WO2014119248A1 - 巻回型電池 - Google Patents

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WO2014119248A1
WO2014119248A1 PCT/JP2014/000281 JP2014000281W WO2014119248A1 WO 2014119248 A1 WO2014119248 A1 WO 2014119248A1 JP 2014000281 W JP2014000281 W JP 2014000281W WO 2014119248 A1 WO2014119248 A1 WO 2014119248A1
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WO
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negative electrode
positive electrode
electrode
wound battery
current collector
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Application number
PCT/JP2014/000281
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English (en)
French (fr)
Inventor
一樹 遠藤
杉田　康成
藤川　万郷
和浩 多田
Original Assignee
三洋電機株式会社
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Publication date
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    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0431—Cells with wound or folded electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
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    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/538—Connection of several leads or tabs of wound or folded electrode stacks
    • H—ELECTRICITY
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a wound battery.
  • a positive electrode having a positive electrode active material layer formed on a positive electrode current collector and a negative electrode having a negative electrode active material layer formed on a negative electrode current collector are interposed via a separator.
  • a wound battery including a wound electrode body is known.
  • Patent Document 1 discloses a wound battery having a wound electrode body and a center pin provided at the winding center of the electrode body.
  • the center pin has a notch on the peripheral surface of the cylinder, and when the battery is pressed from the outside and the electrode body is crushed, the center pin is also crushed and the edge of the notch is opened to the outside. Break from the circumferential side.
  • the electrode body has an exposed region of the current collector in which the active material layer of the positive electrode and the negative electrode is not formed on the inner periphery thereof, and the short-circuit current is concentrated by short-circuiting between the exposed regions when crushing. It is configured.
  • a positive electrode having a positive electrode active material layer formed on a positive electrode current collector and a negative electrode having a negative electrode active material layer formed on a negative electrode current collector are wound through a separator.
  • the electrode body is provided at the winding center of the electrode body, Further comprising a short-circuit member that pierces the electrode body when crushed, and the positive electrode and the negative electrode are exposed at the inner end where each active material layer is not formed at least on the innermost peripheral portion of the electrode body and the surface of each current collector is exposed
  • Each of the plurality of regions has at least one of a positive electrode lead and a negative electrode lead, and one of the plurality is attached to the inner end exposed region.
  • the shunt current to the short-circuit portion between the active materials during crushing can be sufficiently suppressed, and the short-circuit current can be concentrated in the inner end exposed region.
  • the amount of heat generated during crushing can be greatly reduced.
  • FIG. 1 It is sectional drawing which shows the winding type battery which is an example of embodiment of this invention. It is a perspective view which extracts and shows the short circuit member of the winding type battery which is an example of embodiment of this invention. It is a top view which extracts and shows the electrode body of the winding type battery which is an example of embodiment of this invention. It is an enlarged view of the winding center of the electrode body shown in FIG. It is an expanded view of the positive electrode which comprises the electrode body which is an example of embodiment of this invention. It is an expanded view of the negative electrode which comprises the electrode body which is an example of embodiment of this invention. It is a figure which shows a mode that the winding type battery which is an example of embodiment of this invention was pressed, and the electrode body deform
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a wound battery 10.
  • FIG. 2 is a view showing the center pin 19 constituting the wound battery 10
  • FIGS. 3 and 4 are views showing the electrode body 11 constituting the wound battery 10.
  • each pole current collector is hatched for clarity of the drawing.
  • 5 and 6 are development views of the respective electrodes constituting the electrode body 11.
  • the positive external terminal 25 side is “upper” and the bottom side of the outer package 15 is “lower”.
  • the wound battery 10 includes an electrode body 11 in which a positive electrode 12 and a negative electrode 13 are wound via a separator 14, and an electrolyte (not shown).
  • the electrode body 11 is housed in a metal exterior body 15 together with the electrolyte.
  • the electrolyte for example, a nonaqueous electrolyte containing a nonaqueous solvent and an electrolyte salt such as a lithium salt dissolved in the nonaqueous solvent is used.
  • the non-aqueous electrolyte is not limited to a liquid, and may be a solid electrolyte using a gel polymer.
  • the positive electrode 12 includes a positive electrode current collector 30 and a positive electrode active material layer 31 formed on the current collector (see particularly FIG. 5).
  • the positive electrode current collector 30 has a long sheet shape, and a positive electrode active material layer 31 is formed over a wide range of both surfaces thereof.
  • a positive electrode lead 16 is attached to the positive electrode current collector 30 and, as will be described in detail later, the surface of the positive electrode current collector 30 is exposed without the formation of the positive electrode active material layer 31 in the portion where the positive electrode lead 16 is attached. Areas are provided.
  • the positive electrode current collector 30 a conductive thin film, particularly a metal foil or alloy foil that is stable in the potential range of the positive electrode 12 such as aluminum, a film having a metal surface layer such as aluminum, or the like can be used.
  • the positive electrode current collector 30 is more preferably made of aluminum containing iron.
  • the iron content in the positive electrode current collector 30 is particularly preferably 1.20 wt% or more and 1.70 wt% or less.
  • the thickness of the positive electrode current collector 30 is preferably 10 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less from the viewpoint of current collection and energy density.
  • the positive electrode active material layer 31 preferably contains a conductive material and a binder in addition to the positive electrode active material.
  • the type and amount of the conductive material and the binder are not particularly limited, but are preferably included so that the electrode plate resistance in the charged state of the positive electrode 12 described later has an appropriate value.
  • the positive electrode active material include lithium-containing transition metal oxides containing transition metal elements such as Co, Mn, and Ni.
  • Examples of the lithium-containing transition metal oxide include Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , Li x MnO 2 , Li x Co y Ni 1 -y O 2 , Li x Co y M 1 -y O z , and Li x Ni.
  • x value which shows the molar ratio of lithium is a value immediately after active material preparation, and increases / decreases by charging / discharging.
  • the positive electrode active material may be one in which a part of the metal element in the lithium composite metal oxide is replaced with a different element.
  • the positive electrode active material may be one in which the lithium composite metal oxide is surface-treated with a metal oxide, lithium oxide, or a conductive agent, or the surface of the lithium composite metal oxide is hydrophobized. It may be what was done.
  • the negative electrode 13 has a negative electrode current collector 40 and a negative electrode active material layer 41 formed on the current collector (see particularly FIG. 6).
  • the negative electrode current collector 40 is a long sheet shape having a length that is the same as or slightly longer than that of the positive electrode current collector 30, and a negative electrode active material layer 41 is formed over a wide range of both surfaces thereof.
  • a plurality of negative electrode leads 17 and 18 are attached to the negative electrode current collector 40.
  • the negative electrode active material layer 41 is not formed on the portion where the negative electrode leads 17 and 18 are attached, and the negative electrode current collector is formed. A region where the surface of 40 is exposed is provided.
  • the negative electrode current collector 40 it is preferable to use a conductive thin film, particularly a metal foil or alloy foil that is stable in the potential range of the negative electrode 13 such as copper, a film having a metal surface layer such as copper, or the like.
  • the negative electrode active material layer 41 may contain a conductive material and a binder in addition to the negative electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions.
  • the negative electrode active material layer 41 may be formed on the negative electrode current collector 40 by vapor deposition or the like of the negative electrode active material. Examples of the negative electrode active material include natural graphite, artificial graphite, lithium, silicon, carbon, tin, germanium, aluminum, lead, indium, gallium, and alloys and mixtures thereof.
  • a porous sheet having ion permeability and insulating properties is used as the separator 14.
  • the porous sheet include a microporous thin film, a woven fabric, and a nonwoven fabric.
  • an olefin resin such as polyethylene and polypropylene is suitable.
  • the exterior body 15 is a metal container that houses the electrode body 11 and the electrolyte.
  • a bottomed cylindrical container is used for the exterior body 15, for example.
  • the negative electrode leads 17 and 18 are connected to the inner bottom portion of the outer package 15, and the outer package 15 is also used as a negative electrode external terminal.
  • the wound battery 10 includes a center pin 19 provided at the winding center of the electrode body 11.
  • the center pin 19 is a cylindrical body made of a metal such as stainless steel, for example.
  • the gas is directed toward the valve body 24 described later. Functions as a guiding channel.
  • the center pin 19 functions as a short-circuit member that pierces the electrode body 11 and forms a short-circuit portion at the innermost peripheral portion when the outer body 15 is pressed and the electrode body 11 is crushed.
  • the center pin 19 preferably has a notch 19a extending in the axial direction in order to easily pierce the electrode body 11 when the electrode body 11 is crushed.
  • the notch 19a is formed with substantially the same width over the entire length of the center pin 19, for example.
  • the dimensions of the center pin 19 can be set as appropriate according to the dimensions of the electrode body 11, and as an example, the diameter is 2.5 mm, the thickness is 0.12 mm, the length is 60 mm, and the width of the notch 19a is 0.6 mm.
  • insulating plates 20 and 21 are provided above and below the electrode body 11.
  • a filter 22, an inner cap 23, a valve body 24, and a positive electrode external terminal 25 are provided in this order, and these members are electrically connected.
  • These members are integrally arranged so as to block the opening of the exterior body 15, and a gasket 26 is provided in the gap between the peripheral edge and the exterior body 15 to seal the interior of the exterior body 15.
  • the positive electrode lead 16 extends upward through the hole of the insulating plate 20 and is connected to the filter 22 by welding or the like.
  • the negative leads 17 and 18 extend downward through the holes of the insulating plate 20 and are connected to the exterior body 15 by welding or the like as described above.
  • the valve body 24 In the wound battery 10, when the internal pressure rises due to a short circuit or the like, the valve body 24 swells toward the positive electrode external terminal 25 and the electrical connection with the inner cap 23 is interrupted. When the internal pressure further increases, the valve body 24 is broken. When the valve body 24 is broken, the gas generated inside is discharged outside through the hole of the filter 22, the hole of the inner cap 23, the tear of the valve body 24, and the open portion 27 of the positive electrode external terminal 25. .
  • each active material layer is not formed at least on the innermost peripheral portion, that is, the portion facing the center pin 19 located at the winding center, and the surface of each current collector is The exposed inner end exposed regions 32 and 42 are provided.
  • the inner end exposed region 32 (hereinafter referred to as “first exposed region 32”) is a region where the surface of the positive electrode current collector 30 provided on the innermost peripheral portion of the positive electrode 12 is exposed.
  • the inner end exposed region 42 (hereinafter referred to as “first exposed region 42”) is a region where the surface of the negative electrode current collector 40 provided on the innermost peripheral portion of the negative electrode 13 is exposed.
  • the positive electrode current collector 30 in which the positive electrode active material layer 31 is not formed and the negative electrode current collector 40 in which the negative electrode active material layer 41 is not formed are interposed via the separator 14.
  • the first exposed regions 32 and 42 are preferably provided over at least the length of one turn from the inner end of the electrode body 11, more preferably 1 to 10 turns, particularly preferably 1 to 3 turns. Is provided over a length range of. In the example shown in FIG. 4, the first exposed regions 32 and 42 are provided beyond the length of one round from the inner end of the electrode body 11.
  • the separator 14, the negative electrode current collector 40, the separator 14, the positive electrode current collector 30, and the separator 14 are stacked in this order from the inside of the electrode body 11.
  • the electrode body 11 may be wound with the positive electrode current collector 30 inside the negative electrode current collector 40.
  • the first exposed regions 32 and 42 play a role of preferentially short-circuiting and causing a short-circuit current to flow when the wound battery 10 is crushed by the action of the center pin 19.
  • the first exposed regions 32 and 42 no active material layer is formed and the resistance of the short-circuited portion becomes low, so that a short-circuit current flows easily.
  • the short-circuit current is concentrated.
  • the current collection efficiency to the first exposed regions 32 and 42 is increased, and the concentration of the short-circuit current is promoted.
  • the positive electrode 12 has a second exposed region 33 where the positive electrode active material layer 31 is not formed and the current collector surface is exposed at a position away from the first exposed region 32.
  • the second exposed region 33 is a region for attaching the positive electrode lead 16, and is provided at the center in the longitudinal direction of the positive electrode current collector 30 in the example shown in FIG. 5. That is, the positive electrode lead 16 is attached to the central portion in the longitudinal direction of the positive electrode current collector 30. As described above, the positive electrode lead 16 is connected to the positive electrode external terminal 25 via the filter 22 and the like.
  • the electrode plate resistance in the charged state of the positive electrode 12 is preferably 0.5 ⁇ cm 2 or more in order to suppress diversion to the short-circuit portion between the active materials.
  • the electrode plate resistance of the positive electrode 12 is preferably 100 ⁇ cm 2 or less from the viewpoint of load characteristics in charge and discharge.
  • the resistance is more preferably 1 ⁇ cm 2 ⁇ 30 ⁇ cm 2, particularly preferably 1.5 ⁇ cm 2 ⁇ 10 ⁇ cm 2.
  • the electrode plate resistance is measured by measuring the DC resistance between the leads by the four-terminal method while pressing two positive plates each having a lead attached to a current collector and applying a pressure of 2 MPa. It is the resistance converted per unit area.
  • the type and amount of the conductive material and the binder are changed, and the interface between the positive electrode current collector 30 and the positive electrode active material layer 31 is changed.
  • Various methods such as providing a high resistance layer made of an inorganic compound or resin on the surface of the positive electrode active material layer 31 can be used.
  • the tensile elongation rate of the positive electrode 12 is preferably 3.0% or more in order to suppress the formation of a short-circuit portion between the active materials due to breakage.
  • the positive electrode current collector 30 is made of aluminum containing iron. There is a method in which heat treatment is performed after the positive electrode active material layer is formed.
  • the tensile elongation of the positive electrode 12 is such that, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No.
  • one end of the positive electrode for measurement is measured in a positive electrode for measurement having a width of 15 mm and a length of 20 mm produced using the positive electrode. While fixing, pull the other end along the length direction at a speed of 20 mm / min, and measure by the method of calculating from the length of the measuring positive electrode just before being broken and the length of the measuring positive electrode before pulling Can do.
  • the negative electrode 13 has a second exposed region 43 that is an outer exposed region where the negative electrode active material layer 41 is not formed and the surface of the current collector is exposed on the outer peripheral side of the central portion in the longitudinal direction.
  • the second exposed region 43 is a region for attaching the negative electrode lead 17.
  • the second exposed region 43 is provided at the end in the longitudinal direction opposite to the first exposed region 42 of the negative electrode current collector 40. . That is, the negative electrode 13 is provided with a region where the negative electrode active material layer 41 is not formed at both ends in the longitudinal direction and the surface of the negative electrode current collector 40 is exposed.
  • two negative electrode leads 17 and 18 are attached to the negative electrode current collector 40.
  • the negative electrode lead 17 is attached to the second exposed region 43 as described above.
  • the negative electrode lead 18 is attached to the first exposed region 42. That is, the two negative electrode leads 17 and 18 are attached to both ends of the negative electrode 13 in the longitudinal direction.
  • the negative electrode leads 17 and 18 are both connected to the exterior body 15 and are electrically connected to each other via the exterior body 15.
  • the negative leads 17 and 18 may be connected directly or via a conductive member other than the outer package 15.
  • the negative electrode lead 18 is preferably provided in the first exposed region 42 so as to face a portion where the notch 19a of the center pin 19 is not formed. As a result, the negative electrode lead 18 promotes deformation of the center pin 19 without the negative electrode lead 18 preventing the center pin 19 from being pierced into the electrode body 11 during crushing.
  • the negative electrode lead 18 is provided on the opposite side of the notch 19 a with respect to the center of the center pin 19 in the radial direction.
  • the lead such as the negative electrode lead 18 can be fixed to the current collector using ultrasonic welding or resistance welding.
  • the thickness of the negative electrode lead 18 is preferably 0.1 mm or more in order to facilitate the deformation of the center pin 19 and easily form a short-circuit portion in the first exposed regions 32 and 42.
  • the thickness of the negative electrode lead 18 is preferably 1.0 mm or less from the viewpoint of miniaturization of the electrode body 11 and the like.
  • the thickness is more preferably 0.1 mm to 0.5 mm, and particularly preferably 0.1 mm to 0.2 mm.
  • the negative electrode leads 17 and 18 are made of, for example, a metal mainly composed of Ni and Cu.
  • the negative electrode leads 17 and 18 preferably contain 30% by weight or more of Cu with respect to the total weight of the metal constituting the lead from the viewpoint of suppressing heat generation during crushing.
  • the Cu content is preferably 95% by weight or less in consideration of weldability and the like.
  • the content is more preferably 35% by weight to 90% by weight, and particularly preferably 50% by weight to 90% by weight.
  • FIG. 7 is a view showing a state where the wound battery 10 is pressed and the electrode body 11 is deformed and the center pin 19 is crushed, that is, the wound battery 10 is crushed.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the flow of a short-circuit current when the first exposed regions 32, 42, etc. are short-circuited during crushing.
  • each electrode is developed and arranged vertically (separator 14 is (Omitted).
  • FIG. 9 (similar to FIG. 8) shows a case where the negative electrode lead 18 is not provided.
  • a short-circuit portion (short-circuit portion between active materials) is also formed between the positive electrode active material layer 31 and the negative electrode active material layer 41 due to the way the center pin 19 is pierced, the temperature rises, or the positive electrode 12 or the negative electrode 13 is broken.
  • current collectors made of metal have lower short circuit resistance than active material layers, so that the short circuit current flowing between the active materials is less than the short circuit current flowing between the first exposed regions 32, 42,
  • the short-circuit portion between the active materials is enlarged, the active material is thermally decomposed by Joule heat due to the diversion to the short-circuit portion between the active materials, and the calorific value is increased with chemical heat generation. Therefore, in the wound battery 10, by providing the negative electrode lead 18, the problem of an increase in the amount of heat generated due to the shunting to the short-circuit portion between the active materials is improved.
  • the portion moved away from the first exposed region 42 moves to the first exposed region 42 because the electron moving distance is long.
  • a shunt to the short-circuit portion between the active materials is likely to occur in the middle.
  • the negative electrode lead 18 by providing the negative electrode lead 18, electrons near the outer periphery of the negative electrode 13 move to the second exposed region 43 side closer to the first exposed region 42, and the negative electrode lead 17 and the exterior body 15 are transmitted to the negative electrode lead 18.
  • the shunt current to the short-circuit portion between the active materials at the time of collapse can be sufficiently suppressed, and the short-circuit current can be concentrated between the first exposed regions 32 and 42.
  • the amount of heat generated during crushing can be significantly reduced. That is, the problem of an increase in the amount of heat generated due to the shunting to the active material short-circuit portion is due to insufficient current collection to the first exposed regions 32 and 42.
  • the shortage current flowing between the first exposed regions 32 and 42 can be significantly increased by eliminating the current collection shortage by providing the negative electrode lead 18.
  • the configuration of the wound battery 10 is particularly suitable for a secondary battery or a primary battery in which the positive electrode active material layer 31 has a relatively high electronic resistance.
  • the electronic resistance of the positive electrode active material layer 31 is high, that is, when the electrode plate resistance of the positive electrode 12 is high, shunting to the short-circuit portion between the active materials can be more effectively suppressed.
  • the said embodiment can be changed in design suitably in the range which does not impair the objective of this invention.
  • the second exposed region 43 can be provided at approximately the center between the longitudinal center portion and the outermost peripheral portion of the negative electrode 13.
  • the concentration effect of the short circuit current on the first exposed regions 32 and 42 is particularly high.
  • the center pin 19 can be formed with a plurality of notches (notches 19a, 19b, 19c).
  • the notches 19b and 19c also extend in the axial direction of the center pin 19 similarly to the notches 19a.
  • the notches 19b and 19c are formed from the upper end in the axial direction to the vicinity beyond the central portion in the axial direction.
  • the notches 19a, 19b, 19c are formed, for example, at equal intervals (approximately 120 ° intervals) with respect to the radial center of the center pin 19.
  • the center pin 19 having the notch 19a and the like along the axial direction is illustrated, but the shape of the notch is not limited to this, and may be formed in a direction intersecting the axial direction.
  • the center pin may be formed with a protrusion that pierces the electrode body 11 when the electrode body 11 is crushed, or may be formed with both a notch and a protrusion, instead of the notch. .
  • a plurality of negative electrode leads are provided, and one of the plurality is attached to the first exposed region 42, but a plurality of positive electrode leads are provided, and one of the plurality is attached to the first exposed region 32. May be. However, from the viewpoint of productivity and the like, it is preferable that one lead connected to the exterior body is two and the other lead is one.
  • Example 1 Production of negative electrode 3 kg of artificial graphite (average particle size 10 ⁇ m, BET specific surface area 3 m 2 / g) and BM-400B (modified styrene-butadiene rubber having a solid content of 40% by mass) manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd. ) 75 g and carboxymethyl cellulose (CMC) 30 g were stirred together with an appropriate amount of water in a kneader to prepare a negative electrode mixture slurry.
  • artificial graphite average particle size 10 ⁇ m, BET specific surface area 3 m 2 / g
  • BM-400B modified styrene-butadiene rubber having a solid content of 40% by mass
  • the negative electrode mixture slurry was applied to both sides of a negative electrode current collector made of a copper foil having a thickness of 8 ⁇ m, dried, and rolled to a total thickness of 150 ⁇ m to form a negative electrode active material layer.
  • the obtained electrode plate was cut into a width of 58.5 mm and a length of 780 mm.
  • a first exposed region 42 having a length of 20 mm was provided on the inner peripheral portion, and the length was provided on the outer peripheral portion.
  • a second exposed region 43 of 30 mm was provided.
  • negative electrode leads 17 and 18 made of a Cu / Ni clad material having a thickness of 0.15 mm and a Cu content of 90% by weight were welded to the first exposed region 42 and the second exposed region 43 to obtain the negative electrode 13.
  • NMP N-methyl-pyrrolidone
  • positive electrode active material LiNi 0.82 Co 0.15 Al 0.03 O 2 , average particle size 10 ⁇ m
  • acetylene black 30 g and an appropriate amount of NMP were stirred with a kneader to prepare a positive electrode mixture slurry.
  • the positive electrode mixture slurry was applied to both surfaces of a positive electrode current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 ⁇ m, dried, and rolled to a total thickness of 130 ⁇ m to form a positive electrode active material layer.
  • This positive electrode plate was heat-treated with hot air subjected to a low humidity treatment at ⁇ 30 ° C. for 20 seconds at 280 ° C.
  • the obtained electrode plate was cut into a width of 57 mm and a length of 700 mm.
  • a first exposed region 32 having a length of 12 mm was provided on the inner periphery, and a length of 6 mm was provided at the center.
  • a second exposed region 33 for lead welding was provided.
  • the positive electrode lead 16 which consists of aluminum was welded to this collector exposed part, and the positive electrode 12 was obtained.
  • a cylindrical lithium ion secondary battery having the configuration shown in FIG. 1 was prepared.
  • the positive electrode 12 and the negative electrode 13 were wound through a separator 14 (single layer of polyethylene resin having a thickness of 16 ⁇ m) to produce an electrode body 11.
  • the insulating plate 21 was disposed below the electrode body 11 and then accommodated in a bottomed cylindrical exterior body 15 (diameter 18 mm, height 65 mm, inner diameter 17.85 mm). After the other ends of the negative leads 17 and 18 are connected to the bottom surface of the exterior body 15, the diameter 2.5 mm, the thickness 0.12 mm, the length 60 mm, and the widths of the notches 19a, 19b, and 19c illustrated in FIG.
  • a center pin 19 having a length of .6 mm and notches 19b and 19c of 40 mm was inserted into the winding center of the electrode body 11.
  • An insulating plate 20 was disposed on the electrode body 11, and the other end of the positive electrode lead 16 was connected to the filter 22. Thereafter, 5.0 g of nonaqueous electrolyte was injected into the outer package 15. The opening of the outer package 15 was sealed with a sealing plate including the filter 22, the inner cap 23, the valve body 24, and the positive electrode external terminal 25 via the gasket 26. In this way, a battery having a rated charge voltage of 4.2 V and a design capacity of 2900 mAh was produced.
  • Example 2 A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that negative electrode leads 17 and 18 made of Ni / Cu / Ni clad material having a thickness of 0.15 mm and a Cu content of 50% by weight were used in the production of the negative electrode.
  • Example 3 A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that negative electrode leads 17 and 18 made of Ni / Cu / Ni clad material having a thickness of 0.15 mm and a Cu content of 30% by weight were used in the production of the negative electrode.
  • Example 4 A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that negative electrode leads 17 and 18 made of Ni having a thickness of 0.15 mm and a Cu content of 0% by weight were used in the production of the negative electrode.
  • Example 5 A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that negative electrode leads 17 and 18 made of Ni / Cu / Ni clad material having a thickness of 0.10 mm and a Cu content of 90 wt% were used in the production of the negative electrode.
  • Example 6 A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that negative electrode leads 17 and 18 made of Ni / Cu / Ni clad material having a thickness of 0.08 mm and a Cu content of 90% by weight were used in the production of the negative electrode.
  • Example 7 In the production of the positive electrode, a battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the amount of acetylene black was 36 g with respect to 3 kg of the positive electrode active material in the positive electrode mixture slurry.
  • Example 8 In producing the positive electrode, a battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the amount of acetylene black was 45 g with respect to 3 kg of the positive electrode active material in the positive electrode mixture slurry.
  • Example 9 In the production of the positive electrode, a battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the amount of acetylene black was 60 g with respect to 3 kg of the positive electrode active material in the positive electrode mixture slurry.
  • Example 10 In the production of the positive electrode, a battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode plate was heat-treated at 280 ° C. for 10 seconds.
  • Example 11 In the production of the positive electrode, a battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode plate was not subjected to heat treatment.
  • a battery was produced in the same manner as in Example 1 except that a cylindrical center pin having a diameter of 2.5 mm, a thickness of 0.12 mm, and a length of 60 mm was used. .
  • ⁇ Battery evaluation method> The following crush tests were performed on the batteries of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 3, and the safety of each battery was evaluated. Further, the battery was disassembled under the same charging conditions as in the crushing test, the positive electrode was taken out, washed and dried with EMC, and then the positive electrode plate resistance and tensile elongation were measured.

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Abstract

　巻回型電池１０は、正極１２と負極１３とがセパレータ１４を介して巻回された電極体１１と、正極集電体３０に取り付けられた正極リード１６と、負極集電体４０に取り付けられた負極リード１７，１８と、電極体１１の巻回中心に設けられ、電極体１１が押し潰されたときに電極体１１に突き刺さるセンターピン１９とを備える。正極１２及び負極１３は、電極体１１の少なくとも最内周部に、各活物質層が形成されず各集電体表面が露出した内端露出領域３２，４２をそれぞれ有し、内端露出領域４２に負極リード１８が取り付けられる。

Description

巻回型電池
　本発明は、巻回型電池に関する。
　リチウムイオン電池等の二次電池の一形態として、正極集電体上に正極活物質層が形成された正極と負極集電体上に負極活物質層が形成された負極とがセパレータを介して巻回された電極体を備える巻回型電池が知られている。
　例えば、特許文献１には、巻回型の電極体と、電極体の巻回中心に設けられたセンターピンとを有する巻回型電池が開示されている。当該センターピンは、筒体の周面に欠部を有し、電池が外部から押圧されて電極体が押し潰される圧壊時にセンターピンも潰れて欠部の縁が外側に開き、電極体を内周側から破断させる。そして、電極体は、その内周部に正極、負極の活物質層が形成されていない集電体の露出領域を有し、圧壊時に当該露出領域間を短絡させて短絡電流を集中させるように構成されている。
特開平８－２５５６３１号公報
　ところで、特許文献１の巻回型電池においても、圧壊時における活物質間の短絡を防止できない。そして、当該巻回型電池では、活物質間に形成される短絡部（以下、「活物質間短絡部」という）にも短絡電流が流れて、発熱量が大きくなる。
　本発明者らは、上記課題について鋭意検討した結果、活物質間短絡部への分流が、上記露出領域への集電不足に起因することを見出し、本発明を完成させるに至った。
　本発明に係る巻回型電池は、正極集電体上に正極活物質層が形成された正極と負極集電体上に負極活物質層が形成された負極とがセパレータを介して巻回された電極体と、正極集電体に取り付けられた正極リードと、負極集電体に取り付けられた負極リードとを備えた巻回型電池において、電極体の巻回中心に設けられ、電極体が押し潰されたときに電極体に突き刺さる短絡部材をさらに備え、正極及び負極は、電極体の少なくとも最内周部に、各活物質層が形成されず各集電体表面が露出した内端露出領域をそれぞれ有し、正極リード及び負極リードの少なくとも一方が、複数設けられ、当該複数のうち１つが内端露出領域に取り付けられていることを特徴とする。
　本発明に係る巻回型電池によれば、圧壊時における活物質間短絡部への分流を十分に抑制して、内端露出領域に短絡電流を集中させることができる。これにより、例えば、高容量の電池においても圧壊時の発熱量を大幅に低減できる。
本発明の実施形態の一例である巻回型電池を示す断面図である。 本発明の実施形態の一例である巻回型電池の短絡部材を抜き出して示す斜視図である。 本発明の実施形態の一例である巻回型電池の電極体を抜き出して示す上面図である。 図３に示す電極体の巻回中心の拡大図である。 本発明の実施形態の一例である電極体を構成する正極の展開図である。 本発明の実施形態の一例である電極体を構成する負極の展開図である。 本発明の実施形態の一例である巻回型電池が押圧されて電極体が変形した様子を示す図である。 本発明の実施形態の一例である巻回型電池において、短絡状態を説明するための図である。 内端露出領域に負極リードが存在しない巻回型電池において、短絡状態を説明するための図である。 負極の変形例を示す図である。 短絡部材の変形例を示す図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。
　実施形態において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは、現物と異なる場合がある。具体的な寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
　図１～図６を用いて、本発明の実施形態の一例である巻回型電池１０の構成について詳説する。図１は、巻回型電池１０の全体構成を示す図である。図２は、巻回型電池１０を構成するセンターピン１９を、図３，４は、巻回型電池１０を構成する電極体１１を各々抜き出して示す図である。図４では、図面の明瞭化のため、各極集電体にハッチングを付している。図５，６は、電極体１１を構成する各電極の展開図である。以下では、説明の便宜上、正極外部端子２５側を「上」、外装体１５の底側を「下」とする。
　図１に示すように、巻回型電池１０は、正極１２と負極１３とがセパレータ１４を介して巻回された電極体１１と、電解質（図示せず）とを備える。電極体１１は、電解質と共に金属製の外装体１５に収容されている。電解質としては、例えば、非水溶媒と、非水溶媒に溶解したリチウム塩等の電解質塩を含む非水電解質が用いられる。非水電解質は、液状に限定されず、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１２は、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（特に図５参照）。正極集電体３０は、長尺状のシート形状を有し、その両面の広範囲に正極活物質層３１が形成されている。正極集電体３０には、正極リード１６が取り付けられており、詳しくは後述するが、正極リード１６が取り付けられる部分等に正極活物質層３１が形成されず正極集電体３０の表面が露出した領域が設けられる。
　正極集電体３０には、導電性を有する薄膜体、特にアルミニウムなどの正極１２の電位範囲で安定な金属箔や合金箔、アルミニウムなどの金属表層を有するフィルム等を用いることができる。正極集電体３０は、鉄を含有するアルミニウムからなることがより好ましい。正極集電体３０中の鉄の含有量は、１．２０重量％以上１．７０重量％以下であることが特に好ましい。正極集電体３０を、上記の鉄を含有するアルミニウムとすることで、後述するように熱処理により正極１２の引っ張り伸び率を高め、電池圧壊時の伸び不足による破断を防ぐことができる。正極集電体３０の厚みは、集電性とエネルギー密度の観点から、１０μｍ以上４０μｍ以下であることが好ましい。
　正極活物質層３１は、正極活物質の他に、導電材及び結着剤を含むことが好ましい。導電材や結着剤の種類及び量は、特に限定されないが、後述の正極１２の充電状態における極板抵抗が適正な値となるように含有させることが好ましい。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、例えば、ＬｉxＣｏＯ2、ＬｉxＮｉＯ2、ＬｉxＭｎＯ2、ＬｉxＣｏyＮｉ1-yＯ2、ＬｉxＣｏyＭ1-yＯz、ＬｉxＮｉ1-yＭyＯz、ＬｉxＭｎ2Ｏ4、ＬｉxＭｎ2-yＭyＯ4、ＬｉＭＰＯ4、Ｌｉ2ＭＰＯ4Ｆ（Ｍ＝Ｎａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｂ、ＳｂおよびＢのうち少なくとも１種）である。ここで、０＜ｘ≦１．２、０＜ｙ≦０．９、２．０≦ｚ≦２．３である。なお、リチウムのモル比を示すｘ値は、活物質作製直後の値であり、充放電により増減する。また、正極活物質は、上記リチウム複合金属酸化物中の金属元素の一部が異種元素で置換されたものであってもよい。さらに、正極活物質は、上記リチウム複合金属酸化物が金属酸化物、リチウム酸化物又は導電剤などで表面処理されたものであってもよいし、上記リチウム複合金属酸化物の表面が疎水化処理されたものであってもよい。
　負極１３は、負極集電体４０と、当該集電体上に形成された負極活物質層４１とを有する（特に図６参照）。負極集電体４０は、正極集電体３０と同程度又はやや長い長さを有する長尺状のシート形状であって、その両面の広範囲に負極活物質層４１が形成されている。負極集電体４０には、複数の負極リード１７，１８が取り付けられており、詳しくは後述するが、負極リード１７，１８が取り付けられる部分に負極活物質層４１が形成されず負極集電体４０の表面が露出した領域が設けられる。
　負極集電体４０には、導電性を有する薄膜体、特に銅などの負極１３の電位範囲で安定な金属箔や合金箔、銅などの金属表層を有するフィルム等を用いることが好適である。負極活物質層４１は、リチウムイオンを吸蔵・脱離可能な負極活物質の他に、導電材や結着剤を含んでいてもよい。また、負極活物質層４１は、負極活物質が蒸着等により負極集電体４０上に形成されていてもよい。負極活物質としては、天然黒鉛、人造黒鉛、リチウム、珪素、炭素、錫、ゲルマニウム、アルミニウム、鉛、インジウム、ガリウム、及びこれらの合金並びに混合物が例示できる。
　セパレータ１４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、不織布等が挙げられる。セパレータ１４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が好適である。
　外装体１５は、電極体１１及び電解質を収容する金属製の容器である。外装体１５には、例えば、有底円筒状の容器が用いられる。本実施形態では、負極リード１７，１８が外装体１５の内底部に接続されており、外装体１５が負極外部端子として兼用される。
　また、巻回型電池１０は、電極体１１の巻回中心に設けられたセンターピン１９を備える。センターピン１９は、例えば、ステンレス鋼等の金属から構成される円筒体であって、外装体１５内で高圧ガスが発生して内部圧力が上昇した場合にガスを後述の弁体２４の方向へ導く流路として機能する。さらに、センターピン１９は、外装体１５が押圧されて電極体１１が押し潰されたときに電極体１１に突き刺さり最内周部に短絡部を形成する短絡部材として機能する。
　図２に示すように、センターピン１９は、電極体１１が押し潰されたときに電極体１１に突き刺さり易くするため、軸方向に延びる切欠き１９ａを有することが好適である。切欠き１９ａは、例えば、センターピン１９の全長に亘って略同一の幅で形成される。センターピン１９の寸法は、電極体１１の寸法等に応じて適宜設定でき、一例としては、直径２．５ｍｍ、厚み０．１２ｍｍ、長さ６０ｍｍ、切欠き１９ａの幅が０．６ｍｍである。
　本実施形態では、電極体１１の上下に絶縁板２０，２１が設けられる。絶縁板２０の上方には、フィルタ２２、インナーキャップ２３、弁体２４、及び正極外部端子２５が順に設けられ、これら各部材は電気的に接続されている。これら各部材は一体となって外装体１５の開口部を塞ぐように配置され、その周縁と外装体１５との隙間にはガスケット２６が設けられて外装体１５の内部が密閉される。正極リード１６は、絶縁板２０の孔を通って上方に延び、フィルタ２２に溶接等で接続される。負極リード１７，１８は、絶縁板２０の孔を通って下方に延び、上記のように外装体１５に溶接等で接続される。
　巻回型電池１０では、短絡等により内部圧力が上昇すると、弁体２４が正極外部端子２５側に膨れてインナーキャップ２３との電気的接続が遮断される。さらに内部圧力が上昇すると弁体２４が破断する。弁体２４が破断した場合には、内部で発生したガスがフィルタ２２の孔、インナーキャップ２３の孔、弁体２４の裂け目、及び正極外部端子２５の開放部２７を通って外部へ排出される。
　以下、電極体１１、及びこれに取り付けられる正極リード１６、負極リード１７，１８の構成につき、さらに詳説する。
　図３，４に示すように、電極体１１は、少なくとも最内周部、即ち巻回中心に位置するセンターピン１９に対向する部分に、各活物質層が形成されず各集電体表面が露出した内端露出領域３２，４２を有する。内端露出領域３２（以下、「第１露出領域３２」という）は、正極１２の最内周部に設けられた正極集電体３０の表面が露出した領域である。内端露出領域４２（以下、「第１露出領域４２」という）は、負極１３の最内周部に設けられた負極集電体４０の表面が露出した領域である。
　即ち、電極体１１の最内周部では、正極活物質層３１が形成されていない正極集電体３０と負極活物質層４１が形成されていない負極集電体４０とがセパレータ１４を介して積層されている。第１露出領域３２，４２は、少なくとも電極体１１の内端から１周分の長さ範囲に亘って設けられることが好ましく、より好ましくは１～１０周分、特に好ましくは１～３周分の長さ範囲に亘って設けられる。図４に示す例では、第１露出領域３２，４２が電極体１１の内端から１周分の長さを超えて設けられている。第１露出領域３２，４２では、電極体１１の内側から、セパレータ１４、負極集電体４０、セパレータ１４、正極集電体３０、セパレータ１４の順で積層されている。なお、電極体１１は、負極集電体４０よりも正極集電体３０を内側にして巻回されてもよい。
　第１露出領域３２，４２は、センターピン１９の作用により、巻回型電池１０が圧壊したときに優先的に短絡して短絡電流を流す役割を果たす。第１露出領域３２，４２には、活物質層が形成されておらず短絡部の抵抗は低くなるため短絡電流が流れ易く、特に短絡発生初期においては短絡電流が集中する。さらに、巻回型電池１０では、詳しくは後述するように、第１露出領域３２，４２への集電効率を高めて、短絡電流の集中を促進している。
　図５に示すように、正極１２は、第１露出領域３２から離れた位置に、正極活物質層３１が形成されず集電体表面が露出した第２露出領域３３を有する。第２露出領域３３は、正極リード１６を取り付けるための領域であって、図５に示す例では、正極集電体３０の長手方向中央部に設けられている。即ち、正極リード１６は、正極集電体３０の長手方向中央部に取り付けられている。正極リード１６は、上記のように、フィルタ２２等を介して正極外部端子２５に接続されている。
　正極１２の充電状態における極板抵抗は、活物質間短絡部への分流を抑制するため、０．５Ωｃｍ2以上であることが好ましい。但し、正極１２の極板抵抗は、充放電における負荷特性の観点から、１００Ωｃｍ2以下とすることが好ましい。当該抵抗は、より好ましくは１Ωｃｍ2～３０Ωｃｍ2であり、特に好ましくは１．５Ωｃｍ2～１０Ωｃｍ2である。ここでいう極板抵抗は、集電体にリードを取り付けた正極板２枚を重ねて２ＭＰａの圧力で加圧しながら四端子法によりリード間の直流抵抗を測定し、電極板１枚片面の単位面積当たりに換算した抵抗のことである。正極１２の極板抵抗を高めるには、電子抵抗の高い活物質を用いる以外にも、導電材や結着剤の種類及び量を変える、正極集電体３０と正極活物質層３１の界面や正極活物質層３１の表面に無機化合物や樹脂からなる高抵抗層を設けるなど、様々な方法を用いることができる。
　正極１２の引っ張り伸び率は、破断にともなう活物質間短絡部の形成を抑制するため、３．０％以上であることが好ましい。正極１２の引っ張り伸び率を３．０％以上とするには、例えば、特開２００９－６４７７０号公報に示されているように、正極集電体３０に、鉄を含有するアルミニウムを用いて、正極活物質層を形成後に熱処理を行う方法がある。但し、正極１２の引っ張り伸び率は、特開２００９－６４７７０号公報に示されている通り、正極を用いて作製された幅１５ｍｍ，長さ２０ｍｍの測定用正極において、該測定用正極の一端を固定する一方、その他端を長さ方向に沿って２０ｍｍ／ｍｉｎの速度で引っ張り、破断される直前の測定用正極の長さと、引っ張る前の測定用正極の長さとから算出する方法により測定することができる。
　図６に示すように、負極１３は、長手方向中央部よりも外周側に負極活物質層４１が形成されず集電体表面が露出した外側露出領域である第２露出領域４３を有する。第２露出領域４３は、負極リード１７を取り付けるための領域であって、図６に示す例では、負極集電体４０の第１露出領域４２と反対側の長手方向端部に設けられている。即ち、負極１３は、長手方向両端部に負極活物質層４１が形成されず負極集電体４０の表面が露出した領域が設けられている。
　本実施形態では、負極集電体４０に２つの負極リード１７，１８が取り付けられる。負極リード１７は、上記のように、第２露出領域４３に取り付けられる。そして、負極リード１８は、第１露出領域４２に取り付けられる。つまり、２つの負極リード１７，１８は、負極１３の長手方向両端部に取り付けられる。
　本実施形態では、負極リード１７，１８がいずれも外装体１５に接続されており、外装体１５を介して互いに電気的に接続されている。なお、負極リード１７，１８は、直接又は外装体１５以外の導電性部材を介して接続されていてもよい。
　負極リード１８は、第１露出領域４２において、センターピン１９の切欠き１９ａが形成されていない部分に対向して設けられることが好適である。これにより、圧壊時における電極体１１へのセンターピン１９の突き刺さりを負極リード１８によって妨げられることなく、また負極リード１８がセンターピン１９の変形を促進する。例えば、センターピン１９の径方向中心に対して切欠き１９ａと反対側に負極リード１８が設けられる。なお、負極リード１８等のリードは、超音波溶接や抵抗溶接を用いて集電体に固定できる。
　負極リード１８の厚みは、センターピン１９の変形を促進して第１露出領域３２，４２に短絡部を形成し易くするために、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。但し、負極リード１８の厚みは、電極体１１の小型化等の観点から、１．０ｍｍ以下とすることが好ましい。当該厚みは、より好ましくは０．１ｍｍ～０．５ｍｍであり、特に好ましくは０．１ｍｍ～０．２ｍｍである。
　負極リード１７，１８は、例えば、Ｎｉ、Ｃｕを主成分とする金属から構成される。負極リード１７，１８は、圧壊時における発熱抑制等の観点から、リードを構成する金属の総重量に対してＣｕを３０重量％以上含有することが好ましい。但し、Ｃｕ含有量は、溶接性等を考慮して、９５重量％以下とすることが好ましい。当該含有量は、より好ましくは３５重量％～９０重量％であり、特に好ましくは５０重量％～９０重量％である。
　図７，８を参照しながら、上記構成を備えた巻回型電池１０の作用効果について詳説する。図７は、巻回型電池１０が押圧されて電極体１１が変形し、センターピン１９が押し潰された状態、即ち巻回型電池１０が圧壊した状態を示す図である。図８は、圧壊時に第１露出領域３２，４２等が短絡した場合の短絡電流の流れを説明するための図であり、説明の便宜上、各電極を展開して上下に並べている（セパレータ１４は省略）。比較として、図９（図８と同様の図）に負極リード１８を有さない場合を示す。
　図７に示すように、電極体１１が押し潰されて変形した場合には、センターピン１９も押し潰されて切欠き１９ａの縁が外側に開く。そして、切欠き１９ａの縁が電極体１１に突き刺さってセパレータ１４等を突き破る。これにより、正極１２、負極１３が電気的に接続された短絡部が形成されるが、かかる短絡部はセンターピン１９に近い電極体１１の内周側において優先的に形成される。つまり、各活物質層が存在しない第１露出領域３２，４２において短絡部が形成され易い。但し、センターピン１９の突き刺さり方や温度上昇、正極１２又は負極１３の破断等により、正極活物質層３１と負極活物質層４１との間にも短絡部（活物質間短絡部）が形成される。
　図８に示すように、各活物質層が存在しない第１露出領域３２，４２が短絡すると、かかる短絡部に短絡電流が集中的に流れる。但し、同時に活物質間短絡部が形成された場合、活物質間短絡部にも短絡電流が流れうる。一般に、金属からなる集電体同士の方が、活物質層同士よりも短絡抵抗は低いため、活物質間に流れる短絡電流は第１露出領域３２，４２間に流れる短絡電流よりも少ないが、活物質間短絡部が拡大すると、活物質間短絡部への分流によるジュール熱で活物質の熱分解が進行し、化学発熱をともなって発熱量が大きくなる。そこで、巻回型電池１０では、負極リード１８を設けることにより、活物質間短絡部への分流による発熱量の増大という不具合を改善する。
　負極リード１８を設けない図９に示す構造の場合、第１露出領域４２から離れた部分（例えば、負極１３の外周部近傍）では、電子の移動距離が長いため第１露出領域４２に移動する途中で活物質間短絡部への分流が発生し易い。これに対して、巻回型電池１０では、負極リード１８を設けたことにより、負極１３の外周部近傍の電子は第１露出領域４２よりも近い第２露出領域４３側に移動し、負極リード１７及び外装体１５を介して負極リード１８に伝達される。これにより、第１露出領域４２への集電効率を高めて活物質間短絡部への分流を大幅に抑制し、第１露出領域３２，４２の短絡部に短絡電流を集中させることが可能となる。
　以上のように、巻回型電池１０によれば、圧壊時における活物質間短絡部への分流を十分に抑制して、第１露出領域３２，４２間に短絡電流を集中させることができる。これにより、例えば、高容量電池においても圧壊時の発熱量を大幅に低減できる。つまり、活物質間短絡部への分流による発熱量の増大という不具合は、第１露出領域３２，４２への集電不足に起因するものである。巻回型電池１０は、負極リード１８を設けることで当該集電不足を解消して、第１露出領域３２，４２間に流れる短絡電流の大幅な増加を可能にした。巻回型電池１０の構成は、正極活物質層３１の電子抵抗が比較的高い二次電池又は一次電池に特に好適である。正極活物質層３１の電子抵抗が高い、即ち正極１２の極板抵抗が高い場合、活物質間短絡部への分流をさらに効果的に抑制することができる。
　なお、上記実施形態は、本発明の目的を損なわない範囲で適宜設計変更できる。
　例えば、図１０に例示するように、第２露出領域４３は、負極１３の長手方向中央部と最外周部との略中央に設けることができる。このように、長手方向中央部～最外周部のいずれかに負極リード１７を設けると、第１露出領域３２，４２への短絡電流の集中効果が特に高い。
　また、図１１に例示するように、センターピン１９には、複数の切欠き（切欠き１９ａ，１９ｂ，１９ｃ）を形成することができる。切欠き１９ｂ，１９ｃも、切欠き１９ａと同様にセンターピン１９の軸方向に延びる。図１１に示す例では、切欠き１９ｂ，１９ｃは、軸方向の上端から軸方向中央部を超えた辺りまで形成されている。切欠き１９ａ，１９ｂ，１９ｃは、例えば、センターピン１９の径方向中心に対して等間隔（略１２０°間隔）で形成される。これにより、電極体１１が積層方向のいずれから押圧されて押し潰された場合であっても、センターピン１９が電極体１１に突き刺さり易くなり、第１露出領域３２，４２の短絡部が形成され易くなる。
　上記実施形態では、軸方向に沿った切欠き１９ａ等を有するセンターピン１９を例示したが、切欠きの形状はこれに限定されず、軸方向に対して交差する方向に形成されていてもよい。また、センターピンには、切欠きの代わりに、電極体１１が押し潰されたときに電極体１１に突き刺さる突起が形成されていてもよく、切欠きと突起の両方が形成されていてもよい。
　上記実施形態では、負極リードが複数設けられ、当該複数のうち１つが第１露出領域４２に取り付けられたが、正極リードが複数設けられ、当該複数のうち１つが第１露出領域３２に取り付けられてもよい。但し、生産性等の観点から、外装体に接続される一方のリードが２つであり、他方のリードが１つであることが好ましい。
　以下、実施例により本発明をさらに詳説するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
　＜実施例１＞
　（１）負極の作製
　人造黒鉛（平均粒径１０μｍ、ＢＥＴ比表面積３ｍ2／ｇ）３ｋｇと、日本ゼオン（株）製のＢＭ－４００Ｂ（固形分４０質量％の変性スチレン－ブタジエンゴムの分散液）７５ｇと、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）３０ｇとを、適量の水とともに、練合機にて攪拌し、負極合剤スラリーを調製した。負極合剤スラリーを、厚さ８μｍの銅箔からなる負極集電体の両面に塗布し、乾燥し、総厚が１５０μｍとなるように圧延して、負極活物質層を形成した。
　得られた極板を、幅５８．５ｍｍ、長さ７８０ｍｍに裁断し、図６に示したように、内周部に、長さ２０ｍｍの第１露出領域４２を設け、外周部に、長さ３０ｍｍの第２露出領域４３を設けた。そして、この第１露出領域４２及び第２露出領域４３に、厚み０．１５ｍｍでＣｕ含有量９０重量％のＣｕ／Ｎｉクラッド材からなる負極リード１７，１８を溶接し、負極１３を得た。
　（２）正極の作製
　正極活物質（ＬｉＮｉ0.82Ｃｏ0.15Ａｌ0.03Ｏ2、平均粒径１０μｍ）３ｋｇ、ＰＶＤＦを１２重量％含むＮ－メチル－ピロリドン（ＮＭＰ（Ｎ－ｍｅｔｈｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ））溶液３７５ｇ、アセチレンブラック３０ｇ、及び適量のＮＭＰを練合機で攪拌し、正極合剤スラリーを調製した。正極合剤スラリーを、厚さ１５μｍのアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に塗布し、乾燥し、総厚が１３０μｍとなるように圧延して、正極活物質層を形成した。この正極板に対し、２８０℃の下、２０秒間、－３０℃の低湿度処理を施した熱風により熱処理を施した。
　得られた極板を、幅５７ｍｍ、長さ７００ｍｍに裁断し、図５に示したように、内周部に、長さ１２ｍｍの第１露出領域３２を設け、中央部に、長さ６ｍｍのリード溶接用の第２露出領域３３を設けた。そして、この集電体露出部に、アルミニウムからなる正極リード１６を溶接し、正極１２を得た。
　（３）非水電解質の調整
　エチレンカーボネート（ＥＣ）と、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）と、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）との体積比１：１：１の混合溶媒に、１モル／リットルの濃度でＬｉＰＦ6を溶解させ、さらに全体の３重量％相当のビニレンカーボネートを添加して、非水電解質を得た。
　（４）密閉型二次電池の作製
　図１に示した構成の円筒型リチウムイオン二次電池を作製した。
　正極１２及び負極１３を、セパレータ１４（厚み１６μｍのポリエチレン樹脂の単層）を介して巻回し、電極体１１を作製した。この電極体１１の下部に、絶縁板２１を配置した後、有底円筒状の外装体１５（直径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍ、内径１７．８５ｍｍ）に収容した。
　負極リード１７，１８の他端を外装体１５の底面に接続した後、図１１に例示した、直径２．５ｍｍ、厚み０．１２ｍｍ、長さ６０ｍｍ、切欠き１９ａ，１９ｂ，１９ｃの幅が０．６ｍｍ、切欠き１９ｂ，１９ｃの長さが４０ｍｍであるセンターピン１９を電極体１１の巻回中心に挿入した。電極体１１の上部に絶縁板２０を配置し、正極リード１６の他端をフィルタ２２に接続した。その後、非水電解質５．０ｇを外装体１５内に注液した。外装体１５の開口部を、ガスケット２６を介して、フィルタ２２、インナーキャップ２３、弁体２４、及び正極外部端子２５からなる封口板で封口した。このようにして、定格充電電圧４．２Ｖ、設計容量２９００ｍＡｈの電池を作製した。
　＜実施例２＞
　負極の作製において、厚み０．１５ｍｍでＣｕ含有量５０重量％のＮｉ／Ｃｕ／Ｎｉクラッド材からなる負極リード１７，１８を用いたこと以外、実施例１と同様にして、電池を作製した。
　＜実施例３＞
　負極の作製において、厚み０．１５ｍｍでＣｕ含有量３０重量％のＮｉ／Ｃｕ／Ｎｉクラッド材からなる負極リード１７，１８を用いたこと以外、実施例１と同様にして、電池を作製した。
　＜実施例４＞
　負極の作製において、厚み０．１５ｍｍでＣｕ含有量０重量％のＮｉからなる負極リード１７，１８を用いたこと以外、実施例１と同様にして、電池を作製した。
　＜実施例５＞
　負極の作製において、厚み０．１０ｍｍでＣｕ含有量９０重量％のＮｉ／Ｃｕ／Ｎｉクラッド材からなる負極リード１７，１８を用いたこと以外、実施例１と同様にして、電池を作製した。
　＜実施例６＞
　負極の作製において、厚み０．０８ｍｍでＣｕ含有量９０重量％のＮｉ／Ｃｕ／Ｎｉクラッド材からなる負極リード１７，１８を用いたこと以外、実施例１と同様にして、電池を作製した。
　＜実施例７＞
　正極の作製において、正極合剤スラリー中の正極活物質３ｋｇに対し、アセチレンブラックの量を３６ｇとしたこと以外、実施例１と同様にして、電池を作製した。
　＜実施例８＞
　正極の作製において、正極合剤スラリー中の正極活物質３ｋｇに対し、アセチレンブラックの量を４５ｇとしたこと以外、実施例１と同様にして、電池を作製した。
　＜実施例９＞
　正極の作製において、正極合剤スラリー中の正極活物質３ｋｇに対し、アセチレンブラックの量を６０ｇとしたこと以外、実施例１と同様にして、電池を作製した。
　＜実施例１０＞
　正極の作製において、正極板に対し、２８０℃・１０秒間の熱処理を施したこと以外、実施例１と同様にして、電池を作製した。
　＜実施例１１＞
　正極の作製において、正極板に対し、熱処理を施さなかったこと以外、実施例１と同様にして、電池を作製した。
　＜比較例１＞
　負極の作製において、第１露出領域４２に負極リード１８を設けなかったこと以外、実施例１と同様にして、電池を作製した。
　＜比較例２＞
　負極の作製において、第２露出領域４３に負極リード１７を設けなかったこと以外、実施例１と同様にして、電池を作製した。
　＜比較例３＞
　密閉型二次電池の作製において、直径２．５ｍｍ、厚み０．１２ｍｍ、長さ６０ｍｍの切欠きのない円筒状のセンターピンを用いたこと以外、実施例１と同様にして、電池を作製した。
　＜電池の評価方法＞
　実施例１～１１及び比較例１～３の各電池に対して、次に示す圧壊試験を行って、各電池の安全性を評価した。また、圧壊試験と同様の充電条件で電池を解体し、正極を取り出してＥＭＣで洗浄・乾燥した後、正極の極板抵抗及び引っ張り伸び率を測定した。
　＜圧壊試験＞
　実施例１～１１及び比較例１～３の各電池に対して、以下の条件で充電した。そして、２０℃環境下で、充電状態の電池の側面から、半径７５ｍｍの半円柱状圧壊子を１ｍｍ／秒の速度で電池電圧が０Ｖを示すまで押圧し、圧壊した。同じ試験を各１５セルずつ行い、電池側面温度が１５０℃以上に達するものをカウントした。
　（充電条件）
　定電流充電：電流値０．５Ｃ，充電終止電圧４．２５Ｖ
　定電圧充電：電圧値４．２５Ｖ，充電終止電流１００ｍＡ
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001

＊１：１５０℃以上に達した電池の個数
　表１に示すように、実施例では、側面温度が１５０℃以上となる電池が多くても３個であったのに対して、比較例では、１５個全ての電池の側面温度が１５０℃以上に達した。
　１０　巻回型電池、１１　電極体、１２　正極、１３　負極、１４　セパレータ、１５　外装体、１６　正極リード、１７，１８　負極リード、１９　センターピン、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ　切欠き、２０，２１　絶縁板、２２　フィルタ、２３　インナーキャップ、２４　弁体、２５　正極外部端子、２６　ガスケット、２７　解放部、３０　正極集電体、３１　正極活物質層、３２，４２　内端露出領域（第１露出領域）、３３，４３　第２露出領域、４０　負極集電体、４１　負極活物質層

Claims (9)

  1. 　正極集電体上に正極活物質層が形成された正極と負極集電体上に負極活物質層が形成された負極とがセパレータを介して巻回された電極体と、
    　前記正極集電体に取り付けられた正極リードと、
    　前記負極集電体に取り付けられた負極リードと、
    　を備えた巻回型電池において、
    　前記電極体の巻回中心に設けられ、前記電極体が押し潰されたときに前記電極体に突き刺さる短絡部材をさらに備え、
    　前記正極及び前記負極は、前記電極体の少なくとも最内周部に、前記各活物質層が形成されず前記各集電体表面が露出した内端露出領域をそれぞれ有し、
    　前記正極リード及び前記負極リードの少なくとも一方は、複数設けられ、当該複数のうち１つが前記内端露出領域に取り付けられた巻回型電池。
  2. 　請求項１に記載の巻回型電池において、
    　前記電極体を収容する金属製の外装体を備え、
    　前記負極リードが、複数設けられて前記外装体にそれぞれ接続され、当該複数のうち１つが前記内端露出領域に取り付けられた巻回型電池。
  3. 　請求項２に記載の巻回型電池において、
    　前記負極は、その長手方向中央部よりも外周側に、前記負極活物質層が形成されず前記負極集電体表面が露出した外側露出領域を有し、
    　前記各負極リードが、前記内端露出領域と前記外側露出領域とにそれぞれ取り付けられた巻回型電池。
  4. 　請求項２又は３に記載の巻回型電池において、
    　前記短絡部材には、切欠き及び突起の少なくとも一方が形成されている巻回型電池。
  5. 　請求項４に記載の巻回型電池において、
    　前記内端露出領域に取り付けられた負極リードは、前記短絡部材の前記切欠き又は前記突起が形成されていない部分に対向して設けられる巻回型電池。
  6. 　請求項２～５のいずれか１項に記載の巻回型電池において、
    　前記負極リードは、Ｃｕを３０重量％以上含有する巻回型電池。
  7. 　請求項２～６のいずれか１項に記載の巻回型電池において、
    　前記内端露出領域に取り付けられた負極リードの厚みは、０．１ｍｍ以上である巻回型電池。
  8. 　請求項１～７のいずれか１項に記載の巻回型電池において、
    　前記正極の極板抵抗が、０．５Ωｃｍ2以上である巻回型電池。
  9. 　請求項１～８のいずれか１項に記載の巻回型電池において、
    　前記正極の引っ張り伸び率が、３．０％以上である巻回型電池。
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