WO2022249989A1 - 非水電解質二次電池 - Google Patents
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Abstract
電極の厚みバラツキに対応して複数のタブを所定の位置に接続できるように複数の露出部の位置を制御した非水電解質二次電池を提供する。本開示の一態様である非水電解質二次電池は、正極及び負極がセパレータを介して巻回された電極体と、電解液と、電極体及び電解液を収容する円筒形外装缶とを備え、正極は、集電体と、集電体の表面の少なくとも一部に積層された合剤層と、を有し、正極の表面には集電体の露出した露出部が複数形成され、露出部の各々にはタブが接続され、電極体の巻回中心に対する露出部の巻き始め側端部から巻き終わり側端部にかけての回転角度を露出部角度とした場合に、巻き始め側に位置する露出部の露出部角度は、巻き終わり側に位置する露出部の露出部角度よりも大きい。
Description
本開示は、非水電解質二次電池に関する。
非水電解質二次電池の電極である正極及び負極は、各々、集電体と、集電体の表面に形成された合剤層とを有している。合剤層には、Ｌｉイオンを可逆的に吸蔵放出できる活物質が含まれている。また、電極の表面には集電体の露出した露出部が形成され、露出部には電極体と電池の端子を接続するためのタブが接続される。
特許文献１～３には、タブ接続部での発熱を抑制する目的から、電極体の巻回方向に沿ってタブ接続用の露出部を複数設ける技術が開示されている。また、特許文献３には、正極において、各露出部の巻回方向の長さＬと、電極体のうち最も巻き終わり側に存在する露出部を含む部分の半径Ｒが、Ｌ≧２πＲの関係を満たすことが記載されている。
ところで、電極体から導出されている複数のタブを電池の端子に接続するには、複数のタブが所定の位置に配置されていることが好ましい。複数のタブは各露出部に接続されるため、電極の表面のうち複数のタブが配置される位置に露出部が形成される必要がある。ところが、露出部の位置は、電極の厚みの影響を受けてバラツキを生じるので、電極に各露出部を配置する際には、ロット間での電極の厚みのバラツキを考慮する必要がある。特許文献１～３に開示された技術は、露出部の位置のバラツキについて検討しておらず、未だ改良の余地ある。なお、特許文献３に記載されるように各露出部の長さを大きくすると、合剤層の質量が小さくなり電池容量が大きく低下する。
本開示の目的は、電極の厚みバラツキに対応して複数のタブを所定の位置に接続できるように、複数の露出部の寸法を制御した非水電解質二次電池を提供することである。
本開示の一態様である非水電解質二次電池は、互いに極性の異なる第１電極及び第２電極がセパレータを介して巻回された電極体と、電解液と、電極体及び電解液を収容する円筒形外装缶とを備え、第１電極は、集電体と、集電体の表面の少なくとも一部に積層された合剤層と、を有し、第１電極の表面には集電体の露出した露出部が複数形成され、露出部の各々にはタブが接続され、電極体の巻回中心に対する露出部の巻き始め側端部から巻き終わり側端部にかけての回転角度を露出部角度とした場合に、巻き始め側に位置する露出部の露出部角度は、巻き終わり側に位置する露出部の露出部角度よりも大きいことを特徴とする。
本開示の一態様である非水電解質二次電池によれば、複数のタブを所定の位置に接続することができる。
以下では、図面を参照しながら、本開示に係る円筒形の二次電池の実施形態の一例について詳細に説明する。以下の説明において、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、円筒形の二次電池の仕様に合わせて適宜変更することができる。また、以下の説明において、複数の実施形態、変形例が含まれる場合、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、実施形態の一例である非水電解質二次電池１０の軸方向断面図である。図１に示す二次電池１０は、電極体１４及び電解液（図示せず）が外装缶１５に収容されている。電極体１４は、帯状の電極（正極１１及び負極１２）がセパレータ１３を介して巻回された巻回型の構造を有する。電解液の非水溶媒（有機溶媒）としては、カーボネート類、ラクトン類、エーテル類、ケトン類、エステル類等を用いることができ、これらの溶媒は２種以上を混合して用いることができる。２種以上の溶媒を混合して用いる場合、環状カーボネートと鎖状カーボネートを含む混合溶媒を用いることが好ましい。例えば、環状カーボネートとしてエチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）等を用いることができ、鎖状カーボネートとしてジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、及びジエチルカーボネート（ＤＥＣ）等を用いることができる。電解液の電解質塩としては、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３等及びこれらの混合物を用いることができる。非水溶媒に対する電解質塩の溶解量は、例えば０．５ｍｏｌ／Ｌ～２．０ｍｏｌ／Ｌである。なお、以下では、説明の便宜上、封口体１６側を「上」、外装缶１５の底部側を「下」として説明する。
封口体１６が、外装缶１５の上端の開口を封口することで、二次電池１０の内部は、密閉される。電極体１４の上下には、絶縁板１７，１８がそれぞれ設けられる。正極タブ１９は、絶縁板１７の貫通孔を通って上下に延びており、封口体１６の底板であるフィルタ２２と、電極体１４に含まれる正極１１とを接続している。これにより、正極１１と封口体１６が接続され、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。正極タブ１９の材質は、例えば、アルミニウムである。他方、負極タブ２０は、絶縁板１８の外側を通って、外装缶１５の底部側に延び、外装缶１５の底部内面に溶接される。これにより、負極１２と外装缶１５が接続され、二次電池１０では、外装缶１５が負極端子となる。負極タブ２０の材質は、例えば、ニッケルである。
電極体１４において、４本の正極タブ１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄが導出され、互いに電気的に接続されている。本実施形態においては、正極タブ１９ａのみがフィルタ２２に接続しているが、正極タブ１９の接続状態はこの例に限定されない。また、電極体１４から導出された正極タブ１９は、本実施形態のように封口体１６に直接接続してもよいし、既知の集電部材を介して封口体１６に接続してもよい。
電極体１４から導出される正極タブ１９の本数は、複数、即ち２本以上であれば何本であってもよい。電極体１４から複数のタブが導出されることで、正極１１と封口体１６との間の接続抵抗を低減することができるので、二次電池１０の出力特性を向上させることができる。正極タブ１９の本数は、２本～１０本が好ましく、３本～６本がより好ましい。
正極タブ１９及び負極タブ２０の態様は、本実施形態の例に限定されず、例えば、電極体１４から複数の正極タブ１９と複数の負極タブ２０が導出されていてもよく、電極体１４から１本の正極タブ１９と複数の負極タブ２０が導出されていてもよい。本実施形態では、第１電極が正極１１であり、第２電極が負極１２である場合について説明するが、第１電極が負極１２であってもよい。すなわち、正極１１及び負極１２の少なくとも一方が第１電極に対応していればよい。
外装缶１５は、例えば、金属製の有底円筒形状の外装缶である。外装缶１５と封口体１６の間にはガスケット２７が設けられ、二次電池１０の内部の密閉性が確保されている。外装缶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を支持する溝入部２１を有する。溝入部２１は、外装缶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と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。
次に、図２を参照しながら、電極体１４について説明する。図２は、電極体１４の斜視図である。電極体１４は、上述の通り、正極１１と負極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１１、負極１２、及びセパレータ１３は、いずれも帯状に形成され、巻回軸に沿って配置される巻芯の周囲に渦巻状に巻回されることで電極体１４の径方向に交互に積層された状態となる。径方向において、巻回軸側を内周側、その反対側を外周側という。電極体１４において、正極１１及び負極１２の長手方向が巻回方向となり、正極１１及び負極１２の幅方向が軸方向となる。正極タブ１９は、電極体１４の上面の４か所から軸方向に導出している。
電極体１４に含まれる負極１２は、一般に、負極１２でのリチウムの析出を防止するため、正極１１よりも大きく形成される。具体的には、負極１２の幅方向の長さは、正極１１の幅方向の長さよりも大きい。また、負極１２の長手方向の長さは、正極１１の長手方向の長さより大きい。これにより、電極体１４として巻回された際に、少なくとも正極１１の正極合剤層３０が形成された部分が、セパレータ１３を介して負極１２の負極合剤層が形成された部分に対向配置される。
負極１２は、帯状の負極集電体と、負極集電体の表面の少なくとも一部に積層された負極合剤層とを有する。負極合剤層は、負極集電体の内周側及び外周側の少なくとも一方に形成され、負極集電体の両面の後述する負極露出部を除く全域に形成されることが好適である。負極集電体には、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。負極集電体の厚みは、例えば、５μｍ～３０μｍである。
負極合剤層は、負極活物質、結着剤を含むことが好ましい。負極合剤層は、例えば、負極活物質、結着剤、及び水等の溶剤を含む負極合剤スラリーを負極集電体の両面に塗布、乾燥した後、圧延することで作製できる。
負極合剤層に含ま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、人造黒鉛等の炭素系材料、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、酸化物などを用いることができる。
負極活物質は、炭素系材料とシリコン系材料とを含んでもよい。シリコン系材料としては、Ｓｉ、Ｓｉを含む合金、ＳｉＯｘ（ｘは０．８～１．６）等のケイ素酸化物などが挙げられる。シリコン系材料は、炭素系材料よりも電池容量を向上させることが可能な負極活物質である。負極活物質におけるシリコン系材料の含有率は、電池容量の向上、充放電サイクル特性の低下抑制等の観点から、負極活物質の質量に対して３質量％以上であることが好ましい。シリコン系材料の含有率の上限値は、例えば、２０質量％である。
負極合剤層に含まれる結着剤の例としては、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ニトリル－ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）又はその塩、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）又はその塩（ＰＡＡ－Ｎａ、ＰＡＡ－Ｋ等、また部分中和型の塩であってもよい）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等が挙げられる。また、結着剤は、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）、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などを含んでもよい。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。
負極１２の巻き終わり側端部には、負極集電体の露出した負極露出部が形成されている。負極露出部は、負極集電体の表面が負極合剤層に覆われていない部分であり、負極１２の厚み方向に重なるように負極１２の両面に設けられることが好適である。負極露出部は、例えば負極集電体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。負極露出部には、負極タブ２０が、超音波溶接等によって接続される。
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。
次に、図３及び図４を参照しつつ、本実施形態に係る正極１１について詳説する。図３は、電極体１４を構成する正極１１の正面図である。図３では、正極１１を展開状態で示している。
正極１１は、帯状の正極集電体３２と、正極集電体３２の表面の少なくとも一部に積層された正極合剤層３０とを有する。正極合剤層３０は、正極集電体３２の内周側及び外周側の少なくとも一方に形成され、正極集電体３２の両面の後述する正極露出部３４を除く全域に形成されることが好適である。正極集電体３２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。正極集電体３２の厚みは、例えば、１０μｍ～３０μｍである。正極１１の厚みのバラツキは、例えば、設計値に対して、－５％～＋５％である。
正極合剤層３０は、正極活物質、導電剤、及び結着剤を含むことが好ましい。正極合剤層３０は、例えば、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３２の両面に塗布、乾燥した後、圧延することで作製できる。
正極合剤層３０に含ま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遷移金属酸化物が例示できる。リチウム遷移金属酸化物は、例えばＬｉｘＣｏＯ２、ＬｉｘＮｉＯ２、ＬｉｘＭｎＯ２、ＬｉｘＣｏｙＮｉ１－ｙＯ２、ＬｉｘＣｏｙＭ１－ｙＯｚ、ＬｉｘＮｉ１－ｙＭｙＯｚ、ＬｉｘＭｎ２Ｏ４、ＬｉｘＭｎ２－ｙＭｙＯ４、ＬｉＭＰＯ４、Ｌｉ２ＭＰＯ４Ｆ（Ｍは、Ｎａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂのうち少なくとも１種、０＜ｘ≦１．２、０＜ｙ≦０．９、２．０≦ｚ≦２．３）である。これらは、１種単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。非水電解質二次電池の高容量化を図ることができる点で、正極活物質は、ＬｉｘＮｉＯ２、ＬｉｘＣｏｙＮｉ１－ｙＯ２、ＬｉｘＮｉ１－ｙＭｙＯｚ（ＭはＮａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂのうち少なくとも１種、０＜ｘ≦１．２、０＜ｙ≦０．９、２．０≦ｚ≦２．３）等のリチウムニッケル複合酸化物を含むことが好ましい。
正極合剤層３０に含まれる導電剤としては、例えば、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、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン、黒鉛等のカーボン系粒子などが挙げられる。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。
正極合剤層３０に含まれる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）、ポリイミド系樹脂、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。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。水系溶媒で正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）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、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てもよい。
正極１１の表面には、電極体１４の巻回方向に沿って、正極集電体３２の露出した複数の正極露出部３４が形成されている。正極露出部３４は、正極集電体３２の表面が正極合剤層３０に覆われていない部分であり、正極露出部３４の各々には、正極タブ１９が接続される。正極露出部３４は、例えば正極集電体３２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。
図３に示すように、正極露出部３４が幅方向の全長にわたって設けられ、正極タブ１９が正極露出部３４と幅方向に長く接続されていることが好ましい。これにより、正極タブ１９と正極集電体３２との接触面積が大きくなり、集電性が向上する。幅方向において、正極１１の全長に対する正極タブ１９が正極露出部３４に接触している長さの割合は、例えば、０．５～０．９である。
正極露出部３４は、正極タブ１９よりも長手方向に広く形成される。長手方向のタブの幅は、例えば、１ｍｍ～７ｍｍであり、長手方向の正極露出部３４の幅は、例えば、５ｍｍ～４０ｍｍである。正極露出部３４は、正極１１の厚み方向に重なるように正極１１の両面に設けられることが好適である。正極タブ１９は、例えば、超音波溶接によって正極露出部３４に接合される。
図３に示す例では、巻き始め側から順に、正極露出部３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄの４つの正極露出部３４が設けられている。長手方向の正極露出部３４の幅は、正極露出部３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄの順に小さくなっている。なお、正極露出部３４の各々の大きさは、図３に示す例に限定されず、例えば、巻き終わり側に位置する正極露出部３４の長手方向の正極露出部３４の幅が、巻き始め側に位置する正極露出部３４の長手方向の正極露出部３４の幅よりも大きくてもよい。
正極露出部３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄの長手方向略中央には、正極タブ１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄの各々が接続されている。正極タブ１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄの各々は、正極１１の一端から幅方向に導出されている。
正極１１の表面には、正極タブ１９の一部及び正極露出部３４を覆うように保護部材３６設けられている。保護部材３６は、セパレータ１３が破れた場合に、正極タブ１９及び正極露出部３４が、対向する負極合剤層と内部短絡しないようにするための絶縁性の部材である。保護部材３６は、正極１１の正極露出部３４を長手方向に跨ぐように正極合剤層３０の表面に接着されることが好ましい。また、保護部材３６は、正極１１の幅方向で、正極１１よりも長いことが好ましい。
保護部材３６は、例えば、基材部と、当該基材部の一方の表面に形成される粘着部とを有する粘着テープである。基材部と粘着部の間には、例えば、金属酸化物などの無機粒子を含む耐熱層を設けることができる。基材部は、絶縁性の樹脂であればよく、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等を用いることができる。基材部の厚みは、例えば、５μｍ以上５０μｍ以下である。
粘着部は、保護部材３６を正極１１の表面に接着するための部位である。粘着部の厚みは、例えば１μｍ以上３０μｍ以下である。粘着部は、ゴム系ポリマー、アクリル系ポリマーのうち少なくとも１つを含むことができる。ゴム系ポリマー、アクリル系ポリマーは粘着性を有するので、保護部材３６を正極１１の表面に接着することができる。粘着部は、例えばシリコーン系ポリマーをさらに添加してもよい。
図４は、実施形態の一例において、電極体１４を軸方向から見た平面図である。電極体１４の巻回中心Ｃに対する正極露出部３４の巻き始め側端部から巻き終わり側端部にかけての回転角度を露出部角度θとした場合に、各正極露出部３４の露出部角度θは、正極露出部３４ａの露出部角度θ＞正極露出部３４ｂの露出部角度θ＞正極露出部３４ｃの露出部角度θ＞正極露出部３４ｄの露出部角度θ、の関係を満たす。これにより、最も巻き終わり側の正極露出部３４ｄに対して他の正極露出部３４ａ，３４ｂ，３４ｃの位置にバラツキが生じても、図４に示す領域Ｐの範囲に各正極露出部３４ａ，３４ｂ，３４ｃの少なくとも一部が含まれるようにすることができる。各正極露出部３４の露出部角度θは、想定される正極１１の厚みのバラツキ範囲に応じて適宜決定することができる。
領域Ｐの範囲に、各正極露出部３４の少なくとも一部が含まれるため、いずれの正極タブ１９も領域Ｐの範囲に配置することができる。正極露出部３４ｄに対する正極露出部３４ａ，３４ｂ，３４ｃの位置のバラツキの程度は、正極１１の厚みの測定結果に基づいて評価することができる。その評価結果に基づいて正極タブ１９が領域Ｐの範囲に配置されるように正極タブ１９を接続する位置を決定することができる。なお、露出部角度θは、正極露出部３４の巻き始め側端部から巻き終わり側端部にかけての回転角度なので、３６０°を超えてもよい。
上記のように正極露出部３４の寸法を制御することで、引用文献３に記載されるように全ての正極露出部３４の長手方向の幅を大きくする場合に比べて露出部の面積を大きくすることなく、正極１１の厚みバラツキに対応して複数の正極タブ１９を所定の位置に接続することができる。巻き始め側では、正極１１が形成する円弧が小さく正極露出部３４の長手方向の幅が短くても十分な大きさの露出部角度θを形成する。そのため、上記のように正極露出部３４の寸法を制御することで、巻き始め側の露出部を基準として巻き終わり側の露出部の幅を大きくする場合に比べて露出部の面積を大きくすることなく、正極１１の厚みバラツキに対応して複数の正極タブ１９を所定の位置に接続することができる。
図４において、正極タブ１９は巻回中心Ｃから径方向に略一列に並んでいるが、正極タブ１９のレイアウトは、この例に限定されない。正極タブ１９は、例えば、巻回中心Ｃを挟んで径方向に略一列に並んでもよく、巻回中心Ｃを中心に略均等な角度で配置されていてもよい。その場合、正極タブ１９の配置方向に応じて正極露出部３４の配置を適宜変更すればよい。
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。
[正極の作製]
１００質量部のＬｉＮｉ０．８８Ｃｏ０．０９Ａｌ０．０３Ｏ２と、１．０質量部のアセチレンブラック（ＡＢ）と、０．９質量部のポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを混合し、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帯状の正極集電体の両面に、４つの正極露出部が形成されるように塗布した。この塗布膜を乾燥した後、圧延し、所定の極板サイズに切断して、全長７０６ｍｍの正極集電体の両面に正極合剤層が形成された正極を作製し、アルミニウム製の正極タブを各正極露出部に溶接した。正極の厚みバラツキが生じても、最も巻き終わり側の正極露出部を基準として所定の範囲に各正極露出部の少なくとも一部が含まれるように、正極露出部の長手方向の幅を巻き始め側から順に、２２ｍｍ、１８ｍｍ、１２ｍｍ、８ｍｍとした。最も巻き始め側の幅２２ｍｍの正極露出部には、封口体に溶接するために最も長い正極タブを溶接した。
１００質量部のＬｉＮｉ０．８８Ｃｏ０．０９Ａｌ０．０３Ｏ２と、１．０質量部のアセチレンブラック（ＡＢ）と、０．９質量部のポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを混合し、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帯状の正極集電体の両面に、４つの正極露出部が形成されるように塗布した。この塗布膜を乾燥した後、圧延し、所定の極板サイズに切断して、全長７０６ｍｍの正極集電体の両面に正極合剤層が形成された正極を作製し、アルミニウム製の正極タブを各正極露出部に溶接した。正極の厚みバラツキが生じても、最も巻き終わり側の正極露出部を基準として所定の範囲に各正極露出部の少なくとも一部が含まれるように、正極露出部の長手方向の幅を巻き始め側から順に、２２ｍｍ、１８ｍｍ、１２ｍｍ、８ｍｍとした。最も巻き始め側の幅２２ｍｍの正極露出部には、封口体に溶接するために最も長い正極タブを溶接した。
［負極の作製］
９５質量部の黒鉛と、５質量部のＳｉＯと、１質量部のカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）と、１質量部のスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）とを混合し、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、銅箔からなる帯状の負極集電体の両面に、巻き終わり側端部に負極露出部が形成されるように塗布した。この塗布膜を乾燥した後、圧延し、所定の極板サイズに切断して、全長９５９ｍｍの正極集電体の両面に負極合剤層が形成された負極を作製し、ニッケル製の負極タブを負極露出部に溶接した。
９５質量部の黒鉛と、５質量部のＳｉＯと、１質量部のカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）と、１質量部のスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）とを混合し、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、銅箔からなる帯状の負極集電体の両面に、巻き終わり側端部に負極露出部が形成されるように塗布した。この塗布膜を乾燥した後、圧延し、所定の極板サイズに切断して、全長９５９ｍｍの正極集電体の両面に負極合剤層が形成された負極を作製し、ニッケル製の負極タブを負極露出部に溶接した。
[電極体の作製]
ポリオレフィン系樹脂製のセパレータを介して上記の正極及び負極を巻回して電極体を作製した。電極体は、図４に示す例と同様に、正極露出部３４ａの露出部角度θ＞正極露出部３４ｂの露出部角度θ＞正極露出部３４ｃの露出部角度θ＞正極露出部３４ｄの露出部角度θの関係を満たしていた。
ポリオレフィン系樹脂製のセパレータを介して上記の正極及び負極を巻回して電極体を作製した。電極体は、図４に示す例と同様に、正極露出部３４ａの露出部角度θ＞正極露出部３４ｂの露出部角度θ＞正極露出部３４ｃの露出部角度θ＞正極露出部３４ｄの露出部角度θの関係を満たしていた。
［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）とからなる混合溶媒（体積比でＥＣ：ＤＭＣ＝１：３）の１００質量部に、ビニレンカーボネート（ＶＣ）を５質量部添加した。当該混合溶媒に１．５モル／Ｌの濃度になるようにＬｉＰＦ６を溶解させて、非水電解質を調製した。
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）とからなる混合溶媒（体積比でＥＣ：ＤＭＣ＝１：３）の１００質量部に、ビニレンカーボネート（ＶＣ）を５質量部添加した。当該混合溶媒に１．５モル／Ｌの濃度になるようにＬｉＰＦ６を溶解させて、非水電解質を調製した。
［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、電極体を円筒形の外装缶に収容した。次いで、負極タブを外装缶の底部に溶接するとともに、正極タブ同士を溶接した後に最も長い正極タブを封口体に溶接した。その後、外装缶の内部に電解質を減圧方式により注入した後、外装缶の開口端部を、ガスケットを介して封口体にかしめるように封口して、二次電池を作製した。作製した二次電池の設計容量は、４８５０ｍＡｈである。
上記電極体の上下に絶縁板をそれぞれ配置し、電極体を円筒形の外装缶に収容した。次いで、負極タブを外装缶の底部に溶接するとともに、正極タブ同士を溶接した後に最も長い正極タブを封口体に溶接した。その後、外装缶の内部に電解質を減圧方式により注入した後、外装缶の開口端部を、ガスケットを介して封口体にかしめるように封口して、二次電池を作製した。作製した二次電池の設計容量は、４８５０ｍＡｈである。
＜比較例＞
正極の作製において、正極の厚みバラツキが生じても、最も巻き始め側の正極露出部を基準として所定の範囲に各正極露出部の少なくとも一部が含まれるように、正極露出部の長手方向の幅を巻き始め側から順に８ｍｍ、１２ｍｍ、２６ｍｍ、５３ｍｍとしたこと以外は、実施例と同様にして二次電池を作製した。
正極の作製において、正極の厚みバラツキが生じても、最も巻き始め側の正極露出部を基準として所定の範囲に各正極露出部の少なくとも一部が含まれるように、正極露出部の長手方向の幅を巻き始め側から順に８ｍｍ、１２ｍｍ、２６ｍｍ、５３ｍｍとしたこと以外は、実施例と同様にして二次電池を作製した。
［電池容量の評価］
実施例及び比較例の非水電解質二次電池を、環境温度２５℃の下、１４５５ｍＡ（０．３Ｃ）の定電流で、４．２Ｖまで充電した後、４．２Ｖの定電圧で、電流値が９７ｍＡ（０．０２Ｃ）になるまで充電した。２０分間放置した後、２４２５ｍＡ（０．５Ｃ）の定電流で、２．５Ｖまで放電し、この時の放電容量を電池容量とした。
実施例及び比較例の非水電解質二次電池を、環境温度２５℃の下、１４５５ｍＡ（０．３Ｃ）の定電流で、４．２Ｖまで充電した後、４．２Ｖの定電圧で、電流値が９７ｍＡ（０．０２Ｃ）になるまで充電した。２０分間放置した後、２４２５ｍＡ（０．５Ｃ）の定電流で、２．５Ｖまで放電し、この時の放電容量を電池容量とした。
表１に、実施例及び比較例の非水電解質二次電池の電池容量の評価結果をまとめた。
比較例の電池では、正極の厚みバラツキに起因して正極露出部の位置にバラツキが生じても、最も巻き始め側の正極露出部を基準として、所定の範囲に各正極露出部の少なくとも一部が含まれるように、それぞれの正極露出部の露出部角度が調整されている。しかし、比較例の電池は実施例の電池に比べて、正極露出部の長さが大きくなっており、正極合剤層の質量が減少している。表１には、比較例の電池の電池容量が、実施例の電池の電池容量に比べて大きく低下していることが示されている。このように、実施例の電池のように、巻き終わり側に位置する正極露出部３４の露出部角度θに比べて巻き始め側に位置する正極露出部３４の露出部角度θを大きくすることで、電池容量の低下を抑制しつつ正極の厚みバラツキに対応して複数の正極タブを所定の位置に接続することができる。
１０ 二次電池、１１ 正極、１２ 負極、１３ セパレータ、１４ 電極体、１５ 外装缶、１６ 封口体、１７，１８ 絶縁板、１９，１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ 正極タブ、２０ 負極タブ、２１ 溝入部、２２ フィルタ、２３ 下弁体、２４ 絶縁部材、２５ 上弁体、２６ キャップ、２６ａ 開口部、２７ ガスケット、３０ 正極合剤層、３２ 正極集電体、３４，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ 正極露出部、Ｃ 巻回中心、θ 露出部角度
Claims (2)
- 互いに極性の異なる第１電極及び第２電極がセパレータを介して巻回された電極体と、電解液と、前記電極体及び前記電解液を収容する円筒形の外装缶とを備える非水電解質二次電池であって、
前記第１電極は、集電体と、前記集電体の表面の少なくとも一部に積層された合剤層と、を有し、
前記第１電極の表面には、前記電極体の巻回方向に沿って、前記集電体の露出した露出部が複数形成され、前記露出部の各々にはタブが接続され、
前記電極体の巻回中心に対する前記露出部の巻き始め側端部から巻き終わり側端部にかけての回転角度を露出部角度とした場合に、巻き始め側に位置する前記露出部の露出部角度は、巻き終わり側に位置する前記露出部の露出部角度よりも大きい、非水電解質二次電池。 - 前記第１電極は、正極である、請求項１に記載の非水電解質二次電池。
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