JP5417241B2 - 角形リチウムイオン二次電池および角形リチウムイオン二次電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は角形リチウムイオン二次電池に関する。

従来、再充電可能な二次電池の分野では、鉛電池、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池等の水溶液系電池が主流であった。しかしながら、電気機器の小型化、軽量化が進むにつれ、高エネルギー密度を有するリチウム二次電池が着目され、その研究、開発及び商品化が急速に進められた。結果として、現在では、携帯電話やノートパソコン向けに小型民生用リチウム二次電池が広く普及している。

一方、地球温暖化や枯渇燃料の問題から電気自動車（ＥＶ）や駆動の一部を電気モーターで補助するハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）が各自動車メーカーで開発され、その電源として高容量で高出力な二次電池が求められるようになってきた。
このような要求に合致する電源としても、高電圧を有する非水溶液系のリチウム二次電池が注目されており、特に、角形リチウムイオン二次電池はパック化した際の体積効率が優れているため、ＨＥＶ用あるいはＥＶ用として角形リチウムイオン二次電池の開発への期待が高まっている。
ＨＥＶ用あるいはＥＶ用角形リチウムイオン二次電池は、小型民生用リチウム二次電池に比べて大きな電流（負荷）が求められており、電流を効率よく取り出すために電極の形状が小型民生用リチウム二次電池とは異なっている。

ＨＥＶ用あるいはＥＶ用として角形リチウムイオン二次電池は、金属箔の両面に活物質合剤層を形成した正極電極および負極電極と、正、負電極を絶縁するセパレータとを捲回して扁平形捲回電極群を構成している。
正極電極、負極電極には、それぞれ、幅方向（捲回軸方向）の一側縁に沿って、活物質合剤層が塗布されていない金属露出部が形成されており、各金属露出部には集電体が溶接されている。
扁平形捲回電極群をこのような形状にすることで、効率よく電流を取り出すことができる。

角形リチウムイオン二次電池を含め、リチウムイオン電池は、正極活物質合剤層から供給されるリチウムイオンを全て受け入れるために、負極活物質合剤層の幅は、正極活物質合剤層の幅よりも広く形成され、負極活物質合剤層と正極金属露出部とが対向する部分が必ず存在し、短絡事故に対する充分な配慮が必要である。
短絡の原因としては、製造工程で発生する金属粉や脱落した活物質粉の混入、あるいはリチウムデンドライト形成が挙げられる。

短絡防止のために、特許文献１記載のリチウムイオン二次電池は、正極金属露出部が幅方向両側縁に沿って形成されており、負極金属露出部に対向する正極金属露出部には絶縁層が形成されている。

特開２００９−３７８３３号公報

特許文献１の対策では、負極金属露出部の溶接時に発生する金属粉による短絡が防止されるが、正極金属露出部については全く効果がない。

（１）請求項１による角形リチウムイオン二次電池は、金属箔の両面に活物質合剤層を形成した正極板および負極板と、該正極板および負極板を絶縁するセパレータとを重ねて扁平形状に捲回した扁平形捲回電極群と、前記正極板および負極板にそれぞれ接続された正負極集電体とを備え、前記正極板には、前記扁平形捲回電極群の捲回軸方向の一側縁に沿って前記活物質合剤層が形成されていない金属露出部が設けられ、前記負極板には、前記正極板の金属露出部とは反対側の側縁に沿って、前記活物質合剤層が形成されていない金属露出部が設けられ、前記集電体は、前記金属露出部を束ねた状態で、前記正極板、負極板に溶接された角形リチウムイオン二次電池において、前記負極活物質合剤層と対向する前記正極金属露出部には絶縁層が形成され、前記絶縁層の厚さは前記正極活物質合剤層の厚さ以下であり、前記絶縁層の側縁が前記負極活物質合剤層の側縁を越えて突出し、前記絶縁層の側縁が前記セパレータの側縁から突出し、かつ、前記絶縁層の側縁が前記セパレータの側縁から突出する量が２ｍｍ以下であり、前記セパレータの側縁は、前記正極活物質合剤層の側縁および前記負極活物質合剤層の側縁よりも突出していることを特徴とする。
（２）請求項２による角形リチウムイオン二次電池は、正極金属箔の両面において、前記正極金属箔が露出する正極金属露出部が一側縁に設けられるように正極活物質合剤層を形成した正極板と、負極金属箔の両面において、前記負極金属箔が露出する負極金属露出部が一側縁に設けられ、かつ前記正極活物質合剤層が全て対向するように負極活物質合剤層を形成した負極板とをセパレータで絶縁しつつ積層して成る発電要素と、前記積層されている正極板の前記正極金属露出部を一体化して集電する正極集電体と、前記積層されている負極板の前記負極金属露出部を一体化して集電する負極集電体とを備え、前記正極板の両面において、前記正極活物質合剤層と前記正極金属露出部との境界に帯状に絶縁層を形成し、前記セパレータの側縁は、前記正極活物質合剤層の側縁および前記負極活物質合剤層の側縁よりも突出しており、前記絶縁層の側縁が前記負極活物質合剤層の側縁を越えて突出し、前記絶縁層の側縁が前記セパレータの側縁から突出し、前記絶縁層の側縁が前記セパレータの側縁から突出する量は２ｍｍ以下であることを特徴とする。
（３）上記（２）のリチウムイオン二次電池では、絶縁層を、正極板の両面において、負極活物質合剤層が正極活物質合剤層からはみ出す領域と対向する正極金属露出部の領域に形成するとさらに絶縁性能が向上する。
（４）上記（２）（３）のリチウムイオン二次電池では、正極活物質合剤層および絶縁層の厚みを等しくすることが好ましい。
（５）本発明による角形リチウムイオン二次電池の製造方法は、ホットメルトコーティング方式によって絶縁性樹脂を前記正極金属箔の表裏面に塗布して前記絶縁層を形成する工程を含むことを特徴とする。
（６）このような製造方法にあっては、前記正極活物質合剤層および前記絶縁層をプレスによって一定の厚みにする工程を含めるのが好ましい。

本発明によれば、負極活物質合剤層と正極金属露出部（正極未塗工部）との短絡を防止することができる。

実施の形態の角形電池の外観を示す斜視図。 図１の角形電池の分解斜視図。 図１の扁平形捲回電極群を示す斜視図。 本発明による角形リチウムイオン二次電池の実施の形態における正極板、負極板、セパレータの関係を示す平面図。 図４の正極板の絶縁層の作製方法を示す縦断面図。 図５のVI矢視拡大図。 図４のVII方向から見た正極板を示す拡大断面図。 実施の形態の正極板接続前の扁平形捲回電極群を示す断面図。 実施の形態の正極板接続後の扁平形捲回電極群を示す断面図。 正極活物質合剤層、負極活物質合剤層および絶縁層の各側縁間の位置関係を示す拡大断面図。 同実施の形態の実施例と比較例の評価結果を示す表。

図１〜図１１を参照して、本発明による角形リチウムイオン二次電池の実施形態を説明する。
［角形電池の説明］
図１および図２において、角形電池２０は、電池容器１３内に絶縁シート１２を介して扁平形捲回電極群１２０（図３参照）を収納して構成される。電池容器１３の矩形開口は、矩形形状の電池蓋９を電池容器１３にレーザ溶接して封止されている。電池蓋９には、正極外部端子８と、負極外部端子７とが設けられている。外部端子７，８を介して外部負荷に電力が供給され、あるいは、外部端子７，８を介して外部発電電力が捲回電極群１２０に充電される。

電池蓋９には、電池容器１３内に電解液を注入する注液口１１が穿設され、注液口１１は、電解液注入後に注液栓１９によって封止されている。電池蓋９にはガス排出弁１０も設けられている。電池容器内の圧力が上昇すると、ガス排出弁１０が開いて内部からガスが排出され、電池容器内の圧力が低減される。

捲回電極群１２０は、図３に示すように、正負極板１２２，１２４をセパレータ１２１を介在させつつ扁平状に捲回して成る。正負極板１２２，１２４は正負極集電箔ＡＦ，ＣＦ上に活物質が塗布された活物質合剤層１２３，１２５を形成したものであり、その幅方向（捲回方向に直交する方向）の両端部には、活物質合剤を塗布しない未塗工部１２２Ａ，１２４Ａがそれぞれ設けられている。集電箔が露出する未塗工部１２２Ａ，１２４Ａには集電体６，５が電気的に接続され、集電体６，５は、正負極外部端子８，７に接続されている。集電体６，５と外部端子８，７は、図示しない絶縁材によって電池蓋９と電気的に絶縁されている。また、電池蓋９の貫通孔には図示しないシール材が設けられ、電池容器からの液漏れを防止している。

電池容器１３、電池蓋９は、共にアルミニウム合金で製作されている。正極側の集電体６、外部端子８はアルミニウム合金で製作され、負極側の集電体５、外部端子７は銅合金で製作されている。

［捲回電極群］
捲回電極群１２０について、図３および図４を参照してさらに説明する。
図３に示すように、捲回電極群１２０は、セパレータ１２１を挟んで正極板１２２と負極板１２４とを図示しない軸芯の周りに扁平形状に捲回して構成されている。正極板１２２はアルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔を基材としている。負極板１２４は銅箔もしくは銅合金箔を基材としている。また、セパレータ１２１は多孔質のポリエチレン樹脂である。

捲回に際して、セパレータ１２１が複数回捲回されて軸芯が形成され、この軸芯の周りに、正極板１２２、負極板１２４、セパレータ１２１ともに、長さ方向に所定の荷重をかけて伸展しつつ、正負極板の端面およびセパレータ１２１の側縁が一定位置になるように蛇行制御する。

正極板１２２の基材であるアルミニウム箔ＡＦの両面には、正極活物質が塗布された正極活物質合剤層１２３が設けられている。負極板１２４の基材である銅箔ＣＦの両面には、負極活物質が塗布された負極活物質合剤層１２５が設けられている。捲回電極群１２０の正極板１２２の長手方向に延在する一側縁には、正極活物質が塗布されていない、アルミニウム箔ＡＦが露出した正極金属露出部(未塗工部あるいは正極リードとも呼ぶ)１２２Ａが連続して設けられている。負極板１２４の長手方向に延在する他側縁には、負極活物質が塗布されてない、銅箔ＣＦが露出した負極金属露出部(未塗工部あるいは負極リードとも呼ぶ)１２４Ａが連続して設けられている。正負極板１２２，１２４は、後述するように、正負極金属露出部１２２Ａ，１２４Ａにおいて、正負極集電体６，５にそれぞれ接続される。

―正極板―
正極活物質合剤層１２３は、リチウム含有複酸化物粉末と、導電材として鱗片状黒鉛と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）とを重量比８５：１０：５で混合し、これに分散溶媒のＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を添加、混練したスラリを、厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に塗布、乾燥プレスして形成した。

本発明の角形リチウムイオン二次電池は、両極板間の絶縁性をさらに確実にすることを目的とし、次に説明する絶縁性樹脂層を設けている。

―絶縁性樹脂層―
正極板１２２には、正極金属露出部１２２Ａと正極活物質合剤層１２３との境界に絶縁層１２２Ｂが形成されている。絶縁層１２２Ｂは、絶縁性樹脂をホットメルトコーティング方式によって塗布して形成することができる。絶縁層１２２Ｂを樹脂層とも呼ぶ。

絶縁性樹脂は、後述する電解液によって劣化しない熱可塑性樹脂が用いられる。また、捲回電極群１２０の捲回工程には、真空中での加熱乾燥工程が含まれるため、絶縁性樹脂は、その加熱温度（例えば１２０度）より高い軟化温度を有する素材が用いられる。このような樹脂としては、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、エチレン共重合樹脂などが挙げられる。

図５および図６は、絶縁性樹脂層１２２Ｂの形成工程を説明する図である。なお、図６は図５のVI方向から見た図である。図５に示すように、アルミニウム箔ＡＦを矢印の搬送方向に搬送しつつ、図６にも示すように、正極活物質合剤層１２３の側縁１２３Ｓに沿って、溶解したホットメルト樹脂をメルトガン３０１からアルミニウム箔ＡＦ上に塗布する。塗布された樹脂を、プレス冶具３０２を用いて１２０℃の温度でプレスする。その結果、図６に示すように、絶縁層１２２Ｂは、正極活物質合剤層１２３の側縁１２３Ｓに重なるように、かつ正極活物質合剤層１２３と同じ厚みに形成される。

このように正極活物質合剤層１２３および絶縁層１２２Ｂが形成された長尺のアルミニウム箔を裁断することにより、捲回電極群１２０の正極板１２２が製造される。

絶縁層１２２Ｂが正極活物質合剤層１２３と同じ厚さに形成されたことにより、捲回電極群１２０の捲回工程において、正極板１２２は負極板１２４、セパレータ１２１とともに隙間なく、換言すると密着して捲回される。
なお、充分な絶縁性能が得られる範囲で、絶縁層１２２Ｂを正極活物質合剤層１２３よりも薄くすることも当然可能である。

―負極板―
負極活物質合剤層１２５は、非晶質炭素粉末、結着剤としてＰＶＤＦを添加し、これに分散溶媒のＮＭＰを添加、混練したスラリを、厚さ１０μｍの圧延銅箔ＣＦの両面に塗布し、乾燥プレスして形成した。負極活物質合剤層１２５が形成された圧延銅箔は、その後裁断され、捲回電極群１２０の負極板１２４が製造される。

なお、負極活物質合剤層１２５は正極活物質合剤層１２３より捲回軸と直交する方向に幅が大きく、正極活物質合剤層１２３の全ての領域は負極活物質合剤層１２５と対向する。また、セパレータ１２１は、正極活物質合剤層１２３の側縁１２３Ｓ（図１０参照）および負極活物質合剤層１２５の側縁１２５Ｓ（図１０参照）よりも突出されて両極板同士の絶縁を確実にしている。

図７および図８に示すように、正極金属露出部１２２Ａは、捲回電極群１２０の一端部から所定長さＷで突出している。正極金属露出部１２２Ａは、正極活物質が塗布されていない未塗工部である。捲回電極群１２０の一端部から突出する複数枚の正極金属露出部１２２Ａは、図９に示すように、束ねつつ圧縮されて正極集電体６に溶接される。すなわち、正極金属露出部１２２Ａの積層体は集電体6とともに一体化される。負極金属露出部１２４Ａも同様である。

図９および図１０を参照して、絶縁層１２２Ｂの作用効果について説明する。
図１０は、セパレータ１２１で絶縁されて積層された正極板１２２と負極板１２４について正極金属露出部１２２Ａの周辺を示す拡大図である。図１０に示すように、絶縁層１２２Ｂの側縁１２２ＢＳは、正極活物質合剤層１２３に対向する負極活物質合剤層１２５の側縁１２５Ｓに対向する位置を越えて形成され、正極板１２２と負極板１２４との短絡が防止されている。

絶縁層１２２Ｂの側縁１２２ＢＳが負極活物質合剤層１２５の側縁１２５Ｓを越えて外側に突出する長さを突出量Ｐ１、絶縁層１２２Ｂの側縁１２２ＢＳがセパレータ１２１の側縁１２１Ｓを越えて外側に突出する長さを突出量Ｐ２として、絶縁層１２２の作用効果について詳細に説明する。

突出量Ｐ１≦０では、換言すると、絶縁層１２２Ｂの側縁１２２ＢＳが負極活物質合剤層１２５の側縁１２５Ｓを越えていないときは、絶縁層１２２Ｂによる充分な絶縁性能が期待できない。そこで、本実施形態の捲回電極群１２０では、突出量Ｐ＞０とする。しかしながら、突出量Ｐ２が過剰になると、正極金属露出部１２２Ａを束ねる際に、複数枚の正極金属露出部１２２Ａを一体化するための部分ＢＰ（図９）を確保するため、正極金属露出部１２２Ａの幅Ｗ（図７および図８参照）が大きくなる。

このような条件の下、本実施形態では、捲回電極群１２０の寸法精度、絶縁層１２２Ｂによる短絡防止性能を考慮し、Ｐ１≧０、Ｐ２≦２ｍｍとした。

なお、絶縁層１２２Ｂの幅、すなわち正極活物質合剤層１２３の側縁１２３Ｓと絶縁層１２２Ｂの側縁１２２ＢＳの距離をＩＷとすると、その値（幅ＩＷ）が大きいと電池２０の容積が大となり、電池のエネルギー密度、効率が低下する。

負極集電体５と負極金属露出部１２４Ａとの接続方法も、正極集電体６と正極金属露出部１２２Ａとの接続方法と同様である。

図２に示すように、以上のように構成された捲回電極群１２０を、ガス排出弁１０、注液孔１１が設けられた電池蓋９に組み付け電池蓋組み立て品を構成する。電池蓋９には、正極外部端子８、負極外部端子７があらかじめ装着され、正極外部端子８と正極集電体６、負極外部端子７と負極集電体５は、それぞれ電気的に接続されている。捲回電極群１２０は絶縁袋１２に収容された後に、角形電池容器１３内に挿入される。

次に、捲回電極群１２０全体を浸潤可能な所定量の非水電解液を角形電池容器１３内に注液孔１１より注入した後、注液孔１１を密閉することにより角形リチウム電池２０が完成する（図１）。

非水電解液には、例えば、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを体積比で１：２の割合で混合した混合溶液中へ六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を１モル／リットルの濃度で溶解したものが使用される。

以上説明した角形リチウムイオン二次電池は以下のような製造工程によって製造することができる。

すなわち、リチウムイオン二次電池の製造方法は、正極板１２２の製造工程と、負極板１２４の製造工程と、正極板１２２と負極板１２４をセパレータ１２１を介して捲回して扁平形状に捲回電極群１２０を形成する工程とを含み、正極板１２２の製造工程は、ホットメルトコーティング方式によって絶縁性樹脂を正極金属箔ＡＦの表裏面に塗布して絶縁層１２２Ｂを形成する工程を含む。また、正極板１２２の製造工程は、正極活物質合剤層１２３および絶縁層１２２Ｂをプレスによって一定の厚みにする工程を含む。

次に、本実施の形態に従って作製した角形リチウム電池２０の実施例について説明する。なお、比較のために作製した比較例の電池についても併記する。

［実施例１］
本実施例１では、ヘンケルジャパン株式会社製ホットメルト剤ＺＭ-１０5Ｔ（商号）を１７０℃で溶解した樹脂を、メルトガン３０１から正極金属露出部１２２Ａに２ｍｍの幅で塗工した後、プレス冶具３０２を用いて１２０℃の温度でプレスを行った(図５および図６)。なお、正極活物質は上述と同一の素材を用いた。

アルミニウム箔ＡＦ上に帯状に形成した正極活物質合剤層１２３の側縁位置とメルトガン３０１による樹脂塗布位置との位置関係、および、プレス治具３０２による加圧力を調整し、絶縁層１２２Ｂが、図７に示すように、正極活物質合剤層１２３の側縁１２３Ｓに重なるように形成され、かつ、絶縁層１２２Ｂの厚みが正極活物質合剤層１２３と同じとなるようにした。その後、長尺の正極板１２２を適宜の長さに裁断することにより、正極活物質合剤層１２３が配された部分の幅が８０ｍｍ、絶縁層１２２Ｂの幅ＩＷが３ｍｍ、正極金属露出部１２２Ａの幅が１２ｍｍ、厚さが１３０μｍ、長さが４ｍの正極板１２２を得た。

負極活物質合剤層１２５は、負極活物質として非晶質炭素粉末、結着剤としてＰＶＤＦを添加し、これに分散溶媒のＮＭＰを添加、混練したスラリを、厚さ１０μｍの圧延銅箔の両面に塗布して形成した。その後、乾燥プレス、裁断することにより負極活物質合剤層１２５が配された部分の幅が８４ｍｍ、負極金属露出部１２４Ａの幅が１３ｍｍ、長さが４．４ｍの所定の厚さ、所定の密着強度とした負極板１２４を得た。

作製した正極板１２２と負極板１２４とを、これら両極が直接接触しないように幅８８ｍｍ、厚さ３０μｍのポリエチレン製微多孔性セパレータ１２１と共に捲回して捲回電極群１２０を得た。この時、絶縁層１２２Ｂの端縁１２２ＢＳは負極活物質合剤層１２５の端縁１２５Ｓよりも外側に配置され、突出量Ｐ２＝１ｍｍとした。
このように形成された捲回電極群１２０を用いて実施例１の角形リチウム電池２０を作製した。

［比較例１］
絶縁層１２２Ｂを幅０．５ｍｍで正極活物質合剤層１２３の側縁１２３Ｓに沿って塗工した後、プレス冶具３０２を用いて、１２０℃の温度でプレスを行い、図６に示すように、正極活物質合剤層１２３と重なるように配置し、また正極活物質合剤層１２３全体と同じ厚みとした。その後、裁断することにより正極活物質合剤層１２３が形成された部分の幅が８０ｍｍ、絶縁層１２２Ｂの幅ＩＷが１ｍｍ、正極金属露出部１２２Ａの幅が１４ｍｍ、厚さが１３０μｍ、長さが４ｍの正極板１２２を得た。

作製した正極板１２２と負極板１２４とを、これら両極が直接接触しないように幅８８ｍｍ、厚さ３０μｍのポリエチレン製微多孔性セパレータ１２１と共に捲回して捲回電極群１２０を得た。この時、絶縁層１２２Ｂの端縁１２２ＢＳを負極活物質合剤層１２５の端縁１２５Ｓよりも１ｍｍ内側に配置した。すなわち、Ｐ１＝−１ｍｍとした。
このようにして形成した捲回電極群１２０を用いて比較例１の角形リチウム電池２０を作製した。

［比較例２］
比較例２の角形電池は、絶縁層１２２Ｂを形成しない正極板１２２を使用した以外は、実施例１と同様に作製した。

［評価結果］
以上の実施例１、比較例１、２の電池をそれぞれ５００個作成し、下記要領にて内部短絡を調査した。電池作製後、４．２Ｖ充電した後、４５℃で３ヶ月間放置し、定期的に電圧を測定した。

図１１に示すように、実施例１では内部短絡は全く生じなかったが、比較例１では５００個中１個、比較例２では５００個中３個の内部短絡電池が生じた。

この結果からも明らかなように、負極活物質合剤層１２５と正極金属露出部１２２Ａとの対向部分に絶縁層１２２Ｂを配置し、かつ、絶縁層１２２Ｂの側縁１２２ＢＳが負極活物質合剤層１２５の側縁１２５Ｓから捲回電極群１２０の外側に突出するように配置することにより、短絡を防止することができる。

一方、比較例１では、絶縁層１２２Ｂの側縁が負極活物質合剤層１２５の側縁１２４ＡＳよりも１ｍｍ内側に配置（Ｐ１＝−１ｍｍ）されているため、絶縁性能が不充分であった。比較例２では、絶縁層１２２Ｂが存在しないことに伴って、絶縁性能が不充分であった。

なお、評価結果から分かるように、比較例１は実施例１の二次電池の絶縁性能よりも劣るが、従来から使用されている絶縁層を設けない二次電池である比較例２に比べて絶縁性能が向上している。したがって、本発明は、正極活物質合剤層１２３の側縁に絶縁層１２２を帯状に設け、絶縁層１２２Ｂの側縁１２２ＢＳの位置を規定しない種々の形態の二次電池にも適用することができる。

［比較例３］
さらに、電池の生産性を検討するため、比較例３を作製した。
比較例３の角形電池は、絶縁層１２２Ｂを形成するための樹脂を、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）にポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を１５％溶解させたものを使用した。これ以外は実施例１と同様である。

絶縁層１２２Ｂは、実施例１と同様、正極活物質合剤層１２３の側縁１２３Ｓに重なるように形成し、また正極活物質合剤層１２３と同じ厚みとした。その後、裁断することにより正極活物質合剤層１２３が形成された部分の幅が８０ｍｍ、絶縁層１２２Ｂの幅が１０ｍｍ、正極金属露出部１２２Ａの幅Ｗが５ｍｍ、厚さが１３０μｍ、長さが４ｍの正極板１２２を得た。

作製した正極板１２２と負極板１２４とを、これら両極が直接接触しないように幅８８ｍｍ、厚さ３０μｍのポリエチレン製微多孔性セパレータ１２１と共に捲回して捲回電極群１２０を得た。この時、絶縁層１２２Ｂの側縁１２２ＢＳは、セパレータ１２１の側縁１２１Ｓよりも６ｍｍ外側（Ｐ２＝６ｍｍ）に突出した。

図９に示すように、正極金属露出部１２２Ａを変形させ、正極集電体６に接触させた後、正極金属露出部１２２Ａと正極集電体６とを超音波溶接して正極金属露出部１２２Ａを正極集電体６に接続した。しかし、正極金属露出部１２２Ａの幅Ｗが５ｍｍと狭かったために溶接部の幅が十分でなく、正極集電体６との溶接が困難であった。

この結果より、捲回電極群１２０の幅、ひいては電池の幅が等しい場合、絶縁層１２２Ｂの幅が大きくなってしまうと正極集電体６との溶接が困難となることが分かる。この場合、正極金属露出部１２２Ａの幅Ｗを大きくすれば、正極金属露出部１２２Ａの積層体を束ねることができるが、電池の幅が大きくなるために、効率よくエネルギー密度の高い電池が作製できなくなる。

[変形例１]
本実施の形態では、バインダとしてＰＶＤＦを例示したが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレン／ブタジエンゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、各種ラテックス、アクリロニトリル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレン等の重合体及びこれらの混合体などを使用するようにしてもよい。

[変形例２]
本実施の形態では、ＥＣ、ＤＥＣ、ＤＭＣの混合溶液中にＬｉＰＦ_６を溶解した非水電解液を例示したが、一般的なリチウム塩を電解質とし、これを有機溶媒に溶解した非水電解液を用いるようにしてもよく、本発明は用いられるリチウム塩や有機溶媒には特に制限されない。

例えば、電解質としては、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＢ（Ｃ_６Ｈ_５）_４、ＣＨ_３ＳＯ_３Ｌｉ、ＣＦ_３ＳＯ_３Ｌｉ等やこれらの混合物を用いることができる。また、有機溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトニル等またはこれら２種類以上の混合溶媒を用いるようにしてもよく、混合配合比についても限定されるものではない。

[変形例３]
本実施の形態は、正極金属露出部１２２Ａ側では、正極活物質合剤層１２３の側縁１２３Ｓに沿って絶縁層１２２Ｂを形成した。セパレータ１２１の、少なくとも、正極活物質合剤層１２３における側縁１２３Ｓの近傍の部分に、絶縁層を形成することにより、さらに絶縁性能を高めることができる。この変形例３にあっては、セパレータ１２１の表面全体に渡って絶縁層を形成することにより、セパレータ１２１の厚さを均一にすることが望ましい。

本発明は以上説明した実施形態、実施例１に限定されない。
したがって、正極金属箔ＡＦの両面において、正極金属箔ＡＦが露出する正極金属露出部１２２Ａが一側縁に設けられるように正極活物質合剤層１２３を形成した正極板１２２と、負極金属箔ＣＦの両面において、負極金属箔ＣＦが露出する負極金属露出部１２４Ａが一側縁に設けられ、正極活物質合剤層１２３が全て対向する形状、大きさを有する負極活物質合剤層１２５を形成した負極板１２４とをセパレータ１２１で絶縁しつつ積層して成る発電要素（捲回電極群）と、積層されている正極板１２２の正極金属露出部１２２Ａを一体化して集電する正極集電体６と、積層されている負極板１２４の負極金属露出部１２４Ａを一体化して集電する負極集電体５とを備え、正極板１２２の両面において、負極活物質合剤層１２５が正極活物質合剤層１２３からはみ出す領域と対向する領域に絶縁層１２２Ｂを形成した種々の形態の角形リチウムイオン二次電池にも本発明を適用することができる。

また、角形ラミネート型電池にも本発明を適用できる。ラミネート型電池とは、矩形形状の正極板と負極板とを矩形形状のセパレータで絶縁しつつ積層した積層式電池である。

以上のとおり、本実施の形態の角形リチウムイオン二次電池は、安全性と生産性に優れておりＨＥＶ用等の角形リチウムイオン二次電池として、その工業的価値は大なるものがある。

５：負極集電体
６：正極集電体
９：電池蓋
１３：電池容器
２０：角形電池
１２０：捲回電極群
１２１：セパレータ
１２２：正極板
１２２Ａ：正極金属露出部
１２２Ｂ：絶縁層
１２３：正極活物質合剤層
１２４：負極板
１２４Ａ：負極金属露出部
１２５：負極活物質合剤層
３０１：メルトガン
３０２：プレス冶具

Claims (11)

1. 金属箔の両面に活物質合剤層を形成した正極板および負極板と、該正極板および負極板を絶縁するセパレータとを重ねて扁平形状に捲回した扁平形捲回電極群と、前記正極板および負極板にそれぞれ接続された正負極集電体とを備え、
   前記正極板には、前記扁平形捲回電極群の捲回軸方向の一側縁に沿って前記活物質合剤層が形成されていない金属露出部が設けられ、
   前記負極板には、前記正極板の金属露出部とは反対側の側縁に沿って、前記活物質合剤層が形成されていない金属露出部が設けられ、
   前記正負極集電体は、前記金属露出部を束ねた状態で、前記正極板および負極板の金属露出部に溶接された角形リチウムイオン二次電池において、
   前記負極活物質合剤層と対向する前記正極金属露出部には絶縁層が形成され、
   前記絶縁層の厚さは前記正極活物質合剤層の厚さ以下であり、
   前記絶縁層の側縁が前記負極活物質合剤層の側縁を越えて突出し、
   前記絶縁層の側縁が前記セパレータの側縁から突出し、
   かつ、前記絶縁層の側縁が前記セパレータの側縁から突出する量が２ｍｍ以下であり、
   前記セパレータの側縁は、前記正極活物質合剤層の側縁および前記負極活物質合剤層の側縁よりも突出していることを特徴とする角形リチウムイオン二次電池。
2. 正極金属箔の両面において、前記正極金属箔が露出する正極金属露出部が一側縁に設けられるように正極活物質合剤層を形成した正極板と、負極金属箔の両面において、前記負極金属箔が露出する負極金属露出部が一側縁に設けられ、かつ前記正極活物質合剤層が全て対向するように負極活物質合剤層を形成した負極板とをセパレータで絶縁しつつ積層して成る発電要素と、
   前記積層されている正極板の前記正極金属露出部を一体化して集電する正極集電体と、
   前記積層されている負極板の前記負極金属露出部を一体化して集電する負極集電体とを備え、
   前記正極板の両面において、前記正極活物質合剤層と前記正極金属露出部との境界に帯状に絶縁層を形成し、
   前記セパレータの側縁は、前記正極活物質合剤層の側縁および前記負極活物質合剤層の側縁よりも突出しており、
   前記絶縁層の側縁が前記負極活物質合剤層の側縁を越えて突出し、
   前記絶縁層の側縁が前記セパレータの側縁から突出し、
   前記絶縁層の側縁が前記セパレータの側縁から突出する量は２ｍｍ以下であることを特徴とする角形リチウムイオン二次電池。
3. 請求項２に記載の角形リチウムイオン二次電池において、
   前記絶縁層は、前記正極板の両面において、前記負極活物質合剤層が前記正極活物質合剤層からはみ出す領域と対向する領域に形成されていることを特徴とする角形リチウムイオン二次電池。
4. 請求項２または３に記載の角形リチウムイオン二次電池において、
   前記正極活物質合剤層および前記絶縁層の厚みを等しくしたことを特徴とする角形リチウムイオン二次電池。
5. 請求項２乃至４のいずれか１項に記載の角形リチウムイオン二次電池において、
   前記絶縁層がポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、エチレン共重合樹脂の中から選択されたいずれか１つの樹脂であることを特徴とする角形リチウムイオン二次電池。
6. 請求項２乃至５のいずれか１項に記載の角形リチウムイオン二次電池において、
   前記負極活物質合剤が黒鉛であることを特徴とする角形リチウムイオン二次電池。
7. 請求項２乃至６のいずれか１項に記載の角形リチウムイオン二次電池において、
   前記絶縁層は、軟化点１２０℃以上の熱可塑性樹脂であることを特徴とする角形リチウムイオン二次電池。
8. 請求項２乃至７のいずれか１項に記載の角形リチウムイオン二次電池において、
   前記セパレータの表裏の全面に絶縁層を一定の厚みで形成したことを特徴とする角形リチウムイオン二次電池。
9. 請求項２乃至８のいずれか１項に記載の角形リチウムイオン二次電池において、
   前記発電要素は前記正極板と負極板とを前記セパレータで絶縁して捲回された捲回電極群であり、
   前記捲回電極群を収容する容器と、
   前記容器の開口を封止する蓋と、
   前記容器の外部に設けられ、前記正負極集電体とそれぞれ接続された正極外部端子および負極外部端子とを備えることを特徴とする角形リチウムイオン二次電池。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の角形リチウムイオン二次電池を製造する方法において、
    ホットメルトコーティング方式によって絶縁性樹脂を前記正極金属箔の表裏面に塗布して前記絶縁層を形成する工程を含むことを特徴とする角形リチウムイオン二次電池の製造方法。
11. 請求項１０に記載の角形リチウムイオン二次電池の製造方法において、
    前記正極活物質合剤層および前記絶縁層をプレスによって一定の厚みにする工程を含むことを特徴とする角形リチウムイオン二次電池の製造方法。

Images