JPH06150900A - 非水電解液二次電池の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電池の短絡時等において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
ことができる非水電解液二次電池を提供する。 【構成】 セパレータの幅寸法を、正極板および負極板
のうちのいずれか幅の広い極板の幅寸法に対して１．１
５倍以上１．２５倍以下にして電極体を構成し、あらか
じめ電極体の上下に突出したセパレータの上下余剰端部
を加熱して熱収縮させ、セパレータの幅寸法が極板の幅
寸法よりも大きい電極体を構成するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非水電解液二次電池
の、とくにその電極体の製造法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器のポータブル化、コード
レス化にともない、これらの駆動用電源として高エネル
ギー密度の二次電池が開発されている。それらの中でも
とくにリチウムを用いた非水電解液二次電池は、高電圧
で高エネルギー密度の二次電池として期待されている。

【０００３】ここで、円筒形のリチウム二次電池におけ
る従来の渦巻状電極体の構成方法を、図４および図５を
用いて説明する。

【０００４】従来の電極体の構成方法の１つは、図４に
示したように、正極板１と負極板２との間に、正，負極
板１，２よりも幅の広い帯状で微多孔性の合成樹脂から
なるセパレータ３を介在させて、全体を渦巻状に巻回し
て電極体４とするものである。

【０００５】また、図５に示したように、特開平１−１
２２５７４号公報には、正極板１と負極板２とこれら両
極板よりも幅の広い帯状セパレータ３とを渦巻状に巻回
して電極体４を構成し、この電極体４の上下に突出した
セパレータの端部を電極体の巻芯方向に折曲し、かつ折
曲した端部を熱溶着して前記正，負極板を被覆する電極
体の構成方法が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４に
示したような電極体では、電池が外部短絡を起こしてジ
ュール熱が発生し、電池温度が上昇した場合には、電極
体の上下に突出したセパレータの端部は熱により再溶融
したり、熱収縮を起こしたりしていた。

【０００７】そして、このようなセパレータ端部の熱収
縮によって正，負極板の端部どうしでの接触が起こる
と、内部短絡が発生して、さらに電池温度が上昇してい
た。

【０００８】またこのような電池温度の上昇に伴って、
極板に保持されている活物質の熱分解が起こり、電池内
には急激にガス発生とその蓄積が生じ、最終的には電池
が破裂することがあった。

【０００９】また、図５に示したような電極体では、電
極体の上下に突出したセパレータの余剰端部を、電極体
の巻芯方向に折り曲げて熱溶着しているので、電極体の
構成に時間がかかり作業性が低下していた。さらに、セ
パレータの余剰端部の溶着時において、その溶着状態が
不均一になることが多く、セパレータが一部で過度に溶
融して正，負極板間が接触することがあった。

【００１０】本発明は、これらの課題を解決するもので
あり、短絡時等における発熱に起因したセパレータの熱
収縮により、正，負極板間が接触して電池温度がさらに
上昇することによる電池の破裂を防止することができる
非水電解液二次電池の製造法を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】リチウムを含有した金属
酸化物を活物質とする正極板と、リチウムをドープ、脱
ドープする炭素材料からなる負極板との間に、前記両極
板よりも幅が広く、熱収縮性をもった合成樹脂の微多孔
膜またはシートからなるセパレータを介在させて全体を
渦巻状に巻回する電極体の製造法において、前記セパレ
ータの当初の幅寸法を、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〜
１．２５倍にして渦巻状電極体を構成し、ついで電極体
の上下から外方に突出したセパレータの上下余剰端部を
加熱して熱収縮するものであり、好ましくはこの熱収縮
過程であらかじめセパレータを所定量収縮させておい
て、電池温度上昇時のセパレータのさらに大幅な熱収縮
を防止するものである。

【００１２】

【作用】電極体を構成している熱収縮性のセパレータで
は、電池温度が上昇した場合、極板間に挟まれた部分は
ほとんど収縮しないが、電極体の上下から外方に突出し
た余剰端部は大きく収縮する。そして、このセパレータ
の余剰端部が熱収縮することにより、正，負極板の端部
どうしが接触して内部短絡が発生し、電池温度がさらに
上昇して最終的には電池が破裂することがあった。

【００１３】本発明の電極体の構成法では、熱収縮性の
セパレータの幅寸法を、正極板および負極板のうちのい
ずれか幅の広い一方の極板の幅寸法に対しその１．１５
〜１．２５倍として渦巻状の電極体を構成し、ついで電
極体の上下から突出したセパレータの上下余剰端部をあ
らかじめ加熱収縮させて、セパレータの幅寸法が極板の
幅寸法よりも大きい電極体を構成している。

【００１４】したがって、電極体にあってセパレータの
上下余剰端部は収縮しているので、電池短絡時の温度上
昇によってさらに熱収縮することはほとんどない。

【００１５】これにより電池が外部短絡を起こして電池
温度が上昇した場合でも、セパレータの幅が極板のそれ
より小さくなるまで収縮することはなく、正，負極板端
部どうしでの接触を防止することができる。

【００１６】そして、これによりさらに電池温度が上昇
して極板の活物質が熱分解し、電池内に多量のガスが発
生することおよびそれが蓄積することを防止することが
でき、電池の破裂をなくすことができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照にしなが
ら説明する。

【００１８】図１を用いて、本発明の非水電解液二次電
池の製造法を説明する。図１に示したように、極板幅Ａ
が３９mmである正極板１と負極板２に対して（表１）に
示したような種々のセパレータ幅Ｂをもったセパレータ
３を用い、前記正極板１と負極板２との間にこれを介在
させて、全体を渦巻状に巻回して電極体４を構成した。

【００１９】そして、それぞれの電極体を電極体Ａ〜Ｇ
とした。

【００２０】

【表１】

【００２１】なおいずれのセパレータ３も極板の上下両
端から外部へ出た余剰寸法が上下でほぼ等しくなるよう
に配置した。

【００２２】ここで、正極板１は、コバルト酸リチウム
（ＬｉＣｏＯ₂）を主活物質とする正極合剤をアルミニ
ウム箔からなる芯材に塗着した後、乾燥したものであ
り、正極リード板５が先端部に溶接されている。

【００２３】また、負極板２は、炭素材を主構成材料と
する負極合剤を銅箔からなる芯材に塗着した後、乾燥し
たものであり、負極リード板６が後端部に溶接されてい
る。

【００２４】セパレータ３は、熱収縮性のポリエチレン
からなる微多孔膜とした。ついで、電極体Ｂ〜Ｇに対し
て図２に示したように、電極体の上下から外方に突出し
たセパレータの上下余剰端部を、１４０℃〜１６０℃の
熱風により数秒間加熱して収縮させた。

【００２５】このとき、（表１）に示したように加熱収
縮後のセパレータの幅寸法Ｃが、加熱収縮前のセパレー
タの幅寸法Ｂに対してその約９０％になるまでそれぞれ
収縮させた。

【００２６】次に、電極体Ａ〜Ｇに対して図３に示した
ように電極体４の下面に下部絶縁板７を配して、これら
をケース９内に挿入し、ついで電極体４の上面に上部絶
縁板８を装着した。

【００２７】そして、ケース９の上部に内側へ張り出し
た段部を形成した後、ケース内に炭酸エチレンとジエチ
ルカーボネイトとの混合溶媒に溶質として六フッ化リン
酸リチウムを１ｍｏｌ／ｌ溶解した電解液を注液した。

【００２８】最後に、ケース９の開口部を封口板１０に
より封口して、単３型でエネルギー密度２２０Ｗｈ／ｌ
の非水電解液二次電池Ａ〜Ｇを作製した。

【００２９】次に、これらの電池Ａ〜Ｇをそれぞれ１０
０個ずつ用い、満充電時の電池の正極端子と負極端子を
導線で接続して、外部短絡試験を行った。

【００３０】このとき、電池内部でのガス発生により破
裂に至った電池の個数を（表１）に示す。

【００３１】（表１）において電池Ａと電池Ｂの比較か
らわかるように、極板の幅に対して同じ寸法比のセパレ
ータからなる電極体を用いても、電池Ｂの破裂個数は電
池Ａに対して大幅に減少した。

【００３２】これは、電池Ａでは、電池の外部短絡時に
電池温度が１４０℃程度まで上昇した際、その熱によっ
てセパレータが急激に収縮したためであると考えられ
る。

【００３３】そして、正，負極板間の接触が起こって内
部短絡が発生し、さらに電池温度が上昇した。

【００３４】最後にこの電池温度の上昇により極板に保
持されている活物質の熱分解が起こり、ガスが多量に発
生して電池内に蓄積し、多数の電池が破裂に至った。

【００３５】これに対して、電池Ｂでは電極体の上下に
突出したセパレータの上下端部をあらかじめ１４０℃程
度の熱風で加熱収縮させて電極体を構成している。この
ため、電池の外部短絡により電池温度が１４０℃程度ま
で上昇した場合でも、その際の熱によってセパレータが
収縮することはほとんどなく、正，負極板間の接触を防
止することができた。

【００３６】さらに、（表１）からわかるように、熱収
縮前のセパレータの幅と極板の幅との寸法比（セパレー
タの幅／極板の幅）を１．１５以上にすることにより、
外部短絡時の電池の破裂を防止することができた。

【００３７】なお、熱収縮前のセパレータの幅と極板の
幅との寸法比を最大１．２５としたが、これ以上この比
を大きくして電極体を所定の電池ケースに収納しようと
すると、逆に極板幅を小さくしなければならない。

【００３８】したがって、これにより、電池の体積エネ
ルギー密度が低下して、リチウム二次電池の特徴である
高エネルギー密度が達成できなくなっていた。

【００３９】これらの結果から、熱収縮前のセパレータ
の幅と極板の幅との寸法比は１．１５〜１．２５の範囲
にあることが好ましい。

【００４０】このように、本発明の製造法では、高エネ
ルギー密度を確保するとともに、電池温度が上昇した場
合でもセパレータによって正，負極板間の接触を完全に
防止して電池内にガスが多量に蓄積することを防止する
ことができ、エネルギー密度と安全性に優れた非水電解
液二次電池を得ることができた。

【００４１】なお、本実施例では、正極板と負極板の幅
を同一としたが、正極板と負極板の幅が異なる場合でも
良く、その場合には幅の広い極板の幅寸法に対して熱収
縮前のセパレータの幅を１．１５〜１．２５倍の範囲に
すれば良い。

【００４２】

【発明の効果】以上のように、本発明の非水電解液二次
電池の製造法では、セパレータの幅寸法を、正極板およ
び負極板のうちのいずれか幅の広い極板の幅寸法に対し
て、１．１５〜１．２５倍に設定して電極体を構成した
後、電極体の上下に突出したセパレータの端部を加熱し
て収縮させ、セパレータの幅寸法が極板の幅寸法より大
きい電極体を構成している。

【００４３】したがって、電池の外部短絡等により電池
温度が上昇した場合であっても、セパレータがさらに熱
によって収縮することはほとんどない。このため、正，
負極板の短絡による電池温度の上昇に起因した極板から
のガス発生を抑制して、電池の破裂を防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電極体においてセパレータの熱収縮前
の様子を示す断面図

【図２】本発明の電極体を示す断面図

【図３】本発明の電極体を用いた非水電解液二次電池の
断面図

【図４】従来の電極体を示す断面図

【図５】従来の電極体の他の例を示す断面図

【符号の説明】

１ 正極板 ２ 負極板 ３ セパレータ ４ 電極体 ５ 正極リード板 ６ 負極リード板 ７ 下部絶縁板 ８ 上部絶縁板 ９ ケース １０ 封口板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 守田 彰克 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】リチウムを含有した金属酸化物を活物質と
   する正極板と、リチウムをドープ、脱ドープする炭素材
   料からなる負極板との間に、前記両極板よりも幅が広
   く、熱収縮性をもった合成樹脂の微多孔膜からなるセパ
   レータを介在させて全体を渦巻状に巻回する電極体の製
   造法であって、 前記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倍以下にして前記電極体を構成し、 ついで電極体の上下から外方に突出したセパレータの上
   下余剰端部を加熱して熱収縮させる非水電解液二次電池
   の製造法。