JP2008021431A - 非水電解質二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電池容量を低減することなく、異常時においても適切な内部短絡を発生する信頼性の高い非水電解質二次電池を提供すること。
【解決手段】帯状をなす集電体６ａ，７ａの両面に合剤層６ｂ，６ｃ又は７ｂ，７ｃが形成されてなる帯状の正極６又は負極７間にセパレータ８又は９を介在させて渦巻き状に巻回される巻回電極体３と、巻回電極体３が収納される電池缶２と、を備えた非水電解質二次電池である。正極６及び負極７は、集電体６ａ，７ａの巻回方向の外周側端部において端部から一周以上の範囲に合剤層が両面とも形成されない合剤層未形成部１０，１１を有する。合剤層未形成部１０，１１の集電体６Ａ、７Ａの厚みが大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、帯状の正極と帯状の負極とセパレータを巻回した巻回電極体を外装材に収納した非水電解質二次電池に係り、更に詳細には、電極の巻回方向の端部において、当該端部から所定範囲に亘って合剤層を形成しない領域を設ける場合の集電体構造の改良に関する。

従来、上述のような非水電解質二次電池において、巻回電極体は、帯状に形成された正極及び負極と、同じく帯状に形成されたセパレータとを有し、これらが負極、セパレータ正極及びセパレータの順に積層され、このように４層に重ね合わせた積層体を適宜の巻数巻回することにより構成されている。
かかる従来の非水電解質二次電池においては、集電体の巻回方向の外周側端部の近傍まで正極又は負極合剤層が形成されていたため、例えば、電池缶が押し潰される等の異常事態が発生したときに、負極の外周側端部がセパレータを突き破ると、その先端部が隣り合う正極の合剤層に接触し、その結果、負極と正極が互いに導通して内部短絡（ショート）が発生することがあった。

これに対し、電極の巻回方向の端部において当該端部から一周以上の範囲に亘り合剤層が形成されない集電体露出部を設けることにより、電極がセパレータを突き破って隣り合う電極に接触するようになった場合にも同じ極同士が接触するようにして、内部短絡の発生を防止又は効果的に抑制することができる非水電解質二次電池が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２９７４３２号公報

しかしながら、近時における電池容量増大の要請に伴って集電体がますます薄膜化されてきており、かかる従来の集電体露出部を設けた非水電解質二次電池においても、電池外部から外力が加わり、ショートによる発熱が生ずると、特に正極集電体としてのアルミニウム箔が溶融してしまい、発熱を効果的に抑制できないことがあり、この傾向は特に容量が大きな電池で顕著であった。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電池容量を低減することなく、異常時においても適切な内部短絡を発生する信頼性の高い非水電解質二次電池を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、巻回電極体の合剤層未形成部における集電体の厚みを調整することにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の非水電解質二次電池は、帯状をなす集電体の両面に合剤層が形成されて成る帯状の電極間にセパレータを介在させて巻回された巻回電極体と、上記巻回電極体が収納される外装材と、を備えた非水電解質二次電池において、
上記電極は、上記集電体の上記巻回方向の外周側端部において、当該端部から一周以上の範囲に上記合剤層が両面とも形成されない合剤層未形成部を有し、
この合剤層未形成部における集電体の厚み（Ｂｄ）が、上記合剤層が形成されている合剤層形成部における集電体の厚み（Ｍｄ）よりも大きいことを特徴とする。

また、本発明の非水電解質二次電池の好適形態は、上記合剤層未形成部における集電体は、上記合剤層形成部における集電体の延在部分の折り返し、又は他の集電体の当接による積層若しくは化学的・物理的に結合による積層によって形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、巻回電極体の合剤層未形成部における集電体の厚みを調整することにしたため、電池容量を低減することなく、異常時においても適切な内部短絡を発生する信頼性の高い非水電解質二次電池を提供することができる。

以下、本発明の非水電解質二次電池につき、図面を参照して詳細に説明する。なお、本明細書において、濃度、充填量及び配合量などについての「％」は特記しない限り質量百分率を表すものとする。

図１〜図３は本発明の非水電解質二次電池の一実施形態を示すもので、図１は本発明の非水電解質二次電池の一実施形態を示す縦断面図、図２は本発明の非水電解質二次電池に係る巻回電極体を示す斜視図、図３は同じく巻回電極体を横方向に切断した断面図である。

本発明の非水電解質二次電池としては、例えばリチウムイオン二次電池を挙げることができ、そのリチウムイオン二次電池の中央部を縦方向に切断して示したものが図１である。
図１に示すように、リチウムイオン二次電池１は、外装材の一例である円筒状の電池缶２と、この電池缶２内に収納される巻回電極体３と、電池内部の異常な圧力上昇や過大な充電を防止する安全弁装置４と、電池缶２の開口部を閉じる端子板５等によって構成されている。

電池缶２は、鉄（Ｆｅ）などの導電性を有する金属によって中空で有底の円筒体として形成されている。この電池缶２の底部には、中央部を若干外側へ円形に膨出させた端子部２ａが設けられている。この電池缶２の内面は、例えばニッケルめっきを施したり導電性塗料を塗布するなどして、電池缶２の導電性を高める構成とすることが好ましい。
また、電池缶２の外周面は、例えばプラスチックシートや紙などによって形成される外装ラベルで覆われたり、絶縁性塗料が塗布されて保護される。

電池缶２内に収納される巻回電極体３は、図１〜図３に示すような構成を有している。即ち、巻回電極体３は、帯状に形成された正極６及び負極７と、同じく帯状に形成された２つのセパレータ８及び９とを備えている。正極６と負極７との間に一方のセパレータ８を介在させると共に、正極６の一方のセパレータ８と反対側に他方のセパレータ９が配置される。このように４層に重ね合わされた積層体を、正極６を内側にして巻回することにより、渦巻き状に巻回された巻回電極体３が構成されている。

図２及び図３を参照して、正極６は、帯状に形成される正極集電体６ａと、この正極集電体６ａの両面に塗布される正極合剤層６ｂ，６ｃとから構成されている。正極集電体６ａとしては、例えば厚み１２μｍのアルミニウム箔を用いることができる。
この正極集電体６ａの両面に、正極合剤スラリーを均一に塗布することによって正極合剤層６ｂ，６ｃが形成される。この際、本実施形態の非水電解質二次電池では、正極集電体６ａの長手方向の一端（巻き終り側）には、一定の範囲に亘って正極合剤スラリーが塗布されないようにし、正極合剤層未形成部１０を形成する。

なお、図２及び図３に明確には図示していないが、正極合剤層未形成部１０の正極集電体６Ａは、その厚み（Ｂｄ）が正極合剤層６ｂ，６ｃが形成されている箇所の正極集電体６ａの厚み（Ｍｄ）よりも大きく構成されている。

本発明の非水電解質二次電池においては、かかる集電体厚みの関係はＢｄ＞Ｍｄを満足すれば十分であるが、厚みの比（Ｂd／Ｍd）が１．５〜２．５であることが好ましい。
この厚みの比（Ｂd／Ｍd）が１．５未満では、効果が小さく、２．５を超えると、それ以上には効果が薄くなり、電池容量が小さくなってしまうことがある。

正極合剤層未形成部における集電体６Ａは、正極合剤層形成部における集電体６ａの延在部分を折り返したり、他の集電体を接触させて積層したり、化学的・物理的に結合によって積層したりすることにより形成することができる。
この場合、上述の接触又は化学的・物理的結合による積層に供される他の集電体は、正極合剤層形成部における集電体６ａと同一組成又は同種の金属材料から構成されていることが好ましい。

上述した集電体間の厚みの関係は、後述するように負極についても適用できるが、正極集電体として使用されるアルミニウム箔は近時の薄膜化の影響を強く受け、例えば釘刺しなどの異常時を想定すると、アルミニウム箔は溶融し易く不具合を生じ易い。
よって、この観点からは、上記集電体間の厚みの関係は少なくとも正極の集電体に適用することが好ましい。
なお、正極合剤層未形成部における集電体６Ａを形成する際には、アルミニウム又はアルミニウム合金を用いて、上記の折り返しや積層を行えばよい。

ここで、折り返しとは、合剤層未形成部のアルミニウム集電体を最外周部分から所定の長さ分を折り返すことを意味する。折り返し部分は、超音波又は抵抗溶接（スポット溶接）で固定してもよいし、固定しなくてもよい。
また、積層については、集電体と同種のアルミニウム箔同士を積み重ねるか、鋼種の異なるアルミニウム箔同士を積み重ねてもよい。本願では、ＪＩＳに記載されている材質のものを用いることができる。
積層方法については、積層部分を固定してもしなくてもよいが、固定する場合、具体的には、導電性接着剤、超音波溶接及び抵抗溶接（スポット溶接）を適用することができる。

正極合剤の正極活物質としては、次のようなものを用いることができる。例えば、アルカリ金属を含有する遷移金属とのカルコゲン化合物、特に、アルカリ金属と遷移金属との酸化物を用いることができる。
また、結晶構造の見地からは、層状化合物やスピネル型化合物がよく用いられ、層状化合物としては、次の一般式ＬｉＭＯ_２
（式中のＭは鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、チタン（Ｔｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）又はこれらの任意の混合物を示す）で表されるものを好適に用いることができる。

上述の巻回電極体３の作製に際しては、このような正極活物質を用いて正極合剤スラリーを作製する。この正極合剤スラリーは、例えば粉末ＬｉＣｏＯ_２を８６％、導電剤としてグラファイトを１０％、結着剤としてポリフッ化ビニリデン４％を混合して正極合剤を調製し、これをＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させることによって作製することができる。

この正極合剤スラリーを正極集電体６ａの両面に、電極巻き終り部（巻回方向の外周側端部）において正極合剤層未形成部１０が形成されるようにして均一に塗布する。
なお、正極合剤層未形成部１０は、巻回電極体３の外径（外周面の直径）をｄとするときに、π（円周率）×ｄ以上、即ち一周回以上の長さとなるようにする。このように正極合剤スラリーを正極集電体６ａの両面に塗布した後、両面の正極合剤スラリーを乾燥させる。その後、ローラプレス機にかけて圧縮成形を行うことにより、帯状をなす正極６が形成される。

一方、負極７は、同じく帯状に形成される負極集電体７ａと、この負極集電体７ａの両面に塗布される負極合剤層７ｂ，７ｃとから構成されている。負極集電体７ａとしては、例えば、厚み１２μｍの銅箔を用いることができる。
この負極集電体７ａの両面に、負極合剤スラリーを均一に塗布することによって負極合剤層７ｂ，７ｃが形成される。この際、負極集電体７ａの長手方向の一端（巻回方向の外周側端部）には、一定の範囲に亘って負極合剤スラリーが塗布されないようにして負極合剤層未形成部１１を形成する。

なお、図２及び図３に明確には図示していないが、負極合剤層未形成部１１の正極集電体７Ａの厚み（Ｂｄ）が負極合剤層７ｂ，７ｃが形成されている箇所の正極集電体７ａの厚み（Ｍｄ）よりも大きくできることは、上述の正極の場合と同様であり、その厚みの比（Ｂd／Ｍd）も上記正極の場合と同様の関係を満足するのが好適である。
更には、負極合剤層未形成部１１の作製の仕方も正極の場合と同様である。

負極合剤の負極活物質としては、例えばリチウムをドープ（吸蔵）し且つ脱ドープ（離脱）し得る合金、化合化可能な材料、炭素質材料又はこれらの任意の組合せに係るものを用いることができる。
このリチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料としては、例えばリチウムと合金若しくは化合物を形成可能な金属若しくは半導体、又はこれらの合金若しくは化合物を挙げることができる。

これら金属、合金又は化合物は、例えば、次の化学式Ｄ_ｓＥ_ｔＬｉ_ｕ
（式中のＤはリチウムと合金又は化合物を形成可能な金属元素及び半導体元素のうちの少なくとも１種、Ｅはリチウム及びＤ以外の金属元素及び半導体元素のうちの少なくとも１種を示し、Ｓ、ｔ及びｕはそれぞれｓ＞０、ｔ≧０、ｕ≧０を満足する）で表される。

上記化学式において、リチウムと合金又は化合物を形成可能な金属元素、半導体元素（Ｄ）としては、４Ｂ族の金属元素又は半導体元素が好ましく、特に好ましいのはケイ素又はスズであり、最も好ましいのはケイ素である。
更に、これらの合金又は化合物も好適であり、具体的には、ＳｉＢ_４、ＳｉＢ_６、Ｍｇ_２Ｓｉ、Ｍｇ_２Ｓｎ、Ｎｉ_２Ｓｉ、ＴｉＳｉ_２、ＭｏＳｉ_２、ＣｏＳｉ_２、ＮｉＳｉ_２、ＣａＳｉ_２、ＣｒＳｉ_２、Ｃｕ_５Ｓｉ、ＦｅＳｉ_２、ＭｎＳｉ_２、ＮｂＳｉ_２、ＴａＳｉ_２、ＶＳｉ_２、ＷＳｉ_２及びＺｎＳｉ_２等を挙げることができる。

また、リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料の他の例としては、炭素材料、金属酸化物及び高分子材料などを挙げることができる。
炭素材料としては、例えば、難黒鉛化性炭素、人造黒鉛、コークス類、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、炭素繊維、活性炭及びカーボンブラック類などを例示できる。このうち、コークス類には、ピッチコークス、ニードルコークス及び石油コークス等がある。また、有機高分子化合物焼成体は、フェノール類やフラン類等の高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものである。更に、金属酸化物としては、酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化モリブデン及び酸化スズ等がある。また、高分子材料としては、ポリアセチレンやポリピロール等を挙げることができる。

次に、非水電解質組成物としては、非水溶媒、固体電解質、高分子電解質や高分子化合物に電解質塩を混合又は溶解させた液体状、固体状又はゲル状電解質などを用いることができる。
ここで、非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−バレロラクトン、ビニレンカーボネート等の環状エステル化合物や、ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキサン等のエーテル化合物や、酢酸メチル、プロピレン酸メチル等の鎖状エステル化合物や、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等の鎖状カーボネート、２，４−ジフルオロアニソール、２，６−ジフルオロアニソール、４−プロモベラトロール等を挙げることができ、これらを単独溶媒又は２種類以上の混合溶媒として使用することができる。

また、ゲル状電解質に用いられる高分子材料としては、例えば、ポリアクリロニトリルとポリアクリロニトリルの共重合体を使用することができる。
共重合モノマー（ビニル系モノマー）としては、例えば、酢酸ビニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、イタコン酸、水素化メチルアクリレート、水素化エチルアクリレート、アクリルアミド、塩化ビニル、フッ化ビニリデン、塩化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレンの共重合体、ポリ四フッ化エチレン等を挙げることができる。
更に、アクリロニトリルブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、アクリロニトリル塩化ポリエチレンプロピレンジエンスチレン樹脂、アクリロニトリル塩化ビニル樹脂、アクリロニトリルメタアクリレート樹脂、アクリロニトリルアクリレート樹脂等を使用することができる。

更に、ゲル状電解質に用いられる高分子材料としては、ポリフッ化ビニリデンとポリフッ化ビニリデンの共重合体を使用することができる。
そして、共重合モノマーとしては、例えば、ヘキサフルオロプロピレンやテトラフルオロエチレン等を挙げることができる。なお、ゲル状電解質に用いられる高分子材料としては、これらを単独で又は２種以上混合して使用することができる。

ゲル状電解質層を形成するには、非水溶媒として、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、γ−ブチルラクトン、γ−バレロラクトン等の環状エステル化合物や、ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキサン等のエーテル化合物や、酢酸メチル、プロピレン酸メチル等の鎖状エステル化合物や、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等の鎖状カーボネート、２，４−ジフルオロアニソール、２，６−ジフルオロアニソール、４−プロモベラトロール等を単独溶媒又は２種類以上の混合溶媒として使用することができる。

更に、ゲル状電解質層は、ゲル状電解質としてポリフッ化ビニリデンを使用する場合には、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリ四フッ化エチレン等が共重合された多元系高分子から成るゲル状電解質を用いて形成されていることが好ましい。これにより、より機械的強度の高いゲル状電解質を得ることができる。

また、電解質塩としては、例えば、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＮ（ＣｎＦ_２ｎ＋１ＳＯ_２）_２、ＬｉＣ_４Ｆ_９ＳＯ_３等のリチウム塩を単独で又は２種類以上混合して使用することができる。

巻回電極体の作製に際しては、このような負極活物質を用いて負極合剤スラリーを作製する。この負極合剤スラリーは、例えば、黒鉛材料粉末を９０％、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを１０％の割合で混合して負極合剤を調製し、これをＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させることによって作製することができる。
この負極合剤スラリーを負極集電体７ａの両面に、負極合剤層未形成部１１が形成されるようにして均一に塗布する。

ここで、負極合剤層未形成部１１は、巻回電極体３の外径をｄとするときに、π×ｄ以上、即ち一周回以上の長さとなるようにする。
このように負極合剤スラリーを負極集電体７ａの両面に塗布した後、両面の正極合剤スラリーを乾燥させる。その後、ローラプレス機にかけて圧縮成形を行うことにより、帯状をなす負極７が形成される。

また、セパレータ８，９としては、例えば、微多孔性のポリプロピレンフィルムを用いることができる。このセパレータ８，９の厚さは２５μｍ程度であり、これらを正極６と負極７との間に介在させる。そして、負極７、セパレータ８、正極６及びセパレータ９の順に積層し、これを一端から他端まで巻回させる。そして、粘着テープ等を使用して巻回方向の外周側端部（巻き終り部）を固定する。これにより、渦巻き状に巻回してなる巻回電極体３が作製される。

このような構成を有する巻回電極体３には、図１に示すように、正極集電体６ａに接続された多数の正極リード１２と、負極集電体７ａに接続された多数の負極リード１３とが設けられている。そして、全ての正極リード１２は、巻回電極体３の軸方向の一端である上面側に導出され、また、全ての負極リード１３は、軸方向の他端である下面側に導出されている。
更に、巻回電極体３の中央部の穴には、パイプ状に形成されたセンタピン１４が挿入されている。また、巻回電極体３の上面には上絶縁体１５が配置され、下面には下絶縁体１６が配置されている。

センタピン１４は、電池内部の圧力異常時に、巻回電極体３の潰れを防止又は抑制して内部ショートの発生を防止すると共に、電池缶２の底部に溜まったガスを上部の安全弁装置４側に移動させることを主目的とするものである。
更に、巻回電極体３の電極密度を高めるため、センタピン１４の材質としては、軽くて強度の大きいもの、例えば、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ４３０）、ニッケル鋼、金属チタンが好適であるが、これに限定されるものではない。
センタピン１４の構成材としてＳＵＳ３０４を用いる場合には、センタピン１４の外径をできるだけ小さくしながら、中央穴の内径をできるだけ大きくすると、この中央穴を通過するガスの流量を大きく確保することができる。

このような関係とすることにより、巻回電極体３が温度上昇により膨張して外径が大きくなったときにも、電池缶２の内面に作用する圧力を最小にし、内部圧力の上昇を最小限に押さえることができる。そして、センタピン１４の外径をできるだけ小さくすることと相俟って正極６及び負極７の各合剤層の長さをできるだけ長くすることができる。従って、合剤層を可及的に長くして巻回電極体３全体の容量を増加させることができる。

また、上下の絶縁体１５，１６は、その外径が巻回電極体３の外径よりも若干小径とされており、それぞれの中央部には表裏面を貫通するセンタ穴１５ａ，１６ａが設けられている。そして、上絶縁体１５にはすべての正極リード１２が貫通されていて、負極リード２３は下絶縁体１６の外側を通して下面に集められている。
このような巻回電極体３が上下の絶縁体１５，１６と共に電池缶２の内部に収納されている。そして、下絶縁板１６の下方に集められた多数の負極リード１３が、一まとめにされて端子部２ａの内面に溶接等の固着手段により固定されて電気的に接続されている。

この電池缶２内において、下絶縁板１６の下方領域は、下絶縁板１６のセンタ穴１６ａ、センタピン１４の中央穴１４ａ及び上絶縁板１５のセンタ穴１５ａを介して上絶縁板１５の上方領域と連通されている。上絶縁板１５の上方領域である電池缶２の開口部には、安全弁装置４と端子板５とが互いに重ね合わされて装着されている。
安全弁装置４及び端子板５は共に円板状に形成されており、その外周縁がリング状をなすガスケット１７によって保持され、これらにより電池缶２の開口部が閉じられている。そして、ガスケット１７を介して電池缶２の開口部近傍をカシメ、又はレーザ溶接を施すことにより、電池缶２の開口部が液密に封口されている。

安全弁装置４は、電池内部でガスが異常発生した時に電池内部のガスを外部へ逃がす機能を有する開裂弁１８と、過大な充電時に電流を遮断する機能を有する遮断弁１９とから構成されている。
開裂弁１８は、所定以上の圧力が加えられたときに破断される開裂部を有し、この開裂部が所定以上の圧力で破断されることにより、電池内部のガスを外部へ逃がすようにしている。また、遮断弁１９は、過大な電流が流れたときに、その電流回路を遮断して電流が流れないようにするもので、例えば、ＰＴＣ素子等を適用することができる。

この安全弁装置４の遮断弁１９に対して、上絶縁体１５の上方に導出された多数の正極リード１２が一まとめにされて溶接等の固着手段により固定されて電気的に接続されている。遮断弁１９の半径方向内側は、円形とされて下方へ膨出されている。これに対応するよう端子板５の半径方向内側は、同じ円形ではあるが、遮断弁１９とは反対の上方へ膨出されている。この端子板５には、電池内部の異常なガスを外部へ逃がすためのガス抜き穴５ａが設けられている。

このような構成を有するリチウムイオン二次電池１は、例えば、次のようにして簡単に製造することができる。まず、上述したようにして作製した正極６及び負極７を、セパレータ８，９を介して、負極７、セパレータ８、正極６及びセパレータ９の順に積層した後、これを所定回数巻回し、巻き終り部を粘着テープで固定する。これにより、渦巻き状に巻回してなる巻回電極体３が構成される。

この巻回電極体３の中央の穴にセンタピン１４を挿入すると共にその上下に絶縁体１５，１６を配置して、これを電池缶２の穴内に収納する。次に、多数の負極リード１３を電池缶２の端子部２ａの内面に溶接し、正極リード１２を安全弁装置４に溶接する。
次に、電解液を電池缶２内に注入する。この電解液は、例えば、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートを５：５なる容量比で混合した有機溶媒中に、電解質塩ＬｉＰＦ_６を１モル／リットルの濃度で溶解することによって調製することができる。

その後、アスファルトで表面を塗布した封口用のガスケット１７に安全弁装置４及び端子板５を装着し、これらで電池缶２の開口部を閉鎖する。
次に、電池缶２の開口部をカシメることにより、ガスケット１７を介して安全弁装置４と端子板５を固定する。これにより、外径が円筒形をなすリチウムイオン二次電池１を製造することができる。

このようなリチウムイオン二次電池１において、例えば、充電サイクルが進み過ぎて過充電の状態になると、リチウム金属が負極７の表面に析出し、負極７が厚くなるため、巻回電極体３の外径が大きくなる。すると、巻回電極体３の外周面が電池缶２の内面に当たることにより、負極７及び正極６の各外周側端部が、それぞれ内側に位置するセパレータ８及び９に圧接される。

しかしながら、電池缶２と巻回電極体３とセンタピン１４との寸法関係が上述したような範囲内の値に設定されている場合には、温度上昇によって巻回電極体３が膨張したときにも、隣り合う部材間に設定された隙間によって巻回電極体３の寸法変化を吸収し、巻回電極体３の寸法変化が内部圧力の上昇に与える影響を最小限に止めることができる。そのため、電池内部の圧力上昇を抑制し、液漏れの発生を抑制することができる。

また、内部圧力の上昇によって負極集電体７ａの外周側端部が半径方向内側に位置するセパレータ８を突き破って内側の電極に接触したときにも、その接触部は同じ負極の負極集電体７ａであるため、これによって内部ショートを生ずることがなく、ショートによる不良の発生を防止することができる。
更に、正極集電体６ａの外周側端部が半径方向内側に位置するセパレータ９を突き破って負極集電体７ａに接触し、ショートを生じて発熱したときにも、その接触部は集電体同士であって、熱を拡散することができるため、合剤層の場合に比べて温度上昇を少なくすることができる。従って、発熱や発煙等のように電池全体に影響が及ぶような損傷を最小限に抑えることができ、安全性に優れた非電解質二次電池を得ることができる。

更に、負極７の負極集電体７ａの外周側端部を正極６の正極集電体６ａの外周側端部よりも前方に突出するように構成しているため、電池内部における未反応の負極活物質を減少させ、反応を生じる範囲を広くすることができる。
従って、電池内部の未反応部分が減少した分だけ有効な電池面積を増加させることができ、電池内部の有効活用を図り、エネルギ密度を高め、充電及び放電時におけるサイクル寿命を向上させることができる。

以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

（比較例１〜３、実施例１〜２７）
図１〜図３に示すような非水電解質二次電池を作成した。
まず、炭酸リチウム（Ｌｉ_２ＣＯ_３）と炭酸コバルト（ＣｏＣＯ_３）とを、Ｌｉ_２ＣＯ_３：ＣｏＣＯ_３＝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（ＬｉＣｏＯ_２）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製した。

更に、この正極合剤を溶剤であるＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に分散させて正極合剤スラリーとし、下記の表１に示す所定の厚みの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て乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して正極活物質層を形成し正極を作製した。その際、正極の巻回外周側の端部に一周分正極合剤層未形成部を設けた。しかる後、正極集電体の一端にアルミニウム製の正極リードを取り付けた。
なお、実施例については、正極合剤層未形成部の正極集電体厚が、合剤形成部の正極集電体厚よりも大きくなる構成とした。

次に、負極合材を調製した。まず、原料として人造黒鉛を９０質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン１０質量部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−ピロリドンに分散させて負極合剤スラリーとし、所定の厚みの銅箔よりなる負極集電体の両面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を形成し負極を作製した。その際、負極の巻回外周側の端部に１周分の負極合剤層未形成部を設け、この負極合剤層未形成部にニッケル製の負極リードを取り付けた。

次に、厚み２０μｍの微孔性ポリプロピレンフィルムよりなるセパレータを用意し、正極，セパレータ，負極，セパレータの順に積層して積層体を形成した後、この積層体を正極を内側にして渦巻状に多数回巻回し、巻回体を作製した。
巻回体の胴部の最大径は１７ｍｍとした。巻回体を作製した後、巻回体を一対の絶縁板，で挟み、負極リードを電池缶に溶接すると共に、正極リードを安全弁機構に溶接して、巻回体を１７．５ｍｍの電池缶の内部に収容した。

その後、電池缶の内部に電解液を注入した。電解液としては、炭酸エチレン５０ｖｏｌ％と炭酸ジエチル５０ｖｏｌ％とを混合した溶媒に、電解質塩としてＬｉＰＦ_６を１ｍｏｌ／ｄｍ^３の含有量で溶解させたものを用いた。
電池缶の内部に電解液を注入した後、ガスケットを間にして電池蓋を電池缶にかしめることにより、外径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍの円筒型の二次電池を得た。各例の電池の仕様を表１及び表２に示す。

なお、表１中、「折り返し」は、固定しておらず合剤層未形成部の集電体を単に所定の長さだけ折り返したことを意味し、「積層」は、固定しておらず集電体と同種のアルミニウム箔を積層するか、鋼種の異なるアルミニウム箔を積層したことを意味する。
また、「溶接」は、抵抗溶接（スポット溶接）を適用して、集電体と同種のアルミニウム箔を積層して固定するか、鋼種の異なるアルミニウム箔を積層して固定したことを意味する。

なお、表２中の「折り返し」、「積層」及び「溶接」は、表１中のものと同義である。

［性能評価］
以上のようにして得られた各例の電池を下記の性能評価に供し、得られた結果を表３及び表４に示した。

＜電池容量＞
２３℃環境下、４．２Ｖで１Ａ×５ｈ充電後、５００ｍＡで３．０Ｖまで放電した時の容量を測定した。

＜釘刺し試験＞
初期充電後、４．４Ｖで１Ａ×５ｈで再充電した後、２３±３℃の環境下で実施した。
釘刺し試験条件は２３℃±３℃、釘の材質は鉄でφ４．５ｍｍである。貫通速度は１００ｍ／ｓｅｃで、電池の真ん中を貫通させた。
電池側面に熱電対を取り付けて電池温度を測定した。１００℃以下が良好と判断した。

表１〜表４より、正極集電体を厚くすると容量が低下してしまうが、外周の合剤層未形成部の集電体のみを厚くすることにより容量を落とすことなく、過充電のような異常時において、外部からのダメージにより内部ショートする際に、外周部分の集電体同志が先にショートすることによりジュール熱を下げ、電池をを安全に失活させることができることが分かる。

また、合剤層形成部の正極集電体自体が２０μｍを超える場合では、最外周部分の集電体を厚くしても改善効果は余り大きくない。更に、負極集電体ではその効果は薄い。
このように、本発明の範囲に属する実施例の非水電解質二次電池は、合剤層形成部の集電体を薄くし、外周部分の集電体部分だけを厚くすることで、容量を低下させることなく、異常時に外部からのダメージを受けた時も抵抗の低い箔−箔ショートにより安全に電池を失活することができるものである。
そして、このような構造的に優れた各実施例の非水電解液二次電池は、電池容量に優れるばかりでなく、市場での異常時の信頼性に優れた電池となる。このように優れた性能を実現した非水電解液二次電池は、携帯型電子機器に係る産業の発展に大きく貢献するものとなる。

以上、本発明を好適実施形態及び実施例により詳細に説明したが、本発明はこれらの実施形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形が可能である。
例えば、電池缶が円筒形をなす円筒形二次電池を例に採って説明したが、電池缶が直方体を角形二次電池に適用できることは勿論である。また、外装材の一例として電池缶を用いて説明したが、ラミネートフィルムを用いて成型して得られる袋状の外装材に、巻回電極体を収納した薄形の電池についても、本発明を適用することが可能である。

本発明の非水電解質二次電池の一実施形態を示す縦断面図である。 本発明の非水電解質二次電池に係る巻回電極体を示す斜視図である。 巻回電極体を横方向に切断した断面図である。

符号の説明

１…リチウムイオン二次電池（非水電解質二次電池）、２…電池缶、３…巻回電極体、４…安全弁装置、５…端子板、６…正極、６ａ…正極集電体、６Ａ…正極集電体、６ｂ，６ｃ…正極合剤層、７…負極、７ａ…負極集電体、７Ａ…負極集電体、７ｂ，７ｃ…負極合剤層、８，９…セパレータ、１０，１１…合剤層未形成部、１４…センタピン、１４ａ…中央穴、１７…ガスケット、１８…開裂弁、１９…遮断弁

Claims (5)

1. 帯状をなす集電体の両面に合剤層が形成されて成る帯状の電極間にセパレータを介在させて巻回された巻回電極体と、上記巻回電極体が収納される外装材と、を備えた非水電解質二次電池において、
   上記電極は、上記集電体の上記巻回方向の外周側端部において、当該端部から一周以上の範囲に上記合剤層が両面とも形成されない合剤層未形成部を有し、
   この合剤層未形成部における集電体の厚み（Ｂｄ）が、上記合剤層が形成されている合剤層形成部における集電体の厚み（Ｍｄ）よりも大きいことを特徴とする非水電解質二次電池。
2. 上記集電体の厚みの比（Ｂd／Ｍd）が１．５〜２．５であることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質二次電池。
3. 上記合剤層未形成部における集電体は、上記合剤層形成部における集電体の延在部分の折り返し、又は他の集電体の当接による積層若しくは化学的・物理的に結合による積層によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質二次電池。
4. 上記当接又は化学的・物理的結合による積層に供される他の集電体は、上記合剤層形成部における集電体と同一又は同種の金属材料から成ることを特徴とする請求項３に記載の非水電解質二次電池。
5. 上記集電体が上記電極のうちの正極の集電体であり、アルミニウム又はアルミニウム合金から成ることを特徴とする請求項４に記載の非水電解質二次電池。

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