ェーズ系球状黒鉛を用い、幅Ｗ_Ｎを１１８ｍｍ、長さＬ
_Ｎを５５９ｃｍ、集電体を含めた厚さＴ_Ｎを１５４μｍ
とした。軸芯はポリプロピレン製で直径Ｄ_Ｓが１３ｍｍ
のものを用いた。捲回数Ｎ_Ｗを約４８回、捲回群直径Ｄ
_Ｗを５９．０ｍｍ、電池缶の直径Ｄを６３．６ｍｍ、長
さＬを１５９ｍｍとした。比Ｄ／Ｌは０．４であった。
電池缶の厚さは０．５ｍｍのため、電池缶の内径Ｄ_Ｉは
６２．６ｍｍであった。従って、捲回群と電池缶との隙
間は１．８ｍｍであり、この隙間は捲回群の直径Ｄ_Ｗの
約３％に相当する。また、実施例１３の電池では電池容
器の両端に開放弁を有している。

【００５０】（実施例１４）表１に示すように、実施例
１４では、第２実施形態に従い、幅Ｗ_Ｐを９２ｍｍ、長
さＬ_Ｐを６５８ｃｍ、幅Ｗ_Ｎを９８ｍｍ、長さＬ_Ｎを６
７６ｃｍ、捲回数Ｎ _Ｗを約５４回、捲回群直径Ｄ_Ｗを６
４．７ｍｍ、電池缶の直径Ｄを６９．５ｍｍ、長さＬを
１３９ｍｍとする以外は実施例１３と同様にした。比Ｄ
／Ｌは０．５であった。電池缶の内径Ｄ_Ｉは６８．５ｍ
ｍで、捲回群と電池缶との隙間は１．９ｍｍであった。

【００５１】（実施例１５）表１に示すように、実施例
１５では、第２実施形態に従い、幅Ｗ_Ｐを７８ｍｍ、長
さＬ_Ｐを７７５ｃｍ、幅Ｗ_Ｎを８４ｍｍ、長さＬ_Ｎを７
９３ｃｍ、捲回数Ｎ _Ｗを約６０回、捲回群直径Ｄ_Ｗを６
９．８ｍｍ、電池缶の直径Ｄを７５．０ｍｍ、長さＬを
１２５ｍｍとする以外は実施例１３と同様にした。比Ｄ
／Ｌは０．６であった。電池缶の内径Ｄ_Ｉは７４．０ｍ
ｍで、捲回群と電池缶との隙間は２．１ｍｍであった。

【００５２】（比較例１）下表２に示すように、比較例
１では、第１実施形態に従い、幅Ｗ_Ｐを１１９ｍｍ、長
さＬ_Ｐを４００ｃｍ、幅Ｗ_Ｎを１２５ｍｍ、長さＬ_Ｎを
４１８ｃｍ、捲回数Ｎ_Ｗを約３９回、捲回群直径Ｄ_Ｗを
５３．９ｍｍ、電池缶の直径Ｄを５８．１ｍｍ、電池缶
の長さＬを１６６ｍｍとする以外は実施例１と同様にし
た。比Ｄ／Ｌは０．３５であった。電池缶の内径Ｄ_Ｉは
５７．１ｍｍで、捲回群と電池缶との隙間は１．６ｍｍ
であった。

【００５３】（比較例２）下表２に示すように、比較例
２では、第１実施形態に従い、電池缶の底部に開放弁を
配設する以外は比較例１と同様にした。

【００５４】（比較例３）下表２に示すように、比較例
３では、第１実施形態に従い、幅Ｗ_Ｐを６８ｍｍ、長さ
Ｌ_Ｐを６９６ｃｍ、幅Ｗ_Ｎを７４ｍｍ、長さＬ_Ｎを７１
４ｃｍ、捲回数Ｎ _Ｗを約５４回、捲回群直径Ｄ_Ｗを６
９．５ｍｍ、電池缶の直径Ｄを７４．７ｍｍ、電池缶の
長さＬを１１５ｍｍとする以外は比較例１と同様にし
た。比Ｄ／Ｌは０．６５であった。電池缶の内径Ｄ_Ｉは
７３．７ｍｍで、捲回群と電池缶との隙間は２．１ｍｍ
であった。

【００５５】

【表２】

【００５６】（比較例４）表２に示すように、比較例４
では、第１実施形態に従い、正極活物質に平均粒径約１
５μｍのマンガン酸リチウムを用い、幅Ｗ_Ｐを１２５．
５ｍｍ、長さＬ_Ｐを４８２ｃｍとし、負極活物質に平均
粒径約１５μｍのメソフェーズ系球状黒鉛を用い、幅Ｗ
_Ｎを１３１．５ｍｍ、長さＬ_Ｎを５００ｃｍ、集電体を
含めた厚さＴ_Ｎを１５４μｍとし、捲回数Ｎ_Ｗを約４５
回、捲回群直径Ｄ_Ｗを５６．０ｍｍ、電池缶の直径Ｄを
６０．４ｍｍ、長さＬを１７２．５ｍｍとする以外は比
較例１と同様にした。比Ｄ／Ｌは０．３５であった。電
池缶の内径Ｄ_Ｉは５９．４ｍｍで、捲回群と電池缶との
隙間は１．７ｍｍであった。

【００５７】（比較例５）表２に示すように、比較例５
では、第１実施形態に従い、電池缶の底部に開放弁を配
設する以外は比較例４と同様にした。

【００５８】（比較例６）表２に示すように、比較例６
では、第１実施形態に従い、幅Ｗ_Ｐを７２．５ｍｍ、長
さＬ_Ｐを８３６ｃｍ、幅Ｗ_Ｎを７８．５ｍｍ、長さＬ_Ｎ
を８５４ｃｍ、捲回数Ｎ_Ｗを約６３回、捲回群直径Ｄ_Ｗ
を７２．３ｍｍ、電池缶の直径Ｄを７７．７ｍｍ、長さ
Ｌを１１９．５ｍｍとする以外は比較例４と同様にし
た。比Ｄ／Ｌは０．６５であった。電池缶の内径Ｄ_Ｉは
７６．７ｍｍで、捲回群と電池缶との隙間は２．２ｍｍ
であった。

【００５９】（比較例７）表２に示すように、比較例７
では、第１実施形態に従い、幅Ｗ_Ｐを１２９ｍｍ、長さ
Ｌ_Ｐを５１８ｃｍとし、負極活物質に平均粒径約２０μ
ｍの非晶質炭素を用い、幅Ｗ_Ｎを１３５ｍｍ、長さＬ_Ｎ
を５３６ｃｍ、集電体を含めた厚さＴ_Ｎを１４２μｍと
し、捲回数Ｎ_Ｗを約４８回、捲回群直径Ｄ_Ｗを５７．２
ｍｍ、電池缶の直径Ｄを６１．６ｍｍ、長さＬを１７６
ｍｍとする以外は比較例４と同様にした。比Ｄ／Ｌは
０．３５であった。電池缶の内径Ｄ_Ｉは６０．６ｍｍ
で、捲回群と電池缶との隙間は１．７ｍｍであった。

【００６０】（比較例８）表２に示すように、比較例８
では、第１実施形態に従い、電池缶の底部に開放弁を配
設する以外は比較例７と同様にした。

【００６１】（比較例９）表２に示すように、比較例９
では、第１実施形態に従い、幅Ｗ_Ｐを７５ｍｍ、長さＬ
_Ｐを８９７ｃｍ、幅Ｗ_Ｎを８１ｍｍ、長さＬ_Ｎを９１５
ｃｍ、捲回数Ｎ_Ｗを約６６回、捲回群直径Ｄ_Ｗを７３．
９ｍｍ、電池缶の直径Ｄを７９．３ｍｍ、長さＬを１２
２ｍｍとする以外は比較例７と同様にした。比Ｄ／Ｌは
０．６５であった。電池缶の内径Ｄ_Ｉは７８．３ｍｍ
で、捲回群と電池缶との隙間は２．２ｍｍであった。

【００６２】（比較例１０）表２に示すように、比較例
１０では、第１実施形態に従い、幅Ｗ_Ｐを８７ｍｍ、長
さＬ_Ｐを５２３ｃｍ、集電体を含めた厚さＴ_Ｐを１０３
μｍとし、負極活物質に平均粒径約５μｍの非晶質炭素
を用い、幅Ｗ_Ｎを９３ｍｍ、長さＬ_Ｎを５４１ｃｍ、集
電体を含めた厚さＴ_Ｎを７３μｍとし、捲回数Ｎ_Ｗを約
６５回、捲回群直径Ｄ_Ｗを４３．３ｍｍ、電池缶の直径
Ｄを４６．９ｍｍ、長さＬを１３４ｍｍとする以外は比
較例４と同様にした。比Ｄ／Ｌは０．３５であった。電
池缶の内径Ｄ_Ｉは４５．９ｍｍで、捲回群と電池缶との
隙間は１．３ｍｍであった。

【００６３】（比較例１１）表２に示すように、比較例
１１では、第１実施形態に従い、電池缶の底部に開放弁
を配設する以外は比較例１０と同様にした。

【００６４】（比較例１２）表２に示すように、比較例
１２では、第１実施形態に従い、幅Ｗ_Ｐを４８ｍｍ、長
さＬ_Ｐを９５５ｃｍ、幅Ｗ_Ｎを５４ｍｍ、長さＬ_Ｎを９
７３ｃｍ、捲回数Ｎ _Ｗを約９２回、捲回群直径Ｄ_Ｗを５
７．３ｍｍ、電池缶の直径Ｄを６１．８ｍｍ、長さＬを
９５ｍｍとする以外は比較例１０と同様にした。比Ｄ／
Ｌは０．６５であった。電池缶の内径Ｄ_Ｉは６０．８ｍ
ｍで、捲回群と電池缶との隙間は１．７５ｍｍであっ
た。

【００６５】（比較例１３）表２に示すように、比較例
１３では、第２実施形態に従い、幅Ｗ_Ｐを１２５．５ｍ
ｍ、長さＬ_Ｐを４８２ｃｍ、幅Ｗ_Ｎを１３１．５ｍｍ、
長さＬ_Ｎを５００ｃｍ、捲回数Ｎ_Ｗを約４５回、捲回群
直径Ｄ_Ｗを５６．０ｍｍ、電池缶の直径Ｄを６０．４ｍ
ｍ、長さＬを１７２．５ｍｍとする以外は実施例１３と
同様にした。比Ｄ／Ｌは０．３５であった。電池缶の内
径Ｄ_Ｉは５９．４ｍｍで、捲回群と電池缶との隙間は
１．７ｍｍであった。

【００６６】（比較例１４）表２に示すように、比較例
１４では、第２実施形態に従い、幅Ｗ_Ｐを７２．５ｍ
ｍ、長さＬ_Ｐを８３６ｃｍ、幅Ｗ_Ｎを７８．５ｍｍ、長
さＬ_Ｎを８５４ｃｍ、捲回数Ｎ_Ｗを約６３回、捲回群直
径Ｄ_Ｗを７２．３ｍｍ、電池缶の直径Ｄを７７．７ｍ
ｍ、長さＬを１１９．５ｍｍとする以外は比較例１３と
同様にした。比Ｄ／Ｌは０．６５であった。電池缶の内
径Ｄ_Ｉは７６．７ｍｍで、捲回群と電池缶との隙間は
２．２ｍｍであった。

【００６７】（測定／評価）次に、このようにして完成
した実施例及び比較例の電池を２５±２°Ｃの雰囲気温
度にて、次の条件で充電し、満充電状態にして以下の測
定１〜３の測定を行った。（充電条件）実施例１〜９；４．２Ｖ定電圧、制限電流２７Ａ、３．
５時間実施例１０〜１２；４．２Ｖ定電圧、制限電流７Ａ、
３．５時間実施例１３〜１５；４．２Ｖ定電圧、制限電流２７Ａ、
３．５時間比較例１〜９；４．２Ｖ定電圧、制限電流２７Ａ、３．
５時間比較例１０〜１２；４．２Ｖ定電圧、制限電流７Ａ、
３．５時間比較例１３〜１４；４．２Ｖ定電圧、制限電流２７Ａ、
３．５時間

【００６８】［測定１］満充電状態の電池を、実施例１
〜９、実施例１３〜１５、比較例１〜９及び比較例１３
〜１４の電池は９Ａ定電流、放電終止電圧２．７Ｖ、２
５±２°Ｃで放電し、実施例１０〜１２及び比較例１０
〜１２の電池は３Ａ定電流、放電終止電圧２．７Ｖ、２
５±２°Ｃで放電し、放電容量を確認した。また、各電
池の大きさから電池の容積を求め、エネルギー密度を算
出した。

【００６９】［測定２］満充電状態の電池を、実施例１
〜９、実施例１３〜１５、比較例１〜９及び比較例１３
〜１４の電池は２７Ａ定電流、２５±２°Ｃで、実施例
１０〜１２及び比較例１０〜１２は７Ａ定電流、２５±
２°Ｃでそれぞれ連続充電し、最終的な電池の状況を観
察し、過充電後外観とした。

【００７０】［測定３］満充電状態の電池を、環境温度
３０±３°Ｃにて、電池の長さ方向（軸芯の長さ方向）
に、振幅１ｍｍ、振動数１０Ｈｚで６時間、５０Ｈｚで
６時間、１００Ｈｚで６時間、振動を加える振動試験を
行った。各振動数で振動を加えた後、電池を解体し、電
極捲回群の移動とリードの切断の有無を目視にて観察し
た。

【００７１】測定１〜３の測定結果を下表３及び下表４
に示す。

【００７２】

【表３】

【００７３】

【表４】

【００７４】表３及び表４に示すように、放電容量の測
定結果では、第１実施形態の実施例１〜９及び比較例１
〜９の電池、並びに第２実施形態の実施例１３〜１５及
び比較例１３〜１４の電池は約２７Ａｈ、第１実施形態
の実施例１０〜１２及び比較例１０〜１２の電池は約７
Ａｈであり、ほぼ定格容量どおりの放電容量が得られ、
高いエネルギー密度が得られた。

【００７５】測定２の結果では、比Ｄ／Ｌを０．４〜
０．６の範囲とした実施例１〜１５の電池は、一部で電
池缶の膨れが見られたものの、ほぼ外観を維持してい
た。これに対して、比Ｄ／Ｌが０．４を下回る比較例
１、２、４、５、７、８、１０、１１の第１実施形態の
電池は、電池缶底部の開放弁の有無にかかわらず、かし
め部から上蓋が外れた。また、比較例１３の第２実施形
態の電池は、電池容器の膨れが見られた。特に、正極活
物質にコバルト酸リチウムを用いた比較例１、２の電池
では、電池缶開口部から側面部にかけての破開も見られ
た。なお、全ての電池において、上蓋部の安全弁、底部
の開放弁は全て開裂していた。

【００７６】測定２においては、連続過充電により電池
電圧が上昇して電解液の分解、ガス化が起こり、更に分
解が進むと発熱を伴い、セパレータが収縮して正極、負
極が接触する、いわゆる内部短絡が起こる。そうなる
と、短絡電流によってさらに温度が上昇し、電解液のガ
ス化が急激になり、電池の内圧が急上昇する。即座に上
蓋の安全弁及び底部の開放弁が開裂し、内圧を電池外へ
開放することとなる。捲回群内部で発生したガスは、捲
回群の両端方向、すなわち上蓋部の安全弁、底部の開放
弁の方向へ移動する。しかし、比Ｄ／Ｌが０．４を下回
る電池においては、捲回群両端までの長さが大きく、特
にガスが急発生した場合には電池缶を膨らませたり、ま
たそのガス塊が、一気に開放弁を通過しようとしたとき
には、上蓋をかしめ部から外してしまうほどの勢いを持
つものと思われる。従って、不慮の事態として、電池が
過充電などの異常状態に陥った場合の安全性を確保する
には比Ｄ／Ｌを０．４以上とすることが好ましいことが
判明した。

【００７７】正極活物質にコバルト酸リチウム、負極に
非晶質炭素を用い、底部に開放弁を有する実施例１−２
の電池では電池缶の膨れが観察されているのに対して、
正極にマンガン酸リチウムを用いた同様な実施例７−２
の電池では、底部の開放弁が開裂している以外の外観の
異常は認められなかった。従って正極活物質には、マン
ガン酸リチウムに代表されるリチウムマンガン複酸化物
を用いることが好ましいことがわかった。また、底部に
開放弁を有していない実施例４、７、１０の電池では、
電池缶の膨れが見られたのに対して、同じ仕様で底部に
開放弁を有している実施例４−２、７−２、１０−２の
電池では、底部の開放弁が開裂している以外の外観の異
常は認められなかった。従って、底部に開放弁を配設す
る、すなわち、電池の長手方向両端部に内圧開放弁を有
する電池は安全性に優れることが明らかとなった。

【００７８】測定３の結果では、全ての実施例の電池
は、振動試験後の異常は認められなかった。これに対し
て、比Ｄ／Ｌが０．６を超える比較例３、６、９、１２
の第１実施形態の電池及び比較例１４の第２実施形態の
電池は、捲回群が軸芯の長さ方向の一方へ移動してお
り、それによって、電極から導出されているリードが切
断されていた。比Ｄ／Ｌが大きい、つまり、長さＬに対
して直径Ｄが大きいと、軸芯と近接接触する電極の面積
が小さくなり、捲回群を保持しきれなくなったものと思
われる。従って、比Ｄ／Ｌは０．６以下とすることが好
ましいことが判明した。

【００７９】上述したように、上記実施形態の円筒形リ
チウムイオン電池２０、１２０では、電池構造にかかわ
らず、電池容器の長さＬに対する直径Ｄの比Ｄ／Ｌを
０．４〜０．６としたことにより、電極捲回群Ｗ、Ｗ’
を確実に支持して移動を防止することができ、過充電時
に発生したガスを速やかに電池外に開放することができ
た。従って、耐振性が高く、かつ安全性が高い円筒型リ
チウムイオン電池を実現することができた。また、正極
活物質をリチウムマンガン複酸化物としたことで、過充
電時のガスの発生を低減することができ、安全性を高め
ることができた。更に、電池の長手方向両端部に開放弁
を配設したことで、過充電時に電池内で発生したガスを
電池の両端部から電池外に開放することができ、安全性
を高めることができた。

【００８０】なお、本発明は上記実施形態で説明した直
径Ｄ及び高さＬに限定されるものではなく、正極活物質
の種類、正極合剤中の導電剤、負極活物質中の炭素材の
種類や製造方法に特に限定されるものでもない。また、
実施例、比較例の状況から明らかなように、本発明は特
に電池容量７Ａｈ以上、捲回数３０回以上の電池におい
て顕著に作用し、軸芯の直径、電極の厚さに限定される
ものではない。更に、上記実施形態では、軸芯の周囲に
電極を捲回して捲回群を作製したが、電極を捲回した後
に捲回した電極の中心部に軸芯を挿入して捲回群として
もよい。

【００８１】また、本実施形態以外で用いることのでき
るリチウムイオン電池用正極活物質としては、リチウム
を挿入・脱離可能な材料であり、予め十分な量のリチウ
ムを挿入したリチウムマンガン複酸化物が好ましく、ス
ピネル構造を有したマンガン酸リチウムや、結晶中のマ
ンガンやリチウムの一部をそれら以外の元素で置換ある
いはドープした材料を使用するようにしてもよい。例え
ばリチウムマンガン複酸化物のＬｉ／Ｍｎ比が０．５を
超えるものとしたり、リチウムマンガン複酸化物を、Ｌ
ｉ_１＋ｘＭｎ_{２−ｘ−ｙ}Ｍ_ｙＯ_４（ここで、０＜ｘ＜
０．１、０＜ｙ＜０．３、Ｍは、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃ
ｏ、Ｍｇ、の群より選ばれる少なくとも１種以上の元素
である。）であらわされるものとしてもよい。一般に、
マンガン酸リチウムは、適当なリチウム塩と酸化マンガ
ンとを混合、焼成して合成することができるが、リチウ
ム塩と酸化マンガンの仕込み比を制御することによって
所望のＬｉ／Ｍｎ比とすることができる。

【００８２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電極捲回群を確実に支持して電極捲回群の移動を防止す
ることができると共に、過充電時に発生したガスを速や
かに電池外に開放することができるので、耐振性が高
く、かつ安全性が高い円筒型リチウムイオン電池を実現
することができる、という効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用可能な第１実施形態の円筒型リチ
ウムイオン電池の断面図である。

【図２】第１実施形態の円筒型リチウムイオン電池の電
池缶の底面図である。

【図３】本発明が適用可能な第２実施形態の円筒型リチ
ウムイオン電池の断面図である。

【符号の説明】

３安全弁（内圧開放機構）１６電池缶（電池容器）１７巻き芯（軸芯）２０、１２０円筒型リチウムイオン電池２５、１１０開放弁（内圧開放機構）１１６電池容器１１７軸芯Ｗ、Ｗ’ 捲回群（電極捲回群）Ｗ１アルミニウム箔（正極集電体）Ｗ２正極活物質層Ｗ３銅箔（負極集電体）Ｗ４負極活物質層Ｗ５セパレータＤ電池直径Ｌ電池長さ

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 4/58 Ｈ０１Ｍ 4/58 Ｆターム(参考） 5H011 AA01 AA13 CC06 KK01 KK02 5H012 AA01 BB02 DD01 FF01 GG01 JJ01 5H029 AJ11 AJ12 AK03 AL06 AL07 AM03 AM05 AM07 BJ02 BJ14 BJ27 DJ02 HJ04 HJ12 HJ19 5H050 AA14 AA15 BA17 CA09 CB07 CB08 DA17 FA05 FA07 HA19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定圧で内圧を開放する内圧開放機構を
有する電池容器内に、正極活物質を含む正極活物質層と
正極集電体を有する帯状の正極と、負極活物質に炭素材
を用いた負極活物質層と負極集電体を有する帯状の負極
とをセパレータを介して軸芯を中心に３０回以上捲回し
た電極捲回群を備え、前記軸芯の両端が正極集電部材及
び負極集電部材に支持又は固定され電解液に浸潤された
円筒型リチウムイオン電池であって、実質放電容量が略
７Ａｈ以上の円筒型リチウムイオン電池において、前記
電池容器の直径をＤ（ｍｍ）とし、長さをＬ（ｍｍ）と
したときに、前記長さＬに対する直径Ｄの比Ｄ／Ｌが
０．４乃至０．６であることを特徴とする円筒型リチウ
ムイオン電池。
【請求項２】前記正極活物質はリチウムマンガン複酸
化物であることを特徴とする請求項１に記載の円筒型リ
チウムイオン電池。
【請求項３】前記円筒型リチウムイオン電池は、前記
内圧開放機構を該電池の長手方向両端部に有することを
特徴とする請求項１又は請求項２に記載の円筒型リチウ
ムイオン電池。