電池およびセンターピン
【課題】外力に押し潰された場合に、より確実に電極間を短絡させることができる、安全性の向上した電池を提供する。
【解決手段】正極と負極とをセパレータを介して積層し、渦巻き状に巻くことにより作製された巻回体の中心に、センターピン３０が挿入されている。センターピン３０は、長手方向に二つ以上、好ましくは二つまたは三つの分割部３１を有している。各分割部３１は円筒状であり、長手方向に切れ目３２を有している。外部からの力で押し潰された場合に、分割部３１の端部３１Ａ，切れ目３２および端部３１Ａと切れ目３２との交差する角部３１Ｃなどが突出し、確実に短絡を発生させる。
【解決手段】正極と負極とをセパレータを介して積層し、渦巻き状に巻くことにより作製された巻回体の中心に、センターピン３０が挿入されている。センターピン３０は、長手方向に二つ以上、好ましくは二つまたは三つの分割部３１を有している。各分割部３１は円筒状であり、長手方向に切れ目３２を有している。外部からの力で押し潰された場合に、分割部３１の端部３１Ａ，切れ目３２および端部３１Ａと切れ目３２との交差する角部３１Ｃなどが突出し、確実に短絡を発生させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯状の正極、セパレータおよび負極を含む渦巻き状の巻回体の中心にセンターピンを備えた電池、およびこの電池に用いられるセンターピンに関する。
【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は様々な形状のものが開発されているが、その一つに、正極と負極とをセパレータを間にして積層して渦巻き状に巻き、その巻回中心に金属よりなるセンターピンを挿入したものがある（例えば、特許文献１参照。）。従来、このセンターピンは、例えば図２３に示したような管状の本体１３１の軸方向に切れ目１３２を有している。電池に外力が加わると、本体１３１が押し潰され、その結果切れ目１３２の縁が外側に開き、その開いた部分がセパレータを貫通して正極と負極との間を短絡させる。これにより、電池反応を阻止して、発電機能を安全に喪失させようとするものである。
【０００４】
従来では、どのような方向から力が加わっても電極間の短絡が生じるように、例えば、センターピンに対して切れ目と平行に複数の溝を設けたり、あるいは切れ目の縁を波形にしたものがある（例えば特許文献２参照）。また、センターピンの表面に螺旋状に凹部を設けたり、センターピンをコイルバネにより構成することにより、広範囲にわたって短絡を発生しやすくすることなども提案されている（例えば、特許文献３および特許文献４参照）。
【特許文献１】特開平４−３３２４８１号公報
【特許文献２】特開平８−２５５６３１号公報
【特許文献３】特許第３１７８５８６号明細書
【特許文献４】特開平８−２７３６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の従来構造のセンターピンを用いた二次電池では、外力により押し潰された場合の切れ目部分での変形が十分ではなく、正極と負極とを確実に短絡させることができないという問題があり、より確実に電極間を短絡させて安全性を確保するための有効な手段が望まれている。
【０００６】
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、外力に押し潰された場合に、より確実に電極間を短絡させることができる、安全性の向上した電池、およびこの電池に用いられるセンターピンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による電池は、帯状の正極集電体の面上に正極活物質層を有する正極と、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、巻回した巻回体と、巻回体の巻回中心に配置され、長手方向に二つ以上の分割部を有する管状のセンターピンとを備えたものである。
【０００８】
本発明によるセンターピンは、巻回構造を有する電池の巻回中心に設けられる管状のものであって、長手方向に二つ以上の分割部を有するものである。
【０００９】
本発明による電池、または本発明によるセンターピンでは、長手方向に二つ以上の分割部を有するので、外部から電池に力がかかった場合には、センターピンが押し潰されて、分割部の端部などが外側に反りかえって突出し、セパレータを貫通することにより正極と負極とが確実に短絡される。
【００１０】
特に、このとき、正極に、正極集電体の巻回中心側の端部に、両面に正極活物質層が存在しない正極露出領域を設ける一方、負極に、負極集電体の巻回中心側の端部に、両面に負極活物質層が存在しない負極露出領域を設ける構成とした場合には、抵抗値の低い正極集電体と負極集電体の露出領域同士が直接に短絡されることとなり、抵抗値の高い正極活物質層を介しての短絡が生ずることがなく、正極活物質層での昇温が抑制される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電池、もしくは本発明のセンターピンによれば、長手方向に二つ以上の分割部を設けたので、外部からの力で押し潰されたり折れたりした場合において正極と負極とを確実に短絡させることができ、安全性が向上する。
【００１２】
特に、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場合には、電池のエネルギー密度が大きく、より高い安全性が求められるので、より高い効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の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。
【００１５】
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を介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。
【００１６】
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３０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２４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２５が接続されている。正極リード２４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２５は電池缶１１に溶接され電気的に接続されている。
【００１７】
図２は図１に示した正極２１の巻回前の断面構成を表すものである。この正極２１は、帯状の正極集電体２１Ａの両面に正極活物質層２１Ｂを設けたものである。具体的には、正極集電体２１Ａの外周面側および内周面側に正極活物質層２１Ｂが存在する正極被覆領域２１Ｃを有している。加えて、この正極２１では、巻回中心側の端部が正極露出領域２１Ｄ、すなわち、正極集電体２１Ａの両面とも正極活物質層２１Ｂが存在せずに露出している領域となっている。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
図３は、負極２２の構成を表したものである。この負極２２は、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。具体的には、負極集電体２２Ａの外周面側および内周面側に負極活物質層２２Ｂが存在する負極被覆領域２２Ｃと、巻回中心側の端部に、負極集電体２２Ａの両面とも負極活物質層２２Ｂが存在せずに露出している負極露出領域２２Ｄとを有している。
【００２３】
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。
【００２４】
負極活物質層２２Ｂは、例えば、負極活物質を含んでおり、必要に応じて導電材および結着剤などの他の材料を含んでいてもよい。負極活物質としては、例えば、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が挙げられる。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ので好ましい。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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
負極活物質としては、また、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を用いてもよい。炭素材料を用いれば優れたサイクル特性を得ることができるので好ましい。また、負極活物質としては、リチウム金属も挙げられる。負極活物質はこれらの１種を単独で用いてもよいが、２種以上を混合して用いてもよい。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
図４は図１に示したセンターピン３０の構成を表すものであり、図５はその断面構成を表すものである。このセンターピン３０は、長手方向に二つ以上の管状の分割部３１を有しており、外部からの力で電池が押し潰されたり折れたりした場合において正極２１と負極２２とを確実に短絡させることができ、安全性を向上させることができるようになっている。
【００３９】
特に、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場合には、電池のエネルギー密度が大きく、より高い安全性が求められるので、より高い効果を得ることができる。
【００４０】
分割部３１は、例えば、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３．０ｍｍの円筒状となっている。分割部３１は互いに完全に切り離されている。各分割部３１の両側の端部３１Ａには、後述する製造工程において上記巻回体２０の中心に挿入しやすくするため傾斜部３１Ｂが設けられている。なお、隣接する分割部３１どうしは接していても離れていてもよく、巻回体２０の内部に納まっていればよい。分割部３１相互間の距離は特に限定されないが、必要以上に広すぎないことが望ましい。
【００４１】
また、分割部３１は、長手方向の一方の端部から他方の端部にかけて切れ目３２を有している。この切れ目３２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分割部３１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３２の幅は、例えば０．５ｍｍである。
【００４２】
分割部３１の材質、厚みは、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、または折れる程度のものとする。具体的には、分割部３１の構成材料として、例えばステンレス鋼が挙げられる。分割部３１の厚みは、例えば０．０５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。０．０５ｍｍ未満では強度が弱くなるおそれがあり、５ｍｍよりも厚いと管状に丸めることが難しくなってしまうからである。
【００４３】
センターピン３０は、このような分割部３１を、例えば図４または図６に示したように二つ、または図７に示したように三つ有していることが好ましい。四つ以上では生産性が低下するおそれがあるからである。
【００４４】
なお、切れ目３２は必ずしも図４または図７に示したように円周方向において一致した位置関係、すなわち同一直線Ｌ上に揃っている必要はない。例えば、切れ目３２は、図６または図８に示したように、円周方向においてランダムに配置されていることが好ましい。切れ目３２が円周方向において分散して配置されているので、外部からの力がどのような方向から加えられても確実に正極２１と負極２２とを短絡させることができるからである。切れ目３２どうしの円周方向におけるずれ量は特に限定されない。
【００４５】
センターピン３０の長さすなわち分割部３１の合計長さは、二次電池の寸法により異なるが、例えば２．５ｃｍ以上８．０ｃｍ以下であることが好ましい。
【００４６】
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。
【００４７】
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正極活物質層２１Ｂを形成し、正極２１を作製する。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
一方、例えばステンレス鋼よりなる薄い帯状の板を２枚用意する。板の寸法は、例えばセンターピン３０を二つの分割部３１により構成する場合には分割部３１の長さが二次電池の高さの約２分の１となるように、三つの分割部３１により構成する場合には約３分の１となるようにする。この板を丸めて筒状に成形することにより、管状の分割部３１を形成し、各分割部３１の両側の端部３１Ａにテーパーをつけて傾斜部３１Ｂを設ける。
【００５１】
そののち、分割部３１を巻回体２０の中心に挿入する。この挿入工程は、センターピン３０を二つの分割部３１により構成する場合には２回繰り返して行い、三つの分割部３１により構成する場合は３回繰り返して行う。その際、切れ目３２を図４または図７に示したように円周方向において一致した位置関係となるようにしてもよいし、あるいは、例えば図６または図８に示したように切れ目３２が円周方向においてランダムに配置されるようにしてもよい。
【００５２】
分割部３１を挿入したのち、巻回体２０を一対の絶縁板１２，１３で挟み、負極リード２５を電池缶１１に溶接すると共に、正極リード２４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を介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、例えば、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、例えば、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。そして、この二次電池では、センターピン３０が長手方向に二つ以上の分割部３１を有しているので、外力が加わると、分割部３１が押し潰され、または折れて、端部３１Ａが外側に反りかえって突出し、セパレータ２３を貫通することにより、正極２１と負極２２とが確実に短絡する。
【００５４】
また、分割部３１に切れ目３２が設けられている場合には、図９に示したように、切れ目３２が外側に開くと共に、切れ目３２と端部３１Ａとが交差する尖った角部３１Ｃが外側に突出する。この切れ目３２または角部３１Ｃがセパレータ２３を貫通することにより、正極２１と負極２２とが更に確実に短絡する。
【００５５】
更に、この二次電池では、正極２１の巻回中心側に両面とも正極活物質層２１Ｂの存在しない正極露出領域２１Ｄが設けられると共に、負極２２の巻回中心側にも両面とも負極活物質層２２Ｂの存在しない負極露出領域２２Ｄが設けられているので、端部３１Ａ，切れ目３２または角部３１Ｃがセパレータ２３を貫通すると比較的抵抗値の低い正極集電体２１Ａと負極集電体２２Ａとの間が直接短絡する。すなわち、本実施の形態では、正極２１の正極露出領域２１Ｄと負極２２の負極露出領域２２Ｄとの間が分割部３１の端部３１Ａ，切れ目３２または角部３１Ｃにより短絡し、抵抗値の高い正極活物質層２１Ｂを介して短絡することがなくなり、正極活物質層２１Ｂでの昇温が抑制される。
【００５６】
このように本実施の形態では、センターピン３０の長手方向に二つ以上の分割部３１を設けたので、外力が加わった場合に、分割部３１の端部３１Ａが外方に突出し、正極２１と負極２２との間を確実に短絡させることができる。また、巻回体２０の特に巻回中心側に、正極２１では、両面とも正極活物質層２１Ｂの存在しない正極露出領域２１Ｄ、また、負極２２では、両面とも負極活物質層２２Ｂの存在しない負極露出領域２２Ｄが設けられているので、端部３１Ａがセパレータ２３を貫通すると比較的抵抗値の低い正極集電体２１Ａと負極集電体２２Ａとの間が直接短絡する。よって、正極活物質層２１Ｂの昇温を抑えつつ、正極２１と負極２２との間を確実に短絡させることができ、安全性が向上する。
【００５７】
特に、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場合には、電池のエネルギー密度が大きく、より高い安全性が求められるので、より高い効果を得ることができる。
【００５８】
（変形例）
図１０は、本発明の変形例に係る二次電池のセンターピン３０の構成を表したものである。この二次電池は、センターピン３０の分割部３１が、周方向に設けられた薄肉溝３１Ｄにより互いに区画されていると共に連続した一体をなしていることを除いては、第１の実施の形態と同様の構成を有している。よって、第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明する。
【００５９】
この二次電池は、センターピン３０を作製するための板に、分割部３１の境界線となる位置に薄肉溝３１Ｄを設けたのち丸めて筒状に成形することを除いては、第１の実施の形態と同様にして製造することができる。
【００６０】
この二次電池では、外部から二次電池に力がかかった場合には、センターピン３０が押し潰されて薄肉溝３１Ｄで折れ曲がり、その折れ目が外側に突出し、セパレータ２３を貫通することにより正極２１と負極２２とが確実に短絡される。
【００６１】
このように本変形例では、センターピン３０の分割部３１が、周方向に設けられた薄肉溝３１Ｄにより互いに区画されていると共に連続した一体をなしているようにしたので、第１の実施の形態と同様に正極２１と負極２２との間を確実に短絡させることができ、安全性を向上させることができる。
【００６２】
（第２の実施の形態）
図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る二次電池のセンターピン３０の構成を表すものである。この二次電池は、センターピン３０に、屈曲した形状の切込み３３を設けたことを除き、他は第１の実施の形態と同様の構成を有している。よって、第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明する。
【００６３】
切込み３３は、直線状の第１部分３３Ａと、この第１部分３３Ａの端部から第１部分３３Ａと異なる方向、例えば直角に延びる直線状の第２部分３３Ｂとを有している。すなわち、切込み３３は所謂Ｌ字形をなし、屈曲した部分に凸部３３Ｃを有している。これにより、この二次電池では、外力で押し潰された場合に、切込み３３が外側に突出し、屈曲した凸部３３Ｃがセパレータ２３を貫通して正極２１と負極２２とをより確実に短絡させることができるようになっている。なお、切込み３３の隅の角は必ずしも直角でなくてもよく、角が丸めてあってもよい。
【００６４】
第１部分３３Ａおよび第２部分３３Ｂの長さ、すなわち延長方向における寸法は、確実に切込み３３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３０の半周分程度とされている。第１部分３３Ａおよび第２部分３３Ｂの幅、すなわち延長方向に直交する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。なお、第１部分３３Ａと第２部分３３Ｂとは必ずしも同じ長さでなくてもよい。
【００６５】
第１部分３３Ａはセンターピン３０の長手方向に平行であり、第２部分３３Ｂは第１部分３３Ａの端部から垂直に延びていることが好ましい。生産性を良くすることができるからである。
【００６６】
このような切込み３３の相互間の距離Ｄは、例えば０．１ｍｍ以上であることが好ましい。生産性を良くすることができるからである。
【００６７】
この二次電池は、センターピン３０となる板に切込み３３を設けたのち丸めて成形することを除いては、第１の実施の形態と同様にして製造することができる。
【００６８】
この二次電池では、外部から二次電池に力がかかった場合には、センターピン３０が押し潰されて、切込み３３が外側に突出する。この切込み３３の凸部３３Ｃがセパレータ２３を貫通することにより正極２１と負極２２とが更に確実に短絡される。
【００６９】
このように本実施の形態では、センターピン３０に切込み３３を設けるようにしたので、外部からの力で押し潰されたり折れたりした場合において正極２１と負極２２とを更に確実に短絡させることができ、安全性が向上する。
【００７０】
（第２の実施の形態の変形例）
なお、図１１では、切れ目３２が同一直線Ｌ上に揃い、円周方向において一致した位置関係にある場合を例として表しているが、切れ目３２は、例えば図１２に示したように円周方向においてランダムに配置されていてもよい。
【００７１】
また、本実施の形態では、切込み３３が規則的な間隔で配置されている場合について説明したが、切込み３３は不規則な間隔で配置されていてもよい。また、本実施の形態では、第１部分３３Ａはセンターピン３０の長手方向に平行であり、第２部分３３Ｂは第１部分３３Ａに垂直である場合について説明したが、図１３に示したように、第１部分３３Ａおよび第２部分３３Ｂがセンターピン３０の長手方向に対して斜めに配置されていてもよい。
【００７２】
更に、本実施の形態では、第２部分３３Ｂが第１部分３３Ａの端部から直角の方向に延びている場合について説明したが、第２部分３３Ｂは、図１４に示したように、第１部分３３Ａの端部から鋭角の方向に延びていてもよい。更に、第２部分３３Ｂが第１部分３３Ａの端部から鋭角の方向に延びており、かつ第１部分３３Ａと第２部分３３Ｂとがセンターピン３０の長手方向に対して斜めに配置されていてもよい。
【００７３】
加えて、切込み３３は、直線状の第１部分３３Ａと、この第１部分３３Ａに対して交差する直線状の第２部分３３Ｂとを有していてもよい。その際、第２部分３３Ｂは、第１部分３３Ａに対して、例えば、図１５に示したような十字形に交差していてもよいし、図１６に示したようなＴ字形に交差していてもよい。また、第１部分３３Ａと第２部分３３Ｂとの交差角度は必ずしも直角でなくてもよく、鋭角あるいは鈍角をなしていてもよい。
【００７４】
更にまた、切込み３３は、必ずしも直線により構成されたものに限られず、例えば図１７に示したように丸く屈曲した形状であってもよい。
【００７５】
加えてまた、センターピン３０において、図１１に示したような切込み３３に加えて、図１８に示したように、切れ目３２に交差する切欠部３４を設けるようにしてもよい。切欠部３４と切れ目３２との交差部分に形成される角により、切込み３３の凸部３３Ｃと同様に、正極２１と負極２２とを更に確実に短絡させることができ、安全性をより高めることができる。
【００７６】
なお、切欠部３４を設ける位置などは特に限定されず、必ずしも図１８に示したように切欠部３４と切込み３３とが切れ目３２を挟んで対向する位置に設けられている必要はない。その場合、切欠部３４は切れ目３２の両側にわたって設けられていてもよい。
【００７７】
切欠部３４と併用される切込み３３の形状は特に限定されず、第２の実施の形態の変形例で説明した他の形状の切込み３３を設けてもよい。例えば図１９に示したように、図１５に示した十字形の切込み３３を設けるようにしてもよい。
【００７８】
切欠部３４の切れ目３２に対する交差角度は、特に限定されず、切れ目３２に対して斜めに交差していてもよい。
【００７９】
更にまた、切込み３３は、必ずしもセンターピン３０を厚さ方向に貫通する孔である必要はなく、図２０に示したように、貫通することなく周囲領域よりも厚さ方向の一部を薄くした薄肉溝であってもよい。切欠部３４についても同様である。
【００８０】
なお、上記第２の実施の形態およびその変形例では、センターピン３０が二つの分割部３１を有する場合を例として図示したが、第２の実施の形態は、図２１に示したように、センターピン３０が三つの分割部３１を有する場合にも適用可能である。この場合も、切れ目３２は必ずしも図２１に示したように同一直線Ｌ上に揃っている必要はなく、例えば図２２に示したように円周方向においてランダムに配置されていてもよい。
【実施例】
【００８１】
更に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。
【００８２】
（実施例１〜３）
第１の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正極活物質層２１Ｂを形成し正極２１を作製した。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２４を取り付けた。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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２５を取り付けた。
【００８６】
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１３．５ｍｍとした。
【００８７】
巻回体２０を作製したのち、分割部３１の材料として上述した寸法のステンレス鋼よりなる薄い帯状の板を用意し、丸めて筒状に成形したのち、両側の端部３１Ａに傾斜部３１Ｂを設けることにより、分割部３１を作製し、この分割部３１を巻回体２０の中心に挿入してセンターピン３０を構成した。その際、センターピン３０を構成する分割部３１の数を、実施例１では二つ、実施例２では三つ、実施例３では四つとした。また、分割部３１を挿入する際には、切れ目３２を同一直線上に揃え、円周方向において一致した位置関係にするようにした。
【００８８】
そののち、巻回体２０を一対の絶縁板１２，１３で挟み、負極リード２５を電池缶１１に溶接すると共に、正極リード２４を安全弁機構１５に溶接して、巻回体２０を内径１４．０ｍｍ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。
【００８９】
電池缶１１の内部に電解液を注入したのち、ガスケット１７を介して電池蓋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。
【００９０】
（実施例４〜６）
第２の実施の形態で説明した二次電池を作製した。すなわち、図９に示したように、センターピン３０に切込み３３を設けたことを除き、他は実施例４は実施例１と同様に、実施例５は実施例２と同様に、実施例６は実施例３と同様にして二次電池を作製した。
【００９１】
（実施例７〜１２）
分割部３１を巻回耐２０の巻回中心に挿入する際に、切れ目３２が円周方向においてランダムな配置となるようにしたことを除き、他は実施例７は実施例１と同様に、実施例８は実施例２と同様に、実施例９は実施例３と同様に、実施例１０は実施例４と同様に、実施例１１は実施例５と同様に、実施例１２は実施例６と同様にして二次電池を作製した。
【００９２】
実施例１〜１２に対する比較例１として、図２３に示したような本体１３１に切れ目１３２のみを有する従来のセンターピンを用いたことを除き、他は実施例１と同様にして二次電池を作製した。
【００９３】
このようにして得られた実施例１〜１２および比較例１の二次電池をそれぞれ５個（電池１〜電池５）作製し、圧壊試験を行って発火や破裂の有無を調べた。また、実施例１，４，７，１０については、ショートスピード（短絡までにかかった時間）も調べた。ショートスピードは、５個の電池の各々について計測し、その平均をとることにより求めた。得られた結果を表１に示す。
【００９４】
【表１】
【００９５】
表１からわかるように、センターピン３０の長手方向に二つ以上の分割部３１を設けた実施例１〜１２によれば破裂が著しく少なくなったのに対して、分割部を設けない比較例１では５個の二次電池のすべてで破裂が生じた。すなわち、センターピン３０の長手方向に二つ以上の分割部３１を設けるようにすれば、電池が押し潰されたり折れたりして短絡が発生した場合にも安全性を向上させることができることが分かった。
【００９６】
また、実施例１，２，４，５，７，８，１０，１１と実施例３，６，９，１２とを比較すると、二つまたは三つの分割部３１を設けた実施例１，２，４，５，７，８，１０，１１では、四つの分割部３１を設けた実施例３，６，９，１２に比べて破裂が更に少なくなった。すなわち、センターピン３０の長手方向に二つまたは三つの分割部３１を設けるようにすれば、安全性を更に向上させることができることが分かった。
【００９７】
更に、実施例１と実施例４との比較、および実施例７と実施例１０との比較から、センターピン３０に切込み３３を設けた実施例４，１０では、切込み３３を設けない実施例１，７に比べて早い段階でショートが起こっていた。すなわち、センターピン３０に切込み３３を設けるようにすれば、より迅速に正極２１と負極２２とを短絡させることができ、更に安全性を向上させることができることが分かった。
【００９８】
加えて、実施例１と実施例７との比較、および実施例４と実施例１０との比較から、切れ目３２を円周方向においてランダムに配置した実施例７，１０では、切れ目３２を円周方向において一致した位置関係とした実施例１，４に比べて早い段階でショートが起こっていた。すなわち、切れ目３２を円周方向においてランダムに配置するようにすれば、切れ目３２の円周方向に分散して配置することができ、外部からの力がどのような方向から加えられても確実に正極２１と負極２２とを短絡させることができ、更に安全性を向上させることができることが分かった。
【００９９】
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、分割部３１は、上記実施の形態および実施例で説明した円筒状のものに限られず、楕円形または多角形など他の断面形状を有していてもよい。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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どのような形状のものでも適用することができる。また、本発明は一次電池への適用も可能である。
【０１０４】
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】
【０１０５】
【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】センターピンの構成の一例を表す斜視図である。
【図５】図４に示したセンターピンの断面図である。
【図６】図４に示したセンターピンの変形例を表す斜視図である。
【図７】図４に示したセンターピンの他の変形例を表す平面図である。
【図８】図７に示したセンターピンの更に他の変形例を表す平面図である。
【図９】図１に示した二次電池が押し潰された場合におけるセンターピンの作用を説明するための図であり、図１のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。
【図１０】本発明の変形例に係る二次電池のセンターピンの構成を表す斜視図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る二次電池のセンターピンの構成を表す平面図である。
【図１２】センターピンの他の構成例を表す平面図である。
【図１３】センターピンの更に他の構成例を表す平面図である。
【図１４】センターピンの更に他の構成例を表す平面図である。
【図１５】センターピンの更に他の構成例を表す平面図である。
【図１６】センターピンの更に他の構成例を表す平面図である。
【図１７】センターピンの更に他の構成例を表す平面図である。
【図１８】センターピンの更に他の構成例を表す平面図である。
【図１９】センターピンの更に他の構成例を表す平面図である。
【図２０】センターピンの更に他の構成例を表す断面図である。
【図２１】センターピンの更に他の構成例を表す平面図である。
【図２２】センターピンの更に他の構成例を表す平面図である。
【図２３】従来のセンターピンの一例を表す斜視図である。
【符号の説明】
【０１０６】
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…正極活物質層、２１Ｃ…正極被覆領域、２１Ｄ…正極露出領域、２２…負極、２２Ａ…負極集電体、２２Ｂ…負極活物質層、２２Ｃ…負極被覆領域、２２Ｄ…負極露出領域、２３…セパレータ、２４…正極リード、２５…負極リード、３０…センターピン、３１…分割部、３１Ａ…端部、３１Ｂ…傾斜部、３１Ｃ…角部、３１Ｄ…薄肉溝、３２…切れ目、３３…切込み、３４…切欠部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯状の正極、セパレータおよび負極を含む渦巻き状の巻回体の中心にセンターピンを備えた電池、およびこの電池に用いられるセンターピンに関する。
【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は様々な形状のものが開発されているが、その一つに、正極と負極とをセパレータを間にして積層して渦巻き状に巻き、その巻回中心に金属よりなるセンターピンを挿入したものがある（例えば、特許文献１参照。）。従来、このセンターピンは、例えば図２３に示したような管状の本体１３１の軸方向に切れ目１３２を有している。電池に外力が加わると、本体１３１が押し潰され、その結果切れ目１３２の縁が外側に開き、その開いた部分がセパレータを貫通して正極と負極との間を短絡させる。これにより、電池反応を阻止して、発電機能を安全に喪失させようとするものである。
【０００４】
従来では、どのような方向から力が加わっても電極間の短絡が生じるように、例えば、センターピンに対して切れ目と平行に複数の溝を設けたり、あるいは切れ目の縁を波形にしたものがある（例えば特許文献２参照）。また、センターピンの表面に螺旋状に凹部を設けたり、センターピンをコイルバネにより構成することにより、広範囲にわたって短絡を発生しやすくすることなども提案されている（例えば、特許文献３および特許文献４参照）。
【特許文献１】特開平４−３３２４８１号公報
【特許文献２】特開平８−２５５６３１号公報
【特許文献３】特許第３１７８５８６号明細書
【特許文献４】特開平８−２７３６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の従来構造のセンターピンを用いた二次電池では、外力により押し潰された場合の切れ目部分での変形が十分ではなく、正極と負極とを確実に短絡させることができないという問題があり、より確実に電極間を短絡させて安全性を確保するための有効な手段が望まれている。
【０００６】
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、外力に押し潰された場合に、より確実に電極間を短絡させることができる、安全性の向上した電池、およびこの電池に用いられるセンターピンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による電池は、帯状の正極集電体の面上に正極活物質層を有する正極と、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、巻回した巻回体と、巻回体の巻回中心に配置され、長手方向に二つ以上の分割部を有する管状のセンターピンとを備えたものである。
【０００８】
本発明によるセンターピンは、巻回構造を有する電池の巻回中心に設けられる管状のものであって、長手方向に二つ以上の分割部を有するものである。
【０００９】
本発明による電池、または本発明によるセンターピンでは、長手方向に二つ以上の分割部を有するので、外部から電池に力がかかった場合には、センターピンが押し潰されて、分割部の端部などが外側に反りかえって突出し、セパレータを貫通することにより正極と負極とが確実に短絡される。
【００１０】
特に、このとき、正極に、正極集電体の巻回中心側の端部に、両面に正極活物質層が存在しない正極露出領域を設ける一方、負極に、負極集電体の巻回中心側の端部に、両面に負極活物質層が存在しない負極露出領域を設ける構成とした場合には、抵抗値の低い正極集電体と負極集電体の露出領域同士が直接に短絡されることとなり、抵抗値の高い正極活物質層を介しての短絡が生ずることがなく、正極活物質層での昇温が抑制される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電池、もしくは本発明のセンターピンによれば、長手方向に二つ以上の分割部を設けたので、外部からの力で押し潰されたり折れたりした場合において正極と負極とを確実に短絡させることができ、安全性が向上する。
【００１２】
特に、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場合には、電池のエネルギー密度が大きく、より高い安全性が求められるので、より高い効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の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。
【００１５】
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を介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。
【００１６】
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３０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２４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２５が接続されている。正極リード２４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２５は電池缶１１に溶接され電気的に接続されている。
【００１７】
図２は図１に示した正極２１の巻回前の断面構成を表すものである。この正極２１は、帯状の正極集電体２１Ａの両面に正極活物質層２１Ｂを設けたものである。具体的には、正極集電体２１Ａの外周面側および内周面側に正極活物質層２１Ｂが存在する正極被覆領域２１Ｃを有している。加えて、この正極２１では、巻回中心側の端部が正極露出領域２１Ｄ、すなわち、正極集電体２１Ａの両面とも正極活物質層２１Ｂが存在せずに露出している領域となっている。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
図３は、負極２２の構成を表したものである。この負極２２は、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。具体的には、負極集電体２２Ａの外周面側および内周面側に負極活物質層２２Ｂが存在する負極被覆領域２２Ｃと、巻回中心側の端部に、負極集電体２２Ａの両面とも負極活物質層２２Ｂが存在せずに露出している負極露出領域２２Ｄとを有している。
【００２３】
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。
【００２４】
負極活物質層２２Ｂは、例えば、負極活物質を含んでおり、必要に応じて導電材および結着剤などの他の材料を含んでいてもよい。負極活物質としては、例えば、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が挙げられる。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ので好ましい。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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
負極活物質としては、また、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を用いてもよい。炭素材料を用いれば優れたサイクル特性を得ることができるので好ましい。また、負極活物質としては、リチウム金属も挙げられる。負極活物質はこれらの１種を単独で用いてもよいが、２種以上を混合して用いてもよい。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
図４は図１に示したセンターピン３０の構成を表すものであり、図５はその断面構成を表すものである。このセンターピン３０は、長手方向に二つ以上の管状の分割部３１を有しており、外部からの力で電池が押し潰されたり折れたりした場合において正極２１と負極２２とを確実に短絡させることができ、安全性を向上させることができるようになっている。
【００３９】
特に、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場合には、電池のエネルギー密度が大きく、より高い安全性が求められるので、より高い効果を得ることができる。
【００４０】
分割部３１は、例えば、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３．０ｍｍの円筒状となっている。分割部３１は互いに完全に切り離されている。各分割部３１の両側の端部３１Ａには、後述する製造工程において上記巻回体２０の中心に挿入しやすくするため傾斜部３１Ｂが設けられている。なお、隣接する分割部３１どうしは接していても離れていてもよく、巻回体２０の内部に納まっていればよい。分割部３１相互間の距離は特に限定されないが、必要以上に広すぎないことが望ましい。
【００４１】
また、分割部３１は、長手方向の一方の端部から他方の端部にかけて切れ目３２を有している。この切れ目３２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分割部３１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３２の幅は、例えば０．５ｍｍである。
【００４２】
分割部３１の材質、厚みは、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、または折れる程度のものとする。具体的には、分割部３１の構成材料として、例えばステンレス鋼が挙げられる。分割部３１の厚みは、例えば０．０５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。０．０５ｍｍ未満では強度が弱くなるおそれがあり、５ｍｍよりも厚いと管状に丸めることが難しくなってしまうからである。
【００４３】
センターピン３０は、このような分割部３１を、例えば図４または図６に示したように二つ、または図７に示したように三つ有していることが好ましい。四つ以上では生産性が低下するおそれがあるからである。
【００４４】
なお、切れ目３２は必ずしも図４または図７に示したように円周方向において一致した位置関係、すなわち同一直線Ｌ上に揃っている必要はない。例えば、切れ目３２は、図６または図８に示したように、円周方向においてランダムに配置されていることが好ましい。切れ目３２が円周方向において分散して配置されているので、外部からの力がどのような方向から加えられても確実に正極２１と負極２２とを短絡させることができるからである。切れ目３２どうしの円周方向におけるずれ量は特に限定されない。
【００４５】
センターピン３０の長さすなわち分割部３１の合計長さは、二次電池の寸法により異なるが、例えば２．５ｃｍ以上８．０ｃｍ以下であることが好ましい。
【００４６】
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。
【００４７】
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正極活物質層２１Ｂを形成し、正極２１を作製する。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
一方、例えばステンレス鋼よりなる薄い帯状の板を２枚用意する。板の寸法は、例えばセンターピン３０を二つの分割部３１により構成する場合には分割部３１の長さが二次電池の高さの約２分の１となるように、三つの分割部３１により構成する場合には約３分の１となるようにする。この板を丸めて筒状に成形することにより、管状の分割部３１を形成し、各分割部３１の両側の端部３１Ａにテーパーをつけて傾斜部３１Ｂを設ける。
【００５１】
そののち、分割部３１を巻回体２０の中心に挿入する。この挿入工程は、センターピン３０を二つの分割部３１により構成する場合には２回繰り返して行い、三つの分割部３１により構成する場合は３回繰り返して行う。その際、切れ目３２を図４または図７に示したように円周方向において一致した位置関係となるようにしてもよいし、あるいは、例えば図６または図８に示したように切れ目３２が円周方向においてランダムに配置されるようにしてもよい。
【００５２】
分割部３１を挿入したのち、巻回体２０を一対の絶縁板１２，１３で挟み、負極リード２５を電池缶１１に溶接すると共に、正極リード２４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を介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、例えば、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、例えば、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。そして、この二次電池では、センターピン３０が長手方向に二つ以上の分割部３１を有しているので、外力が加わると、分割部３１が押し潰され、または折れて、端部３１Ａが外側に反りかえって突出し、セパレータ２３を貫通することにより、正極２１と負極２２とが確実に短絡する。
【００５４】
また、分割部３１に切れ目３２が設けられている場合には、図９に示したように、切れ目３２が外側に開くと共に、切れ目３２と端部３１Ａとが交差する尖った角部３１Ｃが外側に突出する。この切れ目３２または角部３１Ｃがセパレータ２３を貫通することにより、正極２１と負極２２とが更に確実に短絡する。
【００５５】
更に、この二次電池では、正極２１の巻回中心側に両面とも正極活物質層２１Ｂの存在しない正極露出領域２１Ｄが設けられると共に、負極２２の巻回中心側にも両面とも負極活物質層２２Ｂの存在しない負極露出領域２２Ｄが設けられているので、端部３１Ａ，切れ目３２または角部３１Ｃがセパレータ２３を貫通すると比較的抵抗値の低い正極集電体２１Ａと負極集電体２２Ａとの間が直接短絡する。すなわち、本実施の形態では、正極２１の正極露出領域２１Ｄと負極２２の負極露出領域２２Ｄとの間が分割部３１の端部３１Ａ，切れ目３２または角部３１Ｃにより短絡し、抵抗値の高い正極活物質層２１Ｂを介して短絡することがなくなり、正極活物質層２１Ｂでの昇温が抑制される。
【００５６】
このように本実施の形態では、センターピン３０の長手方向に二つ以上の分割部３１を設けたので、外力が加わった場合に、分割部３１の端部３１Ａが外方に突出し、正極２１と負極２２との間を確実に短絡させることができる。また、巻回体２０の特に巻回中心側に、正極２１では、両面とも正極活物質層２１Ｂの存在しない正極露出領域２１Ｄ、また、負極２２では、両面とも負極活物質層２２Ｂの存在しない負極露出領域２２Ｄが設けられているので、端部３１Ａがセパレータ２３を貫通すると比較的抵抗値の低い正極集電体２１Ａと負極集電体２２Ａとの間が直接短絡する。よって、正極活物質層２１Ｂの昇温を抑えつつ、正極２１と負極２２との間を確実に短絡させることができ、安全性が向上する。
【００５７】
特に、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場合には、電池のエネルギー密度が大きく、より高い安全性が求められるので、より高い効果を得ることができる。
【００５８】
（変形例）
図１０は、本発明の変形例に係る二次電池のセンターピン３０の構成を表したものである。この二次電池は、センターピン３０の分割部３１が、周方向に設けられた薄肉溝３１Ｄにより互いに区画されていると共に連続した一体をなしていることを除いては、第１の実施の形態と同様の構成を有している。よって、第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明する。
【００５９】
この二次電池は、センターピン３０を作製するための板に、分割部３１の境界線となる位置に薄肉溝３１Ｄを設けたのち丸めて筒状に成形することを除いては、第１の実施の形態と同様にして製造することができる。
【００６０】
この二次電池では、外部から二次電池に力がかかった場合には、センターピン３０が押し潰されて薄肉溝３１Ｄで折れ曲がり、その折れ目が外側に突出し、セパレータ２３を貫通することにより正極２１と負極２２とが確実に短絡される。
【００６１】
このように本変形例では、センターピン３０の分割部３１が、周方向に設けられた薄肉溝３１Ｄにより互いに区画されていると共に連続した一体をなしているようにしたので、第１の実施の形態と同様に正極２１と負極２２との間を確実に短絡させることができ、安全性を向上させることができる。
【００６２】
（第２の実施の形態）
図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る二次電池のセンターピン３０の構成を表すものである。この二次電池は、センターピン３０に、屈曲した形状の切込み３３を設けたことを除き、他は第１の実施の形態と同様の構成を有している。よって、第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明する。
【００６３】
切込み３３は、直線状の第１部分３３Ａと、この第１部分３３Ａの端部から第１部分３３Ａと異なる方向、例えば直角に延びる直線状の第２部分３３Ｂとを有している。すなわち、切込み３３は所謂Ｌ字形をなし、屈曲した部分に凸部３３Ｃを有している。これにより、この二次電池では、外力で押し潰された場合に、切込み３３が外側に突出し、屈曲した凸部３３Ｃがセパレータ２３を貫通して正極２１と負極２２とをより確実に短絡させることができるようになっている。なお、切込み３３の隅の角は必ずしも直角でなくてもよく、角が丸めてあってもよい。
【００６４】
第１部分３３Ａおよび第２部分３３Ｂの長さ、すなわち延長方向における寸法は、確実に切込み３３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３０の半周分程度とされている。第１部分３３Ａおよび第２部分３３Ｂの幅、すなわち延長方向に直交する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。なお、第１部分３３Ａと第２部分３３Ｂとは必ずしも同じ長さでなくてもよい。
【００６５】
第１部分３３Ａはセンターピン３０の長手方向に平行であり、第２部分３３Ｂは第１部分３３Ａの端部から垂直に延びていることが好ましい。生産性を良くすることができるからである。
【００６６】
このような切込み３３の相互間の距離Ｄは、例えば０．１ｍｍ以上であることが好ましい。生産性を良くすることができるからである。
【００６７】
この二次電池は、センターピン３０となる板に切込み３３を設けたのち丸めて成形することを除いては、第１の実施の形態と同様にして製造することができる。
【００６８】
この二次電池では、外部から二次電池に力がかかった場合には、センターピン３０が押し潰されて、切込み３３が外側に突出する。この切込み３３の凸部３３Ｃがセパレータ２３を貫通することにより正極２１と負極２２とが更に確実に短絡される。
【００６９】
このように本実施の形態では、センターピン３０に切込み３３を設けるようにしたので、外部からの力で押し潰されたり折れたりした場合において正極２１と負極２２とを更に確実に短絡させることができ、安全性が向上する。
【００７０】
（第２の実施の形態の変形例）
なお、図１１では、切れ目３２が同一直線Ｌ上に揃い、円周方向において一致した位置関係にある場合を例として表しているが、切れ目３２は、例えば図１２に示したように円周方向においてランダムに配置されていてもよい。
【００７１】
また、本実施の形態では、切込み３３が規則的な間隔で配置されている場合について説明したが、切込み３３は不規則な間隔で配置されていてもよい。また、本実施の形態では、第１部分３３Ａはセンターピン３０の長手方向に平行であり、第２部分３３Ｂは第１部分３３Ａに垂直である場合について説明したが、図１３に示したように、第１部分３３Ａおよび第２部分３３Ｂがセンターピン３０の長手方向に対して斜めに配置されていてもよい。
【００７２】
更に、本実施の形態では、第２部分３３Ｂが第１部分３３Ａの端部から直角の方向に延びている場合について説明したが、第２部分３３Ｂは、図１４に示したように、第１部分３３Ａの端部から鋭角の方向に延びていてもよい。更に、第２部分３３Ｂが第１部分３３Ａの端部から鋭角の方向に延びており、かつ第１部分３３Ａと第２部分３３Ｂとがセンターピン３０の長手方向に対して斜めに配置されていてもよい。
【００７３】
加えて、切込み３３は、直線状の第１部分３３Ａと、この第１部分３３Ａに対して交差する直線状の第２部分３３Ｂとを有していてもよい。その際、第２部分３３Ｂは、第１部分３３Ａに対して、例えば、図１５に示したような十字形に交差していてもよいし、図１６に示したようなＴ字形に交差していてもよい。また、第１部分３３Ａと第２部分３３Ｂとの交差角度は必ずしも直角でなくてもよく、鋭角あるいは鈍角をなしていてもよい。
【００７４】
更にまた、切込み３３は、必ずしも直線により構成されたものに限られず、例えば図１７に示したように丸く屈曲した形状であってもよい。
【００７５】
加えてまた、センターピン３０において、図１１に示したような切込み３３に加えて、図１８に示したように、切れ目３２に交差する切欠部３４を設けるようにしてもよい。切欠部３４と切れ目３２との交差部分に形成される角により、切込み３３の凸部３３Ｃと同様に、正極２１と負極２２とを更に確実に短絡させることができ、安全性をより高めることができる。
【００７６】
なお、切欠部３４を設ける位置などは特に限定されず、必ずしも図１８に示したように切欠部３４と切込み３３とが切れ目３２を挟んで対向する位置に設けられている必要はない。その場合、切欠部３４は切れ目３２の両側にわたって設けられていてもよい。
【００７７】
切欠部３４と併用される切込み３３の形状は特に限定されず、第２の実施の形態の変形例で説明した他の形状の切込み３３を設けてもよい。例えば図１９に示したように、図１５に示した十字形の切込み３３を設けるようにしてもよい。
【００７８】
切欠部３４の切れ目３２に対する交差角度は、特に限定されず、切れ目３２に対して斜めに交差していてもよい。
【００７９】
更にまた、切込み３３は、必ずしもセンターピン３０を厚さ方向に貫通する孔である必要はなく、図２０に示したように、貫通することなく周囲領域よりも厚さ方向の一部を薄くした薄肉溝であってもよい。切欠部３４についても同様である。
【００８０】
なお、上記第２の実施の形態およびその変形例では、センターピン３０が二つの分割部３１を有する場合を例として図示したが、第２の実施の形態は、図２１に示したように、センターピン３０が三つの分割部３１を有する場合にも適用可能である。この場合も、切れ目３２は必ずしも図２１に示したように同一直線Ｌ上に揃っている必要はなく、例えば図２２に示したように円周方向においてランダムに配置されていてもよい。
【実施例】
【００８１】
更に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。
【００８２】
（実施例１〜３）
第１の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正極活物質層２１Ｂを形成し正極２１を作製した。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２４を取り付けた。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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２５を取り付けた。
【００８６】
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１３．５ｍｍとした。
【００８７】
巻回体２０を作製したのち、分割部３１の材料として上述した寸法のステンレス鋼よりなる薄い帯状の板を用意し、丸めて筒状に成形したのち、両側の端部３１Ａに傾斜部３１Ｂを設けることにより、分割部３１を作製し、この分割部３１を巻回体２０の中心に挿入してセンターピン３０を構成した。その際、センターピン３０を構成する分割部３１の数を、実施例１では二つ、実施例２では三つ、実施例３では四つとした。また、分割部３１を挿入する際には、切れ目３２を同一直線上に揃え、円周方向において一致した位置関係にするようにした。
【００８８】
そののち、巻回体２０を一対の絶縁板１２，１３で挟み、負極リード２５を電池缶１１に溶接すると共に、正極リード２４を安全弁機構１５に溶接して、巻回体２０を内径１４．０ｍｍ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。
【００８９】
電池缶１１の内部に電解液を注入したのち、ガスケット１７を介して電池蓋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。
【００９０】
（実施例４〜６）
第２の実施の形態で説明した二次電池を作製した。すなわち、図９に示したように、センターピン３０に切込み３３を設けたことを除き、他は実施例４は実施例１と同様に、実施例５は実施例２と同様に、実施例６は実施例３と同様にして二次電池を作製した。
【００９１】
（実施例７〜１２）
分割部３１を巻回耐２０の巻回中心に挿入する際に、切れ目３２が円周方向においてランダムな配置となるようにしたことを除き、他は実施例７は実施例１と同様に、実施例８は実施例２と同様に、実施例９は実施例３と同様に、実施例１０は実施例４と同様に、実施例１１は実施例５と同様に、実施例１２は実施例６と同様にして二次電池を作製した。
【００９２】
実施例１〜１２に対する比較例１として、図２３に示したような本体１３１に切れ目１３２のみを有する従来のセンターピンを用いたことを除き、他は実施例１と同様にして二次電池を作製した。
【００９３】
このようにして得られた実施例１〜１２および比較例１の二次電池をそれぞれ５個（電池１〜電池５）作製し、圧壊試験を行って発火や破裂の有無を調べた。また、実施例１，４，７，１０については、ショートスピード（短絡までにかかった時間）も調べた。ショートスピードは、５個の電池の各々について計測し、その平均をとることにより求めた。得られた結果を表１に示す。
【００９４】
【表１】
【００９５】
表１からわかるように、センターピン３０の長手方向に二つ以上の分割部３１を設けた実施例１〜１２によれば破裂が著しく少なくなったのに対して、分割部を設けない比較例１では５個の二次電池のすべてで破裂が生じた。すなわち、センターピン３０の長手方向に二つ以上の分割部３１を設けるようにすれば、電池が押し潰されたり折れたりして短絡が発生した場合にも安全性を向上させることができることが分かった。
【００９６】
また、実施例１，２，４，５，７，８，１０，１１と実施例３，６，９，１２とを比較すると、二つまたは三つの分割部３１を設けた実施例１，２，４，５，７，８，１０，１１では、四つの分割部３１を設けた実施例３，６，９，１２に比べて破裂が更に少なくなった。すなわち、センターピン３０の長手方向に二つまたは三つの分割部３１を設けるようにすれば、安全性を更に向上させることができることが分かった。
【００９７】
更に、実施例１と実施例４との比較、および実施例７と実施例１０との比較から、センターピン３０に切込み３３を設けた実施例４，１０では、切込み３３を設けない実施例１，７に比べて早い段階でショートが起こっていた。すなわち、センターピン３０に切込み３３を設けるようにすれば、より迅速に正極２１と負極２２とを短絡させることができ、更に安全性を向上させることができることが分かった。
【００９８】
加えて、実施例１と実施例７との比較、および実施例４と実施例１０との比較から、切れ目３２を円周方向においてランダムに配置した実施例７，１０では、切れ目３２を円周方向において一致した位置関係とした実施例１，４に比べて早い段階でショートが起こっていた。すなわち、切れ目３２を円周方向においてランダムに配置するようにすれば、切れ目３２の円周方向に分散して配置することができ、外部からの力がどのような方向から加えられても確実に正極２１と負極２２とを短絡させることができ、更に安全性を向上させることができることが分かった。
【００９９】
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、分割部３１は、上記実施の形態および実施例で説明した円筒状のものに限られず、楕円形または多角形など他の断面形状を有していてもよい。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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どのような形状のものでも適用することができる。また、本発明は一次電池への適用も可能である。
【０１０４】
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】
【０１０５】
【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】センターピンの構成の一例を表す斜視図である。
【図５】図４に示したセンターピンの断面図である。
【図６】図４に示したセンターピンの変形例を表す斜視図である。
【図７】図４に示したセンターピンの他の変形例を表す平面図である。
【図８】図７に示したセンターピンの更に他の変形例を表す平面図である。
【図９】図１に示した二次電池が押し潰された場合におけるセンターピンの作用を説明するための図であり、図１のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。
【図１０】本発明の変形例に係る二次電池のセンターピンの構成を表す斜視図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る二次電池のセンターピンの構成を表す平面図である。
【図１２】センターピンの他の構成例を表す平面図である。
【図１３】センターピンの更に他の構成例を表す平面図である。
【図１４】センターピンの更に他の構成例を表す平面図である。
【図１５】センターピンの更に他の構成例を表す平面図である。
【図１６】センターピンの更に他の構成例を表す平面図である。
【図１７】センターピンの更に他の構成例を表す平面図である。
【図１８】センターピンの更に他の構成例を表す平面図である。
【図１９】センターピンの更に他の構成例を表す平面図である。
【図２０】センターピンの更に他の構成例を表す断面図である。
【図２１】センターピンの更に他の構成例を表す平面図である。
【図２２】センターピンの更に他の構成例を表す平面図である。
【図２３】従来のセンターピンの一例を表す斜視図である。
【符号の説明】
【０１０６】
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…正極活物質層、２１Ｃ…正極被覆領域、２１Ｄ…正極露出領域、２２…負極、２２Ａ…負極集電体、２２Ｂ…負極活物質層、２２Ｃ…負極被覆領域、２２Ｄ…負極露出領域、２３…セパレータ、２４…正極リード、２５…負極リード、３０…センターピン、３１…分割部、３１Ａ…端部、３１Ｂ…傾斜部、３１Ｃ…角部、３１Ｄ…薄肉溝、３２…切れ目、３３…切込み、３４…切欠部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の正極集電体の面上に正極活物質層を有する正極と、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、巻回した巻回体と、
前記巻回体の巻回中心に配置され、長手方向に二つ以上の分割部を有する管状のセンターピンと
を備えたことを特徴とする電池。
【請求項２】
前記センターピンは前記分割部を二つ有することを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項３】
前記センターピンは前記分割部を三つ有することを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項４】
前記二つ以上の分割部は、互いに完全に切り離されていることを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項５】
前記センターピンは、屈曲した形状の切込みを有することを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項６】
前記正極は、前記正極集電体の巻回中心側の端部に、両面に前記正極活物質層が存在しない正極露出領域を有し、前記負極は、前記負極集電体の巻回中心側の端部に、両面に前記負極活物質層が存在しない負極露出領域を有することを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項７】
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むことを特徴とする請求項１記載の電池。
【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７記載の電池。
【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７記載の電池。
【請求項１０】
巻回構造を有する電池の巻回中心に設けられる管状のセンターピンであって、
長手方向に二つ以上の分割部を有することを特徴とするセンターピン。
【請求項１１】
前記分割部を二つ有することを特徴とする請求項１０記載のセンターピン。
【請求項１２】
前記分割部を三つ有することを特徴とする請求項１０記載のセンターピン。
【請求項１３】
前記二つ以上の分割部は、互いに完全に切り離されていることを特徴とする請求項１０記載のセンターピン。
【請求項１４】
前記センターピンは、屈曲した形状の切込みを有することを特徴とする請求項１０記載のセンターピン。
【請求項１】
帯状の正極集電体の面上に正極活物質層を有する正極と、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、巻回した巻回体と、
前記巻回体の巻回中心に配置され、長手方向に二つ以上の分割部を有する管状のセンターピンと
を備えたことを特徴とする電池。
【請求項２】
前記センターピンは前記分割部を二つ有することを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項３】
前記センターピンは前記分割部を三つ有することを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項４】
前記二つ以上の分割部は、互いに完全に切り離されていることを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項５】
前記センターピンは、屈曲した形状の切込みを有することを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項６】
前記正極は、前記正極集電体の巻回中心側の端部に、両面に前記正極活物質層が存在しない正極露出領域を有し、前記負極は、前記負極集電体の巻回中心側の端部に、両面に前記負極活物質層が存在しない負極露出領域を有することを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項７】
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むことを特徴とする請求項１記載の電池。
【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７記載の電池。
【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７記載の電池。
【請求項１０】
巻回構造を有する電池の巻回中心に設けられる管状のセンターピンであって、
長手方向に二つ以上の分割部を有することを特徴とするセンターピン。
【請求項１１】
前記分割部を二つ有することを特徴とする請求項１０記載のセンターピン。
【請求項１２】
前記分割部を三つ有することを特徴とする請求項１０記載のセンターピン。
【請求項１３】
前記二つ以上の分割部は、互いに完全に切り離されていることを特徴とする請求項１０記載のセンターピン。
【請求項１４】
前記センターピンは、屈曲した形状の切込みを有することを特徴とする請求項１０記載のセンターピン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２００７−１８８８５９（Ｐ２００７−１８８８５９Ａ）
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１７８０７５（Ｐ２００６−１７８０７５）
【出願日】平成１８年６月２８日（２００６．６．２８）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２８日（２００６．６．２８）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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