電池
【課題】扁平型電極群を備えた電池の大電流特性を改善する。
【解決手段】正極集電体と正極活物質含有層を含む正極と、負極集電体及び負極活物質含有層を含む負極とが、セパレータを介して渦巻状に捲回され、下記（１）式を満たす扁平形状を有する電極群１と、前記電極群の捲回軸と直交する一方の面において前記正極集電体が前記負極及び前記セパレータよりも突出し、突出した部分が前記電極群の厚さを規定する方向に積層されて溶接により一体化されたものからなる正極端子５と、前記電極群の捲回軸と直交する反対側の面において前記負極集電体が前記正極及び前記セパレータよりも突出し、突出した部分が前記電極群の厚さを規定する方向に積層されて溶接により一体化されたものからなる負極端子６と、前記電極群を前記正極端子及び前記負極端子を外部に引き出した状態で収納する容器とを具備することを特徴とする電池。
２≦Ｙ≦（Ｘ／３） （１）
【解決手段】正極集電体と正極活物質含有層を含む正極と、負極集電体及び負極活物質含有層を含む負極とが、セパレータを介して渦巻状に捲回され、下記（１）式を満たす扁平形状を有する電極群１と、前記電極群の捲回軸と直交する一方の面において前記正極集電体が前記負極及び前記セパレータよりも突出し、突出した部分が前記電極群の厚さを規定する方向に積層されて溶接により一体化されたものからなる正極端子５と、前記電極群の捲回軸と直交する反対側の面において前記負極集電体が前記正極及び前記セパレータよりも突出し、突出した部分が前記電極群の厚さを規定する方向に積層されて溶接により一体化されたものからなる負極端子６と、前記電極群を前記正極端子及び前記負極端子を外部に引き出した状態で収納する容器とを具備することを特徴とする電池。
２≦Ｙ≦（Ｘ／３） （１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解質電池に好適な電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池などに代表される高出力に適した電池では、帯状の正極とセパレータと負極とを渦巻状にして電極表面積を大きくする技術が一般的に行われている。また、負極活物質が形成される負極集電体には、物理的加工強度の観点から銅を用いるのが一般的である。この渦巻き状に捲回された電極体を備えた円筒型リチウムイオン二次電池は、近年、電気自動車用としての開発がなされている。
【０００３】
円筒型リチウムイオン二次電池における電極体からの集電方法として、例えば特許文献１には、アルミニウム箔からなる正極集電体と銅箔からなる負極集電体のうち、少なくとも一方の集電体にセパレータの端部から突出するように円弧状の電流取出部を形成し、その電流取出部が渦巻き電極体の径方向に並設されるように各周回毎に設けられており、これら電流取出部を重ねて溶着することにより端子を形成する技術が提案されている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の二次電池では、渦巻き１円弧に対して形成されている電流取出部が１つであることから円筒形の場合には効果がみいだせるものの、電極体の形状を扁平にした場合には電流分布の観点から課題があり、大電流特性が不十分であった。
【特許文献１】特開平１１−７３９９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、扁平型電極群を備えた電池の大電流特性を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る電池は、正極集電体と前記正極集電体に形成された正極活物質含有層を含む正極と、負極集電体及び前記負極集電体に形成された負極活物質含有層を含む負極とが、セパレータを介して渦巻状に捲回され、下記（１）式を満たす扁平形状を有する電極群と、
前記電極群の捲回軸と直交する一方の面において前記正極集電体が前記負極及び前記セパレータよりも突出し、突出した部分が前記電極群の厚さを規定する方向に積層されて溶接により一体化されたものからなる正極端子と、
前記電極群の捲回軸と直交する反対側の面において前記負極集電体が前記正極及び前記セパレータよりも突出し、突出した部分が前記電極群の厚さを規定する方向に積層されて溶接により一体化されたものからなる負極端子と、
前記電極群を前記正極端子及び前記負極端子を外部に引き出した状態で収納する容器と
を具備することを特徴とする。
【０００７】
２≦Ｙ≦（Ｘ／３） （１）
Ｘは前記正極及び前記負極の長手方向の長さのうち短い方の長さ（ｍｍ）で、Ｙは、前記電極群の捲回軸と直交する方向に前記電極群を切断した際に得られる断面において、前記断面の長手方向と平行な部分を有する正極及び負極の周のうち最内周の長さ（ｍｍ）である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、扁平型電極群を備えた電池の大電流特性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る電池を図１〜５を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係る電池の電極群を示す斜視図で、図２は、図１の電極群を正極集電体および負極集電体が突出する方向と垂直な方向に切断した際に得られる断面図で、図３は、図１のＡ部を示す拡大断面図で、図４は、図１の電極群が収納される容器を示す斜視図で、図５は第１の実施形態に係る電池を示す斜視図である。
【００１０】
図１及び図３に示すように、電極群１は、正極２と負極３がセパレータ4を介して扁平の渦巻状に捲回されたものである。図３に示すとおり、正極２は、正極集電体２ａと、前記正極集電体２ａの両面に形成された正極活物質含有層２ｂとを備える。また、負極３は、負極集電体３ａと、前記負極集電体３ａの両面に形成された負極活物質含有層３ｂとを備える。正極集電体２ａの円周方向の辺の一部は、負極３及びセパレータ４よりも突出していて、電極群１の厚さを規定する方向（図２の方向Ｔ）に沿って積層されている。正極集電体２ａの突出部は、溶接により一つに束ねられて正極端子５となる。一方、負極集電体３ａの円周方向の二辺のうち、正極集電体２ａが突出している辺と反対側に位置する一辺の一部が、正極２及びセパレータ４よりも突出している。負極集電体３ａの突出部は、電極群１の厚さを規定する方向（図２の方向Ｔ）に沿って積層され、溶接により一つに束ねられて負極端子６となる。溶接方法は、特に限定されるものではないが、例えば、レーザ溶接、抵抗溶接、超音波溶接などを採用することができる。
【００１１】
図２に、電極群１の捲回軸と垂直な方向（正極集電体２ａの突出方向Ｚ及び負極集電体３ａの突出方向Ｗと垂直な方向）に電極群１を切断した際に得られる断面を示す。図２に示すように、電極群１は、例えば、２枚のセパレータ４の間に負極３の捲き始め部を挟み、これらを平板状の２本の捲き芯の間に挟んで先捲きした後、正極２の捲き始め部をセパレータ４に重ね、これらを扁平形状に捲回することにより得られる。負極３の捲き始め部は負極活物質含有層が無担持で、負極集電体３ａから構成されている。
【００１２】
電極群１は下記（１）式を満足する。
【００１３】
２≦Ｙ≦（Ｘ／３） （１）
図９に示すように、正極２の形状は帯状である。負極３の形状も帯状である。正極２の長手方向の長さＬと負極３の長手方向の長さが異なる場合、短い方の長さがＸ（ｍｍ）となる。正極２の長手方向の長さＬと負極３の長手方向の長さが同じ場合は、いずれの長さをＸ（ｍｍ）としても良い。Ｙは、電極群１の捲回軸と直交する方向に電極群１を切断した際に得られる断面において、断面の長手方向と平行な部分を有する正極２及び負極３の周のうち、最内周の長さ（ｍｍ）である。例えば、前述した図２では、正極２及び負極３の周が、それぞれ、電極群１の断面の長手方向の長さＬ1と平行な直線部分を有している。これら周のうち、最も内側に位置する電極（この場合、負極３）の１周の長さがＹ（ｍｍ）となる。正極２及び負極３の集電体の厚さが薄いため、集電体の片面のみに活物質含有層が形成されていたり、あるいは全く形成されていなかったりすると、その部分の強度が低くなる。その結果、電極群において、この部分がまっすぐに延びず、波形に変形したり湾曲したりする。本願では、断面の長手方向に平行な部分を持たない周を除いた周の中で最内周の長さをＹ（ｍｍ）とする。
【００１４】
Ｙを２ｍｍ未満にすると、電極群１の形状が円筒形に近くなるため、電極群の外周付近から突出した突出部の幅と捲回中心付近から突出した突出部の幅との差が拡大し、電極群の直径方向に突出部同士を重ねることが難しくなり、一部の突出部によじれ等の変形を生じる。その結果、溶接の際に突出部が千切れたり、溶接不良を生じやすくなる。Ｙを大きくする程、溶接不良を少なくすることが可能であるものの、（Ｘ／３）で算出される長さを超えると、捲回により正極及び負極に加わる張力が不足し、正極と負極との密着強度が低下するため、電池の内部抵抗が増加する。Ｙのより好ましい範囲は、４≦Ｙ≦（Ｘ／５）である。
【００１５】
正極端子５が下記（４）式を満たし、かつ負極端子６が下記（５）式を満たすことが望ましい。これにより、大電流特性をより優れたものにすることができる。
【００１６】
０．１≦（Ａ1／Ｌ1）＜１ （４）
０．１≦（Ａ2／Ｌ1）＜１ （５）
但し、Ａ1は、正極集電体が突出する方向Ｚと垂直な方向の長さで規定される正極端子５の幅で、Ａ2は、負極集電体が突出する方向Ｗと垂直な方向の長さで規定される負極端子６の幅で、Ｌ1は、前記電極群の捲回軸と直交する方向の幅である。
【００１７】
正極端子及び負極端子の幅を前述した（４）、（５）式で規定される範囲に設定するのは、正負極集電体の円周方向の辺の所定箇所のみ突出させた状態で捲回することで行っても、正負極集電体の円周方向の辺全体を突出させて捲回した後、所望の寸法に裁断しても良い。なお、正負極集電体の円周方向の辺全体を突出させて捲回した後、所望の寸法に裁断する方が、突出部を重ね合わせる際の位置ずれを少なくすることができる。
【００１８】
正極活物質含有層２ｂは、例えば、正極活物質、導電補助材及び結着剤を含むスラリーを正極集電体２ａに塗布し、乾燥した後、プレスすることにより形成される。正極活物質については限定されるものではなく、ＭｎＯ2、Ｖ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＬｉＴｉ2Ｏ4、Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12、ＬｉＦｅ2Ｏ4、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケルマンガン酸リチウム、ニッケルコバルト酸リチウム、コバルトマンガン酸リチウム、ニッケルコバルトマンガン酸リチウムなどの金属酸化物、あるいはフッ化黒鉛、ＦｅＳ2などの無機化合物、あるいはポリアニリンやポリアセン構造体などの有機化合物などあらゆる物が適用可能である。ただし、この中で作動電位が高く、サイクル特性に優れるという点でコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムやそれらの混合物やそれらの元素の一部を他の金属元素で置換したリチウム含有酸化物がより好ましく、長期間に渡り使用されることもある非水電解質電池においては高容量で電解液や水分との反応性が低く化学的に安定であるという点でコバルト酸リチウムがさらに好ましい。
【００１９】
一方、負極活物質含有層３ｂは、例えば、負極活物質、導電補助材及び結着剤を含むスラリーを負極集電体３ａに塗布し、乾燥した後、プレスすることにより形成される。負極活物質については限定されるものではなく、金属リチウム、あるいはＬｉ−Ａｌ、Ｌｉ−Ｉｎ、Ｌｉ−Ｓｎ、Ｌｉ−Ｓｉ、Ｌｉ−Ｇｅ、Ｌｉ−Ｂｉ、Ｌｉ−Ｐｂなどのリチウム合金、あるいはポリアセン構造体などの有機化合物、あるいはリチウムを吸蔵・放出可能な炭素質材料、あるいはＮｂ2Ｏ5、ＬｉＴｉ2Ｏ4、Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12やLi含有珪素酸化物の様な酸化物、Li含有窒化物などあらゆるものが適用可能である。
【００２０】
正極集電体２ａ及び負極集電体３ａには、平均結晶粒子径が５０μｍ以下のアルミニウム箔もしくは平均結晶粒子径が５０μｍ以下のアルミニウム合金箔を使用することが望ましい。アルミニウム及びアルミニウム合金の平均結晶粒子径を５０μｍ以下にすることにより、非水電解質電池の過放電特性を向上することができる。より好ましい平均結晶粒子径は、３μｍ以下である。また、平均結晶粒子径の下限値は０．０１μｍにすることが望ましい。
【００２１】
アルミニウムおよびアルミニウム合金の平均結晶粒子径は、以下に説明する方法で測定される。集電体表面の組織を金属顕微鏡観察し、１ｍｍ×１ｍｍの視野内に存在する結晶粒子数ｎを測定し、下記（Ａ）式より平均結晶粒子面積Ｓ（μｍ2）を算出する。
【００２２】
Ｓ＝（１×１０6）／ｎ （Ａ）
ここで、（１×１０6）で表わされる値は１ｍｍ×１ｍｍの視野面積（μｍ2）で、ｎは結晶粒子数である。
【００２３】
得られた平均結晶粒子面積Ｓを用いて下記（Ｂ）式から平均結晶粒子径ｄ（μｍ）を算出する。このような平均結晶粒子径ｄの算出を５箇所（５視野）について行ない、その平均値を平均結晶粒子径とした。なお、想定誤差は約５％である。
【００２４】
ｄ＝２（Ｓ／π）1/2 （Ｂ）
正極集電体の厚さは、高容量化のため、２０μｍ以下が好ましい。より好ましい範囲は１５μｍ以下である。また、正極集電体の厚さの下限値は、３μｍにすることが望ましい。また、負極集電体の厚さは、高容量化のため、２０μｍ以下が好ましい。より好ましい範囲は１２μｍ以下である。また、負極集電体の厚さの下限値は、３μｍにすることが望ましい。
【００２５】
セパレータ４には、合成樹脂製不織布、ポリエチレン多孔質フィルム、ポリプロピレン多孔質フィルムなどを用いることができる。セパレータ４は、正極活物質含有層２ｂとの対向面積または負極活物質含有層３ｂとの対向面積の１．０１倍以上、１．１倍以下の面積を有することが望ましい。
【００２６】
図１の電極群１が収納される容器を図４に示す。図４に示すように、容器７は、ラミネートフィルムに例えば深絞り加工あるいはプレス加工を施すことにより形成された矩形状の凹部からなる電極群収納部８と、ラミネートフィルムのうちの加工が施されていない平板部からなる矩形状の蓋体９とを有する。ラミネートフィルムを点線に沿って容器側に折り返すと、電極群収納部８に蓋体９を被せることができる。蓋体９の内面は、電極群収納部８の開口部周縁の三辺１０ａ〜１０ｃと例えば熱融着により接合される。図５は、蓋体９が電極群収納部８の開口部周縁の三辺１０ａ〜１０ｃに接合され、蓋体９を下にして配置された状態を示している。ラミネートフィルムには、例えば、熱可塑性樹脂層と樹脂層との間に金属層が配置されたラミネートフィルムを使用することができる。熱可塑性樹脂層が電極群収納部８及び蓋体９の内面に位置することによって、電極群収納部８に蓋体９を熱融着により接合することができる。熱可塑性樹脂層は、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等から形成される。金属層は、アルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔であることが好ましい。また、樹脂層は、金属層を補強するためのものであり、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの高分子から形成することができる。
【００２７】
電極群１は非水電解質を保持した状態で容器７の電極群収納部８に収納される。図５に示すように、正極端子５は、電極群収納部８の開口部周縁の短辺１０ａと蓋体９との間から外部に引き出され、負極端子６は、電極群収納部８の開口部周縁の反対側の短辺１０ｂと蓋体９との間から外部に引き出される。電極群収納部８の開口部周縁の長辺１０ｃと蓋体９は、熱融着により接合された後、ほぼ垂直に折り曲げられている。
【００２８】
第１の実施形態に係わる電池では、電極群の厚さで規定される方向に並んだ正極集電体１層毎に負極及びセパレータから突出させ、これら突出部を重ねて溶接により一体化したものを正極端子とし、また、電極群の厚さで規定される方向に並んだ負極集電体１層毎に正極及びセパレータから突出させ、これら突出部を重ねて溶接により一体化したものを負極端子としている。その結果、正極及び負極において、電極群の厚さで規定される方向に並んだ集電体１層ずつから集電を行うことが可能になるため、充放電時の電流分布の偏りを少なくすることができ、大電流特性を向上することができる。
【００２９】
さらに、正負極集電体を引き出してそのまま正負極端子として使用しているため、電極群の正負極集電体に正負極端子を溶接するという複雑な操作が不要で、量産性にも優れている。
【００３０】
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る電池を図６を参照して説明する。なお、図１〜５と同様な部材は同符号を付して説明を省略する。図６は、第２の実施形態に係る電池に使用される電極群を示す斜視図である。
【００３１】
この第２の実施形態に係る電池は、正極端子5の幅Ａ1と負極端子6の幅Ａ2が電極群の幅Ｌ1と等しい、つまり（Ａ1／Ｌ1）及び（Ａ2／Ｌ1）が１であること以外は、第1の実施形態で説明したのと同様な構成にすることができる。すなわち、正極集電体２ａの円周方向の辺全体が、負極３及びセパレータ４よりも突出している。正極集電体２ａの突出部は、電極群１の厚さを規定する方向に圧縮されて溶接により一体化され、正極端子５として機能する。一方、負極集電体３ａの円周方向の二辺のうち、正極集電体２ａの突出している辺と反対側に位置する辺全体が、正極２及びセパレータ４よりも突出している。負極集電体３ａの突出部は、電極群１の厚さを規定する方向に圧縮されて溶接により一体化されて負極端子６として機能する。溶接方法は、第１の実施形態で説明した通りである。
【００３２】
第２の実施形態に係わる電池によれば、第１の実施形態に係る電池よりも正極端子５の幅Ａ1及び負極端子６の幅Ａ2が広いため、大電流特性をより向上することができる。
【００３３】
（第３の実施形態）
前述した第１の実施形態では、負極端子６が容器７から引き出される方向を、正極端子５が容器７から引き出される方向と反対向きにしたが、正極端子５または負極端子６を折り返すことにより、正負極端子５，６の引き出し方向を揃えることができる。この一例を図７に示す。図７では、負極端子６を折り返し、電極群１の主面に平行に引き出すことによって、正極端子５と負極端子６を容器７の同一辺から外部に引き出している。なお、負極端子６にリードを接続し、このリードを折り返しても良い。
【００３４】
（第４の実施形態）
前述した第１〜３の実施形態では、正負極端子をそれぞれ１つずつ設けたが、複数形成することが可能である。その一例を図８に示す。
【００３５】
図８では、正極集電体２ａの円周方向の辺の一部が、負極３及びセパレータ４よりも突出している。正極集電体２ａの突出部は、電極群１の捲回中心Ｏを境にして二箇所設けられている。それぞれが電極群１の厚さを規定する方向に沿って積層され、溶接により一つに束ねられて正極タブ１１ａ、１１ｂとして機能する。従って、正極端子５は、正極タブ１１ａ、１１ｂから構成される。一方、負極集電体３ａの円周方向の二辺のうち、正極集電体２ａの突出している辺と反対側に位置する一辺の一部が、正極２及びセパレータ４よりも突出している。負極集電体３ａの突出部は、電極群１の捲回中心Ｏを境にして二箇所設けられている。それぞれが電極群１の厚さを規定する方向に沿って積層され、溶接により一つに束ねられて負極タブ１２ａ、１２ｂとして機能する。よって、負極端子６は、負極タブ１２ａ、１２ｂから構成される。溶接方法は、第１の実施形態で説明した通りである。なお、正極端子５の幅Ａ1は、正極集電体が突出する方向Ｚと垂直な方向の長さで規定される正極タブ１１ａ、１１ｂの幅Ｂ1を合計したものである。一方、負極端子６の幅Ａ2は、負極集電体が突出する方向Ｗと垂直な方向の長さで規定される負極タブ１２ａ、１２ｂの幅Ｂ2を合計したものである。
【００３６】
第１〜第４の実施形態では、セパレータの代わりに電解質層を使用しても、セパレータに電解質層を併用しても良い。電解質層として固体電解質を用いた場合には、正極／固体電解質／セパレータ／負極、正極／セパレータ／固体電解質／負極、正極／固体電解質／セパレータ／固体電解質／負極などの応用が可能である。
【００３７】
[実施例]
以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【００３８】
（実施例１）
ＬｉＣｏＯ2からなる正極活物質と、炭素からなる導電補助材と、ポリフッ化ビニリデン（PVｄF）からなる結着剤とを溶媒を用いて混合し、スラリーを調製した。厚さ１５μｍで平均結晶粒子径が５０μｍのシート状のアルミニウム箔（純度９９．９９％）からなる正極集電体の両面にスラリーを塗布することにより、正極集電体の両面に正極活物質層が形成された正極を作製した。なお、正極集電体の長手方向の一辺にはスラリーを塗布せず、電流取出し部を設けた。正極の長辺方向の長さＬは１５０ｍｍで、短辺方向の長さは３０ｍｍであった。
【００３９】
Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12からなる負極活物質と、炭素からなる導電補助材と、ポリフッ化ビニリデン（PVｄF）からなる結着剤とを溶媒を用いて混合し、スラリーを調製した。厚さ１５μｍで平均結晶粒子径が５０μｍのシート状のアルミニウム箔（純度９９．９９％）からなる負極集電体の両面にスラリーを塗布することにより、負極活物質層が形成された負極を作製した。なお、負極集電体の長手方向の一辺にはスラリーを塗布せず、電流取出し部を設けた。負極の長辺方向の長さは１５０ｍｍで、短辺方向の長さは２８ｍｍであった。正極と負極の長辺方向の長さが等しいため、Ｘは１５０ｍｍとなり、Ｙの許容上限値は５０ｍｍとなった。
【００４０】
次に、ポリエチレン多孔質フィルムからなるセパレータを用意し、負極／セパレータ／正極の順で平行に重ねた後、渦巻き状に捲回した。このとき負極活物質含有層及び正極活物質含有層が形成されている部分の面積は同じで、電流取出し部の面積も同じとした。また、セパレータの幅は正負極活物質含有層を覆うのには十分であるが、活物質を形成しない部分については全て覆うことのないようにした。正負極集電体とセパレータは平行であるものの、捲回軸と直交する一方の面において正極の電流取出し部をセパレータ及び負極から突出させ、かつ他方の面において負極の電流取出し部をセパレータ及び正極から突出させた。
【００４１】
渦巻き状に捲回された電極群を側部より圧力を加え、Ｙが２ｍｍの扁平形状にした後、正負極の電流取り出し部を正極端子の幅Ａ1と負極端子の幅Ａ2が下記表１に示す長さ比を満たすように切断した。なお、電極群の幅Ｌ1は５０ｍｍであった。正極集電体１層毎に突出した部分を電極群の厚さを規定する方向に重ねてレーザー溶接により一体化し、正極端子を形成した。また、負極集電体１層毎に突出した部分を電極群の厚さを規定する方向に重ねてレーザー溶接により一体化し、負極端子を形成した。
【００４２】
このようにして得られた電極群に非水電解質を含浸させた後、容器内に密閉することにより、前述した図5に示す構造を有し、設計電池容量が３００ｍAｈのリチウムイオン二次電池を製造した。
【００４３】
（実施例２〜４）
Ｙの長さを下記表１に示す通りに変更すること以外は、前述した実施例１で説明したのと同様な構成のリチウムイオン二次電池を製造した。
【００４４】
（実施例５）
電流取出し部を切断することなく、電極群の厚さを規定する方向に圧縮し、レーザー溶接により一体化し、前述した図６に示す正負極端子を有する電極群を得た。得られた電極群に非水電解質を含浸させた後、容器内に密閉することにより、設計電池容量が３００ｍAｈのリチウムイオン二次電池を製造した。
【００４５】
（実施例６）
電流取り出し部を正極端子の幅Ａ1と負極端子の幅Ａ2が下記表１に示す長さ比を満たすように切断した。集電体１層毎に突出した部分を電極群の厚さを規定する方向に重ねてレーザー溶接により一体化し、正負極端子を形成した。負極端子を折り返し、電極群の主面と平行に引き出し、前述した図７に示す正負極端子を有する電極群を得た。得られた電極群に非水電解質を含浸させた後、容器内に密閉することにより、設計電池容量が３００ｍAｈのリチウムイオン二次電池を製造した。
【００４６】
（実施例７）
正極の電流取り出し部を、電極群の捲回中心を境にして突出部が二箇所設けられるように切断した。また、負極の電流取り出し部も、電極群の捲回中心を境にして突出部が二箇所設けられるように切断した。正極の二箇所の突出部と負極の二箇所の突出部それぞれをレーザー溶接により一体化し、正極で二個、負極で二個の合計四つのタブを作製し、前述した図８に示す正負極端子を有する電極群を得た。得られた電極群に非水電解質を含浸させた後、容器内に密閉することにより、設計電池容量が３００ｍAｈのリチウムイオン二次電池を製造した。なお、表１では、２つの正極タブの幅を合計したものを正極端子の幅Ａ1とし、２つの負極タブの幅を合計したものを負極端子の幅Ａ2とした。
【００４７】
（比較例１）
電極群の最内周の長さＹを１ｍｍにすること以外は、前述した実施例１で説明したのと同様にして電極群の作製を試みた。電流取り出し部を実施例１と同様な寸法で切断後、巻毎に突出した部分を直径方向に重ねてレーザー溶接により一体化しようとしたところ、突出部の一部がよじれて千切れてしまい、正負極端子を形成することができなかった。
【００４８】
（比較例２）
Ｙの長さを下記表１に示す通りに変更すること以外は、前述した実施例１で説明したのと同様な構成のリチウムイオン二次電池を製造した。
【００４９】
得られた二次電池について、２５±３℃、相対湿度７０％以下の恒温室で１Ｃ電流で充放電を１回実施後、２０Ｃ電流で急速放電し、そのときに放電された電気容量の対初期充電電気量との相対値を求めた。その結果を下記表１に示す。表中の評価結果は電池をそれぞれ６個ずつ作製したときの平均値である。
【表１】
【００５０】
表１から明らかな通りに最内周の長さＹが２≦Ｙ≦（Ｘ／３）を満たす実施例１〜７の電池は、長さＹがこの範囲よりも大きい比較例２に比して優れた急速放電特性を得ることができた。なお、比較例１では、電池を作製することができなかったため、電池特性の評価を行っていない。また、実施例１〜４の比較により、最内周の長さＹが４≦Ｙ≦（Ｘ／５）を満たす実施例２，３は、実施例１，４と比較して急速放電時の出力が高く、より優れた大電流特性を得るために最内周の長さＹを４≦Ｙ≦（Ｘ／５）にすることが望ましいことがわかった。以上説明のとおり、本発明によれば製造生産効率がよく、高出力密度に適した電池を提供できる。
【００５１】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】第１の実施形態に係る電池の電極群を示す斜視図。
【図２】図１の電極群を捲回軸と垂直な方向（正極集電体および負極集電体が突出する方向と垂直な方向）に切断した際に得られる断面図。
【図３】図１のＡ部を示す拡大断面図。
【図４】図１の電極群が収納される容器を示す斜視図。
【図５】第１の実施形態に係る電池を示す斜視図。
【図６】第２の実施形態に係る電池に使用される電極群を示す斜視図。
【図７】第３の実施形態に係る電池に使用される電極群を示す斜視図。
【図８】第４の実施形態に係る電池に使用される電極群を示す斜視図。
【図９】図１の電極群に用いられる正極を模式的に示した平面図。
【符号の説明】
【００５３】
１…電極群、２…正極、２ａ…正極集電体、２ｂ…正極活物質含有層、３…負極、３ａ…負極集電体、３ｂ…負極活物質含有層、４…セパレータ、５…正極端子、６…負極端子、７…容器、８…電極群収納部、９…蓋体、１１ａ，１１ｂ…正極タブ、１２ａ，１２ｂ…負極タブ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解質電池に好適な電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池などに代表される高出力に適した電池では、帯状の正極とセパレータと負極とを渦巻状にして電極表面積を大きくする技術が一般的に行われている。また、負極活物質が形成される負極集電体には、物理的加工強度の観点から銅を用いるのが一般的である。この渦巻き状に捲回された電極体を備えた円筒型リチウムイオン二次電池は、近年、電気自動車用としての開発がなされている。
【０００３】
円筒型リチウムイオン二次電池における電極体からの集電方法として、例えば特許文献１には、アルミニウム箔からなる正極集電体と銅箔からなる負極集電体のうち、少なくとも一方の集電体にセパレータの端部から突出するように円弧状の電流取出部を形成し、その電流取出部が渦巻き電極体の径方向に並設されるように各周回毎に設けられており、これら電流取出部を重ねて溶着することにより端子を形成する技術が提案されている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の二次電池では、渦巻き１円弧に対して形成されている電流取出部が１つであることから円筒形の場合には効果がみいだせるものの、電極体の形状を扁平にした場合には電流分布の観点から課題があり、大電流特性が不十分であった。
【特許文献１】特開平１１−７３９９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、扁平型電極群を備えた電池の大電流特性を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る電池は、正極集電体と前記正極集電体に形成された正極活物質含有層を含む正極と、負極集電体及び前記負極集電体に形成された負極活物質含有層を含む負極とが、セパレータを介して渦巻状に捲回され、下記（１）式を満たす扁平形状を有する電極群と、
前記電極群の捲回軸と直交する一方の面において前記正極集電体が前記負極及び前記セパレータよりも突出し、突出した部分が前記電極群の厚さを規定する方向に積層されて溶接により一体化されたものからなる正極端子と、
前記電極群の捲回軸と直交する反対側の面において前記負極集電体が前記正極及び前記セパレータよりも突出し、突出した部分が前記電極群の厚さを規定する方向に積層されて溶接により一体化されたものからなる負極端子と、
前記電極群を前記正極端子及び前記負極端子を外部に引き出した状態で収納する容器と
を具備することを特徴とする。
【０００７】
２≦Ｙ≦（Ｘ／３） （１）
Ｘは前記正極及び前記負極の長手方向の長さのうち短い方の長さ（ｍｍ）で、Ｙは、前記電極群の捲回軸と直交する方向に前記電極群を切断した際に得られる断面において、前記断面の長手方向と平行な部分を有する正極及び負極の周のうち最内周の長さ（ｍｍ）である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、扁平型電極群を備えた電池の大電流特性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る電池を図１〜５を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係る電池の電極群を示す斜視図で、図２は、図１の電極群を正極集電体および負極集電体が突出する方向と垂直な方向に切断した際に得られる断面図で、図３は、図１のＡ部を示す拡大断面図で、図４は、図１の電極群が収納される容器を示す斜視図で、図５は第１の実施形態に係る電池を示す斜視図である。
【００１０】
図１及び図３に示すように、電極群１は、正極２と負極３がセパレータ4を介して扁平の渦巻状に捲回されたものである。図３に示すとおり、正極２は、正極集電体２ａと、前記正極集電体２ａの両面に形成された正極活物質含有層２ｂとを備える。また、負極３は、負極集電体３ａと、前記負極集電体３ａの両面に形成された負極活物質含有層３ｂとを備える。正極集電体２ａの円周方向の辺の一部は、負極３及びセパレータ４よりも突出していて、電極群１の厚さを規定する方向（図２の方向Ｔ）に沿って積層されている。正極集電体２ａの突出部は、溶接により一つに束ねられて正極端子５となる。一方、負極集電体３ａの円周方向の二辺のうち、正極集電体２ａが突出している辺と反対側に位置する一辺の一部が、正極２及びセパレータ４よりも突出している。負極集電体３ａの突出部は、電極群１の厚さを規定する方向（図２の方向Ｔ）に沿って積層され、溶接により一つに束ねられて負極端子６となる。溶接方法は、特に限定されるものではないが、例えば、レーザ溶接、抵抗溶接、超音波溶接などを採用することができる。
【００１１】
図２に、電極群１の捲回軸と垂直な方向（正極集電体２ａの突出方向Ｚ及び負極集電体３ａの突出方向Ｗと垂直な方向）に電極群１を切断した際に得られる断面を示す。図２に示すように、電極群１は、例えば、２枚のセパレータ４の間に負極３の捲き始め部を挟み、これらを平板状の２本の捲き芯の間に挟んで先捲きした後、正極２の捲き始め部をセパレータ４に重ね、これらを扁平形状に捲回することにより得られる。負極３の捲き始め部は負極活物質含有層が無担持で、負極集電体３ａから構成されている。
【００１２】
電極群１は下記（１）式を満足する。
【００１３】
２≦Ｙ≦（Ｘ／３） （１）
図９に示すように、正極２の形状は帯状である。負極３の形状も帯状である。正極２の長手方向の長さＬと負極３の長手方向の長さが異なる場合、短い方の長さがＸ（ｍｍ）となる。正極２の長手方向の長さＬと負極３の長手方向の長さが同じ場合は、いずれの長さをＸ（ｍｍ）としても良い。Ｙは、電極群１の捲回軸と直交する方向に電極群１を切断した際に得られる断面において、断面の長手方向と平行な部分を有する正極２及び負極３の周のうち、最内周の長さ（ｍｍ）である。例えば、前述した図２では、正極２及び負極３の周が、それぞれ、電極群１の断面の長手方向の長さＬ1と平行な直線部分を有している。これら周のうち、最も内側に位置する電極（この場合、負極３）の１周の長さがＹ（ｍｍ）となる。正極２及び負極３の集電体の厚さが薄いため、集電体の片面のみに活物質含有層が形成されていたり、あるいは全く形成されていなかったりすると、その部分の強度が低くなる。その結果、電極群において、この部分がまっすぐに延びず、波形に変形したり湾曲したりする。本願では、断面の長手方向に平行な部分を持たない周を除いた周の中で最内周の長さをＹ（ｍｍ）とする。
【００１４】
Ｙを２ｍｍ未満にすると、電極群１の形状が円筒形に近くなるため、電極群の外周付近から突出した突出部の幅と捲回中心付近から突出した突出部の幅との差が拡大し、電極群の直径方向に突出部同士を重ねることが難しくなり、一部の突出部によじれ等の変形を生じる。その結果、溶接の際に突出部が千切れたり、溶接不良を生じやすくなる。Ｙを大きくする程、溶接不良を少なくすることが可能であるものの、（Ｘ／３）で算出される長さを超えると、捲回により正極及び負極に加わる張力が不足し、正極と負極との密着強度が低下するため、電池の内部抵抗が増加する。Ｙのより好ましい範囲は、４≦Ｙ≦（Ｘ／５）である。
【００１５】
正極端子５が下記（４）式を満たし、かつ負極端子６が下記（５）式を満たすことが望ましい。これにより、大電流特性をより優れたものにすることができる。
【００１６】
０．１≦（Ａ1／Ｌ1）＜１ （４）
０．１≦（Ａ2／Ｌ1）＜１ （５）
但し、Ａ1は、正極集電体が突出する方向Ｚと垂直な方向の長さで規定される正極端子５の幅で、Ａ2は、負極集電体が突出する方向Ｗと垂直な方向の長さで規定される負極端子６の幅で、Ｌ1は、前記電極群の捲回軸と直交する方向の幅である。
【００１７】
正極端子及び負極端子の幅を前述した（４）、（５）式で規定される範囲に設定するのは、正負極集電体の円周方向の辺の所定箇所のみ突出させた状態で捲回することで行っても、正負極集電体の円周方向の辺全体を突出させて捲回した後、所望の寸法に裁断しても良い。なお、正負極集電体の円周方向の辺全体を突出させて捲回した後、所望の寸法に裁断する方が、突出部を重ね合わせる際の位置ずれを少なくすることができる。
【００１８】
正極活物質含有層２ｂは、例えば、正極活物質、導電補助材及び結着剤を含むスラリーを正極集電体２ａに塗布し、乾燥した後、プレスすることにより形成される。正極活物質については限定されるものではなく、ＭｎＯ2、Ｖ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ5、ＬｉＴｉ2Ｏ4、Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12、ＬｉＦｅ2Ｏ4、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケルマンガン酸リチウム、ニッケルコバルト酸リチウム、コバルトマンガン酸リチウム、ニッケルコバルトマンガン酸リチウムなどの金属酸化物、あるいはフッ化黒鉛、ＦｅＳ2などの無機化合物、あるいはポリアニリンやポリアセン構造体などの有機化合物などあらゆる物が適用可能である。ただし、この中で作動電位が高く、サイクル特性に優れるという点でコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムやそれらの混合物やそれらの元素の一部を他の金属元素で置換したリチウム含有酸化物がより好ましく、長期間に渡り使用されることもある非水電解質電池においては高容量で電解液や水分との反応性が低く化学的に安定であるという点でコバルト酸リチウムがさらに好ましい。
【００１９】
一方、負極活物質含有層３ｂは、例えば、負極活物質、導電補助材及び結着剤を含むスラリーを負極集電体３ａに塗布し、乾燥した後、プレスすることにより形成される。負極活物質については限定されるものではなく、金属リチウム、あるいはＬｉ−Ａｌ、Ｌｉ−Ｉｎ、Ｌｉ−Ｓｎ、Ｌｉ−Ｓｉ、Ｌｉ−Ｇｅ、Ｌｉ−Ｂｉ、Ｌｉ−Ｐｂなどのリチウム合金、あるいはポリアセン構造体などの有機化合物、あるいはリチウムを吸蔵・放出可能な炭素質材料、あるいはＮｂ2Ｏ5、ＬｉＴｉ2Ｏ4、Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12やLi含有珪素酸化物の様な酸化物、Li含有窒化物などあらゆるものが適用可能である。
【００２０】
正極集電体２ａ及び負極集電体３ａには、平均結晶粒子径が５０μｍ以下のアルミニウム箔もしくは平均結晶粒子径が５０μｍ以下のアルミニウム合金箔を使用することが望ましい。アルミニウム及びアルミニウム合金の平均結晶粒子径を５０μｍ以下にすることにより、非水電解質電池の過放電特性を向上することができる。より好ましい平均結晶粒子径は、３μｍ以下である。また、平均結晶粒子径の下限値は０．０１μｍにすることが望ましい。
【００２１】
アルミニウムおよびアルミニウム合金の平均結晶粒子径は、以下に説明する方法で測定される。集電体表面の組織を金属顕微鏡観察し、１ｍｍ×１ｍｍの視野内に存在する結晶粒子数ｎを測定し、下記（Ａ）式より平均結晶粒子面積Ｓ（μｍ2）を算出する。
【００２２】
Ｓ＝（１×１０6）／ｎ （Ａ）
ここで、（１×１０6）で表わされる値は１ｍｍ×１ｍｍの視野面積（μｍ2）で、ｎは結晶粒子数である。
【００２３】
得られた平均結晶粒子面積Ｓを用いて下記（Ｂ）式から平均結晶粒子径ｄ（μｍ）を算出する。このような平均結晶粒子径ｄの算出を５箇所（５視野）について行ない、その平均値を平均結晶粒子径とした。なお、想定誤差は約５％である。
【００２４】
ｄ＝２（Ｓ／π）1/2 （Ｂ）
正極集電体の厚さは、高容量化のため、２０μｍ以下が好ましい。より好ましい範囲は１５μｍ以下である。また、正極集電体の厚さの下限値は、３μｍにすることが望ましい。また、負極集電体の厚さは、高容量化のため、２０μｍ以下が好ましい。より好ましい範囲は１２μｍ以下である。また、負極集電体の厚さの下限値は、３μｍにすることが望ましい。
【００２５】
セパレータ４には、合成樹脂製不織布、ポリエチレン多孔質フィルム、ポリプロピレン多孔質フィルムなどを用いることができる。セパレータ４は、正極活物質含有層２ｂとの対向面積または負極活物質含有層３ｂとの対向面積の１．０１倍以上、１．１倍以下の面積を有することが望ましい。
【００２６】
図１の電極群１が収納される容器を図４に示す。図４に示すように、容器７は、ラミネートフィルムに例えば深絞り加工あるいはプレス加工を施すことにより形成された矩形状の凹部からなる電極群収納部８と、ラミネートフィルムのうちの加工が施されていない平板部からなる矩形状の蓋体９とを有する。ラミネートフィルムを点線に沿って容器側に折り返すと、電極群収納部８に蓋体９を被せることができる。蓋体９の内面は、電極群収納部８の開口部周縁の三辺１０ａ〜１０ｃと例えば熱融着により接合される。図５は、蓋体９が電極群収納部８の開口部周縁の三辺１０ａ〜１０ｃに接合され、蓋体９を下にして配置された状態を示している。ラミネートフィルムには、例えば、熱可塑性樹脂層と樹脂層との間に金属層が配置されたラミネートフィルムを使用することができる。熱可塑性樹脂層が電極群収納部８及び蓋体９の内面に位置することによって、電極群収納部８に蓋体９を熱融着により接合することができる。熱可塑性樹脂層は、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等から形成される。金属層は、アルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔であることが好ましい。また、樹脂層は、金属層を補強するためのものであり、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの高分子から形成することができる。
【００２７】
電極群１は非水電解質を保持した状態で容器７の電極群収納部８に収納される。図５に示すように、正極端子５は、電極群収納部８の開口部周縁の短辺１０ａと蓋体９との間から外部に引き出され、負極端子６は、電極群収納部８の開口部周縁の反対側の短辺１０ｂと蓋体９との間から外部に引き出される。電極群収納部８の開口部周縁の長辺１０ｃと蓋体９は、熱融着により接合された後、ほぼ垂直に折り曲げられている。
【００２８】
第１の実施形態に係わる電池では、電極群の厚さで規定される方向に並んだ正極集電体１層毎に負極及びセパレータから突出させ、これら突出部を重ねて溶接により一体化したものを正極端子とし、また、電極群の厚さで規定される方向に並んだ負極集電体１層毎に正極及びセパレータから突出させ、これら突出部を重ねて溶接により一体化したものを負極端子としている。その結果、正極及び負極において、電極群の厚さで規定される方向に並んだ集電体１層ずつから集電を行うことが可能になるため、充放電時の電流分布の偏りを少なくすることができ、大電流特性を向上することができる。
【００２９】
さらに、正負極集電体を引き出してそのまま正負極端子として使用しているため、電極群の正負極集電体に正負極端子を溶接するという複雑な操作が不要で、量産性にも優れている。
【００３０】
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る電池を図６を参照して説明する。なお、図１〜５と同様な部材は同符号を付して説明を省略する。図６は、第２の実施形態に係る電池に使用される電極群を示す斜視図である。
【００３１】
この第２の実施形態に係る電池は、正極端子5の幅Ａ1と負極端子6の幅Ａ2が電極群の幅Ｌ1と等しい、つまり（Ａ1／Ｌ1）及び（Ａ2／Ｌ1）が１であること以外は、第1の実施形態で説明したのと同様な構成にすることができる。すなわち、正極集電体２ａの円周方向の辺全体が、負極３及びセパレータ４よりも突出している。正極集電体２ａの突出部は、電極群１の厚さを規定する方向に圧縮されて溶接により一体化され、正極端子５として機能する。一方、負極集電体３ａの円周方向の二辺のうち、正極集電体２ａの突出している辺と反対側に位置する辺全体が、正極２及びセパレータ４よりも突出している。負極集電体３ａの突出部は、電極群１の厚さを規定する方向に圧縮されて溶接により一体化されて負極端子６として機能する。溶接方法は、第１の実施形態で説明した通りである。
【００３２】
第２の実施形態に係わる電池によれば、第１の実施形態に係る電池よりも正極端子５の幅Ａ1及び負極端子６の幅Ａ2が広いため、大電流特性をより向上することができる。
【００３３】
（第３の実施形態）
前述した第１の実施形態では、負極端子６が容器７から引き出される方向を、正極端子５が容器７から引き出される方向と反対向きにしたが、正極端子５または負極端子６を折り返すことにより、正負極端子５，６の引き出し方向を揃えることができる。この一例を図７に示す。図７では、負極端子６を折り返し、電極群１の主面に平行に引き出すことによって、正極端子５と負極端子６を容器７の同一辺から外部に引き出している。なお、負極端子６にリードを接続し、このリードを折り返しても良い。
【００３４】
（第４の実施形態）
前述した第１〜３の実施形態では、正負極端子をそれぞれ１つずつ設けたが、複数形成することが可能である。その一例を図８に示す。
【００３５】
図８では、正極集電体２ａの円周方向の辺の一部が、負極３及びセパレータ４よりも突出している。正極集電体２ａの突出部は、電極群１の捲回中心Ｏを境にして二箇所設けられている。それぞれが電極群１の厚さを規定する方向に沿って積層され、溶接により一つに束ねられて正極タブ１１ａ、１１ｂとして機能する。従って、正極端子５は、正極タブ１１ａ、１１ｂから構成される。一方、負極集電体３ａの円周方向の二辺のうち、正極集電体２ａの突出している辺と反対側に位置する一辺の一部が、正極２及びセパレータ４よりも突出している。負極集電体３ａの突出部は、電極群１の捲回中心Ｏを境にして二箇所設けられている。それぞれが電極群１の厚さを規定する方向に沿って積層され、溶接により一つに束ねられて負極タブ１２ａ、１２ｂとして機能する。よって、負極端子６は、負極タブ１２ａ、１２ｂから構成される。溶接方法は、第１の実施形態で説明した通りである。なお、正極端子５の幅Ａ1は、正極集電体が突出する方向Ｚと垂直な方向の長さで規定される正極タブ１１ａ、１１ｂの幅Ｂ1を合計したものである。一方、負極端子６の幅Ａ2は、負極集電体が突出する方向Ｗと垂直な方向の長さで規定される負極タブ１２ａ、１２ｂの幅Ｂ2を合計したものである。
【００３６】
第１〜第４の実施形態では、セパレータの代わりに電解質層を使用しても、セパレータに電解質層を併用しても良い。電解質層として固体電解質を用いた場合には、正極／固体電解質／セパレータ／負極、正極／セパレータ／固体電解質／負極、正極／固体電解質／セパレータ／固体電解質／負極などの応用が可能である。
【００３７】
[実施例]
以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【００３８】
（実施例１）
ＬｉＣｏＯ2からなる正極活物質と、炭素からなる導電補助材と、ポリフッ化ビニリデン（PVｄF）からなる結着剤とを溶媒を用いて混合し、スラリーを調製した。厚さ１５μｍで平均結晶粒子径が５０μｍのシート状のアルミニウム箔（純度９９．９９％）からなる正極集電体の両面にスラリーを塗布することにより、正極集電体の両面に正極活物質層が形成された正極を作製した。なお、正極集電体の長手方向の一辺にはスラリーを塗布せず、電流取出し部を設けた。正極の長辺方向の長さＬは１５０ｍｍで、短辺方向の長さは３０ｍｍであった。
【００３９】
Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12からなる負極活物質と、炭素からなる導電補助材と、ポリフッ化ビニリデン（PVｄF）からなる結着剤とを溶媒を用いて混合し、スラリーを調製した。厚さ１５μｍで平均結晶粒子径が５０μｍのシート状のアルミニウム箔（純度９９．９９％）からなる負極集電体の両面にスラリーを塗布することにより、負極活物質層が形成された負極を作製した。なお、負極集電体の長手方向の一辺にはスラリーを塗布せず、電流取出し部を設けた。負極の長辺方向の長さは１５０ｍｍで、短辺方向の長さは２８ｍｍであった。正極と負極の長辺方向の長さが等しいため、Ｘは１５０ｍｍとなり、Ｙの許容上限値は５０ｍｍとなった。
【００４０】
次に、ポリエチレン多孔質フィルムからなるセパレータを用意し、負極／セパレータ／正極の順で平行に重ねた後、渦巻き状に捲回した。このとき負極活物質含有層及び正極活物質含有層が形成されている部分の面積は同じで、電流取出し部の面積も同じとした。また、セパレータの幅は正負極活物質含有層を覆うのには十分であるが、活物質を形成しない部分については全て覆うことのないようにした。正負極集電体とセパレータは平行であるものの、捲回軸と直交する一方の面において正極の電流取出し部をセパレータ及び負極から突出させ、かつ他方の面において負極の電流取出し部をセパレータ及び正極から突出させた。
【００４１】
渦巻き状に捲回された電極群を側部より圧力を加え、Ｙが２ｍｍの扁平形状にした後、正負極の電流取り出し部を正極端子の幅Ａ1と負極端子の幅Ａ2が下記表１に示す長さ比を満たすように切断した。なお、電極群の幅Ｌ1は５０ｍｍであった。正極集電体１層毎に突出した部分を電極群の厚さを規定する方向に重ねてレーザー溶接により一体化し、正極端子を形成した。また、負極集電体１層毎に突出した部分を電極群の厚さを規定する方向に重ねてレーザー溶接により一体化し、負極端子を形成した。
【００４２】
このようにして得られた電極群に非水電解質を含浸させた後、容器内に密閉することにより、前述した図5に示す構造を有し、設計電池容量が３００ｍAｈのリチウムイオン二次電池を製造した。
【００４３】
（実施例２〜４）
Ｙの長さを下記表１に示す通りに変更すること以外は、前述した実施例１で説明したのと同様な構成のリチウムイオン二次電池を製造した。
【００４４】
（実施例５）
電流取出し部を切断することなく、電極群の厚さを規定する方向に圧縮し、レーザー溶接により一体化し、前述した図６に示す正負極端子を有する電極群を得た。得られた電極群に非水電解質を含浸させた後、容器内に密閉することにより、設計電池容量が３００ｍAｈのリチウムイオン二次電池を製造した。
【００４５】
（実施例６）
電流取り出し部を正極端子の幅Ａ1と負極端子の幅Ａ2が下記表１に示す長さ比を満たすように切断した。集電体１層毎に突出した部分を電極群の厚さを規定する方向に重ねてレーザー溶接により一体化し、正負極端子を形成した。負極端子を折り返し、電極群の主面と平行に引き出し、前述した図７に示す正負極端子を有する電極群を得た。得られた電極群に非水電解質を含浸させた後、容器内に密閉することにより、設計電池容量が３００ｍAｈのリチウムイオン二次電池を製造した。
【００４６】
（実施例７）
正極の電流取り出し部を、電極群の捲回中心を境にして突出部が二箇所設けられるように切断した。また、負極の電流取り出し部も、電極群の捲回中心を境にして突出部が二箇所設けられるように切断した。正極の二箇所の突出部と負極の二箇所の突出部それぞれをレーザー溶接により一体化し、正極で二個、負極で二個の合計四つのタブを作製し、前述した図８に示す正負極端子を有する電極群を得た。得られた電極群に非水電解質を含浸させた後、容器内に密閉することにより、設計電池容量が３００ｍAｈのリチウムイオン二次電池を製造した。なお、表１では、２つの正極タブの幅を合計したものを正極端子の幅Ａ1とし、２つの負極タブの幅を合計したものを負極端子の幅Ａ2とした。
【００４７】
（比較例１）
電極群の最内周の長さＹを１ｍｍにすること以外は、前述した実施例１で説明したのと同様にして電極群の作製を試みた。電流取り出し部を実施例１と同様な寸法で切断後、巻毎に突出した部分を直径方向に重ねてレーザー溶接により一体化しようとしたところ、突出部の一部がよじれて千切れてしまい、正負極端子を形成することができなかった。
【００４８】
（比較例２）
Ｙの長さを下記表１に示す通りに変更すること以外は、前述した実施例１で説明したのと同様な構成のリチウムイオン二次電池を製造した。
【００４９】
得られた二次電池について、２５±３℃、相対湿度７０％以下の恒温室で１Ｃ電流で充放電を１回実施後、２０Ｃ電流で急速放電し、そのときに放電された電気容量の対初期充電電気量との相対値を求めた。その結果を下記表１に示す。表中の評価結果は電池をそれぞれ６個ずつ作製したときの平均値である。
【表１】
【００５０】
表１から明らかな通りに最内周の長さＹが２≦Ｙ≦（Ｘ／３）を満たす実施例１〜７の電池は、長さＹがこの範囲よりも大きい比較例２に比して優れた急速放電特性を得ることができた。なお、比較例１では、電池を作製することができなかったため、電池特性の評価を行っていない。また、実施例１〜４の比較により、最内周の長さＹが４≦Ｙ≦（Ｘ／５）を満たす実施例２，３は、実施例１，４と比較して急速放電時の出力が高く、より優れた大電流特性を得るために最内周の長さＹを４≦Ｙ≦（Ｘ／５）にすることが望ましいことがわかった。以上説明のとおり、本発明によれば製造生産効率がよく、高出力密度に適した電池を提供できる。
【００５１】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】第１の実施形態に係る電池の電極群を示す斜視図。
【図２】図１の電極群を捲回軸と垂直な方向（正極集電体および負極集電体が突出する方向と垂直な方向）に切断した際に得られる断面図。
【図３】図１のＡ部を示す拡大断面図。
【図４】図１の電極群が収納される容器を示す斜視図。
【図５】第１の実施形態に係る電池を示す斜視図。
【図６】第２の実施形態に係る電池に使用される電極群を示す斜視図。
【図７】第３の実施形態に係る電池に使用される電極群を示す斜視図。
【図８】第４の実施形態に係る電池に使用される電極群を示す斜視図。
【図９】図１の電極群に用いられる正極を模式的に示した平面図。
【符号の説明】
【００５３】
１…電極群、２…正極、２ａ…正極集電体、２ｂ…正極活物質含有層、３…負極、３ａ…負極集電体、３ｂ…負極活物質含有層、４…セパレータ、５…正極端子、６…負極端子、７…容器、８…電極群収納部、９…蓋体、１１ａ，１１ｂ…正極タブ、１２ａ，１２ｂ…負極タブ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体と前記正極集電体に形成された正極活物質含有層を含む正極と、負極集電体及び前記負極集電体に形成された負極活物質含有層を含む負極とが、セパレータを介して渦巻状に捲回され、下記（１）式を満たす扁平形状を有する電極群と、
前記電極群の捲回軸と直交する一方の面において前記正極集電体が前記負極及び前記セパレータよりも突出し、突出した部分が前記電極群の厚さを規定する方向に積層されて溶接により一体化されたものからなる正極端子と、
前記電極群の捲回軸と直交する反対側の面において前記負極集電体が前記正極及び前記セパレータよりも突出し、突出した部分が前記電極群の厚さを規定する方向に積層されて溶接により一体化されたものからなる負極端子と、
前記電極群を前記正極端子及び前記負極端子を外部に引き出した状態で収納する容器と
を具備することを特徴とする電池。
２≦Ｙ≦（Ｘ／３） （１）
Ｘは前記正極及び前記負極の長手方向の長さのうち短い方の長さ（ｍｍ）で、Ｙは、前記電極群の捲回軸と直交する方向に前記電極群を切断した際に得られる断面において、前記断面の長手方向と平行な部分を有する正極及び負極の周のうち最内周の長さ（ｍｍ）である。
【請求項２】
前記電極群の捲回軸と直交する一方の面で複数箇所において前記正極集電体が前記負極及び前記セパレータよりも突出し、それぞれの箇所で突出した部分が前記電極群の厚さを規定する方向に積層されて溶接により一体化されたものから前記正極端子が構成され、
前記電極群の捲回軸と直交する反対側の面で複数箇所において前記負極集電体が前記正極及び前記セパレータよりも突出し、それぞれの箇所で突出した部分が前記電極群の厚さを規定する方向に積層されて溶接により一体化されたものから前記負極端子が構成されることを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項３】
前記正極端子または前記負極端子が折り返され、前記正極端子が前記容器から引き出されている方向と前記負極端子が前記容器から引き出されている方向が同じになっていることを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項４】
前記正極端子が下記（２）式を満たし、かつ前記負極端子が下記（３）式を満たすことを特徴とする請求項１記載の電池。
０．１≦（Ａ1／Ｌ1）≦１ （２）
０．１≦（Ａ2／Ｌ1）≦１ （３）
但し、Ａ1は、前記正極集電体が突出する方向と垂直な方向の長さで規定される前記正極端子の幅で、Ａ2は、前記負極集電体が突出する方向と垂直な方向の長さで規定される前記負極端子の幅で、Ｌ1は、前記電極群の捲回軸と直交する方向の幅である。
【請求項５】
前記正極集電体及び前記負極集電体は、平均結晶粒子径が５０μｍ以下のアルミニウムもしくは平均結晶粒子径が５０μｍ以下のアルミニウム合金から形成されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の電池。
【請求項６】
前記セパレータは、前記正極活物質含有層との対向面積または前記負極活物質含有層との対向面積の１．０１倍以上、１．１倍以下の面積を有することを特徴とする請求項１〜５いずれか1項記載の電池。
【請求項１】
正極集電体と前記正極集電体に形成された正極活物質含有層を含む正極と、負極集電体及び前記負極集電体に形成された負極活物質含有層を含む負極とが、セパレータを介して渦巻状に捲回され、下記（１）式を満たす扁平形状を有する電極群と、
前記電極群の捲回軸と直交する一方の面において前記正極集電体が前記負極及び前記セパレータよりも突出し、突出した部分が前記電極群の厚さを規定する方向に積層されて溶接により一体化されたものからなる正極端子と、
前記電極群の捲回軸と直交する反対側の面において前記負極集電体が前記正極及び前記セパレータよりも突出し、突出した部分が前記電極群の厚さを規定する方向に積層されて溶接により一体化されたものからなる負極端子と、
前記電極群を前記正極端子及び前記負極端子を外部に引き出した状態で収納する容器と
を具備することを特徴とする電池。
２≦Ｙ≦（Ｘ／３） （１）
Ｘは前記正極及び前記負極の長手方向の長さのうち短い方の長さ（ｍｍ）で、Ｙは、前記電極群の捲回軸と直交する方向に前記電極群を切断した際に得られる断面において、前記断面の長手方向と平行な部分を有する正極及び負極の周のうち最内周の長さ（ｍｍ）である。
【請求項２】
前記電極群の捲回軸と直交する一方の面で複数箇所において前記正極集電体が前記負極及び前記セパレータよりも突出し、それぞれの箇所で突出した部分が前記電極群の厚さを規定する方向に積層されて溶接により一体化されたものから前記正極端子が構成され、
前記電極群の捲回軸と直交する反対側の面で複数箇所において前記負極集電体が前記正極及び前記セパレータよりも突出し、それぞれの箇所で突出した部分が前記電極群の厚さを規定する方向に積層されて溶接により一体化されたものから前記負極端子が構成されることを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項３】
前記正極端子または前記負極端子が折り返され、前記正極端子が前記容器から引き出されている方向と前記負極端子が前記容器から引き出されている方向が同じになっていることを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項４】
前記正極端子が下記（２）式を満たし、かつ前記負極端子が下記（３）式を満たすことを特徴とする請求項１記載の電池。
０．１≦（Ａ1／Ｌ1）≦１ （２）
０．１≦（Ａ2／Ｌ1）≦１ （３）
但し、Ａ1は、前記正極集電体が突出する方向と垂直な方向の長さで規定される前記正極端子の幅で、Ａ2は、前記負極集電体が突出する方向と垂直な方向の長さで規定される前記負極端子の幅で、Ｌ1は、前記電極群の捲回軸と直交する方向の幅である。
【請求項５】
前記正極集電体及び前記負極集電体は、平均結晶粒子径が５０μｍ以下のアルミニウムもしくは平均結晶粒子径が５０μｍ以下のアルミニウム合金から形成されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の電池。
【請求項６】
前記セパレータは、前記正極活物質含有層との対向面積または前記負極活物質含有層との対向面積の１．０１倍以上、１．１倍以下の面積を有することを特徴とする請求項１〜５いずれか1項記載の電池。
【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２００７−３０５４７７（Ｐ２００７−３０５４７７Ａ）
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３４０７７（Ｐ２００６−１３４０７７）
【出願日】平成１８年５月１２日（２００６．５．１２）
【出願人】（０００００３５３９）東芝電池株式会社 (109)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１２日（２００６．５．１２）
【出願人】（０００００３５３９）東芝電池株式会社 (109)
【Ｆターム（参考）】
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