JP2015035250A - 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、保護テープの使用枚数が少なくても内部短絡が生じ難い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の偏平状巻回電極体１０Ａは、第１の保護テープ３２が正極極板２０の外周面側の正極活物質合剤層２２上から正極芯体露出部２１ａとの境界部を経て巻き始め側の正極芯体露出部２１ａ上に貼付され、第２の保護テープ３３が正極極板２０の内周面側の正極活物質合剤層２２上から正極芯体露出部２１ａとの境界部を経て第１の保護テープ３２の巻き始め側の正極芯体露出部２１ａ上に貼付され、負極芯体露出部２５ａは負極極板２４の巻き始め端側に両面共に同一長さに形成され、負極芯体露出部２５ａの巻き始め側の端部２５ｓ及び負極タブ１３は、セパレータ３０、３１を介して第１の保護テープ３２及び第２の保護テープ３３と対向する位置に配置されている。【選択図】 図２

Description

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、しかも、内部短絡が生じ難い偏平状巻回電極体を備える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、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、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、角形非水電解質二次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、その外側を外装で被覆することにより製造されている。

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。これらの正極タブないし負極タブは、機械的強度を高くすると共に内部抵抗を小さくするため、正極芯体ないし負極芯体よりも厚さが厚くなっている。そのため、正極タブないし負極タブが反対極性の極板と対向している箇所では、正極タブと正極芯体との間ないし負極タブと負極芯体との間に段差が形成されるため、セパレータが介在されていても偏平状巻回電極体を形成した際に内部短絡の可能性が大きくなる。

このような偏平状巻回電極体を形成した際の正極タブないし負極タブによる内部短絡を抑制するため、それぞれの集電タブの圧接部に保護テープを添付することが行われている。また、正極極板ないし負極極板の切断端部においては、それぞれの芯体を形成する金属にバリが発生する場合があるが、それぞれの極板の端部がセパレータを介して逆極性の極板と対向する場合には、バリによる内部短絡を抑止するために、それぞれの極板の端部に保護テープを添付することも行われている。

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からである。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ものである。そのため、電池においては、一般に正極極板を流れる電流と負極極板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。したがって、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、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を低減することは理論上可能である。ただし、正極タブ及び負極タブの位置を近づける程、正極タブと負極タブとの間における内部短絡の危険性が高くなり、封口板のタブ溶接部分付近の構造を複雑にするなどの対応が必要になったり、各タブの電気的絶縁が必要となったり、各タブの取り付けが困難となったりするなど、直ちには採用し難い。

ここで、従来の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とした偏平状巻回電極体における保護テープの貼付例を図６及び図７を用いて説明する。なお、図６は下記特許文献１に開示されている偏平状巻回電極体の巻き初め部を示す模式断面図である。また、図７は下記特許文献２に開示されている偏平状巻回電極体の模式断面図である。

下記特許文献１に開示されている偏平状巻回電極体５０は、図６に示したように、第１電極板５１と第２電極板５２とがセパレータ５３を介して互いに絶縁された状態で偏平状に巻回されており、第１電極板５１には第１電極タブ５４が、第２電極板５２には第２電極タブ５５が接続されている。第１電極タブ５４及び第１電極板５１の巻き始め端部５１ｓの内周面側は第１電極板５１の約半周分巻回されている部分と対向しており、第１電極板５１の巻き始め端部５１ｓの外周面側はセパレータ５３を介して第２電極板５２と対向している。また、第２電極タブ５５はセパレータ５３を介して第１電極板５１と対向しており、第２電極タブ５５と第１電極板５１との間に保護テープ５６が配設されている。この保護テープ５６は、第１電極板５１の芯体表面において、第２電極タブ５５の内周面側と対向する面に貼付されている。これにより、第１電極板５１は、表面に貼付された保護テープ５６とセパレータ５３を介して、第２電極板５２の第２電極タブ５５から絶縁された状態となされている。なお、第２電極板５２の巻き始め端５２ｓの外周面側はセパレータ５３を介して第１電極５１と対向配置されている。

また、下記特許文献２に開示されている巻回電極体６０は、図７に示したように、帯状の正極極板６１と負極極板６２とが、２枚の帯状のセパレータ６３、６４によって互いに電気的に絶縁された状態で、渦巻状に巻回されている。また、２枚のセパレータの始端部６３ｓ、６４ｓは、正極極板６１及び負極極板６２が介在されていない位置まで延出配置され、自由端の状態で互いに対面しており、２つのセパレータ６３、６４の終端部６３ｅ、６４ｅは、正極極板６１及び負極極板６２が介在されていない位置まで延出配置され、互いに固着されて固着部６６が形成されている。そして、巻回電極体６０の内周面側において、負極極板６２の負極タブ６２Ａは、セパレータの始端部６３ｓ、６４ｓから所定距離をおいてセパレータ６３、６４の間に配置されている。

巻回電極体６０の内周面側において、負極極板６２の負極タブ６２Ａは正極極板６１の正極タブ６１Ａとは重畳しない位置に配置され、負極極板６２の巻き始め側端部６２ｓはそれぞれ正極極板６１と対向する位置に配置されている。正極極板６１の負極極板６２の巻き始め側端部６２ｓと対向する領域の表面にはそれぞれ保護テープ６５ａ、６５ｂが貼付されている。また、負極極板６２の巻き始め側の両面及び負極タブ６２Ａの表面にはそれぞれ保護テープ６５ｃ、６５ｄが貼付されている。さらに、巻回電極体６０の外周面側において、正極極板６１の巻終り端部６１ｅに対向する位置の負極極板６２の表面にはそれぞれ保護テープ６５ｅ，６５ｆが貼付され、また、負極極板６２の巻終り端部６２ｅは、セパレータ６３、６４の固着部６６よりも更に延出され、保護テープ６５ｇにより内周面側の負極極板６２の表面に固定される。

特開平１１−０２６００８号公報 特開２００９−２８９５７０号公報

上記特許文献１に開示されている巻回電極体においては、第１電極板５１及び第２電極５２共に巻き初め側に第１電極タブ及び第２電極タブが配置されているので、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できる。しかも、第２電極板５２の第２電極タブ５５の内周面側と第１電極板５１との間にはセパレータ５３だけでなく保護テープ５６も存在しているので、第２電極タブ５５の内周面側と第１電極板５１との間の電気的絶縁性は良好となり、この部分での内部短絡は生じ難くなっている。しかしながら、上記特許文献１には、第１電極板５１の巻き始め側の端部５１ｓ及び第２電極板５２の巻き始め側の端部５２ｓに形成される可能性があるバリについて示唆する記載はなく、少なくとも第１電極板５１の巻き始め側の端部５１ｓ及び第２電極板５２の巻き始め側の端部５２ｓがそれぞれセパレータを介して逆極性の極板となる第１電極板と対向する位置に保護テープを設けることは示唆されていない。

また、上記特許文献２に開示されている巻回電極体６０においては、正極極板６１の正極タブ６１Ａ及び負極極板６２の負極タブ６２Ａは、共に巻き初め側に配置されているので、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できる。しかも、負極極板６２の巻き初め側の端部６２ｓの両面はそれぞれセパレータ６３、６４を介して正極極板６１に形成された保護テープ６５ａ、６５ｂと対向しており、同じく正極極板６１の巻き終わり側の端部６１ｅはそれぞれセパレータ６３、６４を介して負極極板６２に形成された保護テープ６５ｅ、６５ｆと対向配置されているので、負極極板６２の巻き始め側の端部６２ｓ及び正極極板６１の巻き終わり側の端部６１ｅに形成される可能性があるバリに起因する内部短絡は生じ難くなっている。また、負極極板６２の巻き始め側の両面及び負極タブ６２Ａの表面にはそれぞれ保護テープ６５ｃ、６５ｄが貼付されており、しかも、負極極板６２の巻き終わり側の端部６２ｅは負極極板６２の表面に固定されているので、少なくとも正極極板６１の巻き始め側の端部６１ｓ及び巻き終わり側の端部６２ｅに形成される可能性があるバリに起因する内部短絡は生じ難くなっている。

しかしながら、上記特許文献２に開示されている巻回電極体６０では、巻き始め端側では計４枚の保護テープが必要であり、巻終り端も含めた全体では、負極極板６２の巻終り端側の保護テープ６５ｇは単なる巻終り端の固定用であると解しても、少なくとも６枚の保護テープが必要となる。巻回電極体形成時にこのような多くの保護テープの固定が必要であると、それぞれの保護テープと、正極タブないし負極タブと、正極芯体露出部及び負極芯体露出部の巻き始め側及び巻き終わり側の端部との間の位置合わせの困難性が増加すると共に、それらの保護テープの固定用の工数が増加する。

本発明は、上述のような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであり、使用時の電流の流れによる磁界の発生が小さく、しかも、保護テープの使用枚数を少なくしながらも内部短絡が生じ難い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、正極活物質又は負極活物質を含む第１電極活物質合剤層と第１芯体露出部とを有する第１極板と、前記第１極板とは逆極性の活物質を含む第２電極活物質合剤層と第２芯体露出部とを有する第２極板とが、セパレータを介して巻回された偏平状巻回電極体を有し、前記第１芯体露出部に電気的に接合された第１電極タブ及び前記第２芯体露出部に電気的に接合された第２電極タブが共に前記偏平状巻回電極体の巻き始め側に配置された非水電解質二次電池において、
前記第１芯体露出部は、前記偏平状巻回電極体の外周面側においては前記第１極板の巻き始め端から所定長さにわたって形成され、前記偏平状巻回電極体の内周面側においては、外周面側の前記第１電極活物質合剤層と前記第１芯体露出部との境界部よりも外周側であって、前記外周面側の前記第１電極活物質合剤層と前記第１芯体露出部との境界部と対向する位置から前記第１極板の巻き始め端にわたって形成され、
前記第１極板の外周面側において、第１の保護テープが前記第１電極活物質合剤層上から前記第１電極活物質合剤層と前記第１芯体露出部との境界部を経て巻き始め側の前記第１芯体露出部上に貼付され、
前記第１極板の内周面側において、第２の保護テープが前記第１電極活物質合剤層上から前記第１電極活物質合剤層と前記第１芯体露出部との境界部を経て巻き始め側の前記第１芯体露出部上に貼付され、
前記第２芯体露出部は前記第２極板の巻き始め側に両面共に実質的に同一長さに形成され、
前記第２芯体露出部の巻き始め側の端部及び前記第２電極タブは、前記セパレータを介して前記第１の保護テープ及び前記第２の保護テープと対向する位置に配置されていることを特徴とする。

本発明の非水電解質二次電池においては、第１電極タブ及び第２電極タブは共に偏平状巻回電極体の巻き始め側に配置されているため、それぞれの電極タブに流れる電流の方向は逆方向で平行となるので、電池に流れる電流に起因する電磁雑音を低減することができる。しかも、本発明の非水電解質二次電池においては、第２電極の巻き始め側の端部及び第２電極タブが共にセパレータを介して第１保護テープ及び第２保護テープの間に対向配置されているので、第２電極の巻き始め側の端部及び第２電極タブと第１電極との間の内部短絡が生じ難くなる。

本発明の非水電解質二次電池によれば、偏平状巻回電極体の巻き始め側において、第１極板上に貼付された第１保護テープ及び第２保護テープを第２極板の巻き始め側の端部及び第２電極タブの保護テープとして兼用することができるので、巻き始め側に貼付する必要がある保護テープの数を少なくすることができ、保護テープを固定するための工数が減少する。加えて、第１保護テープ及び第２保護テープ共にそれぞれ第１極板の両側の面に貼付すれば良いので、従来例に比すると、保護テープの位置合わせが容易となる。

なお、本発明の非水電解質二次電池においては、第１極板は正極極板であっても負極極板であってもよく、また、第２極板は，第１極板とは逆極性の極板であれば、負極極板であっても正極極板であってもよい。また、第２電極タブは第２芯体露出部の内周面側及び外周面側のいずれに設けてもよい。

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、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒのような他の元素と置換したり、他の元素を単独、化合物または酸化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。

本発明の非水電解質二次電池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。また、エステル類としては、１，３−プロパンスルトン、１，４−ブタンスルトン、硫酸エチレン、硫酸プロピレン、ジビニルスルホン、硫酸ジメチル、硫酸ジエチルなどの硫酸エステル類を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、本発明の非水電解質二次電池においては、前記第１電極タブ及び前記第２電極タブは前記偏平状巻回電極体の巻回中心軸に対して同一側の平坦部分に配置され、前記第１極板の両面にそれぞれ形成された前記第１電極活物質合剤層と前記第１芯体露出部との境界部及び前記第２極板の前記負極活物質合剤層と前記第２芯体露出部との境界部はいずれも前記偏平状巻回電極体の巻回中心軸に対して前記前第１電極タブ及び前記第２電極タブとは異なる側の平坦部分に形成されているものとしてもよい。

このような構成を備える本発明の非水電解質二次電池によれば、第１保護テープ及び第２保護テープの長さが長くなるが、第１芯体露出部及び第２芯体露出部の長さも長くなり、これらの第１保護テープ、第２保護テープ、第１芯体露出部及び第２芯体露出部が柔軟性に富むため、偏平状巻回電極体の形成が容易となる。

また、本発明の非水電解質二次電池においては、前記第１電極タブ、前記第２電極タブ、前記第１極板の両面にそれぞれ形成された前記第１電極活物質合剤層と前記第１芯体露出部との境界部及び前記第２極板の前記第２電極活物質合剤層と前記第２芯体露出部との境界部は、いずれも前記偏平状巻回電極体の巻回中心軸に対して同一側の平坦部分に形成されているものとしてもよい。

第１電極タブ、第２電極タブ、第１極板の両面にそれぞれ形成された第１電極活物質合剤層と第１芯体露出部との境界部及び第２極板の第２電極活物質合剤層と第２芯体露出部との境界部は、それぞれの厚さが第１及び第２極板の芯体に比すると厚いので、凹凸が形成される。本発明の非水電解質二次電池によれば、これらの凹凸が形成される構成要素が偏平状巻回電極体の同一側の平坦部分に近接して位置するように形成されているので、偏平状巻回電極体の形成が容易となる。加えて、第１保護テープ、第２保護テープ、第１芯体露出部及び第２芯体露出部の長さを短くできるので、かかる点からも偏平状巻回電極体の形成が容易となる。

また、本発明の非水電解質二次電池においては、前記第１電極タブは前記第１芯体露出部の内周面側に電気的に接合され、前記巻き始め側のセパレータは前記第１電極タブの表面に複数枚積層された状態となるように複数回巻回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よれば、第１電極タブによる凹凸面が形成されてもこの凹凸面は偏平状巻回電極体の内周面側に形成され、しかも第１電極タブの表面側には複数枚のセパレータが積層配置された状態となるので、偏平状巻回電極体の形成時にこの複数枚のセパレータがクッションとなって対向する第１電極板の表面に強い力が加わり難くなる。

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。 実施例１の偏平状巻回電極体の巻き始め部を示す模式的な断面図である。 実施例２の偏平状巻回電極体の巻き始め部を示す模式的な断面図である。 比較例１の偏平状巻回電極体の巻き始め部を示す模式的な断面図である。 比較例２の偏平状巻回電極体の巻き始め部を示す模式的な断面図である。 従来例の巻回電極体の巻き初め部を示す模式断面図である。 別の従来例の巻回電極体の模式断面図である。

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非水電解質二次電池として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を参照して各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、各実施例及び比較例に共通する偏平状巻回電極体を有する角形密閉電池の正極タブ及び負極タブと封口板との接続状況を示す斜視図である。

この角形非水電解質二次電池の偏平状巻回電極体１０は、例えば内周面側に正極極板が、外周面側に負極極板が配置され、それぞれセパレータ（いずれも図示省略）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の上面及び下面にはそれぞれ絶縁スペーサ１４及び絶縁テープ１５が配置され、正極タブ１２は上側の絶縁スペーサ１４の外周面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形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、角形非水電解質二次電池が作製される。

次いで、実施例１，２及び比較例１、２の偏平状巻回電極体の具体的構成を図２〜図５を用いて説明する。なお図２は実施例１の偏平状巻回電極体の巻き始め部を示す模式的な断面図である。図３は実施例２の偏平状巻回電極体の巻き始め部を示す模式的な断面図である。図４は比較例１の偏平状巻回電極体の巻き始め部を示す模式的な断面図である。図５は比較例２の偏平状巻回電極体の巻き始め部を示す模式的な断面図である。

実施例１，２及び比較例１、２の偏平状巻回電極体１０Ａ〜１０Ｄの構成の差異は、正極極板の正極活物質合剤層の形成状態、すなわち、正極芯体露出部の配置状態と、第１及び第２保護テープの配置状態と、負極極板の負極活物質合剤層の形成状態、すなわち、負極芯体露出部の配置状態であるので、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が９４質量部、導電剤としての炭素粉末が３質量部、ＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン）が３質量となるように混合し、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）を溶剤として湿式混合して正極合剤スラリーを調製した。この正極合剤スラリーを厚さ１２μｍ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合剤層２２を形成した。その後、圧縮ローラーを用いて圧延し、塗布面の短辺の長さが４２ｍｍ、長辺の長さが７００ｍｍの正極極板２０を作製した。また、正極極板２０の巻き初め側に対応する位置に正極芯体露出部２１ａを形成し、この正極芯体露出部２１ａに厚み０．１ｍｍのアルミニウム製の正極タブ１２を設置した。

［負極極板の作製］
天然黒鉛粉末が９７質量部と、ＰＶｄＦが３質量部となるように混合し、ＭＮＰ溶液と混合して負極合剤スラリーを調整した。次いで、この負極合剤スラリーを厚さ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合剤層２６を形成した。この後、圧縮ローラーを用いて圧延し、塗布面の短辺の長さが４３．５ｍｍ、長辺の長さが６８０ｍｍの負極極板２４を作製した。また、負極極板２４の巻き初め側に対応する位置に負極芯体露出部２５ａを形成し、この負極芯体露出部２５ａに厚み０．１ｍｍのニッケル製負極タブ１３を設置した。

［非水電解液の調製］
非水電解液は、エチレンカーボネート３０体積％とメチルエチルカーボネート７０体積％との混合溶媒に、ＬｉＰＦ_６を１ｍｏｌ／Ｌの濃度になるように溶解して非水電解液とし、これを電池作製に供した。

［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、外周面側が負極極板２４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３０、３１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（図１参照）によって固定し、押し潰すことによって実施例１、２及び比較例１、２の偏平状巻回電極体１０Ａ〜１０Ｄを作製した。なお、それぞれの偏平状巻回電極体１０Ａ〜１０Ｄの上部からは正極タブ１２及び負極タブ１３を突出させた。これらの実施例１、２及び比較例１、２の偏平状巻回電極体１０Ａ〜１０Ｄの巻き始め部分の断面構造は、それぞれ図２〜図５に示したとおりである。

［実施例１の偏平状巻回電極体］
実施例１の巻回電極体１０Ａは、図２に示したように、正極タブ１２及び負極タブ１３が偏平状巻回電極体の巻回中心軸Ｘに対して同一側（図２においては下側）の平坦部分に位置するように形成され、セパレータ３０、３１は正極タブ１２が位置する空間内に延在し、その内の一方の巻き始め側は２回折り返されて正極タブ１２の表面上に計４層分が位置するように配置されている。

また、正極極板２０の両面にそれぞれ形成された正極活物質合剤層２２のうち、外周面側の正極活物質合剤層２２と正極芯体露出部２１ａとの境界部は偏平状巻回電極体１０Ａの巻回中心軸Ｘに対して正極タブ１２とは反対側（図２においては上側）の平坦部分の最内面に位置するように形成され、同じく内周面側の正極活物質合剤層２２と正極芯体露出部２１ａとの境界部はその外周面側に位置するように形成されている。これにより、正極極板２０の正極芯体２１のうち、内周面側のみが露出している正極芯体露出部２１ａは巻回電極体１０Ａの中心軸Ｘの周囲を約１周半にわたって形成されている状態になり、外周面側のみが露出している正極芯体露出部２１ａは、巻回電極体１０Ａの中心軸Ｘの周囲を約半周にわたって形成されている状態になっている。

そして、外周面側の正極活物質合剤層２２の表面上から、正極活物資層２２と外周面側の正極芯体露出部２１ａの境界部分を経て、正極芯体露出部２１ａの正極タブ１２の形成位置の近傍まで第１の保護テープ３２が貼付されている。同じく、内周面側の正極活物質合剤層２２の表面上から、正極活物資層２２と内周面側の正極芯体露出部２１ａの境界部分を経て、正極芯体露出部２１ａの正極タブ１２と対向する位置の近傍まで第２の保護テープ３３が貼付されている。

また、負極極板２４の両面にそれぞれ形成された負極活物質合剤層２６のうち、外周面側及び内周面側の負極活物質合剤層２６と負極芯体露出部２５ａとの境界部は、共に偏平状巻回電極体１０Ａの巻回中心軸Ｘに対して負極タブ１３とは反対側（図２においては上側）の平坦部分に実質的に同一の位置に形成されている。なお、実質的に同一の位置とは、外周面側と内周面側の境界部が完全に同じ位置にあるということではなく、外周面側と内周面側とで境界部がで少しずれている状態も実質的に同一の位置にあるとする。これにより、負極極板２０の負極芯体露出部２５ａは、それぞれセパレータ３０及び３１を介して正極極板２０に貼付された第１保護テープ３２及び第２保護テープ３３と対向するように配置されている状態になり、その結果として、負極芯体露出部２５ａの巻き始め側の端部２５ｓ及び負極タブ１３もそれぞれセパレータ３０及び３１を介して正極極板２０に貼付された第１保護テープ３２及び第２保護テープ３３と対向するように配置されている状態になっている。

［実施例２の偏平状巻回電極体］
実施例２の巻回電極体１０Ｂは、図３に示したように、正極タブ１２及び負極タブ１３が偏平状巻回電極体の巻回中心軸Ｘに対して同一側（図２においては下側）の平坦部分に位置するように形成され、セパレータ３０、３１は正極タブ１２が位置する空間内に延在し、その内の一方の巻き始め側は２回折り返されて正極タブ１２の表面上に計４層分が位置するように配置されている。

また、正極極板２０の両面にそれぞれ形成された正極活物質合剤層２２のうち、外周面側の正極活物質合剤層２２と正極芯体露出部２１ａとの境界部は偏平状巻回電極体１０Ｂの巻回中心軸Ｘに対して正極タブ１２と同一側（図３においては下側）の平坦部分の最内面に位置するように形成され、同じく内周面側の正極活物質合剤層２２と正極芯体露出部２１ａとの境界部はその外周面側に位置するように形成されている。これにより、正極極板２０の正極芯体２１のうち、内周面側のみが露出している正極芯体露出部２１ａは巻回電極体１０Ｂの中心軸Ｘの周囲を約１周にわたって形成されている状態になり、外周面側のみが露出している正極芯体露出部２１ａは正極極板２０の巻き始め側の平坦部分のみに形成されている状態になっている。これにより、実施例２の正極極板２０の外周面側及び内周面側の正極活物質合剤層２２の形成領域は、図２に示した実施例１の正極極板２０よりも巻き始め側に至るまで長く形成されている状態となっている。

そして、外周面側の正極活物質合剤層２２の表面上から、正極活物資層２２と外周面側の正極芯体露出部２１ａの境界部分を経て、正極芯体露出部２１ａの正極タブ１２の形成位置の近傍まで第１の保護テープ３２が貼付されている。同じく、内周面側の正極活物質合剤層２２の表面上から、正極活物資層２２と内周面側の正極芯体露出部２１ａの境界部分を経て、正極芯体露出部２１ａの正極タブ１２と対向する位置の近傍まで第２の保護テープ３３が貼付されている。そして、実施例２の巻回電極体１０Ｂにおける第１保護テープ３２及び第２保護テープ３３の長さは、実施例１の巻回電極体１０Ａにおける第１保護テープ３２及び第２保護テープ３３の長さよりも短く設けられている。

また、負極極板２４の両面にそれぞれ形成された負極活物質合剤層２６のうち、外周面側及び内周面側の負極活物質合剤層２６と負極芯体露出部２５ａとの境界部は、共に偏平状巻回電極体１０Ｂの巻回中心軸Ｘに対して負極タブ１３とは同一側（図３においては下側）の平坦部分に実質的に同一の位置に形成されている。これにより、実施例２の負極極板２４の外周面側及び内周面側の負極活物質合剤層２６の形成領域は、図２に示した実施例１の負極極板２４よりも巻き始め側に至るまで長く形成されている状態となっている。そして、負極極板２４の負極芯体露出部２５ａは、それぞれセパレータ３０及び３１を介して正極極板２０に貼付された第１保護テープ３２及び第２保護テープ３３と対向するように配置されている状態になり、その結果として、負極芯体露出部２５ａの巻き始め側の端部２５ｓ及び負極タブ１３もそれぞれセパレータ３０及び３１を介して正極極板２０に貼付された第１保護テープ３２及び第２保護テープ３３と対向するように配置されている状態になっている。

［比較例１の巻回電極体］
比較例１の巻回電極体１０Ｃは、図４に示したように、図２に示した実施例１の巻回電極体１０Ａにおいて、第１の保護テープ３２及び第２の保護テープ３３をそれぞれ外周面側の正極活物質合剤層２２と正極芯体露出部２１ａとの境界部にまたがる部分のみ及び内周面側の正極活物質合剤層２２と正極芯体露出部２１ａとの境界部にまたがる部分のみに形成したものに相当する。すなわち、比較例１の巻回電極体１０Ｃは、正極極板２０の正極芯体２１のうち、内周面側のみが露出している正極芯体露出部２１ａは巻回電極体１０Ｃの中心軸Ｘの周囲を約１周半にわたって形成されている状態になり、外周面側のみが露出している正極芯体露出部２１ａは、巻回電極体１０Ｃの中心軸Ｘの周囲を約半周にわたって形成されている状態になっている。

また、負極極板２４の両面にそれぞれ形成された負極活物質合剤層２６のうち、外周面側及び内周面側の負極活物質合剤層２６と負極芯体露出部２５ａとの境界部は、共に偏平状巻回電極体１０Ｃの巻回中心軸Ｘに対して負極タブ１３とは反対側（図２においては上側）の平坦部分に実質的に同一の位置に形成されており、また、それぞれセパレータ３０及び３１を介して正極芯体露出部２１ａと対向するように配置されている。これにより、負極極板２０の負極芯体露出部２５ａは、それぞれセパレータ３０及び３１を介して正極芯体露出部２１ａと対向するように配置されている状態になり、その結果として、負極芯体露出部２５ａの巻き始め側の端部２５ｓ及び負極タブ１３もそれぞれセパレータ３０及び３１を介して正極芯体露出部２１ａと対向するように配置されている状態になっている。

［比較例２の巻回電極体］
比較例２の巻回電極体１０Ｄは、図５に示したように、図２に示した実施例１の巻回電極体１０Ａにおいて、負極タブ１３の表面及び負極タブ１３が形成されている部分の負極芯体露出部２５ａがともにセパレータ３０、３１を介して第１保護テープ３２ないし第２保護テープ３３と対向配置されているが、負極芯体露出部２５ａの巻き初め側の先端部２５ｓがセパレータ３０，３１を介して正極芯体露出部２１ａと対向するように配置されているものに相当する。すなわち、比較例２の巻回電極体１０Ｄでは、負極タブ１３の表面及び負極タブ１３が形成されている部分の負極芯体露出部２５ａはそれぞれセパレータ３０、３１を介して第１の保護テープ３２ないし第２の保護テープ３３と対向するように配置されている点では図２に示した実施例１の巻回電極体１０Ａの場合と共通しているが、負極芯体露出部２５ａの巻き初め側端部２５ｓは、セパレータ３０、３１を介して正極芯体露出部２１ａと対向配置されている点で図２に示した実施例１の巻回電極体１０Ａの場合と構成が相違しているものである。

［角形非水電解質二次電池の作製］
次いで、上述のようにして作製された実施例１、２及び比較例１、２の巻回電極体１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれ１００個ずつについて、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形の電池外装缶内に挿入し、開口部を封口板によって封口し、電池外装缶の開口端縁と封口板との間をレーザ溶接することにより封口し、その後、電解液注入孔より所定量の非水電解液を注入し、この電解液注入孔を封止することにより、実施例１、２及び比較例１、２に対応する角形非水電解質二次電池を作製した。なお、得られた角形非水電解質二次電池の寸法は、厚み５．０ｍｍ×幅５０ｍｍ×高さ５０ｍｍであり、設計容量は１５００ｍＡｈである。

「充電保存試験］
このようにして作製された実施例１、２及び比較例１、２のそれぞれの角形非水電解質二次電池について、１Ｉｔ＝１５００ｍＡの定電流で電池電圧が４．２０Ｖになるまで充電し、電池電圧が４．２０Ｖに達した後は４．２０Ｖの定電圧で充電電流が３２ｍＡになるまで充電して満充電状態とした。この満充電状態の電池を２５℃に維持された恒温槽中で１週間放置した後、電池電圧を測定した。この電池電圧が４．１０Ｖ未満となった電池は内部短絡が発生しているものと判定し、電池電圧が４．１０Ｖ未満となった電池の個数を求めて内部短絡発生率を測定した。結果を纏めて下記表１に示した。

上記表１に示した結果から、以下のことがわかる。すなわち、実施例１及び実施例２の巻回電極体のように、正極極板に設けられた第１及び第２保護テープが負極極板に接合された負極集電タブの表裏及び負極芯体露出部の巻き始め側の端部ともセパレータを介して対向している場合、十分に内部短絡の発生を抑制することができる。ただし、比較例１の巻回電極体のように、正極極板に設けられた第１及び第２保護テープが負極極板に接合された集電タブの表裏及び負極芯体露出部の巻き始め側の端部ともセパレータを介して対向していない場合は、内部短絡発生率が６％と非常に多くなる。また、比較例２の巻回電極体のように、正極極板に設けられた第１及び第２保護テープが負極極板に接合された集電タブの表裏とセパレータを介して対向しているが、負極芯体露出部の巻き始め側の端部とはセパレータを介して対向していない場合は、内部短絡発生率が２％と少なくなっている。

この結果は、負極極板の負極芯体巻き始め側の端部に形成される可能性があるバリによる内部短絡の可能性は、負極極板に接合された集電タブにより形成される凹凸の存在に基づく内部短絡の可能性よりも小さいが、無視できない程度の大きさであることを示すものである。そして、実施例１及び２の巻回電極体では、負極極板の負極芯体巻き始め側の端部に形成される可能性があるバリは、正極極板の表面に形成されている第１及び第２保護テープを貫通し難くなるので、内部短絡の発生を十分に抑制することができることを示している。

このように、本発明の非水電解質二次電池では、巻回電極体の正極極板に設けられた第１及び第２保護テープが負極極板に接合された負極集電タブの表裏及び負極芯体露出部の巻き始め側の端部ともセパレータを介して対向しているので内部短絡を十分に抑制でき、しかも、巻回電極体の巻き始め側において２枚の保護テープを使用するのみで、４枚の保護テープが必要とされる上記特許文献２に記載のものと同等の内部短絡抑制という効果を奏することができるようになる。

なお、上記実施例１及び２では、巻回電極体として内周面側が正極極板であり、外周面側が負極極板の例について述べたが、正極極板と負極極板の配置が逆の場合についても適用可能である。この場合は、負極極板側に第１及び第２保護テープを貼付すればよい。

１０、１０Ａ〜１０Ｄ…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…絶縁スペーサ １５・・・絶縁テープ 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…正極芯体露出部 ２１ｓ…正極芯体露出部の端部 ２２…正極活物質合剤層 ２４…負極極板 ２５…負極芯体 ２５ａ…負極芯体露出部 ２５ｓ…負極芯体露出部の端部 ２６…負極活物質合剤層 ３０、３１…セパレータ ３２…第１保護テープ ３３…第２保護テープ

Claims (4)

1. 正極活物質又は負極活物質を含む第１電極活物質合剤層と第１芯体露出部とを有する第１極板と、前記第１極板とは逆極性の活物質を含む第２電極活物質合剤層と第２芯体露出部とを有する第２極板とが、セパレータを介して巻回された偏平状巻回電極体を有し、前記第１芯体露出部に電気的に接合された第１電極タブ及び前記第２芯体露出部に電気的に接合された第２電極タブが共に前記偏平状巻回電極体の巻き始め側に配置された非水電解質二次電池において、
   前記第１芯体露出部は、前記偏平状巻回電極体の外周面側においては前記第１極板の巻き始め端から所定長さにわたって形成され、前記偏平状巻回電極体の内周面側においては、外周面側の前記第１電極活物質合剤層と前記第１芯体露出部との境界部よりも外周側であって、前記外周面側の前記第１電極活物質合剤層と前記第１芯体露出部との境界部と対向する位置から前記第１極板の巻き始め端にわたって形成され、
   前記第１極板の外周面側において、第１の保護テープが前記第１電極活物質合剤層上から前記第１電極活物質合剤層と前記第１芯体露出部との境界部を経て巻き始め側の前記第１芯体露出部上に貼付され、
   前記第１極板の内周面側において、第２の保護テープが前記第１電極活物質合剤層上から前記第１電極活物質合剤層と前記第１芯体露出部との境界部を経て巻き始め側の前記第１芯体露出部上に貼付され、
   前記第２芯体露出部は前記第２極板の巻き始め側に両面共に実質的に同一長さに形成され、
   前記第２芯体露出部の巻き始め側の端部及び前記第２電極タブは、前記セパレータを介して前記第１の保護テープ及び前記第２の保護テープと対向する位置に配置されていることを特徴とする非水電解質二次電池。
2. 前記第１電極タブ及び前記第２電極タブは前記偏平状巻回電極体の巻回中心軸に対して同一側の平坦部分に配置され、前記第１極板の両面にそれぞれ形成された前記第１電極活物質合剤層と前記第１芯体露出部との境界部及び前記第２極板の前記負極活物質合剤層と前記第２芯体露出部との境界部はいずれも前記偏平状巻回電極体の巻回中心軸に対して前記前第１電極タブ及び前記第２電極タブとは異なる側の平坦部分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. 前記第１電極タブ、前記第２電極タブ、前記第１極板の両面にそれぞれ形成された前記第１電極活物質合剤層と前記第１芯体露出部との境界部及び前記第２極板の前記第２電極活物質合剤層と前記第２芯体露出部との境界部は、いずれも前記偏平状巻回電極体の巻回中心軸に対して同一側の平坦部分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。
4. 前記第１電極タブは前記第１芯体露出部の内周面側に電気的に接合され、前記巻き始め側のセパレータは前記第１電極タブの表面に複数枚積層された状態となるように複数回巻回されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の非水電解質二次電池。

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