JP2003308873A

JP2003308873A - 非水電解質二次電池

Info

Publication number: JP2003308873A
Application number: JP2002115368A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Dotsuko; 義博獨古
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-04-17
Filing date: 2002-04-17
Publication date: 2003-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】センタピンに求められている巻回電極体の潰
れ防止、ガス抜きという機能を確保しつつ、外径を可及
的に小さくして重量の軽減、及び高容量化、高出力化を
図ることができるようにする。【解決手段】帯状の集電体に合剤層が形成される帯状
の正極６及び負極７間にセパレータ８，９を介在させて
巻回してなる巻回電極体３と、この巻回電極体３の中央
穴３ａに挿入される中空筒状のセンタピン１４と、この
センタピン１４が挿入された巻回電極体３が収納される
電池缶２と、を備えた非水電解質二次電池に関する。セ
ンタピン１４を、３４Ｎ以下の力では潰れない強度に形
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、帯状の正極と帯状
の負極とをセパレータを介して巻回することにより形成
される巻回電極体の中央穴に中空筒状のセンタピンを挿
入し、この巻回電極体を電池缶内に収納してなる非水電
解質二次電池に関し、特に、センタピンの強度を所定値
以上に保持しつつその重量の軽減を図ることができる非
水電解質二次電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般に、この種の非水電解質二次
電池は、渦巻き状に巻回される巻回電極体と、この巻回
電極体の中央穴に挿入されるセンタピンと、このセンタ
ピンが挿入された巻回電極体が収納される電池缶と、こ
の電池缶の開口部を閉じる端子板等を備えて構成されて
いる。巻回電極体は、帯状に形成された正極及び負極
と、同じく帯状に形成されたセパレータとを有し、これ
らが負極、セパレータ、正極及びセパレータの順に積層
されている。

【０００３】このように４層に重ね合わされた積層体を
適宜回数巻回することにより、全体として渦巻き状に巻
回された巻回電極体が構成されている。この巻回電極体
の中央穴に、中空円筒状のセンタピンが挿入されてい
る。このセンタピンは、巻回電極体の過充電等によって
膨らんだ電極の変形を抑制し、その変形による正極と負
極の短絡（内部ショート）を防止することを主な目的と
するものである。このセンタピンの他の目的としては、
電池缶の底部で発生したガスを中央穴から通過させて巻
回電極体の上方に逃がす役割も有している。

【０００４】このセンタピンが巻回電極体と共に電池缶
の内部に収納され、電池缶の開口部がガスケットを介し
て端子板により閉じられている。この電池缶の開口部を
ガスケットと共にカシメることにより、端子板等によっ
て密閉された非水電解質二次電池が構成されている。こ
のように、巻回電極体と一体的にセンタピンを設けるこ
とにより、電池缶内部の圧力上昇に対して巻回電極体の
変形を防止し、又は変形を効果的に抑制することができ
る。

【０００５】近年、例えば、パーソナルコンピュータ、
テープレコーダ、ＣＤプレーヤ、カメラ一体型ＶＴＲ、
電子スチルカメラその他の電子機器の高性能化に伴い、
そのエネルギーパックである電池については、容量の増
加、出力の強化が要望されている。特に、充電ができて
繰り返し使用可能な二次電池に対しては、繰り返し使用
による経済性、取り扱いの便利性等の観点から、より一
層の高容量化、高出力化が望まれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の非水電解質二次電池においては、電池缶
内の圧力上昇によって巻回電極体が潰れないようにする
ため巻回電極体の中央穴にセンタピンを挿入し、このセ
ンタピンで巻回電極体の潰れを防止する構成となってい
たが、そのセンタピンは重量が重く、外径が大きいもの
であったため、電池全体の重量が重くなると共に、十分
な高容量化、高出力化が図れないという課題があった。

【０００７】本発明は、このような従来の課題に鑑みて
なされたものであり、センタピンに求められている巻回
電極体の潰れ防止、ガス抜きという機能を確保しつつ、
外径を可及的に小さくして重量の軽減、及び高容量化、
高出力化を図ることができる非水電解質二次電池を提供
することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述したような課題等を
解決し、上記目的を達成するために、本出願の請求項１
記載の非水電解質二次電池は、帯状の集電体に合剤層が
形成される帯状の電極間にセパレータを介在させて巻回
してなる巻回電極体と、この巻回電極体の中央穴に挿入
される中空筒状のセンタピンと、このセンタピンが挿入
された巻回電極体が収納される電池缶と、を備えた非水
電解質二次電池において、センタピンを、３４ニユート
ン以下の力では潰れない強度に形成したことを特徴とし
ている。

【０００９】本出願の請求項２記載の非水電解質二次電
池は、電極は、正極集電体に正極合剤層が形成されてな
る正極と、負極集電体に負極合剤層が形成されると共に
セパレータを介して正極に積層される負極とからなり、
セパレータの巻回方向の外周側端部を正極及び負極より
も延長させて最外周に位置する正極又は負極が電池缶の
内面に接触しない構成としたことを特徴としている。

【００１０】本出願の請求項３記載の非水電解質二次電
池は、電極は、正極集電体に正極合剤層が形成されてな
る正極と、負極集電体に負極合剤層が形成されると共に
セパレータを介して正極に積層される負極とからなり、
セパレータの巻回方向の内周側端部を正極及び負極より
も延長させて最内周に位置する正極又は負極がセンタピ
ンの外面に接触しない構成としたことを特徴としてい
る。

【００１１】本出願の請求項４記載の非水電解質二次電
池は、電極は、正極集電体に正極合剤層が形成されてな
る正極と、負極集電体に負極合剤層が形成されると共に
セパレータを介して正極に積層される負極とからなり、
正極及び負極を略同じ長さに設定すると共に負極を正極
の外側に配置し、負極の巻回方向の外周側端部を電池缶
の内面に接触させる構成としたことを特徴としている。

【００１２】本出願の請求項５記載の非水電解質二次電
池は、電極は、正極集電体に正極合剤層が形成されてな
る正極と、負極集電体に負極合剤層が形成されると共に
セパレータを介して正極に積層される負極とからなり、
正極を負極の内側に配置すると共に、正極集電体の巻回
方向の内周側端部を延長させて正極合剤層が形成されて
いない部分をセンタピンの外面に接触させる構成とした
ことを特徴としている。

【００１３】本出願の請求項６記載の非水電解質二次電
池は、巻回電極体の外径と電池缶の内径とセンタピンの
外径との比を０．９７：１：０．２〜０．９６：１：
０．１３とすると共に、巻回電極体の内径とセンタピン
の外径との比を１：０．９５〜１：０．７９としたこと
を特徴としている。

【００１４】本出願の請求項７記載の非水電解質二次電
池は、センタピンは、６００℃を超える温度下でヤング
率が１００，０００Ｎ／ｍｍ²以上の材料により形成し
たことを特徴としている。

【００１５】上述のように構成したことにより、本出願
の請求項１記載の非水電解質二次電池では、過充電等に
起因して電池缶内の温度が上昇して内部圧力が高くな
り、巻回電極体によるセンタピンの締付力が強くなった
ときにも、３４Ｎ（ニュートン）以下の力ではセンタピ
ンが潰れることがないため、巻回電極体の内周側端部に
おける内部ショートの発生を防止し又は抑制し、安全性
の向上を図ることができる。

【００１６】本出願の請求項２記載の非水電解質二次電
池では、セパレータの端部が電池缶の内面に接触し、最
外周に位置する正極又は負極が電池缶の内面に接触する
ことがないため、正極と負極との間を確実に絶縁させ
て、内部ショートの発生を防止することができる。

【００１７】本出願の請求項３記載の非水電解質二次電
池では、セパレータの端部がセンタピンの外面に接触
し、最内周に位置する正極又は負極がセンタピンに接触
することがないため、正極と負極との間を確実に絶縁さ
せて、内部ショートの発生を防止することができる。

【００１８】本出願の請求項４記載の非水電解質二次電
池では、負極の巻回方向の外周側端部が電池缶の内面に
接触するため、電池缶を負極として効果的に用いること
ができる。

【００１９】本出願の請求項５記載の非水電解質二次電
池では、正極の正極集電体の内周側端部がセンタピンの
外面に接触するため、センタピンを正極として効果的に
用いることができる。

【００２０】本出願の請求項６記載の非水電解質二次電
池では、巻回電極体と電池缶とセンタピンとの寸法関係
を上述のような範囲に設定することにより、電池容量が
減少することなく、電池内部に発生するガスの流通性を
確保することができる。

【００２１】本出願の請求項７記載の非水電解質二次電
池では、センタピンの６００℃を超える温度下における
ヤング率が１００，０００Ｎ／ｍｍ²以上であるため、
電池缶内の温度が異常に高温となったときにも、自己の
形態を保持して巻回電極体の変形を防止することができ
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図１乃至図４は本発明の実施
の例を示すものである。即ち、図１は本発明の非水電解
質二次電池の一実施例を示す縦断面図、図２は本発明の
非水電解質二次電池に係る巻回電極体の一実施例を示す
斜視図、図３は図２の巻回電極体を断面して示す説明
図、図４は電池缶と巻回電極体とセンタピンとの寸法関
係を説明するための説明図である。

【００２３】本発明の非水電解質二次電池としては、例
えば、リチウムイオン二次電池を挙げることができ、そ
のリチウムイオン二次電池の中央部を縦方向に断面した
ものが図１である。図１に示すように、本発明の非水電
解質二次電池の第１の実施例を示すリチウムイオン二次
電池１は、円筒状の電池缶２と、この電池缶２内に収納
される円筒状の巻回電極体３と、電池内部の異常な圧力
上昇や過大な充電を防止する安全弁装置４と、電池缶２
の開口部を閉じる端子板５等によって構成されている。

【００２４】電池缶２は、例えば、鉄Ｆｅ等の導電性を
有する金属によって中空で有底の円筒体として形成され
ている。この電池缶２の底には、中央部を若干外側へ円
形に膨出させることによって端子部２ａが設けられてい
る。この電池缶２の内面は、例えば、ニッケルめっきを
施したり導電性塗料を塗布する等して電池缶２の導電性
を高める構成とすることが好ましい。また、電池缶２の
外周面は、例えば、プラスチックシートや紙等によって
形成される外装ラベルで覆われたり、絶縁性塗料が塗布
されて保護される。

【００２５】この電池缶２内に収納される巻回電極体３
は、図１〜図３に示すような構成を有している。即ち、
巻回電極体３は、帯状に形成された正極６及び負極７
と、同じく帯状に形成された２つのセパレータ８及び９
とを備えている。正極６と負極７との間に一方のセパレ
ータ８を介在させると共に、正極６の一方のセパレータ
８と反対側に他方のセパレータ９が配置される。このよ
うに４層に重ね合わされた積層体を、正極６を内側にし
て巻回することにより、渦巻き状に巻回された巻回電極
体３が構成されている。

【００２６】正極６は、帯状に形成される正極集電体６
ａと、この正極集電体６ａの両面に塗布される正極合剤
層６ｂ，６ｃとから構成されている。正極集電体６ａと
しては、例えば、厚さ２０μｍのアルミニウム箔を適用
することができる。この正極集電体６ａの両面に、正極
合剤スラリーを均一に塗布することによって正極合剤層
６ｂ，６ｃが形成される。

【００２７】この際、正極集電体６ａの長手方向の一端
（巻き終り側）には、一定の範囲に渡って正極合剤スラ
リーが塗布されないようにしてブランク部１０を形成す
る。同様に、負極集電体７ａの長手方向の一端（巻き終
り側）には、一定の範囲に渡って負極合剤スラリーが塗
布されないようにしてブランク部１１を形成する。

【００２８】正極合剤の正極活物質としては、次のよう
なものを用いることができる。例えば、アルカリ金属を
含有する遷移金属とのカルコゲン化合物、特に、アルカ
リ金属と遷移金属との酸化物を用いることができる。ま
た、化合物の結晶構造としては、層状化合物やスピネル
型化合物がよく用いられる。層状化合物には、一般式と
してＬixＭＯ₂で表される化合物を用いることができ
る。ここで、Ｌｉはリチウムであり、Ｏ₂は酸素であ
る。更に、Ｌixのうちｘは、０．５≦ｘ≦１．１０であ
る。

【００２９】また、Ｍとしては、遷移金属元素から選ば
れる１種以上の元素であって、具体的には、鉄（Ｆ
ｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン
（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、スズ（Ｓｎ）、
クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）及びチタン（Ｔｉ）
等を挙げることができる。そして、これらの群のうち、
Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎから選ばれる１種又は２種以上
を含有することが好ましい。

【００３０】このような正極活物質を用いて正極合剤ス
ラリーを作製する。この正極合剤スラリーは、例えば、
粉末ＬｉＣｏＯ₂を８６重量％、導電剤としてグラファ
イトを１０重量％、結着剤としてポリフッ化ビニリデン
４重量％を混合して正極合剤を調整し、これをＮ−メチ
ル−２−ピロリドンに分散させることによって作製する
ことができる。この正極合剤スラリーを正極集電体６ａ
の両面に、電極巻き終り部においてブランク部１０が形
成されるようにして均一に塗布する。その後、両面の正
極合剤スラリーを乾燥させた後、ローラプレス機にかけ
て圧縮成形を行うことにより、帯状をなす正極６が形成
される。

【００３１】負極７は、同じく帯状に形成される負極集
電体７ａと、この負極集電体７ａの両面に塗布される負
極合剤層７ｂ，７ｃとから構成されている。負極集電体
７ａとしては、例えば、厚さ１０μｍの銅箔を適用する
ことができる。この負極集電体７ａの両面に、負極合剤
スラリーを均一に塗布することによって負極合剤層７
ｂ，７ｃが形成される。この際、負極集電体７ａの長手
方向の一端（巻き終り側）には、一定の範囲に渡って負
極合剤スラリーが塗布されないようにしてブランク部１
１を形成する。

【００３２】負極合剤の負極活物質としては、例えば、
リチウムをドープ（吸蔵）し且つ脱ドープ（離脱）し得
る合金若しくは化合化可能な材料又は炭素質材料から選
ばれる１種以上の負極材料を用いることができる。この
リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料としては、例え
ば、リチウムと合金或いは化合物を形成可能な金属或い
は半導体、又はこれらの合金或いは化合物を挙げること
ができる。

【００３３】これら金属、合金或いは化合物は、例え
ば、化学式ＤｓＥｔＬｉｕで表されるものである。この
化学式において、Ｄはリチウムと合金或いは化合物を形
成可能な金属元素及び半導体元素のうちの少なくとも１
種を表す。また、ＥはリチウムＬｉ及びＤ以外の金属元
素及び半導体元素のうちの少なくとも１種を表す。更
に、Ｓ、ｔ及びｕの値は、それぞれｓ＞０、ｔ≧０、ｕ
≧０である。

【００３４】中でも、リチウムと合金或いは化合物を形
成可能な金属元素或いは半導体元素としては、４Ｂ族の
金属元素或いは半導体元素が好ましく、特に好ましいの
はケイ素或いはスズであり、最も好ましいのはケイ素で
ある。更に、これらの合金或いは化合物も好ましく、具
体的には、ＳｉＢ₄、ＳｉＢ₆、Ｍｇ₂Ｓｉ、Ｍｇ₂Ｓ
ｎ、Ｎｉ₂Ｓｉ、ＴｉＳｉ₂、ＭｏＳｉ₂、ＣｏＳ
ｉ₂、ＮｉＳｉ₂、ＣａＳｉ₂、ＣｒＳｉ₂、Ｃｕ₅Ｓ
ｉ、ＦｅＳｉ₂、ＭｎＳｉ₂、ＮｂＳｉ₂、ＴａＳ
ｉ₂、ＶＳｉ₂、ＷＳｉ₂或いはＺｎＳｉ₂等を挙げる
ことができる。

【００３５】また、リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材
料の他の例としては、炭素材料、金属酸化物或いは高分
子材料等を挙げることもできる。炭素材料としては、例
えば、天然黒鉛、難黒鉛化性炭素、人造黒鉛、コークス
類、グラファイト類、ガラス状炭素類、有機高分子化合
物焼成体、炭素繊維、活性炭或いはカーボンブラック類
等が挙げられる。このうち、コークス類には、ピッチコ
ークス、ニードルコークス或いは石油コークス等があ
る。また、有機高分子化合物焼成体とは、フェノール類
やフラン類等の高分子材料を適当な温度で焼成して炭素
化したものをいう。更に、金属酸化物としては、酸化
鉄、酸化ルテニウム、酸化モリブデン或いは酸化スズ等
が挙げられる。また、高分子材料としては、ポリアセチ
レン或いはポリピロール等を挙げることができる。

【００３６】非水電解質としては、非水溶媒や固体電解
質や高分子電解質や高分子化合物に電解質を混合又は溶
解させた液体状、固体状又はゲル状電解質等を用いるこ
とができる。ここで、非水溶媒としては、例えば、エチ
レンカーボネート、γ−バレロラクトン等の環状エステ
ル化合物や、ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、
２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキサン等
のエーテル化合物や、酢酸メチル、プロピレン酸メチル
等の鎖状エステル化合物や、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鎖
状カーボネート、或いは、２，４−ジフルオロアニソー
ル、２，６−ジフルオロアニソール、４−プロモベラト
ロール等を単独若しくは２種類以上の混合溶媒として使
用することができる。

【００３７】また、ゲル状電解質に用いられる高分子材
料としては、例えば、ポリアクリロニトリル及びポリア
クリロニトリルの共重合体を使用することができる。共
重合モノマー（ビニル系モノマー）としては、例えば、
酢酸ビニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチ
ル、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、イタコン
酸、水素化メチルアクリレート、水素化エチルアクリレ
ート、アクリルアミド、塩化ビニル、フッ化ビニリデ
ン、塩化ビニリデン等を挙げることができる。更に、ア
クリロニトリルブタジエンゴム、アクリロニトリルブタ
ジエンスチレン樹脂、アクリロニトリル塩化ポリエチレ
ンプロピレンジエンスチレン樹脂、アクリロニトリル塩
化ビニル樹脂、アクリロニトリルメタアクリレート樹
脂、アクリロニトリルアクリレート樹脂等を使用するこ
とができる。

【００３８】更に、ゲル状電解質に用いられる高分子材
料としては、ポリフッ化ビニリデン及びポリフッ化ビニ
リデンの共重合体を使用することができる。そして、共
重合モノマーとしては、例えば、ヘキサフルオロプロピ
レンやテトラフルオロエチレン等を挙げることができ
る。尚、ゲル状電解質に用いられる高分子材料として
は、これらを単独又は２種以上混合して使用することが
できる。

【００３９】ゲル状電解質層を形成するには、非水溶媒
として、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカ
ーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネ
ート、γ−ブチルラクトン、γ−バレロラクトン等の環
状エステル化合物や、ジエトキシエタン、テトラヒドロ
フラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオ
キサン等のエーテル化合物や、酢酸メチル、プロピレン
酸メチル等の鎖状エステル化合物や、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
ト等の鎖状カーボネート、或いは２，４−ジフルオロア
ニソール、２，６−ジフルオロアニソール、４−プロモ
ベラトロール等を単独若しくは２種類以上の混合溶媒と
して使用することができる。

【００４０】更に、ゲル状電解質層においては、ゲル状
電解質としてポリフッ化ビニリデンを使用する場合に、
ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリ四フッ化エチレン
等が共重合された多元系高分子からなるゲル状電解質を
用いて形成されていることが好ましい。これにより、よ
り機械的強度の高いゲル状電解質を得ることができる。

【００４１】また、電解質塩としては、例えば、ＬｉＰ
Ｆ₆、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＣｌＯ₄、Ｌｉ
ＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＮ（ＣｎＦ_2n+1ＳＯ₂)₂、ＬｉＣ₄
Ｆ₉ＳＯ₃等のリチウム塩を単独若しくは２種類以上混
合して使用することができる。尚、電解質塩の添加量
は、良好なイオン伝導度が得られるようにゲル状電解質
中の非水電解液におけるモル濃度が０．８〜２．０モル
／リットル（ｍｏｌ／ｌ）となるように調整することが
好ましい。

【００４２】このような負極活物質を用いて負極合剤ス
ラリーを作製する。この負極合剤スラリーは、例えば、
黒鉛材料粉末を９０重量％、結着剤としてポリフッ化ビ
ニリデンを１０重量％の割合で混合して負極合剤を調整
し、これをＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させるこ
とによって作製することができる。この負極合剤スラリ
ーを負極集電体７ａの両面に、電極巻き終り部において
ブランク部１１が形成されるようにして均一に塗布す
る。その後、両面の負極合剤スラリーを乾燥させた後、
ローラプレス機にかけて圧縮成形を行うことにより、帯
状をなす負極７が形成される。

【００４３】また、セパレータ８，９としては、例え
ば、微多孔性のポリプロピレンフィルムを用いることが
できる。このセパレータ８，９の厚さは２５μｍ程度で
あり、これらを正極６と負極７との間に介在させる。そ
して、負極７、セパレータ８、正極６及びセパレータ９
の順に積層し、これを一端から他端まで巻回させる。そ
して、粘着テープ等を使用して巻回方向の外周側端部
（巻き終り部）を固定する。これにより、渦巻き状に巻
回してなる巻回電極体３が作製される。

【００４４】上述した正極６の電極密度（正極合剤層６
ｂ，６ｃの正極活物質だけのとき）は、３．４０〜３．
６０ｇ／ｃｍ³とすると良い。また、負極７の電極密度
（負極合剤層７ｂ，７ｃの負極活物質だけのとき）は、
１．５５〜１．８０ｇ／ｃｍ ³とすると良い。このよう
な範囲内の値を正極６及び負極７の電極密度として用い
ることにより、電極体としての信頼性を高め、電力量を
長持ちさせることができる。

【００４５】このような構成を有する巻回電極体３に
は、正極集電体６ａに接続された多数の正極リード１２
と、負極集電体７ａに接続された多数の負極リード１３
とが設けられている。すべての正極リード１２は、巻回
電極体３の軸方向の一端である上面側に導出され、ま
た、すべての負極リード１３は、軸方向の他端である下
面側に導出されている。更に、巻回電極体３の中央部に
形成された中央穴３ａには、パイプ状に形成されたセン
タピン１４が挿入されている。そして、巻回電極体３の
上面には上絶縁板１５が配置され、下面には下絶縁板１
６が配置されている。

【００４６】センタピン１４は、電池内部の圧力異常時
に、巻回電極体３の潰れを防止し、又は抑制して内部短
絡（ショート）の発生を防止すると共に、電池缶２の底
部に溜まったガスを上部の安全弁装置４側に移動させる
役割を有する。このように重要な役割を有するセンタピ
ン１４ではあるが、巻回電極体３の電極密度を高めるた
めに、その外径はできるだけ小さく形成できるようにす
る。このセンタピン１４には、中央部において軸方向に
貫通する中央穴１４ａと、この中央穴１４ａに連通され
ると共に軸方向の一端から他端まで連続するスリット１
４ｂが設けられている。

【００４７】このセンタピン１４の曲げ強度は、最低で
も３４ニュートン（Ｎ）以上の強度を持つようにし、３
４Ｎ以下の力では押し潰されないようにする。この曲げ
強度の値は、曲げ試験に供される試験片を支持する支点
間距離を２５ｍｍとして測定したときのものである。ま
た、センタピン１４は、６００℃を超える温度下におい
てヤング率Ｅが１００，０００Ｎ／ｍｍ²以上である材
料を用いるようにする。このような特性をセンタピン１
４に持たせることにより、電池缶の内部圧力が異常に上
昇したときにも、センタピン１４によって巻回電極体３
の潰れを防止又は効果的に抑制することができる。

【００４８】このようなセンタピン１４の材質として
は、後述する表１に示すように、ステンレス鋼が好適で
ある。しかしながら、センタピン１４の材質としては、
これに限定されるものではなく、比較的軽くて強度の大
きいものであれば他の金属を用いることができる。この
ように、センタピン１４の材質としてステンレス鋼等を
用いることにより、その外径をできるだけ小さくしなが
ら中央穴１４ａの径をできるだけ大きくして、この中央
穴１４ａを通過するガスの流量を大きく確保することが
できる。

【００４９】このようなセンタピン１４の具体的な寸法
値としては、例えば、直径１８ｍｍ×高さ６５ｍｍの円
筒形電池のリチウムイオン二次電池の場合には、外径が
３．５ｍｍ、肉厚（又は板厚）が０．３ｍｍであり、従
って、内径は２．９ｍｍである。また、電池缶２の内径
をＡ、巻回電極体３の外径をＢ及び内径をＣとして、セ
ンタピン１４の外径をＤとするとき、これらの寸法関係
は、次のように設定すると良い。

【００５０】図４に示すように、巻回電極体３の外径Ｂ
と電池缶２の内径Ａとセンタピン１４の外径Ｄとの比
を、Ｂ：Ａ：Ｄ＝０．９７：１：０．２〜０．９６：
１：０．１３とする。また、巻回電極体３の内径Ｃとセ
ンタピン１４の外径Ｄとの比を、Ｃ：Ｄ＝１：０．９５
〜１：０．７９とする。

【００５１】このような寸法関係とすることにより、巻
回電極体３が温度上昇により膨張して外径が大きくなっ
たときにも、電池缶２の内面に作用する圧力を最小に
し、内部圧力の上昇を最小限に押さえることができる。
そして、センタピン１４の外径Ｄをできるだけ小さくす
ることと相まって正極６及び負極７の各合剤層の長さを
できるだけ長くすることができる。その結果、合剤層を
可及的に長くして巻回電極体３全体の容量を増加させる
ことができる。

【００５２】上下の絶縁板１５，１６は、その外径が巻
回電極体３の外径よりも若干小径とされており、それぞ
れの中央部には表裏面を貫通するセンタ穴１５ａ，１６
ａが設けられている。そして、上絶縁板１５にはすべて
の正極リード１２が貫通されていて、負極リード１３は
下絶縁板１６の外側を通して下面に集められている。こ
のような巻回電極体３が上下の絶縁板１５，１６と共に
電池缶２の内部に収納されている。そして、下絶縁板１
６の下方に集められた多数の負極リード１３が、一まと
めにされて端子部２ａの内面に溶接等の固着手段により
固定されて電気的に接続されている。

【００５３】この電池缶２内において、下絶縁板１６の
下方領域は、下絶縁板１６のセンタ穴１６ａ、センタピ
ン１４の中央穴１４ａ及び上絶縁板１５のセンタ穴１５
ａを介して上絶縁板１５の上方領域と連通されている。
上絶縁板２５の上方領域である電池缶２の開口部には、
安全弁装置４と端子板５とが互いに重ね合わされて装着
されている。

【００５４】安全弁装置４及び端子板５は共に円板状に
形成されており、その外周縁がリング状をなすガスケッ
ト１７によって保持され、これらによって電池缶２の開
口部が閉じられている。そして、ガスケット１７を介し
て電池缶２の開口部近傍をカシメ、或いはレーザ溶接等
を施すことにより、電池缶２の開口部が液密に封口され
ている。

【００５５】安全弁装置４は、電池内部でガスが異常発
生した時に電池内部のガスを外部へ逃がす機能を有する
開裂弁１８と、過大な充電時に電流を遮断する機能を有
する遮断弁１９とから構成されている。開裂弁１８は、
所定以上の圧力が加えられたときに破断される開裂部を
有し、この開裂部が所定以上の圧力で破断されることに
より、電池内部のガスを外部へ逃がすようにしている。
また、遮断弁１９は、過大な電流が流れたときに、その
電流回路を遮断して電流が流れないようにするもので、
例えば、ＰＴＣ素子等を適用することができる。

【００５６】この安全弁装置４の遮断弁１９に対して、
上絶縁板１５の上方に導出された多数の正極リード１２
が一まとめにされて溶接等の固着手段により固定されて
電気的に接続されている。遮断弁１９の半径方向内側
は、円形とされて下方へ膨出されている。これに対応す
るよう端子板５の半径方向内側は、同じ円形ではある
が、遮断弁１９とは反対の上方へ膨出されている。この
端子板５には、電池内部の異常なガスを外部へ逃がすた
めのガス抜き穴５ａが設けられている。

【００５７】このような構成を有するリチウムイオン二
次電池１は、例えば、次のようにして簡単に製造するこ
とができる。まず、上述したようにして作製した正極６
及び負極７を、セパレータ８，９を介して、負極７、セ
パレータ８、正極６及びセパレータ９の順に積層した
後、これを所定回数巻回し、巻き終り部を粘着テープ２
０で固定する。これにより、渦巻き状に巻回してなる巻
回電極体３が構成される。

【００５８】この巻回電極体３の中央穴３ａにセンタピ
ン１４を挿入すると共にその上下に絶縁板１５，１６を
配置して、これを電池缶２の穴内に収納する。次に、多
数の負極リード１３を電池缶２の端子部２ａの内面に溶
接する。また、正極リード１２を安全弁装置４に溶接す
る。次に、電解液を電池缶２内に注入する。この電解液
は、例えば、エチレンカーボネートとメチルエチルカー
ボネートを５：５なる容量比で混合した有機溶媒中に、
電解質塩ＬｉＰＦ６を１モル／リットルの濃度で溶解す
ることによって調製することができる。

【００５９】その後、アスファルトで表面を塗布した封
口用のガスケット１７に安全弁装置４及び端子板５を装
着し、これらで電池缶２の開口部を閉鎖する。次に、電
池缶２の開口部をカシメることにより、ガスケット１７
を介して安全弁装置４と端子板５を固定する。これによ
り、外形が円筒形をなすリチウムイオン二次電池１を製
造することができる。

【００６０】このようなリチウムイオン二次電池１にお
いて、例えば、充電サイクルが進み過ぎて過充電の状態
になると、リチウム金属が負極７の表面に析出し、負極
７が厚くなるため、巻回電極体３の外径が大きくなる。
すると、巻回電極体３の外周面が電池缶２の内面に当た
ることにより、負極７及び正極６の各外周側端部が、そ
れぞれ内側に位置するセパレータ８及び９に圧接され
る。

【００６１】しかしながら、電池缶２と巻回電極体３と
センタピン１４との寸法関係が上述したような範囲内の
値に設定されている場合には、温度上昇によって巻回電
極体３が膨張したときにも、隣り合う部材間に設定され
た隙間によって巻回電極体３の寸法変化を吸収し、巻回
電極体３の寸法変化が内部圧力の上昇に与える影響を最
小限に止めることができる。そのため、電池内部の圧力
上昇を抑制し、液漏れの発生を抑制することができる。

【００６２】また、内部圧力の上昇によって負極集電体
７ａの外周側端部が半径方向内側に位置するセパレータ
８を突き破って内側の電極に接触し、内部ショートを生
じて発熱したときにも、その接触部は集電体同士であっ
て、互いに熱を拡散することができるため、合剤層の場
合に比べて温度上昇を少なくすることができる。その結
果、発熱や発煙等のように電池全体に影響が及ぶような
損傷を最小限に抑えることができ、安全性に優れた非電
解質二次電池を得ることができる。

【００６３】更に、負極７の負極集電体７ａの外周側端
部を正極６の正極集電体６ａの外周側端部よりも前方に
突出されるように構成しているため、電池内部における
未反応の負極活物質を減少させ、反応を生じる範囲を広
くすることができる。従って、電池内部の未反応部分が
減少した分だけ有効な電池面積を増加させることがで
き、電池内部の有効利用を図り、エネルギー密度を高
め、充電及び放電時におけるサイクル寿命を向上させる
ことができる。

【００６４】次に、本発明のセンタピンと従来例のセン
タピンとの試験例について説明する。この試験では、本
実施例に係るセンタピン（試験例１）の１本と、これと
比較するためのセンタピン（比較例１及び２）の２本と
の合計３本のセンタピンについて、それぞれの曲げ強
度、重量及びヤング率の測定を行った。その結果を、表
１に示す。

【００６５】

【表１】

【００６６】この試験結果から明らかなように、比較例
１では、曲げ強度が２０．５８Ｎとなっていて曲げ強度
が低すぎており、また、ヤング率も 100,000Ｎ／ｍｍ²
以下と低くなっている。その反面、重量は、他の材質に
比べて３．８２ｇと大幅に重くなっている。従って、セ
ンタピンの材質としての銅（Ｃｕ）は、曲げ強度、重量
及びヤング率のいずれの点からも、不適当であることが
明らかになった。

【００６７】また、比較例２では、曲げ強度が３７２．
４Ｎとなっていて曲げ強度は十分であるが、重量は１．
２０ｇと比較的重くなっている。一方、ヤング率は 15
0,000Ｎ／ｍｍ²以上と高くなっている。これらの点を
総合的に判断すると、センタピンの材質として比較例２
のステンレス鋼（ＳＵＳ）は、重量が少々重くなるとい
う点から、若干不十分な材質であることが明らかになっ
た。

【００６８】これに対して、試験例１のステンレス綱に
おいては、曲げ試験に用いられた試験片を支持する支点
間距離を２５ｍｍとしたときの曲げ強度が４４．１Ｎと
なっていてある程度の曲げ強度を備えており、ヤング率
も 150,000Ｎ／ｍｍ²以上と高くなっている。最も有利
な点は、重量が０．５５ｇと非常に軽いことである。そ
の結果、これらの点を総合的に判断すると、センタピン
の材質としての試験例１のステンレス綱は、重量を極め
て軽くすることができる、という顕著な特徴を有してい
るため、センタピンの材質として最も良好な材質である
ことが明らかになった。

【００６９】以上説明したが、本発明は上記実施の例に
限定されるものではなく、例えば、上記実施例において
は電池缶が円筒形をなす円筒形二次電池について説明し
たが、電池缶が平面長方形や正方形等の角形をなす角形
二次電池、電池缶が平面楕円形や小判形をなす長円形二
次電池等にも適用できることは勿論である。このよう
に、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更で
きるものである。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本出願の請求項１
記載の非水電解質二次電池によれば、巻回電極体とセン
タピンと電池缶とを備えた非水電解質二次電池におい
て、センタピンの強度を３４Ｎ以上としたため、過充電
等に起因して電池缶内の温度が上昇して内部圧力が高く
なり、巻回電極体によるセンタピンの締付力が強くなっ
たときにも、３４Ｎ以下の力ではセンタピンが潰れるこ
とがないから、巻回電極体の内周側端部における内部シ
ョートの発生を防止し又は効果的に抑制することがで
き、安全性に優れた非水電解質二次電池を提供できると
いう効果を得ることができる。

【００７１】本出願の請求項２記載の非水電解質二次電
池によれば、セパレータの巻回方向の外周側端部を正極
及び負極よりも延長させて正極又は負極が電池缶の内面
に接触しない構成としたため、正極と負極との間を確実
に絶縁させて、内部ショートの発生を効果的に防止し又
は抑制できるという効果を得ることができる。

【００７２】本出願の請求項３記載の非水電解質二次電
池によれば、セパレータの巻回方向の内周側端部を正極
及び負極よりも延長させて正極又は負極がセンタピンの
外面に接触しない構成としたため、正極と負極との間を
確実に絶縁させて、内部ショートの発生を防止し又は抑
制できるという効果を得ることができる。

【００７３】本出願の請求項４記載の非水電解質二次電
池によれば、正極及び負極を略同じ長さに設定すると共
に負極を正極の外側に配置する構成としたため、電池缶
を負極として効果的に用いることができるという効果を
得ることができる。

【００７４】本出願の請求項５記載の非水電解質二次電
池によれば、正極及び負極を略同じ長さに設定すると共
に正極を負極の内側に配置し、正極集電体をセンタピン
に接触させる構成としたため、センタピンを正極として
効果的に用いることができるという効果を得ることがで
きる。

【００７５】本出願の請求項６記載の非水電解質二次電
池によれば、巻回電極体と電池缶とセンタピンとの寸法
関係を、上述のような範囲に設定する構成としたため、
電池容量が減少することなく、電池内部に発生するガス
の流通性を確保することができるという効果を得ること
ができる。

【００７６】本出願の請求項７記載の非水電解質二次電
池によれば、センタピンを、６００℃を超える温度下に
おけるヤング率が１００，０００Ｎ／ｍｍ²以上である
材質で形成するようにしたため、電池缶内の温度が異常
に高温となったときにも、自己の形態を保持して巻回電
極体の変形を防止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】本発明の非水電解質二次電池の一実施例を示す
縦断面図である。

【図２】本発明の非水電解質二次電池に係る巻回電極体
の一実施例を示す斜視図である。

【図３】本発明の非水電解質二次電池に係る巻回電極体
の一実施例を横方向に断面した説明図である。

【図４】本発明の非水電解質二次電池の一実施例に係る
電池缶と巻回電極体とセンタピンとの寸法関係を説明す
る説明図である。

【符号の説明】

１リチウムイオン二次電池（非水電解質二次電池）、
２電池缶、３巻回電極体、３ａ中央穴、４
安全弁装置、５端子板、６正極、６ａ正極
集電体、６ｂ，６ｃ正極合剤層、７負極、７
ａ負極集電体、７ｂ，７ｃ負極合剤層、８，９
セパレータ、１０ブランク部、１２正極リー
ド、１３負極リード、１４センタピン、１４
ａ中央穴

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】帯状の集電体に合剤層が形成される帯状
の電極間にセパレータを介在させて巻回してなる巻回電
極体と、上記巻回電極体の中央穴に挿入される中空筒状のセンタ
ピンと、上記センタピンが挿入された上記巻回電極体が収納され
る電池缶と、を備えた非水電解質二次電池において、上記センタピンを、３４ニユートン以下の力では潰れな
い強度に形成したことを特徴とする非水電解質二次電
池。
【請求項２】上記電極は、正極集電体に正極合剤層が
形成されてなる正極と、負極集電体に負極合剤層が形成
されると共に上記セパレータを介して上記正極に積層さ
れる負極とからなり、上記セパレータの巻回方向の外周側端部を上記正極及び
負極よりも延長させて最外周に位置する上記正極又は負
極が上記電池缶の内面に接触しない構成としたことを特
徴とする請求項１記載の非水電解質二次電池。
【請求項３】上記電極は、正極集電体に正極合剤層が
形成されてなる正極と、負極集電体に負極合剤層が形成
されると共に上記セパレータを介して上記正極に積層さ
れる負極とからなり、上記セパレータの巻回方向の内周側端部を上記正極及び
負極よりも延長させて最内周に位置する上記正極又は負
極が上記センタピンの外面に接触しない構成としたこと
を特徴とする請求項１記載の非水電解質二次電池。
【請求項４】上記電極は、正極集電体に正極合剤層が
形成されてなる正極と、負極集電体に負極合剤層が形成
されると共に上記セパレータを介して上記正極に積層さ
れる負極とからなり、上記正極及び負極を略同じ長さに設定すると共に負極を
正極の外側に配置し、当該負極の巻回方向の外周側端部
を上記電池缶の内面に接触させる構成としたことを特徴
とする請求項１記載の非水電解質二次電池。
【請求項５】上記電極は、正極集電体に正極合剤層が
形成されてなる正極と、負極集電体に負極合剤層が形成
されると共に上記セパレータを介して上記正極に積層さ
れる負極とからなり、上記正極を上記負極の内側に配置すると共に、上記正極
集電体の巻回方向の内周側端部を延長させて上記正極合
剤層が形成されていない部分を上記センタピンの外面に
接触させる構成としたことを特徴とする請求項１記載の
非水電解質二次電池。
【請求項６】上記巻回電極体の外径と上記電池缶の内
径と上記センタピンの外径との比を０．９７：１：０．
２〜０．９６：１：０．１３とすると共に、上記巻回電
極体の内径と上記センタピンの外径との比を１：０．９
５〜１：０．７９としたことを特徴とする請求項１、
２、３、４又は５記載の非水電解質二次電池。
【請求項７】上記センタピンは、６００℃を超える温
度下でヤング率が１００，０００Ｎ／ｍｍ²以上の材料
により形成したことを特徴とする請求項１記載の非水電
解質二次電池。