JP5129412B2 - 非水電解質二次電池及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、長尺の第１電極と、長尺の第２電極と、第１電極と第２電極との間に介在する長尺のセパレータとを渦捲状に捲回した電極群、および非水電解質を備える非水電解質二次電池に関し、特に一方の電極の捲き終わり側の終端部の形状および当該電極と他方の電極との位置関係に関する。

近年、電子機器のポータブル化およびコードレス化が急速に進んでいる。このような機器の駆動用電源には、小型かつ軽量で、高エネルギー密度を有する小型民生用途の二次電池が用いられている。また、電力貯蔵装置や電気自動車の駆動用電源として、大型の二次電池も開発されている。これらの二次電池には、高出力特性、長期にわたる耐久性、安全性などの特性が要求される。そこで、高電圧かつ高エネルギー密度を有する非水電解質二次電池の開発が盛んに行われている。

リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池では、例えば、それぞれシート状の集電体の表面に活物質層を形成した正極と負極が用いられる。正極と負極を、これらの間にセパレータを介在させて渦捲き状に捲回することにより、電極群が形成される。電極群は、非水電解質とともに電池ケース内に収容される。このような捲回型の非水電解質二次電池では、さらなる高エネルギー密度化を目的として、活物質層の圧縮による高密度化や、集電体である金属箔の薄膜化が行われている。そのような中、活物質層の圧縮時または電極の捲回時に加えられるテンションに起因して、電極の断裂等の問題が生じている。

上記に鑑み、特許文献１は、集電体の片面のみに活物質層が形成されている部分の活物質充填密度と、集電体の両面に活物質層が形成されている部分の活物質充填密度との比率を規定している。これにより、集電体の片面のみに形成された活物質層の剥がれを抑制し、かつ集電体の両面に活物質層が形成されている部分に電極製造過程で過剰な圧力がかかり、電極が断裂するのを防ぐことが意図されている。

一方、特許文献２は、電極群が収容された電池ケース内に隙間を設け、電解液の注入や発生ガスの排気を容易にする観点から、電極群の形状を円錐台形状に近づけることを提案している。具体的には、正極および負極の少なくとも一方の捲き終わり側の終端部を、電極の短手方向に対して斜めにすることを提案している。

特開２００９−２５２３４９号公報 特開２００４−２９６１５９号公報

特許文献１によれば、電極製造過程における電極の断裂を回避可能である。しかし、完成した電池内でも電極の断裂が起り得る。例えば、高温環境下で電池の急速充放電を行った場合、電極群の最外周付近の電極に断裂が発生し、内部抵抗が増加し、容量が低下する場合がある。仮に、断裂が進行して電極が完全に切断されると、導通がなくなり、容量が出なくなる。

リチウムイオン二次電池においては、充放電により、リチウムイオンが正極と負極との間を移動する。一般的に、リチウムイオンを受け入れた電極は膨張し、リチウムイオンを放出した電極は収縮する。よって、電極製造過程で電極に加わっていたテンションの大きさや方向性は、充放電サイクルにより変化することが知られている。

本発明者らの検討の結果、電極群の最外周付近において、電極の断裂の発生箇所の内側には、他方の電極の終端部が位置している場合が多いことが判明した。したがって、一方の電極の断裂は、他方の電極の捲き終わり側の終端部により形成される段差に起因していると考えられる。電極の捲き終わり側の終端部は、これと対向する外周側の電極にテンションを加える。さらに、充放電サイクルにより、連続的にテンションの大きさや方向性は変化する。これらが原因で、集電体の金属疲労による電極の断裂が生じるものと推測される。高温環境下で急速充放電を行う場合には、充放電サイクルによるテンションの変化が一層大きくなるため、上記のような問題が顕著になると考えられる。

段差を形成する内周側の電極の終端部において、活物質層の厚みを小さくすれば、当該終端部と対向する外周側の電極に加わるテンションを小さくすることはできる。しかし、厚みを小さくした活物質層は、集電体から脱落しやすくなるため、電池の生産性が低下する。また、脱落物が電極間に侵入した際には、内部短絡による不良が発生することがある。

特許文献２のように、内周側の電極の終端部を斜めにする場合、電極の短手方向に対する終端部の角度を大きくすると、当該終端部と対向する外周側の電極に加わるテンションを、ある程度小さくすることはできる。しかし、このような終端部を有する電極は、終端部の取り扱いが困難となり、製造不良が発生しやすくなる。一方、電極の短手方向に対する終端部の角度が小さいと、外周側の電極に加わるテンションは、ほとんど小さくならない。

本発明は、高温環境下で急速充放電を行う場合でも、電極の断裂を抑制できる非水電解質二次電池を、生産性を損なうことなく提供することを目的の一つとする。

すなわち、本発明は、長尺の第１電極と、長尺の第２電極と、第１電極と第２電極との間に介在する長尺のセパレータと、を渦捲状に捲回した電極群、および、非水電解質を備え、第１電極は、シート状の第１集電体と、第１集電体の表面に配された第１活物質層とを含み、第２電極は、シート状の第２集電体と、第２集電体の表面に配された第２活物質層とを含み、電極群の捲き終わり側の第１電極の終端部が、その長さの２／３以上にわたって非直線形状であり、かつ、前記終端部よりもさらに外周側に配置される第２電極とセパレータを介して対向している、非水電解質二次電池に関する。

より具体的には、上記非水電解質二次電池は、正極と、負極と、正極と負極との間に介在するセパレータと、を捲回した電極群、および、非水電解質を備え、正極は、シート状の正極集電体と、正極集電体の表面に配された正極活物質層とを含み、負極は、シート状の負極集電体と、負極集電体の表面に配された負極活物質層とを含み、電極群は、正極および負極から選ばれる一方の電極の外周側の終端部が、さらにその外周に位置する他方の電極と対向し、かつ前記終端部は、その長さの２／３以上にわたって非直線形状である。

このような構造とすることで、電極の終端部による段差が、さらにその外周側に位置する電極に与えるテンションを分散することができる。よって、高温環境下で急速充放電を行った場合でも、テンションの変化を緩和でき、電極の断裂を抑制することが可能となる。

また、本発明は、複数の長尺の第１電極が長手方向に連なる第１電極連続体を準備する工程と、前記第１電極連続体から、長手方向における一方の端部がその長さの２／３以上にわたって非直線形状である、長尺の第１電極を切り出す工程と、長尺の第２電極を準備する工程と、長尺のセパレータを準備する工程と、前記第１電極と、前記第２電極と、これらの間に介在する前記セパレータとを、前記第１電極の非直線形状の端部が捲き終わり側の終端部になり、かつ前記第２電極が前記終端部よりもさらに外周側に配置され、前記セパレータを介して、前記終端部と対向するように、渦捲状に捲回する工程と、を含む、非水電解液二次電池の製造方法に関する。

すなわち、本発明の非水電解質二次電池の製造方法は、例えば、正極切断工程と、負極切断工程と、切断で得られた正極と負極との間にセパレータ配し、渦捲状に捲回する電極群作製工程とを含む。正極切断工程では、複数の長尺の正極が長手方向に連なる正極連続体（正極フープとも称される）から、電極群１個あたりの正極が切り出される。負極切断工程では、複数の長尺の負極が長手方向に連なる負極連続体（負極フープとも称される）から、電極群１個あたりの負極が切り出される。正極は、長尺のシート状の正極集電体の表面に正極活物質層を設けることで形成される。負極は、長尺の負極集電体の表面に負極活物質層を設けることで形成される。正極切断工程または負極切断工程は、電極にその長さの２／３以上が非直線形状の端部が形成されるように切断する工程である。電極群作製工程では、一方の電極の非直線形状の端部を電極群の捲き終り側の終端部とし、非直線形状の終端部の外周側に他方の電極が位置するように、正極と負極とセパレータとを捲回する。

さらに、本発明の別の非水電解質二次電池の製造方法は、複数の長尺の第１電極が長手方向に連なる第１電極連続体を準備する工程と、複数の長尺の第２電極が長手方向に連なる第２電極連続体を準備する工程と、複数の長尺のセパレータの複数個分の長さを有するセパレータ連続体を準備する工程と、前記第１電極連続体と、前記第２電極連続体と、これらの間に介在する前記セパレータ連続体とを、それぞれｎ番目の第１電極、ｎ番目の第２電極およびｎ番目のセパレータに対応する、捲き始め位置から捲き終わり位置まで、渦捲状に捲回する工程と、前記ｎ番目の第１電極の捲き終わり位置で、前記ｎ番目の第１電極およびｎ＋１番目の第１電極にその長さの２／３以上が非直線形状の端部が形成されるように、前記第１電極連続体を切断する工程と、前記ｎ番目の第２電極が、前記ｎ番目の第１電極の非直線形状の端部よりもさらに外周側に配置され、前記ｎ番目の第２電極が、前記ｎ番目のセパレータを介して、前記非直線形状の端部と対向するように、前記セパレータ連続体および前記第２電極連続体の前記捲き終わり位置を、それぞれ切断する工程と、を含む。

すなわち、本発明の別の非水電解質二次電池の製造方法は、正極連続体の一部である正極と、負極連続体の一部である負極とを、これらの間にセパレータ連続体の一部を介在させて、渦捲状に捲回する電極群作製工程と、正極連続体を切断する正極切断工程と、負極連続体を切断する負極切断工程とを含む。正極切断工程または負極切断工程は、電極にその長さの２／３以上が非直線形状の端部が形成されるように切断する工程であり、非直線形状の端部は電極群の捲き終り側の終端部となる。他方の電極切断工程は、前記終端部を覆うようにさらに外周側に他方の電極を捲回した後で行われる。

上記の製造方法は、更に、前記ｎ＋１番目の第１電極およびｎ＋２番目の第１電極に直線形状の端部が形成されるように、前記第１電極連続体からｎ＋１番目の第１電極を切り出す工程と、前記ｎ＋１番目の第１電極の非直線形状の端部が捲き終わり側の終端部になるように、前記ｎ＋１番目の第１電極と、ｎ＋１番目の第２電極に対応する前記第２電極連続体の捲き始め位置から捲き終わり位置までとを、これらの間に、ｎ＋１番目のセパレータに対応するセパレータ連続体の捲き始め位置から捲き終わり位置までを介在させて、渦捲状に捲回する工程と、前記ｎ＋１番目の第２電極が、前記非直線形状の端部よりもさらに外周側に配置され、前記ｎ＋１番目の第２電極が、前記ｎ＋１番目のセパレータを介して、前記非直線形状の端部と対向するように、前記セパレータ連続体および前記第２電極連続体の前記捲き終わり位置を、それぞれ切断する工程と、を含み得る。

なお、上記の非直線形状が、その中心に対して点対称形状であるときは、切り出されたｎ＋１番目の第１電極の方向を、適宜変更することにより、電池内での非直線形状の方向が電池間で相違することを防止できる。

本発明によれば、高温環境で電池を急速充放電する場合でも、電極群の最外周付近の電極の断裂を抑制できる。よって、サイクル特性に優れた非水電解質二次電池を、生産性を損なうことなく提供することができる。

本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成および内容の両方に関し、本発明の他の目的および特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。

電極群の捲き終わり側近辺における第１電極と第２電極との位置関係を概念的に示す説明図である。 電極群の捲き終わり側近辺における第１電極と第２電極との位置関係の一例を示す断面図である。 非直線形状が三角波もしくはジグザグ形状である、第１電極の終端部の一例を示す図である。 非直線形状がノコギリ刃波形状である、第１電極の終端部の一例を示す図である。 非直線形状が交互に逆方向になるように両端で連結された複数の円弧の連続形状である、第１電極の終端部の一例を示す図である。 第１電極連続体を、１つの位置で非直線形状に切断することにより、２つの非直線形状の端部が形成される様子を示す図である。 電極群の連続的な製造プロセスの説明図である。 同製造プロセスにおける各連続体の切断位置関係を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る円筒型リチウムイオン二次電池の一部を切り欠き、一部を展開した斜視図である。

本発明の非水電解質二次電池は、長尺の第１電極と、長尺の第２電極と、第１電極と第２電極との間に介在する長尺のセパレータと、を渦捲状に捲回した電極群、および、非水電解質を備える。１つの電極群には２枚のセパレータが用いられる。具体的には、一対のセパレータの間に、第１電極または第２電極を介在させ、さらに一方のセパレータの外側に他方の電極を配置して、合計４枚のシート状部材を渦捲き状に捲回することで、電極群が得られる。電極群の形状は、断面が円形の円筒状、断面が長円形の長円筒状などである。

図１に示すように、第１電極５の形状は、長手方向（ＤL）に沿う一対の長辺と、短手方向（ＤW）に沿う一対の短辺とを有する長尺の帯状である。ただし、短辺のうち一方は、直線ではなく、非直線形状である。このような非直線形状の短辺に対応する端部５ａは、電極群の捲き終わり側に配置される。すなわち、第１電極５の最外周に配置される終端部５ａは、非直線形状である。

図１に示すように、第２電極６の形状も、長手方向（ＤL）に沿う一対の長辺と、短手方向（ＤW）に沿う一対の短辺とを有する長尺の帯状である。第２電極６の短手方向に沿う辺は、いずれも非直線形状である必要はない。

図２に、渦捲状に捲回された電極群の最外周付近の要部を断面で示す。図２の上方は電極群の内周側、下方は外周側である。第２電極６の最外周に配置される終端部６ａは、第１電極５の非直線形状の終端部５ａを外周側から少なくとも１回通過する。つまり、第２電極６は、第１電極５の非直線形状の終端部５ａよりも、さらに外周側に配置される。また、第１電極５の非直線形状の終端部５ａは、セパレータ７を介して、より外周側の第２電極６と対向している。

第１電極５の終端部５ａは、これと対向する外周側の第２電極６の破線Ｘで示す部位にテンションを加える。また、充放電サイクルにより、テンションの大きさや方向性は連続的に変化する。特に、高温環境下で急速充放電を行う場合には、充放電サイクルによるテンションの変化が大きくなる傾向がある。しかしながら、第１電極５の終端部５ａは、非直線形状であるため、このようなテンションは大きく緩和される。これは、終端部５ａを非直線形状にすることで、外周側の第２電極６に印加される応力が分散され、直線的な応力が印加されなくなるためである。よって、第２電極６に直線的な断裂は発生しにくくなる。

第１電極５は、シート状の第１集電体５ｘと、第１集電体５ｘの表面に配された第１活物質層５ｙとを含み、第２電極６は、シート状の第２集電体６ｘと、第２集電体６ｘの表面に配された第２活物質層６ｙとを含む。各活物質層は、活物質を必須成分として含み、結着剤などを任意成分として含む合剤層でもよく、活物質を集電体表面に堆積させることで形成される堆積膜でもよい。堆積膜は、蒸着やスパッタリングのように、真空または減圧環境で形成される膜でもよく、熱プラズマ環境で形成される膜でもよい。

集電体は、一対の主表面を有するシート状の導電性材料であり、活物質層は、集電体の一方の表面または両方の表面に形成される。活物質層を集電体の両方の表面に形成する場合、様々な理由から、活物質を担持しない集電体の露出部が電極に部分的に形成される。例えば、図２の第２電極６のように、終端部６ａから所定の長さまでの領域に、両面に活物質層を有さない両面集電体露出領域や、片面だけに活物質層を有する片面集電体露出領域を形成してもよい。このような露出部は、リードの接続にも利用できる。

次に、非直線形状について説明する。
非直線形状は、直線形状でなければよいが、例えば、折れ線の連続形状（a series of polyline）、曲線の連続形状（a series of curve）、または波形状を含むことが好ましい。特に、ジグザグ形状もしくは波形状のように、同じ形状が連続する場合には、外周側の第２電極に局所的な応力が印加されるのを効果的に防止できる。また、外周側の第２電極に印加される応力を均等に分散しやすくなる。

ただし、折れ線の連続形状や曲線の連続形状においては、異なる折れ線や異なる曲線のセグメントが部分的に含まれていてもよい。また、全ての折れ線または曲線のセグメントが互いに異なっていてもよい。折れ線と曲線のセグメントが混在していてもよい。

非直線形状の部分は、第１電極の短手方向の長さの２／３（６６％）以上にわたって、終端部に形成する。残部は、第１電極の短手方向ＤWと平行な直線でもよい。また、第１電極の終端部の全体が、非直線形状であることが最も好ましい。

非直線形状が波形状である場合、波形の種類は、特に限定されない。例えば、三角波（triangle wave）、ノコギリ刃波（saw tooth wave）、正弦波（sine wave）、台形波（trapezoidal wave）、矩形波（square wave）または交互に逆方向になるように両端で連結された複数の円弧の連続形状などが挙げられる。非直線形状は、これらの波形に近い形状でもよい。

図３に、三角波もしくはジグザグの形状を有する非直線形状の一例を示す。連続する３つの折り返し点Ｐ、ＱおよびＲを直線で結んだ形状は、正三角形でもよく、二等辺三角形でもよい。このような形状にすることで、外周側の第２電極に対して、破断方向と平行に直線的な応力が印加されるのを、第１電極の終端部の全体にわたって防止することが容易となる。線分ＰＱと線分ＱＲが成す角度αは、応力緩和の効果を得るとともに、鋭角になりすぎることによる先端部分からの活物質の脱落や局所的な応力集中を防止する観点から、４５〜１３５°であることが好ましい。

図４に、ノコギリ刃波の形状を有する非直線形状の一例を示す。ノコギリ刃形状は、電極の長手方向（ＤL）に平行な直線部Ｌと、直線部Ｌと角度θで交わる斜線部Ｍとで形成される。このような形状にすることで、直線部Ｌにより第２電極に印加される応力が、破断方向に対して垂直となる。よって、第２電極の破断を防止する効果を一層高くすることができる。なお、角度θは、上記と同様の点から、４５〜６７．５°であることが好ましい。

三角波の先端（点Ｑに対応）もしくはノコギリ刃波の先端（刃先）は、例えば円弧状に丸めることが好ましい。台形波や矩形波のコーナー部も同様に丸めることが好ましい。非直線形状から、尖った凸形状を無くすことで、テンションが一層分散されやすくなり、外周側の第２電極の破断を、より効果的に防止できる。非直線形状からは、少なくとも鋭角部を無くすことが好ましい。

非直線形状は、その中心に対して点対象な形状であることが好ましい。このような形状は、第１電極の連続的な製造に有利である。通常、電極は、複数の長尺の第１電極が長手方向に連なる第１電極連続体を、各電極の両端で切断することにより得られる。１つの位置を非直線形状に切断すると、２つの非直線形状の端部が形成される。このとき、非直線形状が点対称な形状であれば、非直線形状の端部を有し、かつ等価な形状を有する電極を２つ得ることができる。また、第１電極の製造において、資源のロスを低減することが容易となる。なお、図４のノコギリ刃波の形状は、中心Ｃ１に対して点対称な非直線形状である。

図５に、交互に逆方向になるように両端で連結された複数の円弧の連続形状の一例を示す。また、図６に、第１電極連続体５Ａを、１つの位置で非直線形状に切断することにより、２つの非直線形状の端部が形成される様子を示す。このような形状は、中心Ｃ２に対して点対象な形状であり、かつ尖った凸形状を有さない。よって、第１電極の連続的な製造に有利であるとともに、外周側の第２電極の破断を防止する効果も高い。正弦波の非直線形状も同様の点で好ましい。

非直線形状が波形状である場合、波高（振幅の２倍）は、３〜１５ｍｍが好ましく、５〜１０ｍｍが更に好ましい。このような波高にすることで、外周側の第２電極に印加される応力を十分に分散しつつ、第１電極の終端部の取り扱いが困難になることもない。同様の理由から、波長は、３〜４５ｍｍが好ましく、５〜３０ｍｍが更に好ましい。なお、図３〜５では、波高をＢ、波長をλで示す。

次に、本発明の非水電解質二次電池の製造方法について説明する。
まず、複数の長尺の第１電極が長手方向に連なる第１電極連続体を準備する。このような連続体は、例えば、第１電極の複数個分の長さを有する第１集電体材料の表面に、所定のパターンで第１活物質層を形成することにより得られる。次に、第１電極連続体から、長手方向における一方の端部が非直線形状である、長尺の第１電極を切り出す。すなわち、第１電極連続体から、電極群１個分の第１電極が切り出される。その際、所定の切断位置を非直線形状に切断する。

電極群の作製に供される前の、第１電極連続体の長手方向における両方の端部は、一般に直線形状である。よって、１番目の第１電極を連続体から切り出す場合、１番目の切断位置を非直線形状に切断する。次に、２番目の切断位置は、直線形状に切断する。その後、非直線形状での切断と、直線形状での切断とを交互に繰り返す。このような操作により、長手方向における一方の端部が非直線形状であり、他方の端部が直線形状である第１電極が得られる。

一方、長尺の第２電極および長尺のセパレータを、それぞれ準備する。第２電極の準備は、どのような方法で行ってもよい。ただし、第１電極と同様、複数の長尺の第２電極が長手方向に連なる第２電極連続体を作製し、その連続体から、電極群１個分の第２電極を切り出すことが効率的である。

電極群は、長尺の第１電極、長尺の第２電極および長尺のセパレータを、捲芯を用いて渦捲状に捲回することにより形成される。より詳細には、第１電極と、セパレータと、第２電極と、別のセパレータとを、この順序で、２枚のセパレータの端部を長手方向に突出させた状態で、重ね合わせる。突出したセパレータの端部を、一対の捲芯で挟み込んだ状態で、重ね合わせた第１電極、第２電極およびセパレータを捲回することにより、渦捲状の電極群が形成される。

捲回の際には、第１電極の非直線形状の端部を捲き終わり側の終端部とする。そして、第２電極を、第１電極の終端部よりもさらに外周側に配置し、セパレータを介して、第１電極の終端部と第２電極とを対向させる。その後、電極群の最外周の部材の終端部を絶縁テープなどで固定する。

より効率的で連続的な製造プロセスでは、複数の長尺の第１電極が長手方向に連なる第１電極連続体と、複数の長尺の第２電極が長手方向に連なる第２電極連続体と、複数の長尺のセパレータの複数個分の長さを有するセパレータ連続体とが用いられる。そして、各連続体の一方の端部から、電極群１個分の第１電極、第２電極およびセパレータが捲き出されるとともに、捲芯に捲き取られる。

図７は、上記のような連続的な製造プロセスの一例の説明図である。
第１電極捲き出しローラ７１からは第１電極連続体５Ａが捲き出される。第２電極捲き出しローラ７２からは第２電極連続体６Ａが捲き出される。セパレータ連続体捲き出しローラ７３、７４からは、一対のセパレータ連続体７Ａが捲き出される。捲き出された各連続体が、それぞれテンションローラ７５ａ、７５ｂ、７５ｃおよび７５ｄの表面を走行することで、各連続体に適度なテンションが付与される。その状態で、第１電極連続体５Ａと、セパレータ連続体７Ａと、第２電極連続体６Ａと、別のセパレータ連続体７Ａとが、一対の規制ローラ７６により、この順序で、重ね合わされ、捲芯７０に捲き取られる。

ｎ番目の第１電極、ｎ番目の第２電極およびｎ番目のセパレータが、それぞれの連続体から捲き出され、捲回された後、ｎ番目の第１電極の捲き終わり位置で、第１電極連続体５Ａが切断される。その際、ｎ番目の第１電極およびｎ＋１番目の第１電極に、それぞれ非直線形状の端部が形成されるように切断が行われる。次に、ｎ番目の第２電極が、ｎ番目のセパレータを介して、第１電極の非直線形状の終端部と対向するように、非直線形状の終端部よりもさらに外周側に配置される。その後、ｎ番目のセパレータおよびｎ番目の第２電極の捲き終わり位置で、第２電極連続体６Ａおよびセパレータ連続体７Ａが切断される。なお、セパレータ連続体および第２電極連続体の捲き終わり位置での切断は、第２電極を第１電極の非直線形状の終端部と対向するように配置する前に行ってもよい。

図８は、各連続体の切断位置関係の一例を模式的に示している。
各連続体は、図８の右側から、順次、切り出される。上記のような方法では、ｎ番目の第１電極を第１電極連続体５Ａから切り出す際に、ｎ番目の第１電極およびｎ＋１番目の第１電極に、それぞれ非直線形状の端部が形成される。つまり、ｎ番目の第１電極が切り出された際に形成される第１電極連続体５Ａの端部は、次の電極群の捲き終わり側の終端部とすることが望まれる。一方、ｎ番目の第２電極およびｎ番目のセパレータが切り出された際に形成される第２電極連続体６Ａおよびセパレータ連続体７Ａの端部は、いずれも次の電極群の捲き始め側の端部とすることが、製造工程として効率的である。

そこで、ｎ＋１番目の第１電極の非直線形状の端部を、捲き終わり側の終端部とするために、予め、ｎ＋１番目の第１電極を第１電極連続体５Ａから切り出してもよい。すなわち、ｎ＋１番目の第１電極およびｎ＋２番目の第１電極に直線形状の端部が形成されるように、第１電極連続体からｎ＋１番目の第１電極を切り出す工程を行ってもよい。そして、直線形状の端部が捲き始め側の端部になり、非直線形状の端部が捲き終わり側の終端部になるように、ｎ＋１番目の第１電極と、ｎ＋１番目の第２電極に対応する第２電極連続体の捲き始め位置から捲き終わり位置までとを、これらの間に、ｎ＋１番目のセパレータに対応するセパレータ連続体の捲き始め位置から捲き終わり位置までを介在させて捲回する。

次に、ｎ＋１番目の第２電極を、ｎ＋１番目の第１電極の非直線形状の終端部よりもさらに外周側に配置し、ｎ＋１番目の第２電極を、ｎ＋１番目のセパレータを介して、非直線形状の端部と対向させる。その後、セパレータ連続体および第２電極連続体の捲き終わり位置を、それぞれ切断する。ここでも、セパレータ連続体および第２電極連続体の捲き終わり位置での切断は、第２電極を第１電極の非直線形状の終端部と対向するように配置する前に行ってもよい。

ｎ番目の第１電極が切り出された際に形成される非直線形状の端部は、必ずしも、ｎ＋１番目の第１電極の捲き終わり側の終端部とする必要はない。例えば、第１電極連続体５Ａから、非直線形状の端部を僅かな幅で切除してもよい。その際の切除により、直線形状の端部を形成し、これをｎ＋１番目の第１電極の捲き始め側の端部としてもよい。

次に、本発明の非水電解質二次電池の一例として、円筒型リチウムイオン二次電池の構造について説明する。
図９は、円筒型リチウムイオン二次電池の一部を切り欠き、一部を展開した斜視図である。リチウムイオン二次電池９０は、長尺もしくは帯状の正極５と、長尺もしくは帯状の負極６とがセパレータ７を介して捲回された電極群１４を備えている。電極群１４は、非水電解質（図示せず）とともに有底円筒型の金属製電池ケース１に収容されている。正極５は、シート状の正極集電体とその表面に付着した正極活物質層とを備えている。負極６は、シート状の負極集電体とその表面に付着した負極活物質層とを備えている。ここでは、正極５の捲き終わり側の終端部５ａの形状が三角波形状もしくはジグザグ形状となっている。

電極群１４において、正極５には正極リード端子５ｂが電気的に接続され、負極６には負極リード端子６ｂが電気的に接続されている。電極群１４は、正極リード端子５ｂを導出した状態で、下部絶縁板９とともに電池ケース１に収納される。正極リード端子５ｂの端部には、封口板２が溶接される。封口板２は、正極外部端子１２と、ＰＴＣ素子および防爆弁（図示せず）の安全機構とを備えている。

下部絶縁板９は、電極群１４の底面と、電極群１４から下方へ導出された負極リード端子６ｂとの間に挟装され、負極リード端子６ｂは電池ケース１の内底面に溶接される。電極群１４の上面に上部絶縁リング（図示せず）を載置し、上部絶縁リングの上方の電池ケース１の上部側面に、環状の段部を形成する。これにより、電極群１４を電池ケース１内に固定する。次いで、所定量の非水電解質を電池ケース１内に注入し、正極リード端子５ｂを折り曲げて電池ケース１内に収容する。前記段部の上には、周縁部にガスケット１３を備えた封口板２が載置される。そして、電池ケース１の開口端部を内方にかしめ、封口して円筒型リチウムイオン二次電池を完成させる。

電極群１４は、正極５と、セパレータ７と、負極６と、別のセパレータ７とを、この順序で重ねて、捲芯（図示せず）を用いて渦捲状に捲回し、次いで捲芯を抜き取ることにより作製される。捲き始めから数周目（例えば、捲回の１〜３周目）は、２枚のセパレータ７のみが捲回された状態であってもよい。

上記のような構造は、特に、活物質の充填量を多くした正極または負極を用い、高いテンションでこれらを捲回して、高容量の電極群を作製する場合に有用である。高容量の電池は、例えば４４０００ｍＡｈ／ｋｇ以上、さらには５１０００ｍＡｈ／ｋｇ以上の容量密度（電池の公称容量を電池の質量で割った値）を有する。なお、容量密度の上限は、７５０００ｍＡｈ／ｋｇ程度である。例えば１８６５０型の高容量の円筒型電池は、公称容量が、２０００ｍＡｈ以上、好ましくは２３００ｍＡｈ以上である。よって、１８６５０型電池は上記の捲回構造に適している。

活物質の充填量を多くした正極と負極とをセパレータを介して捲回する場合、電極群の外径が大きくなりやすい。この場合、一定容積のケース内に電極群を収容するためには、捲芯で挟持したセパレータに高いテンションを付与して電極とともに捲回する必要がある。高いテンションで捲回を行うと、正極および負極とセパレータとの密着が強くなる。よって、一方の電極の終端部の形状を非直線形状にすることによる、より外周側に配置される他方の電極に対する応力の分散の効果が大きくなる。

図９では、円筒型の電極群について説明したが、電極群の形状はこれに限定されない。例えば、捲回軸に垂直な端面が長円形である、角形電池に用いる扁平形状の電極群であってもよい。

以下、本発明の各構成要素について、さらに詳細に説明する。
（正極）
正極は、シート状の正極集電体と、正極集電体の表面に付着した正極活物質層とを含む。正極集電体としては、非水電解質二次電池用途で公知の正極集電体、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、チタン、チタン合金などで形成された金属箔などが使用できる。正極集電体の材料は、加工性、実用強度、正極活物質層との密着性、電子伝導性、耐食性などを考慮して適宜選択できる。正極集電体の厚みは、例えば、１〜１００μｍ、好ましくは１０〜５０μｍである。

正極活物質層は、正極活物質の他、導電剤、結着剤、増粘剤などを含有してもよい。正極活物質としては、例えばリチウムイオンをゲストとして受け入れるリチウム含有遷移金属化合物が使用できる。例えばコバルト、マンガン、ニッケル、クロム、鉄およびバナジウムから選ばれる少なくとも一種の金属とリチウムとの複合金属酸化物、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＣｏ_xＮｉ_(1-x)Ｏ₂（０＜ｘ＜１）、ＬｉＣｏ_yＭ_1-yＯ₂（０．６≦ｙ＜１）、ＬｉＮｉ_zＭ_1-zＯ₂（０．６≦ｚ＜１）、ＬｉＣｒＯ₂、αＬｉＦｅＯ₂、ＬｉＶＯ₂などが例示できる。上記組成式において、Ｍは、Ｎａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｂ、ＳｂおよびＢよりなる群から選ばれる少なくとも１つの元素（特に、Ｍｇ及び／又はＡｌ）を示す。正極活物質は、一種で又は二種以上組み合わせて使用できる。

結着剤は、分散媒に混練により溶解又は分散できるものであれば、特に限定されない。結着剤としては、例えば、フッ素樹脂、ゴム類、アクリルポリマー又はビニルポリマー（アクリル酸メチル、アクリロニトリルなどのアクリルモノマー、酢酸ビニルなどのビニルモノマーなどのモノマーの単独又は共重合体など）などが例示できる。フッ素樹脂としては、例えばポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンと六フッ化プロピレンとの共重合体、ポリテトラフルオロエチレンなどが例示できる。ゴム類としては、アクリルゴム、変性アクリロニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）などが例示できる。結着剤は、単独で又は二種以上組み合わせて用いてもよい。結着剤は、分散媒に分散したディスパージョンの形態で使用してもよい。

導電剤としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック；天然黒鉛、人造黒鉛などの各種グラファイト；炭素繊維、金属繊維などの導電性繊維などが使用できる。

必要に応じて増粘剤を用いてもよい。増粘剤としては、エチレン−ビニルアルコール共重合体、セルロース誘導体（カルボキシメチルセルロース、メチルセルロースなど）などが例示できる。

分散媒としては、結着剤が溶解又は分散可能であれば特に制限されず、結着剤の分散媒に対する親和性に応じて、有機溶媒及び水（温水を含む）のいずれも使用できる。有機溶媒としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン；テトラヒドロフランなどのエーテル類；アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類；Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド類；ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類；テトラメチル尿素などが例示できる。分散媒は、単独で又は二種以上組み合わせて用いてもよい。

正極活物質層は、正極活物質と、必要により、結着剤、導電剤及び／又は増粘剤を、分散媒とともに混練して分散させたスラリー状の合剤を調製し、この合剤を正極集電体に付着させることにより形成できる。具体的には、正極集電体の表面に、合剤を公知のコーティング方法により塗布し、乾燥し、必要により圧延することにより正極活物質層を形成できる。正極集電体の一部には、正極活物質層が形成されずに集電体の表面が露出した部位が形成されており、この露出部に正極リードが溶接される。正極は、柔軟性に優れる方が好ましい。

合剤の塗布は、公知のコーター、例えば、スリットダイコーター、リバースロールコーター、リップコーター、ブレードコーター、ナイフコーター、グラビアコーター、ディップコーターなどを用いて行うことができる。塗布後の乾燥は、自然乾燥に近い条件で行うことが好ましいが、生産性を考慮して、７０℃〜２００℃の温度範囲で１０分間〜５時間乾燥させてもよい。活物質層の圧延は、例えば、ロールプレス機を用い、線圧１０００〜２０００ｋｇｆ／ｃｍ（１９．６ｋＮ／ｃｍ）の条件で、所定の厚みになるまで数回圧延を繰り返すことにより行うことができる。必要により、線圧を変えて圧延してもよい。

スラリー状の合剤の混練の際に、必要に応じて、各種分散剤、界面活性剤、安定剤などを添加してもよい。

正極活物質層は、正極集電体の片面又は両面に形成することができる。正極活物質層における活物質密度は、活物質としてリチウム含有遷移金属化合物を用いる場合、３〜４ｇ／ｍｌ、好ましくは３．４〜３．９ｇ／ｍｌ、３．５〜３．７ｇ／ｍｌである。
正極の厚みは、例えば、７０〜２５０μｍ、好ましくは１００〜２１０μｍである。

（負極）
負極は、シート状の負極集電体と、負極集電体の表面に付着した負極活物質層とを含む。負極集電体としては、非水電解質二次電池用途で公知の負極集電体、例えば、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金などで形成された金属箔などが使用できる。負極集電体は、加工性、実用強度、負極活物質層との密着性、電子伝導性などを考慮して、銅箔、銅合金からなる金属箔などが好ましい。集電体の形態は特に制限されず、例えば、圧延箔、電解箔などであってもよく、孔開き箔、エキスパンド材、ラス材などであってもよい。負極集電体の厚みは、例えば、１〜１００μｍ、好ましくは２〜５０μｍである。

負極活物質層は、負極活物質の他、導電剤、結着剤、増粘剤などを含有してもよい。負極活物質としては、リチウムイオンを可逆的に吸蔵及び放出し得る黒鉛型結晶構造を有する材料、例えば、天然黒鉛や球状又は繊維状の人造黒鉛、難黒鉛化性炭素（ハードカーボン）、易黒鉛化性炭素（ソフトカーボン）などの炭素材料が例示できる。特に、格子面（００２）の面間隔（ｄ００２）が０．３３５０〜０．３４００ｎｍである黒鉛型結晶構造を有する炭素材料が好ましい。さらに、ケイ素；シリサイドなどのケイ素含有化合物；スズ、アルミニウム、亜鉛、及びマグネシウムから選ばれる少なくとも一種を含むリチウム合金および各種合金組成材料を用いることもできる。

ケイ素含有化合物としては、例えば、ケイ素酸化物ＳｉＯα（０．０５＜α＜１．９５）などが挙げられる。αは、好ましくは０．１〜１．８、さらに好ましくは０．１５〜１．６である。ケイ素酸化物においては、ケイ素の一部が１または２以上の元素で置換されていてもよい。このような元素としては、例えば、Ｂ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃ、Ｎ、Ｓｎなどが挙げられる。

負極の結着剤、導電剤、増粘剤及び分散媒としては、それぞれ、正極について例示したものなどが使用できる。

負極活物質層は、結着剤などを併用した前記コーティングに限らず、公知の方法により形成することができる。例えば、負極活物質を、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などの気相法により集電体表面に堆積させることにより形成してもよい。また、正極活物質層と同様の方法により、負極活物質と、結着剤と、必要により導電材とを含むスラリー状の合剤を用いて、形成してもよい。

負極活物質層は、負極集電体の片面に形成してもよく、両面に形成してもよい。活物質として炭素材料を含む活物質を用いて形成される負極活物質層において、活物質密度は、１．３〜２ｇ／ｍｌ、好ましくは１．４〜１．９ｇ／ｍｌ、さらに好ましくは１．５〜１．８ｇ／ｍｌである。
負極の厚みは、例えば、１００〜２５０μｍ、好ましくは１１０〜２１０μｍである。柔軟性を有する負極が好ましい。

（セパレータ）
セパレータの厚みは、例えば、５〜３５μｍの範囲から選択でき、好ましくは１０〜３０μｍ、又は１２〜２０μｍであってもよい。セパレータの厚みが小さすぎると、電池内部で、微小な短絡が発生しやすくなり、大きすぎると、正極及び負極の厚みを小さくする必要が生じ、電池容量が不十分となる場合がある。

セパレータ材料は、ポリオレフィン系材料または、ポリオレフィン系材料と耐熱性材料の組み合わせとする。セパレータとして汎用されているポリオレフィン多孔膜では、電池温度がある温度まで上昇した場合、ポリオレフィンが軟化することにより膜の細孔が目詰まりしてイオン伝導性が消失し電池反応が停止する、いわゆるシャットダウン機能を持つ。しかし、シャットダウン後も電池温度が上昇した場合には、ポリオレフィンが溶融するメルトダウンが生じ、結果として、正負極間で短絡が起こる。シャットダウン及びメルトダウンは、双方とも、セパレータを構成する樹脂の軟化又は溶融特性に起因する。そのため、シャットダウン機能を高めながら、メルトダウンを効果的に防止するために、ポリオレフィン多孔膜と、耐熱性多孔膜とを組み合わせた複合膜を、セパレータとして使用してもよい。

ポリオレフィン多孔膜としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体の多孔膜などが例示できる。これらの樹脂は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。必要により、他の熱可塑性ポリマーを、ポリオレフィンと併用してもよい。

ポリオレフィン多孔膜は、ポリオレフィンからなる多孔フィルムであってもよく、ポリオレフィン繊維で形成された織布又は不織布であってもよい。なお、多孔フィルムは、例えば、溶融樹脂をシート化し、一軸又は二軸延伸することにより形成される。また、ポリオレフィン多孔膜は、それぞれ、単一の層（１層の多孔質ポリオレフィン層からなる多孔膜）であってもよく、複数の多孔質ポリオレフィン層を含んでもよい。

耐熱性多孔膜としては、耐熱性樹脂または無機フィラーの単体膜、または、耐熱性樹脂と無機フィラーとの混合体を用いることができる。

耐熱性樹脂としては、ポリアリレート、アラミドなどの芳香族ポリアミド（全芳香族ポリアミドなど）；ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエステルイミドなどのポリイミド樹脂；ポリエチレンテレフタレートなどの芳香族ポリエステル；ポリフェニレンサルファイド；ポリエーテルニトリル；ポリエーテルエーテルケトン；ポリベンゾイミダゾールなどが挙げられる。耐熱性樹脂は、一種で又は二種以上組み合わせて使用できる。非水電解質保持力および耐熱性の観点から、アラミド、ポリイミド、ポリアミドイミドなどが好ましい。

具体的には、耐熱性樹脂としては、アメリカ材料試験協会の試験法ＡＳＴＭ−Ｄ６４８に準拠した荷重たわみ温度測定において、荷重１．８２ＭＰａで算出される熱変形温度が２６０℃以上である樹脂などが例示できる。熱変形温度の上限は特に制限されないが、セパレータの特性および樹脂の熱分解性などの点から、４００℃程度である。熱変形温度が高いほど、ポリオレフィン多孔膜に熱収縮などが生じても、セパレータ形状の維持が容易である。熱変形温度が２６０℃以上の樹脂を用いることにより、過熱時の蓄熱により電池温度が上昇した場合（通常１８０℃程度）でも、十分に高い熱安定性を発揮することができる。

無機フィラーとしては、例えば、酸化鉄などの金属酸化物；シリカ、アルミナ、チタニア、ゼオライトなどのセラミックス類；タルク、マイカなどの鉱物系フィラー；活性炭、炭素繊維などの炭素系フィラー；炭化ケイ素などの炭化物；窒化ケイ素などの窒化物；ガラス繊維、ガラスビーズ、ガラスフレークなどが例示できる。無機フィラーの形態は特に制限されず、粒状又は粉末状、繊維状、フレーク状、塊状などであってもよい。無機フィラーは、一種で又は二種以上組み合わせて使用できる。

耐熱性多孔膜に、耐熱性樹脂と無機フィラーを含ませる場合、無機フィラーの割合は、耐熱性樹脂１００重量部に対して、例えば、５０〜４００重量部、好ましくは８０〜３００重量部である。無機フィラーが多いほど、耐熱性多孔膜の硬度及び摩擦係数が高くなり、表面の滑り性は低くなる。

耐熱性多孔膜の厚みは、内部短絡に対する安全性と電気容量とのバランスの観点から、１〜１６μｍ、好ましくは２〜１０μｍである。厚みが小さすぎると、高温環境下におけるポリオレフィン多孔膜の熱収縮に対する抑止効果が低くなる。耐熱性多孔膜は、空隙率及びイオン伝導性が比較的低いため、厚みが大きすぎると、インピーダンスが上昇し、充放電特性が低下してしまう。

ポリオレフィン多孔膜と耐熱性多孔膜との複合膜の場合、ポリオレフィン多孔膜の厚みは、捲芯の抜き取り性及びシャットダウン性の点から、２〜１７μｍ、好ましくは３〜１０μｍである。耐熱性多孔膜は、ポリオレフィン多孔膜よりも硬いため、ポリオレフィン多孔膜の厚みより小さいことが好ましい。ただし、ポリオレフィン多孔膜の厚みが大きすぎると、電池が高温となった場合に、ポリオレフィン多孔膜が大きく収縮し、耐熱性多孔層が引っ張られやすい。ポリオレフィン多孔膜の厚みは、耐熱性多孔膜の厚みに対して、例えば、１．５〜８倍、好ましくは２〜７倍、さらに好ましくは３〜６倍である。

ポリオレフィン多孔膜における空隙率は、例えば、２０〜８０％、好ましくは３０〜７０％である。また、ポリオレフィン多孔膜における平均孔径は、イオン伝導性と機械的強度との両立の観点から、０．０１〜１０μｍの範囲から選択でき、好ましくは０．０５〜５μｍである。耐熱性多孔膜の空隙率は、リチウムイオンの移動性を十分に確保する観点から、例えば、２０〜７０％、好ましくは２５〜６５％である。

セパレータは、慣用の添加剤（酸化防止剤など）を含有してもよい。添加剤は、耐熱性多孔膜、並びにポリオレフィン多孔膜のいずれに含有させてもよい。このような酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤、リン酸系酸化防止剤及び硫黄系酸化防止剤よりなる群から選ばれた少なくとも１種が挙げられる。フェノール系酸化防止剤と、リン酸系酸化防止剤又は硫黄系酸化防止剤とを併用してもよい。硫黄系酸化防止剤は、ポリオレフィンとの相溶性が高い。そのため、ポリオレフィン多孔膜（ポリプロピレン多孔膜など）に含有させることが好ましい。

フェノール系酸化防止剤としては、例えば、２，６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール、２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−エチルフェノール、トリエチレングリコール−ビス［３−（３−ｔ−ブチル−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート］、ｎ−オクタデシル−３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート等のヒンダードフェノール化合物が例示できる。硫黄系酸化防止剤としては、ジラウリルチオジプロピオネート、ジステアリルチオジプロピオネート、ジミリスチルチオジプロピオネートなどが例示できる。リン酸系酸化防止剤としては、トリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ホスファイトなどが好ましい。

（非水電解質）
非水電解質は、非水溶媒にリチウム塩を溶解することにより調製される。非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートなどの環状カーボネート；ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート；γ−ブチロラクトンなどのラクトン；１，２−ジクロロエタンなどのハロゲン化アルカン；１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジメトキシプロパンなどのアルコキシアルカン；４−メチル−２−ペンタノンなどのケトン；１，４−ジオキサン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフランなどのエーテル；アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル；スルホラン、３−メチル−スルホラン；ジメチルホルムアミドなどのアミド；ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド；リン酸トリメチル、リン酸トリエチルなどのリン酸アルキルエステルなどが例示できる。非水溶媒は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。

リチウム塩としては、電子吸引性の強いリチウム塩、例えば、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＮ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₂、ＬｉＮ（ＳＯ₂Ｃ₂Ｆ₅）₂、ＬｉＣ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₃などが挙げられる。リチウム塩は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。非水電解質中のリチウム塩の濃度は、例えば、０．５〜１．５Ｍ、好ましくは０．７〜１．２Ｍである。

非水電解質には、適宜添加剤を含有させてもよい。例えば、正極または負極の表面に良好な皮膜を形成させたりするために、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、シクロヘキシルベンゼン（ＣＨＢ）、およびこれらの変性体などを用いてもよい。リチウムイオン二次電池が過充電状態になったときに作用する添加剤として、例えば、ターフェニル、シクロヘキシルベンゼン、ジフェニルエーテルなどを使用してもよい。添加剤は、一種で又は二種以上組み合わせて用いてもよい。これらの添加剤の割合は、特に制限されないが、例えば、非水溶電解質に対して０．０５〜１０重量％程度である。

電池ケースとしては、上端が開口している円筒型ケースや角形ケースが挙げられる。ケースの材質は、耐圧強度の観点から、マンガン、銅等の金属を微量含有するアルミニウム合金、安価なニッケルメッキを施した鋼鈑などが好ましい。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。尚、ここで述べる内容は、本発明の例示に過ぎず、本発明は実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
（１）正極（第１電極）の作製
適量のＮ−メチル−２−ピロリドンに、正極活物質としてコバルト酸リチウムを１００重量部、導電剤としてアセチレンブラックを２重量部、及び結着剤としてポリフッ化ビニリデン樹脂を３重量部加えて混練し、スラリー状の合剤を調製した。このスラリーを、正極複数個分の長さを有する帯状のアルミニウム箔（厚さ１５μｍ）の両面に対して、正極１個分毎に、間欠的に塗布し、乾燥した。次いで、線圧１０００ｋｇｆ／ｃｍ（９．８ｋＮ／ｃｍ）で、２〜３回圧延を行い、厚みを１８０μｍに調整した。得られた正極連続体から幅５７ｍｍ、長さ６２０ｍｍのサイズの正極を切り出すことにより、正極５を得た。この際、捲き終わり側の終端部５ａを、図３に示すようなジグザグ構造に切断した。捲き始め側の端部は直線形状とした。正極活物質層の活物質密度は、３．６ｇ／ｍｌであった。
波高Ｂは１０ｍｍ、波長λは１０ｍｍとした。このとき、図３の線分ＰＱと線分ＱＲが成す角度αに対応する角度は約５３．２°となる。

正極活物質層が配されていないアルミニウム箔の露出部には、アルミニウム製の正極リード端子５ｂを超音波溶接した。超音波溶接された部分には、正極リード端子５ｂを覆うように、ポリプロピレン樹脂製の絶縁テープを貼り付けた。

（２）負極（第２電極）の作製
適量の水に、負極活物質としてリチウムを吸蔵及び放出可能な鱗片状黒鉛を１００重量部、結着剤としてスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）の水性ディスパージョンを固形分として１重量部、増粘剤としてカルボキシメチルセルロースナトリウムを１重量部加えて混練し、スラリー状の合剤を調製した。このスラリーを、負極複数枚分の長さを有する帯状の銅箔（厚さ１０μｍ）の両面に対して、負極１枚分毎に、間欠的に塗布し、１１０℃で３０分間乾燥した。次いで、線圧１１０ｋｇｆ／ｃｍ（１．０８ｋＮ／ｃｍ）で、２〜３回圧延を行い、厚みを１７４μｍに調整した。得られた負極連続体から幅５９ｍｍ、長さ６４５ｍｍのサイズの負極を切り出すことにより、負極６を得た。この際、捲き始め側および捲き終り側の端部は、いずれも直線形状とした。負極活物質層の活物質密度は、１．６ｇ／ｍｌであった。

負極活物質層が配されていない銅箔の露出部には、ニッケル製の負極リード端子６ｂを抵抗溶接した。抵抗溶接された部分には、負極リード端子６ｂを覆うように、ポリプロピレン樹脂製の絶縁テープを貼り付けた。

（３）セパレータの作製
ポリエチレン多項膜とアラミド製の耐熱性多孔膜との複合膜を作製した。具体的には、ポリエチレン多孔膜（厚み１６．５μｍ）の一方の表面に、セパレータの厚みが２０μｍとなるような割合で、塩化カルシウムを含むアラミドのＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶液を塗布し、その後、乾燥させた。さらに、得られた積層体を水洗して塩化カルシウムを除去することにより、アラミドを含む層に微孔を形成し、乾燥させ、耐熱性多孔膜とした。得られたセパレータ７を、幅６０．９ｍｍ、かつ正極および負極より十分に長いサイズにカットした。

なお、アラミドのＮＭＰ溶液は、次のようにして調製した。
まず、反応槽内で、適量のＮＭＰに対し、所定量の乾燥した無水塩化カルシウムを添加し、加温して完全に溶解させた。この塩化カルシウムのＮＭＰ溶液を常温に戻した後、パラフェニレンジアミン（ＰＰＤ）を所定量添加し、完全に溶解させた。次に、溶液にテレフタル酸ジクロライド（ＴＰＣ）を、少しずつ滴下し、重合反応によりポリパラフェニレンテレフタルアミド（ＰＰＴＡ）を合成した。反応終了後、減圧下で３０分間撹拌して脱気した。得られた重合液を、さらに、塩化カルシウムのＮＭＰ溶液にて、適宜希釈することにより、アラミド樹脂のＮＭＰ溶解液を調製した。

（４）電極群の作製
正極５と負極６とを、これらの間に、セパレータ７を介在させて、渦捲状に捲回して電極群１４を構成した。具体的には、正極５と、セパレータ７と、負極６と、別のセパレータ７とを、この順序で、２枚のセパレータの長手方向における端部を、正極５および負極６よりも突出させた状態で、重ね合わせた。突出した２枚のセパレータの端部を、一対の捲芯で挟持し、捲芯を捲回軸として積層物を捲回することにより、渦捲状の電極群１４を形成した。その際、正極の非直線形状の終端部よりも、さらに外周側に負極を配置し、非直線形状の終端部に負極を対向させた。捲回後、セパレータを裁断し、捲芯による挟持を緩め、電極群から捲芯を抜き取った。
なお、電極群において、セパレータの長さは、それぞれ７００〜７２０ｍｍであった。

（５）非水電解質二次電池の作製
電極群１４を用いて、図９に示すような円筒型リチウムイオン二次電池を作製した。
まず、ニッケルメッキした鋼鈑（肉厚０．２０ｍｍ）から、プレス成型により作製した金属製の電池ケース（直径１７．８ｍｍ、総高６４．８ｍｍ）１に、電極群１４および下部絶縁板９を収納した。このとき、下部絶縁板９は、電極群１４の底面と電極群１４から下方に導出された負極リード端子６ｂとの間に挟持させた。負極リード端子６ｂは、電池ケース１の内底面と抵抗溶接した。

電池ケース１に収容された電極群１４の上面に上部絶縁リングを載置した。上部絶縁リングの上方かつ電池ケース１の上部側面に、環状の段部を形成し、電極群１４をケース１内に固定した。電池ケース１の上方に導出した正極リード端子５ｂは、封口板２にレーザー溶接した。次いで、電池ケース１に非水電解質を注液した。

なお、非水電解質は、エチレンカーボネート（ＥＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）との混合溶媒（容積比２：１）に、ＬｉＰＦ₆を１．０Ｍの濃度となるように溶解し、シクロヘキシルベンゼンを０．５重量％添加することにより調製した。

次いで、正極リード端子５ｂを屈曲させて、電池ケース１内に収容し、環状の段部の上方に、周縁部にガスケット１３を備えた封口板２を載置した。そして、電池ケース１の開口端部を内方にかしめ、封口することにより、電池を完成させた。この電池は、直径１８．１ｍｍ、高さ６５．０ｍｍの１８６５０型であり、公称容量２８００ｍＡｈである。同じ円筒型リチウムイオン二次電池を３００個作製した。

（実施例２）
正極５の終端部５ａを、図４に示すような形状に切断したこと以外は、実施例１と同様にして非水電解質二次電池を３００個作製した。
図４の直線部Ｌと斜線部Ｍが成す角度θに対応する角度は４５°とした。
また、波高Ｂは１０ｍｍ、波長λは１０ｍｍとした。

（実施例３）
正極５の終端部５ａを、図５に示すような形状に切断したこと以外は、実施例１と同様にして非水電解質二次電池を３００個作製した。
波高Ｂは１０ｍｍ、波長λは２０ｍｍとした。

（比較例１）
正極５の終端部を、通常の直線形状に切断したこと以外は、実施例１と同様にして非水電解質二次電池を３００個作製した。

実施例および比較例の電池について、充放電特性を評価した。
充放電試験は、４５℃の恒温槽中で、充電レート０．８Ｃ相当、放電レート１Ｃ相当として行った。放電容量はサイクルごとに測定し、５００サイクルまで測定を行った。５００サイクル経過した電池の放電容量の、初期放電容量に対する容量維持率を算出した。そして、電池３００個の容量維持率の平均値を求めた。結果を表１に示す。

実施例１〜３においては、充放電サイクルの途中における急激な容量低下がなく、５００サイクル経過後に電池を分解して観察しても、電極の断裂は全く発生していなかった。

それに対して、比較例１においては、３００個中３９個が２００サイクル経過までに急激な容量低下を起こした。なお、比較例１の容量維持率は、２６１個の電池の平均値である。急激な容量低下を起こした電池を分解して電極を観察すると、すべての電池で、最外周の負極において、内側の正極の終端部と対向する部分が完全に断裂していた。また、５００サイクル経過までに急激な容量低下が起こらなかった比較例１の電池を１０個任意に選び、分解した。そして、電極を観察すると、全ての電池で、完全な切断までは至らないものの、部分的な断裂が観察された。

これらの結果は、正極の終端部の形状を非直線形状にすることで、充放電サイクル時における最外周の負極への応力が分散もしくは緩和されることを示している。これにより、最外周の負極の断裂が抑制されたものと考えられる。実施例１〜３においても、容量維持率には差が見られるが、これは正極の終端部の形状によるものと思われる。各実施例の電池を分解して観察しても、上記したように、負極の断裂は全く発生していなかったが、目視では判別できない集電体の金属疲労の微妙な差が生じているものと考えられる。

なお、上記実施例では、正極の終端部の非直線形状を、同形状が周期的に連続する形状もしくは点対象な形状としたが、これに限定されない。例えば、異なった形状の組み合わせにしてもよく、非対称な形状でもよい。また、実施例の電極群では、負極を最外周に配置したが、正極を最外周に配置した場合であっても、同様の効果が得られる。

本発明は、長尺の正極と、長尺の負極と、これらの間に介在する長尺のセパレータとを、渦捲状に捲回した電極群を備える非水電解質二次電池に有用であり、活物質の充填量を多くした正極または負極を用いる高容量な非水電解質二次電池に特に有用である。

本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形および改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、すべての変形および改変を包含する、と解釈されるべきものである。

１：電池ケース、２：封口板、５：第１電極（正極）、５Ａ：第１電極連続体、５ａ：終端部、５ｂ：正極リード端子、６：第２電極（負極）、６Ａ：第２電極連続体、６ｂ：負極リード端子、７：セパレータ、７Ａ：セパレータ連続体、９：下部絶縁板、１２：正極外部端子、１３：ガスケット、１４：電極群、７０：捲芯、７１：第１電極捲き出しローラ、７２：第２電極捲き出しローラ、７３、７４：セパレータ連続体捲き出しローラ、７５：テンションローラ、７６：規制ローラ、９０：リチウムイオン二次電池

Claims (8)

1. 長尺の第１電極と、長尺の第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に介在する長尺のセパレータと、を渦捲状に捲回した電極群、および、非水電解質を備え、
   前記第１電極は、シート状の第１集電体と、前記第１集電体の表面に配された第１活物質層とを含み、
   前記第２電極は、シート状の第２集電体と、前記第２集電体の表面に配された第２活物質層とを含み、
   前記電極群の捲き終わり側の前記第１電極の終端部が、その長さの２／３以上にわたって非直線形状であり、かつ、前記終端部よりもさらに外周側に配置される前記第２電極と前記セパレータを介して対向している、非水電解質二次電池。
2. 前記非直線形状が、折れ線または曲線の連続形状を含む、請求項１記載の非水電解質二次電池。
3. 前記非直線形状が、波形状を含む、請求項１記載の非水電解質二次電池。
4. 前記波形状が、三角波、ノコギリ刃波、正弦波、台形波、矩形波または交互に逆方向になるように両端で連結された複数の円弧の連続形状である、請求項３記載の非水電解質二次電池。
5. 前記非直線形状が、その中心に対して点対称形状である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池。
6. 複数の長尺の第１電極が長手方向に連なる第１電極連続体を準備する工程と、
   前記第１電極連続体から、長手方向における一方の端部がその長さの２／３以上にわたって非直線形状である、長尺の第１電極を切り出す工程と、
   長尺の第２電極を準備する工程と、
   長尺のセパレータを準備する工程と、
   前記第１電極と、前記第２電極と、これらの間に介在する前記セパレータとを、前記第１電極の非直線形状の端部が捲き終わり側の終端部になり、かつ前記第２電極が前記終端部よりもさらに外周側に配置され、前記セパレータを介して、前記終端部と対向するように、渦捲状に捲回する工程と、を含む、非水電解液二次電池の製造方法。
7. 複数の長尺の第１電極が長手方向に連なる第１電極連続体を準備する工程と、
   複数の長尺の第２電極が長手方向に連なる第２電極連続体を準備する工程と、
   複数の長尺のセパレータの複数個分の長さを有するセパレータ連続体を準備する工程と、
   前記第１電極連続体と、前記第２電極連続体と、これらの間に介在する前記セパレータ連続体とを、それぞれｎ番目の第１電極、ｎ番目の第２電極およびｎ番目のセパレータに対応する、捲き始め位置から捲き終わり位置まで、渦捲状に捲回する工程と、
   前記ｎ番目の第１電極の捲き終わり位置で、前記ｎ番目の第１電極およびｎ＋１番目の第１電極にその長さの２／３以上が非直線形状の端部が形成されるように、前記第１電極連続体を切断する工程と、
   前記ｎ番目の第２電極が、前記非直線形状の端部よりもさらに外周側に配置され、前記ｎ番目の第２電極が、前記ｎ番目のセパレータを介して、前記非直線形状の端部と対向するように、前記セパレータ連続体および前記第２電極連続体の前記捲き終わり位置を、それぞれ切断する工程と、を含む、非水電解液二次電池の製造方法。
8. 更に、前記ｎ＋１番目の第１電極およびｎ＋２番目の第１電極に直線形状の端部が形成されるように、前記第１電極連続体からｎ＋１番目の第１電極を切り出す工程と、
   前記ｎ＋１番目の第１電極の非直線形状の端部が捲き終わり側の終端部になるように、前記ｎ＋１番目の第１電極と、ｎ＋１番目の第２電極に対応する前記第２電極連続体の捲き始め位置から捲き終わり位置までとを、これらの間に、ｎ＋１番目のセパレータに対応するセパレータ連続体の捲き始め位置から捲き終わり位置までを介在させて、渦捲状に捲回する工程と、
   前記ｎ＋１番目の第２電極が、前記非直線形状の端部よりもさらに外周側に配置され、前記ｎ＋１番目の第２電極が、前記ｎ＋１番目のセパレータを介して、前記非直線形状の端部と対向するように、前記セパレータ連続体および前記第２電極連続体の前記捲き終わり位置を、それぞれ切断する工程と、を含む、請求項７記載の非水電解液二次電池の製造方法。

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