JP2014060173A - 改良構造のゼリーロールおよびそれを含む二次電池 - Google Patents

改良構造のゼリーロールおよびそれを含む二次電池 Download PDF

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Abstract

【課題】改良構造のゼリーロール。
【解決手段】より詳細には、カソード活性材料塗布部分をカソード電流コレクタの少なくとも一方の側に形成したカソード、およびアノード活性材料塗布部分をアノード電流コレクタの少なくとも一方の側に形成したアノードを、カソードおよびアノードがセパレータを介して互いに向い合っている状態で巻くことによって構成されるゼリーロール型電極組立体（「ゼリーロール」）であって、カソードの長手方向に対して所定の角度で上向きに傾いているようにカソードの未塗布部分に装着したカソードタブ、およびアノードの長手方向に対して所定の角度で上向きに傾いているようにアノードの未塗布部分に装着したアノードタブが、放電中にカソード電流およびアノード電流によって発生する磁場を最小にするように互いに隣接するように位置し、カソードタブおよびアノードタブが、巻いた後、ゼリーロールの外側端に位置するゼリーロール、ならびにそれを含む二次電池が、本明細書に開示されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、改良構造のゼリーロールに関し、より詳細には、カソード活性材料塗布部分をカソード電流コレクタの少なくとも一方の側に形成したカソード、およびアノード活性材料塗布部分をアノード電流コレクタの少なくとも一方の側に形成したアノードを、カソードおよびアノードがセパレータを介して互いに向い合っている状態で巻くことによって構成されるゼリーロール型電極組立体（「ゼリーロール」）であって、カソードの長手方向に対して所定の角度で上向きに傾いているようにカソードの未塗布部分に装着したカソードタブ、およびアノードの長手方向に対して所定の角度で上向きに傾いているようにアノードの未塗布部分に装着したアノードタブが、放電中にカソード電流およびアノード電流によって発生する磁場を最小にするように互いに隣接して位置し、カソードタブおよびアノードタブが、巻いた後、ゼリーロールの外側端に位置するゼリーロール、ならびにそれを含む二次電池に関する。
携帯機器がますます発展するにつれて、そのような携帯機器の需要が増大しており、エネルギー源としての二次電池の需要も急激に増大してきた。そのような二次電池の中でも、リチウム二次電池は、高エネルギー密度および高放電電圧を示しており、これに対して多くの研究が実施され、現在リチウム二次電池は商業的に幅広く使用されている。
電池ケースの形状に基づいて、二次電池は、電極組立体を円柱状金属容器内に装着した円柱状電池、電極組立体を角柱状（prismatic）金属容器内に装着した角柱状電池、または電極組立体をアルミニウム積層板製のポーチ状ケース内に装着したポーチ状電池に分類することができる。
また、電池ケース内に装着された電極組立体は、充放電できるカソード／セパレータ／アノードスタック構造を有する発電要素である。電極組立体は、カソードとアノードの間にセパレータを配置した状態で活性材料を施した長シート型カソードおよび長シート型アノードが、巻かれている構造を有するように構成されたゼリーロール型電極組立体、またはカソードとアノードの間にセパレータをそれぞれ配置した状態で所定のサイズをそれぞれ有する複数のカソードおよびアノードが、連続的にスタックされている構造を有するように構成されたスタック型電極組立体に分類することができる。ゼリーロール型電極組立体は、製造が容易であり、重量あたりのエネルギー密度が高いことに利点がある。
ゼリーロール型電極組立体は主に、円柱状電池または角柱状電池に用いられる。図１は、ゼリーロール型電極組立体を内部に装着した従来の角柱状電池を示す典型的な部分図であり、図２は、巻く前の図１に示すゼリーロール型電極組立体の典型的な部分水平断面図である。
これらの図面を参照すると、角柱状電池５０は、ゼリーロール型電極組立体１０を角柱状金属ケース２０内に装着した構造を有するように構成され、上部キャップ３０は、ケース２０の開いている上部に結合され、上部キャップ３０には突出している電極端子（例えば、アノード端子）３２が形成されている。
電極組立体１０のアノードは、アノードタブ１１２を介して上部キャップ３０上のアノード端子３２の下端に電気的に接続される。アノード端子３２は、絶縁部材３４によって上部キャップ３０から絶縁される。一方、電極組立体１０の別の電極（例えば、カソード）のカソードタブ１１４は、アルミニウムまたはステンレス鋼などの伝導性材料製の上部キャップ３０に電気的に接続されてカソード端子を形成する。
また、電極タブ１１２および１１４を除いて電極組立体１０と上部キャップ３０の間の電気絶縁を確かなものとするために、シート型の絶縁部材４０が角柱状ケース２０と電極組立体１０の間に配置され、上部キャップ３０がケース２０に装着され、上部キャップ３０およびケース２０が溶着によって互いに結合される。続いて、電解質が電解質注入口３６を通じてケース２０に注入され、電解質注入口３６は溶着によってシールされ、エポキシ樹脂が溶着部分に施される。こうして、電池が完成する。
一方、上記の構成を用いた角柱状電池では、アノードタブ１１２は、巻いた後、電極組立体１０の内側端に位置し、カソードタブ１１４は、巻いた後、電極組立体１０の外側端に位置する。カソードタブ１１４とアノードタブ１１２の間の距離Ｄ’は、約１０ｍｍ〜１１ｍｍである。しかし、本願の発明者らは、上記の構成を用いた電極組立体１０の放電中に、カソード電流およびアノード電流によって大量の磁場が発生することを見出した。
このため、内部に装着したそのようなゼリーロール型電極組立体１０を含む二次電池を有する装置、大電流容量を有する詳細にはＧＳＭ（登録商標）携帯電話内では電波信号が磁場によって乱される。そのような電波信号の乱れは、例えば、携帯電話使用者が補聴器を着用しているとき、携帯電話使用者が通話を行うのを困難にさせる。
したがって、前述の課題を根本的に解決することができる技術が大変必要とされている。
したがって、本発明は、上記の課題およびいまだ解決されていない他の技術的課題を解決するためになされたものである。
本願の発明者らは、カソードの未塗布部分に装着したカソードタブおよびアノードの未塗布部分に装着したアノードタブが、互いに隣接するように配置されるとき、放電中にカソード電流およびアノード電流によって発生する磁場を最小にすることができることを見出した。本発明は、これらの知見に基づいて完成されたものである。
本発明の一態様によれば、上記および他の目的は、カソード活性材料塗布部分をカソード電流コレクタの少なくとも一方の側に形成したカソード、およびアノード活性材料塗布部分をアノード電流コレクタの少なくとも一方の側に形成したアノードを、カソードおよびアノードがセパレータを介して互いに向い合っている状態で巻くことによって構成されるゼリーロール型電極組立体（「ゼリーロール」）であって、カソードの長手方向に対して所定の角度で上向きに傾いているようにカソードの未塗布部分に装着したカソードタブ、およびアノードの長手方向に対して所定の角度で上向きに傾いているようにアノードの未塗布部分に装着したアノードタブが、放電中にカソード電流およびアノード電流によって発生する磁場を最小にするように互いに隣接するように位置し、カソードタブおよびアノードタブが、巻いた後、ゼリーロールの外側端に位置するゼリーロールを提供することによって達成することができる。
上記のような課題を解決するための広範かつ徹底した様々な研究および実験の結果として、本願の発明者らは、セパレータがカソードとアノードの間に配置された状態でカソードおよびアノードが互いに向い合っており、一方、電極シートからの電流は、電極タブに集中して、電極タブは電極シートより小さいが強い磁場を発生させるので、電極組立体全体から発生する磁場は、電極タブの位置に実質的に依存するため、電気伝導中に磁場がほぼ相殺されることを見出した。
したがって、本発明によるゼリーロールでは、カソードシートの未塗布部分に装着したカソードタブ、およびアノードシートの未塗布部分に装着したアノードタブは、互いに隣接するように位置し、一方、カソードタブおよびアノードタブは、巻いた後、ゼリーロールの外側端に位置する。したがって、放電中にカソード電流およびアノード電流によってそれぞれ反対方向に発生する磁場成分が、カソードタブおよびアノードタブが互いに隣接している構造によって相殺され、それによって、カソードタブおよびアノードタブが互いから離れている構造を有するように構成された従来のゼリーロールと比べて磁場の発生を最小にする。
別の好ましい例では、カソード活性材料塗布部分をカソード電流コレクタの少なくとも一方の側に形成したカソード、およびアノード活性材料塗布部分をアノード電流コレクタの少なくとも一方の側に形成したアノードを、カソードおよびアノードがセパレータを介して互いに向い合っている状態で巻くことによって構成されるゼリーロール型電極組立体（「ゼリーロール」）であって、カソードの長手方向に対して所定の角度で上向きに傾いているようにカソードの未塗布部分に装着したカソードタブ、およびアノードの長手方向に対して所定の角度で上向きに傾いているようにアノードの未塗布部分に装着したアノードタブが、放電中にカソード電流およびアノード電流によって発生する磁場を最小にするように互いに隣接するように位置し、カソードタブおよびアノードタブが、巻いた後、ゼリーロールの内側端に位置するゼリーロールが、提供され得る。
したがって、本発明によるゼリーロールでは、カソードシートの未塗布部分に装着したカソードタブ、およびアノードシートの未塗布部分に装着したアノードタブは、互いに隣接するように位置し、一方、カソードタブおよびアノードタブは、巻いた後、ゼリーロールの内側端に位置する。したがって、放電中にカソード電流およびアノード電流によってそれぞれ反対方向に発生する磁場成分が、カソードタブおよびアノードタブが互いに隣接している構造によって相殺され、それによってカソードタブおよびアノードタブが互いから離れている構造を有するように構成された従来のゼリーロールと比べて磁場の発生を最小にする。
本発明では、カソードタブとアノードタブの間の距離を減少させることによって、電場相殺効果（electric field offset effect）を最大にする。そのような電場相殺効果を最適化するために、カソードタブとアノードタブの間の距離、具体的にはカソードタブとアノードタブの隣接した縁部間の距離は、（アノードタブの幅＋カソードタブの幅）×１５０％以下であってもよい。
また、カソードタブとアノードタブの間の距離は、左右方向または前後方向に決めることができる。例えば、カソードタブとアノードタブの間の距離は、８ｍｍ以下であってもよい。
また、本発明は、絶縁テープが、カソード活性材料未塗布部分およびアノード活性材料塗布部分が互いに面する位置でカソード活性材料塗布部分の境界部に取り付けられる構造を有するように構成されるゼリーロールを提供し、それによって電気絶縁を確かなものにし、安全性を改善させる。
好ましい例では、ゼリーロールは、カソードの巻き開始部分が、カソード電流コレクタの上側および下側に形成されたカソード活性材料塗布部分を有し、したがってカソード未塗布部分を有さず、カソードの巻き終了部分が、カソードタブを装着するカソード未塗布部分を備える構造を有すると共に、絶縁用テープが、カソードの巻き終了部分に位置するカソード活性材料塗布部分の境界面に設けられ、境界面が、アノードに向い合っているようになる構造を有するように構成されてもよい。
別の好ましい例では、ゼリーロールは、カソードの巻き開始部分が、カソード電流コレクタの上側および下側に形成されたカソード活性材料塗布部分を有し、したがってカソード未塗布部分を有さず、カソードの巻き終了部分が、カソードタブを装着するカソード未塗布部分を備える構造を有すると共に、カソード活性材料塗布部分が、カソード未塗布部分の後端の少なくとも一方の側にさらに形成され、絶縁用テープが、カソードの巻き終了部分に位置するカソード活性材料塗布部分の境界面に設けられ、境界面が、アノードに向い合っているようになる構造を有するように構成されてもよい。
状況によっては、ゼリーロールは、カソードの巻き開始部分および巻き終了部分が、カソード未塗布部分を有し、カソードタブが、巻き開始部分の内側カソード未塗布部分に装着され、絶縁用テープが、カソードタブを装着したカソード未塗布部分の後端に設けられる構造を有すると共に、絶縁用テープが、カソードの巻き終了部分に位置するカソード活性材料塗布部分の境界面に設けられ、境界面が、アノードに向い合っているようになる構造を有するように構成されてもよい。
別の例では、ゼリーロールは、カソードの巻き開始部分および巻き終了部分が、カソード未塗布部分を有し、カソードタブが、巻き開始部分の内側カソード未塗布部分に装着され、絶縁用テープが、カソードタブを装着したカソード未塗布部分の後端に設けられる構造を有すると共に、絶縁用テープが、カソード塗布部分の境界面の未塗布部分およびアノード活性材料塗布部分が、セパレータを介して互いに接触させられる領域、ならびにアノードタブおよびカソードタブが、セパレータを介して異なる極性を有する電極電流コレクタと接触させられる領域に設けられて、それによってセパレータと共に二重絶縁を達成する構造を有するように構成されてもよい。
一方、絶縁テープ用の材料は、絶縁テープが、優れた絶縁特性を示す限り、特に限定されない。好ましくは、絶縁テープは、２００℃までの温度で熱収縮し得ない材料で作製される。他方、絶縁テープが、熱によって幾分収縮し得る材料で作製される場合、電極間に配置されるセパレータで引き起こされる問題を解決することができる。
絶縁テープは、ポリイミドテープ、アセテートテープ、ガラス布テープ、ポリエステルテープ、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）テープ、およびポリプロピレンテープからなる群から選択される少なくとも１つであってもよい。具体的には、絶縁テープは、ポリエチレンテレフタレートフィルムで作製されることが好ましい。
また、絶縁テープの厚さは、１０μｍ〜１００μｍであることが好ましい。
本発明の別の態様によれば、上記の構成を用いるゼリーロールを含む二次電池が提供される。
好ましくは、二次電池は、ゼリーロールを角柱状またはポーチ状電池ケース内に装着した角柱状またはポーチ状電池である。角柱状電池は、以下のように製造することができる。ゼリーロールを、カソードタブおよびアノードタブが互いに隣接するように配置される状態で形成し、このゼリーロールを角柱状電池ケース内に配置し、突出しているアノード端子を有する上部キャップを、電池ケースの開いている上部に結合し、電解質を上部キャップに形成された電解質注入口を通じて電池ケースに注入する。
一方、所定の角度は、好ましくは３０度〜９０度とすることができ、より好ましくは９０度とすることができる。
上記の説明から明らかなように、本発明によるゼリーロールは、カソードの未塗布部分に装着したカソードタブおよびアノードの未塗布部分に装着したアノードタブが、互いに隣接するように配置される構造を有するように構成され、それによって放電中にカソード電流およびアノード電流によって発生する磁場を最小にする。
本発明の上記および他の目的、特徴および他の利点は、以下の詳細な説明を添付図面と合わせて用いることによってより明らかに理解されよう。
ゼリーロール型電極組立体を内部に装着した従来の角柱状電池を示す典型的な部分図である。 巻く前の図１に示すゼリーロール型電極組立体の典型的な部分水平断面図である。 本発明の一実施形態によるゼリーロール型電極組立体を内部に装着した角柱状電池を示す典型的な部分図である。 巻く前の図３に示すゼリーロール型電極組立体の典型的な部分水平断面図である。 本発明の別の実施形態によるゼリーロール型電極組立体を内部に装着した角柱状電池を示す典型的な部分図である。 巻く前の図５に示すゼリーロール型電極組立体の典型的な部分水平断面図である。 巻く前の図３に示すゼリーロール型電極組立体の例の典型的な部分水平断面図である。 巻く前の図３に示すゼリーロール型電極組立体の例の典型的な部分水平断面図である。 巻く前の図３に示すゼリーロール型電極組立体の例の典型的な部分水平断面図である。 巻く前の図５に示すゼリーロール型電極組立体の一例の典型的な部分水平断面図である。 図３に示すゼリーロール型電極組立体を巻くプロセスを示す典型図である。 図５に示すゼリーロール型電極組立体を巻くプロセスを示す典型図である。 図５に示すゼリーロール型電極組立体の典型的な拡大水平断面図である。 実施例１および２による電池ならびに比較例１による電池を試験する方法を示す典型図である。 図１に示すゼリーロール型電極組立体を巻くプロセスを示す典型図である。
次に、本発明の好ましい実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。しかし、本発明の範囲は、例示した実施形態によって限定されないことに留意されたい。
図３は、本発明の一実施形態によるゼリーロール型電極組立体を内部に装着した角柱状電池を示す典型的な部分図であり、図４は、巻く前の図３に示すゼリーロール型電極組立体の典型的な部分水平断面図である。
これらの図面を参照すると、ゼリーロール１０ａは、カソード活性材料塗布部分をカソード電流コレクタ１５８の両側に形成したカソード１５２、およびアノード活性材料塗布部分をアノード電流コレクタ１５６の両側に形成したアノード１５４が、カソード１５２およびアノード１５４がセパレータ１４２ａおよび１４２ｂを介して互いに向い合っている状態で巻かれる構造を有するように構成される。
また、カソードの長手方向と垂直にカソード１５２の未塗布部分１５８’に装着したカソードタブ１１４、およびアノードの長手方向と垂直にアノード１５４の未塗布部分１５６’に装着したアノードタブ１１２は、放電中にカソード電流およびアノード電流によって発生する磁場を最小にするために互いに隣接するように位置する。
カソードタブ１１４およびアノードタブ１１２は、巻いた後、ゼリーロール１０ａの外側端に位置する。カソードタブ１１４とアノードタブ１１２の間の距離ｄ’、具体的にはカソードタブ１１４とアノードタブ１１２の隣接した縁部間の距離は、（アノードタブの幅＋カソードタブの幅）×１３０％であり、これは約５ｍｍである。
カソード１５２は、カソード電流コレクタ１５８の上側および下側に形成されたカソード活性材料塗布部分１２０ａおよび１２０ｂを有する。カソード電流コレクタ１５８の少なくとも一端、好ましくはカソード電流コレクタ１５８の巻き終了部分には、カソード活性材料未塗布部分、すなわち、カソード未塗布部分１５８’が形成され、このカソード未塗布部分１５８’は、カソードタブ１１４がカソード未塗布部分１５８’に装着されるように巻かれる端に位置する。しかし、カソードタブ１１４が装着されないカソード電流コレクタ１５８の他端では、カソード活性材料未塗布部分、すなわち、カソード未塗布部分が、カソード電流コレクタ１５８の少なくとも一方の側に形成されない。
すなわち、アノード１５４およびカソード未塗布部分１５８’が互いに接触すると、短絡回路電流が増加し、放出される熱量が増加し、それによってゼリーロールの安全性は、大きく低下する。そのようなゼリーロールの安全性の低下は、カソード未塗布部分１５８’を設けないことによって防がれる。そのようなカソードの構造は、カソード活性材料未塗布部分を切断し次いでカソード活性材料塗布部分を切断することを含む２段階の切断、またはブロック切断（block cutting）によって実現することができる。
アノードは、アノード電流コレクタ１５６の少なくとも一方の側に形成されたアノード活性材料塗布部分１４０ａおよび１４０ｂを有する。アノード電流コレクタ１５６の巻き開始部分および／または巻き終了部分には、アノード未塗布部分１５６’が形成され、このアノード未塗布部分１５６’に、外部端子接続用のアノードタブ１１２が接続される。
また、セパレータ１４２ａおよび１４２ｂは、セパレータが熱によって収縮されるときでもアノードを隔てるためにアノードの端部より長いように延在する。
加えて、アノード電流コレクタ１５６の上側および下側に形成されたアノード活性材料塗布部分１４０ａおよび１４０ｂは、セパレータ１４２ａおよび１４２ｂを介してカソード活性材料塗布部分１２０ａおよび１２０ｂと接触させられる。アノード活性材料塗布部分１４０ａおよび１４０ｂと接触させられるカソードは、カソード電流コレクタの両側にカソード活性材料塗布部分１２０ａおよび１２０ｂを有するが、カソード活性材料未塗布部分、すなわち、カソード未塗布部分を有さず、それによってカソードとアノードの間に短絡が発生するのを防ぐ。
また、アノード電流コレクタ１５６の巻き終了部分でアノード電流コレクタ１５６の上側に形成されたアノード活性材料塗布部分１４０ａは、セパレータ１４２ａを介してカソードタブ１１４を装着したカソード電流コレクタの下側に形成されたカソード活性材料塗布部分の境界面と接触させられる。カソード活性材料を塗布しないカソード未塗布部分１５８’とアノード活性材料塗布部分１４０ａの間に短絡が発生するのを防ぐために、絶縁用テープ１１６ｂが、カソード活性材料塗布部分の境界面に取り付けられる。
一方、アノード電流コレクタ１５６の巻き終了部分でアノード電流コレクタ１５６の下側に形成されたアノード活性材料塗布部分１４０ｂは、セパレータ１４２ｂを介してカソードタブ１１４を装着したカソード電流コレクタの上側に形成されたカソード活性材料塗布部分の境界面と接触させられる。本発明では、カソード電流コレクタのカソード活性材料を塗布しないカソード未塗布部分との接触を防ぐために、絶縁用テープ１１６ａが、カソード活性材料塗布部分の境界面に取り付けられる。
図５は、本発明の別の実施形態によるゼリーロール型電極組立体を内部に装着した角柱状電池を示す典型的な部分図であり、図６は、巻く前の図５に示すゼリーロール型電極組立体の典型的な部分水平断面図である。
これらの図面を参照すると、ゼリーロール１０ｂは、カソード１５２の未塗布部分１５８’に装着したカソードタブ１１４、およびアノード１５４の未塗布部分１５６’に装着したアノードタブ１１２が、放電中にカソード電流およびアノード電流によって発生する磁場を最小にするために、巻いた後、ゼリーロールの内側端１０ｂで互いに隣接するように位置する構造を有するように構成される。
また、図３のゼリーロール１０ａにおけるものと同じように、カソードタブ１１４とアノードタブ１１２の間の距離は約５ｍｍであり、絶縁用テープ１１６ａおよび１１６ｂは、アノード１５４の巻かれる端に隣接したカソード１５２の上側および下側に取り付けられる。
カソードタブ１１４は、カソード１５２の未塗布部分１５８’の下側に取り付けられ、絶縁用テープ１１８ａおよび１１８ｂは、カソードタブ１１４の下側および未塗布部分１５８’の上側に取り付けられる。したがって、ゼリーロール１０ｂが外力によって変形させられるときでもカソードタブ１１４とアノード１５４の間の接触を防ぐことができる。
図７〜図９は、巻く前の図３に示すゼリーロール型電極組立体の様々な例の典型的な部分水平断面図である。
まず、図７のゼリーロール１０ｃは、図４のゼリーロール１０ａの構造と比べて、カソードタブを装着したカソード未塗布部分の後端の上側および下側に形成されたカソード活性材料塗布部分１１７ａおよび１１７ｂをさらに備える。
また、図４のゼリーロール１０ａの構造におけるものと同じように、カソードは、その巻き開始部分にカソード未塗布部分を有さず、カソードタブ１１４を装着したカソード未塗布部分の後端の上側および下側に形成されたカソード活性材料塗布部分１１７ａおよび１１７ｂは、追加の絶縁用テープを有さない。
セパレータ１４２ａおよび１４２ｂは、セパレータが熱によって収縮されるときでもアノード活性材料露出部分を隔てるためにアノードの端部から少なくとも５ｍｍ延在する。
また、切断部分のバリに対する安全性を改善するために、いくつかのセパレータが、巻き開始部分のアノード未塗布部分１５６’の切断部分の両側に位置する。巻き開始部分のアノード未塗布部分の切断部分の両側は、（絶縁用テープ１１６ａおよび１１６ｂが、カソード活性材料塗布部分の境界面に位置するが）それぞれ１つのセパレータを介してカソードに向い合っており、それによってバリに対する安全性を改善する。
図７のゼリーロール１０ｃでは、図４のゼリーロール１０ａの構造におけるものと同じように、絶縁用テープが、カソード端部でカソード電流コレクタの上側および下側におけるカソード活性材料塗布部分の境界面１１６ａおよび１１６ｂに取り付けられ、それにより、カソード活性材料未塗布部分とアノード活性材料塗布部分の間で向い合うことによる短絡が発生するのを防ぐ。
好適には、絶縁用テープ１１６ａおよび１１６ｂは、電極巻きプロセス中または幅広電極製造プロセス中にカソード活性材料塗布部分の境界面に取り付けられることが好ましい。
図８のゼリーロール１０ｄは、図７のゼリーロール１０ｃの構造と比べて、絶縁用テープをさらに備える。具体的には、絶縁用テープは、カソード開始位置でカソード電流コレクタの上側および下側におけるカソード活性材料塗布部分の境界面１１９ｃおよび１１９ｄ、カソード活性材料端部でカソード電流コレクタの上側および下側におけるカソード活性材料塗布部分の境界面１１６ａおよび１１６ｂ、ならびにカソード端部でカソード未塗布部分の後端に形成された追加のカソード活性材料塗布部分１１７ａおよび１１７ｂの上側および下側における境界面１１９ａおよび１１９ｂに取り付けられ、それにより、カソード活性材料未塗布部分とアノード活性材料塗布部分の間で向い合うことによる短絡が発生するのを防ぐ。
図９のゼリーロール１０ｅは、カソード電流コレクタ１５８の各後端にカソード活性材料塗布部分のないカソード未塗布部分１５８’を備える。したがって、カソード活性材料塗布部分は、カソードの巻き開始部分から所定の距離間隔をおいた位置からカソード電流コレクタの上側および下側に形成される。カソードの巻き開始部分は、巻いている間にセパレータを介してアノード活性材料塗布部分と接触させられる。
また、図９のゼリーロール１０ｅは、カソード未塗布部分とアノード活性材料塗布部分の間で向い合うことによる短絡が発生するのを防ぐために、絶縁用テープ１１９ａおよび１１９ｂが、カソードの前端からカソード活性材料塗布部分の境界面の上側および下側にさらに取り付けられる構造を有するように構成される。
加えて、絶縁用テープが、カソード活性材料端部でカソード電流コレクタの上側および下側におけるカソード活性材料塗布部分の境界面１１６ａおよび１１６ｂ、ならびにカソードタブを設置したカソード電流コレクタの後端でカソード未塗布部分の上側および下側１１９ａおよび１１９ｂに取り付けられ、それにより、カソード活性材料未塗布部分とアノード活性材料塗布部分の間で向い合うことによる短絡が発生するのを防ぐ。
図１０は、巻く前の図５に示すゼリーロール型電極組立体の一例の典型的な部分水平断面図である。
図１０を参照すると、ゼリーロール１０ｆは、カソードの巻き開始部分および巻き終了部分が、カソード未塗布部１５８’を有し、カソードタブ１１４が、巻き開始部分で内側カソード未塗布部分１５８’に装着され、絶縁用テープ１１８ｂが、カソードタブ１１４を装着したカソード未塗布部分の後端に取り付けられる構造を有するように構成される。
また、絶縁用テープ１１８ａおよび１１２ｆは、カソード塗布部分の境界面の未塗布部分１５８’およびアノード活性材料塗布部分１４０ｂが、セパレータ１４２ｂを介して互いに接触させられる領域、ならびにアノードタブ１１２およびカソードタブ１１４が、異なる極性を有する電極電流コレクタと接触させられる領域に取り付けられる。
したがって、図１０のゼリーロール１０ｆは、セパレータ１４２ｂと共に二重絶縁を与える。
図１１は、図３に示すゼリーロール型電極組立体を巻くプロセスを示す典型図であり、図１２は、図５に示すゼリーロール型電極組立体を巻くプロセスを示す典型図である。
図１１を図３と共に参照すると、図３のゼリーロール１０ａは、アノード１５４およびカソード１５２の左端における電極活性材料を施していない未塗布部分１５６’および１５８’と垂直にアノードタブ１１２およびカソードタブ１１４を取り付け、アノード１５４およびカソード１５２の右端から左端へ（矢印１３２によって示す方向に）アノード１５４およびカソード１５２を巻くことによって製造される。カソードタブ１１４およびアノードタブ１１２は、巻いた後、ゼリーロール１０ａの外側端に位置する。
したがって、放電中に、アノード電流は右方向１３６に流れ、カソード電流は左方向１３８に流れる。アノードタブ１１２およびカソードタブ１１４は、互いから５．５ｍｍの距離ｄの間隔をおきつつ互いに隣接するように位置し、そのため、それぞれ反対方向に作用するアノード電流およびカソード電流は相殺される。
次に、図１２を図５と共に参照すると、図５のゼリーロール１０ｂは、カソード１５２およびアノード１５４の左端における電極活性材料を施していない未塗布部分１５６’および１５８’にカソードタブ１１４およびアノードタブ１１２を取り付け、アノード１５４およびカソード１５２の左端から右端へ（矢印１３４によって示す方向に）アノード１５４およびカソード１５２を巻くことによって製造される。カソードタブ１１４およびアノードタブ１１２は、巻いた後、ゼリーロールの内側端１０ｂに位置する。
したがって、図１１におけるものと同じように、放電中に、アノード電流は右方向１３６に流れ、カソード電流は左方向１３８に流れる。アノードタブ１１２およびカソードタブ１１４は、互いから５．５ｍｍの距離ｄの間隔をおきつつ互いに隣接するように位置し、そのため、それぞれ反対方向に作用するアノード電流およびカソード電流は相殺される。
図１３は、図５に示すゼリーロール型電極組立体の典型的な拡大水平断面図である。
図１３を参照すると、ゼリーロール１０ｂは、カソード、セパレータ、アノード、およびセパレータを巻くことによって形成されている。カソードの未塗布部分に装着したカソードタブ１１４およびアノードの未塗布部分に装着したアノードタブ１１２は、巻いた後、ゼリーロール１０ａの内側端に隣接するように位置する。図面を明確にするために、絶縁用テープは、図１３から省略されている。
以下、例について実施した実験を説明して、本発明の効果を明らかにする。
１−１ カソードの製造
ＬｉＣｏＯ２を含有するカソード活性材料をアルミニウムの電流コレクタに施し、次いで、カソードタブが上向きに突出するように、スポット溶接によって、カソードタブをこの電流コレクタの端に取り付けてカソードを製造した。
１−２ アノードの製造
人造黒鉛を含有するアノード活性材料を銅の電流コレクタに施し、次いで、アノードタブが上向きに突出するように、スポット溶接によって、アノードタブをこの電流コレクタの端に取り付けてアノードを製造した。
１−３ 電池の製造
図１１に示すように、カソードタブおよびアノードタブが、互いに隣接するように配置された状態で、１−１節の記載通りに製造したカソードおよび１−２節の記載通りに製造したアノードを、カソードおよびアノードの右端から左端へロール状に巻き、次いでセパレータをカソードとアノードの間に配置しつつ圧縮して、カソードタブおよびアノードタブが、巻いた後、ゼリーロールの外側端に位置する構造を有するように構成される角柱状ゼリーロールを製造した。続いて、角柱状ゼリーロールをアルミニウムの角柱状ケース内に配置し、電解質としてＥＣ−ＥＭＣ混合ベース溶媒（ＥＣ−ＥＭＣ ｂｌｅｎｄｉｎｇ−ｂａｓｅｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）に含浸して電池を製造した。
以下のことを除き、実施例１におけるものと同じように電池を製造した。図１２に示すように、カソードタブおよびアノードタブが、互いに隣接するように配置された状態で、１−１節の記載通りに製造したカソードおよび１−２節の記載通りに製造したアノードを、カソードおよびアノードの左端から右端へロール状に巻き、次いでセパレータをカソードとアノードの間に配置しつつ圧縮して、カソードタブおよびアノードタブが、巻いた後、ゼリーロールの内側端に位置する構造を有するように構成される角柱状ゼリーロールを製造した。
［比較例１］
以下のことを除き、実施例１におけるものと同じように電池を製造した。図１５に示すように、カソードタブおよびアノードタブが、それぞれ反対方向に配置された状態で、１−１節の記載通りに製造したカソードおよび１−２節の記載通りに製造したアノードを、カソードおよびアノードの左端から右端へロール状に巻き、次いでセパレータをカソードとアノードの間に配置しつつ圧縮して、アノードタブが、巻いた後、ゼリーロールの内側端に位置すると共に、カソードタブが、巻いた後、ゼリーロールの外側端に位置する構造を有するように構成される角柱状ゼリーロールを製造した。
［実験例１］
実施例１および２ならびに比較例１により製造した電池を用意し、図１４に示すように電池から離れた位置Ａおよび位置Ｂで磁場のノイズを測定した。測定値の平均を以下の表１に示す。
電池５０を内部に装着したＧＳＭ（登録商標）型携帯電話５４の無線受信機が位置する位置Ａと位置Ｂの間の範囲において、比較例１の電池よりも実施例１および２の電池において、ずっとより多くのノイズが低減された。したがって、磁場が最小にされたことが理解できる。
また、そのようなノイズの低減は、電池をそれぞれ内部に装着した携帯電話の無線受信感度を大きく改善し、大量の磁場が発生するＧＳＭ（登録商標）型携帯電話において特に有効であることが理解できる。
本発明の好ましい実施形態を、例示を目的として開示してきたが、当業者は、添付の特許請求の範囲に開示される本発明の範囲および精神から逸脱することなく様々な修正形態、追加形態、および代替形態が可能であることを理解されよう。
さらに、本発明は、以下の実施形態を含むことができる。
[実施形態１]
カソード活性材料塗布部分をカソード電流コレクタの少なくとも一方の側に形成したカソード、およびアノード活性材料塗布部分をアノード電流コレクタの少なくとも一方の側に形成したアノードを、前記カソードおよび前記アノードがセパレータを介して互いに向い合っている状態で巻くことによって構成されるゼリーロール型電極組立体（「ゼリーロール」）であって、
前記カソードの長手方向に対して所定の角度で上向きに傾いているように前記カソードの未塗布部分に装着したカソードタブ、および前記アノードの長手方向に対して所定の角度で上向きに傾いているように前記アノードの未塗布部分に装着したアノードタブが、放電中にカソード電流およびアノード電流によって発生する磁場を最小にするように互いに隣接するように位置し、
前記カソードタブおよび前記アノードタブが、巻いた後、ゼリーロールの外側端に位置することを特徴とするゼリーロール。
[実施形態２]
カソード活性材料塗布部分をカソード電流コレクタの少なくとも一方の側に形成したカソード、およびアノード活性材料塗布部分をアノード電流コレクタの少なくとも一方の側に形成したアノードを、前記カソードおよび前記アノードがセパレータを介して互いに向い合っている状態で巻くことによって構成されるゼリーロール型電極組立体（「ゼリーロール」）であって、
前記カソードの長手方向に対して所定の角度で上向きに傾いているように前記カソードの未塗布部分に装着したカソードタブ、および前記アノードの長手方向に対して所定の角度で上向きに傾いているように前記アノードの未塗布部分に装着したアノードタブが、放電中にカソード電流およびアノード電流によって発生する磁場を最小にするように互いに隣接するように位置し、
前記カソードタブおよび前記アノードタブが、巻いた後、ゼリーロールの内側端に位置することを特徴とするゼリーロール。
[実施形態３]
前記カソードタブと前記アノードタブの間の距離、具体的には前記カソードタブと前記アノードタブの隣接した縁部間の距離が、（前記アノードタブの幅＋前記カソードタブの幅）×１５０％以下であることを特徴とする実施形態１または２に記載のゼリーロール。
[実施形態４]
前記カソードの巻き開始部分が、前記カソード電流コレクタの上側および下側に形成されたカソード活性材料塗布部分を有し、したがってカソード未塗布部分を有さず、前記カソードの巻き終了部分が、前記カソードタブを装着するカソード未塗布部分を備え、
絶縁用テープが、前記カソードの前記巻き終了部分に位置する前記カソード活性材料塗布部分の境界面に設けられ、前記境界面が、前記アノードに向い合っているようになる、
実施形態１に記載のゼリーロール。
[実施形態５]
前記カソードの巻き開始部分が、前記カソード電流コレクタの上側および下側に形成されたカソード活性材料塗布部分を有し、したがってカソード未塗布部分を有さず、前記カソードの巻き終了部分が、前記カソードタブを装着するカソード未塗布部分を備え、
カソード活性材料塗布部分が、前記カソード未塗布部分の後端の少なくとも一方の側にさらに形成され、絶縁用テープが、前記カソードの前記巻き終了部分に位置する前記カソード活性材料塗布部分の境界面に設けられ、前記境界面が、前記アノードに向い合っているようになることを特徴とする実施形態１に記載のゼリーロール。
[実施形態６]
前記カソードの巻き開始部分および巻き終了部分が、カソード未塗布部分を有し、前記カソードタブが、前記巻き開始部分の内側カソード未塗布部分に装着され、絶縁用テープが、前記カソードタブを装着した前記カソード未塗布部分の後端に設けられ、
絶縁用テープが、前記カソードの前記巻き終了部分に位置する前記カソード活性材料塗布部分の境界面に設けられ、前記境界面が、前記アノードに向い合っているようになることを特徴とする実施形態２に記載のゼリーロール。
[実施形態７]
前記カソードの巻き開始部分および巻き終了部分が、カソード未塗布部分を有し、前記カソードタブが、前記巻き開始部分の内側カソード未塗布部分に装着され、絶縁用テープが、前記カソードタブを装着した前記カソード未塗布部分の後端に設けられ、
絶縁用テープが、前記カソード塗布部分の境界面の未塗布部分および前記アノード活性材料塗布部分が、セパレータを介して互いに接触させられる領域、ならびに前記アノードタブおよび前記カソードタブが、前記セパレータを介して異なる極性を有する電極電流コレクタと接触させられる領域に設けられて、それによって前記セパレータと共に二重絶縁を達成することを特徴とする実施形態２に記載のゼリーロール。
[実施形態８]
実施形態１または２に記載の前記ゼリーロールを含むことを特徴とする二次電池。
[実施形態９]
前記ゼリーロールが、角柱状またはポーチ状電池ケース内に装着されることを特徴とする実施形態８に記載の二次電池。
[実施形態１０]
前記所定の角度が３０度〜９０度であることを特徴とする実施形態１または２に記載の二次電池。
１０ａ ゼリーロール
１０ｂ ゼリーロール
１０ｃ ゼリーロール
１０ｄ ゼリーロール
１０ｆ ゼリーロール
１１２ アノードタブ
１１４ カソードタブ
１１６ａ 絶縁用テープ
１１６ｂ 絶縁用テープ
１１７ａ カソード活性材料塗布部分
１１７ｂ カソード活性材料塗布部分
１１８ａ 絶縁用テープ
１１８ｂ 絶縁用テープ
１１９ａ 境界面
１１９ｂ 境界面
１１９ｃ 境界面
１１９ｄ 境界面
１２０ａ カソード活性材料塗布部分
１２０ｂ カソード活性材料塗布部分
１４０ａ アノード活性材料塗布部分
１４０ｂ アノード活性材料塗布部分
１４２ａ セパレータ
１４２ｂ セパレータ
１５２ カソード
１５４ アノード
１５６ アノード電流コレクタ
１５６’ 未塗布部分、アノード未塗布部分
１５８ カソード電流コレクタ
１５８’ 未塗布部分、カソード未塗布部分

Claims (7)

  1. カソード活性材料塗布部分をカソード電流コレクタの少なくとも一方の側に形成したカソード、およびアノード活性材料塗布部分をアノード電流コレクタの少なくとも一方の側に形成したアノードを、前記カソードおよび前記アノードがセパレータを介して互いに向い合っている状態で巻くことによって構成されるゼリーロール型電極組立体（「ゼリーロール」）であって、
    前記カソードの長手方向に対して所定の角度で上向きに傾いているように前記カソードの未塗布部分に装着したカソードタブ、および前記アノードの長手方向に対して所定の角度で上向きに傾いているように前記アノードの未塗布部分に装着したアノードタブが、放電中にカソード電流およびアノード電流によって発生する磁場を最小にするように互いに隣接するように位置し、
    前記カソードタブおよび前記アノードタブが、巻いた後、ゼリーロールの外側端に位置することを特徴とするゼリーロール。
  2. 前記カソードタブと前記アノードタブの間の距離、具体的には前記カソードタブと前記アノードタブの隣接した縁部間の距離が、（前記アノードタブの幅＋前記カソードタブの幅）×１５０％以下であることを特徴とする請求項１に記載のゼリーロール。
  3. 前記カソードの巻き開始部分が、前記カソード電流コレクタの上側および下側に形成されたカソード活性材料塗布部分を有し、したがってカソード未塗布部分を有さず、前記カソードの巻き終了部分が、前記カソードタブを装着するカソード未塗布部分を備え、
    絶縁用テープが、前記カソードの前記巻き終了部分に位置する前記カソード活性材料塗布部分の境界面に設けられ、前記境界面が、前記アノードに向い合っているようになる、請求項１に記載のゼリーロール。
  4. 前記カソードの巻き開始部分が、前記カソード電流コレクタの上側および下側に形成されたカソード活性材料塗布部分を有し、したがってカソード未塗布部分を有さず、前記カソードの巻き終了部分が、前記カソードタブを装着するカソード未塗布部分を備え、
    カソード活性材料塗布部分が、前記カソード未塗布部分の後端の少なくとも一方の側にさらに形成され、絶縁用テープが、前記カソードの前記巻き終了部分に位置する前記カソード活性材料塗布部分の境界面に設けられ、前記境界面が、前記アノードに向い合っているようになることを特徴とする請求項１に記載のゼリーロール。
  5. 請求項１に記載の前記ゼリーロールを含むことを特徴とする二次電池。
  6. 前記ゼリーロールが、角柱状またはポーチ状電池ケース内に装着されることを特徴とする請求項５に記載の二次電池。
  7. 前記所定の角度が３０度〜９０度であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
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