JP6735445B2 - 捲回型電池 - Google Patents

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本発明は、捲回型電池に関する。
近年、ポータブル機器の高性能化が目覚しく進展している。このようなポータブル機器の電源は、小型かつ高容量であることが望まれる。一方、高容量電池の製造は、電池が小型化するほど困難になる。そこで、ポータブル機器の電源として、筒状の捲回型電池の開発が進められている。例えば円筒型電池は、角型電池に比べると高容量化および小型化が容易である。
特許文献１は、直径の小さな円筒型の有底金属ケースと、その開口部を密閉する封口部材を備える電池を教示している。金属ケース内には、捲回型の電極群が収容されている。電極群は、第一および第二電極と、第一電極に接続された第一集電リードと、第二電極に接続された第二集電リードとを具備する。通常、捲回型の電極群の２つの集電リードは逆方向に延び、一方は金属ケースの底部に溶接される。しかし、特許文献１では、第一集電リードと第二集電リードが、いずれも金属ケースの開口部側へ延びている。直径の小さな金属ケースの底部には、集電リードを溶接することが困難なためである。
国際公開公報第２０１２／１１１０６１号パンフレット
直径の小さな捲回型の電極群は、集電リードによる歪の影響を受けやすい。歪により電極群の内圧が局所的に変化すると、特許文献１のように第一集電リードと第二集電リードが同方向に延びている場合、内部短絡のリスクが高くなる。そこで、小型かつ高容量であり、内部短絡が発生しにくい捲回型電池の開発が望まれている。
本発明の一局面は、発電要素と、発電要素を収容する電池ケースと、を具備し、発電要素は、第一電極と、第一電極とは極性が異なる第二電極と、第一電極と第二電極との間に介在するセパレータと、電解質と、を具備する。第一電極と第二電極とがセパレータを介して捲回されて電極群を形成しており、電池ケースは、有底筒状の金属缶と、金属缶の開口を封口する封口部材と、を具備する。第一電極は、第一集電体シートと、第一集電体シートの表面に形成された第一活物質層と、を具備し、かつ第一集電体シートの捲回軸方向における一端部に第一集電体シートが露出している第一未塗工部を有し、第一未塗工部には、第一集電リードが接続されている。第一未塗工部は、電池ケース内において、第一活物質層より金属缶の開口側に配置されており、第二電極は、第二集電体シートと、第二集電体シートの表面に形成された第二活物質層と、を具備し、第二電極には、第二集電リードが接続されている。第一集電リードおよび第二集電リードは、それぞれが金属缶の開口側に向かって延在しており、第一未塗工部の少なくとも一部は、電極群の捲回軸方向よりも捲回軸方向に対して垂直な方向が長い絶縁層で被覆されており、絶縁層が、第一集電リードの根本を被覆し、かつ第一未塗工部の端面の全ての面を覆うように端面から張り出している。さらに絶縁層と第一活物質層とが離間している、捲回型電池に関する。
本発明によれば、小型かつ高容量であり、内部短絡が発生しにくい捲回型電池を得ることができる。
第一集電リードが接続された第一電極を示す図であり、（ａ）は第一未塗工部が絶縁層で覆われる前の状態を概略的に示す平面図であり、および（ｂ）はそのIb−Ib線断面図（ｂ）である。 第一集電リードが接続された第一電極を示す図であり、（ａ）は第一未塗工部が絶縁層で覆われた状態を概略的に示す平面図であり、および（ｂ）はそのIIb−IIb線断面図（ｂ）である。 第二集電リードが接続された第二電極を示す図であり、（ａ）は概略的に示す平面図であり、および（ｂ）はそのIIIb−IIIb線断面図である。 捲回前の電極群の構成を概略的に示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る円筒型電池の縦断面図である。
本発明に係る捲回型電池は、発電要素と、発電要素を収容する電池ケースとを具備し、発電要素は、第一電極と、第一電極とは極性が異なる第二電極と、第一電極と第二電極との間に介在するセパレータと、電解質とを具備する。第一電極と第二電極は、セパレータを介して捲回されて捲回型の電極群を形成している。発電要素を収容する電池ケースは、有底筒状の金属缶と、金属缶の開口を封口する封口部材とを具備している。
第一電極は、第一集電体シートと、第一集電体シートの表面に形成された第一活物質層とを具備する。第一集電体シートの捲回軸方向における一端部には、第一集電体シートが露出している第一未塗工部が設けられている。第一未塗工部は、上記一端部に沿って帯状に設けられていることが好ましい。第一未塗工部には、第一集電リードが接続されており、第一未塗工部は、電池ケース内において、金属缶の開口側に配置されている。これにより、第一集電体シートの捲回軸方向に対して垂直な方向における端部に未塗工部を設ける必要がなくなり、電極群の直径の不要な増大を避けることができる。よって、高容量化に有利となる。
以下、電極群の捲回軸方向を「第一方向」、捲回軸方向に対して垂直な方向を「第二方向」と称する。
第二電極は、第二集電体シートと、第二集電体シートの表面に形成された第二活物質層とを具備する。第二電極には、第二集電リードが接続されている。第一集電リードおよび第二集電リードは、それぞれが金属缶の開口側に向かって延在している。第一電極は、第一集電リードを介して、例えば導電性の封口部材に接続される。第二電極は、第二集電リードを介して、例えば金属缶に接続される。第二集電リードを金属缶の開口側に延在させることで、直径の小さな金属缶を用いる場合であっても、第二集電リードを金属缶に容易に溶接することができる。
上記構成においては、第一未塗工部、第一集電リードおよび第二集電リードが、いずれも金属缶の開口側に配置されることになる。ただし、第一未塗工部の少なくとも一部が絶縁層で被覆されることにより、第一未塗工部と、第二電極および／または第二集電リードとの接触のリスクは低減する。更に、第一未塗工部と金属缶との接触も防止できる。
絶縁層は、第一未塗工部の端面から、第一集電リードの延びる方向に向かって張り出している。これにより、第一未塗工部の端面（エッジ）による内部短絡のリスクが低減する。また、第一集電リードの根本（第一未塗工部の端面近傍部分）が絶縁層で固定され、第一集電リードの動きが抑制される。これにより、第一集電リードが真っ直ぐ上方に向くように拘束され、内部短絡のリスクが更に低減する。
第一集電リードの根本を固定する観点からは、必ずしも第一未塗工部の全体を絶縁層で被覆する必要はない。ただし、少なくとも第一集電リードと第一未塗工部との重複部分は絶縁層で被覆されていることが好ましい。また、第一未塗工部の９０％以上が絶縁層で被覆されていることが好ましい。第一未塗工部の両面の合計面積の９０％以上が絶縁層で被覆されていることで、内部短絡のリスクを低減する効果が大きくなる。
金属缶の開口側においては、セパレータの端面が、第一未塗工部の端面よりも突出していることが好ましい。これにより、内部短絡のリスクを更に低減することができる。また、第一未塗工部の端面は、第二集電体シートの端面よりも突出していることが好ましい。これにより、第一未塗工部と第一集電リードとの強固な接続が可能となる。
第二集電体シートの第一方向における両端部（すなわち金属缶の底部側および開口側に配置される両端部）は、第二活物質層の第一方向における両端部と一致していることが好ましい。すなわち、第一方向における両端部の両面には、第二活物質層が形成されていることが好ましい。これにより、第二活物質層と第一活物質層との対向面積を十分に大きくすることができる。また、第二集電体シートと第一未塗工部との接触による内部短絡のリスクを大きく低減できる。
なお、各端部の端面（エッジ）まで第二活物質層で覆われる必要はない。また、各端部は、その全長に亘って第二活物質層で覆われる必要はない。例えば、各端部の全長の５０％以上が第二活物質層で覆われていればよい。
第二集電体シートの第二方向における一端部には、第二集電体シートが露出している第二未塗工部が設けられていることが好ましい。第二未塗工部は、当該一端部に沿って帯状に設けられていることが好ましい。これにより、溶接により、第二未塗工部に、第二集電リードを強固に接続することができる。なお、第二集電体シートの第二方向における他端部は、第二活物質層の端部と一致していてもよく、第二集電体シートが露出している未塗工部が設けられていてもよい。このような未塗工部も、当該他端部に沿って帯状に設けられていることが好ましい。
第一集電体シートの第二方向における両端部と、第一活物質層の第二方向における両端部とは一致していることが好ましい。すなわち、第二方向における両端部の両面には、第一活物質層が形成されていることが好ましい。これにより、第一活物質層と第二活物質層との対向面積を十分に大きくすることができる。ここでも、各端部の端面（エッジ）まで第一活物質層で覆われる必要はない。また、各端部の全長の５０％以上が第一活物質層で覆われていればよい。
絶縁層は、絶縁シートと、絶縁シートの一方の面に設けられた粘着層とを有する絶縁テープであることが好ましい。このような絶縁テープを用いると、第一未塗工部を絶縁層で被覆する作業が容易となり、製造コストを低減できる。絶縁テープを用いる場合、第一未塗工部の端面が覆われるように、第一未塗工部を絶縁テープで裏表両側から挟み込めばよい。
金属缶は、例えば、直径（金属缶の軸方向に対して垂直な断面の外径）１０ｍｍ以下、更には６ｍｍ以下の円筒型であればよい。金属缶は、強度確保の観点から、ステンレス鋼により形成されていることが好ましく、缶壁は０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの厚さを有することが好ましい。これにより、小型かつ高容量で、高強度の捲回型電池の好ましい実施形態を実現することができる。なお、円筒型の金属缶の直径を１ｍｍより小さくすることは困難であり、直径は１ｍｍ以上であることが好ましい。
以下、第一電極が正極であり、第二電極が負極である場合を例にとって、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。
（正極）
図１に示すように、正極４は、第一集電体シートである正極集電体シート４０と、正極集電体シート４０の両面に形成された正極活物質層４１とを具備する。正極集電体シート４０は矩形であり、本実施形態の場合、長辺方向（図１のＹ方向）が第一方向（捲回軸方向）に一致する。第一方向における一端部（以下、第一端部）には、正極集電体シート４０が露出している第一未塗工部４０ａが設けられている。第一未塗工部４０ａは、第一端部に沿って帯状に設けられる。第一未塗工部４０ａには、短冊状の正極集電リード２４の一端部が溶接により接続されている。
一方、第一方向おける他端部（以下、第二端部）には、正極集電体シートが露出しておらず、第二端部の端面４０ｂを除き、両面の全面に正極活物質層４１が形成されている。また、正極集電体シート４０の第二方向（図１のＸ方向）における両端部も、それらの端面および第一未塗工部に対応する部分を除き、両方の全面が正極活物質層４１で覆われている。このような構造の正極は、大判の正極集電体シート４０の原料シートに正極活物質層４１の原料混合物をストライプ状に塗工して極板原反を形成し、その後、極板原反を所定形状に裁断することにより、容易の製造できる。
なお、「端面」とは、集電体シートを裁断するときに形成される厚さ方向の断面に対応する。
正極集電体シート４０の第一方向における幅Ｗ10は、金属缶の長さまたは電池容量に応じて選択すればよい。第一未塗工部４０ａの幅Ｗ11は、２ｍｍ〜４ｍｍであることが好ましい。幅Ｗ11が上記範囲であれば、正極集電体シート４０の表面に占める正極活物質層４１の形成面積を十分に大きく確保でき、かつ正極集電リード２４との接合部の強度も確保しやすい。
図１は、正極集電体シート４０の第一未塗工部４０ａが絶縁層５で覆われる前の状態を概略的に示している。一方、図２は、第一未塗工部４０ａが絶縁層５で裏表両面から覆われた状態を概略的に示している。絶縁層５は、第一端部の端面４０ｃが覆われるように、第一端部に沿って帯状に設けられる。その結果、正極集電リード２４と第一未塗工部４０ａとの重複部分は絶縁層５で被覆されることになる。また、第一端部の端面４０ｃが絶縁層５で覆われることで、絶縁層５は第一端部の端面４０ｃから、僅かに張り出すことになる。これにより、第一未塗工部４０ａの存在による内部短絡のリスクが低減するとともに、正極集電リード２４の根本が絶縁層５で固定され、正極集電リード２４の動きが抑制される。よって、正極集電リード２４が原因となる内部短絡のリスクも低減する。
絶縁層５の第一端部の端面４０ｃからの張り出し幅Ｗ12は、０．１ｍ〜１ｍｍであることが好ましく、０．４ｍｍ〜０．６ｍｍであることが更に好ましい。これにより、正極集電リード２４の根本を絶縁層５で固定する効果が大きくなり、かつ電極群の第一方向の長さの不要な増大を避けることができる。
図２においては、第一未塗工部４０ａが完全に絶縁層５で被覆されていない状態を示しているが、第一未塗工部４０ａの両面の合計面積の９０％以上が絶縁層５で被覆されることが好ましく、第一未塗工部４０ａが完全に絶縁層５で被覆されることが更に好ましい。
絶縁層５は、絶縁材料により形成すればよい。絶縁材料としては、絶縁性の樹脂成分を含む粘着剤が好ましく、例えばゴム系粘着剤、アクリル系粘着剤、シリコーン系粘着剤、ウレタン系粘着剤などを用いることができる。粘着剤は、樹脂成分の他に、必要に応じて、粘着付与剤、架橋剤、軟化剤、老化防止剤などを含む。ゴム系粘着剤は、天然ゴム、ブチルゴム、イソプレンゴムなどのゴム成分を含む。アクリル系粘着剤は、アクリロニトリル、（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸エステルなどのアクリルモノマーの重合体を含む。シリコーン系粘着剤は、ポリシロキサンもしくはシリコーンゴムを含む。
絶縁層５として、絶縁テープを用いてもよい。絶縁テープを用いると、第一未塗工部４０ａを絶縁層で被覆する作業が容易となる。絶縁テープは、絶縁シート（基材フィルム）と、絶縁シートの一方の面に設けられた粘着層とを有する。粘着層は、上記の粘着剤を含む。
絶縁シートには、ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリイミドフィルム、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルムなど、ポリオレフィンやエンジニアリングプラスチックのフィルムを用いることができる。中でも、電極群への歪の影響が小さいことから、厚さ２０μｍ〜６０μｍのポリプロピレン製フィルムを用いることが好ましい。
絶縁層５の厚さは、正極活物質層の厚さ以下であることが好ましく、正極活物質層の厚さの２０％〜５０％であることが更に好ましい。このような厚さの絶縁層５を第一未塗工部に設けることで、直径の小さな電極群を形成する場合でも、絶縁層５による歪の影響を受けにくく、電極群の内圧の局所的な変化が抑制される。
正極集電体シート４０は、多孔性または無孔の導電性基板である。円筒型電池がリチウムイオン電池である場合、正極集電体シート４０の材料は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金などの金属箔が好ましく使用される。正極集電体シートの厚さは、特に限定されないが、１０μｍ〜２０μｍが好ましい。
正極活物質層４１は、必須成分として正極活物質を含み、任意成分として結着剤、導電剤などを含む。リチウムイオン二次電池の正極活物質としては、リチウム含有複合酸化物が好ましく、例えばＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4などが用いられる。リチウムイオン一次電池の正極活物質としては、二酸化マンガン、フッ化黒鉛などが用いられる。正極活物質層４１を形成する際には、正極活物質を含む正極合剤を液状成分と混合して正極スラリーを調製する。次に、正極スラリーを正極集電体シートの表面に塗工して塗膜を乾燥させる。次に、乾燥した塗膜を正極集電体シートとともに圧延することで、所定厚さを有する正極活物質層が形成される。正極活物質層の厚さは、特に限定されないが、７０μｍ〜１３０μｍが好ましい。
リチウムイオン電池の正極集電リード２４の材料には、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、鉄、ステンレス鋼などが好ましく用いられる。正極集電リード２４の厚さは１０μｍ〜１２０μｍが好ましく、２０μｍ〜８０μｍが更に好ましい。正極集電リード２２の形状は、特に限定されないが、金属缶が直径１０ｍｍ以下の円筒型である場合、例えば幅０．５ｍｍ〜３ｍｍ、長さ３ｍｍ〜１０ｍｍの短冊状である。
（負極）
図３に示すように、負極２は、第二集電体シートである負極集電体シート２０と、負極集電体シート２０の両面に形成された負極活物質層２１とを具備する。負極集電体シート２０は、第二方向の長さが正極集電体シート４０よりも大きく設定された矩形である。負極集電体シート２０の第二方向（図３のＸ方向）における一端部（以下、第一端部）には、負極集電体シートが露出している第二未塗工部（Ａ）２０ａが比較的幅広に設けられている。第二未塗工部（Ａ）２０ａは、当該第一端部に沿って帯状に設けられる。第二未塗工部（Ａ）２０ａには、短冊状の負極集電リード２２の一端部が溶接により接続されている。
負極集電体シート２０の第二方向における他端部（以下、第二端部）にも、負極集電体シート２０が露出している第二未塗工部（Ｂ）２０ｂが帯状に設けられている。このような負極集電体シート２０の露出部は、負極活物質層の剥離を抑制するために設けられる。
負極集電体シート２０第一方向（図３のＹ方向）における両端部は、各端部の端面２０ｃ、２０ｄおよび第二未塗工部２０ａ、２０ｂに対応する部分を除き、負極活物質層２１で覆われている。これにより、正極活物質層４１と負極活物質層２１との対向面積を十分に大きくすることができるとともに、第一未塗工部４０ａと負極集電体シート２０との接触による内部短絡のリスクを大きく低減できる。
第二未塗工部（Ａ）２０ａの幅Ｗ21は、負極集電体シート２０の第二方向における幅Ｗ20の１０％〜５０％であることが好ましい。幅Ｗ21が上記範囲であれば、負極集電体シート２０の表面に占める負極活物質層２１の形成面積を十分に大きく確保でき、かつ負極集電リード２２との接合部の強度も確保しやすい。一方、第二未塗工部（Ｂ）２０ｂの幅Ｗ22は、幅Ｗ20の１％〜１０％であればよい。また、第二未塗工部（Ｂ）２０ｂは存在しなくてもよい。第二未塗工部２０ａ、２０ｂの裏面には、その少なくとも一部に負極活物質層が形成されていてもよい。あるいは、第二未塗工部２０ａ、２０ｂの裏面は、表面と同様に、負極集電体シートが露出する未塗工部であってもよい。
負極集電体シート２０は、多孔性または無孔の導電性基板である。円筒型電池がリチウムイオン電池である場合、負極集電体シートの材料としては、例えばステンレス鋼、ニッケル、銅、銅合金、アルミニウムなどの金属箔が好ましく使用される。負極集電体シートの厚さは、特に限定されないが、５μｍ〜２０μｍが好ましい。
負極活物質層２１は、必須成分として負極活物質を含み、任意成分として結着剤、導電剤などを含む。リチウムイオン電池の負極活物質としては、金属リチウム、合金（珪素合金、錫合金など）、炭素材料（黒鉛、ハードカーボンなど）、珪素化合物、錫化合物、チタン酸リチウム化合物などが用いられる。負極活物質層２１を形成する際には、負極活物質を含む負極合剤を液状成分と混合して負極スラリーを調製する。次に、負極スラリーを負極集電体シートの表面に塗工して塗膜を乾燥させる。次に、乾燥した塗膜を負極集電体シートとともに圧延することで、所定厚さを有する負極活物質層が形成される。負極活物質層の厚さは、特に限定されないが、７０μｍ〜１５０μｍが好ましい。なお、負極活物質が合金または化合物である場合、真空プロセスにより活物質層を形成してもよい。
リチウムイオン電池の負極集電リード２２の材料には、例えばニッケル、ニッケル合金、鉄、ステンレス鋼、銅、銅合金などが好ましく用いられる。負極集電リード２２の厚さは１０μｍ〜１２０μｍが好ましく、２０μｍ〜８０μｍが更に好ましい。負極集電リード２２の形状は、特に限定されないが、金属缶が直径１０ｍｍ以下の円筒型である場合、例えば幅０．５ｍｍ〜３ｍｍ、長さ９ｍｍ〜１５ｍｍの短冊状である。
正極活物質層および／または負極活物質層に用い得る結着剤としては、例えばフッ素樹脂（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）、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリル酸、スチレンブタジエンゴムなどが挙げられる。また、正極活物質層および／または負極活物質層に用い得る導電剤としては、例えば黒鉛、カーボンブラック、炭素繊維などが挙げられる。
図３は、第二未塗工部（Ａ）２０ａに負極集電リード２２が接続され、固定用絶縁テープ５４が貼り付けられた状態を概略的に示している。固定用絶縁テープ５４は、捲回後の電極群の最外周を固定するものであるが、負極集電リード２２と第二未塗工部（Ａ）２０ａとの重複部分も部分的に被覆している。これにより、負極集電リード２２と負極集電体シート２０との接続部分の強度を確保しやすくなる。
図４は、捲回前の電極群の構成を概略的に示す平面図である。
図示例では、セパレータ６を中心に、セパレータ６の左側かつ背面側に正極４が配置され、セパレータ６の右側かつ表面側に負極２が配置されている。正極活物質層４１の捲回軸方向（第一方向）における幅Ｗ13は、負極活物質層２１の第一方向における幅Ｗ23より僅かに小さく、正極活物質層４１が完全に負極活物質層２１と重複するように正極４と負極２とが積層される。このような正極４、セパレータ６および負極２の積層体が、巻芯５０を中心として捲回され、電極群が構成される。
セパレータ６の第一方向における両端部は、正極４および負極２の対応する端部よりも突出している。これにより、内部短絡のリスクが更に低減する。また、第一未塗工部４０ａの端面４０ｃは、負極集電体シート２０の端面２０ｃよりも突出している。これにより、第一未塗工部４０ａと正極集電リード２４との接続領域を確保でき、強固な接続が可能となる。また、上記位置関係では、負極集電体シートの端面の位置が、第一未塗工部４０ａを被覆する絶縁層５と対向することとなり、負極集電体シートの端面による内部短絡のリスクが大きく低減する。
負極２の第二方向における一端部（第二未塗工部２０ａ）は、セパレータ６から張り出している。張り出した部分は、金属缶の側壁内面と対向することになる。
図５は、本発明の一実施形態に係る円筒型電池の縦断面図である。
円筒型電池の発電要素は、第一電極である正極４と、第二電極である負極２と、第一電極と第二電極との間に介在するセパレータ６と、電解質（図示せず）とで構成されている。正極４と負極２は、セパレータ６を介して捲回されて捲回型の電極群を形成している。電池ケースは、有底円筒型の金属缶８と、金属缶８の開口を封口する封口部材１２とを具備している。電極群の捲回軸は、金属缶８の中心軸に一致しており、捲回軸の近傍は発電要素が存在しない中空部分１８（直径Ｒ）である。
積層体を捲回して電極群が形成された後、巻芯５０は抜き取られる。よって、電極群の中心には直径Ｒの中空が形成される。その後、電極群は金属缶８に収納される。このとき、負極集電リード２２および正極集電リード２４は、金属缶８の開口側に配置される。その後、電極群の外周側に存在する負極集電リード２２を金属缶８の側壁内面に接触させ、スポット溶接により負極集電リード２２と金属缶８とを接合する。また、絶縁性のリング状の中間部材２８を電極群の上に配置した後、正極集電リード２４を封口部材１２の下面に溶接により接合する。その後、減圧方式により、金属缶８の内部に電解質を注液する。最後に、金属缶８の開口端部を、絶縁部材（ガスケット）１６を介して封口部材１２にかしめることにより、円筒型電池が得られる。金属缶８から外部に突出する封口部材１２の周縁には、絶縁性のリング部材３０が配置され、金属缶８と封口部材１２との絶縁を担保している。
巻き始め部分の曲率半径が小さすぎると、集電体シートから活物質層が剥離するおそれがある。よって、巻芯５０の径は小さすぎないことが必要である。一方、巻芯５０の径が大きすぎると、電池容量が小さくなる。巻芯５０は、電極群の中空部分の直径が３ｍｍ以下、好ましくは１．５ｍｍ未満となるように選択することが好ましい。なお、巻芯は抜き取らずに電池内に残してもよい。
負極２の負極集電体シートの露出部（第二未塗工部（Ａ）２０ａ）には、負極集電リード２２の一端部が電気的に接続されている。負極集電リード２２の他端部は、金属缶８の開口側に延びており、負極端子１０を兼ねる金属缶８の開口付近の側壁内面の溶接点２６に溶接されている。
正極４の正極集電体シートの露出部（第一未塗工部４０ａ）には、正極集電リード２４の一端部が電気的に接続されている。正極集電リード２４の他端部は、やはり金属缶８の開口側に延びており、正極端子１４を兼ねる封口部材１２に電気的に接続されている。
正極集電リード２４との接続部を十分に確保する観点から、正極集電体シート４０の第一未塗工部４０ａの端面は、負極集電体シート２０の端面よりも金属缶８の開口側に突出している。ただし、正極集電体シート４０の第一未塗工部４０ａは、その端面を含むほぼ全面が絶縁層５により被覆されている。よって、第一未塗工部４０ａと、例えば負極集電リード２２との接触は抑制される。また、セパレータ６の端面は、第一未塗工部４０ａの端面よりも金属缶８の開口側に突出しているため、第一未塗工部４０ａと負極性部材との接触確率は更に低減される。
（セパレータ）
正極４と負極２との聞に介在されるセパレータ６としては、絶縁性の微多孔薄膜、織布または不織布が用いられる。リチウムイオン電池のセパレータの材料としては、例えばポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィンを用いることが好ましい。ポリオレフィンは耐久性に優れ、かつシャットダウン機能を有するためである。セパレータ６の厚さは、例えば１０μｍ〜３００μｍであり、１０μｍ〜４０μｍが好ましく、１０μｍ〜２５μｍがより好ましい。微多孔薄膜は、単層膜でもよく、多層膜でもよい。セパレータの空孔率は、３０％〜７０％が好ましく、３５％〜６０％が更に好ましい。
（非水電解質）
非水電解質は、液体、ゲルまたは固体のいずれの状態でもよい。リチウムイオン電池に用いる液体の非水電解質は、通常、リチウム塩と、リチウム塩を溶解させる非水溶媒とで構成される。非水溶媒としては、特に限定されないが、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、環状カルボン酸エステルなどが用いられる。環状炭酸エステルとしては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートなどが挙げられる。鎖状炭酸エステルとしては、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネートなどが挙げられる。環状カルボン酸エステルとしては、γ−ブチ口ラクトン、γ−バレロラクトンなどが挙げられる。リチウム塩としては、例えばＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4などが用いられる。
なお、上記実施形態は、本発明の例示に過ぎず、本発明は上記実施形態に限定されない。本発明は、リチウムイオン電池に代表される種々の非水電解質電池に好ましく適用される。電池は一次電池でも二次電池でもよい。電池の形状は、筒状であればよく、円筒型でも楕円柱状でもよい。電池の大きさも限定されない。ただし、本発明を適用する技術的意義は、金属缶が直径１０ｍｍ以下、更には６ｍｍ以下の円筒型である場合に大きくなる。また、金属缶がステンレス鋼により形成され、厚さ０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの缶壁を有する場合、本発明の特に好ましい実施形態を実現することができる。
本発明は、捲回型電池に適用可能であり、特に、小型かつ高容量な円筒型電池を得る上で有用である。
２：負極（第二電極）
４：正極（第一電極）
５：絶縁層
６：セパレータ
８：金属缶
１０：負極端子
１２：封口部材
１４：正極端子
１６：絶縁部材
１８：中空部分
２０：負極集電体シート（第二集電体）
２０ａ：第二未塗工部（Ａ）
２０ｂ：第二未塗工部（Ｂ）
２１：負極活物質層（第二活物質層）
２２：負極集電リード（第二集電リード）
２４：正極集電リード（第一集電リード）
２６：溶接点
２８：中間部材
３０：リング部材
４０：正極集電体シート（第一集電体シート）
４１：正極活物質層（第一活物質層）
４０ａ：第一未塗工部
５０：巻芯
５４：固定用絶縁テープ

Claims (16)

  1. 発電要素と、
    前記発電要素を収容する電池ケースと、を具備し、
    前記発電要素は、第一電極と、前記第一電極とは極性が異なる第二電極と、前記第一電極と前記第二電極との間に介在するセパレータと、電解質と、を具備し、前記第一電極と前記第二電極とが前記セパレータを介して捲回されて電極群を形成しており、
    前記電池ケースは、有底筒状の金属缶と、前記金属缶の開口を封口する封口部材と、を具備し、
    前記第一電極は、第一集電体シートと、前記第一集電体シートの表面に形成された第一活物質層と、を具備し、かつ前記第一集電体シートの捲回軸方向における一端部に前記第一集電体シートが露出している第一未塗工部を有し、前記第一未塗工部には、第一集電リードが接続されており、前記第一未塗工部は、前記電池ケース内において、前記第一活物質層より前記金属缶の開口側に配置されており、
    前記第二電極は、第二集電体シートと、前記第二集電体シートの表面に形成された第二活物質層と、を具備し、前記第二電極には、第二集電リードが接続されており、
    前記第一集電リードおよび前記第二集電リードは、それぞれが前記金属缶の開口側に向かって延在しており、
    前記第一未塗工部の少なくとも一部は、前記電極群の捲回軸方向よりも捲回軸方向に対して垂直な方向が長い絶縁層で被覆されており、
    前記絶縁層が、前記第一集電リードの根本を被覆し、かつ前記第一未塗工部の端面の全ての面を覆うように前記端面から張り出し、
    前記絶縁層と、前記第一活物質層とが離間している、捲回型電池。
  2. 前記金属缶の開口側において、
    前記セパレータの端面が、前記第一未塗工部の端面よりも突出しており、
    前記第一未塗工部の端面が、前記第二集電体シートの端面よりも突出しており、
    前記第二集電体シートの端面が、前記第一未塗工部を被覆する前記絶縁層と対向している、請求項１に記載の捲回型電池。
  3. 前記第二集電体シートの捲回軸方向における両端部と、前記第二活物質層の捲回軸方向における両端部とが一致している、請求項１または２に記載の捲回型電池。
  4. 前記第二集電体シートの捲回軸方向に対して垂直な方向における一端部に、前記第二集電体シートが露出している第二未塗工部を有し、前記第二未塗工部に、前記第二集電リードが接続されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の捲回型電池。
  5. 前記第一集電体シートの捲回軸方向に対して垂直な方向における両端部と、前記第一活物質層の捲回軸方向に対して垂直な方向における両端部とが一致している、請求項１〜４のいずれか１項に記載の捲回型電池。
  6. 前記第一未塗工部の９０％以上が、前記絶縁層で被覆されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の捲回型電池。
  7. 前記絶縁層が、絶縁シートと、前記絶縁シートの一方の面に設けられた粘着層と、を有する絶縁テープであり、
    前記絶縁テープが、前記第一未塗工部の端面を覆い、かつ前記第一未塗工部を裏表両側から挟み込んでいる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の捲回型電池。
  8. 前記金属缶は、直径１０ｍｍ以下の円筒型である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の捲回型電池。
  9. 前記金属缶は、直径６ｍｍ以下の円筒型である、請求項８に記載の捲回型電池。
  10. 前記金属缶は、ステンレス鋼により形成されており、厚さ０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの缶壁を有する、請求項８または９に記載の捲回型電池。
  11. 前記第二集電リードが、前記金属缶の側壁内面と接合している、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の捲回型電池。
  12. 前記第一未塗工部は、前記第一集電体シートの捲回軸方向における一端部に沿って帯状に設けられている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の捲回型電池。
  13. 前記第一未塗工部の捲回軸方向に対して垂直な方向における両端部と、前記第一集電体シートの捲回軸方向に対して垂直な方向における両端部とが一致している、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の捲回型電池。
  14. 前記第二集電体シートの捲回軸方向に対して垂直な方向における両端部に、前記第二集電体シートが露出している第二未塗工部を有している、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の捲回型電池。
  15. 前記第一電極と前記絶縁層と前記第二電極とが、前記セパレータを介して捲回されて電極群を形成している、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の捲回型電池。
  16. 前記絶縁層の捲回軸方向に対して垂直な方向における両端部と、前記第一未塗工部の捲回軸方向に対して垂直な方向における両端部とが一致している、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の捲回型電池。
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