JP2014013646A - 非水電解質二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】使用時の電流の流れによる磁界の発生が小さく、補聴器等に対して磁界によるノイズの影響が小さくなるようにした非水電解質二次電池を提供すること。
【解決手段】本発明の非水電解質二次電池は、正極極板２０は、正極極板２０の巻き始め側又は巻き終わり側に正極極板２０の幅の１／２よりも短い幅の正極芯体露出部２１ａが形成され、正極芯体露出部２３には正極タブ１２ａが溶接されており、負極極板２４は、正極芯体露出部２１ａと同じ側に、負極極板２４の幅の１／２よりも短い幅の負極極芯体露出部２５ａが形成され、負極芯体露出部２５ａには負極タブ１３ａが溶接されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、非水電解質二次電池に関し、詳しくは、使用時の電流の流れによる磁界の発生が小さく、補聴器等に対して与える磁界によるノイズの影響が小さくなるようにした非水電解質二次電池に関する。

今日の携帯電話機、携帯型パーソナルコンピューター、携帯型音楽プレイヤー等の携帯型電子機器の駆動電源として、更には、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）用の電源として、高エネルギー密度を有し、高容量であるリチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池が広く利用されている。

これらの非水電解質二次電池は、一般に、細長いシート状のアルミニウム箔等からなる正極芯体の両面にリチウムイオンを吸蔵・放出する正極活物質を含む正極合剤を塗布した正極と、細長いシート状の銅箔等からなる負極芯体の両面にリチウムイオンを吸蔵放出する負極活物質を含む負極合剤を塗布した負極とを有し、これらの正極及び負極の間に微多孔性ポリエチレンフィルム等からなるセパレータを配置し、正極及び負極をセパレータにより互いに絶縁した状態で円柱状又は楕円形状に巻回して巻回電極体を形成し、角形電池の場合は更に巻回電極体を押し潰して偏平な巻回電極体を形成した後、正極及び負極の各所定部分にそれぞれ正極タブ及び負極タブを接続し、その外側を外装で被覆することにより製造されている。

なお、従来の非水電解質二次電池においては、正極タブないし負極タブは、正極芯体ないし負極芯体の露出部にそれぞれ超音波溶接、抵抗溶接ないし圧接（圧着を含む）することによって電気的に接続されている。このような従来の正極タブないし負極タブを正極芯体ないし負極芯体の露出部に電気的に接続するための構成の一例を、図５を用いて説明する。なお、図５は、下記特許文献１に示されている正極タブないし負極タブの構成を示す平面図である。

下記特許文献１に示されている電極５０は、芯体５１上に電極材料層５２が形成されているとともに、電極材料層未形成部分５３に金属リードからなる電極タブ５４が抵抗溶接された構成を備えており、この電極タブ５４の表面に平均径が０．５μｍ以上１０．０μｍ以下の凹凸部を形成することにより、芯体５１と電極タブ５４との間の接触抵抗を増大化させて良好な溶接スポット点５５が形成されるようにし、芯体５１と電極タブ５４との間の溶接強度の低下及び位置ずれを抑制することができるようにしたものである。上記特許文献１に示されている電極によれば芯体と電極タブとの間の抵抗溶接をより強固にかつ確実に行うことができるという効果を奏する。

特開２００２−００８６２３号公報 特開２００３−１２３７３２号公報 特開２００４−２５３３８１号公報

一方、携帯電子機器は、使用時に電池に流れる電流によって磁界が発生するが、これらの磁界がノイズとなって特に補聴器の使用者に悪影響を及ぼすことがある。補聴器は、外部の音声をマイクで捉えて増幅する機能を備えるほか、電磁コイルによって電話機のスピーカ部分から発生する磁束を電磁ピックアップ（「テレホンピックアップ」とも称される。）で捉えて増幅する機能をも備えているため、特に外部からの磁界ノイズの影響を受けやすい。補聴器がこのような電磁ピックアップを使用する理由は、電話機のスピーカから出力された音声を補聴器のマイクで拾って増幅すると、周囲の雑音もマイクで拾ってしまうために、音声の明瞭度が低下するためである。

特に携帯電話機は補聴器に近接した位置で使用されるため、携帯電話機から発生する磁界は補聴器に対して悪影響を与えやすい。そのため、携帯電話機の電源である非水電解質二次電池においても、この非水電解質二次電池に流れる電流に起因する磁界の発生を抑制することが要望されている。

なお、電池では、一般に正極を流れる電流と負極を流れる電流を逆向きにすれば、それぞれの電流による磁界が互いに打ち消し合うので、磁界低減が可能であると考えられている。電池は、正極極板及び負極極板のそれぞれで生じる化学反応によって得られる電流を正極タブないし負極タブで取り出すことによって集電される。そのため、正極極板及び負極極板の活物質形成領域中を流れる電流に起因する磁界は、正極タブないし負極タブの位置を共にそれぞれの極板の巻き始め側或いは巻き終わり側とし、しかも互いに重複ないし近接した位置に配置すれば、それぞれの電流の流れる方向は逆方向で平行となるので、低減することができる。ただし、正極タブ及び負極タブの位置を互いに重複する位置に配置すると、各タブの電気的絶縁及び取付が困難となるので、直ちには採用し難い。

例えば、正極極板は巻終り側に正極タブが取り付けられており、負極極板は巻き始め側に負極タブが取り付けられている場合、放電時には、図６Ａに示すように、正極側では左から右側に順次電流値が大きくなる電流が流れ、負極側では左側から右側へ順次電流値が小さくなる電流が流れる。そのため、正極極板の正極活物質形成領域中を流れる電流は負極極板の負極活物質形成領域中を流れる電流と平行かつ同方向になるので、電池を流れる電流に起因する磁界は大きくなる。

それに対し、図６Ｂに示すように、正極極板は巻始め側に正極タブが取り付けられており、負極も巻き始め側に負極タブが取り付けられている場合、正極側では右から左側に順次電流値が大きくなる電流が流れ、負極側では左側から右側へ順次電流値が小さくなる電流が流れる。そのため、正極極板の正極活物質形成領域を流れる電流は負極極板の負極活物質形成領域を流れる電流と平行にかつ逆方向になるので、電池を流れる電流に起因する磁界は打ち消しあう。

しかしながら、正極タブないし負極タブの溶接（「圧着」も含む。以下、同じ。）は、例えば図５の記載からも明らかなように、スポット的に複数箇所において行われているものであり、全面に亘って均質に行われているものではない。そのため、溶接箇所の近傍では、芯体部を流れる電流は、それぞれの溶接箇所で複雑な方向に流れるため、様々な磁界が生成している。また、活物質形成領域の終端とタブ溶接位置が近くなると、さらに電流の流れが複雑になりやすくなり、磁界が発生しやすくなる要因となる。したがって、非水電解質二次電池に流れる電流に起因する磁界の発生を抑制するためには、正極タブないし負極タブの取り付け構造について更に改良する余地が存在している。

発明者等は、上述のような問題点を解決すべく種々検討を重ねた結果、正極タブないし負極タブの溶接位置を共に極板の巻き始め側或いは巻き終わり側とすると共に、正極タブないし負極タブを形成するそれぞれの芯体露出部の幅を小さくし、この芯体露出部に正極タブないし負極タブをそれぞれ溶接することにより、電池に流れる電流に起因する磁界の発生を極めて小さくすることができることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。

なお、上記特許文献２には、図８に示したように、リチウムイオンポリマ電池の集電体（芯体）６１上に活物質層６２が形成されている正極極板ないし負極極板６０において、電極リード（集電タブ）６３は、芯体６１の活物質層非形成部分６４の切り込みが入れられて折り曲げられ、この折り曲げられた部分からなるようにした例が示されている。

また、上記特許文献３には、図９に示したように、正極極板７１及び負極極板７２がそれぞれセパレータ７３を介して互いに絶縁された状態で巻回された電極体（図示省略）を備えており、正極極板７１の正極活物質層７４が形成されていない正極芯体露出部７５には正極タブ７６が溶接されており、負極極板７３の負極活物質層７７が形成されていない負極芯体露出部７８には、負極芯体露出部７８の終端部の一部を負極芯体露出部７８の幅方向に１／２以上切開し、折り曲げることによって負極タブ７９を形成した例が示されている。なお、参照符号８０ａ〜８０ｄは絶縁テープである。

しかしながら、上記特許文献２及び３には、電池に流れる電流に起因する磁界の発生については何も考慮されておらず、しかも、活物質層形成領域の幅と同じ幅の正極芯体露出部ないし負極芯体露出部が形成されており、この活物質層形成領域の幅と同じ幅の正極芯体露出部ないし負極芯体露出部の存在に起因する磁界の発生の問題点については何も示唆されていない。

すなわち、本発明は、使用時の電流の流れによる磁界の発生が小さく、補聴器等に対して磁界によるノイズの影響が小さくなるようにした非水電解質二次電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の非水電解質二次電池は、正極合剤層が正極芯体の両面に塗布された正極極板と、負極活物質層が負極芯体の両面に塗布された負極極板とが、それぞれセパレータを挟んで巻回された偏平状の巻回電極体と、前記偏平状の巻回電極体を収納する外装体と、前記外装体内に注入された非水電解液と、を備える非水電解質二次電池において、前記正極極板は、前記正極極板の巻き始め側又は巻き終わり側に前記正極極板の幅の１／２よりも短い幅の正極芯体露出部が形成され、前記正極芯体露出部には正極タブが溶接されており、前記負極極板は、前記正極芯体露出部と同じ側に、前記負極極板の幅の１／２よりも短い幅の負極芯体露出部が形成されて、前記負極芯体露出部は、前記正極芯体露出部と重なっており、前記負極芯体露出部には負極タブが溶接されていることを特徴とする。

正極タブ及び負極タブの溶接点は、周知の抵抗溶接装置、超音波溶接装置、レーザ溶接装置等の溶接手段の構成からして、正極タブないし負極タブが正極芯体露出部ないし負極芯体露出部と接している面の全体にわたって均一に形成されることはなく、部分的に形成される。また、非水電解質二次電池では、負極極板でのリチウムデンドライト発生を抑制するために、正極極板よりも負極極板の方が面積が大きくなるように作製される。

そのため、従来の正極極板及び負極極板では、それぞれの活物質層形成領域側から流れる電流は、それぞれの電極タブの溶接点へ最短距離で流れようとするが、少なくとも負極極板側では下側負極活物質層側から電池の上側（負極タブが形成されている側）に流れる成分が生じる。そしてこの成分は、負極活物質層形成領域終端と負極タブとの距離が短い場合は顕著になる傾向にある。この負極極板側における下側の負極活物質層側から上側に流れる電流によって形成される磁界は、正極極板に流れる電流によって形成される磁界によって打ち消されないので、外部に漏出して補聴器等に悪影響を与えることとなる。

それに対し、本発明の非水電解質二次電池では、正極極板は、正極極板の巻き始め側又は巻き終わり側に正極極板の幅の１／２よりも短い幅の正極芯体露出部が形成され、この正極芯体露出部には正極タブが溶接されており、また、負極極板は、正極芯体露出部と同じ側に、負極極板の幅の１／２よりも短い幅の負極極芯体露出部が形成され、この負極芯体露出部には負極タブが溶接されている。そのため、本発明の非水電解質二次電池によれば、正極芯体露出部ないし負極芯体露出を経て正極タブないし負極タブに流れる電流は、共に電池の上側に集中して、それぞれ互いに反対方向に、平行に流れるようになるので、正極極板及び負極極板に流れる電流による磁界は互いに打ち消し合うため、磁界低減が可能となる。

なお、正極芯体露出部の幅ないし負極芯体露出部の幅は、それぞれの極板の幅の１／２以上になると、正極極板及び負極極板の面積の差異に基づいて流れる電流の方向に差異が生じるようになるので、磁界が互いに打ち消し合うことができなくなるので、好ましくない。そのため、本発明の非水電解質二次電池では、従来技術が備えている正極芯体露出部の幅ないし負極芯体露出部の幅が正極極板ないし負極極板の幅と同じ領域を備えていないようにすることが必須である。

なお、本発明の非水電解質二次電池においては、正極極板に使用する正極活物質としては、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出することが可能なＬｉＭＯ_２（但し、ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎの少なくとも１種である）で表されるリチウム遷移金属複合酸化物、すなわち、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＮｉ_ｘＣｏ_１−ｘＯ_２（ｘ＝０．０１〜０．９９）、ＬｉＭｎＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＮｉ_ｘＭｎ_ｙＣｏ_ｚＯ_２（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、又はＬｉＦｅＰＯ_４などを一種単独でもしくは複数種を混合して用いることができる。また、遷移金属を他の元素と置換したり、他の元素を単独または化合物として添加したりすることができる。

また、負極に使用する負極活物質には、リチウムを吸蔵・放出することが可能な炭素質物、珪素質物、金属酸化物からなる群から選択される少なくとも１種以上を用いることができる。黒鉛化の進んだ炭素質物は高容量であるために特に好ましい。

本発明の非水電解質二次電池の非水電解質で用いることができる非水溶媒は、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、エステル類、環状エーテル類、鎖状エーテル類、ニトリル類、アミド類等が挙げられる。環状炭酸エステルとしては、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などが挙げられ、これらの水素基の一部又は全部がフッ素化されているものも用いることが可能であり、例えばトリフルオロプロピレンカーボネートやフルオロエチレンカーボネートなどを用いることができる。また、鎖状炭酸エステルとしては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどの対称鎖状炭酸エステル、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネートなどの非対称鎖状炭酸エステルを用いることができ、これらの水素の一部又は全部がフッ素化されているものも用いることが可能である。

有機電解液を構成する電解質は、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ_４）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ_４）、六フッ化砒酸リチウム（ＬｉＡｓＦ_６）、トリフルオロメチルスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３）、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム［ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２］などのリチウム塩が挙げられる。中でもＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４を用いるのが好ましく、前記有機溶媒に対する溶解量は、０．５〜２．０モル／Ｌとするのが好ましい。なお、本発明においては、非水電解質は、溶液状のものだけでなく、ゲル化されているものも使用することができる。

また正極芯体露出部及び負極芯体露出部が巻回電極体の幅の中央部に形成されていると、芯体露出部付近の磁界が小さくなる傾向にあるため、好ましい。

また、本発明の非水電解質二次電池においては、前記正極芯体露出部と前記正極タブとの間の溶接及び前記負極芯体露出部と前記負極タブとの間の溶接は、抵抗溶接法又は超音波溶接法によって行われたものであることが好ましい。

正極芯体露出部と正極タブとの間の溶接及び負極芯体露出部と負極タブとの間の溶接は、レーザ溶接法も採用することができるが、抵抗溶接法又は超音波溶接法を採用すると、それぞれの芯体露出部と電極タブとの間の電気抵抗を小さくすることができると共に、製造コストを安くすることができるようになる。

また、本発明の非水電解質二次電池においては、前記正極芯体露出部と前記正極タブとの間の溶接及び前記負極芯体露出部と前記負極タブとの間の溶接は、それぞれ複数箇所で行われていることが好ましい。

正極芯体露出部と正極タブとの間の溶接及び負極芯体露出部と負極タブとの間の溶接を、それぞれ複数箇所で行うようにすると、正極芯体露出部ないし負極芯体露出部の厚さが薄くても正極タブ及び負極タブが動き難くなり、しかも溶接強度が向上するので、寸法精度が高く、信頼性の高い非水電解質二次電池が得られる。

また、本発明の非水電解質二次電池においては、前記外装体は金属製の角形外装体であり、前記正極タブ及び前記負極タブの一方は前記金属製の角形外装体の開口部を閉鎖する金属製の封口板に直接電気的に接続されており、他方は、前記封口板に絶縁状態で取り付けられた端子部に電気的に接続されていることが好ましい。

本発明の非水電解質二次電池においては、外装体としてアルミニウムラミネートフィルムからなるものも使用することができる。しかしながら、外装体が、例えばアルミニウムやアルミニウム合金、外表面をニッケル等でメッキした鉄などの金属製の角形外装体であり、正極タブ及び負極タブの一方は金属製の角形外装体の開口部を閉鎖する金属製の封口板に直接電気的に接続されており、他方は、封口板に絶縁状態で取り付けられた端子部に電気的に接続されているものとすると、電池の機械的強度が強くなり、しかも、非水電解液の漏液が少なくなるようにすることができ、しかも寸法精度が向上する。加えて、金属の角形外装体及び封口板の材料を選択することにより、電池内部からの磁界が外部へ与える影響をより少なくすることもできる。

また、正極タブと負極タブが接近して短絡することを防止するために、両極のタブが互いに重複しない（対向しない）ようにすることが好ましい。例えば、一方極の芯体露出部の長さと他方極の芯体露出部の長さを調整することにより、両極のタブが対向しないように配置することができる。

実施例及び比較例に共通する偏平状巻回電極体と封口板との接続状況を示す斜視図である。 図２Ａは実施例の正極極板と負極極板を重ね合わせた状態の展開図であり、図２Ｂは実施例の巻回電極体の正面図である。 図３Ａは比較例の正極極板と負極極板を重ね合わせた状態の展開図であり、図３Ｂは比較例の巻回電極体の正面図である。 図４Ａは実施例の正極極板及び負極極板の電流の流れの模式図であり、図４Ｂは比較例の正極極板及び負極極板の電流の流れの模式図である。 従来例の正極タブないし負極タブの構成を示す平面図である。 図６Ａは正極タブ及び負極タブの形成位置がそれぞれ両端側の場合の、図６Ｂは同じく同じ端部側の場合の、磁界の発生状況の説明図である。 実施例及び比較例に共通する、磁界の計測箇所を示す平面模式図である。 別の従来例の正極極板ないし負極極板の斜視図である。 更に別の従来例の正極極板及び負極極板の斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための角形非水電解質二次電池を例示するものであって、本発明をこの角形非水電解質二次電池に特定することを意図するものではなく、本発明は特許請求の範囲に示した技術思想を逸脱することなく種々の変更を行ったものにも均しく適用し得るものである。

最初に、図１を参照して実施例及び比較例に共通する角形非水電解質二次電池の概略構成を説明する。なお、図１は、実施例及び比較例に共通する偏平状巻回電極体と封口板との接続状況を示す斜視図である。

この非水電解質二次電池の偏平状巻回電極体１０は、例えば外周側に正極極板が、内周側に負極極板が配置され、それぞれセパレータ（何れも図示省略）を介して偏平状に巻回され、巻き終わり端部が絶縁テープ１１によって絶縁されている。この偏平状巻回電極体１０には、正極芯体露出部に正極タブ１２が接続されており、負極芯体露出部には負極タブ１３が接続されている。また、偏平状巻回電極体１０には、上面及び下面にはそれぞれ絶縁スペーサ１４及び１５が配置され、正極タブ１２は上側の絶縁スペーサ１４の外周側を通って折り曲げられて封口板１６の内面に抵抗溶接されており、また、負極タブ１３は上側の絶縁スペーサ１４に形成されたスリット１７内を通して封口板１６に形成された負極端子１８に抵抗溶接されている。

なお、この偏平状巻回電極体１０は、図示省略したが、長手方向の一端面が開口し、周囲面が閉鎖したほぼ偏平状の導電性を有する箱型の電池外装缶内に挿入され、開口部が封口板１６によって封口され、電池外装缶の開口端縁と封口板１６との間をレーザ溶接することにより封口され、その後、電解液注入孔１９より所定量の非水電解液が注入され、この電解液注入孔１９を封止することによって作製される。

次いで、実施例及び比較例の正極極板及び負極極板の具体的構成及びそれぞれの巻回電極体の平面図を図２及び図３を用いて説明する。なお、図２Ａは実施例の正極極板と負極極板を重ね合わせた状態の展開図であり、図２Ｂは実施例の巻回電極体１０Ａの平面図である。図３Ａは比較例の正極極板と負極極板を重ね合わせた状態の展開図であり、図３Ｂは比較例の巻回電極体１０Ｂの平面図である。なお、図２Ａ及び図３Ａにおいては、セパレータは図示省略されている。

実施例の正極極板及び負極極板と比較例の正極極板及び負極極板との構成の差異は、正極芯体露出部及び負極芯体露出部の形状と、正極タブ及び負極タブの溶接状態であるので、以下では共通する構成部分には同一の参照符号を付与して説明することとする。

［正極極板の作製］
正極活物質としてコバルト酸リチウムと、炭素系導電剤であるアセチレンブラックと、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）を、９５：２．５：２．５の質量比で混合して、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）を溶剤として混合機を用いて混合し、正極合剤スラリーを調製した。このスラリーを厚さ１３μｍのアルミニウム製の正極芯体２１の両面にドクターブレード法により塗布、乾燥して、正極芯体２１の両面に正極活物質層２２を形成した。その後、圧縮ローラーを用いて圧縮し、短辺の長さが４３ｍｍの正極極板を作製した。

［負極極板の作製］
人造黒鉛と、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を純水に１質量％溶解させたものと、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）とを固形分比で９８：１：１の質量比となるように、混練して負極合剤スラリーを作製した。次いで、厚さ８μｍの銅製の負極芯体２５の両面にドクターブレード法により塗布後、乾燥して負極芯体２５の両面に負極活物質層２６を形成した。この後、圧縮ローラーを用いて圧縮し、短辺の長さが４４ｍｍの負極極板を作製した。

［非水電解液の調製］
非水電解液は、ＬｉＰＦ_６を１ｍｏｌ／Ｌの濃度になるようにエチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート及びジエチルカーボネートの体積混合比が４０：３０：３０の混合溶媒に溶解した非水電解液を用いた。

［正極タブ及び負極タブの取り付け］
この正極極板２０には、正極芯体２１の巻回終端となる部分から一定の距離だけ正極芯体２１の両面ともに正極活物質層２２を有しない正極芯体露出部が設けられているが、実施例の正極芯体露出部２１ａの幅は、正極極板２０の幅の１／２以下、具体的には５ｍｍと細くされており、それに対して比較例の正極芯体露出部２１ｂの幅は、正極極板２０の幅と同一とされている。

また、負極極板２４には、負極芯体２５の巻回終端から一定の距離だけ負極芯体２５の両面ともに負極活物質層２６を有しない負極芯体露出部が設けられているが、実施例の負極芯体露出部２５ａの幅は、負極極板２４の幅の１／２以下、具体的には６ｍｍと細くされており、それに対して比較例の負極芯体露出部２５ｂの幅は、負極極板２４の幅と同一とされている。そのため、実施例の巻回電極体１０Ａには、図２Ｂに示したように、最外周側の上部にのみ、正極芯体露出部２１ａの巻回部分が形成される。また、比較例の巻回電極体１０Ｂには、図３Ｂに示したように、最外周側の全幅にわたって正極芯体露出部２１ｂの巻回部分が形成され、正極芯体露出部２１ｂが大きく露出するようになる。

上述したように、比較例の正極芯体露出部２１ｂ及び負極芯体露出部２５ｂは、それぞれ正極極板２０及び負極極板２４の幅と同じ幅、すなわち、正極芯体２１及び負極芯体２５共に全長にわたってそれぞれ同一幅となされている。また、正極タブ１２ａとしてはアルミニウム金属製の厚さ０．１ｍｍ、幅３ｍｍ、長さ５０ｍｍのものを用い、負極タブ１３ｂとしてはニッケル金属製の厚さ０．１ｍｍ、幅３ｍｍ、長さ５０ｍｍのものを用い、それぞれ正極芯体露出部２１ｂないし負極芯体露出部２５ｂと接触する長さ４２ｍｍに対して、上から４ｍｍ、下から３ｍｍの区間を５ｍｍ間隔で８箇所、スポット的に超音波溶接した。

それに対し、実施例の正極芯体露出部２１ａ及び負極芯体露出部２５ａは、それぞれ正極極板２０及び負極極板４０の幅の１／２以下としているため、正極タブ１２ａとしてはアルミニウム金属製の厚さ０．１ｍｍ、幅３ｍｍ、長さ１０ｍｍのものを用い、負極タブ１３ｂとしてはニッケル金属製の厚さ０．１ｍｍ、幅３ｍｍ、長さ１０ｍｍのものを用いており、正極タブ１２ａないし負極タブ１３ａとの接触長さが短いので、正極タブ１２ａないし負極タブ１３ａと正極芯体露出部２１ａ及び負極芯体露出部２５ａとは、例えば２箇所、等間隔で超音波溶接を行った。

なお、実施例における正極タブ１２ａないし負極タブ１３ａと正極芯体露出部２１ａ及び負極芯体露出部２５ａとの溶接点は、それぞれ１箇所ずつでもよいが、正極芯体露出部２１ａ及び負極芯体露出部２５ａは機械的強度が弱いために、溶接箇所が１箇所であると正極タブ１２ａないし負極タブ１３ａが回動しやすく、電池の組み立て時に正極タブ１２ａないし負極タブ１３ａの位置が変化しやすい。そのため、実施例における正極タブ１２ａないし負極タブ１３ａと正極芯体露出部２１ａ及び負極芯体露出部２５ａとの溶接点は、２箇所以上とすることが望ましい。

［偏平状巻回電極体の作製］
上述のようにして作製した正極極板２０と負極極板２４とを、外周側が正極極板２０となるようにして、ポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータを挟んで互いに絶縁した状態で巻回し、巻き終わり端部を絶縁テープ１１によって固定し、押し潰すことによって実施例の偏平状巻回電極体１０Ａ及び比較例の巻回電極体１０Ｂを作製した。なお、それぞれの偏平状巻回電極体１０Ａ、１０Ｂの上部からは正極タブ１２ａ、１２ｂ及び負極タブ１３ａ、１３ｂを突出させた。この偏平状巻回電極体１０Ａ、１０Ｂの概略構成はそれぞれ図２Ｂ、図３Ｂに示したとおりとなる。

［非水電解質二次電池の作製］
次いで、このようにして作製された偏平状巻回電極体１０Ａ、１０Ｂは、図示省略したが、長手方向の一端面が開口し、周囲面が閉鎖したほぼ偏平状の導電性を有する箱型の電池外装缶内に挿入し、開口部を封口板１６によって封口し、電池外装缶の開口端縁と封口板１６との間をレーザ溶接することにより封口し、その後、電解液注入孔１９より所定量の非水電解液を注入し、この電解液注入孔１９を封止することにより、実施例及び比較例に対応する非水電解質二次電池を作製した。なお、得られた非水電解質二次電池の寸法は、厚み５．２ｍｍ×幅３４ｍｍ×高さ５０ｍｍであり、設計容量は１１５０ｍＡｈである。

［放電により生じる磁界の計測］
このようにして作製された実施例及び比較例のそれぞれの非水電解質二次電池について、１Ｉｔ＝１１５０ｍＡの定電流で電池電圧が４．２Ｖになるまで充電し、電池電圧が４、２Ｖに達した後は４．２Ｖの定電圧で充電電流が２３ｍＡになるまで充電して満充電状態とした。次いで、１Ｉｔ＝１１５０ｍＡの定電流で放電して電池の状態を整えた。

状態を整えた電池を上述と同じ条件で充電を行い、負極端子１８の電池表面側と封口板１６（正極）とにそれぞれリード線の一端を接続した。リード線に流れる電流による磁界の影響をなくすために、互いのリード線を撚り合した。そして、リード線の他端を電源の出力端子に接続し、電源を用いてＧＳＭ仕様のパルス波形の放電負荷を電池に与えながら、電池周囲の磁界を測定した。ＧＳＭ仕様のパルス波形形状は、周波数２１７Ｈｚで電流２Ａが０．６ミリ秒間、０．１Ａが１．４ミリ秒間である。

磁界の計測方法としては、まず、実施例及び比較例のそれぞれの非水電解質二次電池について、電池の面積が最大である側面を上下向きで静置し、電池の側面の上方１ｃｍの平面上を磁界測定コイルを移動させて磁場の強さを測定した。電池を中心とした１８ｃｍ×１３ｃｍの範囲を縦方向、横方向に１ｃｍごとに区切った点を測定点とする、１９×１４＝２６６箇所を測定した。次いで、測定された磁場の強さを基に、図７に示される８箇所について磁界の大きさを求めた。結果を表１に示す。

なお、図７は、電池の面積が最大である側面を上下向きで静置した状態を平面視した平面模式図であり、電池内部の偏平状巻回電極体１０の上部側（封口板１６を備えている側）が左側となるように配置しており、電池の高さ方向をｘ軸、幅方向をｙ軸、厚み方向をｚ軸（図示しない）と定めた。

また、表１は、図７に示される８箇所（但し、電池表面からｚ軸方向に１ｃｍ離れた平面上に位置する）における磁場の強さについて、ｘｙｚ各方向の磁界の大きさ（単位：ｄＢ・Ａ／ｍ）として示している。ｄＢ・Ａ／ｍへの換算に当っては、比較例の図７の丸付き数字２の位置におけるｘ軸方向の磁場強さを基準とした。

表１によると、比較例では−１０ｄＢ・Ａ／ｍより大きな磁界の発生がｘｙｚの各方向に対して見られる。これに対して実施例では８箇所全てにおいて磁界の大きさが−１０ｄＢ・Ａ／ｍ以下であり、放電により生じる磁界の大きさが抑制されていることが判る。このような現象が生じる理由は、以下のとおりであると考えられる。

すなわち、実施例の正極極板２０及び負極極板２４では、正極芯体露出部２１ａないし負極芯体露出部２５ａは、いずれも正極極板２０ないし負極極板２４の幅と等しい部分が存在せず、正極活物質層２２ないし負極活物質層２６の形成部分から直ちに一定の細い幅に形成されている。そのため、実施例の正極極板２０及び負極極板２４では、正極タブ１２ａないし負極タブ１３ａと正極芯体露出部２１ａないし負極芯体露出部２５ａとの間の溶接点同士が離間していても、正極芯体露出部２１ａないし負極芯体露出部２５ａを流れる電流の向きは、図４Ａに示したように、互いに反対方向で、平行となっているので、それぞれの極板に流れる電流に起因する磁界は打ち消し合うので、外部に漏れてくる磁界の大きさは小さくなる。

それに対し、比較例の正極極板２０及び負極極板２４では、正極芯体露出部２１ｂないし負極芯体露出部２５ｂは、いずれも正極極板２０ないし負極極板２４の形成部分の幅と等しくなっている。また、非水電解質二次電池では、負極極板へのリチウムデンドライト生成を抑制するため、正極極板２０よりも負極極板２４の方が面積が大きくなるように作製されている。

そのため、比較例の正極極板２０及び負極極板２４では、図４Ｂに示したように、それぞれの活物質層形成領域側から流れる電流は、それぞれの電極タブの溶接点へ最短距離で流れようとするが、少なくとも負極極板２４側では下側の負極活物質層２６から電池の上側（負極タブ１３ｂが形成されている側）に流れる成分が生じる。この負極極板側２４での下側の負極活物質層２６から上側に流れる電流によって形成される磁界は、正極極板２０に流れる電流によって形成される磁界によって打ち消されないので、外部に漏出する磁界が十分小さくならず補聴器等に悪影響を与える可能性が高くなる。

なお、上記実施例においては、図２及び４に示したように、正極芯体露出部２１ａ及び負極芯体露出部２５ａを、電池上部側（正極タブ１２ａ及び負極タブ１３ａの突出側）に形成した例を用いたが、正極芯体露出部２１ａ及び負極芯体露出部２５ａが重なる位置に形成されていれば、電池上部側でなくとも本発明は実施可能である。

別途行ったシミュレーションの結果からは、正極芯体露出部２１ａ及び負極芯体露出部２５ａを、巻回電極体の幅方向に対して中央部よりに形成されたもの程、発生する磁界が小さくなる傾向が見られた。従って、正極芯体露出部２１ａ及び負極芯体露出部２５ａを、巻回電極体の巻回軸方向における中央部に形成することがより好ましい。

以上述べたように、本実施例の非水電解質二次電池によれば、従来例に対応する比較例の非水電解質二次電池よりも、電池内部に流れる電流による磁界が発生し難いため、補聴器等の使用者に対して悪影響を及ぼすことが抑制されるようになる。

１０、１０Ａ、１０Ｂ…偏平状巻回電極体 １１…絶縁テープ １２、１２ａ、１２ｂ…正極タブ １３、１３ａ、１３ｂ…負極タブ １４、１５…絶縁スペーサ １６…封口板 １７…スリット １８…負極端子 １９…電解液注入孔 ２０…正極極板 ２１…正極芯体 ２１ａ、２１ｂ…正極芯体露出部 ２２…正極活物質層 ２４…負極極板 ２５…負極芯体 ２５ａ、２５ｂ…負極芯体露出部 ２６…負極活物質層 ２８ａ、２８ｂ…巻回電極体 ３０ａ、３０ｂ…セパレータ

Claims (5)

1. 正極合剤層が正極芯体の両面に塗布された正極極板と、負極活物質層が負極芯体の両面に塗布された負極極板とが、それぞれセパレータを挟んで巻回された偏平状の巻回電極体と、前記偏平状の巻回電極体を収納する外装体と、前記外装体内に注入された非水電解液と、を備える非水電解質二次電池において、
   前記正極極板は、前記正極極板の巻き始め側又は巻き終わり側に前記正極極板の幅の１／２よりも短い幅の正極芯体露出部が形成され、前記正極芯体露出部には正極タブが溶接されており、
   前記負極極板は、前記正極芯体露出部と同じ側に、前記負極極板の幅の１／２よりも短い幅の負極極芯体露出部が形成されて、前記負極芯体露出部は前記正極芯体露出部と重なっており、前記負極芯体露出部には負極タブが溶接されていることを特徴とする非水電解質二次電池。
2. 前記正極芯体露出部及び前記負極芯体露出部は、前記巻回電極体の巻回軸方向における中央部に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。
3. 前記正極芯体露出部と前記正極タブとの間の溶接及び前記負極芯体露出部と前記負極タブとの間の溶接は、抵抗溶接法又は超音波溶接法によって行われたもの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。
4. 前記正極芯体露出部と前記正極タブとの間の溶接及び前記負極芯体露出部と前記負極タブとの間の溶接は、それぞれ複数箇所で行わ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。
5. 前記外装体は金属製の角形外装体であり、前記正極タブ及び前記負極タブの一方は前記金属製の角形外装体の開口部を閉鎖する金属製の封口板に直接電気的に接続されており、他方は、前記封口板に絶縁状態で取り付けられた端子部に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の非水電解質二次電池。

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