電池
【課題】集電体上に塗布された活物質層の始終端部や切断端部、集電体の端部、集電リードの端部等の角張った部分がセパレータを貫通することによって生じる内部短絡の発生を抑制することにある。
【解決手段】帯状の集電体５、９の表面に活物質層６、１０を塗布して形成した正極板４と負極板８とをセパレータ２を介して巻回または積層して構成した電極群１３と電解液とを電池ケース１４に封入してなる電池において、セパレータ２の少なくとも活物質層６、１０の塗布始終端部６ａ、１０ａまたは集電体５、９の端部に対応する部位を、圧壊に対して強度のある物性改質部２ａとした。
【解決手段】帯状の集電体５、９の表面に活物質層６、１０を塗布して形成した正極板４と負極板８とをセパレータ２を介して巻回または積層して構成した電極群１３と電解液とを電池ケース１４に封入してなる電池において、セパレータ２の少なくとも活物質層６、１０の塗布始終端部６ａ、１０ａまたは集電体５、９の端部に対応する部位を、圧壊に対して強度のある物性改質部２ａとした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池およびリチウム電池に代表される電池において、安全性に優れるよう改良したセパレータを収納した電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯用電子機器の電源として利用が広がっているリチウムイオン二次電池は、負極板にリチウムの吸蔵および放出が可能な炭素質材料等を用い、正極板にＬｉＣｏＯ２等の遷移金属とリチウムの複合酸化物を活物質として用いており、これによって、高電位で高放電容量のリチウムイオン二次電池を実現している。しかし、近年の電子機器および通信機器の多機能化に伴って、さらなるリチウムイオン二次電池の高容量化が望まれている。これらのリチウムイオン二次電池において、高容量化が進む一方で重視すべきは安全対策であり、特に正極板と負極板とが内部短絡しないことが極めて重要である。
【０００３】
しかし、正極板および負極板の活物質層となる合剤塗料を集電体へ塗布したときの活物質層の始／終端部、および塗膜を形成した正極板および負極板を所望の短冊状の幅へスリットしたときに生ずる塗膜の切断端部、正極集電体および負極集電体の切断端部、正極リードおよび負極リードの端部等の角張った部分および切断バリがセパレータを貫通し、短絡するおそれがある。
【０００４】
従来、この対策として一般的には、図９に示すように、電極板２８の活物質層２６の成形されていない集電体２５の露出部を設け、その集電体２５にリード２７を接続した後に、リード２７と電極板２８とを絶縁性フィルム２３で被覆する方法が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００５】
また、図１０に示すように、電極板は集電体２５が露出する露出部を備えているとともに、活物質層２６の端部の近傍から露出部に亘って絶縁フィルム２３が貼着されていて、絶縁フィルム２３の端部の厚みが薄くなるようにした方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１０３９７１号公報
【特許文献２】特開平７−３２０７７０号公報
【特許文献３】特開２００５−２３５４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献１または２に示される従来技術では、厚みのある絶縁性フィルムを活物質層へ貼り付けることによって、絶縁性フィルム２３の下に位置する活物質層２６は絶縁性フィルム２３により一体化され固定されるため、巻回時および充放電時の電極板２８の伸び縮みが規制される。その結果、絶縁性フィルム２３の端部において、絶縁性フィルム２３に固定されている活物質層２６と固定されていない活物質層２６への間に割れを生じ、集電体２５へのリチウム析出が懸念される。かつ、破断した活物質層２６の断面が膨張収縮時、または巻回時にセパレータ（図示せず）を突き破り内部短絡を引き起こすことも懸念される。
【０００８】
また、絶縁性フィルム２３により一部の活物質層２６が強く固定されていることによって、電極群を巻回する場合に、集電体２５の内側の表面に絶縁性フィルム２３を固着された活物質層２６は、曲率に応じた変形をすることができない。その結果、アルミニウム箔や銅箔により構成される集電体２５へ引張応力が集中し、集電体２５が切断されるという課題も有している。
【０００９】
さらに、電極板２８を所望の短冊状の幅へスリットしたときに生ずる活物質層２６の切断端部全面に、絶縁性フィルム２３を貼付することにより短絡防止を行うことは困難である。
【００１０】
さらに詳しくは、上述した特許文献１、２においては、端部の活物質層２６へ貼付された絶縁性フィルム２３により活物質層２６は割れを生じ、かつ、巻回時に集電体２５が切れやすいという課題を有している。
【００１１】
一方、上述した特許文献３においては、集電体２５の切れ抑制のために、絶縁性フィルム２３を絶縁性フィルム２３の端部および活物質層２６の端部において厚みを小さくすることで発生率を抑制することはできるが、課題の根本が解決されておらず、集電体２５の切断が発生してしまう可能性が大きい。
【００１２】
本発明は、上記従来の課題を鑑みてなされたもので、セパレータの正極板、負極板および集電構成体などの角張った部分に対応する部分を圧壊に対して強度のある物性改質部としたことで、セパレータの圧壊強度を向上させ、内部短絡を抑止することができ、安全性に優れた電池を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の一側面における電池は、帯状の集電体の表面に活物質層を塗布して形成した正極板と負極板とをセパレータを介して巻回または積層して構成した電極群と電解液とを電池ケースに封入してなる電池において、セパレータの少なくとも活物質層の塗布始終端部または集電体の端部に対応する部位を、圧壊に対して強度のある物性改質部としたことを特徴とする。
【００１４】
このような構成により、内部短絡など特定箇所において発生し易い欠陥に対し、その発生を抑制することができる。
【００１５】
本発明の他の側面において、上記セパレータの物性改質部は、セパレータの上記所定部位に、熱プレスまたは放電処理を施したものであることが好ましい。これにより、内部短絡の発生し易い特定箇所に対し、欠陥の発生を抑制することができる。
【００１６】
本発明の他の側面において、上記セパレータの物性改質部は、セパレータの上記所定部位に、樹脂材を充填、貼付、積層、または結合したものであることが好ましい。これにより、セパレータの物質改質部の圧壊強度をより増加させることができる。
【００１７】
本発明の他の側面において、上記セパレータの物性改質部をセパレータの内部に設けることが好ましい。これにより、セパレータの表層の孔を塞ぎ、表層の孔から亀裂の伸展を抑制することができる。
【００１８】
本発明の他の側面において、上記セパレータの物性改質部をセパレータ表面に設けることが好ましい。これにより、電極群の巻回時に活物質層が曲率に応じた変形をすることを阻害せず、集電体に引張応力が集中するのを緩和し集電体が切断することを抑制することができる。
【００１９】
本発明の他の側面において、上記帯状の集電体は、表面に活物質層が形成されたシート状の集電体を切断して形成されたものであり、セパレータの活物質層の切断端部に対応する部位に、セパレータの物性改質部がさらに設けられていることが好ましい。これにより、物質改質部以外の場所では電池の充放電に伴うイオンの動きに影響を及ぼさない構造にすることができる。
【００２０】
本発明の他の側面において、上記集電体の活物質層が形成されていない部位に、集電用リードが接続されており、セパレータの集電用リードの端部に対応する部位に、セパレータの物性改質部がさらに設けられていることが好ましい。これにより、内部短絡など特定箇所において発生し易い欠陥に対し、その発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のセパレータを用いた電池によると、セパレータの少なくとも活物質層の塗布始終端部または集電体の端部に対応する部位を、圧壊に対して強度のある物性改質部としたことによって、内部短絡を抑制することができ、これにより安全性に優れた電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係わる非水系二次電池用セパレータを巻回して製作する電極群を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係わる非水系二次電池用セパレータの物性改質部を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係わる非水系二次電池用セパレータの両面に物性改質部を設けたセパレータの図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係わる非水系二次電池用セパレータの両面に物性改質部を設けたセパレータの断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係わる非水系二次電池用セパレータの片面に物性改質部を設けたセパレータの断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係わる非水系二次電池用セパレータの片面に物性改質部を設けたセパレータの断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係わる非水系二次電池用セパレータの表面ＳＥＭ写真で、（ａ）は物質改質処理をしていない表面のＳＥＭ写真、（ｂ）は物質改質処理をした表面のＳＥＭ写真である。
【図８】本発明の一実施形態に係わる非水系二次電池を示す一部切欠斜視図である。
【図９】従来の電極板を示す斜視図である。
【図１０】従来の電極板を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。さらに、他の実施形態との組み合わせも可能である。
【００２４】
本発明の電池としては、図１に示すように、正極活物質層６を成形していない正極集電体５へ正極リード（集電用リード）７を接続した正極板４および負極活物質層１０を成形していない負極集電体９へ負極リード（集電用リード）１１を接続した負極板８を、図２に示すように、特定の箇所の空隙を減少させた物性改質部２ａをもつセパレータ２を介して巻回して構成し巻止めテープ１２で固定した電極群１３を電解液と共に図８に示すように電池ケース１４へ収納して電池を構成する。
【００２５】
さらに電池の構成を詳しく説明すると、例えば図１に示したように、複合リチウム酸化物を正極活物質とする正極板４とリチウムを保持しうる材料を負極活物質とする負極板８とをセパレータ２を介して渦巻状に巻回して電極群１３が構成されている。図８に示すように、この電極群１３を有底円筒形の電池ケース１４の内部に絶縁板１７と共に収容し、電極群１３の下部より導出した負極リード１１を電池ケース１４の底部に接続し、次いで電極群１３の上部より導出した正極リード７を封口板１５に接続し、電池ケース１４に所定量の非水溶媒からなる電解液（図示せず）を注液した後、電池ケース１４の開口部に封口ガスケット１６を周縁に取り付けた封口板１５を挿入し電池ケース１４の開口部を内方向に折り曲げてかしめ封口して構成する。
【００２６】
次に、セパレータ２の物性改質部２ａ、正極板４および負極板８の構成を詳しく説明する。セパレータ２については、非水電解質二次電池の使用範囲に耐えうる組成であれば特に限定されないが、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂の微多孔フィルムを、単一あるいは複合して用いるのが一般的でありまた態様として好ましい。このセパレータ２の厚みは特に限定されないが、１０〜２５μｍとすれば良い。
【００２７】
セパレータ２の物性改質部２ａについては、セパレータ２の対応する部分として、図１に示すように正極活物質層６の塗布始終端部６ａおよび負極活物質層１０の塗布始終端部１０ａ、正極活物質層６の切断端部６ｂおよび負極活物質層１０の切断端部１０ｂ、正極リード７および負極リード１１の端部、正極集電体５および負極集電体９の端部の対応する部分へ物性改質を施し、空隙度を小さくし、硬度を増加させ、圧壊強度を増加させた物性改質部２ａを得る。
【００２８】
正極板４と負極板８が広く対向し、電池反応する部分である物性改質部２ａ以外の非物性改質部は、空隙率の低減による圧壊強度の改善のような物性改質を施しておらず、電池の充放電に伴うイオンの動きに影響を与えない。
【００２９】
局所的な物性値の変更の一例として、圧壊強度の増加方法は、例えば、図２のようにセパレータ２に対し、熱プレスによりセパレータ２の樹脂表面を溶融し加圧することで、図３に断面を示すように、多孔質のセパレータ２の表層の孔を塞ぐことで、圧壊試験時および異物の刺さった時の表層の孔から亀裂の伸展を抑制し、圧壊強度を増加させることができる。また、図４に示すようにセパレータ２の全断面に渡って物性改質処理を行っても支障がない。
【００３０】
さらに、セパレータ２自体を溶融させるのでなく、セパレータ２に親和性のよい樹脂を充填および結合することによって、図３（ａ）、（ｂ）に示すような物性改質部２ａを設け、圧壊強度の増加を図ることも可能である。ここで、図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）は平面図である。
【００３１】
また、セパレータ２自体を溶融および充填させるのでなく、セパレータ２に親和性のよい樹脂を貼付または結合することによって、図４に示すような物性改質部２ａを設け、圧壊強度の増加を図ることもできる。ここで、「貼付」とは、結着剤を介して貼り合わせることをいい、「結合」とは、材料同士を機械的・化学的融合させることをいう。
【００３２】
さらに、図５，図６に示すように、物性改質部２ａを片面のみに作成することで所望の箇所の所望の面の圧壊強度を増加させることができる。
【００３３】
また、セパレータ２の表面に粘着性樹脂を充填することによって、セパレータ２の物性改質部２ａを設けてもよい。これにより、物性改質部２ａを、空隙の少ない（若しくは空隙のない）、耐電圧性、及び圧壊強度の強い部位にするとともに、その部位に粘着性を持たすことによって、極板の端部等の鋭利な部分に対応する部位に、物性改質部２ａを安定して配設することができる。その結果、セパレータを突き破って内部短絡が生じるのを、より効果的に防止することができる。図７（ａ）は、物性改質処理を行っていない部位のセパレータの表面ＳＥＭ写真、図７（ｂ）は、物性改質処理を行った部位のセパレータの表面ＳＥＭ写真を示す。図７（ｂ）に示すように、物質改質部２ａにおける空隙は少なくなっている。
【００３４】
正極板４については特に限定されないが、正極集電体５として厚みが５μｍ〜３０μｍを有するアルミニウムやアルミニウム合金またはニッケルやニッケル合金製の金属箔を用いることができる。この正極集電体５の上に塗布する正極合剤塗料としては、正極活物質、導電材、結着材とを分散媒中にプラネタリーミキサー等の分散機により混合分散させて正極合剤塗料を作製する。
【００３５】
まず、正極活物質、導電材、結着材を適切な分散媒中に入れ、プラネタリーミキサー等の分散機により混合分散して、集電体への塗布に最適な粘度に調整して混練を行うことで正極合剤塗料を作製する。
【００３６】
正極活物質としては、例えばコバルト酸リチウムおよびその変性体（コバルト酸リチウムにアルミニウムやマグネシウムを固溶させたものなど）、ニッケル酸リチウムおよびその変性体（一部ニッケルをコバルト置換させたものなど）、マンガン酸リチウムおよびその変性体などの複合酸化物を挙げることができる。
【００３７】
このときの導電材の種類としては、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック、各種グラファイトを単独、あるいは組み合わせて用いても良い。
【００３８】
このときの正極用結着材としては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリフッ化ビニリデンの変性体、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、アクリレート単位を有するゴム粒子結着材等を用いることができ、この際に反応性官能基を導入したアクリレートモノマー、またはアクリレートオリゴマーを結着材中に混入させることも可能である。
【００３９】
さらに、ダイコータを用いて上述したように作製した正極合剤塗料をアルミニウム箔よりなる正極集電体５上に塗布し、次いで乾燥した後にプレスにて所定厚みまで圧縮することで正極活物質層６を成形した正極板４が得られる。
【００４０】
一方、負極板８についても特に限定されないが、負極集電体９として厚みが５μｍ〜２５μｍを有する銅または銅合金製の金属箔を用いることができる。この負極集電体９の上に塗布する負極合剤塗料としては、負極活物質、結着材、必要に応じて導電材、増粘剤を分散媒中にプラネタリーミキサー等の分散機により混合分散させて負極合剤塗料を作製する。
【００４１】
まず、負極活物質、結着材を適切な分散媒中に入れ、プラネタリーミキサー等の分散機により混合分散して、集電体への塗布に最適な粘度に調整して混練を行うことで負極合剤塗料を作製する。
【００４２】
負極用活物質としては、各種天然黒鉛および人造黒鉛、シリサイドなどのシリコン系複合剤料、および各種合金組成材料を用いることができる。
【００４３】
このときの負極用結着材としては、ＰＶｄＦおよびその変性体をはじめ各種バインダーを用いることができるが、リチウムイオン受入れ性向上の観点から、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム粒子（ＳＢＲ）およびその変性体に、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）をはじめとするセルロース系樹脂等を併用することや少量添加するのがより好ましいといえる。
【００４４】
さらに、ダイコータを用いて上述したように作製した負極合剤塗料を銅箔によりなる負極集電体９上に塗布し、次いで乾燥した後にプレスにて所定厚みまで圧縮することで負極活物質層１０を成形した負極板８が得られる。
【００４５】
非水電解液については、電解質塩としてＬｉＰＦ６およびＬｉＢＦ４などの各種リチウム化合物を用いることができる。また溶媒としてエチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）を単独および組み合わせて用いることができる。また正負極板上に良好な皮膜を形成させることや過充電時の安定性を保証するために、ビニレンカーボネート（ＶＣ）やシクロヘキシルベンゼン（ＣＨＢ）およびその変性体を用いることも好ましい。
【００４６】
そして、正極板４と負極板８とをセパレータ２を介し、図１のように巻回して構成した電極群１３を、図８に示すように、有底円筒形の電池ケース１４の内部に絶縁板１７と共に収容し、電極群１３の下部より導出した負極リード１１を電池ケース１４の底部に接続し、次いで電極群１３の上部より導出した正極リード７を封口板１５に接続し、電池ケース１４に所定量の非水溶媒からなる電解液（図示せず）を注液した後に電池ケース１４の開口部に封口ガスケット１６を周縁に取り付けた封口板１５を挿入し電池ケース１４の開口部を内方向に折り曲げてかしめ封口することにより非水系二次電池を製作する。
【実施例】
【００４７】
以下、具体的な実施例についてさらに詳しく説明する。
【００４８】
（実施例１）
厚みが２０μｍでセパレータ２の正極活物質層６の塗布始終端部６ａおよび負極活物質層１０の塗布始終端部１０ａ、正極活物質層６の切断端部１０ｂおよび負極活物質層１０の切断端部１０ｂ、正極リード７および負極リード１１の端部、正極集電体５および負極集電体９の端部の対応する部位のおよそ５ｍｍの幅の領域に対し、１０ｍｍの距離からプラズマ照射装置を用いて、電圧ＬＯＷ設定にて０．５秒間のプラズマ照射を実施し、物性改質部２ａを成形されたセパレータ２を実施例１のセパレータ２とした。
【００４９】
さらに、正極板４と負極板８とを実施例１のセパレータ２を介し図１のように巻回して構成した電極群１３を、図８に示すように有底円筒形の電池ケース１４の内部に絶縁板１７と共に収容し、電極群１３の下部より導出した負極リード１１を電池ケース１４の底部に接続し、次いで電極群１３の上部より導出した正極リード７を封口板１５に接続し、電池ケース１４に所定量の非水溶媒からなる電解液（図示せず）を注液した後に電池ケース１４の開口部に封口ガスケット１６を周縁に取り付けた封口板１５を挿入し電池ケース１４の開口部を内方向に折り曲げてかしめ封口することにより作製した非水系二次電池を実施例１の非水系二次電池とした。
【００５０】
（実施例２）
厚みが２０μｍでセパレータ２の正極活物質層６の塗布始終端部６ａおよび負極活物質層１０の塗布始終端部１０ａ、正極活物質層６の切断端部６ｂおよび負極活物質層１０の切断端部１０ｂ、正極リード７および負極リード１１の端部、正極集電体５および負極集電体９の端部の対応する部位のおよそ５ｍｍの幅の領域に対し、金属製のヒータと金属板で１Ｎの荷重で挟み、ヒータの設定を１５０℃とし、１０分間、熱プレスを行って物性改質部２ａを成形したセパレータ２を実施例２のセパレータ２とした。
【００５１】
さらに、正極板４と負極板８とを実施例２のセパレータ２を介し図１のように巻回して構成した電極群１３を、図８に示すように有底円筒形の電池ケース１４の内部に絶縁板１６と共に収容し、電極群１３の下部より導出した負極リード１１を電池ケース１４の底部に接続し、次いで電極群１３の上部より導出した正極リード７を封口板１５に接続し、電池ケース１４に所定量の非水溶媒からなる電解液（図示せず）を注液した後に電池ケース１４の開口部に封口ガスケット１６を周縁に取り付けた封口板１５を挿入し電池ケース１４の開口部を内方向に折り曲げてかしめ封口することにより作製した非水系二次電池を実施例２の非水系二次電池とした。
【００５２】
（実施例３）
厚みが２０μｍでセパレータ２の正極活物質層６の塗布始終端部６ａおよび負極活物質層１０の塗布始終端部１０ａ、正極活物質層６の切断端部６ｂおよび負極活物質層１０の切断端部１０ｂ、正極リード７および負極リード１１の端部、正極集電体５および負極集電体９の端部の対応する部位のおよそ５ｍｍの幅の領域に対し、１０ｍｍの距離からプラズマ放電処理装置において、電圧ＬＯＷ設定にて０．５秒間のプラズマ放電を照射した後、金属製のヒータと金属板で１Ｎの荷重で挟み、ヒータの設定を１５０℃とし、１０分間、熱プレス処理を行って物性改質部２ａを成形したセパレータ２を実施例３のセパレータ２とした。
【００５３】
さらに、正極板４と負極板８とを実施例３のセパレータ２を介し図１のように巻回して構成した電極群１３を、図８に示すように有底円筒形の電池ケース１４の内部に絶縁板１６と共に収容し、電極群１３の下部より導出した負極リード１１を電池ケース１４の底部に接続し、次いで電極群１３の上部より導出した正極リード７を封口板１５に接続し、電池ケース１４に所定量の非水溶媒からなる電解液（図示せず）を注液した後に電池ケース１４の開口部に封口ガスケット１６を周縁に取り付けた封口板１５を挿入し電池ケース１４の開口部を内方向に折り曲げてかしめ封口することにより作製した非水系二次電池を実施例３の非水系二次電池とした。
【００５４】
（実施例４）
厚みが２０μｍでセパレータ２の正極活物質層６の塗布始終端部６ａおよび負極活物質層１０の塗布始終端部１０ａ、正極活物質層６の切断端部６ｂおよび負極活物質層１０の切断端部１０ｂ、正極リード７および負極リード１１の端部、正極集電体５および負極集電体９の端部の対応する部位のおよそ５ｍｍの幅の領域に対し、溶融したセパレータと同種の樹脂を塗布し、金属板に挟み厚みを規正した状態で冷却して物性改質部２ａを成形したセパレータ２を実施例４のセパレータ２とした。
【００５５】
さらに、正極板４と負極板８とを実施例３のセパレータ２を介し図１のように巻回して構成した電極群１３を、図８に示すように有底円筒形の電池ケース１４の内部に絶縁板１７と共に収容し、電極群１３の下部より導出した負極リード１１を電池ケース１４の底部に接続し、次いで電極群１３の上部より導出した正極リード７を封口板１５に接続し、電池ケース１４に所定量の非水溶媒からなる電解液（図示せず）を注液した後に電池ケース１４の開口部に封口ガスケット１６を周縁に取り付けた封口板１５を挿入し電池ケース１４の開口部を内方向に折り曲げてかしめ封口することにより作製した非水系二次電池を実施例４の非水系二次電池とした。
【００５６】
（比較例１）
厚みが２０μｍで物性改質部を形成しないセパレータ２を比較例１のセパレータ２とした。
さらに、正極板４と負極板８とを比較例１のセパレータ２を介し図１のように巻回して構成した電極群１３を図８に示したように有底円筒形の電池ケース１４の内部に絶縁板１７と共に収容し、電極群１３の下部より導出した負極リード１１を電池ケース１４の底部に接続し、次いで電極群１３の上部より導出した正極リード７を封口板１５に接続し、電池ケース１４に所定量の非水溶媒からなる電解液（図示せず）を注液した後に電池ケース１４の開口部に封口ガスケット１６を周縁に取り付けた封口板１５を挿入し電池ケース１４の開口部を内方向に折り曲げてかしめ封口することにより作製した非水系二次電池を比較例１の非水系二次電池とした。
【００５７】
上記の条件で製作した物性改質部２ａを圧壊強度試験によって比較した結果を（表１）に示す。
圧壊強度試験は、セパレータ２を直径が１２ｍｍのワッシャで固定し、固定されたセパレータ２に、ピンを１００ｍｍ／分の速度で突刺し、その際の最大荷重（Ｎ）を圧壊強度として求めた。ピンの形状は、ピンの直径が１ｍｍ、先端が０．５Ｒとした。
【００５８】
また、リーク発生率の評価は、各実施例や比較例のセパレータ２を介して正極板４と負極板８を巻回して製作した電極群１３を各１００個ずつ正極リード７および負極リード１１を介して８００Ｖの電圧を印加し、電流が０．１ｍＡ以上流れた電極群１３をリーク発生品として数え、母数１００で除した値をリーク発生率（％）とした。さらに、電池容量の評価は、実施例１から実施例３、および比較例のセパレータ２を用いて製作した非水系二次電池の放電容量を比較例１００として、実施例１から実施例３を比較した。
【００５９】
【表１】
【００６０】
（表１）より明らかなように比較例１のセパレータ２に対し、実施例１のセパレータ２においては、プラズマ放電処理によりセパレータ２の表面にポリオレフィン系高分子より大きな極性モーメントの官能基（例えば、酸素の２重結合やヒドロキシル基）が付加することによりセパレータ２の圧壊強度が増加する効果、およびプラズマ放電時に発生する熱によりセパレータ２の空隙の表面が溶着し空隙率が減少したことにより、セパレータ２の裂け難さの向上が圧壊強度が増加した効果の２点の要因と考えられる。
【００６１】
一方で、実施例２のセパレータ２においては図２のように熱プレス処理によりセパレータ２中の空隙が潰れることで、圧壊時の物性改質されたセパレータ２が裂け難くなっており、電極群１３中でも裂け難く内部短絡の抑制効果が期待できる。
また、プラズマ放電処理と共に熱プレス処理を施した実施例３のセパレータ２においては実施例２のセパレータ２で行った熱プレスの効果が物性値に与える影響が大きく、プラズマ放電処理の影響は圧壊強度を微増させる程度にとどまり、空隙率は実施例２の場合と同等な値となる。
【００６２】
さらに、実施例４の充填処理を施したセパレータ２は、実施例１〜３に比べ空隙へ樹脂を充填していることで、セパレータ２の体積自体が増加しており、硬度の増加、圧壊強度の増加へ繋がっている。
また、各実施例のセパレータ２を用いた電極群１３のリーク発生率は、圧壊強度の低い比較例に対して、実施例１では改善し、実施例２，３においてはリーク発生が起こらなかった。
また、各実施例のセパレータ２を用いた非水系二次電池の容量確認においては比較例に対し、実施例１から実施例４において電池容量の低下は見られなかった。
【００６３】
本実施例は、リチウムイオン二次電池についで述べたがアルカリ蓄電池およびリチウム電池などのセパレータ２を介し正極板４と負極板８の間でイオンの授受を行う他の電池においても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明に係る非水系二次電池は、リチウムイオン二次電池やアルカリ蓄電池およびリチウム電池などの携帯用電子機器の電源に有用である。
【符号の説明】
【００６５】
２ セパレータ
２ａ 物性改質部
４ 正極板
５ 正極集電体
６ 正極活物質層
６ａ 塗布始終端部
６ｂ 切断端部
７ 正極リード
８ 負極板
９ 負極集電体
１０ 負極活物質層
１０ａ 塗布始終端部
１０ｂ 切断端部
１１ 負極リード
１２ 巻き止めテープ
１３ 電極群
１４ 電池ケース
１５ 封口板
１６ 封口ガスケット
１７ 絶縁板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池およびリチウム電池に代表される電池において、安全性に優れるよう改良したセパレータを収納した電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯用電子機器の電源として利用が広がっているリチウムイオン二次電池は、負極板にリチウムの吸蔵および放出が可能な炭素質材料等を用い、正極板にＬｉＣｏＯ２等の遷移金属とリチウムの複合酸化物を活物質として用いており、これによって、高電位で高放電容量のリチウムイオン二次電池を実現している。しかし、近年の電子機器および通信機器の多機能化に伴って、さらなるリチウムイオン二次電池の高容量化が望まれている。これらのリチウムイオン二次電池において、高容量化が進む一方で重視すべきは安全対策であり、特に正極板と負極板とが内部短絡しないことが極めて重要である。
【０００３】
しかし、正極板および負極板の活物質層となる合剤塗料を集電体へ塗布したときの活物質層の始／終端部、および塗膜を形成した正極板および負極板を所望の短冊状の幅へスリットしたときに生ずる塗膜の切断端部、正極集電体および負極集電体の切断端部、正極リードおよび負極リードの端部等の角張った部分および切断バリがセパレータを貫通し、短絡するおそれがある。
【０００４】
従来、この対策として一般的には、図９に示すように、電極板２８の活物質層２６の成形されていない集電体２５の露出部を設け、その集電体２５にリード２７を接続した後に、リード２７と電極板２８とを絶縁性フィルム２３で被覆する方法が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００５】
また、図１０に示すように、電極板は集電体２５が露出する露出部を備えているとともに、活物質層２６の端部の近傍から露出部に亘って絶縁フィルム２３が貼着されていて、絶縁フィルム２３の端部の厚みが薄くなるようにした方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１０３９７１号公報
【特許文献２】特開平７−３２０７７０号公報
【特許文献３】特開２００５−２３５４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献１または２に示される従来技術では、厚みのある絶縁性フィルムを活物質層へ貼り付けることによって、絶縁性フィルム２３の下に位置する活物質層２６は絶縁性フィルム２３により一体化され固定されるため、巻回時および充放電時の電極板２８の伸び縮みが規制される。その結果、絶縁性フィルム２３の端部において、絶縁性フィルム２３に固定されている活物質層２６と固定されていない活物質層２６への間に割れを生じ、集電体２５へのリチウム析出が懸念される。かつ、破断した活物質層２６の断面が膨張収縮時、または巻回時にセパレータ（図示せず）を突き破り内部短絡を引き起こすことも懸念される。
【０００８】
また、絶縁性フィルム２３により一部の活物質層２６が強く固定されていることによって、電極群を巻回する場合に、集電体２５の内側の表面に絶縁性フィルム２３を固着された活物質層２６は、曲率に応じた変形をすることができない。その結果、アルミニウム箔や銅箔により構成される集電体２５へ引張応力が集中し、集電体２５が切断されるという課題も有している。
【０００９】
さらに、電極板２８を所望の短冊状の幅へスリットしたときに生ずる活物質層２６の切断端部全面に、絶縁性フィルム２３を貼付することにより短絡防止を行うことは困難である。
【００１０】
さらに詳しくは、上述した特許文献１、２においては、端部の活物質層２６へ貼付された絶縁性フィルム２３により活物質層２６は割れを生じ、かつ、巻回時に集電体２５が切れやすいという課題を有している。
【００１１】
一方、上述した特許文献３においては、集電体２５の切れ抑制のために、絶縁性フィルム２３を絶縁性フィルム２３の端部および活物質層２６の端部において厚みを小さくすることで発生率を抑制することはできるが、課題の根本が解決されておらず、集電体２５の切断が発生してしまう可能性が大きい。
【００１２】
本発明は、上記従来の課題を鑑みてなされたもので、セパレータの正極板、負極板および集電構成体などの角張った部分に対応する部分を圧壊に対して強度のある物性改質部としたことで、セパレータの圧壊強度を向上させ、内部短絡を抑止することができ、安全性に優れた電池を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の一側面における電池は、帯状の集電体の表面に活物質層を塗布して形成した正極板と負極板とをセパレータを介して巻回または積層して構成した電極群と電解液とを電池ケースに封入してなる電池において、セパレータの少なくとも活物質層の塗布始終端部または集電体の端部に対応する部位を、圧壊に対して強度のある物性改質部としたことを特徴とする。
【００１４】
このような構成により、内部短絡など特定箇所において発生し易い欠陥に対し、その発生を抑制することができる。
【００１５】
本発明の他の側面において、上記セパレータの物性改質部は、セパレータの上記所定部位に、熱プレスまたは放電処理を施したものであることが好ましい。これにより、内部短絡の発生し易い特定箇所に対し、欠陥の発生を抑制することができる。
【００１６】
本発明の他の側面において、上記セパレータの物性改質部は、セパレータの上記所定部位に、樹脂材を充填、貼付、積層、または結合したものであることが好ましい。これにより、セパレータの物質改質部の圧壊強度をより増加させることができる。
【００１７】
本発明の他の側面において、上記セパレータの物性改質部をセパレータの内部に設けることが好ましい。これにより、セパレータの表層の孔を塞ぎ、表層の孔から亀裂の伸展を抑制することができる。
【００１８】
本発明の他の側面において、上記セパレータの物性改質部をセパレータ表面に設けることが好ましい。これにより、電極群の巻回時に活物質層が曲率に応じた変形をすることを阻害せず、集電体に引張応力が集中するのを緩和し集電体が切断することを抑制することができる。
【００１９】
本発明の他の側面において、上記帯状の集電体は、表面に活物質層が形成されたシート状の集電体を切断して形成されたものであり、セパレータの活物質層の切断端部に対応する部位に、セパレータの物性改質部がさらに設けられていることが好ましい。これにより、物質改質部以外の場所では電池の充放電に伴うイオンの動きに影響を及ぼさない構造にすることができる。
【００２０】
本発明の他の側面において、上記集電体の活物質層が形成されていない部位に、集電用リードが接続されており、セパレータの集電用リードの端部に対応する部位に、セパレータの物性改質部がさらに設けられていることが好ましい。これにより、内部短絡など特定箇所において発生し易い欠陥に対し、その発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のセパレータを用いた電池によると、セパレータの少なくとも活物質層の塗布始終端部または集電体の端部に対応する部位を、圧壊に対して強度のある物性改質部としたことによって、内部短絡を抑制することができ、これにより安全性に優れた電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係わる非水系二次電池用セパレータを巻回して製作する電極群を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係わる非水系二次電池用セパレータの物性改質部を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係わる非水系二次電池用セパレータの両面に物性改質部を設けたセパレータの図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係わる非水系二次電池用セパレータの両面に物性改質部を設けたセパレータの断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係わる非水系二次電池用セパレータの片面に物性改質部を設けたセパレータの断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係わる非水系二次電池用セパレータの片面に物性改質部を設けたセパレータの断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係わる非水系二次電池用セパレータの表面ＳＥＭ写真で、（ａ）は物質改質処理をしていない表面のＳＥＭ写真、（ｂ）は物質改質処理をした表面のＳＥＭ写真である。
【図８】本発明の一実施形態に係わる非水系二次電池を示す一部切欠斜視図である。
【図９】従来の電極板を示す斜視図である。
【図１０】従来の電極板を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。さらに、他の実施形態との組み合わせも可能である。
【００２４】
本発明の電池としては、図１に示すように、正極活物質層６を成形していない正極集電体５へ正極リード（集電用リード）７を接続した正極板４および負極活物質層１０を成形していない負極集電体９へ負極リード（集電用リード）１１を接続した負極板８を、図２に示すように、特定の箇所の空隙を減少させた物性改質部２ａをもつセパレータ２を介して巻回して構成し巻止めテープ１２で固定した電極群１３を電解液と共に図８に示すように電池ケース１４へ収納して電池を構成する。
【００２５】
さらに電池の構成を詳しく説明すると、例えば図１に示したように、複合リチウム酸化物を正極活物質とする正極板４とリチウムを保持しうる材料を負極活物質とする負極板８とをセパレータ２を介して渦巻状に巻回して電極群１３が構成されている。図８に示すように、この電極群１３を有底円筒形の電池ケース１４の内部に絶縁板１７と共に収容し、電極群１３の下部より導出した負極リード１１を電池ケース１４の底部に接続し、次いで電極群１３の上部より導出した正極リード７を封口板１５に接続し、電池ケース１４に所定量の非水溶媒からなる電解液（図示せず）を注液した後、電池ケース１４の開口部に封口ガスケット１６を周縁に取り付けた封口板１５を挿入し電池ケース１４の開口部を内方向に折り曲げてかしめ封口して構成する。
【００２６】
次に、セパレータ２の物性改質部２ａ、正極板４および負極板８の構成を詳しく説明する。セパレータ２については、非水電解質二次電池の使用範囲に耐えうる組成であれば特に限定されないが、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂の微多孔フィルムを、単一あるいは複合して用いるのが一般的でありまた態様として好ましい。このセパレータ２の厚みは特に限定されないが、１０〜２５μｍとすれば良い。
【００２７】
セパレータ２の物性改質部２ａについては、セパレータ２の対応する部分として、図１に示すように正極活物質層６の塗布始終端部６ａおよび負極活物質層１０の塗布始終端部１０ａ、正極活物質層６の切断端部６ｂおよび負極活物質層１０の切断端部１０ｂ、正極リード７および負極リード１１の端部、正極集電体５および負極集電体９の端部の対応する部分へ物性改質を施し、空隙度を小さくし、硬度を増加させ、圧壊強度を増加させた物性改質部２ａを得る。
【００２８】
正極板４と負極板８が広く対向し、電池反応する部分である物性改質部２ａ以外の非物性改質部は、空隙率の低減による圧壊強度の改善のような物性改質を施しておらず、電池の充放電に伴うイオンの動きに影響を与えない。
【００２９】
局所的な物性値の変更の一例として、圧壊強度の増加方法は、例えば、図２のようにセパレータ２に対し、熱プレスによりセパレータ２の樹脂表面を溶融し加圧することで、図３に断面を示すように、多孔質のセパレータ２の表層の孔を塞ぐことで、圧壊試験時および異物の刺さった時の表層の孔から亀裂の伸展を抑制し、圧壊強度を増加させることができる。また、図４に示すようにセパレータ２の全断面に渡って物性改質処理を行っても支障がない。
【００３０】
さらに、セパレータ２自体を溶融させるのでなく、セパレータ２に親和性のよい樹脂を充填および結合することによって、図３（ａ）、（ｂ）に示すような物性改質部２ａを設け、圧壊強度の増加を図ることも可能である。ここで、図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）は平面図である。
【００３１】
また、セパレータ２自体を溶融および充填させるのでなく、セパレータ２に親和性のよい樹脂を貼付または結合することによって、図４に示すような物性改質部２ａを設け、圧壊強度の増加を図ることもできる。ここで、「貼付」とは、結着剤を介して貼り合わせることをいい、「結合」とは、材料同士を機械的・化学的融合させることをいう。
【００３２】
さらに、図５，図６に示すように、物性改質部２ａを片面のみに作成することで所望の箇所の所望の面の圧壊強度を増加させることができる。
【００３３】
また、セパレータ２の表面に粘着性樹脂を充填することによって、セパレータ２の物性改質部２ａを設けてもよい。これにより、物性改質部２ａを、空隙の少ない（若しくは空隙のない）、耐電圧性、及び圧壊強度の強い部位にするとともに、その部位に粘着性を持たすことによって、極板の端部等の鋭利な部分に対応する部位に、物性改質部２ａを安定して配設することができる。その結果、セパレータを突き破って内部短絡が生じるのを、より効果的に防止することができる。図７（ａ）は、物性改質処理を行っていない部位のセパレータの表面ＳＥＭ写真、図７（ｂ）は、物性改質処理を行った部位のセパレータの表面ＳＥＭ写真を示す。図７（ｂ）に示すように、物質改質部２ａにおける空隙は少なくなっている。
【００３４】
正極板４については特に限定されないが、正極集電体５として厚みが５μｍ〜３０μｍを有するアルミニウムやアルミニウム合金またはニッケルやニッケル合金製の金属箔を用いることができる。この正極集電体５の上に塗布する正極合剤塗料としては、正極活物質、導電材、結着材とを分散媒中にプラネタリーミキサー等の分散機により混合分散させて正極合剤塗料を作製する。
【００３５】
まず、正極活物質、導電材、結着材を適切な分散媒中に入れ、プラネタリーミキサー等の分散機により混合分散して、集電体への塗布に最適な粘度に調整して混練を行うことで正極合剤塗料を作製する。
【００３６】
正極活物質としては、例えばコバルト酸リチウムおよびその変性体（コバルト酸リチウムにアルミニウムやマグネシウムを固溶させたものなど）、ニッケル酸リチウムおよびその変性体（一部ニッケルをコバルト置換させたものなど）、マンガン酸リチウムおよびその変性体などの複合酸化物を挙げることができる。
【００３７】
このときの導電材の種類としては、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック、各種グラファイトを単独、あるいは組み合わせて用いても良い。
【００３８】
このときの正極用結着材としては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリフッ化ビニリデンの変性体、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、アクリレート単位を有するゴム粒子結着材等を用いることができ、この際に反応性官能基を導入したアクリレートモノマー、またはアクリレートオリゴマーを結着材中に混入させることも可能である。
【００３９】
さらに、ダイコータを用いて上述したように作製した正極合剤塗料をアルミニウム箔よりなる正極集電体５上に塗布し、次いで乾燥した後にプレスにて所定厚みまで圧縮することで正極活物質層６を成形した正極板４が得られる。
【００４０】
一方、負極板８についても特に限定されないが、負極集電体９として厚みが５μｍ〜２５μｍを有する銅または銅合金製の金属箔を用いることができる。この負極集電体９の上に塗布する負極合剤塗料としては、負極活物質、結着材、必要に応じて導電材、増粘剤を分散媒中にプラネタリーミキサー等の分散機により混合分散させて負極合剤塗料を作製する。
【００４１】
まず、負極活物質、結着材を適切な分散媒中に入れ、プラネタリーミキサー等の分散機により混合分散して、集電体への塗布に最適な粘度に調整して混練を行うことで負極合剤塗料を作製する。
【００４２】
負極用活物質としては、各種天然黒鉛および人造黒鉛、シリサイドなどのシリコン系複合剤料、および各種合金組成材料を用いることができる。
【００４３】
このときの負極用結着材としては、ＰＶｄＦおよびその変性体をはじめ各種バインダーを用いることができるが、リチウムイオン受入れ性向上の観点から、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム粒子（ＳＢＲ）およびその変性体に、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）をはじめとするセルロース系樹脂等を併用することや少量添加するのがより好ましいといえる。
【００４４】
さらに、ダイコータを用いて上述したように作製した負極合剤塗料を銅箔によりなる負極集電体９上に塗布し、次いで乾燥した後にプレスにて所定厚みまで圧縮することで負極活物質層１０を成形した負極板８が得られる。
【００４５】
非水電解液については、電解質塩としてＬｉＰＦ６およびＬｉＢＦ４などの各種リチウム化合物を用いることができる。また溶媒としてエチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）を単独および組み合わせて用いることができる。また正負極板上に良好な皮膜を形成させることや過充電時の安定性を保証するために、ビニレンカーボネート（ＶＣ）やシクロヘキシルベンゼン（ＣＨＢ）およびその変性体を用いることも好ましい。
【００４６】
そして、正極板４と負極板８とをセパレータ２を介し、図１のように巻回して構成した電極群１３を、図８に示すように、有底円筒形の電池ケース１４の内部に絶縁板１７と共に収容し、電極群１３の下部より導出した負極リード１１を電池ケース１４の底部に接続し、次いで電極群１３の上部より導出した正極リード７を封口板１５に接続し、電池ケース１４に所定量の非水溶媒からなる電解液（図示せず）を注液した後に電池ケース１４の開口部に封口ガスケット１６を周縁に取り付けた封口板１５を挿入し電池ケース１４の開口部を内方向に折り曲げてかしめ封口することにより非水系二次電池を製作する。
【実施例】
【００４７】
以下、具体的な実施例についてさらに詳しく説明する。
【００４８】
（実施例１）
厚みが２０μｍでセパレータ２の正極活物質層６の塗布始終端部６ａおよび負極活物質層１０の塗布始終端部１０ａ、正極活物質層６の切断端部１０ｂおよび負極活物質層１０の切断端部１０ｂ、正極リード７および負極リード１１の端部、正極集電体５および負極集電体９の端部の対応する部位のおよそ５ｍｍの幅の領域に対し、１０ｍｍの距離からプラズマ照射装置を用いて、電圧ＬＯＷ設定にて０．５秒間のプラズマ照射を実施し、物性改質部２ａを成形されたセパレータ２を実施例１のセパレータ２とした。
【００４９】
さらに、正極板４と負極板８とを実施例１のセパレータ２を介し図１のように巻回して構成した電極群１３を、図８に示すように有底円筒形の電池ケース１４の内部に絶縁板１７と共に収容し、電極群１３の下部より導出した負極リード１１を電池ケース１４の底部に接続し、次いで電極群１３の上部より導出した正極リード７を封口板１５に接続し、電池ケース１４に所定量の非水溶媒からなる電解液（図示せず）を注液した後に電池ケース１４の開口部に封口ガスケット１６を周縁に取り付けた封口板１５を挿入し電池ケース１４の開口部を内方向に折り曲げてかしめ封口することにより作製した非水系二次電池を実施例１の非水系二次電池とした。
【００５０】
（実施例２）
厚みが２０μｍでセパレータ２の正極活物質層６の塗布始終端部６ａおよび負極活物質層１０の塗布始終端部１０ａ、正極活物質層６の切断端部６ｂおよび負極活物質層１０の切断端部１０ｂ、正極リード７および負極リード１１の端部、正極集電体５および負極集電体９の端部の対応する部位のおよそ５ｍｍの幅の領域に対し、金属製のヒータと金属板で１Ｎの荷重で挟み、ヒータの設定を１５０℃とし、１０分間、熱プレスを行って物性改質部２ａを成形したセパレータ２を実施例２のセパレータ２とした。
【００５１】
さらに、正極板４と負極板８とを実施例２のセパレータ２を介し図１のように巻回して構成した電極群１３を、図８に示すように有底円筒形の電池ケース１４の内部に絶縁板１６と共に収容し、電極群１３の下部より導出した負極リード１１を電池ケース１４の底部に接続し、次いで電極群１３の上部より導出した正極リード７を封口板１５に接続し、電池ケース１４に所定量の非水溶媒からなる電解液（図示せず）を注液した後に電池ケース１４の開口部に封口ガスケット１６を周縁に取り付けた封口板１５を挿入し電池ケース１４の開口部を内方向に折り曲げてかしめ封口することにより作製した非水系二次電池を実施例２の非水系二次電池とした。
【００５２】
（実施例３）
厚みが２０μｍでセパレータ２の正極活物質層６の塗布始終端部６ａおよび負極活物質層１０の塗布始終端部１０ａ、正極活物質層６の切断端部６ｂおよび負極活物質層１０の切断端部１０ｂ、正極リード７および負極リード１１の端部、正極集電体５および負極集電体９の端部の対応する部位のおよそ５ｍｍの幅の領域に対し、１０ｍｍの距離からプラズマ放電処理装置において、電圧ＬＯＷ設定にて０．５秒間のプラズマ放電を照射した後、金属製のヒータと金属板で１Ｎの荷重で挟み、ヒータの設定を１５０℃とし、１０分間、熱プレス処理を行って物性改質部２ａを成形したセパレータ２を実施例３のセパレータ２とした。
【００５３】
さらに、正極板４と負極板８とを実施例３のセパレータ２を介し図１のように巻回して構成した電極群１３を、図８に示すように有底円筒形の電池ケース１４の内部に絶縁板１６と共に収容し、電極群１３の下部より導出した負極リード１１を電池ケース１４の底部に接続し、次いで電極群１３の上部より導出した正極リード７を封口板１５に接続し、電池ケース１４に所定量の非水溶媒からなる電解液（図示せず）を注液した後に電池ケース１４の開口部に封口ガスケット１６を周縁に取り付けた封口板１５を挿入し電池ケース１４の開口部を内方向に折り曲げてかしめ封口することにより作製した非水系二次電池を実施例３の非水系二次電池とした。
【００５４】
（実施例４）
厚みが２０μｍでセパレータ２の正極活物質層６の塗布始終端部６ａおよび負極活物質層１０の塗布始終端部１０ａ、正極活物質層６の切断端部６ｂおよび負極活物質層１０の切断端部１０ｂ、正極リード７および負極リード１１の端部、正極集電体５および負極集電体９の端部の対応する部位のおよそ５ｍｍの幅の領域に対し、溶融したセパレータと同種の樹脂を塗布し、金属板に挟み厚みを規正した状態で冷却して物性改質部２ａを成形したセパレータ２を実施例４のセパレータ２とした。
【００５５】
さらに、正極板４と負極板８とを実施例３のセパレータ２を介し図１のように巻回して構成した電極群１３を、図８に示すように有底円筒形の電池ケース１４の内部に絶縁板１７と共に収容し、電極群１３の下部より導出した負極リード１１を電池ケース１４の底部に接続し、次いで電極群１３の上部より導出した正極リード７を封口板１５に接続し、電池ケース１４に所定量の非水溶媒からなる電解液（図示せず）を注液した後に電池ケース１４の開口部に封口ガスケット１６を周縁に取り付けた封口板１５を挿入し電池ケース１４の開口部を内方向に折り曲げてかしめ封口することにより作製した非水系二次電池を実施例４の非水系二次電池とした。
【００５６】
（比較例１）
厚みが２０μｍで物性改質部を形成しないセパレータ２を比較例１のセパレータ２とした。
さらに、正極板４と負極板８とを比較例１のセパレータ２を介し図１のように巻回して構成した電極群１３を図８に示したように有底円筒形の電池ケース１４の内部に絶縁板１７と共に収容し、電極群１３の下部より導出した負極リード１１を電池ケース１４の底部に接続し、次いで電極群１３の上部より導出した正極リード７を封口板１５に接続し、電池ケース１４に所定量の非水溶媒からなる電解液（図示せず）を注液した後に電池ケース１４の開口部に封口ガスケット１６を周縁に取り付けた封口板１５を挿入し電池ケース１４の開口部を内方向に折り曲げてかしめ封口することにより作製した非水系二次電池を比較例１の非水系二次電池とした。
【００５７】
上記の条件で製作した物性改質部２ａを圧壊強度試験によって比較した結果を（表１）に示す。
圧壊強度試験は、セパレータ２を直径が１２ｍｍのワッシャで固定し、固定されたセパレータ２に、ピンを１００ｍｍ／分の速度で突刺し、その際の最大荷重（Ｎ）を圧壊強度として求めた。ピンの形状は、ピンの直径が１ｍｍ、先端が０．５Ｒとした。
【００５８】
また、リーク発生率の評価は、各実施例や比較例のセパレータ２を介して正極板４と負極板８を巻回して製作した電極群１３を各１００個ずつ正極リード７および負極リード１１を介して８００Ｖの電圧を印加し、電流が０．１ｍＡ以上流れた電極群１３をリーク発生品として数え、母数１００で除した値をリーク発生率（％）とした。さらに、電池容量の評価は、実施例１から実施例３、および比較例のセパレータ２を用いて製作した非水系二次電池の放電容量を比較例１００として、実施例１から実施例３を比較した。
【００５９】
【表１】
【００６０】
（表１）より明らかなように比較例１のセパレータ２に対し、実施例１のセパレータ２においては、プラズマ放電処理によりセパレータ２の表面にポリオレフィン系高分子より大きな極性モーメントの官能基（例えば、酸素の２重結合やヒドロキシル基）が付加することによりセパレータ２の圧壊強度が増加する効果、およびプラズマ放電時に発生する熱によりセパレータ２の空隙の表面が溶着し空隙率が減少したことにより、セパレータ２の裂け難さの向上が圧壊強度が増加した効果の２点の要因と考えられる。
【００６１】
一方で、実施例２のセパレータ２においては図２のように熱プレス処理によりセパレータ２中の空隙が潰れることで、圧壊時の物性改質されたセパレータ２が裂け難くなっており、電極群１３中でも裂け難く内部短絡の抑制効果が期待できる。
また、プラズマ放電処理と共に熱プレス処理を施した実施例３のセパレータ２においては実施例２のセパレータ２で行った熱プレスの効果が物性値に与える影響が大きく、プラズマ放電処理の影響は圧壊強度を微増させる程度にとどまり、空隙率は実施例２の場合と同等な値となる。
【００６２】
さらに、実施例４の充填処理を施したセパレータ２は、実施例１〜３に比べ空隙へ樹脂を充填していることで、セパレータ２の体積自体が増加しており、硬度の増加、圧壊強度の増加へ繋がっている。
また、各実施例のセパレータ２を用いた電極群１３のリーク発生率は、圧壊強度の低い比較例に対して、実施例１では改善し、実施例２，３においてはリーク発生が起こらなかった。
また、各実施例のセパレータ２を用いた非水系二次電池の容量確認においては比較例に対し、実施例１から実施例４において電池容量の低下は見られなかった。
【００６３】
本実施例は、リチウムイオン二次電池についで述べたがアルカリ蓄電池およびリチウム電池などのセパレータ２を介し正極板４と負極板８の間でイオンの授受を行う他の電池においても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明に係る非水系二次電池は、リチウムイオン二次電池やアルカリ蓄電池およびリチウム電池などの携帯用電子機器の電源に有用である。
【符号の説明】
【００６５】
２ セパレータ
２ａ 物性改質部
４ 正極板
５ 正極集電体
６ 正極活物質層
６ａ 塗布始終端部
６ｂ 切断端部
７ 正極リード
８ 負極板
９ 負極集電体
１０ 負極活物質層
１０ａ 塗布始終端部
１０ｂ 切断端部
１１ 負極リード
１２ 巻き止めテープ
１３ 電極群
１４ 電池ケース
１５ 封口板
１６ 封口ガスケット
１７ 絶縁板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の集電体の表面に活物質層を塗布して形成した正極板と負極板とをセパレータを介して巻回または積層して構成した電極群と電解液とを電池ケースに封入してなる電池において、
前記セパレータの少なくとも前記活物質層の塗布始終端部または前記集電体の端部に対応する部位を、圧壊に対して強度のある物性改質部としたことを特徴とする電池。
【請求項２】
前記セパレータの物性改質部は、前記セパレータの前記所定の部位に、熱プレスまたは放電処理を施したものであることを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記セパレータの物性改質部は、前記セパレータの前記所定の部位に、樹脂材を充填、貼付または結合したものであることを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項４】
前記セパレータの物性改質部をセパレータの内部に設けたことを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項５】
前記セパレータの物性改質部をセパレータ表面に設けたことを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項６】
前記帯状の集電体は、表面に前記活物質層が形成されたシート状の集電体を切断して形成されたものであり、
前記セパレータの前記活物質層の切断端部に対応する部位に、前記セパレータの物性改質部がさらに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項７】
前記集電体の前記活物質層が形成されていない部位に、集電用リードが接続されており、
前記セパレータの前記集電用リードの端部に対応する部位に、前記セパレータの物性改質部がさらに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項１】
帯状の集電体の表面に活物質層を塗布して形成した正極板と負極板とをセパレータを介して巻回または積層して構成した電極群と電解液とを電池ケースに封入してなる電池において、
前記セパレータの少なくとも前記活物質層の塗布始終端部または前記集電体の端部に対応する部位を、圧壊に対して強度のある物性改質部としたことを特徴とする電池。
【請求項２】
前記セパレータの物性改質部は、前記セパレータの前記所定の部位に、熱プレスまたは放電処理を施したものであることを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記セパレータの物性改質部は、前記セパレータの前記所定の部位に、樹脂材を充填、貼付または結合したものであることを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項４】
前記セパレータの物性改質部をセパレータの内部に設けたことを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項５】
前記セパレータの物性改質部をセパレータ表面に設けたことを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項６】
前記帯状の集電体は、表面に前記活物質層が形成されたシート状の集電体を切断して形成されたものであり、
前記セパレータの前記活物質層の切断端部に対応する部位に、前記セパレータの物性改質部がさらに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項７】
前記集電体の前記活物質層が形成されていない部位に、集電用リードが接続されており、
前記セパレータの前記集電用リードの端部に対応する部位に、前記セパレータの物性改質部がさらに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電池。
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図７】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−３６８５（Ｐ２０１０−３６８５Ａ）
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２２３６３（Ｐ２００９−１２２３６３）
【出願日】平成２１年５月２０日（２００９．５．２０）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２０日（２００９．５．２０）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]