JP4129965B2

JP4129965B2 - 非水電解液電池

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Publication number: JP4129965B2
Application number: JP2003137494A
Authority: JP
Inventors: 俊之枝元; 徹夫川合; 令子益吉; 光俊渡辺
Original assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Current assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2008-08-06
Anticipated expiration: 2023-05-15
Also published as: JP2004342452A

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】
リチウム一次電池の分野において、ボビン型構造が最も単純で生産性に優れていることは広く知られている。かかるボビン型構造の優位性の一つに、負極としてリチウムのような異種金属に対して粘着性を示す金属を用いた場合でも、予め外装缶の内面に金属リチウムを貼り付けたうえで、セパレータで覆われた正極を挿入できることが挙げられる。
【０００３】
要求される負荷特性によっては、電極面積を大きく採るために、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捲回式の電極体を電池要素とすることがある。この形式の電池では、電極体の最外周面に金属リチウム製の負極が露出していると、該金属リチウムの粘着性のために外装缶内への挿入作業の途中で負極が外装缶の内壁に張り付いて、電極体を完全に挿入できなくなるおそれがある。かかる不具合は、電極体と外装缶の内面との間の隙間寸法を大きく採ることで解消できるが、これは電池容量の低下を招く。加えて負極と外装缶とを、別途リード体などを用いて電気的に導通させなければならず、生産性良く電池を組み立てられない点でも不利がある。
【０００４】
捲回式の電極体を電池要素とする電池において、外装缶に対する電極体の挿入性の向上を図ることを目的として、電極体の表面を金属体で覆うことは、例えば特許文献１に公知である。かかる特許文献１には、底部と、該底部を支点として傾動する一対の側壁と、側壁の両側辺を内広がり状に屈曲してなる屈曲部とからなる金属ケースが開示されており、底部に電極体を載置した状態で金属ケースを外装缶内に挿入していくと、側壁が閉じるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−１５０９７４号公報（図１、図３、図４）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来例によれば、金属ケースで覆いながら外装缶内に電極体を挿入できるので、電極体の最外周面に負極である金属リチウムが露出する形態であっても、金属リチウムが外装缶の内壁に貼り付く不具合を確実に解消でき、従って電極体の挿入性の向上を図って、生産性良く電池を製造できる利点がある。但し、別体で成形した金属ケースを組み付ける形式であるので、その分だけ部品点数が多くなり、電池全体の製造コストが高く付く。また、金属ケースを構成する側壁の厚み分だけ外装缶の内部体積が減少して、電極体の外形寸法が小さくなることが避けられず、電池容量の低下を招く不利もある。
【０００７】
加えて、電極体として図１に示すような厚み寸法が大きく且つ短いシート状の正極３を、負極４およびセパレータ５とともに捲回してなる形態を採る非水電解液電池においては、正極３の捲回末端部Ｅが外方向に大きく張り出すことが避けられず、その結果、先の負極４である金属リチウムの粘着性と相俟って、円筒状の外装缶２内へ電極体６をスムーズに挿入することが困難となる。すなわち、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６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く、これら正・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挿入する際に捲回末端部を無理に押し込むような事態は生じない。これに対して、図１のごとく、厚み寸法が大きく且つ短いシート状の正極３を、負極４およびセパレータ５とともに捲回してなる電極捲回体６を電池要素とする電池においては、捲回末端部Ｅに係る正極３が外方向に大きく張り出すため、電極捲回体６を円柱状にすることが難しく、従って電極捲回体６を外装缶２内にスムーズに挿入することは容易でない。加えて先に述べたように、電極捲回体６の外周面に粘着性のある金属リチウム製の負極４が露出していると、かかる金属リチウムの粘着性のために挿入作業の途中で負極４が外装缶２の内壁に張り付いて、その点でも電極捲回体６をスムーズに挿入することが難しくなる。電極捲回体６を外装缶２内に無理に押し込むと、捲回末端部Ｅに係るセパレータ５が正極３のエッジ部で損傷されて、内部短絡を起こすおそれがある。
【０００８】
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、金属リチウム製の負極およびセパレータとともに捲回してなる略円柱状の電極捲回体を電池要素とする非水電解液電池において、電極捲回体の構造に改良を加えて、円筒状の外装缶内への電極捲回体の挿入動作をスムーズに行うことができるようにし、以て電池の生産性の向上を図ることにある。
【０００９】
本発明の目的は、従来形態のごとく金属ケースのような別部品を用いずとも、外装缶内への電極体の挿入をスムーズに行うことができ、構造が簡素で安価に製造でき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に示すように、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1.５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、正極活物質合剤を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。なお、図１には、捲回数が1.６周程度の形態を示す。
【００１１】
そのうえで本発明は、図１および図３に示すごとく、前記２枚の正極シート２０・２１と前記集電体２２とが分割されているか、または、前記２枚の正極シート２０・２１と前記集電体２２とが捲回始端部Ｓに相当する箇所でのみ固定され、他の箇所では分割されており、負極４は金属リチウムからなるものであって、該負極４は、電極捲回体６の最外周部において正極３よりも外周寄りに位置しており、負極４の最外周面の全体が、正負極３・４およびセパレータ５とともに捲回された、外装缶２内への電極捲回体６の挿入性向上用の金属箔２３で被覆されていることを特徴とする。
【００１２】
具体的には、金属箔２３は、0.００５mm（５μｍ）以上、0.１mm以下の厚み寸法を有するものとすることができる。
【００１３】
図３（ｃ）に示すごとく、金属箔２３は、電極捲回体６の作成に先立って、シート状の負極４の表面に一部重畳状に固着する。この固着状態において、該金属箔２３は捲回末端部Ｅの方向に向かって負極４よりも長く延出されている。そして、最外周面の全体が金属箔２３で覆われるように、正負極３・４、セパレータ５および該金属箔２３を捲回して電極捲回体６を作成する。
【００１４】
金属箔２３の素材金属としては、例えば銅、ニッケル、鉄、ステンレスなどを挙げることができる。
【００１５】
【発明の作用効果】
最近の応用機器の多様化により、メモリーバックアップなどの軽負荷用途、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る。そこで、例えば、特開平６−２６７５８３号公報や特開平９−１９０８３６号公報などには、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、電池容量の向上に直接的に寄与しない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。
【００１６】
しかし、上記公報に係る電池では、その正極を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としてあるため、正極は可撓性や柔軟性に劣る。このため正極の厚み寸法を大きくとると、捲回時に正極にクラックができたり、活物質が脱落することが避けられず、導電不良や短絡を引き起こすおそれがある。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電池の多くは、集電網に活物質合剤を圧着したり、金属箔に活物質合剤を塗布するなどして正極を得ている。しかし、正極の厚み寸法を大きくしていくと、捲回時に正極にクラックができたり、活物質が脱落することが避けられない。
【００１７】
そこで本発明においては、図１および図３（ｃ）に示すごとく、正極活物質合剤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とで正極３を構成した。これにより、従来形態のニッケル発泡体からなる集電体の空隙に活物質合剤が充填された一枚物の正極などと比べて、正極３の可撓性や柔軟性を良好に担保できる。すなわち、正極３を独立別個の２枚の正極シート２０・２１と集電体２２との三分割された構成としたので、一枚あたりの正極シート２０・２１の厚み寸法は小さくて済み、従って正極３の厚み寸法を大きく取りながら、その可撓性や柔軟性を良好に担保できる。以上より、捲回時における活物質合剤の脱落・剥離やクラックの発生などを効果的に防いで、短絡や導電不良の発生を確実に抑えることができる。
【００１８】
正極シート２０・２１の厚み寸法を0.５mm〜２mmと規定したのは、以下のような理由による。すなわち、0.５mm未満では捲回数が多くなって、セパレータ５や集電体２２等の電池容量の向上に直接的に寄与しない部品が多くなり、電池容量の高容量化が図れない。２mmを超えると、正極シート２０・２１の可撓性や柔軟性が不良となって活物質合剤が脱落するおそれがある。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を1.５周以上、2.５周以下と設定したのは、捲回数が1.５周未満、または2.５周を超えると、図１において符号Ｄで示される外装缶内のデッドスペースが大きくなることによる。加えて、本発明者等の知見によれば、正極シート２０・２１の厚み寸法、および捲回数を上記の数値範囲に設定することにより、捲回中心部Ｃを楕円形状とすることと相俟って、電極捲回体６を略円柱状に成形できる。
【００１９】
正極シート２０・２１と集電体２２の全体を貼りあわせて、一枚物のシート状に成形した場合には、内周側の正極シート２０と外周側の正極シート２１との捲回半径差に起因して、正極シート２０・２１にクラックができやすい。場合によっては捲回できないこともある。その点、本発明のように正極シート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てあると（図３（ｃ）参照）、両正極シート２０・２１を異なる捲回半径で適切に捲回できるので、活物質合剤の脱落やクラックの発生などを確実に阻止できる。
【００２０】
そのうえで本発明においては、金属リチウム製の負極４の最外周面の全体を金属箔２３で被覆した。従って、外装缶２内への電極捲回体６の挿入時に金属リチウムが外装缶２の内壁に貼り付くことを効果的に防いで、電極捲回体６の挿入作業をスムーズに行うことが可能となるので、非水電解液電池１を生産性良く組み立てることができる。電極捲回体６を外装缶２内に無理に押し込むことがなくなり、捲回末端部Ｅに係るセパレータ５の損傷に起因する内部短絡の発生を抑えることができるので、非水電解液電池１の信頼性、安全性を良好に担保できる点でも有利となる。
【００２１】
金属箔２３が正負極２・３およびセパレータ５とともに捲回された形態としたから、別途電極捲回体６の最外周面に金属箔２３を貼り付ける形態に比べて、生産性良く電極捲回体６が得られ、非水電解液電池１の製造コストの低減化に貢献できる。従来形態のような金属ケースが不要であるから、その分だけ非水電解液電池１の製造コストが安価に済む。加えて、金属箔２３を介して負極４と外装缶２とが電気的に接続されるため、別途負極リードなどで負極４と外装缶２とを導通させる形態に比べて、生産性良く電池を製造できる。負極リードで負極４と外装缶２とを導通させる形態に比べて、集電効率と放電容量に優れる点でも有利である。
【００２２】
具体的には、図３（ｂ）に示すごとく、電極捲回体６の作成に先立って金属箔２３をシート状の負極４の表面に一部重畳状に固着する。このとき金属箔２３は捲回末端部Ｅの方向に向かって負極４よりも長く延出されるようにする。そして、図１に示すごとく、最外周面の全体が金属箔２３で覆われるように、正負極３・４、セパレータ５および金属箔２３を捲回して電極捲回体６を得ている。
【００２３】
金属箔２３の厚みぶんだけ外装缶２の内部体積が減少するため、金属箔２３の厚み寸法は可及的に小さいことが好ましく、本発明においてはその厚み寸法は0.００５mm以上、0.１mm以下に設定する。0.００５mmを下回ると、金属箔２３が破れるおそれがある。0.１mmを超えると、外装缶２の内部体積の減少が大きくなり、挿入できる電極捲回体は小さなものとなるため、電池容量が低下する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１ないし図３に、本発明の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。
【００２５】
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で接続されている。
【００２６】
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、1.５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帯状の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）。より詳しくは、集電体２２が、正極シート２０・２１よりも数mm内側にくるように三者を重ね合わせたうえで、長さ方向の端部から３〜１０mmをプレスにより圧着する。そして、負極４、セパレータ５とともに正極３を捲回して、電極捲回体６を作成している。
【００２７】
正極シート２０・２１は、正極活物質合剤を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。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。
【００２８】
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。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。
【００２９】
集電体２２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、金属箔などを用いることができる。集電体２２の表面には、ペースト状の導電材が塗布されている。
【００３０】
集電体２２として立体構造を有する網状の集電体２２を用いた場合も、金属箔やパンチングメタルなどの本質的に平板からなる材料を用いた場合と同様に、導電材の塗布により集電効果の著しい改善が認められる。これは、網状の集電体２２の金属部分が正極シート２０・２１と直接的に接触する経路のみならず、網目内に充填された導電材を介しての経路が有効に利用されていることに拠るものと推定される。
【００３１】
導電材の具体例としては、銀ペーストやカーボンペーストなどを挙げることができる。とくにカーボンペーストは、銀ペーストに比べて材料費が安く済み、しかも銀ペーストと略同等の接触効果が得られるため、非水電解液電池の製造コストの低減化を図るうえで好適である。導電材のバインダとしては、水ガラスやイミド系のバインダなどの耐熱性の材料を用いることが望ましい。これは正極シート２０・２１中の水分を除去する際に２００℃を超える高温で乾燥処理するためである。
【００３２】
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枚の箔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。
【００３３】
図１および図４において符号２３は、負極４の最外周面の全体を覆う、外装缶２内への電極捲回体６の挿入性向上用の金属箔を示す。図３（ｃ）に示すごとく金属箔２３は、長尺側の負極４ｂの表面に一部重畳状に貼り合わされている。このとき金属箔２３は、捲回末端部Ｅの方向に向かって負極４よりも長く延出されている。そして、その最外周面の全体が金属箔２３で覆われるように、正負極３・４、セパレータ５および金属箔２３を捲回して、電極捲回体６を作成している。金属箔２３の素材としては、銅、ニッケル、鉄、ステンレスなどを挙げることができる。
【００３４】
金属箔２３の厚みぶんだけ外装缶２の内部体積が減少するため、金属箔２３の厚み寸法は可及的に小さいことが好ましい。本実施形態においてはその厚み寸法は0.００５mm以上、0.１mm以下に設定する。0.００５mmを下回ると、金属箔２３が破れやすくなる。0.１mmを超えると、活物質合剤の充填性が不良となり、電池容量の低下を招く。なお、図１および図４は、電極捲回体６の構造を概念的に示したものであり、とくに金属箔２３の厚み寸法などは実際とは異なる。
【００３５】
電解液としては、溶質としてＬｉＰＦ₆ 、ＬｉＣｌＯ₄ 、ＬｉＣＦ₃ （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。
【００３６】
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。
【００３７】
電極捲回体６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を固定した捲回始端部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。金属箔２３は、捲回末端部Ｅの方向に向かって負極４よりも長く延出された姿勢で、一部が負極４ａ・４ｂの間に挟まれるようにして、長尺側の負極４ｂの表面に貼り合わされており、正負極２・３およびセパレータ５とともに巻芯２５により捲回される。捲回終了後は、金属箔２３が最外周を覆う形となる。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。
【００３８】
このように、金属リチウム製の負極４の最外周面の全体を金属箔２３で被覆してあると、外装缶２内への電極捲回体６の挿入時に金属リチウムが外装缶２の内壁に貼り付くことを効果的に防いで、電極捲回体６の挿入作業をスムーズに行うことができるので、電池の生産性向上を良く図ることができる。電極捲回体６を外装缶２内に無理込むことがなくなり、捲回末端部Ｅに係るセパレータ５の損傷に起因する内部短絡の発生を抑えて、非水電解液電池１の信頼性、安全性も向上できる。
【００３９】
加えて、金属箔２３が正負極３・４とともに捲回された形態としたから、別途電極捲回体６の最外周面に金属箔２３を貼り付ける形態に比べて、生産性良く電極捲回体６が得られ、非水電解液電池１の製造コストの低減化に貢献できる。また、金属ケースなどが不要であるから、その分だけ電池１の製造コストが安価に済む点でも有利である。
【００４０】
【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。
【００４１】
《実施例１》
〈正極の製法〉
（配合）カーボンブラック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。
【００４２】
（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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
（集電体）ステンレス３１６からなるエキスパンドメタルを集電体２２として用いた。このエキスパンドメタルは、幅３４mm、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１０mg／cm² となるようにカーボンペーストを塗布した。
【００４６】
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５mm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。
【００４７】
〈負極の製法〉負極４は、幅３７mm、厚さ0.３mmの金属リチウム箔を４６mmと８２mm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。このとき、幅４０mm、厚さ0.０１mm、長さ９０mmの銅箔（金属箔２３）を、一部が箔４ａと箔４ｂの間に挟まれるようにして、箔４ｂの表面に捲回末端部Ｅの側から５０mm重ねて貼り付けた。
【００４８】
〈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１７０mm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、金属箔２３が最外周を覆う形となった。以上より、図１に示すような電極捲回体６を得た。
【００４９】
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を正極リード体１５が上側に向く姿勢で挿入した。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。
【００５０】
電解液は、0.５ＭＬｉＣｌＯ₄ ／（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。
【００５１】
（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。
【００５２】
《実施例２》金属箔２３として、幅４０mm、厚さ0.０１mm、長さ１３０mmの銅箔を用いた。この銅箔を負極４を構成する長短の金属リチウム４ａ・４ｂの間に挟み込むように配した。それ以外は実施例１と同様にして、実施例２に係る非水電解液電池を得た。
【００５３】
《比較例１》最外周面が金属箔２３で覆われていない電極捲回体６を作成した。すなわち、この比較例１に係る電極捲回体６では、その最外周面に負極４である金属リチウムが露出している。それ以外は実施例１と同様である。
【００５４】
《比較例２》最外周面がセパレータで覆われた電極捲回体６を作成し、これを外装缶２内に挿入して比較例２に係る非水電解液電池を得た。具体的には、セパレータ５として、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１７０mmに切断したものを用いて、これを正負極３・４とともに、最外周面がセパレータ５で覆われるように捲回して電極捲回体６とした。負極４の中央部に厚さ0.１mm、幅３mmのニッケルリボンを負極リードとして圧着し、これを外装缶２の内壁に抵抗溶接した。これら以外は実施例１と同様である。
【００５５】
実施例１、２および比較例１、２の電極捲回体６を外装缶２内に挿入し、電池を組み立てた。最外周面が金属箔２３で覆われた実施例１、２および最外周面がセパレータ５で覆われた比較例２は、電極捲回体６を外装缶２内に問題なく挿入することができた。一方、比較例１に係る電極捲回体６は、最外周面に露出した負極４である金属リチウムが外装缶２に貼り付くため挿入できず、電池を組み立てることができなかった。
【００５６】
表１に実施例１、２及び比較例２に係る非水電解液電池の内部抵抗、３００ｍＡでの連続放電、１Ａでのパルス放電（パルス幅（放電時間）：３秒間、パルス間隔（休止時間）：２７秒間）の結果を示す。
【００５７】
【表１】

【００５８】
表１に示すように、内部抵抗は実施例２が最も低く、次いで実施例１、比較例２の順となった。この結果より、比較例２のごとく、負極リード体を介して負極４と外装缶２とを電気的に接続するよりも、実施例１、２の非水電解液電池のごとく金属箔２３を介して負極４と外装缶２とを電気的に接続するほうが、効率良く集電できることがわかる。また、連続放電、パルス放電のいずれも実施例１、２のほうが比較例２より大きな容量が得られ、従って、電極捲回体６の最外周面を金属箔２３で覆うことが、電池容量の向上の点でも有利であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の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】本発明の非水電解液電池の要部の拡大図である。
【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
２３金属箔
Ｓ正極の捲回始端部
Ｅ正極の捲回末端部

Claims

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1.５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、正極活物質合剤を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からなり、
前記２枚の正極シートと前記集電体とが分割されているか、または、前記２枚の正極シートと前記集電体とが捲回始端部に相当する箇所でのみ固定され、他の箇所では分割されており、
前記負極は金属リチウムからなるものであって、前記電極捲回体の最外周部において前記正極よりも外周寄りに位置しており、
前記負極の最外周面の全体が、正負極およびセパレータとともに捲回された、外装缶内への電極捲回体の挿入性向上用の金属箔で被覆されていることを特徴とする非水電解液電池。
前記金属箔が、0.００５mm以上、0.１mm以下の厚み寸法を有するものである請求項１記載の非水電解液電池。
前記金属箔は、前記電極捲回体の作成に先立って、シート状の負極の表面に一部重畳状に固着されていて、この固着状態において、該金属箔は捲回末端部の方向に向かって負極よりも長く延出されており、
前記電極捲回体は、その最外周面の全体が前記金属箔で覆われるように、前記正負極、セパレータおよび該金属箔を捲回してなるものである請求項１又は２記載の非水電解液電池。
前記金属箔が、銅、ニッケル、鉄、ステンレスのいずれかからなるものである請求項１又は２又は３記載の非水電解液電池。