JP4686807B2

JP4686807B2 - 捲回式電池

Info

Publication number: JP4686807B2
Application number: JP2000088682A
Authority: JP
Inventors: 健次河野
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2000-03-28
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2020-03-28
Also published as: JP2001273881A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、捲回式の極群を備えた電池、特に扁平形の捲回式極群を備えた電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子技術の大きな進歩により、一般ユーザー向けの携帯機器の小型薄型化が進んでいる。それに伴い、高エネルギーで小型薄型の電池が求められ、これらの要求に適合するものとして、角形や扁平形のリチウムイオン電池が普及している。非水電解質は、硫酸やアルカリ水溶液に比べて伝導度が低く、ハイレート放電の用途に対して不利であるという欠点をカバーするため、非水電解質を用いたリチウムイオン電池においては、薄型で長尺の帯状電極が渦巻き状に捲回された極群が用いられている。さらに、扁平や角形の電池形状への要求に対応して、扁平形に捲回された極群が多く用いられている。
【０００３】
扁平形極群は、捲回機の巻き芯の周りに帯状電極を捲回し、捲回後、極群を巻芯から抜き取ることによって得られる。前記巻き芯は、真円形状または楕円形状である。前記捲回後、巻き芯を抜き取った後に生じる捲回中心の空隙を利用して、捲回軸と垂直の方向から強い力で押圧することにより、扁平形状の捲回電極を得る。正極及び負極の電極にはリードが取り付けられ、電槽の端子に接続される。
【０００４】
しかし、前記押圧時、電極に取り付けられたリードが極群のセパレータ面を強く押圧するので、リードのエッジ部分がセパレータを貫通して対極に接触し、内部短絡を引き起こす不良が発生する場合があった。
【０００５】
また、扁平に捲回された極群の場合、最内周湾曲部の電極の曲率半径はほぼ０ｍｍになる。即ち、折れ曲がりが生じる。曲率半径が小さいと、合剤層に亀裂が入り、合剤の一部が折れる場合がある。このような場合には、合剤がセパレータを貫通し、対極の合剤層と接触して内部短絡を引き起こす不良を生じる場合があった。
【０００６】
さらに、最内周に合剤層があると、セパレータを介して前記合剤層と対向しているリードの部分のセパレータが損傷を受けた場合、内部短絡を引き起こす場合があった。また、同じく最内周に合剤層があると、捲回機の巻き芯に、直接又はセパレータを介して接触している部分の合剤層表面に凹凸が生じ、前記凸部の合剤がセパレータを貫通し、短絡に至る場合があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来電池の極群構造上の欠点を改良し、内部短絡の発生を防ぎ、信頼性の高い電池を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決する手段】
上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載したように、（１）少なくとも正極合剤層及び集電体からなる正極、（２）セパレータ及び（３）少なくとも負極合剤層及び集電体からなる負極、を積層した積層体が捲回された極群を備えた電池であって、正極リード端子及び負極リード端子は、前記捲回された極群の捲回面の内面に位置するように、前記正極及び負極の集電体の一部に取り付けられており、前記極群の捲回面の内面において、前記正極に取り付けられたリード端子が正極面と対向し、前記負極に取り付けられたリード端子が負極面と対向していることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明は、請求項２に記載したように、前記極群は、前記正極合剤層と前記負極合剤層がセパレータを介して対向している領域における最内周最大湾曲部において、前記正極及び前記負極の、前記対向面側の曲率半径が、０．１ｍｍ以上であることを特徴とする捲回式電池である。
【００１０】
また、本発明は、請求項３に記載したように、前記極群は、正極又は負極のうち少なくとも一方の電極の片面塗工部又は無塗工部が、捲回の最内周末端から少なくとも捲回１周分にわたって配置されていることを特徴とする捲回式電池である。
【００１１】
また、本発明は、請求項４に記載したように、前記極群は、扁平形捲回電極である捲回式電池である。
【００１２】
本発明によれば、前記貫通が起こった場合においても、正極と負極が電気的に接触することがないので、内部短絡を防止できる。
【００１３】
本発明は、巻き芯を用いて真円形状または楕円形状に捲回し、巻き芯を抜いた後に押圧する事によって扁平型捲回極群を得るといった製法を用いる場合に特に有効である。前記押圧時に、極めて強い力が、特にリード端子部分に加わるため、セパレータを貫通する虞れが高まるからである。また、前記押圧によって極群が変形させる程度が高いほど、セパレータ貫通の虞れは高まる。従って、前述した本発明の効果は、前記押圧によって得られる扁平形捲回極群の最大径と最小径の比が、約５：１以上のとき特に有効であり、前記比が約８：１以上のとき、さらに有効である。また、前記比が約２０：１以上のとき、最も有効である。あるいは、このような、押圧による高度な扁平化は、例えば前記扁平形捲回式電極の短尺を４ｍｍ以下とするような場合に、特に有効である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、実施例を用いて本発明をさらに説明するが、本発明はこれらの記述により限定されるものではない。
【００１５】
図１は、本発明電池の透視平面図である。パッケージ内には極群１が収納されている。極群１は、正極リード５が取り付けられた正極、負極リード６が取り付けられた負極、セパレータ及び電解液で構成される。正極リード５及び負極リード６は、厚さ約１００μｍの薄片状金属である。パッケージ２は、融着性樹脂フィルム、金属箔及び樹脂フィルムがラミネートされた金属樹脂複合体を用い、前記金属樹脂複合体を筒状に成形し、両開口端においてフィルムの内面同同士が融着封止されている。正極端子３及び負極端子４は、融着部を貫通して極群の正極リード５及び負極リード６とそれぞれ接続している。
【００１６】
正極は、厚さ約２０μｍの基板上に平均粒度１０〜２０μｍの遷移金属酸化物粒子を主成分とする厚さ約１００μｍの正極合剤層８が担持されている。負極は、厚さ約１０μｍの基板上に平均粒径２０〜５０μｍの炭素粒子を主成分とする厚さ約１００μｍの負極合剤層１０が担持されている。セパレータ１１は、厚さ２０〜３０μｍのポリエチレン製微多孔膜や有機ポリマーゲル電解質の膜等を用いることができる。
【００１７】
（本発明電池１）
図２は、本発明電池１の極群１の断面図である。説明のために、厚さ方向に拡大して描いてある。正極基板７の最内周面端部に、正極リード５が取り付けられている。また、負極基板９の最内周端部に、負極リード６が取り付けられている。
【００１８】
図２に示すように、巻き始め部分である最内周末端において、正極の端部と負極の端部をずらして捲回されている。さらに、正極リード５及び負極リード６は、正極基板７及び負極基板９の捲回面の内面にそれぞれ位置するように取り付けられている。これにより、正極端子３は正極と、負極端子４は負極とそれぞれ対向している。従って、正極リード５及び負極リード６のエッジ部がセパレータ１１を貫通しても、対極に接触することがないので、短絡に至ることがない。
【００１９】
また、前記正極合剤層８の最内周曲率半径aは、０．１〜０．２ｍｍである。このため、合剤層に亀裂が入って折れることがない。極群１内部の隙間をできるだけ小さくするには、最内周電極湾曲部の曲率半径は小さい方が好ましいが、電極表面の平滑を維持するためには０．１ｍｍさらに望ましくは０．２ｍｍ以上を必要とする。このように、湾曲部電極表面の平滑を保つことができるので、折れた合剤がセパレータ１１を貫通することがなく、短絡の発生を防止できる。
【００２０】
（本発明電池２）
図３は、本発明電池２の極群１の断面図である。最内周は、一周以上にわたり、基板のみで合剤層が担持されていない無塗工部を配置している。これにより、最内周湾曲部の曲率半径aを０．１ｍｍ以上に維持することができる。また、合剤層が捲回機の巻き芯に直接触れることがないので、合剤表面に凹凸が生じることがない。従って、凸部の合剤がセパレータ１１を貫通し、短絡に至ることがない。
【００２１】
ここでは、最内周部において正・負極共に無塗工部を配置したが、片方塗工部を配置しても同様の効果が認められる。また、無塗工部を最内周１周にのみ配置したが、これを２〜３周設けてもよい。
【００２２】
（比較電池１）
図４は、比較電池１の極群１の断面図である。正極リード５及び負極リード６は、セパレータ１１を介して、それぞれ負極及び正極と対向している。従ってリード端子がセパレータ面１１を強く押圧し、そのエッジ部がセパレータ１１を貫通した場合、対極と接触し、短絡が発生する虞れがある。強い振動や落下等の衝撃が加わると、短絡の虞れはさらに高まる。
【００２３】
（比較電池２）
図５は、比較電池２の極群１の断面図である。正極合剤層８及び負極合剤層１０は、いずれも部分的に最内周を形成している。前記正極合剤層８及び負極合剤層１０の湾曲部の曲率半径は、ほぼ０ｍｍである。このような状態においては、最内周の合剤層に折れが生じやすく、セパレータを貫通して短絡が発生する虞れが極めて高い。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は、振動や衝撃が加わっても短絡の虞れがなく、長期信頼性に優れた電池を提供することができるので、工業的価値の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明電池の透視平面図である。
【図２】本発明電池の極群断面図である。
【図３】本発明電池の極群断面図である。
【図４】比較電池の極群断面図である。
【図５】比較電池の極群断面図である。
【符号の説明】
１極群
５正極リード
６負極リード
８正極合剤層
９負極合剤層
１１セパレータ

Claims

（１）少なくとも正極合剤層及び集電体からなる正極、（２）セパレータ及び（３）少なくとも負極合剤層及び集電体からなる負極、を積層した積層体が捲回された極群を備えた電池であって、正極リード端子及び負極リード端子は、前記捲回された極群の捲回面の内面に位置するように、前記正極及び負極の集電体の一部に取り付けられており、前記極群の捲回面の内面において、前記正極に取り付けられた前記正極リード端子が正極面と対向し、前記負極に取り付けられた前記負極リード端子が負極面と対向していることを特徴とする捲回式電池。
前記極群は、前記正極合剤層と前記負極合剤層がセパレータを介して対向している領域における最内周最大湾曲部において、前記正極及び前記負極の、前記対向面側の曲率半径が、０．１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の捲回式電池。
前記極群は、正極又は負極のうち少なくとも一方の電極の片面塗工部又は無塗工部が、捲回の最内周末端から少なくとも捲回１周分にわたって配置されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の捲回式電池。
前記極群は、扁平形捲回電極である請求項１〜３のいずれかに記載の捲回式電池。