JP6173692B2 - 非水電解質二次電池 - Google Patents

Description

本発明は、非水電解質二次電池に関し、詳しくは、使用時の電流の流れによる磁界の発生が小さく、補聴器等に対して与える磁界によるノイズの影響が小さくなるようにした非水電解質二次電池に関する。

今日の携帯電話機、携帯型パーソナルコンピューター、携帯型音楽プレイヤー等の携帯型電子機器の駆動電源として、更には、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）用の電源として、高エネルギー密度を有し、高容量であ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が広く利用されている。特に小型の機器類に使用される非水電解質二次電池は、スペース効率や扱い易さに優れているという観点から、角形のものが多く使用されている。

これらの非水電解質二次電池は、一般に、細長いシート状のアルミニウム箔等からなる正極芯体の両面にリチウムイオンを吸蔵・放出する正極活物質を含む正極合剤が塗布された正極極板と、細長いシート状の銅箔等からなる負極芯体の両面にリチウムイオンを吸蔵放出する負極活物質を含む負極合剤が塗布された負極極板とを備えている。これらの正極極板及び負極極板は、間に微多孔性ポリエチレンフィルム等からなるセパレータが配置されて互いに絶縁した状態で円柱状又は楕円形状に巻回されて巻回電極体を形成し、角形電池の場合は、この巻回電極体は更に押し潰されて偏平形状をなしている。

下記特許文献１には、このような偏平状巻回電極体を備えた角形非水電解質二次電池が開示されている。以下、従来例の角形非水電解質二次電池の一例として、下記特許文献１に開示されている角形密閉型電池５０の構成を図７を用いて説明する。

なお、図７は下記特許文献１に開示されている角形密閉型電池５０の要部透視図である。この角形密閉型電池５０は、正極極板と負極極板とを、間にセパレータを介して巻回してなる渦巻電極体５１が、正極外部端子を兼ねるアルミニウム製の電池外装体５２内に収納されている。

正極極板は、正極芯体の巻回終端から一定の距離だけは、正極芯体の両面とも正極活物質層を有しない正極芯体露出部（以下、「両面露出部」という）が設けられ、更に、この両面露出部から一定の距離だけは、正極芯体の一方面のみが正極活物質層を有し、他方面の芯体が露出する正極芯体露出部（以下、「片面露出部」という）が設けられている。このような両面露出部には、芯体を貫通する３つの切り込み線で略コ字状の切り込み部が形成され、この切り込み部を切り起こすことにより、正極集電タブ５４が形成されている。

渦巻電極体５１は、正極極板の片面露出部が外周側に向き、かつ両面露出部が渦巻電極体５１の最外周部分に位置するようにして巻回されている。これは、芯体露出部と電池外装体内面とを接触させるためであり、芯体露出部と電池外装体内面との接触により、正極外部端子を兼ねる電池外装体５２と正極とが電気的に接続した状態となる。

また、電池外装体５２は、その上部開口縁に封口板５３がレーザー溶接されて封口されているが、この溶接は、封口板３の外周側面と電池外装体５２の開口端部の内側との間に、正極極板から導出されている正極集電タブ５４を挟持した状態でレーザー溶接されている。

また、負極極板は、巻回始端に形成されている負極芯体露出部に、負極集電タブ５５がスポット溶接により電気的に接続されており、この負極集電タブ５５は封口板５３に固定された集電端子板５６と電気的に接続されている。なお、渦巻電極体５１の巻き終わり部分には粘着テープ５７が貼られており、切り起こされる正極集電タブ５４を保護する構造となっている

このように、下記特許文献１に示されている密閉型電池５０においては、正極集電タブ５４が正極芯体露出部の一部を切り起こした箔片で形成されているため、正極集電タブ５４の機械的強度などの特性は正極芯体の材料特性に依存している。しかしながら、正極芯体としては、通常１０数μｍ程度のアルミニウム箔が使用されるため、下記特許文献１に開示されている密閉型電池５０は、正極集電タブ５４の機械的強度が低くなるという課題が存在している。

なお、下記特許文献２には、上述の正極集電タブの機械的強度向上という課題の解決のため、正極芯体露出部から切り起こされた切り起こし片をそのまま正極集電タブとして使用することなく、切り起こし片に正極芯体よりも機械的強度の高い箔片を電気的に接続して正極タブとなした角形密閉型電池の発明が開示されている。

特開平１０−１６２７９２号公報 特開２００３−２７２５９７号公報 特開２０００−２８５８９７号公報

一方、携帯電子機器は、使用時に電池に流れる電流によって磁界が発生するが、これらの磁界がノイズとなって特に補聴器の使用者に悪影響を及ぼすことがある。補聴器は、外部の音声をマイクで捉えて増幅する機能を備えるほか、電磁コイルによって電話機のスピーカ部分から発生する磁束を電磁ピックアップ（「テレホンピックアップ」とも称される。）で捉えて増幅する機能をも備えているため、特に外部からの磁界ノイズの影響を受けやすい。補聴器がこのような電磁ピックアップを使用する理由は、電話機のスピーカから出力された音声を補聴器のマイクで拾って増幅すると、周囲の雑音もマイクで拾ってしまうために、音声の明瞭度が低下するためである。

特に携帯電話機は補聴器に近接した位置で使用されるため、携帯電話機から発生する磁界は補聴器に対して悪影響を与えやすい。そのため、携帯電話機の電源である非水電解質二次電池においても、この非水電解質二次電池に流れる電流に起因する磁界の発生を抑制することが要望されている。

なお、電池は、正極極板及び負極極板のそれぞれで生じる化学反応によって得られる電流を正極タブないし負極タブで取り出すことによって集電されるものである。そのため、電池においては、一般に正極極板を流れる電流と負極極板を流れる電流を逆向きにすれば、それぞれの電流による磁界が互いに打ち消し合うので、磁界低減が可能であると考えられている。

そのため、正極タブないし負極タブの位置を共にそれぞれの極板の巻き始め側或いは巻き終わり側とし、しかも互いに重複ないし近接した位置に配置すれば、それぞれの電流の流れる方向は逆方向で平行となるので、正極極板及び負極極板の活物質形成領域中を流れる電流に起因する磁界を低減することは理論上可能である。ただし、正極タブ及び負極タブの位置を近づける程、正極タブと負極タブとの内部短絡の危険性が高くなり、封口板のタブ溶接部分付近の構造を複雑にするなどの対応が必要になったり、各タブの電気的絶縁及び取付が困難となったりするなど、直ちには採用し難い。

本発明者は、上述のような従来技術の問題点を解決すべく種々検討を重ねた結果、正極タブ及び負極タブの位置を、共に巻回電極体の巻き始め側となるように配置して電池の幅方向において所定の間隔で離間した状態にすると共に、正極タブを外装体と封口板との嵌合部で挟まれた状態で外装体及び封口板に溶接し、負極タブを封口板に備えられた負極端子に電気的に接合するようになすことで、電池に流れる電流に起因する磁界の発生を小さくすることができると共に、電池内部での短絡の危険を小さくすることができることを見出し、本発明を完成させるに至ったのである。

なお、上記特許文献３には、正極極板に接合された正極導電タブ及び負極極板に接合された負極導電タブのいずれもが、正極極板及び負極電極の巻き始め側の端部近傍に互いの間に間隔を設けて取り付けられている巻回電極体を備えた密閉型電池が開示されている。しかしながら、上記特許文献３には、電池内を流れる電流に起因する磁界の発生については何も考慮されておらず、しかも、正極タブ及び負極タブを電池の幅方向において所定の間隔で離間した状態とすることによる磁界の抑制については何も示唆されていない。

すなわち、本発明は、使用時の電流による磁界の発生が抑制されて補聴器等に対するノイズの影響が小さくなると共に、正極タブと負極タブとの間の内部短絡の危険性が低減されて信頼性の向上した角形非水電解質二次電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の非水電解質二次電池は、正極活物質層及び正極芯体露出部を有する正極極板と、負極活物質層及び負極芯体露出部を有する負極極板とが、セパレータを介して巻回された偏平形状の巻回電極体と、一端に開口部を有し、前記巻回電極体が収納される偏平形状の金属製の外装体と、前記金属製の外装体の前記開口部に嵌合される封口板と、前記正極芯体露出部に電気的に接合された正極タブと、前記負極芯体露出部に電気的に接合された負極タブと、を備える非水電解質二次電池において、前記正極タブが電気的に接合された前記正極芯体露出部、及び、前記負極タブが電気的に接合された前記負極芯体露出部は、共に前記巻回電極体の巻き始め側に配置され、前記正極タブは、前記外装体と前記封口板との嵌合部で挟まれた状態で前記外装体及び前記封口板に溶接され、前記負極タブは、前記封口板に備えられた負極端子に電気的に接合され、前記正極タブと前記負極タブとが、電池の幅方向において、２ｍｍ以上１２ｍｍ以下の間隔で離間していることを特徴とする。

本発明の非水電解質二次電池は、正極タブ及び負極タブの位置が、共に前記巻回電極体の巻き始め側となるように配置されている。そのため、正極極板を流れる電流と負極極板を流れる電流とが逆向きとなり、それぞれの電流により発生する磁界が互いに打ち消し合うため、外部へ漏出する磁界が抑制される。

また、本発明の非水電解質二次電池は、前記正極タブは、前記正極芯体露出部に電気的に接合されると共に、前記外装体と前記封口板との嵌合部で挟まれた状態で前記外装体及び前記封口板に溶接され、前記負極タブは、前記封口板に備えられた負極端子に電気的に接合され、前記正極タブと前記負極タブとが、電池の幅方向において、２ｍｍ以上１２ｍｍ以下の間隔で離間している。そのため、上述した磁界発生の抑制効果と共に、正極タブと負極タブとの内部短絡のリスク低減という優れた効果を備えたものとなる。

従って、本発明の非水電解質二次電池によれば、使用時の電流による磁界の発生が抑制されて補聴器等に対するノイズの影響が小さくなると共に、正極タブと負極タブとの内部短絡の危険性が低減されて信頼性の向上した非水電解質二次電池が得られる。

また、本発明の非水電解質二次電池によれば、正極タブを芯体部に直接溶接することができるので、製造工程が簡略化されることから溶接不良の削減が見込まれ、さらには巻き始め部に正極タブ及び負極タブが配置されることから、巻回する際の巻取バラツキによる正極タブの位置ずれが軽減されて、製造歩留りが向上する。

なお、一般的な正極芯体はアルミニウム製もしくはアルミニウム合金製であるため、前記正極タブは、アルミニウム製又はアルミニウム合金製であると正極芯体露出部と正極タブとの間の電気抵抗を小さくすることができるため好ましい。

また、前記正極タブの厚みは、機械的強度を確保するために前記正極芯体の厚み以上であることが好ましいが、厚すぎると落下信頼性が悪化するため、７０μｍ以下とすることが好ましい。

また、正極芯体露出部と正極タブとの間の溶接及び負極芯体露出部と負極タブとの間の溶接は、レーザ溶接法を採用することもできるが、抵抗溶接法又は超音波溶接法を採用すると、それぞれの芯体露出部と電極タブとの間の電気抵抗を小さくすることができると共に、製造コストを安くすることができるようになる。

なお、本発明の非水電解質二次電池においては、正極極板に使用する正極活物質としては、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出することが可能なＬｉＭＯ_２（但し、ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎの少なくとも１種である）で表されるリチウム遷移金属複合酸化物、すなわち、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＮｉ_ｘＣｏ_１−ｘＯ_２（ｘ＝０．０１〜０．９９）、ＬｉＭｎＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＮｉ_ｘＭｎ_ｙＣｏ_ｚＯ_２（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、又はＬｉＦｅＰＯ_４などを一種単独でもしくは複数種を混合して用いることができる。また、遷移金属を他の元素と置換したり、他の元素を単独又は化合物として添加したりすることができる。

また、負極に使用する負極活物質には、リチウムを吸蔵・放出することが可能な炭素質物、珪素質物、金属酸化物からなる群から選択される少なくとも１種を用いることができる。黒鉛化の進んだ炭素質物は高容量であるために特に好ましい。

本発明の非水電解質二次電池の非水電解質に用いることができる非水溶媒は、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、エステル類、環状エーテル類、鎖状エーテル類、ニトリル類、アミド類等が挙げられる。環状炭酸エステルとしては、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、ビニレンカーボネートなどが挙げられ、これらの水素基の一部又は全部がフッ素化されているものも用いることが可能であり、例えばトリフルオロプロピレンカーボネートやフルオロエチレンカーボネートなどを用いることができる。また、鎖状炭酸エステルとしては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどの対称鎖状炭酸エステル、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネートなどの非対称鎖状炭酸エステルを用いることができ、これらの水素の一部又は全部がフッ素化されているものも用いることが可能である。

有機電解液を構成する電解質は、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ_４）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ_４）、六フッ化砒酸リチウム（ＬｉＡｓＦ_６）、トリフルオロメチルスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３）、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム［ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２］などのリチウム塩が挙げられる。中でもＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４を用いるのが好ましく、前記有機溶媒に対する溶解量は、０．５〜２．０モル／Ｌとするのが好ましい。なお、本発明においては、非水電解質は、溶液状のものだけでなく、ゲル化されているものも使用することができる。

図１Ａは実施例１、２及び比較例２に係る巻回電極体の巻回前の状態を示す模式正面図であり、図１Ｂは同じく巻回電極体を正極タブ及び負極タブの突出する方向から見た場合の模式平面図である。 図２Ａは比較例１に係る巻回電極体の巻回前の状態を示す模式正面図であり、図２Ｂは巻回電極体を正極タブ及び負極タブの突出する方向から見た場合の模式平面図である。 実施例１及び２に係る偏平状巻回電極体と封口板との接続状況を示す斜視図である。 比較例１に係る偏平状巻回電極体と封口板との接続状況を示す斜視図である。 比較例２に係る偏平状巻回電極体と封口板との接続状況を示す斜視図である。 各実施例及び比較例に共通する、磁界の計測箇所を示す模式平面図である。 従来例の密閉型電池の要部透視図である。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための角形非水電解質二次電池を例示するものであって、本発明をこの角形非水電解質二次電池に特定することを意図するものではなく、本発明は特許請求の範囲に示した技術思想を逸脱することなく種々の変更を行ったものにも均しく適用し得るものである。なお、この明細書における説明のために用いられた各図面においては、概略構成を模式的に示すものであるため、各部材について必ずしも実際の寸法に比例して表示されているものではない。

以下、各実施例及び比較例の偏平状巻回電極体の具体的構成、及び、各非水電解質二次電池の具体的製造方法について、図１〜５を用いて説明する。なお、実施例１に係る偏平状巻回電極体１０Ａと、実施例２、比較例１及び２に係るそれぞれの偏平状巻回電極体１０Ｂ、１０Ｃ及び１０Ｄとの構成の差異は、主に正極極板への正極タブの取り付け方法と、電極体巻回前の正極極板と負極極板との重畳方法の違いによるものであるので、以下では共通する構成部分には同一の参照符号を付与して説明することとする。

なお、図１Ａは実施例１、２及び比較例２に係る巻回電極体の巻回電極体１０Ａ、１０Ｂ及び１０Ｄについて、正極極板２０と負極極板２３とをセパレータ（図示省略）を介して重ね合わせた巻回前の状態の模式正面図であり、図１Ｂは同じく巻回電極体１０Ａ、１０Ｂ及び１０Ｄを正極タブ１２及び負極タブ１３の突出する方向から見た場合の模式平面図である。図２Ａは、比較例１の巻回電極体１０Ｃについて、正極極板２０と負極極板２３とをセパレータ（図示省略）を介して重ね合わせた巻回前の状態の模式正面図であり、図２Ｂは巻回電極体１０Ｃを正極タブ１２及び負極タブ１３の突出する方向から見た場合の模式平面図である。図３は実施例１の偏平状巻回電極体１０Ａと封口板１６との接続状況を示す斜視図である。図４は比較例１の偏平状巻回電極体１０Ｃと封口板１６との接続状況を示す斜視図である。図５は比較例２の偏平状巻回電極体１０Ｄと封口板１６との接続状況を示す斜視図である。なお、図１Ａ及び図２Ａにおいては、セパレータは図示省略されている。

［正極極板の作製］
各実施例及び比較例の正極極板は以下のようにして作製した。まず、正極活物質としてコバルト酸リチウムと、炭素系導電剤であるアセチレンブラックと、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）を、９５：２．５：２．５の質量比で混合して、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）を溶剤として混練し、正極合剤スラリーを調製した。このスラリーを厚さ１３μｍのアルミニウム製の正極芯体の両面にドクターブレード法により塗布、乾燥して、正極芯体の両面に正極活物質層を形成した。その後、圧縮ローラーを用いて圧縮し、短辺の長さが４３ｍｍの正極極板を作製した。

［正極タブの取り付け］
そして、実施例１、２及び比較例２の巻回電極体１０Ａ、１０Ｂ及び１０Ｄにおいては、図１Ａに示すように、正極極板２０に、長辺の両端において端部から一定の距離だけ正極芯体の両面ともに正極活物質層２２を有しない正極芯体露出部２１を設けた後、巻回始端側の正極芯体露出部２１に、アルミニウム製の正極タブ１２を超音波溶接した。その後、正極タブの先端部をのぞき正極タブの両面を覆うように絶縁テープを１１ｃを貼付した。

また、比較例１の巻回電極体１０Ｃにおいては、図２Ａに示したように、正極極板２０の巻回終端側にのみ正極活物質層２２を有しない正極芯体露出部２１を設けた後、正極芯体露出部２１にコの字状の切込みを入れて形成される切込み部２６に正極タブ１２を溶接したが、後述するように、切込み部２６の形成までの状態で電極体の巻回を行い、切込み部２６への正極タブの溶接は巻回後に行った。

なお、正極タブ１２としてのアルミニウム片のサイズは、実施例１、２及び比較例１の巻回電極体１０Ａ、１０Ｂ及び１０Ｃにおいては厚み０．０３ｍｍ×幅６ｍｍ×長さ２５ｍｍであるのに対し、比較例２の巻回電極体１０Ｄにおいては厚み０．１ｍｍ×幅３ｍｍ×長さ２５ｍｍとした。

［負極極板の作製］
実施例１、２、比較例１及び２に共通する負極極板は、以下のようにして作製した。すなわち、人造黒鉛と、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を純水に１質量％溶解させたものと、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）とを固形分比で９８：１：１の質量比となるように、混練して負極合剤スラリーを作製した。次いで、厚さ８μｍの銅製の負極芯体の両面にドクターブレード法により塗布後、乾燥して負極芯体の両面に負極活物質層２５を形成した。この後、圧縮ローラーを用いて圧縮し、短辺の長さが４４ｍｍの負極極板２３を作製した。

［負極タブの取り付け］
負極極板２２には、図１Ａ及び図２Ａに示したように、負極芯体の巻回始端から一定の距離だけ負極芯体の両面ともに負極活物質層２５を有しない負極芯体露出部２４を設けておき、この負極芯体露出部２４に、ニッケル製の負極タブ１３を超音波溶接した。なお、負極タブ１３としてのニッケル片は、厚み０．１ｍｍ×幅３ｍｍ×長さ２５ｍｍのものを用いた。

［非水電解質の調製］
非水電解質としては、エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート及びジエチルカーボネートの体積混合比が４０：３０：３０となるように混合した非水溶媒に、ＬｉＰＦ_６を溶質として１ｍｏｌ／Ｌの濃度になるように溶解して用いた。

［偏平状巻回電極体の作製］
実施例１、２及び比較例２においては、上述のようにして作製した正極極板２０と負極極板２３とを、図１Ａに示すように正極タブ１２が溶接されている側及び負極タブ１３が溶接されている側が共に巻き始め側となるようにすると共に、正極タブ１２及び負極タブ１３の配置部分の凹凸が少なくなるようにするため、正極タブ１２が負極タブ１３と負極活物質層２５との間に位置するように、また、負極タブ１３が正極芯体露出部２１とは重ならない位置になるようにして、ポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータを挟んで重ね、正極極板２０及び負極極板２３が互いに絶縁された状態で巻回し、巻き終わり端部を絶縁テープ１１ａ（図３及び図４参照）によって固定し、押し潰すことによって実施例１の偏平状巻回電極体１０Ａ、実施例２の偏平状巻回電極体１０Ｂ及び比較例２の偏平状巻回電極体１０Ｄを作製した。なお、電池の横幅方向における、正極タブ１２と負極タブ１３との間の距離Ｌは、実施例１及び比較例２においてはＬ＝４ｍｍとしたのに対し、実施例２においてはＬ＝１２ｍｍとなるようにした。

また、比較例１においては、図２Ａに示すように、正極極板２０と負極極板２３とを、負極芯体露出部２４が巻き始め側となるようにすると共に、正極芯体露出部２１が巻き終わり側となるようにして、ポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータを挟んで重ねた上で巻回し、巻き終わり端部を絶縁テープ１１ａによって固定し、押し潰すことによって偏平状とした後、切込み部２６を直角に折り返した状態で正極タブ１２を溶接し、更に切込み部２６を折り返すことで、偏平状巻回電極体１０Ｂを作製した。

なお、実施例１、２及び比較例２の偏平状巻回電極体１０Ａ、１０Ｂ及び１０Ｄを正極タブ１２及び負極タブ１３が突出する側から見た場合の正極タブ１２及び負極タブ１３の位置関係は、それぞれ図１Ｂに示したとおりとなり、同じく比較例１の偏平状巻回電極体１０Ｃの場合は図２Ｂに示したとおりとなる。

［非水電解質二次電池の作製］
次いで、上述のようにして作製された偏平状巻回電極体１０Ａ〜１０Ｄに絶縁スペーサ１４、１５及び絶縁テープ１１ｂを取り付け、正極タブ１２及び負極タブ１３をそれぞれ所定形状に曲げた後、偏平状巻回電極体１０Ａ〜１０Ｄを、長手方向の一端面が開口し、周囲面が閉鎖した角形の金属製の電池外装体（図示省略）内に挿入して、電池外装体の開口部を封口板１６で封口し、電解液注入孔１９からの所定量の非水電解液の注入後電解液注入孔１９を封止することにより、各実施例及び比較例の非水電解質二次電池を作製したが、以下において、それぞれの偏平状巻回電極体１０Ａ〜１０Ｄと封口板１６との接続状況、及び、電池外装体と封口板１６との封止方法の違いについて説明する。

すなわち、実施例１、２及び比較例１においては、電池外装体の開口部を封口板１６で封口する前に、負極タブ１３の先端を負極端子１８にレーザ溶接しておき、実施例１、２は、両面に絶縁テープ１１ｃが貼付された正極タブ１２を折り曲げて成形し、比較例１は、正極タブ成形後に正極タブ１２の折り曲げ部根元上面を絶縁テープ１１ｃで覆い、電池外装体の開口部を封口板１６で封口する際には正極タブ１２を間に挟んでおき、電池外装体の開口端縁と封口板１６との間に正極タブ１２が挟持された状態で、電池外装体の開口端縁と封口板１６との間をレーザ溶接により封止した。実施例１及び２における偏平状巻回電極体１０Ａ、１０Ｂと封口板１６との接続状況を模式的に図３に示し、比較例１における偏平状巻回電極体１０Ｃと封口板１６との接続状況を模式的に図４に示した。

また、比較例２においては、図５に示すように、負極タブ１３の先端を負極端子１８にレーザ溶接すると共に、両面に絶縁テープ１１ｃが貼付された正極タブ１２を折り曲げて成形し、その先端を封口板１６の裏面にレーザ溶接し、その後、電池外装体の開口部を封口板１６で封口して電池外装体の開口端縁と封口板１６との間をレーザ溶接することにより封止した。

なお、得られた各実施例及び比較例に共通する非水電解質二次電池の寸法は、厚み５．２ｍｍ×幅３４ｍｍ×高さ５０ｍｍであり、設計容量は１１５０ｍＡｈである。

［放電により生じる磁界の計測］
このようにして作製された非水電解質二次電池の内、実施例１、２及び比較例１については、以下のようにして、放電により生じる磁界を計測した。はじめに、１Ｉｔ＝１１５０ｍＡの定電流で電池電圧が４．２Ｖになるまで充電し、電池電圧が４、２Ｖに達した後は４．２Ｖの定電圧で充電電流が２３ｍＡになるまで充電して満充電状態とした。次いで、１Ｉｔ＝１１５０ｍＡの定電流で放電して電池の状態を整えた。

状態を整えた電池を上述と同じ条件で充電を行い、負極端子１８の電池表面側と封口板１６（正極）とにそれぞれリード線の一端を接続した。リード線に流れる電流による磁界の影響をなくすために、互いのリード線を撚り合した。そして、リード線の他端を電源の出力端子に接続し、電源を用いてＧＳＭ仕様のパルス波形の放電負荷を電池に与えながら、電池周囲の磁界を測定した。ＧＳＭ仕様のパルス波形形状は、周波数２１７Ｈｚで電流２Ａが０．６ミリ秒間、０．１Ａが１．４ミリ秒間である。

磁界の計測方法としては、まず、実施例及び比較例のそれぞれの非水電解質二次電池について、電池の面積が最大である側面を上下向きで静置し、電池の側面の上方１ｃｍの平面上を磁界測定コイルを移動させて磁場の強さを測定した。電池を中心とした１８ｃｍ×１３ｃｍの範囲を縦方向、横方向に１ｃｍごとに区切った点を測定点とする、１９×１４＝２６６箇所を測定した。次いで、測定された磁場の強さを基に、図６に示される８箇所について磁界の大きさを求めた。結果を表１に示す。

なお、図６は、電池の面積が最大である側面を上下向きで静置した状態を平面視した模式平面図であり、封口板１６を備えている側が左側となるように配置しており、電池の高さ方向をｘ軸、幅方向をｙ軸、厚み方向をｚ軸（図示省略）と定めた。

また、表１は、図６に示される８箇所（但し、電池表面からｚ軸方向に１ｃｍ離れた平面上に位置する）における磁場の強さについて、ｘｙｚ各方向の磁界の大きさ（単位：ｄＢ・Ａ／ｍ）として示している。ｄＢ・Ａ／ｍへの換算に当っては、丸付き数字２の位置における、比較例１のｘ軸方向の磁場強さを基準（０ｄＢ・Ａ／ｍ）とした。

［落下信頼性試験］
以下のようにして、落下信頼性試験を行った。すなわち、実施例１、２及び比較例２の非水電解質二次電池を各５個ずつ用意し、１ｍの高さから鉄板上にランダム方向に１０００回落とす過酷落下試験を行い、内部抵抗が１００ｍΩ以上となった電池の個数をカウントした。なお、内部抵抗については、落下５０回ごとに測定し、内部抵抗が１００ｍΩ以上となった場合はその時点で試験を終了すると共に、内部抵抗が１００ｍΩ以上となった落下回数を記録した。結果を表２に示す。

表１の結果より、実施例１及び２は、比較例１に対して、電池の全周囲について磁場が低減されており、放電により生じる磁界の大きさが抑制されていることが判る。このような現象が生じる理由は、以下のとおりであると考えられる。

すなわち、実施例１及び２の正極極板２０及び負極極板２３では、正極タブ１２及び負極タブ１３の位置が、共に巻回電極体の巻き始め側となるように配置されている。そのため、正極極板２０を流れる電流と負極極板２３を流れる電流が逆向きとなり、それぞれの電流により発生する磁界が互いに打ち消し合うため、外部へ漏出する磁界が抑制される。

一方、比較例１では、正極タブ１２が巻き終わり側で負極タブ１３が巻き始め側となるように位置しているため、正極極板２０を流れる電流によって発生する磁界と負極極板２３を流れる電流によって発生する磁界とが、打ち消しあわずに足しあわされて、外部へ漏出する磁界となる。

また、丸付き数字１、丸付き数字２及び丸付き数字３の計測箇所において、実施例２では−１０ｄＢ・Ａ／ｍより強い磁場の強さが確認されるのに対し、実施例１ではいずれも−１０ｄＢ・Ａ／ｍ未満の磁場の強さである。この丸付き数字１、丸付き数字２及び丸付き数字３の箇所における磁場の強さの違いは、主にタブを流れる電流の差によって生じているものと推測され、正極タブ１２と負極タブ１３の間の距離が短いほど、磁場低減の効果が大きいことがわかる。

一方、正極タブ１２と負極タブ１３の間の距離が短すぎる場合、タブが落下衝撃などで変形し、正極タブと負極集電部品と接触・短絡する危険性が増加する。そのため、正極タブ１２と負極タブ１３の間の距離は、２ｍｍ以上とすることが好ましい。

なお、正極タブ１２と負極タブ１３の間の距離が１２ｍｍの実施例２でも、磁場低減効果は奏されているが、別途実施したシミュレーションによる磁場計算結果より、正極タブ１２と負極タブ１３の間の距離を１０ｍｍ以下にすることで、各計測箇所での磁場強さをｘ、ｙ、ｚの各方向において−１０ｄＢ・Ａ／ｍより小さくすることができるため、より好ましい。

表２の結果からは、以下のことがわかる。すなわち、１０００回の過酷落下試験の実施により、比較例１では４個、比較例２では５個の全てにおいて、１０００回以内に内部抵抗の１００ｍΩ以上への上昇が生じるのに対して、実施例１では、内部抵抗が１００ｍΩ以上となったものは生じていない。

また、比較例１において内部抵抗の上昇が見られた４個体について、内部抵抗が１００ｍΩ以上となった落下回数は、５００〜８００回であるのに対して、比較例２では、５個体全てが３００〜５００回の落下回数で内部抵抗が１００ｍΩ以上となっており、より早い段階で内部抵抗の上昇が生じていることがわかる。

また、落下試験後の各電池について分解して内部の状態を目視で確認したところ、比較例２では、内部抵抗が１００ｍΩ以上となった電池ついて、正極タブ１２が部分的に破断もしくは完全に破断し、比較例１では、全ての電池において正極タブ１２が完全に破断していた。一方、実施例１ではいずれの電池についても正極タブ１２に破断は見られなかった。

このことから、実施例１は充分な落下信頼性を備えていること、及び、比較例１と比較例２とでは、比較例１の方が落下信頼性が高いことがわかる。

上記の落下信頼性を奏する理由は、以下のように推測される。すなわち、正極タブ１２の厚みが比較例２では０．１ｍｍであるの対して、比較例１では、０．０３ｍｍとより薄いため、落下時の衝撃が正極タブ１２に伝わる際に、正極タブ１２が穏やかに曲がることでその衝撃を吸収しており、更に、比較例１では、外装体と封口板１６の間に正極タブ１２が挟み込まれているため、正極タブ１２の先端が封口板１６の裏面に溶接されている比較例２と比べて、正極タブ１２に伝わる衝撃そのものが軽減されて、その結果、比較例２に対して比較例１は落下信頼性が向上している。

このことから電池の落下信頼性を向上させるためには、正極タブ１２が穏やかに曲がることが好ましく、別の検討結果から正極タブ１２の厚みを７０μｍ以下とすることが好ましい。

また、実施例１においては、折り曲げ部根元両面が絶縁テープで覆われていると共に、正極タブ１２が巻き始め側に配置されているため、比較例１に対して折り曲げ部の長さが短く、落下衝撃時に折り曲げ部にかかる負荷がより小さくなることにより、落下信頼性が相乗的に向上したものと推測される。

１０Ａ〜１０Ｄ…偏平状巻回電極体 １１ａ〜１１ｃ…絶縁テープ １２…正極タブ １３…負極タブ １４、１５…絶縁スペーサ １６…封口板 １７…スリット １８…負極端子 １９…電解液注入孔 ２０…正極極板 ２１…正極芯体露出部 ２２…正極活物質層 ２３…負極極板 ２４…負極芯体露出部 ２５…負極活物質層

Claims (2)

1. 正極活物質層及び正極芯体露出部を有する正極極板と、負極活物質層及び負極芯体露出部を有する負極極板とが、セパレータを介して巻回された偏平形状の巻回電極体と
   一端に開口部を有し、前記巻回電極体が収納される偏平形状の金属製の外装体と、
   前記金属製の外装体の前記開口部に嵌合される封口板と、
   前記正極芯体露出部に電気的に接合された正極タブと、前記負極芯体露出部に電気的に接合された負極タブと、を備える非水電解質二次電池において、
   前記正極タブが電気的に接合された前記正極芯体露出部、及び、前記負極タブが電気的に接合された前記負極芯体露出部は、共に前記巻回電極体の巻き始め側に配置され、
   前記正極タブが電池の厚み方向に折り曲げられるとともに、その折り曲げ部の両面が絶縁テープで覆われており、
   前記正極タブは、前記外装体と前記封口板との嵌合部で挟まれた状態で前記外装体及び前記封口板に溶接され、
   前記負極タブは、前記封口板に備えられた負極端子に電気的に接合され、
   前記正極タブと前記負極タブとが、電池の幅方向において、２ｍｍ以上１２ｍｍ以下の間隔で離間している、ことを特徴とする非水電解質二次電池。
2. 前記正極タブは、アルミニウム製又はアルミニウム合金製であり、かつ、厚みが前記正極芯体の厚み以上、７０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質二次電池。

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