JP7156507B2 - 電池 - Google Patents

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Description

本発明は、正極と負極とがセパレータを介して積層された電極体を有する電池に関する。
近年、スマートフォン，ノートパソコンなどのポータブル電子機器が多く登場し、その小型軽量化が図られている。これらの電子機器のポータブル電源として、非水電解質二次電池（例えば、リチウムイオン二次電池）が使用されている。二次電池の一例として、正極と負極とがセパレータを介して積層された電極体を有する構成が知られている。
例えば特許文献１には、大きな放電容量を実現できるとともに、従来の電極サイズ（正極および負極間の関係）の設計を見直すことによって、電極構造の破壊を抑制し、初回放電容量および充放電サイクル特性を向上させることが記載されている。
特許文献２には、セパレータの幅寸法を、正極板および負極板のうちいずれか幅の広い極板の幅寸法に対してその１．１５倍以上１．２５倍以下とし、突出した余剰端部をあらかじめ熱収縮させることによって、短絡時セパレータの熱収縮により、正，負極板間が接触して電池温度が上昇し、電池内にガスが蓄積することによる電池の破裂を防止することが記載されている。
特許文献３は、セパレータの巻回軸方向における幅を負極の幅よりも広く、その差は２ ． ０ ｍ ｍ 以上３ ． ５ ｍ ｍ 以下の範囲とすることによって、内部短絡を抑制することができることが記載されている。
特開２００８－３４３５３号公報 特開平６－１５０９００号公報 特開２００６－１３４７８３号公報
本発明は、セパレータの電極体の両端面からのはみ出し量について着目して、電極体の巻回軸方向のボトム側（タブと反対側）を下にした電池の落下耐性を向上するとともに、電極板への電解液含浸が良好な電池を実現しようとするものである。上述した特許文献１および特許文献３のいずれも、正極および負極間の関係に関するもので、セパレータについての発明ではない。さらに、特許文献２は、セパレータをあらかじめ熱収縮させるもので、本発明の構成および効果についての記載がされていない。
すなわち、特許文献１は、本発明と異なりセパレータの飛び出し量について着目しているわけではない。また、特許文献２は、本発明のように、電極体自身が電解液保持機能を有するものではない。さらに、特許文献３は、内部短絡を抑制するものであり、セパレータを圧縮し縦方向の振動を改善している本発明とは異なる。
したがって、本発明の目的は、このような先行技術と異なり、電池の落下耐性を向上でき、極板への電解液含浸が良好な電池を提供することにある。
本発明は、正極リードを有する帯状の正極と負極リードを有する帯状の負極と
正極と負極との間に設けられた帯状のセパレータと
を含む巻回構造の電極体と、
電解液とが
ケースに収容された電池であって、
電極体の一方の端面から正極リードと前記負極リードが導出され、電極体の他方の端面からセパレータ成型部が突出され、
セパレータ成型部は、巻回構造の巻回軸方向に圧縮されたセパレータにより形成され、
式１および式２を満足するようにした電池。
（式１ ０．０８≦Ｗ２／Ｗｓ≦０．１７）
（式２ ０．２０≦Ｗ４／Ｗ２≦０．５３）
式１および式２において、Ｗ１は、一方の端面側のセパレータの負極からのはみ出し量であり、Ｗ２は、他方の端面側のセパレータの負極からのはみ出し量であり、Ｗｓはセパレータの幅であり、Ｗ４は負極の端部から電極体の底部（テープの厚みを除く）までの寸法である。
少なくとも一つの実施形態によれば、巻回軸方向においてボトム側（電極リードと反対側）を下にした電池の落下耐性を向上できるとともに、電極板への電解液含浸が良好な電池を実現できる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本発明中に記載されたいずれかの効果またはそれらと異質な効果であっても良い。
図１は、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の構成の一例を示す分解斜視図である。 図２は、図１のII－II線に沿った断面図である。 図３Ａから図３Ｃは、本発明による二次電池の一実施形態の説明に使用する平面図及び側面図である。 図４Ａから図４Ｃは、本発明による二次電池の一実施形態の説明に使用する概略断面図である。 図５は、本発明の応用例の説明のためのブロック図である。
以下、本発明について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態等は本発明の好適な具体例であり、本発明の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また例示した効果と異なる効果が存在することを否定するものではない。
まず、図１、図２を参照して、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池（以下単に「電池または二次電池」という。）の構成の一例について説明する。電池は、図１に示すように、扁平状を有している。電池は、正極、負極およびセパレータが積層されて巻回されてなる電極体２０を有する。電極体２０の巻回軸方向の一方の端面と他方の端面の間の長さを幅と称する。電極体２０の一方の端面から正極リード３１および負極リード３２が取り出されている。正極リード３１および負極リード３２が導出されている一方の端面の側をトップと称し、他方の端面の側をボトムと称する。
電極体２０と、電解質としての電解液（図示せず）と、これらの電極体２０および電解液が収容体としてのケース１０に収容される。電池をその主面に垂直な方向から平面視すると、電池は長方形状を有している。
（ケース）
ケース１０は、金属缶であり、鉄鋼、アルミ合金鋼、ステンレス鋼の少なくとも１つを含むものである。例えば鉄（Ｆｅ）またはステンレス鋼により構成されている。金属缶の表面にニッケル（Ｎｉ）等のめっきが施されていてもよい。ケース１０は、収容部１１と、蓋部１２とを備える。収容部１１は、周縁部１１Ａと、周縁部１１Ａに対して窪んだ凹部１１Ｂとを備える。凹部１１Ｂは、電極体２０を収容する。凹部１１Ｂの深さは、電極体２０の厚みとほぼ同一である。蓋部１２は、凹部１１Ｂの開口を覆う。蓋部１２の周縁部と収容部１１の周縁部１１Ａが重ね合わされている。重ね合わされた収容部１１の周縁部１１Ａと蓋部１２の周縁部とは、溶接または接着剤等により接合されている。
（正極リード、負極リード）
正極リード３１および負極リード３２は、それぞれ、ケース１０の内部から外部に向かい、例えば同一方向に直線的に導出されている。正極リード３１および負極リード３２は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉまたはステンレス鋼等の金属材料によりそれぞれ構成されており、それぞれ薄板状等とされている。
ケース１０と負極リード３２の間の少なくとも一方、あるいはその両者にはそれぞれ、絶縁性を確保するための樹脂層（密着フィルム）３１Ａ、３２Ａが挿入されている。樹脂層３１Ａ、３２Ａは、正極リード３１および負極リード３２に対して絶縁性を有する材料、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレンまたは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂により構成されている。
（電極体）
図２に示すように、電極体２０は、対向する一対の平坦部２０Ａと、この一対の平坦部２０Ａとの間に設けられ、対向する一対の湾曲部２０Ｂとを有する。電極体２０は、帯状を有する正極２１と、帯状を有する負極２２と、帯状を有する２枚のセパレータ２３Ａ、２３Ｂと、正極２１に設けられた絶縁部材２５Ａ１、２５Ａ２、２５Ｂ１、２５Ｂ２と、負極２２に設けられた絶縁部材２６Ｂ１、２６Ｂ２とを備える。
セパレータ２３Ａ、２３Ｂは、正極２１と負極２２との間に交互に設けられている。電極体２０は、正極２１と負極２２とをセパレータ２３Ａまたはセパレータ２３Ｂを介して積層し、扁平状かつ渦巻状になるように長手方向に巻回された構成を有している。電極体２０は、正極２１が最内周電極となり、負極２２が最外周電極となるように巻回されている。最外周電極である負極２２は、絶縁層としての絶縁テープ２４により固定されている。絶縁テープ２４は、巻き止めテープとしての機能も備えている。正極２１、負極２２およびセパレータ２３Ａ、２３Ｂには、電解液が含浸されている。
（正極）
正極２１は、内側面（第１の面）２１Ｓ１および外側面（第２の面）２１Ｓ２を有する正極集電体２１Ａと、正極集電体２１Ａの内側面２１Ｓ１に設けられた正極活物質層２１Ｂ１と、正極集電体２１Ａの外側面２１Ｓ２に設けられた正極活物質層２１Ｂ２とを備える。本明細書において、“内側面”とは、巻回中心側に位置する面を意味し、“外側面”とは、巻回中心とは反対側に位置する面を意味する。
正極２１の内周側端部の内側面２１Ｓ１には、正極活物質層２１Ｂ１が設けられず、正極集電体２１Ａの内側面２１Ｓ１が露出した正極集電体露出部２１Ｃ１が設けられている。正極２１の内周側端部の外側面２１Ｓ２には、正極活物質層２１Ｂ１が設けられず、正極集電体２１Ａの外側面が露出した正極集電体露出部２１Ｃ２が設けられている。巻回方向における正極集電体露出部２１Ｃ１の長さは、例えば、巻回方向における正極集電体露出部２１Ｃ２の長さよりも約１周長くなっている。すなわち、正極２１には、正極活物質層２１Ｂ１および正極活物質層２１Ｂ２のうち、正極活物質層２１Ｂ２のみが正極集電体２１Ａに設けられている片面電極部が、例えば約１周設けられている。
正極２１の外周側の端部の内側面２１Ｓ１には、正極活物質層２１Ｂ１が設けられず、正極集電体２１Ａの内側面２１Ｓ１が露出した正極集電体露出部２１Ｄ１が設けられている。正極２１の外周側の端部の外側面２１Ｓ２には、正極活物質層２１Ｂ２が設けられず、正極集電体２１Ａの外側面２１Ｓ２が露出した正極集電体露出部２１Ｄ２が設けられている。正極集電体露出部２１Ｄ２のうち平坦部２０Ａに対応する部分には、正極リード３１が接続されている。巻回方向における正極集電体露出部２１Ｄ１の長さは、例えば、巻回方向における正極集電体露出部２１Ｄ２の長さとほぼ同一になっている。正極集電体２１Ａは、例えば、アルミニウム箔、ニッケル箔またはステンレス箔等の金属箔により構成されている。
正極２１は、内側面２１Ｓ１が露出し正極集電体露出部２１Ｃ１となっているのに対して、外側面２１Ｓ２に正極活物質層２１Ｂ２が形成されている片面電極部を内周側端部に有している。この片面電極部は、湾曲部を有している。正極集電体露出部２１Ｃ１のうち片面電極部の湾曲部に対応する領域２１Ｒは、絶縁部材２５Ａ１で覆われている。
正極活物質層２１Ｂ１、２１Ｂ２は、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極活物質を含む。正極活物質層２１Ｂ、２１Ｂ２は、必要に応じてバインダーおよび導電剤のうちの少なくとも１種をさらに含んでいてもよい。
（正極活物質）
正極活物質としては、例えば、リチウム酸化物、リチウムリン酸化物、リチウム硫化物またはリチウムを含む層間化合物等のリチウム含有化合物が適当であり、これらの２種以上を混合して用いてもよい。エネルギー密度を高くするには、リチウムと遷移金属元素と酸素とを含むリチウム含有化合物が好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、式（Ａ）に示した層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物、式（Ｂ）に示したオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩等が挙げられる。リチウム含有化合物としては、遷移金属元素として、Ｃｏ、Ｎｉ、ＭｎおよびＦｅからなる群より選ばれる少なくとも１種を含むものであればより好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、式（Ｃ）、式（Ｄ）もしくは式（Ｅ）に示した層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物、式（Ｆ）に示したスピネル型の構造を有するリチウム複合酸化物、または式（Ｇ）に示したオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩等が挙げられ、具体的には、ＬｉＮｉ0.50Ｃｏ0.20Ｍｎ0.30Ｏ2、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＮｉａＣｏ1-aＯ2（０＜ａ＜１）、ＬｉＭｎ2Ｏ4またはＬｉＦｅＰＯ4等がある。
ＬｉpＮｉ(1-q-r)ＭｎqＭ１rＯ(2-y)Ｘz ・・・（Ａ）（但し、式（Ａ）中、Ｍ１は、Ｎｉ、Ｍｎを除く２族～１５族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を示す。Ｘは、酸素以外の１６族元素および１７族元素からなる群より選ばれる少なくとも１種を示す。ｐ、ｑ、ｙ、ｚは、０≦ｐ≦１．５、０≦ｑ≦１．０、０≦ｒ≦１．０、－０．１０≦ｙ≦０．２０、０≦ｚ≦０．２の範囲内の値である。）
ＬｉaＭ２bＰＯ4 ・・・（Ｂ）（但し、式（Ｂ）中、Ｍ２は、２族～１５族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を示す。ａ、ｂは、０≦ａ≦２．０、０．５≦ｂ≦２．０の範囲内の値である。）
ＬｉfＭｎ(1-g-h)ＮｉgＭ３hＯ(2-j)Ｆk ・・・（Ｃ）（但し、式（Ｃ）中、Ｍ３は、Ｃｏ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｃａ、ＳｒおよびＷからなる群より選ばれる少なくとも１種を表す。ｆ、ｇ、ｈ、ｊおよびｋは、０．８≦ｆ≦１．２、０＜ｇ＜０．５、０≦ｈ≦０．５、ｇ＋ｈ＜１、－０．１≦ｊ≦０．２、０≦ｋ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｆの値は完全放電状態における値を表している。）
ＬｉmＮｉ(1-n)Ｍ４nＯ(2-p)Ｆq ・・・（Ｄ）（但し、式（Ｄ）中、Ｍ４は、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｃａ、ＳｒおよびＷからなる群より選ばれる少なくとも１種を表す。ｍ、ｎ、ｐおよびｑは、０．８≦ｍ≦１．２、０．００５≦ｎ≦０．５、－０．１≦ｐ≦０．２、０≦ｑ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｍの値は完全放電状態における値を表している。）
ＬｉrＣｏ(1-s)Ｍ５sＯ(2-t)Ｆu ・・・（Ｅ）（但し、式（Ｅ）中、Ｍ５は、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｃａ、ＳｒおよびＷからなる群より選ばれる少なくとも１種を表す。ｒ、ｓ、ｔおよびｕは、０．８≦ｒ≦１．２、０≦ｓ＜０．５、－０．１≦ｔ≦０．２、０≦ｕ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｒの値は完全放電状態における値を表している。）
ＬｉvＭｎ2-wＭ６wＯxＦy ・・・（Ｆ）（但し、式（Ｆ）中、Ｍ６は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｃａ、ＳｒおよびＷからなる群より選ばれる少なくとも１種を表す。ｖ、ｗ、ｘおよびｙは、０．９≦ｖ≦１．１、０≦ｗ≦０．６、３．７≦ｘ≦４．１、０≦ｙ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｖの値は完全放電状態における値を表している。）
ＬｉzＭ７ＰＯ4 ・・・（Ｇ）（但し、式（Ｇ）中、Ｍ７は、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｃａ、Ｓｒ、ＷおよびＺｒからなる群より選ばれる少なくとも１種を表す。ｚは、０．９≦ｚ≦１．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｚの値は完全放電状態における値を表している。）
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極活物質としては、これらの他にも、ＭｎＯ2、Ｖ2Ｏ5、Ｖ6Ｏ13、ＮｉＳ、ＭｏＳ等のリチウムを含まない無機化合物を用いることもできる。
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極活物質は、上記以外のものであってもよい。また、上記で例示した正極活物質は、任意の組み合わせで２種以上混合されてもよい。
（バインダー）
バインダーとしては、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、ポリアクリロニトリル、スチレンブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、およびこれら樹脂材料のうちの１種を主体とする共重合体等からなる群より選ばれる少なくとも１種を用いることができる。
（導電剤）
導電剤としては、例えば、黒鉛、炭素繊維、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブおよびグラフェン等からなる群より選ばれる少なくとも１種の炭素材料を用いることができる。なお、導電剤は導電性を有する材料であればよく、炭素材料に限定されるものではない。例えば、導電剤として金属材料または導電性高分子材料等を用いるようにしてもよい。また、導電剤の形状としては、例えば、粒状、鱗片状、中空状、針状または筒状等が挙げられるが、特にこれらの形状に限定されるものではない。
（負極）
負極２２は、内側面（第１の面）２２Ｓ１および外側面（第２の面）２２Ｓ２を有する負極集電体２２Ａと、負極集電体２２Ａの内側面２２Ｓ１に設けられた負極活物質層２２Ｂ１と、負極集電体２２Ａの外側面２２Ｓ２に設けられた負極活物質層２２Ｂ２とを備える。
負極２２の内周側端部の内側面２２Ｓ１には、負極活物質層２２Ｂ１が設けられず、正極集電体２１Ａの内側面２２Ｓ１が露出した負極集電体露出部２２Ｃ１が設けられている。負極２２の内周側端部の外側面２２Ｓ２には、負極活物質層２２Ｂ２が設けられず、負極集電体２２Ａの外側面が露出した正極集電体露出部２１Ｃ２が設けられている。巻回方向における負極集電体露出部２２Ｃ１の長さは、例えば、巻回方向における正極集電体露出部２１Ｃ２の長さとほぼ同一になっている。
負極２２の外周側の端部の内側面２２Ｓ１には、負極活物質層２２Ｂ１が設けられず、正極集電体２１Ａの内側面２２Ｓ１が露出した負極集電体露出部２２Ｄ１が設けられている。負極２２の外周側の端部の外側面２２Ｓ２には、負極活物質層２２Ｂ２が設けられず、負極集電体２２Ａの外側面２２Ｓ２が露出した負極集電体露出部２２Ｄ２が設けられている。負極集電体露出部２２Ｄ１のうち平坦部２０Ａに対応する部分には、負極リード３２が接続されている。このように負極リード３２が負極２２の外周側の端部に設けられているため、上述したように、ケース１０の内部から外部に向かい、負極リード３２を直線的に導出することができる。なお、正極リード３１および負極リード３２は同一の平坦部２０Ａの側に設けられている。
巻回方向における負極集電体露出部２２Ｄ１の長さは、巻回方向における負極集電体露出部２２Ｄ２の長さよりも約１周長くなっている。すなわち、負極２２には、負極活物質層２２Ｂ１および負極活物質層２２Ｂ２のうち、負極活物質層２２Ｂ１のみが負極集電体２２Ａに設けられている片面電極部が、例えば約１周設けられている。
負極２２の最外周には、負極集電体２２Ａの内側面２２Ｓ１および外側面２２Ｓ２の両方が露出した部分（すなわち正極２１の両面に負極集電体露出部２２Ｄ１および負極集電体露出部２２Ｄ２が設けられている部分）が、例えば約１周にわたって設けられている。これにより、負極集電体露出部２２Ｄ２とケース１０の内側面とが電気的に接触する。
負極集電体２２Ａは、例えば、銅箔、ニッケル箔またはステンレス箔等の金属箔により構成されている。負極活物質層２２Ｂ１、２２Ｂ２は、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極活物質を含む。負極活物質層２２Ｂ１、２２Ｂ２は、必要に応じてバインダーおよび導電剤のうちの少なくとも１種をさらに含んでいてもよい。
（負極活物質）
負極活物質としては、例えば、難黒鉛化性炭素、易黒鉛化性炭素、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維または活性炭等の炭素材料が挙げられる。このうち、コークス類には、ピッチコークス、ニードルコークスまたは石油コークス等がある。有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール樹脂やフラン樹脂等の高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいい、一部には難黒鉛化性炭素または易黒鉛化性炭素に分類されるものもある。これら炭素材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少なく、高い充放電容量を得ることができると共に、良好なサイクル特性を得ることができるので好ましい。特に黒鉛は、電気化学当量が大きく、高いエネルギー密度を得ることができ好ましい。また、難黒鉛化性炭素は、優れたサイクル特性が得られるので好ましい。さらにまた、充放電電位が低いもの、具体的には充放電電位がリチウム金属に近いものが、電池の高エネルギー密度化を容易に実現することができるので好ましい。
（バインダー）
バインダーとしては、正極活物質層２１Ｂ１、２１Ｂ２と同様のものを用いることができる。
（導電剤）
導電剤としては、正極活物質層２１Ｂ１、２１Ｂ２と同様のものを用いることができる。
（電解液）
電解液は、いわゆる非水電解液であり、有機溶媒（非水溶媒）と、この有機溶媒に溶解された電解質塩とを含む。電解液が、電池特性を向上するために、公知の添加剤を含んでいてもよい。なお、電解液に代えて、電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含む電解質層を用いるようにしてもよい。この場合、電解質層は、ゲル状となっていてもよい。
有機溶媒としては、炭酸エチレンまたは炭酸プロピレン等の環状の炭酸エステルを用いることができ、炭酸エチレンおよび炭酸プロピレンのうちの一方、特に両方を混合して用いることが好ましい。サイクル特性をさらに向上させることができるからである。
有機溶媒としては、また、これらの環状の炭酸エステルに加えて、炭酸ジエチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチルまたは炭酸メチルプロピル等の鎖状の炭酸エステルを混合して用いることが好ましい。高いイオン伝導性を得ることができるからである。
有機溶媒としては、さらにまた、２，４－ジフルオロアニソールまたは炭酸ビニレンを含むこと好ましい。２，４－ジフルオロアニソールは放電容量をさらに向上させることができ、また、炭酸ビニレンはサイクル特性をさらに向上させることができるからである。よって、これらを混合して用いれば、放電容量およびサイクル特性をさらに向上させることができるので好ましい。
これらの他にも、有機溶媒としては、炭酸ブチレン、γ－ブチロラクトン、γ－バレロラクトン、１，２－ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、２－メチル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、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、３－メトキシプロピオニトリル、Ｎ，Ｎ－ジメチルフォルムアミド、Ｎ－メチルピロリジノン、Ｎ－メチルオキサゾリジノン、Ｎ，Ｎ－ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、ジメチルスルフォキシドまたはリン酸トリメチル等が挙げられる。
なお、これらの有機溶媒の少なくとも一部の水素をフッ素で置換した化合物は、組み合わせる電極の種類によっては、電極反応の可逆性を向上させることができる場合があるので、好ましい場合もある。
電解質塩としては、例えばリチウム塩が挙げられ、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。リチウム塩としては、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢ（Ｃ6Ｈ5）4、ＬｉＣＨ3ＳＯ3、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＮ（ＳＯ2ＣＦ3）2、ＬｉＣ（ＳＯ2ＣＦ3）3、ＬｉＡｌＣｌ4、ＬｉＳｉＦ6、ＬｉＣｌ、ジフルオロ［オキソラト－Ｏ，Ｏ'］ホウ酸リチウム、リチウムビスオキサレートボレート、またはＬｉＢｒ等が挙げられる。中でも、ＬｉＰＦ6は高いイオン伝導性を得ることができると共に、サイクル特性をさらに向上させることができるので好ましい。
（絶縁部材）
正極集電体露出部と負極集電体露出部との電気的接触を抑制するために絶縁部材（絶縁テープ）２５Ａ１、２５Ａ２、２５Ｂ１、２５Ｂ２、２６Ｂ１、２６Ｂ２が備えられている。絶縁部材２５Ａ１、２５Ａ２、２５Ｂ１、２５Ｂ２は、正極に設けられた絶縁部材である。絶縁部材２６Ｂ１、２６Ｂ２は、負極に設けられた絶縁部材である。絶縁部材２５Ａ１、２５Ａ２、２５Ｂ１、２５Ｂ２、２６Ｂ１、２６Ｂ２は、例えば矩形状のフィルム状を有し、一方の面に接着面を有している。より具体的には、絶縁部材２５Ａ１、２５Ａ２、２５Ｂ１、２５Ｂ２、２６Ｂ１、２６Ｂ２は、基材と、基材上に設けられた接着層とを備える。
（絶縁テープ）
図２に示すように、本発明の一実施形態においては、電極体２０の平坦部２０Ａにおいて、最外周に位置する負極集電体２２Ａの内側面（負極集電体露出部２２Ｄ１）に対して負極リード２２が例えば溶接によって接続されている。負極リード３２が取り付けられた内側面の領域と対向する外側面の領域を絶縁テープ２４の一端付近が被覆するようになされる。絶縁テープ２４の幅は、負極リード３２の電極体２０の内部に挿入されている部分とほぼ等しいものとされている。絶縁テープ２４は、電極体２０の片側の湾曲部２０Ｒおよび他方の平坦部（図２の下側の平坦部）２０Ａの負極集電体露出部を覆うようになされる。
このような構成としているのは、負極リード３２を溶接した結果、負極集電体２２Ａの外側面に生じる溶接痕（凹凸）領域を絶縁テープ２４によって被覆するためである。したがって、負極集電体２２Ａとケース１０の内面の接触を安定とでき、電池抵抗のバラツキを減少させ、放熱性を良好とできる。さらに、溶接によって発生した金属粉が脱落して金属溶解／溶出による内部短絡のおそれを低減できる。
上述した二次電池の製造方法の概要を説明する。正極２１と、セパレータ２３Ａ，２３Ｂと、負極２２とを積層し、正極２１には正極リード３１を接合し、負極２２には負極リード３２を接合して、未だ巻回していない平坦な形状の積層構造を形成する。
そして、絶縁部材を接着した後、積層構造を、やや偏平な渦巻き状に巻回し、さらにそれに対して外部から押圧力を印加してさらに偏平にして薄型化し，その最外周面を絶縁テープ２４により覆うことで負極２２（負極集電体２２Ａ）の端部）を固定する。さらに、セパレータのはみだし部の成型（以下、フォーミングと適宜称する）を行い、成型部をボトム側に形成する。
次いで、電極体２０をケース１０の内部に収容したのち、電極体２０の上を蓋部１２によって覆い固定する。最後に、電解液を電解液注入孔からケース１０の内部に注入し、セパレータ２３Ａ，２３Ｂに含浸させ、電解液注入孔を封止部材で塞ぐ。これにより、図１および図２に示した二次電池が完成する。
（一実施形態）
図３および図４を参照して本発明の一実施形態について説明する。図３は、フォーミング前後の説明のための平面図および側面図であり、簡単のため、樹脂層３１Ａ，３２Ａの図示を省略している。さらに、図４は、フォーミング前後の説明のための概略的断面図であり、図４は、正極２１、負極２２及びセパレータのみを示し、また、セパレータ２３Ａおよび２３Ｂを区別しないで、参照符号２３を付している。
電極体２０においては、正極２１の巻回軸方向の長さ（幅）に比して負極２２の幅の方が大きくされており、セパレータ２３の幅は、負極２２の幅に比して大とされている。負極２２の幅を基準として寸法を規定する。すなわち、図３Ａ及び図４Ａに示すように、トップ側の負極２２の一端に対するセパレータ２３のはみだし量をＷ１（mm）と表し、ボトム側の負極２２の他端に対するセパレータ２３のはみだし量をＷ２（mm）と表す。負極２２の幅をＷａ（mm）と表すと、セパレータ２３の幅Ｗｓは、（Ｗｓ＝Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗａ）となる。
フォーミング前では、ボトム側のセパレータ２３の負極からのはみ出し量Ｗ２が、トップ側のはみ出し量Ｗ１よりも大きいものとされ（１．７から４．４倍）、また、ボトム側のセパレータ２３の負極からのはみ出し量Ｗ２が、セパレータ２３の幅に対して十分大とされている（０．０８倍から０．１７倍）。
図３Ｂは、ボトム側のセパレータ２３をフォーミングした後の電極体２０を示す。フォーミングによってボトム側のセパレータ２３の負極からのはみ出し量Ｗ２が巻回軸方向に圧縮されて、ボトム側に成型部２３Ｃが設けられる。フォーミングは、例えば図４Ｂに示すように、ボトムからトップに向かう巻回軸方向の圧力をヒーターブロック３５によって加えることによってなされる。圧力は、複数の段階でもって加えられる。ヒーターブロック３５の温度Ｔ℃は、セパレータ２３が熱で溶融しない程度に設定されている。例えばセパレータ２３の溶融温度が（１３７℃～１４５℃）の場合、ヒーターブロック３５の温度が溶融温度より（１０℃～１５℃）低い温度に設定される。常温では、セパレータ２３の弾性が強く変形しにくいので、加熱しながら成形を行うようにしている。また、セパレータ２３を溶融させて固くしていない理由は、電池を落下させた時のクッション性が失われること、並びに、電解液の注液性が悪くなることを回避するためである。
フォーミング後にセパレータ２３のボトム側の成形部２３Ｃの表面が絶縁テープ（ボトムテープと称する）３６によって被覆される。ボトムテープ３６によってセパレータ２３の成形部２３Ｃがバラバラとなることが防止される。フォーミング後の成型部２３Ｃの幅をＷ４（mm）と表す。ボトム側の負極端部から電極体の底部（テープ込）までの寸法Ｗ５は、Ｗ４に対してボトムテープ３６の厚みｔが加算された値（Ｗ５＝Ｗ４＋ｔ）となる。
本発明の一実施形態では、フォーミング後において、各寸法が次の式１および式２の関係を満たすようになされる。
式１： ０．０８ ≦ Ｗ２／Ｗｓ ≦ ０．１７ かつ
式２： ０．２０ ≦ Ｗ４／Ｗ２ ≦ ０．５３
このような関係とすることによって、ボトム側を下にした電池の落下耐性を向上でき、かつ、電極板への電解液含浸が良好な電池を実現できる。図３Ｃに示す構成の電極体を作成し、ケース１０としての鉄缶に電極体を収納して蓋で密封し、初充電、放電、充電を行なって電池を完成した。異なる寸法の電池に対して、評価を行った結果を表１に示す。評価は、ボトム落下試験と含浸の良否の試験である。
Figure 0007156507000001
電池の寸法Ｗ２およびＷ４は、次のようにして測定される。
Ｗ５は、ボトム側の負極端部から電極体の底部（テープ込）までの寸法である。例えば、キーエンス製３Ｄ形状測定機ＶＲ－３２００で測定できる。ボトムテープを剥がし、テープ厚みｔをマイクロメータで測定する。Ｗ４は負極端部から電極体の底部（テープを除く）までの寸法であり、（Ｗ４＝Ｗ５－ｔ）で算出できる。
次に、電極体の巻止めテープを剥がし、電極体２０の巻回状態をときほぐす。ボトムのセパレータの成型部２３Ｃを広げる。Ｗ２はボトム側の負極端部からセパレータ２３の端部までの寸法である。例えば、キーエンス製３Ｄ形状測定機ＶＲ－３２００で測定できる。
ボトム落下試験は、あらかじめ開回路電圧４．２０＋／－０．０５Ｖに充電し、交流インピーダンス（１ｋＨｚ）を測定したセル（単電池）を、ボトム側を下向きの状態にして１ｍの高さからコンクリートの床へ、塩ビパイプに沿って３回落下させるものである。試験後にセルを１時間放置した後に、開回路電圧およびインピーダンスを測定する。０．１Ｖ以上の電圧降下又は１０％以上のインピーダンス上昇が認められた場合には不合格とする。
含浸の良否の試験は、組立セルに電解液を注入して密封した後、１時間放置含浸させる。その後、手早く電池を分解して電極体を取り出して解体し、セパレータの含浸状態（濡れ具合）を確認する。電解液で濡れている部位は黒く、濡れていない部位は白く見える。含浸状態の確認は２枚のセパレータのそれぞれについて行う。濡れていない面積が１０％以上のセパレータが１枚以上あれば不合格とする。
表１においては、フォーミング前の以下の寸法は、実施例１、実施例２、実施例３、並びに比較例１、比較例２、比較例３、比較例４に関して同一とされている。
セパレータ（表ではセパと表記している）幅Ｗｓ＝負極幅Ｗａ＋Ｗ１＋Ｗ２となる。
正極幅Ｗｃ＝１８．８（mm）、負極幅Ｗａ＝１９．９（mm）
トップ側セパレータ幅（負極からのはみ出し量）Ｗ１＝１．０（mm）
ボトム側セパレータ幅（負極からのはみ出し量）Ｗ２は、１．７（mm）から４．５（mm）の範囲で異なる値を設定しており、Ｗ２／Ｗｓの値は、以下のようになる。
実施例１：０．０８、実施例２：０．１４、実施例３：０．１７
比較例１：０．０７、比較例２：０．１８、比較例３：０．１８、比較例４：０．０８
また、Ｗ２／Ｗ１の値は、以下のようになる。
実施例１：１．７０、実施例２：３．５０、実施例３：４．４０
比較例１：１．６０、比較例２：４．５０、比較例３：４．５０、比較例４：１．７０
フォーミング後の以下の寸法は、実施例１、実施例２、実施例３、並びに比較例１、比較例２に関して同一とされている。
トップ側セパレータ幅（負極からのはみ出し量）Ｗ３＝１．０（mm）
ボトム側セパレータ幅（負極からのはみ出し量）Ｗ４＝０．９（mm）
電極体長Ｌ＝２１．８（mm）
比較例３の場合は、Ｗ３＝１．０（mm）、Ｗ４＝１．２（mm）、Ｌ＝２２．１（mm）である。
Ｗ４／Ｗ３（ボトム側セパレータ幅の値とトップ側セパレータ幅の値の比率）の値は、実施例１、実施例２、実施例３、並びに比較例１、比較例２に関して同一の値（０．９０）となり、比較例３に関して（１．２０）、比較例４に関して（１．００）となる。
また、Ｗ４／Ｗ２（ボトム側セパレータ幅のフォーミング後の値とフォーミング前の値の比率）の値は、以下のようになる。
実施例１：０．５３、実施例２：０．２６、実施例３：０．２０
比較例１：０．５６、比較例２：０．２０、比較例３：０．２７、比較例４：０．５９
電池の評価結果では、ボトム落下試験を３０個の電極体について行った。実施例１～実施例３および比較例２は、合格数が３０個であったのに対して、比較例１は、合格数が２５個で、比較例４は合格数が２４個であった。なお、比較例３は、フォーミング後の電極体長Ｌが大きすぎてケース１０に収容できず、電池を組み立てることができなかった。
３０個の電極体に関して含浸の良否の試験を行った結果、含浸が良好とされたものの数を調べた。実施例１～実施例３および比較例１は、合格数が３０個であったのに対して、比較例２は、合格数が２６個であった。
表１からボトム側（タブと反対側）を下にした電池の落下耐性を向上できるとともに、電極板への電解液含浸が良好な電池を実現するためには、（Ｗ２／Ｗｓ）が上述した式１を満足し、（Ｗ４／Ｗ２）が式２の関係を満足することが必要であることが分かる。
（応用例）
以下、図５を参照して、本発明による二次電池の応用例（電子機器）について説明する。電子機器１００は、電子機器本体の電子回路１１０と、電池パック１２０とを備える。
電池パック１２０は、正極端子１２３ａおよび負極端子１２３ｂを介して電子回路１１０に対して電気的に接続されている。電子機器１００は、電池パック１２０を着脱自在な構成を有していてもよい。
電子機器１００としては、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、タブレット型コンピュータ、携帯電話（例えばスマートフォン等）、携帯情報端末（Personal Digital Assistants：ＰＤＡ）、表示装置（ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、電子ペーパ等）、撮像装置（例えばデジタルスチルカメラ 、デジタルビデオカメラ等）、オーディオ機器（例えばポータブルオーディオプレイヤー）、ゲーム機器、コードレスフォン子機、電子書籍、電子辞書、ラジオ、ヘッドホン、ナビゲーションシステム、メモリーカード、ペースメーカー、補聴器、電動工具、電気シェーバー、冷蔵庫、エアコン、テレビ、ステレオ、温水器、電子レンジ、食器洗い器、洗濯機、乾燥器、照明機器、玩具、医療機器、ロボット、ロードコンディショナーまたは信号機等が挙げられるが、これらに限定されるものでなない。
電子回路１１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、周辺ロジック部、 インターフェース部および記憶部等を備え、電子機器１００の全体を制御する。
電池パック１２０は、組電池１２１と、充放電回路１２２とを備える。電池パック１２０が、必用に応じて組電池１２１および充放電回路１２２を収容する外装材（図示せず）をさらに備えるようにしてもよい。
組電池１２１は、複数の二次電池１２１ａを直列および／または並列に接続して構成されている。複数の二次電池１２１ａは、例えばｎ並列ｍ直列（ｎ、ｍは正の整数）に接続される。なお、図５では、６つの二次電池１２１ａが２並列３直列（２Ｐ３Ｓ）に接続された例が示されている。二次電池１２１ａとしては、上述した本発明による二次電池が用いられる。
ここでは、電池パック１２０が、複数の二次電池１２１ａにより構成される組電池１２１を備える場合について説明するが、電池パック１２０が、組電池１２１に代えて１つの二次電池１２１ａを備える構成を採用してもよい。
充放電回路１２２は、組電池１２１の充放電を制御する制御部である。具体的には、充電時には、充放電回路１２２は、組電池１２１に対する充電を制御する。一方、放電時 （すなわち電子機器１００の使用時）には、充放電回路１２２は、電子機器１００に対する放電を制御する。
外装材としては、例えば、金属、高分子樹脂またはこれらの複合材料等より構成されるケースを用いることができる。複合材料としては、例えば、金属層と高分子樹脂層とが積層された積層体が挙げられる。
本発明は、上述した本発明の実施形態に限定されるものでは無く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
例えば、上述の実施形態および実施例において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値等はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値等を用いてもよい。また、上述の実施形態および実施例の構成、方法、工程、形状、材料および数値等は、本発明の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。
１０ ケース
１１Ａ 周縁部
１１Ｂ 凹部
１２ 蓋部
２０ 電極体
２０Ａ 平坦部
２０Ｂ 湾曲部
２１ 正極
２１Ａ 正極集電体
２１Ｂ１、２１Ｂ２ 正極活物質層
２２ 負極
２２Ａ 負極集電体
２２Ｂ１、２Ｂ２ 負極活物質層
２３Ａ、２３Ｂ セパレータ
２３Ｃ 成型部
２４，２４Ａ，２４Ｂ 絶縁テープ
２５Ａ１、２５Ａ２、２５Ｂ１、２５Ｂ２、２６Ｂ１、２６Ｂ２ 絶縁部材
２１Ｃ１、２１Ｃ２、２１Ｃ３、２１Ｃ４、２１Ｄ１、２１Ｄ２、２１Ｄ３、２１Ｄ４
正極集電体露出部
２２Ｃ１、２２Ｃ２、２２Ｄ１、２２Ｄ２ 負極集電体露出部
２１Ｒ 領域
２１Ｓ１、２２Ｓ１ 内側面
２１Ｓ２、２２Ｓ２ 外側面
３１ 正極リード
３２ 負極リード
３１Ａ、３２Ａ 樹脂層
１００ 電子機器
１２０ 電池パック

Claims (4)

  1. 正極リードを有する帯状の正極と負極リードを有する帯状の負極と
    前記正極と前記負極との間に設けられた帯状のセパレータと
    を含む巻回構造の電極体と、
    電解液とが
    ケースに収容された電池であって、
    前記電極体の一方の端面から前記正極リードと前記負極リードが導出され、前記電極体の他方の端面からセパレータ成型部が突出され、
    前記セパレータ成型部は、前記巻回構造の巻回軸方向に圧縮された前記セパレータにより形成され、
    式１および式２を満足するようにした電池。
    （式１ ０．０８≦Ｗ２／Ｗｓ≦０．１７）
    （式２ ０．２０≦Ｗ４／Ｗ２≦ ０．５３）
    式１および式２において、Ｗ１は、前記一方の端面側の前記セパレータの前記負極からのはみ出し量であり、Ｗ２は、前記他方の端面側の前記セパレータの前記負極からのはみ出し量であり、Ｗｓは前記セパレータの幅であり、Ｗ４は前記負極の端部から前記電極体の底部（テープの厚みを除く）までの寸法である。
  2. 前記ケースは、鉄鋼、アルミ合金鋼、ステンレス鋼 の少なくとも１つを含む請求項１に記載の電池。
  3. 前記負極リードおよび前記正極リードの少なくとも一方は、樹脂層を有する請求項１または請求項２に記載の電池。
  4. 前記電極体の最外周に、正極または負極の集電体の露出部が配されている請求項１から３のいずれかに記載の電池。
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