JP5702541B2 - リチウムイオン電池およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムイオン電池およびその製造技術に関し、特に、正極活物質を塗着した正極板と、セパレータと、負極活物質を塗着した負極板とを有するリチウムイオン電池およびその製造技術に適用して有効な技術に関する。
特開２００９−２２４０７０号公報（特許文献１）には、リチウムイオン電池使用中の振動および温度変化や、充放電に伴う活物質の膨張収縮などによって、電極捲回体を形成する際にかけられたテンション（張力）により、電極捲回体の外周部で不安定な捲き戻りが起こり、これによって、集電タブが破損する課題が記載されている。特許文献１では、この課題を解決するために、集電タブに幅細部を設けている。これにより、電極捲回体に捲き戻りが発生した際、集電タブの幅細部が屈曲することで、張力を緩和できるとしている。
特開２００９−１８７７２４号公報（特許文献２）には、集電タブにねじれが生じることにより、集電タブとセパレータが擦れてセパレータが破損し、この結果、正極と負極間に短絡が発生することを防止する技術が記載されている。具体的には、セパレータの静摩擦係数を０．６以下とすることにより、集電タブとセパレータとの擦れを抑制するとしている。
特開２００９−２２４０７０号公報 特開２００９−１８７７２４号公報
携帯電子機器の発達に伴い、これらの携帯電子機器の電力供給源として、繰り返し充電が可能な小型二次電池が使用されている。中でも、エネルギー密度が高く、サイクルライフが長いとともに、自己放電性が低く、かつ、作動電圧が高いリチウムイオン電池が注目されている。リチウムイオン電池は、上述した利点を有するため、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機などの携帯電子機器に多用されている。さらに、近年では、電気自動車用電池や電力貯蔵用電池として、高容量、高出力、かつ、高エネルギー密度を実現できる大型のリチウムイオン電池の研究開発が進められている。特に、自動車産業においては、環境問題に対応するため、動力源としてモータを使用する電気自動車や、動力源としてエンジン（内燃機関）とモータとの両方を使用するハイブリッド車の開発が進められている。このような電気自動車やハイブリッド車の電源としてもリチウムイオン電池が注目されている。
リチウムイオン電池は、例えば、正極活物質を塗着した正極板と、負極活物質を塗着した負極板と、正極板と負極板の接触を防止するセパレータとを捲回した電極捲回体を備えている。そして、リチウムイオン電池では、この電極捲回体が外装缶に挿入されるとともに、外装缶内に電解液が注入されている。つまり、リチウムイオン電池では、金属箔に正極活物質を塗着した正極板と、金属箔に負極活物質を塗着した負極版とが帯状に形成され、帯状に形成された正極板と負極板が直接接触しないように、セパレータを介して断面渦巻状に捲回されて電極捲回体が形成される。正極板と負極板を捲回する場合、捲きズレを防止するため、正極板と負極板は、テンション（張力）をかけながら捲回される。
ここで、電気自動車用電源などの高入出力特性が要求されるリチウムイオン電池では、内部抵抗を低減するために、正極板や負極板を構成する金属箔から、それぞれ多数の集電タブが直接導出されている。例えば、正極集電タブは、リチウムイオン電池の高出力化を図るため、正極板である金属箔の一部に正極活物質を塗着せずに残しておき、この残しておいた領域を複数の矩形形状に加工することにより、正極板から直接、正極集電タブを導出している。同様に、負極集電タブも、リチウムイオン電池の高出力化を図るため、負極板である金属箔の一部に負極活物質を塗着せずに残しておき、この残しておいた領域を複数の矩形形状に加工することにより、負極板から直接、負極集電タブを導出している。
導出された正極集電タブや負極集電タブの端部は、電極捲回体の両側にそれぞれ配置された円盤状の正極集電リングや負極集電リングの周縁部に接続されている。
このように構成されているリチウムイオン電池では、リチウムイオン電池使用中の振動および温度変化や、充放電に伴う活物質の膨張収縮などが生じるため、電極捲回体を形成する際にかけられたテンション（張力）により、電極捲回体の外周部で不安定な捲き戻りが発生する。電極捲回体で上述した不安定な捲き戻りが発生すると、電極捲回体と集電リングとを接続している集電タブにねじれなどが生じて、集電タブ自体の破損や、集電タブが隣接するセパレータを圧迫してセパレータの破損を生じさせるおそれがある。さらに、集電タブが導出されている正極板や負極板から活物質の剥離が発生するおそれがある。つまり、電極捲回体で不安定な捲き戻りが発生すると、集電タブにねじれなどが生じ、この結果、リチウムイオン電池の信頼性が低下する問題点が発生するのである。
また、リチウムイオン電池の他の構成例として、複数の正極板と複数の負極板とをセパレータを介して積層配置するラミネート型リチウムイオン電池もある。このラミネート型リチウムイオン電池においても、複数の正極板のそれぞれから正極集電タブが導出され、導出された複数の正極集電タブがまとめて正極集電リングに接続される。同様に、複数の負極板のそれぞれから負極集電タブが導出され、導出された複数の負極集電タブがまとめて負極集電リングに接続される。したがって、ラミネート型リチウムイオン電池においても、リチウムイオン電池使用中の振動および温度変化や、充放電に伴う活物質の膨張収縮などが生じるため、集電リングと接続している集電タブにねじれなどが生じて、集電タブ自体の破損や、集電タブが隣接するセパレータを圧迫してセパレータの破損を生じさせるおそれがある。さらに、集電タブが導出されている正極板や負極板から活物質の剥離が発生するおそれがある。以上のように、捲回型リチウムイオン電池やラミネート型リチウムイオン電池では、集電タブを使用していることから、集電タブのねじれなどに起因するリチウムイオン電池の信頼性低下が問題となる。
本発明の目的は、リチウムイオン電池の信頼性を向上させることができる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
代表的な実施の形態によるリチウムイオン電池は、（ａ）リチウム含有遷移金属酸化物を含む正極活物質を塗着した正極板と、（ｂ）リチウムイオンを挿入および放出可能な材料を含む負極活物質を塗着した負極板と、（ｃ）前記正極板と前記負極板の間に設けられたセパレータと、（ｄ）前記正極板と前記負極板の間に注入された電解液とを備える。そして、（ｅ）前記正極板に形成された正極集電タブと、（ｆ）前記正極集電タブと電気的に接続された正極集電リングと、（ｇ）前記負極板に形成された負極集電タブと、（ｈ）前記負極集電タブと電気的に接続された負極集電リングとを備える。ここで、前記正極集電タブには、屈曲可能で、かつ、伸縮性を有する第１屈曲部が形成され、前記負極集電タブには、屈曲可能で、かつ、伸縮性を有する第２屈曲部が形成されている。そして、前記第１屈曲部は、前記セパレータの一端部と前記正極集電リングの間に存在し、前記第２屈曲部は、前記セパレータの他端部と前記負極集電リングの間に存在するものである。
また、代表的な実施の形態によるリチウムイオン電池の製造方法は、（ａ）リチウム含有遷移金属酸化物を含む正極活物質を塗着した正極板を形成する工程と、（ｂ）前記正極板を加工することにより、屈曲可能で、かつ、伸縮性を有する第１屈曲部を形成した正極集電タブを前記正極板に形成する工程とを備える。そして、（ｃ）リチウムイオンを挿入および放出可能な材料を含む負極活物質を塗着した負極板を形成する工程と、（ｄ）前記負極板を加工することにより、屈曲可能で、かつ、伸縮性を有する第２屈曲部を形成した負極集電タブを前記負極板に形成する工程とを備える。次に、（ｅ）セパレータを準備する工程と、（ｆ）前記正極板と前記セパレータと前記負極板とを捲回して電極捲回体を形成し、前記電極捲回体の一方側から前記正極集電タブを突出させ、かつ、前記電極捲回体の他方側から前記負極集電タブを突出させる工程とを備える。続いて、（ｇ）前記電極捲回体の一方側に正極集電リングを配置し、前記正極集電リングと前記正極集電タブとを電気的に接続する工程と、（ｈ）前記電極捲回体の他方側に負極集電リングを配置し、前記負極集電リングと前記負極集電タブとを電気的に接続する工程とを備える。さらに、（ｉ）前記電極捲回体を外装缶に挿入して固定する工程と、（ｊ）前記外装缶内に電解液を注入する工程と、（ｋ）前記外装缶を封止する工程とを備える。ここで、前記第１屈曲部は、前記セパレータの一端部と前記正極集電リングの間に存在し、前記第２屈曲部は、前記セパレータの他端部と前記負極集電リングの間に存在するものである。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
リチウムイオン電池の信頼性を向上させることができる。
リチウムイオン電池の模式的な構成を示す図である。 円筒形のリチウムイオン電池の内部構造を示す断面図である。 電極捲回体を構成する前段階の構成要素を示す図である。 正極、セパレータ、および、負極を捲回して電極捲回体を形成する様子を示す模式図である。 （ａ）は、電極捲回体に捲き戻りが発生した状態を示す上面図であり、（ｂ）は、電極捲回体にねじれが発生した場合において、電極捲回体と正極集電リングとを接続する正極集電タブにねじれが発生する様子を示す断面図である。 本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン電池の正極の構造を示す側面図である。 図６のＡ−Ａ線で切断した断面図である。 電極捲回体と正極集電リングとを実施の形態１における正極集電タブで接続する様子を示す断面図である。 実施の形態１における変形例を示す図である。 実施の形態１における変形例を示す図である。 実施の形態１における変形例を示す図である。 電極捲回体と負極集電リングとを実施の形態１における負極集電タブで接続する様子を示す断面図である。 本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン電池の製造工程を説明する図である。 本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン電池の製造工程を説明する図である。 本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン電池の製造工程を説明する図である。 本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン電池の製造工程を説明する図である。 本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン電池の製造工程を説明する図である。 図１６のＡ−Ａ線で切断した断面図である。 図１７のＡ−Ａ線で切断した断面図である。 本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン電池の製造工程を説明する図である。 本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン電池の製造工程を説明する図である。 本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン電池の製造工程を説明する図である。 本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン電池の製造工程を説明する図である。 本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン電池の製造工程を説明する図である。 本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン電池の製造工程を説明する図である。 本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン電池の製造工程を説明する図である。 本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン電池の製造工程を説明する図である。 実施の形態１における変形例を示す図である。 リチウムイオン電池の他の構成例として、複数の正極板と複数の負極板とをセパレータを介して積層配置するラミネート型のリチウムイオン電池の模式的な構成を示す図である。 積層配置された正極と正極集電リングとを実施の形態２における正極集電タブで接続する様子を示す模式図である。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
（実施の形態１）
リチウムは、酸化還元電位が−３．０３Ｖ（ｖｓ．ＮＨＥ）であり、地球上に存在する最も卑な金属である。電池の電圧は、正極と負極との電位差によって決まるので、リチウムを負極活物質に使用すると、最も高い起電力が得られる。また、リチウムの原子量は６．９４であり、密度も０．５３４ｇ／ｃｍ３であってともに小さいことから、単位電気量あたりの重量が小さく、エネルギー密度も高くなる。したがって、リチウムを負極活物質に使用すると小型で軽量の電池を製造することができる。
このように、リチウムは電池の負極活物質として魅力的な物質であるが、充放電可能な二次電池に適用する場合に問題が生じる。すなわち、リチウムを負極に使用した電池で充放電を繰り返すと、リチウムの溶解による放電反応と、リチウムの析出による充電反応が起こる。この場合、繰り返し充電によって、リチウムの析出反応が生じるため、二次電池の性能劣化や安全性に問題が生じる。例えば、充電過程で生成されるリチウムは活性表面で電解液溶媒と反応し、その一部はＳＥＩ（Solid Electrolyte Interface）（固定電解質界面）と呼ばれる皮膜の形成に消費される。このため、電池の内部抵抗が高くなり、放電効率も低下してくる。つまり、充放電のサイクルを繰り返すごとに電池容量が小さくなる。さらに、急速に充電すると、リチウムは針状・樹枝状の結晶形態（リチウムデンドライト）で析出し、二次電池での様々なトラブルを引き起こす元となる。例えば、リチウムデンドライトは、比表面積が大きく、副反応による電流効率の低下を加速するとともに、針状であるためにセパレータを突き破って正極と負極との間の内部短絡を引き起こすこともある。このような状態になると、自己放電が大きく電池として使用できなくなったり、内部短絡による発熱でガス噴出や発火に至る場合もある。以上のことから、リチウムを負極に使用した二次電池では、性能劣化や安全性に問題が生じることがわかる。
そこで、溶解と析出という従来の原理と相違する原理の新型二次電池が検討されている。具体的には、正極と負極の両方にリチウムイオンを挿入・放出する活物質を使用する二次電池が検討されている。この二次電池の充放電過程では、リチウムの溶解と析出という現象は起こらず、リチウムイオンが電極活物質の間で挿入・脱離されるだけである。このタイプの二次電池は、「ロッキング・チェア」型、あるいは、「シャトルコック」型と呼ばれており、充放電の繰り返しに対して、リチウムイオンが挿入・脱離されるだけであるので、安定であるという特徴がある。この種類の電池を本明細書ではリチウムイオン電池と呼ぶことにする。上述したように、リチウムイオン電池では、正極と負極の両方とも充放電においてその構造は変化せず、リチウムイオンが挿入・脱離されるだけであるので（ただし、活物質の結晶格子は、リチウムイオンの挿入・脱離に対して膨張収縮する）、格段に長寿命のサイクル特性を有するとともに、電極に金属リチウムを使用しないので、安全性も飛躍的に高まっているという特徴を有する。
ここで、リチウムイオンを挿入・脱離できる材料が電極の活物質に使用されるが、この活物質に要求される条件は以下に示すようなものである。すなわち、リチウムイオンという有限の大きさのイオンが挿入・脱離するので、リチウムイオンの納まるべきサイト（位置）と、リチウムイオンが拡散可能なチャンネル（経路）が活物質に必要とされる。さらに、活物質には、リチウムイオンの挿入（吸蔵）に伴い電子が材料中に導入される必要がある。
以上のような条件を満たす正極活物質としては、リチウム含有遷移金属酸化物が挙げられる。例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムなどが代表的な正極活物質として挙げられるが、これらに限定されるものではない。具体的に、正極活物質としては、リチウムを挿入・脱離可能な材料であり、予め充分な量のリチウムを挿入したリチウム含有遷移金属酸化物であればよく、遷移金属として、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）などの単体、または、２種類以上の遷移金属を主成分とする材料であってもよい。また、スピネル結晶構造や層状結晶構造などの結晶構造についても、上述したサイトとチャンネルが確保されるものであれば特に限定されない。さらに、結晶中の遷移金属やリチウムの一部をＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｇなどの元素で置換した材料や、結晶中にＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｇなどの元素をドープした材料を正極活物質として使用してもよい。
さらに、上述した条件を満たす負極活物質として、結晶質の炭素材料や非晶質の炭素材料を使用することができる。ただし、負極活物質はこれらの物質に限定されるものではなく、例えば、天然黒鉛や、人造の各種黒鉛剤、石炭系コークス、石炭系ピッチの炭化物、石油系コークス、石油系ピッチの炭化物、ピッチコークスの炭化物などの炭素材料などを使用してもよい。そして、その粒子形状においても、鱗片状、球状、繊維状、塊状など様々な粒子形状のものが適用可能である。
以下に、上述したリチウムイオン電池の模式的な構成について図面を参照しながら説明する。図１は、リチウムイオン電池の模式的な構成を示す図である。図１において、リチウムイオン電池は、外装缶ＣＳを有しており、この外装缶ＣＳの内部に電解液ＥＬが充填されている。この電解液ＥＬが充填されている外装缶ＣＳには、正極板ＰＥＰと負極板ＮＥＰが対向して設けられており、対向して設けられた正極板ＰＥＰと負極板ＮＥＰの間にセパレータＳＰが配置されている。
そして、正極板ＰＥＰには、正極活物質が塗着されており、負極板ＮＥＰには負極活物質が塗着されている。例えば、正極活物質は、リチウムイオンを挿入・脱離可能なリチウム含有遷移金属酸化物から形成されている。図１では、このリチウム含有遷移金属酸化物が正極板ＰＥＰに塗着されている様子を模式的に示している。つまり、図１には、正極板ＰＥＰに塗着されているリチウム含有遷移金属酸化物として、酸素と金属原子とリチウムが配置されている模式的な結晶構造が示されている。この正極板ＰＥＰと正極活物質により正極が構成されている。
一方、例えば、負極活物質は、リチウムイオンを挿入・脱離可能な炭素材料から形成されている。図１では、この炭素材料が負極板ＮＥＰに塗着されている様子を模式的に示している。つまり、図１には、負極板ＮＥＰに塗布されている炭素材料として、炭素が配置されている模式的な結晶構造が示されている。この負極板ＮＥＰと負極活物質により負極が構成されている。
セパレータＳＰは、正極と負極との電気的な接触を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるスペーサとしての機能を有している。近年では、このセパレータＳＰとして、高強度で薄い微多孔質膜が使用されている。この微多孔質膜は、電池短絡による異常電流、急激な内圧や温度の上昇および発火を防ぐという機能も合わせもっている。つまり、現在のセパレータＳＰは、正極と負極の電気的接触を防止し、かつ、リチウムイオンを通過させる機能の他に、短絡と過充電防止のための熱ヒューズとしての機能を有していることになる。この微多孔質膜の持つシャットダウン機能によって、リチウムイオン電池の安全性を保つことができる。例えば、リチウムイオン電池が何らかの原因で外部短絡を引き起こした場合、瞬時ではあるが大電流が流れ、ジュール熱により異常に温度が上昇する危険性がある。このとき、セパレータＳＰとして微多孔質膜を使用すれば、微多孔質膜は、膜材料の融点近傍で空孔（微多孔）が閉塞するため、正極と負極との間のリチウムイオンの透過を阻止することができる。言い換えれば、セパレータＳＰとして微多孔質膜を使用することにより、外部短絡時に電流を遮断し、リチウムイオン電池の内部の温度上昇をストップさせることができる。この微多孔質膜から構成されるセパレータＳＰとしては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、あるいは、これらの材料の組み合わせから構成することができる。
電解液ＥＬは、非水電解液が使用される。リチウムイオン電池は、活物質でのリチウムイオンの挿入・脱離を利用して充放電を行う電池であり、電解液ＥＬ中をリチウムイオンが移動する。リチウムは、強い還元剤であり、水と激しく反応して水素ガスを発生する。したがって、リチウムイオンが電解液ＥＬ中を移動するリチウムイオン電池では、従来の電池のように水溶液を電解液ＥＬに使用することができない。このことから、リチウムイオン電池ＥＬでは、電解液ＥＬとして非水電解液が使用される。具体的に、非水電解液ＥＬの電解質としては、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢ（Ｃ６Ｈ５）４、ＣＨ３ＳＯ３Ｌｉ、ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉなどやこれらの混合物を使用することができる。また、有機溶媒としては、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、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、プロピオニトリルなどや、これらの混合液を使用することができる。
リチウムイオン電池は上記のように構成されており、以下に充放電のメカニズムについて説明する。まず、充電のメカニズムについて説明する。図１に示すように、リチウムイオン電池を充電する際、正極と負極と間に充電器ＣＵを接続する。この場合、リチウムイオン電池では、正極活物質内に挿入されているリチウムイオンが脱離し、電解液ＥＬ中に放出される。このとき、正極活物質からリチウムイオンが脱離することにより、正極から充電器へ電子が流れる。そして、電解液ＥＬ中に放出されたリチウムイオンは、電解液ＥＬ中を移動し、微多孔質膜からなるセパレータＳＰを通過して、負極に到達する。この負極に到達したリチウムイオンは、負極を構成する負極活物質内に挿入される。このとき、負極活物質にリチウムイオンが挿入することにより、負極に電子が流れ込む。このようにして、充電器を介して正極から負極に電子が移動することにより充電が完了する。
続いて、放電のメカニズムについて説明する。図１に示すように、正極と負極の間に外部負荷を接続する。すると、負極活物質内に挿入されていたリチウムイオンが脱離して電解液ＥＬ中に放出される。このとき、負極から電子が放出される。そして、電解液ＥＬ中に放出されたリチウムイオンは、電解液ＥＬ中を移動し、微多孔質膜からなるセパレータＳＰを通過して、正極に到達する。この正極に到達したリチウムイオンは、正極を構成する正極活物質内に挿入される。このとき、正極活物質にリチウムイオンが挿入することにより、正極に電子が流れ込む。このようにして、負極から正極に電子が移動することにより放電が行われる。言い換えれば、正極から負極に電流が流れて負荷を駆動することができる。以上のようにして、リチウムイオン電池においては、リチウムイオンを正極活物質と負極活物質との間で挿入・脱離することにより、充放電することができる。
次に、実際のリチウムイオン電池ＬＩＢの構成例について説明する。図２は、円筒形のリチウムイオン電池ＬＩＢの内部構造を示す断面図である。図２に示すように、底部を有する円筒形の外装缶ＣＳの内部には、正極ＰＥＬとセパレータＳＰ１、ＳＰ２と負極ＮＥＬからなる電極捲回体ＷＲＦが形成されている。具体的に、電極捲回体ＷＲＦは、正極ＰＥＬと負極ＮＥＬの間にセパレータＳＰ１（ＳＰ２）を挟むように積層され、外装缶ＣＳの中心部にある軸芯ＣＲの回りに捲回されている。そして、負極ＮＥＬは外装缶ＣＳの底部に設けられている負極リード板ＮＴと電気的に接続されており、正極ＰＥＬは外装缶ＣＳの上部に設けられている正極リード板ＰＴと電気的に接続されている。外装缶ＣＳの内部に形成されている電極捲回体の内部には電解液が注入されている。そして、外装缶ＣＳは、電池蓋ＣＡＰにより密閉されている。
正極ＰＥＬは、正極活物質ＰＡＳと結着剤（バインダ）を含有する塗液を正極板（正極集電体）ＰＥＰに塗布して乾燥させた後、加圧することにより形成されている。この正極ＰＥＬの上端部には複数の矩形状の正極集電タブＰＴＡＢが形成されており、この複数の正極集電タブＰＴＡＢが正極集電リングＰＲと溶接されている。そして、この正極集電リングＰＲが正極リード板ＰＴと電気的に接続されている。したがって、正極ＰＥＬは、正極集電タブＰＴＡＢおよび正極集電リングＰＲを介して正極リード板ＰＴと電気的に接続されていることになる。複数の正極集電タブＰＴＡＢは、正極ＰＥＬの低抵抗化および電流の取り出しを迅速にするために設けられている。
正極ＰＥＬを構成する正極活物質ＰＡＳは、例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムなどに代表される上述した材料を使用することができる。また、結着剤は、例えば、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどを使用することができる。さらに、正極板には、例えば、アルミニウムなどの導電性金属からなる金属箔や網状金属などが使用される。
負極ＮＥＬは、負極活物質ＮＡＳと結着剤（バインダ）を含有する塗液を負極板（負極集電体）ＮＥＰに塗布して乾燥させた後、加圧することにより形成されている。この負極ＮＥＬの下端部には複数の矩形状の負極集電タブＮＴＡＢが形成されており、この複数の負極集電タブＮＴＡＢが負極集電リングＮＲと溶接されている。そして、この負極集電リングＮＲが負極リード板ＮＴと電気的に接続されている。したがって、負極ＮＥＬは、負極集電タブＮＴＡＢおよび負極集電リングＮＲを介して負極リード板ＮＴと電気的に接続されていることになる。
負極ＮＥＬを構成する負極活物質ＮＡＳは、例えば、炭素材料などに代表される上述した材料を使用することができる。また、結着剤は、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどを使用することができる。さらに、負極板には、例えば、銅などの導電性金属からなる金属箔や網状金属などが使用される。
なお、正極ＰＥＬや負極ＮＥＬに使用するバインダ（結着剤）には、上述したものの他、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、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレンなどの重合体やこれらの混合体などを使用することができる。
次に、電極捲回体の詳細な構成について説明する。図３は、電極捲回体を構成する前段階の構成要素を示す図である。図３において、本実施の形態１における電極捲回体を構成する構成要素は、正極ＰＥＬ、セパレータＳＰ１、負極ＮＥＬ、および、セパレータＳＰ２である。このとき、正極ＰＥＬは、正極板ＰＥＰの両面に正極活物質ＰＡＳが塗布された構造をしており、負極ＮＥＬは、負極板ＮＥＰの両面に負極活物質ＮＡＳが塗布された構造をしている。そして、正極ＰＥＬの上辺側には矩形状の正極集電タブＰＴＡＢが複数形成されている。同様に、負極ＮＥＬの下辺側には矩形状の負極集電タブＮＴＡＢが複数形成されている。
図４は、正極ＰＥＬ、セパレータＳＰ１、負極ＮＥＬ、および、セパレータＳＰ２を捲回して電極捲回体ＷＲＦを形成する様子を示す模式図である。図４に示すように、正極ＰＥＬと負極ＮＥＬの間にセパレータＳＰ１を挟み、かつ、セパレータＳＰ１とセパレータＳＰ２で負極ＮＥＬを挟むようにして、正極ＰＥＬ、セパレータＳＰ１、負極ＮＥＬ、および、セパレータＳＰ２が捲回される。このとき、正極ＰＥＬに形成されている正極集電タブＰＴＡＢは電極捲回体ＷＲＦの上部側に配置される一方、負極ＮＥＬに形成されている負極集電タブＮＴＡＢは電極捲回体ＷＲＦの下部側に配置される。
このように構成されているリチウムイオン電池では、リチウムイオン電池使用中の振動および温度変化や、充放電に伴う活物質の膨張収縮などが生じるため、電極捲回体ＷＲＦを形成する際にかけられたテンション（張力）により、電極捲回体ＷＲＦの外周部で不安定な捲き戻りが発生する。電極捲回体ＷＲＦで上述した不安定な捲き戻りが発生すると、電極捲回体ＷＲＦと集電リングとを接続している集電タブにねじれなどが生じて、集電タブ自体の破損や、集電タブが隣接するセパレータを圧迫してセパレータの破損を生じさせるおそれがある。さらに、集電タブが導出されている正極板や負極板から活物質の剥離が発生するおそれがある。つまり、電極捲回体ＷＲＦで不安定な捲き戻りが発生すると、集電タブにねじれなどが生じ、この結果、リチウムイオン電池の信頼性が低下する問題点が発生する。
具体的に、この問題点について図面を参照しながら説明する。図５（ａ）は、電極捲回体ＷＲＦに捲き戻りが発生した状態を示す上面図である。図５（ａ）に示すように、電極捲回体ＷＲＦの上部に正極集電リングＰＲが配置されており、この正極集電リングＰＲと、電極捲回体ＷＲＦから導出された正極集電タブＰＴＡＢが接続されている。ここで、図５（ａ）に示すように、電極捲回体ＷＲＦの時計回りにねじれが生じる場合を考える。この場合、電極捲回体ＷＲＦに加わるねじれによって、正極集電タブＰＴＡＢにもねじれが生じる。
図５（ｂ）は、電極捲回体ＷＲＦにねじれが発生した場合において、電極捲回体ＷＲＦと正極集電リングＰＲとを接続する正極集電タブＰＴＡＢにねじれが発生する様子を示す断面図である。図５（ｂ）において、電極捲回体ＷＲＦは、正極ＰＥＬと、セパレータＳＰ１と、負極ＮＥＬ、および、セパレータＳＰ２を捲回した構造をしている。この正極ＰＥＬから正極集電タブＰＴＡＢが導出されており、この正極集電タブＰＴＡＢが正極集電リングＰＲと接続されている。このとき、正極ＰＥＬは、正極板ＰＥＰの両面に正極活物質ＰＡＳを塗着した構造をしており、負極ＮＥＬは、負極板ＮＥＰの両面に負極活物質ＮＡＳを塗着した構造をしている。
ここで、図５（ｂ）に示すように、正極集電タブＰＴＡＢにねじれが発生すると、正極集電タブＰＴＡＢがセパレータＳＰ１、ＳＰ２に接触し、セパレータＳＰ１、ＳＰ２を圧迫することになる。このとき、正極集電タブＰＴＡＢとセパレータＳＰ１、ＳＰ２が接触することにより、正極集電タブＰＴＡＢが擦れて切断されるおそれがある。さらに、セパレータＳＰ１、ＳＰ２が正極集電タブＰＴＡＢからの圧迫を受けて折れ曲がり破損に至るおそれが生じる。また、セパレータＳＰ１、ＳＰ２が変形することにより、セパレータＳＰ１とセパレータＳＰ２の間に挟まれている負極ＮＥＬも変形する。この変形によって、負極ＮＥＬを構成する負極板ＮＥＰから負極活物質ＮＡＳが剥離するおそれもある。以上のように、電極捲回体ＷＲＦで不安定な捲き戻りが発生すると、正極集電タブＰＴＡＢにねじれなどが生じ、この結果、リチウムイオン電池の信頼性が低下する問題点が発生することがわかる。なお、正極集電タブＰＴＡＢのねじれについて説明しているが、負極集電タブＮＴＡＢにおいても同様の問題が生じる。
そこで、本実施の形態１では、集電タブにねじれが生じる場合であっても、集電タブ自体の破損、セパレータの破損、および、活物質の剥離を抑制して、リチウムイオン電池の信頼性を向上する工夫を施している。以下に、この工夫を施した本実施の形態１における技術的思想について図面を参照しながら説明する。
図６は、本実施の形態１におけるリチウムイオン電池の正極ＰＥＬの構造を示す側面図である。図６に示すように、正極ＰＥＬは、正極板ＰＥＰに正極活物質ＰＡＳを塗着した構造をしている。そして、正極板ＰＥＰの端部には、正極活物質ＰＡＳが塗着されていない未塗着領域が存在している。そしてこの未塗着領域から上方に複数の正極集電タブＰＴＡＢが導出されている。この正極集電タブＰＴＡＢは、矩形形状をしており、正極板ＰＥＰと一体的に形成されている。ここで、本実施の形態１の特徴は、正極集電タブＰＴＡＢの一部に屈曲部ＢＮＤ１が形成されている点にある。
以下に、この屈曲部ＢＮＤ１の形状について図７を参照しながら説明する。図７は、図６のＡ−Ａ線で切断した断面図である。図７に示すように、正極活物質ＰＡＳが両面に塗着されている正極板ＰＥＰと一体的に直線状の正極集電タブＰＴＡＢが形成されており、この正極集電タブＰＴＡＢの一部に屈曲部ＢＮＤ１が形成されている。この屈曲部ＢＮＤ１は、例えば、Ｗ字形状をしている。これにより、屈曲部ＢＮＤ１は、正極集電タブＰＴＡＢが屈曲する基点となるとともに、伸縮性を有する部位となる。このように直線形状の正極集電タブＰＴＡＢにＷ字形状の屈曲部ＢＮＤ１を設けることにより、正極集電タブＰＴＡＢにねじれなどのストレスが印加される場合であっても、集電タブ自体の破損、セパレータの破損、および、活物質の剥離を抑制して、リチウムイオン電池の信頼性を向上することができる。
図８は、電極捲回体ＷＲＦと正極集電リングＰＲとを本実施の形態１における正極集電タブＰＴＡＢで接続する様子を示す断面図である。図８に示すように、本実施の形態１における正極集電タブＰＴＡＢには屈曲部ＢＮＤ１が形成されている。本実施の形態１では、この屈曲部ＢＮＤ１がセパレータＳＰ１（ＳＰ２）と正極集電リングＰＲとの間にくるようになっている。つまり、屈曲部ＢＮＤ１は、セパレータＳＰ１（ＳＰ２）の上端部の高さよりも高く、かつ、正極集電リングＰＲよりも低い位置に設けられている。これにより、正極ＰＥＬから導出された正極集電タブＰＴＡＢは、セパレータＳＰ１（ＳＰ２）に接触せずに、垂直方向（図８の上下方向）に延び、セパレータＳＰ１（ＳＰ２）の上端部よりも高い位置に設けられた屈曲部ＢＮＤ１で屈曲することになる。このため、正極集電タブＰＴＡＢにねじれなどのストレスが印加される場合であっても、正極集電タブＰＴＡＢは、屈曲部ＢＮＤ１で屈曲するようになっているため、正極集電タブＰＴＡＢがセパレータＳＰ１（ＳＰ２）と接触することを抑制できる。
つまり、正極集電タブＰＴＡＢに屈曲部ＢＮＤ１が設けられていない場合、ねじれなどのストレスが印加されると、正極集電タブＰＴＡＢの根元から折れ曲がるように変形しやすくなる。この場合、正極集電タブＰＴＡＢとセパレータＳＰ１（ＳＰ２）が接触することになる。すると、正極集電タブＰＴＡＢとセパレータＳＰ１（ＳＰ２）が擦れ合うことによる正極集電タブＰＴＡＢ自体の破損や、セパレータＳＰ１（ＳＰ２）が正極集電タブＰＴＡＢに圧迫されることによるセパレータＳＰ１（ＳＰ２）自体の破損が生じる。
これに対し、本実施の形態１では、正極集電タブＰＴＡＢに屈曲部ＢＮＤ１を設けているので、ねじれなどのストレスが印加される場合であっても、正極集電タブＰＴＡＢは、根元から折れ曲がりにくくなり、曲がりやすい屈曲部ＢＮＤ１で強制的に屈曲される。そして、この屈曲部ＢＮＤ１をセパレータＳＰ１（ＳＰ２）と正極集電リングＰＲとの間にくるようにすることにより、正極ＰＥＬから導出された正極集電タブＰＴＡＢは、セパレータＳＰ１（ＳＰ２）に接触せずに、垂直方向（図８の上下方向）に延び、セパレータＳＰ１（ＳＰ２）の上端部よりも高い位置に設けられた屈曲部ＢＮＤ１で屈曲することになる。このことは、正極集電タブＰＴＡＢにねじれなどのストレスが加わる場合であっても、正極集電タブＰＴＡＢは、セパレータＳＰ１（ＳＰ２）の上部に設けられた屈曲部ＢＮＤ１で強制的に屈曲するようになるので、正極集電タブＰＴＡＢは、屈曲部ＢＮＤ１より下部で折れ曲がることを抑制できることを意味する。この結果、正極集電タブＰＴＡＢとセパレータＳＰ１（ＳＰ２）が擦れることを防止できる。すなわち、本実施の形態１によれば、正極集電タブＰＴＡＢにねじれなどのストレスが印加される場合であっても、正極集電タブＰＴＡＢとセパレータＳＰ１（ＳＰ２）が接触して互いに圧迫することによる正極集電タブＰＴＡＢ自体の破損、セパレータＳＰ１（ＳＰ２）自体の破損、および、活物質の剥離を抑制して、リチウムイオン電池の信頼性を向上することができるのである。
このように本実施の形態１の第１特徴点は、ねじれなどのストレスが加わった場合に、強制的に曲がりやすい屈曲部ＢＮＤ１を正極集電タブＰＴＡＢに設けるとともに、この屈曲部ＢＮＤ１の位置をセパレータＳＰ１（ＳＰ２）の上端部と正極集電リングＰＲの間に形成することにある。これにより、正極集電タブＰＴＡＢが根元から曲がりにくくなり、正極集電タブＰＴＡＢとセパレータＳＰ１（ＳＰ２）との接触を抑制できるのである。つまり、本実施の形態１における技術的思想では、正極集電タブＰＴＡＢの屈曲位置を屈曲部ＢＮＤ１で制御し、この屈曲部ＢＮＤ１の形成位置を調整することにより、正極集電タブＰＴＡＢにねじれなどのストレスが印加された場合であっても、正極集電タブＰＴＡＢとセパレータＳＰ１（ＳＰ２）との接触を防止することができるのである。この技術的思想を具現化する一例として、本実施の形態１では、屈曲部ＢＮＤ１をＷ字形状から構成している。
このように屈曲部ＢＮＤ１をＷ字形状から構成することにより、屈曲部ＢＮＤ１が屈曲しやすくなるとともに、本実施の形態１における第２特徴点が顕在化する。すなわち、屈曲部ＢＮＤ１をＷ字形状にする場合、屈曲部ＢＮＤ１がスプリングのような伸縮性も有することになるのである。例えば、正極集電タブＰＴＡＢにねじれなどのストレスによって張力が発生する場合を考える。この場合、伸縮性を有さない通常の正極集電タブＰＴＡＢでは、生じた張力がそのまま正極集電タブＰＴＡＢに印加されることになるので、この張力によって正極集電タブＰＴＡＢの変形や切断が生じやすくなる。
これに対し、本実施の形態１では、屈曲部ＢＮＤ１をＷ字形状にすることにより、屈曲部ＢＮＤ１は、伸縮性も有することになる。これにより、正極集電タブＰＴＡＢにねじれなどのストレスによって張力が発生する場合であっても、伸縮性を有する屈曲部ＢＮＤ１の伸び縮みにより、正極集電タブＰＴＡＢに印加される張力を緩和することができるのである。この結果、例えば、Ｗ字形状からなる屈曲部ＢＮＤ１を正極集電タブＰＴＡＢに設けることにより、正極集電タブＰＴＡＢが切断しにくくなる効果が得られる。
以上のように、本実施の形態１では、ねじれなどのストレスが加わった場合に、強制的に曲がりやすい屈曲部ＢＮＤ１を正極集電タブＰＴＡＢに設けるとともに、この屈曲部ＢＮＤ１の位置をセパレータＳＰ１（ＳＰ２）の上端部と正極集電リングＰＲの間に形成することに第１特徴点がある。さらに、この正極集電タブＰＴＡＢに設けられた屈曲部ＢＮＤ１が伸縮性を有する点に第２特徴点がある。
このような第１特徴点と第２特徴点を備える屈曲部ＢＮＤ１の構成例として、本実施の形態１では、屈曲部ＢＮＤ１をＷ字形状にする例を挙げている。ただし、第１特徴点と第２特徴点を備える屈曲部ＢＮＤの構成はこれに限られない。例えば、図９は、本実施の形態１における変形例を示す図である。図９に示すように、正極集電タブＰＴＡＢに、Ｖ字形状の屈曲部ＢＮＤ２を設けることによっても、屈曲部ＢＮＤ２が屈曲の基点となる（第１特徴点）とともに、屈曲部ＢＮＤ２が伸縮性を有することになる（第２特徴点）。
また、図１０は、本実施の形態１における変形例を示す図である。図１０に示すように、正極集電タブＰＴＡＢに、Ｖ字形状とＷ字形状を組み合わせた形状の屈曲部ＢＮＤ３を設けることによっても、屈曲部ＢＮＤ３が屈曲の基点となる（第１特徴点）とともに、屈曲部ＢＮＤ３が伸縮性を有することになる（第２特徴点）。
さらに、図１１は、本実施の形態１における変形例を示す図である。図１１に示すように、正極集電タブＰＴＡＢに、Ｗ字形状からなる複数の屈曲部ＢＮＤ１を設けることによっても、複数の屈曲部ＢＮＤ１が屈曲の基点となる（第１特徴点）とともに、複数の屈曲部ＢＮＤ１が伸縮性を有することになる（第２特徴点）。
なお、本実施の形態１では、正極集電タブＰＴＡＢに屈曲部ＢＮＤ１を設ける例について説明したが、図１２に示すように、電極捲回体ＷＲＦと負極集電リングＮＲとを接続する負極集電タブＮＴＡＢに屈曲部ＢＮＤ１を設けるように構成してもよい。
図１２は、電極捲回体ＷＲＦと負極集電リングＮＲとを本実施の形態１における負極集電タブＮＴＡＢで接続する様子を示す断面図である。図１２に示すように、本実施の形態１における負極集電タブＮＴＡＢには屈曲部ＢＮＤ１が形成されている。本実施の形態１では、この屈曲部ＢＮＤ１がセパレータＳＰ１（ＳＰ２）と負極集電リングＮＲとの間にくるようになっている。つまり、屈曲部ＢＮＤ１は、セパレータＳＰ１（ＳＰ２）の下端部の高さよりも低く、かつ、負極集電リングＮＲよりも高い位置に設けられている。これにより、負極ＮＥＬから導出された負極集電タブＮＴＡＢは、セパレータＳＰ１（ＳＰ２）に接触せずに、垂直方向（図１２の上下方向）に延び、セパレータＳＰ１（ＳＰ２）の下端部よりも低い位置に設けられた屈曲部ＢＮＤ１で屈曲することになる。このため、負極集電タブＮＴＡＢにねじれなどのストレスが印加される場合であっても、負極集電タブＮＴＡＢは、屈曲部ＢＮＤ１で屈曲するようになっているため、負極集電タブＮＴＡＢがセパレータＳＰ１（ＳＰ２）と接触することを抑制できる。
さらに、屈曲部ＢＮＤ１をＷ字形状にすることにより、屈曲部ＢＮＤ１は、伸縮性も有することになる。このことは、負極集電タブＮＴＡＢにねじれなどのストレスによって張力が発生する場合であっても、伸縮性を有する屈曲部ＢＮＤ１の伸び縮みにより、負極集電タブＮＴＡＢに印加される張力を緩和することができるのである。この結果、例えば、Ｗ字形状からなる屈曲部ＢＮＤ１を負極集電タブＮＴＡＢに設けることにより、負極集電タブＮＴＡＢが切断しにくくなる効果が得られる。
本実施の形態１におけるリチウムイオン電池は上記のように構成されており、以下に、その製造方法について図面を参照しながら説明する。
まず、図１３に示すように、正極活物質ＰＡＳ（活物質ＡＳ）を製造する。正極活物質ＰＡＳとして、遷移金属複合酸化物のリチウムマンガンコバルトニッケル複合酸化物（ＬｉＭｎ１／３Ｎｉ１／３Ｃｏ１／３Ｏ２）を使用することができる。また、導電助剤として、カーボンブラックと黒鉛、結着剤（バインダ）として、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を使用することができる。次に、図１４に示すように、溶剤として、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を使用し、ペースト乾燥後の固形重量が、正極活物質ＰＡＳ：導電助剤：結着剤＝８５：１１：４の比になるように秤量し、溶剤とともに混練することにより、塗液（正極材ペースト）ＳＬを調整する。その後、図１５に示すように、正極活物質ＰＡＳと導電助剤と結着剤とを含有する塗液ＳＬを正極板（正極集電体）ＰＥＰに塗布して乾燥させた後、加圧ローラで加圧（プレス）する。これにより、正極板ＰＥＰに塗着された正極活物質ＰＡＳの高密度化を図ることができる。なお、正極板ＰＥＰの長手方向に沿う一方の側に塗液ＳＬの未塗布領域を形成する。
同様に、図１３に示すように、負極活物質ＮＡＳ（活物質ＡＳ）を製造する。負極活物質ＮＡＳとして、非晶質炭素の擬似異方性炭素を使用することができる。また、導電助剤として、カーボンブラック、結着剤（バインダ）として、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を使用することができる。次に、図１４に示すように、溶剤として、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を使用し、ペースト乾燥後の固形重量が、負極活物質ＮＡＳ：導電助剤：結着剤＝８８：５：７の比になるように秤量し、溶剤とともに混練することにより、塗液（負極材ペースト）ＳＬを調整する。その後、図１５に示すように、負極活物質ＮＡＳと導電助剤と結着剤とを含有する塗液ＳＬを負極板（負極集電体）ＮＥＰに塗布して乾燥させた後、加圧ローラで加圧（プレス）する。これにより、負極板ＮＥＰに塗着された負極活物質ＮＡＳの高密度化を図ることができる。なお、負極板ＮＥＰの長手方向に沿う一方の側に塗液ＳＬの未塗布領域を形成する。
続いて、図１６に示すように、正極活物質ＰＡＳを塗着した正極板ＰＥＰの未塗布領域をプレス裁断機などにより短冊状（櫛状）に切り抜き加工する。これにより、正極板ＰＥＰの一辺（上辺）に矩形形状をした複数の正極集電タブＰＴＡＢを形成することができる。さらに、形成した正極集電タブＰＴＡＢの一部をプレス成型することにより屈曲部ＢＮＤ１を形成する。このようにして、正極板ＰＥＰに正極活物質ＰＡＳを塗着して加工した正極ＰＥＬを形成することができる。
同様に、図１７に示すように、負極活物質ＮＡＳを塗着した負極板ＮＥＰの未塗布領域をプレス裁断機などにより短冊状（櫛状）に切り抜き加工する。これにより、負極板ＮＥＰの一辺（下辺）に矩形形状をした複数の負極集電タブＮＴＡＢを形成することができる。さらに、形成した負極集電タブＮＴＡＢの一部をプレス成型することにより屈曲部ＢＮＤ１を形成する。このようにして、負極板ＮＥＰに負極活物質ＮＡＳを塗着して加工した負極ＮＥＬを形成することができる。
ここで、図１８は、図１６のＡ−Ａ線で切断した断面図である。図１８に示すように、正極板ＰＥＰと正極活物質ＰＡＳよりなる正極ＰＥＬから正極集電タブＰＴＡＢが導出しており、この正極集電タブＰＴＡＢの一部にＷ字形状の屈曲部ＢＮＤ１が形成されていることがわかる。同様に、図１９は、図１７のＡ−Ａ線で切断した断面図である。図１９に示すように、負極板ＮＥＰと負極活物質ＮＡＳよりなる負極ＮＥＬから負極集電タブＮＴＡＢが導出しており、この負極集電タブＮＴＡＢの一部にＷ字形状の屈曲部ＢＮＤ１が形成されていることがわかる。これらの屈曲部ＢＮＤ１は、屈曲可能で、かつ、伸縮性を有するものである。
その後、図２０および図２１に示すように、矩形形状のセパレータＳＰ１および矩形形状のセパレータＳＰ２を用意する。以上のようにして、正極ＰＥＬ、負極ＮＥＬ、セパレータＳＰ１およびセパレータＳＰ２を準備することができる。
次に、図２２に示すように、セパレータＳＰ２とセパレータＳＰ１の間に負極ＮＥＬを挟み、かつ、セパレータＳＰ１上に正極ＰＥＬが配置されるように、正極ＰＥＬ、負極ＮＥＬ、セパレータＳＰ１およびセパレータＳＰ２を積層する。このとき、正極ＰＥＬに形成されている正極集電タブＰＴＡＢと、負極ＮＥＬに形成されている負極集電タブＮＴＡＢとが反対方向に配置されるようにする。
その後、図２３に示すように、積層した正極ＰＥＬ、負極ＮＥＬ、セパレータＳＰ１およびセパレータＳＰ２をポリプロピレン製で中空円筒状の軸芯（図示せず）に捲回して電極捲回体ＷＲＦを形成する。
続いて、図２４に示すように、電極捲回体ＷＲＦの上部側に集電リングＰＲを配置し、電極捲回体ＷＲＦの上端部から突出している正極集電タブＰＴＡＢを集束して正極集電リングＰＲの周縁部に接続する。同様に、電極捲回体ＷＲＦの下部側に集電リングＮＲを配置し、電極捲回体ＷＲＦの下端部から突出している負極集電タブＮＴＡＢを集束して負極集電リングＮＲの周縁部に接続する。ここで、正極集電タブＰＴＡＢの正極集電リングＰＲへの接続、および、負極集電タブＮＴＡＢの負極集電リングＮＲへの接続は、例えば、超音波溶接によって行われる。
この工程により、正極集電タブＰＴＡＢに形成されている屈曲部ＢＮＤ１は、セパレータの一端部と正極集電リングＰＲの間に存在し、負極集電タブＮＴＡＢに形成されている屈曲部ＢＮＤ１は、セパレータの他端部と負極集電リングＮＲの間に存在することになる。
次に、図２５に示すように、電極捲回体ＷＲＦを外装缶ＣＳの内部に挿入した後、負極集電リングＰＲを外装缶ＣＳの底部に抵抗溶接する。そして、図２６に示すように、外装缶ＣＳを加工して溝ＤＴを形成する。この溝ＤＴは、外装缶ＣＳの内部に挿入されている電極捲回体ＷＲＦが上下方向に移動しないように固定するために設けられるものである。
そして、図２７に示すように、電極捲回体ＷＲＦを挿入した外装缶ＣＳの内部に電解液ＥＬを注入する。具体的には、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合溶媒中に、リチウム塩として６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を１モル／リットル溶解させた溶液を注入した。その後、正極集電リングＰＲにアルミニウム箔をリボン状に積層した正極リード板の一端ンを溶接し、正極リード板の他端は、外装缶ＣＳを密閉するためのキャップの底面に溶接する。そして、キャップの周縁部と外装缶ＣＳの間に電気絶縁性ガスケットを介し、さらに、外装缶ＣＳをかしめることにより、キャップを固定する。このようにして、本実施の形態１におけるリチウムイオン電池を製造することができる。
なお、本実施の形態１では、電極捲回体ＷＲＦの形状が円柱形状であるリチウムイオン電池について説明したが、本発明の技術的思想は、例えば、図２８に示すように、電極捲回体ＷＲＦが角形形状をしているリチウムイオン電池にも適用することができる。
（実施の形態２）
前記実施の形態１では、捲回式のリチウムイオン電池に本発明を適用する例について説明したが、本実施の形態２では、積層式（ラミネート型）のリチウムイオン電池に本発明を適用する例について説明する。
図２９は、リチウムイオン電池の他の構成例として、複数の正極板と複数の負極板とをセパレータを介して積層配置するラミネート型のリチウムイオン電池ＬＩＢの模式的な構成を示す図である。図２９に示すように、このラミネート型のリチウムイオン電池ＬＩＢにおいても、複数の正極板のそれぞれから正極集電タブＰＴＡＢが導出され、導出された複数の正極集電タブＰＴＡＢがまとめて正極集電リング（図示せず）に接続される。同様に、複数の負極板のそれぞれから負極集電タブＮＴＡＢが導出され、導出された複数の負極集電タブＮＴＡＢがまとめて負極集電リング（図示せず）に接続される。したがって、ラミネート型のリチウムイオン電池ＬＩＢにおいても、リチウムイオン電池使用中の振動および温度変化や、充放電に伴う活物質の膨張収縮などが生じるため、集電リングと接続している集電タブにねじれなどが生じて、集電タブ自体の破損や、集電タブが隣接するセパレータを圧迫してセパレータの破損を生じさせるおそれがある。さらに、集電タブが導出されている正極板や負極板から活物質の剥離が発生するおそれがある。つまり、ラミネート型のリチウムイオン電池ＬＩＢにおいても、集電タブを使用していることから、集電タブのねじれなどに起因するリチウムイオン電池の信頼性低下が問題となる。
そこで、本実施の形態２でも、集電タブに屈曲部を設けている。図３０は、積層配置された正極ＰＥＬと正極集電リングＰＲとを本実施の形態２における正極集電タブＰＴＡＢで接続する様子を示す模式図である。図３０に示すように、本実施の形態２における正極集電タブＰＴＡＢには屈曲部ＢＮＤ１が形成されている。本実施の形態２では、この屈曲部ＢＮＤ１がセパレータＳＰと正極集電リングＰＲとの間にくるようになっている。これにより、正極ＰＥＬから導出された正極集電タブＰＴＡＢは、セパレータＳＰに接触せずに、水平方向（図３０の左右方向）に延び、セパレータＳＰの右端部よりも右側の位置に設けられた屈曲部ＢＮＤ１で屈曲することになる。このため、正極集電タブＰＴＡＢにねじれなどのストレスが印加される場合であっても、正極集電タブＰＴＡＢは、屈曲部ＢＮＤ１で屈曲するようになっているため、正極集電タブＰＴＡＢがセパレータＳＰと接触することを抑制できる。
さらに、屈曲部ＢＮＤ１をＷ字形状にすることにより、屈曲部ＢＮＤ１は、伸縮性も有することになる。このことは、正極集電タブＰＴＡＢにねじれなどのストレスによって張力が発生する場合であっても、伸縮性を有する屈曲部ＢＮＤ１の伸び縮みにより、正極集電タブＰＴＡＢに印加される張力を緩和することができるのである。この結果、例えば、Ｗ字形状からなる屈曲部ＢＮＤ１を正極集電タブＰＴＡＢに設けることにより、正極集電タブＰＴＡＢが切断しにくくなる効果が得られる。
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
本発明は、リチウムイオン電池を製造する製造業に幅広く利用することができる。
ＡＳ 活物質
ＢＮＤ１ 屈曲部
ＢＮＤ２ 屈曲部
ＢＮＤ３ 屈曲部
ＣＡＰ 電池蓋
ＣＲ 軸芯
ＣＳ 外装缶
ＣＵ 充電器
ＤＴ 溝
ＥＬ 電解液
ＬＩＢ リチウムイオン電池
ＮＡＳ 負極活物質
ＮＥＬ 負極
ＮＥＰ 負極板
ＮＲ 負極集電リング
ＮＴ 負極リード板
ＮＴＡＢ 負極集電タブ
ＰＡＳ 正極活物質
ＰＥＬ 正極
ＰＥＰ 正極板
ＰＲ 正極集電リング
ＰＴ 正極リード板
ＰＴＡＢ 正極集電タブ
ＳＬ 塗液
ＳＰ セパレータ
ＳＰ１ セパレータ
ＳＰ２ セパレータ
ＷＲＦ 電極捲回体

Claims (12)

  1. （ａ）リチウム含有遷移金属酸化物を含む正極活物質を塗着した正極板と、
    （ｂ）リチウムイオンを挿入および放出可能な材料を含む負極活物質を塗着した負極板と、
    （ｃ）前記正極板と前記負極板の間に設けられたセパレータと、
    （ｄ）前記正極板と前記負極板の間に注入された電解液と、
    （ｅ）前記正極板に形成された正極集電タブと、
    （ｆ）前記正極集電タブと電気的に接続された正極集電リングと、
    （ｇ）前記負極板に形成された負極集電タブと、
    （ｈ）前記負極集電タブと電気的に接続された負極集電リングとを備えるリチウムイオン電池であって、
    前記正極集電タブには、屈曲可能で、かつ、スプリング性の伸縮性を有する第１屈曲部が形成され、
    前記負極集電タブには、屈曲可能で、かつ、スプリング性の伸縮性を有する第２屈曲部が形成され、
    前記第１屈曲部は、前記セパレータの一端部と前記正極集電リングの間の一部に存在して前記セパレータと前記正極集電タブとの接触を抑制し、
    前記第２屈曲部は、前記セパレータの他端部と前記負極集電リングの間の一部に存在して前記セパレータと前記負極集電タブとの接触を抑制することを特徴とするリチウムイオン電池。
  2. 請求項１記載のリチウムイオン電池であって、
    前記第１屈曲部は、前記正極集電タブの一部を、Ｖ字形状、Ｗ字形状、あるいは、前記Ｖ字形状と前記Ｗ字形状の組み合わせ形状に加工することにより形成されていることを特徴とするリチウムイオン電池。
  3. 請求項１記載のリチウムイオン電池であって、
    前記第１屈曲部は、複数存在することを特徴とするリチウムイオン電池。
  4. 請求項１記載のリチウムイオン電池であって、
    前記第２屈曲部は、前記負極集電タブの一部を、Ｖ字形状、Ｗ字形状、あるいは、前記Ｖ字形状と前記Ｗ字形状の組み合わせ形状に加工することにより形成されていることを特徴とするリチウムイオン電池。
  5. 請求項１記載のリチウムイオン電池であって、
    前記第２屈曲部は、複数存在することを特徴とするリチウムイオン電池。
  6. 請求項１記載のリチウムイオン電池であって、
    前記正極板と、前記セパレータと、前記負極板は、捲回されて電極捲回体を形成していることを特徴とするリチウムイオン電池。
  7. 請求項１記載のリチウムイオン電池であって、
    前記正極板と、前記セパレータと、前記負極板は、積層されて積層構造体を形成していることを特徴とするリチウムイオン電池。
  8. （ａ）リチウム含有遷移金属酸化物を含む正極活物質を塗着した正極板を形成する工程と、
    （ｂ）前記正極板を加工することにより、屈曲可能で、かつ、スプリング性の伸縮性を有する第１屈曲部を形成した正極集電タブを前記正極板に形成する工程と、
    （ｃ）リチウムイオンを挿入および放出可能な材料を含む負極活物質を塗着した負極板を形成する工程と、
    （ｄ）前記負極板を加工することにより、屈曲可能で、かつ、スプリング性の伸縮性を有する第２屈曲部を形成した負極集電タブを前記負極板に形成する工程と、
    （ｅ）セパレータを準備する工程と、
    （ｆ）前記正極板と前記セパレータと前記負極板とを捲回して電極捲回体を形成し、前記電極捲回体の一方側から前記正極集電タブを突出させ、かつ、前記電極捲回体の他方側から前記負極集電タブを突出させる工程と、
    （ｇ）前記電極捲回体の一方側に正極集電リングを配置し、前記正極集電リングと前記正極集電タブとを電気的に接続する工程と、
    （ｈ）前記電極捲回体の他方側に負極集電リングを配置し、前記負極集電リングと前記負極集電タブとを電気的に接続する工程と、
    （ｉ）前記電極捲回体を外装缶に挿入して固定する工程と、
    （ｊ）前記外装缶内に電解液を注入する工程と、
    （ｋ）前記外装缶を封止する工程とを備え、
    前記第１屈曲部は、前記セパレータの一端部と前記正極集電リングの間の一部に存在して前記セパレータと前記正極集電タブとの接触を抑制し、
    前記第２屈曲部は、前記セパレータの他端部と前記負極集電リングの間の一部に存在して前記セパレータと前記負極集電タブとの接触を抑制することを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
  9. 請求項８記載のリチウムイオン電池の製造方法であって、
    前記（ｂ）工程は、前記正極集電タブの一部を、Ｖ字形状、Ｗ字形状、あるいは、前記Ｖ字形状と前記Ｗ字形状の組み合わせ形状に加工することにより、前記正極集電タブに前記第１屈曲部を形成することを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
  10. 請求項８記載のリチウムイオン電池の製造方法であって、
    前記第１屈曲部は、複数存在することを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
  11. 請求項８記載のリチウムイオン電池の製造方法であって、
    前記（ｄ）工程は、前記負極集電タブの一部を、Ｖ字形状、Ｗ字形状、あるいは、前記Ｖ字形状と前記Ｗ字形状の組み合わせ形状に加工することにより、前記負極集電タブに前記第２屈曲部を形成することを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
  12. 請求項８記載のリチウムイオン電池の製造方法であって、
    前記第２屈曲部は、複数存在することを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
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