円筒型非水電解液電池及びその製造方法
【課題】電極群を巻回する際の巻きずれ及び電極板の切れを防止できる円筒型非水電解液電池の製造方法を提供する。
【解決手段】第一電極リード２１０が接続された第一電極板２１、セパレータ２７及び第二電極リード７１０が接続された第二電極板２２を巻回する。第一電極リード２１０は、板状部と丸棒部とを有する。板状部には、当該板状部とセパレータ２７との間の摺動性を低下させるための滑り止め構造が形成されている。第一電極板２１及び第二電極板２２の幅方向に関して、セパレータ２７の周縁部を第一電極板２１及び第二電極板２２から突出させ、丸棒部をセパレータ２７の周縁部の外に位置させる。セパレータ２７の周縁部と滑り止め構造とを重ねつつ、第一電極板２１、セパレータ２７及び第二電極板２２を巻回する。
【解決手段】第一電極リード２１０が接続された第一電極板２１、セパレータ２７及び第二電極リード７１０が接続された第二電極板２２を巻回する。第一電極リード２１０は、板状部と丸棒部とを有する。板状部には、当該板状部とセパレータ２７との間の摺動性を低下させるための滑り止め構造が形成されている。第一電極板２１及び第二電極板２２の幅方向に関して、セパレータ２７の周縁部を第一電極板２１及び第二電極板２２から突出させ、丸棒部をセパレータ２７の周縁部の外に位置させる。セパレータ２７の周縁部と滑り止め構造とを重ねつつ、第一電極板２１、セパレータ２７及び第二電極板２２を巻回する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒型非水電解液電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池は、ノート型パソコンを始めとした様々なポータブル機器に使用されている。携帯性の向上、駆動時間の延長及び駆動の安定化の観点から、ポータブル機器向けの二次電池には、軽量化、エネルギー密度の向上及び信頼性の向上が求められる。
【０００３】
ポータブル機器向けの二次電池として、リチウムイオン二次電池が挙げられる。電極群を収容するための容器として、アルミニウム箔製の容器、及び金属製の角型容器が広く使用されている。
【０００４】
一方、エネルギー分野向けの二次電池には、金属製の円筒状容器が広く使用されている。金属製の円筒状容器を用いた二次電池は、一般的には、容器内に電極群を収容し、容器の開口部を封口板により封口することにより製造される。電極群に接続された２つのリード端子は、容器及び封口板にそれぞれ溶接される。封口板の構造は、比較的複雑で値段も高い。また、リードの溶接工程も面倒である。そこで、特許文献１の構造の電池が提案されている。
【０００５】
特許文献１には、図９に示すような円筒型非水電解液電池８８０が開示されている。円筒型非水電解液電池８８０は、電極群８２０、正極リード８１０、負極リード９１０、電池ケース８６０及び封口体８７０を備えている。電極群８２０は電池ケース８６０に収容されている。正極リード８１０及び負極リード９１０は丸棒部８１２及び９１２をそれぞれ有する。封口体８７０はゴム製であり、丸棒部８１２及び９１２を支持しながら電池ケース８６０の開口部を封口している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３０８２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の発明者らが、特許文献１に記載された円筒型非水電解液電池を作製したところ、次の不具合が生じた。具体的には、電極群を巻回するときに巻きずれが生じたり、正極板及び負極板が切れたりした。このような不具合は、電極群とリードとの相互干渉によるものと考えられる。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を鑑みてなされたもので、巻きずれ及び電極板の切れを防止できる円筒型非水電解液電池の製造方法と、当該製造方法によって製造された円筒型非水電解液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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、
リチウムイオンを吸蔵及び放出しうる第一活物質を含む第一電極板と、リチウムイオンを吸蔵及び放出しうる第二活物質を含み、前記第一電極板の極性と反対の極性を有する第二電極板と、前記第一電極板及び前記第二電極板よりも幅広のセパレータとを準備する工程と、
前記第一電極板及び前記第二電極板に第一電極リード及び第二電極リードをそれぞれ電気的に接続する工程と、
前記第一電極板及び前記第二電極板の幅方向に関して前記セパレータの周縁部が前記第一電極板及び前記第二電極板から突出し、前記第一電極板からの前記第一電極リードの突出方向が前記第二電極板からの前記第二電極リードの突出方向に一致するように、前記第一電極板、前記セパレータ及び前記第二電極板の相対的な位置関係を定める工程と、
巻かれた電極群を形成するように、前記第一電極板、前記セパレータ及び前記第二電極板を巻回する工程と、
前記第一電極リード及び前記第二電極リードが封口体を通じて円筒状の電池ケースの外部に延びるように、前記電極群を前記電池ケースに入れて前記電池ケースの開口部を前記封口体で閉じる工程と、を含み、
前記第一電極リードは、前記第一電極板に固定された板状部と、前記板状部と一体に形成された丸棒部とを有し、前記板状部の厚さ方向に関する前記第一電極リードの寸法が前記板状部と前記丸棒部との境界で不連続に変化しており、
前記板状部には、当該板状部と前記セパレータとの間の摺動性を低下させるための滑り止め構造が前記境界に隣接した位置に形成されており、
前記幅方向に関して前記丸棒部を前記セパレータの前記周縁部の外に位置させ、かつ、前記セパレータの前記周縁部を前記滑り止め構造に重ねつつ、前記巻回工程を実施する、円筒型非水電解液電池の製造方法を提供する。
【００１０】
他の側面において、本発明は、
リチウムイオンを吸蔵及び放出しうる第一活物質を含む第一電極板と、リチウムイオンを吸蔵及び放出しうる第二活物質を含み、前記第一電極板の極性と反対の極性を有する第二電極板と、前記第一電極板及び前記第二電極板よりも幅広のセパレータとを有する、巻かれた電極群と、
前記電極群を収容している円筒状の電池ケースと、
前記電池ケースの開口部を閉じている封口体と、
前記第一電極板に電気的に接続され、前記封口体を通じて円筒状の電池ケースの外部に延びている第一電極リードと、
前記第二電極板に電気的に接続され、前記封口体を通じて円筒状の電池ケースの外部に延びている第二電極リードと、を備え、
前記第一電極リードは、前記第一電極板に固定された板状部と、前記板状部と一体に形成された丸棒部とを有し、前記板状部の厚さ方向に関する前記第一電極リードの寸法が前記板状部と前記丸棒部との境界で不連続に変化しており、
前記板状部には、当該板状部と前記セパレータとの間の摺動性を低下させるための滑り止め構造が前記境界に隣接した位置に形成されており、
前記第一電極板及び前記第二電極板の幅方向に関して前記セパレータの周縁部が前記第一電極板及び前記第二電極板から突出し、
前記幅方向に関して前記丸棒部が前記セパレータの前記周縁部の外に位置し、かつ、前記セパレータの前記周縁部が前記滑り止め構造に重なっている、円筒型非水電解液電池を提供する。
【００１１】
第一電極板が正極板のとき、第一電極リードが正極リードに相当し、第一活物質が正極活物質に相当し、第二電極板が負極板に相当し、第二電極リードが負極リードに相当し、第二活物質が負極活物質に相当する。第一電極板が負極板のとき、第一電極リードが負極リードに相当し、第一活物質が負極活物質に相当し、第二電極板が正極板に相当し、第二電極リードが正極リードに相当し、第二活物質が正極活物質に相当する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、第一電極リードの寸法が板状部と丸棒部との境界で不連続に変化している。第一電極リードの板状部には、当該板状部とセパレータとの間の摺動性を低下させるための滑り止め構造が形成されている。幅方向に関して丸棒部をセパレータの周縁部の外に位置させ、かつ、セパレータの周縁部を滑り止め構造に重ねつつ、巻回工程を実施する。このようにすれば、セパレータの周縁部が第一電極リードから過度な荷重を受けたり、第一電極リードの表面を滑ったりすることを防止できる。そのため、電極群に過度な応力が加わることも防止できる。本発明によれば、巻きずれ及び電極板の切れを防止できる。また、本発明によれば、外部の振動などによる巻きずれが生じ難い電極群を有する円筒型非水電解液電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る円筒型非水電解液電池の断面図
【図２】図１に示す電池の電極群の分解斜視図
【図３Ａ】電極リードの製造方法を説明するためのフロー図（斜視）
【図３Ｂ】電極リードの製造方法を説明するためのフロー図（断面）
【図３Ｃ】滑り止め構造として凹凸が形成された電極リードの平面図
【図３Ｄ】滑り止め構造としてローレットが形成された電極リードの平面図
【図４Ａ】正極側のリード取付工程を説明するための斜視図
【図４Ｂ】負極側のリード取付工程を説明するための斜視図
【図４Ｃ】リード取付工程を説明するための、正極リード周辺の拡大斜視図
【図４Ｄ】リード取付工程を説明するための、負極リード周辺の拡大斜視図
【図５Ａ】積層工程を説明するための斜視図
【図５Ｂ】積層工程を説明するための、正極リード周辺の拡大斜視図
【図５Ｃ】積層工程を説明するための、負極リード周辺の拡大斜視図
【図６】巻回工程を説明するためのフロー図
【図７】収容工程を説明するためのフロー図
【図８】封口工程を説明するためのフロー図
【図９】従来の円筒型非水電解液電池の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の円筒型非水電解液電池８０（以下、単に「電池８０」とも記載する）は、円筒状の電池ケース６０、電池ケース６０に収容された電極群２０、及び電池ケース６０の開口部に固定された封口体７０を備えている。電池８０は、典型的には、リチウムイオン二次電池である。
【００１６】
図２に示すように、電極群２０は、正極板２１、負極板２２及び２つのセパレータ２７で構成されている。正極板２１は、正極集電体２３及び正極活物質層２４で構成されている。負極板２２は、負極集電体２５及び負極活物質層２６で構成されている。セパレータ２７は、それぞれ、正極板２１と負極板２２との間に配置されている。正極板２１には、電力取り出し用の正極リード２１０が電気的に接続されている。負極板２２には、電力取り出し用の負極リード７１０が電気的に接続されている。電極群２０は、渦状に巻かれており、全体として円筒の形を有している。電極群２０の巻回軸に関して、正極リード２１０は、負極リード７１０と向かい合っている。
【００１７】
図１に示すように、封口体７０には、貫通孔７０ａ及び７０ｂが形成されている。正極リード２１０は、貫通孔７０ａの中で封口体７０に保持されるように封口体７０の貫通孔７０ａに挿し込まれている。同様に、負極リード７１０は、貫通孔７０ｂの中で封口体７０に保持されるように封口体７０の貫通孔７０ｂに挿し込まれている。つまり、正極リード２１０及び負極リード７１０は、それぞれ、貫通孔７０ａ及び７０ｂを通って電池ケース６０の外部まで延びている。本実施形態では、電池ケース６０の高さ方向に関して、正極リード２１０の長さが、負極リード７１０の長さに一致している。
【００１８】
電池ケース６０の側部には、電池ケース６０の高さ方向に関して封口体７０の上面７０ｐと封口体７０の下面７０ｑとの間において、電極群２０の中心軸に向かう方向に突出しているかしめ部６０ａが設けられている。かしめ部６０ａは、円環の形状を有するように電池ケース６０の周方向に沿って形成されている。この構成によれば、封口体７０に対して、周方向に均一な圧縮荷重を付与できる。電池ケース６０の開口部には、Ｕ字状に曲げられたかしめ部６０ｂが設けられている。かしめ部６０ｂは、封口体７０の上面に接しており、これにより、電池ケース６０の中に押し込む方向の荷重を封口体７０に付与している。
【００１９】
なお、電池ケース６０の底部の空間、すなわち、電池ケース６０の底部と電極群２０との間に絶縁シートなどの他の部材が設けられていてもよい。同様に、封口体７０の下面７０ｑと電極群２０との間に絶縁シートなどの他の部材が設けられていてもよい。
【００２０】
次に、図１に示す電池８０の製造方法を説明する。
【００２１】
［部材準備工程］
まず、電池８０を構成する各部材を準備する。
【００２２】
（電極リード）
本実施形態では、図３Ａに示すように、ワークピース１０を加工することにより正極リード２１０を作製する。ワークピース１０として、既存の電極リードを使用できる。ワークピース１０は、板状部１１と、丸棒部１２と、先端部１３と、隆起部１４とを有する。
【００２３】
板状部１１は、帯状の形状を有する。図３Ａにおいて、板状部１１の長手方向は、ｘ方向に平行である。丸棒部１２は、円柱の形状を有する。丸棒部１２は、板状部１１に一体に形成されている。先端部１３は、線状の形状を有する。先端部１３は、板状部１１の反対側で丸棒部１２に溶接されている。
【００２４】
図３Ｂに示すように、隆起部１４は、板状部１１の厚さ方向（図３Ｂに示すｙ方向）に関するワークピース１０の寸法を、板状部１１と丸棒部１２との境界近傍領域において連続に変化させるように設けられている。
【００２５】
まず、ワークピース１０の隆起部１４を除去する。隆起部１４を除去する方法は限定されない。例えば、ヤスリで隆起部１４を削り取ればよい。隆起部１４を除去した後、板状部１１の厚さ方向に関するワークピース１１０の寸法は、板状部１１と丸棒部１２との境界で不連続に変化している。つまり、板状部１１の厚さｄ1及び丸棒部１２の直径ｄ2は、それぞれ、一定であり、丸棒部１２の直径ｄ2は、板状部の厚さｄ1よりも大きい。丸棒部１２は、例えば、板状部１１の厚さの２〜１０倍の直径を有している。板状部１１の厚さｄ1は、例えば、０．２〜０．５ｍｍである。丸棒部１２の直径ｄ2は、例えば、０．４〜５ｍｍである。ワークピース１１０の板状部１１及び丸棒部１２の各構造は、正極リード２１０に反映される。
【００２６】
次に、板状部１１に溝１１ａを形成する。溝１１ａは、板状部１１の幅方向（図３Ａに示すｚ方向）に延びている。幅方向とは、板状部１１の長手方向及び厚さ方向に直交する方向である。溝１１ａは、板状部１１の長手方向の摺動性を低下させる、すなわち、摩擦係数を高めるように作用する滑り止め構造を構成する。本実施形態では、溝１１ａを、板状部１１における、板状部１１と丸棒部１２との境界に隣接した位置に形成する。また、本実施形態では、溝１１ａを、板状部１１の表面及び裏面に形成する。このようにして、正極リード２１０を作製する。
【００２７】
なお、本実施形態では、複数の溝１１ａを形成している。しかし、溝１１ａは、１つの溝であってもよい。また、溝１１ａの具体的な寸法は限定されない。例えば、溝１１ａの深さは０．０５〜０．１ｍｍとすればよい。また、溝１１ａは、幅方向全体に形成することが好ましい。つまり、溝１１ａの一端が板状部１１の一方の側面に位置し、溝１１ａの他端が板状部１１の他方の側面に位置していてもよい。このようにすれば、板状部１１の側面によってもセパレータ２７を捕らえることができる。
【００２８】
また、単一の工程で、隆起部１４の除去と、溝１１ａの形成とを実施してもよい。例えば、隆起部１４にヤスリを接触させ、ヤスリを幅方向に動かすことにより、隆起部１４の除去と、溝１１ａの形成の双方を実施できる。このようにすれば、単一の工程でワークピース１０から正極リード２１０が得られる。したがって、加工コストを抑制できる。
【００２９】
また、ワークピース１０としては、市販の電極リードを用いればよい。また、本実施形態では、ワークピース１０を加工して正極リード２１０を作製しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、原材料から直接正極リード２１０を作製してもよい。具体的には、まず、丸棒部１２の直径と同じ直径を有する線材を準備する。次に、線材を適切な長さに切断する。次に、板状部１１が形成されるように、切断された線材をプレス加工する。次に、プレス加工によってできた隆起部１４を研削、研磨などの加工方法で除去する。最後に、先端部１３を丸棒部１２に溶接すればよい。
【００３０】
また、本実施形態では、溝１１ａにより滑り止め構造を構成している。溝１１ａによる滑り止め構造は、板状部１１の長手方向の摺動性を低下させる点で優れている。しかし、他の態様で滑り止め構造を構成してもよい。例えば、凹凸、ローレット、突起又はノッチにより滑り止め構造を構成してもよい。図３Ｃに示すような、凹凸１１ｂにより構成された滑り止め構造は、板状部１１の厚さ方向に垂直な全ての方向の摺動性を低下させる点で優れている。凹凸１１ｂは、例えば、板状部１１の表面を粗すことで形成できる。なお、図３Ｃでは、凹凸１１ｂは目視可能な大きさの凹凸であるが、凹凸１１ｂは、目視できない粗面であってもよい。また、図３Ｄに示すような、ローレット１１ｃにより構成された滑り止め構造も、凹凸１１ｂにより構成された滑り止め構造と同様の点で優れている。ローレット１１ｃは、例えば、板状部１１における滑り止め構造を形成すべき部分に対してダイスを強く押し当てることにより、当該部分を塑性変形させることで形成できる。また、突起により構成された滑り止め構造も、板状部１１の摺動性を低下させる点で優れている。また、ノッチにより滑り止め構造は、セパレータ２７の破損を抑制しつつ板状部１１の摺動性を低下させる点で優れている。
【００３１】
本実施形態において、負極リード７１０は、正極リード２１０と同じ構造を有している。そのため、負極リード７１０も正極リード２１０と同じ方法で作製できる。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、リード作製工程では、ワークピース５１０から隆起部５１４を除去する。隆起部５１４が除去されたワークピース６１０に溝５１１ａを形成することにより負極リード７１０が得られる。負極リード５１０は、板状部５１１、丸棒部５１２及び先端部５１３を有する。板状部５１１の表面及び／又は裏面には、滑り止め構造としての溝５１１ａが形成されている。
【００３２】
正極リード２１０及び負極リード７１０の材料としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、ステンレスが挙げられる。負極リード７１０は、正極リード２１０と同じ材料でできていてもよいし、異なる材料でできていてもよい。正極リード２１０において、板状部１１及び丸棒部１２は、基本的には、同じ材料でできている。先端部１３は、板状部１１及び丸棒部１２と同じ材料でできていてもよいし、異なる材料でできていてもよい。このことは、負極リード７１０についても同じである。
【００３３】
（正極板）
まず、正極活物質及び任意の材料を混練することにより正極合剤を作製する。任意の材料には、溶媒、導電助剤、結着剤などが含まれる。次に、正極合剤を正極集電体２３に塗布する。塗布された正極合剤を乾燥させることにより、正極集電体２３の上に正極活物質層２４が形成される。次に、所定の厚さの正極板２１が形成されるように、正極集電体２３及び正極活物質層２４を圧延する。その後、正極板２１を所定の寸法に切断する。これにより、帯状の正極板２１が得られる。なお、正極集電体２３の両面に正極合剤を塗布してもよいし、正極集電体２３の片面に正極合剤を塗布してもよい。
【００３４】
正極集電体２３は、導電性を有するシート状の部材であり、典型的には金属箔で構成されている。金属箔に代えて、多数の孔を有する部材（金属メッシュ、パンチングメタル、エキスパンドメタル）も使用できる。正極集電体２３の材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金などの金属が挙げられる。
【００３５】
正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵及び放出しうる材料を使用できる。このような正極活物質としては、二酸化マンガン（ＭｎＯ2）、リチウムマンガン複合酸化物（例えばＬｉxＭｎ2Ｏ4又はＬｉxＭｎＯ2）、リチウムニッケル複合酸化物（例えばＬｉxＮｉＯ2）、リチウムコバルト複合酸化物（例えばＬｉxＣｏＯ2）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（例えばＬｉＮｉ1-yＣｏyＯ2）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（例えばＬｉxＭｎyＣｏ1-yＯ2）、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物（ＬｉxＭｎ2-yＮｉyＯ4）、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物（ＬｉxＦｅＰＯ4）などの酸化物が挙げられる。上記化学式の「ｘ」及び「ｙ」は、それぞれ、０〜１の範囲の値をとりうる。好ましい正極活物質としては、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物、リチウムリン酸鉄が挙げられる。これらは、金属リチウムの電位に対して例えば３．０Ｖ以上５．０Ｖ以下の充放電電位を有する。
【００３６】
導電助剤としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛などの炭素材料を使用できる。結着剤としては、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）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、フッ素ゴム、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）などの樹脂材料を使用できる。
【００３７】
（負極板）
まず、負極活物質及び任意の材料を混練することにより負極合剤を作製する。任意の材料には、溶媒、導電助剤、結着剤などが含まれる。次に、負極合剤を負極集電体２５に塗布する。塗布された負極合剤を乾燥させることにより、負極集電体２５の上に負極活物質層２６が形成される。次に、所定の厚さの負極板２２が形成されるように、負極集電体２５及び負極活物質層２６をプレスする。その後、負極板２２を所定の寸法に切断する。これにより、帯状の負極板２２が得られる。なお、負極集電体２５の両面に負極合剤を塗布してもよいし、負極集電体２５の片面に負極合剤を塗布してもよい。
【００３８】
負極集電体２５も、導電性を有するシート状の部材であり、典型的には金属箔で構成されている。金属箔に代えて、多数の孔を有する部材（金属メッシュ、パンチングメタル、エキスパンドメタル）も使用できる。負極集電体２５の材料としては、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などの金属が挙げられる。
【００３９】
負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵及び放出しうる材料を使用できる。好ましい負極活物質としては、例えば、金属リチウム、リチウム合金、リチウムチタン複合酸化物（例えばＬｉ4Ｔｉ5Ｏ12）、リチウムイオンを吸蔵及び放出しうる炭素材料、リチウムと合金を形成しうる材料（いわゆる合金系活物質）などが挙げられる。炭素材料としては、グラファイトが挙げられる。合金系活物質としては、スズ、スズ合金、シリコン及びシリコン合金が挙げられる。充放電効率及びサイクル寿命の観点から、炭素材料又はリチウムチタン複合酸化物を好適に使用できる。
【００４０】
なお、負極板２２が有する負極活物質の電位が金属リチウムの電位よりも１．０Ｖ以上高い場合は、負極集電体２５の材料としてアルミニウム又はアルミニウム合金を用いることが好ましい。これにより、電池ケース６０の材料として、後述の理由で好適なアルミニウム又はアルミニウム合金を用いることができる。すなわち、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成された電池ケース６０に負極板が触れると、電池ケース６０の溶出することがあるが、このような負極板２２によれば、電池ケース６０の溶出を防ぐことができる。
【００４１】
金属リチウムの電位に対して１．０Ｖ以上高い電位を有する負極活物質として、リチウムとチタンとを含む複合酸化物が挙げられる。具体的には、化学式Ｌｉ4+xＴｉ5Ｏ12（０≦ｘ≦３）で表され、スピネル型構造を有するチタン酸リチウムが挙げられる。チタン酸リチウムを負極板２２に使用すると、負極板２２の柔軟性は損なわれることがある。柔軟性に乏しい電極板は、巻回時に切れやすい。したがって、チタン酸リチウムを負極活物質として使用する場合、本実施形態の方法が特に推奨される。
【００４２】
負極板２２の結着剤及び導電助剤としては、正極板２１と同じものを使用できる。
【００４３】
（セパレータ）
本実施形態では、正極板２１及び負極板２２よりも幅広である帯状の２つのセパレータ２７を準備する。すなわち、セパレータ２７の短辺は、正極板２１の短辺及び負極板２２の短辺よりも長い。また、本実施形態では、セパレータ２７の長辺は、正極板２１の長辺及び負極板２２の長辺よりも長い。
【００４４】
セパレータ２７としては、例えば、多孔質フィルム、不織布などが挙げられる。多孔質フィルムとしては、ポリエチレン又はポリプロピレンでできたものなどが挙げられる。不織布としては、セルロース又はポリビニルアルコール（ＰＶＡ）でできたものなどが挙げられる。
【００４５】
（非水電解質）
本実施形態では、電解質と有機溶媒とを含む液状の非水電解質を準備する。有機溶媒としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）などの環状カーボネートが挙げられる。また、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）などの鎖状カーボネート、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２メチルテトラヒドロフラン（２ＭｅＴＨＦ）などの環状エーテル、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）などの鎖状エーテル、アセトニトリル（ＡＮ）、スルホラン（ＳＬ）などを使用してもよい。これらの有機溶媒は、単独又は２種以上の混合物の形態で使用できる。
【００４６】
電解質としては、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）などのリチウム塩が挙げられる。化学的安定性と高誘電率化の観点から、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）を主たる電解質として用いることが好ましい。「主たる電解質」とは、モル比にて最も多く含まれた電解質を意味する。電解質は、有機溶媒に対して、例えば０．５〜２．０ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解している。
【００４７】
（電池ケース）
本実施形態では、底部と開口部とを有する円筒形の電池ケース６０を準備する。電池ケース６０の材料としては、軽量で、加工性に優れる金属材料が好ましい。また、後述のように封口体７０をかしめるために、かしめ強度を高め易い金属材料の中から選択することが好ましい。軽量で加工性に優れた金属材料としては、アルミニウム及びアルミニウム合金などが挙げられる。かしめ強度を高め易い金属材料としては、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｓｉなどの元素を微量添加したアルミニウム合金が挙げられる。もちろん、ステンレスなどの他の金属材料も使用できる。
【００４８】
（封口体）
本実施形態では、弾性材料（エラストマー）により構成された円柱状の封口体７０を準備する。封口体７０には貫通孔７０ａ及び７０ｂが設けられている。封口体７０の材料としては、例えば、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、イソブチレンイソプレンゴム（ＩＩＲ）、ブタジエンスチレンゴム（ＳＢＲ）が挙げられる。貫通孔７０ａ及び７０ｂの内径は、例えば、０．２〜４．９ｍｍである。
【００４９】
以上の部材を準備した後に、下記の工程により電池８０を組み立てる。
【００５０】
［リード取付工程］
まず、図４Ａに示すように、正極板２１に正極リード２１０を電気的に接続する。具体的には、正極集電体２３に正極リード２１０の板状部１１を溶接によって固定する。溶接の方法としては、抵抗溶接、超音波溶接などが挙げられる。正極板２１と同様の方法で、図４Ｂに示すように、負極板２２に負極リード７１０を電気的に接続する。
【００５１】
本実施形態では、正極リード２１０の溝１１ａが、正極板２１に重なり合わないように、正極リード２１０と正極板２１とを接続する（図４Ｃ参照）。すなわち、正極板２１の幅方向に関して板状部１１の一部が正極板２１から突出するように正極リード２１０を正極板２１に接続する。板状部１１には、正極板２１から突出した部分にのみ溝１１ａ（滑り止め構造）が形成されている。同様に、負極リード７１０の溝５１１ａが、負極板２２に重なり合わないように、負極リード７１０と負極板２２とを接続する（図４Ｄ参照）。負極板２２及び負極リード７１０にも正極板２１及び正極リード２１０と同じ位置関係が採用されている。
【００５２】
また、本実施形態では、正極板２１の長手方向（図４Ｃに示すｚ方向）の一端を０％の位置、他端を１００％の位置と定義したとき、正極リード２１０が正極板２１の長手方向に関して１０〜３０％の範囲に位置するように、正極リード２１０を正極板２１に接続する。同様に、負極板２２の長手方向（図４Ｄに示すｚ方向）の一端を０％の位置、他端を１００％の位置と定義したとき、負極リード７１０が負極板２２の長手方向に関して１０〜３０％の範囲に位置するように、負極リード７１０を負極板２２に接続する。これにより、後述の巻回工程後に、正極リード２１０及び負極リード７１０が適切な位置に配置される。
【００５３】
［積層工程］
次に、図５Ａに示すように、正極板２１、１対のセパレータ２７及び負極板２２の相対的な位置関係を定める。具体的には、セパレータ２７、負極板２２、セパレータ２７、正極板２１の順にこれらを配置する。このようにして、電極群２０、正極リード２１０及び負極リード７１０を有する積層体３０を形成する。
【００５４】
積層工程では、以下の関係を満たすように各部材の相対的な位置を調節する。すなわち、図５Ｂ及び図５Ｃに示すように、正極板２１及び負極板２２の幅方向（図５Ｂ及び図５Ｃに示すｘ方向）に関して、セパレータ２７の周縁部２７ａが、正極板２１及び負極板２２から突出している。正極板２１からの正極リード２１０の突出方向（図５Ｂ及び図５Ｃに示すｘ方向）は、負極板２２からの負極リード７１０の突出方向に一致している。正極板２１及び負極板２２の幅方向に関して、丸棒部１２の全部及び丸棒部５１２の全部が、周縁部２７ａの外に位置している。正極リード２１０の溝１１ａは、セパレータ２７の周縁部２７ａに重なっている。負極リード７１０の溝５１１ａも、セパレータ２７の周縁部２７ａに重なっている。厳密には、溝１１ａは周縁部２７ａのみと重なり合っている。同様に、溝５１１ａは周縁部２７ａのみと重なり合っている。
【００５５】
なお、本実施形態では、溝１１ａが板状部１１と丸棒部１２との境界に隣接した位置に形成されている。板状部１１と丸棒部１２との境界に隣接した位置とは、詳細には、板状部１１と丸棒部１２との境界からその境界に最も近い正極板２１の外縁までの領域に含まれた位置、又は、板状部１１と丸棒部１２との境界からその境界に最も近い負極板２２の外縁までの領域に含まれた位置を意味する。より詳細には、板状部１１と丸棒部１２との境界に隣接した位置とは、板状部１１と丸棒部１２との境界からその境界に最も近い正極板２１の外縁までの領域に含まれ、かつ、板状部１１と丸棒部１２との境界からその境界に最も近い負極板２２の外縁までの領域に含まれた位置を意味する。
【００５６】
［巻回工程］
次に、図６に示すように、積層体３０を巻回する。具体的には、まず、巻芯４０の軸方向が積層体３０の短手方向に沿うように、積層体３０の端部に巻芯４０を接続する。次に、セパレータ２７の周縁部２７ａを溝１１ａ及び５１１ａに重ねつつ、巻芯４０を軸にして積層体３０を巻回する。これにより、巻かれた電極群２０が得られる。
【００５７】
比較の形態として、正極リード及び負極リードとして、図３Ａのワークピース１０のような、隆起部を有する電極リードを用い、隆起部がセパレータに接触するように積層体を作製した場合を想定する。このような積層体を巻回すると、隆起部の外周側に巻回されたセパレータが巻回軸に平行な方向にずれ易い。したがって、巻きずれが生じたり、正極板及び負極板がねじれたり、正極板及び負極板の強度が弱い箇所が切れたりする。
【００５８】
これに対し、本実施形態によれば、板状部１１の厚さ方向に関する正極リード２１０の寸法は、板状部１１と丸棒部１２との境界で不連続に変化している。さらに、本実施形態では、正極板２１の幅方向に関して、丸棒部１２が、セパレータ２７の周縁部２７ａの外に位置する。したがって、積層体３０を巻回するときに丸棒部１２がセパレータ２７に接しない。すなわち、本実施形態では、セパレータ２７が巻回軸に平行な方向にずれる要因が取り除かれている。正極板２１、負極板２２及びセパレータ２７は、巻回軸に平行に保たれる。これにより、積層体３０を巻回するときに巻きずれ並びに正極板２１及び負極板２２の切れを防止できる。
【００５９】
さらに、本実施形態では、正極リード２１０の溝１１ａがセパレータ２７の周縁部２７ａに重なっている。溝１１ａは、セパレータ２７の外縁に平行な方向に延びている。これにより、セパレータ２７と正極リード２１０との間の摺動性を低下させることができる。特に、巻回軸に平行な方向に関して、セパレータ２７を滑りにくくすることができる。したがって、積層体３０を巻回するときに巻きずれ並びに正極板２１及び負極板２２の切れをより効果的に防止できる。
【００６０】
また、溝１１ａは、セパレータ２７の周縁部２７ａのみと重なっている。したがって、セパレータ２７が、正極リード２１０の溝１１ａと正極板２１との間に挟まれることがない。これにより、積層体３０を巻回するときに、溝１１ａからセパレータ２７に過剰な圧力が加わることを防止できる。したがって、積層体３０を巻回するときに、セパレータ２７が破れ難い。これにより、セパレータ２７が破れることによって生じる電気的短絡を防ぐことができる。
【００６１】
なお、本実施形態では、溝１１ａが板状部１１の表面及び裏面に形成されているので、セパレータ２７の滑りをより確実に防止できる。ただし、板状部１１の片面にのみ溝１１ａを形成しても、巻きずれ並びに正極板２１及び負極板２２の切れの防止効果を得ることができる。
【００６２】
本実施形態において、負極リード７１０は正極リード２１０と同じ構造を有しており、負極リード７１０とセパレータ２７との位置関係も正極リード２１０とセパレータ２７との位置関係と同じように設定されている。したがって、上述した効果は、負極リード７１０についても得られる。
【００６３】
本実施形態では、正極リード２１０及び負極リード７１０の両方がセパレータ２７の滑りを防止するための構成を有している。しかし、正極リード２１０と負極リード７１０のいずれか一方のみを上記のように構成しても、巻きずれ並びに正極板２１及び負極板２２の切れを防止できる。
【００６４】
一般的な円筒型二次電池では、リードの厚みは１００μｍ程度なので、リードに起因した巻きずれ及び電極板の切れは起こり難い。
【００６５】
これに対し、図９を参照して説明した電池８８０では、正極板の中間部に正極リードが固定されている。同様に、負極板の中間部に負極リードが固定されている。すなわち、電極群を巻回したとき、正極リード及び負極リードが電極群に巻き込まれる。そのため、巻きずれ並びに正極板及び負極板の切れが本質的に発生し易い。本実施形態では、上記したような構成を採用しているので、正極リード２１０及び負極リード７１０が電極群２０に巻き込まれたとしても、巻きずれ並びに正極板２１及び負極板２２の切れを防止できる。
【００６６】
［収容工程］
次に、図７に示すように、電極群２０を電池ケース６０に収容する。電極群２０を電池ケース６０に収容したら、非水電解液（図示せず）を電池ケース６０に注入する。
【００６７】
［封口工程］
次に、図８に示すように、電池ケース６０の開口部を封口体７０により封口する。具体的には、正極リード２１０及び負極リード７１０が封口体７０に設けられた貫通孔７０ａ及び７０ｂからそれぞれ電池ケース６０の外部に延びるように封口する。本実施形態では、丸棒部１２及び丸棒部５１２が、貫通孔７０ａ及び７０ｂの中で封口体７０から押圧力を受けて支持される。
【００６８】
次に、電池ケース６０をかしめて、封口体７０を固定する。具体的には、電池ケース６０に、かしめ部６０ａと、かしめ部６０ｂとを形成する。かしめ部６０ａは、電池ケース６０の側面を中心方向に向かって凹ませて形成する。また、かしめ部６０ｂは、電池ケース６０の開口側の端部を、中心方向に向かうＵ字状に折り曲げて形成する。
【００６９】
封口体７０の具体的な寸法は限定されないが、封口体７０の直径は、封口体７０が電池ケース６０の開口部を密閉するように、電池ケース６０の内径よりもある程度大きいことが好ましい。また、封口体７０が有する貫通孔７０ａ及び７０ｂの内径は、封口体７０と丸棒部１２及び丸棒部５１２とが密着するように、丸棒部１２及び丸棒部５１２の直径よりもある程度小さいことが好ましい。
【００７０】
このようにして作製された電池８０は、外部の振動などによる電極群２０における巻きずれが発生し難い。したがって、電池８０の信頼性は高い。また、電池８０は、電極群２０に接触すると巻きずれを引き起こす隆起部を省略できる。また、隆起部を省略すると、正極リード２１０の板状部１１と丸棒部１２との境界がセパレータ２７の長辺に一致するように、正極リード２１０とセパレータ２７との位置関係を設定することもできる。負極リード７１０とセパレータ２７との位置関係も同様に設定することができる。したがって、本実施形態によれば、電池８０を、小型化できる（すなわち、高エネルギー密度化できる）。
【実施例】
【００７１】
（実施例）
まず、正極リード、負極リード、正極板、負極板、及びセパレータを準備した。
【００７２】
正極リードを図３Ａを参照して説明した方法で作製した。まず、ワークピースとして、コンデンサ用リード（ニューセントラル社製Ｌ３Ｗ２０３２８ＦＷＰＳ）を準備した。次に、このワークピースの隆起部をやすりで削り取った。次に、ワークピースの板状部における丸棒部側の端部２ｍｍの領域の表面及び裏面をやすりで削った。これにより、幅方向（図３Ａに示すｚ方向）に延びる溝を形成した。このようにして正極リードを作製した。また、同様にして負極リードを作製した。
【００７３】
正極板は、下記のように作製した。まず、正極活物質と、導電助剤と、結着剤と、溶媒とを、双腕式練合機で撹拌、混練して、正極合剤を作製した。正極活物質としては、コバルト酸リチウムを用いた。導電助剤としては、正極活物質１００重量部に対して２重量部のアセチレンブラックを用いた。結着剤としては、正極活物質１００重量部に対して２重量部のポリフッ化ビニリデンを用いた。溶媒としては、正極合剤の固形分濃度を５０％程度にするのに適量のＮ‐メチル‐２‐ピロリドンを用いた。
【００７４】
次に、厚さ１５μｍのアルミニウム箔でできた正極集電体の表面及び裏面に上記の正極合剤を塗布した。塗布した正極合剤を乾燥させ、正極集電体の上に正極活物質層を形成した。その後、正極集電体及び正極活物質層を圧延し、得られた正極板を所定の寸法に切断した。このようにして、幅４２ｍｍ、長さ５８０ｍｍ、片面側の正極活物質層の厚さが５０μｍの正極板を作製した。なお、この幅は、円筒型電池の正極板の幅の規定値である。
【００７５】
負極板は、下記のように作製した。まず、負極活物質と、導電助剤と、結着剤と、溶媒とを、双腕式練合機で撹拌、混練して、負極合剤を作製した。負極活物質としては、リチウムチタン複合酸化物（Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12）を用いた。導電助剤としては、負極活物質１００重量部に対して４重量部の気相成長法炭素繊維（ＶＧＣＦ：Vapor Grown Carbon Fiber）を用いた。結着剤としては、負極活物質１００重量部に対して５重量部のポリフッ化ビニリデンを用いた。溶媒としては、負極合剤の固形分濃度を５０％程度にするのに適量のＮ‐メチル‐２‐ピロリドンを用いた。
【００７６】
次に、厚さ１５μｍのアルミニウム箔でできた負極集電体の表面及び裏面に上記の負極合剤を塗布した。塗布した負極合剤を乾燥させ、負極集電体の上に負極活物質層を形成した。その後、負極集電体及び負極活物質層を圧延し、得られた負極板を所定の寸法に切断した。このようにして、幅４０ｍｍ、長さ５４０ｍｍ、片面側の負極合剤層の厚さが１００μｍの負極板を作製した。なお、この幅は、円筒型電池の負極板の幅の規定値である。
【００７７】
セパレータとしては、厚さ２５μｍ、幅４４ｍｍ、長さ６００ｍｍの寸法を有するセルロースフィルム（ニッポン高度紙工業社製）を用いた。
【００７８】
次に、正極リードを正極集電体に溶接した。具体的には、正極板の長手方向（図４Ａのｚ方向）の一端から他端に向かって１１０ｍｍの位置に正極リードを溶接した。丸棒部と板状部との境界が正極板の長辺の外に（すなわち図４Ｃのｘの正方向に）１ｍｍ突出するように正極リードと正極板との位置関係を設定した。
【００７９】
次に、負極リードを負極集電体に溶接した。具体的には、負極板の長手方向（図４Ｂのｚ方向）の一端から他端に向かって９５ｍｍの位置に負極リードを溶接した。丸棒部と板状部との境界が負極板の長辺の外に（すなわち図４Ｄのｘの正方向に）２ｍｍ突出するように負極リードと負極板との位置関係を設定した。
【００８０】
溶接には、超音波溶着機（日本エマソン社製メタルウェルダ２０００ｅａ型）を用いた。また、ウェルドタイムは０．１秒に、振幅は８０％に、それぞれ設定した。
【００８１】
次に、セパレータ、負極板、セパレータ及び正極板の順にこれらを配置し、電極群、正極リード及び負極リードを有する積層体を形成した。セパレータの幅方向（図５Ａに示すｘ方向）に関して、２つのセパレータが負極板の外に２ｍｍ突出するように２つのセパレータと負極板との位置関係を設定した。同様に、セパレータの幅方向に関して、２つのセパレータが正極板の外に１ｍｍ突出するように２つのセパレータと正極板との位置関係を設定した。すなわち、本実施例では、正極リードにおける丸棒部と板状部との境界、負極リードにおける丸棒部と板状部との境界、および２つのセパレータの長辺が一致するように、正極板、負極板、および２つのセパレータの位置関係を設定した。
【００８２】
次に、積層体の長手方向の一端に巻芯を取り付けた。そして、巻回機を用いて１０Ｎ程度の張力をかけながら積層体を巻回し、巻かれた電極群を得た。最後に、電極群の最外周を粘着テープで固定した。
【００８３】
（比較例）
正極リード及び負極リードとして図３Ａの電極リードが有するような隆起部を有するコンデンサ用リード（ニューセントラル社製Ｌ３Ｗ２０３２８ＦＷＰＳ）を用いた。また、隆起部とセパレータとが重なるように積層体を作製した。それ以外は実施例と同様にして電極群を作製した。
【００８４】
［評価］
実施例の電極群と比較例の電極群とを目視により比較した。実施例の電極群には、巻きずれ並びに正極板及び負極板の切れが発生していなかった。一方、比較例の電極群には、巻きずれ並びに正極板及び負極板の切れが発生していた。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、エネルギー分野向けの二次電池、例えば、一般家庭用の二次電池に適用できる。
【符号の説明】
【００８６】
１０，５１０，１１０，６１０ ワークピース
１１，５１１ 板状部
１１ａ，５１１ａ 溝（滑り止め構造）
１１ｂ 凹凸（滑り止め構造）
１１ｃ ローレット（滑り止め構造）
１２，５１２ 丸棒部
１３，５１３ 先端部
１４，５１４ 隆起部
２０ 電極群
２１ 正極板
２２ 負極板
２３ 正極集電体
２４ 正極活物質層
２５ 負極集電体
２６ 負極活物質層
２７ セパレータ
２７ａ 周縁部
３０ 積層体
４０ 巻芯
６０ 電池ケース
６０ａ，６０ｂ かしめ部
７０ 封口体
７０ａ，７０ｂ 貫通孔
７０ｐ 上面
７０ｑ 下面
８０ 円筒型非水電解液電池
２１０ 正極リード
７１０ 負極リード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒型非水電解液電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池は、ノート型パソコンを始めとした様々なポータブル機器に使用されている。携帯性の向上、駆動時間の延長及び駆動の安定化の観点から、ポータブル機器向けの二次電池には、軽量化、エネルギー密度の向上及び信頼性の向上が求められる。
【０００３】
ポータブル機器向けの二次電池として、リチウムイオン二次電池が挙げられる。電極群を収容するための容器として、アルミニウム箔製の容器、及び金属製の角型容器が広く使用されている。
【０００４】
一方、エネルギー分野向けの二次電池には、金属製の円筒状容器が広く使用されている。金属製の円筒状容器を用いた二次電池は、一般的には、容器内に電極群を収容し、容器の開口部を封口板により封口することにより製造される。電極群に接続された２つのリード端子は、容器及び封口板にそれぞれ溶接される。封口板の構造は、比較的複雑で値段も高い。また、リードの溶接工程も面倒である。そこで、特許文献１の構造の電池が提案されている。
【０００５】
特許文献１には、図９に示すような円筒型非水電解液電池８８０が開示されている。円筒型非水電解液電池８８０は、電極群８２０、正極リード８１０、負極リード９１０、電池ケース８６０及び封口体８７０を備えている。電極群８２０は電池ケース８６０に収容されている。正極リード８１０及び負極リード９１０は丸棒部８１２及び９１２をそれぞれ有する。封口体８７０はゴム製であり、丸棒部８１２及び９１２を支持しながら電池ケース８６０の開口部を封口している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３０８２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の発明者らが、特許文献１に記載された円筒型非水電解液電池を作製したところ、次の不具合が生じた。具体的には、電極群を巻回するときに巻きずれが生じたり、正極板及び負極板が切れたりした。このような不具合は、電極群とリードとの相互干渉によるものと考えられる。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を鑑みてなされたもので、巻きずれ及び電極板の切れを防止できる円筒型非水電解液電池の製造方法と、当該製造方法によって製造された円筒型非水電解液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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、
リチウムイオンを吸蔵及び放出しうる第一活物質を含む第一電極板と、リチウムイオンを吸蔵及び放出しうる第二活物質を含み、前記第一電極板の極性と反対の極性を有する第二電極板と、前記第一電極板及び前記第二電極板よりも幅広のセパレータとを準備する工程と、
前記第一電極板及び前記第二電極板に第一電極リード及び第二電極リードをそれぞれ電気的に接続する工程と、
前記第一電極板及び前記第二電極板の幅方向に関して前記セパレータの周縁部が前記第一電極板及び前記第二電極板から突出し、前記第一電極板からの前記第一電極リードの突出方向が前記第二電極板からの前記第二電極リードの突出方向に一致するように、前記第一電極板、前記セパレータ及び前記第二電極板の相対的な位置関係を定める工程と、
巻かれた電極群を形成するように、前記第一電極板、前記セパレータ及び前記第二電極板を巻回する工程と、
前記第一電極リード及び前記第二電極リードが封口体を通じて円筒状の電池ケースの外部に延びるように、前記電極群を前記電池ケースに入れて前記電池ケースの開口部を前記封口体で閉じる工程と、を含み、
前記第一電極リードは、前記第一電極板に固定された板状部と、前記板状部と一体に形成された丸棒部とを有し、前記板状部の厚さ方向に関する前記第一電極リードの寸法が前記板状部と前記丸棒部との境界で不連続に変化しており、
前記板状部には、当該板状部と前記セパレータとの間の摺動性を低下させるための滑り止め構造が前記境界に隣接した位置に形成されており、
前記幅方向に関して前記丸棒部を前記セパレータの前記周縁部の外に位置させ、かつ、前記セパレータの前記周縁部を前記滑り止め構造に重ねつつ、前記巻回工程を実施する、円筒型非水電解液電池の製造方法を提供する。
【００１０】
他の側面において、本発明は、
リチウムイオンを吸蔵及び放出しうる第一活物質を含む第一電極板と、リチウムイオンを吸蔵及び放出しうる第二活物質を含み、前記第一電極板の極性と反対の極性を有する第二電極板と、前記第一電極板及び前記第二電極板よりも幅広のセパレータとを有する、巻かれた電極群と、
前記電極群を収容している円筒状の電池ケースと、
前記電池ケースの開口部を閉じている封口体と、
前記第一電極板に電気的に接続され、前記封口体を通じて円筒状の電池ケースの外部に延びている第一電極リードと、
前記第二電極板に電気的に接続され、前記封口体を通じて円筒状の電池ケースの外部に延びている第二電極リードと、を備え、
前記第一電極リードは、前記第一電極板に固定された板状部と、前記板状部と一体に形成された丸棒部とを有し、前記板状部の厚さ方向に関する前記第一電極リードの寸法が前記板状部と前記丸棒部との境界で不連続に変化しており、
前記板状部には、当該板状部と前記セパレータとの間の摺動性を低下させるための滑り止め構造が前記境界に隣接した位置に形成されており、
前記第一電極板及び前記第二電極板の幅方向に関して前記セパレータの周縁部が前記第一電極板及び前記第二電極板から突出し、
前記幅方向に関して前記丸棒部が前記セパレータの前記周縁部の外に位置し、かつ、前記セパレータの前記周縁部が前記滑り止め構造に重なっている、円筒型非水電解液電池を提供する。
【００１１】
第一電極板が正極板のとき、第一電極リードが正極リードに相当し、第一活物質が正極活物質に相当し、第二電極板が負極板に相当し、第二電極リードが負極リードに相当し、第二活物質が負極活物質に相当する。第一電極板が負極板のとき、第一電極リードが負極リードに相当し、第一活物質が負極活物質に相当し、第二電極板が正極板に相当し、第二電極リードが正極リードに相当し、第二活物質が正極活物質に相当する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、第一電極リードの寸法が板状部と丸棒部との境界で不連続に変化している。第一電極リードの板状部には、当該板状部とセパレータとの間の摺動性を低下させるための滑り止め構造が形成されている。幅方向に関して丸棒部をセパレータの周縁部の外に位置させ、かつ、セパレータの周縁部を滑り止め構造に重ねつつ、巻回工程を実施する。このようにすれば、セパレータの周縁部が第一電極リードから過度な荷重を受けたり、第一電極リードの表面を滑ったりすることを防止できる。そのため、電極群に過度な応力が加わることも防止できる。本発明によれば、巻きずれ及び電極板の切れを防止できる。また、本発明によれば、外部の振動などによる巻きずれが生じ難い電極群を有する円筒型非水電解液電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る円筒型非水電解液電池の断面図
【図２】図１に示す電池の電極群の分解斜視図
【図３Ａ】電極リードの製造方法を説明するためのフロー図（斜視）
【図３Ｂ】電極リードの製造方法を説明するためのフロー図（断面）
【図３Ｃ】滑り止め構造として凹凸が形成された電極リードの平面図
【図３Ｄ】滑り止め構造としてローレットが形成された電極リードの平面図
【図４Ａ】正極側のリード取付工程を説明するための斜視図
【図４Ｂ】負極側のリード取付工程を説明するための斜視図
【図４Ｃ】リード取付工程を説明するための、正極リード周辺の拡大斜視図
【図４Ｄ】リード取付工程を説明するための、負極リード周辺の拡大斜視図
【図５Ａ】積層工程を説明するための斜視図
【図５Ｂ】積層工程を説明するための、正極リード周辺の拡大斜視図
【図５Ｃ】積層工程を説明するための、負極リード周辺の拡大斜視図
【図６】巻回工程を説明するためのフロー図
【図７】収容工程を説明するためのフロー図
【図８】封口工程を説明するためのフロー図
【図９】従来の円筒型非水電解液電池の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の円筒型非水電解液電池８０（以下、単に「電池８０」とも記載する）は、円筒状の電池ケース６０、電池ケース６０に収容された電極群２０、及び電池ケース６０の開口部に固定された封口体７０を備えている。電池８０は、典型的には、リチウムイオン二次電池である。
【００１６】
図２に示すように、電極群２０は、正極板２１、負極板２２及び２つのセパレータ２７で構成されている。正極板２１は、正極集電体２３及び正極活物質層２４で構成されている。負極板２２は、負極集電体２５及び負極活物質層２６で構成されている。セパレータ２７は、それぞれ、正極板２１と負極板２２との間に配置されている。正極板２１には、電力取り出し用の正極リード２１０が電気的に接続されている。負極板２２には、電力取り出し用の負極リード７１０が電気的に接続されている。電極群２０は、渦状に巻かれており、全体として円筒の形を有している。電極群２０の巻回軸に関して、正極リード２１０は、負極リード７１０と向かい合っている。
【００１７】
図１に示すように、封口体７０には、貫通孔７０ａ及び７０ｂが形成されている。正極リード２１０は、貫通孔７０ａの中で封口体７０に保持されるように封口体７０の貫通孔７０ａに挿し込まれている。同様に、負極リード７１０は、貫通孔７０ｂの中で封口体７０に保持されるように封口体７０の貫通孔７０ｂに挿し込まれている。つまり、正極リード２１０及び負極リード７１０は、それぞれ、貫通孔７０ａ及び７０ｂを通って電池ケース６０の外部まで延びている。本実施形態では、電池ケース６０の高さ方向に関して、正極リード２１０の長さが、負極リード７１０の長さに一致している。
【００１８】
電池ケース６０の側部には、電池ケース６０の高さ方向に関して封口体７０の上面７０ｐと封口体７０の下面７０ｑとの間において、電極群２０の中心軸に向かう方向に突出しているかしめ部６０ａが設けられている。かしめ部６０ａは、円環の形状を有するように電池ケース６０の周方向に沿って形成されている。この構成によれば、封口体７０に対して、周方向に均一な圧縮荷重を付与できる。電池ケース６０の開口部には、Ｕ字状に曲げられたかしめ部６０ｂが設けられている。かしめ部６０ｂは、封口体７０の上面に接しており、これにより、電池ケース６０の中に押し込む方向の荷重を封口体７０に付与している。
【００１９】
なお、電池ケース６０の底部の空間、すなわち、電池ケース６０の底部と電極群２０との間に絶縁シートなどの他の部材が設けられていてもよい。同様に、封口体７０の下面７０ｑと電極群２０との間に絶縁シートなどの他の部材が設けられていてもよい。
【００２０】
次に、図１に示す電池８０の製造方法を説明する。
【００２１】
［部材準備工程］
まず、電池８０を構成する各部材を準備する。
【００２２】
（電極リード）
本実施形態では、図３Ａに示すように、ワークピース１０を加工することにより正極リード２１０を作製する。ワークピース１０として、既存の電極リードを使用できる。ワークピース１０は、板状部１１と、丸棒部１２と、先端部１３と、隆起部１４とを有する。
【００２３】
板状部１１は、帯状の形状を有する。図３Ａにおいて、板状部１１の長手方向は、ｘ方向に平行である。丸棒部１２は、円柱の形状を有する。丸棒部１２は、板状部１１に一体に形成されている。先端部１３は、線状の形状を有する。先端部１３は、板状部１１の反対側で丸棒部１２に溶接されている。
【００２４】
図３Ｂに示すように、隆起部１４は、板状部１１の厚さ方向（図３Ｂに示すｙ方向）に関するワークピース１０の寸法を、板状部１１と丸棒部１２との境界近傍領域において連続に変化させるように設けられている。
【００２５】
まず、ワークピース１０の隆起部１４を除去する。隆起部１４を除去する方法は限定されない。例えば、ヤスリで隆起部１４を削り取ればよい。隆起部１４を除去した後、板状部１１の厚さ方向に関するワークピース１１０の寸法は、板状部１１と丸棒部１２との境界で不連続に変化している。つまり、板状部１１の厚さｄ1及び丸棒部１２の直径ｄ2は、それぞれ、一定であり、丸棒部１２の直径ｄ2は、板状部の厚さｄ1よりも大きい。丸棒部１２は、例えば、板状部１１の厚さの２〜１０倍の直径を有している。板状部１１の厚さｄ1は、例えば、０．２〜０．５ｍｍである。丸棒部１２の直径ｄ2は、例えば、０．４〜５ｍｍである。ワークピース１１０の板状部１１及び丸棒部１２の各構造は、正極リード２１０に反映される。
【００２６】
次に、板状部１１に溝１１ａを形成する。溝１１ａは、板状部１１の幅方向（図３Ａに示すｚ方向）に延びている。幅方向とは、板状部１１の長手方向及び厚さ方向に直交する方向である。溝１１ａは、板状部１１の長手方向の摺動性を低下させる、すなわち、摩擦係数を高めるように作用する滑り止め構造を構成する。本実施形態では、溝１１ａを、板状部１１における、板状部１１と丸棒部１２との境界に隣接した位置に形成する。また、本実施形態では、溝１１ａを、板状部１１の表面及び裏面に形成する。このようにして、正極リード２１０を作製する。
【００２７】
なお、本実施形態では、複数の溝１１ａを形成している。しかし、溝１１ａは、１つの溝であってもよい。また、溝１１ａの具体的な寸法は限定されない。例えば、溝１１ａの深さは０．０５〜０．１ｍｍとすればよい。また、溝１１ａは、幅方向全体に形成することが好ましい。つまり、溝１１ａの一端が板状部１１の一方の側面に位置し、溝１１ａの他端が板状部１１の他方の側面に位置していてもよい。このようにすれば、板状部１１の側面によってもセパレータ２７を捕らえることができる。
【００２８】
また、単一の工程で、隆起部１４の除去と、溝１１ａの形成とを実施してもよい。例えば、隆起部１４にヤスリを接触させ、ヤスリを幅方向に動かすことにより、隆起部１４の除去と、溝１１ａの形成の双方を実施できる。このようにすれば、単一の工程でワークピース１０から正極リード２１０が得られる。したがって、加工コストを抑制できる。
【００２９】
また、ワークピース１０としては、市販の電極リードを用いればよい。また、本実施形態では、ワークピース１０を加工して正極リード２１０を作製しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、原材料から直接正極リード２１０を作製してもよい。具体的には、まず、丸棒部１２の直径と同じ直径を有する線材を準備する。次に、線材を適切な長さに切断する。次に、板状部１１が形成されるように、切断された線材をプレス加工する。次に、プレス加工によってできた隆起部１４を研削、研磨などの加工方法で除去する。最後に、先端部１３を丸棒部１２に溶接すればよい。
【００３０】
また、本実施形態では、溝１１ａにより滑り止め構造を構成している。溝１１ａによる滑り止め構造は、板状部１１の長手方向の摺動性を低下させる点で優れている。しかし、他の態様で滑り止め構造を構成してもよい。例えば、凹凸、ローレット、突起又はノッチにより滑り止め構造を構成してもよい。図３Ｃに示すような、凹凸１１ｂにより構成された滑り止め構造は、板状部１１の厚さ方向に垂直な全ての方向の摺動性を低下させる点で優れている。凹凸１１ｂは、例えば、板状部１１の表面を粗すことで形成できる。なお、図３Ｃでは、凹凸１１ｂは目視可能な大きさの凹凸であるが、凹凸１１ｂは、目視できない粗面であってもよい。また、図３Ｄに示すような、ローレット１１ｃにより構成された滑り止め構造も、凹凸１１ｂにより構成された滑り止め構造と同様の点で優れている。ローレット１１ｃは、例えば、板状部１１における滑り止め構造を形成すべき部分に対してダイスを強く押し当てることにより、当該部分を塑性変形させることで形成できる。また、突起により構成された滑り止め構造も、板状部１１の摺動性を低下させる点で優れている。また、ノッチにより滑り止め構造は、セパレータ２７の破損を抑制しつつ板状部１１の摺動性を低下させる点で優れている。
【００３１】
本実施形態において、負極リード７１０は、正極リード２１０と同じ構造を有している。そのため、負極リード７１０も正極リード２１０と同じ方法で作製できる。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、リード作製工程では、ワークピース５１０から隆起部５１４を除去する。隆起部５１４が除去されたワークピース６１０に溝５１１ａを形成することにより負極リード７１０が得られる。負極リード５１０は、板状部５１１、丸棒部５１２及び先端部５１３を有する。板状部５１１の表面及び／又は裏面には、滑り止め構造としての溝５１１ａが形成されている。
【００３２】
正極リード２１０及び負極リード７１０の材料としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、ステンレスが挙げられる。負極リード７１０は、正極リード２１０と同じ材料でできていてもよいし、異なる材料でできていてもよい。正極リード２１０において、板状部１１及び丸棒部１２は、基本的には、同じ材料でできている。先端部１３は、板状部１１及び丸棒部１２と同じ材料でできていてもよいし、異なる材料でできていてもよい。このことは、負極リード７１０についても同じである。
【００３３】
（正極板）
まず、正極活物質及び任意の材料を混練することにより正極合剤を作製する。任意の材料には、溶媒、導電助剤、結着剤などが含まれる。次に、正極合剤を正極集電体２３に塗布する。塗布された正極合剤を乾燥させることにより、正極集電体２３の上に正極活物質層２４が形成される。次に、所定の厚さの正極板２１が形成されるように、正極集電体２３及び正極活物質層２４を圧延する。その後、正極板２１を所定の寸法に切断する。これにより、帯状の正極板２１が得られる。なお、正極集電体２３の両面に正極合剤を塗布してもよいし、正極集電体２３の片面に正極合剤を塗布してもよい。
【００３４】
正極集電体２３は、導電性を有するシート状の部材であり、典型的には金属箔で構成されている。金属箔に代えて、多数の孔を有する部材（金属メッシュ、パンチングメタル、エキスパンドメタル）も使用できる。正極集電体２３の材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金などの金属が挙げられる。
【００３５】
正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵及び放出しうる材料を使用できる。このような正極活物質としては、二酸化マンガン（ＭｎＯ2）、リチウムマンガン複合酸化物（例えばＬｉxＭｎ2Ｏ4又はＬｉxＭｎＯ2）、リチウムニッケル複合酸化物（例えばＬｉxＮｉＯ2）、リチウムコバルト複合酸化物（例えばＬｉxＣｏＯ2）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（例えばＬｉＮｉ1-yＣｏyＯ2）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（例えばＬｉxＭｎyＣｏ1-yＯ2）、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物（ＬｉxＭｎ2-yＮｉyＯ4）、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物（ＬｉxＦｅＰＯ4）などの酸化物が挙げられる。上記化学式の「ｘ」及び「ｙ」は、それぞれ、０〜１の範囲の値をとりうる。好ましい正極活物質としては、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物、リチウムリン酸鉄が挙げられる。これらは、金属リチウムの電位に対して例えば３．０Ｖ以上５．０Ｖ以下の充放電電位を有する。
【００３６】
導電助剤としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛などの炭素材料を使用できる。結着剤としては、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）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、フッ素ゴム、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）などの樹脂材料を使用できる。
【００３７】
（負極板）
まず、負極活物質及び任意の材料を混練することにより負極合剤を作製する。任意の材料には、溶媒、導電助剤、結着剤などが含まれる。次に、負極合剤を負極集電体２５に塗布する。塗布された負極合剤を乾燥させることにより、負極集電体２５の上に負極活物質層２６が形成される。次に、所定の厚さの負極板２２が形成されるように、負極集電体２５及び負極活物質層２６をプレスする。その後、負極板２２を所定の寸法に切断する。これにより、帯状の負極板２２が得られる。なお、負極集電体２５の両面に負極合剤を塗布してもよいし、負極集電体２５の片面に負極合剤を塗布してもよい。
【００３８】
負極集電体２５も、導電性を有するシート状の部材であり、典型的には金属箔で構成されている。金属箔に代えて、多数の孔を有する部材（金属メッシュ、パンチングメタル、エキスパンドメタル）も使用できる。負極集電体２５の材料としては、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などの金属が挙げられる。
【００３９】
負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵及び放出しうる材料を使用できる。好ましい負極活物質としては、例えば、金属リチウム、リチウム合金、リチウムチタン複合酸化物（例えばＬｉ4Ｔｉ5Ｏ12）、リチウムイオンを吸蔵及び放出しうる炭素材料、リチウムと合金を形成しうる材料（いわゆる合金系活物質）などが挙げられる。炭素材料としては、グラファイトが挙げられる。合金系活物質としては、スズ、スズ合金、シリコン及びシリコン合金が挙げられる。充放電効率及びサイクル寿命の観点から、炭素材料又はリチウムチタン複合酸化物を好適に使用できる。
【００４０】
なお、負極板２２が有する負極活物質の電位が金属リチウムの電位よりも１．０Ｖ以上高い場合は、負極集電体２５の材料としてアルミニウム又はアルミニウム合金を用いることが好ましい。これにより、電池ケース６０の材料として、後述の理由で好適なアルミニウム又はアルミニウム合金を用いることができる。すなわち、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成された電池ケース６０に負極板が触れると、電池ケース６０の溶出することがあるが、このような負極板２２によれば、電池ケース６０の溶出を防ぐことができる。
【００４１】
金属リチウムの電位に対して１．０Ｖ以上高い電位を有する負極活物質として、リチウムとチタンとを含む複合酸化物が挙げられる。具体的には、化学式Ｌｉ4+xＴｉ5Ｏ12（０≦ｘ≦３）で表され、スピネル型構造を有するチタン酸リチウムが挙げられる。チタン酸リチウムを負極板２２に使用すると、負極板２２の柔軟性は損なわれることがある。柔軟性に乏しい電極板は、巻回時に切れやすい。したがって、チタン酸リチウムを負極活物質として使用する場合、本実施形態の方法が特に推奨される。
【００４２】
負極板２２の結着剤及び導電助剤としては、正極板２１と同じものを使用できる。
【００４３】
（セパレータ）
本実施形態では、正極板２１及び負極板２２よりも幅広である帯状の２つのセパレータ２７を準備する。すなわち、セパレータ２７の短辺は、正極板２１の短辺及び負極板２２の短辺よりも長い。また、本実施形態では、セパレータ２７の長辺は、正極板２１の長辺及び負極板２２の長辺よりも長い。
【００４４】
セパレータ２７としては、例えば、多孔質フィルム、不織布などが挙げられる。多孔質フィルムとしては、ポリエチレン又はポリプロピレンでできたものなどが挙げられる。不織布としては、セルロース又はポリビニルアルコール（ＰＶＡ）でできたものなどが挙げられる。
【００４５】
（非水電解質）
本実施形態では、電解質と有機溶媒とを含む液状の非水電解質を準備する。有機溶媒としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）などの環状カーボネートが挙げられる。また、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）などの鎖状カーボネート、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２メチルテトラヒドロフラン（２ＭｅＴＨＦ）などの環状エーテル、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）などの鎖状エーテル、アセトニトリル（ＡＮ）、スルホラン（ＳＬ）などを使用してもよい。これらの有機溶媒は、単独又は２種以上の混合物の形態で使用できる。
【００４６】
電解質としては、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）などのリチウム塩が挙げられる。化学的安定性と高誘電率化の観点から、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）を主たる電解質として用いることが好ましい。「主たる電解質」とは、モル比にて最も多く含まれた電解質を意味する。電解質は、有機溶媒に対して、例えば０．５〜２．０ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解している。
【００４７】
（電池ケース）
本実施形態では、底部と開口部とを有する円筒形の電池ケース６０を準備する。電池ケース６０の材料としては、軽量で、加工性に優れる金属材料が好ましい。また、後述のように封口体７０をかしめるために、かしめ強度を高め易い金属材料の中から選択することが好ましい。軽量で加工性に優れた金属材料としては、アルミニウム及びアルミニウム合金などが挙げられる。かしめ強度を高め易い金属材料としては、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｓｉなどの元素を微量添加したアルミニウム合金が挙げられる。もちろん、ステンレスなどの他の金属材料も使用できる。
【００４８】
（封口体）
本実施形態では、弾性材料（エラストマー）により構成された円柱状の封口体７０を準備する。封口体７０には貫通孔７０ａ及び７０ｂが設けられている。封口体７０の材料としては、例えば、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、イソブチレンイソプレンゴム（ＩＩＲ）、ブタジエンスチレンゴム（ＳＢＲ）が挙げられる。貫通孔７０ａ及び７０ｂの内径は、例えば、０．２〜４．９ｍｍである。
【００４９】
以上の部材を準備した後に、下記の工程により電池８０を組み立てる。
【００５０】
［リード取付工程］
まず、図４Ａに示すように、正極板２１に正極リード２１０を電気的に接続する。具体的には、正極集電体２３に正極リード２１０の板状部１１を溶接によって固定する。溶接の方法としては、抵抗溶接、超音波溶接などが挙げられる。正極板２１と同様の方法で、図４Ｂに示すように、負極板２２に負極リード７１０を電気的に接続する。
【００５１】
本実施形態では、正極リード２１０の溝１１ａが、正極板２１に重なり合わないように、正極リード２１０と正極板２１とを接続する（図４Ｃ参照）。すなわち、正極板２１の幅方向に関して板状部１１の一部が正極板２１から突出するように正極リード２１０を正極板２１に接続する。板状部１１には、正極板２１から突出した部分にのみ溝１１ａ（滑り止め構造）が形成されている。同様に、負極リード７１０の溝５１１ａが、負極板２２に重なり合わないように、負極リード７１０と負極板２２とを接続する（図４Ｄ参照）。負極板２２及び負極リード７１０にも正極板２１及び正極リード２１０と同じ位置関係が採用されている。
【００５２】
また、本実施形態では、正極板２１の長手方向（図４Ｃに示すｚ方向）の一端を０％の位置、他端を１００％の位置と定義したとき、正極リード２１０が正極板２１の長手方向に関して１０〜３０％の範囲に位置するように、正極リード２１０を正極板２１に接続する。同様に、負極板２２の長手方向（図４Ｄに示すｚ方向）の一端を０％の位置、他端を１００％の位置と定義したとき、負極リード７１０が負極板２２の長手方向に関して１０〜３０％の範囲に位置するように、負極リード７１０を負極板２２に接続する。これにより、後述の巻回工程後に、正極リード２１０及び負極リード７１０が適切な位置に配置される。
【００５３】
［積層工程］
次に、図５Ａに示すように、正極板２１、１対のセパレータ２７及び負極板２２の相対的な位置関係を定める。具体的には、セパレータ２７、負極板２２、セパレータ２７、正極板２１の順にこれらを配置する。このようにして、電極群２０、正極リード２１０及び負極リード７１０を有する積層体３０を形成する。
【００５４】
積層工程では、以下の関係を満たすように各部材の相対的な位置を調節する。すなわち、図５Ｂ及び図５Ｃに示すように、正極板２１及び負極板２２の幅方向（図５Ｂ及び図５Ｃに示すｘ方向）に関して、セパレータ２７の周縁部２７ａが、正極板２１及び負極板２２から突出している。正極板２１からの正極リード２１０の突出方向（図５Ｂ及び図５Ｃに示すｘ方向）は、負極板２２からの負極リード７１０の突出方向に一致している。正極板２１及び負極板２２の幅方向に関して、丸棒部１２の全部及び丸棒部５１２の全部が、周縁部２７ａの外に位置している。正極リード２１０の溝１１ａは、セパレータ２７の周縁部２７ａに重なっている。負極リード７１０の溝５１１ａも、セパレータ２７の周縁部２７ａに重なっている。厳密には、溝１１ａは周縁部２７ａのみと重なり合っている。同様に、溝５１１ａは周縁部２７ａのみと重なり合っている。
【００５５】
なお、本実施形態では、溝１１ａが板状部１１と丸棒部１２との境界に隣接した位置に形成されている。板状部１１と丸棒部１２との境界に隣接した位置とは、詳細には、板状部１１と丸棒部１２との境界からその境界に最も近い正極板２１の外縁までの領域に含まれた位置、又は、板状部１１と丸棒部１２との境界からその境界に最も近い負極板２２の外縁までの領域に含まれた位置を意味する。より詳細には、板状部１１と丸棒部１２との境界に隣接した位置とは、板状部１１と丸棒部１２との境界からその境界に最も近い正極板２１の外縁までの領域に含まれ、かつ、板状部１１と丸棒部１２との境界からその境界に最も近い負極板２２の外縁までの領域に含まれた位置を意味する。
【００５６】
［巻回工程］
次に、図６に示すように、積層体３０を巻回する。具体的には、まず、巻芯４０の軸方向が積層体３０の短手方向に沿うように、積層体３０の端部に巻芯４０を接続する。次に、セパレータ２７の周縁部２７ａを溝１１ａ及び５１１ａに重ねつつ、巻芯４０を軸にして積層体３０を巻回する。これにより、巻かれた電極群２０が得られる。
【００５７】
比較の形態として、正極リード及び負極リードとして、図３Ａのワークピース１０のような、隆起部を有する電極リードを用い、隆起部がセパレータに接触するように積層体を作製した場合を想定する。このような積層体を巻回すると、隆起部の外周側に巻回されたセパレータが巻回軸に平行な方向にずれ易い。したがって、巻きずれが生じたり、正極板及び負極板がねじれたり、正極板及び負極板の強度が弱い箇所が切れたりする。
【００５８】
これに対し、本実施形態によれば、板状部１１の厚さ方向に関する正極リード２１０の寸法は、板状部１１と丸棒部１２との境界で不連続に変化している。さらに、本実施形態では、正極板２１の幅方向に関して、丸棒部１２が、セパレータ２７の周縁部２７ａの外に位置する。したがって、積層体３０を巻回するときに丸棒部１２がセパレータ２７に接しない。すなわち、本実施形態では、セパレータ２７が巻回軸に平行な方向にずれる要因が取り除かれている。正極板２１、負極板２２及びセパレータ２７は、巻回軸に平行に保たれる。これにより、積層体３０を巻回するときに巻きずれ並びに正極板２１及び負極板２２の切れを防止できる。
【００５９】
さらに、本実施形態では、正極リード２１０の溝１１ａがセパレータ２７の周縁部２７ａに重なっている。溝１１ａは、セパレータ２７の外縁に平行な方向に延びている。これにより、セパレータ２７と正極リード２１０との間の摺動性を低下させることができる。特に、巻回軸に平行な方向に関して、セパレータ２７を滑りにくくすることができる。したがって、積層体３０を巻回するときに巻きずれ並びに正極板２１及び負極板２２の切れをより効果的に防止できる。
【００６０】
また、溝１１ａは、セパレータ２７の周縁部２７ａのみと重なっている。したがって、セパレータ２７が、正極リード２１０の溝１１ａと正極板２１との間に挟まれることがない。これにより、積層体３０を巻回するときに、溝１１ａからセパレータ２７に過剰な圧力が加わることを防止できる。したがって、積層体３０を巻回するときに、セパレータ２７が破れ難い。これにより、セパレータ２７が破れることによって生じる電気的短絡を防ぐことができる。
【００６１】
なお、本実施形態では、溝１１ａが板状部１１の表面及び裏面に形成されているので、セパレータ２７の滑りをより確実に防止できる。ただし、板状部１１の片面にのみ溝１１ａを形成しても、巻きずれ並びに正極板２１及び負極板２２の切れの防止効果を得ることができる。
【００６２】
本実施形態において、負極リード７１０は正極リード２１０と同じ構造を有しており、負極リード７１０とセパレータ２７との位置関係も正極リード２１０とセパレータ２７との位置関係と同じように設定されている。したがって、上述した効果は、負極リード７１０についても得られる。
【００６３】
本実施形態では、正極リード２１０及び負極リード７１０の両方がセパレータ２７の滑りを防止するための構成を有している。しかし、正極リード２１０と負極リード７１０のいずれか一方のみを上記のように構成しても、巻きずれ並びに正極板２１及び負極板２２の切れを防止できる。
【００６４】
一般的な円筒型二次電池では、リードの厚みは１００μｍ程度なので、リードに起因した巻きずれ及び電極板の切れは起こり難い。
【００６５】
これに対し、図９を参照して説明した電池８８０では、正極板の中間部に正極リードが固定されている。同様に、負極板の中間部に負極リードが固定されている。すなわち、電極群を巻回したとき、正極リード及び負極リードが電極群に巻き込まれる。そのため、巻きずれ並びに正極板及び負極板の切れが本質的に発生し易い。本実施形態では、上記したような構成を採用しているので、正極リード２１０及び負極リード７１０が電極群２０に巻き込まれたとしても、巻きずれ並びに正極板２１及び負極板２２の切れを防止できる。
【００６６】
［収容工程］
次に、図７に示すように、電極群２０を電池ケース６０に収容する。電極群２０を電池ケース６０に収容したら、非水電解液（図示せず）を電池ケース６０に注入する。
【００６７】
［封口工程］
次に、図８に示すように、電池ケース６０の開口部を封口体７０により封口する。具体的には、正極リード２１０及び負極リード７１０が封口体７０に設けられた貫通孔７０ａ及び７０ｂからそれぞれ電池ケース６０の外部に延びるように封口する。本実施形態では、丸棒部１２及び丸棒部５１２が、貫通孔７０ａ及び７０ｂの中で封口体７０から押圧力を受けて支持される。
【００６８】
次に、電池ケース６０をかしめて、封口体７０を固定する。具体的には、電池ケース６０に、かしめ部６０ａと、かしめ部６０ｂとを形成する。かしめ部６０ａは、電池ケース６０の側面を中心方向に向かって凹ませて形成する。また、かしめ部６０ｂは、電池ケース６０の開口側の端部を、中心方向に向かうＵ字状に折り曲げて形成する。
【００６９】
封口体７０の具体的な寸法は限定されないが、封口体７０の直径は、封口体７０が電池ケース６０の開口部を密閉するように、電池ケース６０の内径よりもある程度大きいことが好ましい。また、封口体７０が有する貫通孔７０ａ及び７０ｂの内径は、封口体７０と丸棒部１２及び丸棒部５１２とが密着するように、丸棒部１２及び丸棒部５１２の直径よりもある程度小さいことが好ましい。
【００７０】
このようにして作製された電池８０は、外部の振動などによる電極群２０における巻きずれが発生し難い。したがって、電池８０の信頼性は高い。また、電池８０は、電極群２０に接触すると巻きずれを引き起こす隆起部を省略できる。また、隆起部を省略すると、正極リード２１０の板状部１１と丸棒部１２との境界がセパレータ２７の長辺に一致するように、正極リード２１０とセパレータ２７との位置関係を設定することもできる。負極リード７１０とセパレータ２７との位置関係も同様に設定することができる。したがって、本実施形態によれば、電池８０を、小型化できる（すなわち、高エネルギー密度化できる）。
【実施例】
【００７１】
（実施例）
まず、正極リード、負極リード、正極板、負極板、及びセパレータを準備した。
【００７２】
正極リードを図３Ａを参照して説明した方法で作製した。まず、ワークピースとして、コンデンサ用リード（ニューセントラル社製Ｌ３Ｗ２０３２８ＦＷＰＳ）を準備した。次に、このワークピースの隆起部をやすりで削り取った。次に、ワークピースの板状部における丸棒部側の端部２ｍｍの領域の表面及び裏面をやすりで削った。これにより、幅方向（図３Ａに示すｚ方向）に延びる溝を形成した。このようにして正極リードを作製した。また、同様にして負極リードを作製した。
【００７３】
正極板は、下記のように作製した。まず、正極活物質と、導電助剤と、結着剤と、溶媒とを、双腕式練合機で撹拌、混練して、正極合剤を作製した。正極活物質としては、コバルト酸リチウムを用いた。導電助剤としては、正極活物質１００重量部に対して２重量部のアセチレンブラックを用いた。結着剤としては、正極活物質１００重量部に対して２重量部のポリフッ化ビニリデンを用いた。溶媒としては、正極合剤の固形分濃度を５０％程度にするのに適量のＮ‐メチル‐２‐ピロリドンを用いた。
【００７４】
次に、厚さ１５μｍのアルミニウム箔でできた正極集電体の表面及び裏面に上記の正極合剤を塗布した。塗布した正極合剤を乾燥させ、正極集電体の上に正極活物質層を形成した。その後、正極集電体及び正極活物質層を圧延し、得られた正極板を所定の寸法に切断した。このようにして、幅４２ｍｍ、長さ５８０ｍｍ、片面側の正極活物質層の厚さが５０μｍの正極板を作製した。なお、この幅は、円筒型電池の正極板の幅の規定値である。
【００７５】
負極板は、下記のように作製した。まず、負極活物質と、導電助剤と、結着剤と、溶媒とを、双腕式練合機で撹拌、混練して、負極合剤を作製した。負極活物質としては、リチウムチタン複合酸化物（Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12）を用いた。導電助剤としては、負極活物質１００重量部に対して４重量部の気相成長法炭素繊維（ＶＧＣＦ：Vapor Grown Carbon Fiber）を用いた。結着剤としては、負極活物質１００重量部に対して５重量部のポリフッ化ビニリデンを用いた。溶媒としては、負極合剤の固形分濃度を５０％程度にするのに適量のＮ‐メチル‐２‐ピロリドンを用いた。
【００７６】
次に、厚さ１５μｍのアルミニウム箔でできた負極集電体の表面及び裏面に上記の負極合剤を塗布した。塗布した負極合剤を乾燥させ、負極集電体の上に負極活物質層を形成した。その後、負極集電体及び負極活物質層を圧延し、得られた負極板を所定の寸法に切断した。このようにして、幅４０ｍｍ、長さ５４０ｍｍ、片面側の負極合剤層の厚さが１００μｍの負極板を作製した。なお、この幅は、円筒型電池の負極板の幅の規定値である。
【００７７】
セパレータとしては、厚さ２５μｍ、幅４４ｍｍ、長さ６００ｍｍの寸法を有するセルロースフィルム（ニッポン高度紙工業社製）を用いた。
【００７８】
次に、正極リードを正極集電体に溶接した。具体的には、正極板の長手方向（図４Ａのｚ方向）の一端から他端に向かって１１０ｍｍの位置に正極リードを溶接した。丸棒部と板状部との境界が正極板の長辺の外に（すなわち図４Ｃのｘの正方向に）１ｍｍ突出するように正極リードと正極板との位置関係を設定した。
【００７９】
次に、負極リードを負極集電体に溶接した。具体的には、負極板の長手方向（図４Ｂのｚ方向）の一端から他端に向かって９５ｍｍの位置に負極リードを溶接した。丸棒部と板状部との境界が負極板の長辺の外に（すなわち図４Ｄのｘの正方向に）２ｍｍ突出するように負極リードと負極板との位置関係を設定した。
【００８０】
溶接には、超音波溶着機（日本エマソン社製メタルウェルダ２０００ｅａ型）を用いた。また、ウェルドタイムは０．１秒に、振幅は８０％に、それぞれ設定した。
【００８１】
次に、セパレータ、負極板、セパレータ及び正極板の順にこれらを配置し、電極群、正極リード及び負極リードを有する積層体を形成した。セパレータの幅方向（図５Ａに示すｘ方向）に関して、２つのセパレータが負極板の外に２ｍｍ突出するように２つのセパレータと負極板との位置関係を設定した。同様に、セパレータの幅方向に関して、２つのセパレータが正極板の外に１ｍｍ突出するように２つのセパレータと正極板との位置関係を設定した。すなわち、本実施例では、正極リードにおける丸棒部と板状部との境界、負極リードにおける丸棒部と板状部との境界、および２つのセパレータの長辺が一致するように、正極板、負極板、および２つのセパレータの位置関係を設定した。
【００８２】
次に、積層体の長手方向の一端に巻芯を取り付けた。そして、巻回機を用いて１０Ｎ程度の張力をかけながら積層体を巻回し、巻かれた電極群を得た。最後に、電極群の最外周を粘着テープで固定した。
【００８３】
（比較例）
正極リード及び負極リードとして図３Ａの電極リードが有するような隆起部を有するコンデンサ用リード（ニューセントラル社製Ｌ３Ｗ２０３２８ＦＷＰＳ）を用いた。また、隆起部とセパレータとが重なるように積層体を作製した。それ以外は実施例と同様にして電極群を作製した。
【００８４】
［評価］
実施例の電極群と比較例の電極群とを目視により比較した。実施例の電極群には、巻きずれ並びに正極板及び負極板の切れが発生していなかった。一方、比較例の電極群には、巻きずれ並びに正極板及び負極板の切れが発生していた。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、エネルギー分野向けの二次電池、例えば、一般家庭用の二次電池に適用できる。
【符号の説明】
【００８６】
１０，５１０，１１０，６１０ ワークピース
１１，５１１ 板状部
１１ａ，５１１ａ 溝（滑り止め構造）
１１ｂ 凹凸（滑り止め構造）
１１ｃ ローレット（滑り止め構造）
１２，５１２ 丸棒部
１３，５１３ 先端部
１４，５１４ 隆起部
２０ 電極群
２１ 正極板
２２ 負極板
２３ 正極集電体
２４ 正極活物質層
２５ 負極集電体
２６ 負極活物質層
２７ セパレータ
２７ａ 周縁部
３０ 積層体
４０ 巻芯
６０ 電池ケース
６０ａ，６０ｂ かしめ部
７０ 封口体
７０ａ，７０ｂ 貫通孔
７０ｐ 上面
７０ｑ 下面
８０ 円筒型非水電解液電池
２１０ 正極リード
７１０ 負極リード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムイオンを吸蔵及び放出しうる第一活物質を含む第一電極板と、リチウムイオンを吸蔵及び放出しうる第二活物質を含み、前記第一電極板の極性と反対の極性を有する第二電極板と、前記第一電極板及び前記第二電極板よりも幅広のセパレータとを準備する工程と、
前記第一電極板及び前記第二電極板に第一電極リード及び第二電極リードをそれぞれ電気的に接続する工程と、
前記第一電極板及び前記第二電極板の幅方向に関して前記セパレータの周縁部が前記第一電極板及び前記第二電極板から突出し、前記第一電極板からの前記第一電極リードの突出方向が前記第二電極板からの前記第二電極リードの突出方向に一致するように、前記第一電極板、前記セパレータ及び前記第二電極板の相対的な位置関係を定める工程と、
巻かれた電極群を形成するように、前記第一電極板、前記セパレータ及び前記第二電極板を巻回する工程と、
前記第一電極リード及び前記第二電極リードが封口体を通じて円筒状の電池ケースの外部に延びるように、前記電極群を前記電池ケースに入れて前記電池ケースの開口部を前記封口体で閉じる工程と、を含み、
前記第一電極リードは、前記第一電極板に固定された板状部と、前記板状部と一体に形成された丸棒部とを有し、前記板状部の厚さ方向に関する前記第一電極リードの寸法が前記板状部と前記丸棒部との境界で不連続に変化しており、
前記板状部には、当該板状部と前記セパレータとの間の摺動性を低下させるための滑り止め構造が前記境界に隣接した位置に形成されており、
前記幅方向に関して前記丸棒部を前記セパレータの前記周縁部の外に位置させ、かつ、前記セパレータの前記周縁部を前記滑り止め構造に重ねつつ、前記巻回工程を実施する、円筒型非水電解液電池の製造方法。
【請求項２】
前記滑り止め構造が、前記板状部の表面及び裏面に形成されている、請求項１に記載の円筒型非水電解液電池の製造方法。
【請求項３】
前記滑り止め構造は、前記セパレータの外縁に平行な方向に沿って前記板状部の表面及び／又は裏面に形成された溝を含む、請求項１又は２に記載の円筒型非水電解液電池の製造方法。
【請求項４】
前記滑り止め構造は、前記板状部の表面及び／又は裏面に形成された凹凸を含む、請求項１又は２に記載の円筒型非水電解液電池の製造方法。
【請求項５】
前記第一電極板がその長手方向に関して一端及び他端を有し、
前記一端を前記長手方向に関する０％の位置、前記他端を前記長手方向に関する１００％の位置と定義したとき、
前記第一電極リードが前記長手方向に関して１０〜３０％の範囲に位置するように、前記第一電極板に前記第一電極リードを接続する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の円筒型非水電解液電池の製造方法。
【請求項６】
リチウムイオンを吸蔵及び放出しうる第一活物質を含む第一電極板と、リチウムイオンを吸蔵及び放出しうる第二活物質を含み、前記第一電極板の極性と反対の極性を有する第二電極板と、前記第一電極板及び前記第二電極板よりも幅広のセパレータとを有する、巻かれた電極群と、
前記電極群を収容している円筒状の電池ケースと、
前記電池ケースの開口部を閉じている封口体と、
前記第一電極板に電気的に接続され、前記封口体を通じて円筒状の電池ケースの外部に延びている第一電極リードと、
前記第二電極板に電気的に接続され、前記封口体を通じて円筒状の電池ケースの外部に延びている第二電極リードと、を備え、
前記第一電極リードは、前記第一電極板に固定された板状部と、前記板状部と一体に形成された丸棒部とを有し、前記板状部の厚さ方向に関する前記第一電極リードの寸法が前記板状部と前記丸棒部との境界で不連続に変化しており、
前記板状部には、当該板状部と前記セパレータとの間の摺動性を低下させるための滑り止め構造が前記境界に隣接した位置に形成されており、
前記第一電極板及び前記第二電極板の幅方向に関して前記セパレータの周縁部が前記第一電極板及び前記第二電極板から突出し、
前記幅方向に関して前記丸棒部が前記セパレータの前記周縁部の外に位置し、かつ、前記セパレータの前記周縁部が前記滑り止め構造に重なっている、円筒型非水電解液電池。
【請求項１】
リチウムイオンを吸蔵及び放出しうる第一活物質を含む第一電極板と、リチウムイオンを吸蔵及び放出しうる第二活物質を含み、前記第一電極板の極性と反対の極性を有する第二電極板と、前記第一電極板及び前記第二電極板よりも幅広のセパレータとを準備する工程と、
前記第一電極板及び前記第二電極板に第一電極リード及び第二電極リードをそれぞれ電気的に接続する工程と、
前記第一電極板及び前記第二電極板の幅方向に関して前記セパレータの周縁部が前記第一電極板及び前記第二電極板から突出し、前記第一電極板からの前記第一電極リードの突出方向が前記第二電極板からの前記第二電極リードの突出方向に一致するように、前記第一電極板、前記セパレータ及び前記第二電極板の相対的な位置関係を定める工程と、
巻かれた電極群を形成するように、前記第一電極板、前記セパレータ及び前記第二電極板を巻回する工程と、
前記第一電極リード及び前記第二電極リードが封口体を通じて円筒状の電池ケースの外部に延びるように、前記電極群を前記電池ケースに入れて前記電池ケースの開口部を前記封口体で閉じる工程と、を含み、
前記第一電極リードは、前記第一電極板に固定された板状部と、前記板状部と一体に形成された丸棒部とを有し、前記板状部の厚さ方向に関する前記第一電極リードの寸法が前記板状部と前記丸棒部との境界で不連続に変化しており、
前記板状部には、当該板状部と前記セパレータとの間の摺動性を低下させるための滑り止め構造が前記境界に隣接した位置に形成されており、
前記幅方向に関して前記丸棒部を前記セパレータの前記周縁部の外に位置させ、かつ、前記セパレータの前記周縁部を前記滑り止め構造に重ねつつ、前記巻回工程を実施する、円筒型非水電解液電池の製造方法。
【請求項２】
前記滑り止め構造が、前記板状部の表面及び裏面に形成されている、請求項１に記載の円筒型非水電解液電池の製造方法。
【請求項３】
前記滑り止め構造は、前記セパレータの外縁に平行な方向に沿って前記板状部の表面及び／又は裏面に形成された溝を含む、請求項１又は２に記載の円筒型非水電解液電池の製造方法。
【請求項４】
前記滑り止め構造は、前記板状部の表面及び／又は裏面に形成された凹凸を含む、請求項１又は２に記載の円筒型非水電解液電池の製造方法。
【請求項５】
前記第一電極板がその長手方向に関して一端及び他端を有し、
前記一端を前記長手方向に関する０％の位置、前記他端を前記長手方向に関する１００％の位置と定義したとき、
前記第一電極リードが前記長手方向に関して１０〜３０％の範囲に位置するように、前記第一電極板に前記第一電極リードを接続する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の円筒型非水電解液電池の製造方法。
【請求項６】
リチウムイオンを吸蔵及び放出しうる第一活物質を含む第一電極板と、リチウムイオンを吸蔵及び放出しうる第二活物質を含み、前記第一電極板の極性と反対の極性を有する第二電極板と、前記第一電極板及び前記第二電極板よりも幅広のセパレータとを有する、巻かれた電極群と、
前記電極群を収容している円筒状の電池ケースと、
前記電池ケースの開口部を閉じている封口体と、
前記第一電極板に電気的に接続され、前記封口体を通じて円筒状の電池ケースの外部に延びている第一電極リードと、
前記第二電極板に電気的に接続され、前記封口体を通じて円筒状の電池ケースの外部に延びている第二電極リードと、を備え、
前記第一電極リードは、前記第一電極板に固定された板状部と、前記板状部と一体に形成された丸棒部とを有し、前記板状部の厚さ方向に関する前記第一電極リードの寸法が前記板状部と前記丸棒部との境界で不連続に変化しており、
前記板状部には、当該板状部と前記セパレータとの間の摺動性を低下させるための滑り止め構造が前記境界に隣接した位置に形成されており、
前記第一電極板及び前記第二電極板の幅方向に関して前記セパレータの周縁部が前記第一電極板及び前記第二電極板から突出し、
前記幅方向に関して前記丸棒部が前記セパレータの前記周縁部の外に位置し、かつ、前記セパレータの前記周縁部が前記滑り止め構造に重なっている、円筒型非水電解液電池。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１６９１６１（Ｐ２０１２−１６９１６１Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２９４８１（Ｐ２０１１−２９４８１）
【出願日】平成２３年２月１５日（２０１１．２．１５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１５日（２０１１．２．１５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]