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WO2005093892A1 - 二次電池 - Google Patents

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WO2005093892A1
WO2005093892A1 PCT/JP2005/005240 JP2005005240W WO2005093892A1 WO 2005093892 A1 WO2005093892 A1 WO 2005093892A1 JP 2005005240 W JP2005005240 W JP 2005005240W WO 2005093892 A1 WO2005093892 A1 WO 2005093892A1
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electrode plate
negative electrode
current collector
separator
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Hiroki Muraoka
Takeshi Fukumasa
Hiroaki Furuta
Hiroshi Matsuno
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Publication date
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Definitions

  • the present invention improves reliability by preventing a positive electrode plate from being broken or damaged when winding a positive electrode plate and a negative electrode plate via a separator to produce an electrode plate group.
  • a secondary battery generally includes a positive electrode plate in which a positive electrode mixture layer is provided on a band-shaped current collector and a negative electrode plate in which a negative electrode mixture layer is provided on a band-shaped current collector. And a group of electrode plates wound in a spiral shape with the separator interposed therebetween. On the innermost peripheral side of the electrode plate group, a portion of the positive electrode plate where the positive electrode mixture layer is not provided, that is, an exposed portion of the positive electrode current collector is wound. In a structure called a top positive electrode lead structure, a positive electrode lead is connected to an exposed portion of the current collector. That is, the positive electrode lead is connected to the winding start portion of the electrode plate group.
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 3237015
  • Patent Document 2 Japanese Patent No. 3373934
  • a positive electrode lead having a predetermined thickness is arranged at the innermost periphery of the electrode group, that is, at a portion where the radius of curvature is smallest. .
  • the positive and negative electrodes overlapping the end of the positive electrode lead parallel to the width direction of the positive electrode current collector The part of the plate and the separator bends more than the other parts.
  • the amount of the positive electrode mixture carried on the positive electrode plate is increased, and the positive electrode mixture is mixed by a press roll. It has been practiced to increase the battery capacity by rolling the agent layer to a predetermined thickness to increase the positive electrode active material density. For example, when a lithium-containing composite oxide is used as the positive electrode active material and a carbon material is used as the negative electrode active material, since the positive electrode active material is harder than the negative electrode active material, the positive electrode active material bites into the current collector during rolling. In some cases, the thickness of the current collector may be locally reduced.
  • an object of the present invention is to provide a secondary battery in which the reliability is improved by reducing the breakage of the electrode plates and the internal short circuit between the electrode plates.
  • the present invention provides a strip-shaped positive electrode plate including a positive electrode current collector and a positive electrode mixture layer supported on the positive electrode current collector, a negative electrode current collector, and a negative electrode mixture layer supported on the negative electrode current collector. And a band-shaped separator disposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate. The positive electrode plate and the negative electrode plate are wound through the separator to form an electrode plate group. A secondary battery.
  • the positive plate is
  • a first circumference adjacent to the negative electrode via a separator and a second circumference adjacent to the first circumference via a separator are formed by portions that support the negative electrode mixture layer of the negative electrode plate. ing.
  • the third circumference adjacent to the outside of the second circumference via a separator is formed of a portion supporting the positive electrode mixture layer of the positive electrode plate.
  • the second circumference is constituted by a portion of the negative electrode plate that supports the negative electrode mixture.
  • FIG. 1 is a partial longitudinal sectional view schematically showing a secondary battery according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a part of a winding start side of an electrode plate group used in a secondary battery according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a transverse sectional view schematically showing a winding end side of an electrode group.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the arrangement of a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator at the beginning of winding when forming an electrode plate group.
  • FIG. 1 shows a secondary battery according to one embodiment of the present invention.
  • the secondary battery in FIG. 1 includes an electrode group 4, a battery can 5, and an electrolyte (not shown).
  • the electrode group 4 includes a band-shaped positive electrode plate 1, a band-shaped negative electrode plate 2, and a band-shaped separator 3 disposed between the positive electrode plate 1 and the negative electrode plate 2.
  • the electrode plate group 4 is configured by spirally winding the positive electrode plate 1 and the negative electrode plate 2 via the separator 3.
  • the electrode group 4 is housed in a battery can 5, and an upper insulating ring 10 and a lower insulating ring 11 are arranged on the upper and lower parts of the electrode group 4, respectively.
  • the battery can 5 is hermetically sealed by pressing the open end of the battery can 5 to the outer periphery of the battery lid 6 via the insulating packing 7. Note that the battery can 5 functions as a negative electrode terminal, and the battery lid 6 functions as a positive electrode terminal.
  • Positive electrode plate 1 is connected to battery cover 6 by positive electrode lead 8.
  • the negative electrode plate 2 is connected to the battery can 5 by a negative electrode lead 9.
  • FIG. 2 schematically illustrates a part of the electrode group 4 on the winding start side used in the secondary battery according to one embodiment of the present invention.
  • the positive electrode plate 1 includes a positive electrode current collector la and a positive electrode mixture layer lb carried on both surfaces thereof.
  • the negative electrode plate 2 is composed of the negative electrode current collector 2a and the negative electrode mixture layer 2b carried on both surfaces thereof.
  • Positive electrode plate 1 has a first end on the winding start side and a second end on the winding end side. In the vicinity of the first end of the positive electrode plate 1, there is an exposed portion 21 of the positive electrode current collector on which the positive electrode mixture layer is not formed.
  • the positive electrode lead 8 is connected to a predetermined position of the exposed portion 21. Therefore, the connecting portion 22 of the positive electrode lead 8 is located near the innermost peripheral portion of the electrode plate group 4.
  • a first circumference 23 adjacent to the outside of the connection portion 22 of the positive electrode lead 8 via the separator 3 and a second circumference 24 adjacent to the outside of the first circumference via the separator 3 include: It is composed of a portion of the negative electrode plate that supports the negative electrode mixture layer. An exposed portion of the positive electrode current collector also exists between the first circumference and the second circumference so as to be sandwiched between two separators.
  • a third circumference 25 adjacent to the outside of the second circumference 24 via the separator 3 is formed of a portion supporting the positive electrode mixture layer of the positive electrode plate.
  • the connecting portion 22 to which the positive electrode lead of the positive electrode current collector is connected is hardly bent.
  • the positive electrode lead 8 has a predetermined thickness, two ends of the positive electrode lead 8 parallel to the width direction of the positive electrode plate, that is, the end 8a on the winding start side and the end 8b on the winding end side, A step will occur.
  • the portion of the positive / negative electrode plate and the separator overlapping the end 8a on the winding start side and the end 8b on the winding end side of the positive electrode lead is more bent than the other portions.
  • the positive electrode plate overlaps the end 8a or 8b of the positive electrode lead 8, the positive electrode plate may be broken or damaged.
  • the first circumference and the second circumference sequentially adjacent to the outside of the connection portion of the positive electrode lead 8 serve as a cushion.
  • the positive electrode lead 8 is provided near the innermost periphery of the electrode plate group, it is possible to reduce the bending of the portion of the positive electrode plate supporting the positive electrode mixture layer, which overlaps the connection portion 22 of the positive electrode lead. It becomes possible.
  • the partial thickness of the positive electrode current collector of the positive electrode plate 1 is locally reduced, even if it overlaps the connection portion 22 of the positive electrode lead, the portion is prevented from being broken or damaged. It becomes possible.
  • the positive electrode lead may be provided on the inner peripheral side or on the outer peripheral side of the exposed portion of the positive electrode current collector.
  • the effect of the step due to the end 8a or 8b of the positive electrode lead In order to reduce the size, the positive electrode lead 8 is preferably provided on the inner peripheral side of the exposed portion of the positive electrode current collector.
  • the third and subsequent circumferences may be constituted by portions supporting the negative electrode mixture layer of the negative electrode plate.
  • the force of the positive electrode plate supporting the positive electrode mixture layer is because the degree of bending caused by overlapping with the connection portion 22 of the positive electrode lead is further reduced as the number of circumferences adjacent to the connection portion 22 sequentially increases. .
  • the number of circumferences, which are arranged adjacent to the outside of the connection portion 22 of the positive electrode lead 8 and which also constitute the part force supporting the negative electrode mixture layer of the negative electrode plate is 2-3. This is because, as the number of cushions increases, the portion of the negative electrode plate that does not contribute to the battery capacity increases, so that the battery capacity decreases.
  • the negative electrode plate is preferably softer than the positive electrode plate.
  • the cushion function of the negative electrode can be further improved.
  • the negative electrode plate can be made softer than the positive electrode plate.
  • the winding end portion of electrode plate group 4 may be made of any of a positive electrode current collector, a negative electrode current collector, and a separator.
  • FIG. 3 shows a case where the end of the winding is constituted by a separator.
  • the negative electrode plate 2 is located closer to the winding end side than the positive electrode plate 1, and the separator 3 is arranged so as to cover the negative electrode plate.
  • an insulating tape may be attached to the end of the winding, and the winding end may be fixed to the electrode group.
  • the negative electrode plate 2 has a first end on the winding start side and a second end on the winding end side.
  • the negative electrode lead 9 may be provided with an exposed part of the negative electrode current collector near the second end of the negative electrode plate and connected to the exposed part. Further, an exposed portion of the current collector may be provided near the first end, and the negative electrode lead 9 may be connected to the exposed portion.
  • the positive electrode plate 1 and the negative electrode plate 2 are wound around the winding core 41 to form an electrode plate group.
  • the number of perimeters of the negative electrode plate sequentially adjacent to the outside of the connection portion 22 of the positive electrode lead is, for example, the position when the winding start end 2c of the negative electrode mixture layer 2b is wound around the core.
  • the length can be adjusted by appropriately adjusting the length from the end 8b on the winding end side of the positive electrode lead 8 to the end lc on the winding start side of the positive electrode mixture layer lb.
  • the core is removed from the electrode group.
  • the first circumference adjacent to the outside of the connection portion of the positive electrode lead and the second circumference adjacent to the outside of the first circumference correspond to the negative circumference.
  • the electrode plate group is composed of a portion carrying the negative electrode mixture layer of the plate, and the third periphery adjacent to the outside of the second periphery constitutes the electrode plate group composed of the region carrying the positive electrode mixture layer of the positive plate. can do.
  • the end 2 c of the negative electrode plate on the winding start side of the negative electrode mixture layer was wound around the end 8 b of the positive electrode lead. It is preferable to adjust the relative positions of the positive electrode plate and the negative electrode plate later so as to be wound around the core. By doing so, a portion where the positive electrode mixture layer of the positive electrode plate and the negative electrode mixture layer of the negative electrode plate do not face each other, that is, a portion that does not contribute to the battery capacity can be reduced, and a decrease in battery capacity can be suppressed. It becomes possible.
  • the positive electrode active material the negative electrode active material, the positive electrode current collector, the negative electrode current collector, the electrolyte, and the like, those known in the art can be used.
  • N-methyl-2-pyrrolidone solution (# 1320, manufactured by Kureha Chemical Industry Co., Ltd.) containing 3 kg of lithium cobalt oxide as a positive electrode active material and 12% by weight of polyvinylidene fluoride as a binder, and acetylene black 90 g and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter also referred to as NMP) were stirred by a double-arm kneader to prepare a positive electrode mixture paste.
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone solution
  • the obtained positive electrode mixture paste was applied to both surfaces of a 15 m-thick aluminum foil-made positive electrode current collector, dried, and rolled to obtain a 160 m-thick positive electrode plate.
  • this positive electrode In the vicinity of the first end on the winding start side of the plate, an exposed portion of a predetermined size was provided in which both surfaces of the positive electrode current collector were exposed.
  • a positive electrode lead was connected to a predetermined position of the exposed portion so that the positive electrode lead came to a position on the innermost peripheral side of the electrode plate group.
  • the first circumference and the second circumference sequentially adjacent to the outside of the connection portion of the positive electrode lead are constituted by the parts supporting the negative electrode mixture layer of the negative electrode plate. In this way, the length of the positive electrode lead on the winding end side to the winding start side end of the positive electrode mixture layer was adjusted.
  • the positive electrode current collector carried a positive electrode mixture layer on both surfaces.
  • the obtained negative electrode mixture paste was applied to both surfaces of a negative electrode current collector made of copper foil having a thickness of 10 m, dried and rolled to obtain a negative electrode plate having a thickness of 180 m.
  • the negative electrode current collector carried a negative electrode mixture layer on both surfaces thereof.
  • An exposed part of the negative electrode current collector was provided near the second end of the negative electrode plate, and a negative electrode lead was connected to a predetermined position of the exposed part.
  • Ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and methylethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 2: 3: 3 to obtain a mixed solvent.
  • LiPF lithium hexafluorophosphate
  • vinylene carbonate was added.
  • the negative electrode plate 2 was disposed between the two separators, the negative electrode plate was opposed to the exposed portion of the positive electrode current collector via the separator, and was wound around the exposed portion.
  • the first circumference adjacent to the outside of the connection portion of the positive electrode lead via the separator and the second circumference adjacent to the outside of the first circumference via the separator are formed by the negative electrode mixture layer of the negative electrode plate.
  • An electrode plate group was formed, which was constituted by a portion supporting the positive electrode mixture layer of the positive electrode plate, and a third periphery adjacent to the outside of the second periphery with a separator interposed therebetween through a separator.
  • the obtained electrode group was housed in a bottomed cylindrical battery can. Thereafter, a predetermined amount of the electrolyte solution prepared as described above was injected into the battery can. Then, the battery can was sealed by caulking the open end of the battery can to the battery lid via insulating packing to obtain a cylindrical lithium ion secondary battery having a diameter of 18 mm and a height of 65 mm. The obtained battery was designated as Battery 1.
  • a first circumference adjacent to the outside of the connection portion of the positive electrode lead via a separator a first circumference adjacent to the outside of the connection portion of the positive electrode lead via a separator, a second circumference adjacent to the outside of the first circumference via the separator, and a second circumference adjacent to the first circumference.
  • the third periphery adjacent to the outside of the periphery of the anode through a separator is formed of a portion carrying the negative electrode mixture of the negative electrode plate, except that the lithium ion A secondary battery was manufactured.
  • the obtained battery was designated as Battery 2.
  • the first circumference adjacent to the outside of the connection part of the positive electrode lead via the separator, the second circumference adjacent to the outside of the first circumference via the separator, and the second circumference were formed by portions of the negative electrode plate carrying the negative electrode mixture. Except for this, a lithium-ion secondary battery was fabricated in the same manner as in the fabrication of Battery 1. The obtained battery was designated as Battery 3.
  • the electrode plate group When constructing the electrode plate group, it is adjacent to the outside of the connection part of the positive electrode lead via a separator.
  • the battery 1 was manufactured except that the fourth circumference adjacent to the separator via the separator and the fifth circumference adjacent to the outer circumference of the fourth circumference via the separator were constituted by the portions of the negative electrode plate supporting the negative electrode mixture.
  • a lithium ion secondary battery was fabricated in the same manner as in the above. The obtained battery was designated as Battery 4.
  • the first circumference adjacent to the connection portion of the positive electrode lead via the separator is formed of a portion carrying the negative electrode mixture of the negative electrode plate, and the first circumference is formed outside the first circumference.
  • a lithium ion secondary battery was fabricated in the same manner as in the fabrication of Battery 1, except that the second circumference adjacent via the separator was constituted by a portion of the cathode plate carrying the cathode mixture. .
  • the obtained battery was designated as Comparative Battery 1.
  • these cells were discharged at a constant current of 400 mA (0.2 ItA (where I represents current and t represents time)) up to a final voltage of 3. OV. Thereafter, charge at a constant current of 1400 mA (0.7 ItA) until the battery voltage reaches 4.2 V, and then discharge at a constant current of 400 mA (0.2 ItA) until the final voltage of OV.
  • the charge / discharge cycle to be performed was repeated three times.
  • the discharge capacity at the third cycle of each of the five batteries was measured, and the average of those values was taken as the battery capacity.
  • the designed capacity of Battery 1-4 and Comparative Battery 1 was 2000 mAh.
  • a positive electrode plate having a positive electrode mixture layer formed on both surfaces of a positive electrode current collector and a negative electrode plate having a negative electrode mixture layer formed on both surfaces of a negative electrode current collector were used. Similar effects can be obtained when a positive electrode plate having a positive electrode mixture layer formed only on one side of a positive electrode current collector and a negative electrode plate having a negative electrode mixture layer formed only on one side of a negative electrode current collector are used.
  • the portion of the positive electrode plate supporting the positive electrode mixture layer is broken or an internal short circuit occurs. Therefore, a highly reliable secondary battery can be provided. Therefore, the secondary battery of the present invention preferably uses a highly reliable power source such as a notebook computer and a digital still camera, and is suitable as a power source for electronic devices.
  • a highly reliable power source such as a notebook computer and a digital still camera

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Abstract

　本発明の二次電池は、正極集電体と正極集電体に担持された正極合剤層とを含む帯状の正極板、負極集電体と負極集電体に担持された負極合剤層とを含む帯状の負極板、正極板と負極板との間に配置された帯状のセパレータを備えており、正極板と負極板とが、セパレータを介して捲回されて極板群を構成している。正極板は、巻始め側の第１端部近傍において、正極合剤層が形成されていない正極集電体の露出部を有するとともに、その露出部に接続された正極リードを有し、正極リードの接続部の外側にセパレータを介して隣接する第１の周と、第１の周の外側にセパレータを介して隣接する第２の周とが、負極板の負極合剤層を担持した部位で構成されている。                                                                         

Description

明 細 書
二次電池
技術分野
[0001] 本発明は、正極板と負極板とを、セパレータを介して捲回して極板群を作製する際 に、正極板が破断または破損することを防止することにより、信頼性を向上させた二 次電池に関する。
背景技術
[0002] 二次電池は、一般的に、帯状の集電体に正極合剤層が設けられた正極板と、帯状 の集電体に負極合剤層が設けられた負極板とを、帯状のセパレータを介して、渦巻 き状に捲回した極板群を備える。極板群の最内周側においては、正極板の正極合 剤層が設けられていない部分、つまり正極集電体の露出部が捲回されている。先頭 正極リード構造と呼ばれる構造では、その集電体の露出部に、正極リードが接続され ている。すなわち、正極リードは、極板群の巻き始め部分に接続されている。
先頭正極リード構造を有する極板群においては、内部短絡の発生を防止するため に、正極リードと負極板とをはなして配置することが提案されている（例えば、特許文 献 1および特許文献 2参照)。
特許文献 1：特許第 3237015号公報
特許文献 2：特許第 3373934号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] 上記のような先頭正極リード構造を有する極板群においては、極板群の最内周部、 すなわち曲率半径が最も小さくなる部分に、所定の厚さの正極リードが配置されてい る。このため、正極リードが接続された正極板力 セパレータを介して、負極板ととも に渦巻き状に捲回された場合、正極集電体の幅方向に平行な正極リードの端部に 重なる正負極板およびセパレータの部分は、それ以外の部分に比べ、曲がりが大き くなる。
[0004] また、従来より、正極板への正極合剤の担持量を増加させ、プレスロールにより、合 剤層を所定の厚みに圧延して、その正極活物質密度を増カロさせることにより、電池容 量を向上させることが行われている。例えば、正極活物質としてリチウム含有複合酸 化物を用い、負極活物質として炭素材料を用いる場合、正極活物質は、負極活物質 より硬いため、圧延の際に、正極活物質が集電体に食い込み、集電体の厚さが局所 的に薄くなることがある。
[0005] 集電体の厚さが薄くなつた部分は、上記のような折れ曲がりが大きくなる部分と重な ると、そこで破断する可能性がある。正極板が完全に破断せず、一部が破断した場 合でも、その破断部にノ リが発生するため、そのバリを介して正極板が他の極板と接 触して、内部短絡を生じる可能性もある。
[0006] そこで、本発明は、極板の破断や極板同士の内部短絡を低減して、信頼性を向上 させるた二次電池を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0007] 本発明は、正極集電体と正極集電体に担持された正極合剤層とを含む帯状の正 極板、負極集電体と負極集電体に担持された負極合剤層とを含む帯状の負極板、 正極板と負極板との間に配置された帯状のセパレータを備え、正極板と負極板とが、 セパレータを介して捲回されて極板群を構成して ヽる二次電池に関する。正極板は
、卷始め側の第 1端部近傍において、正極合剤層が形成されていない正極集電体 の露出部を有するとともに、前記露出部に接続された正極リードを有し、正極リードの 接続部の外側にセパレータを介して隣接する第 1の周と、第 1の周の外側にセパレー タを介して隣接する第 2の周とが、負極板の負極合剤層を担持した部位で構成され ている。
[0008] 上記リチウムイオン二次電池において、第 2の周の外側にセパレータを介して隣接 する第 3の周は、正極板の正極合剤層を担持した部位で構成されていることが好まし い。
発明の効果
[0009] 本発明の二次電池においては、正極集電体の正極リードの接続部の外側にセパレ ータを介して隣接する第 1の周、第 1の周の外側にセパレータを介して隣接する第 2 の周とが、負極板の負極合剤を担持する部位カゝら構成されている。第 1の周および 第 2の周は、クッションとして機能するため、正極集電体の幅方向に平行な正極リード の端部に重なる正負極板の部分およびセパレータの部分の折れ曲がりを軽減するこ とができる。これにより、正極板の正極合剤層を担持する部位が破断したり、内部短 絡が発生したりすることを防止し、高信頼性の二次電池を提供することが可能となる。 図面の簡単な説明
[0010] [図 1]本発明の一実施形態に係る二次電池を概略的に示す部分縦断面図である。
[図 2]本発明の一実施形態に係る二次電池に用いられる極板群の巻き始め側の一部 を概略的に示す横断面図である。
[図 3]極板群の巻き終わり側を概略的に示す横断面図である。
[図 4]極板群を構成するときの巻き始めにおける、正極板と負極板とセパレータとの配 置を示す概略図である。
発明を実施するための最良の形態
[0011] 図 1に、本発明の一実施形態にかかる二次電池を示す。
図 1の二次電池は、極板群 4、電池缶 5および電解液（図示せず)を含む。 極板群 4は、帯状の正極板 1、帯状の負極板 2、および正極板 1と負極板 2との間に 配置された帯状のセパレータ 3を含む。極板群 4は、正極板 1と負極板 2とを、セパレ ータ 3を介して、渦巻き状に捲回することにより構成される。
[0012] 極板群 4は、電池缶 5内に収容されており、極板群 4の上部および下部には、それ ぞれ、上部絶縁リング 10および下部絶縁リング 11が配置されて 、る。
電池缶 5は、電池缶 5の開口端部を、絶縁パッキング 7を介して、電池蓋 6の外周に 力しめつけることにより、密閉されている。なお、電池缶 5は負極端子として機能し、電 池蓋 6は正極端子として機能する。
[0013] 正極板 1は、正極リード 8により電池蓋 6と接続されている。負極板 2は、負極リード 9 により電池缶 5と接続されて 、る。
[0014] 次に、本発明で用いられる極板群について説明する。
図 2に、本発明の一実施形態に係る二次電池に用いられる極板群 4の巻き始め側 の一部を概略的に示す。
[0015] 正極板 1は、正極集電体 laとその両面に担持された正極合剤層 lbとからなる。同 様に、負極板 2は、負極集電体 2aとその両面に担持された負極合剤層 2bとからなる
[0016] 正極板 1は、巻き始め側の第 1端部および巻き終わり側の第 2端部を有する。正極 板 1の第 1端部近傍に、正極合剤層が形成されていない正極集電体の露出部 21を 有する。露出部 21の所定の位置に、正極リード 8が接続されている。よって、正極リー ド 8の接続部 22は、極板群 4の最内周部付近に位置することになる。さらに、正極リ ード 8の接続部 22の外側にセパレータ 3を介して隣接する第 1の周 23と、第 1の周の 外側にセパレータ 3を介して隣接する第 2の周 24とは、負極板の負極合剤層を担持 した部位で構成されている。なお、第 1の周と第 2の周との間には、 2枚のセパレータ に挟まれるようにして、正極集電体の露出部も存在して 、る。
図 2においては、第 2の周 24の外側にセパレータ 3を介して隣接する第 3の周 25は 、正極板の正極合剤層を担持した部位で構成されて 、る。
[0017] 上記のように、極板群の最内周側に、正極リード 8を設けると、正極集電体の正極リ ードが接続された接続部 22が曲がりにくくなる。さらに、正極リード 8には所定の厚さ があるため、正極板の幅方向に平行な正極リード 8の 2つの端部、すなわち巻き始め 側の端部 8aおよび巻き終わり側の端部 8bにより、段差が生じることになる。このため、 正極リードの卷始め側の端部 8aおよび卷終わり側の端部 8bに重なる正負極板およ びセパレータの部分は、それ以外の部分に比べ、折り曲がりが大きくなる。この場合、 正極板が正極リード 8の端部 8aまたは 8bと重なった場合、正極板が破断したり、破損 したりすることがある。
[0018] 本発明においては、正極リード 8の接続部の外側に順次隣接する第 1の周と第 2の 周は、クッションとしての役割を果たす。これにより、極板群の最内周付近に正極リー ド 8を設けた場合にも、正極リードの接続部 22と重なる、正極板の正極合剤層を担持 した部位の折れ曲がりを軽減することが可能となる。例えば、正極板 1の正極集電体 の厚さが局所的に薄くなつている部分力 正極リードの接続部 22に重なったとしても 、その部分が破断したり、損傷したりすることを防止することが可能となる。
[0019] また、極板群において、正極リードは、正極集電体の露出部の内周側に設けてもよ いし、外周側に設けてもよい。なお、正極リードの端部 8aまたは 8bによる段差の影響 を小さくするために、正極リード 8は、正極集電体の露出部の内周側に設けることが 好ましい。
[0020] また、本発明においては、第 3の周以降の周が、負極板の負極合剤層を担持する 部位カゝら構成されていてもよい。正極板の正極合剤層を担持した部位力 正極リード の接続部 22に重なることによる折れ曲がりの度合いは、接続部 22の外側に順次隣 接する周の数が増えるごとにさらに軽減されるからである。
正極リード 8の接続部 22の外側に隣接して配置される、負極板の負極合剤層を担 持した部位力も構成される周の数は、 2— 3であることが好ましい。クッションとなる周 の数が増加すると、電池容量に寄与しない負極板の部分が増加するため、電池容量 が低下するからである。
[0021] また、本発明においては、負極板は、正極板より柔らカ 、ことが好ましい。これにより 、負極のクッション作用をさらに向上されることができる。例えば、リチウムイオン二次 電池の場合、正極活物質としてリチウム含有複合酸化物を用い、負極活物質として 炭素材料を用いる場合に、負極板を、正極板より柔らかくすることができる。
[0022] 極板群 4の巻き終わり部は、正極集電体、負極集電体、またはセパレータのうちの いずれで構成されていてもよい。一例として、図 3に、卷終わり部がセパレータで構成 されている場合を示す。
図 3においては、負極板 2が正極板 1より巻き終わり側に位置し、その負極板を覆う ように、セパレータ 3が配置されている。
また、極板群の巻きほぐれを防止するために、巻き終わり部に絶縁テープを貼り、 巻き終わり部を極板群に固定してもよい。
[0023] 負極板 2は、巻き始め側の第 1端部および巻き終わり側の第 2端部を有する。負極リ ード 9は、例えば、図 3に示されるように、負極板の第 2端部近傍に負極集電体の露 出部を設け、その露出部に接続してもよい。また、第 1端部近傍に集電体の露出部を 設け、その露出部に負極リード 9を接続してもよい。
[0024] 次に、極板群 4の構成法について、図 4を参照しながら説明する。
まず、横断面が半円形の 2つの卷芯 41を用い、それらの平坦部でセパレータ 42お よび 43の巻き始め側の端部近傍 42aおよび 43aを挟み込む。次に、図 4に示される ような、正極板 1、セパレータ 42、負極板 2およびセパレータ 43の配置で、正極板 1 および負極板 2を、卷芯 41に巻き込んでいき、極板群を構成する。ここで、正極リード の接続部 22の外側に順次隣接する負極板の周の数は、例えば、負極合剤層 2bの 巻き始め側の端部 2cが卷芯に捲回されたときの位置と、正極リード 8の巻き終わり側 の端部 8bから正極合剤層 lbの巻き始め側の端部 lcまでの長さとを適宜調節するこ とにより、調節することができる。
なお、極板群を構成した後、卷芯は、極板群カゝら取り除かれる。
[0025] このようにして、例えば、図 2に示されるような、正極リードの接続部の外側に隣接す る第 1の周および第 1の周の外側に隣接する第 2の周が、負極板の負極合剤層を担 持した部位で構成され、第 2の周の外側に隣接する第 3の周が、正極板の正極合剤 層を担持した部位で構成された極板群を構成することができる。
[0026] 極板群を構成するとき、図 4に示されるように、負極板の負極合剤層の巻き始め側 の端部 2cが、正極リードの端部 8bが卷芯に捲回された後に、卷芯に捲回されるよう に、正極板と負極板との相対位置を調節することが好ましい。このようにすることにより 、正極板の正極合剤層と負極板の負極合剤層とが対向しない部分、すなわち、電池 容量に寄与しな 、部分を減らし、電池容量の低下を抑制することが可能となる。
[0027] なお、本発明にお ヽては、正極活物質、負極活物質、正極集電体、負極集電体、 電解液等は、当該分野で公知のものを用いることができる。
以下、本発明を、実施例に基づいて説明する。
実施例 1
[0028] (電池 1)
(a)正極板の作製
正極活物質であるコバルト酸リチウム 3kgと、結着剤であるポリフッ化ビ-リデンを 1 2重量％含む N -メチルー 2 -ピロリドン溶液 (呉羽化学工業 (株)製 # 1320) 1kgと、 アセチレンブラック 90gと、適量の N—メチルー 2—ピロリドン（以下、 NMPともいう）とを 、双腕式練合機にて攪拌し、正極合剤ペーストを調製した。
次に、得られた正極合剤ペーストを、厚さ 15 mのアルミニウム箔製の正極集電体 の両面に塗布し、乾燥し、圧延して、厚さ 160 mの正極板を得た。なお、この正極 板の巻き始め側の第 1端部近傍には、正極集電体の両面が露出している所定の大き さの露出部を設けた。極板群を構成したときに、その極板群の最内周側の位置に正 極リードがくるように、前記露出部の所定の位置に正極リードを接続した。また、極板 群を構成したときに、正極リードの接続部の外側に順次隣接する第 1の周と第 2の周 とが負極板の負極合剤層を担持した部位カゝら構成されるように、正極リードの巻き終 わり側の端部力 正極合剤層の巻き始め側の端部までの長さを調節した。
また、正極板の第 2端部において、正極集電体は、その両面に正極合剤層を担持 した。
[0029] (b)負極板の作製
負極活物質である人造黒鉛 3kgと、結着剤であるスチレン ブタジエン共重合体 75 gと、増粘剤であるカルボキシメチルセルロース 30gと、適量の水とを、双腕式練合機 にて攪拌し、負極合剤ペーストを調製した。ここで、スチレン ブタジエン共重合体の 添カ卩は、スチレン ブタジエン共重合体を固形分として 40重量％含む水性分散液（ 日本ゼオン (株)製の BM— 400B)を用い、その固形分が 75gとなるように行った。 次に、得られた負極合剤ペーストを、厚さ 10 mの銅箔製の負極集電体の両面に 塗布し、乾燥し、圧延して、厚さ 180 mの負極板を得た。なお、正極板の場合とは 異なり、負極板の第 1端部において、負極集電体は、その両面に負極合剤層を担持 した。負極板の第 2端部近傍に負極集電体の露出部を設け、その露出部の所定の 位置に負極リードを接続した。
[0030] (c)電解液の調製
エチレンカーボネートと、ジメチルカーボネートと、メチルェチルカーボネートとを、 体積比 2 : 3 : 3で混合し、混合溶媒を得た。その混合溶媒に、六フッ化リン酸リチウム ( LiPF )を ImolZLの濃度で溶解し、さらに添加剤として、ビ-レンカーボネートをカロ
6
えて、電解液を調製した。なお、ビ-レンカーボネートの添カ卩量は、電解液の 3重量 %とした。
[0031] (d)極板群の作製
2枚の厚さ 20 μ mの微多孔性ポリエチレンフィルムをセパレータとして、卷芯に挟み 込んだ。次に、捲回されたときに内側となる方のセパレータと卷芯との間に、正極リー ドを接続した正極集電体の露出部を配置し、その露出部をその第 1端部側力 卷芯 に 1周巻いた。このとき、最内周側に、正極リードが位置した。
次に、負極板 2を、 2枚のセパレータの間に配置し、負極板を、セパレータを介して 正極集電体の露出部と対向させるとともに、その露出部の上に巻き付けていった。 このようにして、正極リードの接続部の外側にセパレータを介して隣接する第 1の周 および第 1の周の外側にセパレータを介して隣接する第 2の周が、負極板の負極合 剤層を担持した部位で構成され、第 2の周の外側にセパレータを介して隣接する第 3 の周が正極板の正極合剤層を担持する部位カゝら構成される極板群を作製した。
[0032] (電池の組立）
得られた極板群を、有底筒形の電池缶内に収容した。この後、上記のように調製し た電解液を、電池缶内に所定量注液した。次いで、電池缶の開口端部を、絶縁パッ キングを介して電池蓋にかしめつけることによって、電池缶を密閉して、直径 18mm、 高さ 65mmの円筒形リチウムイオン二次電池を得た。得られた電池を電池 1とした。
[0033] (電池 2)
極板群を構成するときに、正極リードの接続部の外側にセパレータを介して隣接す る第 1の周、第 1の周の外側にセパレータを介して隣接する第 2の周、および第 2の周 の外側にセパレータを介して隣接する第 3の周を、負極板の負極合剤を担持した部 位で構成したこと以外、電池 1を作製するときの方法と同様にして、リチウムイオン二 次電池を作製した。得られた電池を電池 2とした。
[0034] (電池 3)
極板群を構成するときに、正極リードの接続部の外側にセパレータを介して隣接す る第 1の周、第 1の周の外側にセパレータを介して隣接する第 2の周、第 2の周の外 側にセパレータを介して隣接する第 3の周、および第 3の周の外側にセパレータを介 して隣接する第 4の周を、負極板の負極合剤を担持した部位で構成したこと以外、電 池 1を作製するときの方法と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した。得られ た電池を電池 3とした。
[0035] (電池 4)
極板群を構成するときに、正極リードの接続部の外側にセパレータを介して隣接す る第 1の周、第 1の周の外側にセパレータを介して隣接する第 2の周、第 2の周の外 側にセパレータを介して隣接する第 3の周、第 3の周の外側にセパレータを介して隣 接する第 4の周、第 4の周の外側にセパレータを介して隣接する第 5の周を、負極板 の負極合剤を担持した部位で構成したこと以外、電池 1を作製するときの方法と同様 にして、リチウムイオン二次電池を作製した。得られた電池を電池 4とした。
[0036] (比較電池 1)
極板群を構成するときに、正極リードの接続部の外側にセパレータを介して隣接す る第 1の周を負極板の負極合剤を担持した部位で構成し、第 1の周の外側にセパレ ータを介して隣接する第 2の周を正極板の正極合剤を担持した部位で構成したこと 以外、電池 1を作製するときの方法と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製した 。得られた電池を比較電池 1とした。
[0037] このようにして作製した電池 1一 4および比較電池 1について、正極板の破断の有 無および電池容量を評価した。
[0038] (e)正極板の破断の有無
電池 1一 4および比較電池 1を、各 30個ずつ作製した。次いで、それらの電池を分 解して、正極板の正極合剤層を担持した部位の破断の有無を目視により観察した。
[0039] (f)電池容量
電池 1一 4および比較電池 1を、各 5個ずつ用いた。
まず、これらの電池を、 3. OVの終止電圧まで 400mA (0. 2ItA (ここで、 Iは電流、 tは時間を示す)）の定電流で放電した。こののち、電池電圧が 4. 2Vに達するまで、 1400mA (0. 7ItA)の定電流で充電を行い、次いで、 3. OVの終止電圧まで、 400 mA(0. 2ItA)の定電流で放電を行う充放電サイクルを 3回繰り返した。各 5つの電 池の 3サイクル目での放電容量を測定し、それらの値の平均値を、電池容量とした。 なお、電池 1一 4および比較電池 1の設計容量は 2000mAhとした。
[0040] [表 1] 正極板の破断数 電池容置
(個） (mAh)
電池 1 0/30 2200
電池 2 0/30 2170
電池 3 0/30 21 10
電池 4 0/30 2050
比較電池 1 5/30 2200
[0041] 表 1の結果から、電池 1一 4は、正極板の正極合剤を担持した部位の破断は観察さ れな力つた。これに対し、比較電池 1では、 30個中 5個の電池で、正極板の破断が観 察された。なお、この 5個の電池において、正極板が完全に分断しているのではなく 、その一部が破断していた。
このように、正極リードの接続部の外側に順次隣接する、負極板の負極合剤層を担 持する部位力 構成される周を 2つ以上設けることにより、それらの周がクッションの 役割を果たすため、正極板の破断を防止できることがわ力つた。
[0042] また、電池 1一電池 4の結果によると、正極リードの接続部の外側に順次隣接される 、負極板の負極合剤層を担持する部位から構成される周を増やした場合、電池容量 が低下していた。これは、正極板の正極合剤層と負極板の負極合剤層とが対向しな い部分、すなわち、電池容量に寄与しない部分が増えたためである。従って、正極リ ードの接続部の外側に順次隣接する周の数は、 2— 3であることが好ましい。
[0043] なお、上記実施例において、正極集電体の両面に正極合剤層が形成された正極 板および負極集電体の両面に負極合剤層が形成された負極板を用いたが、正極集 電体の片面のみに正極合剤層を形成した正極板および負極集電体の片面のみに 負極合剤層を形成した負極板を用いた場合にも、同様の効果が得られる。
[0044] また、上記では、本発明をリチウムイオン二次電池について説明した力 リチウムィ オン二次電池以外に、例えば、マグネシウム二次電池等においても、本発明と同様 の効果が得られる。
産業上の利用可能性
[0045] 本発明により、正極板の正極合剤層を担持した部位が破断したり、内部短絡が発 生したりすることを防止することができるため、高信頼性の二次電池を提供することが できる。よって、本発明の二次電池は、例えば、ノートパソコン、デジタルスチルカメラ などの信頼性の高 、電源を用いることが好まし 、電子機器用電源として適して 、る。

Claims

請求の範囲
[1] 正極集電体と前記正極集電体に担持された正極合剤層とを含む帯状の正極板、 負極集電体と前記負極集電体に担持された負極合剤層とを含む帯状の負極板、 前記正極板と前記負極板との間に配置された帯状のセパレータを備え、 前記正極板と前記負極板とを、前記セパレータを介して捲回されて極板群を構成し ている二次電池であって、
前記正極板は、卷始め側の第 1端部近傍において、前記正極合剤層が形成されて いない前記正極集電体の露出部を有するとともに、前記露出部に接続された正極リ ードを有し、
前記正極リードの接続部の外側に前記セパレータを介して隣接する第 1の周と、前 記第 1の周の外側に前記セパレータを介して隣接する第 2の周とが、前記負極板の 前記負極合剤層を担持した部位で構成されている二次電池。
[2] 前記第 2の周の外側に前記セパレータを介して隣接する第 3の周が、前記正極板 の前記正極合剤層を担持した部位で構成されて!ヽる、請求項 1記載の二次電池。
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