JP2007194130A - 非水電解質電池およびその製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池素子内の無駄なセパレータを削減し、非水電解質電池の体積効率を向上させる。
【解決手段】集電体上に活物質層が設けられた正極および負極と、セパレータとを有する非水電解質電池において、電池の巻回内周部および巻回外周部に位置する、正極または負極の活物質層形成端部をそれぞれ覆うように絶縁性部材を設ける。これにより、活物質層は、絶縁性部材で被覆された被覆部と、絶縁性部材で被覆されない反応部とからなる。巻回内周側のセパレータ端部は、被覆部上であって活物質形成端部よりも反応部側に位置するようにし、巻回外周側のセパレータ端部は、少なくとも反応部を覆うような位置とする。
【選択図】図１１

Description

この発明は、非水電解質電池およびその製造装置に関する。

近年、カメラ一体型ＶＴＲ（Videotape recorder：ビデオテープレコーダ）、携帯電話あるいはラップトップコンピュータなどのポータブル電子機器が多く登場し、それらの小型化および軽量化が図られている。それに伴い、ポータブル電子機器の電源として用いられる電池の需要が急速に伸びており、機器の小型軽量化実現のために、電池設計も軽く、薄型であり、かつ機器内の収容スペースを効率的に使うことが求められている。このような要求を満たす電池として、エネルギー密度および出力密度の大きいリチウムイオン二次電池が最も好適である。

中でも、形状自由度の高い電池、あるいは薄型大面積のシート型電池、薄型小面積のカード型電池などが望まれており、アルミラミネートフィルム等のフィルム状外装材を用いて薄型の電池を作製することにより、上述のような電池を得ることが可能となる。このような電池は、正極と負極（以下、正極および負極を特に限定しない場合は電極と適宜称する。）とをセパレータを介して積層し、巻回して作製した扁平型の電池素子をラミネートフィルムで外装し、電池素子の周囲を封止して作製したものであり、正極および負極と接続した正極端子および負極端子（以下、特に限定しない場合は電極端子と適宜称する。）がラミネートフィルムの封止部から電池外部に導出されたものである。

上述のような電池において、電極を巻回する手段としては、従来、図１に示す巻芯１を用いる方法が用いられていた。この巻芯１は、主に一対の板状巻芯１ａ，１ｂからなり、板状巻芯１ａと板状巻芯１ｂとの間にスリット２を有するように構成したものである。このような巻芯１を用いた場合、電極とセパレータはそれぞれ巻き出され、予めセパレータのみを巻回して電池素子最内周部に２〜１０層程度の巻芯部を形成した後、電極を挿入して巻回し、電池素子とする。

図２Ａ〜図２Ｅに、上述の巻芯１を用いて巻回する工程を示す。まず、図２Ａに示すように、電極間の絶縁を確保するための帯状のセパレータ３ａ，３ｂを、引回しチャック５にて締め付け、図示する右方向Ｘに大きく引き出す。なお、参照符号４ａ，４ｂで示されるのは、セパレータ３ａ，３ｂが収容されたリールである。

次いで、図２Ｂに示すように、巻芯１を図の奥から手前に突き出して、引き出したセパレータ３ａ，３ｂがスリット２に入り込むようにする。さらに、巻芯１を回転させ（図２Ｃ）、数回回転させてセパレータ３ａ，３ｂを絡げ取る（図２Ｄ）。この後、巻芯１に絡げ取ったセパレータ３ａとセパレータ３ｂとの間に電極６ａを差し込んで巻回し（図２Ｅ）、さらに図２Ａ〜図２Ｅには図示しないもう一方の電極６ｂを差し込んで巻回する。これにより、図３で示すような断面の電池素子１０を作製することができる。なお、図３において参照符号７ａおよび７ｂで示すのは電極端子であり、参照符号８で示すのはテープである。

ところが、このような方法を用いた場合に扁平型の電池素子１０の最内周部に絡げ取られた数周分のセパレータ３ａ，３ｂは、電池性能において何ら寄与することはない。現在、リチウムイオン二次電池電池では体積効率を向上させ、高容量化、薄型化、材料コストの削減などを図ることが強く求められており、電池最内周部に存在する無駄なセパレータを省くことにより上記目的を容易に達成できることは明らかである。

具体的には、電池最内周部のセパレータを省くことにより材料コストの削減を図ることができ、電池の薄型化も達成できる。また、電池素子の厚さを一定として考えた場合、電池最内周部をセパレータを省いて電極とすることができ、高容量化を図ることができる。

以下の特許文献１および特許文献２には、電池最内周部の無駄なセパレータを削減する巻回装置用巻芯について記載されている。

特開２００３−２５７４７５号公報 特開２００４−１２７８６０号公報

特許文献１では、図４Ａに示すような断面形状を有する２枚の板状巻芯１１ａおよび１１ｂからなる巻芯１１を用いて電池素子を作製するものである。この巻回装置では、板状巻芯１１ａと板状巻芯１１ｂとの間にセパレータ１２を挟み込み、巻芯１１の下部に余り出たセパレータ１２をカッター１３にて切断した後、電極とともに巻回して電池素子を作製するものである。

また、特許文献２では、図５Ａに示すような断面形状を有する巻芯２１を用いて電池素子を作製するものである。この巻芯２１は、挟込中心部２２ａと突端部２２ｂが連結された治具２２と、挟込中心部２３ａと突端部２３ｂが連結された治具２３からなる。挟込中心部２２ａおよび２３ａは、セパレータ２４を挟み込んで固定することができ、電極とともに巻回して電池素子を作製するものである。

上述のようにして作製した電池素子は、電池素子巻回内周部に電池反応とは無関係の無駄なセパレータが多数存在し、電池の体積効率を低下させる要因となっている。

以下の特許文献３では、図６に示すようなスリット３１ａおよび回転軸３１ｂを有する巻芯３１を用い、図７Ａ〜図７Ｅに示すように、セパレータ３２の略中央部から一方の端部に亘って、片面に正極活物質層を有する正極３３を配置するとともに、セパレータ３２の略中央部からもう一方の端部に亘って、正極を配置した面と反対面に負極活物質層を有する負極３４を配置した積層電極体を巻回することにより、最内周部の無駄なセパレータを削除した電池が記載されている。

特開２００３−２４９２５７号公報

この電池は、図７Ａ〜図７Ｄに示すとおり、まず巻芯３１のスリット３１ａにセパレータ３２を挿通し、セパレータ３２の略中央部がスリット３１ａに挟持されるようにする（図７Ａ）。次いで、図７Ｂに示すように、スリット３１ａに挟持されたセパレータ３２の略中央部から一方には正極３３を、もう一方には負極３４を、それぞれがセパレータ３２と巻芯３１に挟まれるようにして配置する。続いて、図７Ｃに示すように、セパレータ３２に適度な引張力をかけた後、回転軸３１ｂを中心として巻芯３１を回転させる（図７Ｄ）ことによって、図８の断面図で示すような構成の電池素子が得られる。

特許文献３のようにして得られた電池素子は、図３に示すような従来型の電池と異なり、巻回最内周部に多数周巻回された無駄なセパレータがなく、体積効率が向上する。なお、図８では、電解質または電解液は図示しない。また、正極集電体および正極活物質層、ならびに負極集電体および負極活物質層はそれぞれ図示せず、正極集電体上に正極活物質層が形成された正極３３および負極集電体
上に負極活物質層が形成された負極３４として図示する。

しかしながら、特許文献３に記載された電池素子の場合、セパレータが削減されているものの、電池素子にまだ無駄なセパレータが存在しており、更なるセパレータの削減が可能である。

したがって、この発明は、電池素子の最内周部および最外周部における無駄なセパレータを削減し、体積効率を向上させた非水電解質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、正極集電体上に正極活物質層を有する正極と、
負極集電体上に負極活物質層を有する負極と、
正極および負極との間に介在されたセパレータと、
正極活物質層または負極活物質層の形成端部を覆うようにして設けてなる絶縁性部材と
を少なくとも備え、
正極および負極が、セパレータを介して順に積層、巻回された電池素子を有する非水電解質電池であって、
正極活物質層または負極活物質層のいずれか一方は、活物質層上に絶縁性部材が被覆された被覆部と、活物質上に絶縁性部材が被覆されない反応部からなり、
セパレータの非水電解質電池内周側に位置する内周側端部が、被覆部上の活物質層端部よりも反応部側に位置するように設けられてなり、
セパレータの非水電解質電池外周側に位置する外周側端部が、隣接する正極または負極の非水電解質電池外周側の端部と略同一位置か、それよりも反応部側に位置するように設けられてなる
ことを特徴とする非水電解質電池である。

なお、反応部とは、電気化学的に電池反応に寄与することができる実質的な活物質層であり、活物質層のうち絶縁性部材によって被覆されていない部分をいい、正極における反応部と、負極における反応部が対向する対向部において、電池反応を得ることができる。また、略同一位置とは、セパレータの端部位置が、隣接する正極または負極の端部位置に対して±１ｍｍ以下であることをいうものとする。

上記発明では、電池内周部および外周部において、不必要なセパレータを削減することができる。

この発明によれば、電池内周部および電池外周部において電池反応に寄与しない部分に設けられた不必要なセパレータを削減することができるため、電池の体積効率を向上させることが可能となる。このため、従来の構造を有する同電池容量の非水電解質電池と比較すると薄型化が可能となり、また従来の構造を有する同サイズの非水電解質電池と比較すると高容量化が可能となる。

以下、この発明の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

この発明を適用して作製した非水電解質電池は、例えば図９に示すとおり、電池素子４０がラミネートフィルム４７に形成された凹部４７ａに収容されて外装されており、電池素子４０の周辺部を封止することにより作製されている。以下、電池素子４０の構成について説明する。

図１０および図１１に、電池素子４０の一構成例を模式的に示す。図１０は電池素子４０の外観図であり、図１１は電池素子４０の断面図である。なお、電池素子の巻回数は実際には１０〜２０周分など、所望の電池容量に応じて多数回巻回されている。

この電池素子４０には、正極集電体４１ｂの両面に正極活物質層４１ａが形成された帯状の正極４１と、負極集電体４２ｂの両面に負極活物質層４２ａが形成された負極４２とが用いられている。正極４１と、セパレータ４３ａと、正極４１と対向して配された帯状の負極４２と、セパレータ４３ｂとが順に積層された状態で長手方向に巻回されている。また、図１０および図１１には図示しないが、正極４１および負極４２の両面にはゲル状電解質層４６が形成されている。なお、セパレータ４３ａおよびセパレータ４３ｂを限定しない場合はセパレータ４３と適宜称する。

電池素子４０からは正極４１と接続された正極端子４４ａおよび負極４２と接続された負極端子４４ｂが導出されており、正極端子４４ａおよび負極端子４４ｂには後に外装するラミネートフィルム４７との接着性を向上させるために、ポリエチレン（ＰＥ）等の樹脂片であるシーラント４５ａおよび４５ｂが被覆されている。

また、正極４１上には絶縁性部材４８ａ〜４８ｆ（以下、特定の絶縁性部材に限定しない場合は絶縁性部材４８と適宜称する。）が設けられている。絶縁性部材４８については、後に説明する。

［正極］
正極は、正極活物質を含有する正極活物質層４１ａが、正極集電体４１ｂの両面に形成されたものである。正極集電体４１ｂとしては、例えばアルミニウム（Ａｌ）箔などの金属箔により構成されている。

正極活物質層４１ａ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。ここで、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、目的とする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高分子を用いることができる。例えばリチウムイオン電池を構成する場合、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以上１．１０以下である）を主体とする、リチウムと遷移金属との複合酸化物が用いられる。リチウム複合酸化物を構成する遷移金属としては、コバルト（Ｃｏ），Ｎｉ，マンガン（Ｍｎ）等が用いられる。

このようなリチウム複合酸化物として、具体的には、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄、ＬｉＮｉ_yＣｏ_1-yＯ₂（０＜ｙ＜１）等が挙げられる。また、遷移金属元素の一部を他の元素に置換した固溶体も使用可能である。ＬｉＮｉ_0.5Ｃｏ_0.5Ｏ₂、ＬｉＮｉ_0.8Ｃｏ_0.2Ｏ₂等がその例として挙げられる。これらのリチウム複合酸化物は、高電圧を発生でき、エネルギー密度が優れたものである。さらに、正極活物質としてＴｉＳ₂、ＭｏＳ₂、ＮｂＳｅ₂、Ｖ₂Ｏ₅等のリチウムを有しない金属硫化物または酸化物を使用しても良い。これらの正極活物質は、単独で用いるか、もしくは複数種を混合して用いてもよい。

また、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−メチルピロリドン等が用いられる。

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、この正極合剤スラリーをドクターブレード法やスクリーン印刷等により正極集電体上に均一に塗布した後、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４１ａが形成される。なお、正極４１の一端部には、正極活物質層４１ａを形成しない正極集電体露出部を設けるようにしても良く、電池素子作製時に正極集電体露出部が対向した対向面が巻回最外周部を１周以上覆うようにすることにより、釘刺し時や外部からの圧力による圧壊時に異常な発熱を防ぐことができる。

ここで、図１２に示すように、正極集電体上４１ｂに設けられた正極活物質層４１ａの形成端部近傍には、基材が絶縁性材料からなる保護テープなどの絶縁性被覆材４８が設けられている。絶縁性被覆材４８は、正極４１および負極４２と隣接して積層されるセパレータ４３ａおよび４３ｂの破損等が生じやすい部分に対向する正極４１もしくは負極４２上に設けられ、電池内部でのショートを防ぐためのものである。

正極４１において絶縁性部材４８を設ける部分としては、例えば電池内周部および電池外周部に位置する正極活物質層４１ａの形成端部や、負極４２の端部とセパレータ４３ａおよび４３ｂを介して対向する部分が挙げられる。

中でも、正極活物質層４１ａの形成端部はエッジ状となりやすく、このエッジ状部分が隣接するセパレータを損傷するおそれがある。このため、正極活物質層４１ａの形成端部が覆われるようにして絶縁性部材４８ａ〜４８ｄを設け、セパレータの損傷を防止するように構成している。

なお、絶縁性部材４８ａ〜４８ｄは、少なくとも正極４１および負極４２がセパレータを介さずに対向する部分に設けるようにする。

また、負極４２とセパレータ４３ａおよび４３ｂをそれぞれ介して対向する正極４１の一部分にもセパレータ絶縁性部材４８ｅおよび４８ｆを設ける。これにより、負極４２の端部に発生しやすいバリがセパレータ４３ａおよび４３ｂを突き破った場合であっても、正極４１と負極４２との短絡を防止することができる。

このような構成とすることにより、正極活物質層４１ａの端部が絶縁性部材４８で覆われた、図１２中のＸで示す被覆部と、正極活物質層４１ａの端部が絶縁性部材４８で覆われていない、図１２中のＹで示す反応部とが形成される。この反応部は、電気化学的に電池反応に寄与する実質的な正極活物質層である。

正極４１は正極集電体４１ｂの一端部にスポット溶接または超音波溶接で接続された正極端子４４ａを有している。この正極端子４４ａ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。正極端子４４ａの材料としては、例えばアルミニウム等が挙げられる。

［負極］
負極４２は、負極活物質を含有する負極活物質層４２ａが、負極集電体４２ｂの両面に形成されたものである。負極集電体４２ｂとしては、例えば銅（Ｃｕ）箔，ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。

負極活物質層４２ａは、例えば負極活物質と、必要であれば導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。これらを均一に混合して負極合剤とし、この負極合剤を溶剤中に分散させてスラリー状にする。次にこのスラリーをドクターブレード法等により負極集電体上に均一に塗布し、高温で乾燥させて溶剤を飛ばすことにより負極活物質層が形成される。ここで、負極活物質、導電剤、結着剤および溶剤は、正極活物質と同様に、その混合比は問わない。

負極活物質としては、リチウム金属、リチウム合金またはリチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料または金属系材料と炭素系材料との複合材料が用いられる。具体的に、リチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料としてはグラファイト、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素等が挙げられる。より具体的には、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）、黒鉛類、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、活性炭等の炭素材料を使用することができる。さらに、リチウムをドープ、脱ドープできる材料としては、ポリアセチレン、ポリピロール等の高分子やＳｎＯ₂等の酸化物を使用することができる。

また、リチウムを合金化可能な材料としては多様な種類の金属等が使用可能であるが、スズ（Ｓｎ）、コバルト（Ｃｏ）、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム、ケイ素（Ｓｉ）およびこれらの合金がよく用いられる。金属リチウムを使用する場合は、必ずしも粉体を結着剤で塗布膜にする必要はなく、圧延したリチウム金属箔を集電体に圧着する方法でも構わない。

結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン、スチレンブタジエンゴム等が用いられる。また、溶剤としては、例えばＮ−メチルピロリドン、メチルエチルケトン等が用いられる。

上述の負極活物質、結着剤、導電剤を均一に混合して負極合剤とし、溶剤中に分散させてスラリー状にする。次いで、正極と同様の方法により負極集電体上に均一に塗布した後、高温で乾燥させて溶剤を飛ばすことにより負極活物質層４２ａが形成される。

負極４２も正極４１と同様に、負極集電体４２ｂの一端部にスポット溶接または超音波溶接で接続された負極端子４４ｂを有しており、この負極端子４４ｂ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問題はない。負極端子４４ｂの材料としては、例えば銅、ニッケル等が挙げられる。

なお、正極端子４４ａおよび負極端子４４ｂは同じ方向から導出されていることが好ましいが、短絡等が起こらず電池性能にも問題がなければ、どの方向から導出されていても問題はない。また、正極端子４４ａおよび負極端子４４ｂの接続箇所は、電気的接触がとれているのであれば取り付ける場所、取り付ける方法は上記の例に限られない。

［電解液］
電解液の材料としては、リチウムイオン電池に一般的に使用される電解質塩と有機溶媒が使用可能である。

非水溶媒としては、具体的には、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、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、ジプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、またはこれらの炭酸エステル類の水素をハロゲンに置換した溶媒等が挙げられる。これらの溶媒は１種類を単独で用いてもよいし、複数種を所定の組成で混合してもよい。

また、リチウム塩としては通常の電解液に用いられる材料を使用することが可能である。具体的には、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ₃、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＮＯ₃、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、ＬｉＮ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＣ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₃、ＬｉＡｌＣｌ₄、ＬｉＳｉＦ₆等を挙げることができるが、酸化安定性の点からＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄を用いることが望ましい。これらリチウム塩は単独で用いても良いし、複数種を混合して用いても良い。リチウム塩を溶解する濃度として、上記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。

ゲル状電解質は、上述の電解液をマトリクスポリマでゲル化して用いる。マトリクスポリマは、上記非水溶媒に上記電解質塩が溶解されてなる非水電解液に相溶可能であり、ゲル化できるものであればよい。このようなマトリクスポリマとしては、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリロニトリルを繰り返し単位に含むポリマーが挙げられる。このようなポリマーは、１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。

その中でも特に好ましいのは、マトリクスポリマとして、ポリフッ化ビニリデンまたはポリフッ化ビニリデンにヘキサフルオロプロピレンが７．５％以下の割合で導入された共重合体である。このようなポリマーは、数平均分子量が５．０×１０⁵から７．０×１０⁵（５０万〜７０万）の範囲であるか、または重量平均分子量が２．１×１０⁵から３．１×１０⁵（２１万〜３１万）の範囲であり、固有粘度が１．７から２．１の範囲とされている。

［セパレータ］
セパレータ４３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。

［電池素子の作製］
上述のようにして作製した電解質の溶液を正極４１および負極４２の両面に均一に塗布し、正極活物質層４１ａおよび負極活物質層４２ａに含浸させた後、常温で保存するか、もしくは乾燥工程を経てゲル状電解質層４６を形成する。次いで、正極４１、負極４２がセパレータ４３ａ、セパレータ４３ｂと交互になるように積層し、正極４１が外側となるようにして巻回された電池素子４０を作製する。

このとき、図１３に示すように、巻回後の電池素子４０において、セパレータ４３ａおよびセパレータ４３ｂの巻回内周側端部が、正極４１の巻回内周側の被覆部上に位置するように配置する。なお、図１３は、図１１におけるＡ部を詳細に表示したものであり、図１１で図示していないゲル状電解質４６も図示している。セパレータ４３ａおよびセパレータ４３ｂの端部は、被覆部正極４１の端部よりも正極反応部側となるようにして配置される。また、ゲル状電解質４６は、少なくとも正極反応部上に形成されていればよい。

また、巻回外周側では、正極４１の端部およびセパレータ４３ａの端部、ならびに負極４２の端部およびセパレータ４３ｂの端部のそれぞれが略同一位置となるように積層する。なお、略同一位置とは、セパレータ端部の位置精度が電極端部に対して±１ｍｍ以下であることをいうものとする。

上述のようにして作製した電池素子４０は、例えば正極４１および負極４２上に形成されたそれぞれのゲル状電解質層４６上に予めセパレータ４３ａまたはセパレータ４３ｂを貼り合わせることにより、位置合わせを正確に行うことができる。

このとき、図１４に示すように、セパレータ４３ａおよびセパレータ４３ｂをそれぞれ正極４１に位置合わせをした上で貼着し、さらにセパレータ４３ａ上に負極４２を貼着し、巻回外周側での端部がそれぞれ所定の位置となるように長さを調整して巻回してもよい。

また、位置合わせを行った上で、正極４１および負極４２のそれぞれの片面にセパレータ４３ａまたはセパレータ４３ｂを貼着し、積層して電池素子４０としてもよい。この場合、セパレータを片面に貼着した電極を一旦巻回して電極反（リール）としておき、電池素子作製時に巻き出すことにより、ゲル状電解質層を保護し、乾燥や損傷を防止することができる。

なお、このような電池素子４０は、電極およびセパレータを積層してから巻回する。このため周長差が生じ、巻回時に外周側に配置されたものと、内周側に配置されたもので巻回後の端部位置にずれが生じるため、注意が必要である。

このようにして作製した電池素子４０は、電池素子４０の巻回内周部に無駄なセパレータのない構成となる。このため、製造コストの削減および、体積効率の向上を図ることができる。

また、さらにセパレータを削減する構成として、図１５〜図１８の電池構成が挙げられる。

図１５は、巻回後の電池素子４０において、巻回外周部の正極集電体４１ｂが露出された露出部に対向するセパレータを削減し、セパレータ４３ａが負極４２の端部（負極集電体４２ｂの端部）を覆う以上の長さとなるようにしたものである。

また、図１６は、巻回後の電池素子４０の巻回外周部において、セパレータ４３ａおよびセパレータ４３ｂの端部が、負極活物質層４２ａの形成端部と負極集電体４２ｂの形成端部との間に位置するようにした電池素子４０である。

また、図１７は、巻回後の電池素子４０の巻回外周部において、セパレータ４３ａおよびセパレータ４３ｂの端部が、正極活物質層４１ａの形成端部と負極活物質層４２ａの形成端部との間に位置するようにした電池素子４０である。

また、図１８は、巻回後の電池素子４０の巻回外周部において、セパレータ４３ａおよびセパレータ４３ｂの端部が、正極４１上に設けられた絶縁性部材４８ｃおよび絶縁性部材４８ｄが、正極活物質層４１ａを被覆した被覆部上に位置するようにした電池素子４０である。

上述の図１５〜１８のいずれの場合においても、巻回内周部の負極集電体露出部に対向する部分に設けられた無駄なセパレータを削除することが可能である。セパレータ４３ａおよびセパレータ４３ｂは、少なくとも正極４１の反応部と、負極活物質層４２ａが対向する部分に設けられていればよく、図１１および図１５〜図１８の構成とすることにより、体積効率を高めることができる。

なお、絶縁性部材１８ａ〜１８ｄは、少なくとも負極活物質層４２ａと正極集電体４１ｂとがセパレータ４３ａまたはセパレータ４３ｂを介さずに対向している部分に設けられるような長さとする。

上述の一実施例では、正極上に絶縁性部材１８を設けたが、電池の構成によっては負極上に絶縁性部材１８を設けるようにしてもよい。負極上に絶縁性部材１８を設けた場合、巻回内周部においては、絶縁性部材４８が負極活物質層４２ａを覆った被覆部上にセパレータ４３ａおよびセパレータ４３ｂの端部が位置するように構成する。また、巻回外周部においては、少なくとも正極活物質層４１ａと、負極活物質層４２ａの反応部が対向する部分にセパレータ４３ａおよびセパレータ４３ｂが設けられるようにする。

また、上述の一実施例ではゲル状電解質を用いた非水電解質電池について説明したが、このような構成に限られたものではなく、例えば電解液を用いた非水電解質電池についても適用可能である。この場合、ゲル状電解質を用いた電池素子の場合と異なり、セパレータを予め貼着することができない。このため、まず電極を巻き取り、所望の位置に合わせてセパレータを挿入して巻回する方法等を用いる必要がある。

［非水電解質電池の作製］
このような構成の電池素子４０を、図９に示すような凹部４７ａが形成されたラミネートフィルム４７で外装し、電池素子４０の周辺部を封止して非水電解質電池を作製する。

なお、正極および負極はどちらを先に巻回し始めても良く、作製する電池の電池構成による。

また、予めセパレータを貼り付けるのではなく、まず電極を巻回し、所定の位置でセパレータを差し込んで巻回する方法を用いることも可能である。

このような構成の非水電解質電池は、いずれの巻回方法を用いる場合であっても、まず電極を巻回して電池素子を作製するため、電池素子最内周部での無駄なセパレータを大幅に削減することができ体積効率を向上させることができる。これにより、従来の構造を有する同容量の電池と比較して薄型化が可能となる。また、従来の電池と同サイズの非水電解質電池で比較した場合、２〜３％の高容量化が可能となる。また、セパレータ削減量は電池素子１セル当り最大２０ｃｍ程度となり、生産コストの削減を図ることができる。

さらに、セパレータを電極に貼り付けてから巻回する場合には、セパレータの位置調整を行う必要がないため、生産タクトを向上させることができる他、巻回装置の小型化、簡易化による設備コストの削減や装置調整時間の削減など、大きな効果を挙げることができる。

以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施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、上述の実施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、セパレータは少なくとも正極反応部および負極反応部の対向部分を覆っていれば良く、２枚のセパレータの端部位置が異なっていても良い。

従来型の巻回電池を作製する際に用いられた巻芯を示す模式図である。 従来型の巻芯を用いて電極材料を巻回する巻回工程を示す模式図である。 従来型の巻芯を用いて作製した電池素子の構成を示す断面図である。 特許文献１に記載された巻芯を用いて電極材料を巻回する様子を示す模式図である。 特許文献２に記載された巻芯を用いて電極材料を巻回する様子を示す模式図である。 特許文献３に記載された巻芯を示す模式図である。 特許文献３に記載された巻芯を用いて電極材料を巻回する様子を示す模式図である。 特許文献３の巻芯を用いて作製した電池素子の構成を示す断面図である。 この発明にかかる非水電解質電池の構成を示す模式図である。 この発明の一実施形態による電池素子の外観を示す模式図である。 この発明の一実施形態による電池素子の構成を示す断面図である。 この発明の一実施形態による正極の、正極活物質層形成端部の構成を示す模式図である。 この発明の一実施形態による正極の、正極活物質層形成端部の構成を示す模式図である。 この発明の一実施形態による正極、負極およびセパレータの巻回前の積層構造を示す模式図である。 この発明の一実施形態による電池素子の構成を示す断面図である。 この発明の一実施形態による電池素子の構成を示す断面図である。 この発明の一実施形態による電池素子の構成を示す断面図である。 この発明の一実施形態による電池素子の構成を示す断面図である。

符号の説明

１，１１，２１，３１・・・巻芯
１ａ，１ｂ，１１ａ，１１ｂ・・・板状巻芯
２，３１ａ・・・スリット
３ａ，３ｂ，１２，２４，３２・・・セパレータ
４ａ，４ｂ・・・リール
５・・・引回しチャック
６ａ，６ｂ・・・電極
１０・・・電池素子
２２，２３・・・治具
２２ａ，２３ａ・・・挟込中心部
２２ｂ，２３ｂ・・・突端部
３１ｂ・・・回転軸
３３，４１・・・正極
３４，４２・・・負極
４０・・・電池素子
４１ａ・・・正極活物質層
４１ｂ・・・正極集電体
４２ａ・・・負極活物質層
４２ｂ・・・負極集電体
４３ａ，４３ｂ・・・セパレータ
４４ａ・・・正極端子
４４ｂ・・・負極端子
４５ａ，４５ｂ・・・シーラント
４６・・・ゲル状電解質
４７ａ・・・凹部
４８・・・絶縁性部材

Claims (9)

1. 正極集電体上に正極活物質層を有する正極と、
   負極集電体上に負極活物質層を有する負極と、
   上記正極および上記負極との間に介在されたセパレータと、
   上記正極活物質層または上記負極活物質層の形成端部を覆うようにして設けてなる絶縁性部材と
   を少なくとも備え、
   上記正極および上記負極が、セパレータを介して順に積層、巻回された電池素子を有する非水電解質電池であって、
   上記正極活物質層または上記負極活物質層のいずれか一方は、活物質層上に上記絶縁性部材が被覆された被覆部と、活物質上に上記絶縁性部材が被覆されない反応部からなり、
   上記セパレータの上記非水電解質電池内周側に位置する内周側端部が、上記被覆部上の活物質層端部よりも上記反応部側に位置するように設けられてなり、
   上記セパレータの上記非水電解質電池外周側に位置する外周側端部が、隣接する上記正極または上記負極の上記非水電解質電池外周側の端部と略同一位置か、それよりも反応部側に位置するように設けられてなる
   ことを特徴とする非水電解質電池。
2. 上記正極および上記負極のそれぞれの両面に、ゲル状電解質層が形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質電池。
3. 上記被覆部は、上記絶縁性部材が上記正極活物質層または上記負極活物質層の内周側形成端部に設けられた内周側被覆部と、上記絶縁性部材が上記正極活物質層または上記負極活物質層の外周側形成端部に設けられた外周側被覆部とからなる請求項１に記載の非水電解質電池。
4. 上記セパレータの上記外周側端部は、隣接する上記正極または上記負極の上記非水電解質電池外周側の端部と略同一位置に設けられてなる請求項３に記載の非水電解質電池。
5. 上記セパレータの上記外周側端部は、上記正極または上記負極のうち上記絶縁性部材を設けない電極を少なくとも覆う位置に設けられてなる請求項３に記載の非水電解質電池。
6. 上記セパレータの上記外周側端部は、上記正極活物質層または上記負極活物質層のうち上記絶縁性部材を設けない活物質層を少なくとも覆う位置に設けられてなる請求項３に記載の非水電解質電池。
7. 上記セパレータの上記外周側端部は、上記正極活物質層または上記負極活物質層のうち上記絶縁性部材を設ける活物質層を少なくとも覆う位置に設けられてなる請求項３に記載の非水電解質電池。
8. 上記セパレータの上記外周側端部は、少なくとも上記反応部を覆う位置に設けられてなる請求項３に記載の非水電解質電池。
9. 上記正極と上記負極とがセパレータを介さずに対向する部分において絶縁性部材を設けることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質電池。

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