JP4129966B2

JP4129966B2 - 非水電解液電池

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Publication number: JP4129966B2
Application number: JP2003178296A
Authority: JP
Inventors: 令子益吉; 徹夫川合; 俊之枝元; 光俊渡辺
Original assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Current assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2003-06-23
Publication date: 2008-08-06
Anticipated expiration: 2023-06-23
Also published as: JP2005019017A

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、メモリーバックアップ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るので、従来形態の渦巻電極体を電池要素とする電池に比べて、電池容量の高容量化を図ることができる。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。
【０００７】
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においては、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。
【０００８】
また、負極として金属リチウム箔を採用した場合には、リチウム自体が良導電性であるため実質的な集電体は不要であり、従って集電体を別途備える形式に比べて電池を安価に量産できることではある。しかし、放電末期に反応が不均一となって一部のみで局所的な放電が行われた場合に、この局所放電部分に係る金属リチウム箔が切断されて、多くのリチウムが利用に供されずに残ることがある。金属リチウム箔の厚み寸法を大きくすると、負極の切断をある程度は抑えることができるが、リチウム箔の厚み寸法を大きく取った分だけ電極の長さ寸法を短くせざるを得ず、放電電気量の低下を招く。
【０００９】
加えて、薄く且つ長い正負極を捲回してなる電極捲回体を電池要素とする電池では、正極の単位面積あたりの電気容量は比較的小さく、それに対向する負極活物質量も僅かで済む。このため、捲回始端部から捲回末端部に至って同一の厚み寸法を有する一枚物の金属リチウム箔を負極として用いた場合でも、負極活物質の局所的な不足に伴う放電容量の低下等の問題は生じ難い。これに対して、本発明に係る図１に示すごとく、厚み寸法が大きく且つ短いシート状の正極３を、金属リチウム製の負極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を電池要素とする非水電解液電池１においては、正極３の単位面積あたりの電気容量は比較的大きく、従ってそれに対向する負極４に求められる活物質量も大きくなる。このため、両面が正極３と対向する部分では、片面のみが正極３と対向する部分と比べて二倍量の負極活物質が必要となるため、例えば一枚物の金属リチウム箔をそのまま負極として用いると、当該両面対向部分に係る負極活物質が不足して、所望の電気容量が得られない。この問題は金属リチウム箔の厚み寸法を大きくすることで解決できるが、その場合には先と同様に電極の長さ寸法を短くせざるを得ず、放電電気量の低下を招く。
【００１０】
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、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を抑えて、導電不良や短絡などの発生を確実に防止し、以て中負荷特性に優れた非水電解液電池の安全性、信頼性の向上を図ることにある。そのうえで本発明の目的は、負極構成に工夫を凝らすことにより、金属リチウム箔の厚み寸法を無用に大きくすることなく、負極活物質の不足に起因する放電容量の劣化を抑えることにある。
【００１１】
【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周以上、４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、正極合剤を0.５mm以上、1.５mm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。２枚の正極シート２０・２１と集電体２２とが分割されているか、または、２枚の正極シート２０・２１と集電体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いる。図３（ｂ）に示すごとく、負極４は、図１および図４（ａ）に示すごとく、２枚の金属リチウム箔４ａを一部重畳状に貼り合わせてなるもの、或いは図４（ｂ）に示すごとく、１枚の金属リチウム箔を一部重畳状に折り畳んでなるものとする。そして、図１に示すごとく該負極４の両面が正極シート２０・２１と対向する部分に、金属リチウム箔の重畳部が配置されるようにしてあることを特徴とする。
【００１２】
図３（ｃ）に示すごとく、電極捲回体６の作製時において、正極シート２０・２１と集電体２２とが、捲回始端部Ｓのみを固定した状態で捲回されていることが好ましい。
【００１３】
図４（ａ）または図４（ｂ）に示すごとく、重畳部に係る金属リチウム箔の間に、負極４と外装缶２とを電気的に接続するための負極リード体１６を固定することが好ましい。
【００１４】
【発明の作用効果】
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を構成したので、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とに３分割したので、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の可撓性や柔軟性を良好に担保できる。かくして、捲回時における活物質の脱落ないし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ので、安全性、信頼性に優れた非水電解液電池が得られる。
【００１５】
正極シート２０・２１と集電体２２の全体を貼り合わせて、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。さらに場合によっては捲回できないこともある。これに対して、正極３を独立別個の２枚の正極シート２０・２１と集電体２２とに３分割された構成としておけば、各正極シート２０・２１を各々の捲回半径に基づいて適正に捲回できるので、捲回時における活物質の脱落ないし剥離やクラックの発生などを効果的に防ぐことができる。
【００１６】
厚み寸法が大きく且つ短いシート状の正極３を、金属リチウム製の負極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を電池要素とする非水電解液電池においては、正極３の単位面積あたりの電気容量は比較的大きく、従ってそれに対向する負極に求められる活物質量も大きくなる。このため、例えば一枚物の金属リチウム箔をそのまま負極として用いると（図４（ｃ）参照）、特に両面が正極３と対向する部分の負極活物質が不足して、所望の電気容量が得られなくなるおそれがある。これに対して、本発明の図１または図４（ａ）ごとく、負極４の両面が正極３と対向する部分が重畳するように、２枚の金属リチウム箔４ａ・４ｂの一部を貼り合わせてあると、当該両面対向部分の負極活物質の不足が効果的に抑えられて、電気容量の低下を確実に防ぐことができる。同様に、図４（ｂ）に示すごとく、１枚の金属リチウム箔を一部重畳状に折り畳んでなる形態であってもよく、この場合においても当該両面対向部分の負極活物質の不足が効果的に抑えられて、電気容量の低下を確実に防ぐことができる。また、金属リチウム箔の全体の厚み寸法を大きくする形態のように、電極の長さ寸法を短くせずともよく、電気容量が低下する不利もない。
【００１７】
図４（ａ）または図４（ｂ）に示すように、重畳部に係る金属リチウム箔の間に、負極４と外装缶２とを電気的に接続するための負極リード体１６が固定されていると、図４（ｃ）に示すごとく負極リード体１６の両面が金属リチウム箔で挟み込まれていない形態では不可避であった内部短絡の発生を効果的に防ぐことが可能となり、その点でも有利となる。
【００１８】
【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。
【００１９】
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。
【００２０】
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周以上、４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）。
【００２１】
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。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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
集電体２２の表面には、ペースト状の導電材を塗布されている。導電材は、集電体の全面に施すことが好ましい。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。また、導電材の塗布量としては、集電体の単位面積あたり、２〜１０mg／cm² とすることが望ましい。２mg／cm² 未満であると、十分な効果が得られず、１０mg／cm² を超えると、容量の低下をきたすおそれがある。
【００２５】
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、リチウム金属を挙げることができる。具体的には、負極４は、図１、図３（ｂ）、図４（ａ）に示すごとく、短尺と長尺の２枚の金属リチウム箔４ａ・４ｂを、一部重畳状に貼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。本実施形態では、図１に示すごとく、２枚の金属リチウム箔４ａ・４ｂの重畳部分、すなわち２層構造をとる部分と、負極４の両面が正極シート２０・２１と接する部分とが、略一致している点が着目される。換言すれば、２枚の金属リチウム箔４ａ・４ｂの重畳部分と、負極４の両面が正極シート２０・２１と接する部分とが略一致するように、両金属リチウム箔４ａ・４ｂの長さ寸法を設定してある。
【００２６】
電解液としては、溶質としてＬｉＰＦ₆ 、ＬｉＣｌＯ₄ 、ＬｉＣＦ₃ Ｏ₃ 、（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。
【００２７】
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。
【００２８】
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、長尺の金属リチウム箔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る。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。
【００２９】
本発明の別実施形態として、図４（ｂ）に示すごとく、一枚の金属リチウム箔を一部重畳状に折り畳んだ形態を採ることができる。その場合においても、重畳部分と負極４の両面が正極シート２０・２１と接する部分とが略一致するように、重畳部分に係る長さ寸法を設定する。
【００３０】
【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。
【００３１】
《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。
【００３２】
（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ポリテトラフルオロエチレンの繊維も１mm以下の長さに切断されていた。
【００３３】
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であった。
【００３４】
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３６mm、長さ５１mmに切断した。外周用の正極シート２１は、幅３６mm、長さ６１mmに切断した。
【００３５】
（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３２mm、長さ５６mmに切断し、その長さ方向の中央部に、厚さ0.１mm、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。なお、ここでは塗布量が４mg／cm² となるようにカーボンペーストを集電体２２の全面に塗布した。
【００３６】
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１mm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。
【００３７】
〈負極の製法〉
負極４は、幅３５mm、厚さ0.３mmのリチウム箔を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。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（図４（ａ）参照）。
【００３８】
〈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、それらを固定した側（捲回始端部Ｓ側）から、巻芯２５に挿入して捲回した。このとき、正極３は、金属リチウム箔４ｂ上にセパレータ５を介して載置された状態で捲回してあり、図１に示すごとく２枚の金属リチウム箔４ａ・４ｂの重畳部分と、負極３の両面が正極シート２０・２１と接する部分とが、略一致するようにした。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。以上より、図１に示すような、捲回数が1.６周の電極捲回体６を得た。
【００３９】
ニッケルメッキした鉄缶からなる外装缶２（直径１７mm、高さ４５mm）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。
【００４０】
電解液は、0.５ＭＬｉＣｌＯ₄ ／（ＰＣ＋ＤＭＥ＝１：２）を用いた。すなわちプロピレンカーボネート（ＰＣ）とジメトキシエタン（ＤＭＥ）とを体積比１：２で混合した混合溶媒にＬｉＣｌＯ４を0.５ mol／ｌ溶解させたものを電解液とし、これを外装缶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。
【００４１】
（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。
【００４２】
《実施例２》
負極４を構成する金属リチウム箔４ａ・４ｂの厚み寸法を0.１４４mmとし、各リチウム箔４ａ・４ｂの長さ寸法はそれぞれ１０５mmと１４１mmとした（図４（ａ）参照）。また、２枚の正極シート２０・２１の厚み寸法は0.４９８mmとし、各正極シート２０・２１の長さ寸法はそれぞれ１０７mmと１１７mmとした。集電体２２の幅寸法は３２mm、長さ寸法は１１２mmとした。これら以外は、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。なお、この場合の電極捲回体６の捲回数は４周であった。
【００４３】
《実施例３》
負極４を構成する金属リチウム箔４ａ・４ｂの厚み寸法を0.４５mmとし、各リチウム箔４ａ・４ｂの長さ寸法はそれぞれ３４mmと５５mmとした（図４（ａ）参照）。また、２枚の正極シート２０・２１の厚み寸法は1.５mmとし、各正極シート２０・２１の長さ寸法はそれぞれ３２mmと４２mmとした。集電体２２の幅寸法は３２mm、長さ寸法は３７mmとした。これら以外は、実施例１と同様にして実施例３に係る非水電解液電池を得た。なお、この場合の電極捲回体６の捲回数は1.２周であった。
【００４４】
《実施例４》
厚さ0.３mmの金属リチウム箔を、幅３５mm、長さ１３８mmに切断し、これを長さ方向の一端より４６mmのところで折り畳んで、負極４とした（図４（ｂ）参照）。幅３mm、厚さ0.１mmのニッケルリボンの一端をエンボス加工し、金属リチウム箔の重畳部分に挟み込み圧着して、負極リード体１６とした。また、２枚の正極シート２０・２１の厚み寸法は１mmとし、各正極シート２０・２１の長さ寸法はそれぞれ５１mmと６１mmとした。集電体２２の幅寸法は３２mm、長さ寸法は５６mmとした。これら以外は実施例１と同様にして、実施例４に係る非水電解液電池を得た。この場合の捲回数は1.６周であった。
【００４５】
《実施例５》
厚さ0.１４４mmの金属リチウム箔を、幅３５mm、長さ２５６mmに切断し、これを長さ方向の一端より１０５mmのところで折り畳んで、負極とした（図４（ｂ）参照）。幅３mm、厚さ0.１mmのニッケルリボンの一端をエンボス加工し、金属リチウム箔の重畳部分に挟み込み圧着して、負極リード体１６とした。また、２枚の正極シート２０・２１の厚み寸法は0.４９８mmとし、各正極シート２０・２１の長さ寸法はそれぞれ１０７mmと１１７mmとした。集電体２２の幅寸法は３２mm、長さ寸法は１１２mmとした。これら以外は実施例１と同様にして、実施例５に係る非水電解液電池を得た。この場合の捲回数は４周であった。
【００４６】
《実施例６》
厚さ0.４５mmの金属リチウム箔を、幅３５mm、長さ９９mmに切断し、これを長さ方向の一端より２７mmのところで折り畳んで、負極４とした（図４（ｂ）参照）。幅３mm、厚さ0.１mmのニッケルリボンの一端をエンボス加工し、金属リチウム箔の重畳部分に挟み込み圧着して、負極リード体１６とした。また、２枚の正極シート２０・２１の厚み寸法は1.５mmとし、各正極シート２０・２１の長さ寸法はそれぞれ３３mmと４２mmとした。集電体２２の幅寸法は３２mm、長さ寸法は３７mmとした。負極４の重畳部分を捲回始端として、これを正極３、セパレータ５と共に捲回して電極捲回体６を得た。これら以外は実施例１と同様にして、実施例６に係る非水電解液電池を得た。この場合の捲回数は1.２周であった。
【００４７】
《比較例１》
負極４を構成する金属リチウム箔４ａ・４ｂの厚み寸法を0.０９３mmとし、各リチウム箔４ａ・４ｂの長さ寸法はそれぞれ１６４mmと２００mmとした。また、２枚の正極シート２０・２１の厚み寸法は0.３２７mmとし、各正極シート２０・２１の長さ寸法はそれぞれ１６３mmと１７３mmとした。集電体２２の幅寸法は３２mm、長さ寸法は１６８mmとした。これら以外は、実施例１と同様にして比較例１に係る非水電解液電池を得た。なお、この場合の電極捲回体６の捲回数は６周であった。
【００４８】
《比較例２》
負極４を構成する金属リチウム箔４ａ・４ｂの厚み寸法を0.５mmとし、各リチウム箔４ａ・４ｂの長さ寸法はそれぞれ２３mmと５８mmとした。また、２枚の正極シート２０・２１の厚み寸法は1.７mmとし、各正極シート２０・２１の長さ寸法はそれぞれ３８mmと２７mmとした。集電体２２の幅寸法は３２mm、長さ寸法は３２mmとした。これら以外は、実施例１と同様にして比較例２に係る非水電解液電池を得た。なお、この場合の電極捲回体６の捲回数は1.２周であった。
【００４９】
《比較例３》
正極シート２０・２１と集電体２２とを、全面圧着したこと以外は、実施例１と同様にして、比較例７に係る非水電解液電池を得た。
【００５０】
《比較例４》
負極４を一枚の金属リチウム箔のみで構成した（図４（ｃ）参照）。かかる金属リチウム箔の厚み寸法は0.６mm、長さ寸法は９２mmとした。また、２枚の正極シート２０・２１の厚み寸法は0.８５４mmとし、各正極シート２０・２１の長さ寸法はそれぞれ５１mmと６１mmとした。これら以外は、実施例１と同様にして比較例２に係る非水電解液電池を得た。なお、この場合の電極捲回体６の捲回数は1.６周であった。
【００５１】
上記実施例１ないし６および比較例１ないし４に係る非水電解液電池の正負極３・４、集電体２２およびセパレータ５の各寸法と、電極捲回体６の捲回数を表１に示す。
【００５２】
【表１】

【００５３】
上記実施例１ないし６および比較例１ないし４に係る非水電解液電池をそれぞれ１００個ずつ作成し、電極捲回体の捲回不良率と、非水電解液電池の組立不良率を求めた。また、実施例１ないし６および比較例１ないし４に係る非水電解液電池を、２０℃、５mAで2.０Ｖまで放電させて、放電容量を測定した。これら捲回不良率、組立不良率、放電容量の測定結果を表２に示す。
【００５４】
【表２】

【００５５】
表２に示す結果から明らかなように、実施例１〜４の本発明に係る非水電解液電池は、捲回不良や組立不良が皆無であることが判る。また、比較例の電池に比べて、電気特性的にも優れることが判る。
【００５６】
これに対して、比較例１に係る非水電解液電池は、捲回不良や放電特性の劣化等の不具合はないものの、正負極３・４が薄く且つ長いため、巻ずれを起こしやすく、短絡等の問題が生じる。比較例２より、正極シート２０・２１の厚さ寸法が1.５mmを超えると、正極シート２０・２１の可撓性・柔軟性が不良となり、捲回不良率が上昇することが判る。放電容量にも著しい劣化が見られる。これは正極シート２０・２１がひび割れて、集電効率が低下したことに拠る。
【００５７】
比較例３に係る非水電解液電池は、正極シート２０・２１と集電体２２とを全面圧着して、一枚のシート状としているため、捲回することができなかった。比較例４の形態では、一枚物の金属リチウム箔をそのまま負極として用いるため（図４（ｃ）参照）、両面が正極３と対向する部分の負極活物質が不足して電気容量の劣化が見られた。加えて、実施例のように負極リード体１６が金属リチウム箔で挟み込まれていないため（図４（ｃ）参照）、負極リード体１６と正極３との間で内部短絡を生じやすい点でも不利があった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明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】負極の構成を説明するための図である。
【符号の説明】
１非水電解液電池
２外装缶
３正極
４負極
４ａ金属リチウム箔
４ｂ金属リチウム箔
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

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周以上、４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、1.５mm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、２枚の金属リチウム箔を一部重畳状に貼り合わせてなるもの、或いは１枚の金属リチウム箔を一部重畳状に折り畳んでなるものであり、該負極の両面が正極シートと対向する部分に、金属リチウム箔の重畳部が配置されるようにしてあることを特徴とする非水電解液電池。
重畳部に係る金属リチウム箔の間に、前記負極と外装缶とを電気的に接続するための負極リード体が固定されている請求項１記載の非水電解液電池。