JP2003059540A

JP2003059540A - 非水電解質電池

Info

Publication number: JP2003059540A
Application number: JP2002167130A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Inoue; 裕靖井上; Masaki Tateishi; 正樹立石; Toshiya Takaishi; 季也高石; Isato Higuchi; 勇人樋口
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Holdings Ltd
Priority date: 2001-06-08
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2003-02-28

Abstract

(57)【要約】【課題】厚みが２０μｍ以下のセパレータを介して捲
回した電極捲回体を有する非水電解質電池の高温におけ
る安全性を向上させる。【解決手段】電極捲回体の正極または負極の内周端か
ら１周以上にわたり、正極の活物質層未形成部と負極と
が対向する対向部を設け、前記対向部の負極にも活物質
層が形成されていない部分が設けられている場合には、
少なくともその部分の負極と正極との間には前記セパレ
ータの他に絶縁性介在物を介在させる。また、前記対向
部を正極または負極の内周端から所定の長さ分だけ形成
させることにより、電極捲回体の長径と平行な方向にお
ける前記対向部の長さが前記長径の７０％以上になるよ
うにし、かつ、前記対向部の負極にも活物質層未形成部
が存在する場合は、少なくともそれぞれの活物質層未形
成部の間には、前記セパレータとともに絶縁性介在物を
介在させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セパレータを介し
て捲回された電極と非水電解質とを有する非水電解質電
池に関し、さらに詳しくは、膜厚の薄いセパレータを用
いて構成された電極捲回体を有する非水電解質二次電池
に関する。

【０００２】

【従来の技術】炭素質材料に代表される活物質を用いた
負極と、リチウム含有遷移金属化合物に代表される活物
質を用いた正極と、非水電解質とを有する非水電解質電
池、特に、非水電解質二次電池においては、上記負極お
よび正極は、銅箔あるいはアルミ箔などの金属箔に代表
される導電性基体上に、活物質を含有する合剤層すなわ
ち活物質層を形成し、さらに導電接続のためのリードを
形成したものが一般に用いられる。

【０００３】この種の電池における正・負の電極は、例
えば、正極であればおよそ１０〜３０μｍのアルミ箔、
負極であればおよそ５〜１５μｍの銅箔に活物質をペー
スト化した塗料を塗布した後、乾燥することにより作製
される。さらに、これら正極および負極は、セパレータ
を介して捲回され、電極捲回体とした後、非水電解質と
ともにアルミ缶に代表される金属缶やアルミラミネート
フィルムなどの外装体内に封入され、非水電解質電池が
組み立てられる。

【０００４】ところで、上記のような電極捲回体を有す
る非水電解質電池においては、釘刺しなどの異常発生時
の安全性を確保するため、電極捲回体の負極および正極
について、その導電性基体を露呈させるかまたはその導
電性基体と等電位の金属部を設け、それらを、セパレー
タを介して１周以上の長さにわたって互いに対向させる
ことが提案されている（特開平８−１５３５４２号公
報）。すなわち、正極の活物質層は導電性基体に比べて
抵抗値が高いため、釘刺しなどにより正極活物質と負極
活物質の対向部のみで短絡が生じた場合、短絡電流が正
極活物質層を通過することにより、この部分で急激な発
熱および温度上昇が生じ、発火などの危険な状態を引き
起こす原因となる。しかし、負極および正極のいずれに
ついても導電性基体の露呈部分かそれと等電位の金属部
を形成し、これらを互いに対向させることにより、この
低抵抗の部分でも短絡が生じ、短絡電流がこの部分を優
先的に通過するため、正極活物質層での急激な発熱を防
止することができ、電池の安全性向上を実現することが
できる。

【０００５】上記構成においては、負極および正極の導
電性基体またはそれと等電位の金属部を互いに対向させ
る場所は、電極捲回体の最内周付近、中央付近、最外周
付近のいずれでもよいが、活物質層を有さない導電性基
体またはそれと等電位の金属部の１周分の長さは、電極
捲回体の外周に近づくほど長くなり、活物質の割合が減
少してしまうため、電極捲回体の最内周部にそのような
対向部を設けるのが望ましい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らが、上記公報の記載内容に基づいて電極捲回体の最
内周部の負極および正極の導電性基体を露呈させ、それ
ぞれの露呈部分を互いに対向させた構成の電池を検討し
たところ、電池の高容量化を進めた場合に、前記構成が
かえって電池の安全性を低下させる要因となり得ること
をつきとめた。すなわち、高容量化のためには活物質充
填量を増加させる必要があり、セパレータなど活物質以
外の構成要素の割合を低減しなければならないが、前記
目的のため膜厚が２０μｍ以下のセパレータを用いたと
ころ、急速充電時や電池の加熱試験など電池が高温にな
る状況下において、電池の温度上昇後に短時間で発火に
至る現象が頻発し、前記釘刺し時の安全な挙動とは全く
異なる危険な挙動を示すことがわかった。

【０００７】この現象について本発明者らが詳細な検討
を行ったところ、膜厚が２０μｍ以下のセパレータにお
いて、温度上昇による収縮が極端に発生しやすくなるこ
とが原因であるとわかった。非水電解質電池のセパレー
タとして一般に用いられるポリオレフィン製のセパレー
タ、例えば、ポリエチレン製の微多孔膜は、過充電時の
発熱により電池が危険な状態となるのを防ぐため、１３
０℃程度の温度で溶融して孔を塞ぎ、電流を遮断するい
わゆるシャットダウン機能を備えている。セパレータの
膜厚が２０μｍより厚い場合は、前述した従来の捲回構
造を採用しても、加熱時の安全性には大きな問題は生じ
ない。

【０００８】ところが、膜厚が２０μｍ以下のセパレー
タを用いた場合は、例えば、上記温度よりもかなり低い
８０℃付近からセパレータが収縮し始め、さらに１２０
〜１５０℃程度まで電池の温度が上昇した場合には、負
極と正極の間にセパレータの介在しない部分が生じるた
め、負極と正極が容易に接触して内部短絡が頻発するこ
とがわかった。

【０００９】この状態では、電池内の非水電解質の溶媒
は、その引火点（例えば、エチレンカーボネートでは１
５７℃、プロピレンカーボネートでは１３２℃）とほぼ
同じ温度か、引火点の低い鎖状カーボネート（例えば、
ジエチルカーボネートでは３１℃）が用いられている場
合には、その引火点よりかなり高い温度に達しているた
め、上記内部短絡時に発生するスパークが電池内の溶媒
に引火して、短時間で電池が発火するに至るのである。
従って、引火点の低い溶媒、例えば、ジメチルカーボネ
ート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネー
トなどの鎖状カーボネートが用いられている場合には、
上記内部短絡による安全性低下の問題は特に深刻にな
る。

【００１０】このような、セパレータの膜厚による熱的
な挙動の違いの原因ははっきりとはしていないが、膜厚
が２０μｍ以下のものと、それよりも膜厚が厚いものと
では、製造工程が異なっており、セパレータを引き延ば
して膜厚を薄化させる方法が異なることによるものでは
ないかと推定している。

【００１１】また、捲回中心を含む電極捲回体の中心部
には空隙が形成されているため、捲回体の最内周部近傍
の負極および正極は内側への変形が可能であり、このた
め、最内周部近傍の負極および正極がセパレータを挟む
力は、捲回体の他の部分に比べてどうしても弱くなる。
さらに、負極および正極の導電性基体として通常用いら
れる金属箔の表面は平滑で滑りやすいため、セパレータ
が収縮しようとするのを止める静止摩擦力は弱く、電極
捲回体の最内周部に前記構造を採用した場合には、特
に、内部短絡が発生しやすくなるものと思われる。

【００１２】また、電池の中心部、すなわち、電極捲回
体の最内周近傍では、発生した熱が電池系外へ放出され
にくいため、より一層セパレータの収縮が生じやすい環
境にある。

【００１３】本発明は、上述した問題点を解決し、高温
における安全性および信頼性の高い非水電解質電池を提
供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明（請求項１に係る
発明）は、導電性基体上に活物質層が形成された正極
と、導電性基体上に活物質層が形成された負極とを、厚
みが２０μｍ以下のセパレータを介して捲回した電極捲
回体と、非水電解質とを有する非水電解質電池におい
て、前記電極捲回体の正極の導電性基体の少なくとも一
方の側には、その内周端部に活物質層未形成部（活物質
層が形成されていない部分）を設け、前記正極内周端部
の活物質層未形成部と負極とを対向させた対向部を正極
または負極の内周端から１周以上にわたって形成させ、
かつ、前記対向部の負極にも活物質層未形成部が存在す
る場合は、少なくともそれぞれの活物質層未形成部の間
には、前記セパレータとともに絶縁性介在物を介在させ
ることにより、非水電解質電池の高温での安全性を向上
させたものである。

【００１５】また、本発明（請求項２に係る発明）は、
導電性基体上に活物質層が形成された正極と、導電性基
体上に活物質層が形成された負極とを、厚みが２０μｍ
以下のセパレータを介して捲回して短径を５mm以下とし
た略長円筒形の電極捲回体と非水電解質を有する非水電
解質電池において、前記電極捲回体の正極の導電性基体
の少なくとも一方の側には、その内周端部に活物質層未
形成部を設け、前記正極内周端部の活物質層未形成部と
負極とを対向させた対向部を正極または負極の内周端か
ら所定の長さ分だけ形成させることにより、電極捲回体
の長径と平行な方向での前記対向部の長さが前記長径の
７０％以上になるようにし、かつ、前記対向部の負極に
も活物質層未形成部が存在する場合は、少なくともそれ
ぞれの活物質層未形成部の間には、前記セパレータとと
もに絶縁性介在物を介在させることにより、特に、略長
円筒形の形状の電極捲回体を有する非水電解質電池の高
温での安全性を向上させたものである。

【００１６】非水電解質電池を上記構成とすることによ
り、電池の温度が上昇した場合でもセパレータの収縮が
防止されるか、あるいは、セパレータの収縮が生じやす
い場所にセパレータと共に介在させた絶縁性介在物によ
り正極と負極の接触が妨げられるので、内部短絡の発生
を防ぐことができ、電池の高温での安全性が確保され
る。

【００１７】以下、発明の実施の形態を示すことによ
り、本発明の内容を具体的に説明する。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明においては、導電性基体上
に活物質層が形成された負極と、導電性基体上に活物質
層が形成された正極とを、厚みが２０μｍ以下のセパレ
ータを介して捲回した電極捲回体および非水電解質を用
いて非水電解質電池を構成する。電極捲回体の作製にお
いては、例えば、正極の内周端付近の導電性基体上に
は、基体幅と同じ幅で所定の長さにわたって活物質層が
形成されていない部分（活物質層未形成部）を設け、正
極または負極の内周端から１周以上にわたり、前記正極
の活物質層未形成部と負極とが対向する対向部が形成さ
れるように捲回を行う。すなわち、正極の活物質層未形
成部と、導電性基体よりも摩擦の大きい負極の活物質層
とを対向させることにより、その対向部に存在している
セパレータの収縮を止めようとする静止摩擦力が大きく
なり、温度上昇時のセパレータの収縮が抑制され、膜厚
の薄いセパレータを用いた非水電解質電池の高温での安
全性を向上させることができる。

【００１９】また、一般に負極活物質層の抵抗値は比較
的低いため、釘刺しでの短絡電流が通過する際の発熱は
それほど大きくならず、従って、釘刺し試験に関して
も、前述の構成と比してそれほど遜色のない安全性を確
保することができる。

【００２０】ここで、前記対向部の負極にも活物質層未
形成部が設けられている場合には、少なくともその部分
の負極と正極との間には前記セパレータの他に絶縁性介
在物を介在させる。正極と負極の活物質層未形成部同士
を厚みが２０μｍ以下のセパレータのみを介して対向さ
せた場合は、前述したようにセパレータの収縮が生じや
すくなるが、前記セパレータの他に絶縁性介在物を介在
させることにより、活物質層の場合と同様に摩擦が大き
くなってセパレータの収縮が抑制されるか、あるいは、
たとえ収縮を抑制できなかったとしても、負極と正極と
の距離が大きくなり、また絶縁性介在物自身がセパレー
タとしての役割を果たすため、内部短絡の発生を防ぐこ
とができる。

【００２１】上記絶縁性介在物としては、特に限定され
るものではないが、上記厚みが２０μｍ以下のセパレー
タ（以下、主セパレータと記載する）の収縮が生じる温
度でも安定して存在することが望ましく、主セパレータ
の融点よりも高い融点または熱分解温度を有する物質が
好ましく用いられる。例えば、ポリイミドテープ、ポリ
フェニレンサルファイドテープのような耐熱性の絶縁テ
ープなどが好適である。また、主セパレータの融点より
も高い融点を有する別のセパレータ、あるいは、ポリマ
ー電解質などを用いることもできる。これらの絶縁性介
在物は、正極の活物質層未形成部、負極の活物質層未形
成部、主セパレータのうちのいずれかの表面に付着させ
るか、または、主セパレータと重ねて用いるなどすれば
よい。

【００２２】また、正極あるいは負極の内周端付近に
は、正極リードあるいは負極リードを設けることもで
き、電極捲回体の最内周部近傍に前記リードを配置する
ことにより、捲回体中心部の空隙を有効に活用すること
ができる。リードの形成は、金属製のリード体を正極あ
るいは負極の導電性基体に溶着するか、導電性基体の一
部がリード体となるようにその形状を設定することなど
により行うことができる。

【００２３】本発明において用いる、厚みが２０μｍ以
下のセパレータとしては、特に限定されるものではない
が、電池の放電特性、コスト、シャットダウン機能、耐
久性などの点からポリオレフィン製セパレータを好まし
く用いることができる。具体的には、ポリエチレン製ま
たはポリプロピレン製の微多孔膜や、複数のポリオレフ
ィン膜や不織布が積層された積層タイプのセパレータな
どが好ましく用いられる。膜厚の薄いポリオレフィン製
セパレータでは、特に、温度上昇により大きな収縮を生
じやすいが、本発明によれば、収縮率の大きなセパレー
タを用いた場合にも、安全で信頼性の高い非水電解質電
池を構成することができる。もちろん、初めからできる
限り高温での収縮の小さいセパレータを用いるのが望ま
しく、透気度が５０〜５００秒／１００ｍｌであるセパ
レータが、熱収縮の点で優れるのみならず、サイクル特
性、負荷特性に優れた電池を構成できるのでより好まし
い。ここで、セパレータが方向性を有する、すなわち、
セパレータにＭＤ方向（製造時のフィルム樹脂の引き取
り方向）とＴＤ方向（ＭＤ方向と直交する方向）が存在
し、ＴＤ方向の破断強度がＭＤ方向の破断強度よりも小
さい値となるものが、熱収縮の点からより好ましく用い
られる。このようなセパレータとしては、東燃化学株式
会社製の微孔性ポリエチレンフィルム（Ｆ２０ＤＨＩ）
〔透気度：３４４秒／１００ｍｌ、ＴＤ方向破断強度／
ＭＤ方向破断強度：0.８５〕や、旭化成工業株式会社製
の微孔性ポリエチレンフィルム（Ｓ６７２２）〔透気
度：９０秒／１００ｍｌ、ＴＤ方向破断強度／ＭＤ方向
破断強度：0.１４〕などを用いることができる。

【００２４】また、セパレータの厚みは、薄くなればな
るほど捲回時の破断などの危険が増大するため、一般に
は５μｍ以上のものが好適に用いられる。

【００２５】上記のようにして作製された電極捲回体
を、非水電解質とともに外装体内部に封入して、非水電
解質電池が構成される。

【００２６】なお、電極捲回体の形状が円筒形から略長
円筒形にずれていった場合は、前記正極の活物質層未形
成部と負極との対向部を、正極または負極の内周端から
１周以上にわたり形成されることは必ずしも必要ではな
くなる。すなわち、短径が５mm以下である略長円筒形の
電極捲回体により非水電解質電池を構成する場合には、
正極内周端部の活物質層未形成部と負極とが対向する対
向部を正極または負極の内周端から所定の長さ分だけ形
成させることにより、電極捲回体の長径と平行な方向で
の前記対向部の長さが前記長径の７０％以上になるよう
に電極捲回体を構成するのであっても、電池の安全性を
十分に向上させることができる。

【００２７】これは、以下の理由による。すなわち、上
記のように短径の幅の小さい電極捲回体を用いた電池で
は、電池の厚みが非常に薄くなるため、短径に垂直な方
向からの釘刺しにより電池が発火する可能性は低く、長
径に垂直な方向、すなわち、電池の外装体の側面のう
ち、電極捲回体の長径の方向とほぼ平行となる側面から
釘が刺さったときの安全性について考慮するのみでよ
い。ここで、電極捲回体の捲回中心に近い場所の正極お
よび負極はおよそ長径の方向と平行に近い状態で積層し
ているので、これに垂直な方向から釘を刺した場合に
は、釘は電極捲回体を貫通しやすい。一方、電極捲回体
の長径方向の端に近い部分では、正極および負極は大き
な曲率で湾曲しており、釘刺しに対する抵抗が大きいた
め、釘が刺さりにくく、釘差しによる内部短絡の危険性
は、電極捲回体の中央付近に比べると小さくなる。ま
た、外装体が角形の金属缶の場合には、缶の角部に近い
ほど剛性が高くなって釘が刺さりにくくなるため、より
一層、電極捲回体の端に近い部分での危険性は低下す
る。一方、ラミネートフィルムを用いた場合でも、電池
がある程度たわむことができるので、やはり外装体の端
に近い部分には釘が刺さりにくく、釘差しによる内部短
絡の危険性は低くなる。

【００２８】すなわち、上記形状の電極捲回体では、電
極捲回体の捲回中心から長径の方向に一定範囲の部分で
釘差しによる内部短絡の危険性が高いのであり、その対
策を必要とする範囲は、電極捲回体の長径と平行な方向
で考えた場合、前記長径の７０％の範囲に相当する。従
って、正極内周端部の活物質層未形成部と負極とが対向
する対向部を正極または負極の内周端から所定の長さ分
だけ形成させることにより、電極捲回体の長径と平行な
方向での前記対向部の長さが前記長径の７０％以上にな
るように電極捲回体を構成すればよい。

【００２９】なお、本発明においては、上記以外の電池
の構成要件については特に限定されるものではなく、従
来より非水電解質電池において用いられているものを適
宜用いることができる。

【００３０】

【実施例】（実施例１）この実施例では、以下に述べる
ようにして、図１および図２に示すような電極捲回体を
作製し、これを用いて非水電解質電池を作製した。

【００３１】コバルト酸リチウム：９２質量部、カーボ
ンブラック：５質量部、ポリフッ化ビニリデン：２質量
部、ヘキサフルオロプロピレン共重合体：１質量部を、
Ｎ−メチルピロリドンを溶媒としてプラネタリーミキサ
ーでペースト化した。ブレードコーターにてその塗料を
厚さ２０μｍのアルミ箔よりなる導電性基体１ａ上に間
欠塗布し、乾燥し、プレス工程を経ることにより、導電
性基体１ａ上に活物質層１ｂを有するシート状の正極１
とした。この正極１の内周端付近の両面には、活物質層
１ｂが形成されずアルミ箔が露出した部分、すなわち活
物質層未形成部１ｘが設けられており、この活物質層未
形成部１ｘにアルミニウムよりなる正極リード１ｃが溶
着され、さらに正極リード１ｃの溶着部およびその周囲
は、熱分解温度が約５００℃のポリイミドテープよりな
る絶縁性介在物１ｄで覆われている。

【００３２】次いで、負極２を作製した。黒鉛：９２質
量部、ポリフッ化ビニリデン：６質量部、ヘキサフルオ
ロプロピレン共重合体：２質量部を、Ｎ−メチルピロリ
ドンを溶媒としてプラネタリーミキサーでペースト化し
た。ブレードコーターにて、その塗料を厚さ１０μｍの
銅箔よりなる導電性基体２ａ上に間欠塗布し、乾燥し、
プレス工程を経ることにより、導電性基体２ａ上に活物
質層２ｂを有するシート状の負極２とした。この負極２
の内周端付近の両面には、活物質層２ｂが形成されず銅
箔が露出した部分、すなわち活物質層未形成部２ｘが設
けられており、この活物質層未形成部２ｘにニッケルよ
りなる負極リード２ｃが溶着され、さらに負極リード２
ｃの溶着部およびその周囲はポリイミドテープよりなる
絶縁性介在物２ｄで覆われている。

【００３３】上記の正極１および負極２を、厚みが１６
μｍ、平均表面穴径が0.０５μｍで、融点が約１３０℃
の微孔性ポリエチレンフィルムのセパレータ３を介して
捲回し、長径が３４mm、短径が3.５mmの略長円筒形の電
極捲回体を作製した。先の図１は、こようにして作製さ
れた電極捲回体の断面の概略図である。この図１では、
セパレータ３、正極１および負極２のリード１ｃおよび
２ｃ、ポリイミドテープ１ｄおよび２ｄなどは省略され
ている。図１中において、符号４は捲回中心を示し、５
は捲回中心を通って電極捲回体の長径の方向と平行とな
る面を示す。

【００３４】また、上記電極捲回体の最内周付近での断
面の概略図を図２に示した。この電極捲回体において
は、正極１の内周端から、正極１の活物質層未形成部１
ｘと負極２とが対向する対向部（図２では、Ｐ１で示す
部位からＰ２で示す部位に到る部分）を有し、前記対向
部における負極２の活物質層未形成部２ｘと正極１との
間には、セパレータ３の他に絶縁性介在物としてポリイ
ミドテープ２ｄを介在させている。また、正極リード１
ｃの周囲もポリイミドテープ１ｄで覆われている。

【００３５】このようにして作製された電極捲回体の長
径と平行な方向における前記対向部の長さＬは、長径の
７６％であった。また、正極１の内周端から約0.６周に
わたり対向部が形成された。

【００３６】上記電極捲回体と、非水電解質として、エ
チレンカーボネート：３０質量部、プロピレンカーボネ
ート：３０質量部、ジメチルカーボネート：４０質量部
の混合溶媒に、ＬｉＰＦ₆ を1.２ｍｏｌ／ｌの濃度にな
るように溶解した溶液とをアルミラミネートフィルムに
挿入した。アルミラミネートフィルムを封止した後、１
００℃で１時間加熱し、次いで室温まで冷却して、正極
１および負極２の活物質層１ｂおよび２ｂに添加された
ゲル化剤（ヘキサフルオロプロピレン共重合体）をゲル
化させ、幅３５mm、奥行き3.６mm、高さ６２mmの非水電
解質電池（ポリマーリチウムイオン二次電池）を作製し
た。

【００３７】（実施例２）正極ペーストおよび負極ペー
ストのヘキサフルオロプロピレン共重合体をポリフッ化
ビニリデンに置き換えた以外は、実施例１と同様にして
正極および負極を作製し、長径が２９mm、短径が4.８mm
の略長円筒形の電極捲回体を作製した。

【００３８】このようにして作製された電極捲回体の長
径と平行な方向における対向部の長さは、長径の７４％
であった。

【００３９】上記電極捲回体を、エチレンカーボネー
ト：３０質量部、ジメチルカーボネート：７０質量部の
混合溶媒にＬｉＰＦ₆ を1.２ｍｏｌ／ｌの濃度になるよ
うに溶解した溶液とともに、幅３０mm、奥行き５mm、高
さ４８mmのアルミニウム缶に挿入し、非水電解質電池
（リチウムイオン二次電池）を作製した。

【００４０】（実施例３）アルミニウム缶に代えてアル
ミラミネートフィルムを外装体として使用した以外は、
実施例２と同様にして、非水電解質電池（リチウムイオ
ン二次電池）を作製した。

【００４１】（実施例４）ジペンタエリスリトールヘキ
サアクリレート：１０質量部、１−ヒドロキシ−シクロ
ヘキシル−フェニルケトン：0.２質量部、および、実施
例１に記載の組成の非水電解質８9.８質量部を混合した
モノマー電解質溶液中に、実施例１と同様のセパレータ
を５分間浸漬後、取り出し、さらにその両面から厚さ５
０μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）カバー
で挟み、照度３００ｍＷ／cm² 、照射量５００ｍＪ／cm
² （トプコン製ＵＶチェッカーＵＶＲ−Ｔ３５による測
定値）の条件でＵＶランプ照射を行った。これにより、
上記モノマー電解質溶液のモノマー成分を重合させ、次
いでＰＥＴカバーを取り去って、表面にゲル状のポリマ
ー電解質被覆層を有するセパレータを得た。

【００４２】次いで、実施例２で用いたセパレータに代
えて上記セパレータを用いた以外は、実施例２と同様に
して、長径が２９mm、短径が4.８mmの略長円筒形の電極
捲回体を構成した。

【００４３】このようにして作製された電極捲回体の長
径と平行な方向における対向部の長さは、長径の７２％
であった。

【００４４】以下、実施例２と同様にして、非水電解質
電池（ポリマーリチウムイオン二次電池）を作製した。

【００４５】（実施例５）電極捲回体を作製するに当た
り、実施例１における負極２の捲回始端側がこの実施例
５では負極２の捲回終端側となるように、負極２を実施
例１とは逆向きにし、その内周端付近の導電性基体２ａ
の片面に活物質層未形成部２ｘを設け、この活物質層未
形成部２ｘをポリイミドテープ（絶縁性介在物）２ｄで
覆った以外は、実施例１と同様にして、図３に示す長径
が３４mm、短径が3.５mmの略長円筒形の電極捲回体を作
製した。すなわち、この電極捲回体では、図３には図示
されていないが、負極２の外周端付近に活物質層２ｂが
形成されず銅箔が露出した部分（活物質層未形成部）が
設けられており、この部分にニッケルよりなる負極リー
ドが溶着され、さらに負極リードの溶着部およびその周
囲はポリイミドテープで覆われている。一方、負極２の
内周端付近の内側面は、活物質層２ｂが形成されず、セ
パレータ３およびポリイミドテープ２ｄを介して正極１
の活物質層未形成部１ｘと対向する構造となっている。
なお、図３中の符号１ａ、１ｂおよび１ｃは、実施例１
の場合と同様に、それぞれ正極１の導電性基体、活物質
層、正極リードを示す。

【００４６】このようにして作製された電極捲回体の長
径と平行な方向における対向部の長さは、長径の７７％
であった。

【００４７】以下、実施例１と同様にして、非水電解質
電池（ポリマーリチウムイオン二次電池）を作製した。

【００４８】（実施例６）実施例５において、正極リー
ドを外周端付近に設け、正極内周端付近の活物質層１ｂ
が形成されていない部分（活物質層未形成部）１ｘを導
電性基体１ａの両面とも同じ長さとし、正極１の巻き始
めと負極２の巻き始めがおよそ半周分ずれるようにして
捲回した以外は実施例５と同様にして、非水電解質電池
（ポリマーリチウムイオン二次電池）を作製した。この
電池の電極捲回体の最内周付近での断面の概略図を図４
に示した。なお、図４中の符号２ａ、２ｂ、２ｄおよび
３は、実施例５の場合と同様、それぞれ負極２の導電性
基体、活物質層およびセパレータを示す。

【００４９】この非水電解質電池の電極捲回体の長径と
平行な方向における対向部の長さは、長径の７７％であ
った。

【００５０】（実施例７）実施例１と同様にして、長径
が２４mm、短径が７mmの略長円筒形の電極捲回体を作製
した。この電極捲回体においては、その長径と平行な方
向における対向部の長さは、長径の６３％であった。ま
た、前記対向部の長さは、正極の内周端から約1.１周に
わたり形成された。

【００５１】上記電極捲回体と実施例１の非水電解質と
を、角形のアルミニウム外装缶に挿入し、以下実施例１
と同様にして非水電解質電池（ポリマーリチウムイオン
二次電池）を作製した。

【００５２】（実施例８）実施例１で用いたセパレータ
に代えて、東燃化学株式会社製の微孔性ポリエチレンフ
ィルム（Ｆ２０ＤＨＩ）〔透気度：３４４秒／１００ｍ
ｌ、ＴＤ方向破断強度／ＭＤ方向破断強度：0.８５〕を
セパレータとして用いたこと以外は、実施例１と同様に
して非水電解質電池を作製した。

【００５３】（比較例１）実施例１において、負極リー
ド２ｃの溶着部およびその周囲をポリイミドテープ（絶
縁性介在物）２ｄで覆わなかった以外は、実施例１と同
様にして、非水電解質電池（ポリマーリチウムイオン二
次電池）を作製した。

【００５４】（比較例２）実施例６において、正極の巻
き始めを少しずらし、かつ、正極の活物質層未形成部を
短くして、電極捲回体の長径と平行な方向における対向
部の長さが、ほぼ捲回中心を中心とし電極捲回体の長径
の５０％である略方形となるようにしたこと、言い換え
れば電極捲回体の捲回中心を含み電極捲回体の長径の方
向と平行となる面に、正極の活物質層が形成されていな
い部分と負極との対向部を垂直に投影させた投影面が、
ほぼ捲回中心を中心とし電極捲回体の長径の５０％の幅
を有する略方形となるようにしたこと以外は、実施例６
と同様にして、非水電解質電池（ポリマーリチウムイオ
ン二次電池）を作製した。

【００５５】（比較例３）実施例７において、電極捲回
体の長径と平行な方向における対向部の長さが、、ほぼ
捲回中心を中心とし電極捲回体の長径の５９％である略
方形となるようにし、かつ前記対向部の捲回方向に沿っ
た長さが、正極の内周端から0.４周分となるようにした
こと以外は、実施例７と同様にして、非水電解質電池
（ポリマーリチウムイオン二次電池）を作製した。

【００５６】〔評価試験およひ結果〕上記実施例１〜７
および比較例１〜３の各電池を、3.０Ｖの放電状態か
ら、１Ｃの充電レートで2.５時間定電流−定電圧充電を
行い、4.２５Ｖの満充電状態にした。これらの電池の釘
刺し試験として、電極捲回体の長径の１／２の点（この
点をＢとする）と、その点を挟んで、互いに、長径の幅
の３０％分ずつ長径の方向にずれた点（これらの点をＡ
およびＣとする）において、太さ３mm（φ３mm）の釘を
５０mm／ｓの速度で電池に突き刺し、電池状態の変化を
確認した。

【００５７】また、実施例７および比較例３の電池に対
しては、電池の厚みの１／２の点（この点をＤとする）
に対しても釘刺し試験を行った。

【００５８】上記釘刺し試験における安全性規格として
は、発火、発煙、破裂がないことが要求される。電池の
発火、発煙、破裂が生じなかった場合を「○」、いずれ
かが生じた場合を「×」として、その結果を表１に示し
た。

【００５９】さらに、高温での安全性を確認するため、
以下のオーブン試験を行った。上記と同様にして4.２５
Ｖの満充電状態とした電池を恒温漕に投入し、常温から
昇温速度５℃／分で１５０℃まで昇温した。恒温槽内が
１５０℃に達した後、電池が内部短絡して発火に至るま
での時間を測定し、結果を同じく表１に示した。なお、
測定は６０分までとした。上記オーブン試験における安
全性規格としては、発火に至るまでの時間が１０分以上
であることが要求される。

【００６０】

【表１】

【００６１】本発明の実施例７と比較例３の非水電解質
電池の試験結果から明らかなように、導電性基体上に活
物質層が形成された正極と、導電性基体上に活物質層が
形成された負極とを、厚みが２０μｍ以下のセパレータ
を介して捲回した電極捲回体と、非水電解質とを有する
非水電解質電池において、前記電極捲回体の正極の導電
性基体の少なくとも一方の側には、その内周端部に活物
質層の未形成部を設け、前記正極内周端部の活物質層未
形成部と負極とを対向させた対向部を正極または負極の
内周端から１周以上にわたって形成させ、かつ、前記対
向部の負極にも活物質層未形成部が存在する場合は、少
なくともそれぞれの活物質層未形成部の間には、前記セ
パレータとともに絶縁性介在物を介在させることによ
り、釘刺し試験およびオーブン試験のいずれにおいても
安全性の高い電池を得ることができた。

【００６２】また、本発明の実施例１〜６および実施例
８と比較例１〜２の非水電解質電池の試験結果から明ら
かなように、導電性基体上に活物質層が形成された正極
と、導電性基体上に活物質層が形成された負極とを、厚
みが２０μｍ以下のセパレータを介して捲回して短径を
５mm以下とした略長円筒形の電極捲回体と、非水電解質
とを有する非水電解質電池において、前記電極捲回体の
正極の導電性基体の少なくとも一方の側には、その内周
端部に活物質層の未形成部を設け、前記正極内周端部の
活物質層未形成部と負極とを対向させた対向部を正極ま
たは負極の内周端から所定の長さ分だけ形成させること
により、電極捲回体の長径と平行な方向における前記対
向部の長さが前記長径の７０％以上になるようにし、か
つ、前記対向部の負極にも活物質層未形成部が存在する
場合は、少なくともそれぞれの活物質層未形成部の間に
は、前記セパレータとともに絶縁性介在物を介在させる
ことにより、釘刺し試験およびオーブン試験のいずれに
おいても安全性の高い電池を得ることができた。

【００６３】特に、実施例８の非水電解質電池の試験結
果からわかるように、透気度が５０〜５００秒／１００
ｍｌのセパレータを用いることにより、高温での電池の
発火を抑制することができた。

【００６４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、高温に
おける安全性および信頼性の高い非水電解質電池を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の非水電解質電池に用いる電極捲回体
の断面を模式的に示した概略図である。

【図２】実施例１の非水電解質電池に用いる電極捲回体
の最内周付近での断面を模式的に示した概略図である。

【図３】実施例５の非水電解質電池に用いる電極捲回体
の最内周付近での断面を模式的に示した概略図である。

【図４】実施例６の非水電解質電池に用いる電極捲回体
の最内周付近での断面を模式的に示した概略図である。

【符号の説明】

１正極１ａ導電性基体（正極）１ｂ活物質層（正極）１ｃ正極リード１ｄ絶縁性介在物（正極）１ｘ活物質層未形成部（正極）２負極２ａ導電性基体（負極）２ｂ活物質層（負極）２ｃ負極リード２ｄ絶縁性介在物（負極）２ｘ活物質層未形成部（負極）３セパレータ４捲回中心５捲回中心を通って電極捲回体の長径の方向と平行と
なる面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高石季也大阪府茨木市丑寅一丁目１番88号日立マクセル株式会社内 (72)発明者樋口勇人大阪府茨木市丑寅一丁目１番88号日立マクセル株式会社内Ｆターム(参考） 5H011 AA09 CC10 5H021 AA06 EE04 EE30 HH02 HH03 5H029 AJ12 AK03 AL07 AM02 AM03 AM05 AM07 AM16 BJ04 BJ14 DJ02 DJ04 DJ05 EJ12 HJ04 HJ09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性基体上に活物質層が形成された正
極と、導電性基体上に活物質層が形成された負極とを、
厚みが２０μｍ以下のセパレータを介して捲回した電極
捲回体と、非水電解質とを有する非水電解質電池において、前記電極捲回体の正極の導電性基体の少なくとも一方の
側には、その内周端部に、活物質層が形成されていない
活物質層未形成部を設け、前記正極内周端部の活物質層未形成部と負極とを対向さ
せた対向部を正極または負極の内周端から１周以上にわ
たって形成させ、かつ、前記対向部の負極にも活物質層未形成部が存在す
る場合は、少なくともそれぞれの活物質層未形成部の間
には、前記セパレータとともに絶縁性介在物を介在させ
たことを特徴とする非水電解質電池。
【請求項２】導電性基体上に活物質層が形成された正
極と、導電性基体上に活物質層が形成された負極とを、
厚みが２０μｍ以下のセパレータを介して捲回して短径
を５mm以下とした略長円筒形の電極捲回体と、非水電解質とを有する非水電解質電池において、前記電極捲回体の正極の導電性基体の少なくとも一方の
側には、その内周端部に、活物質が形成されていない活
物質層未形成部を設け、前記正極内周端部の活物質層未形成部と負極とを対向さ
せた対向部を正極または負極の内周端から所定の長さ分
だけ形成させることにより、電極捲回体の長径と平行な
方向における前記対向部の長さが前記長径の７０％以上
になるようにし、かつ、前記対向部の負極にも活物質層未形成部が存在す
る場合は、少なくともそれぞれの活物質層未形成部の間
には、前記セパレータとともに絶縁性介在物を介在させ
たことを特徴とする非水電解質電池。
【請求項３】絶縁性介在物の融点または熱分解温度が
セパレータの融点よりも高い温度である、請求項１また
は２記載の非水電解質電池。
【請求項４】絶縁性介在物がポリマー電解質である、
請求項１または２記載の非水電解質電池。
【請求項５】正極の内周端付近に正極リードが設けら
れている、請求項１ないし４のいずれかに記載の非水電
解質電池。
【請求項６】負極の内周端付近に負極リードが設けら
れている、請求項１ないし５のいずれかに記載の非水電
解質電池。
【請求項７】厚みが２０μｍ以下のセパレータとして
ポリオレフィン製セパレータが用いられている、請求項
１ないし６のいずれかに記載の非水電解質電池。
【請求項８】厚みが２０μｍ以下のセパレータとし
て、透気度が５０〜５００秒／１００ｍｌのセパレータ
が用いられている、請求項１ないし６のいずれかに記載
の非水電解質電池。
【請求項９】電極捲回体および非水電解質を収容する
外装体としてラミネートフィルムが用いられている、請
求項１ないし８のいずれかに記載の非水電解質電池。