二次電池
【課題】 負極活物質として合金材料を用いた場合に、巻回中心側における微小短絡を抑制し、充放電サイクル特性を向上させることができる二次電池を提供する。
【解決手段】 正極２１は、巻回中心側の外周面露出領域２１Ｃおよび内周面露出領域２１Ｄに絶縁性の保護部材３０を有している。保護部材３０の幅は、正極集電体２１Ａよりも０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲で大きく形成されている。充放電に伴う膨張収縮により変形しやすい巻回中心側の外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅや、または充放電により正極２１の幅が伸びた場合に負極２２に接触しやすい幅方向端部２１Ｆが保護され、微小短絡が抑制される。保護部材３０は、外周面露出領域２１Ｃおよび内周面露出領域２１Ｄの長さ方向における一部に設けられていることが好ましい。
【解決手段】 正極２１は、巻回中心側の外周面露出領域２１Ｃおよび内周面露出領域２１Ｄに絶縁性の保護部材３０を有している。保護部材３０の幅は、正極集電体２１Ａよりも０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲で大きく形成されている。充放電に伴う膨張収縮により変形しやすい巻回中心側の外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅや、または充放電により正極２１の幅が伸びた場合に負極２２に接触しやすい幅方向端部２１Ｆが保護され、微小短絡が抑制される。保護部材３０は、外周面露出領域２１Ｃおよび内周面露出領域２１Ｄの長さ方向における一部に設けられていることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極と負極とを電解質を間にして積層し巻回してなる巻回体を備えた二次電池に係り、特に、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であり、構成元素として金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を含む負極活物質を含む負極を備えた二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラ一体型ＶＴＲ（ビデオテープレコーダ），携帯電話あるいはノートパソコンなどのポータブル電子機器が多く登場し、その小型軽量化が図られている。これらの電子機器のポータブル電源として用いられている電池、特に二次電池はキーデバイスとして、エネルギー密度の向上を図る研究開発が活発に進められている。中でも、非水電解質二次電池（例えば、リチウムイオン二次電池）は、従来の水系電解液二次電池である鉛電池、ニッケルカドミウム電池と比較して大きなエネルギー密度が得られるので、その改良に関する検討が各方面で行われている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池に使用される負極活物質としては、比較的高容量を示し良好なサイクル特性を有する難黒鉛化性炭素あるいは黒鉛などの炭素系材料が広く用いられている。ただし、近年の高容量化の要求を考えると、炭素系材料の更なる高容量化が課題となっている。
【０００４】
このような背景から、炭素化原料と作成条件とを選ぶことにより炭素系材料で高容量を達成する技術が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、かかる炭素系材料を用いた場合には、負極放電電位が対リチウムで０．８Ｖ〜１．０Ｖであり、電池を構成したときの電池放電電圧が低くなることから、電池エネルギー密度の点では大きな向上が見込めない。さらには、充放電曲線形状にヒステリシスが大きく、各充放電サイクルでのエネルギー効率が低いという欠点もある。
【０００５】
一方、炭素系材料を上回る高容量負極として、ある種の金属リチウムが電気化学的に合金化し、これが可逆的に生成・分解することを応用した合金材料に関する研究も進められている。例えば、Ｌｉ−Ａｌ合金を用いた高容量負極が開発され、さらには、Ｌｉ−Ｓｉ合金からなる高容量負極が開発されている（例えば、特許文献２参照。）。また、Ｃｕ6 Ｓｎ5 という金属間化合物も開発されている（例えば、特許文献３参照。）。
【非特許文献１】ディ．ラーチャー（D. Larcher）著「ジャーナル オブ ジ エレクトロケミカル ソサエティ（Journal of The Electrochemical Society）」、２０００年、５巻、第１４７号、ｐ1658-1662
【特許文献１】特開平８−３１５８２５号公報
【特許文献２】米国特許第４９５０５６６号明細書等
【特許文献３】特開平６−３２５７６５号公報
【特許文献４】特開平７−２３０８００号公報
【特許文献５】特開平７−２８８１３０号公報
【特許文献６】特開平５−２３４６２０号公報
【特許文献７】特開２００１−２６６９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、Ｌｉ−Ａｌ合金，Ｓｉ合金あるいはＣｕ6 Ｓｎ5 は、充放電に伴い膨張収縮し、充放電を繰り返す度に微粉化するので、サイクル特性が極めて悪いという大きな問題がある。
【０００７】
そこで、サイクル特性を改善する手法として、リチウムの吸蔵・放出に伴う膨張収縮に関与しない元素で一部を置換することが検討されており、例えば、ＬｉＳｉs Ｏt （０≦ｓ、０＜ｔ＜２），Ｌｉu Ｓｉ1-v Ｍv Ｏw （Ｍはアルカリ金属を除く金属もしくはケイ素を除く類金属を表し、０≦ｕ、０＜ｖ＜１、０＜ｗ＜２である），あるいはＬｉＡｇＴｅ系合金が提案されている（例えば、特許文献４〜６参照。）。しかし、これらの負極活物質によっても、膨張収縮に由来する充放電サイクル特性の劣化が大きく、高容量という特徴を活かしきれていないのが実状である。特に、正極と負極とを電解質を間にして積層し巻回して用いる場合、構造上の理由により充放電サイクル特性の劣化が顕著に現れる。
【０００８】
すなわち、巻回型の電池では、充放電に伴う膨張収縮を繰り返すことにより、例えば図８に示したように、巻回中心側で正極１２１や負極１２２が変形して皺や折れ曲りが生じ、そこから微小短絡が起こって充放電サイクル特性が劣化してしまう。また、充放電に伴って正極の幅が伸び、正極の幅方向端部が負極に接触して微小短絡が起こることにより、充放電サイクル特性が劣化してしまうという問題もある。このような充放電サイクル特性の劣化は、とりわけ高温時や過充電の充放電サイクルで著しい。
【０００９】
なお、従来では、負極活物質として炭素系材料を用いた巻回型の電池において、電極の端部およびそれに対向する側の電極上に、ポリイミドまたはポリプロピレン製のテープなどの絶縁材を接着し、外部から押圧力が加えられた場合などに電極間の短絡を防止することが提案されている（例えば、特許文献７参照。）。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、負極活物質として合金材料を用いた場合に、巻回中心側における微小短絡を抑制し、充放電サイクル特性を向上させることができる二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による二次電池は、帯状の正極集電体の外周面に外側正極活物質層、内周面に内側正極活物質層をそれぞれ有する正極と、帯状の負極集電体の面上に負極活物質層を有する負極とをセパレータを間にして積層し、巻回した巻回体を備え、負極は、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であり、構成元素として金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を含む負極活物質を含み、正極は、巻回中心側に、正極集電体が外側正極活物質層に覆われず露出した外周面露出領域と、正極集電体が内側正極活物質層に覆われず露出した内周面露出領域とを有し、外周面露出領域および内周面露出領域に絶縁性の保護部材が設けられると共に、保護部材の幅が正極集電体よりも０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲で大きく形成されているものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の二次電池によれば、負極が、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であり、構成元素として金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を含む負極活物質を含むようにしたので、高い容量を得ることができる。また、正極の巻回中心側の外周面露出領域および内周面露出領域に絶縁性の保護部材を設けるようにしたので、充放電に伴う膨張収縮により変形しやすい外周面露出領域および内周面露出領域を保護し、皺や折れ曲りから微小短絡が生じることを抑制することができる。よって、高い容量を保持しつつ、サイクル特性を向上させることができる。更に、保護部材の幅を正極集電体よりも０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲で大きく形成したので、充放電により正極の幅が伸びた場合にも、正極の幅方向端部を保護部材で覆い、負極との微小短絡を抑制することができる。よって、サイクル特性をより向上させることができる。
【００１３】
ここで「幅」とは、正極または負極の巻回方向すなわち長さ方向に対して垂直な方向における寸法をいう。また、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下という範囲は、幅方向両側の合計であり、片側では０．２５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下である。
【００１４】
加えて、保護部材を、外周面露出領域および内周面露出領域の長さ方向における一部に設けるようにすれば、外部からの衝撃などを受けて電池が押し潰された場合に、外周面露出領域または内周面露出領域の保護部材で覆われてない部分において、センターピンを用いて正極と負極とを短絡させて電池反応を停止させることができ、安全性を高めることができる。
【００１５】
その場合、センターピンの長手方向の切れ目に交差して第１の切欠部を設けるようにすれば、外部からの力で押し潰されたり折れたりした場合に正極と負極とを確実に短絡させることができ、安全性を更に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図において各構成要素は本発明が理解できる程度の形状、大きさおよび配置関係を概略的に示したものであり、実寸とは異なっている。
【００１７】
図１は本発明の一実施の形態に係る二次電池の断面構造を表すものである。この二次電池は、いわゆる円筒型といわれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶１１の内部に、巻回体２０を有している。電池缶１１は、例えばニッケル（Ｎｉ）のめっきがされた鉄（Ｆｅ）により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶１１の内部には、巻回体２０を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板１２，１３がそれぞれ配置されている。
【００１８】
電池缶１１の開放端部には、電池蓋１４と、この電池蓋１４の内側に設けられた安全弁機構１５および熱感抵抗素子（Positive Temperature Coefficient；ＰＴＣ素子）１６とが、ガスケット１７を間にしてかしめられることにより取り付けられており、電池缶１１の内部は密閉されている。電池蓋１４は、例えば、電池缶１１と同様の材料により構成されている。安全弁機構１５は、熱感抵抗素子１６を介して電池蓋１４と電気的に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱などにより電池の内圧が一定以上となった場合にディスク板１５Ａが反転して電池蓋１４と巻回体２０との電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子１６は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流による異常な発熱を防止するものである。ガスケット１７は、例えば、絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。
【００１９】
巻回体２０は、正極２１と負極２２とをセパレータ２３を間にして積層し、渦巻き状に巻回したものであり、中心にはセンターピン２４が挿入されている。巻回体２０の正極２１にはアルミニウム（Ａｌ）などよりなる正極リード２５が接続されており、負極２２にはニッケルなどよりなる負極リード２６が接続されている。正極リード２５は安全弁機構１５に溶接されることにより電池蓋１４と電気的に接続されており、負極リード２６は電池缶１１に溶接され電気的に接続されている。
【００２０】
図２は図１に示した正極２１の巻回前の構成を表すものである。正極２１は、例えば、帯状の正極集電体２１Ａの外周面に外側正極活物質層２１Ｂ、内周面に内側正極活物質層２１Ｃを設けたものである。また、正極２１は、巻回中心側に、正極集電体２１Ａが外側正極活物質層２１Ｂに覆われず露出した外周面露出領域２１Ｄと、正極集電体２１Ａが内側正極活物質層２１Ｃに覆われず露出した内周面露出領域２１Ｅとを有している。内周面露出領域２１Ｅは外周面露出領域２１Ｄよりも長くされており、外周面露出領域２１Ｄの長さは例えば４５ｍｍ、内周面露出領域２１Ｅの長さは例えば６０ｍｍとされている。なお、外周面露出領域２１Ｄと内周面露出領域２１Ｅとは必ずしも同じ長さでなくてもよい。
【００２１】
正極集電体２１Ａは、例えば、厚みが５μｍ〜５０μｍ程度であり、アルミニウム箔，ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。
【００２２】
外側正極活物質層２１Ｂおよび内側正極活物質層２１Ｃは、 正極活物質層２１Ｂは、例えば、正極活物質として、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出可能な正極材料のいずれか１種または２種以上を含んでおり、必要に応じて炭素材料などの導電材およびポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んでいてもよい。リチウムを吸蔵および放出可能な正極材料としては、例えば、硫化チタン（ＴｉＳ2 ），硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ），セレン化ニオブ（ＮｂＳｅ2 ）あるいは酸化バナジウム（Ｖ2 Ｏ5 ）などのリチウムを含有しない金属硫化物，金属セレン化物あるいは金属酸化物など、またはリチウムを含有するリチウム含有化合物が挙げられる。
【００２３】
中でも、リチウム含有化合物は、高電圧および高エネルギー密度を得ることができるものがあるので好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物、またはリチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物が挙げられ、特にコバルト（Ｃｏ），ニッケルおよびマンガン（Ｍｎ）のうちの少なくとも１種を含むものが好ましい。より高い電圧を得ることができるからである。その化学式は、例えば、Ｌｉx ＭＩＯ2 あるいはＬｉy ＭIIＰＯ4 で表される。式中、ＭＩおよびＭIIは１種類以上の遷移金属元素を表す。ｘおよびｙの値は電池の充放電状態によって異なり、通常、０．０５≦ｘ≦１．１０、０．０５≦ｙ≦１．１０である。
【００２４】
リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物の具体例としては、リチウムコバルト複合酸化物（Ｌｉx ＣｏＯ2 ）、リチウムニッケル複合酸化物（Ｌｉx ＮｉＯ2 ）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（Ｌｉx Ｎｉ1-z Ｃｏz Ｏ2 （ｚ＜１））、あるいはスピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物（ＬｉＭｎ2 Ｏ4 ）などが挙げられる。中でも、ニッケルを含む複合酸化物が好ましい。高い容量を得ることができると共に、優れたサイクル特性も得ることができるからである。リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物の具体例としては、例えばリチウム鉄リン酸化合物（ＬｉＦｅＰＯ4 ）あるいはリチウム鉄マンガンリン酸化合物（ＬｉＦｅ1-v Ｍｎv ＰＯ4 （ｖ＜１））が挙げられる。
【００２５】
図３は図１に示した負極２２の巻回前の断面構成を表すものである。負極２２は、例えば、帯状の負極集電体２２Ａの両面に負極活物質層２２Ｂを設けたものである。負極集電体２２Ａは、例えば、銅箔，ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。この負極集電体２２Ａの厚みは、例えば５μｍ〜５０μｍである。
【００２６】
負極活物質層２２Ｂは、負極活物質として、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出することが可能であり、金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を構成元素として含む負極材料を含有している。このような負極材料を用いれば、高いエネルギー密度を得ることができるからである。この負極材料は金属元素あるいは半金属元素の単体でも合金でも化合物でもよく、またこれらの１種または２種以上の相を少なくとも一部に有するようなものでもよい。なお、本発明において、合金には２種以上の金属元素からなるものに加えて、１種以上の金属元素と１種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体，共晶（共融混合物），金属間化合物あるいはそれらのうちの２種以上が共存するものがある。また、この負極材料は１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００２７】
この負極材料を構成する金属元素あるいは半金属元素としては、例えばリチウムと合金を形成可能な金属元素あるいは半金属元素が挙げられる。具体的には、マグネシウム（Ｍｇ），ホウ素（Ｂ），アルミニウム（Ａｌ），ガリウム（Ｇａ），インジウム（Ｉｎ），ケイ素，ゲルマニウム（Ｇｅ），スズ，鉛（Ｐｂ），ビスマス（Ｂｉ），カドミウム（Ｃｄ），銀（Ａｇ），亜鉛（Ｚｎ），ハフニウム（Ｈｆ），ジルコニウム（Ｚｒ），イットリウム（Ｙ），パラジウム（Ｐｄ）あるいは白金（Ｐｔ）などが挙げられる。
【００２８】
中でも、この負極材料としては、長周期型周期表における１４族の金属元素あるいは半金属元素を構成元素として含むものが好ましく、特に好ましいのはケイ素およびスズの少なくとも一方を構成元素として含むものである。ケイ素およびスズは、リチウムを吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。具体的には、例えば、ケイ素の単体，合金，あるいは化合物、またはスズの単体，合金，あるいは化合物、またはこれらの１種あるいは２種以上の相を少なくとも一部に有する材料が挙げられる。
【００２９】
スズの合金としては、例えば、スズ以外の第２の構成元素として、ケイ素，ニッケル，銅，鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ），マンガン（Ｍｎ），亜鉛（Ｚｎ），インジウム（Ｉｎ），銀（Ａｇ），チタン（Ｔｉ），ゲルマニウム（Ｇｅ），ビスマス（Ｂｉ），アンチモン（Ｓｂ）およびクロム（Ｃｒ）からなる群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の第２の構成元素として、スズ，ニッケル，銅，鉄，コバルト，マンガン，亜鉛，インジウム，銀，チタン，ゲルマニウム，ビスマス，アンチモンおよびクロムからなる群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。
【００３０】
スズの化合物あるいはケイ素の化合物としては、例えば、酸素（Ｏ）あるいは炭素（Ｃ）を含むものが挙げられ、スズまたはケイ素に加えて、上述した第２の構成元素を含んでいてもよい。
【００３１】
中でも、この負極材料としては、スズと、コバルトと、炭素とを構成元素として含み、炭素の含有量が９．９質量％以上２９．７質量％以下であり、かつスズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合が３０質量％以上７０質量％以下であるＣｏＳｎＣ含有材料が好ましい。このような組成範囲において高いエネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるからである。
【００３２】
このＣｏＳｎＣ含有材料は、必要に応じて更に他の構成元素を含んでいてもよい。他の構成元素としては、例えば、ケイ素，鉄，ニッケル，クロム，インジウム，ニオブ（Ｎｂ），ゲルマニウム，チタン，モリブデン（Ｍｏ），アルミニウム（Ａｌ），リン（Ｐ），ガリウム（Ｇａ）またはビスマスが好ましく、２種以上を含んでいてもよい。容量またはサイクル特性を更に向上させることができるからである。
【００３３】
なお、このＣｏＳｎＣ含有材料は、スズと、コバルトと、炭素とを含む相を有しており、この相は結晶性の低いまたは非晶質な構造を有していることが好ましい。また、このＣｏＳｎＣ含有材料では、構成元素である炭素の少なくとも一部が、他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合していることが好ましい。サイクル特性の低下はスズなどが凝集あるいは結晶化することによるものであると考えられるが、炭素が他の元素と結合することにより、そのような凝集あるいは結晶化を抑制することができるからである。
【００３４】
元素の結合状態を調べる測定方法としては、例えばＸ線光電子分光法（X-ray Photoelectron Spectroscopy；ＸＰＳ）が挙げられる。ＸＰＳでは、炭素の１ｓ軌道（Ｃ１ｓ）のピークは、グラファイトであれば、金原子の４ｆ軌道（Ａｕ４ｆ）のピークが８４．０ｅＶに得られるようにエネルギー較正された装置において、２８４．５ｅＶに現れる。また、表面汚染炭素であれば、２８４．８ｅＶに現れる。これに対して、炭素元素の電荷密度が高くなる場合、例えば炭素が金属元素または半金属元素と結合している場合には、Ｃ１ｓのピークは、２８４．５ｅＶよりも低い領域に現れる。すなわち、ＣｏＳｎＣ含有材料について得られるＣ１ｓの合成波のピークが２８４．５ｅＶよりも低い領域に現れる場合には、ＣｏＳｎＣ含有材料に含まれる炭素の少なくとも一部が他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合している。
【００３５】
なお、ＸＰＳ測定では、スペクトルのエネルギー軸の補正に、例えばＣ１ｓのピークを用いる。通常、表面には表面汚染炭素が存在しているので、表面汚染炭素のＣ１ｓのピークを２８４．８ｅＶとし、これをエネルギー基準とする。ＸＰＳ測定では、Ｃ１ｓのピークの波形は、表面汚染炭素のピークとＣｏＳｎＣ含有材料中の炭素のピークとを含んだ形として得られるので、例えば市販のソフトウエアを用いて解析することにより、表面汚染炭素のピークと、ＣｏＳｎＣ含有材料中の炭素のピークとを分離する。波形の解析では、最低束縛エネルギー側に存在する主ピークの位置をエネルギー基準（２８４．８ｅＶ）とする。
【００３６】
負極活物質層２２Ｂは、更に、他の負極活物質を含んでいてもよく、また、導電剤，結着剤あるいは粘度調整剤などの充電に寄与しない他の材料を含んでいてもよい。他の負極活物質としては、例えば、天然黒鉛，人造黒鉛，難黒鉛化炭素あるいは易黒鉛化炭素などの炭素材料が挙げられる。導電剤としては、黒鉛繊維，金属繊維あるいは金属粉末などが挙げられる。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素系高分子化合物、またはスチレンブタジエンゴムあるいはエチレンプロピレンジエンゴムなどの合成ゴムなどが挙げられる。粘度調整剤としては、カルボキシメチルセルロースなどが挙げられる。
【００３７】
図１に示したセパレータ２３は、例えばポリプロピレンあるいはポリエチレンなどのポリオレフィン系の材料よりなる多孔質膜、またはセラミック製の不織布などの無機材料よりなる多孔質膜により構成されており、これら２種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。
【００３８】
セパレータ２３には、液状の電解質である電解液が含浸されている。この電解液は、例えば、溶媒と、電解質塩であるリチウム塩とを含んで構成されている。溶媒は、電解質塩を溶解し解離させるものである。溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、１, ２−ジメトキシエタン、１, ２−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１, ３−ジオキソラン、４メチル１, ３ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、アニソール、酢酸エステル、酪酸エステルあるいはプロピオン酸エステルなどが挙げられ、これらのいずれか１種または２種以上を混合して用いてもよい。
【００３９】
リチウム塩としては、例えば、ＬｉＣｌＯ4 ，ＬｉＡｓＦ6 ，ＬｉＰＦ6 ，ＬｉＢＦ4 ，ＬｉＢ（Ｃ6 Ｈ5 ）4 ，ＣＨ3 ＳＯ3 Ｌｉ，ＣＦ3 ＳＯ3 Ｌｉ，ＬｉＣｌあるいはＬｉＢｒが挙げられ、これらのいずれか１種または２種以上を混合して用いてもよい。
【００４０】
図４は、図１に示したセンターピン２４の構成を表すものである。このセンターピン２４は、例えば、ステンレス鋼などよりなる薄い帯状の板を丸めて管状に成形したものであり、直径が例えば２．９ｍｍの円筒状とされている。センターピン２４は、巻回体２０の中心に挿入しやすくするため両端に傾斜部２４Ａが設けられると共に、長手方向の一方の端部から他方の端部にかけて切れ目２４Ｂが設けられている。
【００４１】
切れ目２４Ｂは、例えば、後述する製造工程において薄い帯状の板を管状に丸めてセンターピン２４を作製する際に、対向する長辺の間に隙間をあけることにより設けられたものである。切れ目２４Ｂの幅は、例えば０．５ｍｍである。
【００４２】
また、この二次電池では、図２に示したように、正極２１の外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅに絶縁性の保護部材３０が設けられると共に、この保護部材３０の幅が正極集電体２１Ａよりも０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲で大きく形成されている。これにより、この二次電池では、充放電に伴う膨張収縮により変形しやすい巻回中心側の外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅを保護し、皺や折れ曲りから微小短絡が発生するのを抑制することができるようになっている。また、充放電により正極２１の幅が伸びた場合にも、負極２２に接触しやすい幅方向端部２１Ｆを保護し、微小短絡を抑制することができるようになっている。
【００４３】
保護部材３０は、外部から力がかかった場合の安全性を考慮して、外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅの長さ方向における一部に設けられていることが好ましい。すなわち、外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅの全部を保護部材３０で覆わず、一部を露出させるものである。このような構成とすると、外部からの衝撃などを受けて電池が押し潰された場合に、センターピン２４が押し潰されて切れ目２４Ｂの縁が外側に開き、その開いた部分がセパレータ２３を貫通して正極集電体２１Ａに達し、更に正極集電体２１Ａを突き破って正極集電体２１Ａと負極集電体２２Ａとの間を短絡させて電池反応を阻止することができ、安全性を高めることができる。
【００４４】
更に、保護部材３０は、外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅの巻回中心側の端部２１Ｇを回避して設けられていれば、より好ましい。巻回中心側の端部２１Ｇ近傍はセンターピン２４に近いので、その部分を保護部材３０で覆わずに露出させておけば、上述したように、センターピン２４により正極集電体２１Ａと負極集電体２２Ａとの間を確実に短絡させることができるからである。
【００４５】
また、保護部材３０は、外側正極活物質層２１Ｂおよび内側正極活物質層２１Ｃの巻回中心側の端部２１Ｂ１，２１Ｃ１に隣接して設けられていることが好ましい。この部分は特に充放電に伴う膨張収縮により段差による圧力を受けやすいからである。
【００４６】
このような保護部材３０としては、正極２１の表面で安定に存在することができるものであればよく、例えば、ポリプロピレンまたはポリエチレンテレフタレートよりなる粘着テープが挙げられる。
【００４７】
この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。
【００４８】
まず、例えば、正極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をＮ−メチル−２−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとする。続いて、この正極合剤スラリーを正極集電体２１Ａにドクタブレードあるいはバーコーターなどを用いて均一に塗布し溶剤を乾燥させたのち、ロールプレス機などにより圧縮成型して外側正極活物質層２１Ｂおよび内側正極活物質層２１Ｃを形成し、正極２１を作製する。その際、巻回中心側に、長さが例えば６０ｍｍの外周面露出領域２１Ｄと、長さが例えば４５ｍｍの内周面露出領域２１Ｅとを形成する。
【００４９】
また、図２に示したように、外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅに、外側正極活物質層２１Ｂおよび内側正極活物質層２１Ｃの巻回中心側の端部２１Ｂ１，２１Ｃ１に隣接して、保護部材３０として上述した材料よりなる粘着テープを設けると共に、この保護部材３０の幅を、正極集電体２１Ａよりも０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲で大きく形成する。また、保護部材３０の長さは例えば１５ｍｍとし、保護部材３０が外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅの一部のみを覆い、巻回中心側の端部２１Ｇを覆わないようにすることが好ましい。
【００５０】
次いで、例えば、負極活物質と、結着剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をＮ−メチル−２−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の負極合剤スラリーとする。続いて、この負極合剤スラリーを負極集電体２２Ａにドクタブレードあるいはバーコーターなどを用いて均一に塗布し溶剤を乾燥させたのち、ロールプレス機により圧縮成型して負極合剤層２２Ｂを形成し、負極２２を作製する。ロールプレス機は加熱して用いてもよい。また、目的の物性値になるまで複数回圧縮成型してもよい。更に、ロールプレス機以外のプレス機を用いてもよい。
【００５１】
続いて、正極集電体２１Ａに正極リード２５を溶接などにより取り付けると共に、負極集電体２２Ａに負極リード２６を溶接などにより取り付ける。そののち、正極２１と負極２２とをセパレータ２３を間にして積層し図２および図３に示した巻回方向に多数回巻回して巻回体２０を作製する。
【００５２】
巻回体２０を作製したのち、上述した材料よりなる薄い帯状の板を丸めて、切れ目２４Ｂを有する管状に成形し、両端に傾斜部２４Ａを設けることによりセンターピン２４を形成し、このセンターピン２４を巻回体２０の中心に挿入する。続いて、巻回体２０を一対の絶縁板１２，１３で挟み、負極リード２６を電池缶１１に溶接すると共に、正極リード２５を安全弁機構１５に溶接して、巻回体２０を電池缶１１の内部に収容し、電解液を電池缶１１の内部に注入し、セパレータ２３に含浸させる。そののち、電池缶１１の開口端部に電池蓋１４，安全弁機構１５および熱感抵抗素子１６をガスケット１７を間にしてかしめることにより固定する。これにより、図１に示した二次電池が完成する。
【００５３】
この二次電池では、充電を行うと、正極２１からリチウムイオンが放出され、セパレータ２３に含浸された電解液を介して負極２２に吸蔵される。放電を行うと、負極２２からリチウムイオンが放出され、セパレータ２３に含浸された電解液を介して正極２１に吸蔵される。ここでは、正極２１の巻回中心側の外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅに絶縁性の保護部材３０が設けられているので、充放電に伴う膨張収縮を繰り返すことにより外周面露出領域２１Ｄまたは内周面露出領域２１Ｅが変形して皺や折れ曲りが生じても、微小短絡が防止される。また、充放電により正極２１の幅が伸びた場合にも、幅方向端部２１Ｆが保護部材３０で保護されて負極２２に接触しなくなり、微小短絡が抑制される。これによりサイクル特性が改善される。
【００５４】
このように本実施の形態では、負極２２が、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であり、構成元素として金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を含む負極活物質を含むようにしたので、高い容量を得ることができる。また、絶縁性の保護部材３０により、充放電による膨張収縮により変形しやすい外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅを保護し、微小短絡を抑制することができる。よって、高い容量を保持しつつ、サイクル特性を向上させることができる。
【００５５】
更に、保護部材３０の幅を、正極集電体２１Ａよりも０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲で大きく形成するようにしたので、充放電により正極２１の幅が伸びた場合にも、正極２１の幅方向端部２１Ｆを保護部材３０で覆い、微小短絡を抑制することができる。よって、サイクル特性をより向上させることができる。
【００５６】
加えて、保護部材３０を、外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅの巻回中心側の端部２１Ｇを回避して、外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅの長さ方向における一部に設けるようにしたので、外部からの衝撃などを受けて電池が押し潰された場合に、外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅの保護部材３０で覆われてない部分において、センターピン２４により正極２１と負極２２とを短絡させて電池反応を阻止することができ、安全性を高めることができる。
【００５７】
なお、センターピン２４については、図５に示したような構成のものとしてもよい。すなわち、切れ目２４Ｂに対して垂直に交差するように第１の切欠部２４Ｃを設けることにより、正極２１と負極２２とをより確実に短絡させ、安全性を更に向上させることができるものである。
【００５８】
第１の切欠部２４Ｃは、例えば図６に示したように、外力Ｆで押し潰された場合において切れ目２４Ｂが外側に開く際に、切れ目２４Ｂと第１の切欠部２４Ｃとの交差部分の角部２４Ｄが外に開くように突出し、セパレータ２３を貫通して正極２１と負極２２とを確実に短絡させることができるようになっている。これにより、この二次電池では、外部からの衝撃などの異常が生じた場合に、切れ目２４Ｂのみを有するセンターピン２４に比べて、より速やかに電池反応を阻止して、発電機能を安全に喪失させることができる。特に、保護部材３０を、外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅの巻回中心側の端部２１Ｇを回避して、外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅの長さ方向における一部に設けるようにした場合に有効である。
【００５９】
なお、このようなセンターピン２４の材質、厚みは、第１の切欠部２４Ｃの大きさや長さ等との兼ね合を考慮して決定されるもので、通常時は所定の強度を保持し、一方、外力により電池が押し潰された場合にはそれと共に潰れ、角部２４Ｄが外方に開く程度のものとする。
【００６０】
第１の切欠部２４Ｃの長さ、すなわちセンターピン２４の周方向における寸法は、確実に角部２４Ｄを突出させることのできる程度であることが好ましく、例えばセンターピン２４の半周分とされている。また、第１の切欠部２４Ｃの幅、すなわちセンターピン２４の長手方向における寸法は、例えば０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが好ましい。より高い効果が得られるからである。第１の切欠部２４Ｃの本数や、第１の切欠部２４Ｃを設ける位置は特に限定されない。
【００６１】
また、このセンターピン２４では、上記第１の切欠部２４Ｃに加え、周方向において切れ目２４Ｂに対向する位置に第２の切欠部２４Ｅを有することが好ましい。この第２の切欠部２４Ｅも第１の切欠部２４Ｃと同様に切れ目２４Ｂに対して垂直な方向に設けるものとする。これにより、外力が加わった場合、第１の切欠部２４Ｃだけでなく、第２の切欠部２４Ｅも外側に開いてセパレータ２３に食い込み、正極２１や負極２２に押しつけられることにより、より確実に短絡を生じやすくすることができる。また、この第２の切欠部２４Ｅの大きさ、数等を変更することにより、センターピン３０の強度を調節することも可能になる。
【００６２】
第２の切欠部２４Ｅの長さは、押し潰されたり折れたりした場合に外側に開くことができる程度であり、例えば、第１の切欠部２４Ｃと同様にセンターピン２４の半周分とされている。また、第２の切欠部２４Ｅの幅は、第１の切欠部２４Ｃと同様に、例えば０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが好ましい。なお、第２の切欠部２４Ｅの本数および位置は、第１の切欠部２４Ｃの本数および位置に応じて適切に定めることができるもので、特に限定されるものではない。
【００６３】
このようなセンターピン２４は、例えば図７に示したように、例えばステンレス鋼よりなる薄い帯状の板４１に第１の切欠部２４Ｃおよび第２の切欠部２４Ｅを形成し、板４１を丸めて筒状に成形し、両端に傾斜部２４Ａを設けることにより形成することができる。
【実施例】
【００６４】
更に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。
【００６５】
（実施例１〜３）
上記実施の形態で説明した二次電池を作製した。まず、炭酸リチウム（Ｌｉ2 ＣＯ3 ）と炭酸コバルト（ＣｏＣＯ3 ）とを、Ｌｉ2 ＣＯ3 ：ＣｏＣＯ3 ＝０．５：１（モル比）の割合で混合し、空気中において９００℃で５時間焼成して、正極活物質としてのリチウム・コバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ2 ）を得た。次いで、このリチウム・コバルト複合酸化物９１質量部と、導電剤であるグラファイト６質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン３質量部とを混合して正極合剤を調整した。続いて、この正極合剤を溶剤であるＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させて正極合剤スラリーとし、厚み２０μｍのアルミニウム箔よりなる正極集電体２１Ａの両面に均一に塗布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して外側正極活物質層２１Ｂおよび内側正極活物質層２１Ｃを形成し正極２１を作製した。その際、巻回中心側に、長さ４５ｍｍの外周面露出領域２１Ｄおよび長さ６０ｍｍの内周面露出領域２１Ｅを設けた。
【００６６】
正極２１を形成したのち、外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅに、外側正極活物質層２１Ｂおよび内側正極活物質層２１Ｃの巻回中心側の端部２１Ｂ１，２１Ｃ１に隣接して、保護部材３０として長さ１５ｍｍのポリプロピレン製粘着テープを貼った。その際、保護部材３０の幅を、実施例１では正極集電体２１Ａよりも５ｍｍ（幅方向片側で２．５ｍｍ）大きく形成し、実施例２では４ｍｍ（幅方向片側で２ｍｍ）大きく形成し、実施例３では正極集電体２１Ａよりも１ｍｍ（幅方向片側で０．５ｍｍ）大きく形成した。続いて、正極集電体２１Ａの一端にアルミニウム製の正極リード２５を取り付けた。
【００６７】
また、負極活物質としてＣｏＳｎＣ含有材料を作製した。まず、原料としてコバルト粉末とスズ粉末と炭素粉末とを用意し、コバルト粉末とスズ粉末とを合金化してコバルト・スズ合金粉末を作製したのち、この合金粉末に炭素粉末を加えて乾式混合した。続いて、この混合物を遊星ボールミルを用いてメカノケミカル反応を利用して合成し、ＣｏＳｎＣ含有材料を得た。
【００６８】
得られたＣｏＳｎＣ含有材料について組成の分析を行ったところ、コバルトの含有量は２９．３質量％、スズの含有量は４９．９質量％、炭素の含有量は１９．８質量％であった。なお、炭素の含有量は、炭素・硫黄分析装置により測定し、コバルトおよびスズの含有量は、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合プラズマ）発光分析により測定した。また、得られたＣｏＳｎＣ含有材料についてＸ線回折を行ったところ、回折角２θ＝２０°〜５０°の間に、回折角２θが１．０°以上の広い半値幅を有する回折ピークが観察された。更に、このＣｏＳｎＣ含有材料についてＸＰＳを行ったところ、ＣｏＳｎＣ含有材料中におけるＣ１ｓのピークは２８４．５ｅＶよりも低い領域に得られた。すなわち、ＣｏＳｎＣ含有材料中の炭素が他の元素と結合していることが確認された。
【００６９】
次いで、このＣｏＳｎＣ含有材料６０質量部と、導電剤および負極活物質である人造黒鉛２８質量部およびカーボンブラック２質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン１０質量部とを混合し、負極合剤を調整した。続いて、この負極合剤を溶剤であるＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させて負極合剤スラリーとし、厚み１５μｍの銅箔よりなる負極集電体２２Ａの両面に塗布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して負極活物質層２２Ｂを形成した。そののち、負極集電体２２Ａの一端にニッケル製の負極リード２６を取り付けた。
【００７０】
続いて、厚み２５μｍの微孔性ポリプロピレンフィルムよりなるセパレータ２３を用意し、正極２１，セパレータ２３，負極２２，セパレータ２３の順に積層して積層体を形成したのち、この積層体を渦巻状に多数回巻回し、巻回体２０を作製した。巻回体２０の胴部の最大径は１３ｍｍとした。
【００７１】
巻回体２０を作製したのち、ステンレス鋼よりなる薄い帯状の板を丸めて、切れ目２４Ｂを有する管状に成形し、両端に傾斜部２４Ａを設けることにより、図４に示したようなセンターピン２４を形成し、このセンターピン２４を巻回体２０の中心に挿入した。続いて、巻回体２０を一対の絶縁板１２，１３で挟み、負極リード２６を電池缶１１に溶接すると共に、正極リード２５を安全弁機構１５に溶接して、巻回体２０を内径１３．４ｍｍの電池缶１１の内部に収容した。そののち、電池缶１１の内部に電解液を注入した。電解液には、炭酸エチレン５０体積％と炭酸ジエチル５０体積％とを混合した溶媒に、電解質塩としてＬｉＰＦ6 を１ｍｏｌ／ｄｍ3 の含有量で溶解させたものを用いた。
【００７２】
電池缶１１の内部に電解液を注入したのち、ガスケット１７を間にして電池蓋１４を電池缶１１にかしめることにより、外径１４ｍｍ、高さ４３ｍｍの円筒型の二次電池を得た。
【００７３】
実施例１，２に対する比較例１として、保護部材を用いなかったことを除き、他は実施例１，２と同様にして二次電池を作製した。また、比較例２として、保護部材の幅を、正極集電体よりも２ｍｍ（幅方向片側では１ｍｍ）小さく形成したことを除き、他は実施例１，２と同様にして二次電池を作製した。
【００７４】
このようにして得られた実施例１〜３および比較例１，２の二次電池をそれぞれ５個作製し、サイクル特性を調べた。得られた結果を表１に示す。なお、表１において保護部材と正極集電体との幅の差は、保護部材の幅から正極集電体の幅を差し引いた値（（保護部材の幅）−（正極集電体の幅））を表し、保護部材の幅のほうが正極集電体の幅よりも大きい場合は＋、保護部材の幅のほうが正極集電体の幅よりも小さい場合は−を付している。
【００７５】
【表１】
【００７６】
サイクル特性としては、２サイクル目の放電容量に対する２００サイクル目の放電容量維持率（２００サイクル目の放電容量／２サイクル目の放電容量）×１００（％）を求め、８０％以上を良とした。その際、充放電は、４５℃の環境下において、上限電圧４．２Ｖ、電流１Ｃの条件で、定電流定電圧充電を行ったのち、電流１Ｃ、終止電圧２. ５Ｖの条件で定電流放電を行った。１Ｃは、電池容量を１時間で放電しきる電流値である。
【００７７】
また、実施例１〜３のそれぞれについて、巻回体２０を作製する際の歩留り（良品数／投入数）×１００（％）を１日目から５日目まで調べた。投入数は各日とも１０００個とした。得られた結果を表２に示す。
【００７８】
【表２】
【００７９】
表１からわかるように、正極２１の巻回中心側の外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅに、保護部材３０を設けると共に、保護部材３０の幅を、正極集電体２１Ａよりもそれぞれ５ｍｍ、４ｍｍまたは１ｍｍ大きく形成した実施例１〜３では、保護部材を設けなかった比較例１，および保護部材の幅を正極集電体よりも２ｍｍ小さく形成した比較例２よりも容量維持率が向上した。
【００８０】
また、表２からわかるように、実施例１〜３を比べると、保護部材３０の幅を正極集電体２１Ａよりも大きくするほど歩留りが低下した。これは、保護部材３０のはみ出しが多いので、セパレータ２３に保護部材３０が粘着しやすくなってしまったからであると考えられる。
【００８１】
すなわち、正極２１の巻回中心側の外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅに絶縁性の保護部材３０を設けると共に、保護部材３０の幅を正極集電体２１Ａよりも０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲で大きく形成するようにすれば、サイクル特性を向上させることができることが分かった。
【００８２】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、内周面露出領域２１Ｅのほうが外周面露出領域２１Ｄよりも長くされている場合について説明したが、外周面露出領域２１Ｄを内周面露出領域２１Ｅと同じ長さまたは内周面露出領域２１Ｅよりも長くするようにしてもよい。
【００８３】
また、例えば、上記実施の形態および実施例では、溶媒に液状の電解質である電解液を用いる場合について説明したが、電解液に代えて、他の電解質を用いるようにしてもよい。他の電解質としては、例えば、電解液を高分子化合物に保持させたゲル状の電解質、イオン伝導性を有する固体電解質、固体電解質と電解液とを混合したもの、あるいは固体電解質とゲル状の電解質とを混合したものが挙げられる。
【００８４】
なお、ゲル状の電解質には電解液を吸収してゲル化するものであれば種々の高分子化合物を用いることができる。そのような高分子化合物としては、例えば、ポリビニリデンフルオロライドあるいはビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体などのフッ素系高分子化合物、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、またはポリアクリロニトリルなどが挙げられる。特に、酸化還元安定性の点からは、フッ素系高分子化合物が望ましい。
【００８５】
固体電解質には、例えば、イオン伝導性を有する高分子化合物に電解質塩を分散させた有機固体電解質、またはイオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などよりなる無機固体電解質を用いることができる。このとき、高分子化合物としては、例えば、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、ポリメタクリレートなどのエステル系高分子化合物、アクリレート系高分子化合物を単独あるいは混合して、または分子中に共重合させて用いることができる。また、無機固体電解質としては、窒化リチウムあるいはヨウ化リチウムなどを用いることができる。
【００８６】
更に、上記実施の形態および実施例では、巻回構造を有する円筒型の二次電池について説明したが、本発明は、巻回構造を有する二次電池であればいずれも適用することができる。
【００８７】
加えて、上記実施の形態および実施例では、電極反応物質としてリチウムを用いる場合について説明したが、ナトリウム（Ｎａ）あるいはカリウム（Ｋ）などの長周期型周期表における他の１族の元素、またはマグネシウムあるいはカルシウム（Ｃａ）などの長周期型周期表における２族の元素、またはアルミニウムなどの他の軽金属、またはリチウムあるいはこれらの合金を用いる場合についても、本発明を適用することができ、同様の効果を得ることができる。その際、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能な負極活物質、正極活物質あるいは溶媒などは、その電極反応物質に応じて選択される。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る二次電池の構成を表す断面図である。
【図２】図１に示した正極の巻回前の構成を表す平面図および断面図である。
【図３】図１に示した負極の巻回前の構成を表す断面図である。
【図４】図１に示したセンターピンの構成を表す斜視図である。
【図５】本発明の変形例に係るセンターピンの構成を表す斜視図である。
【図６】図５に示したセンターピンの作用を説明するための断面図である。
【図７】図５に示したセンターピンを用いた二次電池の製造方法における工程を表す平面図である。
【図８】従来の巻回型の電池の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
【００８９】
１１…電池缶、１２，１３…絶縁板、１４…電池蓋、１５…安全弁機構、１６…熱感抵抗素子、１７…ガスケット、２０…巻回体、２１…正極、２１Ａ…正極集電体、２１Ｂ…外側正極活物質層、２１Ｃ…内側正極活物質層、２１Ｄ…外周面露出領域、２１Ｅ…内周面露出領域、２１Ｆ…幅方向端部、２１Ｇ…巻回中心側の端部、２２…負極、２２Ａ…負極集電体、２２Ｂ…負極活物質層、２３…セパレータ、２４…センターピン、２４Ａ…傾斜部、２４Ｂ…切れ目、２４Ｃ…第１の切欠部、２４Ｄ…角部、２４Ｅ…第２の切欠部、２５…正極リード、２６…負極リード、３０…保護部材。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極と負極とを電解質を間にして積層し巻回してなる巻回体を備えた二次電池に係り、特に、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であり、構成元素として金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を含む負極活物質を含む負極を備えた二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラ一体型ＶＴＲ（ビデオテープレコーダ），携帯電話あるいはノートパソコンなどのポータブル電子機器が多く登場し、その小型軽量化が図られている。これらの電子機器のポータブル電源として用いられている電池、特に二次電池はキーデバイスとして、エネルギー密度の向上を図る研究開発が活発に進められている。中でも、非水電解質二次電池（例えば、リチウムイオン二次電池）は、従来の水系電解液二次電池である鉛電池、ニッケルカドミウム電池と比較して大きなエネルギー密度が得られるので、その改良に関する検討が各方面で行われている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池に使用される負極活物質としては、比較的高容量を示し良好なサイクル特性を有する難黒鉛化性炭素あるいは黒鉛などの炭素系材料が広く用いられている。ただし、近年の高容量化の要求を考えると、炭素系材料の更なる高容量化が課題となっている。
【０００４】
このような背景から、炭素化原料と作成条件とを選ぶことにより炭素系材料で高容量を達成する技術が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、かかる炭素系材料を用いた場合には、負極放電電位が対リチウムで０．８Ｖ〜１．０Ｖであり、電池を構成したときの電池放電電圧が低くなることから、電池エネルギー密度の点では大きな向上が見込めない。さらには、充放電曲線形状にヒステリシスが大きく、各充放電サイクルでのエネルギー効率が低いという欠点もある。
【０００５】
一方、炭素系材料を上回る高容量負極として、ある種の金属リチウムが電気化学的に合金化し、これが可逆的に生成・分解することを応用した合金材料に関する研究も進められている。例えば、Ｌｉ−Ａｌ合金を用いた高容量負極が開発され、さらには、Ｌｉ−Ｓｉ合金からなる高容量負極が開発されている（例えば、特許文献２参照。）。また、Ｃｕ6 Ｓｎ5 という金属間化合物も開発されている（例えば、特許文献３参照。）。
【非特許文献１】ディ．ラーチャー（D. Larcher）著「ジャーナル オブ ジ エレクトロケミカル ソサエティ（Journal of The Electrochemical Society）」、２０００年、５巻、第１４７号、ｐ1658-1662
【特許文献１】特開平８−３１５８２５号公報
【特許文献２】米国特許第４９５０５６６号明細書等
【特許文献３】特開平６−３２５７６５号公報
【特許文献４】特開平７−２３０８００号公報
【特許文献５】特開平７−２８８１３０号公報
【特許文献６】特開平５−２３４６２０号公報
【特許文献７】特開２００１−２６６９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、Ｌｉ−Ａｌ合金，Ｓｉ合金あるいはＣｕ6 Ｓｎ5 は、充放電に伴い膨張収縮し、充放電を繰り返す度に微粉化するので、サイクル特性が極めて悪いという大きな問題がある。
【０００７】
そこで、サイクル特性を改善する手法として、リチウムの吸蔵・放出に伴う膨張収縮に関与しない元素で一部を置換することが検討されており、例えば、ＬｉＳｉs Ｏt （０≦ｓ、０＜ｔ＜２），Ｌｉu Ｓｉ1-v Ｍv Ｏw （Ｍはアルカリ金属を除く金属もしくはケイ素を除く類金属を表し、０≦ｕ、０＜ｖ＜１、０＜ｗ＜２である），あるいはＬｉＡｇＴｅ系合金が提案されている（例えば、特許文献４〜６参照。）。しかし、これらの負極活物質によっても、膨張収縮に由来する充放電サイクル特性の劣化が大きく、高容量という特徴を活かしきれていないのが実状である。特に、正極と負極とを電解質を間にして積層し巻回して用いる場合、構造上の理由により充放電サイクル特性の劣化が顕著に現れる。
【０００８】
すなわち、巻回型の電池では、充放電に伴う膨張収縮を繰り返すことにより、例えば図８に示したように、巻回中心側で正極１２１や負極１２２が変形して皺や折れ曲りが生じ、そこから微小短絡が起こって充放電サイクル特性が劣化してしまう。また、充放電に伴って正極の幅が伸び、正極の幅方向端部が負極に接触して微小短絡が起こることにより、充放電サイクル特性が劣化してしまうという問題もある。このような充放電サイクル特性の劣化は、とりわけ高温時や過充電の充放電サイクルで著しい。
【０００９】
なお、従来では、負極活物質として炭素系材料を用いた巻回型の電池において、電極の端部およびそれに対向する側の電極上に、ポリイミドまたはポリプロピレン製のテープなどの絶縁材を接着し、外部から押圧力が加えられた場合などに電極間の短絡を防止することが提案されている（例えば、特許文献７参照。）。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、負極活物質として合金材料を用いた場合に、巻回中心側における微小短絡を抑制し、充放電サイクル特性を向上させることができる二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による二次電池は、帯状の正極集電体の外周面に外側正極活物質層、内周面に内側正極活物質層をそれぞれ有する正極と、帯状の負極集電体の面上に負極活物質層を有する負極とをセパレータを間にして積層し、巻回した巻回体を備え、負極は、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であり、構成元素として金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を含む負極活物質を含み、正極は、巻回中心側に、正極集電体が外側正極活物質層に覆われず露出した外周面露出領域と、正極集電体が内側正極活物質層に覆われず露出した内周面露出領域とを有し、外周面露出領域および内周面露出領域に絶縁性の保護部材が設けられると共に、保護部材の幅が正極集電体よりも０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲で大きく形成されているものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の二次電池によれば、負極が、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であり、構成元素として金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を含む負極活物質を含むようにしたので、高い容量を得ることができる。また、正極の巻回中心側の外周面露出領域および内周面露出領域に絶縁性の保護部材を設けるようにしたので、充放電に伴う膨張収縮により変形しやすい外周面露出領域および内周面露出領域を保護し、皺や折れ曲りから微小短絡が生じることを抑制することができる。よって、高い容量を保持しつつ、サイクル特性を向上させることができる。更に、保護部材の幅を正極集電体よりも０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲で大きく形成したので、充放電により正極の幅が伸びた場合にも、正極の幅方向端部を保護部材で覆い、負極との微小短絡を抑制することができる。よって、サイクル特性をより向上させることができる。
【００１３】
ここで「幅」とは、正極または負極の巻回方向すなわち長さ方向に対して垂直な方向における寸法をいう。また、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下という範囲は、幅方向両側の合計であり、片側では０．２５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下である。
【００１４】
加えて、保護部材を、外周面露出領域および内周面露出領域の長さ方向における一部に設けるようにすれば、外部からの衝撃などを受けて電池が押し潰された場合に、外周面露出領域または内周面露出領域の保護部材で覆われてない部分において、センターピンを用いて正極と負極とを短絡させて電池反応を停止させることができ、安全性を高めることができる。
【００１５】
その場合、センターピンの長手方向の切れ目に交差して第１の切欠部を設けるようにすれば、外部からの力で押し潰されたり折れたりした場合に正極と負極とを確実に短絡させることができ、安全性を更に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図において各構成要素は本発明が理解できる程度の形状、大きさおよび配置関係を概略的に示したものであり、実寸とは異なっている。
【００１７】
図１は本発明の一実施の形態に係る二次電池の断面構造を表すものである。この二次電池は、いわゆる円筒型といわれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶１１の内部に、巻回体２０を有している。電池缶１１は、例えばニッケル（Ｎｉ）のめっきがされた鉄（Ｆｅ）により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶１１の内部には、巻回体２０を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板１２，１３がそれぞれ配置されている。
【００１８】
電池缶１１の開放端部には、電池蓋１４と、この電池蓋１４の内側に設けられた安全弁機構１５および熱感抵抗素子（Positive Temperature Coefficient；ＰＴＣ素子）１６とが、ガスケット１７を間にしてかしめられることにより取り付けられており、電池缶１１の内部は密閉されている。電池蓋１４は、例えば、電池缶１１と同様の材料により構成されている。安全弁機構１５は、熱感抵抗素子１６を介して電池蓋１４と電気的に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱などにより電池の内圧が一定以上となった場合にディスク板１５Ａが反転して電池蓋１４と巻回体２０との電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子１６は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流による異常な発熱を防止するものである。ガスケット１７は、例えば、絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。
【００１９】
巻回体２０は、正極２１と負極２２とをセパレータ２３を間にして積層し、渦巻き状に巻回したものであり、中心にはセンターピン２４が挿入されている。巻回体２０の正極２１にはアルミニウム（Ａｌ）などよりなる正極リード２５が接続されており、負極２２にはニッケルなどよりなる負極リード２６が接続されている。正極リード２５は安全弁機構１５に溶接されることにより電池蓋１４と電気的に接続されており、負極リード２６は電池缶１１に溶接され電気的に接続されている。
【００２０】
図２は図１に示した正極２１の巻回前の構成を表すものである。正極２１は、例えば、帯状の正極集電体２１Ａの外周面に外側正極活物質層２１Ｂ、内周面に内側正極活物質層２１Ｃを設けたものである。また、正極２１は、巻回中心側に、正極集電体２１Ａが外側正極活物質層２１Ｂに覆われず露出した外周面露出領域２１Ｄと、正極集電体２１Ａが内側正極活物質層２１Ｃに覆われず露出した内周面露出領域２１Ｅとを有している。内周面露出領域２１Ｅは外周面露出領域２１Ｄよりも長くされており、外周面露出領域２１Ｄの長さは例えば４５ｍｍ、内周面露出領域２１Ｅの長さは例えば６０ｍｍとされている。なお、外周面露出領域２１Ｄと内周面露出領域２１Ｅとは必ずしも同じ長さでなくてもよい。
【００２１】
正極集電体２１Ａは、例えば、厚みが５μｍ〜５０μｍ程度であり、アルミニウム箔，ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。
【００２２】
外側正極活物質層２１Ｂおよび内側正極活物質層２１Ｃは、 正極活物質層２１Ｂは、例えば、正極活物質として、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出可能な正極材料のいずれか１種または２種以上を含んでおり、必要に応じて炭素材料などの導電材およびポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んでいてもよい。リチウムを吸蔵および放出可能な正極材料としては、例えば、硫化チタン（ＴｉＳ2 ），硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ），セレン化ニオブ（ＮｂＳｅ2 ）あるいは酸化バナジウム（Ｖ2 Ｏ5 ）などのリチウムを含有しない金属硫化物，金属セレン化物あるいは金属酸化物など、またはリチウムを含有するリチウム含有化合物が挙げられる。
【００２３】
中でも、リチウム含有化合物は、高電圧および高エネルギー密度を得ることができるものがあるので好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物、またはリチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物が挙げられ、特にコバルト（Ｃｏ），ニッケルおよびマンガン（Ｍｎ）のうちの少なくとも１種を含むものが好ましい。より高い電圧を得ることができるからである。その化学式は、例えば、Ｌｉx ＭＩＯ2 あるいはＬｉy ＭIIＰＯ4 で表される。式中、ＭＩおよびＭIIは１種類以上の遷移金属元素を表す。ｘおよびｙの値は電池の充放電状態によって異なり、通常、０．０５≦ｘ≦１．１０、０．０５≦ｙ≦１．１０である。
【００２４】
リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物の具体例としては、リチウムコバルト複合酸化物（Ｌｉx ＣｏＯ2 ）、リチウムニッケル複合酸化物（Ｌｉx ＮｉＯ2 ）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（Ｌｉx Ｎｉ1-z Ｃｏz Ｏ2 （ｚ＜１））、あるいはスピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物（ＬｉＭｎ2 Ｏ4 ）などが挙げられる。中でも、ニッケルを含む複合酸化物が好ましい。高い容量を得ることができると共に、優れたサイクル特性も得ることができるからである。リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物の具体例としては、例えばリチウム鉄リン酸化合物（ＬｉＦｅＰＯ4 ）あるいはリチウム鉄マンガンリン酸化合物（ＬｉＦｅ1-v Ｍｎv ＰＯ4 （ｖ＜１））が挙げられる。
【００２５】
図３は図１に示した負極２２の巻回前の断面構成を表すものである。負極２２は、例えば、帯状の負極集電体２２Ａの両面に負極活物質層２２Ｂを設けたものである。負極集電体２２Ａは、例えば、銅箔，ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。この負極集電体２２Ａの厚みは、例えば５μｍ〜５０μｍである。
【００２６】
負極活物質層２２Ｂは、負極活物質として、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出することが可能であり、金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を構成元素として含む負極材料を含有している。このような負極材料を用いれば、高いエネルギー密度を得ることができるからである。この負極材料は金属元素あるいは半金属元素の単体でも合金でも化合物でもよく、またこれらの１種または２種以上の相を少なくとも一部に有するようなものでもよい。なお、本発明において、合金には２種以上の金属元素からなるものに加えて、１種以上の金属元素と１種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体，共晶（共融混合物），金属間化合物あるいはそれらのうちの２種以上が共存するものがある。また、この負極材料は１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００２７】
この負極材料を構成する金属元素あるいは半金属元素としては、例えばリチウムと合金を形成可能な金属元素あるいは半金属元素が挙げられる。具体的には、マグネシウム（Ｍｇ），ホウ素（Ｂ），アルミニウム（Ａｌ），ガリウム（Ｇａ），インジウム（Ｉｎ），ケイ素，ゲルマニウム（Ｇｅ），スズ，鉛（Ｐｂ），ビスマス（Ｂｉ），カドミウム（Ｃｄ），銀（Ａｇ），亜鉛（Ｚｎ），ハフニウム（Ｈｆ），ジルコニウム（Ｚｒ），イットリウム（Ｙ），パラジウム（Ｐｄ）あるいは白金（Ｐｔ）などが挙げられる。
【００２８】
中でも、この負極材料としては、長周期型周期表における１４族の金属元素あるいは半金属元素を構成元素として含むものが好ましく、特に好ましいのはケイ素およびスズの少なくとも一方を構成元素として含むものである。ケイ素およびスズは、リチウムを吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。具体的には、例えば、ケイ素の単体，合金，あるいは化合物、またはスズの単体，合金，あるいは化合物、またはこれらの１種あるいは２種以上の相を少なくとも一部に有する材料が挙げられる。
【００２９】
スズの合金としては、例えば、スズ以外の第２の構成元素として、ケイ素，ニッケル，銅，鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ），マンガン（Ｍｎ），亜鉛（Ｚｎ），インジウム（Ｉｎ），銀（Ａｇ），チタン（Ｔｉ），ゲルマニウム（Ｇｅ），ビスマス（Ｂｉ），アンチモン（Ｓｂ）およびクロム（Ｃｒ）からなる群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の第２の構成元素として、スズ，ニッケル，銅，鉄，コバルト，マンガン，亜鉛，インジウム，銀，チタン，ゲルマニウム，ビスマス，アンチモンおよびクロムからなる群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。
【００３０】
スズの化合物あるいはケイ素の化合物としては、例えば、酸素（Ｏ）あるいは炭素（Ｃ）を含むものが挙げられ、スズまたはケイ素に加えて、上述した第２の構成元素を含んでいてもよい。
【００３１】
中でも、この負極材料としては、スズと、コバルトと、炭素とを構成元素として含み、炭素の含有量が９．９質量％以上２９．７質量％以下であり、かつスズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合が３０質量％以上７０質量％以下であるＣｏＳｎＣ含有材料が好ましい。このような組成範囲において高いエネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるからである。
【００３２】
このＣｏＳｎＣ含有材料は、必要に応じて更に他の構成元素を含んでいてもよい。他の構成元素としては、例えば、ケイ素，鉄，ニッケル，クロム，インジウム，ニオブ（Ｎｂ），ゲルマニウム，チタン，モリブデン（Ｍｏ），アルミニウム（Ａｌ），リン（Ｐ），ガリウム（Ｇａ）またはビスマスが好ましく、２種以上を含んでいてもよい。容量またはサイクル特性を更に向上させることができるからである。
【００３３】
なお、このＣｏＳｎＣ含有材料は、スズと、コバルトと、炭素とを含む相を有しており、この相は結晶性の低いまたは非晶質な構造を有していることが好ましい。また、このＣｏＳｎＣ含有材料では、構成元素である炭素の少なくとも一部が、他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合していることが好ましい。サイクル特性の低下はスズなどが凝集あるいは結晶化することによるものであると考えられるが、炭素が他の元素と結合することにより、そのような凝集あるいは結晶化を抑制することができるからである。
【００３４】
元素の結合状態を調べる測定方法としては、例えばＸ線光電子分光法（X-ray Photoelectron Spectroscopy；ＸＰＳ）が挙げられる。ＸＰＳでは、炭素の１ｓ軌道（Ｃ１ｓ）のピークは、グラファイトであれば、金原子の４ｆ軌道（Ａｕ４ｆ）のピークが８４．０ｅＶに得られるようにエネルギー較正された装置において、２８４．５ｅＶに現れる。また、表面汚染炭素であれば、２８４．８ｅＶに現れる。これに対して、炭素元素の電荷密度が高くなる場合、例えば炭素が金属元素または半金属元素と結合している場合には、Ｃ１ｓのピークは、２８４．５ｅＶよりも低い領域に現れる。すなわち、ＣｏＳｎＣ含有材料について得られるＣ１ｓの合成波のピークが２８４．５ｅＶよりも低い領域に現れる場合には、ＣｏＳｎＣ含有材料に含まれる炭素の少なくとも一部が他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合している。
【００３５】
なお、ＸＰＳ測定では、スペクトルのエネルギー軸の補正に、例えばＣ１ｓのピークを用いる。通常、表面には表面汚染炭素が存在しているので、表面汚染炭素のＣ１ｓのピークを２８４．８ｅＶとし、これをエネルギー基準とする。ＸＰＳ測定では、Ｃ１ｓのピークの波形は、表面汚染炭素のピークとＣｏＳｎＣ含有材料中の炭素のピークとを含んだ形として得られるので、例えば市販のソフトウエアを用いて解析することにより、表面汚染炭素のピークと、ＣｏＳｎＣ含有材料中の炭素のピークとを分離する。波形の解析では、最低束縛エネルギー側に存在する主ピークの位置をエネルギー基準（２８４．８ｅＶ）とする。
【００３６】
負極活物質層２２Ｂは、更に、他の負極活物質を含んでいてもよく、また、導電剤，結着剤あるいは粘度調整剤などの充電に寄与しない他の材料を含んでいてもよい。他の負極活物質としては、例えば、天然黒鉛，人造黒鉛，難黒鉛化炭素あるいは易黒鉛化炭素などの炭素材料が挙げられる。導電剤としては、黒鉛繊維，金属繊維あるいは金属粉末などが挙げられる。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素系高分子化合物、またはスチレンブタジエンゴムあるいはエチレンプロピレンジエンゴムなどの合成ゴムなどが挙げられる。粘度調整剤としては、カルボキシメチルセルロースなどが挙げられる。
【００３７】
図１に示したセパレータ２３は、例えばポリプロピレンあるいはポリエチレンなどのポリオレフィン系の材料よりなる多孔質膜、またはセラミック製の不織布などの無機材料よりなる多孔質膜により構成されており、これら２種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。
【００３８】
セパレータ２３には、液状の電解質である電解液が含浸されている。この電解液は、例えば、溶媒と、電解質塩であるリチウム塩とを含んで構成されている。溶媒は、電解質塩を溶解し解離させるものである。溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、１, ２−ジメトキシエタン、１, ２−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１, ３−ジオキソラン、４メチル１, ３ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、アニソール、酢酸エステル、酪酸エステルあるいはプロピオン酸エステルなどが挙げられ、これらのいずれか１種または２種以上を混合して用いてもよい。
【００３９】
リチウム塩としては、例えば、ＬｉＣｌＯ4 ，ＬｉＡｓＦ6 ，ＬｉＰＦ6 ，ＬｉＢＦ4 ，ＬｉＢ（Ｃ6 Ｈ5 ）4 ，ＣＨ3 ＳＯ3 Ｌｉ，ＣＦ3 ＳＯ3 Ｌｉ，ＬｉＣｌあるいはＬｉＢｒが挙げられ、これらのいずれか１種または２種以上を混合して用いてもよい。
【００４０】
図４は、図１に示したセンターピン２４の構成を表すものである。このセンターピン２４は、例えば、ステンレス鋼などよりなる薄い帯状の板を丸めて管状に成形したものであり、直径が例えば２．９ｍｍの円筒状とされている。センターピン２４は、巻回体２０の中心に挿入しやすくするため両端に傾斜部２４Ａが設けられると共に、長手方向の一方の端部から他方の端部にかけて切れ目２４Ｂが設けられている。
【００４１】
切れ目２４Ｂは、例えば、後述する製造工程において薄い帯状の板を管状に丸めてセンターピン２４を作製する際に、対向する長辺の間に隙間をあけることにより設けられたものである。切れ目２４Ｂの幅は、例えば０．５ｍｍである。
【００４２】
また、この二次電池では、図２に示したように、正極２１の外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅに絶縁性の保護部材３０が設けられると共に、この保護部材３０の幅が正極集電体２１Ａよりも０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲で大きく形成されている。これにより、この二次電池では、充放電に伴う膨張収縮により変形しやすい巻回中心側の外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅを保護し、皺や折れ曲りから微小短絡が発生するのを抑制することができるようになっている。また、充放電により正極２１の幅が伸びた場合にも、負極２２に接触しやすい幅方向端部２１Ｆを保護し、微小短絡を抑制することができるようになっている。
【００４３】
保護部材３０は、外部から力がかかった場合の安全性を考慮して、外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅの長さ方向における一部に設けられていることが好ましい。すなわち、外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅの全部を保護部材３０で覆わず、一部を露出させるものである。このような構成とすると、外部からの衝撃などを受けて電池が押し潰された場合に、センターピン２４が押し潰されて切れ目２４Ｂの縁が外側に開き、その開いた部分がセパレータ２３を貫通して正極集電体２１Ａに達し、更に正極集電体２１Ａを突き破って正極集電体２１Ａと負極集電体２２Ａとの間を短絡させて電池反応を阻止することができ、安全性を高めることができる。
【００４４】
更に、保護部材３０は、外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅの巻回中心側の端部２１Ｇを回避して設けられていれば、より好ましい。巻回中心側の端部２１Ｇ近傍はセンターピン２４に近いので、その部分を保護部材３０で覆わずに露出させておけば、上述したように、センターピン２４により正極集電体２１Ａと負極集電体２２Ａとの間を確実に短絡させることができるからである。
【００４５】
また、保護部材３０は、外側正極活物質層２１Ｂおよび内側正極活物質層２１Ｃの巻回中心側の端部２１Ｂ１，２１Ｃ１に隣接して設けられていることが好ましい。この部分は特に充放電に伴う膨張収縮により段差による圧力を受けやすいからである。
【００４６】
このような保護部材３０としては、正極２１の表面で安定に存在することができるものであればよく、例えば、ポリプロピレンまたはポリエチレンテレフタレートよりなる粘着テープが挙げられる。
【００４７】
この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。
【００４８】
まず、例えば、正極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をＮ−メチル−２−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとする。続いて、この正極合剤スラリーを正極集電体２１Ａにドクタブレードあるいはバーコーターなどを用いて均一に塗布し溶剤を乾燥させたのち、ロールプレス機などにより圧縮成型して外側正極活物質層２１Ｂおよび内側正極活物質層２１Ｃを形成し、正極２１を作製する。その際、巻回中心側に、長さが例えば６０ｍｍの外周面露出領域２１Ｄと、長さが例えば４５ｍｍの内周面露出領域２１Ｅとを形成する。
【００４９】
また、図２に示したように、外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅに、外側正極活物質層２１Ｂおよび内側正極活物質層２１Ｃの巻回中心側の端部２１Ｂ１，２１Ｃ１に隣接して、保護部材３０として上述した材料よりなる粘着テープを設けると共に、この保護部材３０の幅を、正極集電体２１Ａよりも０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲で大きく形成する。また、保護部材３０の長さは例えば１５ｍｍとし、保護部材３０が外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅの一部のみを覆い、巻回中心側の端部２１Ｇを覆わないようにすることが好ましい。
【００５０】
次いで、例えば、負極活物質と、結着剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をＮ−メチル−２−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の負極合剤スラリーとする。続いて、この負極合剤スラリーを負極集電体２２Ａにドクタブレードあるいはバーコーターなどを用いて均一に塗布し溶剤を乾燥させたのち、ロールプレス機により圧縮成型して負極合剤層２２Ｂを形成し、負極２２を作製する。ロールプレス機は加熱して用いてもよい。また、目的の物性値になるまで複数回圧縮成型してもよい。更に、ロールプレス機以外のプレス機を用いてもよい。
【００５１】
続いて、正極集電体２１Ａに正極リード２５を溶接などにより取り付けると共に、負極集電体２２Ａに負極リード２６を溶接などにより取り付ける。そののち、正極２１と負極２２とをセパレータ２３を間にして積層し図２および図３に示した巻回方向に多数回巻回して巻回体２０を作製する。
【００５２】
巻回体２０を作製したのち、上述した材料よりなる薄い帯状の板を丸めて、切れ目２４Ｂを有する管状に成形し、両端に傾斜部２４Ａを設けることによりセンターピン２４を形成し、このセンターピン２４を巻回体２０の中心に挿入する。続いて、巻回体２０を一対の絶縁板１２，１３で挟み、負極リード２６を電池缶１１に溶接すると共に、正極リード２５を安全弁機構１５に溶接して、巻回体２０を電池缶１１の内部に収容し、電解液を電池缶１１の内部に注入し、セパレータ２３に含浸させる。そののち、電池缶１１の開口端部に電池蓋１４，安全弁機構１５および熱感抵抗素子１６をガスケット１７を間にしてかしめることにより固定する。これにより、図１に示した二次電池が完成する。
【００５３】
この二次電池では、充電を行うと、正極２１からリチウムイオンが放出され、セパレータ２３に含浸された電解液を介して負極２２に吸蔵される。放電を行うと、負極２２からリチウムイオンが放出され、セパレータ２３に含浸された電解液を介して正極２１に吸蔵される。ここでは、正極２１の巻回中心側の外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅに絶縁性の保護部材３０が設けられているので、充放電に伴う膨張収縮を繰り返すことにより外周面露出領域２１Ｄまたは内周面露出領域２１Ｅが変形して皺や折れ曲りが生じても、微小短絡が防止される。また、充放電により正極２１の幅が伸びた場合にも、幅方向端部２１Ｆが保護部材３０で保護されて負極２２に接触しなくなり、微小短絡が抑制される。これによりサイクル特性が改善される。
【００５４】
このように本実施の形態では、負極２２が、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であり、構成元素として金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を含む負極活物質を含むようにしたので、高い容量を得ることができる。また、絶縁性の保護部材３０により、充放電による膨張収縮により変形しやすい外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅを保護し、微小短絡を抑制することができる。よって、高い容量を保持しつつ、サイクル特性を向上させることができる。
【００５５】
更に、保護部材３０の幅を、正極集電体２１Ａよりも０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲で大きく形成するようにしたので、充放電により正極２１の幅が伸びた場合にも、正極２１の幅方向端部２１Ｆを保護部材３０で覆い、微小短絡を抑制することができる。よって、サイクル特性をより向上させることができる。
【００５６】
加えて、保護部材３０を、外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅの巻回中心側の端部２１Ｇを回避して、外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅの長さ方向における一部に設けるようにしたので、外部からの衝撃などを受けて電池が押し潰された場合に、外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅの保護部材３０で覆われてない部分において、センターピン２４により正極２１と負極２２とを短絡させて電池反応を阻止することができ、安全性を高めることができる。
【００５７】
なお、センターピン２４については、図５に示したような構成のものとしてもよい。すなわち、切れ目２４Ｂに対して垂直に交差するように第１の切欠部２４Ｃを設けることにより、正極２１と負極２２とをより確実に短絡させ、安全性を更に向上させることができるものである。
【００５８】
第１の切欠部２４Ｃは、例えば図６に示したように、外力Ｆで押し潰された場合において切れ目２４Ｂが外側に開く際に、切れ目２４Ｂと第１の切欠部２４Ｃとの交差部分の角部２４Ｄが外に開くように突出し、セパレータ２３を貫通して正極２１と負極２２とを確実に短絡させることができるようになっている。これにより、この二次電池では、外部からの衝撃などの異常が生じた場合に、切れ目２４Ｂのみを有するセンターピン２４に比べて、より速やかに電池反応を阻止して、発電機能を安全に喪失させることができる。特に、保護部材３０を、外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅの巻回中心側の端部２１Ｇを回避して、外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅの長さ方向における一部に設けるようにした場合に有効である。
【００５９】
なお、このようなセンターピン２４の材質、厚みは、第１の切欠部２４Ｃの大きさや長さ等との兼ね合を考慮して決定されるもので、通常時は所定の強度を保持し、一方、外力により電池が押し潰された場合にはそれと共に潰れ、角部２４Ｄが外方に開く程度のものとする。
【００６０】
第１の切欠部２４Ｃの長さ、すなわちセンターピン２４の周方向における寸法は、確実に角部２４Ｄを突出させることのできる程度であることが好ましく、例えばセンターピン２４の半周分とされている。また、第１の切欠部２４Ｃの幅、すなわちセンターピン２４の長手方向における寸法は、例えば０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが好ましい。より高い効果が得られるからである。第１の切欠部２４Ｃの本数や、第１の切欠部２４Ｃを設ける位置は特に限定されない。
【００６１】
また、このセンターピン２４では、上記第１の切欠部２４Ｃに加え、周方向において切れ目２４Ｂに対向する位置に第２の切欠部２４Ｅを有することが好ましい。この第２の切欠部２４Ｅも第１の切欠部２４Ｃと同様に切れ目２４Ｂに対して垂直な方向に設けるものとする。これにより、外力が加わった場合、第１の切欠部２４Ｃだけでなく、第２の切欠部２４Ｅも外側に開いてセパレータ２３に食い込み、正極２１や負極２２に押しつけられることにより、より確実に短絡を生じやすくすることができる。また、この第２の切欠部２４Ｅの大きさ、数等を変更することにより、センターピン３０の強度を調節することも可能になる。
【００６２】
第２の切欠部２４Ｅの長さは、押し潰されたり折れたりした場合に外側に開くことができる程度であり、例えば、第１の切欠部２４Ｃと同様にセンターピン２４の半周分とされている。また、第２の切欠部２４Ｅの幅は、第１の切欠部２４Ｃと同様に、例えば０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが好ましい。なお、第２の切欠部２４Ｅの本数および位置は、第１の切欠部２４Ｃの本数および位置に応じて適切に定めることができるもので、特に限定されるものではない。
【００６３】
このようなセンターピン２４は、例えば図７に示したように、例えばステンレス鋼よりなる薄い帯状の板４１に第１の切欠部２４Ｃおよび第２の切欠部２４Ｅを形成し、板４１を丸めて筒状に成形し、両端に傾斜部２４Ａを設けることにより形成することができる。
【実施例】
【００６４】
更に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。
【００６５】
（実施例１〜３）
上記実施の形態で説明した二次電池を作製した。まず、炭酸リチウム（Ｌｉ2 ＣＯ3 ）と炭酸コバルト（ＣｏＣＯ3 ）とを、Ｌｉ2 ＣＯ3 ：ＣｏＣＯ3 ＝０．５：１（モル比）の割合で混合し、空気中において９００℃で５時間焼成して、正極活物質としてのリチウム・コバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ2 ）を得た。次いで、このリチウム・コバルト複合酸化物９１質量部と、導電剤であるグラファイト６質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン３質量部とを混合して正極合剤を調整した。続いて、この正極合剤を溶剤であるＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させて正極合剤スラリーとし、厚み２０μｍのアルミニウム箔よりなる正極集電体２１Ａの両面に均一に塗布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して外側正極活物質層２１Ｂおよび内側正極活物質層２１Ｃを形成し正極２１を作製した。その際、巻回中心側に、長さ４５ｍｍの外周面露出領域２１Ｄおよび長さ６０ｍｍの内周面露出領域２１Ｅを設けた。
【００６６】
正極２１を形成したのち、外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅに、外側正極活物質層２１Ｂおよび内側正極活物質層２１Ｃの巻回中心側の端部２１Ｂ１，２１Ｃ１に隣接して、保護部材３０として長さ１５ｍｍのポリプロピレン製粘着テープを貼った。その際、保護部材３０の幅を、実施例１では正極集電体２１Ａよりも５ｍｍ（幅方向片側で２．５ｍｍ）大きく形成し、実施例２では４ｍｍ（幅方向片側で２ｍｍ）大きく形成し、実施例３では正極集電体２１Ａよりも１ｍｍ（幅方向片側で０．５ｍｍ）大きく形成した。続いて、正極集電体２１Ａの一端にアルミニウム製の正極リード２５を取り付けた。
【００６７】
また、負極活物質としてＣｏＳｎＣ含有材料を作製した。まず、原料としてコバルト粉末とスズ粉末と炭素粉末とを用意し、コバルト粉末とスズ粉末とを合金化してコバルト・スズ合金粉末を作製したのち、この合金粉末に炭素粉末を加えて乾式混合した。続いて、この混合物を遊星ボールミルを用いてメカノケミカル反応を利用して合成し、ＣｏＳｎＣ含有材料を得た。
【００６８】
得られたＣｏＳｎＣ含有材料について組成の分析を行ったところ、コバルトの含有量は２９．３質量％、スズの含有量は４９．９質量％、炭素の含有量は１９．８質量％であった。なお、炭素の含有量は、炭素・硫黄分析装置により測定し、コバルトおよびスズの含有量は、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合プラズマ）発光分析により測定した。また、得られたＣｏＳｎＣ含有材料についてＸ線回折を行ったところ、回折角２θ＝２０°〜５０°の間に、回折角２θが１．０°以上の広い半値幅を有する回折ピークが観察された。更に、このＣｏＳｎＣ含有材料についてＸＰＳを行ったところ、ＣｏＳｎＣ含有材料中におけるＣ１ｓのピークは２８４．５ｅＶよりも低い領域に得られた。すなわち、ＣｏＳｎＣ含有材料中の炭素が他の元素と結合していることが確認された。
【００６９】
次いで、このＣｏＳｎＣ含有材料６０質量部と、導電剤および負極活物質である人造黒鉛２８質量部およびカーボンブラック２質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン１０質量部とを混合し、負極合剤を調整した。続いて、この負極合剤を溶剤であるＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させて負極合剤スラリーとし、厚み１５μｍの銅箔よりなる負極集電体２２Ａの両面に塗布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して負極活物質層２２Ｂを形成した。そののち、負極集電体２２Ａの一端にニッケル製の負極リード２６を取り付けた。
【００７０】
続いて、厚み２５μｍの微孔性ポリプロピレンフィルムよりなるセパレータ２３を用意し、正極２１，セパレータ２３，負極２２，セパレータ２３の順に積層して積層体を形成したのち、この積層体を渦巻状に多数回巻回し、巻回体２０を作製した。巻回体２０の胴部の最大径は１３ｍｍとした。
【００７１】
巻回体２０を作製したのち、ステンレス鋼よりなる薄い帯状の板を丸めて、切れ目２４Ｂを有する管状に成形し、両端に傾斜部２４Ａを設けることにより、図４に示したようなセンターピン２４を形成し、このセンターピン２４を巻回体２０の中心に挿入した。続いて、巻回体２０を一対の絶縁板１２，１３で挟み、負極リード２６を電池缶１１に溶接すると共に、正極リード２５を安全弁機構１５に溶接して、巻回体２０を内径１３．４ｍｍの電池缶１１の内部に収容した。そののち、電池缶１１の内部に電解液を注入した。電解液には、炭酸エチレン５０体積％と炭酸ジエチル５０体積％とを混合した溶媒に、電解質塩としてＬｉＰＦ6 を１ｍｏｌ／ｄｍ3 の含有量で溶解させたものを用いた。
【００７２】
電池缶１１の内部に電解液を注入したのち、ガスケット１７を間にして電池蓋１４を電池缶１１にかしめることにより、外径１４ｍｍ、高さ４３ｍｍの円筒型の二次電池を得た。
【００７３】
実施例１，２に対する比較例１として、保護部材を用いなかったことを除き、他は実施例１，２と同様にして二次電池を作製した。また、比較例２として、保護部材の幅を、正極集電体よりも２ｍｍ（幅方向片側では１ｍｍ）小さく形成したことを除き、他は実施例１，２と同様にして二次電池を作製した。
【００７４】
このようにして得られた実施例１〜３および比較例１，２の二次電池をそれぞれ５個作製し、サイクル特性を調べた。得られた結果を表１に示す。なお、表１において保護部材と正極集電体との幅の差は、保護部材の幅から正極集電体の幅を差し引いた値（（保護部材の幅）−（正極集電体の幅））を表し、保護部材の幅のほうが正極集電体の幅よりも大きい場合は＋、保護部材の幅のほうが正極集電体の幅よりも小さい場合は−を付している。
【００７５】
【表１】
【００７６】
サイクル特性としては、２サイクル目の放電容量に対する２００サイクル目の放電容量維持率（２００サイクル目の放電容量／２サイクル目の放電容量）×１００（％）を求め、８０％以上を良とした。その際、充放電は、４５℃の環境下において、上限電圧４．２Ｖ、電流１Ｃの条件で、定電流定電圧充電を行ったのち、電流１Ｃ、終止電圧２. ５Ｖの条件で定電流放電を行った。１Ｃは、電池容量を１時間で放電しきる電流値である。
【００７７】
また、実施例１〜３のそれぞれについて、巻回体２０を作製する際の歩留り（良品数／投入数）×１００（％）を１日目から５日目まで調べた。投入数は各日とも１０００個とした。得られた結果を表２に示す。
【００７８】
【表２】
【００７９】
表１からわかるように、正極２１の巻回中心側の外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅに、保護部材３０を設けると共に、保護部材３０の幅を、正極集電体２１Ａよりもそれぞれ５ｍｍ、４ｍｍまたは１ｍｍ大きく形成した実施例１〜３では、保護部材を設けなかった比較例１，および保護部材の幅を正極集電体よりも２ｍｍ小さく形成した比較例２よりも容量維持率が向上した。
【００８０】
また、表２からわかるように、実施例１〜３を比べると、保護部材３０の幅を正極集電体２１Ａよりも大きくするほど歩留りが低下した。これは、保護部材３０のはみ出しが多いので、セパレータ２３に保護部材３０が粘着しやすくなってしまったからであると考えられる。
【００８１】
すなわち、正極２１の巻回中心側の外周面露出領域２１Ｄおよび内周面露出領域２１Ｅに絶縁性の保護部材３０を設けると共に、保護部材３０の幅を正極集電体２１Ａよりも０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲で大きく形成するようにすれば、サイクル特性を向上させることができることが分かった。
【００８２】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、内周面露出領域２１Ｅのほうが外周面露出領域２１Ｄよりも長くされている場合について説明したが、外周面露出領域２１Ｄを内周面露出領域２１Ｅと同じ長さまたは内周面露出領域２１Ｅよりも長くするようにしてもよい。
【００８３】
また、例えば、上記実施の形態および実施例では、溶媒に液状の電解質である電解液を用いる場合について説明したが、電解液に代えて、他の電解質を用いるようにしてもよい。他の電解質としては、例えば、電解液を高分子化合物に保持させたゲル状の電解質、イオン伝導性を有する固体電解質、固体電解質と電解液とを混合したもの、あるいは固体電解質とゲル状の電解質とを混合したものが挙げられる。
【００８４】
なお、ゲル状の電解質には電解液を吸収してゲル化するものであれば種々の高分子化合物を用いることができる。そのような高分子化合物としては、例えば、ポリビニリデンフルオロライドあるいはビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体などのフッ素系高分子化合物、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、またはポリアクリロニトリルなどが挙げられる。特に、酸化還元安定性の点からは、フッ素系高分子化合物が望ましい。
【００８５】
固体電解質には、例えば、イオン伝導性を有する高分子化合物に電解質塩を分散させた有機固体電解質、またはイオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などよりなる無機固体電解質を用いることができる。このとき、高分子化合物としては、例えば、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、ポリメタクリレートなどのエステル系高分子化合物、アクリレート系高分子化合物を単独あるいは混合して、または分子中に共重合させて用いることができる。また、無機固体電解質としては、窒化リチウムあるいはヨウ化リチウムなどを用いることができる。
【００８６】
更に、上記実施の形態および実施例では、巻回構造を有する円筒型の二次電池について説明したが、本発明は、巻回構造を有する二次電池であればいずれも適用することができる。
【００８７】
加えて、上記実施の形態および実施例では、電極反応物質としてリチウムを用いる場合について説明したが、ナトリウム（Ｎａ）あるいはカリウム（Ｋ）などの長周期型周期表における他の１族の元素、またはマグネシウムあるいはカルシウム（Ｃａ）などの長周期型周期表における２族の元素、またはアルミニウムなどの他の軽金属、またはリチウムあるいはこれらの合金を用いる場合についても、本発明を適用することができ、同様の効果を得ることができる。その際、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能な負極活物質、正極活物質あるいは溶媒などは、その電極反応物質に応じて選択される。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る二次電池の構成を表す断面図である。
【図２】図１に示した正極の巻回前の構成を表す平面図および断面図である。
【図３】図１に示した負極の巻回前の構成を表す断面図である。
【図４】図１に示したセンターピンの構成を表す斜視図である。
【図５】本発明の変形例に係るセンターピンの構成を表す斜視図である。
【図６】図５に示したセンターピンの作用を説明するための断面図である。
【図７】図５に示したセンターピンを用いた二次電池の製造方法における工程を表す平面図である。
【図８】従来の巻回型の電池の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
【００８９】
１１…電池缶、１２，１３…絶縁板、１４…電池蓋、１５…安全弁機構、１６…熱感抵抗素子、１７…ガスケット、２０…巻回体、２１…正極、２１Ａ…正極集電体、２１Ｂ…外側正極活物質層、２１Ｃ…内側正極活物質層、２１Ｄ…外周面露出領域、２１Ｅ…内周面露出領域、２１Ｆ…幅方向端部、２１Ｇ…巻回中心側の端部、２２…負極、２２Ａ…負極集電体、２２Ｂ…負極活物質層、２３…セパレータ、２４…センターピン、２４Ａ…傾斜部、２４Ｂ…切れ目、２４Ｃ…第１の切欠部、２４Ｄ…角部、２４Ｅ…第２の切欠部、２５…正極リード、２６…負極リード、３０…保護部材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の正極集電体の外周面に外側正極活物質層、内周面に内側正極活物質層をそれぞれ有する正極と、帯状の負極集電体の面上に負極活物質層を有する負極とをセパレータを間にして積層し、巻回した巻回体を備え、
前記負極は、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であり、構成元素として金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を含む負極活物質を含み、
前記正極は、巻回中心側に、前記正極集電体が前記外側正極活物質層に覆われず露出した外周面露出領域と、前記正極集電体が前記内側正極活物質層に覆われず露出した内周面露出領域とを有し、
前記外周面露出領域および前記内周面露出領域に絶縁性の保護部材が設けられると共に、前記保護部材の幅が前記正極集電体よりも０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲で大きく形成されている
ことを特徴とする二次電池。
【請求項２】
前記保護部材は、前記外周面露出領域および内周面露出領域の長さ方向における一部に設けられていることを特徴とする請求項１記載の二次電池。
【請求項３】
前記保護部材は、前記外周面露出領域および内周面露出領域の巻回中心側の端部を回避して設けられていることを特徴とする請求項２記載の二次電池。
【請求項４】
前記保護部材は、前記外側正極活物質層および内側正極活物質層の巻回中心側の端部にそれぞれ隣接して設けられていることを特徴とする請求項２記載の二次電池。
【請求項５】
前記巻回体の巻回中心に、長手方向に切れ目を有すると共に前記切れ目に交差して第１の切欠部を有する管状のセンターピンを備えた
ことを特徴とする請求項２記載の二次電池。
【請求項６】
前記センターピンは、前記切れ目から周方向にずれた位置に、前記切れ目に交差する方向に延びる第２の切欠部を有する
ことを特徴とする請求項５記載の二次電池。
【請求項７】
前記保護部材は、ポリプロピレンまたはポリエチレンテレフタレートにより構成されていることを特徴とする請求項１記載の二次電池。
【請求項８】
前記負極は、前記負極活物質として、スズ（Ｓｎ）およびケイ素（Ｓｉ）のうちの少なくとも一方を構成元素として含む材料を含むことを特徴とする請求項１記載の二次電池。
【請求項９】
前記負極は、前記負極活物質として、スズと、コバルト（Ｃｏ）と、炭素（Ｃ）とを構成元素として含み、炭素の含有量が９．９質量％以上２９．７質量％以下であり、かつスズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合が３０質量％以上７０質量％以下であるＣｏＳｎＣ含有材料を含むことを特徴とする請求項１記載の二次電池。
【請求項１】
帯状の正極集電体の外周面に外側正極活物質層、内周面に内側正極活物質層をそれぞれ有する正極と、帯状の負極集電体の面上に負極活物質層を有する負極とをセパレータを間にして積層し、巻回した巻回体を備え、
前記負極は、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であり、構成元素として金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を含む負極活物質を含み、
前記正極は、巻回中心側に、前記正極集電体が前記外側正極活物質層に覆われず露出した外周面露出領域と、前記正極集電体が前記内側正極活物質層に覆われず露出した内周面露出領域とを有し、
前記外周面露出領域および前記内周面露出領域に絶縁性の保護部材が設けられると共に、前記保護部材の幅が前記正極集電体よりも０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲で大きく形成されている
ことを特徴とする二次電池。
【請求項２】
前記保護部材は、前記外周面露出領域および内周面露出領域の長さ方向における一部に設けられていることを特徴とする請求項１記載の二次電池。
【請求項３】
前記保護部材は、前記外周面露出領域および内周面露出領域の巻回中心側の端部を回避して設けられていることを特徴とする請求項２記載の二次電池。
【請求項４】
前記保護部材は、前記外側正極活物質層および内側正極活物質層の巻回中心側の端部にそれぞれ隣接して設けられていることを特徴とする請求項２記載の二次電池。
【請求項５】
前記巻回体の巻回中心に、長手方向に切れ目を有すると共に前記切れ目に交差して第１の切欠部を有する管状のセンターピンを備えた
ことを特徴とする請求項２記載の二次電池。
【請求項６】
前記センターピンは、前記切れ目から周方向にずれた位置に、前記切れ目に交差する方向に延びる第２の切欠部を有する
ことを特徴とする請求項５記載の二次電池。
【請求項７】
前記保護部材は、ポリプロピレンまたはポリエチレンテレフタレートにより構成されていることを特徴とする請求項１記載の二次電池。
【請求項８】
前記負極は、前記負極活物質として、スズ（Ｓｎ）およびケイ素（Ｓｉ）のうちの少なくとも一方を構成元素として含む材料を含むことを特徴とする請求項１記載の二次電池。
【請求項９】
前記負極は、前記負極活物質として、スズと、コバルト（Ｃｏ）と、炭素（Ｃ）とを構成元素として含み、炭素の含有量が９．９質量％以上２９．７質量％以下であり、かつスズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合が３０質量％以上７０質量％以下であるＣｏＳｎＣ含有材料を含むことを特徴とする請求項１記載の二次電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−１３４７６０（Ｐ２００６−１３４７６０Ａ）
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３２３９９９（Ｐ２００４−３２３９９９）
【出願日】平成１６年１１月８日（２００４．１１．８）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月８日（２００４．１１．８）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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