扁平形非水二次電池
【課題】 信頼性が良好な扁平形非水二次電池を提供する。
【解決手段】 外装ケースと封口ケースとが絶縁ガスケットを介してカシメ封口されて形成された空間内に、複数の正極と複数の負極とをセパレータを介して積層した電極群および非水電解液を有している扁平形非水二次電池であって、正極および負極は、本体部と、本体部から突出した集電タブ部とを有しており、平面視で、負極の本体部の面積は正極の本体部の面積よりも大きく、電極群の最外部に位置する電極のうち少なくとも一方は、金属製のスペーサーを介して外装ケースまたは封口ケースの内面と電気的に接続しており、平面視で、金属製のスペーサーの面積が正極の本体部の面積よりも小さく、かつ金属製のスペーサーが、正極の外縁よりも内方側に相当する位置に配されている扁平形非水二次電池により、前記課題を解決する。
【解決手段】 外装ケースと封口ケースとが絶縁ガスケットを介してカシメ封口されて形成された空間内に、複数の正極と複数の負極とをセパレータを介して積層した電極群および非水電解液を有している扁平形非水二次電池であって、正極および負極は、本体部と、本体部から突出した集電タブ部とを有しており、平面視で、負極の本体部の面積は正極の本体部の面積よりも大きく、電極群の最外部に位置する電極のうち少なくとも一方は、金属製のスペーサーを介して外装ケースまたは封口ケースの内面と電気的に接続しており、平面視で、金属製のスペーサーの面積が正極の本体部の面積よりも小さく、かつ金属製のスペーサーが、正極の外縁よりも内方側に相当する位置に配されている扁平形非水二次電池により、前記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信頼性が良好な扁平形非水二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般にコイン形電池やボタン形電池と称される扁平形の非水二次電池では、正極と負極とがセパレータを介して対向して構成された電極群と、非水電解液とを、外装ケースと封口ケースと絶縁ガスケットとで形成された空間内に収容した構造を有している（特許文献１など）。
【０００３】
前記のような扁平形非水二次電池では、正極および負極に、集電体の片面または両面に正極合剤層や負極剤層を形成し、かつ集電体の一部を、正極合剤層や負極剤層を形成せずに露出させ、これを集電タブとして利用し、この集電タブを折り曲げるなどして端子を兼ねる外装ケースや封口ケースとの電気的接続に利用しているものがある。また、電極群の最外部となる電極における電極群の最外面となる面に正極合剤層や負極剤層を形成せずに集電体を露出させ、これを外装ケースや封口ケースの内面と接触させるなどして電気的接続を行う場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１４２１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
扁平形非水二次電池は、例えば、外装ケース内に電極群を挿入し、これを、絶縁ガスケットを装着し非水電解液を注入した封口ケースに被せてかしめる方法や、絶縁ガスケットを装着し電極群および非水電解液を収容した封口ケースに、外装ケースを被せてかしめる方法などによって製造される。
【０００６】
そのため、かしめによって外装ケースや封口ケースの扁平面が平面を保てずに、特に中央部付近が電池外側へ向けて湾曲することがある。電極群に係る最外部の電極の集電体と外装ケースや封口ケースの内面を接触させて電気的接続を行っている場合、前記の外装ケースや封口ケースの湾曲の程度によっては、良好な電気的接続が達成できない虞がある。
【０００７】
このようなことから、電極群と外装ケースや封口ケースとの間に金属製のスペーサーを介在させ、これを利用して電極群に係る電極と、外装ケースや封口ケースとの電気的接続を良好にする技術も検討されている。
【０００８】
ところが、前記のようなスペーサーを用いた電池では、これを使用しない電池に比べてセパレータにキズが付きやすく、これによって信頼性が損なわれる虞のあることが、本発明者らの検討により明らかとなった。
【０００９】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、信頼性が良好な扁平形非水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】
【００１０】
前記目的を達成し得た本発明の扁平形非水二次電池は、外装ケースと封口ケースとが絶縁ガスケットを介してカシメ封口されて形成された空間内に、複数の正極と複数の負極とがセパレータを介して交互に積層された電極群および非水電解液を有している扁平形非水二次電池であって、前記正極は、本体部と、平面視で、前記本体部から突出した集電タブ部とを有しており、前記正極の本体部には、集電体の片面または両面に正極活物質を含む正極合剤層が形成されており、前記正極の集電タブ部では、前記集電体に正極合剤層が形成されておらず、前記負極は、本体部と、平面視で、前記本体部から突出した集電タブ部とを有しており、前記負極の本体部には、集電体の片面または両面に負極活物質を含む負極剤層が形成されており、前記負極の集電タブ部では、前記集電体に負極剤層が形成されておらず、かつ前記負極の本体部の平面視での面積が、前記正極の本体部の平面視での面積よりも大きく、前記電極群の最外部に位置する２つの電極のうち、少なくとも一方は、その本体部における電極群の最外面となる面では集電体が露出しており、かつ外装ケースの電池内側の面または封口ケースの電池内側の面と、金属製のスペーサーを介して電気的に接続しており、前記金属製のスペーサーの平面視での面積が、前記正極の本体部の平面視での面積よりも小さく、前記金属製のスペーサーが、平面視で、前記電極群における前記正極の外縁よりも内方側に相当する位置に配されていることを特徴とするものである。
【００１１】
なお、電池業界においては、高さより径の方が大きい扁平形電池をコイン形電池と呼んだり、ボタン形電池と呼んだりしているが、そのコイン形電池とボタン形電池との間に明確な差はなく、本発明の扁平形非水二次電池には、コイン形電池、ボタン形電池のいずれもが含まれる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、信頼性が良好な扁平形非水二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の扁平形非水二次電池の一例を模式的に表す縦断面図である。
【図２】本発明の扁平形非水二次電池に係る正極の一例を模式的に表す平面図である。
【図３】本発明の扁平形非水二次電池に係る金属製のスペーサーの一例を表す模式図である。
【図４】本発明の扁平形非水二次電池の他の例を模式的に表す縦断面図である。
【図５】図４の要部断面拡大図である。
【図６】本発明の扁平形非水二次電池に係るセパレータの一例を模式的に表す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１に、本発明の扁平形非水二次電池の一例を模式的に示す。図１は、扁平形非水二次電池の縦断面図であり、図１に示すように、扁平形非水二次電池１は、複数の正極５および複数の負極６を、セパレータ７を介して、それらの平面が電池の扁平面に略平行（平行を含む）となるように積層した積層型の電極群と、非水電解液（図示しない）とが、外装ケース２、封口ケース３および絶縁ガスケット４により形成される空間（密閉空間）内に収容されている。封口ケース３は、外装ケース２の開口部に絶縁ガスケット４を介して嵌合しており、外装ケース２の開口端部が内方に締め付けられ、これにより絶縁ガスケット４が封口ケース３に当接することで、外装ケース２の開口部が封口されて電池内部が密閉構造となっている。外装ケース２および封口ケース３は、ステンレス鋼などの金属製であり、絶縁ガスケット４は、ナイロンなどの絶縁性を有する樹脂製である。
【００１５】
図２に正極５の平面図を模式的に示しているが、正極５は、本体部５ａと、平面視で、本体部５ａから突出した集電タブ部５ｂとを有している。集電タブ部５ｂは、通常、図２に示すように、その幅（図２中上下方向の長さ）を本体部５ａの幅よりも狭くする。
【００１６】
図１に示す電池１では、正極５の本体部５ａは、集電体５２の両面に、正極合剤層５１が形成されている。そして、正極５の集電タブ部５ｂは、集電体５２表面に正極合剤層５１が形成されておらず、集電体５２が露出している。なお、図１に示す電池１に係る電極群では、最外部（図中上下両端）の電極がいずれも負極（負極６Ｂ）であり、正極５は、全てが両側（両面）でセパレータ７を介して負極６と対向しているために、集電体５２の両面に正極合剤層５１を有しているが、例えば、電極群の最外部の電極が正極の場合には、その最外部の正極は、集電体の片面（電池内側の面）にのみ正極合剤層を有する構造であってもよい。
【００１７】
また、負極についても、正極５と同様に、本体部と、平面視で、本体部から突出した集電タブとを有している。負極の集電タブ部は、通常、その幅を本体部の幅よりも狭くする。そして、図１に示すように、電極群の最外部に位置する負極６Ｂの本体部６ａは、集電体６２の片面（電池内側の面）にのみ負極剤層６１が形成されており、それ以外の負極６Ａの本体部６ａは、集電体６２の両面に負極剤層が形成されている。更に、負極６Ａ、６Ｂの集電タブ部６ｂは、集電体６２表面に負極剤層６１が形成されておらず、集電体が露出している。
【００１８】
図１に示す電池１では、電極群を構成する全ての正極５の集電タブ部５ｂが纏められており、これらが外装ケース２の内面と溶接されるか、または溶接されずに直接接触することで、電気的に接続している。すなわち、図１に示す電池１では、外装ケースは正極端子を兼ねている。なお、纏められた正極５の各集電タブ部５ｂは、互いに溶接されていてもよく、溶接されていなくてもよいが、電池の製造時において、纏められた各集電タブ部５ｂがバラけることを抑制し得る点で、各集電タブ部５ｂは互いに溶接されていることが好ましい。
【００１９】
また、図１に示す電池１では、電極群の最外部（上下両端）が、集電体の片面（電池内側の面）にのみ負極剤層を有する負極６Ｂ、６Ｂとなっており、電極群における図中上側の負極６Ｂの集電体の露出面が、金属製のスペーサー９を介して封口ケース３と電気的に接続している。すなわち、図１に示す電池１では、封口ケース３は負極端子を兼ねている。
【００２０】
図１に示す電池１では、電極群の最下部に位置する負極６Ｂと、正極端子を兼ねる外装ケース２とを絶縁する目的で、これらの間にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリイミドなどで形成されたテープなどからなる絶縁シール８が配置されている。
【００２１】
なお、本発明の電池では、図１に示す態様とは異なり、電極群に係る最外部の２つの電極（上下両端の電極）のうち、一方または両方を正極としてもよい。また、電極群の最外部の電極のうち、正極端子を兼ねる電池ケース（例えば外装ケース）に近い側の電極を正極とした場合、この正極は、集電体の両面に正極合剤層を有し、集電タブ部のみで正極端子を兼ねる電池ケース（例えば外装ケース）と接していてもよく、集電体の片面（電池内側となる面）のみに正極合剤層を有し、集電体の露出面を、正極端子を兼ねる電池ケース（例えば外装ケース）の内面と、金属製のスペーサーを介して電気的に接続する。
【００２２】
また、電極群に係る最外部の２つの電極（上下両端の電極）の両方を正極とした場合、負極端子を兼ねる電池ケース（例えば封口ケース）と負極との接続は、各負極の集電タブ部を互いに電気的に接続し、かつこれらを、負極端子を兼ねる電池ケース（例えば封口ケース）の内面と溶接するか、または溶接せずに直接接触させる方法で行うことができる。
【００２３】
本発明の電池では、電極群の最外部に位置する電極のうち、少なくとも一方について、その本体部における電極群の最外面となる面では集電体を露出させ（すなわち、集電体の片面のみに正極合剤層または負極剤層を形成し）、この本体部における集電体の露出面と電池ケース（外装ケースまたは封口ケース）の電池内側の面との間に、金属製のスペーサーを介在させることで、電極群に係る電極と電池ケースとを良好に電気的に接続している。
【００２４】
しかしながら、金属製のスペーサーを用いることで、正負極間に存在するセパレータに、正極や負極が押し付けられてしまう。特に、セパレータのうち、正極や負極の外縁の角部が押し付けられた部分では、キズなどの欠陥が生じやすく、これにより、微短絡が生じるなど、電池の信頼性が低下する虞がある。
【００２５】
そこで、本発明の電池では、金属製のスペーサーを、平面視で、電極群における正極の外縁よりも内方側に相当する位置に配することとした。すなわち、図１に示すように、金属製のスペーサー９の端（図中左右の端）を、電極群の有する正極５の端（外縁）よりも内側となるように配置する。本発明の電池では、負極の本体部の平面視での面積を、正極の本体部の平面視での面積よりも大きくするため、金属製のスペーサーを、平面視で正極の外縁よりも内方側に相当する位置に配すれば、負極の外縁よりも内方側に相当する位置にも配することになる。よって、金属製のスペーサーが存在することで正極や負極がセパレータに押し付けられても、正極および負極の角部がセパレータに押し付けられる力を低減することができる。
【００２６】
これにより、本発明では、金属製のスペーサーの使用によるセパレータの欠陥を抑制しつつ、電極群と電池ケースとの電気的接続を良好にできることから、信頼性の高い電池とすることができる。
【００２７】
金属製のスペーサーとしては、金属板、金属製の網、金属製のバネなどが挙げられるが、電極群と電池ケースとの電気的接続をより良好にし得る点で、金属製の網やバネが好ましい。なお、金属製のバネとしては、例えば、図３に示す形状のものが挙げられる。図３中（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【００２８】
金属製のスペーサーのサイズは、電極群と電池ケースとの電気的接続を良好にするために、例えば、その平面視での面積が、正極の本体部の平面視での面積の５〜９５％を占めることが好ましい。また、金属製のスペーサーの厚みは、これに接する電極群の最外部の電極よりも薄いことが好ましく、これにより、金属製のスペーサーが電極群の最外部の電極を突き破らないようにすることが望ましい。
【００２９】
金属製のスペーサーを構成する金属としては、例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼や、鉄などが挙げられる。
【００３０】
本発明の電池では、正極の両面に配置された２枚のセパレータについて、それらの周縁部の少なくとも一部において、互いに溶着して接合部を形成することができる。
【００３１】
図４および図５に、本発明の扁平形非水二次電池の他の例を模式的に示す。図４および図５に示す電池１は、正極５の両面に配置された２枚のセパレータ７、７の周縁部に接合部を形成して構成した電極群を有するものであり、図４は、電池の電池ケース（外装ケース２および封口ケース３）および絶縁ガスケット４部分の断面を表す縦断面図であり、図５は図４の要部を拡大し、更に電極群の部分を断面にしたものである。
【００３２】
また、図６に、周縁部の一部に接合部を形成したセパレータの平面図を模式的に示す。なお、図６では、セパレータ７とともに、正極、負極およびセパレータが積層された積層型の電極群とした場合を想定して、セパレータ７の下に配置される正極５を点線で示し、それらの更に下側に配置される負極に係る集電タブ部６ｂを一点鎖線で示し、電極群に係る各構成要素の位置ずれを抑えるための結束テープ１０を二点鎖線で示している。また、図６に示す正極５は、電極群において、その両側（両面）が負極と対向するものであり、図６では図示していないが、電極群とした場合、セパレータ７の上側（図中手前方向）には、少なくとも負極が配置される。
【００３３】
図６に示すセパレータ７は、正極５（図中点線で表示）を介してその下側（図中奥行き方向）に配置される他のセパレータと、その周縁部において互いに溶着した接合部７ｃ（図中、格子模様で表示）を有している。すなわち、セパレータ７と、その下側に配置されたセパレータとは、周縁部で互いに溶着されて袋状となっており、その内部に正極５を収容している。
【００３４】
なお、図６に示すセパレータ７は、正極５の本体部５ａ全面を覆う主体部７ａ（すなわち、正極５の本体部５ａよりも平面視での面積が大きな主体部７ａ）と、主体部７ａから突出し、正極５の集電タブ部５ｂの、本体部５ａとの境界部を少なくとも含む部分を覆う張り出し部７ｂとを有している。そして、セパレータ７の主体部７ａの周縁部の少なくとも一部に、正極５の両面に配置された２枚のセパレータ（セパレータ７と、正極５の下側に配置されたセパレータ）同士を互いに溶着した接合部７ｃを設けている。
【００３５】
非水二次電池のセパレータには、高温下で熱収縮しやすい熱可塑性樹脂製の微多孔膜が使用されることが一般的であるが、このように、正極の両面に配置された２枚のセパレータにおいて、その周縁部を互いに溶着して接合部を形成することで、例えば、電池内が高温となっても、セパレータの熱収縮が抑制されるため、より安全性の高い電池を構成することができる。
【００３６】
なお、図６に示すように、主体部と張り出し部とを有するセパレータを使用する場合、正極の両面に配置された２枚のセパレータを接合するための接合部は、セパレータの主体部の周縁部に設ければよいが、セパレータの張り出し部の周縁部（セパレータの張り出し部の周縁部のうち、主体部からの突出方向に沿う部分）にも接合部を設けてもよい。
【００３７】
接合部は、２枚のセパレータの周縁部同士を直接溶着して形成してもよいが、２枚のセパレータの間に熱可塑性樹脂で構成される層を介在させ、この層を介して２枚のセパレータを溶着することにより形成してもよい。ただし、後者の場合、セパレータ間に介在させる層を構成する熱可塑性樹脂の種類と、セパレータを構成する熱可塑性樹脂の種類によっては、接合部の強度が小さくなる場合があるため、セパレータ間に介在させる層は、セパレータを構成する熱可塑性樹脂と同種の樹脂で構成されたものを使用することが好ましい。すなわち、セパレータ同士を直接溶着したり、セパレータを構成する熱可塑性樹脂と同種の樹脂で構成される層を介してセパレータ同士を溶着したりした場合には、接合部の強度がセパレータ自身の強度とほぼ同等となるため、例えば、電池の使用時に振動などによって生じる虞のある接合部での剥離が良好に抑制でき、更に信頼性の高い電池とすることができる。
【００３８】
なお、図６に示すように主体部と張り出し部とを有するセパレータを使用する場合、セパレータの主体部に係る周縁部は、全てが接合部となっていてもよいが、例えば、図６に示すように、周縁部の一部を、セパレータ同士を溶着せずに非溶着部７ｄ、７ｄとして残してもよい。２枚のセパレータを溶着して袋状とした後に、その中に正極を収容したり、１枚のセパレータの上に正極を配置し、その正極の上に更にセパレータを配置して、セパレータの周縁部を溶着して袋状としたセパレータの中に正極を収容したりした場合、セパレータ内に空気が残留することがある。しかし、このような正極を用いて電池を製造する場合、外装ケースと封口ケースとをかしめる際に、前記の残留空気が、非溶着部７ｄ、７ｄを通じてセパレータ外へ良好に排出されるため、セパレータ内の残留空気による問題（発電時の反応が不均一になって容量が低下するなどの問題）の発生を防止できる。
【００３９】
セパレータの周縁部に非溶着部を設ける場合、電池の生産性の低下を抑える観点から、その個数は１〜５個程度とすることが好ましい。また、セパレータの周縁部に非溶着部を設ける場合、セパレータの主体部に係る非溶着部の外縁の長さが、セパレータの主体部に係る外縁の全長さ（張り出し部を除く外縁の全長さ）の１５〜６０％程度することが好ましい。すなわち、セパレータの主体部においては、その外縁の全長さのうちの４０％以上（好ましくは７０％以上）が接合部であることが好ましく、これにより、セパレータ同士の接合強度を良好に確保することができる。
【００４０】
２枚のセパレータの周縁部に接合部を形成するとともに、これらのセパレータの間に正極を収容するには、２枚のセパレータ同士を直接溶着して接合部を形成する場合では、例えば、１枚のセパレータ上に正極を重ね、更にその上にセパレータを重ねた後、これらのセパレータの周縁部を溶着する方法が採用できる。また、２枚のセパレータを重ね、これらの周縁部を溶着してセパレータ同士を接合し、その後、これらのセパレータ間に正極を挿入する方法を採用することもできる。
【００４１】
一方、２枚のセパレータ同士の間にセパレータの構成樹脂と同種の樹脂で構成された層を介在させ、これらを溶着して接合部を形成する場合では、例えば、１枚のセパレータ上の接合部となることが予定される箇所に前記層となるフィルムを置き、かつこのセパレータ上に正極を配置し、更にその上にセパレータを重ねた後、これらのセパレータの周縁部を溶着する方法が採用できる。また、１枚のセパレータ上の接合部となることが予定されている箇所に前記層となるフィルムを置き、このセパレータとフィルムとを予め溶着しておき、その後、このセパレータに正極、セパレータの順に重ねて周縁部を溶着する方法や、２枚のセパレータの間に前記層となるフィルムを介在させて溶着して接合部を形成した後に、これらのセパレータ間に正極を挿入する方法を採用することもできる。
【００４２】
セパレータの周縁部の溶着は、例えば、加熱プレスにより行うことができる。この場合、加熱温度は、セパレータを構成する熱可塑性樹脂の融点よりも高い温度であればよいが、例えば、融点より１０〜５０℃高い温度で行うことが好ましい。また、加熱プレスの時間については、良好に接合部が形成できれば特に制限はないが、通常は、１〜１０秒程度とする。
【００４３】
本発明の電池では、電極群の形成にあたり、少なくとも両側が負極と対向している正極の両面にはセパレータを配置するが、電極群の最外部に配置される正極、すなわち片側（片面）のみが負極と対向している正極については、その両面にセパレータを配置してもよく（更に、これらの２枚のセパレータに接合部を形成してもよい）、負極と対向する面にのみセパレータを配置しても構わない。ただし、正極端子を兼ねる外装ケースまたは封口ケース側の最外部の正極の電極群外側の面は、集電体を露出させ、金属製のスペーサーを介して外装ケースまたは封口ケースと電気的に接続するため、負極と対向する面にのみセパレータを配置する。更に、電極群に係る最外部の電極の両方を正極とし、これらの正極の両面にセパレータを配置しない場合には、負極端子を兼ねる電池ケースと電極群の最外部の正極との間には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリイミドなどで形成されたテープなどからなる絶縁シールなどの絶縁体を配置する。
【００４４】
本発明の電池に係る正極の正極合剤層は、正極活物質、導電助剤、バインダなどを含有する層である。
【００４５】
本発明の電池に係る正極活物質としては、例えば、ＬｉｘＣｏＯ２、ＬｉｘＮｉＯ２、ＬｉｘＭｎＯ２、ＬｉｘＣｏｙＮｉ１−ｙＯ２、ＬｉｘＣｏｙＭ１−ｙＯ２、ＬｉｘＮｉ１−ｙＭｙＯ２、ＬｉｘＭｎｙＮｉｚＣｏ１−ｙ−ｚＯ２、ＬｉｘＭｎ２Ｏ４、ＬｉｘＭｎ２−ｙＭｙＯ４などのリチウム遷移金属複合酸化物などが挙げられる（ただし、前記の各リチウム遷移金属複合酸化物において、Ｍは、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、ＡｌおよびＣｒからなる群から選ばれる少なくとも１種の金属元素であり、０≦ｘ≦１．１、０＜ｙ＜１．０、２．０≦ｚ≦２．２である。）。これらの正極活物質は１種単独で使用してもよく、２種以上を併用しても構わない。
【００４６】
また、正極の導電助剤としては、例えば、カーボンブラック、鱗片状黒鉛、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、繊維状炭素などが挙げられる。更に、正極のバインダとしては、例えば、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、スチレンブタジエンラバーなどが挙げられる。
【００４７】
正極は、例えば、正極活物質と導電助剤とバインダとを混合して得られる正極合剤を水または有機溶剤に分散させて正極合剤含有ペーストを調製し（この場合、バインダは予め水または溶剤に溶解または分散させておき、それを正極活物質などと混合して正極合剤含有ペーストを調製してもよい）、その正極合剤含有ペーストを金属箔、エキスパンドメタル、平織り金網などからなる集電体の片面または両面に塗布し、乾燥した後、加圧成形することによって正極合剤層を形成して作製される。ただし、正極の作製方法は、前記例示の方法のみに限られることなく、他の方法によってもよい。
【００４８】
正極の組成としては、例えば、正極を構成する正極合剤１００質量％中、正極活物質を７５〜９０質量％、導電助剤を５〜２０質量％、バインダを３〜１５質量％とすることが好ましい。また、正極合剤層の厚みは、例えば、３０〜２００μｍであることが好ましい。
【００４９】
正極の集電体の素材としては、アルミニウムやアルミニウム合金が好ましい。なお、正極の総厚みを小さくし、電池内における正極および負極の積層数を増やすことで正極合剤層と負極剤層との対向面積を大きくして、電池の負荷特性を高める観点からは、集電体には金属箔を使用することが好ましい。また、集電体の厚みは、例えば、８〜２０μｍであることが好ましい。
【００５０】
本発明の電池に係る負極としては、活物質に、リチウム、リチウム合金、リチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素材料、チタン酸リチウムなどを有する負極が挙げられる。
【００５１】
負極活物質に用い得るリチウム合金としては、例えば、リチウム−アルミニウム、リチウム−ガリウムなどのリチウムと可逆的に合金化するリチウム合金が挙げられ、リチウム含有量が、例えば１〜１５原子％であることが好ましい。また、負極活物質に用い得る炭素材料としては、例えば、人造黒鉛、天然黒鉛、低結晶性カーボン、コークス、無煙炭などが挙げられる。
【００５２】
負極活物質に用い得るチタン酸リチウムとしては、一般式ＬｉｘＴｉｙＯ４で表され、ｘとｙがそれぞれ、０．８≦ｘ≦１．４、１．６≦ｙ≦２．２の化学量論数を持つチタン酸リチウムが好ましく、特にｘ＝１．３３、ｙ＝１．６７の化学量論数を持つチタン酸リチウムが好ましい。前記一般式ＬｉｘＴｉｙＯ４で表されるチタン酸リチウムは、例えば、酸化チタンとリチウム化合物とを７６０〜１１００℃で熱処理することによって得ることができる。前記酸化チタンとしては、アナターゼ型、ルチル型のいずれも使用可能であり、リチウム化合物としては、例えば、水酸化リチウム、炭酸リチウム、酸化リチウムなどが用いられる。
【００５３】
負極は、負極活物質がリチウムやリチウム合金の場合は、リチウムやリチウム合金を金属網などの集電体に圧着することで、集電体の表面にリチウムやリチウム合金などからなる負極剤層を形成して得ることができる。他方、負極活物質として炭素材料やチタン酸リチウムを用いる場合は、例えば、負極活物質としての炭素材料やチタン酸リチウムとバインダ、更には必要に応じて導電助剤を混合して得られる負極合剤を水または有機溶剤に分散させて負極合剤含有ペーストを調製し（この場合、バインダは予め水または溶剤に溶解または分散させておき、それを負極活物質などと混合して負極合剤含有ペーストを調製してもよい）、その負極合剤含有ペーストを金属箔、エキスパンドメタル、平織り金網などからなる集電体に塗布し、乾燥した後、加圧成形することによって負極剤層（負極合剤層）を形成して負極を作製することができる。ただし、負極の作製方法は、前記例示の方法のみに限られることなく、他の方法によってもよい。
【００５４】
なお、負極に係るバインダおよび導電助剤としては、正極に用い得るものとして先に例示した各種バインダおよび導電助剤を用いることができる。
【００５５】
負極活物質に炭素材料を用いる場合の負極の組成としては、例えば、負極を構成する負極合剤１００質量％中、炭素材料を８０〜９５質量％、バインダを３〜１５質量％とすることが好ましく、また、導電助剤を併用する場合には、導電助剤を５〜２０質量％とすることが好ましい。他方、負極活物質にチタン酸リチウムを用いる場合の負極の組成としては、例えば、負極を構成する負極合剤１００質量％中、チタン酸リチウムを７５〜９０質量％、バインダを３〜１５質量％とすることが好ましく、また、導電助剤を併用する場合には、導電助剤を５〜２０質量％とすることが好ましい。
【００５６】
負極における負極剤層（負極合剤層を含む）の厚みは、例えば、４０〜２００μｍであることが好ましい。
【００５７】
負極の集電体の素材としては、銅や銅合金が好ましい。なお、負極の総厚みを小さくし、電池内における正極および負極の積層数を増やすことで正極合剤層と負極剤層との対向面積を大きくして、電池の負荷特性を高める観点からは、集電体には金属箔を使用することが好ましい。また、集電体の厚みは、例えば、５〜３０μｍであることが好ましい。
【００５８】
セパレータには、熱可塑性樹脂製の微多孔膜で構成されたものを使用する。セパレータを構成する熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレン−プロピレン共重合体、ポリメチルペンテンなどのポリオレフィンが好ましく、セパレータ同士を溶着したり、セパレータ間にセパレータの構成樹脂と同種の樹脂を配置して溶着したりする観点からは、その融点、すなわち、ＪＩＳ Ｋ ７１２１の規定に準じて、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて測定される融解温度が、１００〜１８０℃のポリオレフィンがより好ましい。
【００５９】
セパレータを構成する熱可塑性樹脂製の微多孔膜の形態としては、必要な電池特性が得られるだけのイオン伝導度を有していればどのような形態でもよいが、従来から知られている乾式または湿式延伸法などにより形成された孔を多数有するイオン透過性の微多孔膜（電池のセパレータとして汎用されている微多孔フィルム）が好ましい。
【００６０】
セパレータの厚みは、例えば、５〜２５μｍであることが好ましく、また、空孔率は、例えば、３０〜７０％であることが好ましい。
【００６１】
前記の正極、負極およびセパレータは、図１や図４、図５に示すように積層して積層型の電極群として使用するが、その際、各正極の集電タブ部が、電極群の平面視で同一方向を向くように配置され、かつ各負極の集電タブ部が、電極群の平面視で同一方向を向くように配置されていることが好ましい。これにより、正極および負極の集電がより容易となる。
【００６２】
更に、各正極の集電タブ部と、各負極の集電タブ部とは、電極群の平面視で互いに接触しないように配置されていればよいが、これらの接触をより良好に抑制し、かつ電池の生産をより良好にする観点からは、図６に示しているように、各正極の集電タブ部５ｂと各負極の集電タブ部６ｂとは、電極群の平面視で互いに対向する位置に配されていることがより好ましい。
【００６３】
また、正極、負極およびセパレータを積層して構成した電極群は、図６に示すように、その外周を、耐薬品性を有するポリプロピレンなどで構成された結束テープ１０で結束して、各構成要素（セパレータに包まれた正極、および負極）の位置ずれを抑制することが好ましい。
【００６４】
電極群に係る正極および負極は、いずれも複数であり、電極の合計層数は、少なくとも４層であるが、それ以上（５層、６層、７層、８層など）とすることも可能である。ただし、正極および負極の積層数をあまり多くすると、扁平状電池としてのメリットが小さくなる虞があることから、通常は、４０層以下とすることが好ましい。
【００６５】
電池に係る非水電解液としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートなどの環状炭酸エステル；ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、メチルエチルカーボネートなどの鎖状炭酸エステル；１，２−ジメトキシエタン、ジグライム（ジエチレングリコールメチルエーテル）、トリグライム（トリエチレングリコールジメチルエーテル）、テトラグライム（テトラエチレングリコールジメチルエーテル）、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシメタン、テトラヒドロフランなどのエーテル；などの有機溶媒に、電解質（リチウム塩）を０．３〜２．０ｍｏｌ／Ｌ程度の濃度に溶解させることによって調製した電解液を用いることができる。前記の有機溶媒は、それぞれ１種単独で用いてもよく、２種以上を併用しても構わない。
【００６６】
前記電解質としては、例えば、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣ４Ｆ９ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２などのリチウム塩が挙げられる。
【００６７】
本発明の扁平形非水二次電池の平面形状には特に制限は無く、従来から知られている扁平形電池の主流である円形の他、角形（四角形）などの多角形状でもよい。なお、本明細書でいう電池の平面形状としての角形などの多角形には、その角が切り落とされた形状や、角を曲線にした形状も包含される。また、正極および負極の本体部の平面形状は、電池の平面形状に応じた形状とすればよく、略円形としたり、長方形や正方形などの四角形などの多角形とすることもできるが、例えば、略円形とする場合には、対極の集電タブ部が配置される箇所に相当する部分は、対極の集電タブ部との接触を防止するために、図２に示すように切り落とした形状としておくことが好ましい。
【００６８】
図１や図４、図５では、外装ケースを正極ケースとし、封口ケースを負極ケースとした例を示したが、本発明の電池はこれに限定されず、必要に応じて、外装ケースを負極ケースとし、封口ケースを正極ケースとすることもできる。
【００６９】
なお、図２に示す形状の正極と、図６に示す形状のセパレータと、金属製のスペーサーに、ＳＵＳ４３０製で図３に示す形状のバネ、またはＳＵＳ４３０製の網を用いて、図４および図５に示す構造の扁平形非水二次電池を製造したところ、いずれのスペーサーを用いた場合でも良好な放電特性を有しており、信頼性に優れた電池であることが確認できた。なお、これらの電池を分解したところ、正極の角部によるセパレータのキズつきは認められなかった。
【００７０】
本発明の扁平形非水二次電池は、従来から知られている扁平形非水二次電池と同様の用途に適用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１ 扁平形非水二次電池
２ 外装ケース
３ 封口ケース
４ 絶縁ガスケット
５ 正極
５ａ 正極の本体部
５ｂ 正極の集電タブ部
６ 負極
６ａ 負極の本体部
６ｂ 負極の集電タブ部
７ セパレータ
７ａ セパレータの主体部
７ｂ セパレータの張り出し部
７ｃ 接合部
９ 金属製のスペーサー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信頼性が良好な扁平形非水二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般にコイン形電池やボタン形電池と称される扁平形の非水二次電池では、正極と負極とがセパレータを介して対向して構成された電極群と、非水電解液とを、外装ケースと封口ケースと絶縁ガスケットとで形成された空間内に収容した構造を有している（特許文献１など）。
【０００３】
前記のような扁平形非水二次電池では、正極および負極に、集電体の片面または両面に正極合剤層や負極剤層を形成し、かつ集電体の一部を、正極合剤層や負極剤層を形成せずに露出させ、これを集電タブとして利用し、この集電タブを折り曲げるなどして端子を兼ねる外装ケースや封口ケースとの電気的接続に利用しているものがある。また、電極群の最外部となる電極における電極群の最外面となる面に正極合剤層や負極剤層を形成せずに集電体を露出させ、これを外装ケースや封口ケースの内面と接触させるなどして電気的接続を行う場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１４２１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
扁平形非水二次電池は、例えば、外装ケース内に電極群を挿入し、これを、絶縁ガスケットを装着し非水電解液を注入した封口ケースに被せてかしめる方法や、絶縁ガスケットを装着し電極群および非水電解液を収容した封口ケースに、外装ケースを被せてかしめる方法などによって製造される。
【０００６】
そのため、かしめによって外装ケースや封口ケースの扁平面が平面を保てずに、特に中央部付近が電池外側へ向けて湾曲することがある。電極群に係る最外部の電極の集電体と外装ケースや封口ケースの内面を接触させて電気的接続を行っている場合、前記の外装ケースや封口ケースの湾曲の程度によっては、良好な電気的接続が達成できない虞がある。
【０００７】
このようなことから、電極群と外装ケースや封口ケースとの間に金属製のスペーサーを介在させ、これを利用して電極群に係る電極と、外装ケースや封口ケースとの電気的接続を良好にする技術も検討されている。
【０００８】
ところが、前記のようなスペーサーを用いた電池では、これを使用しない電池に比べてセパレータにキズが付きやすく、これによって信頼性が損なわれる虞のあることが、本発明者らの検討により明らかとなった。
【０００９】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、信頼性が良好な扁平形非水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】
【００１０】
前記目的を達成し得た本発明の扁平形非水二次電池は、外装ケースと封口ケースとが絶縁ガスケットを介してカシメ封口されて形成された空間内に、複数の正極と複数の負極とがセパレータを介して交互に積層された電極群および非水電解液を有している扁平形非水二次電池であって、前記正極は、本体部と、平面視で、前記本体部から突出した集電タブ部とを有しており、前記正極の本体部には、集電体の片面または両面に正極活物質を含む正極合剤層が形成されており、前記正極の集電タブ部では、前記集電体に正極合剤層が形成されておらず、前記負極は、本体部と、平面視で、前記本体部から突出した集電タブ部とを有しており、前記負極の本体部には、集電体の片面または両面に負極活物質を含む負極剤層が形成されており、前記負極の集電タブ部では、前記集電体に負極剤層が形成されておらず、かつ前記負極の本体部の平面視での面積が、前記正極の本体部の平面視での面積よりも大きく、前記電極群の最外部に位置する２つの電極のうち、少なくとも一方は、その本体部における電極群の最外面となる面では集電体が露出しており、かつ外装ケースの電池内側の面または封口ケースの電池内側の面と、金属製のスペーサーを介して電気的に接続しており、前記金属製のスペーサーの平面視での面積が、前記正極の本体部の平面視での面積よりも小さく、前記金属製のスペーサーが、平面視で、前記電極群における前記正極の外縁よりも内方側に相当する位置に配されていることを特徴とするものである。
【００１１】
なお、電池業界においては、高さより径の方が大きい扁平形電池をコイン形電池と呼んだり、ボタン形電池と呼んだりしているが、そのコイン形電池とボタン形電池との間に明確な差はなく、本発明の扁平形非水二次電池には、コイン形電池、ボタン形電池のいずれもが含まれる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、信頼性が良好な扁平形非水二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の扁平形非水二次電池の一例を模式的に表す縦断面図である。
【図２】本発明の扁平形非水二次電池に係る正極の一例を模式的に表す平面図である。
【図３】本発明の扁平形非水二次電池に係る金属製のスペーサーの一例を表す模式図である。
【図４】本発明の扁平形非水二次電池の他の例を模式的に表す縦断面図である。
【図５】図４の要部断面拡大図である。
【図６】本発明の扁平形非水二次電池に係るセパレータの一例を模式的に表す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１に、本発明の扁平形非水二次電池の一例を模式的に示す。図１は、扁平形非水二次電池の縦断面図であり、図１に示すように、扁平形非水二次電池１は、複数の正極５および複数の負極６を、セパレータ７を介して、それらの平面が電池の扁平面に略平行（平行を含む）となるように積層した積層型の電極群と、非水電解液（図示しない）とが、外装ケース２、封口ケース３および絶縁ガスケット４により形成される空間（密閉空間）内に収容されている。封口ケース３は、外装ケース２の開口部に絶縁ガスケット４を介して嵌合しており、外装ケース２の開口端部が内方に締め付けられ、これにより絶縁ガスケット４が封口ケース３に当接することで、外装ケース２の開口部が封口されて電池内部が密閉構造となっている。外装ケース２および封口ケース３は、ステンレス鋼などの金属製であり、絶縁ガスケット４は、ナイロンなどの絶縁性を有する樹脂製である。
【００１５】
図２に正極５の平面図を模式的に示しているが、正極５は、本体部５ａと、平面視で、本体部５ａから突出した集電タブ部５ｂとを有している。集電タブ部５ｂは、通常、図２に示すように、その幅（図２中上下方向の長さ）を本体部５ａの幅よりも狭くする。
【００１６】
図１に示す電池１では、正極５の本体部５ａは、集電体５２の両面に、正極合剤層５１が形成されている。そして、正極５の集電タブ部５ｂは、集電体５２表面に正極合剤層５１が形成されておらず、集電体５２が露出している。なお、図１に示す電池１に係る電極群では、最外部（図中上下両端）の電極がいずれも負極（負極６Ｂ）であり、正極５は、全てが両側（両面）でセパレータ７を介して負極６と対向しているために、集電体５２の両面に正極合剤層５１を有しているが、例えば、電極群の最外部の電極が正極の場合には、その最外部の正極は、集電体の片面（電池内側の面）にのみ正極合剤層を有する構造であってもよい。
【００１７】
また、負極についても、正極５と同様に、本体部と、平面視で、本体部から突出した集電タブとを有している。負極の集電タブ部は、通常、その幅を本体部の幅よりも狭くする。そして、図１に示すように、電極群の最外部に位置する負極６Ｂの本体部６ａは、集電体６２の片面（電池内側の面）にのみ負極剤層６１が形成されており、それ以外の負極６Ａの本体部６ａは、集電体６２の両面に負極剤層が形成されている。更に、負極６Ａ、６Ｂの集電タブ部６ｂは、集電体６２表面に負極剤層６１が形成されておらず、集電体が露出している。
【００１８】
図１に示す電池１では、電極群を構成する全ての正極５の集電タブ部５ｂが纏められており、これらが外装ケース２の内面と溶接されるか、または溶接されずに直接接触することで、電気的に接続している。すなわち、図１に示す電池１では、外装ケースは正極端子を兼ねている。なお、纏められた正極５の各集電タブ部５ｂは、互いに溶接されていてもよく、溶接されていなくてもよいが、電池の製造時において、纏められた各集電タブ部５ｂがバラけることを抑制し得る点で、各集電タブ部５ｂは互いに溶接されていることが好ましい。
【００１９】
また、図１に示す電池１では、電極群の最外部（上下両端）が、集電体の片面（電池内側の面）にのみ負極剤層を有する負極６Ｂ、６Ｂとなっており、電極群における図中上側の負極６Ｂの集電体の露出面が、金属製のスペーサー９を介して封口ケース３と電気的に接続している。すなわち、図１に示す電池１では、封口ケース３は負極端子を兼ねている。
【００２０】
図１に示す電池１では、電極群の最下部に位置する負極６Ｂと、正極端子を兼ねる外装ケース２とを絶縁する目的で、これらの間にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリイミドなどで形成されたテープなどからなる絶縁シール８が配置されている。
【００２１】
なお、本発明の電池では、図１に示す態様とは異なり、電極群に係る最外部の２つの電極（上下両端の電極）のうち、一方または両方を正極としてもよい。また、電極群の最外部の電極のうち、正極端子を兼ねる電池ケース（例えば外装ケース）に近い側の電極を正極とした場合、この正極は、集電体の両面に正極合剤層を有し、集電タブ部のみで正極端子を兼ねる電池ケース（例えば外装ケース）と接していてもよく、集電体の片面（電池内側となる面）のみに正極合剤層を有し、集電体の露出面を、正極端子を兼ねる電池ケース（例えば外装ケース）の内面と、金属製のスペーサーを介して電気的に接続する。
【００２２】
また、電極群に係る最外部の２つの電極（上下両端の電極）の両方を正極とした場合、負極端子を兼ねる電池ケース（例えば封口ケース）と負極との接続は、各負極の集電タブ部を互いに電気的に接続し、かつこれらを、負極端子を兼ねる電池ケース（例えば封口ケース）の内面と溶接するか、または溶接せずに直接接触させる方法で行うことができる。
【００２３】
本発明の電池では、電極群の最外部に位置する電極のうち、少なくとも一方について、その本体部における電極群の最外面となる面では集電体を露出させ（すなわち、集電体の片面のみに正極合剤層または負極剤層を形成し）、この本体部における集電体の露出面と電池ケース（外装ケースまたは封口ケース）の電池内側の面との間に、金属製のスペーサーを介在させることで、電極群に係る電極と電池ケースとを良好に電気的に接続している。
【００２４】
しかしながら、金属製のスペーサーを用いることで、正負極間に存在するセパレータに、正極や負極が押し付けられてしまう。特に、セパレータのうち、正極や負極の外縁の角部が押し付けられた部分では、キズなどの欠陥が生じやすく、これにより、微短絡が生じるなど、電池の信頼性が低下する虞がある。
【００２５】
そこで、本発明の電池では、金属製のスペーサーを、平面視で、電極群における正極の外縁よりも内方側に相当する位置に配することとした。すなわち、図１に示すように、金属製のスペーサー９の端（図中左右の端）を、電極群の有する正極５の端（外縁）よりも内側となるように配置する。本発明の電池では、負極の本体部の平面視での面積を、正極の本体部の平面視での面積よりも大きくするため、金属製のスペーサーを、平面視で正極の外縁よりも内方側に相当する位置に配すれば、負極の外縁よりも内方側に相当する位置にも配することになる。よって、金属製のスペーサーが存在することで正極や負極がセパレータに押し付けられても、正極および負極の角部がセパレータに押し付けられる力を低減することができる。
【００２６】
これにより、本発明では、金属製のスペーサーの使用によるセパレータの欠陥を抑制しつつ、電極群と電池ケースとの電気的接続を良好にできることから、信頼性の高い電池とすることができる。
【００２７】
金属製のスペーサーとしては、金属板、金属製の網、金属製のバネなどが挙げられるが、電極群と電池ケースとの電気的接続をより良好にし得る点で、金属製の網やバネが好ましい。なお、金属製のバネとしては、例えば、図３に示す形状のものが挙げられる。図３中（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【００２８】
金属製のスペーサーのサイズは、電極群と電池ケースとの電気的接続を良好にするために、例えば、その平面視での面積が、正極の本体部の平面視での面積の５〜９５％を占めることが好ましい。また、金属製のスペーサーの厚みは、これに接する電極群の最外部の電極よりも薄いことが好ましく、これにより、金属製のスペーサーが電極群の最外部の電極を突き破らないようにすることが望ましい。
【００２９】
金属製のスペーサーを構成する金属としては、例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼や、鉄などが挙げられる。
【００３０】
本発明の電池では、正極の両面に配置された２枚のセパレータについて、それらの周縁部の少なくとも一部において、互いに溶着して接合部を形成することができる。
【００３１】
図４および図５に、本発明の扁平形非水二次電池の他の例を模式的に示す。図４および図５に示す電池１は、正極５の両面に配置された２枚のセパレータ７、７の周縁部に接合部を形成して構成した電極群を有するものであり、図４は、電池の電池ケース（外装ケース２および封口ケース３）および絶縁ガスケット４部分の断面を表す縦断面図であり、図５は図４の要部を拡大し、更に電極群の部分を断面にしたものである。
【００３２】
また、図６に、周縁部の一部に接合部を形成したセパレータの平面図を模式的に示す。なお、図６では、セパレータ７とともに、正極、負極およびセパレータが積層された積層型の電極群とした場合を想定して、セパレータ７の下に配置される正極５を点線で示し、それらの更に下側に配置される負極に係る集電タブ部６ｂを一点鎖線で示し、電極群に係る各構成要素の位置ずれを抑えるための結束テープ１０を二点鎖線で示している。また、図６に示す正極５は、電極群において、その両側（両面）が負極と対向するものであり、図６では図示していないが、電極群とした場合、セパレータ７の上側（図中手前方向）には、少なくとも負極が配置される。
【００３３】
図６に示すセパレータ７は、正極５（図中点線で表示）を介してその下側（図中奥行き方向）に配置される他のセパレータと、その周縁部において互いに溶着した接合部７ｃ（図中、格子模様で表示）を有している。すなわち、セパレータ７と、その下側に配置されたセパレータとは、周縁部で互いに溶着されて袋状となっており、その内部に正極５を収容している。
【００３４】
なお、図６に示すセパレータ７は、正極５の本体部５ａ全面を覆う主体部７ａ（すなわち、正極５の本体部５ａよりも平面視での面積が大きな主体部７ａ）と、主体部７ａから突出し、正極５の集電タブ部５ｂの、本体部５ａとの境界部を少なくとも含む部分を覆う張り出し部７ｂとを有している。そして、セパレータ７の主体部７ａの周縁部の少なくとも一部に、正極５の両面に配置された２枚のセパレータ（セパレータ７と、正極５の下側に配置されたセパレータ）同士を互いに溶着した接合部７ｃを設けている。
【００３５】
非水二次電池のセパレータには、高温下で熱収縮しやすい熱可塑性樹脂製の微多孔膜が使用されることが一般的であるが、このように、正極の両面に配置された２枚のセパレータにおいて、その周縁部を互いに溶着して接合部を形成することで、例えば、電池内が高温となっても、セパレータの熱収縮が抑制されるため、より安全性の高い電池を構成することができる。
【００３６】
なお、図６に示すように、主体部と張り出し部とを有するセパレータを使用する場合、正極の両面に配置された２枚のセパレータを接合するための接合部は、セパレータの主体部の周縁部に設ければよいが、セパレータの張り出し部の周縁部（セパレータの張り出し部の周縁部のうち、主体部からの突出方向に沿う部分）にも接合部を設けてもよい。
【００３７】
接合部は、２枚のセパレータの周縁部同士を直接溶着して形成してもよいが、２枚のセパレータの間に熱可塑性樹脂で構成される層を介在させ、この層を介して２枚のセパレータを溶着することにより形成してもよい。ただし、後者の場合、セパレータ間に介在させる層を構成する熱可塑性樹脂の種類と、セパレータを構成する熱可塑性樹脂の種類によっては、接合部の強度が小さくなる場合があるため、セパレータ間に介在させる層は、セパレータを構成する熱可塑性樹脂と同種の樹脂で構成されたものを使用することが好ましい。すなわち、セパレータ同士を直接溶着したり、セパレータを構成する熱可塑性樹脂と同種の樹脂で構成される層を介してセパレータ同士を溶着したりした場合には、接合部の強度がセパレータ自身の強度とほぼ同等となるため、例えば、電池の使用時に振動などによって生じる虞のある接合部での剥離が良好に抑制でき、更に信頼性の高い電池とすることができる。
【００３８】
なお、図６に示すように主体部と張り出し部とを有するセパレータを使用する場合、セパレータの主体部に係る周縁部は、全てが接合部となっていてもよいが、例えば、図６に示すように、周縁部の一部を、セパレータ同士を溶着せずに非溶着部７ｄ、７ｄとして残してもよい。２枚のセパレータを溶着して袋状とした後に、その中に正極を収容したり、１枚のセパレータの上に正極を配置し、その正極の上に更にセパレータを配置して、セパレータの周縁部を溶着して袋状としたセパレータの中に正極を収容したりした場合、セパレータ内に空気が残留することがある。しかし、このような正極を用いて電池を製造する場合、外装ケースと封口ケースとをかしめる際に、前記の残留空気が、非溶着部７ｄ、７ｄを通じてセパレータ外へ良好に排出されるため、セパレータ内の残留空気による問題（発電時の反応が不均一になって容量が低下するなどの問題）の発生を防止できる。
【００３９】
セパレータの周縁部に非溶着部を設ける場合、電池の生産性の低下を抑える観点から、その個数は１〜５個程度とすることが好ましい。また、セパレータの周縁部に非溶着部を設ける場合、セパレータの主体部に係る非溶着部の外縁の長さが、セパレータの主体部に係る外縁の全長さ（張り出し部を除く外縁の全長さ）の１５〜６０％程度することが好ましい。すなわち、セパレータの主体部においては、その外縁の全長さのうちの４０％以上（好ましくは７０％以上）が接合部であることが好ましく、これにより、セパレータ同士の接合強度を良好に確保することができる。
【００４０】
２枚のセパレータの周縁部に接合部を形成するとともに、これらのセパレータの間に正極を収容するには、２枚のセパレータ同士を直接溶着して接合部を形成する場合では、例えば、１枚のセパレータ上に正極を重ね、更にその上にセパレータを重ねた後、これらのセパレータの周縁部を溶着する方法が採用できる。また、２枚のセパレータを重ね、これらの周縁部を溶着してセパレータ同士を接合し、その後、これらのセパレータ間に正極を挿入する方法を採用することもできる。
【００４１】
一方、２枚のセパレータ同士の間にセパレータの構成樹脂と同種の樹脂で構成された層を介在させ、これらを溶着して接合部を形成する場合では、例えば、１枚のセパレータ上の接合部となることが予定される箇所に前記層となるフィルムを置き、かつこのセパレータ上に正極を配置し、更にその上にセパレータを重ねた後、これらのセパレータの周縁部を溶着する方法が採用できる。また、１枚のセパレータ上の接合部となることが予定されている箇所に前記層となるフィルムを置き、このセパレータとフィルムとを予め溶着しておき、その後、このセパレータに正極、セパレータの順に重ねて周縁部を溶着する方法や、２枚のセパレータの間に前記層となるフィルムを介在させて溶着して接合部を形成した後に、これらのセパレータ間に正極を挿入する方法を採用することもできる。
【００４２】
セパレータの周縁部の溶着は、例えば、加熱プレスにより行うことができる。この場合、加熱温度は、セパレータを構成する熱可塑性樹脂の融点よりも高い温度であればよいが、例えば、融点より１０〜５０℃高い温度で行うことが好ましい。また、加熱プレスの時間については、良好に接合部が形成できれば特に制限はないが、通常は、１〜１０秒程度とする。
【００４３】
本発明の電池では、電極群の形成にあたり、少なくとも両側が負極と対向している正極の両面にはセパレータを配置するが、電極群の最外部に配置される正極、すなわち片側（片面）のみが負極と対向している正極については、その両面にセパレータを配置してもよく（更に、これらの２枚のセパレータに接合部を形成してもよい）、負極と対向する面にのみセパレータを配置しても構わない。ただし、正極端子を兼ねる外装ケースまたは封口ケース側の最外部の正極の電極群外側の面は、集電体を露出させ、金属製のスペーサーを介して外装ケースまたは封口ケースと電気的に接続するため、負極と対向する面にのみセパレータを配置する。更に、電極群に係る最外部の電極の両方を正極とし、これらの正極の両面にセパレータを配置しない場合には、負極端子を兼ねる電池ケースと電極群の最外部の正極との間には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリイミドなどで形成されたテープなどからなる絶縁シールなどの絶縁体を配置する。
【００４４】
本発明の電池に係る正極の正極合剤層は、正極活物質、導電助剤、バインダなどを含有する層である。
【００４５】
本発明の電池に係る正極活物質としては、例えば、ＬｉｘＣｏＯ２、ＬｉｘＮｉＯ２、ＬｉｘＭｎＯ２、ＬｉｘＣｏｙＮｉ１−ｙＯ２、ＬｉｘＣｏｙＭ１−ｙＯ２、ＬｉｘＮｉ１−ｙＭｙＯ２、ＬｉｘＭｎｙＮｉｚＣｏ１−ｙ−ｚＯ２、ＬｉｘＭｎ２Ｏ４、ＬｉｘＭｎ２−ｙＭｙＯ４などのリチウム遷移金属複合酸化物などが挙げられる（ただし、前記の各リチウム遷移金属複合酸化物において、Ｍは、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、ＡｌおよびＣｒからなる群から選ばれる少なくとも１種の金属元素であり、０≦ｘ≦１．１、０＜ｙ＜１．０、２．０≦ｚ≦２．２である。）。これらの正極活物質は１種単独で使用してもよく、２種以上を併用しても構わない。
【００４６】
また、正極の導電助剤としては、例えば、カーボンブラック、鱗片状黒鉛、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、繊維状炭素などが挙げられる。更に、正極のバインダとしては、例えば、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、スチレンブタジエンラバーなどが挙げられる。
【００４７】
正極は、例えば、正極活物質と導電助剤とバインダとを混合して得られる正極合剤を水または有機溶剤に分散させて正極合剤含有ペーストを調製し（この場合、バインダは予め水または溶剤に溶解または分散させておき、それを正極活物質などと混合して正極合剤含有ペーストを調製してもよい）、その正極合剤含有ペーストを金属箔、エキスパンドメタル、平織り金網などからなる集電体の片面または両面に塗布し、乾燥した後、加圧成形することによって正極合剤層を形成して作製される。ただし、正極の作製方法は、前記例示の方法のみに限られることなく、他の方法によってもよい。
【００４８】
正極の組成としては、例えば、正極を構成する正極合剤１００質量％中、正極活物質を７５〜９０質量％、導電助剤を５〜２０質量％、バインダを３〜１５質量％とすることが好ましい。また、正極合剤層の厚みは、例えば、３０〜２００μｍであることが好ましい。
【００４９】
正極の集電体の素材としては、アルミニウムやアルミニウム合金が好ましい。なお、正極の総厚みを小さくし、電池内における正極および負極の積層数を増やすことで正極合剤層と負極剤層との対向面積を大きくして、電池の負荷特性を高める観点からは、集電体には金属箔を使用することが好ましい。また、集電体の厚みは、例えば、８〜２０μｍであることが好ましい。
【００５０】
本発明の電池に係る負極としては、活物質に、リチウム、リチウム合金、リチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素材料、チタン酸リチウムなどを有する負極が挙げられる。
【００５１】
負極活物質に用い得るリチウム合金としては、例えば、リチウム−アルミニウム、リチウム−ガリウムなどのリチウムと可逆的に合金化するリチウム合金が挙げられ、リチウム含有量が、例えば１〜１５原子％であることが好ましい。また、負極活物質に用い得る炭素材料としては、例えば、人造黒鉛、天然黒鉛、低結晶性カーボン、コークス、無煙炭などが挙げられる。
【００５２】
負極活物質に用い得るチタン酸リチウムとしては、一般式ＬｉｘＴｉｙＯ４で表され、ｘとｙがそれぞれ、０．８≦ｘ≦１．４、１．６≦ｙ≦２．２の化学量論数を持つチタン酸リチウムが好ましく、特にｘ＝１．３３、ｙ＝１．６７の化学量論数を持つチタン酸リチウムが好ましい。前記一般式ＬｉｘＴｉｙＯ４で表されるチタン酸リチウムは、例えば、酸化チタンとリチウム化合物とを７６０〜１１００℃で熱処理することによって得ることができる。前記酸化チタンとしては、アナターゼ型、ルチル型のいずれも使用可能であり、リチウム化合物としては、例えば、水酸化リチウム、炭酸リチウム、酸化リチウムなどが用いられる。
【００５３】
負極は、負極活物質がリチウムやリチウム合金の場合は、リチウムやリチウム合金を金属網などの集電体に圧着することで、集電体の表面にリチウムやリチウム合金などからなる負極剤層を形成して得ることができる。他方、負極活物質として炭素材料やチタン酸リチウムを用いる場合は、例えば、負極活物質としての炭素材料やチタン酸リチウムとバインダ、更には必要に応じて導電助剤を混合して得られる負極合剤を水または有機溶剤に分散させて負極合剤含有ペーストを調製し（この場合、バインダは予め水または溶剤に溶解または分散させておき、それを負極活物質などと混合して負極合剤含有ペーストを調製してもよい）、その負極合剤含有ペーストを金属箔、エキスパンドメタル、平織り金網などからなる集電体に塗布し、乾燥した後、加圧成形することによって負極剤層（負極合剤層）を形成して負極を作製することができる。ただし、負極の作製方法は、前記例示の方法のみに限られることなく、他の方法によってもよい。
【００５４】
なお、負極に係るバインダおよび導電助剤としては、正極に用い得るものとして先に例示した各種バインダおよび導電助剤を用いることができる。
【００５５】
負極活物質に炭素材料を用いる場合の負極の組成としては、例えば、負極を構成する負極合剤１００質量％中、炭素材料を８０〜９５質量％、バインダを３〜１５質量％とすることが好ましく、また、導電助剤を併用する場合には、導電助剤を５〜２０質量％とすることが好ましい。他方、負極活物質にチタン酸リチウムを用いる場合の負極の組成としては、例えば、負極を構成する負極合剤１００質量％中、チタン酸リチウムを７５〜９０質量％、バインダを３〜１５質量％とすることが好ましく、また、導電助剤を併用する場合には、導電助剤を５〜２０質量％とすることが好ましい。
【００５６】
負極における負極剤層（負極合剤層を含む）の厚みは、例えば、４０〜２００μｍであることが好ましい。
【００５７】
負極の集電体の素材としては、銅や銅合金が好ましい。なお、負極の総厚みを小さくし、電池内における正極および負極の積層数を増やすことで正極合剤層と負極剤層との対向面積を大きくして、電池の負荷特性を高める観点からは、集電体には金属箔を使用することが好ましい。また、集電体の厚みは、例えば、５〜３０μｍであることが好ましい。
【００５８】
セパレータには、熱可塑性樹脂製の微多孔膜で構成されたものを使用する。セパレータを構成する熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレン−プロピレン共重合体、ポリメチルペンテンなどのポリオレフィンが好ましく、セパレータ同士を溶着したり、セパレータ間にセパレータの構成樹脂と同種の樹脂を配置して溶着したりする観点からは、その融点、すなわち、ＪＩＳ Ｋ ７１２１の規定に準じて、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて測定される融解温度が、１００〜１８０℃のポリオレフィンがより好ましい。
【００５９】
セパレータを構成する熱可塑性樹脂製の微多孔膜の形態としては、必要な電池特性が得られるだけのイオン伝導度を有していればどのような形態でもよいが、従来から知られている乾式または湿式延伸法などにより形成された孔を多数有するイオン透過性の微多孔膜（電池のセパレータとして汎用されている微多孔フィルム）が好ましい。
【００６０】
セパレータの厚みは、例えば、５〜２５μｍであることが好ましく、また、空孔率は、例えば、３０〜７０％であることが好ましい。
【００６１】
前記の正極、負極およびセパレータは、図１や図４、図５に示すように積層して積層型の電極群として使用するが、その際、各正極の集電タブ部が、電極群の平面視で同一方向を向くように配置され、かつ各負極の集電タブ部が、電極群の平面視で同一方向を向くように配置されていることが好ましい。これにより、正極および負極の集電がより容易となる。
【００６２】
更に、各正極の集電タブ部と、各負極の集電タブ部とは、電極群の平面視で互いに接触しないように配置されていればよいが、これらの接触をより良好に抑制し、かつ電池の生産をより良好にする観点からは、図６に示しているように、各正極の集電タブ部５ｂと各負極の集電タブ部６ｂとは、電極群の平面視で互いに対向する位置に配されていることがより好ましい。
【００６３】
また、正極、負極およびセパレータを積層して構成した電極群は、図６に示すように、その外周を、耐薬品性を有するポリプロピレンなどで構成された結束テープ１０で結束して、各構成要素（セパレータに包まれた正極、および負極）の位置ずれを抑制することが好ましい。
【００６４】
電極群に係る正極および負極は、いずれも複数であり、電極の合計層数は、少なくとも４層であるが、それ以上（５層、６層、７層、８層など）とすることも可能である。ただし、正極および負極の積層数をあまり多くすると、扁平状電池としてのメリットが小さくなる虞があることから、通常は、４０層以下とすることが好ましい。
【００６５】
電池に係る非水電解液としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートなどの環状炭酸エステル；ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、メチルエチルカーボネートなどの鎖状炭酸エステル；１，２−ジメトキシエタン、ジグライム（ジエチレングリコールメチルエーテル）、トリグライム（トリエチレングリコールジメチルエーテル）、テトラグライム（テトラエチレングリコールジメチルエーテル）、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシメタン、テトラヒドロフランなどのエーテル；などの有機溶媒に、電解質（リチウム塩）を０．３〜２．０ｍｏｌ／Ｌ程度の濃度に溶解させることによって調製した電解液を用いることができる。前記の有機溶媒は、それぞれ１種単独で用いてもよく、２種以上を併用しても構わない。
【００６６】
前記電解質としては、例えば、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣ４Ｆ９ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２などのリチウム塩が挙げられる。
【００６７】
本発明の扁平形非水二次電池の平面形状には特に制限は無く、従来から知られている扁平形電池の主流である円形の他、角形（四角形）などの多角形状でもよい。なお、本明細書でいう電池の平面形状としての角形などの多角形には、その角が切り落とされた形状や、角を曲線にした形状も包含される。また、正極および負極の本体部の平面形状は、電池の平面形状に応じた形状とすればよく、略円形としたり、長方形や正方形などの四角形などの多角形とすることもできるが、例えば、略円形とする場合には、対極の集電タブ部が配置される箇所に相当する部分は、対極の集電タブ部との接触を防止するために、図２に示すように切り落とした形状としておくことが好ましい。
【００６８】
図１や図４、図５では、外装ケースを正極ケースとし、封口ケースを負極ケースとした例を示したが、本発明の電池はこれに限定されず、必要に応じて、外装ケースを負極ケースとし、封口ケースを正極ケースとすることもできる。
【００６９】
なお、図２に示す形状の正極と、図６に示す形状のセパレータと、金属製のスペーサーに、ＳＵＳ４３０製で図３に示す形状のバネ、またはＳＵＳ４３０製の網を用いて、図４および図５に示す構造の扁平形非水二次電池を製造したところ、いずれのスペーサーを用いた場合でも良好な放電特性を有しており、信頼性に優れた電池であることが確認できた。なお、これらの電池を分解したところ、正極の角部によるセパレータのキズつきは認められなかった。
【００７０】
本発明の扁平形非水二次電池は、従来から知られている扁平形非水二次電池と同様の用途に適用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１ 扁平形非水二次電池
２ 外装ケース
３ 封口ケース
４ 絶縁ガスケット
５ 正極
５ａ 正極の本体部
５ｂ 正極の集電タブ部
６ 負極
６ａ 負極の本体部
６ｂ 負極の集電タブ部
７ セパレータ
７ａ セパレータの主体部
７ｂ セパレータの張り出し部
７ｃ 接合部
９ 金属製のスペーサー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外装ケースと封口ケースとが絶縁ガスケットを介してカシメ封口されて形成された空間内に、複数の正極と複数の負極とがセパレータを介して交互に積層された電極群および非水電解液を有している扁平形非水二次電池であって、
前記正極は、本体部と、平面視で、前記本体部から突出した集電タブ部とを有しており、前記正極の本体部には、集電体の片面または両面に正極活物質を含む正極合剤層が形成されており、前記正極の集電タブ部では、前記集電体に正極合剤層が形成されておらず、
前記負極は、本体部と、平面視で、前記本体部から突出した集電タブ部とを有しており、前記負極の本体部には、集電体の片面または両面に負極活物質を含む負極剤層が形成されており、前記負極の集電タブ部では、前記集電体に負極剤層が形成されておらず、かつ前記負極の本体部の平面視での面積が、前記正極の本体部の平面視での面積よりも大きく、
前記電極群の最外部に位置する２つの電極のうち、少なくとも一方は、その本体部における電極群の最外面となる面では集電体が露出しており、かつ外装ケースの電池内側の面または封口ケースの電池内側の面と、金属製のスペーサーを介して電気的に接続しており、
前記金属製のスペーサーの平面視での面積が、前記正極の本体部の平面視での面積よりも小さく、
前記金属製のスペーサーが、平面視で、前記電極群における前記正極の外縁よりも内方側に相当する位置に配されていることを特徴とする扁平形非水二次電池。
【請求項２】
金属製のスペーサーが網またはバネである請求項１に記載の扁平形非水二次電池。
【請求項３】
少なくとも両側が負極と対向している正極の両面には、熱可塑性樹脂製の微多孔膜からなるセパレータが配置されており、かつ前記２枚のセパレータは、その周縁部の少なくとも一部において、互いに溶着された接合部を有している請求項１または２に記載の扁平形非水二次電池。
【請求項４】
セパレータを構成する熱可塑性樹脂が、ポリオレフィンである請求項３に記載の扁平形非水二次電池。
【請求項１】
外装ケースと封口ケースとが絶縁ガスケットを介してカシメ封口されて形成された空間内に、複数の正極と複数の負極とがセパレータを介して交互に積層された電極群および非水電解液を有している扁平形非水二次電池であって、
前記正極は、本体部と、平面視で、前記本体部から突出した集電タブ部とを有しており、前記正極の本体部には、集電体の片面または両面に正極活物質を含む正極合剤層が形成されており、前記正極の集電タブ部では、前記集電体に正極合剤層が形成されておらず、
前記負極は、本体部と、平面視で、前記本体部から突出した集電タブ部とを有しており、前記負極の本体部には、集電体の片面または両面に負極活物質を含む負極剤層が形成されており、前記負極の集電タブ部では、前記集電体に負極剤層が形成されておらず、かつ前記負極の本体部の平面視での面積が、前記正極の本体部の平面視での面積よりも大きく、
前記電極群の最外部に位置する２つの電極のうち、少なくとも一方は、その本体部における電極群の最外面となる面では集電体が露出しており、かつ外装ケースの電池内側の面または封口ケースの電池内側の面と、金属製のスペーサーを介して電気的に接続しており、
前記金属製のスペーサーの平面視での面積が、前記正極の本体部の平面視での面積よりも小さく、
前記金属製のスペーサーが、平面視で、前記電極群における前記正極の外縁よりも内方側に相当する位置に配されていることを特徴とする扁平形非水二次電池。
【請求項２】
金属製のスペーサーが網またはバネである請求項１に記載の扁平形非水二次電池。
【請求項３】
少なくとも両側が負極と対向している正極の両面には、熱可塑性樹脂製の微多孔膜からなるセパレータが配置されており、かつ前記２枚のセパレータは、その周縁部の少なくとも一部において、互いに溶着された接合部を有している請求項１または２に記載の扁平形非水二次電池。
【請求項４】
セパレータを構成する熱可塑性樹脂が、ポリオレフィンである請求項３に記載の扁平形非水二次電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１８７２６６（Ｐ２０１１−１８７２６６Ａ）
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５０１６３（Ｐ２０１０−５０１６３）
【出願日】平成２２年３月８日（２０１０．３．８）
【出願人】（５１１０８４５５５）日立マクセルエナジー株式会社 (212)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月８日（２０１０．３．８）
【出願人】（５１１０８４５５５）日立マクセルエナジー株式会社 (212)
【Ｆターム（参考）】
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