JP5495270B2

JP5495270B2 - 電池

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Publication number: JP5495270B2
Application number: JP2010204998A
Authority: JP
Inventors: 末次金井
Original assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Current assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Priority date: 2010-09-14
Filing date: 2010-09-14
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2030-09-14
Also published as: JP2012064313A

Description

本発明は、高い信頼性を有し、生産性が良好な電池に関するものである。

複数の正極と複数の負極とを交互に積層して構成した電極群を有する電池としては、例えば、外装ケースと封口ケースとガスケットにより構成される電池容器を有し、一般にコイン形電池やボタン形電池と称される扁平形の電池が知られている。

前記のような扁平形の電池では、正極および負極に、集電体の片面または両面に正極合剤層や負極合剤層などの負極剤層を形成し、かつ集電体の一部を、正極合剤層や負極合剤層などの負極剤層を形成せずに露出させ、これを集電タブとして利用し、各正極および各負極の集電タブを、それぞれ纏めて溶接などし、これらの纏めた集電タブを、端子を兼ねる外装ケースや封口ケースの内面と溶接などして電気的に接続しているものがある（例えば、特許文献１）。

特開２００３−１４２１６１号公報

ところで、前記のような電極群を有する電池に係る負極では、負極合剤層を、例えば、負極活物質やバインダを含む負極合剤を媒体に分散または溶解させて調製した負極合剤含有組成物を集電体表面に塗布し、乾燥する工程を経て形成することが一般的である。そして、この場合、生産コストや環境負荷低減の観点から、負極合剤含有組成物には、水系の媒体（水を主成分とする媒体）が使用されることが多い。

よって、負極合剤層に使用するバインダには、水系の媒体に良好に分散または溶解し得る性質のものが使用されるが、このようなバインダは、例えば、電池の正極用のバインダとして汎用されているポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などに比べると結着力が小さい。そのため、特に負極では、電池の製造段階や使用段階において、負極合剤層からの微小片（負極活物質などの微小片）の脱落が生じやすく、これが電池の信頼性や生産性の低下に一因となる虞がある。

このようなことから、負極合剤層に結着力の小さなバインダを使用した場合であっても、負極合剤層からの微小片の脱落を抑制して、電池の信頼性や生産性を高める技術の開発が求められる。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い信頼性を有し、生産性が良好な電池を提供することにある。

前記目的を達成し得た本発明の電池は、複数の正極と複数の負極とがセパレータを介して交互に積層されており、最外部側に位置する電極の少なくとも一方が負極である電極群、および電解液を有する電池であって、前記負極は、本体部と、平面視で、前記本体部から突出した、前記本体部よりも幅の狭い集電タブ部とを有しており、電極群の最外部側の負極以外の負極には、その本体部の両面に負極合剤層が形成されており、その集電タブ部には、集電体に負極合剤層が形成されておらず、電極群の最外部側に位置する２枚の負極には、その本体部における電極群の最外部側とは反対側の面にのみ負極合剤層が形成されており、その本体部における電極群の最外部側の面および集電タブ部には、集電体に負極合剤層が形成されておらず、集電体の外周部が、負極合剤層の端面の少なくとも一部を覆っていることを特徴とするものである。

本発明によれば、高い信頼性を有し、生産性が良好な電池を提供することができる。

本発明の電池の一例を模式的に表す縦断面図である。本発明の電池に係る負極の一例を模式的に表す平面図である。本発明の電池に係る負極の要部の一例を模式的に表す縦断面図である。本発明の電池に係る正極の一例を模式的に表す平面図である。本発明の電池の他の例を模式的に表す縦断面図である。図５の要部断面拡大図である。本発明の電池に係るセパレータの一例を模式的に表す平面図である。

図１に、本発明の電池の一例の縦断面図を模式的に示す。図１に示す電池は、電池ケースを構成する外装ケース２と封口ケース３とが、絶縁ガスケット４を介してカシメ封口されて形成された空間内に、電極群および電解液が収容された構造の電池、すなわち、扁平形電池の例である。

なお、電池業界においては、高さより径の方が大きい扁平形電池をコイン形電池と呼んだり、ボタン形電池と呼んだりしているが、そのコイン形電池とボタン形電池との間に明確な差はなく、本明細書でいう扁平形電池には、コイン形電池、ボタン形電池のいずれもが含まれる。

図１に示す電池は、正極５および負極６を、セパレータ７を介して、それらの平面が電池の扁平面に略平行（平行を含む）となるように積層した積層型の電極群と、電解液（図示しない）とが、外装ケース２、封口ケース３および絶縁ガスケット４により形成される空間（密閉空間）内に収容されている。封口ケース３は、外装ケース２の開口部に絶縁ガスケット４を介して嵌合しており、外装ケース２の開口端部が内方に締め付けられ、これにより絶縁ガスケット４が封口ケース３に当接することで、外装ケース２の開口部が封口されて電池内部が密閉構造となっている。外装ケース２および封口ケース３は、ステンレス鋼などの金属製であり、絶縁ガスケット４は、ナイロンなどの絶縁性を有する樹脂製である。

図２に負極６の平面図を模式的に示しているが、負極６は、本体部６ａと、平面視で、本体部６ａから突出した、本体部６ａよりも幅（図２中上下方向の長さ）の狭い集電タブ部６ｂとを有している。

図１に示す電池１では、電極群の最外部側に位置する負極６Ｂの本体部６ａでは、集電体６２の片面（電池内側の面）にのみ、負極活物質やバインダなどを含有する負極合剤層６１が形成されており、それ以外の負極６Ａの本体部６ａでは、集電体６２の両面に負極合剤層が形成されている。更に、負極６Ａ、６Ｂの集電タブ部６ｂでは、集電体６２表面に負極合剤層６１が形成されておらず、集電体が露出している。そして、図１に示す電池では、電極群における図中上側の負極６Ｂの集電体６２の露出面が、封口ケース３の内面と溶接されるか、または溶接されずに直接接することで、電気的に接続している。すなわち、図１に示す電池では、封口ケース３は負極端子を兼ねている。

そして、電極群の有する全ての負極６（集電体６２の両面に負極剤層６１が形成された負極６Ａおよび集電体６２の片面に負極剤層６１が形成された負極６Ｂ）は、それらの集電タブ部６ｂを介して互いに電気的に接続している。なお、各負極６の集電タブ部６ｂの接続は、例えば溶接により行うことができる。

また、図１に示す電池では、各正極５の集電タブ部５ｂが互いに電気的に接続され、かつ外装ケース２の内面と溶接されるか、または溶接されずに直接接することで、電気的に接続している。すなわち、図１に示す電池では、外装ケース２は正極端子を兼ねている。なお、図１に示す電池では、電極群の最下部に位置する負極６Ｂと、正極端子を兼ねる外装ケース２とを絶縁する目的で、これらの間にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリイミドなどで形成されたテープなどからなる絶縁シール８が配置されている。

図３に負極６Ａの要部（本体部６ａ）の断面の拡大図を模式的に示している。集電体６２の片面にのみ負極合剤層６１を有する負極６Ａの本体部６ａでは、図３に示すように、集電体６２の外周部が、負極合剤層６１の端面（図中左端の面）の少なくとも一部を覆っている。

負極を作製するにあたっては、例えば、一旦幅広の負極を作製し、これをポンチおよびダイスを用いて打ち抜く方法が採用されるが、この場合、ポンチとダイスとのクリアランスによっては、切断し難く伸びやすい集電体の外周部が、切断しやすい負極合剤層の外縁から突出した形でバリとして残りやすい。

そこで、本発明では、積層型の電極群が使用される電池における負極のなかでも、特に負極合剤層からの微小片の脱落が生じやすい電極群の最外部側に配置される２枚の負極（すなわち、集電体の電池内側の面にのみ負極合剤層を有する負極。図１における負極６Ｂ。）において、打ち抜き時に発生しやすいバリによって負極合剤層の端面を覆うことで、負極合剤層からの微小片の脱落を抑えて、例えば、負極において負極合剤層の規定量を満たし得るようにし、容量低下を抑制したり、脱落した微小片によるトラブルの発生を防止したりするなどして、電池の信頼性および生産性を高めている。

また、図１に示すように、金属製の外装ケースおよび封口ケースを有する電池では、外装ケースまたは封口ケースのいずれか一方が正極端子を、他方が負極端子を兼ねている。例えば図１に示すように、電極群の最外部側の２枚の電極はいずれも負極にした場合には、正極端子を兼ねる外装ケースまたは封口ケースと、これらのうちの一方の負極とは距離が非常に近く、この負極にバリが生じていると、正極端子を兼ねるケースと電極群の最外部側の負極のバリとが接触する虞がある。

しかしながら、本発明の電池では、電極群の最外部側の負極においては、前記のバリによって集電体の電池内側の面に形成された負極合剤層の端面の少なくとも一部を覆う。そのため、電極群の最外部側の２枚の電極をいずれも負極にした場合には、正極端子を兼ねるケースにより近い負極においては、そのバリの向きが、正極端子を兼ねるケースとは反対側の方向を向いている。よって、本発明の電池において、電極群の最外部側の２枚の電極をいずれも負極とした場合には、正極端子を兼ねる外装ケースまたは封口ケースと、電極群の最外部側の負極のバリとの接触による短絡を抑制することができ、その信頼性を更に高めることができる。

電極群の最外部側に位置する負極における負極合剤層の端面では、その全面が集電体の外周部（バリ）により覆われていなくても、負極合剤層からの微小片の脱落を、ある程度抑制できる。具体的には、電極群の最外部側に位置する負極における負極合剤層の端面のうち、集電体の外周部により覆われている領域は、負極合剤層の厚みの３０％以上であることが好ましく、これにより、負極合剤層からの微小片の脱落を良好に抑制することができる。電極群の最外周側に位置する負極における負極合剤層の端面のうち、集電体の外周部により覆われている領域は、負極合剤層の厚みの１００％（すなわち、負極合剤層の端面の全面）であることが特に好ましい。

また、本発明の電池では、電極群の最外部側に位置する負極以外の負極（図１における負極６Ａ）についても、負極合剤層の端面の少なくとも一部が集電体の外周部で覆われていることが好ましい。ただし、電極群の最外部側に位置する負極以外の負極は、前記の通り、集電体の両面に負極合剤層を有しているため、これらの負極合剤層のいずれか一方の端面の少なくとも一部が集電体の外周部で覆われていることが望ましい。

なお、電極群の最外部側に位置する負極以外の負極においても、集電体の外周部で覆われている負極合剤層では、その覆われている領域は、それによる効果を良好に確保する観点から、負極合剤層の厚みの３０％以上であることが好ましく、負極合剤層の厚みの１００％であることが特に好ましい。

負極における負極合剤層の端面の少なくとも一部を集電体の外周部で覆うには、例えば、幅広のシート状負極をポンチおよびダイスを用いて打ち抜いて本体部と集電タブ部とを有する負極とする際に、ポンチとダイスとのクリアランスを調整し、更に、端面を集電体の外周部で覆う負極合剤層を有する面側が、ポンチと接するようにして打ち抜く方法が採用できる。バリとして残る集電体の外周部は、ポンチの移動方向（以下、「打ち抜き方向」という）の反対方向に曲がりやすく、ポンチとダイスとのクリアランスを適切な距離に調整することで、バリの長さを適正な長さに調整しつつ、バリの向きを打ち抜き方向の反対方向に曲げて、負極合剤層の端面を良好に被覆することができる。

幅広の負極を打ち抜くためのポンチとダイスとのクリアランスは、負極の集電体の厚みの１０〜６５％とすることが好ましい。ポンチとダイスとのクリアランスが小さすぎると、集電体の外周部がバリとして残らなかったり、残っても短すぎて、負極合剤層の端面を良好に覆うことができない場合がある。また、ポンチとダイスとのクリアランスが大きすぎると、バリとして残る集電体の外周部が長くなりすぎて、負極合剤層の端面からはみ出す部分が生じ、正極の集電タブ部などと接触などする虞がある。

前記のシート状負極（幅広のシート状負極）は、例えば、負極活物質、バインダおよび必要に応じて導電助剤などを含む負極合剤を、溶剤に分散（バインダは溶解していてもよい）させて調製した負極合剤含有組成物（スラリー、ペーストなど）を、集電体の片面または両面に塗布し、乾燥する工程を経て作製することができる。シート状負極は、他の方法により作製してもよい。

負極の本体部６ａは、図２に示すように、平面視で、略円形であることが好ましいが、本発明の電池では、負極の本体部の平面視での面積が１８０ｍｍ^２以下のように、小さなサイズの負極を有する場合（すなわち、小サイズの電池の場合）であっても、負極の打ち抜き時を始めとする電池製造時および電池の使用時における負極合剤層からの微小片の脱落を良好に抑制できる。なお、製造上の容易さを考慮すると、負極の本体部の平面視での面積は、２０ｍｍ^２以上であることが好ましい。

図４には、正極５の平面図を模式的に示している。正極５は、図４に示すように、本体部５ａと、平面視で、本体部５ａから突出した集電タブ部５ｂとを有するものとすることができる。集電タブ部５ｂは、通常、図４に示すように、その幅（図４中上下方向の長さ）を本体部５ａの幅よりも狭くする。

図１に示す電池１では、正極５の本体部５ａは、集電体５２の両面に、正極合剤層５１が形成されている。そして、正極５の集電タブ部５ｂは、集電体５２表面に正極合剤層５１が形成されておらず、集電体５２が露出している。なお、図１に示す電池１に係る電極群では、最外部（図中上下両端）の電極がいずれも負極（負極６Ｂ）であり、正極５は、全てが両側（両面）でセパレータ７を介して負極６と対向しているために、集電体５２の両面に正極合剤層５１を有している。

なお、図１では、最外部側の２枚の電極がいずれも負極である電極群を用いた態様を示しているが、電極群の最外部側の電極の一方は正極であってもよく、その場合、最外部側の正極は、本体部における集電体の片面（電池内側の面）にのみ正極合剤層を有する構造であってもよい。

正極の製法については特に制限はないが、負極と同様の方法により作製することができる。すなわち、例えば、集電体の片面または両面の一部に正極合剤層を有するシート状正極（幅広のシート状正極）を、ポンチおよびダイスを用いて打ち抜き、本体部と集電タブ部とを有する正極を作製することができる。また、前記のシート状正極は、例えば、正極活物質、導電助剤、およびバインダなどを含む正極合剤を、溶剤に分散（バインダは溶解していてもよい）させて調製した正極合剤含有組成物（スラリー、ペーストなど）を、集電体の両面に塗布し、乾燥する工程を経て作製することができる。シート状正極は、他の方法により作製してもよい。

図５および図６に、本発明の電池の他の例を模式的に示す。図５および図６に示す電池１は、正極５（両側が負極６と対向している正極５）の両面に配置された２枚のセパレータ７、７の周縁部に接合部を形成して構成した電極群を有するものであり、図５は、電池の電池ケース（外装ケース２および封口ケース３）および絶縁ガスケット４部分の断面を表す縦断面図であり、図６は図５の要部を拡大し、更に電極群の部分を断面にしたものである。

なお、図５では、電極群の最外部側の２枚の負極６Ｂ、６Ｂの負極合剤層の手前側側面全面および左側面全面が、負極集電体６１の外周部（バリ）により覆われており、かつ電極群の最外部側の負極６Ｂ、６Ｂ以外の負極６Ａの負極合剤層のうち、図中下側の負極合剤層の手前側側面全面および左側面全面が、負極集電体６１の外周部により覆われている様子を示している。

また、図７に、周縁部の一部に接合部を形成したセパレータの平面図を模式的に示す。なお、図７では、セパレータ７とともに、正極、負極およびセパレータが積層された積層型の電極群とした場合を想定して、セパレータ７の下に配置される正極５を点線で示し、それらの更に下側に配置される負極に係る集電タブ部６ｂを一点鎖線で示し、電極群に係る各構成要素の位置ずれを抑えるための結束テープ９を二点鎖線で示している。また、図７に示す正極５は、電極群において、その両側（両面）が負極と対向するものであり、図７では図示していないが、電極群とした場合、セパレータ７の上側（図中手前方向）には、少なくとも負極が配置される。

図７に示すセパレータ７は、正極５（図中点線で表示）を介してその下側（図中奥行き方向）に配置される他のセパレータと、その周縁部において互いに溶着した接合部７ｃ（図中、格子模様で表示）を有している。すなわち、セパレータ７と、その下側に配置されたセパレータとは、周縁部で互いに溶着されて袋状となっており、その内部に正極５を収容している。

なお、図７に示すセパレータ７は、正極５の本体部５ａ全面を覆う主体部７ａ（すなわち、正極５の本体部５ａよりも平面視での面積が大きな主体部７ａ）と、主体部７ａから突出し、正極５の集電タブ部５ｂの、本体部５ａとの境界部を少なくとも含む部分を覆う張り出し部７ｂとを有している。そして、セパレータ７の主体部７ａの周縁部の少なくとも一部に、正極５の両面に配置された２枚のセパレータ（セパレータ７と、正極５の下側に配置されたセパレータ）同士を互いに溶着した接合部７ｃを設けている。

電池のセパレータには、高温下で熱収縮しやすい熱可塑性樹脂製の微多孔膜が使用されることが一般的であるが、このように、正極の両面に配置された２枚のセパレータにおいて、その周縁部を互いに溶着して接合部を形成することで、例えば、電池内が高温となっても、セパレータの熱収縮が抑制されるため、より安全性の高い電池を構成することができる。

なお、図７に示すように、主体部と張り出し部とを有するセパレータを使用する場合、正極の両面に配置された２枚のセパレータを接合するための接合部は、セパレータの主体部の周縁部に設ければよいが、セパレータの張り出し部の周縁部（セパレータの張り出し部の周縁部のうち、主体部からの突出方向に沿う部分）にも接合部を設けてもよい。

接合部は、２枚のセパレータの周縁部同士を直接溶着して形成してもよいが、２枚のセパレータの間に熱可塑性樹脂で構成される層を介在させ、この層を介して２枚のセパレータを溶着することにより形成してもよい。ただし、後者の場合、セパレータ間に介在させる層を構成する熱可塑性樹脂の種類と、セパレータを構成する熱可塑性樹脂の種類によっては、接合部の強度が小さくなる場合があるため、セパレータ間に介在させる層は、セパレータを構成する熱可塑性樹脂と同種の樹脂で構成されたものを使用することが好ましい。すなわち、セパレータ同士を直接溶着したり、セパレータを構成する熱可塑性樹脂と同種の樹脂で構成される層を介してセパレータ同士を溶着したりした場合には、接合部の強度がセパレータ自身の強度とほぼ同等となるため、例えば、電池の使用時に振動などによって生じる虞のある接合部での剥離が良好に抑制でき、更に信頼性の高い電池とすることができる。

なお、図７に示すように主体部と張り出し部とを有するセパレータを使用する場合、セパレータの主体部に係る周縁部は、全てが接合部となっていてもよいが、例えば、図７に示すように、周縁部の一部を、セパレータ同士を溶着せずに非溶着部７ｄ、７ｄとして残してもよい。２枚のセパレータを溶着して袋状とした後に、その中に正極を収容したり、１枚のセパレータの上に正極を配置し、その正極の上に更にセパレータを配置して、セパレータの周縁部を溶着して袋状としたセパレータの中に正極を収容したりした場合、セパレータ内に空気が残留することがある。しかし、このような正極を用いて電池を製造する場合、外装ケースと封口ケースとをかしめる際に、前記の残留空気が、非溶着部７ｄ、７ｄを通じてセパレータ外へ良好に排出されるため、セパレータ内の残留空気による問題（発電時の反応が不均一になって容量が低下するなどの問題）の発生を防止できる。

セパレータの周縁部に非溶着部を設ける場合、電池の生産性の低下を抑える観点から、その個数は１〜５個程度とすることが好ましい。また、セパレータの周縁部に非溶着部を設ける場合、セパレータの主体部に係る非溶着部の外縁の長さが、セパレータの主体部に係る外縁の全長さ（張り出し部を除く外縁の全長さ）の１５〜６０％程度することが好ましい。すなわち、セパレータの主体部においては、その外縁の全長さのうちの４０％以上（好ましくは７０％以上）が接合部であることが好ましく、これにより、セパレータ同士の接合強度を良好に確保することができる。

２枚のセパレータの周縁部に接合部を形成するとともに、これらのセパレータの間に正極を収容するには、２枚のセパレータ同士を直接溶着して接合部を形成する場合では、例えば、１枚のセパレータ上に正極を重ね、更にその上にセパレータを重ねた後、これらのセパレータの周縁部を溶着する方法が採用できる。また、２枚のセパレータを重ね、これらの周縁部を溶着してセパレータ同士を接合し、その後、これらのセパレータ間に正極を挿入する方法を採用することもできる。

一方、２枚のセパレータ同士の間にセパレータの構成樹脂と同種の樹脂で構成された層を介在させ、これらを溶着して接合部を形成する場合では、例えば、１枚のセパレータ上の接合部となることが予定される箇所に前記層となるフィルムを置き、かつこのセパレータ上に正極を配置し、更にその上にセパレータを重ねた後、これらのセパレータの周縁部を溶着する方法が採用できる。また、１枚のセパレータ上の接合部となることが予定されている箇所に前記層となるフィルムを置き、このセパレータとフィルムとを予め溶着しておき、その後、このセパレータに正極、セパレータの順に重ねて周縁部を溶着する方法や、２枚のセパレータの間に前記層となるフィルムを介在させて溶着して接合部を形成した後に、これらのセパレータ間に正極を挿入する方法を採用することもできる。

セパレータの周縁部の溶着は、例えば、加熱プレスにより行うことができる。この場合、加熱温度は、セパレータを構成する熱可塑性樹脂の融点よりも高い温度であればよいが、例えば、融点より１０〜５０℃高い温度で行うことが好ましい。また、加熱プレスの時間については、良好に接合部が形成できれば特に制限はないが、通常は、１〜１０秒程度とする。

本発明の電池に係る電極群は、図１や図５、図６に示すように、最外部側の電極（上下両端）の電極を負極としてもよく、前記の通り、最外部側の一方の電極のみを負極（他方を正極）としてもよい。

そして、例えば、図１や図５、図６に示すように、電池容器に金属製の外装ケースと金属製の封口ケースとを使用する場合には、前記の通り、負極端子を兼ねる外装ケースまたは封口ケースの内面と前記負極に係る負極合剤層を持たない面（集電体の露出面）とを直接接触させたり溶接したりすることで、負極端子と電極群に係る負極との電気的接続に利用することができる。他方、電池容器に金属製の外装ケースと金属製の封口ケースとを使用し、電極群の最外部側の電極のうち、正極端子を兼ねる電池容器（例えば外装ケース）に近い側の電極を正極とした場合、この正極は、集電体の両面に正極合剤層を有し、集電タブ部のみで正極端子を兼ねる電池容器（例えば外装ケース）と接していてもよく、集電体の片面（電池内側となる面）のみに正極合剤層を有し、集電体の露出面が、正極端子を兼ねる電池容器（例えば外装ケース）の内面と溶接されるか、または溶接されずに直接接触することで、電気的に接続していてもよい。

また、少なくとも両側が負極と対向している正極の両面にはセパレータを配置するが、電極群の最外部側に配置される正極、すなわち片側（片面）のみが負極と対向している正極については、その両面にセパレータを配置してもよく（更に、これらの２枚のセパレータに接合部を形成してもよい）、負極と対向する面にのみセパレータを配置しても構わない。

電極群においては、各正極の集電タブ部が、電極群の平面視で同一方向を向くように配置されており、かつ各負極の集電タブ部が、電極群の平面視で同一方向を向くように配置されていることが好ましい。これにより、正極および負極の集電がより容易となる。

更に、各正極の集電タブ部と、各負極の集電タブ部とは、電極群の平面視で互いに接触しないように配置されていればよいが、これらの接触をより良好に抑制し、かつ電池の生産をより良好にする観点からは、図４に示しているように、各正極の集電タブ部５ｂと各負極の集電タブ部６ｂとは、電極群の平面視で互いに対向する位置に配されていることがより好ましい。

また、正極、負極およびセパレータを積層して構成した電極群は、図７に示すように、その外周を、耐薬品性を有するポリプロピレンなどで構成された結束テープ９で結束して、各構成要素（セパレータに包まれた正極、および負極）の位置ずれを抑制することが好ましい。

電極群に係る正極および負極は、いずれも複数であり、電極の合計層数は、少なくとも４層であるが、それ以上（５層、６層、７層、８層など）とすることも可能である。ただし、正極および負極の積層数をあまり多くすると、扁平状電池としてのメリットが小さくなる虞があることから、通常は、４０層以下とすることが好ましい。

図１、図５および図６では、外装ケースと封口ケースとが絶縁ガスケットを介してカシメ封口される形式の電池容器を示しているが、この他にも、例えば、金属ラミネートフィルムにより構成されるラミネートフィルム外装体や、外装ケースと封口ケースとを溶接する形式の電池容器を用いることもできる。

なお、各正極の集電タブ部と電池の正極端子（例えば、正極端子を兼ねる外装ケースまたは封口ケース）との電気的接続、および各負極の集電タブ部と電池の負極端子（例えば、負極端子を兼ねる外装ケースまたは封口ケース）との電気的接続には、正極や負極とは別体のリード体（金属箔などで構成されたリード体）を介して行ってもよい。

電池の平面形状には特に制限はなく、例えば扁平形電池の場合、従来から知られている扁平形電池の主流である円形の他、角形（四角形）などの多角形状でもよい。なお、本明細書でいう電池の平面形状としての角形などの多角形には、その角が切り落とされた形状や、角を曲線にした形状も包含される。また、正極および負極の本体部の平面形状は、電池の平面形状に応じた形状とすればよく、略円形とする他、長方形や正方形などの四角形などの多角形とすることもできるが、例えば、略円形とする場合には、対極の集電タブ部が配置される箇所に相当する部分は、対極の集電タブ部との接触を防止するために、図２および図３に示すように切り落とした形状としておくことが好ましい。

図１や図５、図６では、外装ケースを正極ケースとし、封口ケースを負極ケースとした例を示したが、本発明の電池はこれに限定されず、必要に応じて、外装ケースを負極ケースとし、封口ケースを正極ケースとすることもできる。

本発明の電池は、その種類について特に制限はなく、例えば、非水一次電池（リチウムイオン一次電池など）や非水二次電池（リチウムイオン二次電池など）が含まれる。以下には、本発明の電池のうち、特に主要な態様である非水二次電池の場合について、詳細に説明する。

正極活物質としては、例えば、Ｌｉ_ｘＣｏＯ_２、Ｌｉ_ｘＮｉＯ_２、Ｌｉ_ｘＭｎＯ_２、Ｌｉ_ｘＣｏ_ｙＮｉ_１−ｙＯ_２、Ｌｉ_ｘＣｏ_ｙＭ_１−ｙＯ_２、Ｌｉ_ｘＮｉ_１−ｙＭ_ｙＯ_２、Ｌｉ_ｘＭｎ_ｙＮｉ_ｚＣｏ_{１−ｙ−ｚ}Ｏ_２、Ｌｉ_ｘＭｎ_２Ｏ_４、Ｌｉ_ｘＭｎ_２−ｙＭ_ｙＯ_４などのリチウム遷移金属複合酸化物などが挙げられる（ただし、前記の各リチウム遷移金属複合酸化物において、Ｍは、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、ＡｌおよびＣｒからなる群から選ばれる少なくとも１種の金属元素であり、０≦ｘ≦１．１、０＜ｙ＜１．０、２．０≦ｚ≦２．２である。）。これらの正極活物質は１種単独で使用してもよく、２種以上を併用しても構わない。

また、正極の導電助剤としては、例えば、カーボンブラック、鱗片状黒鉛、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、繊維状炭素などが挙げられる。更に、正極のバインダとしては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、スチレンブタジエンラバー（ＳＢＲ）などが挙げられる。

正極の組成としては、例えば、正極を構成する正極合剤１００質量％中、正極活物質を７５〜９０質量％、導電助剤を５〜２０質量％、バインダを３〜１５質量％とすることが好ましい。また、正極合剤層の厚みは、例えば、３０〜２００μｍであることが好ましい。

正極の集電体としては、アルミニウムやアルミニウム合金で構成された金属箔、エキスパンドメタル、平織り金網などが挙げられる。なお、正極の総厚みを小さくし、電池内における正極および負極の積層数を増やすことで正極合剤層と負極合剤層との対向面積を大きくして、電池の負荷特性を高める観点からは、集電体には金属箔を使用することが好ましい。また、集電体の厚みは、例えば、８〜２０μｍであることが好ましい。

負極活物質としては、リチウム、リチウム合金、リチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素材料、チタン酸リチウムなどが挙げられる。

負極活物質に用い得るリチウム合金としては、例えば、リチウム−アルミニウム、リチウム−ガリウムなどのリチウムと可逆的に合金化するリチウム合金が挙げられ、リチウム含有量が、例えば１〜１５原子％であることが好ましい。また、負極活物質に用い得る炭素材料としては、例えば、人造黒鉛、天然黒鉛、低結晶性カーボン、コークス、無煙炭などが挙げられる。

負極活物質に用い得るチタン酸リチウムとしては、一般式Ｌｉ_ｘＴｉ_ｙＯ_４で表され、ｘとｙがそれぞれ、０．８≦ｘ≦１．４、１．６≦ｙ≦２．２の化学量論数を持つチタン酸リチウムが好ましく、特にｘ＝１．３３、ｙ＝１．６７の化学量論数を持つチタン酸リチウムが好ましい。前記一般式Ｌｉ_ｘＴｉ_ｙＯ_４で表されるチタン酸リチウムは、例えば、酸化チタンとリチウム化合物とを７６０〜１１００℃で熱処理することによって得ることができる。前記酸化チタンとしては、アナターゼ型、ルチル型のいずれも使用可能であり、リチウム化合物としては、例えば、水酸化リチウム、炭酸リチウム、酸化リチウムなどが用いられる。

負極に係るバインダおよび導電助剤としては、正極に用い得るものとして先に例示した各種バインダおよび導電助剤を用いることができる。ただし、負極合剤含有組成物に用いる溶剤は、環境保護などの観点から、その主成分が水であることが好ましいため、負極に係るバインダには、こうした負極合剤含有組成物の形成に適したもの、例えば、水を媒体とするエマルジョンや水溶液の状態で使用されるＳＢＲやＣＭＣなどが特に好ましい。なお、前記の通り、水系の溶剤を用いた負極合剤含有組成物に適したこれらのバインダは、例えば、正極用のバインダとして汎用されるＰＶＤＦなどに比べて結着力が小さいため、ＳＢＲやＣＭＣをバインダとして使用した負極合剤層からは微小片が脱落しやすいが、本発明の電池に係る負極では、こうした結着力に劣るバインダを使用しても、負極合剤層からの微小片の脱落を良好に抑制できる。

負極活物質に炭素材料を用いる場合の負極の組成としては、例えば、負極を構成する負極合剤１００質量％中、炭素材料を８０〜９５質量％、バインダを３〜１５質量％とすることが好ましく、また、導電助剤を併用する場合には、導電助剤を５〜２０質量％とすることが好ましい。他方、負極活物質にチタン酸リチウムを用いる場合の負極の組成としては、例えば、負極を構成する負極合剤１００質量％中、チタン酸リチウムを７５〜９０質量％、バインダを３〜１５質量％とすることが好ましく、また、導電助剤を併用する場合には、導電助剤を５〜２０質量％とすることが好ましい。

負極における負極合剤層の厚みは、例えば、４０〜２００μｍであることが好ましい。

負極の集電体としては、銅や銅合金で構成された金属箔、エキスパンドメタル、平織り金網などが挙げられる。なお、負極の総厚みを小さくし、電池内における正極および負極の積層数を増やすことで正極合剤層と負極合剤層との対向面積を大きくして、電池の負荷特性を高める観点からは、集電体には金属箔を使用することが好ましい。また、集電体の厚みは、例えば、５〜３０μｍであることが好ましい。

セパレータには、熱可塑性樹脂製の微多孔膜で構成されたものを使用する。セパレータを構成する熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレン−プロピレン共重合体、ポリメチルペンテンなどのポリオレフィンが好ましく、セパレータ同士を溶着したり、セパレータ間にセパレータの構成樹脂と同種の樹脂を配置して溶着したりする観点からは、その融点、すなわち、ＪＩＳＫ７１２１の規定に準じて、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて測定される融解温度が、１００〜１８０℃のポリオレフィンがより好ましい。

セパレータを構成する熱可塑性樹脂製の微多孔膜の形態としては、必要な電池特性が得られるだけのイオン伝導度を有していればどのような形態でもよいが、従来から知られている溶剤抽出法、乾式または湿式延伸法などにより形成された孔を多数有するイオン透過性の微多孔膜（電池のセパレータとして汎用されている微多孔フィルム）が好ましい。

セパレータの厚みは、例えば、５〜２５μｍであることが好ましく、また、空孔率は、例えば、３０〜７０％であることが好ましい。

電池に係る非水電解液としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートなどの環状炭酸エステル；ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、メチルエチルカーボネートなどの鎖状炭酸エステル；１，２−ジメトキシエタン、ジグライム（ジエチレングリコールメチルエーテル）、トリグライム（トリエチレングリコールジメチルエーテル）、テトラグライム（テトラエチレングリコールジメチルエーテル）、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシメタン、テトラヒドロフランなどのエーテル；などの有機溶媒に、電解質（リチウム塩）を０．３〜２．０ｍｏｌ／Ｌ程度の濃度に溶解させることによって調製した電解液を用いることができる。前記の有機溶媒は、それぞれ１種単独で用いてもよく、２種以上を併用しても構わない。

前記電解質としては、例えば、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＳｂＦ_６、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣ_４Ｆ_９ＳＯ_３、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２などのリチウム塩が挙げられる。

なお、図２に示す形状の負極と、図３に示す形状の正極と、図７に示す形状のセパレータとを使用し、図５および図６に示す構造の扁平形非水二次電池を製造したところ、信頼性に優れた扁平形非水二次電池を良好に生産することができた。また、この扁平形非水二次電池を分解したところ、負極合剤層からの微小片の脱落は認められなかった。

本発明の電池は、非水一次電池や非水二次電池などの従来から知られている電池と同様の用途に適用することができる。

１電池
２外装ケース
３封口ケース
４絶縁ガスケット
５正極
５ａ正極の本体部
５ｂ正極の集電タブ部
６負極
６ａ負極の本体部
６ｂ負極の集電タブ部
７セパレータ
７ａセパレータの主体部
７ｂセパレータの張り出し部
７ｃ接合部
６１負極合剤層
６２負極集電体

Claims

複数の正極と複数の負極とがセパレータを介して交互に積層されており、最外部側に位置する電極の少なくとも一方が負極である電極群、および電解液を有する電池であって、
前記負極は、本体部と、平面視で、前記本体部から突出した、前記本体部よりも幅の狭い集電タブ部とを有しており、
電極群の最外部側の負極以外の負極には、その本体部の両面に負極合剤層が形成されており、その集電タブ部には、集電体に負極合剤層が形成されておらず、
電極群の最外部側に位置する負極には、その本体部における電極群の最外部側とは反対側の面にのみ負極合剤層が形成されており、その本体部における電極群の最外部側の面および集電タブ部には、集電体に負極合剤層が形成されておらず、集電体の外周部が、負極合剤層の端面の少なくとも一部を覆っていることを特徴とする電池。
電極群の最外部側に位置する負極における負極合剤層の端面のうち、集電体の外周部により覆われている領域が、負極合剤層の厚みの３０〜１００％の部分である請求項１に記載の電池。
負極の本体部は、平面視の面積が１８０ｍｍ^２以下である請求項１または２に記載の電池。
電極群の最外部側の負極以外の負極における集電体の両面に形成された２つの負極合剤層のうち、いずれか一方の端面の少なくとも一部を、集電体の外周部が覆っている請求項１〜３のいずれかに記載の電池。
電極群の最外部側の負極以外の負極において、集電体の外周部により覆われている負極合剤層の端面では、その覆われている領域が、負極合剤層の厚みの３０〜１００％の部分である請求項４に記載の電池。
正極は、本体部と、平面視で、前記本体部から突出した、前記本体部よりも幅の狭い集電タブ部とを有しており、
前記正極の本体部では、集電体の片面または両面に正極活物質を含む正極合剤層が形成されている請求項１〜５のいずれかに記載の電池。
少なくとも、両側が負極と対向している正極の両面には、熱可塑性樹脂製の微多孔膜からなるセパレータが配置されており、
前記２枚のセパレータは、前記正極の本体部全面を覆う主体部と、前記主体部から突出し、前記正極の集電タブ部の、少なくとも本体部との境界部を含む部分を覆う張り出し部とを有しており、かつ前記２枚のセパレータは、その主体部の周縁部の少なくとも一部において、互いに溶着された接合部を有している請求項６に記載の電池。
外装ケースと封口ケースとが絶縁ガスケットを介してカシメ封口されて形成された空間内に、電極群および電解液が収容されている請求項１〜７のいずれかに記載の電池。
電解液が非水電解液である請求項１〜８のいずれかに記載の電池。