JPWO2018105398A1 - 円筒形の非水電解質二次電池 - Google Patents

Abstract

本開示は、円筒形の非水電解質二次電池において、巻回電極体の最外周面に金属箔からなる負極芯体が露出する構成における負極芯体のシワの発生を抑制することを目的とする。本開示の一態様に係る非水電解質二次電池は、正極と、負極芯体上に負極合材層が形成された負極とが、セパレータを介して渦巻き状に巻回され、最外周面に負極芯体が露出しており、負極の巻き終わり端部を最外周面に固定するように巻き止めテープが粘着された巻回電極体と、巻回電極体及び非水電解質を収容する外装体とを含む。負極の巻き終わり端部は、正極の巻き終わり端より巻き方向に延出され、セパレータの巻き終わり端部は、負極の巻き終わり端より巻き方向に延出され、巻き止めテープは、セパレータの巻き終わり端部に跨って貼着されている。

Description

本開示は、円筒形の非水電解質二次電池に関する。

円筒形の非水電解質二次電池は、正極と負極とがセパレータを介して渦巻き状に巻回されてなる巻回電極体を備え、巻回電極体が外装体に収容されることにより構成される。近年、携帯機器等の電気機器の高性能化に伴い、その電源としての二次電池に対しさらなる容量増大の期待が高まっている。このため、円筒形のリチウムイオン電池等の非水電解質二次電池において、体積エネルギー密度を最大限まで高めるために、巻回電極体の最外周に、負極において銅箔からなる負極芯体を露出させた構成が実用化されている。

特許文献１には、巻回電極体の最外周面に、負極の銅箔からなる集電体（負極芯体）を露出させ、その集電体の電極端の巻き内側面にのみ活物質層を形成した円筒形の非水電解質二次電池が記載されている。

特開平１０−１７２５２３号公報

特許文献１に記載された技術のように、巻回電極体の最外周面に負極芯体が露出する構成では、最外周面にセパレータのみが露出する構成に比べてセパレータが短くなるため、体積エネルギー密度の向上の面から有利と考えられる。しかしながら、この構成では、シワを発生しやすい金属箔が巻回電極体の最外周面に露出するため、金属箔の損傷を防止する面から改良の余地がある。

特に、二次電池が低温環境で使用される場合、または二次電池で充放電が繰り返された場合のサイクル末期において、巻回電極体が大きく膨張する可能性がある。また、巻回電極体の最外周面には、巻き戻り防止のための巻き止めテープが貼着される。これにより、上記のように巻回電極体が大きく膨張した場合に、最外周面の金属箔において、巻き止めテープに固定された部分の周辺部にシワが発生し、そのシワによって金属箔が損傷しやすくなる可能性がある。

本開示の目的は、円筒形の非水電解質二次電池において、巻回電極体の最外周面に金属箔からなる負極芯体が露出する構成における負極芯体のシワの発生を抑制することである。

本開示の一態様である円筒形の非水電解質二次電池は、正極と、金属の箔からなる負極芯体上に負極合材層が形成された負極とが、セパレータを介して渦巻き状に巻回され、最外周面に負極芯体が露出しており、負極の巻き終わり端部を最外周面に固定するように巻き止めテープが粘着された巻回電極体と、非水電解質と、巻回電極体及び非水電解質を収容する外装体とを備える。負極の巻き終わり端部は、正極の巻き終わり端より巻き方向に延出される。セパレータの巻き終わり端部は、負極の巻き終わり端より巻き方向に延出される。巻き止めテープは、セパレータの巻き終わり端部に跨って貼着されている。

本開示に係る円筒形の非水電解質二次電池によれば、巻回電極体の最外周面に金属箔からなる負極芯体が露出する構成における負極芯体のシワの発生を抑制できる。

図１は実施形態の１例における円筒形の非水電解質二次電池の断面図である。 図２は図１に示す非水電解質二次電池の巻回電極体の正面図である。 図３は図１のＡ−Ａ断面図である。 図４は実施形態の巻回電極体の最外周面における巻き止めテープの貼着位置を説明するための図２のＢ−Ｂ断面図である。 図５は比較例における非水電解質二次電池の巻回電極体の正面図である。 図６は比較例の巻回電極体の最外周面における巻き止めテープの貼着位置を説明するための図５のＣ−Ｃ断面図である。 図７は実施形態において、正極リードの配置位置に対する負極の巻き終わり端の好適な配置範囲を説明するための図１のＡ−Ａ断面模式図である。 図８（ａ）はサイクル試験後における実施例の巻回電極体の最外周面を示す図であり、図８（ｂ）はサイクル試験後における比較例の巻回電極体の最外周面を示す図である。

以下、実施形態の１例について詳細に説明する。実施形態の説明で参照する図面は模式的に記載されたものであるから、各構成要素の具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断されるべきである。本明細書において「略〜」との用語は、略同一を例に説明すると、完全に同一はもとより、実質的に同一と認められるものを含む意図である。また、「端部」の用語は対象物の端及びその近傍を、「中央部」の用語は対象物の中央及びその近傍をそれぞれ意味するものである。以下で説明する形状、材料、個数及び数値は説明のための例示であって、非水電解質二次電池の使用に応じて適宜変更することができる。

図１は、実施形態の１例における円筒形の非水電解質二次電池１０の断面図である。図２は、図１に示す非水電解質二次電池１０から巻回電極体１４を外径側から見た正面図である。図３は、図１のＡ−Ａ断面図である。図４は、実施形態の巻回電極体１４の最外周面における巻き止めテープ３０の貼着位置を説明するための図２のＢ−Ｂ断面図である。

図１に示すように、非水電解質二次電池１０は、巻回電極体１４と、非水電解質（図示せず）と、外装体である電池ケース１５とを備える。以下、非水電解質二次電池１０は二次電池１０と記載し、巻回電極体１４は電極体１４と記載する。電極体１４は、正極１１と、負極１２と、セパレータ１３とを有し、図３に示すように、正極１１と負極１２とがセパレータ１３を介して渦巻状に巻回されてなる。図３では分かりやすくするために、正極１１を斜格子部分で示し、負極１２を砂地部分で示している。後述する図２でも負極１２を砂地部分で示している。なお、図１、図３では、電極体における正極、負極、セパレータの配置関係を分かりやすくするために、実際の場合より巻回数を少なくして正極、負極、セパレータそれぞれの厚みを誇張して示している。

非水電解質は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解した電解質塩とを含む。非水電解質は、液体電解質に限定されず、ゲル状ポリマー等を用いた固体電解質であってもよい。以下では、電極体１４の巻き軸方向一方側を「上」、巻き軸方向他方側を「下」という場合がある。

電極体１４を構成する正極１１、負極１２、及びセパレータ１３は、いずれも帯状に形成され、渦巻状に巻回されることで電極体１４の半径方向に交互に積層された状態となる。電極体１４において、各電極の長手方向が巻回方向となり、各電極の幅方向が巻き軸方向となる。図１に示すように、正極１１と正極端子とを電気的に接続する正極リード１９は、例えば電極体１４の半径方向における巻き内側端と巻き外側端との略中央に設けられ、電極群の上端から延出している。電極群とは、電極体１４のうち、リードを除く部分を意味する。

また、図３に示すように、電極体１４において、負極１２の巻き終わり端部１２ａは、正極１１の巻き終わり端１１ａより巻き方向に延出している。また、後述のように、負極１２のうち電極体１４の最外周に対応する部分では、金属箔からなる負極芯体の巻き内側面のみに、負極合材層が形成される。そして、電極体１４の最外周には負極１２が配置されている。また、最外周に配置された負極１２の巻き外側面には負極合材層が形成されていないため、電極体１４の最外周面には負極芯体が露出している。電極体１４の最外周面に露出している負極芯体は、二次電池１０の負極端子である金属製のケース本体１６の内側面に接触する。これにより、負極１２は、ケース本体１６に電気的に導通する。このため、負極１２をケース本体１６に接続するための負極リードは必ずしも必要ではない。

図１に示す例では、有底円筒状の金属製容器であるケース本体１６と、封口体１７とによって、電極体１４及び非水電解質を収容する金属製の電池ケース１５が構成されている。電極体１４の上下には、絶縁板１８ａ，１８ｂがそれぞれ設けられる。正極リード１９は正極１１に接続されて、電極体１４の上側に伸びる。そして、正極リード１９は、絶縁板１８ａの貫通孔を通って封口体１７側に延び、封口体１７の底板であるフィルタ２２の下面に溶接される。二次電池１０では、フィルタ２２に電気的に接続された封口体１７の天板であるキャップ２６が正極端子となる。また、負極１２では、電極体１４の最外周面において負極芯体が、負極端子となるケース本体１６の筒部の内側面に接触して、ケース本体１６に電気的に接続される。なお、ケース本体１６の筒部の内側面に電極体１４の最外周面に露出している負極芯体を接触させた状態で、負極芯体に負極リード（図示せず）を接続することもできる。この場合、その負極リードにおいて、負極芯体より下側に延出させた部分をケース本体１６の底板と電気的に接続させる。

ケース本体１６と封口体１７との間にはガスケット２７が設けられ、電池ケース１５内の密閉性が確保されている。ケース本体１６は、例えば側面部を外側からプレスして形成された、封口体１７を支持する張り出し部２１を有する。張り出し部２１は、ケース本体１６の周方向に沿って環状に形成されることが好ましく、その上面で封口体１７を支持する。

封口体１７は、電極体１４側から順に、フィルタ２２、下弁体２３、絶縁部材２４、上弁体２５、及びキャップ２６が積層された構造である。封口体１７を構成する各部材は、例えば円板形状又はリング形状を有し、絶縁部材２４を除く各部材は互いに電気的に接続されている。下弁体２３と上弁体２５は各々の中央部で互いに接続され、各々の周縁部の間には絶縁部材２４が介在している。異常発熱で電池の内圧が上昇すると、下弁体２３がキャップ２６側に膨れて破断して上弁体２５が下弁体２３から離れる。これにより下弁体２３と上弁体２５の電気的接続が遮断される。さらに内圧が上昇すると、上弁体２５が破断し、キャップ２６の開口部からガスが排出される。

正極１１、負極１２、セパレータ１３の構成について詳説する。正極１１は、矩形状の正極芯体と、正極合材層とを備える。正極合材層は、正極活物質及び結着材を含み、正極芯体上に形成される。好適な正極芯体の一例は、アルミニウム又はアルミニウム合金を主成分とする金属の箔である。正極芯体の厚みは、例えば５μｍ〜３０μｍである。

正極リード１９は、正極１１の正極芯体の表面が露出した部分に接続される。このため、電極体１４の最外周面の周方向一部であって、正極リード１９に対し電極体１４の半径方向の外側に位置する部分は、正極リード１９の厚みに対応して半径方向外側にわずかに突出するか、その外周面の周方向一部における巻き軸中心からの半径方向長さが大きくなる。この半径方向の外側に位置することは、電極体１４を上または下から見た場合に、周方向について正極リード１９の中央位置を通る半径方向の線と平行で、正極リード１９の周方向両端を通る２つの線の間の正極リードより最外周側の範囲に位置することである。これら２つの線は後述の図７の矢印βの両端に接する２つの一点鎖線に対応し、最外周側の範囲は図７の周方向の矢印βで示す範囲に対応する。

正極合材層は、正極芯体の厚み方向の両側面に形成されることが好適である。正極合材層には、例えば正極活物質、結着材、及び導電材が含まれる。正極１１は、正極活物質、結着材、導電材、及びＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等の溶剤を含む正極合材スラリーを正極芯体の両面に塗布し、塗膜を圧縮することにより作製できる。

正極活物質としては、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ等の遷移金属元素を含有するリチウム含有遷移金属酸化物が例示できる。リチウム含有遷移金属酸化物は、特に限定されないが、一般式Ｌｉ_１＋ｘＭＯ_２（式中、−０．２＜ｘ≦０．２、ＭはＮｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌの少なくとも１種を含む）で表される複合酸化物であることが好ましい。導電材としては、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、黒鉛等の炭素材料が例示できる。これらは、単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。

結着材としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等のフッ素樹脂、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリイミド、アクリル樹脂、ポリオレフィン等が例示できる。また、これらの樹脂と、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）又はその塩、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）等が併用されてもよい。これらは、単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。

負極１２は、矩形状の負極芯体と、負極芯体上に形成された負極合材層とを備える。負極芯体は、銅または銅合金を主成分とする金属の箔からなる。負極芯体の厚みは、例えば５μｍ〜３０μｍである。

負極１２は、正極１１よりも大きく、長手方向両端部に正面視又は背面視で略長方形状の露出部をそれぞれ有する。負極合材層は、負極芯体の厚み方向両側面に形成されることが好適である。一方、負極芯体の電極体１４の最外周に対応する部分では、電極体１４の最外周面に負極芯体を露出させるように、負極芯体の巻き内側面のみに負極合材層が形成される。負極合材層には、例えば負極活物質及び結着材が含まれる。負極１２は、負極活物質、結着材、及び水を含む負極合材スラリーを負極集電体の両面に塗布し、塗膜を圧縮することにより作製できる。

負極活物質としては、リチウムイオンを可逆的に吸蔵、放出できるものであれば特に限定されないが、好ましくは黒鉛等の炭素材料、Ｓｉ、Ｓｎ等のリチウムと合金化する金属、又はこれらを含む合金、酸化物などが用いられる。結着材としては、正極の場合と同様にフッ素樹脂、ＰＡＮ、ポリイミド、アクリル樹脂、ポリオレフィン等を用いることができる。水系溶媒を用いて合材スラリーを調製する場合は、ＣＭＣ又はその塩、スチレン−ブタジエンラバー（ＳＢＲ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）又はその塩等を用いることが好ましい。これらは、単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。

セパレータ１３は、巻き軸方向（幅方向）（図２の上下方向）において、負極１２より大きい矩形状である。セパレータ１３には、イオン透過性及び絶縁性を有する多孔性シートが用いられる。多孔性シートの具体例としては、微多孔膜、織布、不織布等が挙げられる。セパレータ１３の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂、セルロースなどが好適である。セパレータ１３は、セルロース繊維層及びオレフィン系樹脂等の熱可塑性樹脂繊維層を有する積層体であってもよい。

図２、図３に示すように、セパレータ１３の巻き終わり端部１３ａは、負極１２の巻き終わり端１２ｂより巻き方向（図２、図３の右方向）に延出される。図３、図４に示す例では、セパレータ１３は、巻き終わり端部で２枚が重なっており、その巻き終わり端は２枚で巻き方向における位置が一致している。

そして、図３に示すように、負極１２の巻き終わり端部１２ａを電極体１４の最外周面に固定するように、電極体１４の最外周面に巻き止めテープ３０が貼着されている。巻き止めテープ３０は、例えばＰＰテープ等の絶縁材料製のテープである。ＰＰテープは、多孔質性または非多孔性のポリプロピレン製の基材の一方の面に粘着層が形成されたものである。そして、巻き止めテープ３０は、中間部がセパレータ１３の巻き終わり端部１３ａに跨って、負極１２の負極芯体の巻き終わり端１２ｂと最外周面の巻き戻り方向に位置する部分とに貼着されている。このとき、図４に示すように、巻き止めテープ３０は、セパレータ１３の巻き終わり端部１３ａにも貼着される。図２に示す例では、巻き止めテープ３０は、電極体１４の最外周面の巻き軸方向両端寄りの２つの位置に貼着される。巻き止めテープ３０は、電極体１４の最外周面の巻き軸方向中間部に１つのみ、または電極体１４の最外周面の巻き軸方向に離れた３つ以上の位置に貼着されてもよい。図２に示す例では、各巻き止めテープ３０は、電極体１４のほぼ全周を覆うように貼着されている。負極１２の巻き終わり端部１２ａを電極体１４の最外周面に固定できれば、巻き止めテープ３０は電極体１４のほぼ全周にわたって貼着されていなくてもよい。

上記の二次電池１０によれば、電極体１４の最外周面に金属箔からなる負極芯体が露出する構成における負極芯体のシワの発生を抑制できる。

このシワの発生抑制効果を説明するために、まず、比較例を説明する。図５は、比較例における非水電解質二次電池の巻回電極体の正面図である。図６は、比較例の巻回電極体４４の最外周面における巻き止めテープ３０の貼着位置を説明するための図５のＣ−Ｃ断面図である。以下、巻回電極体４４は電極体４４と記載する。図５、図６に示す比較例では、図１から図４に示した実施形態とは異なり、負極１２の巻き終わり端部１２ａが、セパレータ１３の巻き終わり端１３ｂより巻き方向に延出している。これにより、比較例では、セパレータ１３の巻き終わり端部は、負極１２の巻き終わり端１２ｂより巻き方向に延出していない。また、巻き止めテープ３０は、負極１２の最外周面に露出する負極芯体の巻き終わり端部１２ａと、巻き終わり端１２ｂを超えて巻き戻り方向に位置する部分とに貼着されており、セパレータ１３には貼着されていない。

非水電解質二次電池では、低温環境で使用される場合、またはハイレートでの充放電が繰り返された場合のサイクル末期において、電極体１４が大きく膨張する可能性がある。上記の比較例では、巻き止めテープ３０がセパレータ１３に跨らずに負極芯体のみに直接に貼着される。この場合には、電極体４４が大きく膨張すると負極芯体の最外周面がケース本体１６（図１参照）の筒部の内側面に強く押し付けられた状態で、負極芯体の巻き終わり端１２ｂがその内側に面する負極芯体の対向部分に直接に強く接触する。そして、電極体４４が膨張及び収縮を繰り返した場合に、負極芯体の巻き終わり端１２ｂが周方向にずれる際に負極芯体の対向部分に引っかかりやすくなるため、負極芯体にシワが発生しやすくなる。負極芯体にシワが発生した場合、例えば、そのシワの突起が内側のセパレータ等を突き破って短絡が生じる可能性があるため、シワの発生を抑制する必要がある。

一方、図４に示した実施形態によれば、負極芯体の巻き終わり端１２ｂよりセパレータ１３の巻き終わり端部が巻き方向に延出している。また、巻き止めテープ３０において、負極芯体の巻き終わり端１２ｂから巻き方向に延出した部分が、セパレータ１３の巻き終わり端部１３ａに跨って貼着されて、かつ、負極芯体の最外周面に露出した巻き戻り方向に位置する部分に貼着される。これにより、接触した相手を滑らせやすくかつ柔らかいセパレータ１３が負極芯体の巻き終わり端１２ｂと直接対向するため、セパレータ１３が滑り材かつ緩衝材となって負極芯体の巻き終わり端１２ｂの引っ掛かりを抑制できる。したがって、電極体１４の最外周面における負極芯体のシワの発生を抑制できる。なお、図４及び後述する図６では、電極体１４の各要素の厚みを大きくして示したため、巻き止めテープ３０の内側面と負極１２及びセパレータ１３の巻き終わり端との間に大きな隙間が形成された図となっているが、実際はこの隙間はないか、またはほとんどない。

さらに、実施形態において、好ましくは、図３に示すように、負極１２の巻き終わり端１２ｂからの巻き戻り方向１周分の長さ（Ｌ１＋Ｌ２）に対して、電極体１４の最外周面に露出する負極１２の巻き方向長さＬ１の割合は、３／４以上である。このとき、負極１２の巻き終わり端１２ｂからの巻き戻り方向１周分の長さに対して、セパレータ１３における負極１２の巻き終わり端１２ｂからの巻き方向の延出長さＬ２の割合は、１／４以下である。これにより、上記の好ましい構成によれば、電池の体積エネルギー密度を高くできる。さらに、実施形態において、好ましくは、セパレータ１３において、負極の巻き終わり端１２ｂからの巻き方向の延出長さＬ２は、０．５ｍｍ以上であることが好ましい。この好ましい構成によれば、負極の巻き終わり端部におけるシワの発生をより効果的に抑制できる。

図７は、実施形態において、正極リード１９の配置位置に対する負極１２の巻き終わり端１２ｂの好適な配置範囲を説明するための図１のＡ−Ａ断面模式図である。図７では、巻き内端と巻き外端を示す二重円で電極体１４の断面を模式化して示している。正極リード１９は、電極体１４の周方向一部において巻き内端と巻き外端との間に配置される。これにより、電極体１４の最外周面の周方向一部であって、正極リード１９に対し電極体１４の半径方向の外側に位置する部分は半径方向外側に突出するか、または、その最外周面における巻き軸中心からの半径方向長さが大きくなる。これにより、図７の電極体１４の周方向の矢印βで示す範囲の最外周面は電極体１４が膨張した場合に電池ケースの内側面に強く接触しやすくなる。そのため、矢印βで示す範囲に負極の巻き終わり端１２ｂが位置していると、巻き終わり端部１２ａにおけるシワの発生の可能性が高くなる。そこで、実施形態では、好ましくは、負極の巻き終わり端１２ｂは、正極リード１９に対し電極体１４の半径方向の外側に位置しないように、電極体１４の最外周面のうち図７の周方向の矢印αで示す範囲のいずれかに配置される。

以下、実施例により本開示をさらに説明するが、本開示はこれらの実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
［正極の作製］
正極活物質として、ＬｉＮｉ_０．８２Ｃｏ_０．１２Ａｌ_０．０６Ｏ_２で表されるリチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物を用いた。正極活物質を１００質量部と、アセチレンブラック（ＡＢ）を２質量部と、バインダを３質量部とを混合し、さらにＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を適量加えて、正極合材スラリーを調製した。次に、当該正極合材スラリーを厚み１５μｍのアルミニウム箔からなる長尺正極芯体の両面に、ドクターブレード法により均一に塗布した。次に、加熱した乾燥機中で１００〜１５０℃の温度で加熱処理して塗膜を乾燥させてＮＭＰを除去した。これを極板の厚みが１５０μｍとなるようにロールプレス機で塗膜を圧延して正極合材層を形成した。そして、正極合材層が形成された長尺状の正極芯体を所定の電極サイズに切断して、所定のサイズの正極芯体の両面に正極合材層が形成された正極１１を作製した。

［負極の作製］
負極活物質としての黒鉛と、結着材としてのスチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）とを、９６：２：２の重量比で混合し、さらに水を適量加えて、負極合材スラリーを調製した。次に、当該負極合材スラリーを銅箔からなる負極芯体の両面に均一に塗布し、加熱した乾燥機中で１００〜１５０℃の温度で加熱処理して水分を除去することにより塗膜を乾燥させた。これを極板の厚みが１６０μｍとなるようにロールプレス機で塗膜を圧延して負極合材層を形成した。そして、負極合材層が形成された長尺状の負極芯体を所定の電極サイズに切断して、所定のサイズの負極芯体の両面に負極合材層が形成された負極１２を作製した。

［非水電解液の調製］
エチレンカーボネート（ＥＣ）と、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）と、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とを、２５：３０：４５の体積比で混合し、さらにその混合したものと合わせた全体に対する重量比としてビニレンカーボネート（ＶＣ）を２重量部加えた。当該混合溶媒に１．４モル／Ｌの濃度になるようにＬｉＰＦ_６を溶解させて、非水電解液を調製した。

［電池の作製］
上記正極１１にアルミニウム製の正極リードを取り付け、厚みが１６μｍのＰＥ製のセパレータを介して正極１１及び負極１２を渦巻き状に巻回することにより巻回型の電極体１４を作製した。当該電極体１４を、電池ケースの有底円筒形状のケース本体に収容し、上記の非水電解液を注入した後、ガスケット及び封口体によりケース本体の開口部を封口して、外径が２１ｍｍで高さが７０ｍｍの円筒形の二次電池１０を作製した。そして、この二次電池１０を２１７００型で、電池容量を４３００ｍＡｈとした。

また、実施例１では、表１に示すように、電極体１４の最外周面における負極芯体及びセパレータ１３の割合を設定した。ここで、電極体１４の最外周面とは、電極体の最外周の巻き外側の面を意味する。表１では、「最外周負極芯体（銅箔）の割合」が、電極体の最外周面の周方向における負極芯体の割合を示し、「最外周セパレータの割合」が、電極体の最外周面の周方向におけるセパレータ１３の割合を示している。具体的には、実施例１では、電極体１４の最外周面の周方向における負極芯体の割合が９９．２％であり、セパレータ１３の割合が０．８％である。このとき、セパレータ１３の巻き終わり端部において、負極芯体の巻き終わり端からのセパレータの延出長さは０．５ｍｍであった。

＜実施例２＞
実施例２では、表１に示すように、電極体１４の最外周面の周方向における負極芯体の割合が７５％であり、セパレータ１３の割合が２５％である。実施例２において、それ以外の構成は、実施例１と同様である。

＜実施例３＞
実施例３では、表１に示すように、電極体１４の最外周面の周方向における負極芯体の割合が９１％であり、セパレータ１３の割合が９％である。このとき、セパレータ１３の巻き終わり端部において、負極芯体の巻き終わり端からのセパレータの延出長さは５ｍｍであった。実施例３において、それ以外の構成は、実施例１と同様である。

＜比較例１＞
比較例１では、表１に示すように、電極体４４の最外周面の周方向における負極芯体の割合が１００％であり、図５、図６に示した構成と同様に構成される。比較例１において、それ以外の構成は、実施例１と同様である。

［試験方法］
上記実施例１〜３及び比較例１を用いて、以下の試験条件で充放電サイクルのサイクル試験を実施し、電極体の最外周面におけるシワの発生の有無を確認した。

［試験条件］
試験を行う場合の環境温度は、−５°である。また、充電は、定電流定電圧充電方式（ＣＣＣＶ）を採用した。具体的には、充電電流を４．３０Ａに保持した状態で定電流充電を行い電池電圧が上昇して４．３Ｖに達すると、電池電圧を４．３Ｖに保持した状態で充電電流が８６ｍＡになるまで定電圧充電を行った。そして２０分間の休止後、放電を行った。放電は、定電流放電方式（ＣＣ）を採用した。具体的には、放電電流を４．３０Ａに保持した状態で電池電圧が２．５Ｖに達するまで放電した。この充放電サイクルを５００回繰り返した。５００サイクル後に二次電池を解体し、電極体の最外周面における負極芯体のシワの発生の有無を目視により確認した。

［試験結果］
図８（ａ）はサイクル試験後における実施例３の電極体１４の最外周面を示す図であり、図８（ｂ）はサイクル試験後における比較例１の電極体４４の最外周面を示す図である。

表１は、サイクル試験後の電極体の最外周面における負極芯体のシワの発生の有無を示している。比較例１では、表１の試験結果及び図８（ｂ）から分かるように、サイクル試験後に電極体４４の最外周面における負極芯体にシワが発生した。比較例１では、負極芯体の巻き終わり端がその内側に面する負極芯体の対向部分に直接に強く接触することで、負極芯体にシワが発生しやすくなったものと考えられる。

一方、実施例１〜３のいずれの場合でも、表１の試験結果及び図８（ａ）から分かるように、サイクル試験後において、電極体１４の最外周面における負極芯体にシワを確認できなかった。実施例１〜３のいずれでも、セパレータ１３が負極芯体の巻き終わり端と内側の負極芯体の巻き戻り方向に位置する部分との間に介在して、セパレータ１３が負極芯体の巻き終わり端に直接対向している。これにより、セパレータ１３が滑り材かつ緩衝材となって、負極芯体にシワが発生しにくくなったものと考えられる。

１０ 非水電解質二次電池（二次電池）、１１ 正極、１１ａ 巻き終わり端、１２ 負極、１２ａ 巻き終わり端部、１２ｂ 巻き終わり端、１３ セパレータ、１３ａ 巻き終わり端部、１３ｂ 巻き終わり端、１４ 巻回電極体（電極体）、１５ 電池ケース、１６ ケース本体、１７ 封口体、１８ａ，１８ｂ 絶縁板、１９ 正極リード、２１ 張り出し部、２２ フィルタ、２３ 下弁体、２４ 絶縁部材、２５ 上弁体、２６ キャップ、２７ ガスケット、３０ 巻き止めテープ、４４ 巻回電極体（電極体）。

Claims (3)

1. 正極と、金属の箔からなる負極芯体上に負極合材層が形成された負極とが、セパレータを介して渦巻き状に巻回され、最外周面に前記負極芯体が露出しており、前記負極の巻き終わり端部を前記最外周面に固定するように巻き止めテープが粘着された巻回電極体と、
   非水電解質と、
   前記巻回電極体及び前記非水電解質を収容する外装体とを備え、
   前記負極の巻き終わり端部は、前記正極の巻き終わり端より巻き方向に延出され、
   前記セパレータの巻き終わり端部は、前記負極の巻き終わり端より巻き方向に延出され、
   前記巻き止めテープは、前記セパレータの巻き終わり端部に跨って貼着されている、円筒形の非水電解質二次電池。
2. 請求項１に記載の円筒形の非水電解質二次電池において、
   前記負極の巻き終わり端からの巻き戻り方向１周分の長さに対して、前記巻回電極体の前記最外周面に露出する前記負極の巻き方向長さの割合は、３／４以上であり、
   前記セパレータにおいて、前記負極の巻き終わり端からの巻き方向の延出長さは、０．５ｍｍ以上である、円筒形の非水電解質二次電池。
3. 請求項１または請求項２に記載の円筒形の非水電解質二次電池において、
   前記正極に巻き軸方向外側に伸びる正極リードが接続されており、
   前記負極の巻き終わり端は、前記正極リードに対し前記巻回電極体の半径方向の外側に位置しないように配置される、円筒形の非水電解質二次電池。

Images