JP2005063680A

JP2005063680A - 渦巻状電極群を備えた電池

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Publication number: JP2005063680A
Application number: JP2003207086A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Yamashita; 修一山下; Masamune Oki; 雅統大木; Masato Iwanaga; 征人岩永; Keita Hosokawa; 敬太細川
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-08-11
Filing date: 2003-08-11
Publication date: 2005-03-10
Anticipated expiration: 2023-08-11
Also published as: JP4245429B2

Abstract

【課題】１箇所の絶縁であっても複数箇所での短絡が防止できるような配置方法を採用して、極力電極群の厚みが厚くならないようにして、単位体積当たりの容量が大きくて、内部短絡が生じにくい電池を提供する。
【解決手段】本発明の渦巻状電極群１０ａにおいては、正極活物質層１２ｂが塗布された部分の端部から負極１１に対向する正極１２に絶縁テープ１３が貼着されており、かつこの絶縁テープ１３と渦巻状電極群１０ａ（１０ｂ）の巻回中心Ｏとを結ぶ延長線上に負極集電タブ１１ｃが配置されるように巻回されている。このため、負極集電タブ部１１ｃに局所的な圧力が付与されても負極集電タブ１１ｃの内側に配置された正極１２と負極１１の間に存在する絶縁テープ１３により、この部分での正、負極間の短絡および正極活物質が塗布された部分の端部での正、負極間での短絡を未然に防止することができるようになる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は渦巻状電極群を備えた電池に係わり、特に、正極芯体に正極活物質が塗布された正極と、負極芯体に負極活物質が塗布された負極とがセパレータを介して相対向するようにして巻回された渦巻状電極群を外装缶内に備えた電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、リチウムイオン電池などの非水電解質二次電池は以下のようにして作製されている。即ち、天然黒鉛よりなる負極活物質と結着剤等を有機溶剤に溶解してスラリーあるいはペーストを作製し、これを銅箔などからなる負極芯体に塗布して負極を作製する。一方、ＬｉＣｏＯ_２，ＬｉＮｉＯ_２，ＬｉＭｎＯ_２，ＬｉＭｎ_２Ｏ_４などからなる正極活物質と炭素系導電剤と有機溶剤等を混合してスラリーあるいはペーストを作製し、これをアルミニウム箔などからなる正極芯体に塗布して正極を作製する。
【０００３】
これらの負極と正極をポリエチレン製微多孔膜などからなるセパレータを間にして重ね合わせ、巻き取り機により卷回した後、最外周をテープ止めして渦巻状電極群とする。ついで、これをそのままあるいは扁平状に押し潰して外装缶内に挿入した後、負極に接続された負極リード（負極集電タブ）と外装缶の底部とを接続するとともに、正極に接続された正極リード（正極集電タブ）と正極端子とを接続する。ついで、外装缶内に有機溶媒（例えば、ＥＣとＤＥＣよりなる混合溶媒）に電解質塩を添加した非水電解質を注入した後、外装缶の開口部を気密に封口することによリチウムイオン電池が作製される。
【０００４】
ところで、上述した渦巻状電極群においては、例えば特許文献１に示されるように、正極活物質あるいは負極活物質の塗布領域と未塗布領域との境界部、正極リード（正極集電タブ）あるいは負極リード（負極集電タブ）の溶接位置などのように、渦巻状に巻回された際に局所的に加圧力が大きくなる部分での短絡の発生率が大きくなるため、このような部位（短絡想定位置）に絶縁テープを貼着して、短絡想定位置での対向電極との接触による短絡を未然に防止するようになされている。
【特許文献１】
特開２００２−４２８８１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した特許文献１に示されるように、短絡想定位置にそれぞれ絶縁テープを貼着するようにすると、絶縁テープは絶縁性を有するため、電極反応が行われる部分に配置された絶縁テープの面積分だけ、電池反応が減少して、電池容量や充放電のサイクル特性が低下するという問題を生じた。また、絶縁テープによって渦巻状電極群の厚みが全体的に厚くなったり、又は渦巻状電極群の表面に凹凸が生じるようになり、結果として、この種の電池が大型化するという問題を生じた。
【０００６】
ここで、渦巻状電極群の厚みが全体的に厚くなると、同容量の渦巻状電極群であっても外装缶の内容積が異なる外装缶を用いる必要があるため、電池の設計容量を変更しなければならないという問題を生じた。また、外装缶のサイズを変更するまでは渦巻状電極群の厚みが厚くない場合であっても、従来のものよりも厚みが厚くなった渦巻状電極群を外装缶内へ挿入するのが困難になるため、この種の電池の製造性が低下するという問題も生じた。
【０００７】
そこで、本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、１箇所の絶縁であっても複数箇所の短絡が防止できるような絶縁テープの配置方法を採用して、極力電極群の厚みが厚くならないようにして、単位体積当たりの容量が大きくて、内部短絡が生じにくい電池を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の電池は、正極芯体に正極活物質が塗布された正極と、負極芯体に負極活物質が塗布された負極とがセパレータを介して相対向するようにして巻回された渦巻状電極群を外装缶内に備えている。そして、電極群の最外周部に配置された正極および負極はそれぞれ正極芯体および負極芯体が露出しているとともに、正極（あるいは負極）の正極活物質（あるいは負極活物質）が塗布された部分の端部から正極芯体（あるいは負極芯体）が露出した部分の負極（あるいは正極）と対向する部分に絶縁テープが貼着されており、渦巻状電極群の巻回中心と絶縁テープとを結ぶ延長線上に負極集電タブ（あるいは正極集電タブ）が露出した負極芯体（あるいは正極芯体）に導電接続されていることを特徴とする。
【０００９】
このように、活物質（正極あるいは負極）が塗布された部分の端部から相手極に対向する部分に絶縁テープが貼着されており、かつこの絶縁テープと渦巻状電極群の巻回中心とを結ぶ延長線上に集電タブ（負極あるいは正極）が配置される構成にすると、集電タブ部に局所的な圧力が付与されても集電タブ部の正、負極間に存在する絶縁テープにより、該部での正、負極間の短絡および活物質が塗布された部分の端部での正、負極間の短絡を１箇所の絶縁で未然に防止することができるようになる。
【００１０】
この場合、渦巻状電極群の巻回中心と集電タブ（負極あるいは正極）とを結ぶ線上で、絶縁テープの外周側に露出した芯体（負極あるいは正極）が存在するように配置されていると、即ち、集電タブ部の正、負極間に配置された絶縁テープの外側に活物質の塗布層が存在しないような配置構成とすることにより、絶縁テープが配置される部分に相手側の活物質の塗布層が存在しないことにより、加圧力が分散されるようになるため、該部での正、負極間の短絡をさらに減少させることが可能となる。仮に、該部で正、負極間が短絡したとしても、この短絡は芯体同士の短絡となるため、発煙、発火に至ることは防止できるようになる。
【００１１】
なお、絶縁テープの厚みが厚すぎると渦巻状電極群の厚みが厚くなりすぎ、また、絶縁テープの厚みが薄すぎると絶縁テープの強度が低下するため、絶縁テープの厚みは３μｍ以上で１００μｍ以下であるのが望ましい。この場合、軟化点が低くすぎる絶縁テープを用いると、過充電や過放電により電池温度が上昇した場合に絶縁テープが軟化、溶融する恐れが生じるため、絶縁テープの材質としては軟化点が５０℃以上の合成樹脂であるのが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をリチウムイオン電池に適用した場合の好ましい実施の形態を図１〜図７に基づいて説明するが、本発明はこの実施の形態に何ら限定されるものでなく、本発明の目的を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。なお、図１は本発明のリチウムイオン電池に用いられる正極と負極を重ね合わせた積層体を模式的に示す正面図である。また、図２〜図６は、図１に示された積層体を渦巻状に巻回して作製した渦巻状電極群を模式的に示す横断面図である。
【００１３】
そして、図２は実施例１の渦巻状電極群を示す図であり、図３は実施例２の渦巻状電極群を示す図である。また、図４は比較例１の渦巻状電極群を示す図であり、図５は比較例２の渦巻状電極群を示す図であり、図６は比較例３の渦巻状電極群を示す図である。さらに、図７は図２〜図６の渦巻状電極群を外装缶内に収容して形成したリチウムイオン電池の要部を縦方向に破断した状態を模式的に示す示す縦断面図である。
【００１４】
１．負極の作製
天然黒鉛よりなる負極活物質とポリビニリデンフルオライト（ＰＶＤＦ）よりなる結着剤等とを、Ｎ−メチルピロリドンからなる有機溶剤等に溶解したものを混合して、スラリーあるいはペーストとした。これらのスラリーあるいはペーストを、スラリーの場合はダイコーター、ドクターブレード等を用いて、ペーストの場合はローラコーティング法等により負極金属芯体（例えば、銅箔）１１ａの両面に均一に塗布して、負極活物質層１１ｂを塗布した負極活物質塗布板を形成した。この後、負極活物質層１１ｂを塗布した負極活物質塗布板を乾燥機内に通過させて、スラリーあるいはペースト作製に必要であった有機溶剤を除去して乾燥させた。ついで、乾燥後の負極活物質塗布板をロールプレス機により圧延した後、所定の形状に切断して負極１１を作製した。
【００１５】
なお、後述のように渦巻状電極群が作製された際に、最外周部に配置される負極１１の片面（芯体１１ａの外側部分）には負極活物質層１１ｂが存在しない剥離部１１ｂ−１を形成するとともに、この剥離部１１ｂ−１に連続して、芯体１１ａの両面に負極活物質層１１ｂが存在しない芯体露出部１１ａ−１を形成するようにしている。そして、この芯体露出部１１ａ−１の端部側に負極集電タブ１１ｃを溶接した。
【００１６】
２．正極の作製
一方、ＬｉＣｏＯ_２からなる正極活物質と、アセチレンブラック、グラファイト等の炭素系導電剤と、ポリビニリデンフルオライト（ＰＶＤＦ）よりなる結着剤等とを、Ｎ−メチルピロリドンからなる有機溶剤等に溶解したものを混合して、スラリーあるいはペーストとした。これらのスラリーあるいはペーストを、スラリーの場合はダイコーター、ドクターブレード等を用いて、ペーストの場合はローラコーティング法等により正極金属芯体（例えば、アルミニウム箔）１２ａの両面に均一に塗布して、活物質層１２ｂを塗布した正極活物質塗布板を形成した。この後、正極活物質層１２ｂを塗布した正極活物質塗布板を乾燥機内に通過させて、スラリーあるいはペースト作製に必要であった有機溶剤を除去して乾燥させた。ついで、乾燥後の正極活物質塗布板をロールプレス機により圧延し、所定の形状に切断して正極１２を作製した。
【００１７】
この場合、後述する渦巻状電極群が作製された際に、この渦巻状電極群の最内周部および最外周部に配置される部分には、正極芯体１２ａの両面に正極活物質層１２ｂが存在しない芯体露出部１２ａ−１，１２ａ−１を形成するようにしている。そして、この芯体露出部１２ａ−１の最内周部に配置される端部側に正極集電タブ１２ｃを溶接した。また、この正極１２の芯体露出部１２ａ−１と正極活物質層１２ｂとの境界部（例えば、境界近傍から１５ｍｍ幅の部分）の両面に絶縁テープ１３を貼着し、これを正極１２（α）とした。また、絶縁テープ１３が未貼着のものも作製し、これを正極１２（β）とした。なお、絶縁テープ１３としては電解液に溶解しにくい材料であれば何でもよいが、特に、厚みが３〜１００μｍで、軟化点が５０℃以上のＢＲ，ＳＢＲなどのゴム系樹脂、ＰＰ，ＰＥなどのポリオレフィン系樹脂、あるいはＥＥＡ，ＥＶＡなどのエチレン系共重合体を用いるのが望ましい。
【００１８】
３．渦巻状電極群の作製
ついで、上述のようにして作製された負極１１と正極１２（α）あるいは正極１２（β）とを用いて、渦巻状電極群を作製する例を以下に説明する。
【００１９】
（１）実施例１
まず、上述のようにして作製された負極１１と正極１２（α）とを用いて、これらの間にセパレータ１４（図７参照、なお、図１，図２においては理解を容易にするために図示を省略している）を介在させて、図１に示すように積層した後、これを巻き取り機により渦巻状に巻回して、実施例１の渦巻状電極群１０ａを作製した。この場合、図２に示すように、渦巻状電極群１０ａの巻回中心Ｏと絶縁テープ１３とを結ぶ延長線上に負極集電タブ１１ｃが配置されるように巻回している。また、絶縁テープ１３に隣接する内周側に配置された負極１１は負極芯体１１ａの片面のみに活物質層１１ｂが存在する剥離部１１ｂ−１が配置され、絶縁テープ１３に隣接する外周側に配置された負極１１は負極芯体１１ａが露出した芯体露出部１１ａ−１が配置されるように巻回している。
【００２０】
これにより、最外周部に配置された負極１１および正極１２は負極芯体１１ａおよび正極芯体１２ａが露出しているとともに、正極活物質１２ｂが塗布された部分の端部近傍に絶縁テープ１３が貼着された正極１２が配置された渦巻状電極群１０ａが得られることとなる。そして、渦巻状電極群１０ａの巻回中心Ｏと絶縁テープ１３とを結ぶ延長線上に、負極芯体１１ａの芯体露出部１１ａ−１の端部に導電接続された負極集電タブ１１ｃが配置される。また、絶縁テープ１３に隣接する内周側に配置された負極１１は片面のみに活物質層１１ｂが存在し、かつ絶縁テープ１３に隣接する外側に配置された負極１１は負極芯体１１ａが露出している。
【００２１】
（２）実施例２
また、上述のようにして作製された負極１１と正極１２（α）とを用いて、これらの間にセパレータ１４（図７参照、なお、図１，図３においては理解を容易にするために図示を省略している）を介在させて、図１に示すように積層した後、これを巻き取り機により渦巻状に巻回して、実施例２の渦巻状電極群１０ｂを作製した。この場合、図３に示すように、渦巻状電極群１０ｂの巻回中心Ｏと絶縁テープ１３とを結ぶ延長線上に負極集電タブ１１ｃが配置されるように巻回している。また、絶縁テープ１３に隣接する内周側に配置された負極１１は負極芯体１１ａの両面に活物質層１１ｂが存在するように配置され、絶縁テープ１３に隣接する外周側に配置された負極１１は負極芯体１１ａの片面のみに活物質層１１ｂが存在する剥離部１１ｂ−１が配置されるように巻回している。
【００２２】
これにより、最外周部に配置された負極１１および正極１２は負極芯体１１ａおよび正極芯体１２ａが露出しているとともに、正極活物質１２ｂが塗布された部分の端部近傍に絶縁テープ１３が貼着された正極１２が配置された渦巻状電極群１０ｂが得られることとなる。そして、渦巻状電極群１０ｂの巻回中心Ｏと絶縁テープ１３とを結ぶ延長線上に、負極芯体１１ａの芯体露出部１１ａ−１の端部に導電接続された負極集電タブ１１ｃが配置される。また、絶縁テープ１３に隣接する内周側に配置された負極１１は両面に活物質層１１ｂが存在し、かつ絶縁テープ１３に隣接する外側に配置された負極１１は片面に活物質層１１ｂが存在している。
【００２３】
（３）比較例１
また、上述のようにして作製された負極１１と正極１２（α）とを用いて、これらの間にセパレータ１４（図７参照、なお、図１，図４においては理解を容易にするために図示を省略している）を介在させて、図１に示すように積層した後、これを巻き取り機により渦巻状に巻回して、比較例１の渦巻状電極群１０ｘを作製した。この場合、図４に示すように、渦巻状電極群１０ｘの巻回中心Ｏと絶縁テープ１３とを結ぶ延長線上に負極集電タブ１１ｃが配置されないように巻回している。また、絶縁テープ１３に隣接する内周側に配置された負極１１は負極芯体１１ａの片面のみに活物質層１１ｂが存在する剥離部１１ｂ−１が配置され、絶縁テープ１３に隣接する外周側に配置された負極１１は負極芯体１１ａが露出した芯体露出部１１ａ−１が配置されるように巻回している。
【００２４】
これにより、最外周部に配置された負極１１および正極１２は負極芯体１１ａおよび正極芯体１２ａが露出しているとともに、正極活物質層１２ｂが塗布された部分の端部近傍に絶縁テープ１３が貼着された正極１２が配置された渦巻状電極群１０ｘが得られることとなる。そして、渦巻状電極群１０ｘの巻回中心Ｏと絶縁テープ１３とを結ぶ延長線上には、負極芯体１１ａの芯体露出部１１ａ−１の端部に導電接続された負極集電タブ１１ｃが配置されないこととなる。また、絶縁テープ１３に隣接する内周側に配置された負極１１は片面のみに活物質層１１ｂが存在し、かつ絶縁テープ１３に隣接する外側に配置された負極１１は負極芯体１１ａが露出している。
【００２５】
（４）比較例２
また、上述のようにして作製された負極１１と正極１２（β）とを用いて、これらの間にセパレータ１４（図７参照、なお、図５においては理解を容易にするために図示を省略している）を介在させて積層した後、これを巻き取り機により渦巻状に巻回して、比較例２の渦巻状電極群１０ｙを作製した。この場合、図５に示すように、負極集電タブ１１ｃが接続された負極芯体１１ａに隣接する内周側に配置された負極１１およびその内周側に隣接する正極１２（β）において、渦巻状電極群１０ｘの巻回中心Ｏと負極集電タブ１１ｃとを結ぶ線上に存在する負極１１および正極１２（β）は、それぞれ芯体露出部１１ａ−１，１２ａ−１が配置されるように巻回している。
【００２６】
（５）比較例３
また、上述のようにして作製された負極１１と正極１２（β）とを用いて、これらの間にセパレータ１４（図７参照、なお、図６においては理解を容易にするために図示を省略している）を介在させて積層した後、これを巻き取り機により渦巻状に巻回して、比較例３の渦巻状電極群１０ｚを作製した。この場合、図６に示すように、負極集電タブ１１ｃが接続された負極芯体１１ａに隣接する内周側に配置された負極１１およびその内周側に隣接する正極１２（β）において、渦巻状電極群１０ｘの巻回中心Ｏと負極集電タブ１１ｃとを結ぶ線上に存在する負極１１は負極芯体１１ａの片面のみに活物質層１１ｂが存在する剥離部１１ｂ−１が配置され、正極１２（β）は芯体露出部１２ａ−１が配置されるように巻回している。
【００２７】
４．リチウムイオン電池の作製
ついで、上述のようにして作製された渦巻状電極群１０ａ，１０ｂ，１０ｘ，１０ｙ，１０ｚを用いて、リチウムイオン電池を作製する方法を図７に基づいて説明する。まず、上述のようにして作製した渦巻状電極群１０ａ，１０ｂ，１０ｘ，１０ｙ，１０ｚの上下にそれぞれ絶縁板１４ａ，１４ａを配置した後、これらの渦巻状電極群をそれぞれステンレス製の負極端子を兼ねる有底筒状の円筒形外装缶１５内に開口部より挿入した。ついで、渦巻状電極群１０ａ，１０ｂ，１０ｘ，１０ｙ，１０ｚの負極１１より延出する負極集電タブ１１ｃを外装缶１５の内底面に溶接した。一方、渦巻状電極群１０ａ，１０ｂ，１０ｘ，１０ｙ，１０ｚの正極１２より延出する正極集電タブ１２ｃを封口体１６の蓋体１６ｂの下面に溶接した。
【００２８】
この後、外装缶１５内にエチレンカーボネート（ＥＣ）３０重量部とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）７０重量部よりなる混合溶媒に電解質塩として１ＭＬｉＰＦ_６を添加した電解液を注入した。ついで、外装缶１５の開口部にポリプロピレン（ＰＰ）製で円筒状のガスケット１７を載置するとともに、このガスケット１７の内部に封口体１６を載置した。この後、外装缶１５の開口部の上端部を内方にかしめることにより封口して、容量が２０００ｍＡｈのリチウムイオン電池Ａ，Ｂ，Ｘ，Ｙ，Ｚをそれぞれ作製した。ここで、渦巻状電極群１０ａを用いたものを電池Ａとし、渦巻状電極群１０ｂを用いたものを電池Ｂとし、渦巻状電極群１０ｘを用いたものを電池Ｘとし、渦巻状電極群１０ｙを用いたものを電池Ｙとし、渦巻状電極群１０ｚを用いたものを電池Ｚとした。
【００２９】
なお、封口体１６は正極端子となる正極キャップ１６ａと、外装缶１５の開口部を封止する蓋体１６ｂとを備えている。そして、これらの正極キャップ１６ａと蓋体１６ｂからなる封口体１６内に、電池内部のガス圧が上昇して所定の設定圧力（例えば１４ＭＰａ）に達すると変形する導電性弾性変形板１８と、温度が上昇すると抵抗値が増大するＰＴＣ（ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子１９が配設されている。これにより、電池内に過電流が流れて異常な発熱現象を生じると、ＰＴＣ素子１９は抵抗値が増大して過電流を減少させる。そして、電池内部のガス圧が上昇して所定の設定圧力（例えば１４ＭＰａ）以上になると導電性弾性変形板１８は変形して、導電性弾性変形板１８と蓋体１６ｂとの接触が遮断され、過電流あるいは短絡電流が遮断されるようになる。
【００３０】
５．内部短絡加速試験
ついで、上述のように作製した容量が２０００ｍＡｈのリチウムイオン電池Ａ，Ｂ，Ｘ，Ｙ，Ｚをそれぞれ５０００個ずつ用意して、以下のようにして内部短絡加速試験を行った。即ち、これらの５０００個ずつの各電池Ａ，Ｂ，Ｘ，Ｙ，Ｚをそれぞれ室温（約２５℃）で２Ａの充電電流で、電池電圧が４．５Ｖになるまで定電流充電した後、電池電圧が４．５Ｖの定電圧で終止電流が４０ｍＡになるまで定電圧充電した。この後、２Ａの放電電流で電池電圧が２．７５Ｖになるまで放電させるというサイクルを１サイクルとする充放電サイクルを３０サイクル繰り返して行ったところ、下記の表１に示すような結果が得られた。なお、表１の内部短絡の発生箇所においては、試験終了後に短絡が生じた電池を分解して調べた結果を示している。
【００３１】
【表１】

【００３２】
上記表１の結果から明らかなように、電池Ａ，Ｂにおいては内部短絡が発生していないが、電池Ｘ，Ｙ，Ｚにおいては内部短絡が発生していることがわかる。
これは、電池Ｘにおいては、正極１２には正極活物質１２ｂが塗布された部分の端部近傍に絶縁テープ１３が貼着されているが、渦巻状電極群１０ｘの巻回中心Ｏと絶縁テープ１３とを結ぶ延長線上に負極集電タブ１１ｃは存在しないように巻回されている。このため、図４に×印で示すように、渦巻状電極群１０ｘで最も加圧力が大きくなる負極集電タブ１１ｃの内側部の正、負極間で短絡が生じたと考えられる。
【００３３】
また、電池Ｙにおいては、正極活物質１２ｂが塗布された部分の端部近傍に絶縁テープ１３が貼着されていないため、図５に×印で示すように、渦巻状電極群１０ｙで最も加圧力が大きくなる正極活物質１２ｂが塗布された部分の端部近傍、および負極集電タブ１１ｃの内側部の正、負極間で短絡が生じたと考えられる。
【００３４】
さらに、電池Ｚにおいては、正極活物質１２ｂが塗布された部分の端部近傍に絶縁テープ１３が貼着されていないともに、負極集電タブ１１ｃの内側に配置された負極１１に片面に活物質層が塗布されて、かつこの内側に配置された負極１１に両側に活物質層が塗布されているため、図６に×印で示すように、渦巻状電極群１０ｚで最も加圧力が大きくなる正極活物質１２ｂが塗布された部分の端部近傍、および負極集電タブ１１ｃの内側部の正、負極間で、電極群ｙよりも多くの短絡が生じたと考えられる。
【００３５】
これらに対して、電池Ａにおいては、正極１２には正極活物質１２ｂが塗布された部分の端部近傍に絶縁テープ１３が貼着されているため、渦巻状電極群１０ａで最も加圧力が大きくなる正極活物質１２ｂが塗布された部分の端部近傍での正、負極の短絡が防止できたと考えられる。また、渦巻状電極群１０ａの巻回中心Ｏと絶縁テープ１３とを結ぶ延長線上に負極集電タブ１１ｃが存在するように巻回されているので、負極集電タブ１１ｃの内側部の正、負極の短絡が防止できたと考えられる。
【００３６】
また、電池Ｂにおいても、正極１２には正極活物質１２ｂが塗布された部分の端部近傍に絶縁テープ１３が貼着されているため、渦巻状電極群１０ｂで最も加圧力が大きくなる正極活物質１２ｂが塗布された部分の端部近傍での正、負極の短絡が防止できたと考えられる。また、渦巻状電極群１０ｂの巻回中心Ｏと絶縁テープ１３とを結ぶ延長線上に負極集電タブ１１ｃが存在するように巻回されているので、負極集電タブ１１ｃの内側部の正、負極の短絡が防止できたと考えられる。
このように、電池Ａ，Ｂにおいては、正極活物質１２ｂが塗布された部分の端部近傍での１箇所に貼着された絶縁テープ１３により、負極集電タブ１１ｃの内側部の正、負極間での短絡、正極活物質層１２ｂの塗布部と未塗布との境界での正、負極間の短絡などの、複数箇所での短絡を防止できるようになる。
【００３７】
【発明の効果】
上述したように、本発明の渦巻状電極群１０ａ（１０ｂ）においては、正極活物質層１２ｂが塗布された部分の端部から負極１１に対向する正極１２に絶縁テープ１３が貼着されており、かつこの絶縁テープ１３と渦巻状電極群１０ａ（１０ｂ）の巻回中心Ｏとを結ぶ延長線上に負極集電タブ１１ｃが配置されるように巻回されている。このため、負極集電タブ部１１ｃに局所的な圧力が付与されても負極集電タブ１１ｃの内側に配置された正極１２と負極１１の間に存在する絶縁テープ１３により、この部分での正、負極間の短絡および正極活物質が塗布された部分の端部での正、負極間での短絡を未然に防止することができるようになる。
【００３８】
なお、上述の実施形態においては、正極活物質層１２ｂが塗布された部分の端部から正極芯体１２ａが露出した部分の負極１１と対向する部分に絶縁テープ１３が貼着され、渦巻状電極群１０ａ（１０ｂ）の巻回中心Ｏと絶縁テープ１３とを結ぶ延長線上に負極集電タブ１１ｃが配置された例について説明したが、負極活物質層１１ｂが塗布された部分の端部から負極芯体１１ａが露出した部分の正極と対向する部分に絶縁テープ１３が貼着され、渦巻状電極群１０ａ（１０ｂ）の巻回中心Ｏと絶縁テープ１３とを結ぶ延長線上に正極集電タブ１２ｃを配置するようにしてもよい。
【００３９】
また、上述の実施形態においては、非水電解質電池の負極活物質として天然黒鉛を用いる例について説明したが、天然黒鉛以外に、リチウムイオンを吸蔵・脱離し得るカーボン系材料、例えば、グラファイト、カーボンブラック、コークス、ガラス状炭素、炭素繊維、またはこれらの焼成体等が好適である。また、酸化錫、酸化チタン等のリチウムイオンを吸蔵・脱離し得る酸化物を用いてもよい。
【００４０】
また、上述の実施形態においては、非水電解質電池の正極活物質としてＬｉＣｏＯ_２を用いる例について説明したが、ＬｉＣｏＯ_２以外に、リチウムイオンをゲストとして受け入れ得るリチウム含有遷移金属化合物、例えば、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＣｏＸＮｉ（１−Ｘ）Ｏ_２、ＬｉＣｒＯ_２、ＬｉＶＯ_２、ＬｉＭｎＯ_２、αＬｉＦｅＯ_２、ＬｉＴｉＯ_２、ＬｉＳｃＯ_２、ＬｉＹＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４等が好ましいが、特に、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＣｏＸＮｉ（１−Ｘ）Ｏ_２を単独で用いるかあるいはこれらの二種以上を混合して用いるのが好適である。また、ポリアセチレン、ポリアニリン等の導電性ポリマーを用いてもよい。
【００４１】
また、電解液としては、有機溶媒に溶質としてリチウム塩を溶解したイオン伝導体であって、イオン伝導率が高く、正・負の各電極に対して化学的、電気化学的に安定で、使用可能温度範囲が広くかつ安全性が高く、安価なものであれば使用することができる。例えば、有機溶媒としては上記エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との混合溶媒以外に、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、スルフォラン（ＳＬ）、テトラハイドロフラン（ＴＨＦ）、γブチロラクトン（ＧＢＬ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、１，２ジメトキシエタン（ＤＭＥ）等あるいはこれらの混合溶媒が好適である。また、溶質としては電子吸引性の強いリチウム塩を使用し、上記ＬｉＰＦ_６以外に例えば、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、Ｌｉ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ、ＬｉＣ_４Ｆ_９ＳＯ_３等が好適である。
【００４２】
さらに、上述の実施形態においては、本発明を円筒形の電池に適用する例について説明したが、円筒形に限らず、渦巻状電極群およびこれを押し潰して扁平にした電極群を用いる電池であれば、角形などの他の形状の電池に適用することが可能である。また、上述の実施形態においては、本発明をリチウムイオン電池に適用する例について説明したが、リチウムイオン電池以外に、ニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池などの各種の電池においても本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリチウムイオン電池に用いられる正極と負極を重ね合わせた積層体を模式的に示す正面図である。
【図２】図１に示された積層体を渦巻状に巻回して作製した実施例１の渦巻状電極群を模式的に示す横断面図である。
【図３】図１に示された積層体を渦巻状に巻回して作製した実施例２の渦巻状電極群を模式的に示す横断面図である。
【図４】図１に示された積層体を渦巻状に巻回して作製した比較例１の渦巻状電極群を模式的に示す横断面図である。
【図５】図１に示された積層体を渦巻状に巻回して作製した比較例２の渦巻状電極群を模式的に示す横断面図である。
【図６】図１に示された積層体を渦巻状に巻回して作製した比較例３の渦巻状電極群を模式的に示す横断面図である。
【図７】図２〜図６の渦巻状電極群を外装缶内に収容して形成したリチウムイオン電池の要部を縦方向に破断した状態を模式的に示す示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０…電池、１０ａ，１０ｂ…渦巻状電極群、１１…負極、１１ａ…負極芯体、１１ａ−１…芯体露出部、１１ｂ…負極活物質層、１１ｂ−１…剥離部、１１ｃ…負極集電タブ、１２…正極、１２ａ…正極芯体、１２ａ−１…芯体露出部、１２ｂ…正極活物質層、１２ｃ…正極集電タブ、１３…絶縁テープ、１４…セパレータ、１４ａ…絶縁板、１５…外装缶、１６…封口体、１６ａ…正極キャップ、１６ｂ…蓋体、１７…ガスケット、１８…導電性弾性変形板、１９…ＰＴＣ素子

Claims

正極芯体に正極活物質が塗布された正極と、負極芯体に負極活物質が塗布された負極とがセパレータを介して相対向するようにして巻回された渦巻状電極群を外装缶内に備えた電池であって、
前記電極群の最外周部に配置された正極および負極はそれぞれ正極芯体および負極芯体が露出しているとともに、
前記正極の正極活物質が塗布された部分の端部から前記正極芯体が露出した部分の前記負極と対向する部分に絶縁テープが貼着されており、
前記渦巻状電極群の巻回中心と前記絶縁テープとを結ぶ延長線上に負極集電タブが前記露出した負極芯体に導電接続されていることを特徴とする渦巻状電極群を備えた電池。
前記渦巻状電極群の巻回中心と前記負極集電タブとを結ぶ線上で、前記絶縁テープの外周側に前記露出した負極芯体が存在するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の渦巻状電極群を備えた電池。
正極芯体に正極活物質が塗布された正極と、負極芯体に負極活物質が塗布された負極とがセパレータを介して相対向するようにして巻回された渦巻状電極群を備えた電池であって、
前記電極群の最外周部に配置された正極および負極はそれぞれ正極芯体および負極芯体が露出しているとともに、
前記負極の負極活物質が塗布された部分の端部から前記負極芯体が露出した部分の前記正極と対向する部分に絶縁テープが貼着されており、
前記渦巻状電極群の巻回中心と前記絶縁テープとを結ぶ延長線上に正極集電タブが前記露出した正極芯体に導電接続されていることを特徴とする渦巻状電極群を備えた電池。
前記渦巻状電極群の巻回中心と前記正極集電タブとを結ぶ線上で、前記絶縁テープの外周側に前記露出した正極芯体が存在するように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の渦巻状電極群を備えた電池。
前記絶縁テープの厚みは３μｍ以上で１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の渦巻状電極群を備えた電池。
前記絶縁テープの材質は軟化点が５０℃以上の合成樹脂であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の渦巻状電極群を備えた電池。