電池
【課題】 短絡の発生を防止しつつ、容量を高くすることができる電池を提供する。
【解決手段】
正極２３と負極２４とが、電解質層２５およびセパレータ２６を介して積層されている。電解質層２５は、電解液を高分子化合物に保持させたいわゆるゲル状となっている。正極２３には正極リード２１が取り付けられており、正極リード２１の取り付け部分は絶縁被覆材２７で覆われ、正極２３から突出した領域は樹脂被覆材２８で覆われている。これらの絶縁被覆材２７と樹脂被覆材２８とは一部において重なり合い、この重なり合う部分は絶縁被覆材２７が延長されることにより正極２３から突出した領域に設けられている。
【解決手段】
正極２３と負極２４とが、電解質層２５およびセパレータ２６を介して積層されている。電解質層２５は、電解液を高分子化合物に保持させたいわゆるゲル状となっている。正極２３には正極リード２１が取り付けられており、正極リード２１の取り付け部分は絶縁被覆材２７で覆われ、正極２３から突出した領域は樹脂被覆材２８で覆われている。これらの絶縁被覆材２７と樹脂被覆材２８とは一部において重なり合い、この重なり合う部分は絶縁被覆材２７が延長されることにより正極２３から突出した領域に設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極と負極とを電解質を介して積層し巻回した電極巻回体をフィルム状の外装部材の内部に備えた電池に関し、特に電極に被覆材を備えた電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラ一体型ＶＴＲ、携帯電話、携帯用コンピューター等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、電池、特に二次電池、なかでも非水電解質を用いた二次電池（例えばリチウムイオン電池）について、薄型化あるいは折り曲げ可能化などの設計自由度の向上を図る研究が活発に進められている。
【０００３】
形状設計が自在な電池としては、例えば高分子化合物に電解質塩、例えばリチウム塩を溶かし込んだ完全固体電解質、あるいは高分子化合物に電解液を保持させた半固体電解質（ゲル状電解質）用いたものが提案され注目を浴びている。
【０００４】
このような固体電解質あるいは半固体電解質を用いた電池では、電解液の液漏れの問題が無くなり、外装部材にハードセルを用いることが不要となるので、一層の小型軽量化、薄型化を実現することが可能になり、例えば外装部材にプラスチックフィルムあるいはプラスチックフィルムと金属とを張り合わせたいわゆるラミネートフィルムを用いることが種々検討されている。
【０００５】
図７は従来のラミネートフィルムを外装部材として用いた二次電池の構成を表すものである。この二次電池は、例えば正極リード１２１および負極リード１２２が取り付けられた電極巻回体１２０を外装部材１１０の内部に収納し、正極リード１２１および負極リード１２２を外装部材１１０の内部から外部に向かい導出したものである。この二次電池では、正極リード１２１および負極リード１２２が折り曲げなどによりラミネートフィルムの端面に露出した金属層と接触して短絡が生じ、外部ショートを引き起こす危険性があり、信頼性に欠けていた。
【０００６】
そこで、例えば図８に示したように、正極リード１２１および負極リード１２２と外装部材１１０との間に樹脂被覆材１２８を介在させ、絶縁性を確保すると共に、正極リード１２１および負極リード１２２と外装部材１１０との密着性を向上させる方法がとられている（例えば、特許文献１〜４参照）。また、この樹脂被覆材１２８は、外部圧力印加による正極リード１２１あるいは負極リード１２２と対極との接触による短絡を防止するために、例えば図９に示したように、正極１２３あるいは負極１２４に対する取り付け部分にも重なるように設けられていた。なお、図９は、図８に示した電極巻回体１２０のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面構造を表したものであり、電解質層は省略している。
【０００７】
ところで、このような固体電解質あるいは半固体電解質を用いた電池では、電解液を用いる場合に比べて電極と電解質との接触性が悪いので、例えば電極巻回体１２０に圧力を加えてその接触性を向上させることもある。この場合、正極リード１２１の取り付け部分あるいは負極リード１２２の取り付け部分に段差が生じてしまうので、加圧時にこの段差によりセパレータ１２６が破損し、短絡が生じてしまうことがあるという問題があった。そこで、この段差部分に絶縁被覆材を設けることが提案されている（例えば、特許文献５参照）。
【特許文献１】特開昭５６−７１２７８号公報
【特許文献２】特開平３−６２４４７号公報
【特許文献３】特開平９−２８８９９８号公報
【特許文献４】特開２０００−１３３２１８号公報
【特許文献５】特開２００１−２６６９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来は、樹脂被覆材１２８を正極リード１２１あるいは負極リード１２２の取り付け部分まで延長して設け、それに重ねるように絶縁被覆材を設けるようにしていたので、取り付け部分の厚みが厚くなり、電池の単位体積当たりの容量が低下してしまうという問題があった。
【０００９】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その目的は、短絡の発生を防止しつつ、容量を高くすることができる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】
本発明の電池は、正極と負極とを電解質を介して積層し巻回した電極巻回体をフィルム状の外装部材の内部に備えたものであって、正極には正極リードが取り付けられると共に、負極には負極リードが取り付けられ、正極リードおよび負極リードは、それぞれ、各電極に対する取り付け領域と、各電極から突出した突出領域とを有し、この２つの突出領域はそれぞれ外装部材の外部に引き出され、それぞれ外装部材と接触する部分は樹脂被覆材で覆われており、２つの取り付け領域のうち、取り付けられた電極の対極と対向する領域は、絶縁被覆材で覆われており、この絶縁被覆材と樹脂被覆材とは一部において重なり合い、この重なり合う部分は絶縁被覆材が延長されることにより突出領域に設けられたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電池によれば、絶縁被覆材と樹脂被覆材との重なり合う部分を、絶縁被覆材を延長することにより突出領域に設けるようにしたので、外部から圧力が加わっても、正極リードまたは負極リードが負極または正極と接触して短絡することを防止することができる。また、取り付け領域における絶縁被覆材と樹脂被覆材との重なりをなくすことができ、電池の単位体積当たりの容量を向上させることができる。
【００１２】
特に、樹脂被覆材と絶縁被覆材との重なり量を、０．２ｍｍ以上とすればより高い効果を得ることができる。
【００１３】
更に、正極活物質層の巻回方向における端部と、負極活物質層の巻回方向における端部に対向する正極の端部対向領域とを、絶縁被覆材で覆うようにすれば、これらの端部とこれらの端部に対向する領域との接触を防止することができ、短絡を防止することができる。
【００１４】
加えて、正極あるいは負極の巻回方向において対極と対向する端部と、この端部に対向する対極の領域とのうちの少なくとも一方を絶縁被覆材で覆うようにすれば、これらの領域の接触を防止することができ、短絡を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
図１は本発明の実施の形態に係る二次電池の構成を表すものである。この二次電池は、例えば、フィルム状の外装部材１０の内部に、電極巻回体２０が収納された構成を有している。外装部材１０は、例えば、ナイロンフィルム，アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に貼り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルムにより構成されている。外装部材１０は、例えば、各外縁部が融着あるいは接着剤により互いに密着されている。
【００１７】
電極巻回体２０には、正極リード２１および負極リード２２が取り付けられている。正極リード２１および負極リード２２は、それぞれ例えば短冊状であり、外装部材１０の内部から外部に向かい例えば同一方向にそれぞれ導出されている。正極リード２１は、例えばアルミニウム（Ａｌ），チタンあるいはこれらの合金などの金属材料により構成されており、負極リード２２は、例えば銅，ニッケル（Ｎｉ）あるいはこれらの合金などの金属材料により構成されている。
【００１８】
図２は、図１に示した電極巻回体２０のＩ−Ｉ線に沿った断面構造を表すものである。電極巻回体２０は、正極２３と負極２４とを電解質層２５およびセパレータ２６を介して積層し巻回したものであり、最外周部は図示しない保護テープにより保護されている。
【００１９】
正極２３は、例えば、対向する一対の面を有する正極集電体２３Ａと、この正極集電体２３Ａの両面あるいは片面に設けられた正極活物質層２３Ｂとを有している。正極集電体２３Ａには、例えば巻回中心側および巻回外周側に正極活物質層２３Ｂが設けられず露出している露出領域が形成されている。正極集電体２３Ａにおける巻回中心側の端部２３Ｃは、例えばセパレータ２６を介して対極と対向しており、一方、巻回外周側の端部２３Ｄは、例えば同一極と対向している。
【００２０】
正極集電体２３Ａは、例えば、導電性がよく、軽量かつ安価で、加工性のよいアルミニウム箔などの金属箔により構成されている。正極活物質層２３Ｂは、例えば、正極活物質としてリチウムを吸蔵および離脱することが可能な正極材料（以下、リチウムを吸蔵・離脱可能な正極材料という。）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剤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・離脱可能な正極材料としては、例えば、リチウムと遷移金属とを含むリチウム複合酸化物あるいはリチウムリン酸化合物が好ましい。これらは高電圧を発生可能であると共に、高密度であるため、高容量化を図ることができるからである。
【００２１】
負極２４は、例えば、対向する一対の面を有する負極集電体２４Ａと、この負極集電体２４Ａの両面あるいは片面に設けられた負極活物質層２４Ｂとを有している。負極集電体２４Ａには、正極２３と同様に、例えば巻回中心側および巻回外周側に負極活物質層２４Ｂが設けられず露出している露出領域が形成されている。負極集電体２４Ａにおける巻回中心側の端部２４Ｃは、例えばセパレータ２６を介して同一極と対向しており、一方、巻回外周側の端部２４Ｄは、セパレータ２６を介して対極と対向している。
【００２２】
負極集電体２４Ａは、例えば、導電性がよく、軽量かつ安価で、加工性のよい銅箔などの金属箔により構成されている。負極活物質層２４Ｂは、例えば、負極活物質としてリチウムを吸蔵および離脱することが可能な負極材料（以下、リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料という。）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。
【００２３】
リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料としては、黒鉛，難黒鉛化性炭素あるいは易黒鉛化炭素などの炭素材料が挙げられる。また、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の単体，合金または化合物も挙げられる。
【００２４】
電解質層２５は、正極活物質層２３Ｂおよび負極活物質層２４Ｂの表面に形成されており、電解質塩と、この電解質塩を溶解する溶媒と、これら電解質塩および溶媒を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となっている。
【００２５】
電解質塩としては、例えば、ＬｉＣｌＯ4 ，ＬｉＰＦ6 ，ＬｉＢＦ4 ，ＬｉＮ（ＳＯ2 ＣＦ3 ）2 ，ＬｉＮ（ＳＯ2 Ｃ2 Ｆ5 ）2 ，あるいはＬｉＡｓＦ6 などのリチウム塩が挙げられる。溶媒としては、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネートなどの非水溶媒が挙げられる。高分子化合物は、溶媒を吸収してゲル化するものであればよく、例えば、ポリフッ化ビニリデンあるいはビニリデンフルオロ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が挙げられる。
【００２６】
セパレータ２６は、電気的に安定であると共に、正極活物質，負極活物質あるいは溶媒に対して化学的に安定であり、かつ電気伝導性を有していなければどのようなものを用いてもよく、例えば、微多孔性のポリプロピレンが挙げられる。
【００２７】
図３は、図２に示した電極巻回体２０における電解質層２５が形成された正極２３の巻回前の構成を表すものである。正極２３は、例えば、正極活物質層２３Ｂの巻回中心側における端部２３Ｅ、および巻回外周側における端部２３Ｆが、電解質層２５から露出されており、セパレータ２６を介して対極と対向している。これらの端部２３Ｅ，２３Ｆは、絶縁被覆材２７で覆われていることが好ましい。セパレータ２６が破損し、対極と短絡してしまうのを防止することができるからである。
【００２８】
正極２３は、また、例えば負極集電体２４Ａの外周側の端部２４Ｄと対向する端部対向領域２３Ｇ、負極活物質層２４Ｂの巻回中心側の端部２４Ｅと対向する端部対向領域２３Ｈ、および負極活物質層２４Ｂの巻回外周側の端部２４Ｆと対向する端部対向領域２３Ｉを有している（図２参照）。これら端部対向領域２３Ｇ，２３Ｈ，２３Ｉも、絶縁被覆材２７で覆われていることが好ましい。これらとの接触による短絡を防止することができるからである。なお、端部対向領域２３Ｇ，２３Ｉは、端部２３Ｆと共に同一の絶縁被覆材２７により連続して覆われており、端部対向領域２３Ｈは、端部２３Ｅと共に同一の絶縁被覆材２７により連続して覆われている。
【００２９】
正極２３は、例えば正極集電体２３Ａの外周側の端部２３Ｄと対向する領域を有しているが、この対向する領域は、絶縁被覆材２７で覆われていてもよいし、覆われていなくてもよい。これらの接触により短絡が生じても、電池の起電容量には、ほとんど影響がないからである。
【００３０】
絶縁被覆材２７としては、例えば、ポリプロピレン，ポリエチレン，ポリイミドあるいはポリエチレンテレフタラートが挙げられる。また、絶縁被覆材２７の厚みは、例えば１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。薄いと機械的強度が低下してしまい、厚いとエネルギー密度が低下してしまうからである。更に、絶縁被覆材２７の突刺荷重は、例えば５．６８Ｎ／ｃｍ2 以上であることが好ましい。低いと外部からの圧力が印加された際に破損してしまうからである。なお、突刺荷重は、例えばニードル貫通測定装置（KES-G5ハンディー圧縮試験機：カトーテック株式会社製）の測定端子を用い、絶縁被覆材２７に一定速度で荷重を加えて破膜した際のピーク荷重により測定することができる。
【００３１】
正極集電体２３Ａの巻回中心側の露出領域には、正極リード２１が取り付けられている。正極リード２１は、正極２３おける取り付け領域２１Ａと、正極２３から突出した突出領域２１Ｂとを有している。取り付け領域２１Ａは、例えばセパレータ２６を介して負極２４と対向しており、絶縁被覆材２７で覆われている。取り付け領域２１Ａに形成された段差部分が、負極２４と短絡してしまうことを防止するためである。なお、取り付け領域２１Ａは、端部２３Ｅと共に同一の絶縁被覆材２７により連続して覆われている。
【００３２】
突出領域２１Ｂには、その外装部材１０と接触し、取り付け領域２１Ａと重なり合わない範囲において、樹脂被覆材２８が設けられている。絶縁性を確保すると共に、正極リード２１と外装部材１０との密着性を向上させるためである。
【００３３】
樹脂被覆材２８としては、例えば、ラミネートフィルムの電極巻回体２０と対向する側の層と同様のものを用いることができ、例えば、耐湿グレードのポリエチレン，ポリプロピレン、またはアクリル酸変性を施したポリエチレン，ポリプロピレン、またはマレイン酸変性を施したポリオレフィン樹脂などが挙げられる。これらの樹脂被覆材２８を接着する方法としては、例えば熱圧着，熱融着あるいはインサート成型が挙げられる。
【００３４】
樹脂被覆材２８の厚みは、例えば１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、特に５μｍ以上５０μｍ以下であることが望ましい。薄いと機械的強度が低下してしまい、厚いと接着部分の透湿性が高くなるからである。
【００３５】
図４は、図３に示した正極２３のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構造を表すものである。取り付け領域２１Ａを覆う絶縁被覆材２７は、例えば取り付け領域２１Ａから突出領域２１Ｂに向かって延長されており、突出領域２１Ｂにおいて樹脂被覆材２８と重なり合っている。図５に図１に示した電極巻回体２０のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面構造を示す。このように重なり部分を突出領域２１Ｂに設けることにより、外部から正極リード２１に圧力が加わっても、負極２４との接触による短絡の発生を防止することができると共に、取り付け部分の厚みを薄くすることができるので電池の単位体積当たりの容量を高くすることができるからである。なお、図５において電解質層２５は省略している。
【００３６】
絶縁被覆材２７と樹脂被覆材２８との重なり量は、例えば０．２ｍｍ以上であることが好ましい。重なり量が少ないと、外部からの圧力により短絡が生じてしまう場合があるからである。
【００３７】
図６は、図２に示した電極巻回体２０における電解質層２５が形成された負極２４の巻回前の構成を表すものである。負極２４は、例えば正極集電体２３Ａの内周側の端部２３Ｃと対向する端部対向領域２４Ｇを有している。この端部対向領域２４Ｇは、絶縁被覆材２７で覆われていることが好ましい。これらが接触して短絡が生じてしまうのを防止することができるからである。
【００３８】
負極２４は、また、負極集電体２４Ａの内周側の端部２４Ｃと対向する領域を有しているが、この対向する領域は、絶縁被覆材２７で覆われていてもよいが、覆われていなくてもよい。これらの接触により短絡が生じても、電池の起電容量には、ほとんど影響がないからである。
【００３９】
負極集電体２４Ａの巻回中心側の露出領域には、負極リード２２が取り付けられている。負極リード２２は、負極２４における取り付け領域２２Ａと、負極２４から突出した突出領域２２Ｂとを有しており、取り付け領域２２Ａは、例えばセパレータ２６を介して負極２４と対向している。取り付け領域２２Ａは、絶縁被覆材２７で覆われていてもよいが、覆われていなくてもよい。取り付け領域２２Ａに形成された段差部分は、負極２２と対向しており、これらが接触して短絡が生じても、電池の起電容量には、ほとんど影響がないからである。突出領域２２Ｂには、正極リード２１と同様に、その外装部材１０と接触し、取り付け領域２２Ａと重なり合わない範囲において、樹脂被覆材２８が設けられている。絶縁性を確保すると共に、負極リード２２と外装部材１０との密着性を向上させるためである。
【００４０】
このような構成を有する二次電池は、例えば次のようにして製造することができる。
【００４１】
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、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどの溶剤に分散させて正極合剤スラリーとする。次いで、正極合剤スラリーを正極集電体２３Ａの両面あるいは片面に塗布し乾燥させ、圧縮成型して正極活物質層２３Ｂを形成し、正極２３を作製する。続いて、例えば、正極リード２１の突出領域２１Ｂに樹脂被覆材２８を接着したのち、正極リード２１の取り付け領域２１Ａを例えば超音波溶接あるいはスポット溶接により正極集電体２３Ａに接合する。そののち、溶媒と、電解質塩と、高分子化合物とを溶剤を用いて混合し、この混合溶液を正極活物質層２３Ｂの上、すなわち正極２３の両面あるいは片面に塗布し、溶剤を揮発させて、電解質層２５を形成する。
【００４２】
また、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、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどの溶剤に分散させて負極合剤スラリーとする。次いで、負極合剤スラリーを負極集電体２４Ａの例えば両面あるいは片面に塗布し乾燥させ、圧縮成型して負極活物質層２４Ｂを形成し、負極２４を作製する。続いて、例えば、負極リード２２の突出領域２２Ｂに樹脂被覆材２８を接着したのち取り付け領域２２Ａを例えば超音波溶接あるいはスポット溶接により負極集電体２４Ａに接合すると共に、負極活物質層２４Ｂの上、すなわち負極２４の両面あるいは片面に、正極２３と同様にして電解質層２５を形成する。
【００４３】
続いて、正極活物質層２３Ｂの端部２３Ｅ、負極活物質層２４Ｂの端部２４Ｅに対向する端部対向領域２３Ｈ、および正極リード２１の取り付け領域２１Ａを覆うように絶縁被覆材２７を接着する。その際、絶縁被覆材２７の一部が正極リード２１の突出領域２１Ｂに接着した樹脂被覆材２８の一部に重なるようにする。また、正極活物質層２３Ｂの端部２３Ｆ、負極２４の端部２４Ｄに対向する端部対向領域２３Ｇ、および負極活物質層２４Ｂの端部２４Ｆに対向する端部対向領域２３Ｉを覆うように絶縁被覆材２７を接着する。更に、正極２３の端部２３Ｃに対向する端部対向領域２４Ｇにそれぞれ絶縁被覆材２７を接着する。
【００４４】
そののち、例えば、電解質層２５を形成した負極２４、セパレータ２６、電解質層２５を形成した正極２３、およびセパレータ２６をこの順に積層し巻回して最外周部に図示しない保護テープを接着して電極巻回体２０を形成する。このとき、押圧して偏平な形状に加工することが好ましい。電解質層２５と正極２３あるいは負極２４との電気的な接触状態を確実にすることができるからである。
【００４５】
電極巻回体２０を形成したのち、外装部材１０の間に電極巻回体２０を挟み込み、外装部材１０の外縁部同士を熱融着などにより密着させて封入する。これにより、図１に示した二次電池が完成する。
【００４６】
このように本実施の形態の二次電池によれば、絶縁被覆材２７と樹脂被覆材２８との重なり合う部分を、絶縁被覆材２７を延長することにより突出領域２１Ｂに設けるようにしたので、外部から圧力が加わっても、正極リード２１が負極２４と接触して短絡することを防止することができる。また、取り付け領域２１Ｂにおける絶縁被覆材２７と樹脂被覆材２８との重なりをなくすことができ、電池の単位体積当たりの容量を向上させることができる。
【００４７】
特に、樹脂被覆材２７と絶縁被覆材２８との重なり量を、０．２ｍｍ以上とすればより高い効果を得ることができる。
【００４８】
更に、正極活物質層２３Ｂの巻回方向における端部２３Ｅ，２３Ｆと、負極活物質層２４Ｂの巻回方向における端部２４Ｅ，２４Ｆに対向する正極２３の端部対向領域２３Ｈ，２３Ｉとを、絶縁被覆材２７で覆うようにすれば、これらの端部２３Ｅ，２３Ｆ，２４Ｅ，２４Ｆとこれらの端部に対向する領域との接触を防止することができ、短絡を防止することができる。
【００４９】
加えて、正極２３および負極２４の巻回方向における端部２３Ｃ，２４Ｄと対向する対極の端部対向領域２４Ｇ，２３Ｇを絶縁被覆材２７で覆うようにすれば、これらの領域の接触を防止することができ、短絡を防止することができる。
【００５０】
なお、上記実施の形態では、端部対向領域２４Ｇ，２３Ｇを絶縁被覆材２７で覆うようにしたが、端部対向領域２４Ｇ，２３Ｇに代えて正極２３および負極２４の巻回方向における端部２３Ｃ，２４Ｄ、すなわち対極と対向する端部を絶縁被覆材２７で覆うようにしてもよく、それらを共に絶縁被覆材２７で覆うようにしてもよい。
【実施例】
【００５１】
更に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。
【００５２】
（実施例１−１〜１−３）
実施の形態において説明した二次電池を作製した。その際、絶縁被覆材２７は図２に示した箇所を覆うようにし、電池の高さを５０ｍｍ、幅を３４ｍｍ、厚みを３．８ｍｍとした。
【００５３】
また、樹脂被覆材２８には厚み５０μｍ、突刺荷重５．６８Ｎ／ｃｍ2 のポリオレフィン樹脂を用い、正極リード２１については、樹脂被覆材２８と正極集電体２３Ａとの間が１．５ｍｍ離れるようにし、負極リード２２については、樹脂被覆材２８と負極集電体２４Ａとの間が０．５ｍｍ離れるようにした。絶縁被覆材２７には厚み３０μｍ、突刺荷重１３．９Ｎ／ｃｍ2 のポリエチレンテレフタラートを用い、正極リード２１の突出領域２１Ｂにおける樹脂被覆材２８と絶縁被覆材２７との重なり量を、実施例１−１では１．５ｍｍ、実施例１−２では０．２ｍｍ、実施例１−３では０．１ｍｍとした。
【００５４】
実施例１−１〜１−３に対する比較例１−１として、正極リードにおける樹脂被覆材と正極集電体との間を１ｍｍ離し、樹脂被覆材と絶縁被覆材との重なり量を０ｍｍとしたことを除き、他は実施例１−１〜１−３と同様にして二次電池を作製した。また、比較例１−２として、樹脂被覆材を正極リードの取り付け領域まで延長して設け、樹脂被覆材と絶縁被覆材が取り付け領域において１０ｍｍ重なるようにしたことを除き、他は実施例１−１〜１−３と同様にして二次電池を作製した。
【００５５】
実施例１−１〜１−３および比較例１−１，１−２についてそれぞれ１００個の二次電池を作製し、短絡発生率を求めた。また、実施例１−１および比較例１−２の二次電池について初回容量を求めた。結果を表１に示す。
【００５６】
【表１】
【００５７】
短絡発生率は、０．２Ｃの電流値で電池電圧を４．２Ｖに設定し、１０時間定電流定電圧充電したのち、１．５ｍの高さから正極リード２１および負極リード２２の突出側を下にしてコンクリート床に１５回落下させ、その前後の電池電圧変化を測定することにより求めた。
【００５８】
また、初回容量は、０．２Ｃの電流値で電池電圧を４．２Ｖに設定し、１０時間定電流定電圧充電したのち、０．５Ｃの電流値で電池電圧が３．０Ｖになるまで定電流放電を行い、このときの放電容量から求めた。なお、０．２Ｃは理論容量を５時間で放電しきる電流値であり、０．５Ｃは理論容量を２時間で放電しきる電流値である。
【００５９】
表１から分かるように、突出領域２１Ｂで絶縁被覆材２７と樹脂被覆材２８とを重ねるようにした実施例１−１〜１−３によれば、これらが重ならない比較例１−１よりも短絡発生率が低かった。また、取り付け領域２１Ａで重なるようにした比較例１−２よりも初回容量が高かった。更に、重なり量を０．２ｍｍ以上とした実施例１−１，１−２によれば、０．２ｍｍ未満である実施例１−３よりも短絡発生率が低かった。
【００６０】
すなわち、絶縁被覆材２７と樹脂被覆材２８とをその一部において重なり合うようにし、この重なり合う部分を絶縁被覆材２７が延長されることにより突出領域２１Ｂに設けるようにすれば、容量を高くしつつ、短絡の発生を防止することができることが分かった。また、その重なり量を０．２ｍｍ以上とすれば、より効果的であることも分かった。
【００６１】
（実施例２−１）
絶縁被覆材２７として厚み２２μｍ、突刺荷重が８．３３Ｎ／ｃｍ2 のポリエチレンテレフタラートを用いたことを除き、他は実施例１−１と同様にして二次電池を作製した。実施例２−１では、突出領域２１Ｂと負極２４との接触を防止するのは、絶縁被覆材２７であり、その突刺荷重は８．３３Ｎ／ｃｍ2 である。
【００６２】
実施例２−１に対する比較例２−１として、絶縁被覆材に厚み３０μｍ、突刺荷重１３．９Ｎ／ｃｍ2 のポリエチレンテレフタラートを用い、樹脂被覆材に厚み７０μｍ、突刺荷重７．９４Ｎ／ｃｍ2 のポリオレフィン樹脂を用いたことを除き、他は比較例１−２と同様にして二次電池を作製した。比較例２−２として、絶縁被覆材に厚み３０μｍ、突刺荷重１３．９Ｎ／ｃｍ2 のポリエチレンテレフタラートを用い、樹脂被覆材に厚み３０μｍ、突刺荷重３．３３Ｎ／ｃｍ2 のポリオレフィン樹脂を用いたことを除き、他は比較例１−２と同様にして二次電池を作製した。
【００６３】
すなわち、比較例２−１，２−２は、樹脂被覆材を正極リードの取り付け領域まで延長して設け、樹脂被覆材と絶縁被覆材が取り付け領域において１０ｍｍ重なるようにしたものである。比較例２−１，２−２では、突出領域と負極との接触を防止するのは樹脂被覆材であり、その突出荷重は比較例２−１が７．９４Ｎ／ｃｍ2 、比較例２−２が３．３３Ｎ／ｃｍ2 である。
【００６４】
実施例１−１，２−１および比較例１−２，２−１，２−２についてそれぞれ１００個の二次電池を作製し、短絡発生率を求めた。また、比較例２−１，２−２の二次電池について実施例１−１および比較例１−２と同様にして初回容量を求めた。それらの結果を表２に示す。
【００６５】
【表２】
【００６６】
なお、短絡発生率は、表１に示した短絡発生率を調べた時と同様にして充電を行い、２ｍの高さから正極リード２１および負極リード２２の突出側を下にしてコンクリート床に３０回落下させ、その前後の電池電圧変化を測定することにより求めた。
【００６７】
表２から分かるように、突出領域２１Ｂで絶縁被覆材２７と樹脂被覆材２８とを重ねるようにした実施例２−１によれば、実施例１−１よりも絶縁被覆材２７の厚みを薄くしても短絡の発生がなかった。これに対して、取り付け領域で絶縁被覆材と樹脂被覆材とを重ねるようにした比較例２−１，２−２によれば、樹脂被覆材の厚みを薄くすると短絡が発生し、厚くすると容量が低下してしまった。
【００６８】
すなわち、絶縁被覆材２７と樹脂被覆材２８との重なりを突出領域２１Ｂに設けるようにすれば、短絡の発生を防止しつつ、より容量を向上させることができることがわかった。また、突出領域２１Ｂと負極２４との接触を防止する部分における絶縁被覆材２７の突刺荷重は５．６８Ｎ／ｃｍ2 以上とすることが好ましいことも分かった。
【００６９】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、電解質として、電解液を高分子化合物に保持させたゲル状の電解質を用いる場合について説明したが、ゲル状の電解質に代えて、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。
【００７０】
なお、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。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。
【００７１】
また、上記実施の形態および実施例では、正極２３における巻回中心側の端部２３Ｃおよび負極２４における巻回外周側の端部２４Ｄが、対極と対向する場合について説明したが、これらのうちの一方のみが対極と対向していてもよいし、正極２３における巻回外周側の端部２３Ｄあるいは負極２２における巻回中心側の端部２４Ｃが対極と対向するようにしてもよい。
【００７２】
更に、上記実施の形態および実施例では、正極２３、負極２４あるいは電解質層２５などの各構成要素を構成する材料について一例を挙げて説明したが、他の材料を用いるようにしてもよい。加えて、本発明は二次電池に限らず、一次電池についても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る二次電池を分解して表す斜視図である。
【図２】図１に示した電極巻回体のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図３】図１に示した正極の巻回前の斜視図である。
【図４】図３に示した正極のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図５】図１に示した電極巻回体のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図６】図１に示した負極の巻回前の斜視図である。
【図７】従来の二次電池を分解して表す斜視図である。
【図８】従来の他の二次電池を分解して表す斜視図である。
【図９】図８に示した電極巻回体のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０…外装部材、２０…電極巻回体、２１…正極リード、２１Ａ…取り付け領域、２１Ｂ…突出領域、２２…負極リード、２２Ａ…取り付け領域、２２Ｂ…突出領域、２３…正極、２３Ａ…正極集電体、２３Ｂ…正極活物質層、２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅ，２３Ｆ…端部、２３Ｇ，２３Ｈ，２３Ｉ…端部対向領域、２４…負極，２４Ａ…負極集電体，２４Ｂ…負極活物質層，２４Ｃ，２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆ…端部、２４Ｇ…端部対向領域、２５…電解質層，２６…セパレータ，２７…絶縁被覆材，２８…樹脂被覆材。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極と負極とを電解質を介して積層し巻回した電極巻回体をフィルム状の外装部材の内部に備えた電池に関し、特に電極に被覆材を備えた電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラ一体型ＶＴＲ、携帯電話、携帯用コンピューター等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、電池、特に二次電池、なかでも非水電解質を用いた二次電池（例えばリチウムイオン電池）について、薄型化あるいは折り曲げ可能化などの設計自由度の向上を図る研究が活発に進められている。
【０００３】
形状設計が自在な電池としては、例えば高分子化合物に電解質塩、例えばリチウム塩を溶かし込んだ完全固体電解質、あるいは高分子化合物に電解液を保持させた半固体電解質（ゲル状電解質）用いたものが提案され注目を浴びている。
【０００４】
このような固体電解質あるいは半固体電解質を用いた電池では、電解液の液漏れの問題が無くなり、外装部材にハードセルを用いることが不要となるので、一層の小型軽量化、薄型化を実現することが可能になり、例えば外装部材にプラスチックフィルムあるいはプラスチックフィルムと金属とを張り合わせたいわゆるラミネートフィルムを用いることが種々検討されている。
【０００５】
図７は従来のラミネートフィルムを外装部材として用いた二次電池の構成を表すものである。この二次電池は、例えば正極リード１２１および負極リード１２２が取り付けられた電極巻回体１２０を外装部材１１０の内部に収納し、正極リード１２１および負極リード１２２を外装部材１１０の内部から外部に向かい導出したものである。この二次電池では、正極リード１２１および負極リード１２２が折り曲げなどによりラミネートフィルムの端面に露出した金属層と接触して短絡が生じ、外部ショートを引き起こす危険性があり、信頼性に欠けていた。
【０００６】
そこで、例えば図８に示したように、正極リード１２１および負極リード１２２と外装部材１１０との間に樹脂被覆材１２８を介在させ、絶縁性を確保すると共に、正極リード１２１および負極リード１２２と外装部材１１０との密着性を向上させる方法がとられている（例えば、特許文献１〜４参照）。また、この樹脂被覆材１２８は、外部圧力印加による正極リード１２１あるいは負極リード１２２と対極との接触による短絡を防止するために、例えば図９に示したように、正極１２３あるいは負極１２４に対する取り付け部分にも重なるように設けられていた。なお、図９は、図８に示した電極巻回体１２０のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面構造を表したものであり、電解質層は省略している。
【０００７】
ところで、このような固体電解質あるいは半固体電解質を用いた電池では、電解液を用いる場合に比べて電極と電解質との接触性が悪いので、例えば電極巻回体１２０に圧力を加えてその接触性を向上させることもある。この場合、正極リード１２１の取り付け部分あるいは負極リード１２２の取り付け部分に段差が生じてしまうので、加圧時にこの段差によりセパレータ１２６が破損し、短絡が生じてしまうことがあるという問題があった。そこで、この段差部分に絶縁被覆材を設けることが提案されている（例えば、特許文献５参照）。
【特許文献１】特開昭５６−７１２７８号公報
【特許文献２】特開平３−６２４４７号公報
【特許文献３】特開平９−２８８９９８号公報
【特許文献４】特開２０００−１３３２１８号公報
【特許文献５】特開２００１−２６６９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来は、樹脂被覆材１２８を正極リード１２１あるいは負極リード１２２の取り付け部分まで延長して設け、それに重ねるように絶縁被覆材を設けるようにしていたので、取り付け部分の厚みが厚くなり、電池の単位体積当たりの容量が低下してしまうという問題があった。
【０００９】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、その目的は、短絡の発生を防止しつつ、容量を高くすることができる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】
本発明の電池は、正極と負極とを電解質を介して積層し巻回した電極巻回体をフィルム状の外装部材の内部に備えたものであって、正極には正極リードが取り付けられると共に、負極には負極リードが取り付けられ、正極リードおよび負極リードは、それぞれ、各電極に対する取り付け領域と、各電極から突出した突出領域とを有し、この２つの突出領域はそれぞれ外装部材の外部に引き出され、それぞれ外装部材と接触する部分は樹脂被覆材で覆われており、２つの取り付け領域のうち、取り付けられた電極の対極と対向する領域は、絶縁被覆材で覆われており、この絶縁被覆材と樹脂被覆材とは一部において重なり合い、この重なり合う部分は絶縁被覆材が延長されることにより突出領域に設けられたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電池によれば、絶縁被覆材と樹脂被覆材との重なり合う部分を、絶縁被覆材を延長することにより突出領域に設けるようにしたので、外部から圧力が加わっても、正極リードまたは負極リードが負極または正極と接触して短絡することを防止することができる。また、取り付け領域における絶縁被覆材と樹脂被覆材との重なりをなくすことができ、電池の単位体積当たりの容量を向上させることができる。
【００１２】
特に、樹脂被覆材と絶縁被覆材との重なり量を、０．２ｍｍ以上とすればより高い効果を得ることができる。
【００１３】
更に、正極活物質層の巻回方向における端部と、負極活物質層の巻回方向における端部に対向する正極の端部対向領域とを、絶縁被覆材で覆うようにすれば、これらの端部とこれらの端部に対向する領域との接触を防止することができ、短絡を防止することができる。
【００１４】
加えて、正極あるいは負極の巻回方向において対極と対向する端部と、この端部に対向する対極の領域とのうちの少なくとも一方を絶縁被覆材で覆うようにすれば、これらの領域の接触を防止することができ、短絡を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
図１は本発明の実施の形態に係る二次電池の構成を表すものである。この二次電池は、例えば、フィルム状の外装部材１０の内部に、電極巻回体２０が収納された構成を有している。外装部材１０は、例えば、ナイロンフィルム，アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に貼り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルムにより構成されている。外装部材１０は、例えば、各外縁部が融着あるいは接着剤により互いに密着されている。
【００１７】
電極巻回体２０には、正極リード２１および負極リード２２が取り付けられている。正極リード２１および負極リード２２は、それぞれ例えば短冊状であり、外装部材１０の内部から外部に向かい例えば同一方向にそれぞれ導出されている。正極リード２１は、例えばアルミニウム（Ａｌ），チタンあるいはこれらの合金などの金属材料により構成されており、負極リード２２は、例えば銅，ニッケル（Ｎｉ）あるいはこれらの合金などの金属材料により構成されている。
【００１８】
図２は、図１に示した電極巻回体２０のＩ−Ｉ線に沿った断面構造を表すものである。電極巻回体２０は、正極２３と負極２４とを電解質層２５およびセパレータ２６を介して積層し巻回したものであり、最外周部は図示しない保護テープにより保護されている。
【００１９】
正極２３は、例えば、対向する一対の面を有する正極集電体２３Ａと、この正極集電体２３Ａの両面あるいは片面に設けられた正極活物質層２３Ｂとを有している。正極集電体２３Ａには、例えば巻回中心側および巻回外周側に正極活物質層２３Ｂが設けられず露出している露出領域が形成されている。正極集電体２３Ａにおける巻回中心側の端部２３Ｃは、例えばセパレータ２６を介して対極と対向しており、一方、巻回外周側の端部２３Ｄは、例えば同一極と対向している。
【００２０】
正極集電体２３Ａは、例えば、導電性がよく、軽量かつ安価で、加工性のよいアルミニウム箔などの金属箔により構成されている。正極活物質層２３Ｂは、例えば、正極活物質としてリチウムを吸蔵および離脱することが可能な正極材料（以下、リチウムを吸蔵・離脱可能な正極材料という。）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剤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・離脱可能な正極材料としては、例えば、リチウムと遷移金属とを含むリチウム複合酸化物あるいはリチウムリン酸化合物が好ましい。これらは高電圧を発生可能であると共に、高密度であるため、高容量化を図ることができるからである。
【００２１】
負極２４は、例えば、対向する一対の面を有する負極集電体２４Ａと、この負極集電体２４Ａの両面あるいは片面に設けられた負極活物質層２４Ｂとを有している。負極集電体２４Ａには、正極２３と同様に、例えば巻回中心側および巻回外周側に負極活物質層２４Ｂが設けられず露出している露出領域が形成されている。負極集電体２４Ａにおける巻回中心側の端部２４Ｃは、例えばセパレータ２６を介して同一極と対向しており、一方、巻回外周側の端部２４Ｄは、セパレータ２６を介して対極と対向している。
【００２２】
負極集電体２４Ａは、例えば、導電性がよく、軽量かつ安価で、加工性のよい銅箔などの金属箔により構成されている。負極活物質層２４Ｂは、例えば、負極活物質としてリチウムを吸蔵および離脱することが可能な負極材料（以下、リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料という。）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。
【００２３】
リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料としては、黒鉛，難黒鉛化性炭素あるいは易黒鉛化炭素などの炭素材料が挙げられる。また、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の単体，合金または化合物も挙げられる。
【００２４】
電解質層２５は、正極活物質層２３Ｂおよび負極活物質層２４Ｂの表面に形成されており、電解質塩と、この電解質塩を溶解する溶媒と、これら電解質塩および溶媒を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となっている。
【００２５】
電解質塩としては、例えば、ＬｉＣｌＯ4 ，ＬｉＰＦ6 ，ＬｉＢＦ4 ，ＬｉＮ（ＳＯ2 ＣＦ3 ）2 ，ＬｉＮ（ＳＯ2 Ｃ2 Ｆ5 ）2 ，あるいはＬｉＡｓＦ6 などのリチウム塩が挙げられる。溶媒としては、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネートなどの非水溶媒が挙げられる。高分子化合物は、溶媒を吸収してゲル化するものであればよく、例えば、ポリフッ化ビニリデンあるいはビニリデンフルオロ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が挙げられる。
【００２６】
セパレータ２６は、電気的に安定であると共に、正極活物質，負極活物質あるいは溶媒に対して化学的に安定であり、かつ電気伝導性を有していなければどのようなものを用いてもよく、例えば、微多孔性のポリプロピレンが挙げられる。
【００２７】
図３は、図２に示した電極巻回体２０における電解質層２５が形成された正極２３の巻回前の構成を表すものである。正極２３は、例えば、正極活物質層２３Ｂの巻回中心側における端部２３Ｅ、および巻回外周側における端部２３Ｆが、電解質層２５から露出されており、セパレータ２６を介して対極と対向している。これらの端部２３Ｅ，２３Ｆは、絶縁被覆材２７で覆われていることが好ましい。セパレータ２６が破損し、対極と短絡してしまうのを防止することができるからである。
【００２８】
正極２３は、また、例えば負極集電体２４Ａの外周側の端部２４Ｄと対向する端部対向領域２３Ｇ、負極活物質層２４Ｂの巻回中心側の端部２４Ｅと対向する端部対向領域２３Ｈ、および負極活物質層２４Ｂの巻回外周側の端部２４Ｆと対向する端部対向領域２３Ｉを有している（図２参照）。これら端部対向領域２３Ｇ，２３Ｈ，２３Ｉも、絶縁被覆材２７で覆われていることが好ましい。これらとの接触による短絡を防止することができるからである。なお、端部対向領域２３Ｇ，２３Ｉは、端部２３Ｆと共に同一の絶縁被覆材２７により連続して覆われており、端部対向領域２３Ｈは、端部２３Ｅと共に同一の絶縁被覆材２７により連続して覆われている。
【００２９】
正極２３は、例えば正極集電体２３Ａの外周側の端部２３Ｄと対向する領域を有しているが、この対向する領域は、絶縁被覆材２７で覆われていてもよいし、覆われていなくてもよい。これらの接触により短絡が生じても、電池の起電容量には、ほとんど影響がないからである。
【００３０】
絶縁被覆材２７としては、例えば、ポリプロピレン，ポリエチレン，ポリイミドあるいはポリエチレンテレフタラートが挙げられる。また、絶縁被覆材２７の厚みは、例えば１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。薄いと機械的強度が低下してしまい、厚いとエネルギー密度が低下してしまうからである。更に、絶縁被覆材２７の突刺荷重は、例えば５．６８Ｎ／ｃｍ2 以上であることが好ましい。低いと外部からの圧力が印加された際に破損してしまうからである。なお、突刺荷重は、例えばニードル貫通測定装置（KES-G5ハンディー圧縮試験機：カトーテック株式会社製）の測定端子を用い、絶縁被覆材２７に一定速度で荷重を加えて破膜した際のピーク荷重により測定することができる。
【００３１】
正極集電体２３Ａの巻回中心側の露出領域には、正極リード２１が取り付けられている。正極リード２１は、正極２３おける取り付け領域２１Ａと、正極２３から突出した突出領域２１Ｂとを有している。取り付け領域２１Ａは、例えばセパレータ２６を介して負極２４と対向しており、絶縁被覆材２７で覆われている。取り付け領域２１Ａに形成された段差部分が、負極２４と短絡してしまうことを防止するためである。なお、取り付け領域２１Ａは、端部２３Ｅと共に同一の絶縁被覆材２７により連続して覆われている。
【００３２】
突出領域２１Ｂには、その外装部材１０と接触し、取り付け領域２１Ａと重なり合わない範囲において、樹脂被覆材２８が設けられている。絶縁性を確保すると共に、正極リード２１と外装部材１０との密着性を向上させるためである。
【００３３】
樹脂被覆材２８としては、例えば、ラミネートフィルムの電極巻回体２０と対向する側の層と同様のものを用いることができ、例えば、耐湿グレードのポリエチレン，ポリプロピレン、またはアクリル酸変性を施したポリエチレン，ポリプロピレン、またはマレイン酸変性を施したポリオレフィン樹脂などが挙げられる。これらの樹脂被覆材２８を接着する方法としては、例えば熱圧着，熱融着あるいはインサート成型が挙げられる。
【００３４】
樹脂被覆材２８の厚みは、例えば１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、特に５μｍ以上５０μｍ以下であることが望ましい。薄いと機械的強度が低下してしまい、厚いと接着部分の透湿性が高くなるからである。
【００３５】
図４は、図３に示した正極２３のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構造を表すものである。取り付け領域２１Ａを覆う絶縁被覆材２７は、例えば取り付け領域２１Ａから突出領域２１Ｂに向かって延長されており、突出領域２１Ｂにおいて樹脂被覆材２８と重なり合っている。図５に図１に示した電極巻回体２０のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面構造を示す。このように重なり部分を突出領域２１Ｂに設けることにより、外部から正極リード２１に圧力が加わっても、負極２４との接触による短絡の発生を防止することができると共に、取り付け部分の厚みを薄くすることができるので電池の単位体積当たりの容量を高くすることができるからである。なお、図５において電解質層２５は省略している。
【００３６】
絶縁被覆材２７と樹脂被覆材２８との重なり量は、例えば０．２ｍｍ以上であることが好ましい。重なり量が少ないと、外部からの圧力により短絡が生じてしまう場合があるからである。
【００３７】
図６は、図２に示した電極巻回体２０における電解質層２５が形成された負極２４の巻回前の構成を表すものである。負極２４は、例えば正極集電体２３Ａの内周側の端部２３Ｃと対向する端部対向領域２４Ｇを有している。この端部対向領域２４Ｇは、絶縁被覆材２７で覆われていることが好ましい。これらが接触して短絡が生じてしまうのを防止することができるからである。
【００３８】
負極２４は、また、負極集電体２４Ａの内周側の端部２４Ｃと対向する領域を有しているが、この対向する領域は、絶縁被覆材２７で覆われていてもよいが、覆われていなくてもよい。これらの接触により短絡が生じても、電池の起電容量には、ほとんど影響がないからである。
【００３９】
負極集電体２４Ａの巻回中心側の露出領域には、負極リード２２が取り付けられている。負極リード２２は、負極２４における取り付け領域２２Ａと、負極２４から突出した突出領域２２Ｂとを有しており、取り付け領域２２Ａは、例えばセパレータ２６を介して負極２４と対向している。取り付け領域２２Ａは、絶縁被覆材２７で覆われていてもよいが、覆われていなくてもよい。取り付け領域２２Ａに形成された段差部分は、負極２２と対向しており、これらが接触して短絡が生じても、電池の起電容量には、ほとんど影響がないからである。突出領域２２Ｂには、正極リード２１と同様に、その外装部材１０と接触し、取り付け領域２２Ａと重なり合わない範囲において、樹脂被覆材２８が設けられている。絶縁性を確保すると共に、負極リード２２と外装部材１０との密着性を向上させるためである。
【００４０】
このような構成を有する二次電池は、例えば次のようにして製造することができる。
【００４１】
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、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどの溶剤に分散させて正極合剤スラリーとする。次いで、正極合剤スラリーを正極集電体２３Ａの両面あるいは片面に塗布し乾燥させ、圧縮成型して正極活物質層２３Ｂを形成し、正極２３を作製する。続いて、例えば、正極リード２１の突出領域２１Ｂに樹脂被覆材２８を接着したのち、正極リード２１の取り付け領域２１Ａを例えば超音波溶接あるいはスポット溶接により正極集電体２３Ａに接合する。そののち、溶媒と、電解質塩と、高分子化合物とを溶剤を用いて混合し、この混合溶液を正極活物質層２３Ｂの上、すなわち正極２３の両面あるいは片面に塗布し、溶剤を揮発させて、電解質層２５を形成する。
【００４２】
また、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、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどの溶剤に分散させて負極合剤スラリーとする。次いで、負極合剤スラリーを負極集電体２４Ａの例えば両面あるいは片面に塗布し乾燥させ、圧縮成型して負極活物質層２４Ｂを形成し、負極２４を作製する。続いて、例えば、負極リード２２の突出領域２２Ｂに樹脂被覆材２８を接着したのち取り付け領域２２Ａを例えば超音波溶接あるいはスポット溶接により負極集電体２４Ａに接合すると共に、負極活物質層２４Ｂの上、すなわち負極２４の両面あるいは片面に、正極２３と同様にして電解質層２５を形成する。
【００４３】
続いて、正極活物質層２３Ｂの端部２３Ｅ、負極活物質層２４Ｂの端部２４Ｅに対向する端部対向領域２３Ｈ、および正極リード２１の取り付け領域２１Ａを覆うように絶縁被覆材２７を接着する。その際、絶縁被覆材２７の一部が正極リード２１の突出領域２１Ｂに接着した樹脂被覆材２８の一部に重なるようにする。また、正極活物質層２３Ｂの端部２３Ｆ、負極２４の端部２４Ｄに対向する端部対向領域２３Ｇ、および負極活物質層２４Ｂの端部２４Ｆに対向する端部対向領域２３Ｉを覆うように絶縁被覆材２７を接着する。更に、正極２３の端部２３Ｃに対向する端部対向領域２４Ｇにそれぞれ絶縁被覆材２７を接着する。
【００４４】
そののち、例えば、電解質層２５を形成した負極２４、セパレータ２６、電解質層２５を形成した正極２３、およびセパレータ２６をこの順に積層し巻回して最外周部に図示しない保護テープを接着して電極巻回体２０を形成する。このとき、押圧して偏平な形状に加工することが好ましい。電解質層２５と正極２３あるいは負極２４との電気的な接触状態を確実にすることができるからである。
【００４５】
電極巻回体２０を形成したのち、外装部材１０の間に電極巻回体２０を挟み込み、外装部材１０の外縁部同士を熱融着などにより密着させて封入する。これにより、図１に示した二次電池が完成する。
【００４６】
このように本実施の形態の二次電池によれば、絶縁被覆材２７と樹脂被覆材２８との重なり合う部分を、絶縁被覆材２７を延長することにより突出領域２１Ｂに設けるようにしたので、外部から圧力が加わっても、正極リード２１が負極２４と接触して短絡することを防止することができる。また、取り付け領域２１Ｂにおける絶縁被覆材２７と樹脂被覆材２８との重なりをなくすことができ、電池の単位体積当たりの容量を向上させることができる。
【００４７】
特に、樹脂被覆材２７と絶縁被覆材２８との重なり量を、０．２ｍｍ以上とすればより高い効果を得ることができる。
【００４８】
更に、正極活物質層２３Ｂの巻回方向における端部２３Ｅ，２３Ｆと、負極活物質層２４Ｂの巻回方向における端部２４Ｅ，２４Ｆに対向する正極２３の端部対向領域２３Ｈ，２３Ｉとを、絶縁被覆材２７で覆うようにすれば、これらの端部２３Ｅ，２３Ｆ，２４Ｅ，２４Ｆとこれらの端部に対向する領域との接触を防止することができ、短絡を防止することができる。
【００４９】
加えて、正極２３および負極２４の巻回方向における端部２３Ｃ，２４Ｄと対向する対極の端部対向領域２４Ｇ，２３Ｇを絶縁被覆材２７で覆うようにすれば、これらの領域の接触を防止することができ、短絡を防止することができる。
【００５０】
なお、上記実施の形態では、端部対向領域２４Ｇ，２３Ｇを絶縁被覆材２７で覆うようにしたが、端部対向領域２４Ｇ，２３Ｇに代えて正極２３および負極２４の巻回方向における端部２３Ｃ，２４Ｄ、すなわち対極と対向する端部を絶縁被覆材２７で覆うようにしてもよく、それらを共に絶縁被覆材２７で覆うようにしてもよい。
【実施例】
【００５１】
更に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。
【００５２】
（実施例１−１〜１−３）
実施の形態において説明した二次電池を作製した。その際、絶縁被覆材２７は図２に示した箇所を覆うようにし、電池の高さを５０ｍｍ、幅を３４ｍｍ、厚みを３．８ｍｍとした。
【００５３】
また、樹脂被覆材２８には厚み５０μｍ、突刺荷重５．６８Ｎ／ｃｍ2 のポリオレフィン樹脂を用い、正極リード２１については、樹脂被覆材２８と正極集電体２３Ａとの間が１．５ｍｍ離れるようにし、負極リード２２については、樹脂被覆材２８と負極集電体２４Ａとの間が０．５ｍｍ離れるようにした。絶縁被覆材２７には厚み３０μｍ、突刺荷重１３．９Ｎ／ｃｍ2 のポリエチレンテレフタラートを用い、正極リード２１の突出領域２１Ｂにおける樹脂被覆材２８と絶縁被覆材２７との重なり量を、実施例１−１では１．５ｍｍ、実施例１−２では０．２ｍｍ、実施例１−３では０．１ｍｍとした。
【００５４】
実施例１−１〜１−３に対する比較例１−１として、正極リードにおける樹脂被覆材と正極集電体との間を１ｍｍ離し、樹脂被覆材と絶縁被覆材との重なり量を０ｍｍとしたことを除き、他は実施例１−１〜１−３と同様にして二次電池を作製した。また、比較例１−２として、樹脂被覆材を正極リードの取り付け領域まで延長して設け、樹脂被覆材と絶縁被覆材が取り付け領域において１０ｍｍ重なるようにしたことを除き、他は実施例１−１〜１−３と同様にして二次電池を作製した。
【００５５】
実施例１−１〜１−３および比較例１−１，１−２についてそれぞれ１００個の二次電池を作製し、短絡発生率を求めた。また、実施例１−１および比較例１−２の二次電池について初回容量を求めた。結果を表１に示す。
【００５６】
【表１】
【００５７】
短絡発生率は、０．２Ｃの電流値で電池電圧を４．２Ｖに設定し、１０時間定電流定電圧充電したのち、１．５ｍの高さから正極リード２１および負極リード２２の突出側を下にしてコンクリート床に１５回落下させ、その前後の電池電圧変化を測定することにより求めた。
【００５８】
また、初回容量は、０．２Ｃの電流値で電池電圧を４．２Ｖに設定し、１０時間定電流定電圧充電したのち、０．５Ｃの電流値で電池電圧が３．０Ｖになるまで定電流放電を行い、このときの放電容量から求めた。なお、０．２Ｃは理論容量を５時間で放電しきる電流値であり、０．５Ｃは理論容量を２時間で放電しきる電流値である。
【００５９】
表１から分かるように、突出領域２１Ｂで絶縁被覆材２７と樹脂被覆材２８とを重ねるようにした実施例１−１〜１−３によれば、これらが重ならない比較例１−１よりも短絡発生率が低かった。また、取り付け領域２１Ａで重なるようにした比較例１−２よりも初回容量が高かった。更に、重なり量を０．２ｍｍ以上とした実施例１−１，１−２によれば、０．２ｍｍ未満である実施例１−３よりも短絡発生率が低かった。
【００６０】
すなわち、絶縁被覆材２７と樹脂被覆材２８とをその一部において重なり合うようにし、この重なり合う部分を絶縁被覆材２７が延長されることにより突出領域２１Ｂに設けるようにすれば、容量を高くしつつ、短絡の発生を防止することができることが分かった。また、その重なり量を０．２ｍｍ以上とすれば、より効果的であることも分かった。
【００６１】
（実施例２−１）
絶縁被覆材２７として厚み２２μｍ、突刺荷重が８．３３Ｎ／ｃｍ2 のポリエチレンテレフタラートを用いたことを除き、他は実施例１−１と同様にして二次電池を作製した。実施例２−１では、突出領域２１Ｂと負極２４との接触を防止するのは、絶縁被覆材２７であり、その突刺荷重は８．３３Ｎ／ｃｍ2 である。
【００６２】
実施例２−１に対する比較例２−１として、絶縁被覆材に厚み３０μｍ、突刺荷重１３．９Ｎ／ｃｍ2 のポリエチレンテレフタラートを用い、樹脂被覆材に厚み７０μｍ、突刺荷重７．９４Ｎ／ｃｍ2 のポリオレフィン樹脂を用いたことを除き、他は比較例１−２と同様にして二次電池を作製した。比較例２−２として、絶縁被覆材に厚み３０μｍ、突刺荷重１３．９Ｎ／ｃｍ2 のポリエチレンテレフタラートを用い、樹脂被覆材に厚み３０μｍ、突刺荷重３．３３Ｎ／ｃｍ2 のポリオレフィン樹脂を用いたことを除き、他は比較例１−２と同様にして二次電池を作製した。
【００６３】
すなわち、比較例２−１，２−２は、樹脂被覆材を正極リードの取り付け領域まで延長して設け、樹脂被覆材と絶縁被覆材が取り付け領域において１０ｍｍ重なるようにしたものである。比較例２−１，２−２では、突出領域と負極との接触を防止するのは樹脂被覆材であり、その突出荷重は比較例２−１が７．９４Ｎ／ｃｍ2 、比較例２−２が３．３３Ｎ／ｃｍ2 である。
【００６４】
実施例１−１，２−１および比較例１−２，２−１，２−２についてそれぞれ１００個の二次電池を作製し、短絡発生率を求めた。また、比較例２−１，２−２の二次電池について実施例１−１および比較例１−２と同様にして初回容量を求めた。それらの結果を表２に示す。
【００６５】
【表２】
【００６６】
なお、短絡発生率は、表１に示した短絡発生率を調べた時と同様にして充電を行い、２ｍの高さから正極リード２１および負極リード２２の突出側を下にしてコンクリート床に３０回落下させ、その前後の電池電圧変化を測定することにより求めた。
【００６７】
表２から分かるように、突出領域２１Ｂで絶縁被覆材２７と樹脂被覆材２８とを重ねるようにした実施例２−１によれば、実施例１−１よりも絶縁被覆材２７の厚みを薄くしても短絡の発生がなかった。これに対して、取り付け領域で絶縁被覆材と樹脂被覆材とを重ねるようにした比較例２−１，２−２によれば、樹脂被覆材の厚みを薄くすると短絡が発生し、厚くすると容量が低下してしまった。
【００６８】
すなわち、絶縁被覆材２７と樹脂被覆材２８との重なりを突出領域２１Ｂに設けるようにすれば、短絡の発生を防止しつつ、より容量を向上させることができることがわかった。また、突出領域２１Ｂと負極２４との接触を防止する部分における絶縁被覆材２７の突刺荷重は５．６８Ｎ／ｃｍ2 以上とすることが好ましいことも分かった。
【００６９】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、電解質として、電解液を高分子化合物に保持させたゲル状の電解質を用いる場合について説明したが、ゲル状の電解質に代えて、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。
【００７０】
なお、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。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。
【００７１】
また、上記実施の形態および実施例では、正極２３における巻回中心側の端部２３Ｃおよび負極２４における巻回外周側の端部２４Ｄが、対極と対向する場合について説明したが、これらのうちの一方のみが対極と対向していてもよいし、正極２３における巻回外周側の端部２３Ｄあるいは負極２２における巻回中心側の端部２４Ｃが対極と対向するようにしてもよい。
【００７２】
更に、上記実施の形態および実施例では、正極２３、負極２４あるいは電解質層２５などの各構成要素を構成する材料について一例を挙げて説明したが、他の材料を用いるようにしてもよい。加えて、本発明は二次電池に限らず、一次電池についても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る二次電池を分解して表す斜視図である。
【図２】図１に示した電極巻回体のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図３】図１に示した正極の巻回前の斜視図である。
【図４】図３に示した正極のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図５】図１に示した電極巻回体のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図６】図１に示した負極の巻回前の斜視図である。
【図７】従来の二次電池を分解して表す斜視図である。
【図８】従来の他の二次電池を分解して表す斜視図である。
【図９】図８に示した電極巻回体のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０…外装部材、２０…電極巻回体、２１…正極リード、２１Ａ…取り付け領域、２１Ｂ…突出領域、２２…負極リード、２２Ａ…取り付け領域、２２Ｂ…突出領域、２３…正極、２３Ａ…正極集電体、２３Ｂ…正極活物質層、２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅ，２３Ｆ…端部、２３Ｇ，２３Ｈ，２３Ｉ…端部対向領域、２４…負極，２４Ａ…負極集電体，２４Ｂ…負極活物質層，２４Ｃ，２４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆ…端部、２４Ｇ…端部対向領域、２５…電解質層，２６…セパレータ，２７…絶縁被覆材，２８…樹脂被覆材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極とを電解質を介して積層し巻回した電極巻回体をフィルム状の外装部材の内部に備えた電池であって、
前記正極には正極リードが取り付けられると共に、前記負極には負極リードが取り付けられ、
前記正極リードおよび前記負極リードは、それぞれ、各電極に対する取り付け領域と、各電極から突出した突出領域とを有し、
この２つの突出領域はそれぞれ前記外装部材の外部に引き出され、それぞれ前記外装部材と接触する部分は樹脂被覆材で覆われており、
前記２つの取り付け領域のうち、取り付けられた電極の対極と対向する領域は、絶縁被覆材で覆われており、
この絶縁被覆材と前記樹脂被覆材とは一部において重なり合い、この重なり合う部分は前記絶縁被覆材が延長されることにより前記突出領域に設けられた
ことを特徴とする電池。
【請求項２】
前記樹脂被覆材と前記絶縁被覆材との重なり量は、０．２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項３】
前記正極は、一対の対向面を有する正極集電体と、この正極集電体に設けられた正極活物質層とを有し、前記負極は、一対の対向面を有する負極集電体と、この負極集電体に設けられた負極活物質層とを有しており、
前記正極活物質層の巻回方向における端部と、前記負極活物質層の巻回方向における端部に対向する正極の端部対向領域とは、絶縁被覆材で覆われていることを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項４】
前記正極および前記負極の巻回方向において対極と対向する端部と、この端部に対向する対極の領域とのうちの少なくとも一方は、絶縁被覆材で覆われていることを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項１】
正極と負極とを電解質を介して積層し巻回した電極巻回体をフィルム状の外装部材の内部に備えた電池であって、
前記正極には正極リードが取り付けられると共に、前記負極には負極リードが取り付けられ、
前記正極リードおよび前記負極リードは、それぞれ、各電極に対する取り付け領域と、各電極から突出した突出領域とを有し、
この２つの突出領域はそれぞれ前記外装部材の外部に引き出され、それぞれ前記外装部材と接触する部分は樹脂被覆材で覆われており、
前記２つの取り付け領域のうち、取り付けられた電極の対極と対向する領域は、絶縁被覆材で覆われており、
この絶縁被覆材と前記樹脂被覆材とは一部において重なり合い、この重なり合う部分は前記絶縁被覆材が延長されることにより前記突出領域に設けられた
ことを特徴とする電池。
【請求項２】
前記樹脂被覆材と前記絶縁被覆材との重なり量は、０．２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項３】
前記正極は、一対の対向面を有する正極集電体と、この正極集電体に設けられた正極活物質層とを有し、前記負極は、一対の対向面を有する負極集電体と、この負極集電体に設けられた負極活物質層とを有しており、
前記正極活物質層の巻回方向における端部と、前記負極活物質層の巻回方向における端部に対向する正極の端部対向領域とは、絶縁被覆材で覆われていることを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項４】
前記正極および前記負極の巻回方向において対極と対向する端部と、この端部に対向する対極の領域とのうちの少なくとも一方は、絶縁被覆材で覆われていることを特徴とする請求項１記載の電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−４７７７（Ｐ２００６−４７７７Ａ）
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１８０１７９（Ｐ２００４−１８０１７９）
【出願日】平成１６年６月１７日（２００４．６．１７）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月１７日（２００４．６．１７）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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