JP2012190739A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】異物混入による電圧の低下を抑制することができる二次電池を提供する。
【解決手段】リチウムイオン二次電池は、電極群７から導出された正極タブ１１が、正極集電部材５の外周面に接合され、正極タブ１１の外周に正極押さえ部材２２が配置されている。正極タブ１１は、正極集電部材５の電極群７とは反対側の端面を越えず、かつ、正極押さえ部材２２の電極群７側の端面を越えるように予め長さが調製されている。また、正極タブ１１は、正極電極１３を帯状に展開したときの長手方向の両端面部から導出された正極タブ１１が中間部から導出された正極タブ１１より長く形成されている。正極タブ１１を正極集電部材５の外周面に接合後に正極タブ１１に電極群７側とは反対側の端面を越える延出部が形成されず、延出部の切断が不要となる。
【選択図】図７

Description

本発明は二次電池に係り、特に、正極および負極のタブが電極群を介して互いに反対側に導出された電極群と、電極群の両端面にそれぞれ対向配置された集電部材と、正極および負極のタブの外周に配置された押さえ部材と、を備えた二次電池に関する。

従来、二次電池はさまざまな用途で広く使用されており、最近では、特にリチウムイオン二次電池が数多く用いられている。中でも、帯状の正負極板がセパレータを介して軸芯に断面渦巻状に捲回された電極群を円筒状の電池缶に収容した円筒形捲回式リチウムイオン二次電池は、高エネルギー密度であるメリットを活かして、ＶＴＲカメラ、ノート型パソコンまたは携帯電話等のポータブル機器に使用されている。一方、リチウムイオン二次電池は、大電流充放電用途の二次電池として、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の車載電源等にも使用されている。

一般に、大電流充放電用途の捲回式リチウムイオン二次電池では、電池の内部抵抗を低減するため、正負極板の一側から複数の集電タブがそれぞれ導出されている。集電タブは電極群の互いに反対側にそれぞれ配設され、集電タブの端部が、電極群の端面にそれぞれ対向配置された集電部材の電極群に対向する面と交差する外周面に集められ接合されている。集電タブを集電部材に接合する方法としては、超音波接合やレーザ溶接等が挙げられる。

集電タブは電極群のいずれの位置においても集電部材に集めて接合されるように、集電部材から最も離れた位置の長さ以上の長さに設定されている。このため、集電部材に接合された集電タブには集電部材に接合された接合箇所から更に延出する延出部が形成される。この延出部が残されたまま電池を組み立てると、電池内部で他の部材、とりわけ、異極の部材と接触してしまい、電池使用時に短絡するおそれがある。これを回避するために、二次電池の製造過程で集電タブの延出部を切断して除去している(特許文献1参照)。

特開平９−９２３３８号公報

しかしながら、集電タブの延出部を切断することにより、金属粉等の異物が発生するおそれがある。この金属異物が電極群や電池容器の内部に混入して正極電位に触れると、金属イオンになり、この金属イオンが負極電位に触れると析出する。析出した金属が成長し、セパレータを貫通し微小内部短絡等が発生することが懸念される。この結果、二次電池の電圧が低下する。

本発明は上記事案に鑑み、異物混入による電圧の低下を抑制することができる二次電池を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、長手方向と交差する方向に複数のタブがそれぞれ導出された帯状の正極と負極とを帯状のセパレータを介して捲回した電極群であって、前記正極および負極のタブが前記電極群を介して互いに反対側に導出された電極群と、前記電極群の両端面にそれぞれ対向配置され、前記正極および負極のタブがそれぞれ外周面に接合され外径が前記電極群より小さい集電部材と、前記集電部材に接合された正極および負極のタブの外周に配置された押さえ部材と、前記電極群、集電部材および押さえ部材を収容する容器と、前記容器の開口を封止する蓋体と、を備え、前記正極および負極の少なくとも一方のタブは、前記集電部材の前記電極群側とは反対側の端面を越えず、かつ、前記押さえ部材の前記電極群側の端面を越えるように予め長さが調製されたことを特徴とする。

本発明において、正極および負極の少なくとも一方のタブの間隔を一定とすることができる。正極および負極の少なくとも一方のタブを、正極および負極を帯状に展開したときの長手方向の両端面部から導出されたタブが中間部から導出されたタブより長いことが好ましい。正極および負極の少なくとも一方のタブは、長手方向の中間部から導出されたタブから両端面部から導出されたタブに向けて徐々に長さが長くなるように予め長さが調製されていてもよい。長手方向の中間部から導出されたタブから両端面部から導出されたタブに向けて、正極および負極の少なくとも一方のタブの先端部間を結ぶ仮想線を直線または曲線としてもよい。正極および負極の少なくとも一方のタブは、長手方向の中央と交差する仮想軸に対して非対称であることが好ましい。

本発明によれば、正極および負極の少なくとも一方のタブは、集電部材の電極群側とは反対側の端面を越えないように長さが調製されているため、タブを集電部材の外周面に接合してもタブに電極群側とは反対側の端面を越える延出部が形成されないことから、延出部の切断が不要となるので、延出部を切断する際に発生する金属粉等の異物が発生せず、内部短絡等の発生が抑制されるので、異物混入による電圧の低下を抑制することができると共に、押さえ部材の電極群側の端面を越えるように長さが調製されているため、タブを集電部材の外周面に確実に接合でき、かつ、タブを集電部材および押さえ部材で挟んで接合できるので、安定して接合することができる、という効果を得ることができる。

本発明が適用可能な実施形態の円筒形リチウムイオン二次電池の一部破断分解斜視図である。 実施形態のリチウムイオン二次電池を模式的に示す断面図である。 実施形態のリチウムイオン二次電池を構成する電極群を巻き解いた状態を示す一部破断斜視図である。 実施形態のリチウムイオン二次電池の製造時に電極群の両端面に配置された正負極集電部材に正負極タブがそれぞれ接合された状態を模式的に示す断面図である。 実施形態のリチウムイオン二次電池の製造工程の概略を示す工程図である。 実施形態のリチウムイオン二次電池の正極電極を帯状に展開したときの状態を模式的に示す平面図である。 実施形態のリチウムイオン二次電池の正極集電部材に接合された正極タブの接合状態を示す部分拡大断面図である。 本発明が適用可能な他の実施形態のリチウムイオン二次電池の負極集電部材に接合された負極タブの接合状態を示す部分拡大断面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る二次電池を、円筒形リチウムイオン二次電池に適用した実施の形態について説明する。

（構成）
図１および図２に示すように、本実施形態の円筒形リチウムイオン二次電池（以下、二次電池と略称する。）４０は、有底円筒状の電池容器１を備えている。電池容器１は、表面にニッケルメッキが施された炭素鋼で構成されており、上端部側に内側に突出した（かしめ）溝が形成されている（図２）。電池容器１内には、発電要素として機能する円柱状の電極群７が収容されている。

図３に示すように、電極群７は、樹脂製（例えば、ポリプロピレン製）で中空円筒状の軸芯８の周囲に帯状の正極電極１３、負極電極１４が帯状の第１セパレータ１９、第２セパレータ２０を介して捲回されて構成されている。第１セパレータ１９、第２セパレータ２０は、いずれも、ポリエチレン多孔膜等の多孔質で絶縁性を有する材質で形成されている。軸芯８の外周に接する最内周側に第２のセパレータ２０が捲回されており、その外側に、負極電極１４、第１セパレータ１９および正極電極１３がこの順に積層され捲回されている。すなわち、最内周の負極電極１４の内側（軸芯８との間）には、第２セパレータ２０および第１セパレータ１９がこの順で数周（図３で、一周）捲回されており、第２セパレータ２０と第１セパレータ１９との間に負極電極１４を位置させ、第１セパレータ１９の外側に正極電極１３が捲回されている。電極群７の最外周では、負極電極１４を覆うように第１セパレータ１９が捲回されている。最外周の第１セパレータ１９は、電極群７が捲き解かれないように、捲き止めテープ２１で止められている（図１も参照）。

正極電極１３は、アルミニウム等の金属製で薄膜状の正極集電体を有しており、正極集電体の両面に正極合剤が塗布された正極合剤塗布部１５が形成されている。正極合剤は、正極活物質と、正極導電材と、正極バインダ（結着剤）とが混合されている。本例では、正極活物質としてはリチウム酸化物であるマンガン酸リチウム、正極導電材としては鱗片状黒鉛、正極バインダとしてはポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦと略記する。）が用いられている。

正極電極１３の長辺部、つまり、長手方向一側の側縁部（図３の上側部分）には、正極合剤が無塗布で正極集電体が露出した正極合剤無塗布部が形成されている。この正極合剤無塗布部は、櫛状に切り欠かれ、軸芯８と平行に上方に延出した複数の正極タブ１１が一体的に形成されている。すなわち、正極電極１３には、長手方向と交差する方向に複数の正極タブ１１が導出されている。

図６に示すように、本例では、正極タブ１１の間隔が一定で、その長さは正極電極１３の長さ方向で異なっている。すなわち、正極タブ１１は、正極電極１３を帯状に展開したときの長手方向の両端面部から導出されたタブが中間部から導出されたタブより長く設定されている。また、正極タブ１１は、長手方向の中間部から導出されたタブから両端面部から導出されたタブに向けて徐々に長さが長くなるように予め長さが調製されている。更に、正極タブ１１の長さは、長手方向の中間部から導出されたタブから両端面部から導出されたタブに向けて、正極タブ１１の先端部間を結ぶ仮想線が曲線となるように、調製されている。正極タブ１１は、長手方向の中央と交差する仮想軸に対して非対称となるように形成されている。なお、図６では、曲線を構成することをわかりやすく説明するために、正極タブ１１の先端部の形状を誇張して示している。

負極電極１４は、銅等の金属製で薄膜状の負極集電体を有しており、負極集電体の両面に負極合剤が塗布された負極合剤塗布部１６が形成されている。負極合剤は、負極活物質と、負極バインダとが混合されている。本例では、負極活物質としては黒鉛炭素、負極バインダとしてはＰＶＤＦが用いられている。

負極電極１４の長辺部、つまり、長手方向一側の側縁部（図３の下側部分）には、負極合剤が無塗布で負極集電体が露出した負極合剤無塗布部が形成されている。この負極合剤無塗布部は、櫛状に切り欠かれ、軸芯８と平行に下方に延出した複数の負極タブ１２が一定の間隔で一体的に形成されている。すなわち、負極電極１４には、長手方向と交差する方向に複数の負極タブ１１が導出されている。

電極群７では、正極タブ１１および負極タブ１２が電極群７の互いに反対側に導出されている。電極群７の一側（図１、図２の上側）には、正極電極１３から導出された正極タブ１１を外周面に接合し、正極電極１３からの電流を集結し、正極電極１３への電流を分配するための円盤状の正極集電部材５が電極群７の端面に対向配置されている。正極集電部材５は、本例では、アルミニウム（合金）で形成されている。また、正極集電部材５は、その外周に、電極群７側とは反対の方向に屈曲した鍔部を有している。すなわち、鍔部は、電極群７の軸芯方向に沿うように位置しており、この鍔部が上述した外周面を構成している。正極集電部材５は外径が、軸芯８の外径より大きく電極群７の外径より小さく形成されており、軸芯８の上端部に圧入され嵌め合いにより固定されている。正極集電部材５の外径が、電極群７の外径より小さく形成されていると、正極タブ１１を正極集電部材５の外周面に集結しやすく、正極タブ１１の平均長さがより短くなるので、抵抗を低減させることができる。

正極集電部材５の外周面、つまり、電極群７に対向する面と交差する面に、正極電極１３から導出された複数の正極タブ１１が集結され、正極集電部材５の外周面に集結された正極タブ１１の外周にリボン状でアルミニウム製の正極押さえ部材２２が巻き付けられて接合されている。すなわち、正極タブ１１は、正極集電部材５および正極押さえ部材２２で挟まれて接合されている。このとき、正極タブ１１は、正極集電部材５の電極群７側とは反対側の上端面を越えず、かつ、正極押さえ部材２２の電極群７側の下端面を越えるように予め長さが調製されている。つまり、正極タブ１１は、予めその先端が正極集電部材５と正極押さえ部材２２に挟まれて接合される範囲に含まれるような長さに調製されている。正極タブ１１の長さは、軸芯８の径、正極電極１３、負極電極１４、第１セパレータ１９、第２セパレータ２０の厚み、正極タブ１１の正極電極１３に対する長さ方向の位置および正極集電部材５の径の関係によって決まる。このため、全ての正極タブ１１が正極集電部材５に接合された後、正極集電部材５の電極群７の反対側の端面から正極タブ１１がはみ出して延出する部分が形成されない。

電極群７の他側（図１、図２の下側）には、負極電極１４から導出された負極タブ１２を外周面に接合し、負極電極１４からの電流を集結し、負極電極１４への電流を分配するための円盤状の負極集電部材６が電極群７の端面に対向配置されている。負極集電部材６は、本例では、銅（合金）で形成されている。また、負極集電部材６は、その外周に、電極群７側とは反対の方向に屈曲した鍔部を有している。すなわち、鍔部は、電極群７の軸芯方向に沿うように位置しており、この鍔部が上述した外周面を構成している。負極集電部材６は外径が、軸芯８の外径より大きく、電極群７の外径より小さく形成されており、軸芯８の下端部に圧入され嵌め合いにより固定されている。

負極集電部材６の外周面、つまり、電極群７に対向する面と交差する面に、負極電極１４から導出された複数の負極タブ１２が集結され、負極集電部材６に集結された負極タブ１２の外周にリボン状で銅製の負極押さえ部材２３が巻き付けられて接合されている。すなわち、負極タブ１２は、負極集電部材６および負極押さえ部材２３で挟まれて接合されている。負極タブ１２はすべてほぼ同じ長さで形成されており、負極電極１４から導出される基部から負極集電部材６の外周面までの最大長さより長くなるように形成されている。このため、負極集電部材６に負極タブ１２を接合したときは、負極集電部材６の電極群７の反対側の端面から負極タブ１２がはみ出して延出する余剰分、すなわち、延出部１２ｓを有することとなる（図４）。この延出部１２ｓは、電極群７の端面における負極タブ１２の導出位置が負極集電部材６の外周面の位置に近くなるほど長さが長くなる。本例では、電池を完成させる際に負極タブ１２の延出部１２ｓが切断により取り除かれている。

正極集電部材５の上方（電極群７と反対側）には、電池容器１の開口部を封止するための蓋体５０が配置され、電池容器１が密閉されている。蓋体５０は、上蓋３と上蓋ケース４とで構成されている。上蓋３は、炭素鋼にニッケルメッキを施して形成され、全体としてハット状を呈している。上蓋ケース４は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されている。上蓋３の外周部が上蓋ケース４の外周部でかしめ固定されている。このため、蓋体５０は、電気伝導性を有している。正極集電部材５の上部（電極群７の反対側の面）には、正極リード９の一側端部が接合され、上蓋ケース４の下面（電極群７側の面）には、正極リード９の他端部が接合されている。このため、蓋体５０と電極群７を構成する正極電極１３とが電気的に接続されている。つまり、蓋体５０が正極外部端子を兼ねている。

負極集電部材６の下方（電極群７と反対側）には、負極リード１０が接合されている。負極リード１０は、電池容器１内に電極群７を収容した後、軸芯８の中央部に溶接治具を通し溶接することで、電池容器１の内底部に接合されている。このため、電池容器１と電極群７を構成する負極電極１４とが電気的に接続されている。つまり、電池容器１が負極外部端子を兼ねている。

電池容器１内には、非水電解液１７が注入されている。非水電解液１７としては、リチウム塩をカーボネート系溶媒に溶解させた溶液を用いることができる。リチウム塩としては、例えば、６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）、４フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ_４）、等を挙げることができる。また、カーボネート系溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）等、および、これらの溶媒の２種以上を混合した混合溶媒、を挙げることができる。なお、図２では、わかりやすくするために、非水電解液１７の液面が電池容器１の深さに対して半分程度の位置に示されているが、実際には電極群７の全体を浸潤するように非水電解液１７が注入されている。

正極集電部材５、正極押さえ部材２２、負極集電部材６、負極押さえ部材２３が組みつけられた電極群７等が収容された電池容器１の開口部（図２の上部）は、電気絶縁性のガスケット２を介して蓋体５０で封止されている。すなわち、ガスケット２は、上蓋ケース４と電池容器１との間に配置されている。ガスケット２は、樹脂で形成されており、例えば、エチレンプロピレン共重合体（ＥＰＤＭ）を挙げることができる。このため、ガスケット２により、正極外部端子を兼ねる蓋体５０と、負極外部端子を兼ねる電池容器１とが電気的に絶縁されることとなる。

（製造）
図５に示すように、二次電池４０は、正極電極１３、負極電極１４を作製し、正極電極１３に正極タブ１１および負極電極１４に負極タブ１２をそれぞれ形成する電極工程Ｐ１と、正極電極１３、負極電極１４を第１セパレータ１９、第２セパレータ２０を介して捲回し電極群７を作製する捲回工程Ｐ２と、正極タブ１１、負極タブ１２をそれぞれ正極集電部材５、負極集電部材６に接合する接合工程Ｐ３と、電極群７を電池容器１に収容し、リチウムイオン二次電池４０を完成させる組立工程Ｐ４とを経て製造される。以下、工程順に説明する。

電極工程Ｐ１では、正極電極１３および負極電極１４のどちらを先に作製してもよい。本例では、正極電極１３の作製を先に説明する。正極電極１３の作製では、正極活物質であるマンガン酸リチウムの粉末と、正極導電材の鱗片状黒鉛と、正極バインダのＰＶＤＦとを質量比８５：１０：５の割合で混合して正極合剤を調製する。粘度調整溶媒としてＮ−メチルピロリドン（以下、ＮＭＰと略記する。）を用い、正極合剤を略均一に混練して合剤スラリを調製する。帯状の正極集電体の両面に合剤スラリを塗布することで、正極合剤塗布部１５を形成する。分散溶液の溶媒には、例えば、ＮＭＰや水等を用いることができる。正極合剤の塗布厚さは、本例では、片面約４０μｍに調整されている。

正極集電体に正極合剤塗布部１５を形成するときに、正極集電体の長手方向一側の側縁部にスラリが無塗布の正極合剤無塗布部を形成する。乾燥後、正極合剤無塗布部を櫛状に切り欠いて、切り欠き残部で複数の正極タブ１１を形成する。このとき、正極タブ１１の間隔が一定となるように形成する。正極タブ１１の先端が、正極集電部材５の電極群７側とは反対側の端面を越えず、かつ、正極押さえ部材２２の電極群７側の端面を越えるように予め長さを調製する。すなわち、正極タブ１１は、正極集電部材５と正極押さえ部品２２で挟まれて接合された後、延出部がない長さに調製されている。

図６に示すように、正極タブ１１の長さは、正極電極１３を帯状に展開したときの長手方向の位置で異なる。すなわち、正極タブ１１は、正極電極１３を帯状に展開したときの長手方向の両端面部から導出されたタブが中間部から導出されたタブより長くなるように設定されている。また、正極タブ１１の長さは、正極電極１３の長手方向の中間部から導出されたタブから両端面部から導出されるタブに向けて、正極タブ１１の先端部間を結ぶ仮想線が曲線となるように設定されている。正極タブ１１は、長手方向の中央と交差する仮想軸に対して非対称となるように設定されている。

図２に示すように、正極タブ１１の長さは、正極集電部材５の外径が軸芯８の外径より大きく電極群７の外径より小さいため、電極群７の内側ほど長く、正極集電部材５の外周面の位置に近くなるほど短くなり、さらに電極群７の外側に位置するほど長くなる。正極タブ１１の長さは、正極タブ１１と正極集電部材５の外周面との相対位置によって決まり、軸芯８の径、正極電極１３、負極電極１４、第１セパレータ１９、第２セパレータ２０の厚み、正極タブ１１の正極電極１３に対する長さ方向の位置および正極集電部材５の径の関係によって決められる。

正極タブ１１の形成方法の一例として、例えば、レーザーカットにより形成することができる。また、同じ長さに加工した正極タブ１１の先端部分をテープ等で固定し、それぞれの正極タブを規定の長さに切断しても良い。

一方、負極電極１４の作製では、負極活物質である黒鉛炭素粉末と、負極バインダのＰＶＤＦとを質量比９０：１０の割合で混合して負極合剤を調製する。正極合剤の調製と同様に、ＮＭＰを用い負極合剤を略均一に混練して合剤スラリを調製する。帯状の負極集電体の両面に合剤スラリを塗布することで、負極合剤塗布部１６を形成する。負極合剤の塗布厚さは、本例では、片面約４０μｍに調整されている。

負極集電体に負極合剤塗布部１６を形成するとき、負極集電体の長手方向一側の側縁部にスラリが無塗布の負極合剤無塗布部を形成する。乾燥後、負極合剤無塗布部を櫛状に切り欠いて、切り欠き残部で複数の負極タブ１２を形成する。このとき、負極タブ１２の間隔が一定となるように形成する。負極タブ１２はすべてほぼ同じ長さで、負極電極１４から導出される基部から負極集電部材６の外周面までの最大長さより長くなるように形成する。

捲回工程Ｐ２では、第１セパレータ１９および第２セパレータ２０の捲回始端部を軸芯８に熱溶着などで固定する。正極タブ１１と負極タブ１２とが電極群７の互いに反対側となるように、正極電極１３、負極電極１４を第１セパレータ１９、第２セパレータ２０を介して軸芯８に捲回する。所望の長さの正極電極１３、負極電極１４、第１セパレータ１９、第２セパレータ２０を捲回した後、正極電極１３、負極電極１４、第１セパレータ１９、第２セパレータ２０を切断する。切断した第１セパレータ１９、第２セパレータ２０の端部、つまり捲回終端部を捲き止めテープ２１で固定して電極群７を作製する。

接合工程Ｐ３では、正極タブ１１および負極タブ１２のどちらを先に接合してもよい。本例では、正極タブ１１の接合を先に説明する。正極側において、軸芯８の上端部に正極集電部材５を電極群７の上側端面に対向するように固定する。正極タブ１１を正極集電部材５の外周面、つまり、電極群７に対向する面と交差する面に集結し、正極押さえ部品２２を全周に亘り巻き付けて配置し、仮固定した後に超音波接合やスポット溶接等により正極タブ１１を接合する。このとき、正極タブ１１は、正極集電部材５の電極群７の反対側の端面からはみ出して延出する部分が形成されないので、正極タブ１１の切断が不要となる。一方、負極側では、軸芯８の下端部に負極集電部材６を電極群７の下側端面に対向するように固定する。負極タブ１２を負極集電部材６の外周面、つまり電極群７に対向する面と交差する面に集め、負極タブ１２の外周側に負極押さえ部品２３を全周に亘り巻き付けて配置し、仮固定した後に超音波接合やスポット溶接等により負極タブ１２を接合する。接合後、負極タブ１２の余剰分、すなわち、延出部１２ｓ（図４）を切断により取り除く。

組立工程Ｐ４では、接合工程Ｐ３で正極集電部材５に正極タブ１１、負極集電部材６に負極タブ１２が接合された電極群７を用いて、二次電池４０を組み立てる。すなわち、電池容器１に電極群７を収容し、軸芯８の中空部に溶接治具を差し込んで、負極集電部材６に予め接合されている負極リード１０を電池容器１の内底部に抵抗溶接で接合する。上蓋ケース４の下面に、正極集電部材５に予め一側端部が接合されている正極リード９の他側端部を接合する。電池容器１の電極群７より上側に上蓋３、上蓋ケース４で構成された蓋体５０を載せるための段付け部を形成する段付け加工を施し、非水電解液を注入した後、段付け部にガスケット２および蓋体５０を載せ、電池容器１と蓋体５０とをガスケット２を介してかしめて封口し、リチウムイオン二次電池４０の組み立てを完成させる。

（作用等）
次に、本実施形態の二次電池４０の作用効果等について説明する。

従来のリチウムイオン二次電池では、正負極板の一側から複数の集電タブがそれぞれ導出されている。集電タブは、電極群のいずれの位置においても、集電部材の外周面に集結され集電部材および押さえ部材で挟んで接合されるために、集電タブの根本から集電部材の外周面までの最大長さより長く設定されている。このため、集電タブを集電部材および押さえ部材で挟んで接合した後に、集電タブが集電部材の電極群の反対側の端面からはみ出して延出している余剰長さ分の延出部を有している。この延出部が残されたまま電池を組み立てると、電池内部で他の部材、とりわけ、異極の部材と接触して短絡するおそれがある。これを回避するために、集電タブを接合後に、形成された延出部を切断し除去する場合が多い。しかしながら、集電タブの切断により金属粉等の異物が発生するおそれがある。この異物が電池内部に混入して正極電位に触れると、金属イオンになり、この金属イオンが負極電位に触れると析出する。析出した金属が成長し、セパレータを貫通し内部短絡等の不具合が発生することとなる。この結果、二次電池の電圧が低下する。本実施形態の二次電池４０は、これらの問題を解決することができる電池である。

本実施形態の二次電池では、正極タブ１１が、正極集電部材５の電極群７側とは反対側の端面を越えないように予め長さが調製されている。このため、正極タブ１１を正極集電部材５および正極押さえ部材２２で挟んで接合しても、正極集電部材５の電極群７の反対側の端面からはみ出して延出した延出部が形成されないことから、延出部の切断が不要となる。これにより、延出部を切断する際に発生する金属粉等の異物が発生せず、内部短絡等の発生が抑制されるので、異物混入による電圧の低下を抑制することができる。

また、本実施形態では、複数の正極タブ１１において、正極電極１３を帯状に展開したときの長手方向の両端面部から導出されたタブが中間部から導出されたタブより長くなるように形成されている。また、長手方向の中間部から導出されたタブから両端面部から導出されたタブに向けて徐々に長さが長くなるように予め長さが調製されている。

なお、本実施形態では、正極タブ１１が正極集電部材５の電極群７側とは反対側の端面を越えず、かつ、正極押さえ部材２２の電極群７側の端面を越えるように予め長さが調製され、負極タブ１２が負極電極１３から導出される基部から負極集電部材６の外周面までの最大長さより長くなるように調製された例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。正極タブ１１および負極タブ１２の少なくとも一方が、正極集電部材５または負極集電部材６の電極群７側とは反対側の端面を越えず、かつ、正極押さえ部材２２または負極押さえ部材２３の電極群７側の端面を越えるように予め長さが調製されていればよい。例えば、図８に示すように、負極タブ１２も、正極タブ１１と同様に、負極集電部材６の電極群７側とは反対側の端面を越えず、かつ、負極押さえ部材２３の電極群７側の端面を越えるように予め長さが調製されていてもよい。

また、本実施形態では、正極タブ１１および負極タブ１２がいずれも、間隔が一定に形成されている例を示したが本発明はこれに限定されるものではない。また、本実施形態では、正極タブ１１において、正極電極１３を帯状に展開したときの長手方向の両端面部から導出されたタブが中間部から導出されたタブより長く、長手方向の中間から導出されたタブから両端面部から導出されたタブに向けて徐々に長さが長くなるように予め長さが調製された例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。正極タブ１１および負極タブ１２の少なくとも一方が、正極電極１３または負極電極１４を帯状に展開したときの長手方向の両端面部から導出されたタブが中間部から導出されたタブより長く、長手方向の中間から導出されたタブから両端面部から導出されたタブに向けて徐々に長さが長くなるように予め長さが調製されていればよい。

更に、本実施形態では、正極タブ１１において、長手方向の中間部から導出されたタブから両端面部から導出されたタブに向けて、正極タブ１１の先端部間を結ぶ仮想線が曲線である例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、長手方向の中間部から導出されたタブから両端面部から導出されたタブに向けて、正極タブ１１の先端部間を結ぶ仮想線を直線としてもよい。長手方向の中間部から導出されたタブから両端面部から導出されたタブに向けて、正極タブ１１の先端部間を結ぶ仮想線を曲線とすると、正極タブ１１を正極集電部材５の外周面に接合したときに、正極タブ１１の先端部をほぼ同じ高さ位置に揃えやすくなる。また、正極タブ１１および負極タブ１２の少なくとも一方が、長手方向の中間部から導出されたタブから両端面部から導出されたタブに向けて、正極タブ１１または負極タブ１２の先端部間を結ぶ仮想線が直線または曲線であってもよい。

更にまた、本実施形態では、有底円筒状の電池容器１に電極群７等を収容し、電池容器１の開口部を蓋体５０で封止する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電池容器に無底円筒状のものを用いてもよい。電池容器に無底円筒状を用いた場合、上下の２つの開口部を２つの蓋体で封止すればよい。また、本実施形態では、蓋体５０が正極外部端子を構成し、電池容器１が負極外部端子を構成する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、正負極を逆にしてもよい。

また、本実施形態では、正極合剤に含有される正極活物質として、リチウム酸化物であるマンガン酸リチウムを例示したが、本発明はこれに限定されるものでない。例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、リン酸鉄リチウム、リチウム複酸化物（コバルト、ニッケル、マンガンから選択される２種以上を含むリチウム酸化物）等を用いてもよい。また、正極導電材として、鱗片状黒鉛を用いる例を示したが、正極合剤中におけるリチウムの吸蔵放出反応で生じた電子の正極電極１３への伝達を補助できる物質であれば特に制限されるものではない。正極導電材の例としては、アセチレンブラック等が挙げられる。また、正極バインダとして、本実施例では、ＰＶＤＦを用いる例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、正極活物質と正極導電材との結着、および、正極合剤と正極集電体との結着が可能であり、非水電解液との接触により大幅に劣化しないものであれば特に制限されるものではない。正極バインダとしては、例えば、フッ素ゴム等が挙げられる。

更に、本実施形態では、負極合剤が負極活物質と負極バインダとで構成される例を示したが、本発明では、負極合剤に更にアセチレンブラック等の負極導電材が混合されていてもよい。また、負極活物質として、黒鉛炭素を用いる例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、同じ炭素材である非晶質炭素等を用いてもよい。負極活物質に黒鉛炭素を用いたリチウムイオン二次電池は、大容量が要求されるプラグインハイブリッド自動車や電気自動車の車載用電源に適している。

また更に、本実施形態では、正極合剤塗布部１５の形成方法として、正極合剤の構成物質をＮＭＰや水等に分散させた分散液を混練して形成した合剤スラリを正極集電体に塗布方法を例示したが、本発明は、正極合剤塗布部１５を形成することができる方法であれば、とくに制限はない。同様に、負極合剤塗布部１６の形成方法として、負極合剤の構成物質をＮＭＰや水等に分散させた分散液を混連して形成した合剤スラリを負極集電体に塗布し、負極合剤塗布部１６を形成する方法を例示したが、本発明は、負極合剤塗布部１６を形成することができる方法であれば特に制限はない。正極合剤または負極合剤の構成物質を含む合剤スラリの塗布方法としては、例えば、ロール塗工法やスリットダイ塗工法等が挙げられる。

更にまた、本実施形態では、円筒形リチウムイオン二次電池４０を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、携帯用の小型民生用のリチウムイオン二次電池にも適用することができる。また、本実施形態では、電極群７が正極電極１３および負極電極１４が第１のセパレータ１９や第２のセパレータ２０を介して捲回して形成された捲回式二次電池を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、複数の集電タブを有する正極電極および負極電極を使用する電池に適用できる。

本発明は上記事案に鑑み、異物混入による電圧の低下を抑制することができるため、リチウムイオン二次電池の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。

１ 電池容器
５ 正極集電部材（集電部材）
６ 負極集電部材（集電部材）
７ 電極群
１１ 正極タブ（タブ）
１２ 負極タブ（タブ）
１３ 正極電極（正極）
１４ 負極電極（負極）
２２ 正極押さえ部材（押さえ部材）
２３ 負極押さえ部材（押さえ部材）
４０ リチウムイオン二次電池（二次電池）
５０ 蓋体

Claims (6)

1. 長手方向と交差する方向に複数のタブがそれぞれ導出された帯状の正極と負極とを帯状のセパレータを介して捲回した電極群であって、前記正極および負極のタブが前記電極群を介して互いに反対側に導出された電極群と、
   前記電極群の両端面にそれぞれ対向配置され、前記正極および負極のタブがそれぞれ外周面に接合され外径が前記電極群より小さい集電部材と、
   前記集電部材に接合された正極および負極のタブの外周に配置された押さえ部材と、
   前記電極群、集電部材および押さえ部材を収容する容器と、
   前記容器の開口を封止する蓋体と、
   を備え、
   前記正極および負極の少なくとも一方のタブは、前記集電部材の前記電極群側とは反対側の端面を越えず、かつ、前記押さえ部材の前記電極群側の端面を越えるように予め長さが調製されたことを特徴とする二次電池。
2. 前記正極および負極の少なくとも一方のタブの間隔が一定であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
3. 前記正極および負極の少なくとも一方のタブは、前記正極および負極を帯状に展開したときの長手方向の両端面部から導出されたタブが中間部から導出されたタブより長いことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
4. 前記正極および負極の少なくとも一方のタブは、前記長手方向の中間部から導出されたタブから前記両端面部から導出されたタブに向けて徐々に長さが長くなるように予め長さが調製されたことを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
5. 前記長手方向の中間部から導出されたタブから前記両端面部から導出されたタブに向けて、前記正極および負極の少なくとも一方のタブの先端部間を結ぶ仮想線が直線または曲線であることを特徴とする請求項４に記載の二次電池。
6. 前記正極および負極の少なくとも一方のタブは、前記長手方向の中央と交差する仮想軸に対して非対称であることを特徴とする請求項４に記載の二次電池。

Images