JP2006310222A - 非水電解質二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 電池の厚さのばらつきを抑え、かつ効率良く電池容量を得ることで、体積エネルギー密度の高い非水電解質二次電池を提供する
【解決手段】 捲回電極体１０は、中央線２５によって、厚み方向に２つに分割され、一方の側と他方の側が規定される。捲回開始側の正極活物質層塗布端部２１および負極活物質層塗布端部２２と、正極リード２および負極リード７とが一方の側に位置する。捲回開始側の正極活物質層塗布端部２１が正極リード２の第１の円弧部２６ａ側のエッジと負極リード７の第２の円弧部２６ｄ側のエッジとで挟まれた範囲内に位置する。捲回終了側の正極活物質層塗布端部２３および負極活物質層塗布端部２４が第１の円弧部２６ａ内に位置する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、非水電解質二次電池、例えば捲回電極体を扁平上に作製し、アルミラミネート外装材により密封されたポリマーリチウム二次電池に関する。

近年、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）等の携帯型電子機器が普及し、電源として高電圧、高エネルギー密度、軽量といった利点を有するリチウムイオン電池が広く使用されている。

さらに、液系電解液を用いた場合に問題となる液漏れ対策として、例えば電解質として、ポリマーに非水電解液を含浸させてなるゲル状高分子膜を用いたもの、或いは全固体状の電解質を用いた、ポリマーリチウム二次電池が実用化されている。

下記特許文献１に記載されているように、従来のポリマーリチウム二次電池は、捲回電極体を扁平状に作製し、アルミラミネート外装材を打ち出し成形して作成した凹部に上記捲回電極体を挿入し、上記外装材の未加工部分を上記凹部上部に折り返して凹部の外周部分を熱融着することで作製される。捲回電極体は、内周側および外周側に片面集電体露出部を有し、かつ正極および負極端部の集電体露出部に配置された正極および負極リードを絶縁材で被覆し、正極および負極リードに対向する電極上に絶縁材が設けられる。絶縁材を設けることで、経年変化や外部から押圧力が印加されたことに起因した正極と負極との接触による電気的短絡を防止するものである。

ここで、帯状の正極、帯状の負極とが電解質およびセパレータを介在して積層され、長手方向に捲回されると共に、正極および負極からそれぞれ正極および負極リードが導出されているものを捲回電極体と称する。

特開２００１−２６６９４６号公報

しかしながら、従来のポリマーリチウム二次電池は、電極の捲回開始、捲回終了の位置によっては、電池の厚さのばらつきが生じ、かつ効率よく電池容量を得ることができず、体積エネルギー密度が低くなる問題点があった。

したがって、この発明の目的は、電極の捲回開始位置、捲回終了位置を規定することで、電池の厚さのばらつきを抑え、かつ効率良く電池容量を得ることで、体積エネルギー密度の高い非水電解質二次電池を提供することにある。

上述した課題を解決するために、この発明は、
正極と負極とがセパレータおよび電解質を介在して捲回され、最外周に正極が位置する捲回電極体を有し、
捲回電極体の断面形状を厚み方向において、２分割して一方の側および他方の側を規定し、
断面形状は、
第１の円弧部と、第２の円弧部と、第１の円弧部の折り返し開始点および第２の円弧部の折り返し終了点を結ぶ辺と、第１の円弧部の折り返し終了点および第２の円弧部の折り返し開始点を結ぶ辺とからなり、
正極が正極集電体と、正極活物質層とからなり、且つ正極集電体の少なくとも片面が露出するように正極活物質層が設けられ、
負極が負極集電体と、負極活物質層とからなり、且つ負極集電体の少なくとも片面が露出するように負極活物質層が設けられ、
捲回電極体の最外周側に、正極リードおよび負極リードが並行して設けられ、
正極リードおよび負極リードと、捲回開始側の正極活物質層塗布端部および負極活物質層塗布端部とが一方の側に位置し、
捲回開始側の正極活物質層塗布端部が正極リードの第１の円弧部側のエッジと、負極リードの第２の円弧部側のエッジとで挟まれた範囲内に位置し、
正極活物質層塗布端部および負極活物質層塗布端部が第１の円弧部内に位置すること、
を特徴とする非水電解質二次電池である。

この発明は、
正極と負極とがセパレータおよび電解質を介在して捲回され、最外周に正極が位置する捲回電極体を有し、
捲回電極体の断面形状を厚み方向において、２分割して一方の側および他方の側を規定し、
断面形状は、
第１の円弧部と、第２の円弧部と、第１の円弧部の折り返し開始点および第２の円弧部の折り返し終了点を結ぶ辺と、第１の円弧部の折り返し終了点および第２の円弧部の折り返し開始点を結ぶ辺とからなり、
正極が正極集電体と、正極活物質層とからなり、且つ正極集電体の少なくとも片面が露出するように正極活物質層が設けられ、
負極が負極集電体と、負極活物質層とからなり、且つ負極集電体の少なくとも片面が露出するように負極活物質層が設けられ、
捲回電極体の最外周側に、正極リードおよび負極リードが並行して設けられ、
捲回開始側の正極活物質層塗布端部および負極活物質層塗布端部が一方の側に位置し、正極リードおよび負極リードが他方の側に位置し、
捲回開始側の正極活物質層塗布端部が正極リードの第１の円弧部側のエッジと、第２の円弧部の折り返し開始点とで挟まれた範囲内に位置し、
捲回終了側の正極活物質層塗布端部および負極活物質層塗布端部が捲回終了側の第１の円弧部内に位置すること、
を特徴とする非水電解質二次電池である。

この発明によれば、電極の捲回開始位置、捲回終了位置を規定することによって、電池の厚さのばらつきを抑え、かつ効率良く電池容量を得ることで、体積エネルギー密度を高めることができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、この発明の一実施形態に係る捲回電極体１０の断面図である。図１に示すように、捲回電極体１０は、正極集電体１の両面に正極活物質層３が設けられた正極と、負極集電体４の両面に負極活物質層５が設けられた負極とを、セパレータ９を介して多数回捲回して形成される。

正極活物質層３は、正極集電体１の片面が露出するように設けられる。負極活物資層５は、負極集電体４の片面が露出するように設けられる。正極は、捲回電極体１０の最外周に位置する。負極の端部には、負極リード７が設けられる。正極の所定の位置に、正極リード２が設けられる。正極リード２、負極リード７は、捲回電極体１０の最外周側に、並行して設けられる。正極リード２と負極リード７が最外周に並行して設けられることによって、リードを折り曲げるための空間を不要とすることができ、体積エネルギー密度を高めることができる。

捲回電極体１０の断面形状は、第１の円弧部２６ａと第２の円弧部２６ｄと辺と辺とからなる。第１の円弧部２６ａは、捲回終了側の電極の折り返し開始点２６ｂから折り返し終了点２６ｃで結ばれた範囲である。第２の円弧部２６ｄは、捲回開始側の電極の折り返し開始点２６ｅから折り返し終了点２６ｆで結ばれた範囲である。一の辺は、第１の円弧部２６ａの折り返し開始点２６ｂと、第２の円弧部２６ｄの折り返し終了点２６ｆとで結ばれた範囲である。他の辺は、第１の円弧部２６ａの折り返し終了点２６ｃと、第２の円弧部２６ｄの折り返し開始点２６ｅとで結ばれた範囲である。

捲回電極体１０は、中央線２５によって、厚み方向に２つに分割され、一方の側と他方の側が規定される。捲回開始側の正極活物質層塗布端部２１および負極活物質層塗布端部２２と、正極リード２および負極リード７とが一方の側に位置する。捲回開始側の正極活物質層塗布端部２１が正極リード２の第１の円弧部２６ａ側のエッジと、負極リード７の第２の円弧部２６ｄ側のエッジとで挟まれた範囲内に位置する。捲回終了側の正極活物質層塗布端部２３および負極活物質層塗布端部２４が第１の円弧部２６ａ内に位置する。

ここで、正極活物質層塗布端部とは、正極集電体１が露出している部分と正極活物質層３との境界部をいう。負極活物質層塗布端部とは、負極集電体４が露出している部分と負極活物質層５との境界部をいう。

正極上には、絶縁材６が負極の端部に対抗する位置に設けられている。絶縁材６は、電気的短絡を防止する機能を有する。捲回終了側の正極活物質層塗布端部２３からは、正極集電体１が伸長されている。負極の端部には、負極リード７が例えばスポットまたは超音波溶接により接合される。捲回電極体１０の最外周には、負極リード７と並行して、正極リード２が例えばスポット溶接または超音波溶接により接合される。

正極リード２および負極リード７としては、電気化学的および化学的に安定であり、導通がとれるものであれば金属でなくともよい。正極リード２としては、アルミニウム（Ａｌ）等が挙げられる。負極リード７としては、例えば銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等が挙げられる。

負極リード７に捲回開始側の正極活物質層塗布端部２１が重なってしまうと、正極リード２上の電池厚さは、正極リード２に重なった正極分厚さが増してしまい、厚さのばらつきが生じ、体積エネルギー密度が低いものとなってしまう。

したがって、図１に示すように、捲回開始側の正極活物質層塗布端部２１が正極リード２の第１の円弧部２６ａ側のエッジと負極リード７の第２の円弧部２６ｄ側のエッジとで挟まれた範囲内に位置し、捲回終了側の正極活物質層塗布端部２３および負極活物質層塗布端部２４が第１の円弧部２６ａ内に位置するように構成する。この構成によって、電池厚さのばらつきを抑え、かつ効率良く電池容量を得ることができ、体積エネルギー密度を高めることができる。

[正極]
正極は、帯状の正極集電体１と、この正極集電体１の両面に形成された正極活物質層３とから構成される。正極集電体１は、例えば金属箔、金属からなる網状物である。この金属としては、例えば、ステンレス、銅、ニッケル、アルミニウム等が挙げられ、特にアルミニウムが好ましい。正極活物質層３は、例えば、正極活物質、導電剤および結着剤（バインダー）から構成される。

[正極活物質]
正極活物質としては、リチウムイオンをドープ・脱ドープ可能な遷移金属酸化物等、公知の正極材料を用いることができる。また、電池の種類に応じて、金属酸化物、金属硫化物または特定のポリマーを用いることができる。

具体的には、正極活物質としては、例えば、ＴｉＳ₂、ＭｏＳ₂、Ｖ₂Ｏ₅等のリチウムを含有しない金属硫化物あるいは酸化物を用いることができる。また、Ｌｉ_XＭＯ₂（式中、Ｍは一種以上の遷移金属を表し、Ｘは電池の充放電状態によって異なり、通常０．０５≦Ｘ≦１．１０である）を主体とするリチウム複合酸化物等を用いることができる。リチウム複合酸化物を構成する遷移金属Ｍとしては、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎなどが好ましい。リチウム複合酸化物の具体例としては、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、Ｌｉ_XＮｉ_YＣｏ_1-YＯ₂（式中、Ｘ、Ｙ、は電池の充放電状態によって異なり、通常０＜Ｘ≦１．２、０．７＜Ｙ＜１．０２である）、スピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物等を挙げることができる。リチウム複合酸化物は、高電圧を発生でき、エネルギー密度的に優れた正極活物質である。なお、正極１には、これらの正極活物質の複数種を混合して用いることができる。

結着剤としては、通常この種の電池に使用されている公知の結着剤を用いることができる。結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＥＦ）等のフッ素系樹脂を挙げることができる。

また、正極活物質層３としては、必要に応じて導電剤を含有するようにしてもよい。導電剤としては、活物質に適量混合して導電性を付与できるものであれば特に限定されず、例えば、グラファイト、カーボンブラック等の炭素粉末を用いることができる。

正極活物質層３の形成方法としては、例えば、粉体状の正極活物質を結着剤（バインダー）とともに溶剤と混合し、必要に応じてボールミル、サンドミル、二軸混練機等により分散塗料化した後、正極集電体上に塗布して乾燥する方法が好適に用いられる。用いられる溶剤の種類は、正極集電体１に対して不活性であり、かつバインダーを溶解できる限り、特に限定されず、例えばＮ−メチル−２−ピロリドン等の一般に使用される無機、有機溶剤の何れも使用できる。

塗布装置は、特に限定されるものではないが、例えばスライドコーティングやエクストルージョン型のダイコーティング、リバースロール、グラビア、ナイフコーター、キスコーター、マイクログラビア、ロッドコーター、ブレードコーター等を挙げることができる。乾燥方法は特に制限されず、例えば放置乾燥、送風乾燥機、温風乾燥機、赤外線加熱機、遠赤外線加熱機等を挙げることができる。

[負極]
負極は、帯状の負極集電体４と、この負極集電体４の両面に形成された負極活物質層５とから構成される。負極集電体４は、例えば金属箔、金属からなる網状物である。この金属としては、例えばステンレス、銅、ニッケル、アルミニウム等が挙げられ、特に銅が好ましい。負極活物質層５は、例えば負極活物質、導電剤および結着剤（バインダー）から構成される。

負極活物質としては、対リチウム金属２．０Ｖ以下の電位で電気化学的にリチウムをドープ脱ドープする材料であればいずれも用いることができる。

炭素材料は例えばリチウムを吸蔵および離脱することが可能であると共に、充放電時に伴う結晶構造の変化が非常に少なく、良好なサイクル特性を得ることができるので、負極活物質として好ましい。このような炭素材料としては、黒鉛，難黒鉛化性炭素あるいは易黒鉛化性炭素などが挙げられ、特に黒鉛は、電気化学当量が大きく、高いエネルギー密度を得ることができ好ましい。

黒鉛としては、例えば、真密度が２．１０ｇ／ｃｍ³以上、（００２）面の面間隔が０．３４０ｎｍ未満のものが好ましく、真密度が２．１８ｇ／ｃｍ³以上、（００２）面の面間隔が０．３３５ｎｍ以上０．３３７ｎｍ以下のものであればより好ましい。難黒鉛化性炭素としては、例えば、（００２）面の面間隔が０．３７ｎｍ以上、真密度が１．７０ｇ／ｃｍ³未満であり、空気中での示差熱分析（differential thermal analysis ；ＤＴＡ）において７００℃以上に発熱ピークを示さないものが好ましい。

具体的には、例えば、難黒鉛化性炭素、人造黒鉛、天然黒鉛、熱分解炭素類、コークス類（ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス等）、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（フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの）、炭素繊維、活性炭、カーボンブラック類等の炭素質材料を使用できる。

また、リチウムと合金を形成可能な金属およびその合金や金属間化合物も使用できる。酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化チタン、酸化スズ等の比較的電位が卑な電位でリチウムをドープ脱ドープする酸化物やその他窒化物なども同様に用いることができる。

結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリエチレンなどを用いることができる。

導電剤としては、例えばグラファイト、カーボンブラック等の炭素粉末を用いることができる。

上述の負極および正極の作製方法は、問わない。材料に公知の結着剤、導電性材料等を添加し溶剤を加えて塗布する方法、材料に公知の結着剤等を添加し加熱して塗布する方法、材料単独あるいは導電性材料さらには結着剤と混合して成型等の処理を施して成型体電極を作成する方法が採られるが、これらに限定されるものではない。

例えば、結着剤、有機溶剤等と混合されスラリー状にされた後、集電体上に塗布、乾燥して電極を製造できる。または、結着剤の有無にかかわらず、活物質に熱を加えたまま加圧成型することにより強度を有した電極を作成することも可能である。

[電解質]
電解質としては、有機高分子に非水溶媒と電解質塩を含浸させたゲル状電解質、電解質塩を含有させた固体電解質、を好適に用いることができる。

[ゲル状電解質]
ゲル状電解質のマトリクスとしては、非水電解液を吸収してゲル化するものであれば種々の高分子を利用できる。例えば、ポリ（ビニリデンフルオライド）やポリ（ビニリデンフルオライド-co-ヘキサフルオロプロピレン）などのフッ素系高分子、ポリ（エチレンオキサイド）や同架橋体などのエーテル系高分子、また、ポリ（アクリロニトリル）等を使用できる。ゲル状電解質は、特に酸化還元安定性から、フッ素系高分子を用いることが望ましい。電解質塩を含有させることによりイオン導電性を付与する。

[固体電解質]
固体電解質としては、リチウムイオン導電性を有する材料であれば無機固体電解質、高分子固体電解質いずれも使用できる。無機固体電解質として、窒化リチウム、ヨウ化リチウムが挙げられる。高分子固体電解質は、電解質塩とそれを溶解する高分子化合物からなる。高分子化合物は、ポリ（エチレンオキサイド）や同架橋体などのエーテル系高分子、ポリ（メタクリレート）エステル系、アクリレート系などを単独あるいは分子中に共重合し又は混合して用いることができる。

電解質中で使用される、電解質塩は、この種の電池に用いられるものであれば、いずれも使用可能である。例示するならば、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＢ（Ｃ₆Ｈ₅）₄、ＬｉＣＨ₃ＳＯ₃、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ等を挙げることができる。

[セパレータ]
セパレータ９としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系微多孔膜などを好適に用いることができる。

[絶縁材]
絶縁材６としての保護テープは、絶縁性があり、かつ薄く、十分な強度を有するものを用いることができる。例えば、保護テープは、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製のものが好適に使用される。

捲回電極体１０を例えば扁平状に作製し、例えばアルミラミネートからなる外装材３４を打ち出し成形して作製した凹部に、正極リード２および負極リード７が外装材３４から露出するように上記捲回電極体１０を挿入し、外装材３４の未加工部分を凹部上部に折り返して凹部の外周部を熱融着することで、捲回電極体１０を密封し、この発明の一実施形態に係るポリマーリチウム二次電池が作製される。

図２は、この発明の一実施形態に係るポリマーリチウム二次電池の構成を示した模式図である。図３に詳細に示すように、この電池は捲回電極体１０が外装材３４としてのラミネートフィルムに形成された凹部に収容されて外装されており、電池素子１０の周辺部が例えば熱融着によって、封止されている。捲回電極体１０からは正極と接続された正極リード２および負極と接続された負極リード７が導出されており、正極リード２および負極リード７には、外装材３４との接着性を向上させるために、樹脂片であるシーラント３３ａおよび３３ｂが被覆されている。

この発明の一実施形態では、ポリマーリチウム二次電池は、最外周側に正極リード２および負極リード７が並行して設けられ、捲回開始側の正極活物質層塗布端部２１および負極活物質層塗布端部２２と、正極リード２および負極リード７とが一方の側に位置するように構成する。

このような構成のポリマーリチウム二次電池において、捲回開始側の正極活物質層塗布端部２１が正極リード２の第１の円弧部２６ａ側のエッジと、負極リード７の第２の円弧部２６ｄ側のエッジとで挟まれた範囲内に位置し、捲回終了側の正極活物質層塗布端部２３および負極活物質層塗布端部２４が第１の円弧部２６ａ内に位置するように構成する。

この構成によって、厚さのばらつきを抑え、かつ効率良く電池容量を得ることで、エネルギー密度の高いポリマーリチウム二次電池を安定して提供できる。

図４は、この発明の他の実施形態に係る捲回電極体の断面図である。図４に示すように、この捲回電極体１０は、捲回開始側の正極活物質層塗布端部２１および負極活物質層塗布端部２２が一方の側に位置し、正極リード２および負極リード７が他方の側に位置する。捲回終了側の正極活物質層塗布端部２３および負極活物質層塗布端部２４は、第１の円弧部２６ａ内に位置する。捲回開始側の正極活物質層塗布端部２１は、正極リード２の第１の円弧部２６ａ側のエッジと第２の円弧部２６ｄの電極の折り返し開始点２６ｅとで挟まれた範囲内に位置する。なお、上記構成以外は、上述したこの発明の一実施形態に係るポリマーリチウム二次電池と同様であるので、説明を省略する。

この発明の他の実施形態では、ポリマーリチウム二次電池は、最外周側に正極リード２および負極リード７が並行して設けられ、捲回開始側の正極活物質層塗布端部２１および負極活物質層塗布端部２２が一方の側に位置し、正極リード２および負極リード７が他方の側に位置するように構成する。

このような構成のポリマーリチウム二次電池において、捲回終了側の正極活物質層塗布端部２３および負極活物質層塗布端部２４が第１の円弧部２６ａ内に位置し、捲回開始側の正極活物質層塗布端部２１が正極リード２の第１の円弧部２６ａ側のエッジと、第２の円弧部２６ｄの折り返し開始点２６ｅとで挟まれた範囲内に位置するように構成する。

この構成によって、厚さのばらつきを抑え、かつ効率良く電池容量を得ることで、エネルギー密度の高いポリマーリチウム二次電池を安定して提供できる。

以下、実施例によりこの発明を具体的に説明するが、この発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。

＜実施例１＞
図１に示す捲回電極体１０を以下に述べる手法により作製した。まず、図５に示す正極および負極を作製した。図５Ａに示す正極は、正極集電体１の両面にそれぞれの長さの異なる正極活物質層３が正極集電体１の片面が露出するように形成され、正極集電体１の露出部の所定位置には、正極リード２が設けられている。具体的には、正極活物質として、まず炭酸リチウム（Ｌｉ₂ＣＯ₃）と炭酸コバルト（ＣｏＣＯ₃）とを、Ｌｉ₂ＣＯ₃：ＣｏＣＯ₃＝０．５：１（モル比）の割合で混合し、空気中において９００℃で５時間焼成して、正極活物質としてのリチウム・コバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ₂）を得た。次いで、このリチウム・コバルト複合酸化物９１質量部と、導電剤であるグラファイト６質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン３質量部とを混合して正極合剤を調整したのち、溶剤であるＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させて正極合剤スラリーを作製した。続いて、正極合剤スラリーを厚さ１２μｍのアルミニウム箔よりなる正極集電体１に均一塗布し乾燥させたのち圧縮成型して正極活物質層３を形成した。正極活物質層３は、正極集電体の片面が露出部（以下、片面露出部と称する）を有するように、両面の正極活物質層３の長さがそれぞれ異なるように塗布した。片面露出部側の正極集電体１の一端には、幅４ｍｍ、厚さ７０μｍの正極リード２をスポット溶接によって、接合した。ここで、実施例１においては、正極の厚さを１２２μｍとし、第１の正極塗布長Ｘは３８１ｍｍ、第２の正極塗布長Ｙは３０９ｍｍ、第１の正極塗布端から正極リード２間の長さＺは２５ｍｍとした。

図５Ｂに示す負極は、負極集電体４の両面にそれぞれの長さが異なる負極活物質層５が、負極集電体４の片面が露出するように形成され、負極集電体４の端部には、負極リード７が設けられている。具体的には、負極活物質として平均粒径２５μｍの黒鉛粉末を用意し、この黒鉛粉末９０質量部と、結着材であるポリフッ化ビニリデン１０質量部とを混合して負極合剤を調製した。次いで、この負極合剤を溶剤であるＮ−メチル−２−ピロリドンに分散して負極合剤スラリーとし、厚さ８μｍの銅箔よりなる負極集電体４の両面に均一に塗布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して負極活物質層５を作製した。負極活物質層５は、負極集電体４の片面が露出部を有するように、両面の負極活物質層５の長さがそれぞれ異なるように塗布した。片面露出部側の負極集電体４の一端には、幅４ｍｍ、厚さ７０μｍの負極リード７をスポット溶接によって、接合した。ここで、実施例１においては、負極の厚さは１０８μｍとし、第１の負極塗布長Ｘは３８５ｍｍ、第２の負極塗布長Ｙは３２３ｍｍ、第１の負極塗布端から負極リード７間の長さＺは３ｍｍとした。

次いで、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）とをＰＶＤＦ：ＨＦＰ＝９３：７の質量比でブロック共重合させた共重合体を、プロピレンカーボネート（ＰＣ）と、エチレンカーボネート（ＥＣ）との混合溶媒（ＰＣ：ＥＣ＝５０：５０）に、電解質塩として１．０ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ₆を溶解させた電解液に混合溶解させたゾル状の電解質を得た。次いで、負極活物質層５の表面に対して、このゾル状の電解質を塗布し、これを冷却硬化させたゲル電解質層８をさらに積層形成した。

このようにして正極、負極、ゲル電解質層８を作製し、これらをポリエチレンからなるセパレータ９を介して重ね、図示しない捲回用の治具を用いて捲回することで、捲回電極体１０を作製した。正極リード２および負極リード７が対向する集電体露出部には、絶縁材６としてのＰＥＴ製の保護テープを貼着した。ここで、実施例１においては、図１に示すように、捲回開始側の正極活物質層塗布端部２１と、正極リード２および負極リード７とが一方の側に位置し、捲回開始側の正極活物質層塗布端部２１が正極リード２の第１の円弧部２６ａ側のエッジと、負極リード７の第２の円弧部２６ｄ側のエッジとで挟まれた範囲内に位置し、捲回終了側の正極活物質層塗布端部２３および負極活物質層塗布端部２４が第１の円弧部２６ａ内に位置するように選んだ。

次に、ナイロンフィルムと、アルミニウム箔と、ポリエチレンフィルムとが順次積層されたアルミラミネート外装材３４を打ち出し成形することで凹部を作成し、上記捲回電極体１０をこの凹部に挿入し、外装材３４の未加工部分を凹部上部に折り返し、凹部の外周部分を熱溶着し密封することで、幅３５ｍｍ、高さ６２ｍｍのポリマーリチウム二次電池を作製した。

＜実施例２＞
正極の厚さは１０９μｍ、負極の厚さは９６μｍとした。第１の正極塗布長Ｘは４２４ｍｍ、第２の正極塗布長Ｙは３５４ｍｍ、第１の正極塗布端から正極リード間の長さＺは２５ｍｍとした。第１の負極塗布長Ｘは４２９ｍｍ、第２の負極塗布長Ｙは３９６ｍｍ、第１の負極塗布端から負極リード間の長さＺは３ｍｍとした。図４に示すように、捲回開始側の正極活物質層塗布端部２１および負極活物質層塗布端部２４が一方の側に位置し、正極リード２および負極リード７が他方の側に位置し、捲回開始側の正極活物質層塗布端部２１が正極リード２の第１の円弧部２６ａ側のエッジと、第２の円弧部２６ｄの折り返し開始点２６ｅとで挟まれた範囲内の位置となるように選んだ。これ以外は、実施例１と同様とし、ポリマーリチウム二次電池を作製した。

＜比較例１＞
第１の正極塗布長Ｘは３８５ｍｍ、第２の正極塗布長Ｙは３１３ｍｍ、第１の正極塗布端から正極リード間の長さＺは２５ｍｍとした。第１の負極塗布長Ｘは３８９ｍｍ、第２の負極塗布長Ｙは３２７ｍｍ、第１の負極塗布端から負極リード間の長さＺは３ｍｍとした。図６に示すように、捲回開始側の正極活物質層塗布端部２１が負極リード７の２つのエッジで挟まれた範囲内に位置するように選んだ。これ以外は、実施例１と同様とし、ポリマーリチウム二次電池を作製した。

＜比較例２＞
第１の正極塗布長Ｘは３８６ｍｍ、第２の正極塗布長Ｙは３１４ｍｍ、第１の正極塗布端から正極リード間の長さＺは３ｍｍとした。第１の負極塗布長Ｘは３９０ｍｍ、第２の負極塗布長Ｙは３２８ｍｍ、第１の負極塗布端から負極リード間の長さＺは３ｍｍとした。図７に示すように、負極活物質層塗布端部２４が第１の円弧部２６ａ内に位置せず、正極リード２および負極リード７と同じ一方の側に位置し、第１の円弧部２６ａの折り返し終了点２６ｃと第２の円弧部２６ｄの折り返し開始点２６ｅとで挟まれた範囲内に位置するように選んだ。これ以外は、実施例１と同様とし、ポリマーリチウム二次電池を作製した。

＜比較例３＞
第１の正極塗布長Ｘは３７２ｍｍ、第２の正極塗布長Ｙは３００ｍｍ、第１の正極塗布端から正極リード間の長さＺは３４ｍｍとした。第１の負極塗布長Ｘは３７６ｍｍ、第２の負極塗布長Ｙは３１４ｍｍ、第１の負極塗布端から負極リード間の長さＺは１２ｍｍとした。図８に示すように、捲回終了側の正極活物質層塗布端部２３および負極活物質層塗布端部２４が第１の円弧部２６ａ内に位置せず、捲回終了側の正極活物質層塗布端部２３が正極リード２および負極リード７と異なる他方の側に位置し、第１の円弧部２６ａの折り返し開始点２６ｂと、第２の円弧部２６ｄの折り返し終了点２６ｆとで挟まれた範囲内に位置するように選んだ。これ以外は、実施例１と同様とし、ポリマーリチウム二次電池を作製した。

＜比較例４＞
第１の正極塗布長Ｘは４１８ｍｍ、第２の正極塗布長Ｙは３４８ｍｍ、第１の正極塗布端から正極リード間の長さＺは２５ｍｍとした。第１の負極塗布長Ｘは４２６ｍｍ、第２の負極塗布長Ｙは３９３ｍｍ、第１の負極塗布端から負極リード間の長さＺは３ｍｍとした。図９に示すように、捲回開始側の正極活物質層塗布端部２１が一方の側に位置し、正極リード２および負極リード７が他方の側に位置し、捲回開始側の正極活物質層塗布端部２１が正極リード２の第１の円弧部２６ａ側のエッジと、負極リード７の第２の円弧部２６ｄ側のエッジとで挟まれた範囲内に位置するように選んだ。これ以外は、実施例１と同様とし、ポリマーリチウム二次電池を作製した。

＜比較例５＞
第１の正極塗布長Ｘは４３０ｍｍ、第２の正極塗布長Ｙは３６０ｍｍ、第１の正極塗布端から正極リード間の長さＺは３ｍｍとした。第１の負極塗布長Ｘは４３４ｍｍ、第２の負極塗布長Ｙは４０２ｍｍ、第１の負極塗布端から負極リード間の長さＺは３ｍｍとした。図１０に示すように、捲回開始側の正極活物質層塗布端部２１が一方の側に位置し、正極リード２および負極リード７が他方の側に位置し、捲回開始側の正極活物質層塗布端部２１が負極リード７の２つのエッジに挟まれた範囲内に位置し、捲回終了側の正極活物質層塗布端部２３および負極活物質層塗布端部２４が捲回終了側の第１の円弧部２６ａ内に位置せず、正極リード２および負極リード７と同じ一方の側に位置し、第１の円弧部２６ａの折り返し終了点２６ｃと、第２の円弧部２６ｄの折り返し開始点２６ｅとで挟まれた範囲内に位置するように選んだ。これ以外は、実施例１と同様とし、ポリマーリチウム二次電池を作製した。

＜比較例６＞
第１の正極塗布長Ｘは４１５ｍｍ、第２の正極塗布長Ｙは３４５ｍｍ、第１の正極塗布端から正極リード間の長さＺは３４ｍｍとした。第１の負極塗布長Ｘは４２０ｍｍ、第２の負極塗布長Ｙは３８７ｍｍ、第１の負極塗布端から負極リード間の長さＺは１２ｍｍとした。図１１に示すように、捲回開始側の正極活物質層塗布端部２１および負極活物質層塗布端部２２が一方の側に位置し、正極リード２および負極リード７が他方の側に位置し、捲回終了側の正極活物質層塗布端部２３および負極活物質層塗布端部２４が捲回終了側の第１の円弧部２６ａ内に位置せず、捲回終了側の正極活物質層塗布端部２３が正極リード２および負極リード７と異なる他方の側に位置し、第１の円弧部２６ａの折り返し開始点２６ｂと、第２の円弧部２６ｄの折り返し終了点２６ｆとで挟まれた範囲内に位置するように選んだ。これ以外は、実施例１と同様とし、ポリマーリチウム二次電池を作製した。

作製したポリマーリチウム二次電池を２３℃雰囲気０．２Ｃ定電流放電にて、電池容量を測定した。さらに、正極リード上、負極リード上の電池厚さ、体積エネルギー密度を測定した。

下記表１は、実施例１、比較例１〜３に係るこれらの測定結果をまとめたものである。なお、実施例１、比較例１〜３は、捲回開始側の正極活物質層塗布端部２１および負極活物質層塗布端部２２と、正極リード２および負極リード７とが一方の側に位置するものである。

比較例１は、捲回開始側の正極活物質層塗布端部２１が負極リード７の２つのエッジで挟まれた範囲内に位置する点で、実施例１と異なる。したがって、表１に示すように、正極リード２上の電池の厚さは３．６８ｍｍ、負極リード７上の電池の厚さは３．７８ｍｍとなり、負極リード７上の電池の厚さは、正極リード２上より厚く、電池の厚さにばらつきが生じた。この結果、体積エネルギー密度は、実施例１と比較して、低いものとなった。

比較例２は、捲回終了側の正極活物質層塗布端部２３および負極活物質層塗布端部２４が第１の円弧部２６ａ内に位置せず、負極活物質層塗布端部２４が正極リード２と負極リード７に挟まれた範囲に位置し、正極リード２に負極が余分に重なる点で実施例１と異なる。したがって、表１に示すように、正極リード２上の電池の厚さは３．７８ｍｍ、負極リード７上の電池の厚さは３．６８ｍｍとなり、正極リード２上の電池の厚さが負極リード７上の電池の厚さより大きく、電池の厚さにばらつきが生じた。この結果、体積エネルギー密度は、実施例１と比較して、低いものとなった。

比較例３は、電極長が実施例１と比較して短く、捲回終了側の正極活物質層塗布端部２３および負極活物質層塗布端部２４が第１の円弧部２６ａ内に位置せず、正極リード２および負極リード７とは異なる他方の側に位置し、正極活物質層塗布端部２３が第１の円弧部２６ａの折り返し開始点２６ｂと第２の円弧部２６ｄの折り返し終了点２６ｆとで挟まれた範囲内に位置する点で、実施例１と異なる。したがって、電池の厚さは、実施例１と同様のものであるが、電極長が短いため、捲回終了側の正極活物質層塗布端部２３および負極活物質層塗布端部２４が第１の円弧部２６ａ内に位置していないので、効率良く電池容量を得ることができなかった。この結果、表１に示すように、実施例１と比較して、電池容量が小さく、体積エネルギー密度は、低いものとなった。

以上の結果より、以下のことがわかった。実施例１のように、最外周側に正極リード２および負極リード７が並行して設けられ、捲回開始側の正極活物質層塗布端部２１と、正極リード２および負極リード７とが同じ側に位置するポリマーリチウム二次電池においては、捲回開始側の正極活物質層塗布端部２１が正極リード２の第１の円弧部２６ａ側のエッジと、負極リード２の第２の円弧部２６ｄ側のエッジとで挟まれた範囲に位置し、捲回終了側の正極活物質層塗布端部２３および負極活物質層塗布端部２４が第１の円弧部２６ａ内に位置するような構成とする。この構成によって、電池のばらつきを抑え、かつ電池容量を効率良く得ることができ、体積エネルギー密度を高めることができる。

下記の表２は、実施例２、比較例４〜６に係る、上記の測定結果をまとめたものである。なお、実施例２、比較例４〜６は、捲回開始側の正極活物質層塗布端部２１および負極活物質層塗布端部２２が一方の側、正極リード２および負極リード７が他方の側に位置するものである。

比較例４は、捲回開始側の正極活物質層塗布端部２１が、正極リード２の第１の円弧部２６ａ側のエッジと、負極リード７の第２の円弧部２６ｄ側のエッジとで挟まれた範囲内に位置する点で、実施例２と異なる。したがって、表２に示すように、正極リード２上の電池の厚さは、３．５５ｍｍ、負極リード７上の電池の厚さは、３．６６ｍｍとなり、正極リード２上の厚さは、正極の厚さ分薄く、電池の厚さのばらつきが生じた。この結果、表２に示すように、体積エネルギー密度は、実施例２と比較して、低いものとなった。

比較例５は、捲回終了側の正極活物質層塗布端部２３および負極活物質層塗布端部２４が第１の円弧部２６ａ内に位置せず、正極リード２の第１の円弧部２６ａ側のエッジと、負極リード７の第２の円弧部２６ｄ側のエッジとで挟まれた範囲内に位置する点で、実施例２と異なる。したがって、表２に示すように、正極リード２上の電池の厚さは、３．７６ｍｍ、負極リード７上の電池の厚さは３．６５ｍｍとなり、正極リード２上の電池厚さは、負極リード７上より厚く、電池の厚さのばらつきが生じた。この結果、実施例２と比較して、測定した電池容量が大きいものであったが、体積エネルギー密度は、低いものとなった。

比較例６は、電極長が実施例１と比較して短く、捲回終了側の正極活物質層塗布端部２３および負極活物質層塗布端部２４が第１の円弧部２６ａ内に位置せず、正極リード２および負極リード７と異なる他方の側に位置し、正極活物質層塗布端部２３が第１の円弧部２６ａの折り返し開始点２６ｂと、第２の円弧部２６ｄの折り返し終了点２６ｆとで挟まれた範囲内に位置する点で、実施例２と異なる。したがって、実施例２と厚さが同じであるが、電極長が実施例１と比較して短く、効率良く電池容量を得ることができなかった。この結果、表２に示すように、実施例２と比較して、電池容量が小さく、体積エネルギー密度は、低いものとなった。

以上の結果より、以下のことがわかった。実施例２のように、最外周側に正極リード２および負極リード７が並行して設けられ、捲回開始側の正極活物質層塗布端部２１および負極活物質層塗布端部２２と、正極リード２および負極リード７とが異なる側に位置するポリマーリチウム二次電池においては、捲回開始側の正極活物質層塗布端部２１が、正極リード２の第１の円弧部２６ａ側のエッジと、第２の円弧部２６ｄの折り返し開始点２６ｅとで挟まれた範囲内に位置し、捲回終了側の正極活物質層塗布端部２３および負極活物質層塗布端部２４が第１の円弧部２６ａ内に位置するような構成とする。この構成とすることで、電池の厚さのばらつきを抑え、かつ効率良く電池容量を得ることができ、体積エネルギー密度を高めることができる。

この発明は、上述したこの発明の実施形態に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、本発明の適用できる電池の形状は、扁平形状に限られず、角形、円筒形にも適用可能である。

この発明の一実施形態に係る捲回型電極体の断面図である。 この発明の一実施形態に係るポリマーリチウム二次電池の構成を示した模式図である。 この発明の一実施形態に係るポリマーリチウム二次電池の構成を詳細に示した模式図である。 この発明の他の実施形態に係る捲回型電極体の断面図である。 この発明の一実施形態に係る正極および負極の断面図である。 比較例に係る捲回型電極体の断面図である。 比較例に係る捲回型電極体の断面図である。 比較例に係る捲回型電極体の断面図である。 比較例に係る捲回型電極体の断面図である。 比較例に係る捲回型電極体の断面図である。 比較例に係る捲回型電極体の断面図である。

符号の説明

１・・・正極集電体
２・・・正極リード
３・・・正極活物質層
４・・・負極集電体
５・・・負極活物質層
６・・・絶縁材
７・・・負極リード
８・・・ゲル電解質層
９・・・セパレータ
１０・・・捲回電極体
２１，２３・・・正極活物質層塗布端部
２２，２４・・・負極活物質層塗布端部
２５・・・中央線
２６ａ・・・第１の円弧部
２６ｂ，２６ｅ・・・折り返し開始点
２６ｃ，２６ｆ・・・折り返し終了点
２６ｄ・・・第２の円弧部
３４・・・外装材

Claims (6)

1. 正極と負極とがセパレータおよび電解質を介在して捲回され、最外周に上記正極が位置する捲回電極体を有し、
   上記捲回電極体の断面形状を厚み方向において、２分割して一方の側および他方の側を規定し、
   上記断面形状は、
   第１の円弧部と、第２の円弧部と、上記第１の円弧部の折り返し開始点および上記第２の円弧部の折り返し終了点を結ぶ辺と、上記第１の円弧部の折り返し終了点および上記第２の円弧部の折り返し開始点を結ぶ辺とからなり、
   上記正極が正極集電体と、正極活物質層とからなり、且つ上記正極集電体の少なくとも片面が露出するように上記正極活物質層が設けられ、
   上記負極が負極集電体と、負極活物質層とからなり、且つ上記負極集電体の少なくとも片面が露出するように上記負極活物質層が設けられ、
   上記捲回電極体の最外周側に、正極リードおよび負極リードが並行して設けられ、
   上記正極リードおよび上記負極リードと、捲回開始側の正極活物質層塗布端部および負極活物質層塗布端部とが上記一方の側に位置し、
   捲回開始側の上記正極活物質層塗布端部が上記正極リードの上記第１の円弧部側のエッジと、上記負極リードの上記第２の円弧部側のエッジとで挟まれた範囲内に位置し、
   上記正極活物質層塗布端部および上記負極活物質層塗布端部が第１の円弧部内に位置すること、
   を特徴とする非水電解質二次電池。
2. 請求項１において、
   上記正極集電体および上記負極集電体の露出部が絶縁材にて被覆されたこと、
   を特徴とする非水電解質二次電池。
3. 請求項１において、
   上記捲回電極体が外装材によって、被覆され、
   上記正極リードおよび上記負極リードが上記外装材から露出していること、
   を特徴とする非水電解質二次電池。
4. 正極と負極とがセパレータおよび電解質を介在して捲回され、最外周に上記正極が位置する捲回電極体を有し、
   上記捲回電極体の断面形状を厚み方向において、２分割して一方の側および他方の側を規定し、
   上記断面形状は、
   第１の円弧部と、第２の円弧部と、上記第１の円弧部の折り返し開始点および上記第２の円弧部の折り返し終了点を結ぶ辺と、上記第１の円弧部の折り返し終了点および上記第２の円弧部の折り返し開始点を結ぶ辺とからなり、
   上記正極が正極集電体と、正極活物質層とからなり、且つ上記正極集電体の少なくとも片面が露出するように上記正極活物質層が設けられ、
   上記負極が負極集電体と、負極活物質層とからなり、且つ上記負極集電体の少なくとも片面が露出するように上記負極活物質層が設けられ、
   上記捲回電極体の最外周側に、正極リードおよび負極リードが並行して設けられ、
   捲回開始側の正極活物質層塗布端部および負極活物質層塗布端部が上記一方の側に位置し、上記正極リードおよび上記負極リードが上記他方の側に位置し、
   捲回開始側の上記正極活物質層塗布端部が上記正極リードの第１の円弧部側のエッジと、上記第２の円弧部の折り返し開始点とで挟まれた範囲内に位置し、
   捲回終了側の正極活物質層塗布端部および負極活物質層塗布端部が捲回終了側の第１の円弧部内に位置すること、
   を特徴とする非水電解質二次電池。
5. 請求項４において、
   上記正極集電体および上記負極集電体の露出部が絶縁材にて被覆されたこと、
   を特徴とする非水電解質二次電池。
6. 請求項４において、
   上記捲回電極体が外装材によって、被覆され、
   上記正極リードおよび上記負極リードが上記外装材から露出していること、
   を特徴とする非水電解質二次電池。
   

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