JP2017112055A - 密閉型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電池ケースに加わる衝撃によって正極が損傷を受けるのを防止可能な構成を得る。【解決手段】セパレータ（３３）は、樹脂多孔質層と接着性樹脂層とを有する。電極体（３０）は、巻回された状態で径方向に潰れた扁平状であり、且つ、幅方向の両側に幅方向外方にそれぞれ突出する一対の屈曲部（３０ａ，３０ｂ）を有する。セパレータ（３３）の接着性樹脂層は、正極（３１）及び負極（３２）の少なくとも一方に接着されている。正極（３１）は、正極集電体（３１ａ）が１１μｍ以下の厚みを有するとともに、電極体（３０）の最外周側で且つ屈曲部（３０ｂ）において前記幅方向外方に最も突出した部分に対応する位置に、電極層非形成領域（３１ｃ）を有する。【選択図】図５

Description

本発明は、電池ケース内に電極体が封入された密閉型電池に関する。

従来より、電池ケース内に電極体が封入された密閉型電池が知られている。このような密閉型電池として、例えば特許文献１には、それぞれシート状に形成された正極、負極及びセパレータを厚み方向に積層した状態で渦巻状に巻回してなる長円形巻回電極体（電極体）が、電池ケース内に収納された構成が開示されている。

また、前記特許文献１には、セパレータが接着性樹脂を含んでいる構成が開示されている。この特許文献１の構成では、正極、負極及びセパレータを巻回してなる電極体が、加熱プレスされることにより、正極及び負極の少なくとも一方とセパレータとが一体化されている。

すなわち、前記特許文献１に開示されている構成では、セパレータと正極及び負極の少なくとも一方とが一体化された電極体が、電池ケース内に収納された状態で封入されている。

特開２０１１−５４５０３号公報

ところで、上述のようにセパレータと正極及び負極の少なくとも一方とが一体化された電極体では、一体化されていない電極体に比べて、剛性が高い。そのため、電池ケース内に封入された状態で、該電池ケースに衝撃が加わると、電極体に局所的に大きな衝撃が加わりやすい。

すなわち、セパレータと正極及び負極の少なくとも一方とが一体化されていない電極体では、該電極体が収納された電池ケースに衝撃が加わった場合でも、その衝撃を、電極体の正極、負極及びセパレータの変形によって吸収することができる。これに対し、セパレータと正極及び負極の少なくとも一方とが一体化された電極体では、各部材の変形が許容されにくいため、前記電池ケースに加わった衝撃が電極体の内部に伝わりやすい。

そうすると、正極及び負極の強度によっては、電極体の内部で正極または負極が損傷を受ける場合がある。一般的に電極体の最外周側に位置する正極は、電極体に衝撃が加わった際に損傷を受けやすい。

本発明では、接着層を有するセパレータが、正極及び負極とともに重ね合わされた状態で巻回されるとともに、前記正極及び負極の少なくとも一方と一体化された電極体と、該電極体を封入する電池ケースとを備えた密閉型電池において、前記電池ケースに加わる衝撃によって正極が損傷を受けるのを防止可能な構成を得る。

本発明者らの鋭意研究の結果、正極、負極及びセパレータを厚み方向に重ね合わせた状態で巻回された電極体において、セパレータと正極及び負極の少なくとも一方とが一体化されている場合、電極体の最外周側に位置する正極の集電体の厚みが１１μｍ以下であると、電池ケースに加わった衝撃によって、電極体が損傷を受けやすいことを見出した。すなわち、後述の実施例の表１に示すように、集電体の厚みが１１μｍよりも大きければ、該集電体が十分な厚みを有するため、電池ケースに衝撃が加わった場合でも、電極体の損傷を防止することができる。これに対し、集電体の厚みが１１μｍ以下の場合には、該集電体の強度が低下するため、電池ケースに衝撃が加わった場合に、電極体が損傷を受けやすい。

本発明者らは、上述のように、セパレータと正極及び負極の少なくとも一方とが一体化されている構成において、正極の集電体の厚みが１１μｍ以下の場合に電極体が損傷を受ける理由について鋭意検討した。その結果、本発明者らは、集電体の厚みが薄いと、集電体上に電極層を形成した場合の方が、集電体だけの場合に比べて損傷を受けやすいことに気づいた。すなわち、本発明者らは、厚みが薄い集電体上に電極層を形成することにより、集電体単体に比べて強度が低下することを見出した。

具体的には、集電体上に電極層を形成すると、集電体単体の場合に比べて、単位面積当たりの強度が低下する。例えば、集電体だけの場合と集電体上に電極層を形成した場合とでそれぞれ引張強さ試験（ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠）を行うと、集電体だけの場合の引張強さに対し、集電体上に電極層を形成した場合の引張強さは約８０％である。

一般的に、集電体上に電極層を形成する場合、集電体上に塗膜を形成した後、ローラ等によって塗膜に圧力をかける。このように、集電体上の塗膜の密度を高めることにより、電極層を得る。本発明者らは、上述のように集電体上に電極層を形成することにより強度が低下する理由として、塗膜に圧力をかけることにより得られた電極層が、電極（正極）の強度を、集電体の強度よりも低下させていることが一因であると考えた。

以上の点を考慮して、本発明者らは、以下のような構成に想到した。

本発明の一実施形態にかかる密閉型電池は、それぞれシート状に形成された正極、負極及びセパレータが厚み方向に積層された状態で巻回された電極体と、内部に前記電極体が封入される電池ケースとを備える。前記正極及び前記負極は、それぞれ、金属箔からなる集電体と、該集電体の少なくとも一方の面上に形成された電極層とを有する。前記セパレータは、多孔質層と、該多孔質層の厚み方向の少なくとも一方の面上に形成された接着層とを有する。前記電極体は、前記巻回された状態で径方向に潰れた扁平状であり、且つ、幅方向の両側に幅方向外方にそれぞれ突出する一対の屈曲部を有する。前記セパレータの前記接着層は、前記正極及び前記負極の少なくとも一方に接着されている。前記正極は、前記集電体が１１μｍ以下の厚みを有するとともに、前記電極体の最外周側で且つ前記一対の屈曲部のうち少なくとも一方の屈曲部において前記幅方向外方に最も突出した部分に対応する位置に、前記集電体上に前記電極層が形成されていない電極層非形成領域を有する（第１の構成）。

以上の構成により、セパレータと正極及び負極の少なくとも一方とが一体化された扁平状の電極体において、前記正極の集電体の厚みが１１μｍ以下の場合でも、電池ケースに加わった衝撃によって、前記正極が損傷を受けるのを防止できる。

すなわち、前記正極は、電極体の最外周側で且つ電極体の幅方向両側に位置する一対の屈曲部のうち少なくとも一方の屈曲部において前記幅方向外方に最も突出した部分に対応する位置に、集電体上に電極層が形成されていない電極層非形成領域を有する。これにより、電極体の最外周側で且つ電極体の屈曲部において前記幅方向外方に最も突出した部分に対応する位置で、前記正極の強度低下を抑制することができる。

したがって、電池ケースに対し、電極体の屈曲部に対応する位置に衝撃が加わった場合でも、該電極体の最外周側に位置する正極が損傷を受けるのを防止できる。

ここで、屈曲部において幅方向外方に最も突出した部分に対応する位置とは、正極において、前記最も突出した部分の電極体内方の位置を意味する。すなわち、電極層非形成領域は、正極において、屈曲部の幅方向外方に最も突出した部分を構成する位置に設けられている。

前記第１の構成において、前記電極層非形成領域は、前記正極に、前記電極体の最外周側で且つ前記幅方向外方に最も突出した部分に対応する位置から、巻き終り側の端部まで形成されている（第２の構成）。

この構成により、正極の集電体に、電極体の最外周側で且つ屈曲部の幅方向外方に最も突出した部分に対応する位置から、巻き終り側の端部まで、電極層を形成する必要がない。よって、電極層非形成領域を容易に形成することができる。

前記第１の構成において、前記電極層非形成領域は、前記正極に、前記電極体の最外周側で且つ前記一対の屈曲部のうち少なくとも一方の屈曲部に対応する範囲に形成されている（第３の構成）。

これにより、正極の集電体に、該電極体の最外周側で且つ屈曲部に対応する範囲には電極層が形成されない。よって、電池ケースに対して屈曲部に対応する位置に衝撃が加わった場合でも、電極体の最外周側に位置する正極が損傷を受けるのを防止できる。

ここで、屈曲部に対応する範囲とは、正極において、前記屈曲部の電極体内方の範囲を意味する。すなわち、電極層非形成領域は、正極において、屈曲部を構成する範囲に設けられている。

前記第１から第３の構成のうちいずれか一つの構成において、前記セパレータは、前記電極体の最外周に位置するように、前記正極及び前記負極と積層された状態で巻回されている（第４の構成）。

このように、セパレータを電極体の最外周に位置付けることにより、該セパレータが該電極体に加わる衝撃を緩衝する緩衝材としての役割を果たすとともに、電極体が電池ケース内で移動するのを抑制することができる。すなわち、セパレータの弾性復元力及び表面の摩擦によって、電池ケース内で電極体が移動するのを抑制することができる。

これにより、密閉型電池が衝撃を受けた場合に、電池ケース内で電極体が移動して該電極体が大きな衝撃を受けるのを防止することができる。したがって、正極が損傷を受けるのをより確実に防止できる。

前記第４の構成において、前記セパレータの前記接着層は、前記電極体の外表面に位置する面に形成されている（第５の構成）。これにより、セパレータが電池ケース内で移動するのをより確実に防止することができる。よって、密閉型電池が衝撃を受けた場合に、電池ケース内で電極体が移動するのをより確実に防止することができる。したがって、正極が損傷を受けるのをさらに確実に防止できる。

前記第１から第５の構成のうちいずれか一つの構成において、密閉型電池は、前記電極体の巻き終り部分を止める巻止めテープをさらに備える。前記巻止めテープは、前記電極体における前記一対の屈曲部のうち一方の屈曲部の少なくとも一部を覆うように前記電極体上に貼られている。前記電極層非形成領域は、前記正極に、前記電極体の最外周側で且つ前記一対の屈曲部のうち他方の屈曲部において前記幅方向外方に最も突出した部分に対応する位置に、形成されている（第６の構成）。

電極体の幅方向両側に位置する一対の屈曲部のうち、電極体の巻き終り部分を止めるための巻止めテープが貼られている一方の屈曲部では、電池ケースが衝撃を受けた場合に、該巻止めテープが緩衝材として機能する。そのため、巻止めテープが貼られている屈曲部では、正極は、電池ケースが衝撃を受けても損傷を受けにくい。

一方、巻止めテープが貼られていない他方の屈曲部では、電池ケースが衝撃を受けた場合に、正極が損傷を受けやすい。そのため、上述の第１から第５の構成を適用することにより、電池ケースが衝撃を受けた際に、正極が損傷を受けるのを防止できる。

すなわち、上述の第１から第５の構成は、巻止めテープが貼られていない屈曲部において、正極に適用することがより効果的である。

前記第１から第６の構成のうちいずれか一つの構成において、前記屈曲部は、前記幅方向の外方に向かって突出する半円状に形成されている（第７の構成）。このような形状を有する屈曲部では、電池ケースに対して該屈曲部に対応する位置に衝撃が加わった場合に、電極体の幅方向外方に最も突出した部分が最も大きな衝撃を受ける。

したがって、電極体の屈曲部が上述のような形状を有する場合には、上述の第１から第６の構成を、正極に適用することが好ましい。

本発明の一実施形態に係る密閉型電池によれば、セパレータと正極及び負極の少なくとも一方とが一体化された扁平状の電極体において、前記正極は、集電体が１１μｍ以下の厚みを有するとともに、電極体の最外周側で且つ屈曲部において幅方向外方に最も突出した部分に対応する位置に、前記集電体上に電極層が形成されていない電極層非形成領域を有する。これにより、電池ケースに加わる衝撃によって正極が損傷を受けるのを防止することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る密閉型電池の概略構成を示す斜視図である。 図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図３は、正極、負極及びセパレータを厚み方向に重ね合わせた状態で巻回する様子を模式的に示す図である。 図４は、電極体の概略構成を示す斜視図である。 図５は、電極体の巻回構造を模式的に示す図である。 図６は、比較例に係る密閉型電池の電極体の図５相当図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中の同一または相当部分については同一の符号を付してその説明は繰り返さない。

（全体構成）
図１は、本発明の実施形態に係る密閉型電池１の概略構成を示す斜視図である。図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。この密閉型電池１は、有底筒状の外装缶１０と、該外装缶１０の開口部を覆う蓋板２０と、該外装缶１０内に収納される電極体３０とを備えている。外装缶１０の開口部を蓋板２０によって覆った状態で該開口部と蓋板２０の外周部とを溶接（接続）することによって、内部に空間を有する柱状の電池ケース２が構成される。電池ケース２は、幅方向（図１の左右方向）の寸法が厚み方向（図１の紙面方向）の寸法よりも大きい扁平状に形成されている。

なお、この電池ケース２内には、電極体３０以外に非水電解液（以下、単に電解液という）等も封入されている。

電極体３０は、図３に示すように、それぞれシート状に形成された正極３１及び負極３２を、例えば正極３１を挟み込むとともに正極３１と負極３２との間にセパレータ３３がそれぞれ位置するように重ね合わせた状態で、中心軸Ｐを中心に渦巻状に巻回することによって形成された巻回電極体である。なお、図３は、正極３１、負極３２及びセパレータ３３を厚み方向に重ね合わせた状態で巻回して電極体を構成する様子を模式的に示す図である。

電極体３０は、正極３１、負極３２及びセパレータ３３を重ね合わせた状態で巻回した後、熱プレスによって押しつぶすことにより扁平状に形成される。電極体３０の詳しい構成は、後述する。

図２及び図３に示すように、電極体３０の正極３１には、正極リード３４が接続されている一方、負極３２には負極リード３５が接続されている。正極リード３４及び負極リード３５は、電極体３０の外部に引き出されている。そして、この正極リード３４の先端側は、蓋板２０に接続されている。一方、負極リード３５の先端側は、後述するように、接続板２７を介して負極端子２２に接続されている。

なお、図２には、電極体３０の外周側の数層分しか図示していない。しかしながら、この図２では電極体３０の内周側部分の図示を省略しているだけであり、当然のことながら、電極体３０の内周側にも正極３１、負極３２及びセパレータ３３が存在する。

外装缶１０は、アルミニウム合金製の有底筒状部材であり、蓋板２０とともに電池ケース２を構成する。外装缶１０は、図１に示すように、長方形の短辺側が円弧状に形成された底面１１を有する有底筒状の部材である。詳しくは、外装缶１０は、底面１１と、滑らかな曲面を有する扁平筒状の側壁１２とを備えている。すなわち、外装缶１０は、底面１１の短辺方向に対応する厚み方向の寸法が、底面１１の長辺方向に対応する幅方向よりも小さくなる（例えば、厚みが幅の１／１０程度になる）ように、扁平形状に形成されている。また、この外装缶１０は、後述するように正極リード３４に接続される蓋板２０と接合されているため、密閉型電池１の正極端子も兼ねている。

図２に示すように、外装缶１０の内側の底部には、該外装缶１０を介して電極体３０の正極３１と負極３２との間で短絡が発生するのを防止するためのポリエチレンシートからなる底部絶縁体１５が配置されている。上述の電極体３０は、該底部絶縁体１５上に一方の端部が位置付けられるように配置されている。

蓋板２０は、外装缶１０の開口部を覆った状態で、外周部が該外装缶１０の開口部に溶接によって接続されている。この蓋板２０は、外装缶１０と同様、アルミニウム合金製の部材からなり、該外装缶１０の開口部の内側に嵌合可能なように長方形の短辺側が円弧状に形成されている。

蓋板２０には、その長手方向の中央部分に貫通孔２０ａが形成されているとともに、該貫通孔２０ａを挟んで蓋板２０の長手方向に開裂ベント４０及び注入口２４が形成されている。すなわち、蓋板２０には、開裂ベント４０、貫通孔２０ａ及び注入口２４が、蓋板２０の長手方向に並んで設けられている。

図２に示すように、前記蓋板２０の貫通孔２０ａ内には、ポリプロピレン製の絶縁パッキング２１及びステンレス鋼製の負極端子２２（端子）が挿通されている。具体的には、概略柱状の負極端子２２が挿通された概略円筒状の絶縁パッキング２１が貫通孔２０ａの周縁部に嵌合されている。

負極端子２２は、円柱状の軸部の両端に平面部がそれぞれ一体形成された構成を有している。負極端子２２は、平面部が外部に露出する一方、該軸部が絶縁パッキング２１内に位置付けられるように、該絶縁パッキング２１に対して配置されている。

負極端子２２は、軸部が、ニッケル製の接続板２７を貫通することにより、該接続板２７と電気的に接続されている。接続板２７は、長方形状の板部材であり、蓋板２０の長手方向、すなわち負極端子２２から開裂ベント４０に向かって延びるように、負極端子２２に接続されている。これにより、負極端子２２は、接続板２７、負極リード３５を介して、電極体３０の負極３２に電気的に接続されている。

接続板２７と蓋板２０との間には、両者を電気的に絶縁するための平面視で長方形状の絶縁板２６が配置されている。この絶縁板２６も、接続板２７と同様、負極端子２２の軸部によって貫通されているとともに、開裂ベント４０に向かって延びるように配置されている。すなわち、負極端子２２の軸部は、蓋板２０を貫通するとともに、絶縁板２６及び接続板２７を貫通している。

蓋板２０に形成された注入口２４は、電池ケース２内に電解液を注入するための貫通孔である。注入口２４は、平面視で略円形状に形成されている。この注入口２４は、図２に示すように、断面Ｔ字状の封止栓２５によって封止されている。電池ケース２内に電解液を注入した後に、封止栓２５と注入口２４の周縁部との間に隙間が生じないように、該封止栓２５の鍔部の外周部分と蓋板２０とはレーザー溶接によって接合される。

図１に示すように、開裂ベント４０は、蓋板２０の平面視で、すなわち電池ケース２を上方から見て、蓋板２０の長手方向に長い長円状に形成されている。開裂ベント４０は、蓋板２０の他の部分の厚みよりも小さい厚みを有する平面視で長円状の薄肉弁体４１と、該薄肉弁体４１の外周を囲むように蓋板２０の上面側に溝が設けられた薄肉部４２とを有する。

以上のように、薄肉弁体４１を囲むように薄肉部４２を設けることにより、電池ケース２内の圧力が上昇した際に、電池ケース２の内圧上昇による該電池ケース２の変形及び内圧によって、蓋板２０において厚みが最も小さい薄肉部４２が破断する。そうすると、薄肉弁体４１は蓋板２０に対して上方に押し上げられるため、電池ケース２内のガス等が外部に放出される。これにより、電池ケース２が内圧上昇によって破損するのを防止できる。

（電極体）
次に、電極体３０の構成を、図３から図５を用いて以下で詳細に説明する。図４は、電極体３０の概略構成を示す斜視図である。図５は、電極体３０の巻回構造を模式的に示す図である。すなわち、図５は、説明のために、正極３１、負極３２及びセパレータ３３を巻回した状態を模式的に示している。

上述のように、電極体３０は、それぞれシート状に形成された正極３１、負極３２及びセパレータ３３を厚み方向に積層した状態で、中心軸Ｐを中心に渦巻状に巻回されることにより形成されている。

本実施形態では、電極体３０は、正極３１及び負極３２よりも長手方向に長い一対のセパレータ３３を有する。該一対のセパレータ３３は、正極３１を挟み込むとともに、該正極３１と負極３２との間に位置するように、正極３１及び負極３２に対して厚み方向に重ね合わされている。

また、本実施形態では、厚み方向に重ね合わされた正極３１、負極３２及び一対のセパレータ３３は、該一対のセパレータ３３のうち正極３１と負極３２との間に位置していないセパレータ３３が外周側に位置するように、巻回される。これにより、電極体３０の外表面には、セパレータ３３が位置付けられる。

本実施形態では、電極体３０は、径方向に熱プレスさせることによって、扁平状に形成されている。後述するように、本実施形態では、セパレータ３３が接着性樹脂層を有するため、熱プレスによって該接着性樹脂層が溶融して正極３１及び負極３２の少なくとも一方に接着される。これにより、電極体３０は、正極３１、負極３２及びセパレータ３３が一体化した略直方体状に形成されている。

電極体３０は、上述のように扁平状に形成されることにより、図４に示すように、幅方向（図４における左右方向）の両側に、幅方向外方に突出する一対の屈曲部３０ａ，３０ｂを有する。一対の屈曲部３０ａ，３０ｂは、正極３１、負極３２及びセパレータ３３を巻回する際の中心軸Ｐの軸線方向から電極体３０を見て、前記幅方向の外方に突出する円弧状に形成されている。すなわち、一対の屈曲部３０ａ，３０ｂは、電極体３０の幅方向の両側に形成されたＲ部である。

一対の屈曲部３０ａ，３０ｂのうち一方の屈曲部３０ａには、電極体３０のセパレータ３３の巻き終りを止めるための巻止めテープ３６の一部が貼られている。この巻止めテープ３６は、ＰＰ（ポリプロピレン）等によって構成されている。

ここで、電極体３０の正極３１、負極３２及びセパレータ３３は、上述のとおり、該セパレータ３３の長手方向の長さが正極３１及び負極３２の長手方向の長さよりも長い。すなわち、セパレータ３３の長手方向の長さは、正極３１及び負極３２とともに巻回した状態で、電極体３０の外表面を覆うような長さを有する。これにより、電極体３０の外表面は、セパレータ３３によって覆われている。

正極３１は、正極活物質を含有する正極活物質層３１ｂ（電極層）を、アルミニウム等の金属箔製の正極集電体３１ａ（集電体）上に設けたものである。詳しくは、正極３１は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能なリチウム含有酸化物である正極活物質、導電助剤及びバインダなどを含む正極合剤を、アルミニウム箔などからなる正極集電体３１ａ上に塗布して乾燥させた後、ローラ等によって厚み方向に加圧することによって形成される。なお、正極集電体３１ａの厚みは、例えば１０μｍである。

すなわち、正極３１は、正極集電体３１ａと、該正極集電対３１ａ上に形成された正極活物質層３１ｂとを有する。正極活物質層３１ｂは、正極集電体３１ａの少なくとも一方の面に形成されている。

正極活物質であるリチウム含有酸化物としては、例えば、ＬｉＣｏＯ_２などのリチウムコバルト酸化物やＬｉＭｎ_２Ｏ_４などのリチウムマンガン酸化物、ＬｉＮｉＯ_２などのリチウムニッケル酸化物等のリチウム複合酸化物を用いるのが好ましい。なお、正極活物質として、１種類の物質のみを用いてもよいし、２種類以上の物質を用いてもよい。また、正極活物質は、上述の物質に限られない。

図５に示すように、正極３１において、電極体３０の巻き始め側（中心側）及び巻き終わり側（外周側）には、正極集電体３１ａ上に正極活物質層３１ｂが形成されていない。特に、正極３１は、電極体３０の巻き終わり側に、該電極体３０の屈曲部３０ｂに対応して、正極集電体３１ａ上に正極活物質層３１ｂが形成されていない電極層非形成領域３１ｃを有する。電極層非形成領域３１ｃは、正極３１のうち少なくとも電極体３０の屈曲部３０ｂを構成する部分及び、当該部分から巻き終り側の端部まで形成されている。

ここで、電極体３０の屈曲部３０ｂに対応するとは、電極体３０のうち屈曲部３０ｂを構成する部分を意味する。すなわち、電極層非形成領域３１ｃは、電極体３０の外周側に位置する正極３１のうち、屈曲部３０ｂを構成する部分に設けられている。なお、屈曲部３０ｂとは、平面状の正極３１が折り返すように厚み方向に変位を生じている部分を意味する。

正極３１は、電極層非形成領域３１ｃよりも電極体３０の巻き始め側に、正極集電体３１ａの片面のみに正極活物質層３１ｂが形成された片面形成領域３１ｄと、該片面形成領域３１ｄよりもさらに電極体３０の巻き始め側に、正極集電体３３の両面に正極活物質層３１ｂが形成された両面形成領域３１ｅとを有する。

本実施形態では、電極体３０の最外周に位置するセパレータ３３の内周側に、正極３１が位置している。すなわち、正極３１の巻き終り側の端部は、負極３２の巻き終り側の端部よりも電極体３０の外周側に位置している。また、上述のように、正極３１において、電極層非形成領域３１ｃは、電極体３０の屈曲部３０ｂに対応して形成されている。

これにより、正極３１及び負極３２のうち屈曲部３０ｂの外周側に位置する正極３１には、正極集電体３１ａ上に正極活物質層３１ｂが形成されていない。

ここで、発明者らの鋭意研究の結果、正極集電体３１ａの厚みが１１μｍ以下の場合に、正極集電体３１ａ上に正極活物質層３１ｂが形成されていると、正極集電体３１ａ自体の強度に比べて強度が低下することが分かった。これは、正極集電体３１ａ上に正極活物質層３１ｂを形成する際に、正極集電体３１ａ上に塗布して乾燥させた正極合剤を、ローラ等によって加圧して、正極活物質層３１ｂと正極集電体３１ａとを一体化させているためと考えられる。このように、正極活物質層３１ｂと正極集電体３１ａとが一体化されると、正極３１の強度が正極活物質層３１ｂの強度の影響を受けるため、正極３１の強度が正極集電体３１ａの強度よりも低下すると考えられる。

そのため、電極体３０の屈曲部３０ｂにおいて、外周側に位置する正極３１が正極活物質層３１ｂを有すると、正極３１の屈曲部３０ｂに対応する部分で強度が低下する。そうすると、密閉型電池１における屈曲部３０ｂ側に衝撃が加わった際に、該屈曲部３０ｂの外周側に位置する正極３１が損傷を受ける可能性がある。

これに対し、上述のように、電極体３０の屈曲部３０ｂの外周側に位置する正極３１に、電極層非形成領域３１ｃを設けることにより、正極活物質層３１ｂが存在しないため、正極３１の強度低下を抑制することができる。よって、密閉型電池１が上述のような衝撃を受けた場合でも、電極体３０の屈曲部３０ｂの外周側に位置する正極３１が損傷を受けるのを防止できる。

なお、電極体３０の屈曲部３０ａには、既述のように、巻止めテープ３６が貼られているため、密閉型電池１における屈曲部３０ａ側に衝撃が加わった場合、巻止めテープ３６が緩衝材としての機能を果たす。そのため、正極３１において屈曲部３０ａの外周側に位置する部分に正極活物質層３１ｂが存在していても、密閉型電池１に対して上述のような衝撃が加わった場合に、正極３１は損傷を受けない。

負極３２は、負極活物質を含有する負極活物質層３２ｂを、銅等の金属箔製の負極集電体３１ａ上に設けたものである。詳しくは、負極３２は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質、導電助剤及びバインダなどを含む負極合剤を、銅箔などからなる負極集電体３１ａ上に塗布して乾燥させた後、ローラ等によって厚み方向に加圧することによって形成される。

すなわち、負極３２は、負極集電体３２ａと、該負極集電体３２ａ上に形成された負極活物質層３２ｂとを有する。負極活物質層３２ｂは、負極集電体３２ａの少なくとも一方の面に形成されている。

本実施形態の場合、図５に示すように、負極３２において、電極体３０の巻き始め側（中心側）及び巻き終わり側（外周側）には、負極集電体３２ａ上に負極活物質層３２ｂが形成されていない。

なお、負極３２は、電極体３０の巻き始め側に形成された電極層非形成領域３２ｃと、該電極層非形成領域３２ｃよりも電極体２０の巻き終わり側に位置する片面形成領域３２ｄと、該片面形成領域３２ｄよりも電極体２０の巻き終わり側に位置する両面形成領域３２ｅとを有する。

負極活物質としては、例えば、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素材料（黒鉛類、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類など）を用いるのが好ましい。負極活物質は、上述の物質に限られない。

セパレータ３３は、樹脂多孔質層（多孔質層）と、接着性樹脂層（接着層）とを有している。接着性樹脂層は、樹脂多孔質層の厚み方向の両側に形成されている。セパレータ３３は、例えば１１μｍの厚みを有する。

樹脂多孔質層は、従来から知られているリチウム二次電池などの電気化学素子で使用されているポリオレフィン製の微多孔質膜などを用いることができる。すなわち、樹脂多孔質層は、従来の一般的なセパレータの樹脂多孔質層と同様の材料によって構成されているとともに、従来の樹脂多孔質層と同様の構造を有するため、詳しい説明を省略する。

接着性樹脂層は、加熱プレスによって接着性が発現し、相手材に対して密着する材料によって構成されている。すなわち、接着性樹脂層を構成する材料は、樹脂多孔質層の主成分である樹脂の融点よりも低い温度で、接着性が発現するような材料である。このような材料の具体例としては、例えば、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、ポリ−α−オレフィン［ＰＰ、ポリブテン−１など］、ポリアクリル酸エステル、ポリ酢酸ビニル、これらの樹脂を構成するモノマーなどから得られる共重合体［エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−メチルアクリレート共重合体（ＥＭＡ）、エチレン−エチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）、エチレン−ブチルアクリレート共重合体（ＥＢＡ）、エチレン−メチルメタクリレート共重合体（ＥＭＭＡ）、アイオノマー樹脂など］などが挙げられる。

また、上述の各樹脂や、ＳＢＲ、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、フッ素ゴム、エチレンープロピレンゴムなどの室温で粘着性を示す樹脂をコアとし、融点や軟化点が６０℃以上１２０℃以下の範囲内にある樹脂をシェルとしたコアシェル構造の樹脂を、接着性樹脂層に用いてもよい。この場合、シェルには、各種アクリル樹脂やポリウレタンなどを用いてもよい。さらに、接着性樹脂層に、一液型のポリウレタンやエポキシ樹脂などのうち、６０℃以上１２０℃以下の範囲で接着性を示す材料を用いてもよい。

なお、接着性樹脂層には、上述のように例示した樹脂を１種類単独で用いてもよいし、２種類以上を併用してもよい。

上述のような接着性樹脂層を有するセパレータ３３を用いることにより、電極体３０を扁平状になるように熱プレスした際に、セパレータ３３が正極３１及び負極３２に接着される。これにより、電極体３０は、正極３１、負極３２及びセパレータ３３が一体となる。

以上の構成のように、電極体３０の幅方向一方に形成された屈曲部３０ｂに対応するように、該電極体３０の外周側に位置する正極３１に、電極層非形成領域３１ｃを形成することにより、正極３１のうち屈曲部３０ｂの外周側に位置する部分の強度低下を抑制することができる。これにより、密閉型電池１に対して電極体２０の屈曲部３０ｂ側に衝撃が加わった場合でも、該屈曲部３０ｂの外周側に位置する正極３１が損傷を受けるのを防止できる。

特に、正極３１の正極集電体３１ａの厚みが１１μｍ以下の場合には、該正極集電体３１ａ上に正極活物質層３１ｂを形成することにより、正極３１の強度が低下する。そのため、電極体３０の屈曲部３０ｂの外周側に位置する正極３１において、正極集電体３１ａ上に正極活物質層３１ｂを形成しない電極層非形成領域３１ｃを設けることにより、密閉型電池１に対して上述のような衝撃が加わった場合に、正極３１が損傷を受けるのを防止できる。

また、本実施形態のように、屈曲部３０ｂが、電極体３０の幅方向外方に向かって突出する半円状に形成されている場合には、密閉型電池１に対して屈曲部３０ｂに対応する位置に衝撃が加わった場合に、電極体の３０幅方向外方に最も突出した部分が最も大きな衝撃を受ける。よって、屈曲部３０ｂの前記幅方向外方に最も突出している部分を含む範囲で、電極体３０の外周側に位置する正極３１に、電極層非形成領域３１ｃを形成することにより、密閉型電池１に対して上述のような衝撃が加わった場合に、正極３１が損傷を受けるのを防止できる。

電極体３０の屈曲部３０ａには、外表面に巻止めテープ３６が貼られているため、密閉型電池１に上述のような衝撃が加わった場合に、該巻止めテープ３６が緩衝材としての役割を果たす。したがって、電極体３０の一対の屈曲部３０ａ，３０ｂのうち、巻止めテープ３６が貼られていない屈曲部３０ｂにおいて、正極３１に上述のような電極層非形成領域３１ｃを設けることにより、密閉型電池１に対して屈曲部３０ａ，３０ｂのいずれの側に衝撃が加わった場合でも、正極３１が損傷を受けるのを防止できる。

また、本実施形態では、電極層非形成領域３１ｃは、正極３１において、電極体３０の屈曲部３０ｂに対応する部分から巻き終り側の端部まで形成されている。これにより、正極３１に電極層非形成領域３１ｃを容易に形成することができる。

電極体３０の外表面には、セパレータ３３が位置付けられるため、該セパレータ３３が電極体３０に加わる衝撃を緩衝する緩衝材としての役割を果たすとともに、電極体３０が電池ケース２内で移動するのを抑制することができる。すなわち、セパレータ３３の弾性復元力及び表面の摩擦によって、電池ケース２内で電極体３０が移動するのを抑制することができる。

これにより、密閉型電池１が衝撃を受けた場合に、電池ケース２内で電極体３０が移動して該電極体３０が大きな衝撃を受けるのを防止することができる。したがって、電極体３０の外周側に位置する正極３１が損傷を受けるのをより確実に防止できる。

しかも、セパレータ３３は、外表面に接着性樹脂層を有する。これにより、電極体３０が電池ケース２の内面に対してより移動しにくくなる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

前記実施形態では、電極体３０の屈曲部３０ｂにおいて外周側に位置する正極３１に、該屈曲部３０ｂに対応して電極層非形成領域３１ｃが設けられている。しかしながら、屈曲部３０ｂのうち電極体３０の幅方向外方に最も突出している部分のみに、電極層非形成領域３１ｃを設けてもよい。屈曲部３０ｂのうち電極体３０の幅方向外方に最も突出している部分は、密閉型電池１に対して屈曲部３０ｂ側に衝撃が加わった際に最も衝撃を受けやすいため、当該部分に電極層非形成領域３１ｃを設けるのが効果的である。

なお、電極層非形成領域３１ｃは、屈曲部３０ｂのうち電極体３０の幅方向外方に最も突出している部分を含んでいれば、当該部分から正極３１の巻き終り側の端部まで電極層非形成領域３１ｃが設けられていてもよいし、屈曲部３０ｂに対応する部分のみに電極層非形成領域３１ｃが設けられていてもよい。

前記実施形態では、電極体３０の幅方向両側に位置する一対の屈曲部３０ａ，３０ｂのうち、屈曲部３０ｂに対応するように、電極体３０の外周側に位置する正極３１に電極層非形成領域３１ｃが設けられている。しかしながら、一対の屈曲部３０ａ，３０ｂの両方に対応するように、正極３１に電極層非形成領域３１ｃが設けられていてもよい。このように、一対の屈曲部３０ａ，３０ｂの両方に対応するように、正極３１に電極層非形成領域３１ｃが設けることにより、密閉型電池１における一対の屈曲部３０ａ，３０ｂのいずれの側に衝撃が加わった際でも、電極体３０の外周側に位置する正極３１が損傷を受けるのを防止できる。

前記実施形態では、一対の屈曲部３０ａ，３０ｂは、電極体３０の幅方向外方に突出する半円状に形成されている。しかしながら、一対の屈曲部３０ａ，３０ｂの形状は、扁平状の電極体を構成可能な形状であれば、どのような形状であってもよい。

前記実施形態では、正極３１及び負極３２において、正極活物質層３１ｂ及び負極活物質層３２ｂが、図５に示すように形成されている。しかしながら、正極活物質層３１ｂ及び負極活物質層３２ｂを、正極集電体３１ａ及び負極集電体３２ａの片面及び両面にそれぞれ形成する位置は、前記実施形態以外の位置であってもよい。すなわち、電極体３０の屈曲部３０ｂにおいて外周側に位置する電極に、電極層非形成領域が設けられていれば、電極の構成はどのような構成であってもよい。

前記実施形態では、電極体３０は、外表面にセパレータ３３が位置付けられるように、正極３１、負極３２及びセパレータ３３が厚み方向に重ね合わされた状態で巻回されている。しかしながら、電極体は、外表面に正極３１または負極３２が位置付けられるように、正極３１、負極３２及びセパレータ３３が厚み方向に重ね合わされた状態で巻回されていてもよい。

前記実施形態では、セパレータ３３の樹脂多孔質層の厚み方向の両側に接着性樹脂層が形成されている。しかしながら、樹脂多孔質層の厚み方向の一方側のみに接着性樹脂層を形成してもよい。この場合には、セパレータ３３は、正極３１または負極３２のいずれか一方と一体化される。また、一対のセパレータ３３のうち一方における厚み方向両側に接着性樹脂層を設けるとともに、他方における厚み方向片側のみに接着性樹脂層を設けてもよい。なお、この場合でも、電池ケース２内での電極体３０の移動を効果的に抑制するという観点から、セパレータ３３の電極体３０の外表面に位置するセパレータ３３の面に接着性樹脂層を設けるのが好ましい。

前記実施形態では、密閉型電池１はリチウムイオン電池である。しかしながら、密閉型電池１はリチウムイオン電池以外の電池であってもよい。

上述の構成を有する密閉型電池１の効果を確認するための試験を行った。具体的には、以下のような実施例１，２、比較例及び参考例のリチウムイオン電池を作製して、該リチウムイオン電池の落下試験を行った後、正極の損傷の有無を確認した。

（実施例１）
＜正極の作製＞
正極活物質であるコバルト酸リチウム９６質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を１０質量％の濃度で含むＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶液２０質量部と、導電助剤である人造黒鉛１質量部およびケッチェンブラック１質量部とを、二軸混練機を用いて混練し、更にＮＭＰを加えて粘度を調節して、正極合剤含有ペーストを調製した。

前記正極合剤含有ペーストを、厚みが１０．３μｍのアルミニウム箔（正極集電体）の両面に塗布した後、乾燥を行って、アルミニウム箔の両面又は片面に正極活物質層を形成した。このとき、前記正極合剤含有ペーストは、正極、負極およびセパレータを厚み方向に積層した状態で巻回した場合に、正極のアルミニウム箔に対して図５に示すような位置に正極活物質層が形成されるように、該アルミニウム箔上に塗布した。その後、正極活物質層のプレス処理を行うことにより、該正極活物質層の厚みおよび密度を調節するとともに、アルミニウム箔の露出部にニッケル製のリード体を溶接して、長さ５４０ｍｍ、幅７０ｍｍの帯状の正極を作製した。

＜負極の作製＞
平均粒子径Ｄの５０％が１６μｍである負極活物質の黒鉛９７．５質量部と、結着剤であるスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）：１．５質量部と、増粘剤であるカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）：１質量部とに、水を加えて混合し、負極合剤含有ペーストを調製した。

前記負極合剤含有ペーストを、厚みが６μｍの銅箔（負極集電体）の両面に塗布した後、乾燥を行って、銅箔の両面に負極合剤層（負極活物質層）を形成した。その後、負極活物質層のプレス処理を行うことにより、該負負極活物質層の厚みおよび密度を調節するとともに、銅箔の露出部にニッケル製のリード体を溶接して、長さ５３０ｍｍ、幅７４ｍｍの帯状の負極を作製した。

＜非水電解質の調製＞
エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との容積比３：７の混合溶媒に、ＬｉＰＦ６を１．１ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させて、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）を２．０質量％となる量、およびビニレンカーボネート（ＶＣ）を２．０質量％となる量で、それぞれ添加して、非水電解質を調製した。

＜電池の組み立て＞
前記帯状の正極を、厚みが１１μｍのセパレータ（９μｍの多孔質層の両面に接着層が１μｍずつ設けられているセパレータ）を間に挟みこむように前記帯状の負極に重ねた状態で、巻回した後、扁平状になるように加圧して図５に示すような構造の電極体を得た。次に、外寸が厚み４．３ｍｍ、幅３９ｍｍ、高さ７９ｍｍのアルミニウム合金製の角形の電池ケース内に前記電極体を挿入し、リード体の溶接を行うとともに、アルミニウム合金製の蓋板を電池ケースの開口端部に溶接した。その後、蓋板に設けられた注入口から前記非水電解質を注入し、１時間静置した後、注入口を封止した。その後、活性化工程を経て、図１に示す構造のリチウムイオン電池を得た。

（実施例２）
正極の集電体を厚みが１１μｍのアルミニウム箔に変更した以外は実施例１と同様にして正極を作製し、この正極を使用した以外は実施例１と同様にしてリチウムイオン電池を作製した。

（比較例）
正極の正極活物質層を、正極、負極およびセパレータを厚み方向に重ね合わせた状態で巻回した場合に、正極のアルミニウム箔に対して図６に示すような位置に形成した以外は実施例１と同様に正極を作製し、この正極を使用した以外は実施例１と同様にリチウムイオン電池を作製した。すなわち、この比較例では、図６に示すように、電極体の屈曲部において、該電極体の最外周側に位置する正極にはアルミニウム箔に正極活物質層が形成されている。

なお、図６に示す電極体１３０は、正極１３１の構造のみが図５に示す電極体３０と異なる。具体的には、正極１３１は、電極体１３０の屈曲部１３０ｂにおいて最外周側に位置する部分で、正極集電体１３１ａ上の屈曲部１３０ｂに対応する位置に正極活物質層１３１ｂが形成されている。電極体１３０は、正極１３１の構成以外は、図５に示す電極体３０の構成と同様なので、同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

（参考例）
正極の集電体を厚みが１２μｍのアルミニウム箔に変更するとともに、正極の正極活物質層を、正極、負極およびセパレータを厚み方向に重ね合わせた状態で巻回した場合に、正極のアルミニウム箔に対して図６に示すような位置に形成した以外は、実施例１と同様に正極を作成し、この正極を使用した以外は実施例１と同様にリチウムイオン電池を作成した。

（落下試験）
上述のように作製した実施例１、実施例２、比較例及び参考例のリチウムイオン電池をそれぞれ５つ用意し、各リチウムイオン電池について落下試験を行った。落下試験は、各リチウムイオン電池を、該電池の６面がそれぞれ衝撃を受けるように、高さ１．５ｍの位置から平面上に落下させて、電極体の屈曲部において最外周側に位置する正極の破断の有無を確認した。正極の破断の有無は落下試験後に電池を分解して目視により行った。試験結果を表１に示す。

表１に示すように、正極集電体の厚みが１１μｍよりも大きい場合（参考例：正極集電体の厚みが１２μｍ）には、正極は破断しなかった。一方、正極集電体の厚みが１１μｍ以下の場合には、図６に示すように、電極体の屈曲部において最外周側に位置する正極の正極集電体に正極活物質層が形成されていると、正極は破断した（比較例）。

正極集電体の厚みが１１μｍ以下の場合であっても、図５に示すように、電極体の屈曲部において最外周側に位置する正極に、正極活物質層が形成されていなければ、正極は破断しなかった（実施例１、２）。

したがって、正極集電体の厚みが１１μｍ以下の場合、電極体の屈曲部において最外周側に位置する正極に、正極活物質層が形成されていない電極層非形成領域を設けることにより、リチウムイオン電池に衝撃が加わっても、前記正極が損傷を受けるのを防止できることを確認できた。

本発明は、接着性樹脂層を有するセパレータとともに正極及び負極が巻回された状態で熱プレスによって形成された電極体が、電池ケース内に封入された扁平状の密閉型電池に利用可能である。

１ 密閉型電池
２ 電池ケース
３０ 電極体
３０ａ、３０ｂ 屈曲部
３１ 正極
３１ａ 正極集電体（集電体）
３１ｂ 正極活物質層（電極層）
３１ｃ 電極層非形成領域
３１ｄ 片面形成領域
３１ｅ 両面形成領域
３２ 負極
３２ａ 負極集電体
３２ｂ 負極活物質層
３２ｃ 電極層非形成領域
３２ｄ 片面形成領域
３２ｅ 両面形成領域
３３ セパレータ
３６ 巻止めテープ

Claims (7)

1. それぞれシート状に形成された正極、負極及びセパレータが厚み方向に積層された状態で巻回された電極体と、
   内部に前記電極体が封入される電池ケースとを備え、
   前記正極及び前記負極は、それぞれ、金属箔からなる集電体と、該集電体の少なくとも一方の面上に形成された電極層とを有し、
   前記セパレータは、多孔質層と、該多孔質層の厚み方向の少なくとも一方側に形成された接着層とを有し、
   前記電極体は、前記巻回された状態で径方向に潰れた扁平状であり、且つ、幅方向の両側に幅方向外方にそれぞれ突出する一対の屈曲部を有し、
   前記セパレータの前記接着層は、前記正極及び前記負極の少なくとも一方に接着されていて、
   前記正極は、前記集電体が１１μｍ以下の厚みを有するとともに、前記電極体の最外周側で且つ前記一対の屈曲部のうち少なくとも一方の屈曲部において前記幅方向外方に最も突出した部分に対応する位置に、前記集電体上に前記電極層が形成されていない電極層非形成領域を有する、密閉型電池。
2. 請求項１に記載の密閉型電池において、
   前記電極層非形成領域は、前記正極に、前記電極体の最外周側で且つ前記幅方向外方に最も突出した部分に対応する位置から、巻き終り側の端部まで形成されている、密閉型電池。
3. 請求項１に記載の密閉型電池において、
   前記電極層非形成領域は、前記正極に、前記電極体の最外周側で且つ前記一対の屈曲部のうち少なくとも一方の屈曲部に対応する範囲に形成されている、密閉型電池。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載の密閉型電池において、
   前記セパレータは、前記電極体の最外周に位置するように、前記正極及び前記負極と積層された状態で巻回されている、密閉型電池。
5. 請求項４に記載の密閉型電池において、
   前記セパレータの前記接着層は、前記電極体の外表面に位置する面に形成されている、密閉型電池。
6. 請求項１から５のいずれか一つに記載の密閉型電池において、
   前記電極体の巻き終り部分を止める巻止めテープをさらに備え、
   前記巻止めテープは、前記電極体における前記一対の屈曲部のうち一方の屈曲部の少なくとも一部を覆うように前記電極体上に貼られていて、
   前記電極層非形成領域は、前記正極に、前記電極体の最外周側で且つ前記一対の屈曲部のうち他方の屈曲部において前記幅方向外方に最も突出した部分に対応する位置に、形成されている、密閉型電池。
7. 請求項１から６のいずれか一つに記載の密閉型電池において、
   前記屈曲部は、前記幅方向の外方に向かって突出する半円状に形成されている、密閉型電池。

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