JP3403885B2 - 非水電解液電池 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムなどの軽
金属を負極活物質とした帯状の負極と帯状の正極とをそ
れらの間にセパレータを介在して渦巻き状に巻回してな
る電極体を備え、前記軽金属に対し安定で特殊な非水電
解液（有機質電解液）を用いた非水電解液電池に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】リチウムなどの軽金属を負極活物質と
し、且つ酸化物などを正極活物質とする非水電解液電池
は、高電圧および高エネルギー密度を有するとともに自
己放電が少なく、しかも、極めて長い貯蔵寿命を有する
などの他の一次電池にない種々の特長を備えていること
から、近年において急速に需要が拡大して、多くの電子
機器に使用されている。

【０００３】この種の非水電解液電池は、一般に帯状の
負極と帯状の正極とをそれらの間にセパレータを介在し
て渦巻き状に巻回してなる電極体を備えており、この電
池の放電末期状態における負極の展開図を示した図６の
ように、負極３における巻き終端３ａの近傍箇所には負
極集電体８が配設されている。また、電極体は負極３を
正極に対し外側に配して巻回されているため、負極３の
最外周部には内面側にのみ正極がセパレータを介して対
面しているだけである。したがって、負極の最外周部
は、片面側にのみ存在する正極と反応するだけであっ
て、両面側に正極が存在する内周部に比較して負極活物
質が約半分しか消費されず、図６に明示するように、放
電末期状態においても未反応の活性な軽金属（負極活物
質）３ｂが残存している。特に、負極３における負極集
電体８から巻き終端３ａまでの部分にはより多くの活性
な軽金属３ｂが負極集電体８と電気的接続を保った状態
で残存している。

【０００４】ところで、例えば直列接続して使用されて
いる複数個の電池がそれぞれ放電末期状態となった時
に、放電末期状態の各電池のうちの一部だけが新たな電
池と交換されたような場合には、直列接続された各電池
の各々の容量のバランスがくずれて、放電末期状態の電
池が強制的に放電されることになる。すなわち、放電末
期状態の電池では、活性な軽金属３ｂからなる負極成分
が負極集電体８と電気的接続を保って残存しているた
め、この負極成分の正極上への電析が続き、場合によっ
てはこの電析した負極成分がセパレータを突き破って正
極と負極との内部短絡が生じる。この内部短絡した部分
には、集中して大電流が流れるために、急激な温度上昇
が生じる。また、内部短絡が生じた際にガスが充満した
電池内にスパークが発生すると、このスパークが着火源
となって電池の発火を引き起こす可能性も生じるおそれ
がある。

【０００５】そこで、本件出願人は、放電末期状態時に
未反応の活性な軽金属３ｂからなる負極成分が残存した
場合にも上記のような不都合の発生を未然に防止できる
ようにした非水電解液電池を提案している（特開平５−
１３０８９号公報参照）。この電池は図５に示すような
構成になっている。すなわち、二酸化マンガンを正極活
物質とする帯状の正極２とリチウムの金属薄からなる帯
状の負極３とを、それらの間にセパレータ４を介在して
重ね合わせ、且つ、負極３を正極２に対し外側に配して
渦巻き状に巻回してなる電極体１を備え、この電極体１
が外装缶９内に収納されている。

【０００６】そして、電極体１は、負極３の巻き終端３
ａが正極２の巻き終端２ａから電極体１の巻き方向と反
対方向、つまり電極体１の巻芯方向へ１８０°の半円の
範囲内に位置するよう設定するとともに、負極集電体８
を、負極３における巻き終端３ａに内周側で対向する部
位に対し巻芯寄りの箇所に設けた構成になっている。

【０００７】なお、正極２の巻き終端２ａはガラステー
プなどの絶縁テープ１０を貼り付けて被覆されており、
それにより、正極２の巻き終端２ａを切断する時に生じ
るバリがセパレータ４を突き破ることによってリーク不
良が発生するのを防止している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記の非水電解液電池
では、図６に示したように、放電末期状態時に負極３の
最外周部に未反応の活性な軽金属３ｂの負極成分が多く
残存しても、この残存する負極成分が負極集電体８と電
気的接続を保たないよう切り離される。すなわち図５に
示すように、正極２におけるこれの巻き終端２ａから負
極３の巻き終端３ａとの対向部位までの正極部分２ｂに
は、内方側にのみ負極３が存在するだけであるから、こ
の正極部分２ｂが内方側の負極３と激しく反応するの
で、負極３の内周部における正極部分２ｂとの対向箇所
では部分的に負極律速反応が進む。そのため、放電末期
状態の電池が強制的に放電された場合には、上記の部分
的な負極律速反応がさらに急激に進行する。その結果、
図６に１点鎖線Ｐで示すように、負極３における負極集
電体８に対し巻き方向側に進んだ近傍箇所が切断されて
しまい、未反応の活性な軽金属３ｂからなる負極成分が
負極集電体８から物理的に切り離される。したがって、
上記の非水電解液電池は、放電末期状態において強制的
に放電された場合にも負極成分の正極２上への電析が発
生しないから、内部短絡を確実に防止できるものであ
る。

【０００９】しかしながら、上記の正極２の特定な正極
部分２ｂの長さは２〜１０ｍｍ程度と比較的短い寸法に
設定される上に、実用化に際しては、各々帯状となった
正極２，負極３およびセパレータ４を自動巻き装置によ
り重ね合わせながら渦巻き状に巻回して、電極体１が大
量生産される。そのため、正極２に上記の正極部分２ｂ
を有する電極体１を得るには、電極体１の自動巻き装置
の機械精度や正極２および負極３の長さ寸法を極めて高
精度に設定する必要がある。ところが、そのように高精
度に設定したとしても、巻芯での初期設定のばらつきや
負極３の巻回時の伸びのばらつき等に起因して、機械的
に量産される全ての電極体１に正極２の正極部分２ｂを
常に確保することは非常に困難であり、図５に２点鎖線
Ｑで示すように、負極３の巻き終端３ａが正極２の巻き
終端２ａと略同じ位置まで延びて上記の正極部分２ｂの
無い電極体１がどうしても生産されてしまい、歩留りの
向上を図ることができない。

【００１０】そこで本発明は、電極体を自動巻き工程に
より大量生産しても、放電末期状態時に強制的に放電さ
れた場合に残存する未反応の活性な負極成分を負極集電
体から確実に切り離しできる機能を備えた非水電解液電
池を提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願の第１発明に係る非水電解液電池は、軽金属を
負極活物質とする帯状の負極と正極活物質を有する帯状
の正極との間にセパレータを介在して重ね合わせた積層
物を、前記負極を前記正極に対し外側に配して渦巻き状
に巻回し、最外周に前記負極を配置してなる電極体を備
えた非水電解液電池において、負極集電体が、正極の巻
き終端に対する内周側の対向部位よりも巻き芯方向寄り
の箇所において前記負極に配設され、前記絶縁テープ
が、前記正極の巻き終端を覆い、かつこの巻き終端近傍
の内、外面に接合されており、さらに前記正極の外面へ
の接合部が内面への接合部よりも前記電極体の巻芯側方
向へ連続的または間欠的に長く延びるよう設定されてい
ることを特徴としている。

【００１２】上記発明によれば、電極体を自動巻き工程
により大量生産した場合に、電極体の最外周に位置する
負極の巻き終端が正極の巻き終端に対し同じ位置又は巻
き方向側に進んだ位置に存在する設定外の電極体が製作
されても、正極における巻き終端部分を覆って保護する
絶縁テープが、正極の外面への接合部が内面への接合部
よりも電極体の巻芯側方向へ連続的または間欠的に長く
延びるよう設定されているから、正極の巻き終端の近傍
には、その外面にのみ絶縁テープが接合された箇所が存
在する。そのため、正極における外面にのみ絶縁テープ
の接合部が存在する箇所では、外面側が絶縁テープによ
って負極の最外周部と電気的に隔離されることから、恰
も内面側のみが負極と対面している状態となる。

【００１３】したがって、放電末期状態の電池が強制的
に放電された場合、正極における外面にのみ絶縁テープ
の接合部が存在する箇所では、内方側のみに存在する負
極と激しく反応する。その結果、負極における上記の正
極と激しく反応する箇所では部分的に負極律速反応が進
む。一方、負極集電体は負極における正極の巻き終端に
対し内周側の部分に配設されている。そのため、負極に
おける負極集電体の近傍箇所が部分的な負極律速反応の
進行によって切断されてしまい、負極の最外周部に多く
残存する未反応の活性な軽金属の負極成分が負極集電体
から物理的に切り離される。それにより、残存する負極
成分の正極上への電析が生じないので、正極と負極との
内部短絡によるトラブルを確実に防止することができ
る。しかも、上記効果を、既存の絶縁テープの形状を変
更するだけの簡単で安価な構成により得ることができ
る。

【００１４】上記発明において、絶縁テープの前記正極
の外面への接合部を、これの先端が前記負極集電体とほ
ぼ対向する位置まで連続的に延びる形状とした構成とす
ることが好ましい。

【００１５】それにより、負極における部分的な負極律
速反応の進行によって切断する箇所は、負極集電体から
巻き方向側に僅かに進んだ近傍箇所に設定できるため、
負極集電体に電気的接続を保ったまま残存する負極成分
が殆どなくなり、安全性が一層向上する。しかも、絶縁
テープは、一枚物を正極の内面に対し外面へ長く延びる
よう接合すればよいので、絶縁テープとして正極の巻き
終端の保護用の他に正極の外面に別のものを接合する場
合に比較して接合作業が容易になる利点がある。

【００１６】また、本願の第２発明に係る非水電解液電
池は、軽金属を負極活物質とする帯状の負極と正極活物
質を有する帯状の正極との間にセパレータを介在して重
ね合わせた積層物を、前記負極を前記正極に対し外側に
配して渦巻き状に巻回し、最外周に前記負極を配置し、
前記正極の巻き終端を絶縁テープにて被覆してなる電極
体を備えた非水電解液電池において、負極集電体が、正
極の巻き終端に対する内周側の対向部位よりも巻芯寄り
の箇所において前記負極に配設され、補助絶縁テープ
が、前記負極の最外周部の内面における巻き終端から前
記負極集電体との対向部位に至る範囲内の少なくとも一
部分に接合されていることを特徴としている。

【００１７】上記発明によれば、負極の巻き終端近傍の
内面に接合された補助絶縁テープが正極の巻き終端近傍
の外面との間に介在しているから、正極における補助絶
縁テープと対面している箇所では、外面側が補助絶縁テ
ープによって負極の最外周部と電気的に隔離されること
から、恰も内面側のみが負極と対面している状態とな
る。したがって、放電末期状態の電池が強制的に放電さ
れた場合には、第１発明と同様に、負極における負極集
電体の近傍箇所が部分的な負極律速反応の進行によって
切断されてしまい、残存する負極成分の正極上への電析
が生じないので、正極と負極との内部短絡によるトラブ
ルを確実に防止することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明
の一実施形態に係る非水電解液電池を示す縦断面図、図
２はその横断面図であり、これらの図において、図５と
同一若しくは同等のものには同一の符号を付して、その
説明を省略する。図１において、鉄製の外装缶９は、有
底円筒形状になっており、負極端子を兼ねている。渦巻
き状に巻回された電極体１は、負極活物質となる軽金属
に対し安定で特殊な有機質の電解液（図示せず）と共に
外装缶１内に収納されている。外装缶９の上部開口部に
は、封口体１１がパッキング１７を介して液密にかしめ
固定されており、封口体１１は、下蓋１２、膜状弁体１
３および上蓋１４により構成されている。

【００１９】図２に示すように、電極体１は、二酸化マ
ンガンを正極活物質として金網状体の網目内に充填して
なる帯状の正極２と、微細孔を有するポリプロピレンフ
ィルムからなるセパレータ４と、リチウム金属薄からな
る帯状の負極３とを順次重ね合わせた積層物を、負極３
を正極２に対し外側に配して渦巻き状に巻回された構成
になっている。さらに、電極体１には、正極集電体７が
正極の一部に設けられているとともに、負極集電体８が
負極３における外側から２番目の内周部に配設されてい
る。

【００２０】また、図１に示すように、正極集電体７
は、正極２から上方に導出されて、絶縁リング１８を通
して下蓋１２の底面側に延出されるとともに、下蓋１２
の底面に抵抗溶接により接続されている。一方、負極集
電体８は、負極３から下方に絶縁板１９を通して導出さ
れるとともに、電極体１の下面に絶縁板１９を介して折
り曲げられて、外装缶９の底面に抵抗溶接により接続さ
れている。正極集電体７および負極集電体８の両面に
は、図示していないが、それぞれ粘着テープが貼り付け
られている。なお、正極２の厚みは０．４５ｍｍ、負極
３の厚みは０．１６ｍｍ、負極集電体８の厚みは０．１
ｍｍである。

【００２１】ところで、正極２は、正極活物質の二酸化
マンガンをスラリー状にして金網状体の網目内に充填し
たのちに乾燥させて形成されていることから、巻き終端
２ａを切断した際にバリが発生する。そこで、正極２の
巻き終端２ａのバリがセパレータ４を突き破ってリーク
不良が発生するのを防止するために、正極２の巻き終端
２ａは、従来からガラステープまたはポリプロピレンテ
ープなどの絶縁テープ２０で挟み込むよう被覆されてい
る。本発明では、上記絶縁テープ２０を、正極２の外面
への接合部２０ａを内面への接合部２０ｂよりも電極体
１の巻き方向とは反対方向に長く延ばすとともに、その
外面への接合部２０ａをこれの先端が負極集電体８とほ
ぼ対向する位置まで延びる長さに設定している。

【００２２】上記の構造を有する非水電解液電池は以下
のようにして作製される。正極２の巻き終端２ａに絶縁
テープ２０を予め貼り付けたのちに、正，負極集電体
７，８を所定箇所に固定した正，負極２，３をその間に
セパレータ４を介在して自動巻き装置により巻回し、図
２に示すような渦巻き状の電極体１を作製する。次に、
上記の電極体１を外装缶９内に収納し、外装缶９内に有
機質の電解液を注液した後に、封口体１１を外装缶９の
内方に凹ませられた環状支持部２１にパッキング１７を
介在して当接させ、外装缶９の開口上縁部を内方に折り
曲げてかしめ加工することにより、外装缶９の開口が封
口体１１により液密に封止され、電池の作製が完了す
る。

【００２３】上記の電極体１の作製に際しては、図５に
実線で示したように、負極３の巻き終端３ａが正極２の
巻き終端２ａから巻き方向と反対方向に１８０°戻った
半円の範囲内に位置し、且つ負極集電体８が負極３の巻
き終端に内周側で対向する部位よりも僅かに巻芯寄りの
箇所に位置するよう設定される。しかし、正極２、セパ
レータ４および負極３の積層物を自動巻き装置で巻回す
るため、巻芯での初期設定のばらつきなどの種々の原因
によって、図２に示すように、負極３の巻き終端３ａが
正極２の巻き終端２ａよりも巻き方向側に若干進んだ位
置まで延びる設定外の構造の電極体１が出来ることもあ
る。

【００２４】この設定外の電池であっても、絶縁テープ
２０は常に正極２の巻き終端２ａ部分に正確に貼着され
るから、以下のように作用して安全を維持できる。すな
わち、図２に示すように、正極２の巻き終端２ａから負
極集電体８との対向位置近傍の部位までのテープ接合部
２ｃは、絶縁テープ２０の外面接合部２０ａによって負
極３の最外周部と電気的に隔離されるから、恰も内方側
のみが負極３と対面しているのと同等の状態になってい
る。

【００２５】そのため、放電末期状態の電池が強制的に
放電された場合には、正極２のテープ接合部２ｃが内方
側の負極３と激しく反応するので、負極３における上記
のテープ接合部２ｃとの対向箇所、つまり負極３におけ
る上記集電体８の巻き方向寄りの近傍部位から絶縁テー
プ２０の外面接合部２０ａに対応する長さだけ進んだ箇
所では、部分的に負極律速反応が進んで、図３に示すよ
うに、負極活物質３ｂが殆ど消費されて負極集電体８と
電気的接続を保つ負極活物質３ｂが存在しない。しか
も、上記の部分的な負極律速反応がさらに急激に進行し
て、負極３における負極集電体３から巻き方向に僅かに
進んだ箇所が物理的に切断されてしまい、負極３の最外
周部に残存する未反応の活性な軽金属３ｂの負極成分は
負極集電体８から完全に切り離される。それにより、残
存する負極成分３ｂの正極２上への電析が生じることが
ないから、正極２と負極３との内部短絡によるトラブル
の発生が絶無となる。

【００２６】なお、従来の非水電解液電池に設けられて
いる絶縁テープ１０は、図５に示したように、正極２の
巻き終端２ａの周辺を覆って保護するだけの非常に短い
寸法に設定されたものであって、正極２の内，外の両側
面に対し略同じ長さになっいる。但し、両絶縁テープ２
０，１０は、同じ材質であって、その長さと貼付箇所が
異なるだけであり、絶縁テープ２０は本発明によって新
たに付加した部材ではない。また、図２では、一枚物の
絶縁テープ２０を正極２の内面への接合部２０ｂよりも
外面への接合部２０ａが長くなるように接合している
が、絶縁テープ２０は、図５に示したように正極２の巻
き終端２ａを単に保護するよう接合するものとは別に、
負極集電体８との対向部位までの箇所の少なくとも一部
分に接合するものを設けるようにしてもよい。それによ
っても、上記実施の形態と同様の効果を得られる。

【００２７】図４は本発明の他の実施の形態に係る非水
電解液電池を示す横断面図であり、これらの図におい
て、図２と同一若しくは同等のものには同一の符号を付
して、その説明を省略する。この実施の形態では、絶縁
テープ２０が図５と同様に正極２の巻き終端２ａを単に
保護するよう内，外面に短い同じ長さに接合されている
だけであり、負極３の最外周部の内面における巻き終端
３ａの近傍箇所に、絶縁テープ２０と同一材質からなる
補助絶縁テープ２２を接合したことを特徴としている。

【００２８】上記の非水電解液電池は、負極３の内面に
おける巻き終端３ａ近傍箇所に接合された補助絶縁テー
プ２２が正極２の巻き終端２ａ近傍の外面との間に介在
しているから、正極２における補助絶縁テープ２２と対
面している箇所では、外面側が補助絶縁テープ２２によ
って負極３の最外周部と電気的に隔離されて、恰も内面
側のみが負極３と対面した状態になっている。したがっ
て、放電末期状態において強制的に放電された場合に
は、上記の実施の形態の電池と同様に、負極３における
負極集電体８に対し巻き方向側へ僅かに進んだ箇所が部
分的な負極律速反応の進行によって切断されてしまい、
残存する負極成分の正極２上への電析が生じないので、
正極２と負極３との内部短絡によるトラブルを確実に防
止することができる。

【００２９】なお、上記の効果を得るためには、図４に
示すように、負極３の最外周部の内面における巻き終端
３ａから負極集電体８との対向位置から僅かに巻き方向
側に進んだ部位に至る範囲に、補助絶縁テープ２２を接
合すべきテープ接合箇所３ｃを設定すればよい。すなわ
ち、補助絶縁テープ２２は、上記テープ接合箇所３ｃの
全体、或いは図４に示すようにテープ接合箇所３ｃの少
なくとも一部分に設ければよい。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本願の第１の発明の非水
電解液電池によれば、最外周に位置する負極の巻き終端
が正極の巻き終端に対し同じ位置か巻き方向側に進んだ
位置に存在する設定外の構造の電極体が製作されても、
絶縁テープを正極における巻き終端から外面側に長く延
びて接合した絶縁テープの外面接合部を設けているか
ら、放電末期状態の電池が強制的に放電された場合に
は、負極における絶縁テープの上記外面接合部に対向す
る箇所が部分的に進む負極律速反応によって物理的に切
断されてしまう。一方、負極集電体は負極における正極
の巻き終端に対し内周側の部位に配設したので、上記切
断が負極における負極集電体の近傍箇所に生じることに
なり、負極の最外周部に多く残存する未反応の活性な軽
金属の負極成分が負極集電体から完全に切り離される。
それにより、残存する負極成分の正極上への電析が生じ
ないので、正極と負極との内部短絡によるトラブルを確
実に防止できる効果を得られる。しかも、上記効果を、
既存の絶縁テープの形状を変更するだけの簡単で安価な
構成により得ることができる。

【００３１】また、絶縁テープの正極の外面への接合部
を、これの先端が前記負極集電体とほぼ対向する長さに
設定した構成とすれば、負極における負極集電体から巻
き方向側に僅かに進んだ近傍箇所が切断されるため、負
極集電体に電気的接続を保ったまま残存する負極成分が
殆どなくなり、安全性が一層向上する。

【００３２】また、本願の第２発明の非水電解液電池に
よれば、負極の最外周部の内面における巻き終端から負
極集電体との対向部位に至る範囲内の少なくとも一部分
に補助絶縁テープを接合したので、正極における補助絶
縁テープと対面している箇所では、外面側が補助絶縁テ
ープによって負極の最外周部と電気的に隔離されて、恰
も内面側のみが負極と対面している状態となる。したが
って、放電末期状態において強制的に放電された場合に
は、負極における負極集電体に対し巻き方向に僅かに進
んだ箇所が部分的な負極律速反応の進行によって切断さ
れてしまい、残存する負極成分の正極上への電析が生じ
ないので、正極と負極との内部短絡によるトラブルを確
実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る非水電解液電池を
示す縦断面図。

【図２】同上の電池の横断面図。

【図３】同上の電池の放電末期状態を説明するための負
極の展開図。

【図４】本発明の他の実施の形態に係る非水電解液電池
を示す横断面図。

【図５】従来の非水電解液電池を示す横断面図。

【図６】他の従来の非水電解液電池の放電末期状態を説
明するための負極の展開図。

【符号の説明】

１ 電極体 ２ 正極 ２ａ 正極の巻き終端 ３ 負極 ３ａ 負極の巻き終端 ４ セパレータ ８ 負極集電体 ２０ 絶縁テープ ２０ａ 絶縁テープの外面接合部 ２０ｂ 絶縁テープの内面接合部 ２２ 補助絶縁テープ

フロントページの続き (56)参考文献 実開 平５−43465（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 6/16

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軽金属を負極活物質とする帯状の負極と
   正極活物質を有する帯状の正極との間にセパレータを介
   在して重ね合わせた積層物を、前記負極を前記正極に対
   し外側に配して渦巻き状に巻回し、最外周に前記負極を
   配置してなる電極体を備えた非水電解液電池において、 負極集電体が、正極の巻き終端に対する内周側の対向部
   位よりも巻き芯方向寄りの箇所において前記負極に配設
   され、 前記絶縁テープが、前記正極の巻き終端を覆い、かつこ
   の巻き終端近傍の内、外面に接合されており、さらに前
   記正極の外面への接合部が内面への接合部よりも前記電
   極体の巻芯側方向へ連続的または間欠的に長く延びるよ
   う設定されていることを特徴とする非水電解液電池。
2. 【請求項２】 絶縁テープの前記正極の外面への接合部
   を、これの先端が前記負極集電体とほぼ対向する位置ま
   で連続的に延びる形状とした請求項１に記載の非水電解
   液電池。
3. 【請求項３】 軽金属を負極活物質とする帯状の負極と
   正極活物質を有する帯状の正極との間にセパレータを介
   在して重ね合わせた積層物を、前記負極を前記正極に対
   し外側に配して渦巻き状に巻回し、最外周に前記負極を
   配置し、前記正極の巻き終端を絶縁テープにて被覆して
   なる電極体を備えた非水電解液電池において、 負極集電体が、正極の巻き終端に対する内周側の対向部
   位よりも巻芯寄りの箇所において前記負極に配設され、 補助絶縁テープが、 前記負極の最外周部の内面における
   巻き終端から前記負極集電体との対向部位に至る範囲内
   の少なくとも一部分に接合されていることを特徴とする
   非水電解液電池。
4. 【請求項４】 軽金属がリチウムである請求項１〜３の
   いずれかに記載の非水電解液電池。