JP2008243672A - 二次電池用捲回電極、リチウムイオン二次電池および二次電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】安全性が高く、高信頼性でかつ高性能の二次電池用捲回電極、リチウムイオン二次電池および二次電池パックを提供する。
【解決手段】二次電池用捲回電極は、金属箔に負極活物質が塗布された塗布面と、塗布面と同一の面上の非塗布面とを有する負極と、金属箔に正極活物質が塗布された塗布面と、塗布面と同一の面上の非塗布面とを有する正極と、セパレータと、負極、セパレータ、正極を共に捲回してなり、その幅方向の一方側には前記負極の非塗布面が重なり合って形成された負極集電部を有し、その幅方向の他方側には前記正極の非塗布面が重なり合って形成された正極集電部を有する捲回体6と、負極集電部の少なくとも一部を貫通する複数の負極集電タブ7bと、正極集電部の少なくとも一部を貫通する複数の正極集電タブ7aと、負極集電タブと電気的に接続される負極集電体8と、正極集電タブと電気的に接続される正極集電部材9とを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、帯状の正極と負極をセパレータを介して一体に巻いた二次電池用捲回電極、およびそれを用いたリチウムイオン二次電池および二次電池パックに関する。

近年、二次電池の性能が向上し、携帯型電子機器からハイブリッド自動車や電気自動車、電力貯蔵用電源等、応用分野が多岐に渡っている。これらの背景から、二次電池に求められる性能として高出入力性能や高エネルギー密度化はもとより、高寿命、広い動作温度範囲などが挙げられている。特に、近年では、ハイブリッド自動車用電源、電気自動車用電源等の高出力用途向け電池の低抵抗化技術が必要とされている。大電流を流すような高出力型の二次電池は高速充放電時に発熱が大きいため、これら組電池の内部抵抗を下げることで発熱が抑えられ、冷却手段が容易になるだけでなく寿命向上にも貢献できるためである。一方、大電流を扱う二次電池には、従来よりも高い信頼性と安全性も同時に要求されている。

二次電池の分野では、量産に適していることから、特許文献１および特許文献２に記載された捲回電極が広く採用されている。捲回電極とは、帯状の正極及び負極をセパレータを介して巻いた電極構造のことであり、円筒型電池や一部の角型電池で広く用いられている。円筒型電池などでは捲回電極から電流を取り出すために集電タブが捲回電極に取り付けられる。

集電タブは、例えば特許文献１に記載されているように、捲回電極の端面に抵抗溶接される。電池の内部抵抗を低減するためには、これらの集電タブと捲回電極との相互接触面積を上げることが考えられるが、集電タブを捲回電極の端面に広く接合すると、電解液の浸透の妨げとなるため好ましくない。集電タブと捲回電極との相互接触面積を増大させるために、メッシュ状の集電タブを捲回電極の端面に接合する他の構造もあるが、この構造においてはメッシュ状の集電タブが邪魔して十分量の電解液を捲回電極に浸透させ難い。このように内部抵抗の低減化（相互接触面積の増大化）と電解液の浸透性（捲回電極端面の開口率の増大化）とはトレードオフの関係にあるといえる。

特許文献２の電池では、帯状の集電タブを捲回電極のなかに巻き込み、これらの集電タブの端部を捲回電極の端面からそれぞれ突出させている。しかし、特許文献２の電池においては、何らかの異常により発熱した場合に、樹脂製のセパレータが熱収縮し、セパレータと正負両電極との間で位置ずれが発生して、種々の問題を生じるおそれがある。また、特許文献２の電池は、電池の発熱以外にも振動等によりセパレータの位置ずれが生じる可能性があり、電池の信頼性や安全性が不十分である。このため、より大電流が要求される高出力型電池においてはさらなる改善が要望されている。
特開２００２−１１０１３４号公報 特開２００１−２５６９５０号公報

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、安全性が高く、高信頼性でかつ高性能の二次電池用捲回電極、リチウムイオン二次電池および二次電池パックを提供することを目的とする。

本発明に係る二次電池用捲回電極は、帯状の金属箔に負極活物質が塗布された塗布面と、前記塗布面と同一の面上において前記負極活物質が塗布されないで前記金属箔の幅方向の辺縁部が露出する非塗布面とを有する負極と、帯状の金属箔に正極活物質が塗布された塗布面と、前記塗布面と同一の面上において前記正極活物質が塗布されないで前記金属箔の幅方向の辺縁部が露出する非塗布面とを有する正極と、前記負極と正極を互いに絶縁する帯状の多孔性絶縁体からなるセパレータと、前記負極、前記セパレータおよび前記正極を共に捲回してなり、その幅方向の一方側には前記負極の非塗布面が重なり合って形成された負極集電部を有し、その幅方向の他方側には前記正極の非塗布面が重なり合って形成された正極集電部を有する捲回体と、前記負極集電部の少なくとも一部を貫通する複数の負極集電タブと、前記正極集電部の少なくとも一部を貫通する複数の正極集電タブと、前記負極集電タブと電気的に接続される負極集電部材と、前記正極集電タブと電気的に接続される正極集電部材とを具備することを特徴とする。

本発明に係るリチウムイオン二次電池は、帯状の金属箔に負極活物質が塗布された塗布面と、前記塗布面と同一の面上において前記負極活物質が塗布されないで前記金属箔の幅方向の辺縁部が露出する非塗布面とを有する負極と、帯状の金属箔に正極活物質が塗布された塗布面と、前記塗布面と同一の面上において前記正極活物質が塗布されないで前記金属箔の幅方向の辺縁部が露出する非塗布面とを有する正極と、前記負極と正極を互いに絶縁する帯状の多孔性絶縁体からなるセパレータと、前記負極、前記セパレータおよび前記正極を共に捲回してなり、その幅方向の一方側には前記負極の非塗布面が重なり合って形成された負極集電部を有し、その幅方向の他方側には前記正極の非塗布面が重なり合って形成された正極集電部を有する捲回体と、前記負極集電部の少なくとも一部を貫通する複数の負極集電タブと、前記正極集電部の少なくとも一部を貫通する複数の正極集電タブと、前記負極集電タブと電気的に接続される負極集電部材と、前記正極集電タブと電気的に接続される正極集電部材と、前記捲回体に含浸された非水電解質と、を有することを特徴とする。

本発明に係る二次電池パックは、複数のリチウムイオン二次電池が直列に接続された組電池と、前記組電池を囲う外装と、前記組電池の充放電のために前記組電池に接続された入出力回路とを具備する二次電池パックであって、前記リチウムイオン二次電池は、帯状の金属箔に負極活物質が塗布された塗布面と、前記塗布面と同一の面上において前記負極活物質が塗布されないで前記金属箔の幅方向の辺縁部が露出する非塗布面とを有する負極と、帯状の金属箔に正極活物質が塗布された塗布面と、前記塗布面と同一の面上において前記正極活物質が塗布されないで前記金属箔の幅方向の辺縁部が露出する非塗布面とを有する正極と、前記負極と正極を互いに絶縁する帯状の多孔性絶縁体からなるセパレータと、前記負極、前記セパレータおよび前記正極を共に捲回してなり、その幅方向の一方側には前記負極の非塗布面が重なり合って形成された負極集電部を有し、その幅方向の他方側には前記正極の非塗布面が重なり合って形成された正極集電部を有する捲回体と、前記負極集電部の少なくとも一部を貫通する複数の負極集電タブと、前記正極集電部の少なくとも一部を貫通する複数の正極集電タブと、前記負極集電タブと電気的に接続される負極集電部材と、前記正極集電タブと電気的に接続される正極集電部材と、前記捲回体に含浸された非水電解質と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、複数の集電タブによりセパレータを正極もしくは負極に固定するので、発熱や振動が発生した場合であっても、セパレータと正極もしくは負極との間に位置ずれを生じ難くなる。このため、捲回電極の内部短絡が有効に防止される。

また、本発明によれば、正負両極の集電タブを捲回電極の外周面側からそれぞれ突き刺し、正負両極の集電部をそれぞれ貫通させているので、内部抵抗の低減化と電解液の浸透性とを両立させることができる。

以下、本発明を実施するための種々の形態について添付の図面を参照して説明する。

先ず本発明の第１の実施形態として角型偏平形状の捲回電極およびリチウム二次電池について図１〜図６を参照して説明する。

図５は電池容器に収容される前の捲回電極を示す分解斜視図、図６は捲回電極の負極集電部のところで切り欠いて示すリチウム二次電池の断面図である。図５及び図６に示すように、本実施形態の捲回電極１０は、偏平形状の捲回体６と、複数の集電タブ７ａ，７ｂと、２対の集電板８，９とを備えている。捲回体６は、１対の帯状のセパレータ３ａ，３ｂ、帯状の負極４、帯状の正極５を含み、これらセパレータ３ａ，３ｂ間に負極４と正極５とが交互に配置された積層構造体である。負極４は、集電体となる金属箔に負極活物質が塗布された塗布面４ａと、負極活物質が塗布されない非塗布面４ｂとを有する。負極の非塗布面４ｂは、捲回体６の幅方向の一方側の辺縁部に重なり合って、図４に示すように負極集電部４ｆを形成する。負極の塗布面４ａは、正極活物質から放出されるリチウムイオンを吸蔵および放出可能なリチウムチタン酸化物負極活物質を含んでいる。

同様に正極５は、金属箔に正極活物質が塗布された塗布面５ａと、正極活物質が塗布されない非塗布面５ｂとを有する。正極の非塗布面５ｂは、捲回体６の幅方向の他方側の辺縁部に重なり合って、図４に示すように正極集電部５ｆを形成する。正極の塗布面５ａは、リチウムイオンを放出可能な正極活物質を含んでいる。

図２と図３に示すように、帯状のセパレータ３ａ，３ｂの幅は帯状の負極４および正極５の各幅よりも少し大きい。負極４、第１セパレータ３ａ、第２セパレータ３ｂ、正極５の順に重ね合わせる。これらの重ね合わせにおいて、負極４の非塗布面４ｂがセパレータ３ａ，３ｂの幅方向の一方側の辺縁部に重なり合うように、負極４を偏らせて配置する。これにより非塗布面４ｂとセパレータ３ａ，３ｂとの重なり部分４ｃが形成される。これに対して、正極５の非塗布面５ｂがセパレータ３ａ，３ｂの幅方向の他方側の辺縁部に重なり合うように、正極５を偏らせて配置する。これにより非塗布面５ｂとセパレータ３ａ，３ｂとの重なり部分５ｃが形成される。なお、第１及び第２のセパレータ３ａ，３ｂは、同じ幅で、ほぼぴったりと重なり合うように配置される。また、第１及び第２のセパレータ３ａ，３ｂの両辺縁部には複数の孔４ｄ，５ｄが形成されている。さらに、負極４の一方側の辺縁部にも複数の孔４ｄが形成されている。正極５の一方側の辺縁部にも複数の孔５ｄが形成されている。

このように重ね合わせられた負極４、第１セパレータ３ａ、第２セパレータ３ｂ、正極５からなるアッセンブリは、図示しない捲回器の巻き心棒に巻きつけられ、捲回される。図４に示すように、得られた捲回体６の外周は、第２のセパレータ３ｂで覆われている。捲回体６の幅方向の中央には正極活物質塗布部５ａと負極活物質塗布部４ａが位置し、捲回体６の幅方向の一方側の辺縁部には負極集電部４ｆが位置し、捲回体６の幅方向の他方側の辺縁部には正極集電部５ｆが位置する。

図４に示すように、二つの群の集電タブ７ａ，７ｂが捲回体６の軸に交差する向きに捲回体６をそれぞれ貫通している。第１群の集電タブ７ｂは、先端が針状をなし、捲回体６の一方側の辺縁部から突き刺され、負極集電部４ｆを貫通して反対側の辺縁部に突出している。本実施形態では各集電タブ７ｂを孔４ｄから負極集電部４ｆに突き刺している。これら第１群の集電タブ７ｂの両端には短冊状の負極集電板８がそれぞれ抵抗溶接される。一方、第２群の集電タブ７ａは、捲回体６の一方側の辺縁部から突き刺され、正極集電部５ｆを貫通して反対側の辺縁部に突出している。同様に、これら第２群の集電タブ７ａの両端には短冊状の正極集電板９がそれぞれ抵抗溶接される。このようにして正極集電部５ｆを貫通する複数の正極集電タブ７ａおよび負極集電部４ｆを貫通する複数の負極集電タブ７ｂを有する捲回電極１０が得られる。

上記の捲回電極１０は、電池容器１１のなかに液密に収容され、非水電解質が含浸されている。電池容器１１の内面は絶縁層１２で被覆され、捲回電極１０と電池容器１１との間が絶縁されている。捲回電極１０は、集電部材としての集電板８，９が電池容器１１の主面側になるように容器１１内に配置されている。負極集電板８はリード部材１６を介して負極端子１４ａに接続されている。同様に、正極集電板９はリード部材１６を介して正極端子１４ｂに接続されている。負極端子１４ａと正極端子１４ｂは、絶縁性のハーメチックシール部材１５を介して蓋１３にそれぞれ取り付けられている。蓋１３の内面には絶縁性の押え部材１７が取り付けられ、電極捲回体６の巻き終端部を押さえつけている。蓋１３の外周は容器開口１１ａの周壁に溶接されている。符号１８はその溶接部を示す。

次に図１〜図６を参照しながら本実施形態のリチウム二次電池を製造する場合について説明する。

本実施形態では偏平形状の捲回電極と角型の二次電池を作製する。負極４、第１セパレータ３ａ、正極５、第２セパレータ３ｂをこの順に重ね合わせる（工程Ｓ１）。負極４と正極５は、セパレータ３ａ，３ｂに比べてやや幅が狭い。これらの重ね合わせでは、図２に示すように、負極４と正極５をセパレータ３ａ，３ｂに対してそれぞれ幅方向にずらせて配置する。すなわち、負極集電部４ｂがセパレータ３ａ，３ｂの一方側の辺縁部に重なるように、負極４をセパレータ３ａ，３ｂに対して幅方向の一方側へ寄せて配置する。これに対して、正極集電部５ｂがセパレータ３ａ，３ｂの対向辺縁部に重なるように、正極５をセパレータ３ａ，３ｂに対して幅方向の他方側へ寄せて配置する。

このようにして重ね合わせたアッセンブリの短辺部を捲回器の巻き心棒に取り付け、 負極４、正極５、セパレータ３ａ，３ｂをコイル状に捲回し、捲回体６を形成する（工程Ｓ２）。

捲回体６を捲回器から取り外し、プレス加工機により捲回体６に外周面側から押圧力を印可し、捲回体６を偏平状にプレス成形する（工程Ｓ３）。針状の集電タブ７ａ，７ｂを捲回体６の負極集電部４ｆと正極集電部５ｆにそれぞれ突き刺し、捲回体６を貫通させて、集電タブ７ａ，７ｂの先端を捲回体６の反対側から突き出させる（工程Ｓ４）。本実施形態では各集電タブ７ａ，７ｂは孔４ｄ，５ｄを介して捲回体６を突き刺すようにしているが、孔４が無い場合であっても集電タブ７ａ，７ｂの先端を鋭く尖らせることにより、集電タブ７ａ，７ｂは捲回体６を貫き通すことができる。

なお、捲回体６を偏平状に押し潰した後か、または捲回体６を偏平状に押し潰すと同時に、第１群及び第２群の集電タブ７ａ，７ｂを捲回体６に突き刺すことができる。捲回体６の偏平加工時のプレス圧力を利用して、針状の集電タブ７ａ，７ｂを捲回体６に容易に突き刺すことができるからである。なお、本実施形態では正負両極の集電タブ７ａ，７ｂを各６本にしているが、本発明はこれのみに限られず集電タブ７ａ，７ｂの本数を４本、５本、あるいは７本以上１２本以下とすることもできる。針状集電タブ７ａ，７ｂの本数を増加させるに従って捲回電極の内部抵抗が減少する。

また、集電タブ７ａ，７ｂは、各極集電部４ｆ，５ｆの金属箔（例えばアルミニウム箔）と抵抗溶接によってそれぞれ接合されていることが望ましいが、これらの抵抗溶接は必ずしも必要ではない。各極集電部４ｆ，５ｆを貫通する集電タブ７ａ，７ｂの端部が後述する集電板８，９と抵抗溶接されるからである。こうすることで、絶縁セパレータの位置ずれや熱による収縮が起こり難くなるため、本実施形態の捲回電極およびこれを用いた電池は、従来品よりも信頼性と安全性が高まる。

集電タブ７ａ，７ｂを捲回体６に突き刺した後に、第１群の集電タブ７ｂの両端を一対の負極集電板８にそれぞれ抵抗溶接し、第２群の集電タブ７ａの両端を一対の正極集電板９にそれぞれ抵抗溶接する（工程Ｓ５）。このようにして捲回電極１０が得られる。なお、２対の集電板８，９を同時に抵抗溶接することが望ましい。また、一方側の集電板８（又は９）に集電タブ７ｂ（又は７ａ）を予め抵抗溶接しておき、集電タブ７ｂを捲回体６に突き刺した後に、他方側の集電板８のみを集電タブ７ｂに抵抗溶接することもできる。

図５に示すように、捲回電極１０を角型の電池容器１１内に装入する（工程Ｓ６）。次いで、負極集電板８に負極リード部材１６を抵抗溶接する。同様にして、正極集電板９に正極リード部材１６を抵抗溶接する。これらの正負両極のリード部材１６は後述する正負両極の端子１４ａ，１４ｂにそれぞれ接続される（工程Ｓ７）。

図示しないノズルを容器の開口１１ａに挿入し、図示しないガス抜き孔を介して容器１１内を排気しながらノズルから容器１１内に非水電解液を注入する（工程Ｓ８）。このとき開口１１ａが他の部材（集電タブや集電板など）に遮られていないので、捲回電極１０に対して非水電解質液が迅速かつ十分に浸透する。これにより短時間の注入で十分量の非水電解質液が捲回体６に含浸される。なお、電解液の注入後に、集電板８，９とリード部材１６と端子１４ａ，１４ｂとの接続を行うようにしてもよい。

蓋１３を容器開口１１ａを塞ぐように容器１１に被せ、蓋１３の周縁部を電池容器１１に溶接するとともに、ハーメチックシール部材１５を蓋１３と各端子１４ａ，１４ｂとの間に挿入し、電池容器１１を液密に封止する（工程Ｓ９）。このようにして図１に示す二次電池２０が得られる。

本実施形態において、集電タブ７ａ，７ｂは、複数の針状電極からなるため、捲回体６内部の集電体（活物質が塗布された金属箔）との接触面積が多く、接触抵抗（電池の内部抵抗）を減少させることができる。

また、本実施形態の針状の集電タブ７ａ，７ｂは、電極活物質までの距離がほぼ均等となるため、大電流充放電時において電極内部に電流分布を生じにくい。これに対して、従来（例えば特許文献１）の端面溶接型の集電タブは、電極活物質までの距離に大きなばらつきがあるため、大電流充放電時において電極内部に電流分布を生じやすい。

また、本実施形態では、捲回電極１０の端面を塞ぐことなく集電タブ７ａ，７ｂを取り付け、電流の取り出しが可能となるため、捲回した電極中への電解液の含浸が容易となる。特に、γ−ブチロラクトン（GBL）を含む電解液は、他の一般的な汎用の電解液に比べて粘性が高い。このため、電解液が捲回電極１０内に浸透していき難く、短い処理時間では十分量の電解液が捲回電極に含浸されないおそれがある。しかし、本発明によれば、捲回電極の端面の開口率が大きくなるため、電解液の含浸性が大幅に向上する。結果として、電池の抵抗低減だけでなく、電池の製品ばらつきを抑え、安定した生産が可能となる。

これらにより、本発明によれば、組電池を構成する際にばらつきを抑え、かつ電極集電体の抵抗を低減し、電極内部の電流分布も緩和させることができるため、電池パックの性能の安定化と高性能化をすることが可能となる。

次に図９〜図１１を参照しながら他の実施形態の二次電池を製造する場合について説明する。

本実施形態では円柱形状の捲回電極と円筒型の二次電池を作製する。負極４、第１セパレータ３ａ、正極５、第２セパレータ３ｂをこの順に重ね合わせる（工程Ｋ１）。これらの重ね合わせでは、図１０に示すように、負極４と正極５をセパレータ３ａ，３ｂに対してそれぞれ幅方向にずらせて配置する。すなわち、負極集電部４ｆがセパレータ３ａ，３ｂの一方側の辺縁部に重なるように、負極４をセパレータ３ａ，３ｂに対して幅方向の一方側へ寄せて配置する。負極集電部４ｆとセパレータ３ａ，３ｂとが重なり合う領域４ｃには複数のスリット孔４ｅが所定ピッチ間隔に開口している。

これに対して、正極集電部５ｆがセパレータ３ａ，３ｂの対向辺縁部に重なるように、正極５をセパレータ３ａ，３ｂに対して幅方向の他方側へ寄せて配置する。正極集電部５ｆとセパレータ３ａ，３ｂとが重なり合う領域５ｃには複数のスリット孔５ｅが所定ピッチ間隔に開口している。

このようにして重ね合わせたアッセンブリの短辺部を捲回器の巻き心棒に取り付け、負極４、正極５、セパレータ３ａ，３ｂをコイル状に捲回し、捲回体６を形成する（工程Ｋ２）。

捲回体６を捲回器から取り外す。取り外した捲回体６をタブ取付装置のクランプ手段によって把持し固定する。タブ取付装置は、ステープル（ホチキス針）状または帯状の集電タブ７Ａをワークに順次かしめるカシメ手段を備えている。このカシメ手段は、捲回体６の端面と向き合って配置され、第１群の集電タブ７Ａの両端を負極集電部４ｆの１対のスリット孔４ｅに、第２群の集電タブ７Ａの両端を正極集電部５ｆの１対のスリット孔５ｅにそれぞれ突き通し、集電タブ７Ａの両端部をかしめて負極集電部４ｆおよび正極集電部５ｆの内部にそれぞれ食い込ませる（工程Ｋ３）。タブ取付装置は、集電タブ７Ａを１本ずつ捲回体６にかしめるようにしてもよいし、複数本（例えば５本）の集電タブ７Ａを一括にかしめるようにしてもよい。

次いで、第１群の集電タブ７Ａのほぼ中央に負極集電板８をそれぞれ抵抗溶接し、第２群の集電タブ７Ａのほぼ中央に正極集電板９をそれぞれ抵抗溶接する（工程Ｋ４）。これにより図１１の（ａ）（ｂ）に示す円柱形状の捲回電極１０Ａを得る。この捲回電極１０Ａを円筒型の電池容器内に収容する（工程Ｋ５）。次いで、負極集電板８に負極リード部材を抵抗溶接する。同様にして、正極集電板９に正極リード部材を抵抗溶接する。これらの正負両極のリード部材は正負両極の端子にそれぞれ接続される（工程Ｋ６）。

図示しないノズルを電池容器の開口に挿入し、図示しないガス抜き孔を介して電池容器内を排気しながらノズルから電池容器内に非水電解液を注入する（工程Ｋ７）。捲回電極１０Ａに対して非水電解液が迅速に浸透する。これにより、短時間の注入で十分量の非水電解液が捲回体６に含浸される。

蓋を容器の開口を塞ぐように被せ、蓋の周縁部を容器に溶接するとともに、ハーメチックシール部材を蓋と各端子との間に挿入し、容器を液密に封止する（工程Ｋ８）。このようにして円筒型の二次電池が得られる。

以下に、捲回電極を構成する要素をそれぞれ詳細に説明する。

１）負極
負極は、例えば負極活物質、導電剤および結着剤を適当な溶媒に分散させて得られる負極材ペーストを帯状の金属箔の片側または両面に塗布することにより作製する。負極活物質は、例えばリチウムイオンを吸蔵・放出するチタン含有金属複合酸化物など、金属リチウムに対する電位が０．５Ｖよりも高いような材料、例えばチタン酸リチウムのようなチタン含有金属複合酸化物を用いた場合、電池を急速に充電した場合でも負極上でのリチウムデンドライトの発生が起こらず、劣化が少なくなるため好ましい。チタン含有金属複合酸化物としては、例えば、酸化物合成時はリチウムを含まないチタン系酸化物、リチウムチタン酸化物、リチウムチタン酸化物の構成元素の一部を異種元素で置換したリチウムチタン複合酸化物などを挙げることができる。リチウムチタン酸化物としては、例えば、スピネル構造を有するチタン酸リチウム（例えばＬｉ_4+xＴｉ₅Ｏ₁₂（ｘは充放電により変化する値で、０≦ｘ≦３））、ラムステライド型のチタン酸リチウム（例えばＬｉ_2+yＴｉ₃Ｏ₇（ｙは充放電により変化する値で、０≦ｙ≦３）などを挙げることができる。また、チタン系酸化物としては、ＴｉＯ₂、ＴｉとＰ、Ｖ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素を含有する金属複合酸化物などが挙げられる。ＴｉＯ₂はアナターゼ型で熱処理温度が３００〜５００℃の低結晶性のものが好ましい。ＴｉとＰ、Ｖ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素を含有する金属複合酸化物としては、例えば、ＴｉＯ₂−Ｐ₂Ｏ₅、ＴｉＯ₂−Ｖ₂Ｏ₅、ＴｉＯ₂−Ｐ₂Ｏ₅−ＳｎＯ₂、ＴｉＯ₂−Ｐ₂Ｏ₅−ＭｅＯ（ＭｅはＣｕ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素）などを挙げることができる。この金属複合酸化物は、結晶相とアモルファス相が共存もしくは、アモルファス相単独で存在したミクロ構造であることが好ましい。このようなミクロ構造であることによりサイクル性能が大幅に向上することができる。中でも、リチウムチタン酸化物、ＴｉとＰ、Ｖ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ及びＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素を含有する金属複合酸化物が好ましい。金属硫化物として硫化リチウム（TiS₂）、硫化モリブデン（MoS₂）,硫化鉄（FeS、FeS₂、Li_xFeS₂）などが挙げられる。金属窒化物としてリチウムコバルト窒化物（Li_xCo_yN、0<x<4,0<y<0.5）などが挙げられる。

負極活物質には、スピネル構造を有するチタン酸リチウムを使用することが望ましい。この場合、正極活物質には、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物及びリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物のうちのいずれかを使用することが望ましい。このような正極活物質及び負極活物質を用いた非水電解質二次電池は、２５℃環境下で１Ｃ充電した際の充電曲線におけるＳＯＣに対する電圧変化率Ａが満充電電圧Ｖ_H1（Ｖ）に達する時に２０（ｍＶ／％ＳＯＣ）よりも大きな値となる。なお、上記充電曲線を示す非水電解質二次電池は、負極活物質として炭素質物を使用し、かつ正極活物質にリチウムマンガン複合酸化物を使用することによっても実現可能である。

負極活物質の平均粒子径は１μｍ以下であることが望ましい。平均粒子径１μｍ以下の負極活物質を使用することにより、上記充電曲線を示す非水電解質二次電池のサイクル性能を向上することができる。とくに、急速充電時および高出力放電時においてこの効果は顕著となる。但し、平均粒径が小さ過ぎると、非水電解質の分布が負極側に偏り、正極での電解質の枯渇を招く恐れがあるため、その下限値は０．００１μｍにすることが好ましい。

なお、負極活物質の粒径測定は、例えば、レーザー回折式分布測定装置（島津SALD-300）を用い、まず、ビーカーに試料を約０．１ｇと界面活性剤と１〜２ｍＬの蒸留水を添加して十分に攪拌した後、攪拌水槽に注入し、２秒間隔で６４回光度分布を測定し、粒度分布データを解析するという方法にて測定できる。

導電剤として、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、コークス、炭素繊維、黒鉛等の炭素材料を用いることができる。

結着剤として、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等を用いることができる。

集電体として、負極の電位に応じて種々の金属箔を用いることができる。金属箔には、例えばアルミニウム箔、アルミニウム合金箔、ステンレス鋼箔、チタン箔、チタン合金箔、ニッケル箔、ニッケル合金箔などを用いることが望ましい。金属箔の厚さは、８μｍ以上２５μｍ以下であることが好ましい。また、負極電位が金属リチウムに対して０．３Ｖよりも貴である場合、例えば負極活物質としてリチウムチタン酸化物を使用する際には、アルミニウム箔やアルミニウム合金箔が電池重量を抑えることができるため好ましい。なお、銅（Ｃｕ）は非水電解液中に溶け出し、電池反応に悪影響を及ぼすので好ましくない。

アルミニウム箔及びアルミニウム合金箔の平均結晶粒径は、５０μｍ以下であることが好ましい。これにより、集電体の強度を飛躍的に増大させることができるため、負極を高いプレス圧で高密度化することが可能となり、電池容量を増大させることができる。また、高温環境下（４０℃以上）における過放電サイクルでの負極集電体の溶解・腐食劣化を防ぐことができるため、負極インピーダンスの上昇を抑制することができる。さらに、出力特性、急速充電、充放電サイクル特性も向上させることができる。平均結晶粒径のより好ましい範囲は３０μｍ以下であり、更に好ましい範囲は５μｍ以下である。

平均結晶粒径は次のようにして求められる。集電体表面の組織を光学顕微鏡で組織観察し、１ｍｍ×１ｍｍ内に存在する結晶粒の数ｎを求める。このｎを用いてＳ＝１ｘ１０⁶／ｎ（μｍ²）から平均結晶粒子面積Ｓを求める。得られたＳの値から下記（１）式により平均結晶粒子径ｄ（μｍ）を算出する。

ｄ＝２（Ｓ／π）^1/2 …（１）
平均結晶粒子径の範囲が５０μｍ以下の範囲にあるアルミニウム箔またはアルミニウム合金箔は、材料組成、不純物、加工条件、熱処理履歴ならび焼なましの加熱条件など多くの因子に複雑に影響され、前記結晶粒子径（直径）は、製造工程の中で、前記諸因子を組み合わせて調整される。

アルミニウム箔およびアルミニウム合金箔の厚さは、２０μｍ以下、より好ましくは１５μｍ以下である。アルミニウム箔の純度は９９％以上が好ましい。アルミニウム合金としては、マグネシウム、亜鉛、ケイ素などの元素を含む合金が好ましい。一方、鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属の含有量は１％以下にすることが好ましい。なお、車載用のリチウムイオン二次電池の場合は、アルミニウム合金箔が特に好ましい。

負極活物質、導電剤、結着剤の配合比は、負極活物質８０〜９５質量％、導電剤３〜２０質量％、結着剤１．５〜７質量％の範囲にすることが好ましい。

２）正極
正極は、例えば正極活物質、導電剤および結着剤を適当な溶媒に分散させて得られる正極材ペーストを金属箔の片側または両面に塗布することにより作製する。

正極活物質は、種々の酸化物、硫化物などが挙げられる。例えば、二酸化マンガン(MnO₂)、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、リチウムマンガン複合酸化物(例えばLi_xMn₂O₄またはLi_xMnO₂)、リチウムニッケル複合酸化物(例えばLi_xNiO₂)、リチウムコバルト複合酸化物(例えばLi_xCoO₂)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(例えばLiNi_1-yCo_yO₂)、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(例えばLiMn_yCo_1-yO₂)、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物（Li_xMn_2-yNi_yO₄）、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物（Li_xFePO₄、Li_xFe_1-yMn_yPO₄、Li_xCoPO₄など）、硫酸鉄（Fe₂(SO₄)₃）、バナジウム酸化物（例えばV₂O₅） などが挙げられる。 また、ポリアニリンやポリピロールなどの導電性ポリマー材料、ジスルフィド系ポリマー材料、イオウ（S）、フッ化カーボンなどの有機材料および無機材料も挙げられる。

より好ましい二次電池用の正極は、電池電圧が高いリチウムマンガン複合酸化物(Li_xMn₂O₄)、リチウムニッケル複合酸化物(Li_xNiO₂)、リチウムコバルト複合酸化物(Li_xCoO₂)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(Li_xNi_1-yCo_yO₂)、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物（Li_xMn_2-yNi_yO₄）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(Li_xMn_yCo_1-yO₂)、リチウムリン酸鉄（Li_xFePO₄）などが挙げられる。なお、x、ｙは０〜1の範囲であることが好ましい。

また、正極活物質には、組成がLi_aNi_bCo_cMn_dO₂（但し、モル比a,b,c及びdは0≦a≦1.1、0.1≦b≦0.5、0≦c≦0.9、0.1≦d≦0.5）で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を使用することができる。

前記導電剤としては、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、人工黒鉛、天然黒鉛、導電性ポリマー等を用いることができる。

前記結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ＰＶｄＦの水素もしくはフッ素のうち、少なくとも１つを他の置換基で置換した変性ＰＶｄＦ、フッ化ビニリデン−６フッ化プロピレンの共重合体、ポリフッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−６フッ化プロピレンの３元共重合体等を用いることができる。

前記結着剤を分散させるための有機溶媒としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）等が使用される。

前記集電体としては、例えば厚さ８〜２５μｍのアルミニウム箔、アルミニウム合金箔、ステンレス箔、チタン箔等を挙げることができる。

前記正極集電体は、アルミニウム箔若しくはアルミニウム合金箔が好ましく、負極集電体と同様にその平均結晶粒径は５０μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、３０μｍ以下である。更に好ましくは５μｍ以下である。前記平均結晶粒径が５０μｍ以下であることにより、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔の強度を飛躍的に増大させることができ、正極を高いプレス圧で高密度化することが可能になり、電池容量を増大させることができる。

平均結晶粒径の範囲が５０μｍ以下の範囲にあるアルミニウム箔またはアルミニウム合金箔は、材料組織、不純物、加工条件、熱処理履歴、ならびに焼鈍条件など複数の因子に複雑に影響され、前記結晶粒径は製造工程の中で、前記諸因子を組み合せて調整される。

アルミニウム箔およびアルミニウム合金箔の厚さは、２０μｍ以下、より好ましくは１５μｍ以下である。アルミニウム箔の純度は９９％以上が好ましい。アルミニウム合金としては、マグネシウム、亜鉛、ケイ素、などの元素を含む合金が好ましい。一方、鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属の含有量は１％以下にすることが好ましい。

正極活物質、導電剤、結着剤の配合比は、正極活物質８０〜９５質量％、導電剤３〜２０質量％、結着剤１．５〜７質量％の範囲にすることが好ましい。

３）セパレータ
セパレータには多孔質セパレータを用いる。多孔質セパレータとして、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を含む多孔質フィルム、合成樹脂製不織布等を用いることができる。中でも、ポリエチレンか、あるいはポリプロピレン、または両者からなる多孔質フィルムは、電池温度が上昇した場合に細孔を閉塞して充放電電流を大幅に減衰させるシャットダウン機能を付加しやすく、二次電池の安全性を向上できるため、好ましい。

４）非水電解質
非水電解質として、LiBF₄、LiPF₆、LiAsF₆、LiClO₄、LiCF₃SO₃、LiN(CF₃SO₂)₂、LiN(C₂F₅SO₂)₂、Li(CF₃SO₂)₃C、LiB[(OCO)₂]₂などから選ばれる一種以上のリチウム塩を０．５〜２ｍｏｌ／Ｌの濃度で有機溶媒に溶解した有機電解液が挙げられる。

有機溶媒としてプロピレンカーボネート（PC）、エチレンカーボネート（EC）などの環状カーボネートや、ジエチレルカーボネート（DEC）、ジメチルカーボネート（DMC）、メチルエチルカーボネート（MEC）などの鎖状カーボネートや、ジメトキシエタン（DME）、ジエトエタン（ＤＥＥ）などの鎖状エーテルや、テトラヒドロフラン（THF）、ジオキソラン（DOX）などの環状エーテルや、γ-ブチロラクトン（GBL）、アセトニトリル（AN）、スルホラン（SL）などの単独もしくは混合溶媒を用いることが好ましい。

また、非水電解質として、リチウムイオンを含有した常温溶融塩（イオン性融体）を用いることができる。リチウムイオンと有機物カチオンとアニオンから構成されるイオン性融体であり、100℃以下、好ましくは室温以下でも液状であるものを選択すると、広い動作温度の二次電池を得ることができる。

５）集電板（集電部材）および集電タブ
正極用の集電板および集電タブには、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金、ステンレス鋼などを用いることができる。ステンレス鋼は剛性が強く抵抗溶接なども容易に行えるため、集電タブ（貫通電極体）の材質として好ましい。

負極用の集電板および集電タブには、ステンレス鋼、チタン合金、ニッケルなどを用いることができる。負極電位が金属リチウムに対して１Ｖよりも貴である負極の場合、例えば負極活物質としてリチウムチタン酸化物を使用した場合は、負極用の集電体および集電タブとしてアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いることが好ましい。アルミニウムまたはアルミニウム合金を用いると、集電板は面積が大きいため、軽量かつ電気抵抗を小さく抑えることができるからである。負極用の集電タブとして、アルミニウムやアルミニウム合金の他に、ステンレス鋼を用いることができる。ステンレス鋼のように剛性の強い金属を用いることで、捲回電極のプレス成形（偏平加工）時などを利用して、集電タブに電極捲回体の金属箔を容易に貫通させることができる。

次に、図７と図８を参照して本発明の電池パック４０を構成する要素と作製方法についてそれぞれ説明する。

６）単電池の積層方法
角型偏平形状電池２０と伝熱板（図示せず）とを交互に積層することにより組電池２２が形成される。組電池２２において、電池２０と伝熱板とは両面粘着テープ２３または接着剤を用いて接着されるのが好ましい。このように電池２０と伝熱板とを密着させることで、伝熱板と電池２０との隙間をなくし、伝熱効率を高めることができる。なお、粘着テープ２３や接着剤は熱伝導性が高いものが好ましく、市販の熱伝導性両面テープや熱伝導性接着剤を用いることができる。

９）電池パックの制御回路及び制御方法
電池パック４０は制御回路基板２４を備えている。制御回路基板２４は、サーミスタ２５および保護回路２６（図８参照）と、図示しない演算回路、記憶装置および温度制御回路を含んでいる。保護回路２６は、電池２０の温度管理を行い、かつ電流の調整や遮断等を行う。演算回路は、温度検知手段から温度検出信号を受け、記憶装置から所望の算式やデータを呼び出し、演算を行う。さらに、演算回路は、例えばＨＥＶ駆動システムのＳＯＣ検知手段（図示せず）からＳＯＣ検出信号を受けて、記憶装置から所望の算式やデータを呼び出し、演算を行う。記憶装置は、種々の算式やデータを記憶・格納するデータベースとしての役割を有する。温度制御回路は、演算回路から制御指令信号を受け、それに基づいて熱電変換素子を制御する。

なお、電池２０がリチウムイオン二次電池の場合は、制御回路基板２４に保護回路機能を持たせることが好ましい。組電池２２からの正極タブは制御回路基板２４を介して外部端子２７に接続されている。一方、負極タブは直接に外部端子に接続されている。

制御回路基板２４には、組電池２２の温度管理を行うための温度制御回路が実装されている。温度制御回路は、組電池２２の温度を検出するための温度検知手段から得られた温度情報をもとに、組電池の温度制御のための充放電制御を行う。温度検知手段として、熱電対やサーミスタといった広く公知の技術を利用することができる。環境温度の影響を受けにくくするため、温度検知手段は、偏平形状電池２０の中心部に配置することが好ましく、伝熱板と単電池２０との間に隙間ができないように配置することが望ましい。具体的には薄型サーミスタ２５を積層間に挟み込み、接着剤で充填することで、単電池２０相互間の隙間を排除することができる。

９）電池パックの外装構造
これらの組電池２２および制御回路基板２４は電池ケース３５内に収容され、電池ケース３５に蓋３６を被せてパッケージ化される。ケース３５及び蓋３６に断熱材（図示せず）を充填または内張りして、断熱構造とする。断熱材には、ウレタン系、フェノール系、ポリスチレン系、セルロース系などの樹脂系断熱材全般が利用可能なほか、グラスウールやロックウール等の難燃性断熱材も適用可能である。

以下に種々の実施例を挙げ、本発明をさらに詳しく説明するが、発明の主旨を超えない限り本発明は以下に記載される実施例に限定されるものでない。

（実施例１）
実施例１として図５と図６に示すタイプの捲回電極１０を有するリチウムイオン二次電池を作製した。正極活物質にリチウムコバルト酸化物（LiCoO₂）を用いた。正極活物質、導電材及び結着剤を配合してｎ−メチルピロリドン（NMP）溶媒に分散してスラリーを調製した。得られたスラリーを厚さ１５μｍで、平均結晶粒子径が５０μｍのアルミニウム箔（純度９９．９９％）に塗布、乾燥、プレス工程を経て正極を作製した。

負極活物質としてチタン酸リチウム（Li₄Ti₅O₁₂）を用意した。負極活物質、導電材及び結着剤を配合してｎ−メチルピロリドン（NMP）溶媒に分散してスラリーを調製した。得られたスラリーを厚さ１５μｍで、平均結晶粒子径が５０μｍのアルミニウム箔（純度９９．９９％）に塗布、乾燥、プレス工程を経て負極を作製した。

次に、上記の正極と負極との間に厚さ２０μｍの帯状ポリエチレン製多孔質フィルムからなるセパレータシートを挟み込み、これらを捲回器で捲回し、電極捲回体を作製した。正極と負極は、セパレータシートに比べてやや幅が狭く、それらが互いに逆向きに少しずつずらされて重ね合わされ、電池容量３Ａｈとなるように捲回されている。これにより、電極捲回体の一方側の端縁部において負極集電部（負極の金属箔露出部）とセパレータのみが重なり、他方側の端縁部において正極集電部（正極の金属箔露出部）とセパレータのみが重なる。このようにして得た電極捲回体をプレス加工機で偏平状にプレスした。

アルミニウム合金線材を所定の長さに切断し、プレス成形し、先端の形状を整えて、直径２ｍｍの針状の集電タブを作製した。また、アルミニウム合金板材を所定サイズに切断し、短冊状の集電板を作製した。

第１群の集電タブ７ｂを負極集電部４ｆに貫通させ、第２群の集電タブ７ａを正極集電部５ｆに貫通させた。針状集電タブ７ａ，７ｂは、第１群および第２群ともに１０本ずつとした。第１群の集電タブ７ｂの両端を一対の負極集電板８とそれぞれ抵抗溶接した。また、第２群の集電タブ７ａの両端を一対の正極集電板９とそれぞれ抵抗溶接した。これにより実施例１の捲回電極１０を得た。

得られた捲回電極１０をラミネートフィルム製の角型容器のなかに装入し、これに非水電解質を注液し、加圧含浸処理を行った。なお、本実施例ではラミネートフィルム製の電池容器を用いたが、アルミ缶などの金属缶を用いた電池容器でも同様の効果が得られる。このようにして容量３Ａｈのリチウムイオン二次電池を得た。この二次電池の内部抵抗を測定した。

（実施例２）
実施例２として図１１に示すタイプの捲回電極１０Ａを有するリチウムイオン二次電池を作製した。本実施例では、実施例１と同様に作製した捲回体の負極集電部４ｆおよび正極集電部５ｆに、それぞれ帯状またはステープル状の集電タブ７Ａを取り付けた。すなわち、負極集電部４ｆと正極集電部５ｆに、あらかじめスリット状の貫通孔４ｅ，５ｅを５箇所づつ形成し、これらの孔４ｅ，５ｅに帯状またはステープル状の集電タブ７Ａの端部をそれぞれ挿入して、抵抗溶接を行った。集電タブ７Ａは、幅５ｍｍのアルミニウム合金薄板からなり、タブ取付機によりステープル（ホチキス針）のように捲回体に突き刺し、両端部がカシメられる。なお、集電タブ７Ａは、捲回体６の端面との間に隙間を生じるように取り付けられる。

さらに、図示するように正負両極の集電板８，９を５本の集電タブ７Ａの各々と交差するように配置してそれぞれ抵抗溶接した。これにより実施例２の捲回電極１０Ａを得た。

実施例１と同様にして捲回電極１０Ａを電池容器内のなかに装入し、これに非水電解質を注液し、加圧含浸処理を行った。これにより容量３Ａｈのリチウムイオン二次電池を得た。この二次電池の内部抵抗を測定した。

本実施例では、集電タブの幅に応じて貫通箇所を少なくすることにより、接触抵抗（内部抵抗）を低減でき、電解液の含浸を良好にすることができる。また、捲回電極の端面には集電板や集電タブなどが溶接されていないため、端面から電解液が捲回体のなかに容易に浸透し、十分量の電解液を捲回体に迅速に含浸させることができる。なお、本実施例では、集電タブの形状を帯状またはステープル状としたが、これらのみに限られず平らな面を有する集電タブであれば同様の効果を得ることができる。

（比較例１）
比較例１として図１２に示すタイプの捲回電極１０Ｂを有するリチウムイオン二次電池を作製した。本比較例１では、実施例１と同様に作製した捲回電極の負極集電部４ｆと正極集電部５ｆとに、幅１０ｍｍの集電タブ７Ｂをそれぞれ１つずつ取り付け、内部抵抗を測定した。この集電タブ７Ｂは、幅広である点を除けば、上記実施例２の集電タブ７Ａと同じタイプである。なお、セパレータシートとして上記の各実施例１，２のそれよりも幅が狭いものを用いた。このため、捲回電極１０Ｂの負極集電部４ｆおよび正極集電部５ｆは金属箔が露出した状態となっている。

（比較例２）
比較例２として図１３に示すタイプの捲回電極１０Ｃを有するリチウムイオン二次電池を作製した。本比較例２では、上記の比較例１と同様に、幅狭のセパレータを用いて捲回体６を形成した。捲回体６の両端面に、従来手法により図示のように負極集電板８および正極集電板９をそれぞれ取り付け、捲回電極１０Ｃを得た。得られた捲回電極１０Ｃを電池容器のなかに装入し、電解液を注入し、電池容器を液密に封止して二次電池を作製した。作製した二次電池の内部抵抗を測定した。

次に、上記の実施例および比較例のサンプル電池について、種々の特性と性能をそれぞれ測定し、それらを評価した結果を説明する。

＜電池内部抵抗および電解液の含浸率＞
表１に各電池の電解液を２５℃、０．７５ＭＰａで２時間加圧含浸した後の初期状態における実施例と比較例の内部抵抗を対比して示す。従来方法を用いた比較例１を基準とした内部抵抗の比で表されている。

また、表２には、所定の面積中に取り込むことのできる電解液の重さをあらかじめ計測し、電解液が完全に含浸した状態を１００％としたときの、２５℃、０．７５ＭＰａで非水電解液の含浸処理３０分経過後の含浸率を表した。この比較から、本発明の実施例の電池は電解液を含浸しやすく、初期状態でも低い内部抵抗を示すことが明らかとなった。

＜電池内部抵抗＞
表１に各電池の電解液を加圧含浸した後の初期状態における電池の内部抵抗の比較を表１に示す。従来方法を用いた比較例１を基準とした内部抵抗の比で表されている。この比較から、本発明の実施例の電池は電解液を含浸しやすく、初期状態でも低い内部抵抗を示すことが明らかとなった。

＜電池放電曲線と電池温度＞
次に、上記の実施例１，２および比較例１，２の各電池を、放電率５Ｃで連続放電したときの電池の放電特性曲線および温度特性曲線をそれぞれ図１４に示した。図中の特性線Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１は、それぞれ実施例１、実施例２、比較例１、比較例２の放電特性を示す曲線である。また、図中の特性線Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２は、それぞれ実施例１、実施例２、比較例１、比較例２の温度特性を示す曲線である。なお、１Ｃとは、単電池を１時間で放電しきるに要する電流値であり、便宜的には単電池の公称容量の数値を１Ｃ電流値と置き換えることができる。従って放電率１０Ｃの場合は、単電池の公称容量を１２分間で放電しきるに要する電流値ということになる。

特性線Ａ１，Ｂ１および特性線Ａ２，Ｂ２に示すように、実施例１と実施例２の電池では、放電時の電圧低下が少なく、かつ発熱も低いため温度上昇が少ないことが判明した。これに対して、特性線Ｃ１，Ｄ１および特性線Ｃ２，Ｄ２に示すように、比較例１と比較例２の電池では、実施例１，２に比べて、放電時の電圧低下が大きく、かつ電池電圧が低いことが判明した。

さらに、比較例１，２の電池は、放電時の電池の温度上昇が大きいことから、内部抵抗が大きいことが明らかとなった。比較例１の電池は、電極接合面が狭く、また捲回電極として電流の偏りが生じるため、電極の能力を活用することができないものと考えられる。一方、比較例２の電池は、電極接合面は多いが、電極捲回体の両端面を塞ぐ形で集電板が取り付けられるため、電極捲回体への電解液の含浸が不十分になり、結果として内部抵抗が高くなったものと考えられる。

＜セパレータ熱収縮＞
次に、電池を外部短絡させたときに発生する熱により、セパレータが収縮することによるセパレータの位置ずれを検証した。本実験では電池を約１５０℃の環境下に約１０分間放置したあと、電池を分解してセパレータの位置ずれの有無を調べた。

その結果を表２に示した。実施例１と実施例２の電池においては、セパレータの貫通孔の広がりが確認されたものの、内部短絡の原因となるようなセパレータの位置ずれ及び収縮は確認されなかった。

一方、比較例１と比較例２の電池では、セパレータの収縮による位置ずれが確認され、内部短絡の可能性があることが示唆された。これにより、本発明によれば、熱によるセパレータの収縮を抑え、内部短絡を防ぐ効果があることが確認された。

本発明の実施形態に係るリチウム二次電池の製造方法の工程図。 捲回前のセパレータ、負極、正極を示す平面図。 捲回された負極、正極、セパレータ（捲回体）を示す分解斜視図。 本発明の実施形態に係る二次電池用捲回電極を示す斜視図。 本発明の実施形態に係る二次電池用捲回電極、電池容器および蓋を示す分解斜視図。 本発明の実施形態に係るリチウム二次電池を負極集電部のところで切り欠いて示す断面図。 本発明の実施形態に係る二次電池パックを示す分解斜視図。 本発明の実施形態に係る二次電池パックの制御ブロック図。 他の実施形態のリチウム二次電池の製造方法の工程図。 捲回前の他のセパレータ、負極、正極を示す平面図。 （ａ）は実施例の捲回電極を示す分解斜視図、（ｂ）は実施例の捲回電極の側面図。 （ａ）は比較例の捲回電極を示す分解斜視図、（ｂ）は比較例の捲回電極の側面図。 （ａ）は他の比較例の捲回電極を示す分解斜視図、（ｂ）は他の比較例の捲回電極の側面図。 実施例および比較例の容量・電圧特性線図および容量・温度特性線図。

符号の説明

３ａ，３ｂ…セパレータ、
４…負極、４ａ…負極活物質塗布部（塗布面）、４ｂ…非塗布面、４ｃ…非塗布面とセパレータとの重なり部分、４ｄ，４ｅ…孔、４ｆ…負極集電部、
５…正極、５ａ…正極活物質塗布部（塗布面）、５ｂ…非塗布面、５ｃ…非塗布面とセパレータとの重なり部分、５ｄ，５ｅ…孔、５ｆ…正極集電部、
６…捲回体、７ａ，７ｂ，７Ａ，７Ｂ…集電タブ、８，９…集電板（集電部材）、
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…捲回電極、
１１…電池容器、１１ａ…開口、１２…絶縁層、１３…蓋、１４ａ，１４ｂ…端子、１５…シール部材、１６…リード部材、１８…溶接部、
２０…二次電池（単電池）、２２…組電池、２３…接合部材（粘着テープ、接着剤）、
２４…制御回路基板、２８，３０…リード、２９，３１…外部端子、
３５…電池ケース（外装）、３６…蓋（外装）、
４０…電池パック。

Claims (13)

1. 帯状の金属箔に負極活物質が塗布された塗布面と、前記塗布面と同一の面上において前記負極活物質が塗布されないで前記金属箔の幅方向の辺縁部が露出する非塗布面とを有する負極と、
   帯状の金属箔に正極活物質が塗布された塗布面と、前記塗布面と同一の面上において前記正極活物質が塗布されないで前記金属箔の幅方向の辺縁部が露出する非塗布面とを有する正極と、
   前記負極と正極を互いに絶縁する帯状の多孔性絶縁体からなるセパレータと、
   前記負極、前記セパレータおよび前記正極を共に捲回してなり、その幅方向の一方側には前記負極の非塗布面が重なり合って形成された負極集電部を有し、その幅方向の他方側には前記正極の非塗布面が重なり合って形成された正極集電部を有する捲回体と、
   前記負極集電部の少なくとも一部を貫通する複数の負極集電タブと、
   前記正極集電部の少なくとも一部を貫通する複数の正極集電タブと、
   前記負極集電タブと電気的に接続される負極集電部材と、
   前記正極集電タブと電気的に接続される正極集電部材とを具備することを特徴とする二次電池用捲回電極。
2. 前記負極集電タブは、針状に尖った先端部を有し、前記捲回体の巻き軸と交差する向きに前記負極集電部を貫通し、前記正極集電タブは、針状に尖った先端部を有し、前記捲回体の巻き軸と交差する向きに前記正極集電部を貫通していることを特徴とする請求項１記載の捲回電極。
3. 前記負極集電部および前記正極集電部に複数の孔がそれぞれ形成され、前記負極集電タブは、前記孔を通って前記負極集電部を貫通し、
   前記正極集電タブは、前記孔を通って前記正極集電部を貫通していることを特徴とする請求項２記載の捲回電極。
4. 前記負極集電タブおよび前記正極集電タブは、幅が実質的に一様な帯であることを特徴とする請求項３記載の捲回電極。
5. 前記負極集電タブおよび前記正極集電タブは、前記捲回体をそれぞれ貫通していることを特徴とする請求項１記載の捲回電極。
6. 前記捲回体は偏平状であることを特徴とする請求項１記載の捲回電極。
7. 前記負極活物質はリチウムチタン酸化物を含むことを特徴とする請求項１記載の捲回電極。
8. 前記リチウムチタン酸化物は、スピネル構造およびラムスデライト構造のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項７記載の捲回電極。
9. 前記リチウムチタン酸化物の平均粒径は１μｍ以下であることを特徴とする請求項７記載の捲回電極。
10. 前記負極の前記金属箔は、５０μｍ以下の平均結晶粒径を有するアルミニウムまたはアルミニウム合金により形成されていることを特徴とする請求項１記載の捲回電極。
11. 帯状の金属箔に負極活物質が塗布された塗布面と、前記塗布面と同一の面上において前記負極活物質が塗布されないで前記金属箔の幅方向の辺縁部が露出する非塗布面とを有する負極と、
    帯状の金属箔に正極活物質が塗布された塗布面と、前記塗布面と同一の面上において前記正極活物質が塗布されないで前記金属箔の幅方向の辺縁部が露出する非塗布面とを有する正極と、
    前記負極と正極を互いに絶縁する帯状の多孔性絶縁体からなるセパレータと、
    前記負極、前記セパレータおよび前記正極を共に捲回してなり、その幅方向の一方側には前記負極の非塗布面が重なり合って形成された負極集電部を有し、その幅方向の他方側には前記正極の非塗布面が重なり合って形成された正極集電部を有する捲回体と、
    前記負極集電部の少なくとも一部を貫通する複数の負極集電タブと、
    前記正極集電部の少なくとも一部を貫通する複数の正極集電タブと、
    前記負極集電タブと電気的に接続される負極集電部材と、
    前記正極集電タブと電気的に接続される正極集電部材と、
    前記捲回体に含浸された非水電解質と、を有することを特徴とするリチウムイオン二次電池。
12. 前記非水電解質はγ-ブチロラクトンを含むことを特徴とする請求項１１記載のリチウムイオン二次電池。
13. 複数のリチウムイオン二次電池が直列に接続された組電池と、前記組電池を囲う外装と、前記組電池の充放電のために前記組電池に接続された入出力回路とを具備する二次電池パックであって、
    前記リチウムイオン二次電池は、
    帯状の金属箔に負極活物質が塗布された塗布面と、前記塗布面と同一の面上において前記負極活物質が塗布されないで前記金属箔の幅方向の辺縁部が露出する非塗布面とを有する負極と、
    帯状の金属箔に正極活物質が塗布された塗布面と、前記塗布面と同一の面上において前記正極活物質が塗布されないで前記金属箔の幅方向の辺縁部が露出する非塗布面とを有する正極と、
    前記負極と正極を互いに絶縁する帯状の多孔性絶縁体からなるセパレータと、
    前記負極、前記セパレータおよび前記正極を共に捲回してなり、その幅方向の一方側には前記負極の非塗布面が重なり合って形成された負極集電部を有し、その幅方向の他方側には前記正極の非塗布面が重なり合って形成された正極集電部を有する捲回体と、
    前記負極集電部の少なくとも一部を貫通する複数の負極集電タブと、
    前記正極集電部の少なくとも一部を貫通する複数の正極集電タブと、
    前記負極集電タブと電気的に接続される負極集電部材と、
    前記正極集電タブと電気的に接続される正極集電部材と、
    前記捲回体に含浸された非水電解質と、を有することを特徴とする二次電池パック。

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