JP4251882B2

JP4251882B2 - 非水電解質二次電池

Info

Publication number: JP4251882B2
Application number: JP2003032669A
Authority: JP
Inventors: 一哉村上; 日義玉置
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2023-02-10
Also published as: JP2004247064A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、非水電解質二次電池に係り、更に詳しくは、内部短絡防止用絶縁テープの粘着剤が渦巻電極体の製造装置や電池組立て作業への障害となるのを低減すると共に、電池仕様への悪影響をなくした非水電解質二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯型の電子機器の急速な普及に伴い、それに使用される電池への要求仕様は、年々厳しくなり、特に小型・薄型化、高容量でサイクル特性が優れ、性能の安定したものが要求されており、二次電池分野では他の電池に比べて高エネルギー密度なリチウム二次電池が注目され、このリチウム二次電池の占める割合は二次電池市場において大きな伸びを示している。
【０００３】
このリチウム二次電池は、短冊状の銅箔等からなる負極集電体の両面に負極用活物質を被膜状に塗布した負極と、短冊状のアルミニウム箔等からなる正極集電体の両面に正極用活物質を被膜状に塗布した正極との間に、微多孔性ポリプロピレンフィルム等からなるセパレータを介して、負極及び正極を互いに絶縁した状態で円柱状又は楕円形状に巻回した後、角型電池の場合は更に巻回電極体を押し潰して偏平状に形成し、負極及び正極の各所定部分にそれぞれ負極リード及び正極リードを接続して所定形状の缶体に収納した構成を有している。
ところが、セパレータを介して巻回された電極体の電極群は、セパレータが破損したりバリや塵等によりセパレータが貫通したりすると、電極間に内部短絡が発生する。そのため、例えば正極、セパレータ、負極のうち少なくとも正極リードに対向する部分の負極に絶縁性の被覆を施して内部短絡を未然に防止する対策が採られている。（例えば、特許文献１、２）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−４２８８１号公報（第３頁右蘭〜第４頁左欄、図８）
【特許文献２】
特開平１０−２４１７３７号公報（図１、図３、図５、図７）
【０００５】
上記特許文献１及び２には、正極と負極とをセパレータを介在させて重ねた状態で形成される所定電極体の負極を位置決めし、電極体が形成される際に正極との短絡の原因となる正極側及び／又は負極側に生じているばりの高さよりも厚い所定の絶縁テープを、位置決めされた負極の少なくとも一方の面における正極との短絡想定位置に貼着させた二次電池が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような短絡想定個所に貼付させた内部短絡防止用の絶縁テープの粘着面は、渦巻状の電極体を形成する際に電極体の表面に露出しまうことがある。図６は、従来技術を示し、図６（ａ）は缶体から取り出した渦巻電極体の斜視図、図６（ｂ）は渦巻電極体の側面図である。
この渦巻電極体１０は、正極と、負極とがセパレータ１１を介して、最外周に正極が位置するように巻回されている。なお、符号１３は負極リード、１５ｃは正極リードとなるように正極芯体に設けた切込み部及び２０は正極の最終端縁部を留める絶縁テープである。
図６に示すように、短絡防止用の絶縁テープ１６は、短絡想定箇所を全て覆わなければならないことから、短絡想定箇所より大きな絶縁テープが貼付されている。勿論、この想定箇所と同寸法の絶縁テープの貼付が望ましいが、短絡想定箇所の選定及び貼付作業等から同寸法の絶縁テープの貼付は不可能であって、必然的に大きな絶縁テープを貼付せざるを得なかった。このため、渦巻電極体の外表面には、絶縁テープがセパレータの縦幅の上下方向へはみ出し、このはみ出しによって絶縁テープの粘着剤の露出した部分が発生する。
【０００７】
すると、この絶縁テープ１６のはみ出した部分の粘着剤１６ｂ、１６ｂ’は、露出しているため、塵、ごみ等が付着し易く、また粘着剤が露出したまま外装缶に挿入する際にも、粘着剤が外装缶に付着し挿入が困難なことがあった。更に渦巻電極体の製造装置（図示省略）、例えば渦巻状の電極体を押し潰して偏平状等に成形する際に、粘着剤がプレス機等へ付着してしまう。そのため、塵、ごみ等が付着しないように電極体を扱わなければならず、しかも、外装缶への挿入作業に支障を来たし、更にプレス機等はこの粘着剤を除去するために製造装置の運転を一時停止し、頻繁に清掃をしなければならなかった。
本発明は、従来技術が抱える課題を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、内部短絡防止用の絶縁テープの粘着剤が渦巻電極体の製造装置、組立て作業への障害を低減すると共に、電池仕様へ悪影響をなくした非水電解質二次電池を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記発明の目的は、以下の手段によって、達成される。すなわち、本発明の非水電解質二次電池は、
金属製芯体箔上にリチウムイオンを吸蔵放出する正極活物質を含む正極合剤が塗布された部分と未塗布の露出部とを有する正極と、
金属製芯体箔上にリチウムイオンを吸蔵放出する負極活物質を含む負極合剤が塗布された部分と未塗布の露出部とを有する負極と、
がセパレータを介して積層、巻回された渦巻電極体を有する非水電解質二次電池において、
前記渦巻電極体の最外周側の極の裏側面には、その極の合剤塗布部と露出部の境界であり、かつその対向極の合剤塗布部の終端に対応する位置に第１の絶縁テープが貼付され、
更に該第１の絶縁テープの粘着面が前記芯体箔からはみ出た部分を覆うように第２の絶縁テープが貼付されており、
前記第２の絶縁テープは、前記渦巻電極体の巻回終端固定用の絶縁テープであることを特徴とする。
【０００９】
この非水電解質二次電池は、芯体箔からはみ出した第１の絶縁テープの粘着剤が第２の絶縁テープで覆われているので、粘着剤に埃、塵等が付着することなく、且つ渦巻電極体を外装缶に挿入することが簡単になる。
また、渦巻電極体の製造装置、例えば渦巻状の電極体を押し潰す際に粘着剤がプレス機等へ付着することはなくなる。したがって、従来技術のようにプレス機等は粘着剤を除去するために製造装置の運転を一時停止したり、頻繁に清掃をする必要はなくなり、渦巻電極体の生産効率を向上させることができる。
更に、第２の絶縁テープを巻回終端固定用の絶縁テープと兼用して第１の絶縁テープの粘着面を覆うことにより、製造工程を削減でき、貼付する絶縁テープ量も削減できるようになる。
【００１０】
【発明の実施形態】
以下、図面を参照して本発明に係る非水電解質二次電池の一実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態の非水電解質二次電池を示し、図１（ａ）はその一部透視斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の渦巻電極体の正面図、図２は、図１（ｂ）の渦巻電極体の巻回する前の状態を示す平面図、図３は、図２の積層体を個々に分解したもので、図３（ａ）はセパレータの平面図、図３（ｂ）は負極板の平面図、図３（ｃ）はセパレータの平面図、図３（ｄ）は絶縁テープの平面図、図３（ｅ）は正極板の平面図である。
【００１１】
非水電解質二次電池１は、図１に示すように、渦巻電極体１０Ａと、この電極体１０Ａを収納する角型外装缶２と、外装缶の開口縁２ａを封緘する封口板３とからなり、開口縁２ａと封口板３との間に正極リード１５ｃ’を介在させた状態で封口板４をレーザー等で溶接され、その後、封口板３の透孔から外装缶２の内部に非水電解掖が注入され、電池キャップ４が固定された構成を有する。
【００１２】
上記渦巻電極体１０Ａは、図２〜３に示すように、負極板１２と、正極板１５及びセパレータ１１とからなり、これらは何れも所定の幅長さ及び長さを有する帯状体で形成され、負極板１２と正極板１５との間にセパレータ１１ｂが介在されて正極板１５が最外周部分に位置するように巻回されている。
セパレータ１１は、１つの渦巻電極体で２枚のセパレータ１１ａ、１１ｂが使用され、負極板１２及び正極板１５より幅広の帯状体であて、微多孔性ポリプロピレンフィルム等で形成される。
【００１３】
負極板１２は、銅箔等からなる芯体１２Ａに、その表裏面にリチウムイオンを吸蔵放出する負極活物質を含む負極合剤が塗布され所定の処理を施した負極活物質層１２ａと、この活物質が塗布されていない露出部１２ｂとからなり、芯体１２Ａの露出部１２ｂに負極リード１３が接続されている。
【００１４】
第１の絶縁テープ１６は、セパレータ１１の縦幅長より短い縦幅長と所定の横幅長を有する絶縁基材１６Ａと、この絶縁基材の一面に貼着された粘着剤１６Ｂとからなる。
【００１５】
正極板１５は、アルミニウム箔等からなる芯体１５Ａに、そのその表裏面にリチウムイオンを吸蔵放出する正極活物質を含む正極合剤が塗布され所定の処理を施した正極活物質層１５ａと、この活物質が塗布されていない露出部１５ｂとからなり、露出部１５ｂの芯体は、その先端部に近接して切込み部１５ｃが形成されている。この切込み部１５ｃは、外装缶の開口縁２ａを封緘する際に根元部分から折り曲げ封口板３の間に挟んで正極リード１５ｃ’として使用される。
【００１６】
上記の負極板１２、正極板１５及びセパレータ１１を用い、渦巻電極体１０Ａは、以下の方法で作製される。
先ず、巻回装置の円柱状巻心にセパレータ１１ａ、１１ｂを合わせて先端部を巻き取り、セパレータ１１ａの上とセパレータ１１ａと１１ｂとの間に負極板１２と正極板１５を載置して巻回する。巻回途中において、正極板の正極活物質層１５ａの最終端（表裏２箇所各々）を検出し、この部分に第１の絶縁テープ１６を貼付する。なお絶縁テープ１６が貼付される部分は、セパレータを介して負極板１２の巻き終わり部分にある負極活物質層の終端に対向するように設計されている。そして、正極板１５が最外周になるように巻回を終了し、端部を絶縁テープで固定する。このとき、２箇所貼付される第１の絶縁テープ１６のうち１箇所が最外周の正極板１５の裏面に貼付されるようになるので、第１の絶縁テープの粘着剤１６Ｂの一部が電極体の幅方向からはみ出し、粘着面が露出される状態で貼付される。符号１６ｂ、１６ｂ’は、このはみ出した粘着剤部分を示している（図２参照）。
なお、第１の絶縁テープの貼着は、渦巻状電極体の作製時に貼付したが、予め正極板に貼付しておいてもよい。そして、第１の絶縁テープの粘着面露出部を第２の絶縁テープ１７で覆った後、角型電池の場合、プレス機で偏平状に成型される。
【００１７】
図１、４、５の渦巻電極体は、何れも上記の方法により正極板１５の長さがそれぞれ異なるものを用いて作製したものである。すなわち、図１の渦巻電極体１０Ａは、正極板１５の終端部の長さが従来のものよりＬ_３だけ長いもの使用して作製したものである。この長さＬ_３は、渦巻電極体１０Ａの横幅長Ｌ_１に所定の長さＬ_２を加えた長さであって、所定の長さＬ_２は正極板１５の端部を留める第１の絶縁テープ幅長とほぼ同じ長さである。この先端部が長さＬ_３だけ延びた正極板１５を用い、セパレータ１１ａ、負極板１２、正極板１５、セパレータ１１ｂを順次積層して正極板１５が最外周部分に位置するように巻回すると、正極板１５は、渦巻電極体１０Ａを半周しその先端部が電極体の一側面、すなわち第１の絶縁テープ１６が貼付されたところまで達することになる。そこで、所定の幅及び長さを有する第２の絶縁テープ１７を用い、この第２の絶縁テープ１７を正極板１５の先端部を被覆すると共に、第１の絶縁テープの粘着剤１６ｂ、１６ｂ’の部分を覆うように貼付する。
【００１８】
すると、第２の絶縁テープ１７により正極板の巻回終端の固定のを行うと同時にはみ出た粘着剤１６ｂ、１６ｂ’部分をも覆うことができるので、製造工程が削減できる。また、粘着剤が露出することがないので、この部分に埃、塵等が付着することがなくなる。更に、渦巻電極体の製造装置、例えば渦巻状の電極体をプレスする際に粘着剤がプレス機等へ付着することはなくなる。
【００１９】
また、正極板１５の長さを延長することなく、第１の絶縁テープの粘着剤露出部に第２の絶縁テープを貼付してもよい。図４に示す渦巻電極体１０Ｂは、第１の絶縁テープの粘着剤露出部に縦長の１本の第２の絶縁テープ１７を貼付したものである。
また、図５の渦巻電極体１０Ｃは、絶縁テープを分断し、分断した絶縁テープ片１８ａ、１８ｂを貼付したものである。なお、２０は、正極板の巻回終端固定用絶縁テープである。
これらの渦巻電極体１０Ｂ、１０Ｃによると、正極板の先端部を延長せずに所期の機能を発揮させることができ、また、絶縁テープの節約ができる。
【００２０】
【実施例】
＜正極板の作製＞
コバルト酸リチウムからなる正極活物質と、導電剤としてカーボンブラックと、結着剤としてポリフッ化ビニリデンをＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を用い混練して正極合剤スラリーを作製し、この正極合剤スラリーを厚さ１５μｍのアルミニウム箔からなる正極芯体の両面に所定量を塗布した。このとき、集電タブの取付けのために、合剤スラリーを塗布しない部分（芯体露出部）も作製した。乾燥炉でＮＭＰを蒸発させた後、所定の厚さに圧縮して、所定の幅に切断巻回した正極フープを作製した。
【００２１】
＜負極板の作製＞
黒鉛からなる負極活物質と、結着剤としてポリフッ化ビニリデンをＮＭＰを用いて混練して負極合剤スラリーを作成し、この負極合剤スラリーを厚さ１０μｍの銅箔からなる負極芯体の両面に所定量を塗布した。以下正極と同様にして、負極フープを作製した。
【００２２】
＜電極体の作製＞
フープ状のセパレータ、正極板、負極板を巻回機の巻回位置に設けられた円柱状の巻芯に、セパレータ、負極、正極の順に巻回し渦巻状電極体を作製した。フープ状のセパレータ、負極板及び正極板については、所定寸法でフープから切離して巻き取った。
【００２３】
＜絶縁テープの貼付＞
巻回機での巻回時に、巻芯までの経路内でセンサーにより負極合剤塗布部と芯体露出部を検出して、それに対応する位置の正極芯体露出部分に第１の絶縁テープを貼付した。なお、短絡防止を目的とした第１の絶縁テープの短絡想定位置への貼り付けは、上述の巻取り途中に貼り付けるものであるが、それに限定されることなく、フープ状にする前に貼り付けることも可能である。
【００２４】
巻回後、電極体巻回終端固定用の絶縁テープを貼付したが、この貼付位置を次のように変えて参考例、実施例及び比較例の非水電解質二次電池を作製した。
（参考例）
図４又は図５に示すように、電極体巻回終端固定用の絶縁テープと第２の絶縁テープとが別体であるもの。
（実施例）
図１に示すように、正極芯体を図４及び図５に示したものよりも半周長く巻回し、電極体巻回終端固定用の絶縁テープと第２の絶縁テープとを兼用したもの。
（比較例）
図４又は図５に示した例において、電極体巻回終端固定用の絶縁テープは使用したが、第２の絶縁テープを使用しないもの。
【００２５】
この参考例、実施例及び比較例の製法によると、プレス・プレートの清掃頻度は、以下の表１に示す結果になった。
【表１】

【００２６】
この結果から、第２の絶縁テープを貼付した電極体では、粘着剤がプレートに付着することがないため、清掃頻度が大幅に低下した。また、正極芯体箔を半周長く巻回した仕様では、電極体巻回終端固定用絶縁テープにより第２の絶縁テープを兼ねて粘着剤の露出を防いでいるので、同様に粘着剤がプレートに付着することがないため、清掃頻度が大幅に低下した。
【００２７】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、短絡防止用絶縁テープの粘着剤に埃、塵等が付着することなく、且つ電池組立ての際に外装缶への挿入が簡単になる。また、渦巻電極体の製造装置、例えば渦巻状の電極体を押し潰す際に粘着剤がプレス機等へ付着することはなくなるため、従来技術のようにプレス機等から粘着剤を除去するために、製造装置の運転を一時停止したり、頻繁に清掃をする必要はなく、渦巻電極体の生産効率を向上させることができる。
【００２８】
更に、電極体巻回終端固定用絶縁テープを兼用して第１の絶縁テープの粘着面を覆うことにより、製造工程を削減でき、貼付する絶縁テープも削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の非水電解質二次電池を示し、図１（ａ）はその一部透視斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の渦巻電極体の正面図である。
【図２】図１（ｂ）の渦巻電極体の巻回する前の状態を示す平面図である。
【図３】図２の積層体を個々に分解したもので、図３（ａ）はセパレータの平面図、図３（ｂ）は負極板の平面図、図３（ｃ）はセパレータの平面図、図３（ｄ）は絶縁テープの平面図、図３（ｅ）は正極板の平面図である。
【図４】参考形態の非水電解質二次電池に使用する渦巻電極体を示す正面図である。
【図５】参考形態の非水電解質二次電池に使用する渦巻電極体を示す正面図である。
【図６】従来技術の渦巻電極体を示し、図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
１非水電解質二次電池
２外装缶
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ渦巻電極体
１１セパレータ
１２負極板
１２ａ負極活物質層
１２ｂ芯体露出部
１５正極板
１５ａ正極活物質層
１５ｂ芯体露出部
１６絶縁テープ（第１の絶縁テープ）
１６ｂ、１６ｂ' 粘着剤露出部
１７、１８ａ、１８ｂ絶縁テープ（第２の絶縁テープ）
２０絶縁テープ

Claims

金属製芯体箔上にリチウムイオンを吸蔵放出する正極活物質を含む正極合剤が塗布された部分と未塗布の露出部とを有する正極と、
金属製芯体箔上にリチウムイオンを吸蔵放出する負極活物質を含む負極合剤が塗布された部分と未塗布の露出部とを有する負極と、
がセパレータを介して積層、巻回された渦巻電極体を有する非水電解質二次電池において、
前記渦巻電極体の最外周側の極の裏側面には、その極の合剤塗布部と露出部の境界であり、かつその対向極の合剤塗布部の終端に対応する位置に第１の絶縁テープが貼付され、
更に該第１の絶縁テープの粘着面が前記芯体箔からはみ出た部分を覆うように第２の絶縁テープが貼付されており、
前記第２の絶縁テープは、前記渦巻電極体の巻回巻き終わり部を固定するための絶縁テープであることを特徴とする非水電解質二次電池。