JP2007194129A

JP2007194129A - 電池

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Publication number: JP2007194129A
Application number: JP2006012817A
Authority: JP
Inventors: Ryosuke Takagi; 良介高木; Naoko Yamakawa; 直子山川; Kenta Yamamoto; 賢太山本
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2026-01-20
Also published as: JP5011732B2

Abstract

【課題】電池内部での短絡を防止し、電池特性を向上させる。
【解決手段】正極に例えば硫化鉄、酸化鉄、フッ化鉄等の鉄系材料を用い、負極に金属リチウム箔を用いた巻回型の電池において、正極が電池素子外周部を覆うようにして電池素子を作製する。負極に電気的に接続されたリードは、電池素子外周部を周回するように設け、電池素子と電池缶の間に配置して電池缶と負極リードとを電気的に接触させる。負極リードが負極に接続された貼着開始端部と、正極の巻回終端部は、セパレータのみを介して対向する箇所がないように構成される。このとき、負極リードの巻回内周側面に絶縁部材を設け、正極と負極リードとが接触しないようにする。
【選択図】図２

Description

この発明は、電池素子を電池缶に収容した電池に関する。

従来、いわゆる乾電池と互換性を持つさまざまな電池が開発、使用されている。その一つとして、例えば、以下の特許文献１に示すような、正極に硫化鉄（ＦｅＳ）等の硫化物、二酸化マンガン（ＭｎＯ₂）等の遷移金属酸化物、（ＣＦ_x）_n等の多炭素フッ化物を用い、負極に金属リチウム箔を用いた筒型リチウム電池が挙げられる。中でも、正極に硫化鉄（ＦｅＳ）を用いた単四型リチウム硫化鉄電池は、アルカリ乾電池に比べ０．２Ｖ高い平均放電電圧を有することから、定出力放電において単純に１５％長持ちする。また、正極と負極とを積層して渦巻き状に巻いた巻回構造を有しているので、重負荷放電特性が良く、例えばデジタルカメラに使用すると、アルカリ乾電池の倍以上の撮影枚数を確保することができる。

特許第３０６０１０９号明細書

しかしながら、例えば正極に硫化鉄、酸化鉄、フッ化鉄等の鉄系材料を用いた場合、鉄が電解液に溶解しやすく、また溶解した鉄が電池内部で針状に析出して短絡が生じるという問題が生じる。

したがって、この発明は、上述のような巻回型電池において、電池内部での短絡を防止し、電池特性を向上させた電池を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は、正極および負極を有する電池素子と、電池素子を収容する電池缶とを備え、
電池缶は、リードにより正極および負極のいずれか一方に電気的に接続され、
リードは、電池素子と電池缶との間に、電池素子を周回して設けられ、
リードの貼着開始端部と、電池缶と電気的に接続されない正極および負極のいずれか一方の終端部とがセパレータのみを介して対向する箇所がない
ことを特徴とする電池である。

この発明では、電池缶と電気的に接続されたリードの貼着開始端部と、電池缶と電気的に接続されない正極および負極のいずれか一方の電極の終端部とがセパレータのみを介して対向する部分がないように構成しているため、リード上に析出物が生じるのを抑制することができる。

この発明によれば、巻回型の電池素子を電池缶に収容した電池において、電池内部での短絡を防止し、電池特性を向上させた電池を提供することができる。

以下、この発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１および図２はこの発明の一実施の形態に係る電池の断面構造を示す模式図である。この電池は、いわゆる円筒型といわれるリチウム硫化鉄乾電池（一次電池）であり、ほぼ中空円柱状の電池缶１１の内部に、帯状の正極２１と負極２２とがセパレータ２３を介して巻回された電池素子２０を有している。電池缶１１は、例えばニッケルめっきが施された鉄により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。なお、電池缶１１は、電気的に導通の取れるものであれば、他の材料を用いることもできる。電池缶１１の内部には、電池素子２０を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板１２ａ，１２ｂがそれぞれ配置されている。

電池缶１１の開放端部には、電池蓋１３と、この電池蓋１３の内側に設けられた安全弁機構１４およびＰＴＣ素子１５とが、絶縁封口ガスケット１６を介してかしめられることにより取り付けられている。電池蓋１３は、例えば電池缶１１と同様の材料により構成されている。安全弁機構１４は、熱感抵抗素子（Positive Temperature Coefficient：ＰＴＣ素子）１５を介して電池蓋１３と電気的に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱などにより電池の内圧が一定以上となった場合にディスク板１４ａが反転して電池蓋１３と電池素子２０との電気的接続を切断するようになっている。ＰＴＣ素子１５は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流による異常な発熱を防止するものであり、例えば、チタン酸バリウム系半導体セラミックスにより構成されている。絶縁封口ガスケット１６は、例えば絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。

電池素子２０は、正極２１と負極２２とをセパレータ２３を介して積層し、正極２１の外周側端部が負極２２よりも外周側になるようにして渦巻き状に巻回した巻回構造を有し、中心にはセンターピン２４が挿入されている。電池素子２０の正極２１にはアルミニウム（Ａｌ）などよりなる正極リード３０が接続されており、負極２２には負極リード４０が接続されている。正極リード３０は安全弁機構１４に溶接されることにより電池蓋１３と電気的に接続されており、負極リード４０は電池缶１１に電気的に接続されている。また、電池素子２０の最外周にはセパレータ２３が設けられておらず、正極２１が電池素子２０の最外周を構成している。

負極リード４０は、電池素子２０と電池缶１１との間に、電池素子２０を周回するようにして設けられている。また、正極２１が最外周となるように構成された電池素子２０と、負極リード４０との間には、正極２１と負極リード４０とが接触するのを防止するために、絶縁部材５０が設けられている。

以下、電池缶１１に収容された電池素子２０の構成について詳細に説明する。

［正極］
正極２１は、正極活物質を含有する正極活物質層２１ｂが、正極集電体２１ａの両面上に形成されたものである。正極集電体２１ａは、例えばアルミニウム（Ａｌ）箔，ニッケル（Ｎｉ）箔ステンレス（ＳＵＳ）箔、あるいは銅（Ｃｕ）箔などの金属箔により構成されており、中でも銅がより好ましい。銅は接触抵抗が低いため、安全性をさらに高めることができるとともに、集電効果を向上させ、放電特性を高めることができる。

正極活物質層２１ｂは、例えば正極活物質と、導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。正極活物質、導電剤、結着剤および溶剤は、均一に分散していればよく、その混合比は問わない。

正極活物質としては、例えば酸化鉄、硫化鉄またはフッ化鉄などの鉄化合物、ならびに鉄または鉄化合物が少量混入された、例えばマンガン（Ｍｎ）、銅、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル等を主とする金属または金属化合物を用いることができる。

導電剤としては、例えばカーボンブラックあるいはグラファイトなどの炭素材料等が用いられる。また、結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド等が用いられる。また、溶剤としては、例えばＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等が用いられる。

上述の正極活物質、結着剤、導電剤を均一に混合して正極合剤とし、この正極合剤を溶剤中に分散させてスラリー状にする。次いで、このスラリーをドクターブレード法等により正極集電体の両面に均一に塗布する。さらに、高温で乾燥させて溶剤を飛ばすことにより正極活物質層が形成される。

このとき、正極２１の片面の一端部に、正極活物質未塗布部を設けることが好ましい。電池素子２０を組み立てる際、正極活物質未塗布部を形成した一端部ではない他端部を巻き始めとし、正極活物質未塗布部が巻回外周側となるようにして巻回することにより、正極２１の電池素子外周側端部の外周面が正極活物質未塗布部となる。このような構成とすることにより、電池缶１１の側壁との接触抵抗を低減させることができ、安全性をより一層高めることができる。

正極２１は正極集電体の一部にスポット溶接または超音波溶接で接続された１本の正極リード３０を有している。この正極リード３０は金属箔、網目状のものが望ましいが、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問題はない。正極リード３０の材料としては、例えばアルミニウム、銅等を用いることができる。

［負極］
負極２２としては、金属リチウム箔を用いることができる。

負極リード４０は、後に電池素子２０を周回するようにして設けられ、例えば鉄、ニッケルまたはステンレス等、リチウムと合金を形成しない材料により構成されていることが好ましく、中でも銅が好ましい。負極２２と負極リード４０の接触抵抗が小さいため、電池の内部抵抗をさらに低減し、電圧および負荷特性を向上させることができる。例えば、粗銅の合金を用いた場合、銅と対になる金属がリチウムと合金化しやすい。また、銅は比較的容易に高純度の純銅が得られるため、コストも低い。このような理由から、負極リード４０として用いる銅としては、Ｃｕ量を９９．９％以上とする純銅が好ましい。

また、負極リード４０の電池素子２０側面には、接着層４１が設けられていることが好ましい。前述のように、負極リード４０は、電池素子２０と電池缶１１との間に、電池素子２０を周回するようにして設けられている。このため、負極リード４０の電池素子２０側面に接着層４１を設けることにより、負極リード４０の位置を安定させることができ、電池缶１１に電池素子２０を収容する際に負極リード４０が曲がったり、切れたりするのを防止することができる。

負極リード４０の幅は、負極２２の幅よりも２ｍｍ以上短いことが好ましい。負極リード４０が負極２２の幅よりも大きい場合、負極リード４０の切断部に発生したバリが正極２１の端部に接触し、微小なショートが発生することにより、容量の劣化が生じるおそれがある。このため、負極リード４０の幅を負極２２の幅よりも短くなるように構成する。

［セパレータ］
セパレータは、例えばポリプロピレン（ＰＰ）あるいはポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン系の材料よりなる多孔質膜、またはセラミック製の不織布などの無機材料よりなる多孔質膜により構成されており、これら２種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリエチレン、ポリプロピレンの多孔質フィルムが最も有効である。

一般的にセパレータの厚みは５〜５０μｍが好適に使用可能であるが、７〜３０μｍがより好ましい。セパレータは、厚すぎると活物質の充填量が低下して電池容量が低下するとともに、イオン伝導性が低下して電流特性が低下する。逆に薄すぎると、膜の機械的強度が低下する。

［電解液］
上述のセパレータには、液状の電解質である電解液が含浸されている。この電解液は、非水溶媒に電解質塩が溶解されたものであり、一般的に使用される材料が使用可能である。

非水溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、２−ジメトキシエタン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリルあるいはプロピオニトリル、アニソール、酢酸エステル、絡酸エステルあるいはプロピオン酸エステル等が好ましく、これらのうちのいずれか１種または２種以上を混合して用いることができる。

電解質塩としては、上記非水溶媒に溶解するものが用いられ、カチオンとアニオンが組み合わされてなる。カチオンにはアルカリ金属やアルカリ土類金属が用いられ、アニオンには、Ｃｌ^-，Ｂｒ^-，Ｉ^-，ＳＣＮ^-，ＣｌＯ₄ ^-，ＢＦ₄ ^-，ＰＦ₆ ^-，ＣＦ₃ＳＯ₃ ^-等が用いられる。具体的には、例えばＬｉＣｌ、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＢ（Ｃ₆Ｈ₅）₄、ＬｉＢｒ、ＣＨ₃ＳＯ₃Ｌｉ、ＣＦ₃ＳＯ₃Ｌｉ、Ｎ（ＣｎＦ_2n+1ＳＯ₂）₂Ｌｉなどがあり、これらのうちのいずれか１種または２種以上が混合して用いられている。中でも、ＬｉＰＦ₆を主として用いることが好ましい。また、電解質塩濃度としては、上記非水溶媒に溶解することができる濃度であれば問題ないが、リチウムイオン濃度が非水溶媒に対して０．４ｍｏｌ／ｋｇ以上、２．０ｍｏｌ／ｋｇ以下の範囲であることが好ましい。

［絶縁部材］
絶縁部材５０は、正極２１と、負極リード４０との接触を防止する機能を有する。また、このような機能のみでなく、正極２１と、負極２２に電気的に接続された電池缶１１の側壁との通電を阻止する機能も有している。電池素子２０は、電池缶１１内において、最外周を構成する正極２１が電池缶１１の側壁と電気的に接触可能な位置に収容配置されており、負極リード４０の幅が正極２１の幅よりも小さい場合、正極２１と電池缶とが接触するため、正極２１および負極２２の幅よりも広い幅を有する絶縁部材を用いる。

また、絶縁部材５０の厚みは４０μｍ以上であることが好ましい。負極リード４０の端部を切断する際に発生するバリがセパレータ２３を貫通して対向する正極２１に接触し、短絡を引き起こしてしまうことを抑制することができるからである。

このような絶縁部材５０は、例えば樹脂材料により構成されていることが好ましい。具体的には、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリイミド、または、ポリプロピレンとポリエチレン，アクリル，酢酸ビニルなどの他のポリマーとの共重合体が挙げられる。

なお、絶縁部材５０は、電池素子２０の巻回終端部を固定する固定部材、いわゆる終端テープとしての機能も有している。

［電池素子の作製］
上述のような正極２１と、負極２２とを、２枚のセパレータ２３ａ，２３ｂと交互に積層し、巻回する。このとき、前述のように、正極活物質未塗布部が電池素子外周面となるように、正極２１が電池素子２０の最外周を覆うようにする。

一般的には、電池缶が負極と接続される構成とすることが多い。このため、負極集電体上に負極活物質層を設けた負極が電池素子の最外周を覆うようにし、電池素子外周面側を負極活物質層未塗布部として負極集電体を露出させ、電池缶と接触させる構成を用いる。しかしながら、金属リチウム箔を負極２２として用いる場合、負極２２が電池素子２０の最外周を覆うように構成すると、接触抵抗が低い状態で電池缶１１と負極２２を接触させることができなくなる。このため、正極２１が電池素子外周部を覆うように構成し、さらに電池素子外周に負極２２と接続した負極リード４０を周回させることにより、負極２２と電池缶１１とを電気的に接続するようにする。

このとき、図２に示すように、正極２１の巻回終端部が、正極２１の巻回終端部と隣接する負極リード４０にセパレータのみを介して対向する箇所がないようにする。

正極活物質に含まれる鉄は電解液に溶け、負極２２と接続されることにより負極２２と同電位となっている負極リード４０の表面に針状に析出する。このため、図３に示すように、正極２１と負極リード４０がセパレータ２３のみを介して対向する箇所がないように負極リード４０を設けた場合、負極リード４０の厚みにより金属リチウムが圧迫され、電池内部で小さな短絡を発生する原因となる。そこで、正極２１の巻回終端部と負極リード４０とがセパレータ２３のみを介して対向する箇所がないように配置することで、短絡を抑制することができる。

次いで、接着層４１が設けられた負極リード４０と、絶縁部材５０とを用意し、絶縁部材５０と負極リード４０とを接着層４１を介して重ね合わせることにより固定する。続いて、図４に示すように、負極リード４０を電池缶１１側にして絶縁部材５０の一端部を負極２２の内周側のセパレータ２３ａに固定することにより、負極リード４０を負極２２に接触させる。さらに、負極リード４０の残部が電池素子２０を一周するように周回させ、負極リード４０の他端部を一端部に重ねて固定した後、不要な部分を切断する。

［電池の作製］
次いで、負極リード４０および絶縁部材５０を取り付けた電池素子２０の巻回面が覆われるようにして一対の絶縁板１２，１３で挟み、正極リード３０を安全弁機構１４に溶接した電池素子２０を、電池缶１１の内部に収容する。さらに、電解液を電池缶１１の内部に注入し、セパレータ２３に含浸させたのち、電池缶１１の開口端部に電池蓋１３と、電池蓋１３の内側に設けられた安全弁機構１４およびＰＴＣ素子１５とを、ガスケット１６を介してかしめるとにより固定する。

なお、正極リード３０を製造工程上、ある程度の長さを持ったものを用いる必要がある。これは、あらかじめ正極リード３０を電池蓋１３に設けられた安全弁機構１４に接続してから電池缶１１の開放端部を密閉するためであり、正極リード３０が短いほど正極リード３０と電池蓋１３の接続が困難になる。このようにして電池蓋をかしめることにより、正極リード３０は電池１０の内部で略Ｕ字状に屈曲して収容される。

上述のようにして、図１に示すような電池が作製される。

この電池では、一次電池なので充電は行わず、一回の放電のみを行う。放電を行うと、負極２２から金属リチウムがリチウムイオンとなって溶出し、電解液を介して正極２１に吸蔵される。ここでは、負極リード４０が、電池素子２０と電池缶１１との間に電池素子２０を周回して設けられているので、発熱時に負極リード４０と電池缶１１との接触面積が大きくなり、内部抵抗が大幅に低減される。

また、この電池では、電池素子２０と電池缶１１との間に絶縁部材５０が設けられているので、電池素子２０の最外周を構成する正極２１と、負極２２に電気的に接続された電池缶１１との間での通電が阻止されている。

このように、この発明の一実施の形態では、電池素子の巻回終端部において、負極リード４０と正極２１とが対向しないようにして構成することにより、負極リード４０上に鉄が析出して電池内部で小さな短絡が生じるのを防止することができる。

また、負極リード４０を、電池素子２０と電池缶１１との間に電池素子２０を周回して設けるようにしたので、負極リード４０と電池缶１１の側壁との接触面積が大きくなり、その結果、内部抵抗が大幅に低減されて、放電電圧が大きくなり、負荷特性が向上する。

特に、負極リード４０を銅により構成したので、内部抵抗をさらに小さくして、電圧を大きくして、負荷特性を向上させることができる。

また、負極リード４０の幅を、負極２２の幅よりも２ｍｍ以上短くしたので、保存による劣化を抑制することができる。

さらに、負極リード４０の電池素子２０側の面に接着層４１を設けるようにしたので、負極リード４０の位置を安定させることができ、電池素子２０を電池缶１１へ挿入する工程において負極リード４０が曲がったり切れたりするのを防いで、安定した生産を可能とすることができる。

加えて、負極リード４０と電池素子２０との間に絶縁部材５０を設け、この絶縁部材５０の厚みを４０μｍ以上としたので、負極リード４０の端部を切断する際に発生するバリがセパレータ２３を貫通して対向する正極２１に接触し、短絡を引き起こしてしまうことを抑制することができる。

以下、実施例によりこの発明を具体的に説明する。以下の実施例および比較例では、単四型リチウム硫化鉄乾電池を作製した。

＜実施例１＞
［正極の作製］
硫化鉄粉末と、導電剤であるグラファイトと、結着剤であるポリフッ化ビニリデンとを、固形分比で硫化鉄：グラファイト：ポリフッ化ビニリデン＝９０：５：５の割合で混合し、溶剤であるＮ−メチル−２−ピロリドンに分散して正極合剤スラリーとした。この正極合剤スラリーを、アルミニウム箔よりなる正極集電体の両面に均一に塗布し、所定の大きさに切断した後、ロールプレス機で圧縮成型して外側正極活物質層および内側正極活物質層を形成し、正極を作製した。

次いで、正極の巻回外周側となる一端部において、内側正極活物質層が外側正極活物質層よりも長くなるように、外側正極活物質層の一部を剥離し、正極活物質未被覆部を形成した。また、正極の巻回中心側となる他端部の正極集電体に、アルミニウム製の正極リードを溶接により取り付けた。

［電池素子の作製］
続いて、金属リチウム箔よりなる負極を用意し、正極と負極とをセパレータを介して積層し、正極が電池素子の最外周を覆うように巻回して電池素子を作製した。

［電解液の作製］
エチレンカーボネート（ＥＣ）５０重量部とプロピレンカーボネート（ＰＣ）５０重量部とを混合し、電解質塩としてＬｉＰＦ₆を０．７ｍｏｌ／ｋｇを溶解させて電解液を作製した。

［電池の作製］
上述のような電池素子を作製したのち、接着層が設けられた銅箔テープからなる負極リードと、厚み４０μｍの絶縁部材とを用意し、絶縁部材に負極リードを接着層で固定した。絶縁部材に負極リードを固定したのち、負極リードを電池缶側にして絶縁部材の一端部を負極の内周側のセパレータに固定することにより、負極リードを負極に接触させた。続いて、負極リードを電池素子を一周するように巻き付け、他端部を一端部に重ねて固定し、切断した。

このとき、電池素子最外周部において、銅箔テープの貼着開始端部位置が、正極巻回終端部位置から５ｃｍ離れ、正極巻回終端部と銅箔テープが重ならないように端部位置を調整する。また、負極集端部は、銅箔テープと１０ｃｍ重なるように調整する。

電池素子に絶縁部材および負極リードを巻き付けたのち、電池素子を一対の絶縁板で挟み、正極リードを安全弁機構に溶接して、電池素子を電池缶の内部に収容した。次いで、電解液を電池缶の内部に注入し、セパレータに含浸させた。さらに、電池缶の開放端部に電池蓋および安全弁を、ガスケットを介してかしめることにより、図１に示す電池と同様の構成である電池を作製した。

＜比較例１＞
電池素子最外周部において、銅箔テープの貼着開始端部が正極終端部によって５ｃｍ覆われるようにした以外は実施例１と同様にして電池を作製した。

＜比較例２＞
電池素子最外周部において、銅箔テープの貼着開始端部が正極終端部によって１５ｃｍ覆われるようにした以外は実施例１と同様にして電池を作製した。

＜比較例３＞
電池素子最外周部において、銅箔テープからなり、電池素子の外周を周回させた負極リードを設けず、ニッケルからなる短冊状の負極リードを負極端部に圧着し、この負極リードが電池缶側壁部に接触するようにした以外は実施例１と同様にして電池を作製した。

このようにして得られた実施例１および比較例１〜３の各電池について、以下の測定（ａ）、測定（ｂ）および測定（ｃ）を行った。

測定（ａ）保存維持率の測定
上述の実施例１および比較例１〜３について、それぞれ１００個ずつ電池を作製し、保存維持率を測定した。実施例１および比較例１〜３のそれぞれについて、得られた１００個の電池のうち５０個は電池作製直後に直ちに１０００ｍＡにて放電させ、初期の平均放電容量を測定した。次いで、残りの５０個を６０℃雰囲気下で３ヶ月保存した後、１０００ｍＡにて放電させ、保存後の平均放電容量を測定した。

保存維持率は以下のようにして求めた。
保存維持率［％］＝（保存後の平均放電容量［ｍＡｈ］）／（初期の平均放電容量［ｍＡｈ］）×１００

測定（ｂ）異常放電不良率
上述の実施例１および比較例１〜３について、それぞれ１００個ずつ電池を作製し、異常放電不良率を測定した。実施例１および比較例１〜３のそれぞれについて、得られた１００個の電池のうち５０個は電池作製直後に直ちに４２Ωの抵抗をかけて放電させて放電容量を測定した。次いで、残りの５０個を６０℃雰囲気下で３ヶ月保存した後、４２Ωの抵抗をかけて放電させて放電容量を測定した。入力容量の８０％に満たない容量で放電が終了した電池を異常放電不良とし、異常放電不良率を測定した。

異常放電不良率は以下のようにして求めた。
異常放電不良率［％］＝（４２Ω放電が入力容量の８０％に満たない電池の数［個］）／（試験電池数［個］）×１００
なお、今回の測定において試験電池数は５０個である。

測定（ｃ）内部抵抗
上述の実施例１および比較例１〜３について、それぞれ１００個ずつ電池を作製し、内部抵抗測定した。実施例１および比較例１〜３のそれぞれについて、１ｋＨｚの交流を流したときのインピーダンスを求めて内部抵抗を調べ、平均の内部抵抗を調べた。

以下の表１に、測定（ａ）、測定（ｂ）および測定（ｃ）の測定結果を示す。なお、表１では、銅箔テープからなる負極リードを電池素子外周部に周回させた実施例１および比較例１，２の電池において、銅箔テープの貼着開始端部位置に対する正極終端部および負極集端部の位置を、銅箔テープと重なる方向を＋、銅箔テープと重ならない方向を−として記載する。例えば、電極が銅箔テープと５ｃｍ重なる場合は＋５ｃｍ、銅箔テープと電極端部が重ならず、５ｃｍ離れている場合は−５ｃｍとする。

上記結果から、金属リチウム箔を負極として用い、負極リードを電池素子の外周部に周回させた構成の電池において、負極リードと正極とが対向しないように構成することにより、保存維持率および異常放電不良率のそれぞれを良好に維持することがでることがわかる。

この原因は定かではないが、負極リードと正極とが対向することにより、負極リードの厚みによって負極の金属リチウムが圧迫され、負極リードおよび正極の対向部分に小さな短絡が発生し、電池が徐々に劣化したり、異常放電が発生していたものと考えられる。このため、負極リードと正極とが対向しないように構成することにより、保存維持率の低下や異常放電の発生を抑制することができるものと考えられる。

また、短冊状の負極リードを用いた電池と比較して、負極リードを電池素子の外周部に周回させた構成の電池は内部抵抗を低減させることができる。

以上、この発明の一実施の形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の一実施の形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

例えば、上述の一実施の形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。

また、正極２１は、鉄系の材料に限られず、電解液に溶解し、析出して短絡するおそれのある材料であれば、この発明の構成を用いることにより効果を得ることができる。また、他の材料であっても、負極リードを電池素子外周部に周回させる構成とすることによって正極および負極が圧迫され、不具合が生じる場合もある。このため、電解液に溶解し、電池内部で析出する材料以外であってもこの発明の構成を用いることにより効果を得ることができる場合もある。

また、負極２２は、金属リチウム箔に限られず、銅など他の金属からなる負極集電体に金属リチウムからなる負極活物質層を設けた構造としてもよい。

さらに、上述の一実施の形態および実施例では、電池素子の最外周に絶縁部材が直接巻かれている場合について説明したが、電池素子の最外周にセパレータが設けられ、さらに絶縁部材が設けられた構成としてもよい。なお、このような場合には、絶縁部材は必ずしも設ける必要はなく、セパレータの巻回終端部近傍を固定部材で固定し、最外周のセパレータに対して負極リードを周回させて固定してもよい。

また、上述の一実施の形態および実施例では、絶縁部材がいわゆる終端テープと兼用されている場合について説明したが、絶縁部材と終端テープとは別の部材として設けられていてもよい。この場合、終端テープは電池素子を一周する必要はなく、電池素子の巻回終端部近傍の一部分のみに設けられていてもよい。

加えて、絶縁部材は必ずしも負極の内周側のセパレータに固定される必要はなく、負極リード４０が負極２２と電池缶１１の内壁とに接触可能であれば、負極２２の外周側のセパレータ２３に固定されていてもよい。

この発明の一実施の形態による電池の、縦方向の断面構造を示す模式図である。この発明の一実施の形態による電池の、横方向の断面構造を示す模式図である。正極の巻回終端部を負極リードと対向させた場合の電池の、横方向の断面構造を示す模式図である。この発明の一実施の形態による電池に収容された電池素子の巻回構造を示す模式図である。

符号の説明

１０・・・電池
１１・・・電池缶
１２ａ，１２ｂ・・・絶縁板
１３・・・電池蓋
１４・・・安全弁機構
１４ａ・・・ディスク板
１５・・・ＰＴＣ素子
１６・・・絶縁封口ガスケット
２０・・・電池素子
２１・・・正極
２１ａ・・・正極集電体
２１ｂ・・・正極活物質層
２２・・・負極
２３・・・セパレータ
２４・・・センターピン
３０・・・正極リード
４０・・・負極リード
４１・・・接着層
５０・・・絶縁部材

Claims

正極および負極を有する電池素子と、上記電池素子を収容する電池缶とを備え、
上記電池缶は、リードにより上記正極および上記負極のいずれか一方に電気的に接続され、
上記リードは、上記電池素子と上記電池缶との間に、上記電池素子を周回して設けられ、
上記リードの貼着開始端部と、上記電池缶と電気的に接続されない上記正極および上記負極のいずれか一方の終端部とがセパレータのみを介して対向する箇所がない
ことを特徴とする電池。
上記電池素子は、上記正極および上記負極のいずれか一方が、他方よりも外周側になるようにして巻回された巻回構造を有することを特徴とする請求項１に記載の電池。
上記リードと、上記電池素子との間に絶縁部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電池。
上記絶縁部材の厚みは４０μｍ以上であることを特徴とする請求項３に記載の電池。
上記正極は、活物質として鉄を含有することを特徴とする請求項１に記載の電池。
上記負極は、リチウムを含有・付着またはリチウムイオンを吸蔵することを特徴とする請求項１に記載の電池。
上記リードは、銅（Ｃｕ）により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池。