JP4079326B2 - 非水電解液電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非水電解液電池に関し、さらに詳しくは、中負荷以下の用途に適した高容量かつ安全で信頼性の高い円筒形の非水電解液電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
筒形の非水電池には、メモリーバックなどの高容量ではあるが軽負荷用のボビンタイプの電池と、カメラの電源など重負荷対応の捲回式電池とが広く知られている。前者のボビンタイプの電池は、ＣＲやＥＲ電池が製品化されているが、構造が簡単で低コストでの製造が可能であり、多くの活物質を充填することができる反面、電極面積が小さく負荷特性に劣ることから、大きな電流での放電を行おうとすると、容量が低下する不利がある。
【０００３】
後者の重負荷特性の捲回式電池は、ＣＲやＢＲの構成で製品化されている。この種の電池は、薄い長尺の電極を捲回してなる渦巻電極体を電池要素とするため、大きな電極面積を確保でき、大電流で放電しても大きな容量を取り出すことができる。但し、電池特性向上に直接的に寄与しないセパレータや集電体を電極体内に多く備えるため、活物質の充填量が低くならざるを得ず、電池容量が低下することは避けられない。また、大電流が取り出せる反面、短絡等の異常が起こった場合には発熱が激しく、発火の危険性があり、種々の安全対策が必要で、電池構造が複雑で製造コストの上昇を招く不利もある。
【０００４】
最近の応用機器の多様化により、メモリーバックなどの軽負荷用途、カメラ用などの重負荷用途だけでなく、データの発信、受信など中負荷での用途が増加しつつあり、中負荷で特徴を発揮する電池の開発が要望されていた。そこで、特許文献１および２には、厚い電極を数回巻いた電極捲回体を電池要素とする電池が提案されている。かかる電極捲回体を電池要素とする電池によれば、厚い電極を用いることで、従来の重負荷特性の電池に比べて、セパレータや集電体などの使用量を減らして活物質の充填性の向上を図ることができ、従って高容量な電池を得ることができる点で有利である。また、極端な大電流を流せなくすることで、安全性、信頼性に優れ、中負荷特性に優れた電池を得ることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−２６７５８３号公報（段落番号００１７、図１、図３）
【特許文献２】
特開平９−１９０８３６号公報（段落番号００１９、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
但し、特許文献１および特許文献２に記載の電池の正極は、ニッケル発泡体からなる集電体の空隙に活物質合剤を充填してなる形態を採るため、可撓性や柔軟性に乏しい。このため厚み寸法を大きくとると、捲回時に電極の割れや切断、活物質の脱落が生じて短絡や導電不良を生じやすい不利がある。
【０００７】
そこで本発明者等は図７に示すごとく、正極３を、正極活物質をシート状に成形してなる２枚の正極シート２０・２１と、これら正極シート２０・２１の間に介在された集電体２２とからなるものとし、これらを捲回して電極捲回体６を作製した。そこでは、電極捲回体６の作成時において、正極シート２０・２１と集電体２２とを捲回始端部Ｓのみを固定した状態で捲回するようにした。これによれば、正極３を２枚の正極シート２０・２１に分割することで、発泡金属製の集電体の空隙に活物質を充填してなる従来形態に比べて、正極３の可撓性や柔軟性の向上を図ることができるため、捲回時における正極３の割れや切断、活物質の脱落などの発生を効果的に解消できる。
【０００８】
但し、図７に示すごとく、捲回末端部Ｅにおける２枚の正極シート２０・２１が揃っていると、外周側の正極シート２１の捲回末端部Ｅが外方向に大きく張り出すために、電極捲回体６を円筒状の外装缶２内に挿入する際に、捲回末端部Ｅに係る外周側の正極シート２１の端面エッジ部２１ａがセパレータ５を損傷して、短絡を引き起こしやすい。
【０００９】
本発明の目的は、厚み寸法が大きく且つ短いシート状の正極を、負極およびセパレータとともに捲回してなる電極捲回体を電池要素とする非水電解液電池において、正極シートの捲回末端部の端面エッジ部がセパレータを損傷することに起因する短絡の発生を抑えて、安全性、信頼性に優れる非水電解液電池を得ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、図２に示すごとく、上方開口部を有する有底円筒状の外装缶２内に、シート状の正極３と負極４とをセパレータ５を介して捲回してなる電極捲回体６と、非水電解液とを収容してなる円筒形の非水電解液電池を対象とする。図１および図４に示すごとく、電極捲回体６は、正極３の捲回始端部Ｓと捲回末端部Ｅとで規定される捲回数が1.６周以上、2.５周以下となるように正負極３・４およびセパレータ５を捲回してなるものであって、全体として略円柱形状に成形されている。正極３は、同一の厚み寸法を有する２枚の正極シート２０・２１と、これら正極シート２０・２１の間に介在された集電体２２とを含み、電極捲回体６の作成時において、該正極シート２０・２１と集電体２２は、捲回始端部Ｓのみを固定した状態で捲回する。各正極シート２０・２１は、正極活物質を0.５mm以上、２mm以下の厚み寸法を有するシート状に成形してなるものである。
【００１１】
そのうえで、請求項１記載の本発明は、図１および図４に示すごとく、電極捲回体６の最外周において、正極３を構成する２枚の正極シート２０・２１は、その捲回末端部Ｅが不揃いの位置ずれ状態とされており、両正極シート２０・２１の捲回末端部Ｅのずれ幅Ｗが、正極シート２０・２１の厚み寸法Ｌの１／２以上、２倍以下に設定されていることを特徴とする。
【００１２】
図１に示すごとく、電極捲回体６の最外周において、内周側に位置する正極シート２０の捲回末端部Ｅが、外周側に位置する正極シート２１の捲回末端部Ｅよりも長く延出された位置ずれ状態にあることがより好ましい。
【００１３】
また本発明は、図２に示すごとく、上方開口部を有する有底円筒状の外装缶２内に、シート状の正極３と負極４とをセパレータ５を介して捲回してなる電極捲回体６と、非水電解液とを収容してなる円筒形の非水電解液電池を対象とする。電極捲回体６は、図５に示すごとく、正極３の捲回始端部Ｓと捲回末端部Ｅとで規定される捲回数が1.６周以上、2.５周以下となるように正負極３・４およびセパレータ５を捲回してなるものであって、全体として略円柱形状に成形されている。正極３は、同一の厚み寸法を有する２枚の正極シート２０・２１と、これら正極シート２０・２１の間に介在された集電体２２とを含み、電極捲回体６の作成時において、該正極シート２０・２１と集電体２２は、捲回始端部Ｓのみを固定した状態で捲回する。各正極シート２０・２１は、正極活物質を0.５mm以上、２mm以下の厚み寸法を有するシート状に成形してなるものである。
【００１４】
そのうえで、請求項３記載の本発明は、図５に示すごとく、電極捲回体６の最外周において、外周側に位置する正極シート２１の捲回末端部Ｅに、他よりも厚みの薄い薄肉部２７を形成してあることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、図２に示すごとく、上方開口部を有する有底円筒状の外装缶２内に、シート状の正極３と負極４とをセパレータ５を介して捲回してなる電極捲回体６と、非水電解液とを収容してなる円筒形の非水電解液電池を対象とする。電極捲回体６は、図６に示すごとく、正極３の捲回始端部Ｓと捲回末端部Ｅとで規定される捲回数が1.６周以上、2.５周以下となるように正負極３・４およびセパレータ５を捲回してなるものであって、全体として略円柱形状に成形されている。正極３は、同一の厚み寸法を有する２枚の正極シート２０・２１と、これら正極シート２０・２１の間に介在された集電体２２とを含み、電極捲回体６の作成時において、該正極シート２０・２１と集電体２２は、捲回始端部Ｓのみを固定した状態で捲回する。各正極シート２０・２１は、正極活物質を0.５mm以上、２mm以下の厚み寸法を有するシート状に成形してなるものである。
【００１６】
そのうえで、請求項４記載の本発明は、図６に示すごとく、前記電極捲回体６の最外周において、外周側に位置する正極シート２１の捲回末端部Ｅの外側縁が、面取り形成されていることを特徴とする。
【００１７】
【発明の作用効果】
薄く且つ長いシート状の正・負極をセパレータを介して捲回してなる渦巻状の電極体を電池要素とする電池においては、正・負極の厚み寸法は極めて小さいため、電極体を円柱状に成形することは容易である。つまり、正・負極の捲回末端部の外方向への張り出し幅は、無視できるほどに僅かであるため、円筒状の外装缶内へ電極体を装填する際に捲回末端部を無理込むような事態は生じず、捲回末端部に係るセパレータが正・負極で損傷されて、短絡を起こすような不具合は生じない。
【００１８】
これに対して、本発明に係る非水電解液電池のごとく、厚み寸法が大きく、且つ長さ寸法の小さな正極を捲回してなる電極捲回体を電池要素とする場合には、電極捲回体を円柱状に成形することが難しく、正・負極の捲回末端部の外方向への張り出し幅が、外装缶内へ装填する際の問題となる。すなわち、図５に示すごとく、正極シート２０・２１の捲回末端部Ｅが揃っていて、該正極３の捲回末端部Ｅが外方向へ不用意に大きく張り出した形態となっていると、円筒状の外装缶２内へ電極体６を装填する際に、捲回末端部Ｅを無理込まなければならず、その結果、捲回末端部Ｅに係るセパレータ５が外周側に位置する正極シート２１のエッジ部２１ａで損傷されて、短絡が生じるおそれがある。
【００１９】
そこで本発明の非水電解液電池においては、図１および図４に示すごとく、正極３を構成する２枚の正極シート２０・２１を、その捲回末端部Ｅが不揃いの位置ずれ状態となるようにしてある。このように、正極シート２０・２１に段差を設けることで、外周側の正極シート２１の捲回末端部Ｅの外方向への張り出し幅を小さく抑えることができるので、図７に示すごとく両正極シート２０・２１を位置ずれさせずに揃えた場合に不可避であった、外周側の正極シート２１の捲回末端部Ｅのエッジ部２１ａが外方向に大きく張り出すことに起因するセパレータ５の損傷を解消でき、短絡の発生を効果的に防ぐことができる。とくに、図１に示すように、内周側に位置する正極シート２０の捲回末端部Ｅを、外周側に位置する正極シート２１の捲回末端部Ｅよりも長く延出してあると、外装缶２の内部スペースを無駄なく有効利用できるので、デッドスペースを最小限に抑えて、放電容量の向上が期待できる。
【００２０】
そのうえで、両正極シート２０・２１の捲回末端部Ｅのずれ幅Ｗは、正極シートの厚み寸法Ｌの１／２以上、２倍以下に、より好ましくは0.７以上、1.５倍以下に設定する。ずれ幅Ｗが正極シートの厚み寸法Ｌの１／２未満となると、正極シート２０・２１をずらした効果が得られず、外装缶２への電極捲回体６の装填時に、セパレータ５を傷つけて短絡を引き起こすおそれがある。ずれ幅Ｗが正極シート２０・２１の厚み寸法Ｌの２倍を超えると、集電体２２が正極シート２０・２１の捲回末端部Ｅから突出して、短絡を引き起こすおそれがある。また、集電体２２の片面に正極シート２０・２１がない部分の密着性が劣るため、中負荷での電池特性（放電容量）が低下する。
【００２１】
図５に示すごとく、電極捲回体６の最外周において、外周側に位置する正極シート２１の捲回末端部Ｅに、他よりも厚みの薄い薄肉部２７を形成してあると、捲回末端部Ｅに係る外周側の正極シート２１とセパレータ５との接触を抑えることができるので、セパレータ５の損傷に起因する短絡の発生を抑えることができる。
【００２２】
図６に示すごとく、前記電極捲回体６の最外周において、外周側に位置する正極シート２１の捲回末端部Ｅの外側縁を面取り形成して、正極シート２１の捲回末端部Ｅに係る外周側のエッジ部を削ってあると、セパレータ５の損傷を確実に抑えて、短絡の発生をよく防ぐことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態） 図１ないし図３に、本発明の第１実施形態に係る非水電解液電池を示す。図２において、非水電解液電池１は、上方開口部を有する有底円筒状の外装缶２と、外装缶２内に装填された正極３および負極４と、外装缶２の上方開口部を封止する封口構造とからなる。正極３および負極４は、セパレータ５を介して捲回してなる電極捲回体６として、電解液とともに外装缶２内に収容されている。外装缶２は、鉄やステンレスを素材とする。
【００２４】
封口構造は、外装缶２の上方開口部の内周縁に固定された蓋板８と、蓋板８の中央部に開設された開口に、ゴム製の絶縁パッキン９を介して装着された端子体１０と、蓋板８の下部に配置された絶縁板１１とからなる。絶縁板１１は、円盤状のベース部１２の周縁に環状の側壁１３を立設した上向きに開口する丸皿形状に形成されており、ベース部１２の中央にはガス通口１４が開設されている。蓋板８は、側壁１３の上端部に受け止められた状態で、外装缶２の上方開口部の内周縁に、レーザ溶接若しくはパッキングを介したクリンプシールで固定されている。蓋板８もしくは外装缶２の缶底２ａには薄肉部を設け、内圧が急激に上昇したときの対策としてのベントを設けることができる。正極３と端子体１０の下面とは、正極リード体１５で接続されており、負極端子４と外装缶２の内面とは負極リード体１６で接続されている。
【００２５】
図１に示すごとく、電極捲回体６は、正極３の捲回始端部Ｓと捲回末端部Ｅとで規定される捲回数が、1.６周以上、2.５周以下となるように正・負極３・４およびセパレータ５を捲回してなるものであって、全体として略円柱形状に形成される。なお、図１には捲回数が1.６周程度の形態を示す。正極３は、同一の厚み寸法を有する２枚の正極シート２０・２１と、これら正極シート２０・２１の間に介在された集電体２２とを含み、電極捲回体６の作成時においては、正極シート２０・２１と集電体２２は、捲回始端部Ｓのみを固定した状態で捲回される（図３（ｃ）参照）。
【００２６】
正極シート２０・２１は、正極活物質を0.５mm以上、２mm以下の厚み寸法Ｌを有するシート状に成形してなる。正極活物質としては、例えば二酸化マンガン、フッ化カーボン、リチウムコバルト複合酸化物、スピネル形リチウムマンガン複合酸化物などを挙げることができる。
【００２７】
正極３の電導助剤としては、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラックから選択される一種、または２種以上の複合物を用いることができるが、主成分としてケッチェンブラックを用いることが好ましい。正極３のバインダとしては、テフロンディスパージョンや、粉末のテフロン（登録商標）、ゴム系バインダなどを用いることができるが、テフロンディスパージョンを用いることが好ましい。
【００２８】
正極リード体１５としては、ステンレス３１６や、４３０、４４４などからなる平織り金網、エキスパンドメタル、ラス網、パンチングメタル、箔などを用いることができる。
【００２９】
負極４は、薄い板状（箔状）に形成されており、その材料としては、リチウム金属、リチウムとアルミニウムなどの合金、黒鉛などの炭素材料を挙げることができる。負極４は、図１および図３（ｂ）に示すごとく、短尺と長尺の２枚の負極４ａ・４ｂを、張り合わしてなるものであり、これらを正極３、セパレータ５とともに捲回して電極捲回体６を作製する。負極リード体１６としては、ニッケルリボン、ステンレス平織り金網、エキスパンドメタル、ラス網、パンチングメタルなどを用いることができる。
【００３０】
電解液としては、溶質としてＬｉＰＦ6 、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 、（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 ＮＬｉなどを0.３〜1.５Ｍ／ｌ溶解した溶媒として、ＰＣ、ＥＣなどの環状カルボネートにＤＭＥなどの鎖状エーテル、ジメチルカルボネートなどの鎖状カルボネートを混合した電解液が用いられる。
【００３１】
セパレータ５としては、ＰＰ、ＰＥ、ＰＥＴ、ＰＢＴ、ＰＰＳなどの不織布、微孔性フィルムなどを用いることができる。
【００３２】
電極捲回体は、図３に示すような手順で作製することができる。まず、図３（ａ）に示すごとく、セパレータ５を２つ割の巻芯２５に挟んで１周巻く。次に、図３（ｂ）に示すごとく、負極４を短尺４ａのみの一層部分から巻芯２５に向けて挿入して、セパレータ５とともに１周巻き込む（図３（ｃ）参照）。続いて、図３（ｃ）に示すごとく、正極３をセパレータ５を介して負極４上に載置して巻芯２５で捲回する。ここでは、正極３は、両正極シート２０・２１および集電体２２を固定した巻始端Ｓの側から捲回されるようにしてあり、長尺の負極４ｂ上にセパレータ５を介して載置された状態で捲回される。捲回終了後は、セパレータ５が最外周を覆う形となり、このセパレータ５の捲回末端部Ｅを固定テープで固定する。以上より、図１に示すような形態の電極捲回体６を得ることができる。
【００３３】
内外周に位置する２枚の正極シート２０・２１の長さ寸法を調整することで、捲回末端部Ｅに係る正極３の形態を適宜に変化させることができる。ここでは、図１に示すごとく、捲回末端部Ｅに係る内周側の正極シート２０が、外周側の正極シート２１よりも長く延出された、両正極シート２０・２１が不揃いの位置ずれ状態となるように、両正極シート２０・２１の長さ寸法を調整してある。これにより、外周側の正極シート２１の捲回末端部Ｅの外方向への張り出し幅を小さく抑えることができるので、図７に示すごとく両正極シート２０・２１を位置ずれさせずに揃えた形態では不可避であった、外周側の正極シート２１の捲回末端部Ｅのエッジ部が外方向に大きく張り出すことに起因するセパレータ５の損傷を抑えて、短絡の発生を効果的に防ぐことができる。すなわち、外周側の正極シート２１の捲回末端部Ｅの外方向への張り出し幅を小さく抑えることにより、電極捲回体６の外装缶２内への装填時に、正極シート２１の捲回末端部Ｅのエッジ部２１ａと外装缶２の内周面とが強く擦れて、介在するセパレータ５が損傷されることをよく防ぐことができる。
【００３４】
そのうえで、両正極シート２０・２１の捲回末端部Ｅのずれ幅Ｗは、正極シート２０・２１の厚み寸法Ｌの１／２以上、２倍以下に、より好ましくは、0.７以上、1.５倍以下に設定する。ずれ幅Ｗが正極シート２０・２１の厚み寸法の１／２未満となると、正極シート２０・２１をずらした効果が得られず、セパレータ５の損傷して短絡が生じやすい。ずれ幅Ｗが正極シート２０・２１の厚み寸法Ｌの２倍を超えると、集電体２２が正極シート２０・２１の捲回末端部Ｅから突出して、短絡を引き起こすおそれがある。また、集電体２２の片面に正極シート２０・２１がない部分の密着性が劣るため、中負荷での電池特性（放電容量）が低下する。
【００３５】
（第２実施形態） 図４に、本発明の第２実施形態に係る非水電解液電池を示す。この場合の非水電解液電池は、捲回末端部Ｅに係る内周側の正極シート２０が、外周側の正極シート２１よりも短くなっている点が、先の第１実施例と相違する。これによっても、外周側の正極シート２１の捲回末端部Ｅの外方向への張り出し幅を抑えることができるので、外装缶２への装填時におけるセパレータ５の損傷を抑えて、短絡の発生をよく防ぐことができる。
【００３６】
（第３実施形態） 図５に、本発明の第３実施形態に係る非水電解液電池を示す。この場合の非水電解液電池１は、両正極シート２０・２１の捲回末端部Ｅを、他よりも厚みの薄い薄肉部２７としてある点が、先の第１実施例と相違する。この薄肉部２７は、例えば、正極シート２０・２１の捲回末端部Ｅに対してプレス加工を施すことにより形成できる。このように正極シート２０・２１の捲回末端部Ｅに薄肉部２７を設けることで、捲回末端部Ｅに係る外周側の正極シート２１とセパレータ５との接触を抑えることができるので、セパレータ５の損傷に起因する短絡の発生を抑えることができる。なお、図５には、両正極シート２０・２１の捲回末端部Ｅに対して薄肉部２７を設けた例を示したが、外周側の正極シート２１のみに薄肉部２７を設けてもよい。
【００３７】
（第４実施形態） 図６に本発明の第４実施形態に係る非水電解液電池を示す。この場合の非水電解液電池１は、両正極シート２０・２１の捲回末端部Ｅに係る外周側のエッジ部を削って、Ｒ状に面取りしてある点が、先の第１実施例と相違する。図６において符号２８は、面取り部分を示す。これによっても、セパレータ５の損傷を抑えて、短絡の発生を効果的に防ぐことができる。なお、外周側の正極シート２１にのみ、面取り処理を行った形態であってもよい。
【００３８】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。但し、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、この実施例においては、ＣＲ電池を例にして説明する。
【００３９】
《実施例１》
〈正極の製法〉
（配合） ケッチェンブラック３％と、二酸化マンガン（東ソー社製）９２％の比率でプラネタリーミキサーを用いて乾式で５分間混合したのち、水を重量比で固形分の２０％添加して５分間混合した。テフロンディスパージョン（Ｄ−１ダイキン工業社製）を固形分として５％を残りの水に希釈した状態で添加し、５分間混合した。配合剤中の水分は、固形分１００に対し２５〜３０に調整した。
【００４０】
（シート化） 混合した配合剤を直径２５０mmの２本ロールを用い、ロール温度を１３０±５℃に調整し、プレス圧７トン／cm、ロール間隔0.４mm、回転速度１０ｒｐｍで、ロールによる圧延、シート化を行った。ロールを通過した配合剤（予備シート）を１０５℃±５℃で残水分が２％以下になるまで乾燥した。次いで乾燥後の予備シートを粉砕器を用いて粉砕した。ここでは、プレスされた予備シートが、元の見かけ体積の２倍以上になるまでコーヒーミルで粉砕した。粉砕された粒子径は、大部分が１mm以下であり、バインダとして添加したテフロン（登録商標）の繊維も１mm以下の長さに切断されていた。
【００４１】
粉砕された材料に対して、再度ロールによるシート化を行った。ロールの間隔は0.６±0.０５mmに調整し、ロール温度は１２０±１０℃、プレス圧７トン／cm、回転速度１０ｒｐｍでシート化を行い、正極シートを得た。正極シートは、厚さが1.０mm、密度が2.６ｇ／cm3 であった。
【００４２】
以上のようにして、内周用と外周用の２枚の正極シート２０・２１（図１、図３（ｃ）参照）を作成した。内周用の正極シート２０は、幅３７mm、長さ５１mmに切断した。外周用の正極シート２１は、幅３７mm、長さ６２mmに切断した。
【００４３】
（集電体） ステンレス３１６からなるラス網（日建ラス社製）を集電体２２として用いた。このラス網は、幅３５mm、長さ５６mmに切断し、その長さ方向の中央部に、厚さ0.３mm、幅３mmのステンレスリボン製の正極リード体１５を抵抗溶接により取り付けた。集電体２２にカーボンペースト（日本黒鉛社製）を網の目をつぶさない程度に塗布したのち、１０５℃±５℃の加熱温度条件で２時間以上乾燥した。尚、ここでは４mg／cm2 となるようにカーボンペーストを塗布した。
【００４４】
次に、図３（ｃ）に示すごとく、２枚の正極シート２０・２１を、その間に集電体２２を介装した状態で長さ方向の一端部のみを固定して三者を一体化した。具体的には、内・外周用の２枚の正極シート２０・２１は、長さ方向の一端を揃えるとともに、集電体２２の端部が正極シート２０・２１からはみ出さないようにセットし、その状態で長さ方向の端部から３〜１０mmをプレスにより圧着することで、３者を一体化した。続いて、これら正極シート２０・２１および集電体２２を２５０℃±１０℃で６時間熱風乾燥して正極３を得た。尚、ここで正極シート２０・２１と集電体２２とを一体化したのは、作業上の問題であり、尤も独立した正極シート２０・２１と集電体２２とを、捲回時に一体化しても特性上の問題はない。
【００４５】
〈負極の製法〉
負極４は、幅３７mm、厚さ0.３mmのリチウム箔を３６mmと９６mmに切断し、短尺側の箔４ａの一端から１０mmを除き、３６mmを長尺側の箔４ｂと重ねて圧着した。負極リード体１６は、厚さ0.１mm、幅３mmのニッケルリボンの一端をエンボス加工してなるものとし、２枚の箔の間に挟んで圧着して固定した。
【００４６】
〈組立方法〉
幅４４mm、厚さ0.０２５mmのＰＥからなる微孔性セパレータ（旭化成社製 ハイポア）を２２０mmに切断し、図３（ａ）に示すごとく２つ割の直径４mmの巻芯２５に挟んで１周巻いた。次いで、図３（ｂ）・（ｃ）に示すごとく、負極４のリチウム金属箔の一重長さが１０mmの方を巻芯２５側にして、セパレータ５と同時に１周巻き込んだのち、正極シート２０・２１を固定した方を巻芯２５側に載置して捲回した。捲回終了後は、セパレータ５が最外周を覆う形となり、セパレータ５の巻き終わり部を固定テープで固定した。捲回末端部Ｅに係るセパレータ５を折り曲げ、該セパレータ５で正極シート２０・２１が被覆されるようにした。以上より、図１に示すような電極捲回体６を得た。
【００４７】
ニッケルメッキした鉄缶からなる外装缶２の底に、厚さ0.２mmのＰＰ製絶縁板を挿入し、その上に電極捲回体６を正負極のリード体１５・１６が上側に向く姿勢で挿入した。負極リード体１６は、外装缶２の上部内面に抵抗溶接した。正極リード体１５は、絶縁板１１を挿入したのち、端子体１０の下面に抵抗溶接した。この時点で絶縁抵抗を測定し、短絡がないことを確認した。
【００４８】
電解液は、0.５Ｍ ＬｉＣｌＯ4 ／（ＰＣ＋ＤＭＥ＝１：２）を、外装缶２内に3.３±0.１ml注入した。注入は３度に分け、最終工程で減圧にして全量を注入した。電解液の注入後、蓋体８を嵌合・レーザ溶接により封口した。以上により、実施例１に係る非水電解液電池を得た。
【００４９】
（後処理：予備放電、エージング）
封口した電池は、１Ωの抵抗で３０秒間予備放電し、４５℃で２４時間保管した後、１Ａの低電流で３分間２次予備放電を行った。予備放電後の電池を、室温で７日間エージングし、開路電圧を測定した。
【００５０】
《実施例２》
内周側の正極シートの長さ寸法を５1.５mm、外周側の正極シートの長さ寸法を６1.５mmとした以外は、実施例１と同様にして電極捲回体を得て、これを外装缶内に装填して実施例２に係る非水電解液電池を得た。電極捲回体の形態は、図１に示すごとくであった。
【００５１】
《実施例３》
内周側の正極シートの長さ寸法を４9.５mm、外周側の正極シートの長さ寸法を６3.５mmとした以外は、実施例１と同様にして電極捲回体を得て、これを外装缶内に装填して実施例３に係る非水電解液電池を得た。電極捲回体の形態は、図４のごとくであった。
【００５２】
《実施例４》
内周側の正極シートの長さ寸法を５0.５mm、外周側の正極シートの長さ寸法を６2.５mmとし、両正極シートの捲回末端部にプレス加工を施して、厚み寸法が0.５mmの薄肉部を形成した。すなわち得られた電極捲回体は、図５に示すごとくであった。それ以外は、実施例１と同様にして実施例４に係る非水電解液電池を得た。
【００５３】
《比較例１》
内周側の正極シートの長さ寸法を５２mm、外周側の正極シートの長さ寸法を６１mmとした以外は、実施例１と同様にして電極捲回体を得て、これを外装缶内に装填して比較例１に係る非水電解液電池を得た。
【００５４】
《比較例２》
内周側の正極シートの長さ寸法を４９mm、外周側の正極シートの長さ寸法を６４mmとした以外は、実施例１と同様にして電極捲回体を得て、これを外装缶内に装填して比較例２に係る非水電解液電池を得た。
【００５５】
《比較例３》
内周側の正極シートの長さ寸法を５0.５mm、外周側の正極シートの長さ寸法を６2.５mmとした以外は、実施例１と同様にして電極捲回体を得て、これを外装缶内に装填して比較例３に係る非水電解液電池を得た。
【００５６】
上記実施例１〜４および比較例１〜３の非水電解液電池の捲回末端部のずれを測定した。外周側が短く、内周側が長い場合を正、短い場合を負と定義した。ここでは、各実施例および比較例に係る電池を１００個ずつ作製して、その捲回末端部のずれ幅を測定した。また、２３℃、１０mAと３００mAで2.０Ｖまで放電させ放電容量を比較した。１０mAでの放電を電池の軽負荷容量、３００mAを中負荷容量と定義した。
【００５７】
組立時の短絡の発生個数を比較した。これは、電池に電極捲回体を挿入した後の絶縁抵抗値（１Ω以下）と、予備放電後のエージング中の開路電圧変化（平均値より５０mV以上低下）により調べた。
【００５８】
上記実施例１〜４および比較例１〜３の電池についての捲回末端部のずれ幅、短絡発生率、および放電特性を表１に示す。
【００５９】
【表１】
【００６０】
表１に示す結果から明らかなように、比較例３に係る電池は短絡の発生率が高く、その点に不具合があることがわかる。これは図７に示すごとく、両正極シート２０・２１の捲回末端部Ｅが揃っているため、外装缶２内への電極捲回体６の装填時に、捲回末端部Ｅに係るセパレータ５が、外方向に大きく張り出した正極シート２１のエッジ部２１ａで損傷されたことに拠る。
【００６１】
比較例１および比較例２より、捲回末端部Ｅに係る内外周の正極シート２０・２１の位置ずれ幅Ｗが、正極シート２０・２１の厚み寸法Ｌの２倍以上と大きいと、短絡を引き起こすおそれがあることがわかる。これは集電体２２が正極シート２０・２１の端から突出することに拠る。また、比較例１および比較例２に係る非水電解液電池は、実施例に係る非水電解液電池と比較して、軽負荷での特性は遜色ないが、中負荷での特性は明らかな低下が認められる。これは集電体２２の片面に正極シート２０・２１がない部分では、正極シート２０・２１と集電体２２との密着性が多少劣るため、集電効率が低下したことに拠る。
【００６２】
これに対して、実施例１、２、３の非水電解液電池のごとく、捲回末端部に係る内外周の正極シート２０・２１を、ずれ幅Ｗが正極シートの厚み寸法Ｌの１／２以上、２倍以下の範囲で位置ずれさせた形態では、短絡は一切生じなかった。これは、正極シート２０・２１を位置ずれさせることで、外周側の正極シート２１の捲回末端部Ｅの外方向への張り出し幅を小さく抑えて、セパレータ５の損傷を良好に解消できたことに拠る。また、実施例２、３より、ずれ幅Ｗが正極シート２０・２１の厚み寸法Ｌの１／２以上、２倍以下の範囲であれば、中負荷の特性も問題ないことがわかる。
【００６３】
実施例４より、内外周の正極シート２０・２１の捲回末端部Ｅが、揃っている場合でも、図５に示すごとく薄肉部２７を設けておけば、短絡は生じず、電池特性も良好であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る非水電解液電池の横断平面図である。
【図２】本発明の非水電解液電池の縦断正面図である。
【図３】電極捲回体の作製方法を説明するための図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る非水電解液電池の横断平面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る非水電解液電池の横断平面図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る非水電解液電池の横断平面図である。
【図７】従来形態に係る非水電解液電池の横断平面図である。
【符号の説明】
１ 非水電解液電池
２ 外装缶
３ 正極
４ 負極
５ セパレータ
６ 電極捲回体
２０ 内周側に位置する正極シート
２１ 外周側に位置する正極シート
２２ 集電体
Ｓ 正極の捲回始端部
Ｅ 正極の捲回末端部
Ｗ ずれ幅
Ｌ 正極シートの厚み寸法
【発明の属する技術分野】
本発明は、非水電解液電池に関し、さらに詳しくは、中負荷以下の用途に適した高容量かつ安全で信頼性の高い円筒形の非水電解液電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
筒形の非水電池には、メモリーバックなどの高容量ではあるが軽負荷用のボビンタイプの電池と、カメラの電源など重負荷対応の捲回式電池とが広く知られている。前者のボビンタイプの電池は、ＣＲやＥＲ電池が製品化されているが、構造が簡単で低コストでの製造が可能であり、多くの活物質を充填することができる反面、電極面積が小さく負荷特性に劣ることから、大きな電流での放電を行おうとすると、容量が低下する不利がある。
【０００３】
後者の重負荷特性の捲回式電池は、ＣＲやＢＲの構成で製品化されている。この種の電池は、薄い長尺の電極を捲回してなる渦巻電極体を電池要素とするため、大きな電極面積を確保でき、大電流で放電しても大きな容量を取り出すことができる。但し、電池特性向上に直接的に寄与しないセパレータや集電体を電極体内に多く備えるため、活物質の充填量が低くならざるを得ず、電池容量が低下することは避けられない。また、大電流が取り出せる反面、短絡等の異常が起こった場合には発熱が激しく、発火の危険性があり、種々の安全対策が必要で、電池構造が複雑で製造コストの上昇を招く不利もある。
【０００４】
最近の応用機器の多様化により、メモリーバックなどの軽負荷用途、カメラ用などの重負荷用途だけでなく、データの発信、受信など中負荷での用途が増加しつつあり、中負荷で特徴を発揮する電池の開発が要望されていた。そこで、特許文献１および２には、厚い電極を数回巻いた電極捲回体を電池要素とする電池が提案されている。かかる電極捲回体を電池要素とする電池によれば、厚い電極を用いることで、従来の重負荷特性の電池に比べて、セパレータや集電体などの使用量を減らして活物質の充填性の向上を図ることができ、従って高容量な電池を得ることができる点で有利である。また、極端な大電流を流せなくすることで、安全性、信頼性に優れ、中負荷特性に優れた電池を得ることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−２６７５８３号公報（段落番号００１７、図１、図３）
【特許文献２】
特開平９−１９０８３６号公報（段落番号００１９、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
但し、特許文献１および特許文献２に記載の電池の正極は、ニッケル発泡体からなる集電体の空隙に活物質合剤を充填してなる形態を採るため、可撓性や柔軟性に乏しい。このため厚み寸法を大きくとると、捲回時に電極の割れや切断、活物質の脱落が生じて短絡や導電不良を生じやすい不利がある。
【０００７】
そこで本発明者等は図７に示すごとく、正極３を、正極活物質をシート状に成形してなる２枚の正極シート２０・２１と、これら正極シート２０・２１の間に介在された集電体２２とからなるものとし、これらを捲回して電極捲回体６を作製した。そこでは、電極捲回体６の作成時において、正極シート２０・２１と集電体２２とを捲回始端部Ｓのみを固定した状態で捲回するようにした。これによれば、正極３を２枚の正極シート２０・２１に分割することで、発泡金属製の集電体の空隙に活物質を充填してなる従来形態に比べて、正極３の可撓性や柔軟性の向上を図ることができるため、捲回時における正極３の割れや切断、活物質の脱落などの発生を効果的に解消できる。
【０００８】
但し、図７に示すごとく、捲回末端部Ｅにおける２枚の正極シート２０・２１が揃っていると、外周側の正極シート２１の捲回末端部Ｅが外方向に大きく張り出すために、電極捲回体６を円筒状の外装缶２内に挿入する際に、捲回末端部Ｅに係る外周側の正極シート２１の端面エッジ部２１ａがセパレータ５を損傷して、短絡を引き起こしやすい。
【０００９】
本発明の目的は、厚み寸法が大きく且つ短いシート状の正極を、負極およびセパレータとともに捲回してなる電極捲回体を電池要素とする非水電解液電池において、正極シートの捲回末端部の端面エッジ部がセパレータを損傷することに起因する短絡の発生を抑えて、安全性、信頼性に優れる非水電解液電池を得ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、図２に示すごとく、上方開口部を有する有底円筒状の外装缶２内に、シート状の正極３と負極４とをセパレータ５を介して捲回してなる電極捲回体６と、非水電解液とを収容してなる円筒形の非水電解液電池を対象とする。図１および図４に示すごとく、電極捲回体６は、正極３の捲回始端部Ｓと捲回末端部Ｅとで規定される捲回数が1.６周以上、2.５周以下となるように正負極３・４およびセパレータ５を捲回してなるものであって、全体として略円柱形状に成形されている。正極３は、同一の厚み寸法を有する２枚の正極シート２０・２１と、これら正極シート２０・２１の間に介在された集電体２２とを含み、電極捲回体６の作成時において、該正極シート２０・２１と集電体２２は、捲回始端部Ｓのみを固定した状態で捲回する。各正極シート２０・２１は、正極活物質を0.５mm以上、２mm以下の厚み寸法を有するシート状に成形してなるものである。
【００１１】
そのうえで、請求項１記載の本発明は、図１および図４に示すごとく、電極捲回体６の最外周において、正極３を構成する２枚の正極シート２０・２１は、その捲回末端部Ｅが不揃いの位置ずれ状態とされており、両正極シート２０・２１の捲回末端部Ｅのずれ幅Ｗが、正極シート２０・２１の厚み寸法Ｌの１／２以上、２倍以下に設定されていることを特徴とする。
【００１２】
図１に示すごとく、電極捲回体６の最外周において、内周側に位置する正極シート２０の捲回末端部Ｅが、外周側に位置する正極シート２１の捲回末端部Ｅよりも長く延出された位置ずれ状態にあることがより好ましい。
【００１３】
また本発明は、図２に示すごとく、上方開口部を有する有底円筒状の外装缶２内に、シート状の正極３と負極４とをセパレータ５を介して捲回してなる電極捲回体６と、非水電解液とを収容してなる円筒形の非水電解液電池を対象とする。電極捲回体６は、図５に示すごとく、正極３の捲回始端部Ｓと捲回末端部Ｅとで規定される捲回数が1.６周以上、2.５周以下となるように正負極３・４およびセパレータ５を捲回してなるものであって、全体として略円柱形状に成形されている。正極３は、同一の厚み寸法を有する２枚の正極シート２０・２１と、これら正極シート２０・２１の間に介在された集電体２２とを含み、電極捲回体６の作成時において、該正極シート２０・２１と集電体２２は、捲回始端部Ｓのみを固定した状態で捲回する。各正極シート２０・２１は、正極活物質を0.５mm以上、２mm以下の厚み寸法を有するシート状に成形してなるものである。
【００１４】
そのうえで、請求項３記載の本発明は、図５に示すごとく、電極捲回体６の最外周において、外周側に位置する正極シート２１の捲回末端部Ｅに、他よりも厚みの薄い薄肉部２７を形成してあることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、図２に示すごとく、上方開口部を有する有底円筒状の外装缶２内に、シート状の正極３と負極４とをセパレータ５を介して捲回してなる電極捲回体６と、非水電解液とを収容してなる円筒形の非水電解液電池を対象とする。電極捲回体６は、図６に示すごとく、正極３の捲回始端部Ｓと捲回末端部Ｅとで規定される捲回数が1.６周以上、2.５周以下となるように正負極３・４およびセパレータ５を捲回してなるものであって、全体として略円柱形状に成形されている。正極３は、同一の厚み寸法を有する２枚の正極シート２０・２１と、これら正極シート２０・２１の間に介在された集電体２２とを含み、電極捲回体６の作成時において、該正極シート２０・２１と集電体２２は、捲回始端部Ｓのみを固定した状態で捲回する。各正極シート２０・２１は、正極活物質を0.５mm以上、２mm以下の厚み寸法を有するシート状に成形してなるものである。
【００１６】
そのうえで、請求項４記載の本発明は、図６に示すごとく、前記電極捲回体６の最外周において、外周側に位置する正極シート２１の捲回末端部Ｅの外側縁が、面取り形成されていることを特徴とする。
【００１７】
【発明の作用効果】
薄く且つ長いシート状の正・負極をセパレータを介して捲回してなる渦巻状の電極体を電池要素とする電池においては、正・負極の厚み寸法は極めて小さいため、電極体を円柱状に成形することは容易である。つまり、正・負極の捲回末端部の外方向への張り出し幅は、無視できるほどに僅かであるため、円筒状の外装缶内へ電極体を装填する際に捲回末端部を無理込むような事態は生じず、捲回末端部に係るセパレータが正・負極で損傷されて、短絡を起こすような不具合は生じない。
【００１８】
これに対して、本発明に係る非水電解液電池のごとく、厚み寸法が大きく、且つ長さ寸法の小さな正極を捲回してなる電極捲回体を電池要素とする場合には、電極捲回体を円柱状に成形することが難しく、正・負極の捲回末端部の外方向への張り出し幅が、外装缶内へ装填する際の問題となる。すなわち、図５に示すごとく、正極シート２０・２１の捲回末端部Ｅが揃っていて、該正極３の捲回末端部Ｅが外方向へ不用意に大きく張り出した形態となっていると、円筒状の外装缶２内へ電極体６を装填する際に、捲回末端部Ｅを無理込まなければならず、その結果、捲回末端部Ｅに係るセパレータ５が外周側に位置する正極シート２１のエッジ部２１ａで損傷されて、短絡が生じるおそれがある。
【００１９】
そこで本発明の非水電解液電池においては、図１および図４に示すごとく、正極３を構成する２枚の正極シート２０・２１を、その捲回末端部Ｅが不揃いの位置ずれ状態となるようにしてある。このように、正極シート２０・２１に段差を設けることで、外周側の正極シート２１の捲回末端部Ｅの外方向への張り出し幅を小さく抑えることができるので、図７に示すごとく両正極シート２０・２１を位置ずれさせずに揃えた場合に不可避であった、外周側の正極シート２１の捲回末端部Ｅのエッジ部２１ａが外方向に大きく張り出すことに起因するセパレータ５の損傷を解消でき、短絡の発生を効果的に防ぐことができる。とくに、図１に示すように、内周側に位置する正極シート２０の捲回末端部Ｅを、外周側に位置する正極シート２１の捲回末端部Ｅよりも長く延出してあると、外装缶２の内部スペースを無駄なく有効利用できるので、デッドスペースを最小限に抑えて、放電容量の向上が期待できる。
【００２０】
そのうえで、両正極シート２０・２１の捲回末端部Ｅのずれ幅Ｗは、正極シートの厚み寸法Ｌの１／２以上、２倍以下に、より好ましくは0.７以上、1.５倍以下に設定する。ずれ幅Ｗが正極シートの厚み寸法Ｌの１／２未満となると、正極シート２０・２１をずらした効果が得られず、外装缶２への電極捲回体６の装填時に、セパレータ５を傷つけて短絡を引き起こすおそれがある。ずれ幅Ｗが正極シート２０・２１の厚み寸法Ｌの２倍を超えると、集電体２２が正極シート２０・２１の捲回末端部Ｅから突出して、短絡を引き起こすおそれがある。また、集電体２２の片面に正極シート２０・２１がない部分の密着性が劣るため、中負荷での電池特性（放電容量）が低下する。
【００２１】
図５に示すごとく、電極捲回体６の最外周において、外周側に位置する正極シート２１の捲回末端部Ｅに、他よりも厚みの薄い薄肉部２７を形成してあると、捲回末端部Ｅに係る外周側の正極シート２１とセパレータ５との接触を抑えることができるので、セパレータ５の損傷に起因する短絡の発生を抑えることができる。
【００２２】
図６に示すごとく、前記電極捲回体６の最外周において、外周側に位置する正極シート２１の捲回末端部Ｅの外側縁を面取り形成して、正極シート２１の捲回末端部Ｅに係る外周側のエッジ部を削ってあると、セパレータ５の損傷を確実に抑えて、短絡の発生をよく防ぐことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態） 図１ないし図３に、本発明の第１実施形態に係る非水電解液電池を示す。図２において、非水電解液電池１は、上方開口部を有する有底円筒状の外装缶２と、外装缶２内に装填された正極３および負極４と、外装缶２の上方開口部を封止する封口構造とからなる。正極３および負極４は、セパレータ５を介して捲回してなる電極捲回体６として、電解液とともに外装缶２内に収容されている。外装缶２は、鉄やステンレスを素材とする。
【００２４】
封口構造は、外装缶２の上方開口部の内周縁に固定された蓋板８と、蓋板８の中央部に開設された開口に、ゴム製の絶縁パッキン９を介して装着された端子体１０と、蓋板８の下部に配置された絶縁板１１とからなる。絶縁板１１は、円盤状のベース部１２の周縁に環状の側壁１３を立設した上向きに開口する丸皿形状に形成されており、ベース部１２の中央にはガス通口１４が開設されている。蓋板８は、側壁１３の上端部に受け止められた状態で、外装缶２の上方開口部の内周縁に、レーザ溶接若しくはパッキングを介したクリンプシールで固定されている。蓋板８もしくは外装缶２の缶底２ａには薄肉部を設け、内圧が急激に上昇したときの対策としてのベントを設けることができる。正極３と端子体１０の下面とは、正極リード体１５で接続されており、負極端子４と外装缶２の内面とは負極リード体１６で接続されている。
【００２５】
図１に示すごとく、電極捲回体６は、正極３の捲回始端部Ｓと捲回末端部Ｅとで規定される捲回数が、1.６周以上、2.５周以下となるように正・負極３・４およびセパレータ５を捲回してなるものであって、全体として略円柱形状に形成される。なお、図１には捲回数が1.６周程度の形態を示す。正極３は、同一の厚み寸法を有する２枚の正極シート２０・２１と、これら正極シート２０・２１の間に介在された集電体２２とを含み、電極捲回体６の作成時においては、正極シート２０・２１と集電体２２は、捲回始端部Ｓのみを固定した状態で捲回される（図３（ｃ）参照）。
【００２６】
正極シート２０・２１は、正極活物質を0.５mm以上、２mm以下の厚み寸法Ｌを有するシート状に成形してなる。正極活物質としては、例えば二酸化マンガン、フッ化カーボン、リチウムコバルト複合酸化物、スピネル形リチウムマンガン複合酸化物などを挙げることができる。
【００２７】
正極３の電導助剤としては、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラックから選択される一種、または２種以上の複合物を用いることができるが、主成分としてケッチェンブラックを用いることが好ましい。正極３のバインダとしては、テフロンディスパージョンや、粉末のテフロン（登録商標）、ゴム系バインダなどを用いることができるが、テフロンディスパージョンを用いることが好ましい。
【００２８】
正極リード体１５としては、ステンレス３１６や、４３０、４４４などからなる平織り金網、エキスパンドメタル、ラス網、パンチングメタル、箔などを用いることができる。
【００２９】
負極４は、薄い板状（箔状）に形成されており、その材料としては、リチウム金属、リチウムとアルミニウムなどの合金、黒鉛などの炭素材料を挙げることができる。負極４は、図１および図３（ｂ）に示すごとく、短尺と長尺の２枚の負極４ａ・４ｂを、張り合わしてなるものであり、これらを正極３、セパレータ５とともに捲回して電極捲回体６を作製する。負極リード体１６としては、ニッケルリボン、ステンレス平織り金網、エキスパンドメタル、ラス網、パンチングメタルなどを用いることができる。
【００３０】
電解液としては、溶質としてＬｉＰＦ6 、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 、（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 ＮＬｉなどを0.３〜1.５Ｍ／ｌ溶解した溶媒として、ＰＣ、ＥＣなどの環状カルボネートにＤＭＥなどの鎖状エーテル、ジメチルカルボネートなどの鎖状カルボネートを混合した電解液が用いられる。
【００３１】
セパレータ５としては、ＰＰ、ＰＥ、ＰＥＴ、ＰＢＴ、ＰＰＳなどの不織布、微孔性フィルムなどを用いることができる。
【００３２】
電極捲回体は、図３に示すような手順で作製することができる。まず、図３（ａ）に示すごとく、セパレータ５を２つ割の巻芯２５に挟んで１周巻く。次に、図３（ｂ）に示すごとく、負極４を短尺４ａのみの一層部分から巻芯２５に向けて挿入して、セパレータ５とともに１周巻き込む（図３（ｃ）参照）。続いて、図３（ｃ）に示すごとく、正極３をセパレータ５を介して負極４上に載置して巻芯２５で捲回する。ここでは、正極３は、両正極シート２０・２１および集電体２２を固定した巻始端Ｓの側から捲回されるようにしてあり、長尺の負極４ｂ上にセパレータ５を介して載置された状態で捲回される。捲回終了後は、セパレータ５が最外周を覆う形となり、このセパレータ５の捲回末端部Ｅを固定テープで固定する。以上より、図１に示すような形態の電極捲回体６を得ることができる。
【００３３】
内外周に位置する２枚の正極シート２０・２１の長さ寸法を調整することで、捲回末端部Ｅに係る正極３の形態を適宜に変化させることができる。ここでは、図１に示すごとく、捲回末端部Ｅに係る内周側の正極シート２０が、外周側の正極シート２１よりも長く延出された、両正極シート２０・２１が不揃いの位置ずれ状態となるように、両正極シート２０・２１の長さ寸法を調整してある。これにより、外周側の正極シート２１の捲回末端部Ｅの外方向への張り出し幅を小さく抑えることができるので、図７に示すごとく両正極シート２０・２１を位置ずれさせずに揃えた形態では不可避であった、外周側の正極シート２１の捲回末端部Ｅのエッジ部が外方向に大きく張り出すことに起因するセパレータ５の損傷を抑えて、短絡の発生を効果的に防ぐことができる。すなわち、外周側の正極シート２１の捲回末端部Ｅの外方向への張り出し幅を小さく抑えることにより、電極捲回体６の外装缶２内への装填時に、正極シート２１の捲回末端部Ｅのエッジ部２１ａと外装缶２の内周面とが強く擦れて、介在するセパレータ５が損傷されることをよく防ぐことができる。
【００３４】
そのうえで、両正極シート２０・２１の捲回末端部Ｅのずれ幅Ｗは、正極シート２０・２１の厚み寸法Ｌの１／２以上、２倍以下に、より好ましくは、0.７以上、1.５倍以下に設定する。ずれ幅Ｗが正極シート２０・２１の厚み寸法の１／２未満となると、正極シート２０・２１をずらした効果が得られず、セパレータ５の損傷して短絡が生じやすい。ずれ幅Ｗが正極シート２０・２１の厚み寸法Ｌの２倍を超えると、集電体２２が正極シート２０・２１の捲回末端部Ｅから突出して、短絡を引き起こすおそれがある。また、集電体２２の片面に正極シート２０・２１がない部分の密着性が劣るため、中負荷での電池特性（放電容量）が低下する。
【００３５】
（第２実施形態） 図４に、本発明の第２実施形態に係る非水電解液電池を示す。この場合の非水電解液電池は、捲回末端部Ｅに係る内周側の正極シート２０が、外周側の正極シート２１よりも短くなっている点が、先の第１実施例と相違する。これによっても、外周側の正極シート２１の捲回末端部Ｅの外方向への張り出し幅を抑えることができるので、外装缶２への装填時におけるセパレータ５の損傷を抑えて、短絡の発生をよく防ぐことができる。
【００３６】
（第３実施形態） 図５に、本発明の第３実施形態に係る非水電解液電池を示す。この場合の非水電解液電池１は、両正極シート２０・２１の捲回末端部Ｅを、他よりも厚みの薄い薄肉部２７としてある点が、先の第１実施例と相違する。この薄肉部２７は、例えば、正極シート２０・２１の捲回末端部Ｅに対してプレス加工を施すことにより形成できる。このように正極シート２０・２１の捲回末端部Ｅに薄肉部２７を設けることで、捲回末端部Ｅに係る外周側の正極シート２１とセパレータ５との接触を抑えることができるので、セパレータ５の損傷に起因する短絡の発生を抑えることができる。なお、図５には、両正極シート２０・２１の捲回末端部Ｅに対して薄肉部２７を設けた例を示したが、外周側の正極シート２１のみに薄肉部２７を設けてもよい。
【００３７】
（第４実施形態） 図６に本発明の第４実施形態に係る非水電解液電池を示す。この場合の非水電解液電池１は、両正極シート２０・２１の捲回末端部Ｅに係る外周側のエッジ部を削って、Ｒ状に面取りしてある点が、先の第１実施例と相違する。図６において符号２８は、面取り部分を示す。これによっても、セパレータ５の損傷を抑えて、短絡の発生を効果的に防ぐことができる。なお、外周側の正極シート２１にのみ、面取り処理を行った形態であってもよい。
【００３８】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。但し、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、この実施例においては、ＣＲ電池を例にして説明する。
【００３９】
《実施例１》
〈正極の製法〉
（配合） ケッチェンブラック３％と、二酸化マンガン（東ソー社製）９２％の比率でプラネタリーミキサーを用いて乾式で５分間混合したのち、水を重量比で固形分の２０％添加して５分間混合した。テフロンディスパージョン（Ｄ−１ダイキン工業社製）を固形分として５％を残りの水に希釈した状態で添加し、５分間混合した。配合剤中の水分は、固形分１００に対し２５〜３０に調整した。
【００４０】
（シート化） 混合した配合剤を直径２５０mmの２本ロールを用い、ロール温度を１３０±５℃に調整し、プレス圧７トン／cm、ロール間隔0.４mm、回転速度１０ｒｐｍで、ロールによる圧延、シート化を行った。ロールを通過した配合剤（予備シート）を１０５℃±５℃で残水分が２％以下になるまで乾燥した。次いで乾燥後の予備シートを粉砕器を用いて粉砕した。ここでは、プレスされた予備シートが、元の見かけ体積の２倍以上になるまでコーヒーミルで粉砕した。粉砕された粒子径は、大部分が１mm以下であり、バインダとして添加したテフロン（登録商標）の繊維も１mm以下の長さに切断されていた。
【００４１】
粉砕された材料に対して、再度ロールによるシート化を行った。ロールの間隔は0.６±0.０５mmに調整し、ロール温度は１２０±１０℃、プレス圧７トン／cm、回転速度１０ｒｐｍでシート化を行い、正極シートを得た。正極シートは、厚さが1.０mm、密度が2.６ｇ／cm3 であった。
【００４２】
以上のようにして、内周用と外周用の２枚の正極シート２０・２１（図１、図３（ｃ）参照）を作成した。内周用の正極シート２０は、幅３７mm、長さ５１mmに切断した。外周用の正極シート２１は、幅３７mm、長さ６２mmに切断した。
【００４３】
（集電体） ステンレス３１６からなるラス網（日建ラス社製）を集電体２２として用いた。このラス網は、幅３５mm、長さ５６mmに切断し、その長さ方向の中央部に、厚さ0.３mm、幅３mmのステンレスリボン製の正極リード体１５を抵抗溶接により取り付けた。集電体２２にカーボンペースト（日本黒鉛社製）を網の目をつぶさない程度に塗布したのち、１０５℃±５℃の加熱温度条件で２時間以上乾燥した。尚、ここでは４mg／cm2 となるようにカーボンペーストを塗布した。
【００４４】
次に、図３（ｃ）に示すごとく、２枚の正極シート２０・２１を、その間に集電体２２を介装した状態で長さ方向の一端部のみを固定して三者を一体化した。具体的には、内・外周用の２枚の正極シート２０・２１は、長さ方向の一端を揃えるとともに、集電体２２の端部が正極シート２０・２１からはみ出さないようにセットし、その状態で長さ方向の端部から３〜１０mmをプレスにより圧着することで、３者を一体化した。続いて、これら正極シート２０・２１および集電体２２を２５０℃±１０℃で６時間熱風乾燥して正極３を得た。尚、ここで正極シート２０・２１と集電体２２とを一体化したのは、作業上の問題であり、尤も独立した正極シート２０・２１と集電体２２とを、捲回時に一体化しても特性上の問題はない。
【００４５】
〈負極の製法〉
負極４は、幅３７mm、厚さ0.３mmのリチウム箔を３６mmと９６mmに切断し、短尺側の箔４ａの一端から１０mmを除き、３６mmを長尺側の箔４ｂと重ねて圧着した。負極リード体１６は、厚さ0.１mm、幅３mmのニッケルリボンの一端をエンボス加工してなるものとし、２枚の箔の間に挟んで圧着して固定した。
【００４６】
〈組立方法〉
幅４４mm、厚さ0.０２５mmのＰＥからなる微孔性セパレータ（旭化成社製 ハイポア）を２２０mmに切断し、図３（ａ）に示すごとく２つ割の直径４mmの巻芯２５に挟んで１周巻いた。次いで、図３（ｂ）・（ｃ）に示すごとく、負極４のリチウム金属箔の一重長さが１０mmの方を巻芯２５側にして、セパレータ５と同時に１周巻き込んだのち、正極シート２０・２１を固定した方を巻芯２５側に載置して捲回した。捲回終了後は、セパレータ５が最外周を覆う形となり、セパレータ５の巻き終わり部を固定テープで固定した。捲回末端部Ｅに係るセパレータ５を折り曲げ、該セパレータ５で正極シート２０・２１が被覆されるようにした。以上より、図１に示すような電極捲回体６を得た。
【００４７】
ニッケルメッキした鉄缶からなる外装缶２の底に、厚さ0.２mmのＰＰ製絶縁板を挿入し、その上に電極捲回体６を正負極のリード体１５・１６が上側に向く姿勢で挿入した。負極リード体１６は、外装缶２の上部内面に抵抗溶接した。正極リード体１５は、絶縁板１１を挿入したのち、端子体１０の下面に抵抗溶接した。この時点で絶縁抵抗を測定し、短絡がないことを確認した。
【００４８】
電解液は、0.５Ｍ ＬｉＣｌＯ4 ／（ＰＣ＋ＤＭＥ＝１：２）を、外装缶２内に3.３±0.１ml注入した。注入は３度に分け、最終工程で減圧にして全量を注入した。電解液の注入後、蓋体８を嵌合・レーザ溶接により封口した。以上により、実施例１に係る非水電解液電池を得た。
【００４９】
（後処理：予備放電、エージング）
封口した電池は、１Ωの抵抗で３０秒間予備放電し、４５℃で２４時間保管した後、１Ａの低電流で３分間２次予備放電を行った。予備放電後の電池を、室温で７日間エージングし、開路電圧を測定した。
【００５０】
《実施例２》
内周側の正極シートの長さ寸法を５1.５mm、外周側の正極シートの長さ寸法を６1.５mmとした以外は、実施例１と同様にして電極捲回体を得て、これを外装缶内に装填して実施例２に係る非水電解液電池を得た。電極捲回体の形態は、図１に示すごとくであった。
【００５１】
《実施例３》
内周側の正極シートの長さ寸法を４9.５mm、外周側の正極シートの長さ寸法を６3.５mmとした以外は、実施例１と同様にして電極捲回体を得て、これを外装缶内に装填して実施例３に係る非水電解液電池を得た。電極捲回体の形態は、図４のごとくであった。
【００５２】
《実施例４》
内周側の正極シートの長さ寸法を５0.５mm、外周側の正極シートの長さ寸法を６2.５mmとし、両正極シートの捲回末端部にプレス加工を施して、厚み寸法が0.５mmの薄肉部を形成した。すなわち得られた電極捲回体は、図５に示すごとくであった。それ以外は、実施例１と同様にして実施例４に係る非水電解液電池を得た。
【００５３】
《比較例１》
内周側の正極シートの長さ寸法を５２mm、外周側の正極シートの長さ寸法を６１mmとした以外は、実施例１と同様にして電極捲回体を得て、これを外装缶内に装填して比較例１に係る非水電解液電池を得た。
【００５４】
《比較例２》
内周側の正極シートの長さ寸法を４９mm、外周側の正極シートの長さ寸法を６４mmとした以外は、実施例１と同様にして電極捲回体を得て、これを外装缶内に装填して比較例２に係る非水電解液電池を得た。
【００５５】
《比較例３》
内周側の正極シートの長さ寸法を５0.５mm、外周側の正極シートの長さ寸法を６2.５mmとした以外は、実施例１と同様にして電極捲回体を得て、これを外装缶内に装填して比較例３に係る非水電解液電池を得た。
【００５６】
上記実施例１〜４および比較例１〜３の非水電解液電池の捲回末端部のずれを測定した。外周側が短く、内周側が長い場合を正、短い場合を負と定義した。ここでは、各実施例および比較例に係る電池を１００個ずつ作製して、その捲回末端部のずれ幅を測定した。また、２３℃、１０mAと３００mAで2.０Ｖまで放電させ放電容量を比較した。１０mAでの放電を電池の軽負荷容量、３００mAを中負荷容量と定義した。
【００５７】
組立時の短絡の発生個数を比較した。これは、電池に電極捲回体を挿入した後の絶縁抵抗値（１Ω以下）と、予備放電後のエージング中の開路電圧変化（平均値より５０mV以上低下）により調べた。
【００５８】
上記実施例１〜４および比較例１〜３の電池についての捲回末端部のずれ幅、短絡発生率、および放電特性を表１に示す。
【００５９】
【表１】
表１に示す結果から明らかなように、比較例３に係る電池は短絡の発生率が高く、その点に不具合があることがわかる。これは図７に示すごとく、両正極シート２０・２１の捲回末端部Ｅが揃っているため、外装缶２内への電極捲回体６の装填時に、捲回末端部Ｅに係るセパレータ５が、外方向に大きく張り出した正極シート２１のエッジ部２１ａで損傷されたことに拠る。
【００６１】
比較例１および比較例２より、捲回末端部Ｅに係る内外周の正極シート２０・２１の位置ずれ幅Ｗが、正極シート２０・２１の厚み寸法Ｌの２倍以上と大きいと、短絡を引き起こすおそれがあることがわかる。これは集電体２２が正極シート２０・２１の端から突出することに拠る。また、比較例１および比較例２に係る非水電解液電池は、実施例に係る非水電解液電池と比較して、軽負荷での特性は遜色ないが、中負荷での特性は明らかな低下が認められる。これは集電体２２の片面に正極シート２０・２１がない部分では、正極シート２０・２１と集電体２２との密着性が多少劣るため、集電効率が低下したことに拠る。
【００６２】
これに対して、実施例１、２、３の非水電解液電池のごとく、捲回末端部に係る内外周の正極シート２０・２１を、ずれ幅Ｗが正極シートの厚み寸法Ｌの１／２以上、２倍以下の範囲で位置ずれさせた形態では、短絡は一切生じなかった。これは、正極シート２０・２１を位置ずれさせることで、外周側の正極シート２１の捲回末端部Ｅの外方向への張り出し幅を小さく抑えて、セパレータ５の損傷を良好に解消できたことに拠る。また、実施例２、３より、ずれ幅Ｗが正極シート２０・２１の厚み寸法Ｌの１／２以上、２倍以下の範囲であれば、中負荷の特性も問題ないことがわかる。
【００６３】
実施例４より、内外周の正極シート２０・２１の捲回末端部Ｅが、揃っている場合でも、図５に示すごとく薄肉部２７を設けておけば、短絡は生じず、電池特性も良好であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る非水電解液電池の横断平面図である。
【図２】本発明の非水電解液電池の縦断正面図である。
【図３】電極捲回体の作製方法を説明するための図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る非水電解液電池の横断平面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る非水電解液電池の横断平面図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る非水電解液電池の横断平面図である。
【図７】従来形態に係る非水電解液電池の横断平面図である。
【符号の説明】
１ 非水電解液電池
２ 外装缶
３ 正極
４ 負極
５ セパレータ
６ 電極捲回体
２０ 内周側に位置する正極シート
２１ 外周側に位置する正極シート
２２ 集電体
Ｓ 正極の捲回始端部
Ｅ 正極の捲回末端部
Ｗ ずれ幅
Ｌ 正極シートの厚み寸法
Claims (4)
- 上方開口部を有する有底円筒状の外装缶内に、シート状の正極と負極とをセパレータを介して捲回してなる電極捲回体と、非水電解液とを収容してなる円筒形の非水電解液電池であって、
前記電極捲回体は、前記正極の捲回始端部と捲回末端部とで規定される捲回数が1.６周以上、2.５周以下となるように正負極およびセパレータを捲回してなるものであって、全体として略円柱形状に成形されており、
前記正極は、同一の厚み寸法を有する２枚の正極シートと、これら正極シートの間に介在された集電体とを含み、電極捲回体の作成時において、該正極シートと集電体は、捲回始端部のみを固定した状態で捲回されており、
各正極シートは、正極活物質を0.５mm以上、２mm以下の厚み寸法を有するシート状に成形してなるものであり、
前記電極捲回体の最外周において、前記正極を構成する２枚の正極シートは、その捲回末端部が不揃いの位置ずれ状態とされており、
両正極シートの捲回末端部のずれ幅が、正極シートの厚み寸法の１／２以上、２倍以下に設定されていることを特徴とする非水電解液電池。 - 前記電極捲回体の最外周において、内周側に位置する正極シートの捲回末端部が、外周側に位置する正極シートの捲回末端部よりも長く延出された位置ずれ状態にある請求項１記載の非水電解液電池。
- 上方開口部を有する有底円筒状の外装缶内に、シート状の正極と負極とをセパレータを介して捲回してなる電極捲回体と、非水電解液とを収容してなる円筒形の非水電解液電池であって、
前記電極捲回体は、前記正極の捲回始端部と捲回末端部とで規定される捲回数が1.６周以上、2.５周以下となるように正負極およびセパレータを捲回してなるものであって、全体として略円柱形状に成形されており、
前記正極は、同一の厚み寸法を有する２枚の正極シートと、これら正極シートの間に介在された集電体とを含み、電極捲回体の作成時において、該正極シートと集電体は、捲回始端部のみを固定した状態で捲回されており、
各正極シートは、正極活物質を0.５mm以上、２mm以下の厚み寸法を有するシート状に成形してなるものであり、
前記電極捲回体の最外周において、外周側に位置する正極シートの捲回末端部に、他よりも厚みの薄い薄肉部を形成してあることを特徴とする非水電解液電池。 - 上方開口部を有する有底円筒状の外装缶内に、シート状の正極と負極とをセパレータを介して捲回してなる電極捲回体と、非水電解液とを収容してなる円筒形の非水電解液電池であって、
前記電極捲回体は、前記正極の捲回始端部と捲回末端部とで規定される捲回数が1.６周以上、2.５周以下となるように正負極およびセパレータを捲回してなるものであって、全体として略円柱形状に成形されており、
前記正極は、同一の厚み寸法を有する２枚の正極シートと、これら正極シートの間に介在された集電体とを含み、電極捲回体の作成時において、該正極シートと集電体は、捲回始端部のみを固定した状態で捲回されており、
各正極シートは、正極活物質を0.５mm以上、２mm以下の厚み寸法を有するシート状に成形してなるものであり、
前記電極捲回体の最外周において、外周側に位置する正極シートの捲回末端部の外側縁が、面取り形成されていることを特徴とする非水電解液電池。
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