JPH10270070A

JPH10270070A - 巻回電極群とこれを用いた電池

Info

Publication number: JPH10270070A
Application number: JP9076202A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Sugiyama; 和男杉山
Original assignee: FUJI FILM SELLTEC KK
Current assignee: FUJI FILM SELLTEC KK
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 1998-10-09
Anticipated expiration: 2017-03-27
Also published as: JP3711686B2

Abstract

(57)【要約】【課題】内部短絡を起こしにくく、電池容量が大きい
巻回電極群を提供することを課題とする。【解決手段】シート状正極シート状負極とをセパレー
タを介して対向させ、シート状正極の巻回群中心側の先
端付近に正極リードを溶接し、巻回して巻回電極群を構
成した巻回電極群であって、該正極リードがセパレータ
を介して負極の巻回群中心側の先端に対向し、かつ該正
極リードの溶接部がセパレータを介して負極と対向して
いない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、性能の安定した二
次電池に用いる巻回電極群に関し、特に、内部短絡を起
こしにくく、製造しやすい巻回電極群に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、二次電池の分野では他の電池に比
べ高容量なリチウム電池が注目され、二次電池市場で大
きな伸びを示している。このリチウム二次電池は、正負
電極とセパレーターを巻回ないしは積層した電極群を電
池缶に挿入した後電解液を注入しその後封口することに
よって製造される。

【０００３】電流は、電極に付着させた金属製のリード
を介して外部端子から取り出される。リードを電極に取
り付ける時に電極合剤上から接続する場合もあるが、電
池の内部抵抗をできるだけ小さくするためと取り付けの
安定性を向上させるため、図６に示すように、正極集電
体２３の露出部にリード２４を溶接して接続するのが通
常である。渦巻状電極群を用いた電池では、正極集電体
２３が厚さ２０μｍ程度の金属箔であるため、溶接部３
２にバリが出やすい。

【０００４】一方、電池を高容量化するためには正極２
３と負極２６の対向面積をできるだけ大きくする必要が
ある。そのためには、正極リード２４の溶接部３２に負
極２６を対向させる配置が有利であるが、正極リード２
４のバリがセパレータを介して負極２６に突き刺さり、
内部短絡を引き起こしやすいという欠点があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、内部
短絡を起こしにくく、製造が容易な巻回電極群を提供す
ることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の課題は、シート
状正極シート状負極とをセパレータを介して対向させ、
シート状正極の巻回群中心側の先端付近に正極リードを
溶接し、巻回して巻回電極群を構成した巻回電極群であ
って、該正極リードがセパレータを介して負極の巻回群
中心側の先端に対向し、かつ該正極リードの溶接部がセ
パレータを介して負極と対向していない巻回電極群によ
り解決された。

【０００７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好ましい態様につ
いて説明するが本発明はこれらに限定されるものではな
い。図１（Ａ）、（Ｂ）と図２（Ａ）、（Ｂ）は、本発
明の実施の形態による巻回前の電極群の下面図である。

【０００８】電極群は、正極集電体２３と負極集電体２
６を有し、正極リード２４が正極集電体２３に溶接部３
２で溶接されている。電極群は、本来、正極集電体２３
と負極集電体２６の間にセパレータを有し、内部短絡を
防止しているが、図の簡略化のため、セパレータの記載
を省略している。セパレータは、後に図３を参照しなが
ら説明する。

【０００９】図１（Ａ）、（Ｂ）と図２（Ａ）、（Ｂ）
は、全て正極リード２４がセパレータを介して負極集電
体２６の巻回群中心側（図の左側）の先端２６ａに対向
し、かつ正極リード２４の溶接部３２がセパレータを介
して負極集電体２６に対向しない構成になっている。

【００１０】図１（Ａ）では、矩形のシート状負極集電
体２６を長手方向（図の水平方向）について巻回群外側
（図の右側）にずらすことにより、正極リード２４がセ
パレータを介して負極集電体２６の巻回群中心側の先端
２６ａに対向しつつ、正極リード２４の溶接部３２がセ
パレータを介して負極集電体２６に対向しないので、溶
接部３２のバリが負極集電体２６に突き刺さることがな
い。

【００１１】図１（Ｂ）では、正極リード２４の溶接部
３２が正極集電体２３の幅方向（図の垂直方向）の中央
部にある。負極集電体２６は、溶接部３２を回避するよ
うに、巻回群中心側の端の幅方向の中央部を切り欠き、
両端の出っ張り部２６ａと中央の引っ込み部２６ｂを形
成する。当該切り欠き部は、溶接部３２に対向するの
で、溶接部３２のバリが負極集電体２６に突き刺さるこ
とがない。負極集電体２６の巻回群中心側の先端２６ａ
は、正極リード２４に対向する。

【００１２】図２（Ａ）では、正極リード２４の溶接部
３２が正極集電体２３の幅方向の両端付近に２つある。
負極集電体２６は、２つの溶接部３２を回避するよう
に、巻回群中心側の端の幅方向の両端を切り欠き、中央
の出っ張り部２６ａと両端の引っ込み部２６ｂを形成す
る。当該切り欠き部は、溶接部３２に対向し、負極集電
体２６の巻回群中心の先端２６ａは、正極リード２４に
対向する。

【００１３】図２（Ｂ）では、図２（Ａ）と同じく、正
極リード２４の溶接部３２が正極集電体２３の幅方向の
両端付近に２つある。負極集電体２６は、２つの溶接部
３２を回避するように、巻回群中心側の端において幅方
向の両端から中央部に向かい、徐々に出っ張っている。
負極集電体２６の巻回群中心側の先端２６ａは正極リー
ド２４に対向し、溶接部３２は負極集電体２６に対向し
ない。

【００１４】図１（Ａ）、（Ｂ）と図２（Ａ）、（Ｂ）
に示したように、負極２６の巻回群中心側の先端２６ａ
を正極リード２４に対向させることにより、負極を長手
方向に短くする場合に比べ、正極と負極の対向面積が大
きくなり、電池容量を大きくすることができる。さら
に、正極リード２４の溶接部３２を負極２６に対向させ
ないことにより、溶接部３２のバリが負極２６に突き刺
さることを防止でき、内部短絡を回避することができ
る。

【００１５】シート状の正極及び負極は、アルミニウム
や銅などの金属箔上に、電極反応に係わる活物質もしく
はその保持体や、導電剤、結着剤等からなる電極合剤を
塗布してなる。電極合剤は集電体の片面又は両面に塗布
されるが、両面に塗布されている形態が好ましい。これ
らの電極シートは、集電体に電極リードを接合するため
に集電体の露出部を有することが好ましい。集電体露出
部は電極合剤未塗布部であっても、電極合剤を塗布後引
き剥がすことによって形成してもよい。

【００１６】電極リードがシート状電極の中央部にある
構造は好ましくなく、電極リードは端部に設置するのが
好ましい。更に、正極リードは、正極シートの巻回群の
中心側端部に、負極リードは巻回群中の外周側端部に位
置させるのが好ましい。

【００１７】図３は、巻回前の電極群の側面図である。
図１（Ａ）、（Ｂ）と図２（Ａ）、（Ｂ）は、図３を下
方から見た図である。

【００１８】巻芯２０は、一対の半円柱状部材で構成さ
れ、例えば直径が３．５ｍｍであり、シート状の２枚の
絶縁性セパレータ２１と２２の一端近傍を折り返すよう
に挟む。正極集電体２３は、中央部の両面に正極合剤２
５が塗布されており、先端ＣＴの近傍の両面には正極合
剤が塗布されていない。正極リード２４は、正極集電体
２３の上の正極合剤が塗布されていない部分に接合され
ている。負極集電体２６は、中央部の両面に負極合剤２
７が塗布されており、先端ＣＴの近傍の両面には負極合
剤が塗布されていない。

【００１９】正極集電体２３は、巻芯２０とセパレータ
２１の間に挟まれて巻回される。負極集電体２６は、２
枚のセパレータ２１と２２の間に挟まれて巻回される。
負極集電体２６の先端ＣＴがセパレータ２１を挟んで対
向する正極集電体２３の部分の巻芯２０側の面に正極リ
ード２４が接合されている。すなわち、正極集電体２３
上で正極リード２４が接合されている部分は、セパレー
タ２１を挟んで負極集電体２６の先端ＣＴの端部と対向
する。

【００２０】正極リード２４を正極集電体２３に溶接す
る際にバリが生じ、正極リード２４に対向するセパレー
タ２１が破損することがある。例えば、セパレータ２１
の厚さは３０μｍであり、正極集電体２３の厚さは２０
μｍである。正極リード２４の溶接部は、図１または図
２に示すように、セパレータ２１を介して集電体２６に
対向していないので、溶接部のバリがセパレータ２１を
破っても負極負極集電体２６に刺さることを防止でき
る。溶接部にバリが生じても、正極集電体２３と負極集
電体２６の短絡を回避できる。

【００２１】さらに、そのような短絡を回避するため、
以下の対策を行なってもよい。（１）正極リード２４が接合された正極集電体２３の部
分のうちセパレータ２１を挟んで負極シート３６の先端
ＣＴの周辺部分に対向する正極集電体２３の面を絶縁性
材料３０ｃで被覆する。

【００２２】絶縁性材料３０ｃで正極集電体２３を被覆
すれば、正極リード２４のバリは絶縁性材料３０ｃに保
護され、セパレータ２１は破損しない。セパレータ２１
の破損を回避することにより、正極３５と負極３６の短
絡を防止することができる。

【００２３】（２）正極リード２４が接合された正極集
電体２３の部分にセパレータ２１を挟んで対向する負極
シート２６の先端ＣＴの周辺部分の面を絶縁性材料３０
ａで被覆する。絶縁性材料３０ａは、負極集電体２６の
露出部に設けることが好ましいが、負極集電体２６の先
端ＣＴまで負極合剤を設けて負極合剤上に絶縁性材料を
設けてもよい。

【００２４】絶縁性材料３０ａで負極集電体２６を被覆
すれば、正極リード２４のバリがセパレータ２１を貫通
しても絶縁性材料３０ａによって保護される。正極リー
ド２４のバリと負極集電体２６の接触を回避することが
できるので、正極３５と負極３６の短絡を防止できる。

【００２５】（３）正極リード２４が接合された正極集
電体２３の部分とそれに対向する負極シート３６の先端
ＣＴの周辺部分の間にあるセパレータ２１の部分のうち
正極シート３５又は負極シート３６のいずれかに対向す
る面を絶縁性材料３０ｂで被覆する。

【００２６】絶縁性材料３０ｂをセパレータ２１のいず
れかの面に被覆した場合にも、上記と同様な作用が生
じ、正極３５と負極３６の短絡を防止することができ
る。

【００２７】上記の３つの手段のうちの１つを施せば十
分である。ただし、短絡防止を確実なものにするため、
３つの手段を任意に組み合わせてもよい。絶縁性材料で
被覆するには、樹脂を塗布又は塗り付けたり、絶縁テー
プを貼り付ければよい。絶縁性材料３０ａ、３０ｂ、３
０ｃは、粘着性絶縁テープが好ましい。

【００２８】図３に示すように、正極シート３５と負極
シート３６とセパレータ２１、２２を巻芯２０に巻回す
ると、図４に示す巻回群が形成される。正極リード２４
は、巻回群の中心付近に配置され、負極リード３１は巻
回群の外側部に配置される。これにより、正極リード２
４と負極リード３１の接触を防止できる。負極リード３
１は、負極集電体の内側（巻回群の中心側）の面に接合
される。正極リード２４と正極集電体の溶接部が負極集
電体と対向しないように溶接部と負極集電体の形状とを
調整することにより、正極と負極の短絡を防止すること
ができる。さらに、負極リード３１の内側の面を絶縁性
材料で被覆する等の対策を施せば、より確実に正極と負
極の短絡を防止することができる。負極リード３１は、
負極集電体の外側の面に接合してもよい。

【００２９】電極リードの形状は電池の形状によって異
なるが、シート状の電極を巻回して用いる円筒型や角形
の電池においては、厚みが０．０３〜１ｍｍ、より好ま
しくは０．０５〜０．３ｍｍ、幅が１．５〜１０ｍｍ、
より好ましくは２〜５ｍｍの金属片を用いる。

【００３０】電極リードの材質は接合する電極集電体の
種類に依存する。集電体がステンレス鋼、ニッケル、ア
ルミニウム、チタン、銅等の金属箔の場合は、それらに
溶接可能な材質を選ぶ必要がある。

【００３１】正極集電体がアルミニウム箔の場合は、正
極リード２４がアルミニウム又はアルミニウム合金であ
ることが好ましい。アルミニウム又はアルミニウム合金
中のアルミニウム含有率９９．３％以上、９９．９９％
以下であることが好ましい。アルミニウム以外の含有元
素としては、珪素、鉄、銅、マンガン、マグネシウム、
亜鉛等を挙げることができる。負極集電体が銅箔である
ときは、負極リード３１がニッケル又はニッケルメッキ
した鋼材、銅、ニッケルメッキした銅であることが好ま
しい。

【００３２】図５は、シリンダ型電池の断面図である。
電池の形状はシリンダー、角のいずれにも適用できる。
巻芯を角形にすれば、角型電池を製造することができ
る。電池は、セパレーター２１、２２と共に巻回した正
極シート３５と負極シート３６を電池缶１１に挿入し、
電池缶１１と負極シート３６を電気的に接続し、電解液
１５を注入し封口して形成する。電池蓋１２は正極端子
を有し、ガスケット１３を介して電池缶１１の上部口に
嵌合される。正極シート３５は、電池蓋１２に電気的に
接続される。この時、安全弁１４を封口板として用いる
ことができる。更に電池の安全性を保証するためにＰＴ
Ｃ（正温度係数）素子１６を用いるのが好ましい。

【００３３】以下に電極（正極及び負極）の構成材料に
ついて説明する。電極は、集電体上に正極活物質を含む
正極合剤を塗布してなる正極と、集電体上に負極材料を
含む負極合剤を塗布してなる負極からなり、これらの電
極は更に、後で説明する拡散制御層を有する形態が好ま
しい。また、正極もしくは負極の合剤上もしくは拡散制
御層の上にリチウム金属薄膜を有する構成が特に好まし
い。電極合剤は、正極活物質や負極材料等のリチウムの
挿入放出が可能な化合物を主体とし、導電材や結着剤等
を混合分散して得られる。

【００３４】正極中の活物質は、軽金属を挿入放出でき
るものであれば良いが、好ましくはリチウム含有遷移金
属酸化物であり、更に好ましくはＬｉ_xＣｏＯ₂ 、Ｌｉ
_xＮｉＯ₂ 、Ｌｉ_xＣｏ_aＮｉ_1-aＯ₂ 、Ｌｉ_xＣｏ_b
Ｖ_1-bＯ_z、Ｌｉ_xＣｏ_bＦｅ_1-bＯ_z、Ｌｉ_xＭｎ₂
Ｏ₄ 、Ｌｉ_xＭｎＯ₂ 、Ｌｉ_xＭｎ₂ Ｏ₃ 、Ｌｉ_xＭｎ
_bＣｏ_2-bＯ_z、Ｌｉ_xＭｎ_bＮｉ_2-bＯ_z、Ｌｉ_xＭ
ｎ_bＶ_2-bＯ_z、Ｌｉ _xＭｎ_bＦｅ_1-bＯ_z（ここでｘ
＝０．０５〜１．２、ａ＝０．１〜０．９、ｂ＝０．８
〜０．９８、ｚ＝１．５〜５）である。

【００３５】以下、本明細書で言う軽金属とは、周期律
表第１Ａ族（水素を除く）及び第２Ａ族に属する元素で
あり、好ましくはリチウム、ナトリウム、カリウムであ
り、特にリチウムであることが好ましい。

【００３６】負極材料は、軽金属を挿入放出できるもの
であれば良いが、好ましくは黒鉛（天然黒鉛、人造黒
鉛、気相成長黒鉛）、コークス（石炭または石油系）、
有機ポリマー焼成物（ポリアクリロニトリルの樹脂また
は繊維、フラン樹脂、クレゾール樹脂、フェノール樹
脂）、メゾフェースピッチ焼成物、金属酸化物、金属カ
ルコゲナイド、リチウム含有遷移金属酸化物及びカルコ
ゲナイドである。

【００３７】特に、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ａｌ、Ｇ
ａ、Ｓｉ、Ｓｂの単独あるいはこれらの組み合わせから
なる酸化物、カルコゲナイドが好ましい。更に、これら
に網目形成剤として知られているＳｉＯ₂ ，Ｂ₂ Ｏ₃ ，
Ｐ₂ Ｏ₅ ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，Ｖ₂Ｏ₅ などを加えて非晶質化
させたものが特に好ましい。これらは化学量論組成のも
のであっても、不定比化合物であっても良い。

【００３８】これらの化合物の好ましい例として以下の
ものを挙げることができるが、これらに限定されるもの
ではない。

【００３９】ＧｅＯ、ＧｅＯ₂ 、ＳｎＯ、ＳｎＯ₂ 、Ｓ
ｎＳｉＯ₃ 、ＰｂＯ、ＳｉＯ、Ｓｂ ₂ Ｏ₅ 、Ｂｉ₂ Ｏ
₃ 、Ｌｉ₂ ＳｉＯ₃ 、Ｌｉ₄ Ｓｉ₂ Ｏ₇ 、Ｌｉ₂ ＧｅＯ
₃ 、ＳｎＡｌ_0.4Ｂ_0.5Ｐ_0.5Ｋ_0.1Ｏ_3.65、ＳｎＡｌ
_0.4Ｂ_0.5Ｐ_0.5Ｃｓ_0.1Ｏ_3. ₆₅、ＳｎＡｌ_0.4Ｂ_0.5
Ｐ_0.5Ｋ_0.1Ｇｅ_0.05Ｏ_3.85、ＳｎＡｌ_0.4Ｂ_0.5Ｐ_0.
₅Ｋ_0.1Ｍｇ_0.1Ｇｅ_0.02Ｏ_3.83、ＳｎＡｌ_0.4Ｂ_0.4
Ｐ_0.4Ｂａ_0.08Ｏ_3.28、ＳｎＡｌ_0.5Ｂ_0.4Ｐ_0.5Ｍｇ
_0.1Ｆ_0.2Ｏ_3.65、ＳｎＡｌ_0.4Ｂ_0.5Ｐ_0.5Ｃｓ_0.1
Ｍｇ_0.1Ｆ_0.2Ｏ_3.65、ＳｎＢ_0.5Ｐ_0.5Ｃｓ_0.05Ｍｇ
_0.05Ｆ_0.1Ｏ_3.03、Ｓｎ_1.1Ａｌ_0.4Ｂ_0.4Ｐ_0.4Ｂａ
_0.08Ｏ_3.34、Ｓｎ_1.2Ａｌ_0.5Ｂ_0.3Ｐ_0. ₄Ｃｓ_0.2Ｏ
_3.5、ＳｎＳｉ_0.5Ａｌ_0.2Ｂ_0.1Ｐ_0.1Ｍｇ_0.1Ｏ
_2.8、ＳｎＳｉ_0.5Ａｌ_0.3Ｂ_0.4Ｐ_0.5Ｏ_4.30、Ｓｎ
Ｓｉ_0.6Ａｌ_0.1Ｂ_0.1Ｐ_0.1Ｂａ_0. ₂Ｏ_2.95、ＳｎＳ
ｉ_0.6Ａｌ_0.4Ｂ_0.2Ｍｇ_0.1Ｏ_3.2、Ｓｎ_0.9Ｍｎ
_0.3Ｂ_0. ₄Ｐ_0.4Ｃａ_0.1Ｒｂ_0.1Ｏ_2.95、Ｓｎ_0.9Ｆ
ｅ_0.3Ｂ_0.4Ｐ_0.4Ｃａ_0.1Ｒｂ _0.1Ｏ_2.95、Ｓｎ_0.3
Ｇｅ_0.7Ｂａ_0.1Ｐ_0.9Ｏ_3.35、Ｓｎ_0.9Ｍｎ_0.1Ｍｇ
_0. ₁Ｐ_0.9Ｏ_3.35、Ｓｎ_0.2Ｍｎ_0.8Ｍｇ_0.1Ｐ_0.9Ｏ
_3.35さらに負極材料は、軽金属、特にリチウムを挿入し
て用いることができる。リチウムの挿入方法は、電気化
学的、化学的、熱的方法が好ましい。

【００４０】負極材料へのリチウム挿入量は、リチウム
の析出電位に近似するまででよいが、上記の好ましい負
極材料当たり５０〜７００モル％が好ましい。特に１０
０〜６００モル％が好ましい。

【００４１】正極及び負極中の導電剤は、グラファイ
ト、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェ
ンブラック、炭素繊維や金属粉、金属繊維やポリフェニ
レン誘導体であり、特にグラファイト、アセチレンブラ
ックが好ましい。

【００４２】正極及び負極中の結着剤は、ポリアクリル
酸、カルボキシメチルセルロース、ポリテトラフルオロ
エチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコー
ル、澱粉、再生セルロース、ジアセチルセルロース、ヒ
ドロキシプロピルセルロース、ポリビニルクロリド、ポ
リビニルピロリドン、ポリエチレン、ポリプロピレン、
ＳＢＲ（ｓｔｙｒｅｎｅ−ｂｕｔａｄｉｅｎｅ−ｒｕｂ
ｂｅｒ）、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体
（ＥＰＤＭ：ｅｔｈｙｌｅｎｅ−ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ−
ｄｉｅｎｅｍｅｔｈｙｌｅｎｅｌｉｎｋａｇｅ）、
スルホン化ＥＰＤＭ、フッ素ゴム、ポリブタジエン、ポ
リエチレンオキシドであり、特にポリアクリル酸、カル
ボキシメチルセルロース、ポリテトラフルオロエチレ
ン、ポリフッ化ビニリデンが好ましい。これらは、粒子
サイズが１ミクロン以下の水分散ラテックスとして使用
するとより好ましい。

【００４３】正極及び負極の支持体即ち集電体は、材質
として、正極にはアルミニウム、ステンレス鋼、ニッケ
ル、チタン、またはこれらの合金であり、負極には銅、
ステンレス鋼、ニッケル、チタン、またはこれらの合金
であり、形態としては、箔、エキスパンドメタル、パン
チングメタル、金網である。特に、正極にはアルミニウ
ム箔、負極には銅箔が好ましい。

【００４４】次にリチウムイオンの拡散制御層について
説明する。拡散制御層は、少なくとも１層からなり、同
種又は異種の複数層により構成されていても良い。これ
らの層は、水不溶性の粒子と結着剤から構成される。結
着剤は電極合剤を形成する時に用いる結着剤と同じもの
を用いることが出来る。拡散制御層に含まれる水不溶性
粒子の割合は２．５重量％以上、９６重量％以下が好ま
しく、５重量％以上、９５重量％以下がより好ましく、
１０重量％以上、９３重量％以下が特に好ましい。

【００４５】上記の水不溶性の粒子としては、導電性粒
子と実質的に導電性を持たない粒子の両方又はいずれか
を用いることができる。導電性粒子としては金属、金属
酸化物、金属繊維、炭素繊維、カーボンブラックや黒鉛
等の炭素粒子を挙げることが出来る。水への溶解度は、
１００ｐｐｍ以下、好ましくは不溶性のものが好まし
い。これらの水不溶導電性粒子の中で、アルカリ金属特
にリチウムとの反応性が低いものが好ましく、金属粉
末、炭素粒子がより好ましい。粒子を構成する元素の２
０℃における電気抵抗率としては、５×１０⁹ Ω・ｍ以
下が好ましい。

【００４６】上記の金属粉末としては、リチウムとの反
応性が低い金属、即ちリチウム合金を作りにくい金属が
好ましく、具体的には、銅、ニッケル、鉄、クロム、モ
リブデン、チタン、タングステン、タンタルが好まし
い。これらの金属粉末の形は、針状、柱状、板状、塊状
のいずれでもよく、最大径が０．０２μｍ以上、２０μ
ｍ以下が好ましく、０．１μｍ以上、１０μｍ以下がよ
り好ましい。これらの金属粉末は、表面が過度に酸化さ
れていないものが好ましく、酸化されているときには還
元雰囲気で熱処理することが好ましい。

【００４７】上記の炭素粒子としては、従来電極活物質
が導電性でない場合に併用する導電材料として用いられ
る公知の炭素材料を用いることが出来る。これらの材料
としてはサーマルブラック、ファーネスブラック、チャ
ンネルブラック、ランプブラックなどのカーボンブラッ
ク、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛などの天然黒鉛、
人工黒鉛、炭素繊維等があげられる。これらの炭素粒子
を結着剤と混合分散するためには、カーボンブラックと
黒鉛を併用するのが好ましい。カーボンブラックとして
は、アセチレンブラック、ケッチェンブラックが好まし
い。炭素粒子は、０．０１μｍ以上、２０μｍ以下が好
ましく、０．０２μｍ以上、１０μｍ以下がより好まし
い。

【００４８】上記の実質的に導電性を持たない粒子とし
てはテフロンの微粉末、ＳｉＣ、窒化アルミニウム、ア
ルミナ、ジルコニア、マグネシア、ムライト、フォルス
テライト、ステアタイトを挙げることが出来る。これら
の粒子の重量は、導電性粒子の０．０１倍以上、１０倍
以下で使うと好ましい。

【００４９】これらの拡散制御層の厚みは０．１μｍ以
上５０μｍ以下が好ましく、０．３μｍ以上２０μｍ以
下がより好ましく、０．５μｍ以上１０μｍ以下が特に
好ましい。

【００５０】電極合剤上もしくは拡散制御層上に有する
ことのできるリチウム金属の薄膜は、厚みが５〜１５０
μｍであることが好ましく、５〜１００μｍがさらに好
ましく、１０〜７５μｍが特に好ましい。リチウムは、
純度９０重量％以上のものが好ましく、９８重量％以上
のものが特に好ましい。電極シート上のリチウムの重ね
合せパターンとしてはシート全面に重ね合わせることが
好ましいが、リチウムは電極が電解液と接した後エージ
ングによって徐々に電極中に拡散するため、シート全面
ではなくストライプ、枠状、円板状のいずれかの部分的
重ね合わせであってもよい。ここで言う重ね合せとは電
極合剤もしくは拡散制御層を有するシート上に直接リチ
ウムを主体とした金属箔を圧着することを意味する。

【００５１】次に重ね合わせるリチウム量に付いて、負
極を例に説明する。負極シート上に重ね合せるリチウム
は、電極が電解液と接触するとイオン化・拡散して負極
合剤中の負極材料中に挿入される。このリチウム挿入量
（予備挿入量という）としては、好ましくは負極材料に
対して０．５〜４．０当量であり、さらに好ましくは１
〜３．５当量であり、特に好ましくは１．２〜３．２当
量である。１．２当量よりも少ないリチウムを負極材料
に予備挿入した場合には電池容量が低く、また３．２当
量より多くのリチウムを予備挿入した場合にはサイクル
性劣化があり、それぞれ好ましくない。

【００５２】リチウムを主体とした金属箔の切断、貼り
付け等のハンドリング雰囲気は露点−３０℃以下−８０
℃以上のドライエアー又はアルゴンガス雰囲気下が好ま
しい。ドライエアーの場合は−４０℃以下−８０℃以上
がさらに好ましい。また、ハンドリング時には炭酸ガス
を併用してもよい。特にアルゴンガス雰囲気の場合は炭
酸ガスを併用することが好ましい。

【００５３】次に、図５に示す電池のうち電極以外の要
素を説明する。セパレータは、イオン透過度が大きく、
所定の機械的強度を持ち、絶縁性の薄膜であれば良く、
材質として、オレフィン系ポリマー、フッ素系ポリマ
ー、セルロース系ポリマー、ポリイミド、ナイロン、ガ
ラス繊維、アルミナ繊維が用いられ、形態として、不織
布、織布、微孔性フィルムが用いられる。特に、材質と
して、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリプロピレン
とポリエチレンの混合体、ポリプロピレンとテフロンの
混合体、ポリエチレンとテフロンの混合体が好ましく、
形態として微孔性フィルムであるものが好ましい。特
に、孔径が０．０１〜１μｍ、厚みが５〜５０μｍの微
孔性フィルムが好ましい。

【００５４】電解液は、有機溶媒としてプロピレンカー
ボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネー
ト、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、
１，２−ジメトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テト
ラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメ
チルスフォキシド、ジオキソラン、１，３−ジオキソラ
ン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ニトロメタ
ン、アセトニトリル、蟻酸メチル、酢酸メチル、プロピ
オン酸メチル、燐酸トリエステル、トリメトキシメタ
ン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、３−メチル−２
−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、
テトラヒドロ誘導体、ジエチルエーテル、１，３−プロ
パンサルトンの少なくとも１種以上を混合したもの、ま
た電解質として、ＬｉＣｌＯ₄ 、ＬｉＢＦ₄ 、ＬｉＰＦ
₆ 、ＬｉＣＦ₃ ＳＯ₃ 、ＬｉＣＦ₃ ＣＯ₂ 、ＬｉＡｓＦ
₆ 、ＬｉＳｂＦ₆ 、ＬｉＢ₁₀Ｃｌ₁₀、低級脂肪族カルボ
ン酸リチウム、ＬｉＡｌＣｌ₄ 、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、
ＬｉＩ、クロロボランリチウム、四フェニルホウ酸リチ
ウムの１種以上の塩を溶解したものが好ましい。特にプ
ロピレンカーボネートあるいはエチレンカーボネートと
１、２−ジメトキシエタン及び／あるいはジエチルカー
ボネートとの混合溶媒にＬｉＣＦ₃ ＳＯ₃ 、ＬｉＣｌＯ
₄ 、ＬｉＢＦ₄ 、及び／あるいはＬｉＰＦ₆ を溶解した
ものが好ましく、特に、少なくともエチレンカーボネー
トとＬｉＰＦ₆ を含むことが好ましい。

【００５５】有底電池外装缶は、材質として、ニッケル
メッキを施した鉄鋼板、ステンレス鋼板（ＳＵＳ３０
４、ＳＵＳ３０４Ｌ，ＳＵＳ３０４Ｎ、ＳＵＳ３１６、
ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４４４等）、ニ
ッケルメッキを施したステンレス鋼板（同上）、アルミ
ニウムまたはその合金、ニッケル、チタン、銅であり、
形状として、真円形筒状、楕円形筒状、正方形筒状、長
方形筒状である。特に、外装缶が負極端子を兼ねる場合
は、ステンレス鋼板、ニッケルメッキを施した鉄鋼板が
好ましく、外装缶が正極端子を兼ねる場合は、ステンレ
ス鋼板、アルミニウムまたはその合金が好ましい。

【００５６】ガスケットは、材質として、オレフィン系
ポリマー、フッ素系ポリマー、セルロース系ポリマー、
ポリイミド、ポリアミドであり、耐有機溶媒性及び低水
分透過性を有するオレフィン系ポリマーが好ましく、特
にプロピレン主体のポリマーが好ましい。さらに、プロ
ピレンとエチレンのブロック共重合ポリマーであること
が好ましい。

【００５７】電池は必要に応じて外装材で被覆される。
外装材としては、熱収縮チューブ、粘着テープ、金属フ
ィルム、紙、布、塗料、プラスチックケース等がある。
また、外装の少なくとも一部に熱で変色する部分を設
け、使用中の熱履歴がわかるようにしても良い。

【００５８】電池は必要に応じて複数本を直列及び／ま
たは並列に組み電池パックに収納される。電池パックに
は正温度係数抵抗体、温度ヒューズ、ヒューズ及び／ま
たは電流遮断素子等の安全素子の他、安全回路（各電池
及び／または組電池全体の電圧、温度、電流等をモニタ
ーし、必要なら電流を遮断する機能を有す回路）を設け
ても良い。また電池パックには、組電池全体の正極及び
負極端子以外に、各電池の正極及び負極端子、組電池全
体及び各電池の温度検出端子、組電池全体の電流検出端
子等を外部端子として設けることもできる。また電池パ
ックには、電圧変換回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ等）を
内蔵しても良い。また各電池の接続は、リード板を溶接
することで固定しても良いし、ソケット等で容易に着脱
できるように固定しても良い。さらには、電池パックに
電池残存容量、充電の有無、使用回数等の表示機能を設
けても良い。

【００５９】電池は様々な機器に使用される。特に、ビ
デオムービー、モニター内蔵携帯型ビデオデッキ、モニ
ター内蔵ムービーカメラ、コンパクトカメラ、一眼レフ
カメラ、使い捨てカメラ、レンズ付きフィルム、ノート
型パソコン、ノート型ワープロ、電子手帳、携帯電話、
コードレス電話、ヒゲソリ、電動工具、電動ミキサー、
自動車等に使用されることが好ましい。

【００６０】

【実施例】以下に具体例を挙げ、本発明をさらに詳しく
説明するが、発明の主旨を越えない限り、本発明は実施
例に限定されるものではない。

【００６１】（負極シートの作製）負極材料としてＳｎ
Ｂ_0.5Ｐ_0.5Ｏ₃ を７７．５重量％、鱗片状黒鉛を１
７．０１重量％、酢酸リチウムを０．９４重量％、更に
結着剤としてポリフッ化ビリニデンを３．７８重量％お
よびカルボキシメチルセルロースを０．７７重量％加
え、水を媒体として混練して、負極合剤層用スラリーを
作製した。

【００６２】厚さ１８μｍの銅箔（負極集電体）２６の
両面に、幅１８ｍｍの剥離用テープを４４３ｍｍ間隔に
貼り付けた。該スラリーをこの銅箔２６の両面に、エク
ストルージョン法により幅５００ｍｍの塗布を行い、乾
燥した。乾燥後剥離テープを引き剥がし、集電体の露出
部を形成した。図３に示すように、乾燥後の負極合剤２
７の厚みは集電体２６を除き９０μｍであった。その
後、ローラープレス機により負極合剤２７の厚みを集電
体２６を除き７８μｍに圧縮成型した。その後２３０℃
で２０分間熱処理をし、室温に戻した後、５７．５ｍｍ
幅にスリットした。

【００６３】この電極の集電体露出部にニッケル製の負
極リード３１（図４）を４０ｋＨｚで超音波溶接した。
その後、負極リード３１と集電体露出部を覆うように幅
１５ｍｍのポリプロピレン製保護テープ３０ａ（図３）
を電極を幅方向に覆うように貼り付け、リード溶接端部
から５ｍｍの位置で切断し、負極シートを作成した。負
極シートの巻回群中心側の先端２６ａは、図１（Ａ）に
示すように矩形にした。

【００６４】（正極シートの作製）正極材料として、Ｌ
ｉＣｏＯ₂を９２．７１重量％、アセチレンブラックを
３．２６重量％、炭酸水素ナトリュウムを０．９３重量
％、さらに結着剤としてポリビニリデンフロライドを１
重量％、エチルヘキシルアクリレートを主体とするエチ
ルヘキシルアクリレートとアクリル酸との共重合体を
１．６６重量％、カルボキシメチルセルロースを０．４
４重量％加え、水を媒体として混練して得られたスラリ
ーを厚さ２０μｍのアルミニウム箔（集電体）の両面に
塗布した。塗布は間欠的に行い、長さ４０３ｍｍの合剤
塗布部と、３３ｍｍの未塗布部が交互に繰り返すように
した。

【００６５】乾燥した後、プレスローラーで成形し集電
体を除く電極の厚みが１９０μｍの正極シートを作製し
た。この正極シートを２４０℃で２０分間熱処理し、室
温に戻した後５６ｍｍ幅にスリットした。合剤端部から
３ｍｍの位置で切断し正極シートを作成した。集電体２
３の露出部の先端から５ｍｍの位置に、１００μｍ厚
み、４ｍｍ幅のアルミニウムリード２４（図３）を超音
波溶接した。

【００６６】（シリンダー電池の組立）上記負極シート
および正極シートを露点−４０℃以下の乾燥空気中で２
３０℃３０分間脱水乾燥した。さらに、図５に示すよう
に、脱水乾燥済み正極シート３５、幅６０．５ｍｍ、長
さ６００ｍｍの微多孔性ポリプロピレンフィルムセパレ
ーター（セルガード２４００）２１、脱水乾燥済み負極
シート３６およびセパレーター２２の順で積層し、これ
を巻き込み機で渦巻き状に巻回した。図３に示すよう
に、この時巻回群の中心付近の正極リード２４部分には
負極先端の保護テープ３０ａ部分が対向するように配置
した。さらに、図１（Ａ）に示すように、負極シートの
巻回群中心側の先端２６ａが正極リード２４に対向し、
かつ正極リード２４の溶接部３２が負極シートに対向し
ないように配置した。

【００６７】この巻回体を負極端子を兼ねるニッケルメ
ッキを施した鉄製の有底シリンダー型電池缶１１に収納
した。さらに、１リットル当たりＬｉＰＦ₆とＬｉＢＦ
₄を各々０．９，０．１ｍｏｌ含有し、溶媒がエチレン
カーボネート、ブチレンカーボネートとジメチルカーボ
ネートの容量比が２：２：６である混合液からなる電解
質１５を電池缶１１に注入した。正極端子を有する電池
蓋１２をガスケット１３を介してかしめて、直径１７ｍ
ｍ、高さ６７ｍｍのシリンダー型電池Ａを作製した。な
お、正極端子１２は正極シート３５と、電池缶１１は負
極シート３６とあらかじめリード端子により接続した。
なお、１４は安全弁である。

【００６８】図１（Ａ）に示す電極群を用いて電池を製
造した結果、正極リード２４の溶接部３２が負極シート
２６に対向していないので、溶接部３２のバリが負極シ
ート２６に刺さることがなく、内部短絡の故障を回避す
ることができた。さらに、負極シート２６の巻回群中心
側の先端２６ａが正極リード２４に対向しているので、
正極シートの負極シートの対向面積が大きくなり、電池
容量が大きくなった。

【００６９】

【発明の効果】本発明のように、正極リードを負極の巻
回群中心側の先端に対向させ、かつ正極リードの溶接部
を負極に対向させないことにより、電池容量が大きく、
内部短絡の故障の少ない電池を得ることができる。

【００７０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による巻回前の電極群の下
面図である。

【図２】本発明の他の実施の形態による巻回前の電極群
の下面図である。

【図３】巻回前の電極群の側面図である。

【図４】巻回後の電極群の上面図である。

【図５】シリンダ型電池の断面図である。

【図６】従来技術による巻回前の電極群の下面図であ
る。

【符号の説明】

３５正極シート３６負極シート１１電池缶１２電池蓋１３ガスケット１４安全弁１５電解液１６ＰＴＣ素子２０巻芯２１、２２セパレータ２３正極集電体２４正極リード２５正極合剤２６負極集電体２７負極合剤３０絶縁性材料３１負極リード３２溶接部３５正極シート３６負極シート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シート状正極シート状負極とをセパレー
タを介して対向させ、シート状正極の巻回群中心側の先
端付近に正極リードを溶接し、巻回して巻回電極群を構
成した巻回電極群であって、該正極リードがセパレータ
を介して負極の巻回群中心側の先端に対向し、かつ該正
極リードの溶接部がセパレータを介して負極と対向して
いない巻回電極群。
【請求項２】請求項１記載の巻回電極群と、前記巻回電極群を収納する電池缶とを有する電池。