JP3906519B2 - 電池用電極とこれを用いた電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テープで保護されたリードを有する電極に関し、特に電池の内部短絡を防止するための電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
渦巻状に巻回した電極群を用いる電池は、正極と負極とが、厚み３０μｍ程度のセパレーターを介して対向しているため、電極の凹凸部で内部短絡を引き起こしやすい。このため凸部となる電極リードの接合部に保護テープを貼ることが以前より実施されている。実用新案公開公報昭６１−２０４３４０号、同平２−１４６６５号には、電極の表裏両面に保護テープを貼り付けることが記載されている。特に同平２−１４６６５号では、電極のみならず電極から突き出したリードの部分まで保護テープが貼り付けられ、対向する極性の異なる電極のうちリードが接続されていない方の電極がリードが接続されている方の電極よりも突出している場合にも短絡を防止できる。
【０００３】
しかしながら、テープで保護されたリード部分が電解液に接するとテープの粘着剤が劣化したりすることによりテープが剥がれる問題が生じていた。また、電極と電池用端子部との間には距離があるため、電極と電池用端子部とを電気的に接続するリードが電池缶や極性の異なる電極に接触するという問題もあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、電池の内部短絡を減少させることができる電極を提供することにあり、更にはこれを用いた高性能の二次電池を提供することである。
【０００５】
本発明の一観点によれば、電池用の電極は、シート状の金属箔集電体上に電極合剤を塗布してなるシート状電極と、該集電体の露出部に接合されるリードと、該リードの集電体との接合部及び電池用端子に接続するための金属部分との接合部を除く部分を被覆し、集電体とリードとの間に挟まれるように位置する部分を有する絶縁テープとを有し、該絶縁テープは、リードを巻くように被覆し、その重なり部分がヒートシールされ閉じていることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
▲１▼ シート状の金属箔集電体上に電極合剤を塗布してなるシート状電極と、該集電体の露出部に接合されるリードと、集電体とリードとの間に挟まれるように位置する絶縁テープとを有することを特徴とする電池用の電極。
【０００７】
▲２▼ 該リードが、集電体との接合部及び、電池用端子に接続するための金属部分との接合部を除き、絶縁テープで被覆されていることを特徴とする項１に記載の電池用電極。
【０００８】
▲３▼ 該絶縁テープは、リードを巻くように被覆し、その重なり部分がヒートシールされ閉じていることを特徴とする項１又は２に記載の電池用電極。
【０００９】
▲４▼ 該絶縁テープが粘着剤を有することを特徴とする項１から３のいずれかに記載の電池用電極。
【００１０】
▲５▼ 該絶縁テープは該リードに熱プレスされていることを特徴とする項１〜４のいずれかに記載の電池用電極。
【００１１】
▲６▼ 該絶縁テープは、基材と粘着剤とを有し、基材がポリプロピレン、ポリフェニレンサルファルド、カプトン、ポリエチレンのうちのいずれか１つを含み、粘着剤がアクリル系粘着剤であることを特徴とする項１〜５のいずれかに記載の電池用電極。
【００１２】
▲７▼ 正極、負極、セパレーターを巻回してなる電極群と、該電極群を収容するためのビーディング部を有する電池缶と、該電池缶を封口するための封口体と、該正極と該封口体とを接続する正極リードとを有する非水電解質二次電池であって、該電池缶のビーディング部と対向する該正極リードの部分が曲率半径０．１５〜０．５ｍｍであることを特徴とする非水電解液二次電池。
【００１３】
▲８▼ 該正極及び該正極リードが項１から６のいずれかに記載される電池用電極であることを特徴とする項７に記載の非水電解質二次電池。
【００１４】
▲９▼ 電極リードに絶縁テープを被覆する工程と、その後に該電極リードを電極に接続する工程とを含む電池用電極の製造方法。
【００１５】
以下に本発明の実施例の形態について詳述する。
図２は、シリンダ型電池の断面図である。電池の形状はシリンダ、角のいずれにも適用できる。巻芯をシリンダ形にすれば、シリンダ型電池を製造することができ、巻芯を角形にすれば、角型電池を製造することができる。電池は、セパレーター４と共に巻回した正極シート３と負極シート２を電池缶１に挿入し、電池缶１と負極シート２を負極リード１９を介して電気的に接続し、電解液を注入し封口して形成する。端子キャップ１３は正極端子を兼ね、ガスケット７を介して電池缶１の上部口に嵌合される。正極シート３は、正極リード８、防爆弁体９、電流遮断スイッチ１０、正温度係数抵抗（以下、ＰＴＣという）リング１１を介して端子キャップ１３に電気的に接続される。
【００１６】
封口体は、上から順に端子キャップ１３、ＰＴＣリング１１、電流遮断スイッチ１０、防爆弁体９が重ねられ、ガスケット７に嵌入支持される。端子キャップ１３は、電池の表面露出部分であり、防爆弁体９は電池内側である。電流遮断スイッチ１０は、第一導通体１０ａと第二導通体１０ｂと絶縁リング１０ｃを有する。
【００１７】
電極群１８は、正極シート３と負極シート２を、間にセパレータ４を挟んで巻回したものである。その電極群１８と防爆弁体９の間に、上部絶縁板６が配置される。上部絶縁板６は、電極群１８と封口体を絶縁すると共に、電極群１８と電池缶１を絶縁する。電極群１８と電池缶１の間には下部絶縁板５を配置し、電極群１８と電池缶１を絶縁すると共に電極群１８と負極リード１９を絶縁する。
【００１８】
電池缶１は、封口体を封口するためのビーディング部１７を有する。ビーディング部１７は、ガスケット７の下部を支持するためにくびれている。ビーディング部１７は、電池の内側にくびれているので、ビーディング部１７と正極リード８との接触を防止する必要がある。具体的には、正極リード８の折れ曲がり部８ｃがガスケット７と上部絶縁板６との間を縫ってビーディング部１７に接触することを防止する必要がある。ビーディング部１７は、負極リード１９を介して負極シート２に接続されているので、ビーディング部１７と正極リードとが接触すると、内部短絡の事故が発生してしまう。そのような事故を防止するために、正極リード８の折れ曲がり部８ｃを絶縁テープで被覆する。
【００１９】
図１は、正極リード８とその周辺を示す電池の断面図である。正極リード８は、絶縁テープ２１で被覆されている。図３に、図１のＡ−Ａ断面図を示す。正極リード８は、絶縁テープ２１で巻かれており、正極リード８の表面は絶縁テープで覆われている。絶縁テープ２１と正極リード８とは、熱プレスにより接着されている。さらに、正極リード８に巻かれた絶縁テープ２１は、その両端部２１ａが重なり、ヒートシンクにより接着されている。絶縁テープ２１は、基材と粘着剤とからなるものが好ましい。
【００２０】
図１において、電池の製造工程の一部を説明する。まず、正極リード８の中央部に絶縁テープ２１を被覆する。その後、正極リード８の露出している下端部８ａを正極シート３に溶接する。その後、正極リード８の露出している上端部８ｂを防爆弁体９に溶接する。その後、正極リード８の折れ曲がり部８ｃを折り曲げ、封口体を電池缶１に封口する。絶縁テープ２１は、正極リード８の下端部８ａと上端部８ｂとを除く中央部に被覆される。すなわち、正極リード８は、正極シート３との接合部８ａと、防爆弁体９との接合部８ｂとを除く部分に絶縁テープ２１で被覆する。絶縁テープ２１は、正極シート３と正極リード８の間に挟まれるように位置する部分を有する。
【００２１】
正極リード８の折れ曲がり部８ｃは、電池缶１のビーディング部１７（図２）に対向している。折れ曲がり部８ｃの曲率半径は、０．１５〜０．５ｍｍが好ましく、０．２〜０．４ｍｍが特に好ましい。
【００２２】
図４は、正極シート３と正極リード８との接続を示す図である。正極シート３は、金属箔集電体上の一部に正極合剤を塗布して乾燥して製造される。正極シート３は、集電体露出部３ａと正極合剤塗布部３ｂとを有する。集電体露出部３ａは、正極シート３のうち、電極群１８（図２）の中心側の端部に位置する。集電体露出部３ａは、長さ（正極シート３の長手方向寸法）がＬ１（例えば３０ｍｍ）であり、長さに直交する方向の幅がＬ２（例えば５６．０ｍｍ）である。
【００２３】
正極リード８は、長さ（正極リード８の長手方向かつ正極シート３の幅方向の寸法）がＬ３（例えば７１．４ｍｍ）であり、溶接部８ａと溶接部８ｂとを有する。溶接部８ａは、正極リード８が集電体露出部３ａに溶接される部分であり、その大きさは、例えば２ｍｍ×３０ｍｍである。溶接部８ｂは、正極リード８が防爆弁体（図１）に溶接される部分である。
【００２４】
正極リード８は、正極シート３の幅方向に接合される。正極リード８の下端は、正極シート３の下端より上方に長さＬ５（例えば１．５ｍｍ）の位置に設けられる。正極リード８の右端は、正極シート３の右端（電極群１８の中心側の端）よりも左に長さＬ６（例えば５ｍｍ）の位置に設けられる。
【００２５】
絶縁テープ２１は、正極リード８のうち、溶接部８ａと溶接部８ｂとの間に巻かれる。絶縁テープ２１の下端は、正極シート３の上端より下方に長さＬ４（例えば５ｍｍ）の位置に設けられる。絶縁テープ２１の上端は、溶接部８ｂの下端より下方の位置に設けられる。絶縁テープ２１は、集電体露出部３ａと正極リード８との間に挟まれるように位置する。
【００２６】
正極シート３は、正極合剤塗布部３ｂにのみ正極合剤を塗布することにより、集電体露出部３ａにおいて集電体を出させることができる。また、集電体の全面に正極合剤を塗布した後に、集電体露出部３ａにおける電極合剤を剥離することにより、正極シート３を形成してもよい。
【００２７】
特定の構成例を説明したが、正極リード８の形状は電池の形状等によって異なる。シート状の電極を巻回して用いる円筒型や角形の電池においては、厚みが０．０３〜１ｍｍ、より好ましくは０．０５〜０．３ｍｍ、幅が１．５〜１０ｍｍ、より好ましくは２〜５ｍｍの金属片を用いる。
【００２８】
正極リード８の材質は接合する電極集電体の種類に依存する。集電体がステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、チタン、銅等の金属箔の場合は、それらに溶接可能な材質を選ぶ必要がある。
【００２９】
正極集電体がアルミニウム箔の場合は、正極リード８がアルミニウム又はアルミニウム合金であることが好ましい。アルミニウム又はアルミニウム合金中のアルミニウム含有率は９９．３％以上、９９．９９％以下であることが好ましい。アルミニウム以外の含有元素としては、珪素、鉄、銅、マンガン、マグネシウム、亜鉛等を挙げることができる。負極集電体が銅箔であるときは、負極リード１９がニッケル又はニッケルメッキした鋼材、銅、ニッケルメッキした銅であることが好ましい。
【００３０】
絶縁テープ２１の材質としては、基材はアラミド繊維、ナイロン、カプトン（登録商標）等のポリアミド、ポリイミド、ポリプロピレン、ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン等のポリオレフィン、テフロン（登録商標）、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のポリエステル、硬質塩化ビニル、ビニール、ポリウレタン、アクリルフォーム、ウレタンフォーム、エラストマフォーム、クレープ紙、薄葉紙、平面紙等の紙類、不織布、ガラスクロス、アルミナクロス等の布類が好ましい。特にポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、カプトン（登録商標）、ポリエチレンが好ましい。
【００３１】
粘着剤としては、シリコーン系、アクリル系、エポキシ系、ゴム系が好ましく、アクリル系が特に好ましい。
【００３２】
これらの中で、基材がポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、カプトン、ポリエチレン、粘着剤がアクリル系のテープが好ましい。
【００３３】
図２に示すように、非水電解質二次電池は、正極３、負極２、セパレーター４を積層し巻回した電極群１８を電池缶１に挿入し、負極リード１９を電池缶１の底に溶接し、電解液を注入後封口して作成する。封口体は、正極端子を兼ねるキャップ１３、ＰＴＣ素子１１、電流遮断スイッチ１０、金属性の防爆弁体９等がガスケット７に嵌合されたものである。負極端子を兼ねる電池缶１は、巻回電極群１８を挿入した後、封口部を固定するためビーディングにより凹部１７を形成する。一端部が正極３に溶接された正極リード８は、他端部が、正極端子１３と電気的に接続する封口体と溶接導通する。正極リード８と接合された封口体は電池缶１の上部に挿入されカシメられる。この時、異なる極性の電池缶１のビーディング部１７と正極リード８とは接触してはならず、適度の距離を有することが必要である。たとえ、ビーディング部１７と正極リード８とが接触したとしても、正極リード８は絶縁テープ２１で被覆されているので、内部短絡を防止することができる。
【００３４】
電池缶１は、材質として、ニッケルメッキを施した鉄鋼板、ステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ，ＳＵＳ３０４Ｎ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４４４等）、ニッケルメッキを施したステンレス鋼板（同上）、アルミニウムまたはその合金、ニッケル、チタン、銅であり、形状として、真円形筒状、楕円形筒状、正方形筒状、長方形筒状である。特に、電池缶１が負極端子を兼ねる場合は、ステンレス鋼板、ニッケルメッキを施した鉄鋼板が好ましく、電池缶１が正極端子を兼ねる場合は、ステンレス鋼板、アルミニウムまたはその合金が好ましい。
【００３５】
ガスケット７は、材質として、オレフィン系ポリマー、フッ素系ポリマー、セルロース系ポリマー、ポリイミド、ポリアミドであり、耐有機溶媒性及び低水分透過性から、オレフィン系ポリマーが好ましく、特にプロピレン主体のポリマーが好ましい。さらに、プロピレンとエチレンのブロック共重合ポリマーであることが好ましい。
【００３６】
１例として以下では、リチウムを活物質とする円筒型の非水二次電池について詳述する。非水二次電池に用いられる正・負極は、正極合剤あるいは負極合剤を集電体上に塗設、成形して作ることができる。正極あるいは負極合剤には、それぞれ正極活物質あるいは負極材料の他、それぞれに導電剤、結着剤、分散剤、フィラー、イオン導電剤、圧力増強剤や各種添加剤を含むことができる。
【００３７】
正極中の活物質は、軽金属を挿入放出できるものであれば良いが、好ましくはリチウム含有遷移金属酸化物であり、更に好ましくはＬｉx ＣｏＯ2 、Ｌｉx ＮｉＯ2 、Ｌｉx Ｃｏa Ｎｉ1-a Ｏ2 、Ｌｉx Ｃｏb Ｖ1-b Ｏz 、Ｌｉx Ｃｏb Ｆｅ1-b Ｏz 、Ｌｉx Ｍｎ2 Ｏ4 、Ｌｉx ＭｎＯ2 、Ｌｉx Ｍｎ2 Ｏ3 、Ｌｉx Ｍｎb Ｃｏ2-b Ｏz 、Ｌｉx Ｍｎb Ｎｉ2-b Ｏz 、Ｌｉx Ｍｎb Ｖ2-b Ｏz 、Ｌｉx Ｍｎb Ｆｅ1-b Ｏz （ここでｘ＝０．０５〜１．２、ａ＝０．１〜０．９、ｂ＝０．８〜０．９８、ｚ＝１．５〜５）である。
【００３８】
以下、本明細書で言う軽金属とは、周期律表第１Ａ族（水素を除く）及び第２Ａ族に属する元素であり、好ましくはリチウム、ナトリウム、カリウムであり、特にリチウムであることが好ましい。
【００３９】
負極材料は、軽金属を挿入放出できるものであれば良いが、好ましくは黒鉛（天然黒鉛、人造黒鉛、気相成長黒鉛）、コークス（石炭または石油系）、有機ポリマー焼成物（ポリアクリロニトリルの樹脂または繊維、フラン樹脂、クレゾール樹脂、フェノール樹脂）、メゾフェースピッチ焼成物、金属酸化物、金属カルコゲナイド、リチウム含有遷移金属酸化物及びカルコゲナイドである。
【００４０】
特に、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｓｂの単独あるいはこれらの組み合わせからなる酸化物、カルコゲナイドが好ましい。更に、これらに網目形成剤として知られているＳｉＯ2 、Ｂ2 Ｏ3 、Ｐ2 Ｏ5 、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｖ2 Ｏ5 などを加えて非晶質化させたものが特に好ましい。これらは化学量論組成のものであっても、不定比化合物であっても良い。
【００４１】
これらの化合物の好ましい例として以下のものを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００４２】
ＧｅＯ、ＧｅＯ2 、ＳｎＯ、ＳｎＯ2 、ＳｎＳｉＯ3 、ＰｂＯ、ＳｉＯ、Ｓｂ2 Ｏ5 、Ｂｉ2 Ｏ3 、Ｌｉ2 ＳｉＯ3 、Ｌｉ4 Ｓｉ2 Ｏ7 、Ｌｉ2 ＧｅＯ3 、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.5 Ｐ0.5 Ｋ0.1 Ｏ3.65、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.5 Ｐ0.5 Ｃｓ0.1 Ｏ3.65、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.5 Ｐ0.5 Ｋ0.1 Ｇｅ0.05Ｏ3.85、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.5 Ｐ0.5 Ｋ0.1 Ｍｇ0.1 Ｇｅ0.02Ｏ3.83、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.4 Ｐ0.4 Ｂａ0.08Ｏ3.28、ＳｎＡｌ0.5 Ｂ0.4 Ｐ0.5 Ｍｇ0.1 Ｆ0.2 Ｏ3.65、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.5 Ｐ0.5 Ｃｓ0.1 Ｍｇ0.1 Ｆ0.2 Ｏ3.65、ＳｎＢ0.5 Ｐ0.5 Ｃｓ0.05Ｍｇ0.05Ｆ0.1 Ｏ3.03、Ｓｎ1.1 Ａｌ0.4 Ｂ0.4 Ｐ0.4 Ｂａ0.08Ｏ3.34、Ｓｎ1.2 Ａｌ0.5 Ｂ0.3 Ｐ0.4 Ｃｓ0.2 Ｏ3.5 、ＳｎＳｉ0.5 Ａｌ0.2 Ｂ0.1 Ｐ0.1 Ｍｇ0.1 Ｏ2.8 、ＳｎＳｉ0.5 Ａｌ0.3 Ｂ0.4 Ｐ0.5 Ｏ4.30、ＳｎＳｉ0.6 Ａｌ0.1 Ｂ0.1 Ｐ0.1 Ｂａ0.2 Ｏ2.95、ＳｎＳｉ0.6 Ａｌ0.4 Ｂ0.2 Ｍｇ0.1 Ｏ3.2 、Ｓｎ0.9 Ｍｎ0.3 Ｂ0.4 Ｐ0.4 Ｃａ0.1 Ｒｂ0.1 Ｏ2.95、Ｓｎ0.9 Ｆｅ0.3 Ｂ0.4 Ｐ0.4 Ｃａ0.1 Ｒｂ0.1 Ｏ2.95、Ｓｎ0.3 Ｇｅ0.7 Ｂａ0.1 Ｐ0.9 Ｏ3.35、Ｓｎ0.9 Ｍｎ0.1 Ｍｇ0.1 Ｐ0.9 Ｏ3.35、Ｓｎ0.2 Ｍｎ0.8 Ｍｇ0.1 Ｐ0.9 Ｏ3.35
さらに負極材料は、軽金属、特にリチウムを挿入して用いることができる。リチウムの挿入方法は、電気化学的、化学的、熱的方法が好ましい。
【００４３】
負極材料へのリチウム挿入量は、リチウムの析出電位に近似するまででよいが、上記の好ましい負極材料当たり５０〜７００モル％が好ましい。特に１００〜６００モル％が好ましい。
【００４４】
正極及び負極中の導電剤は、グラファイト、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維や金属粉、金属繊維やポリフェニレン誘導体であり、特にグラファイト、アセチレンブラックが好ましい。
【００４５】
正極及び負極中の結着剤は、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、澱粉、再生セルロース、ジアセチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルクロリド、ポリビニルピロリドン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＳＢＲ（ｓｔｙｒｅｎｅ−ｂｕｔａｄｉｅｎｅ−ｒｕｂｂｅｒ）、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ：ｅｔｈｙｌｅｎｅ−ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ−ｄｉｅｎｅ ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ ｌｉｎｋａｇｅ）、スルホン化ＥＰＤＭ、フッ素ゴム、ポリブタジエン、ポリエチレンオキシドであり、特にポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンが好ましい。これらは、粒子サイズが１ミクロン以下の水分散ラテックスとして使用するとより好ましい。
【００４６】
正極及び負極の支持体即ち集電体は、材質として、正極にはアルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、またはこれらの合金であり、負極には銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、またはこれらの合金であり、形態としては、箔、エキスパンドメタル、パンチングメタル、金網である。特に、正極にはアルミニウム箔、負極には銅箔が好ましい。
【００４７】
次に、図２に示す電池のうち電極以外の要素を説明する。セパレータ４は、イオン透過度が大きく、所定の機械的強度を持ち、絶縁性の薄膜であれば良く、材質として、オレフィン系ポリマー、フッ素系ポリマー、セルロース系ポリマー、ポリイミド、ナイロン、ガラス繊維、アルミナ繊維が用いられ、形態として、不織布、織布、微孔性フィルムが用いられる。特に、材質として、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリプロピレンとポリエチレンの混合体、ポリプロピレンとテフロンの混合体、ポリエチレンとテフロンの混合体が好ましく、形態として微孔性フィルムであるものが好ましい。特に、孔径が０．０１〜１μｍ、厚みが５〜５０μｍの微孔性フィルムが好ましい。
【００４８】
電解液は、有機溶媒としてプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスフォキシド、ジオキソラン、１，３−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ニトロメタン、アセトニトリル、蟻酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、燐酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、３−メチル−２−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロ誘導体、ジエチルエーテル、１，３−プロパンサルトンの少なくとも１種以上を混合したもの、また電解質として、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 、ＬｉＣＦ3 ＣＯ2 、ＬｉＡｓＦ6 、ＬｉＳｂＦ6 、ＬｉＢ10Ｃｌ10、低級脂肪族カルボン酸リチウム、ＬｉＡｌＣｌ4 、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、クロロボランリチウム、四フェニルホウ酸リチウムの１種以上の塩を溶解したものが好ましい。特にプロピレンカーボネートあるいはエチレンカーボネートと１、２−ジメトキシエタン及び／あるいはジエチルカーボネートとの混合溶媒にＬｉＣＦ3 ＳＯ3 、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＢＦ4 、及び／あるいはＬｉＰＦ6 を溶解したものが好ましく、特に、少なくともエチレンカーボネートとＬｉＰＦ6 を含むことが好ましい。
【００４９】
電池は必要に応じて外装材で被覆される。外装材としては、熱収縮チューブ、粘着テープ、金属フィルム、紙、布、塗料、プラスチックケース等がある。また、外装の少なくとも一部に熱で変色する部分を設け、使用中の熱履歴がわかるようにしても良い。
【００５０】
電池は必要に応じて複数本を直列及び／または並列に組み電池パックに収納される。電池パックには正温度係数抵抗体、温度ヒューズ、ヒューズ及び／または電流遮断素子等の安全素子の他、安全回路（各電池及び／または組電池全体の電圧、温度、電流等をモニターし、必要なら電流を遮断する機能を有す回路）を設けても良い。また電池パックには、組電池全体の正極及び負極端子以外に、各電池の正極及び負極端子、組電池全体及び各電池の温度検出端子、組電池全体の電流検出端子等を外部端子として設けることもできる。また電池パックには、電圧変換回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ等）を内蔵しても良い。また各電池の接続は、リード板を溶接することで固定しても良いし、ソケット等で容易に着脱できるように固定しても良い。さらには、電池パックに電池残存容量、充電の有無、使用回数等の表示機能を設けても良い。
【００５１】
電池は様々な機器に使用される。特に、ビデオムービー、モニター内蔵携帯型ビデオデッキ、モニター内蔵ムービーカメラ、コンパクトカメラ、一眼レフカメラ、使い捨てカメラ、レンズ付きフィルム、ノート型パソコン、ノート型ワープロ、電子手帳、携帯電話、コードレス電話、ヒゲソリ、電動工具、電動ミキサー、自動車等に使用されることが好ましい。
【００５２】
【実施例】
以下に具体例を挙げ、本発明をさらに詳しく説明するが、発明の主旨を越えない限り、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００５３】
（正極シートの作製）
正極材料として、ＬｉＣｏＯ2 を９２．７１重量％、アセチレンブラックを３．２６重量％、炭酸水素ナトリュウムを０．９３重量％、さらに結着剤としてポリビニリデンフロライドを１重量％、エチルヘキシルアクリレートを主体とするエチルヘキシルアクリレートとアクリル酸との共重合体を１．６６重量％、カルボキシメチルセルロースを０．４４重量％投入し、水を媒体として混練してスラリーを得た。得られたスラリーを厚さ２０μｍのアルミニウム箔（集電体）の両面に塗布、乾燥し、集電体を除く厚みが２７０μｍの正極シートを作製した。この時、スラリーが塗布された部分の長さが４０３ｍｍ、集電体露出部の長さが３３ｍｍとなるように間欠塗布をした。正極シートを、乾燥後ロールプレス機にて塗布された部分の厚みが１９０μｍまで圧縮し、幅５６ｍｍにスリットして長尺ロール状の正極シートを作製した。
【００５４】
図４に示すように、厚み１００μｍ、幅４ｍｍ、長さ７１．４ｍｍのアルミニウム製の正極リード８を正極シート３の集電体露出部３ａに４０ｋＨｚで超音波溶接した。正極リード８は予め正極シート３との溶接部８ａ（４９．５ｍｍ）及び封口体との溶接部８ｂ（６．９ｍｍ）を除いた部分（１５ｍｍ）を、絶縁テープ２１で被覆した。絶縁テープ２１は基材がポリエチレン、粘着剤がアクリル系で、幅が９ｍｍのものを用い、正極リード８に巻き回し、端部２１ａ（図３）の重なり部分０．５ｍｍを約２００℃でヒートシールした。リードの被覆面は約１００℃のヒートローラーで圧着した。
【００５５】
正極シート３への正極リード８の溶接は、長尺状正極シート３のスラリー塗布端から８ｍｍ、集電体の幅方向の端部からＬ５＝１．５ｍｍの位置に正極リード８を設置し、幅２ｍｍ長さ３０ｍｍのホーンを用いて溶接した。溶接後長尺状正極シート３のスラリー塗布端からＬ１＝３０ｍｍの位置で裁断し、長さ４３６ｍｍの正極シート（Ｃ−１）を作製した。
【００５６】
（負極シートの作製）
負極材料としてＳｎＢ0.5 Ｐ0.5 Ｏ3 を７７．５重量％、鱗片状黒鉛を１７．０１重量％、酢酸リチュウムを０．９４重量％、更に結着剤としてポリフッ化ビリニデンを３．７８重量％およびカルボキシメチルセルロースを０．７７重量％投入し、水を媒体として混練して、負極用スラリーを作製した。該スラリーを厚さ１８μｍの銅箔（集電体）両面に、エクストルージョン法により塗布し、乾燥した。得られた負極の塗布幅は５００ｍｍ、乾燥後の負極の厚みは集電体を除き９０μｍであった。その後、ロールプレス機により集電体を除く負極の厚さを７８μｍに圧縮成型した。負極は全長が４６１ｍｍ、幅が５７．５ｍｍ、巻回するときの先頭側端部３ｍｍと後端部１５ｍｍが集電体露出部となるように間欠塗布して作った。後端部の集電体露出部にニッケル製の負極リード１９を超音波溶接した。
【００５７】
セパレーター４として、ポリエチレン製の微多孔膜を幅６０．５ｍｍ、長さ５２０ｍｍに裁断したシートを準備した。
【００５８】
（シリンダー電池の組立）
上記負極シート２および正極シート３を露点−４０℃以下の乾燥空気中で２３０℃３０分間脱水乾燥した。さらに、脱水乾燥済み正極シート３、微多孔性ポリエチレンフィルムセパレーター、脱水乾燥済み負極シート２およびセパレーター４の順で積層し、これを巻き込み機で渦巻き状に巻回した。この巻回体１８を負極端子を兼ねるニッケルメッキを施した鉄製の有底シリンダー型電池缶１に収納した。電池缶１に上部絶縁板６を挿入した後、電池缶１をビーディングして溝１７を付けた。その後、１リットル当たりＬｉＰＦ6 とＬｉＢＦ4 を各々０．９，０．１ｍｏｌ含有し、溶媒がエチレンカーボネート、ブチレンカーボネートとジメチルカーボネートの容量比が２：２：６である混合液からなる電解質を電池缶１に注入した。
【００５９】
次に、シール剤を外側に塗りつけたポリプロピレン製ガスケット７に、下面に溶接プレートが溶接された皿状の防爆弁体９、防爆弁体９の絶縁カバー、電流遮断スイッチ１０、ＰＴＣリング１１、正極端子キャップ１３の順に嵌合した封口体を組み立てた。その後、この封口体の溶接プレートと正極リード８とを溶接した。正極リード８は、先端の曲率半径が０．２５ｍｍの折り曲げ先端ガイドを用いて折り曲げ、カシメた後のリード８の曲率半径が０．３ｍｍとなるようにした。封口体を電池缶１の開口部に挿入し、カシメて円筒型電池（Ｄ−１）を作製した。
【００６０】
正極リード８において、絶縁テープ２１の被覆端部２１ａをヒートシールせず、それ以外は正極シートＣ−１と同様にして正極シートＣ−２を作った。絶縁テープ２１の長さが６ｍｍ（正極との重なり部分）がＬ４＝５ｍｍ、正極と重ならない部分が１ｍｍ）とする以外はＣ−１と同様にして正極シートＣ−３を作った。更に、Ｃ−１、Ｃ３で正極リード８の曲率半径が０．１ｍｍとなるように鋭く正極リード８を折り曲げてそれぞれ正極シートＣ−４、Ｃ５を作製した。これらの正極シートＣ−２からＣ−５を用いて電池Ｄ−１と同様にしてそれぞれ電池Ｄ−２からＤ−５を作った。
【００６１】
これらの電池それぞれ５０００個ずつ作製し、１０５℃で２日間保存した後、短絡している電池の個数と、分解して正極リード８の絶縁テープ２１の剥がれの個数を調べた。分解はそれぞれ１００個ずつとし、下表〔表１〕の結果を得た。
【００６２】
【表１】
【００６３】
〔表１〕の結果より、電池Ｄ−１、Ｄ−３、Ｄ−４、Ｄ−５は、正極リード８の絶縁テープ２１の剥がれが生じなかった。電池Ｄ−２は、絶縁テープ２１の被覆端部２１ａをヒートシールしなかったために、１０個の電池において絶縁テープ２１が剥がれてしまった。絶縁テープ２１の被覆端部２１ａをヒートシールすれば、電池Ｄ−１、Ｄ−３〜Ｄ−５のように、絶縁テープ２１が剥がれにくくなるので好ましい。
【００６４】
電池Ｄ−３、Ｄ−５は、絶縁テープ２１の長さが６ｍｍと短かったために、内部短絡してしまった電池が生じた。電池Ｄ−１、Ｄ−２、Ｄ−４のように、絶縁テープ２１の溶接部８ａと溶接部８ｂとを除いた部分（１５ｍｍ）を長い絶縁テープ２１で被覆すれば、内部短絡を防止できるので好ましい。
【００６５】
電池Ｄ−４、Ｄ−５は、正極リード８の曲率半径が０．１ｍｍと小さすぎたために、内部短絡してしまったものが生じた。曲率半径が小さいと、上部絶縁板６の突起部とガスケット７の下部との間にリード８が挟み込まれて、封口体が電池缶１にかしめられることがある。この場合、リード８が折れてしまう。折れたリード８は、その寸法により電池缶１のビーディング部１７と接触し、内部短絡が生じやすくなる。電池Ｄ−１、Ｄ−３は、正極リード８の曲率半径が０．３ｍｍと大きいために、それぞれ電池Ｄ−４、Ｄ−５に比べ、内部短絡したものが少なかった。正極リード８の曲率半径は、０．１５〜０．５ｍｍが好ましい。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、集電体とリードとの間に挟まるように絶縁テープを設けることにより、電池の内部短絡を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】正極シートと防爆弁体を接続する正極リードを示す図である。
【図２】シリンダ型電池の断面図である。
【図３】絶縁テープで被覆された正極リードの断面図である。
【図４】正極シートに溶接された正極リードを示す図である。
【符号の説明】
１ 電池缶
２ 負極
３ 正極
４ セパレータ
５ 下部絶縁板
６ 上部絶縁板
７ ガスケット
８ 正極リード
９ 防爆弁体
１０ 電流遮断スイッチ
１０ａ 第一導通体
１０ｂ 第二導通体
１０ｃ 絶縁リング
１１ ＰＴＣリング
１３ 端子キャップ
１７ ビーディング部
１８ 電極群
１９ 負極リード
２１ 絶縁テープ
【発明の属する技術分野】
本発明は、テープで保護されたリードを有する電極に関し、特に電池の内部短絡を防止するための電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
渦巻状に巻回した電極群を用いる電池は、正極と負極とが、厚み３０μｍ程度のセパレーターを介して対向しているため、電極の凹凸部で内部短絡を引き起こしやすい。このため凸部となる電極リードの接合部に保護テープを貼ることが以前より実施されている。実用新案公開公報昭６１−２０４３４０号、同平２−１４６６５号には、電極の表裏両面に保護テープを貼り付けることが記載されている。特に同平２−１４６６５号では、電極のみならず電極から突き出したリードの部分まで保護テープが貼り付けられ、対向する極性の異なる電極のうちリードが接続されていない方の電極がリードが接続されている方の電極よりも突出している場合にも短絡を防止できる。
【０００３】
しかしながら、テープで保護されたリード部分が電解液に接するとテープの粘着剤が劣化したりすることによりテープが剥がれる問題が生じていた。また、電極と電池用端子部との間には距離があるため、電極と電池用端子部とを電気的に接続するリードが電池缶や極性の異なる電極に接触するという問題もあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、電池の内部短絡を減少させることができる電極を提供することにあり、更にはこれを用いた高性能の二次電池を提供することである。
【０００５】
本発明の一観点によれば、電池用の電極は、シート状の金属箔集電体上に電極合剤を塗布してなるシート状電極と、該集電体の露出部に接合されるリードと、該リードの集電体との接合部及び電池用端子に接続するための金属部分との接合部を除く部分を被覆し、集電体とリードとの間に挟まれるように位置する部分を有する絶縁テープとを有し、該絶縁テープは、リードを巻くように被覆し、その重なり部分がヒートシールされ閉じていることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
▲１▼ シート状の金属箔集電体上に電極合剤を塗布してなるシート状電極と、該集電体の露出部に接合されるリードと、集電体とリードとの間に挟まれるように位置する絶縁テープとを有することを特徴とする電池用の電極。
【０００７】
▲２▼ 該リードが、集電体との接合部及び、電池用端子に接続するための金属部分との接合部を除き、絶縁テープで被覆されていることを特徴とする項１に記載の電池用電極。
【０００８】
▲３▼ 該絶縁テープは、リードを巻くように被覆し、その重なり部分がヒートシールされ閉じていることを特徴とする項１又は２に記載の電池用電極。
【０００９】
▲４▼ 該絶縁テープが粘着剤を有することを特徴とする項１から３のいずれかに記載の電池用電極。
【００１０】
▲５▼ 該絶縁テープは該リードに熱プレスされていることを特徴とする項１〜４のいずれかに記載の電池用電極。
【００１１】
▲６▼ 該絶縁テープは、基材と粘着剤とを有し、基材がポリプロピレン、ポリフェニレンサルファルド、カプトン、ポリエチレンのうちのいずれか１つを含み、粘着剤がアクリル系粘着剤であることを特徴とする項１〜５のいずれかに記載の電池用電極。
【００１２】
▲７▼ 正極、負極、セパレーターを巻回してなる電極群と、該電極群を収容するためのビーディング部を有する電池缶と、該電池缶を封口するための封口体と、該正極と該封口体とを接続する正極リードとを有する非水電解質二次電池であって、該電池缶のビーディング部と対向する該正極リードの部分が曲率半径０．１５〜０．５ｍｍであることを特徴とする非水電解液二次電池。
【００１３】
▲８▼ 該正極及び該正極リードが項１から６のいずれかに記載される電池用電極であることを特徴とする項７に記載の非水電解質二次電池。
【００１４】
▲９▼ 電極リードに絶縁テープを被覆する工程と、その後に該電極リードを電極に接続する工程とを含む電池用電極の製造方法。
【００１５】
以下に本発明の実施例の形態について詳述する。
図２は、シリンダ型電池の断面図である。電池の形状はシリンダ、角のいずれにも適用できる。巻芯をシリンダ形にすれば、シリンダ型電池を製造することができ、巻芯を角形にすれば、角型電池を製造することができる。電池は、セパレーター４と共に巻回した正極シート３と負極シート２を電池缶１に挿入し、電池缶１と負極シート２を負極リード１９を介して電気的に接続し、電解液を注入し封口して形成する。端子キャップ１３は正極端子を兼ね、ガスケット７を介して電池缶１の上部口に嵌合される。正極シート３は、正極リード８、防爆弁体９、電流遮断スイッチ１０、正温度係数抵抗（以下、ＰＴＣという）リング１１を介して端子キャップ１３に電気的に接続される。
【００１６】
封口体は、上から順に端子キャップ１３、ＰＴＣリング１１、電流遮断スイッチ１０、防爆弁体９が重ねられ、ガスケット７に嵌入支持される。端子キャップ１３は、電池の表面露出部分であり、防爆弁体９は電池内側である。電流遮断スイッチ１０は、第一導通体１０ａと第二導通体１０ｂと絶縁リング１０ｃを有する。
【００１７】
電極群１８は、正極シート３と負極シート２を、間にセパレータ４を挟んで巻回したものである。その電極群１８と防爆弁体９の間に、上部絶縁板６が配置される。上部絶縁板６は、電極群１８と封口体を絶縁すると共に、電極群１８と電池缶１を絶縁する。電極群１８と電池缶１の間には下部絶縁板５を配置し、電極群１８と電池缶１を絶縁すると共に電極群１８と負極リード１９を絶縁する。
【００１８】
電池缶１は、封口体を封口するためのビーディング部１７を有する。ビーディング部１７は、ガスケット７の下部を支持するためにくびれている。ビーディング部１７は、電池の内側にくびれているので、ビーディング部１７と正極リード８との接触を防止する必要がある。具体的には、正極リード８の折れ曲がり部８ｃがガスケット７と上部絶縁板６との間を縫ってビーディング部１７に接触することを防止する必要がある。ビーディング部１７は、負極リード１９を介して負極シート２に接続されているので、ビーディング部１７と正極リードとが接触すると、内部短絡の事故が発生してしまう。そのような事故を防止するために、正極リード８の折れ曲がり部８ｃを絶縁テープで被覆する。
【００１９】
図１は、正極リード８とその周辺を示す電池の断面図である。正極リード８は、絶縁テープ２１で被覆されている。図３に、図１のＡ−Ａ断面図を示す。正極リード８は、絶縁テープ２１で巻かれており、正極リード８の表面は絶縁テープで覆われている。絶縁テープ２１と正極リード８とは、熱プレスにより接着されている。さらに、正極リード８に巻かれた絶縁テープ２１は、その両端部２１ａが重なり、ヒートシンクにより接着されている。絶縁テープ２１は、基材と粘着剤とからなるものが好ましい。
【００２０】
図１において、電池の製造工程の一部を説明する。まず、正極リード８の中央部に絶縁テープ２１を被覆する。その後、正極リード８の露出している下端部８ａを正極シート３に溶接する。その後、正極リード８の露出している上端部８ｂを防爆弁体９に溶接する。その後、正極リード８の折れ曲がり部８ｃを折り曲げ、封口体を電池缶１に封口する。絶縁テープ２１は、正極リード８の下端部８ａと上端部８ｂとを除く中央部に被覆される。すなわち、正極リード８は、正極シート３との接合部８ａと、防爆弁体９との接合部８ｂとを除く部分に絶縁テープ２１で被覆する。絶縁テープ２１は、正極シート３と正極リード８の間に挟まれるように位置する部分を有する。
【００２１】
正極リード８の折れ曲がり部８ｃは、電池缶１のビーディング部１７（図２）に対向している。折れ曲がり部８ｃの曲率半径は、０．１５〜０．５ｍｍが好ましく、０．２〜０．４ｍｍが特に好ましい。
【００２２】
図４は、正極シート３と正極リード８との接続を示す図である。正極シート３は、金属箔集電体上の一部に正極合剤を塗布して乾燥して製造される。正極シート３は、集電体露出部３ａと正極合剤塗布部３ｂとを有する。集電体露出部３ａは、正極シート３のうち、電極群１８（図２）の中心側の端部に位置する。集電体露出部３ａは、長さ（正極シート３の長手方向寸法）がＬ１（例えば３０ｍｍ）であり、長さに直交する方向の幅がＬ２（例えば５６．０ｍｍ）である。
【００２３】
正極リード８は、長さ（正極リード８の長手方向かつ正極シート３の幅方向の寸法）がＬ３（例えば７１．４ｍｍ）であり、溶接部８ａと溶接部８ｂとを有する。溶接部８ａは、正極リード８が集電体露出部３ａに溶接される部分であり、その大きさは、例えば２ｍｍ×３０ｍｍである。溶接部８ｂは、正極リード８が防爆弁体（図１）に溶接される部分である。
【００２４】
正極リード８は、正極シート３の幅方向に接合される。正極リード８の下端は、正極シート３の下端より上方に長さＬ５（例えば１．５ｍｍ）の位置に設けられる。正極リード８の右端は、正極シート３の右端（電極群１８の中心側の端）よりも左に長さＬ６（例えば５ｍｍ）の位置に設けられる。
【００２５】
絶縁テープ２１は、正極リード８のうち、溶接部８ａと溶接部８ｂとの間に巻かれる。絶縁テープ２１の下端は、正極シート３の上端より下方に長さＬ４（例えば５ｍｍ）の位置に設けられる。絶縁テープ２１の上端は、溶接部８ｂの下端より下方の位置に設けられる。絶縁テープ２１は、集電体露出部３ａと正極リード８との間に挟まれるように位置する。
【００２６】
正極シート３は、正極合剤塗布部３ｂにのみ正極合剤を塗布することにより、集電体露出部３ａにおいて集電体を出させることができる。また、集電体の全面に正極合剤を塗布した後に、集電体露出部３ａにおける電極合剤を剥離することにより、正極シート３を形成してもよい。
【００２７】
特定の構成例を説明したが、正極リード８の形状は電池の形状等によって異なる。シート状の電極を巻回して用いる円筒型や角形の電池においては、厚みが０．０３〜１ｍｍ、より好ましくは０．０５〜０．３ｍｍ、幅が１．５〜１０ｍｍ、より好ましくは２〜５ｍｍの金属片を用いる。
【００２８】
正極リード８の材質は接合する電極集電体の種類に依存する。集電体がステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、チタン、銅等の金属箔の場合は、それらに溶接可能な材質を選ぶ必要がある。
【００２９】
正極集電体がアルミニウム箔の場合は、正極リード８がアルミニウム又はアルミニウム合金であることが好ましい。アルミニウム又はアルミニウム合金中のアルミニウム含有率は９９．３％以上、９９．９９％以下であることが好ましい。アルミニウム以外の含有元素としては、珪素、鉄、銅、マンガン、マグネシウム、亜鉛等を挙げることができる。負極集電体が銅箔であるときは、負極リード１９がニッケル又はニッケルメッキした鋼材、銅、ニッケルメッキした銅であることが好ましい。
【００３０】
絶縁テープ２１の材質としては、基材はアラミド繊維、ナイロン、カプトン（登録商標）等のポリアミド、ポリイミド、ポリプロピレン、ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン等のポリオレフィン、テフロン（登録商標）、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のポリエステル、硬質塩化ビニル、ビニール、ポリウレタン、アクリルフォーム、ウレタンフォーム、エラストマフォーム、クレープ紙、薄葉紙、平面紙等の紙類、不織布、ガラスクロス、アルミナクロス等の布類が好ましい。特にポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、カプトン（登録商標）、ポリエチレンが好ましい。
【００３１】
粘着剤としては、シリコーン系、アクリル系、エポキシ系、ゴム系が好ましく、アクリル系が特に好ましい。
【００３２】
これらの中で、基材がポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、カプトン、ポリエチレン、粘着剤がアクリル系のテープが好ましい。
【００３３】
図２に示すように、非水電解質二次電池は、正極３、負極２、セパレーター４を積層し巻回した電極群１８を電池缶１に挿入し、負極リード１９を電池缶１の底に溶接し、電解液を注入後封口して作成する。封口体は、正極端子を兼ねるキャップ１３、ＰＴＣ素子１１、電流遮断スイッチ１０、金属性の防爆弁体９等がガスケット７に嵌合されたものである。負極端子を兼ねる電池缶１は、巻回電極群１８を挿入した後、封口部を固定するためビーディングにより凹部１７を形成する。一端部が正極３に溶接された正極リード８は、他端部が、正極端子１３と電気的に接続する封口体と溶接導通する。正極リード８と接合された封口体は電池缶１の上部に挿入されカシメられる。この時、異なる極性の電池缶１のビーディング部１７と正極リード８とは接触してはならず、適度の距離を有することが必要である。たとえ、ビーディング部１７と正極リード８とが接触したとしても、正極リード８は絶縁テープ２１で被覆されているので、内部短絡を防止することができる。
【００３４】
電池缶１は、材質として、ニッケルメッキを施した鉄鋼板、ステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ，ＳＵＳ３０４Ｎ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４４４等）、ニッケルメッキを施したステンレス鋼板（同上）、アルミニウムまたはその合金、ニッケル、チタン、銅であり、形状として、真円形筒状、楕円形筒状、正方形筒状、長方形筒状である。特に、電池缶１が負極端子を兼ねる場合は、ステンレス鋼板、ニッケルメッキを施した鉄鋼板が好ましく、電池缶１が正極端子を兼ねる場合は、ステンレス鋼板、アルミニウムまたはその合金が好ましい。
【００３５】
ガスケット７は、材質として、オレフィン系ポリマー、フッ素系ポリマー、セルロース系ポリマー、ポリイミド、ポリアミドであり、耐有機溶媒性及び低水分透過性から、オレフィン系ポリマーが好ましく、特にプロピレン主体のポリマーが好ましい。さらに、プロピレンとエチレンのブロック共重合ポリマーであることが好ましい。
【００３６】
１例として以下では、リチウムを活物質とする円筒型の非水二次電池について詳述する。非水二次電池に用いられる正・負極は、正極合剤あるいは負極合剤を集電体上に塗設、成形して作ることができる。正極あるいは負極合剤には、それぞれ正極活物質あるいは負極材料の他、それぞれに導電剤、結着剤、分散剤、フィラー、イオン導電剤、圧力増強剤や各種添加剤を含むことができる。
【００３７】
正極中の活物質は、軽金属を挿入放出できるものであれば良いが、好ましくはリチウム含有遷移金属酸化物であり、更に好ましくはＬｉx ＣｏＯ2 、Ｌｉx ＮｉＯ2 、Ｌｉx Ｃｏa Ｎｉ1-a Ｏ2 、Ｌｉx Ｃｏb Ｖ1-b Ｏz 、Ｌｉx Ｃｏb Ｆｅ1-b Ｏz 、Ｌｉx Ｍｎ2 Ｏ4 、Ｌｉx ＭｎＯ2 、Ｌｉx Ｍｎ2 Ｏ3 、Ｌｉx Ｍｎb Ｃｏ2-b Ｏz 、Ｌｉx Ｍｎb Ｎｉ2-b Ｏz 、Ｌｉx Ｍｎb Ｖ2-b Ｏz 、Ｌｉx Ｍｎb Ｆｅ1-b Ｏz （ここでｘ＝０．０５〜１．２、ａ＝０．１〜０．９、ｂ＝０．８〜０．９８、ｚ＝１．５〜５）である。
【００３８】
以下、本明細書で言う軽金属とは、周期律表第１Ａ族（水素を除く）及び第２Ａ族に属する元素であり、好ましくはリチウム、ナトリウム、カリウムであり、特にリチウムであることが好ましい。
【００３９】
負極材料は、軽金属を挿入放出できるものであれば良いが、好ましくは黒鉛（天然黒鉛、人造黒鉛、気相成長黒鉛）、コークス（石炭または石油系）、有機ポリマー焼成物（ポリアクリロニトリルの樹脂または繊維、フラン樹脂、クレゾール樹脂、フェノール樹脂）、メゾフェースピッチ焼成物、金属酸化物、金属カルコゲナイド、リチウム含有遷移金属酸化物及びカルコゲナイドである。
【００４０】
特に、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｓｂの単独あるいはこれらの組み合わせからなる酸化物、カルコゲナイドが好ましい。更に、これらに網目形成剤として知られているＳｉＯ2 、Ｂ2 Ｏ3 、Ｐ2 Ｏ5 、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｖ2 Ｏ5 などを加えて非晶質化させたものが特に好ましい。これらは化学量論組成のものであっても、不定比化合物であっても良い。
【００４１】
これらの化合物の好ましい例として以下のものを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００４２】
ＧｅＯ、ＧｅＯ2 、ＳｎＯ、ＳｎＯ2 、ＳｎＳｉＯ3 、ＰｂＯ、ＳｉＯ、Ｓｂ2 Ｏ5 、Ｂｉ2 Ｏ3 、Ｌｉ2 ＳｉＯ3 、Ｌｉ4 Ｓｉ2 Ｏ7 、Ｌｉ2 ＧｅＯ3 、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.5 Ｐ0.5 Ｋ0.1 Ｏ3.65、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.5 Ｐ0.5 Ｃｓ0.1 Ｏ3.65、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.5 Ｐ0.5 Ｋ0.1 Ｇｅ0.05Ｏ3.85、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.5 Ｐ0.5 Ｋ0.1 Ｍｇ0.1 Ｇｅ0.02Ｏ3.83、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.4 Ｐ0.4 Ｂａ0.08Ｏ3.28、ＳｎＡｌ0.5 Ｂ0.4 Ｐ0.5 Ｍｇ0.1 Ｆ0.2 Ｏ3.65、ＳｎＡｌ0.4 Ｂ0.5 Ｐ0.5 Ｃｓ0.1 Ｍｇ0.1 Ｆ0.2 Ｏ3.65、ＳｎＢ0.5 Ｐ0.5 Ｃｓ0.05Ｍｇ0.05Ｆ0.1 Ｏ3.03、Ｓｎ1.1 Ａｌ0.4 Ｂ0.4 Ｐ0.4 Ｂａ0.08Ｏ3.34、Ｓｎ1.2 Ａｌ0.5 Ｂ0.3 Ｐ0.4 Ｃｓ0.2 Ｏ3.5 、ＳｎＳｉ0.5 Ａｌ0.2 Ｂ0.1 Ｐ0.1 Ｍｇ0.1 Ｏ2.8 、ＳｎＳｉ0.5 Ａｌ0.3 Ｂ0.4 Ｐ0.5 Ｏ4.30、ＳｎＳｉ0.6 Ａｌ0.1 Ｂ0.1 Ｐ0.1 Ｂａ0.2 Ｏ2.95、ＳｎＳｉ0.6 Ａｌ0.4 Ｂ0.2 Ｍｇ0.1 Ｏ3.2 、Ｓｎ0.9 Ｍｎ0.3 Ｂ0.4 Ｐ0.4 Ｃａ0.1 Ｒｂ0.1 Ｏ2.95、Ｓｎ0.9 Ｆｅ0.3 Ｂ0.4 Ｐ0.4 Ｃａ0.1 Ｒｂ0.1 Ｏ2.95、Ｓｎ0.3 Ｇｅ0.7 Ｂａ0.1 Ｐ0.9 Ｏ3.35、Ｓｎ0.9 Ｍｎ0.1 Ｍｇ0.1 Ｐ0.9 Ｏ3.35、Ｓｎ0.2 Ｍｎ0.8 Ｍｇ0.1 Ｐ0.9 Ｏ3.35
さらに負極材料は、軽金属、特にリチウムを挿入して用いることができる。リチウムの挿入方法は、電気化学的、化学的、熱的方法が好ましい。
【００４３】
負極材料へのリチウム挿入量は、リチウムの析出電位に近似するまででよいが、上記の好ましい負極材料当たり５０〜７００モル％が好ましい。特に１００〜６００モル％が好ましい。
【００４４】
正極及び負極中の導電剤は、グラファイト、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維や金属粉、金属繊維やポリフェニレン誘導体であり、特にグラファイト、アセチレンブラックが好ましい。
【００４５】
正極及び負極中の結着剤は、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、澱粉、再生セルロース、ジアセチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルクロリド、ポリビニルピロリドン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＳＢＲ（ｓｔｙｒｅｎｅ−ｂｕｔａｄｉｅｎｅ−ｒｕｂｂｅｒ）、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ：ｅｔｈｙｌｅｎｅ−ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ−ｄｉｅｎｅ ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ ｌｉｎｋａｇｅ）、スルホン化ＥＰＤＭ、フッ素ゴム、ポリブタジエン、ポリエチレンオキシドであり、特にポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンが好ましい。これらは、粒子サイズが１ミクロン以下の水分散ラテックスとして使用するとより好ましい。
【００４６】
正極及び負極の支持体即ち集電体は、材質として、正極にはアルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、またはこれらの合金であり、負極には銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、またはこれらの合金であり、形態としては、箔、エキスパンドメタル、パンチングメタル、金網である。特に、正極にはアルミニウム箔、負極には銅箔が好ましい。
【００４７】
次に、図２に示す電池のうち電極以外の要素を説明する。セパレータ４は、イオン透過度が大きく、所定の機械的強度を持ち、絶縁性の薄膜であれば良く、材質として、オレフィン系ポリマー、フッ素系ポリマー、セルロース系ポリマー、ポリイミド、ナイロン、ガラス繊維、アルミナ繊維が用いられ、形態として、不織布、織布、微孔性フィルムが用いられる。特に、材質として、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリプロピレンとポリエチレンの混合体、ポリプロピレンとテフロンの混合体、ポリエチレンとテフロンの混合体が好ましく、形態として微孔性フィルムであるものが好ましい。特に、孔径が０．０１〜１μｍ、厚みが５〜５０μｍの微孔性フィルムが好ましい。
【００４８】
電解液は、有機溶媒としてプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスフォキシド、ジオキソラン、１，３−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ニトロメタン、アセトニトリル、蟻酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、燐酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、３−メチル−２−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロ誘導体、ジエチルエーテル、１，３−プロパンサルトンの少なくとも１種以上を混合したもの、また電解質として、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 、ＬｉＣＦ3 ＣＯ2 、ＬｉＡｓＦ6 、ＬｉＳｂＦ6 、ＬｉＢ10Ｃｌ10、低級脂肪族カルボン酸リチウム、ＬｉＡｌＣｌ4 、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、クロロボランリチウム、四フェニルホウ酸リチウムの１種以上の塩を溶解したものが好ましい。特にプロピレンカーボネートあるいはエチレンカーボネートと１、２−ジメトキシエタン及び／あるいはジエチルカーボネートとの混合溶媒にＬｉＣＦ3 ＳＯ3 、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＢＦ4 、及び／あるいはＬｉＰＦ6 を溶解したものが好ましく、特に、少なくともエチレンカーボネートとＬｉＰＦ6 を含むことが好ましい。
【００４９】
電池は必要に応じて外装材で被覆される。外装材としては、熱収縮チューブ、粘着テープ、金属フィルム、紙、布、塗料、プラスチックケース等がある。また、外装の少なくとも一部に熱で変色する部分を設け、使用中の熱履歴がわかるようにしても良い。
【００５０】
電池は必要に応じて複数本を直列及び／または並列に組み電池パックに収納される。電池パックには正温度係数抵抗体、温度ヒューズ、ヒューズ及び／または電流遮断素子等の安全素子の他、安全回路（各電池及び／または組電池全体の電圧、温度、電流等をモニターし、必要なら電流を遮断する機能を有す回路）を設けても良い。また電池パックには、組電池全体の正極及び負極端子以外に、各電池の正極及び負極端子、組電池全体及び各電池の温度検出端子、組電池全体の電流検出端子等を外部端子として設けることもできる。また電池パックには、電圧変換回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ等）を内蔵しても良い。また各電池の接続は、リード板を溶接することで固定しても良いし、ソケット等で容易に着脱できるように固定しても良い。さらには、電池パックに電池残存容量、充電の有無、使用回数等の表示機能を設けても良い。
【００５１】
電池は様々な機器に使用される。特に、ビデオムービー、モニター内蔵携帯型ビデオデッキ、モニター内蔵ムービーカメラ、コンパクトカメラ、一眼レフカメラ、使い捨てカメラ、レンズ付きフィルム、ノート型パソコン、ノート型ワープロ、電子手帳、携帯電話、コードレス電話、ヒゲソリ、電動工具、電動ミキサー、自動車等に使用されることが好ましい。
【００５２】
【実施例】
以下に具体例を挙げ、本発明をさらに詳しく説明するが、発明の主旨を越えない限り、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００５３】
（正極シートの作製）
正極材料として、ＬｉＣｏＯ2 を９２．７１重量％、アセチレンブラックを３．２６重量％、炭酸水素ナトリュウムを０．９３重量％、さらに結着剤としてポリビニリデンフロライドを１重量％、エチルヘキシルアクリレートを主体とするエチルヘキシルアクリレートとアクリル酸との共重合体を１．６６重量％、カルボキシメチルセルロースを０．４４重量％投入し、水を媒体として混練してスラリーを得た。得られたスラリーを厚さ２０μｍのアルミニウム箔（集電体）の両面に塗布、乾燥し、集電体を除く厚みが２７０μｍの正極シートを作製した。この時、スラリーが塗布された部分の長さが４０３ｍｍ、集電体露出部の長さが３３ｍｍとなるように間欠塗布をした。正極シートを、乾燥後ロールプレス機にて塗布された部分の厚みが１９０μｍまで圧縮し、幅５６ｍｍにスリットして長尺ロール状の正極シートを作製した。
【００５４】
図４に示すように、厚み１００μｍ、幅４ｍｍ、長さ７１．４ｍｍのアルミニウム製の正極リード８を正極シート３の集電体露出部３ａに４０ｋＨｚで超音波溶接した。正極リード８は予め正極シート３との溶接部８ａ（４９．５ｍｍ）及び封口体との溶接部８ｂ（６．９ｍｍ）を除いた部分（１５ｍｍ）を、絶縁テープ２１で被覆した。絶縁テープ２１は基材がポリエチレン、粘着剤がアクリル系で、幅が９ｍｍのものを用い、正極リード８に巻き回し、端部２１ａ（図３）の重なり部分０．５ｍｍを約２００℃でヒートシールした。リードの被覆面は約１００℃のヒートローラーで圧着した。
【００５５】
正極シート３への正極リード８の溶接は、長尺状正極シート３のスラリー塗布端から８ｍｍ、集電体の幅方向の端部からＬ５＝１．５ｍｍの位置に正極リード８を設置し、幅２ｍｍ長さ３０ｍｍのホーンを用いて溶接した。溶接後長尺状正極シート３のスラリー塗布端からＬ１＝３０ｍｍの位置で裁断し、長さ４３６ｍｍの正極シート（Ｃ−１）を作製した。
【００５６】
（負極シートの作製）
負極材料としてＳｎＢ0.5 Ｐ0.5 Ｏ3 を７７．５重量％、鱗片状黒鉛を１７．０１重量％、酢酸リチュウムを０．９４重量％、更に結着剤としてポリフッ化ビリニデンを３．７８重量％およびカルボキシメチルセルロースを０．７７重量％投入し、水を媒体として混練して、負極用スラリーを作製した。該スラリーを厚さ１８μｍの銅箔（集電体）両面に、エクストルージョン法により塗布し、乾燥した。得られた負極の塗布幅は５００ｍｍ、乾燥後の負極の厚みは集電体を除き９０μｍであった。その後、ロールプレス機により集電体を除く負極の厚さを７８μｍに圧縮成型した。負極は全長が４６１ｍｍ、幅が５７．５ｍｍ、巻回するときの先頭側端部３ｍｍと後端部１５ｍｍが集電体露出部となるように間欠塗布して作った。後端部の集電体露出部にニッケル製の負極リード１９を超音波溶接した。
【００５７】
セパレーター４として、ポリエチレン製の微多孔膜を幅６０．５ｍｍ、長さ５２０ｍｍに裁断したシートを準備した。
【００５８】
（シリンダー電池の組立）
上記負極シート２および正極シート３を露点−４０℃以下の乾燥空気中で２３０℃３０分間脱水乾燥した。さらに、脱水乾燥済み正極シート３、微多孔性ポリエチレンフィルムセパレーター、脱水乾燥済み負極シート２およびセパレーター４の順で積層し、これを巻き込み機で渦巻き状に巻回した。この巻回体１８を負極端子を兼ねるニッケルメッキを施した鉄製の有底シリンダー型電池缶１に収納した。電池缶１に上部絶縁板６を挿入した後、電池缶１をビーディングして溝１７を付けた。その後、１リットル当たりＬｉＰＦ6 とＬｉＢＦ4 を各々０．９，０．１ｍｏｌ含有し、溶媒がエチレンカーボネート、ブチレンカーボネートとジメチルカーボネートの容量比が２：２：６である混合液からなる電解質を電池缶１に注入した。
【００５９】
次に、シール剤を外側に塗りつけたポリプロピレン製ガスケット７に、下面に溶接プレートが溶接された皿状の防爆弁体９、防爆弁体９の絶縁カバー、電流遮断スイッチ１０、ＰＴＣリング１１、正極端子キャップ１３の順に嵌合した封口体を組み立てた。その後、この封口体の溶接プレートと正極リード８とを溶接した。正極リード８は、先端の曲率半径が０．２５ｍｍの折り曲げ先端ガイドを用いて折り曲げ、カシメた後のリード８の曲率半径が０．３ｍｍとなるようにした。封口体を電池缶１の開口部に挿入し、カシメて円筒型電池（Ｄ−１）を作製した。
【００６０】
正極リード８において、絶縁テープ２１の被覆端部２１ａをヒートシールせず、それ以外は正極シートＣ−１と同様にして正極シートＣ−２を作った。絶縁テープ２１の長さが６ｍｍ（正極との重なり部分）がＬ４＝５ｍｍ、正極と重ならない部分が１ｍｍ）とする以外はＣ−１と同様にして正極シートＣ−３を作った。更に、Ｃ−１、Ｃ３で正極リード８の曲率半径が０．１ｍｍとなるように鋭く正極リード８を折り曲げてそれぞれ正極シートＣ−４、Ｃ５を作製した。これらの正極シートＣ−２からＣ−５を用いて電池Ｄ−１と同様にしてそれぞれ電池Ｄ−２からＤ−５を作った。
【００６１】
これらの電池それぞれ５０００個ずつ作製し、１０５℃で２日間保存した後、短絡している電池の個数と、分解して正極リード８の絶縁テープ２１の剥がれの個数を調べた。分解はそれぞれ１００個ずつとし、下表〔表１〕の結果を得た。
【００６２】
【表１】
〔表１〕の結果より、電池Ｄ−１、Ｄ−３、Ｄ−４、Ｄ−５は、正極リード８の絶縁テープ２１の剥がれが生じなかった。電池Ｄ−２は、絶縁テープ２１の被覆端部２１ａをヒートシールしなかったために、１０個の電池において絶縁テープ２１が剥がれてしまった。絶縁テープ２１の被覆端部２１ａをヒートシールすれば、電池Ｄ−１、Ｄ−３〜Ｄ−５のように、絶縁テープ２１が剥がれにくくなるので好ましい。
【００６４】
電池Ｄ−３、Ｄ−５は、絶縁テープ２１の長さが６ｍｍと短かったために、内部短絡してしまった電池が生じた。電池Ｄ−１、Ｄ−２、Ｄ−４のように、絶縁テープ２１の溶接部８ａと溶接部８ｂとを除いた部分（１５ｍｍ）を長い絶縁テープ２１で被覆すれば、内部短絡を防止できるので好ましい。
【００６５】
電池Ｄ−４、Ｄ−５は、正極リード８の曲率半径が０．１ｍｍと小さすぎたために、内部短絡してしまったものが生じた。曲率半径が小さいと、上部絶縁板６の突起部とガスケット７の下部との間にリード８が挟み込まれて、封口体が電池缶１にかしめられることがある。この場合、リード８が折れてしまう。折れたリード８は、その寸法により電池缶１のビーディング部１７と接触し、内部短絡が生じやすくなる。電池Ｄ−１、Ｄ−３は、正極リード８の曲率半径が０．３ｍｍと大きいために、それぞれ電池Ｄ−４、Ｄ−５に比べ、内部短絡したものが少なかった。正極リード８の曲率半径は、０．１５〜０．５ｍｍが好ましい。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、集電体とリードとの間に挟まるように絶縁テープを設けることにより、電池の内部短絡を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】正極シートと防爆弁体を接続する正極リードを示す図である。
【図２】シリンダ型電池の断面図である。
【図３】絶縁テープで被覆された正極リードの断面図である。
【図４】正極シートに溶接された正極リードを示す図である。
【符号の説明】
１ 電池缶
２ 負極
３ 正極
４ セパレータ
５ 下部絶縁板
６ 上部絶縁板
７ ガスケット
８ 正極リード
９ 防爆弁体
１０ 電流遮断スイッチ
１０ａ 第一導通体
１０ｂ 第二導通体
１０ｃ 絶縁リング
１１ ＰＴＣリング
１３ 端子キャップ
１７ ビーディング部
１８ 電極群
１９ 負極リード
２１ 絶縁テープ
Claims (6)
- シート状の金属箔集電体上に電極合剤を塗布してなるシート状電極と、
該集電体の露出部に接合されるリードと、
該リードの集電体との接合部及び電池用端子に接続するための金属部分との接合部を除く部分を被覆し、集電体とリードとの間に挟まれるように位置する部分を有する絶縁テープとを有し、
該絶縁テープは、リードを巻くように被覆し、その重なり部分がヒートシールされ閉じていることを特徴とする電池用の電極。 - 該絶縁テープが粘着剤を有することを特徴とする請求項１記載の電池用電極。
- 該絶縁テープは該リードに熱プレスされていることを特徴とする請求項１又は２記載の電池 用電極。
- 該絶縁テープは、基材と粘着剤とを有し、基材がポリプロピレン、ポリフェニレンサルファルド、カプトン、ポリエチレンのうちのいずれか１つを含み、粘着剤がアクリル系粘着剤であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電池用電極。
- 電極リードの両端部を除く中央部を取り囲むように絶縁テープを巻回し、重なり部分をヒートシールして電極リードに絶縁テープを被覆する工程と、
その後に該絶縁テープの一部が集電体とリードとの間に挟まれるように該電極リードを電極に接続する工程と
を含む電池用電極の製造方法。 - 前記電極リードに絶縁テープを被覆する工程は、巻回した絶縁テープを熱プレスにより接着させる工程を含む請求項５記載の電池用電極の製造方法。
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