JP2005310578A - コイン形二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】重負荷放電特性、充放電サイクル特性に優れ、かつ信頼性に優れたコイン形二次電池を提供するものであり、特に巻回構造を採用した電極群を備えた電池において、充放電末期における微小短絡の発生を抑制し、長期間の使用であっても高い信頼性を発揮するコイン形二次電池を提供する。
【解決手段】複数の積層面が連結片によって帯状に結ばれた正極極板、負極極板がセパレータを介して交互に積み重なるよう扁平状に巻回された電極群を備え、前記電極群を非水電解液と共にともに正極端子を兼ねる浅い有底ケースと負極端子を兼ねる封口ケースにより絶縁ガスケットを介してカシメ封口される電池容器に収容してなるコイン形二次電池であり、前記電極群がその下端面及び上端面に負極極板を位置させてなる構成を採用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高負荷放電特性の改善を目的として巻回構造を採用した電極群を備え、扁平形の電池ケース内に収容したコイン形二次電池に関する。

ボタン形電池、偏平形電池とも称されるコイン形電池は小型薄型であるため、その特徴を生かして腕時計や補聴器など小型化が要求される場合や、ＩＣカードなどのように薄型化が要求される場合に広く用いられている。また、扁平形状とされた電池容器の周縁をカシメ封口することで、容器内部を確実に密封口できることから電池の生産性を高めると同時に高い信頼性を有することから膨大な生産規模を有している。

コイン形電池の内部構造は、正極ペレットと負極ペレットとを１：１で対面させたものである。この構造では正極と負極とが対極する反応面積が小さいこと等の要因により連続での放電電流はせいぜい１０ｍＡ程度であり、負荷電流が小さな機器にしか適用できない問題点を有していた。放電電流を高めるためには、正極極板と負極極板との対極面積を増加させる必要がある。有底筒状の電池ケースに収容した円筒形電池や角形電池では、複数枚の正極極板と負極極板とをセパレータを介して積層した積層構造や、帯状の正極極板と負極極板との間にセパレータを配して渦巻き状に巻回した巻回構造を採用することで、反応面積の増大を図る構造が広く用いられている。

このような技術的背景において、本発明者らは上記問題点を解決するために巻回構造の電極群を扁平形状の電池容器に収容することでコイン形電池の放電特性を改善することを提案している（特許文献１）。このコイン形電池は積層部位と連結片が交互に形成された帯状の極板を作製し、これら極板を巻回した構造の電極群を構成しており、大電流での放電特性を向上させた電池とされる。また、偏平形状の電池容器を採用することで電池の厚みを小さくでき、従来の角形電池に比べて電池の薄型化も実現するものである。さらに、カシメ封口を採用することで電池の生産性を高めると同時に高い信頼性も実現するものである。
国際公開第０２／０１３３０５号パンフレット

本発明者らは、特許文献１にて提案したコイン形電池の量産化に向けた検討を行った。例えば正極としてリチウム遷移金属酸化物を、負極に炭素材料を用いたコイン形非水電解液二次電池を作製した場合、充放電を繰り返したサイクル末期に微小短絡を生じ易い事実を確認した。さらに本発明者らが前記微小短絡の発生メカニズムを鋭意検証した結果、微小短絡が充電時に正極から放出されたリチウムの析出に起因することを確認した。このリチウム析出は最も有底ケース側に配置される負極表面上で顕著に生じており、析出したリチウムと有底ケース、及び析出部位に対面する正極との間において微小短絡を発生している。そしてリチウム析出の発生作用について詳細な検討を実施した結果、以下のような知見を得た。すなわち、電極群の有底ケースに対面する近傍部分では正極容量が負極容量を上回っており、充電時に負極側に吸蔵しきれない過剰なリチウムイオンが析出したものである。とりわけ扁平形状の電池容器を採用したコイン形電池では電池容器の内容積が小さく、電解液量が僅少となることから、リチウムイオンの移動が阻害される傾向が顕著であり、リチウム析出を生じやすい状況となってしまう。また本発明者らは他の電極材料を用いた非水電解液二次電池においても同様のリチウム析出を確認しており、このリチウム析出が扁平形状の電池容器に電極群を収容した構成による特有の問題点であることを見いだ
した。

上記のようなリチウム析出に起因する微小短絡は充放電サイクルが繰り返された電池のサイクル使用末期において特に生じ易く、且つ急激な放電特性の悪化を生じることから電池の長期間信頼性を大きく低下させる要因となる。特に機器のメモリバックアップや小型携帯機器の主電源を主たる用途とするコイン形電池は、機器側より高い信頼性を要求されており、使用末期における放電特性の悪化は機器に極めて大きい影響を与える虞がある。

本発明は、帯状の正負極板が巻回された電極群を扁平形状の電池容器に収容されたコイン形二次電池において、サイクル使用末期におけるリチウム析出を抑制することで信頼性を向上させたコイン形二次電池を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明のコイン形二次電池は、複数の積層面が連結片によって帯状に結ばれた正極極板、負極極板がセパレータを介して交互に積み重なるよう扁平状に巻回された電極群を備え、前記電極群を非水電解液と共にともに正極端子を兼ねる浅い有底ケースと負極端子を兼ねる封口ケースとで絶縁ガスケットを介してカシメ封口してなる構造を有しており、前記電極群がその下端面及び上端面に負極極板を位置させてなること、すなわち電極群がその主面に負極板を配置していることを特徴とする。

尚、本発明の詳細な説明を含む本明細書の記載において、積層面とは電極群の主面に対して平行な極板部位を指すものとし、正負極板において前記主面に対して平行な極板の表裏面何れかの一方のみ特定するものでない。

本発明に係るコイン形二次電池の具体構造は、ｎ個の積層面がｎ−１個の連結片によって帯状に結ばれた正極極板と、ｎ＋１個の積層面がｎ個の連結片によって帯状に結ばれた負極極板がセパレータを介して交互に積み重なるように正負極各極板の一端（１番目の積層面）から扁平状に巻回した電極群を備えており、さらに電極群が負極のｎ及びｎ＋１番目の積層面及びこれら積層面に繋がる連結片を最外周に配置した構成を有している。そして前記電極群は、非水電解液と共に正極端子を兼ねる浅い有底ケースと負極端子を兼ねる封口ケースとで絶縁ガスケットを介してカシメ封口してなる電池容器の内部に収容されており、コイン形二次電池を形成するものである。

本発明の構成によれば、正極極板は負極極板にて覆い隠された状態となり、特に正極端子を兼ねる有底ケースと負極極板との間に正極極板が存在しない状態となる。このため、充放電サイクルを繰り返した電池のサイクル寿命末期であっても、正極ケースと負極極板との間に活物質の析出を生ずることがなく、前記析出に起因する微小短絡の発生を大幅に抑制し、電池の信頼性を大きく高めることになる。

さらに本発明のコイン形電池は、上記構成を有する電極群に用いられる負極において、電極材料が金属箔芯材の両面に塗着されてなる両面塗着部分と電極材料が金属箔芯材の片面のみに塗着されてなる片面塗着部分とを有しており、負極極板の片面塗着部分は電極群の上端面、下端面に配置し、電極群主面が未塗着状態とされるものである。

そして、前記片面塗着部分を形成することによって、電極材料の塗着部位を最適化することで電極群の体積に占める放電反応への寄与率が高い活物質の割合を増やすことができ、電極群の単位体積当たりの放電容量を増加させるものである。

また本発明のコイン形電池は、上記構成を有する電極群において正極極板、負極極板の各々が巻回終端側の端部に金属リードを備えており、前記各極板の金属リードは電極群の
巻回方向に延出され、同極性となる有底ケース、封口ケースの各々に接続されるものである。

またさらに本発明のコイン形電池は、上記の金属リードを備えた電極群において正極極板、負極極板の各金属リードが少なくとも電極群の１周以上に渡って巻回され、且つ少なくとも１回以上折り返して有底ケース、封口ケースに接続するものである。

これら金属リードにて電極群と電池容器と接続を行うことで、コイン形電池の内部抵抗の削減が低減でき、放電特性が改善されるものである。さらに常に電極群と電池容器との接続状態が良好に保たれることから電池の信頼性を高め、放電特性を改善するものである。また、正極極板の金属リードは電極群の１周以上の長さを設定することで、負極極板が最外周に配置される構成であっても電極群の外周まで正極リードを導出することを可能にする。

さらにまた本発明のコイン形電池は、上記構成を有する電極群において、正極極板及び負極極板は、積層面が円形をした封口ケースの開口部内に可能な限り隙間が少なく収まるような円弧をもつ形状に形成され、積層数が増加するにつれて連結長さが順次増加するような連結片により、積層面と連結片が交互に帯状に結ばれたものである。或いは上記構成を有する電極群において、積層面が方形に形成され、連結片が前記積層面と同一幅に形成され、かつ積層面数が増加するにつれて連結長さが順次増加し、前記積層面と前記連結片が交互に帯状に結ばれたものである。

これら形状を有する極板は、巻回後の扁平状電極群が円弧を有する形、或いは方形となり、コイン形の電池ケース或いは扁平角型の電池ケースに体積効率良く電極群を収容することができる。

以上の説明の通り本発明によれば、コイン形電池における活物質の析出に起因する微小短絡の発生を抑制することで、長期に亘って充放電特性を維持することが可能となり、電池の信頼性を大きく向上させたコイン形電池が得られるものである。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

（第１の実施形態）
本実施形態に係るコイン形電池は、リチウムイオン二次電池として構成した例を示すもので、第１の実施形態に係るコイン形電池Ａは、図１に断面図として示すように、浅い有底円筒形の電池缶２（有底ケース）と、この電池缶２にガスケット３を介して、その開口部を封口板４（封口ケース）によって封口する電池容器内に巻回構造の電極群１を収容して、コイン形の外観を呈する電池に構成されている。

前記電極群１は、図２に平面図として示すように、電池缶２と封口板４によって形成される円形の空間内に、無駄な空間の形成が少ない略円形の平面形状に形成される。従って、電池体積あたりの放電容量が大きい体積エネルギー密度のよい電池に構成することができる。この電極群１は、図３（ａ）に示す正極極板５と、図３（ｂ）に示す負極極板６とを、図４に示すように、セパレータ７を介して巻回することにより形成される。

形成された電極群１は各電極から導出された金属リード（図示せず）により電池缶２、
封口板４に接続されるが、負極端子を兼ねる封口板４に対面する電極群の上面において集電体を露出させ、集電体と封口板４との接触により導電性を確保する構成としても良い。

このような電極群１を構成する正極極板５は、アルミニウム箔によって形成された集電体の両面に正極材料を塗着させ、図３（ａ）に示すように、幅方向に円弧を形成した正極積層面８ａ〜８ｅを連結片９ａ〜９ｄで連結した帯状に形成され、その一端側にアルミニウム箔リード１０が形成されている。また、負極極板６は、銅箔によって形成された集電体に負極材料を塗着させ、図３（ｂ）に示すように、幅方向に円弧を形成した負極積層面１１ａ〜１１ｆを連結片１２ａ〜１２ｅで連結した帯状に形成され、その一端側に銅箔リード１３が形成されている。

尚、負極極板６と正極極板５の幅の長さ比率をＷｂ１＞Ｗａ１、Ｗｂ２＞Ｗａ２として負極極板６の幅を正極極板５よりも大きく形成しておくことにより、正極積層面８ａ〜８ｅと負極積層面１１ａ〜１１ｆとの対向位置に位置ずれが生じたときにも正極極板が確実に負極極板に対向する構成としている。

この正極極板５と負極極板６とは、図４に模式図として示すように、正極積層面８ａ〜８ｅと負極積層面１１ａ〜１１ｆとがセパレータ７を介して対面して積層されるように、正極連結片９ａ〜９ｄ及び負極連結片１２ａ〜１２ｅで折り曲げて巻回される。図示するように巻回することにより、正極極板５の巻き終りの正極積層面８ｅは、負極極板６の巻き終りの負極積層面１１ｆにより覆い隠されて封口板４の側に面するようになり、電池缶２の側には負極積層面１１ｅが面するようになる。また、図４において正負極の各リード１０、１３は少なくとも電極群の１周以上に渡って巻回され、且つ少なくとも１回以上折り返すことで、後述する方法にて電池容器に接続されるものである。

尚、図３（ｂ）において負極積層面１１ｅ、１１ｆの一面を未塗着の状態とすることで片面塗着部分を形成し、この片面塗着部分が電極群１の外周面に位置する様に巻回することで、電池容器の内面に対向する電極群１の主面において負極集電体が露呈した状態の電極群を得ることができる。さらに前記負極積層面１１ｅ、１１ｆと併せて連結片１２ｄ、１２ｅの一面も未塗着状態とすることで電極群１の外周面全体にて集電体が露出する形態となる。この構成では、正極極板に対向しておらず、起電反応への寄与が小さい領域を未塗着とすることで、体積効率の向上を図ることで体積当たりの容量を増加させるものである。

さらに前記セパレータ７は微多孔性ポリエチレンフィルムをテープ状に形成したもので、負極極板６の幅寸法より大きな幅のテープ状に形成され、正極極板５及び負極極板６と共に巻回された後、四隅を円弧に沿って切り落とすことにより、円盤状の電極群１が形成される。さらに図４に示すように前記セパレータ７の巻終端を正極極板５、負極極板６の終端部より延長し、正負極の各リード１０、１３と共に電極群１を巻回することで電極群１の全体がセパレータ７に被覆された構成とされる。この構成であれば、電極群１を別の樹脂材料を用いて絶縁被覆する必要がなく、電極群１を作製するための工数低減に繋がる効果を奏するものである。特に本発明の電極群１は最外周に負極極板６を配置しており、確実に電極群１を絶縁被覆する必要があることから、セパレータ７により電極群１を被覆した構成の効果がより顕著に発揮される。

正極極板５と負極極板６とが、正極積層面８ａ〜８ｅと負極積層面１１ａ〜１１ｆとが正対して積層されるように巻回するには、正極連結片９ａ〜９ｄ及び負極連結片１２ａ〜１２ｅの連結方向の長さを、巻回する外側になるほど長くする必要があり、図３に示すように、巻き始めの正極連結片９ａ、負極連結片１２ａの長さから巻き終りの正極連結片９ｄ、負極連結片１２ｅの長さに正極極板５、負極極板６及びセパレータ７の厚さを加算し
て順次増加させるように形成されている。

また、正極連結片９ａ〜９ｄの幅及び負極連結片１２ａ〜１２ｅの幅は、図２に示すように、封口板４の円形の収容空間に体積効率よく電極群１を収容するためには、正極連結片９ａ〜９ｄ及び負極連結片１２ａ〜１２ｅの幅は可能な限り小さいほうが望ましいが、幅を小さくするにつれて極板の引張り強度が低下し、巻回時に切れてしまう割合が高くなるので、極板強度との兼ね合いで正極連結片９ａ〜９ｄ及び負極連結片１２ａ〜１２ｅの幅は決定される。

上記構成になる電極群１は、正極リード１０の先端部が電池缶２の内面に溶接され、負極リード１３の先端部が封口板４の内面に溶接される。正極リード１０は、コバルト酸リチウム等を正極活物質として用いる場合に正極集電体としてアルミニウム箔が適用されることからアルミニウムを電池缶２に溶接することになる。しかし、電池缶２は一般にステンレス製であることからアルミニウムをステンレスに溶接することは容易でない。そこで、本実施形態における電池缶２は、内面側がアルミニウム、外面側がステンレスのクラッド材によって形成される。この電池缶２の構成により正極リード１０はアルミニウム同士での溶接となり、超音波溶接を適用することによってアルミニウム箔の溶接を確実なものとしている。一方、負極リード１３は負極集電体として銅箔が適用されていることから、負極リード１３をステンレス製の封口板４に抵抗溶接により接合できる。

負極リード１３を封口板４に、正極リード１０を電池缶２に溶接した後、正極リード１０及び負極リード１３を折り畳むようにして電極群１を電池缶２内に収容し、電解液を注入して電池缶２の開口部にガスケット３を介して封口板４で封口し、コイン形電池Ａを形成したとき、電池缶２はコイン形電池Ａの正極端子、封口板４は負極端子となるようにガスケット３で絶縁して構成される。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る方形状の主面を有する扁平角形電池Ｂは、図５に略平面図を示すように、角形電池缶１５と角形封口板１７によって形成される方形の空間内に、無駄な空間の形成が少なくなるような方形状の電極群１４が収容される。電極群１４を構成する正極極板１８は、アルミニウム箔によって形成された集電体の両面に正極材料を塗着させ、図６（ａ）に示すように、方形の正極積層面２１ａ〜２１ｅを連結片２２ａ〜２２ｄで連結した帯状に形成され、その一端側にアルミニウム箔リード２４が形成されている。また、負極極板１９は、銅箔によって形成された集電体に負極材料を塗着させ、図６（ｂ）に示すように、幅方向に円弧を形成した負極積層面２５ａ〜２５ｆを連結片２６ａ〜２６ｅで連結した帯状に形成され、その一端側に銅箔リード２７が形成されている。

この正極極板１８と負極極板１９とは、第１の実施形態において示したコイン形電池Ａと同様にセパレータ２０を介して巻回することで、図７の模式図のような電極群１４の断面構造を与える。また、正極極板１８と負極極板１９とが正対して積層されるように巻回するには、正極連結片２２ａ〜２２ｄ及び負極連結片２６ａ〜２６ｅの連結方向の長さを、巻回する外側になるほど長くする必要があり、図６に示すように、巻き始めの正極連結片２２ａ、負極連結片２６ａの長さから巻き終りの正極連結片２２ｄ、負極連結片２６ｅの長さに正極極板１８、負極極板１９及びセパレータ２０の厚さを加算して順次増加させるように形成されている。

尚、負極極板１９と正極極板１８の幅の長さ比率をＷｂ＞Ｗａとして負極極板１９の幅を正極極板１８よりも大きく形成しておくことにより、正極積層面２１ａ〜２１ｅと負極積層面２５ａ〜２５ｆとの対向位置に位置ずれが生じた場合でも、負極極板１９が確実に正極極板１８に対向する構成としており、正極極板１８の露出に起因する不具合の発生を
抑制している。

上記構成になる電極群１４は、正極リード２４の先端部が、内面側がアルミニウム、外面側がステンレスのクラッド材によって形成される角形電池缶１５の内面に超音波溶接され、負極リード２７の先端部がステンレス製の角形封口板１７の内面に抵抗溶接される。その後、正極リード２４及び負極リード２７を折り畳むようにして電極群１４を角形電池缶１５内に収容し、電解液を注入して角形電池缶１５の開口部にガスケット１６を介して角形封口板１７で封口し、扁平角形電池Ｂを形成したとき、角形電池缶１５は扁平角形電池Ｂの正極端子、角形封口板１７は負極端子となるようにガスケット１６で絶縁して構成される。

次に、本実施形態で説明したコイン形の外観形状を呈する電池Ａ、及び扁平角形の外観形状を呈する電池Ｂと、そして比較例として同一の積層面数を有する正極極板及び負極極板を巻回した電極群を備えた比較電池Ｃについて、比較検証した実施例を以下に示す。ここで、電池Ａ及び比較電池Ｃの構成は直径２４ｍｍ、厚さ３．０ｍｍのコイン形、電池Ｂの構成は縦２５ｍｍ、横２５ｍｍ、厚さ３．０ｍｍの扁平角形に形成した場合での比較である。

（１）電池Ａの作製
電池Ａにおいて正極極板５は、次のように作製した。すなわち、厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に、ポリフッ化ビニリデン３重量部をＮ−メチルピロリドン３８重量部に溶解し、これに活物質としてＬｉＣｏＯ₂ ５０重量部、導電剤として黒鉛９重量部を加えて不活性雰囲気下で混合分散した正極電極材料を均等な厚さに大気中で塗布し、１２０℃で１時間乾燥させた後、１８０μｍの厚さになるように圧延処理した正極極板材から、正極積層面８ａ〜８ｅの幅Ｗａ２が１８ｍｍ、正極連結片９ａ〜９ｄの幅Ｗａ１が９ｍｍとなるように、図３（ａ）に示した形状に打ち抜き加工した。

負極極板６は、厚さ１５μｍの銅箔の両面に、ポリフッ化ビニリデン３重量部をＮ−メチルピロリドン３８重量部に溶解し、これにコークスの２５００℃焼成品５９重量部を加えて不活性雰囲気下で混合分散した負極電極材料を均等な厚さに大気中で塗布し、１２０℃で１時間乾燥させた後、１８０μｍの厚さになるように圧延処理した負極極板材から、負極積層面１１ａ〜１１ｆの幅Ｗｂ２が２０ｍｍ、負極連結片１２ａ〜１２ｅの幅Ｗｂ１が１０ｍｍとなるように、図３（ｂ）に示した形状に打ち抜き加工した。

上記構成になる正極極板５と負極極板６とを、厚さ２５μｍの微多孔性ポリエチレンフィルムを介して正極積層面８ａ〜８ｅと負極積層面１１ａ〜１１ｆとが、図４のように積層されるように巻回し、厚さが約２．４ｍｍの電極群１に形成し、正極リード１０の先端部を電池缶２の内面に超音波溶接し、負極リード１３の先端部を封口板４の内面に抵抗溶接した。この電極群１を電池缶２内に収容し、１ＭＬｉＰＦ_６／ＥＣ−ＥＭＣ電解液を４００μｌ注液して、電池缶２の開口部にガスケット３を介して封口板４により封口した。

（２）電池Ｂの作製
電池Ｂでは正極極板１８及び負極極板１９は、それぞれ塗布する電極材料は上記電池Ａの場合と同一である。上記正極極板１８は、正極積層面２１ａ〜２１ｅの幅Ｗａが２０ｍｍとなるよう、図６（ａ）に示した形状に打ち抜き加工した。上記負極極板１９は、負極積層面２５ａ〜２５ｆの幅Ｗｂが２１ｍｍとなるよう、図６（ｂ）に示した形状に打ち抜き加工した。上記構成になる正極極板１８と負極極板１９とを、厚さ２５μｍの微多孔性ポリエチレンフィルムを介して正極積層面２１ａ〜２１ｅと負極積層面２５ａ〜２５ｆとが、図７のように積層されるよう巻回し、厚さが約２．４ｍｍの電極群１４に形成し、正
極リード２４の先端部を角形電池缶１５の内面に超音波溶接し、負極リード２７の先端部を角形封口板１７の内面に抵抗溶接した。この電極群１４を角形電池缶１５内に収容し、１ＭＬｉＰＦ_６／ＥＣ−ＥＭＣ電解液を５００μｌ注液して、角形電池缶１５の開口部にガスケット１６を介して角形封口板１７により封口した。

（３）比較電池Ｃの作製
比較電池Ｃでは正極極板２８は、図８に示すように正極積層面３１ａ〜３１ｄは正極電極材料が両側に塗着され、３１ｅは片側のみ正極電極材料が塗着されている。負極極板２９は、上記電池Ａに用いた負極極板６より積層面数が１面少ない、すなわち負極積層面が３４ａ〜３４ｅ、負極連結片が３５ａ〜３５ｄとした。そして図９に示すように上記構成になる正極極板２８と負極極板２９とを、上記電池Ａと同様に積層面が正対するように、かつ正極極板２８の正極電極材料の未塗布面が電極群１４の外周面となるように巻回し、厚さが約２．２ｍｍの電極群に形成し、正極リード３３の先端部を電池缶２の内面に超音波溶接し、負極リード３６の先端部を封口板４の内面に抵抗溶接した。この電極群１４を電池缶２内に収容し、１ＭＬｉＰＦ_６／ＥＣ−ＥＭＣ電解液を４００μｌ注液して、電池缶２の開口部にガスケット３を介して封口板４により封口した。

（４）電池評価
上記電池Ａ、Ｂ及び比較電池Ｃについて、充放電サイクルを繰り返した後、電池を分解し、負極極板上あるいはセパレータ上におけるリチウム金属の析出状況を確認した。

上記の充放電サイクル条件としては、各電池ともに４．２Ｖ〜３．０Ｖの間で、放電電流２５ｍＡ、充電電流１０ｍＡの定電流により、充放電を５００回繰り返した。本発明に係る電池Ａ、Ｂは、何れも負極極板あるいはセパレータ上にリチウム金属の析出は認められなかったが、比較電池Ｃでは負極積層面３４ｄと正極析積層面３１ｅに挟まれるセパレータ上にリチウム金属が析出しており、微小短絡を生じていた。

また本発明者らは、本実施例と同様の構成にて他の電極材料を用いたコイン形電池を作製し、充放電サイクルによる影響を検証した。その結果、いずれの電極材料を用いたコイン形電池でも正極と負極の積層面が同数の極板を用いた場合、負極表面上に活物質の析出が確認され、微小短絡も生じていた。しかし、本発明に係る構成では微小短絡、及びその原因となる活物質の析出を生じておらず、本発明による効果が確認された。

以上の説明の通り本発明によれば、巻回構造を採用した電極群を有するコイン形二次電池において、負極表面上における活物質の析出を抑え、この析出に起因する微小短絡の発生を抑制することで、充放電サイクルが繰り返される長期間の使用であっても安全性、充放電サイクル特性、充放電特性、信頼性を維持することが可能となる。このため、携帯機器等の小型化、薄型化、軽量化が要求される用途に加え、メモリバックアップ用途等の高い信頼性が要求される用途の電源として利用することができ、その工業的価値は大なるものである。

コイン形電池Ａの断面構成を示す模式図 コイン形電池Ａ内部の平面構成を示す模式図 （ａ）コイン形電池Ａの正極極板の構成を示す展開図（ｂ）同電池Ａの負極極板の構成を示す展開図 コイン形電池Ａの電極群の巻回状態を説明する模式図 扁平角形電池Ｂ内部の平面構成を示す模式図 （ａ）扁平角形電池Ｂの正極極板の構成を示す展開図（ｂ）同電池Ｂの負極極板の構成を示す展開図 扁平角形電池Ｂの電極群の巻回状態を説明する模式図 （ａ）比較電池の正極極板の構成を示す展開図（ｂ）同電池の負極極板の構成を示す展開図 比較電池の電極群の巻回状態を説明する模式図

符号の説明

１、１４ 電極群
２、１５ 電池缶
４、１７ 封口板
３、１６ ガスケット
５、１８、２８ 正極極板
６、１９、２９ 負極極板
７、２０、３０ セパレータ
８ａ〜８ｅ、２１ａ〜２１ｅ、３１ａ〜３１ｅ 正極積層面
９ａ〜９ｄ、２２ａ〜２２ｄ、３２ａ〜３２ｄ 正極連結片
１０、２４、３３ 正極リード
１１ａ〜１１ｆ、２５ａ〜２５ｆ、３４ａ〜３４ｅ 負極積層面
１２ａ〜１２ｅ、２６ａ〜２６ｅ、３５ａ〜３５ｄ 負極連結片
１３、２７、３６ 負極リード

Claims (6)

1. 複数の積層面が連結片によって帯状に結ばれた正極極板、負極極板がセパレータを介して交互に積み重なるよう扁平状に巻回された電極群を備え、前記電極群を非水電解液と共にともに正極端子を兼ねる浅い有底ケースと負極端子を兼ねる封口ケースにより絶縁ガスケットを介してカシメ封口される電池容器に収容してなるコイン形二次電池であって、
   前記電極群がその下端面及び上端面に負極極板を位置させてなることを特徴とするコイン形二次電池。
2. 負極極板は、電極材料が金属箔芯材の両面に塗着されてなる両面塗着部分と電極材料が金属箔芯材の片面のみに塗着されてなる片面塗着部分とを有しており、前記負極極板の片面塗着部分は電極群の上端面、下端面に配置され、少なくとも電極群主面が未塗着状態とされる請求項１記載のコイン形二次電池。
3. 正極極板、負極極板は巻回終端側の端部に金属リードを備えており、前記各極板の金属リードは電極群の巻回方向に延出され、同極性となる有底ケース、封口ケースの各々に接続される請求項１記載のコイン形二次電池。
4. 正極極板、負極極板の各金属リードは、少なくとも電極群の１周以上に渡って巻回され、且つ少なくとも１回以上折り返して有底ケース、封口ケースに接続される請求項３記載のコイン形二次電池。
5. 正極極板及び負極極板は、積層面が円形をした封口ケースの開口部内に可能な限り隙間が少なく収まるような円弧をもつ形状に形成され、積層面数が増加するにつれて連結長さが順次増加するような連結片により、積層面と連結片が交互に帯状に結ばれてなる請求項１記載のコイン形二次電池。
6. 正極極板及び負極極板は、積層面が方形に形成され、連結片が前記積層面と同一幅に形成され、かつ積層面数が増加するにつれて連結長さが順次増加し、前記積層面と前記連結片が交互に帯状に結ばれてなる請求項１記載のコイン形二次電池。

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