JPWO2018173899A1

JPWO2018173899A1 - 非水電解質二次電池

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Publication number: JPWO2018173899A1
Application number: JP2019507602A
Authority: JP
Inventors: 孝一草河; 純一菅谷; 篤見澤
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2018-03-15
Publication date: 2020-05-14
Also published as: US20210119263A1; WO2018173899A1; CN110447143A

Abstract

本開示の一態様に係る非水電解質二次電池（１０）は、巻回型の電極体（１４）を備える。正極リード（１９）は電極体（１４）の径方向中間位置に接続され、負極リード（２０ａ）は巻始め端部に接続されている。電極体（１４）の径方向断面において、負極リード（２０ａ）の周方向両端からそれぞれ外側に電極体（１４）の巻中心軸（２９）に対する角度で１０°だけ離れた２つの点と巻中心軸（２９）とを結ぶ２本の直線（４０ａ），（４０ｂ）と負極板の最外周とによって画定される第１領域Ａ、及び、正極リード（１９）の周方向中心と巻中心軸（２９）とを結ぶ直線と平行に正極リード（１９）の周方向両端に接して引いた２本の直線（４２ａ），（４２ｂ）と負極板の最外周および最内周とによって画定される第２領域Ｂ以外の領域に、正極板（１１）の巻始め先端部（１１ａ）が配置されている。

Description

本開示は、非水電解質二次電池に関する。

特許文献１には、鉄製又は鉄合金製の円筒形外装缶内に、正極と負極とがセパレータを介して巻回された巻回電極体と、電解液とが収容された電池が開示されている。この電池では、巻回電極体の内周側に位置する負極の巻始め端部と、外周側に位置する巻終わり端部とに、２つの負極リードが取り付けれ、これらの負極リードが外装缶内の底部に接続されることが記載されている。

特開２００７−２７３２５８号公報

特許文献１に記載される巻回電極体のように、電極体の内周側に負極リードが配置されている場合、その径方向外側に何層にもわたって正極および負極が巻回されることで、電極体の内部に内周側負極タブに起因してストレスがかかり、極板変形が生じることがある。

正極は、正極活物質層が両面に形成された長尺のウェブから切断形成されるため、その切断面には、正極の芯材が表裏両側の活物質層の間に露出している。そのため、上記の極板変形が生じた箇所に正極の巻始め先端部が位置すると、正極の芯材と負極とが内部短絡がするおそれがある。このことは、正極リードに起因して生じる極板変形についても同様である。

本開示の目的は、巻回型の電極体において、正極リードおよび負極リードに対応した位置での極板変形によって正極板の巻始め先端部と負極板との間で内部短絡が発生するのを抑制できる非水電解質二次電池を提供することにある。

本開示に係る非水電解質二次電池は、正極リードを有する正極板と負極リードを有する負極板とがセパレータを介して渦巻き状に巻回されている電極体を備える。前記正極リードは前記電極体の径方向中間位置において前記正極板に接続され、前記負極リードは前記負極板の巻始め端部において前記負極板に接続されている。前記電極体の径方向断面において、前記負極リードの周方向両端からそれぞれ外側に前記電極体の巻中心軸に対する角度で１０°だけ離れた２つの点と前記巻中心軸とを結ぶ２本の直線と前記負極板の最外周とによって画定される領域を第１領域とし、前記正極リードの周方向中心と前記巻中心軸とを結ぶ直線と平行に前記正極リードの周方向両端に接して引いた２本の直線と前記負極板の最外周および最内周とによって画定される領域を第２領域としたとき、前記正極板の巻始め先端部が前記第１及び第２領域以外の領域に配置されている。

本開示に係る非水電解質二次電池によれば、電極体の内部において、負極リードに起因して極板変形が生じる可能性がある第１領域、及び、正極リードに起因して極板変形が生じる可能性がある第２領域以外の領域に、正極板の巻始め先端部を配置した構成とすることで、正極リード及び負極リードに起因した極板変形による内部短絡を有効に抑制できる。

図１は実施形態の一例である非水電解質二次電池の軸方向断面図である。図２は実施形態の一例である電極体の斜視図である。図３は実施形態の一例である電極体を構成する正極板及び負極板を展開状態で示す正面図である。図４は実施形態の一例である電極体の巻芯近傍の径方向断面図である。図５は電極体において極板変形が生じる可能性がある第１及び第２領域を示す径方向断面図である。図６Ａは実施例１〜６の電極体の径方向断面における負極リード、正極リード、および、正極板の巻始め先端部の位置関係を示す図である。図６Ｂは実施例７〜１２の電極体の径方向断面における負極リード、正極リード、および、正極板の巻始め先端部の位置関係を示す図である。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において「略」なる用語は、例えば、完全に同じである場合に加えて、実質的に同じとみなせる場合を含む意味で用いられる。さらに、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。

図１は、非水電解質二次電池１０の断面図である。図２は、非水電解質二次電池１０を構成する電極体１４の斜視図である。図１及び図２に例示するように、非水電解質二次電池１０は、巻回型の電極体１４と、非水電解質（図示せず）とを備える。巻回型の電極体１４は、正極板１１と、負極板１２と、セパレータ１３とを有し、正極板１１と負極板１２がセパレータ１３を介して渦巻状に巻回されてなる。以下では、電極体１４の軸方向一方側を「上」、軸方向他方側を「下」という場合がある。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。

正極板１１は、帯状の正極集電体３０（図３参照）と、当該集電体に接合された正極リード１９とを有する。正極リード１９は、正極集電体３０と正極端子を電気的に接続するための導電部材であって、電極群の上端から電極体１４の軸方向α（上方）に延出している。ここで、電極群とは電極体１４において各リードを除く部分を意味する。正極リード１９は、例えば電極体１４の径方向βの略中央部に設けられている。

負極板１２は、帯状の負極集電体３５（後述の図３参照）と、当該集電体に接続された負極リード２０ａ，２０ｂとを有する。負極リード２０ａ，２０ｂは、負極集電体３５と負極端子を電気的に接続するための導電部材であって、電極群の下端から軸方向α（下方）に延出している。例えば、負極リード２０ａは電極体１４の巻始め端部に設けられ、負極リード２０ｂは電極体１４の巻終わり端部に設けられている。電極体１４の内周側または径方向内側を巻芯側といい、外周側または径方向外側を巻外側ということもできる。

正極リード１９及び負極リード２０ａ，２０ｂは、集電体よりも厚みのある帯状の導電部材である。リードの厚みは、例えば集電体の厚みの３倍〜３０倍であって、一般的に５０μｍ〜５００μｍである。各リードの構成材料は特に限定されないが、正極リード１９はアルミニウムを主成分とする金属によって、負極リード２０ａ，２０ｂはニッケル又は銅を主成分とする金属によって、それぞれ構成されることが好ましい。なお、リードの数、配置等は特に限定されない。例えば、負極板１２の巻始め端部のみに負極リードが取り付けられてもよい。

図１に示す例では、ケース本体１５と封口体１６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が構成されている。電極体１４の上下には、絶縁板１７，１８がそれぞれ設けられる。正極リード１９は絶縁板１７の貫通孔を通って封口体１６側に延び、封口体１６の底板であるフィルタ２２の下面に溶接される。非水電解質二次電池１０では、フィルタ２２と電気的に接続された封口体１６の天板であるキャップ２６が正極端子となる。他方、負極リード２０ａは絶縁板１８の貫通孔を通り、負極リード２０ｂは絶縁板１８の外側を通って、ケース本体１５の底部側に延び、ケース本体１５の底部内面に溶接される。非水電解質二次電池１０では、ケース本体１５が負極端子となる。

電極体１４は、上述の通り、正極板１１と負極板１２がセパレータ１３を介して渦巻状に巻回されてなる巻回構造を有する。正極板１１、負極板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の径方向β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γとなり、各電極の幅方向が軸方向αとなる。本実施形態では、電極体１４の巻芯に空間２８が形成されている。電極体１４は、空間２８の中央において軸方向に延伸する巻中心軸２９の周囲で渦巻き状に巻回されている。ここで、巻中心軸２９は、空間２８の径方向中心位置で軸方向に延伸する中心軸であり、電極体１４の巻回中心軸である。

ケース本体１５は、有底円筒形状の金属製容器である。ケース本体１５と封口体１６の間にはガスケット２７が設けられ、電池ケース内の密閉性が確保されている。ケース本体１５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１６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１５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１６を支持する。

封口体１６は、電極体１４側から順に積層された、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を有する。封口体１６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、例えば下弁体２３が破断し、これにより上弁体２５がキャップ２６側に膨れて下弁体２３から離れることにより両者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２６ａからガスが排出される。

以下、図３〜図６を参照しながら、電極体１４について詳しく説明する。図３は、電極体１４を構成する正極板１１及び負極板１２の正面図である。図３では、各電極板を展開状態で示しており、紙面右側が電極体１４の巻始め側、紙面左側が電極体１４の巻終わり側である。図４は、電極体１４の巻芯近傍を径方向βに切断した断面図である。

図３及び図４に例示するように、電極体１４では、負極板１２上でのリチウムの析出を防止するため、負極板１２は正極板１１よりも大きく形成される。具体的には、負極板１２の軸方向αの幅は、正極板１１よりも広い。また、負極板１２の長手方向の長さは、正極板１１よりも長い。これにより、電極体１４として巻回されたとき、少なくとも正極板１１の正極活物質層３１が形成された部分が、セパレータ１３を介して負極板１２の負極活物質層３６が形成された部分に対向配置される。

正極板１１は、帯状の正極集電体３０と、当該集電体上に形成された正極活物質層３１とを有する。本実施形態では、正極集電体３０の両面に正極活物質層３１が形成されている。正極集電体３０には、例えばアルミニウムなどの金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等が用いられる。好適な正極集電体３０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。正極集電体３０の厚みは、例えば１０μｍ〜３０μｍである。

正極活物質層３１は、正極集電体３０の両面において、後述の無地部３２を除く全域に形成されることが好適である。正極活物質層３１は、正極活物質、導電剤、及び結着剤を含むことが好ましい。正極板１１は、正極活物質、導電剤、結着剤、及びＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等の溶剤を含む正極合剤スラリーを正極集電体３０の両面に塗布した後、乾燥および圧延することにより作製される。

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。

上記導電剤の例としては、カーボンブラック（ＣＢ）、アセチレンブラック（ＡＢ）、ケッチェンブラック、黒鉛等の炭素材料などが挙げられる。上記結着剤の例としては、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）等のフッ素系樹脂、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、アクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などが挙げられる。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、１種類を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。

正極板１１には、正極集電体３０を構成する金属の表面が露出した無地部３２が設けられる。無地部３２は正極リード１９が接続される部分であって、正極集電体３０の表面が正極活物質層３１に覆われていない部分である。無地部３２は、正極リード１９よりも幅広に形成される。無地部３２は、正極板１１の厚み方向に重なるように正極板１１の両面に設けられることが好適である。正極リード１９は、例えば、超音波溶接によって無地部３２に接合される。

図３に示す例では、正極板１１の長手方向中央部に、集電体の幅方向全長にわたって無地部３２が設けられている。無地部３２は、正極板１１の長手方向端部寄りに形成されてもよいが、集電性の観点から、好ましくは長手方向両端から略等距離の位置に設けられるのが好ましい。このような位置に設けられた無地部３２に正極リード１９が接続されることで、電極体１４として巻回されたとき、正極リード１９は、電極体１４の径方向中間位置で軸方向端面から上方に突出して配置される。無地部３２は、例えば正極集電体３０の一部に正極合剤スラリーを塗布しない間欠塗布により設けられる。なお、無地部３２は正極板１１の上端から下端に至らない長さで設けられてもよい。

負極板１２は、帯状の負極集電体３５と、当該負極集電体上に形成された負極活物質層３６とを有する。本実施形態では、負極集電体３５の両面に負極活物質層３６が形成されている。負極集電体３５には、例えば銅などの金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等が用いられる。負極集電体３５の厚みは、例えば５μｍ〜３０μｍである。

負極活物質層３６は、負極集電体３５の両面において、無地部３７ａ，３７ｂを除く全域に形成されることが好適である。負極活物質層３６は、負極活物質及び結着剤を含むことが好ましい。負極板１２は、例えば負極活物質、結着剤、及び水等を含む負極合剤スラリーを負極集電体３５の両面に塗布した後、乾燥および圧延することにより作製される。

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ず、例えば天然黒鉛、人造黒鉛等の炭素材料、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、複合酸化物などを用いることができる。負極活物質層３６に含まれる結着剤には、例えば正極板１１の場合と同様の樹脂が用いられる。水系溶媒で負極合剤スラリーを調製する場合は、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ＣＭＣ又はその塩、ポリアクリル酸又はその塩、ポリビニルアルコール等を用いることができる。これらは、１種類を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。

負極板１２には、負極集電体３５を構成する金属の表面が露出した無地部３７ａ，３７ｂが設けられる。無地部３７ａ，３７ｂは、負極リード２０ａ，２０ｂがそれぞれ接続される部分であって、負極集電体３５の表面が負極活物質層３６に覆われていない部分である。無地部３７ａ，３７ｂは、負極板１２の幅方向に沿って長く延びた正面視略矩形形状を有し、各負極リード２０ａ，２０ｂよりも幅広に形成される。無地部３７ａは、負極板１２の厚み方向に重なるように負極板１２の両面に設けられることが好適である。このことは、無地部３７ｂについても同様である。

本実施形態では、負極リード２０ａは、負極集電体３５において内周側に向いた表面に例えば超音波溶接により接合されている。負極リード２０ａの一端部（上端）は無地部３７ａ上に配置され、他端部は無地部３７ａの下端から下方に延出している。

図３に示す例では、負極板１２の長手方向両端部（すなわち、巻始め端部及び巻終わり端部）に、集電体の幅方向全長にわたって無地部３７ａ，３７ｂがそれぞれ設けられている。このように負極リード２０ａ，２０ｂを負極板１２の長手方向両端部に設けることで、集電性が向上する。ただし、これに限定されるものではなく、負極板１２の巻始め端部だけに負極リード２０ａを設けてもよい。この場合、巻終わり端部である無地部３７ｂをケース本体１５の内周面に直に接触させる構成とするのが好ましい。各無地部は、例えば負極集電体３５の一部に負極合剤スラリーを塗布しない間欠塗布により設けられる。なお、各無地部は負極板１２の下端から上端に至らない長さで形成されてもよい。

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、微多孔薄膜、織布、不織布などが挙げられる。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樹脂が好ましい。セパレータ１３の厚みは、例えば１０μｍ〜５０μｍである。セパレータ１３は、電池の高容量化・高出力化に伴い薄膜化の傾向にある。セパレータ１３は、例えば１３０℃〜１８０℃程度の融点を有する。

上記の構成を有する正極板１１、負極板１２およびセパレータ１３が渦巻き状に巻回されて電極体１４が構成される。電極体１４の最外周はセパレータ１３によって構成され、セパレータ１３の巻終わり端部が図示しない絶縁性テープで固定される。これにより、電極体１４の巻き緩みが防止されるとともに、ケース本体１５内への挿入時に最外周のセパレータ１３等がめくれるのを防止できる。なお、絶縁性テープは、電極体１４の外周に約１周にわって貼着されるのが好ましい。

図４に示すように、負極板１２が正極板１１より先行して巻回され、セパレータ１３が正極体１１および負極板１２の間に介在している。電極体１４の巻芯部に略円柱状の空間２８が軸方向に延伸して形成されている。負極リード２０ａが負極板１２の巻始め端部に設けられた無地部３７ａの電極体１４の径方向内側の表面に配置されているが、負極リード２０ａは無地部３７ａの内側及び外側のいずれの表面に配置されてもよい。

負極板１２の巻始め端部に設けられた負極リード２０ａは、負極集電体３５に比べて板厚が厚く、剛性が高いため、円弧状には比較的曲がりにくい。そのため、電極体１４の内部では、完全には円弧状に曲がっていない負極リード２０ａの影響を受けて、負極リード２０ａの径方向外側に対応する領域で内部圧力（または内部応力）が高くなる傾向にある。その結果、非水電解質二次電池１０として充放電を繰り返し行ったとき、電極体１４が膨張収縮することによって、正極板１１や負極板１２に極板変形が生じることがある。図４では、負極リード２０ａの外周側の近傍に位置する負極板１２に内周側へ局部的に膨れるように変形した極板変形部１２ａが示されている。また、図４には、このような内周側に配置された負極リード２０ａの影響によって極板変形が生じ易い領域が巻中心軸２９から径方向に延びる２本の直線４０ａ，４０ｂによって画定される扇状の一点鎖線領域として示されている。これについては、図５を参照して詳述する。

正極板１１は正極活物質層３１が表裏両面に形成された長尺のウェブから切断形成されるため、正極板１１の巻始め先端部１１ａには、正極板１１を構成する金属製の正極集電体３０が表裏両側の正極活物質層３１の間に露出している。そのため、上記のような極板変形が生じた箇所に正極板１１の巻始め先端部１１ａが位置すると、巻始め先端部１１ａで露出している正極集電体３０と負極板１２とがセパレータ１３を破って内部短絡がするおそれがある。このことは、正極リード１９に起因して生じる極板変形についても同様である。このような極板変形に起因した内部短絡を防止または抑制するために、負極リード２０ａおよび正極リード１９の配置位置との関係で正極板１１の巻始め先端部１１ａを極板変形が生じにくい位置に配置するのが好ましい。次に、図５を参照して、正極板１１の巻始め先端部１１ａの好適な位置について説明する。

図５は、電極体１４において極板変形が生じる可能性がある第１領域Ａ及び第２領域Ｂを示す非水電解質二次電池１０の径方向断面図である。

図５に示すように、電極体１４の径方向断面において、内周側の負極リード２０ａの周方向（すなわち巻回方向γ）両端からそれぞれ外側に電極体１４の巻中心軸２９に対する角度で１０°だけ離れた２つの点と巻中心軸２９とを結ぶ２本の直線４０ａ，４０ｂと、負極板１２の最外周とによって画定される領域を第１領域Ａとする。ここで負極板１２の「最外周」とは、負極板１２の巻終わり先端部から巻始め方向への１周分を意味する。この第１領域Ａでは、負極リード２０ａに起因した極板変形が生じ易いと考えられる。その理由は、負極リード２０ａが電極体１４の内周側に位置しており、その外周側に巻回された正極板１１および負極板１２に内部圧力がより高くなるためと推察される。また、負極リード２０ａの周方向両端からそれぞれ１０°だけ離れた点を通る直線４０ａ，４０ｂを想定するのは、充放電時の電極体１４が膨張収縮することによって、外周側から作用する圧力の変動等によって負極リード２０ａの位置が周方向に若干移動するのを考慮したものである。したがって、負極リード２０ａに起因した極板変形による内部短絡を抑制するには、上記のように確定される第１領域Ａ内に、正極板１１の巻始め先端部１１ａが配置されない構成とするのが好適である。

続いて、正極リード１９について考える。本実施形態では、正極リード１９の周方向中心と巻中心軸２９とを結ぶ直線４１と平行に正極リード１９の周方向両端に接して引いた２本の直線４２ａ，４２ｂと、負極板１２の最外周および最内周とによって画定される領域を第２領域Ｂとする。図５では、第２領域Ｂが破線で示されている。ここで負極板１２の「最内周」とは、負極板１２の巻始め先端部から巻終わり方向への１周分を意味する。図５では、この第２領域Ｂで、正極リード１９に起因した極板変形が生じ易いと考えられる理由は、正極集電体３０よりも厚くて剛性が高い正極リード１９が挟まっていることで、その内周側および外周側に内部圧力が高くなるためと推察される。また、上述した負極リード２０ａについて画定した第１領域Ａが略扇状をなすのに対し、第２領域Ｂは径方向に長く延びる長方形状をなしている。このように第２領域Ｂの形状が第１領域Ａと異なるのは、正極リード１９が径方向の中間位置に配置されており、負極リード２０ａのように最内周部に配置されるものではないため、内部圧力状態がより高くなった領域が周方向に広がるとは考え難いからである。したがって、正極リード１９に起因した極板変形による内部短絡を抑制するには、上記のように画定される第２領域Ｂ内に、正極板１１の巻始め先端部１１ａが配置されない構成とするのが好適である。

以上のことから、正極板１１の巻始め先端部１１ａは、電極体１４の径方向断面において、第１領域Ａおよび第２領域Ｂ以外の領域に配置されるのが好適である。これにより、正極リード１９または負極リード２０ａに起因した正極板１１の巻始め先端部１１ａと負極板１２との内部短絡を有効に抑制できる。

＜実験例＞
本開示の発明者らは、下記の条件で図６Ａおよび図６Ｂに示す１２種類の電極体を作製し、所定の条件で充放電サイクル試験を行って、極板変形の発生を確認した。

［正極板の作製］
正極活物質としてＬｉＮｉ_０．８８Ｃｏ_０．０９Ａｌ_０．０３Ｏ_２で表されるリチウム含有遷移金属酸化物を１００質量部と、アセチレンブラックを１質量部と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを０．９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、正極合剤スラリーを調製した。次に、当該正極合剤スラリーをアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に塗布し、塗膜を乾燥させた。塗膜が形成された集電体をローラーで圧延した後、所定の電極サイズに切断し、長手方向中央部に設けられた無地部にアルミニウム製の正極リードを超音波溶接して、正極板を作製した。

［負極板の作製］
黒鉛粉末を９５質量部と、ケイ素酸化物を５質量部と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を１質量部と、結着剤としてのスチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）を１質量部とを混合し、さらに水を適量加えて、負極合剤スラリーを調製した。次に、当該負極合剤スラリーを銅箔からなる負極集電体の両面に塗布し、塗膜を乾燥させた。塗膜が形成された集電体をローラーで圧延した後、所定の電極サイズに切断し、長手方向両端部に設けられた無地部に負極リードを超音波溶接して、負極板を作製した。

［電極体の作製］
上記正極板および負極板を、ポリエチレン製多孔質膜からなるセパレータを介して巻回し、最外周部に絶縁性テープ貼り付けて、図６Ａ及び図６Ｂに示す実験例１〜１２の電極体を作製した。これらの電極体は、負極リードに関連する第１領域、正極リードの関連する第２領域位置、及び、正極板の巻始め先端部の位置関係をそれぞれ異ならせるように作製した。

［非水電解質の調製］
エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルメチルカーボネート（ＤＭＣ）とを体積比１：３で混合した混合溶媒１００質量部に、ビニレンカーボネート（ＶＣ）５質量部を添加し、ＬｉＰＦ_６を１．５モル／リットルの濃度で溶解させて、非水電解液を調製した。

［二次電池の作製］
上記電極体の上下に絶縁板をそれぞれ配置し、電極体の負極リードをケース本体の底部に超音波溶接すると共に、電極体の正極リードを封口体のフィルタに超音波溶接して、電極体をケース本体内に収納した。その後、ケース本体内に上記非水電解液を注入した。最後に、ケース本体の開口部を封口体で塞いで非水電解質二次電池を作製した。この二次電池の容量は４６００ｍＡｈであった。

［充放電条件］
２５℃環境下において、１３８０ｍＡ（０．３時間率）の定電流充電にて４．２Ｖに達した後、４．２Ｖで終止電流を９２ｍＡとした定電圧充電を行い、２０分間休止後、放電電流４６００ｍＡ（１時間率）で定電流放電を行い、２０分休止するという充放電サイクルを５００サイクル繰り返した。

［評価］
上記充放電サイクル試験の後、電極体の極板変形の発生箇所を調べた。その結果、実験例１〜１２の全てにおいて、極板変形は、少なくとも上記の第１領域Ａ及び第２領域Ｂのいずれかの領域で発生していることが確認できた。したがって、第１及び第２領域以外に正極板の巻始め先端部を配置することで、極板変形に起因する内部短絡を抑制できることが確認できた。

なお、本開示の非水電解質二次電池は、上述した実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲内において種々の変更や改良が可能であることはいうまでもない。

１０非水電解質二次電池、１１正極板、１１ａ巻始め先端部、１２負極板、１２ａ極板変形部、１３セパレータ、１４電極体、１５ケース本体、１６封口体、１７，１８絶縁板、１９正極リード、２０ａ，２０ｂ負極リード、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、２８空間、２９巻中心軸、３０正極集電体、３１正極活物質層、３２，３７ａ，３７ｂ無地部、３５負極集電体、３６負極活物質層、４０ａ，４０ｂ，４１，４２ａ，４２ｂ直線、Ａ第１領域、Ｂ第２領域。

Claims

正極リードを有する正極板と負極リードを有する負極板とがセパレータを介して渦巻き状に巻回されている電極体を備える非水電解質二次電池であって、
前記正極リードは前記電極体の径方向中間位置において前記正極板に接続され、前記負極リードは前記負極板の巻始め端部において前記負極板に接続されており、
前記電極体の径方向断面において、前記負極リードの周方向両端からそれぞれ外側に前記電極体の巻中心軸に対する角度で１０°だけ離れた２つの点と前記巻中心軸とを結ぶ２本の直線と前記負極板の最外周とによって画定される領域を第１領域とし、前記正極リードの周方向中心と前記巻中心軸とを結ぶ直線と平行に前記正極リードの周方向両端に接して引いた２本の直線と前記負極板の最外周および最内周とによって画定される領域を第２領域としたとき、前記正極板の巻始め先端部が前記第１及び第２領域以外の領域に配置されている、非水電解質二次電池。
前記負極板の巻終わり端部に接続された別の負極リードを更に備える、非水電解質二次電池。