JP2020205269A - 捲回型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程を簡略かつ低コスト化し、電池製造時の不良率を低減可能な、捲回型電池の提供。【解決手段】捲回型電池１００は、電池ケースと、発電要素と、電池ケースの開口を塞ぐキャップ１２と、電池ケースと、キャップとを絶縁するガスケット１６を具備し、発電要素は第１電極４と第２電極２とこれらの間に介在するセパレータ６と電解質を具備する。第１電極と第２電極とがセパレータを介して捲回されて電極群を形成し、第１電極とキャップが第１集電リード２４で接続され、第２電極と電池ケースが第２集電リード２２で接続され、電池ケースの開口端部付近に溝部８ａが形成されている。ガスケットは、溝部から端部までの部分とキャップの周縁部の間に介在する環状のシール部１６Ａと、シール部と一体化され、シール部より電極群寄りに配置された筒部１６Ｂを有し、第１集電リードが筒部の中空を通ってキャップに接続されている。【選択図】図１

Description

本発明は、捲回型の電極群を含む電池に関し、特に外径の小さな電池ケースを具備する捲回型電池に関する。

近年、ポータブル機器の高性能化が目覚しく進展している。このようなポータブル機器の電源は、小型かつ高容量であることが望まれる。一方、高容量電池の製造は、電池が小型化するほど困難になる。

特許文献１では、小型円筒型の金属缶と、金属缶に収容された捲回型の電極群と、金属缶の開口部を密閉する封口部材とを備える電池において、内部短絡を抑制するために、電極群の端面と封口部材との間にリング状の絶縁部材が配置されている。同様の目的で、特許文献２では、電極群の端面に板状の絶縁リングが被せられている。

特開２０１４−２２２６７０号公報 特開２０００−４８８０２号公報

特許文献１、２では、電極群と封口部材との間に、独立した絶縁部材が配置されている。このような絶縁部材を電池ケース内に配置する作業は、電池の小型化に伴って慎重を要するようになる。例えば、絶縁部材が電池ケース内で斜めに挿入されると、電池ケースの開口付近を加工する際に、絶縁部材が損傷することがある。その際、電極群の端面にも負荷がかかり、電極群が損傷することもある。絶縁部材の寸法や加工精度がばらつくと、電池ケース内に絶縁部材を挿入する作業は更に困難になる。また、電池の使用時に電池に振動が付与されると、絶縁部材と電極群とが衝突し、電極群が損傷することも懸念される。

上記に鑑み、本開示の一局面は、開口を有する電池ケースと、電池ケースに収容された発電要素と、電池ケースの開口を塞ぐキャップと、電池ケースとキャップとを絶縁するガスケットと、を具備し、発電要素は、第１電極と、第１電極とは極性が異なる第２電極と、第１電極と第２電極との間に介在するセパレータと、電解質と、を具備する。第１電極と第２電極とがセパレータを介して捲回されて電極群を形成しており、第１電極とキャップとが、第１集電リードで接続されており、第２電極と電池ケースとが、第２集電リードで接続されている。電池ケースの開口を形成する端部付近に、電池ケースを縮径するように環状の溝部が形成されており、ガスケットは、電池ケースの溝部から端部までの部分と、キャップの周縁部と、の間に介在する環状のシール部と、シール部と一体化されているとともに、シール部と同軸かつシール部より電極群寄りに配置された筒部と、を有し、第１集電リードが、筒部の中空を通って、キャップに接続されている、捲回型電池に関する。

本開示によれば、捲回型電池の製造工程を簡略かつ低コスト化できるとともに、電池製造時の不良率を低減できる。また、電池の耐振性を高めることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る円筒型の捲回型電池の縦断面図である。 図２は、ガスケットのバリエーションを示す図である。 図３は、ガスケットの別のバリエーションを示す図である。 図４はシール部と筒部とが部分的に繋がっているガスケットを示す図で、（ａ）はシール部と筒部とが部分的に繋がっているガスケットの上面図および（ｂ）は正面図である。 図５は第１電極を概略的に示す図であり、（ａ）は第１電極を概略的に示す平面図および（ｂ）はそのIVb−IVb線断面図である。 図６は別の第１電極を概略的に示す図であり、（ａ）は別の第１電極を概略的に示す平面図および（ｂ）はそのVb−Vb線断面図（ｂ）である。 図７は第２電極を概略的に示す図であり、（ａ）は第２電極を概略的に示す平面図および（ｂ）はそのVIb−VIb線断面図である。 図８は、捲回前の電極群の構成を概略的に示す平面図である。

本開示に係る捲回型電池は、開口を有する電池ケースと、電池ケースに収容された発電要素と、電池ケースの開口を塞ぐキャップと、電池ケースとキャップとを絶縁するガスケットと、を具備する。発電要素は、第１電極と、第１電極とは極性が異なる第２電極と、第１電極と第２電極との間に介在するセパレータと、電解質と、を具備する。第１電極と第２電極は、セパレータを介して捲回されて電極群を形成している。電極群は、第１端面およびその反対側の第２端面を有する柱状体である。以下、電池ケースの開口側に配置される端面を第１端面、その反対側（電池ケースが電池缶である場合は、電池缶の底部側）に配置される端面を第２端面と称する。

第１電極は、通常、第１集電体シートと、第１集電体シートの表面に形成された第１活物質層とを具備する。第２電極は、通常、第２集電体シートと、第２集電体シートの表面に形成された第２活物質層とを具備する。第１電極は、第１集電リードにより、導電性を有するキャップと接続されている。第２電極は、第２集電リードにより、導電性を有する電池ケースと接続されている。

電池ケースの開口を形成する端部付近には、電池ケースを縮径するように、環状の溝部が形成されている。溝部は、キャップを位置決めする役割を果たす。ガスケットは、環状のシール部と、シール部より電極群寄りに配置された筒部と、を具備する。シール部は、電池ケースの溝部から開口を形成する端部までの部分と、キャップの周縁部との間に介在し、電池ケース内の気密性を保持する役割を果たす。筒部は、環状のシール部と一体化されているとともに、シール部と同軸かつシール部より電極群寄りに配置される。筒部は、電極群とキャップとの間の空間において発生し得る内部短絡を抑制している。すなわち筒部は、特許文献１、２の絶縁部材もしくは絶縁リングと一部共通の役割を果たす。

ここで、同軸とは、環状のシール部および筒部の両端の開口が、いずれも電池ケースの開口と概ね対向している状態であればよく、必ずしもシール部と筒部の軸心が同一である必要はない。同軸には、環状のシール部と筒部とが、共通の軸心を有する場合だけでなく、例えばシール部の軸心と筒部の軸心とが０〜１５°程度の角度で交わる場合も含まれ得る。

第１集電リードは、筒部の中空を通って、キャップ（具体的には電池ケース内に配置されるキャップの内側面）に接続されている。第１集電リードが筒部の中空を通ることで、第１集電リードが筒部で保護される。また、第１集電リードと、第２電極、第２リードもしくは電池ケースとの接触も抑制される。

上記のように、シール部と筒部とが一体化されることで、部品数が減少し、製造の工数が減少するため、電池の製造工程を簡略化でき、製造コストも低減できる。しかも、ガスケットのシール部が、電池ケースに形成される溝部で位置決めされるため、ガスケットの寸法や加工精度が多少ばらついたとしても、筒部を含むガスケット全体の位置決めが容易に行える。よって、筒部が電池ケース内で斜めになるような不都合が生じず、電池製造時の不良率を低減できる。

また、筒部がシール部を介して電池ケースの開口に固定されているため、筒部と電極群（具体的には電極群の第１端面）との距離を一定に保つことが容易となる。例えば、筒部と電極群との間に隙間を形成することで、電極群と筒部との接触が抑制され、電極群の変形が回避される。そして、電池に振動が付与される場合でも、筒部と電極群との衝突が繰り返される懸念がなくなる。筒部と電極群との最短距離Ｇは、０．２〜１．１ｍｍであることが望ましい。また、筒部の端部は、電極群と対向する端面の面積を大きくすることが望ましい。電池外部から大きな衝撃が加わった場合であっても、電極群の第１端面と筒部との衝突による電極群の変形を抑えることができる。電極群の第１端面の面積のうち１０〜９５％の領域が、筒部の端部と対向していることが望ましい。

筒部の高さｈと、筒部の外径ｄとの比：ｈ／ｄは、０．３〜１．０であることが好ましい。これにより、筒部が十分な厚さを確保することができる。

第１集電リードの長さＬと、キャップと電極群との最短距離Ｈとの比：Ｌ／Ｈは、特に限定されないが、例えば１．４〜５．０であることが好ましい。

キャップと電極群との間に空間を設けることにより、第２集電リードを、電極群の第１端面から電池ケースの開口側に延在させ、電池ケースの開口付近に接続することが可能となる。このとき、第２集電リードと電池ケースとの接続位置は、筒部の外周面と対向していることが望ましい。これにより、第１集電リードと第２集電リードとの間には、概ねガスケットの筒部が介在することになり、リード同士の接触が回避される。

第２集電リードと電池ケースとの接続位置と、筒部の外周面との間には、隙間が形成されていることが望ましい。隙間が存在することで、電池ケースに筒部を挿入するときに、接続位置が損傷しにくくなる。

溝部の内径Ｄと、筒部の外径ｄとの比：Ｄ／ｄは、特に限定されないが、例えば１．０〜１．７であればよい。

シール部と筒部は、繋がり部により、部分的に繋がっているだけでもよい。このとき、シール部と筒部との繋がり部以外の境界には隙間が形成される。

また、筒部は、電極群とキャップとの間の空間において、第１リードの周りを覆い、第１リードとの接触により発生し得る内部短絡を抑制することができれば、スリットや孔を形成してもよい。

環状のシール部と筒部とを一体化させることの重要性は、電池ケースの外径が１０ｍｍ以下、更には６ｍｍ以下、特には４．５ｍｍ以下である場合に、特に大きくなる。電池ケースの外径（例えば、金属缶の軸方向に対して垂直な断面の外径）が小さいほど、電池製造時の不良率を低減することが困難であり、製造工程の簡略化および低コスト化の要請も大きいためである。なお、電池ケースの外径を１ｍｍより小さくすることは困難であるため、外径は１ｍｍ以上であることが好ましい。

電池ケースとしては、有底の円筒型の金属缶が好適である。強度確保の観点から、金属缶は、ステンレス鋼により形成されていることが好ましい。金属缶の缶壁は０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの厚さを有することが好ましい。

以下、第１電極が正極であり、第２電極が負極である場合を例にとって、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、電極群の捲回軸方向を「第１方向」、捲回軸方向に対して垂直な方向を「第２方向」とも称する。

図１は、本発明の一実施形態に係る円筒型の捲回型電池の縦断面図である。捲回型電池１００の発電要素は、第１電極である正極４と、第２電極である負極２と、第１電極と第２電極との間に介在するセパレータ６と、電解質（図示せず）とで構成されている。正極４と負極２は、セパレータ６を介して捲回されて電極群を形成している。電極群の捲回軸の近傍は発電要素が存在しない中空１８である。

電池ケースは、有底の円筒型の金属缶８を有し、金属缶８の開口は周縁部にフランジ１２ａを有するキャップ１２で封口されている。金属缶８の開口を形成する端部付近には、金属缶８を縮径するように、環状の溝部８ａが形成されている。溝部８ａは、キャップ１２のフランジ１２ａを支持してキャップ１２を位置決めしている。

ガスケット１６は、環状のシール部１６Ａと、シール部１６Ａより電極群寄りに配置された筒部１６Ｂとを具備する。筒部１６Ｂは、シール部１６Ａと一体かつ同軸に形成されている。シール部１６Ａは、金属缶８の溝部８ａから開口を形成する端部までの部分と、キャップ１２のフランジ１２ａとの間に介在して、両者のギャップを埋めている。一方、筒部１６Ｂは、電極群の第１端面とキャップ１２との間の空間に収容されている。

電極群の第１端面と、筒部１６Ｂの最も第１端面側に配置された端部（先端）との間には、隙間が形成されている。このとき、電極群と筒部１６Ｂとの最短距離Ｇ（すなわち隙間の最小幅）は、０．２ｍｍ〜１．１ｍｍであることが望ましく、０．２ｍｍ〜０．７ｍｍがより好ましい。最短距離Ｇが１．１ｍｍより大きくても、性能的に問題はないが、電池ケースが過度に長くなり、電池の体積エネルギー密度が減少する。なお、最短距離Ｇは、０．２ｍｍより小さくてもよく、０ｍｍでもよい。電極群の第１端面と筒部１６Ｂとの間に隙間が存在しない場合でも、筒部１６Ｂと一体のシール部１６Ａがキャップ１２に加締められているため、筒部１６Ｂが位置ずれして電極群に負荷を与えることはないからである。ただし、電極群の位置ずれの可能性を考慮すると、第１端面と筒部１６Ｂとの間に、最短距離Ｇが０．２ｍｍ以上の隙間を設けることが望ましい。

また、電池の落下等により、電池外部から衝撃が加わると電極群が電池ケース内で捲回軸方向に移動し、筒部１６Ｂの端部と激しく衝突することで第１端面が破損する危険性がある。よって衝突による破損を回避するために、筒部の端部は、電極群の第１端面と対向する面積を大きくし、衝突による圧力を分散させることが好ましい。具体的には、電極群の第１端面の面積（電極群の最大外径から算出される面積であり中空１８の面積を含む）のうち、１０〜９５％の領域が、筒部の端部の端面と対向していることが好ましい。さらには、１５〜８５％、２０〜８０がより好ましい。

負極集電リード２２および正極集電リード２４は、いずれも電極群の第１端面から突出して、金属缶８の開口側に延在している。負極集電リード２２は、金属缶８の開口付近で、側壁の内面の接続位置２６に接続されている。金属缶８は負極端子１０を兼ねている。一方、正極集電リード２４は、筒部１６Ｂの中空１７を通って、正極端子１４を兼ねるキャップ１２の内側面に接続されている。これにより、正極集電リード２４のほとんどの部分が、筒部１６Ｂの中空１７に収容されるため、リード同士の接触による内部短絡は抑制される。接続は、例えば、溶接用電極を用いて抵抗溶接により行われる。

筒部１６Ｂの高さｈは、キャップと電極群との間の空間の大きさに応じて、適宜選択すればよいが、筒部の外径ｄとの比：ｈ／ｄは、０．３〜１．０であることが好ましく、０．６〜０．７であることがより好ましい。ｈ／ｄが上記範囲であれば、筒部１６Ｂが十分な厚さを有するため、正極集電リードの大半を収容し得る中空１７を有することができる。

なお、筒部１６Ｂの高さｈは、筒部１６Ｂの最も第１端面側に配置された端部から、金属缶８に形成された溝部８ａの最も縮径された位置（高さ）までの最短距離である。また、筒部１６Ｂの外径ｄが一定ではない場合（例えば筒部１６Ｂが先端に向かって細くなるテーパー形状である場合）、ｈ／ｄ比は、外径ｄの最小値から算出すればよい。

正極集電リード２４の長さＬと、キャップ１２と電極群との最短距離Ｈとの比：Ｌ／Ｈは、１．４〜５．０であることが好ましく、１．８〜３．６であることがより好ましい。これにより、正極集電リード２４が屈曲した状態で筒部１６Ｂの中空１７に収まり易くなるとともに、正極集電リード２４とキャップ１２との電気的接続の作業が容易となる。なお、正極集電リード２４の長さＬには、正極４との接続およびキャップ１２との接続に用いられている融着部分も含まれる。

捲回型電池の組み立ては、例えば、以下の要領で行われる。

まず、電極群が、開口から金属缶８に挿入される。このとき、電極群を第２端面側から金属缶８に挿入することで、負極集電リード２２および正極集電リード２４が突出する第１端面が、金属缶８の開口側に配置される。その後、負極集電リード２２と接続位置２６との溶接を行い、更に、金属缶８の開口を形成する端部付近に、金属缶８を縮径するように環状の溝部８ａが形成される。次に、ガスケット１６が、筒部１６Ｂ側から金属缶８に挿入され、シール部１６Ａが溝部８ａに載置される。このとき、正極集電リード２４は、筒部１６Ｂの中空１７に通される。一方、負極集電リード２２と金属缶８との接続位置２６は、筒部１６Ｂの外周面と対向することになる。これにより、負極集電リード２２と正極集電リード２４との間には、概ねガスケット１６の筒部１６Ｂが介在することになり、リード同士の接触が回避される。

次に、正極集電リード２４とキャップ１２との溶接が行われ、引き続き、減圧方式により、金属缶８の内部に電解質が注液される。その後、キャップ１２がシール部１６Ａを介して、溝部８ａに載置される。最後に、金属缶８の端部を、ガスケット１６のシール部１６Ａを介してキャップ１２のフランジ１２ａに加締めることにより、円筒型の捲回型電池１００が得られる。加締められた金属缶８の端部からは僅かにシール部１６Ａが露出している。シール部１６Ａの露出している部分は、絶縁材３０で覆われ、保護される。絶縁材３０は、リング状部材でもよく、溶剤を含む樹脂材料を塗布した後、溶剤を揮発させて形成してもよい。

上記のように、筒部１６Ｂは、溝部８ａの形成後に金属缶８の開口から挿入されるため、負極集電リード２２と金属缶８との接続位置２６と、筒部１６Ｂの外周面との間には、隙間が形成される。このような隙間が存在することで、金属缶８に筒部１６Ｂを挿入するときに、接続位置２６が損傷しにくくなる。

ここで、溝部８ａの内径Ｄと、筒部１６Ｂの外径ｄとの比：Ｄ／ｄは、１．０〜１．７であることが好ましく、１．０〜１．４であることがより好ましい。このように、筒部１６Ｂの外径ｄを溝部８ａの内径Ｄ以下とすることで、筒部１６Ｂが溝部８ａを通過し易くなるため、ガスケット１６を金属缶８の開口に装着する作業が容易となる。また、筒部１６Ｂの外径ｄが十分に大きく維持されるため、正極集電リード２４を中空１７に通す作業も容易となる。ここでも、筒部１６Ｂの外径ｄが一定ではない場合には、Ｄ／ｄ比は、外径ｄの最小値から算出すればよい。

次に、ガスケット１６の構造について更に説明する。図１では、ガスケット１６は、環状のシール部１６Ａと筒部１６Ｂとの間に、シール部１６Ａから筒部１６Ｂに向けて径が小さくなる漏斗状もしくはテーパー状の境界部１６Ｃを有する。境界部１６Ｃが漏斗状であることで、金属缶８の端部を加締めるときにガスケット１６にかかる応力を均一化でき、かつ金属缶８の溝部８ａとの接触面積を大きくすることができる。また、筒部１６Ｂは、電極群の第１端面に近づくほど、外径が小さくなるテーパー形状である。これにより、ガスケット１６の筒部１６Ｂを金属缶８の開口に挿入する作業が更に容易になる。

ただし、ガスケット１６の形状は、一体化された環状のシール部と筒部を有し、シール部の外径より筒部の外径が小さくなっていること以外は、特に限定されない。例えば、筒部１６Ｂの外径は一定でもよい。

図２は、環状のシール部１６Ａと筒部１６Ｂとが一体化されたガスケット１６のバリエーションを示している。図２（ａ）および図２（ｃ）のガスケット１６は、境界部１６Ｃが漏斗状ではなく、水平な内フランジ状である。図２（ｂ）のガスケット１６は、図１の場合と同じく、漏斗状の境界部１６Ｃを有する。図２（ｂ）の場合、キャップ１２は、境界部１６Ｃの形状に合わせて、傾斜面１２ｂを有しており、キャップ１２にかかる応力の均一化やシール性の向上が期待できる。図２（ｃ）のガスケット１６は、筒部１６Ｂの側壁の厚さがシール部１６Ａよりも大きくなっている。これにより、筒部１６Ｂの強度が増大し、金属缶８の開口に挿入するときにガスケット１６が破損しにくくなる。

図３は、環状のシール部１６Ａと筒部１６Ｂとが一体化されたガスケット１６の別のバリエーションを示している。図３（ａ）および図３（ｂ）のガスケット１６では、筒部１６Ｂの端部の厚みを大きくし、電極群の第１端面と対向する環状の端面Ｓの面積が大きくなるよう形成されている。電極群の第１端面の面積のうち１０〜９５％の領域が、筒部１６Ｂの端部の端面Ｓと対向していることが望ましい。これにより、外部からの衝撃による電極群の破損を抑えることができる。

筒部１６Ｂの端部は、図３（ａ）のように電池外部方向に厚みが大きくなるよう形成してもよく、図３（ｂ）のように電池内部方向に厚みが大きくなるよう形成してもよい。また、両方向に厚みが大きくなるよう形成してもよく、端部の方向に向かって徐々に厚みを大きくするよう形成してもよい。

図３（ｃ）のガスケットは、筒部１６Ｂの中空１７の容積が大きくなるよう、筒部１６Ｂの少なくとも電極群側に径の大きい領域を形成している。このような形状にすることで、第１集電リードをキャップ１２に溶接する工程において、作業性を向上させることができる。また第２集電リードと電池ケースとの接続位置が、筒部の外周面と対向するように電池を構成した場合、接続位置と筒部の外周面との間に形成される隙間を狭くできる。これにより、電池外部から衝撃が加わった場合、第２リードが隙間で折れ曲がり接続不良が発生することを抑制し、より信頼性を向上することができる。なお図３（ｃ）において、筒部の端部を端面の面積が大きくなるよう形成してもよい。

図４は、シール部１６Ａと筒部１６Ｂとが部分的に繋がっているガスケットの一例を示している。図４（ａ）はガスケット１６の上面図であり、図４（ｂ）は正面図である。シール部１６Ａと筒部１６Ｂとの境界には、シール部１６Ａと筒部１６Ｂとを一体化させる繋がり部１６Ｃと、隙間１９とが形成されている。隙間１９が存在することで、電池ケースに電解質を充填する作業がスムーズに進行する。シール部１６Ａと筒部１６Ｂとの境界に隙間１９が存在しない場合、電解質は常に筒部１６Ｂの中空１７を通過して電極群に到達する。一方、隙間１９が存在する場合、電解質は、筒部１６Ｂの中空１７を通過するだけでなく、隙間１９を通過して筒部１６Ｂの外側に回り込んで電極群に到達する。よって、電解質の含浸速度が速くなる。

ガスケット１６の材質は、電解質に対する耐性を有することが望ましく、ポリオレフィン、ポリアミド、フッ素樹脂などを用いることが好ましい。中でもフッ素樹脂が好ましく、例えばテトラフルオロエチレンとパーフルオロアルコキシビニルエーテルとの共重合体を用いることが望ましい。

次に、電極群の構成について更に説明する。

（正極）
図５に示すように、正極４は、第１集電体シートである正極集電体シート４０と、正極集電体シート４０の両面に形成された正極活物質層４１とを具備する。捲回型電池がリチウムイオン電池である場合、正極集電体シート４０の材料は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金などの金属箔が好ましく使用される。正極集電体シートの厚さは、特に限定されないが、１０μｍ〜２０μｍが好ましい。

正極活物質層４１は、必須成分として正極活物質を含み、任意成分として結着剤、導電剤などを含む。リチウムイオン二次電池の正極活物質としては、リチウム含有複合酸化物が好ましく、例えばＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄などが用いられる。リチウムイオン一次電池の正極活物質としては、二酸化マンガン、フッ化黒鉛などが用いられる。正極活物質層の厚さは、特に限定されないが、７０μｍ〜１３０μｍが好ましい。

リチウムイオン電池の正極集電リード２４の材料には、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、鉄、ステンレス鋼などが好ましく用いられる。正極集電リード２４の厚さは１０μｍ〜１２０μｍが好ましい。正極集電リード２４の形状は、特に限定されないが、例えば幅０．５ｍｍ〜３ｍｍ、長さ３ｍｍ〜１０ｍｍの短冊状である。

正極集電体シート４０は矩形であり、本実施形態の場合、長辺方向（図１のＹ方向）が捲回軸方向（第１方向）に一致する。第１方向おける一端部（以下、第１端部）には、正極集電体シート４０が露出している第１未塗工部４０ａが設けられている。第１端部は、電極群の第１端面側に配される。第１未塗工部４０ａは、第１端部に沿って帯状に設けられている。短冊状の正極集電リード２４の一端部は、第１未塗工部４０ａに溶接により接続されている。

正極４の第１方向おける他端部（以下、第２端部）には、正極集電体シートが露出しておらず、第２端部のエッジ面４０ｂを除き、両面の全面に正極活物質層４１が形成されている。また、正極集電体シート４０の第２方向（図１のＸ方向）における両端部も、それらのエッジ面および第１未塗工部に対応する部分を除き、両方の全面が正極活物質層４１で覆われている。なお、「エッジ面」とは、集電体シートを裁断するときに形成される厚さ方向の断面に対応する。

正極集電体シート４０の第１方向における幅Ｗ₁₀は、金属缶の長さまたは電池容量に応じて選択すればよい。第１未塗工部４０ａの幅Ｗ₁₁は、例えば２ｍｍ〜４ｍｍであればよい。

図６は、正極集電体シート４０の第１未塗工部４０ａが絶縁層５で裏表両面から覆われた状態を概略的に示している。絶縁層５は、第１端部（第１未塗工部４０ａ）のエッジ面４０ｃが覆われるように、第１端部に沿って帯状に設けられる。絶縁層５は、必須ではないが、第１未塗工部４０ａの両面の合計面積の９０％以上を被覆していることが好ましい。絶縁層５の第１未塗工部４０ａのエッジ面４０ｃからの張り出し幅Ｗ₁₂は、０．１ｍ〜１ｍｍであることが好ましい。

作業性の観点から、絶縁層５には絶縁テープを用いることが好ましい。絶縁テープは、絶縁シートと、絶縁シートの一方の面に設けられた粘着層とを有する。絶縁シートには、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイドなどが用いられる。粘着層は、例えばゴム系粘着剤、アクリル系粘着剤、シリコーン系粘着剤、ウレタン系粘着剤などを含む。

（負極）
図７に示すように、負極２は、第２集電体シートである負極集電体シート２０と、負極集電体シート２０の両面に形成された負極活物質層２１とを具備する。捲回型電池がリチウムイオン電池である場合、負極集電体シートの材料としては、例えばステンレス鋼、ニッケル、銅、銅合金、アルミニウムなどの金属箔が好ましく使用される。負極集電体シートの厚さは、特に限定されないが、５μｍ〜２０μｍが好ましい。

負極活物質層２１は、必須成分として負極活物質を含み、任意成分として結着剤、導電剤などを含む。リチウムイオン電池の負極活物質としては、金属リチウム、合金（珪素合金、錫合金など）、炭素材料（黒鉛、ハードカーボンなど）、珪素化合物、錫化合物、チタン酸リチウム化合物などが用いられる。負極活物質層の厚さは、特に限定されないが、７０μｍ〜１５０μｍが好ましい。

リチウムイオン電池の負極集電リード２２の材料には、例えばニッケル、ニッケル合金、鉄、ステンレス鋼、銅、銅合金などが好ましく用いられる。負極集電リード２２の厚さは１０μｍ〜１２０μｍが好ましい。負極集電リード２２の形状は、特に限定されないが、例えば幅０．５ｍｍ〜３ｍｍ、長さ９ｍｍ〜１５ｍｍの短冊状である。

負極集電体シート２０は、第２方向の長さが正極集電体シート４０よりも大きく設定された矩形である。負極集電体シート２０の第２方向（図４のＸ方向）における一端部には、負極集電体シートが露出している第２未塗工部（Ａ）２０ａが帯状に設けられる。第２未塗工部（Ａ）２０ａには、短冊状の負極集電リード２２の一端部が溶接により接続されている。接続箇所は固定用絶縁テープ５４で保護されている。負極活物質層の剥離を抑制する観点から、負極集電体シート２０の第２方向における他端部にも、負極集電体シート２０が露出する第２未塗工部（Ｂ）２０ｂを帯状に設けてもよい。

負極集電体シート２０の第１方向（図４のＹ方向）における両端部は、各端部のエッジ面２０ｃ、２０ｄおよび第２未塗工部２０ａ、２０ｂに対応する部分を除き、負極活物質層２１で覆われている。

第２未塗工部（Ａ）２０ａの幅Ｗ₂₁は、負極集電体シート２０の第２方向における幅Ｗ₂₀の１０％〜５０％であることが好ましい。一方、第２未塗工部（Ｂ）２０ｂの幅Ｗ₂₂は、幅Ｗ₂₀の１％〜１０％であればよい。第２未塗工部２０ａ、２０ｂの裏面は、その少なくとも一部に負極活物質層が形成されていてもよく、表面と同様に、負極集電体シートが露出する未塗工部であってもよい。

図８は、捲回前の電極群の構成の一例を概略的に示す平面図である。

図示例では、セパレータ６を中心に、セパレータ６の左側かつ背面側に正極４が配置され、セパレータ６の右側かつ表面側に負極２が配置されている。正極活物質層４１の捲回軸方向（第１方向）における幅Ｗ₁₃は、負極活物質層２１の第１方向における幅Ｗ₂₃より僅かに小さく、正極活物質層４１が完全に負極活物質層２１と重複するように正極４と負極２とが積層される。セパレータ６の第１方向および第２方向における両端部は、負極２および正極４よりも突出している。これにより、内部短絡のリスクが低減される。

正極４、セパレータ６および負極２の積層体は、巻芯５０を中心として捲回され、電極群が構成される。電極群が形成された後、巻芯５０は抜き取られる。よって、電極群の中心には中空１８が形成される。なお、巻芯は抜き取らずに電池内に残してもよい

（セパレータ）
負極２と正極４との間に介在されるセパレータ６としては、絶縁性の微多孔薄膜、織布または不織布が用いられる。リチウムイオン電池のセパレータの材料としては、例えばポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィンを用いることが好ましい。セパレータ６の厚さは、例えば１０μｍ〜５０μｍであり、１０μｍ〜３０μｍが好ましい。

（電解質）
電解質は、例えば、リチウム塩と、リチウム塩を溶解させる非水溶媒とで構成される。非水溶媒としては、特に限定されないが、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、環状カルボン酸エステルなどが用いられる。リチウム塩としては、例えばＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄などが用いられる。

本発明は、小型かつ高容量な捲回型電池を製造する際に有用である。捲回型電池の種類は限定されないが、リチウムイオン電池に代表される種々の非水電解質電池が含まれる。電池は一次電池でも二次電池でもよい。電池の形状は、筒状であればよく、円筒型でも楕円柱状でもよい。本発明の技術的意義は、電池ケースの外径が１０ｍｍ以下、更には６ｍｍ以下、特には４．５ｍｍ以下である場合に大きくなる。

２：負極
４：正極
５：絶縁層
６：セパレータ
８：金属缶
８ａ：溝部
１０：負極端子
１２：キャップ
１２ａ：フランジ
１２ｂ：傾斜面
１４：正極端子
１６：ガスケット
１６Ａ：シール部
１６Ｂ：筒部
１６Ｃ：境界部（繋がり部）
１７：中空
１８：中空
１９：隙間
２０：負極集電体シート
２０ａ：第２未塗工部（Ａ）
２０ｂ：第２未塗工部（Ｂ）
２１：負極活物質層
２２：負極集電リード
２４：正極集電リード
２６：接続位置
３０：絶縁材
４０：正極集電体シート
４１：正極活物質層
４０ａ：第１未塗工部
５０：巻芯
５４：固定用絶縁テープ
１００：捲回型電池

Claims (8)

1. 開口を有する電池ケースと、
   前記電池ケースに収容された発電要素と、
   前記電池ケースの前記開口を塞ぐキャップと、
   前記電池ケースと前記キャップとを絶縁するガスケットと、を具備し、
   前記発電要素は、第１電極と、前記第１電極とは極性が異なる第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に介在するセパレータと、電解質と、を具備し、
   前記第１電極と前記第２電極とが前記セパレータを介して捲回されて電極群を形成しており、
   前記第１電極と前記キャップとが、第１集電リードで接続されており、
   前記第２電極と前記電池ケースとが、第２集電リードで接続されており、
   前記電池ケースの前記開口を形成する端部付近に、前記電池ケースを縮径するように環状の溝部が形成されており、
   前記ガスケットは、
   前記電池ケースの前記溝部から前記端部までの部分と、前記キャップの周縁部と、の間に介在する環状のシール部と、
   前記シール部と一体化されているとともに、前記シール部と同軸かつ前記シール部より前記電極群寄りに配置された筒部と、を有し、
   前記筒部は、前記電極群に近づくほど外径が小さくなるテーパー形状であり、
   前記溝部の内径Ｄと、前記筒部の最小外径ｄとの比：Ｄ／ｄが、１．０〜１．７であり、
   前記第１集電リードが、前記筒部の中空を通って、前記キャップに接続され、
   前記第２集電リードと前記電池ケースとの接続位置と、前記筒部の外周面とが、対向しており、
   前記電池ケースの外径が、６ｍｍ以下である、捲回型電池。
2. 前記筒部と前記電極群との間に、隙間が形成されている、請求項１に記載の捲回型電池。
3. 前記筒部と前記電極群との最短距離Ｇが、０．２〜１．１ｍｍである、請求項２に記載の捲回型電池。
4. 前記電極群の端面の面積のうち１０〜９５％の領域が、前記筒部の端部と対向している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の捲回型電池。
5. 前記筒部の高さｈと、前記筒部の最小外径ｄとの比：ｈ／ｄが、０．３〜１．０である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の捲回型電池。
6. 前記第１集電リードの長さＬと、前記キャップと前記電極群との最短距離Ｈとの比：Ｌ／Ｈが、１．４〜５．０である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の捲回型電池。
7. 前記接続位置と、前記筒部の外周面との間に、隙間が形成されており、
   前記溝部の内径は、前記筒部の最大外径よりも小さい、請求項１〜６のいずれか１項に記載の捲回型電池。
8. 前記シール部と前記筒部とが、前記シール部から前記筒部に向けて径が小さくなる漏斗状もしくはテーパー状の境界部により繋がっており、
   前記境界部は、前記キャップの傾斜部に当接している、請求項１〜７のいずれか１項に記載の捲回型電池。

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