JP5580198B2

JP5580198B2 - 角形電池

Info

Publication number: JP5580198B2
Application number: JP2010524010A
Authority: JP
Inventors: 敬元森川; 徹高井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-03-05
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2030-03-05
Also published as: WO2010100940A1; KR20110099267A; US20120058373A1; CN102257667A; JPWO2010100940A1; US8703314B2; CN102257667B

Description

本発明は、角形電池の容量を向上させるための技術に関する。

近年、ＡＶ機器、あるいはパソコンなどの電気機器のポータブル化及びコードレス化が急速に促進されている。また、携帯電話等の携帯型通信機器の普及も急速である。従来、それらのポータブル型電気機器の駆動用電源には、ニッケルカドミウム電池及びニッケル水素電池が主に用いられていた。

しかしながら、ポータブル型電気機器の高性能化及び高機能化が進むのに伴って、より高電圧及び高容量の二次電池が、それらの電源として必要となってきている。このため、現在では、体積エネルギ密度及び重量エネルギ密度がともに高い、リチウムイオン電池に代表される非水電解質電池がポータブル型電気機器の電源として主流となりつつある。非水電解質電池は、急速充電が可能であるとともに、高い安全性を有する点でも有利である。

非水電解質電池は、一般的に、正極板と負極板とを、間にセパレータを介在させて、渦巻状に巻回して積層した電極群を有している。そして、機器の薄型化に適し、且つスペース使用効率が高いことから、非水電解質電池の偏平角形化が促進されている。
それに伴って、長さ、幅及び厚さが異なる種々のサイズの角型電池が使用されるようになってきている。また、電極群の積層の方法にも様々な工夫がなされている。

図５に、従来の角型電池の電極群の一部を拡大して、断面図により示す。図示例の電極群１００は、帯状の正極１２１及び負極１２２を、間に帯状のセパレータ１２３を挟んで、渦巻き状に巻回することにより構成されている。正極１２１及び負極１２２は、それぞれ、導体からなる帯状の正極芯材（集電体）１２１ａ及び負極芯材１２２ａと、その両面に形成された正極活物質層１２１ｂ及び負極活物質層１２２ｂとを有している。電極群１００の巻回は、２枚のセパレータ１２３の間に負極１２２を挟み、それに正極１２１を後から添えるようにして実行する。

なお、図５では、電極群１００の内部に空隙１０１ａが生じている。しかしながら、正極１２１、負極１２２及びセパレータ１２３は可撓性を有するために、実際には空隙１０１ａは潰れてしまう。

図示例の電極群１００では、正極１２１の巻回開始端部（第１層Ｐ１０１の左端部）は、負極１２２の巻回開始端部（第１層Ｎ１０１の左端部）よりも内側（図の右側）にある。
負極１２２の巻回開始端部は、負極芯材１２２ａの片面にのみ負極活物質層１２２ｂが形成されている。負極芯材１２２ａの負極活物質層１２２ｂが形成されていない面は、負極芯材１２２ａが露出している。その露出面には負極リード１２４が溶接されている。

一方、図示はしないが、正極１２１は、電極群１００の巻回終了端部（電極群１００の右端部寄りに位置する）で正極芯材１２１ａの片面が露出している。その露出面には正極リードが溶接されている。

正極１２１の第１層Ｐ１０１及び負極１２２の第１層Ｎ１０１は、電極群１００の図示しない右端部にある折り返し部で折り返される。その折り返し部で折り返された第１層Ｐ１０１及びＮ１０１は、第２層Ｐ１０２及びＮ１０２へと続く。第２層Ｐ１０２及びＮ１０２は、電極群１００の左端部にある折り返し部１２５で折り返される。それらの折り返し部では、正極１２１及び負極１２２は、湾曲している。電極群１００の左端部の折り返し部１２５で折り返された第２層Ｐ１０２及びＮ１０２は、第３層Ｐ１０３及びＮ１０３へと続く。
以上のようにして、正極１２１及び負極１２２を渦巻き状に巻回して積層していく。

図示例の電極群１００においては、負極１２２の負極リード１２４が溶接される部分と、負極１２２の第１層Ｎ１０１の上側の負極活物質層（Ｎ１０１ａ）と、第２層Ｎ１０２の下側の負極活物質層（Ｎ１０２ａ）とには、対になる正極活物質層１２１ｂが存在しない。したがって、それらの負極活物質層１２２ｂは、電池の発電に寄与していない。

このため、図６に示すように、負極１２６の第１層Ｎ１１１及び第２層Ｎ１１２は、負極芯材１２６ａの片面にのみ負極活物質層１２６ｂを形成し、第３層Ｎ１１３から負極芯材１２６ａの両面に負極活物質層１２６ｂを形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２５７４０６号公報

しかしながら、図６の構成では、電極群１１０の左端部の折り返し部１２７は、最内層が、負極芯材１２６ａの片面にだけ活物質層１２６ｂが形成された部分（以下、片面活物質層部という）の単独で構成されている。一方、電極群１１０の図示しない右端部の折り返し部は、最内層が、正極１２１と、負極１２６の片面活物質層部とのペアで構成される。

以上の理由により、図６の構成では、電極群において、正極及び負極が２回目に折り返される側の端部（図６では左端部）の折り返し部は、その反対側の折り返し部よりも曲率半径が全体的に小さくなる。その結果、電極群の一対の端部の間で、折り返し部の電極総面積に差異が生じる。

各折り返し部の間で電極総面積に差異が生じると、電極群の一対の端部の間で厚みに差異が生じる。このため、電極群の幅方向に厚みのばらつきが生じて、電池ケースの容積を最大限に利用することができなくなる。つまり、同じ容量の電池ケースに収容し得る電極の総面積、つまり活物質量が小さくなる。そのことは、角型電池を高容量化するときの障害となる。

本発明の一局面は、帯状の正極芯材及び前記正極芯材の両面に形成された正極活物質層を含む正極、帯状の負極芯材及び前記負極芯材の両面に形成された負極活物質層を含む負極、並びに前記正極と負極との間に介在される帯状のセパレータを含む電極群と、前記電極群を収容する電池ケースと、を備えた角型電池であって、
前記電極群は、前記正極、前記負極及び前記セパレータをそれらの長手方向に沿って巻回して構成されるとともに、前記正極、前記負極及び前記セパレータが平面状に積層された平坦部と、前記正極、前記負極及び前記セパレータが湾曲しながら折り返される、前記平坦部と隣接する折り返し部とを有し、
前記負極は、当該負極の巻回開始端部に、前記負極芯材の一方の面にのみ前記負極活物質層が設けられた片面活物質層部を有しており、
前記片面活物質層部が、前記負極が２回目に折り返される位置と３回目に折り返される位置との間の前記負極の第１所定位置で終了しており、
前記負極の巻回開始位置と、前記負極の前記第１所定位置とが対応しており、
前記正極の巻回開始端部が、前記片面活物質層部の前記負極活物質層と、前記セパレータを間に挟んで隣り合っており、
前記正極の巻回開始位置が、前記負極が１回目に折り返される位置と２回目に折り返される位置との間の前記負極の第２所定位置と対応しており、その第２所定位置から前記負極が前記正極とともに巻回され、
前記負極の前記第２所定位置は、前記負極が１回目に折り返される位置と２回目に折り返される位置との間で、前記負極の前記第１所定位置および前記巻回開始位置と対応する位置よりも、前記負極が２回目に折り返される位置に近い、
ただし、前記正極のｎ回目（ｎ＝１、２、・・・）に折り返される位置は前記正極の巻回前の長手方向における折り返し位置であり、前記負極のｎ回目に折り返される位置は前記負極の巻回前の長手方向における折り返し位置であり、前記正極のｎ回目に折り返される位置と、前記負極の（ｎ＋１）回目に折り返される位置とが重なっている、角型電池である。

本発明によれば、電極群の幅方向における厚みのばらつきを抑えることにより、角型電池の高容量化を容易にすることができる。

本発明の一実施形態に係る角形電池の外観を示す斜視図である。図１のII-II線による矢視拡大断面図である。図１のIII-III線による矢視拡大断面図である。電極群の詳細を示す、同電極群の一部拡大断面図である。従来の電極群の詳細を示す、同電極群の一部拡大断面図である。従来の電極群の詳細を示す、同電極群の一部拡大断面図である。

本発明の一局面は、帯状の正極芯材及び正極芯材の両面に形成された正極活物質層を含む正極、帯状の負極芯材及び負極芯材の両面に形成された負極活物質層を含む負極、並びに正極と負極との間に介在される帯状のセパレータを含む電極群と、電極群を収容する電池ケースと、を備えた角型電池に関する。電極群は、正極、負極及びセパレータを長手方向に沿って巻回して構成される。電極群は、正極、負極及びセパレータが平面状に積層された平坦部と、正極、負極及びセパレータが湾曲しながら折り返される、平坦部と隣接する折り返し部とを有する。

ここで、負極は、巻回開始端部に、負極芯材の一方の面にのみ負極活物質層が設けられた片面活物質層部を有している。片面活物質層部は、負極が２回目に折り返される位置と３回目に折り返される位置との間の第１所定位置で終了している。

以上の構成により、負極が１回目と３回目とに折り返される側の折り返し部の曲率半径が、反対側の折り返し部の曲率半径よりも全体的に小さくなるのを防止することができる。その結果、一方の折り返し部の電極総面積と他方の折り返し部の電極総面積との差異を小さくすることができる。したがって、電極群の一対の端部の間で厚みに差異が生じるのを防止することができる。よって、電極群の幅方向の厚みのばらつきを小さくすることができる。よって、同じ容積の電池ケースに収容し得る電極の総面積を大きくすることができる。よって、電池ケースの容積を最大限に利用するように電極群を電池ケースに収容させることが可能となる。よって、角型電池を高容量化することが容易となる。

本発明の別の局面では、片面活物質層部の負極活物質層が、負極が１回目に折り返される位置で負極芯材の外側に位置している。
この構成により、正極を、折り返し部で負極の外側に位置させながら電極群を巻回することが可能となる。よって、正極の曲率半径が全体的に大きくなり、正極活物質の脱落を抑えることができる。

本発明のさらに別の局面では、正極の巻回開始端部が、片面活物質層部の負極活物質層と、セパレータを間に挟んで隣り合っており、かつ正極の巻回開始位置が、負極が１回目に折り返される位置と２回目に折り返される位置との間の第２所定位置と対応している。
この構成により、電極群の平坦部から正極の巻回が開始されるので、正極を１回目に折り返すときの曲率半径を可能な限り大きくすることができる。よって、正極活物質の脱落を抑えつつ、角型電池の高容量化を達成することができる。

以上のことを詳しく説明すると、正極板の巻回開始位置を電極群の折り返し部に配置すると、その巻回開始部の曲率半径が小さくなることから、その部分の正極活物質層が脱落しやすくなる。このため、正極の巻回開始位置は、電極群の平坦部に配置するのが好ましい。ところが、このように正極の巻回開始位置を設定すると、正極が２回折り返されて１周するまでは、負極芯材の両面に負極活物質層を設けても、一方の負極活物質層には、有効に対向する正極活物質層が存在しなくなる。そして、その部分の負極活物質層は、発電に寄与しない。

以上の理由により、従来は、正極が２回目に折り返される折り返し部（図５及び図６の折り返し部１２５及び１２７）を過ぎるまでは、負極芯材の片面にだけ負極活物質層を設けるようにしていた。これにより、発電に寄与しない負極活物質層を減らし、電池ケースの容積の使用効率を上げようとしていた。

ところが、本発明者等の最近の研究によれば、正極が２回目に折り返される折り返し部を過ぎるまで負極芯材の片面にだけ負極活物質層を設けるようにすると、その折り返し部の曲率半径が全体的に小さくなる。その結果、電極群の幅方向に厚みのばらつきが生じて、電池ケースの容積の使用効率が低下し、角型電池の容量がかえって低下してしまう場合があることが判明した。

本発明は、このような知見から、正極が２回目に折り返される折り返し部の手前から、一部は発電には寄与しないが、負極心材の両面にあえて負極活物質層を設けている。これにより、正極が２回目に折り返される折り返し部の曲率半径が全体的に大きくなる。その結果、電極群の幅方向における厚みのばらつきが小さくなり、発電に寄与する電極の総面積がトータルで増大する。よって、電池容量を増加させることが可能となる。

本発明のさらに別の局面では、負極の巻回開始位置と、第１所定位置とが揃っており、正極の巻回開始位置が、第１所定位置よりも、負極が２回目に折り返される位置に近い。
この構成により、正極及び負極に大きな応力を生じさせることなく、電極群を巻回することが可能となる。よって、活物質層の脱落を抑えることができる。

本発明のさらに別の局面では、正極の巻回開始位置が、負極が１回目に折り返される側の折り返し部と平坦部との境界から１〜４ｍｍの位置にある。この構成により、正極及び負極に大きな応力を生じさせることなく電極群を巻回することができ、かつ発電に寄与しない負極活物質層の面積を最小限度とすることができる。折り返し部と平坦部との境界は、負極が１回目に折り返される線を含む面（図４で二点鎖線１０ａにより示される面）である。この面は、平坦部の面方向及び電極群の巻回方向（図１の左右の方向）と垂直な面である。

本発明のさらに別の局面では、第１所定位置が、負極が１回目に折り返される側の折り返し部と平坦部との境界から０．３〜３．５ｍｍの位置にある。これにより、片面活物質層部が終了する位置、つまり負極芯材の両面に負極活物質層を形成することが開始される位置で負極に大きな応力が発生するのを防止することができ、負極活物質層の脱落を抑えることが可能となる。また、発電に寄与しない負極活物質層の面積を最小限度とすることが可能となる。

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
図１に本発明の一実施形態に係る角型電池の外観を斜視図により示す。図２は、図１のII-II線における矢視拡大断面図である。図３は、図１のIII-III線における矢視拡大断面図である。

角型電池１は、開口を有する矩形の電池ケース２と、その開口を封口する封口板３とを備えている。電池ケース２及び封口板３は例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金から構成されている。

封口板３の周縁部は、電池ケース２の開口部にレーザーで溶接されている。封口板３には、封口板３と絶縁された負極外部端子４が設けられている。電池ケース２及び封口板３は正極外部端子として機能する。

図２に示すように、電池ケース２の内部には、図示しない電解質とともに電極群１０が収容されている。電極群１０は、正極１２、負極１４及びセパレータ１６を含む。負極外部端子４は、負極内部端子４ａに繋がっている。負極内部端子４ａと、電極群１０との間には、絶縁体からなる枠体５が配設されている。枠体５の中央部には、負極リード６を挿通するための負極リード挿通孔５ａが設けられている。負極リード挿通孔５ａを通された負極リード６により、負極内部端子４ａと、負極１４とが接続される。

図３に示すように、枠体５の端部には、正極リード７を挿通するための正極リード挿通間隙５ｂが設けられている。正極リード挿通間隙５ｂを通された正極リード７により、封口板３と、正極１２とが接続される。

図４に、電極群の詳細を一部拡大断面図により示す。
電極群１０は、帯状の正極１２と、帯状の負極１４と、正極１２と負極１４との間に配される帯状のセパレータ１６とを含む。正極１２、負極１４及びセパレータ１６は、渦巻き状に巻回されている。電極群１０は、正極１２、負極１４及びセパレータ１６が平面状に積層された平坦部１８と、正極１２、負極１４及びセパレータ１６が湾曲しながら折り返される折り返し部とを含む。折り返し部は、平坦部１８の一対の端部にそれぞれ平坦部１８と隣接するように形成される。図１においては、一対の折り返し部のうち、一方の折り返し部（以下、一方折り返し部という）２０のみを示している。

正極１２は、帯状の導体からなる正極芯材（集電体）１２ａと、正極芯材１２ａの両面に形成された正極活物質層１２ｂと、を含む。負極１４は、帯状の導体からなる負極芯材（集電体）１４ａと、負極芯材１４ａの両面に形成された負極活物質層１４ｂと、を含む。

負極１４は、平坦部１８の内部で、一方折り返し部２０との境界１０ａに近い位置から巻回が開始される。その巻回開始位置Ｓ１と、境界１０ａとの距離Ｌ１は、０．３〜３．５ｍｍとすることができる。距離Ｌ１のより好ましい範囲は、０．５〜２．５ｍｍである。負極１４の巻回開始端部は、負極芯材１４ａの一方の面にのみ負極活物質層１４ｂが形成された片面活物質層部１４ｃとなっている。

負極１４は、一方折り返し部２０において湾曲しながら１回目が折り返される。１回目が折り返された負極１４は、巻回開始位置Ｓ１を再び過ぎた後に、正極１２の巻回開始端部と重ねられ、正極１２とともに巻回されていく。正極１２の巻回開始位置Ｓ２と、上記境界との距離Ｌ２は、１〜４ｍｍとするのが好ましい。そして、位置Ｓ１と位置Ｓ２との距離Ｌ３は、０．５〜３．２ｍｍとするのが好ましい。距離Ｌ３をこの範囲とすることにより、正極１２及び負極１４に大きな応力が生じるのを避けることができる。よって、活物質層の脱落を抑えることができる。また、負極１４の巻回開始端部で、正極活物質層１２ｂと有効に対向しない負極活物質層１４ｂの長さを最小限度とすることができる。

そして、正極１２及び負極１４は、図示しない他方の折り返し部（以下、他方折り返し部という）で湾曲しながら折り返される。他方折り返し部で１回目に折り返されるまでの正極１２を第１層Ｐ１とする。正極１２と重ねられた後、他方折り返し部で２回目に折り返されるまでの負極１４を第１層Ｎ１とする。

他方折り返し部で１回目が折り返された正極１２は、第２層Ｐ２となり、他方折り返し部で２回目が折り返された負極１４は、第２層Ｎ２となる。さらに、正極１２は、一方折り返し部２０で２回目が折り返されて、第３層Ｐ３となり、負極１４は、一方折り返し部２０で３回目が折り返されて、第３層Ｎ３となる。なお、図４では、正極１２の第１層Ｐ１と負極１４の第３層Ｎ３との間に空隙があるが、実際には、正極１２の第１層Ｐ１と負極１４の第３層Ｎ３とは、セパレータ１６を間に挟んで隣接している。

負極１４の片面活物質層部１４ｃは、第２層Ｎ２の一方折り返し部２０の近傍、より具体的には、負極の巻回開始位置Ｓ１と対応する位置で終了しており、そこからは、負極１４は、負極芯材１４ａの両面に負極活物質層１４ｂが形成されている。つまり、負極１４は、巻回の開始から３回目に折り返されるときには、負極芯材１４ａの両面に負極活物質層１４ｂが形成された状態で折り返される。

以下、本発明の実施例を詳細に説明する。本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。

（実施例１）
（１）正極の作製
以下の手順で正極を作製した。

正極活物質（ＬｉＮｉ_0.8Ｃｏ_0.15Ａｌ_0.05Ｏ₂）と、導電剤としてのアセチレンブラックと、結着剤としてのＰＶｄＦ（PolyVinylidene Fluoride：ポリフッ化ビニリデン）とが重量比で９０：５：５となるように配合し、分散剤としてＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）を加えながら双腕式練合機にて攪拌した。このようにして、正極スラリーを調製した。

この正極スラリーを、厚さ１５μｍのアルミニウム箔からなる正極芯材（集電体）の両面に塗布した。それを１２０℃の雰囲気下で乾燥してＮＭＰを除去した後、ロールプレスを用いて厚さ１１５μｍ（正極活物質層の片面の厚みは５０μｍ）まで圧延し、所定の寸法に切断して正極を作製した。正極芯材の厚みは、１０〜１５μｍの範囲とすることができる。正極の厚みは、１００〜１５０μｍの範囲とすることができる。

その後、正極の巻回終了端部に設けた、正極活物質層が形成されていない正極芯材の露出部に、幅２．５ｍｍ、厚み０．１ｍｍの正極リードを溶接した。

（２）負極の作製
以下の手順で負極を作製した。

負極活物質として精製天然黒鉛にピッチ由来の非晶質層を被覆させた材料を使用した。この負極活物質と、増粘剤としてのＣＭＣ（CarboxyMethylCellulose：カルボキシメチルセルロース）と、結着剤としてのＳＢＲ（Styrene-Butadiene Rubber：スチレン・ブタジエンゴム）とが、重量比で１００：２：２となるように配合した。それに、分散剤として水を加えながら双腕式練合機にて攪拌して、負極スラリーとした。

その負極スラリーを、厚み１０μｍの銅箔からなる負極芯材（集電体）の両面に塗布し、２００℃の雰囲気下で乾燥して水を除去した。それを、ロールプレスを用いて厚さ１５０μｍ（負極活物質層の片面の厚みは８０μｍ）まで圧延し、所定の寸法に切断して負極を作製した。負極芯材の厚みは、７〜１０μｍの範囲とすることができる。負極活物質層の片面の厚みは、１００〜１８０μｍの範囲とすることができる。

その後、負極の巻回開始端部の片面活物質層部で露出した負極芯材に、幅３．０ｍｍ、厚み０．１ｍｍの負極リードを溶接した。

（３）非水電解質の調製
非水電解質には、ＥＣ（Ethylene carbonate：エチレンカーボネート）とＥＭＣ（Ethyl Methyl Carbonate：エチルメチルカーボネート）との体積比が２：８になるように混合した非水溶媒に、電解質であるＬｉＰＦ₆を１．１ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解して非水電解質を調製した。

（４）角形電池の組立て
上述のようにして得られた正極と負極とを、厚み２０μｍのＰＥ（ポリエチレン）製の微多孔膜からなるセパレータを間に挟んで、図４に示したように渦巻き状に巻回し、横断面形状が扁平角形に形成された電極群を構成した。セパレータの厚みは、１２〜２０μｍの範囲とすることができる。

電極群は、平坦部から負極の巻回を開始し、その巻回開始位置から１回目に折り返すときの折り返し部との境界までの長さＬ１（図４参照）を２ｍｍとした。負極の巻回開始端部は、負極芯材の片面にのみ負極活物質層が形成された片面活物質層部とした。片面活物質層部は、負極芯材を内側に、負極活物質層を外側にして折り返した。

片面活物質層部は負極を３回目に折り返すときの折り返し部の手前の位置で終了させ、その位置からは、負極芯材の内側の面にも負極活物質層を形成した。その位置は、負極の巻回開始位置と揃えた。つまり、負極芯材の内側の面に負極活物質層の形成を開始する位置も、平坦部と折り返し部との境界から２ｍｍの位置とした。

正極は、負極の巻回を開始して１回目に折り返した後で、片面活物質層部の負極活物質層が形成された側に沿わせるようにして、巻回を開始した。正極の巻回開始位置と、上記境界との距離Ｌ２は３．５ｍｍとした。

以上のようにして構成した電極群を、有底角形の電池ケースに収容した。電極群の上方に突出させた負極リードを、負極内部端子にレーザーで溶接した。電極群の上方に突出させた正極リードは、封口板にレーザーで溶接した。

次に、上述のようにして得られた非水電解質を電池ケースに注入し、電池ケースの開口部を封口板により封口した。
以上のようにして、縦３６ｍｍ、横３４ｍｍ、幅８．５ｍｍの角形のリチウムイオン二次電池を５個作製した。

（実施例２）
長さＬ１（図４参照）を０．５ｍｍとしたこと以外は実施例１と同様にしてリチウムイオン二次電池を５個作製した。

（実施例３）
長さＬ１（図４参照）を２．５ｍｍとしたこと以外は実施例１と同様にしてリチウムイオン二次電池を５個作製した。

（実施例４）
長さＬ１（図４参照）を３．５ｍｍとし、距離Ｌ２を４ｍｍとしたこと以外は実施例１と同様にしてリチウムイオン二次電池を５個作製した。

（実施例５）
長さＬ１（図４参照）を０．３ｍｍとしたこと以外は実施例１と同様にしてリチウムイオン二次電池を５個作製した。

（比較例１）
図６で示したように、負極の巻回開始端部の片側活物質層部の終了位置が、第３層Ｎ１１３の左端部にある電極群を作製した。その電極群を使用して、実施例１と同様にしてリチウムイオン二次電池を５個作製した。

＜評価＞
実施例１〜５、及び比較例１の各５個の電池について、以下の方法により、厚み、放電容量、及び活物質層の脱落の有無を確認した。

先ず、２５℃の雰囲気下で、充電終止電圧を４．２０Ｖとして、２５０ｍＡで定電流充電を行った。その後、２５℃の雰囲気下で、放電終止電圧を２．５０Ｖとして、２５０ｍＡで定電流放電を行った。これを１サイクルとして２５０サイクルを繰り返した後、２５１サイクル目の放電容量を測定した。放電容量の測定を行った直後に、ノギスで電池の中央部の厚みを測定した。

放電容量と厚みとを測定した後、露点が−３０℃である低湿度の雰囲気下で電池を分解し、電池ケースから電極群を取り出して、負極活物質層の巻回開始位置を確認した。
以上の結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例１〜５は、比較例１よりも放電容量が大きく、電池の厚みのばらつきも小さい。

実施例１〜５の電池は、負極の巻回開始端部の片面活物質層部を予め小さく１回折り返すとともに、負極を３回目に折り返す折り返し部の手前から負極芯材の両面に活物質層を形成している。このため、その折り返し部の曲率半径が比較例１のそれよりも全体的に大きくなっている。これにより、実施例１〜５においては、その折り返し部の電極総面積と、反対側の折り返し部の電極総面積との差異が、比較例１のそれよりも小さくなっている。

その結果、実施例１〜５においては、電極群の一対の端部において、電極群の厚みの差異が小さくなっている。このことは、実施例１〜５の各電池と、比較例１の各電池とを分解したときに、電極群の各部分の厚みを実際に測定して確認した。したがって、実施例１〜５においては、電極群の厚みが各部分でより均一となっている。よって、同一の容積の電池ケースに、より広い面積の電極、つまりより大量の活物質を収容することが可能となる。よって、電池を高容量化することが容易となる。

なお、実施例５の電池の放電容量は、実施例１〜４に比べて若干低下している。これは、実施例５は、長さＬ１が３．５ｍｍと大きく、その分だけ発電に寄与しない負極の長さが長くなり過ぎたためであると考えられる。その結果、その部分の負極活物質層にリチウムがインターカレートして不可逆となり、放電容量が低下したものと考えられる。

また、比較例１の電池の厚みのばらつきが大きくなっている原因は、比較例１では、各折り返し部の間で電極総面積の差異が大きいために、充放電サイクルを繰り返したときに、厚みの変化が安定せず、大きなばらつきが生じたものと考えられる。

また、実施例４の電池は、片側活物質層部の終了位置の負極活物質層が少量ではあるが脱落していた。これは、長さＬ１が０．３ｍｍと短いことが原因と思われる。

なお、上記実施例では角形型電池をリチウムイオン二次電池としたが、本発明は、他の非水電解質電池からなる角形電池に好適に適用することができる。

本発明の角形電池は、高容量の角形電池を提供することができるので電子機器等の主電源、携帯電話やノート型パソコン等の民生用モバイルツールの主電源、電動ドライバー等のパワーツールの主電源、およびＥＶ自動車等の産業用主電源として有用である。

１…角型電池、
２…電池ケース、
３…封口板、
１０ａ…境界、
１２…正極、
１２ａ…正極芯材、
１２ｂ…正極活物質層、
１４…負極、
１４ａ…負極芯材、
１４ｂ…負極活物質層、
１４ｃ…片面活物質層部、
１６…セパレータ、
１８…平坦部、
２０…一方折り返し部、

Claims

帯状の正極芯材及び前記正極芯材の両面に形成された正極活物質層を含む正極、帯状の負極芯材及び前記負極芯材の両面に形成された負極活物質層を含む負極、並びに前記正極と負極との間に介在される帯状のセパレータを含む電極群と、前記電極群を収容する電池ケースと、を備えた角型電池であって、
前記電極群は、前記正極、前記負極及び前記セパレータをそれらの長手方向に沿って巻回して構成されるとともに、前記正極、前記負極及び前記セパレータが平面状に積層された平坦部と、前記正極、前記負極及び前記セパレータが湾曲しながら折り返される、前記平坦部と隣接する折り返し部とを有し、
前記負極は、当該負極の巻回開始端部に、前記負極芯材の一方の面にのみ前記負極活物質層が設けられた片面活物質層部を有しており、
前記片面活物質層部が、前記負極が２回目に折り返される位置と３回目に折り返される位置との間の前記負極の第１所定位置で終了しており、
前記負極の巻回開始位置と、前記負極の前記第１所定位置とが対応しており、
前記正極の巻回開始端部が、前記片面活物質層部の前記負極活物質層と、前記セパレータを間に挟んで隣り合っており、
前記正極の巻回開始位置が、前記負極が１回目に折り返される位置と２回目に折り返される位置との間の前記負極の第２所定位置と対応しており、その第２所定位置から前記負極が前記正極とともに巻回され、
前記負極の前記第２所定位置は、前記負極が１回目に折り返される位置と２回目に折り返される位置との間で、前記負極の前記第１所定位置および前記巻回開始位置と対応する位置よりも、前記負極が２回目に折り返される位置に近い、
ただし、前記正極のｎ回目（ｎ＝１、２、・・・）に折り返される位置は前記正極の巻回前の長手方向における折り返し位置であり、前記負極のｎ回目に折り返される位置は前記負極の巻回前の長手方向における折り返し位置であり、前記正極のｎ回目に折り返される位置と、前記負極の（ｎ＋１）回目に折り返される位置とが重なっている、角型電池。
前記負極が１回目に折り返される位置で、前記片面活物質層部の前記負極活物質層が前記負極芯材の外側にある、請求項１記載の角型電池。
前記正極の巻回開始位置が、前記負極が１回目に折り返される側の前記折り返し部と前記平坦部との境界から１〜４ｍｍの位置にある、請求項１記載の角型電池。
前記第１所定位置が、前記負極が１回目に折り返される側の前記折り返し部と前記平坦部との境界から０．３〜３．５ｍｍの位置にある、請求項１記載の角型電池。