電池
【課題】内部短絡を効果的に抑制してその安全性を高めることが可能な捲回型の電池を提供する。
【解決手段】正極１１と負極１２とセパレータ１３を一体とした捲回体を有して成る電池であって、正極１１及び負極１２は、それぞれ、その両面に導電層１１ｙ、１２ｙが形成された樹脂フィルム１１ｘ、１２ｘを集電体としたものであり、かつ、樹脂フィルム１１ｘは、捲回体の外周部分（ｂ〜ｃ）に、導電層１１ｙが一切形成されない露出領域を有する構成。
【解決手段】正極１１と負極１２とセパレータ１３を一体とした捲回体を有して成る電池であって、正極１１及び負極１２は、それぞれ、その両面に導電層１１ｙ、１２ｙが形成された樹脂フィルム１１ｘ、１２ｘを集電体としたものであり、かつ、樹脂フィルム１１ｘは、捲回体の外周部分（ｂ〜ｃ）に、導電層１１ｙが一切形成されない露出領域を有する構成。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、捲回型の電池（例えばリチウムイオン二次電池）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
正極に金属酸化物、電解質に有機電解液（非水系電解液）、負極に黒鉛等の炭素材料、正極及び負極間に多孔質セパレータを用いるリチウムイオン二次電池（以下、単に電池とも呼ぶ）は、１９９１年に初めて製品化されて以来、そのエネルギー密度の高さから、小型、軽量化が進む携帯電話のような携帯機器向けの電池として急速に普及してきた。
【０００３】
また、発電された電気を蓄えるために容量を大きくしたリチウムイオン二次電池（大容量電池）も研究されている。なお、この大容量電池としては、従来の電池を単にスケールアップして製造された例が報告されている。
【０００４】
一方で、リチウムイオン二次電池の急速な普及や大容量化に伴い、その安全性に対する要望は高くなってきている。
【０００５】
リチウムイオン二次電池は、電解質として有機電解液を用いているため、過酷な使用条件においても破裂や発火等の事故に至らないように、いくつかの対策が施されている。その対策としては、電池温度が上昇した場合に、セパレータが溶融することによって、セパレータの孔が塞がり、その結果、電流が遮断される”シャットダウン機能”のような安全性を確保する対策が備えられている。
【０００６】
しかしながら、これらの対策が施された電池であっても、電池の安全性に関する問題は生じている。例えば、外部からの要因による短絡（釘が刺さった場合等）や内部短絡（異物混入の場合等）が生じて、短絡箇所に電流が集中して流れると、抵抗発熱による発熱が生じ、その熱によって電池内の活物質や電解液の化学反応が引き起こされる。その結果、電池に、いわゆる“熱暴走”が起こり、最悪の場合には破裂、発火に至るといった問題が起こっている。
【０００７】
これまでに、内部短絡を防止できる安全性の高いリチウムイオン二次電池として、正極集電体の露出部と対向する負極合剤の表面、及び、負極合剤の表面と対向する正極集電体の露出部の少なくともいずれか一方の表面に絶縁体層を形成した非水系二次電池が開示・提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００７−１０３３５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
確かに、特許文献１に記載の従来技術は、電池の内部短絡防止に資するものであるが、長期の評価において、前記絶縁体層は、少なからず剥離や落下等を生じる懸念がある。そのため、特許文献１に記載の従来技術では、正極集電体の露出部と対向する負極合剤の表面、及び、負極合剤の表面と対向する正極集電体の露出部間の少なくともいずれかで、長期の使用において生じる内部短絡を十分に抑制することができなくなるおそれがあった。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑み、内部短絡を効果的に抑制してその安全性を高めることが可能な捲回型の電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る電池は、正極と負極とセパレータを一体とした捲回体を有して成る電池であって、前記正極及び前記負極のうち、少なくともいずれか一方は、その両面或いは片面に導電層が形成された樹脂フィルムを集電体としたものであり、かつ、前記樹脂フィルムは、前記捲回体の外周部分に、前記導電層が一切形成されない露出領域を有する構成（第１の構成）とされている。
【００１１】
なお、上記第１の構成から成る電池において、前記樹脂フィルムは、前記捲回体の最外周部分にのみ、前記露出領域を有する構成（第２の構成）にするとよい。
【００１２】
また、上記第１または第２の構成から成る電池において、前記樹脂フィルムは、１２０℃での熱収縮率が縦、横いずれかの方向で１．５％以上の熱可塑性樹脂から成る構成（第３の構成）にするとよい。
【００１３】
また、上記第３の構成から成る電池において、前記樹脂フィルムは、ポリオレフィン樹脂、または、ポリ塩化ビニル、若しくは、これらの複合材料から成る構成（第４の構成）にするとよい。
【発明の効果】
【００１４】
正極及び負極の集電体が金属箔から成る従来構成の電池では、内部短絡を生じ易い箇所として、正極集電体の露出部と負極の表面との間、正極集電体の露出部と負極集電体の露出部との間、正極の表面と負極の表面との間、並びに、正極の表面と負極集電体の露出部との間を挙げることができる。なかでも、正極集電体の露出部と負極の表面との間は、内部短絡が生じた場合に、特に大きな電流が流れ易い箇所として考えられる。
【００１５】
これに対して、本発明に係る電池であれば、正極及び前記負極のうち、少なくともいずれか一方は、その両面或いは片面に導電層が形成された樹脂フィルムを集電体としたものであり、かつ、前記樹脂フィルムは、捲回体の外周部分に、導電層が一切形成されない露出領域を有しているので、正極集電体の露出部と負極の表面との間で内部短絡を生じにくい構造となる。
【００１６】
さらに、本発明に係る電池であれば、サイクル中に生じる電極の膨張収縮にも、樹脂フィルムの伸縮で対応することができるので、サイクル特性に及ぼす効果も大きくなる。
【００１７】
また、本発明に係る電池であれば、正極及び負極の集電体が金属箔から成る従来構成の電池と比べて、金属の使用量を低減することができる。その結果、電池の軽量化、金属の使用量低減による低コスト化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下では、本発明を捲回型のリチウムイオン二次電池に適用した構成を例に挙げて、詳細な説明を行う。
【００１９】
図１は、本発明に係る捲回型のリチウムイオン二次電池の縦断面図である。図１に示すように、本発明に係るリチウムイオン二次電池１０は、正極１１と、負極１２と、セパレータ１３と、正極リード１４と、負極リード１５と、電池缶１６と、正極蓋１７と、絶縁パッキン１８と、センターピン１９と、を有して成る。なお、図１において、セパレータ１３、正極蓋１７、及び、絶縁パッキン１８には断面を示すハッチングを省略している。
【００２０】
上記の構成要素を有するリチウムイオン二次電池１０の電極構造は、次の通りである。正極１１と負極１２との間には、それぞれ多孔質のセパレータ１３が挟まれている。そして、これらを一体として端からスパイラル状に捲回することにより、円筒形の捲回体が形成される。この捲回体は、電池缶１６の上面側（正極蓋１７側）から正極リード１４、底面側から負極リード１５がそれぞれ引き出された状態で、円筒形の電池缶１６（例えば、直径１８［ｍｍ］、高さ６５［ｍｍ］）内に収納されている。
【００２１】
また、正極リード１４は正極蓋１７に、負極リード１５は電池缶１６の底面に、スポット溶接によってそれぞれ取り付けられている。また、上記捲回体の中心部には、巻き崩れ防止のためにセンターピン１９が挿入されている。また、電池缶１６と正極蓋１７との間は、絶縁パッキン１８を介在させた状態で、かしめによる密封処理が施されている。
【００２２】
セパレータ１３は、例えば、電気絶縁性の合成樹脂繊維、ガラス繊維、天然繊維等の不織布、織布、又は、微多孔質膜の中から適宜選択可能である。なかでも、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル等の不織布、及び、微多孔質膜は、品質の安定性等の点から、セパレータ１３として好適に使用することができる。また、上記合成樹脂の不織布、及び、微多孔質膜をセパレータ１３として用いれば、リチウムイオン二次電池１０が異常発熱した場合にセパレータ１３が熱により溶解し、正極１１と負極１２との間で電流が遮断される機能、いわゆる”シャットダウン機能”を付加することが可能となる。従って、安全性の観点から見ても、上記合成樹脂の不織布、及び、微多孔質膜は、セパレータ１３として好適に使用することができる。
【００２３】
なお、セパレータ１３の厚みについては、特に限定されないが、必要量の電解液を保持することが可能であって、かつ、正極１１と負極１２との短絡を防ぐことが可能な厚さがあればよい。例えば、０．０１〜１［ｍｍ］程度の厚さとすればよく、好ましくは、０．０２〜０．０５［ｍｍ］程度の厚さとすればよい。
【００２４】
また、セパレータ１３を構成する材質についても、特に限定されないが、電池の内部抵抗値を小さく維持しつつ、電池の内部短絡を防ぐことが可能な強度を確保するために、１〜５００［秒／ｃｍ３］程度の透気度を有する材質を用いることが好ましい。
【００２５】
また、セパレータ１３の形状や大きさについても、特に限定されないが、正極１１及び負極１２と共に捲回した場合に、正極１１よりも大きいことが好ましく、なかでも、正極１１よりもやや大きく、負極１２よりもやや小さな相似形であることが好ましい。
【００２６】
また、リチウムイオン二次電池１０に含まれる電解質としては、一般に、有機溶媒と電解質塩とを含む非水系電解液が使用される。
【００２７】
なお、上記有機溶媒としては、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート類と、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート等の鎖状カーボネート類、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等のラクトン類、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン等のフラン類、ジエチルエーテル、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、エトキシメトキシエタン、ジオキサン等のエーテル類、ジメチルスルホキシド、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、ギ酸メチル、酢酸メチル等が挙げられる。これら有機溶媒は、２種以上混合してもよい。
【００２８】
また、上記電解質塩としては、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ４）、リンフッ化リチウム（ＬｉＰＦ６）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）、トリフルオロ酢酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＣＯＯ）、トリフルオロメタンスルホン酸イミドリチウム（ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２）等のリチウム塩が挙げられる。これら電解質塩は、２種以上を混合してもよい。
【００２９】
また、上記の非水系電解液をポリマーマトリックス中に保持したゲル電解質や、イオン液体から成る電解質を用いることも可能である。
【００３０】
次に、正極１１及び負極１２の電極構造について説明する。本発明に係るリチウムイオン二次電池１０において、捲回体を形成する正極１１及び負極１２のうち、少なくともいずれか一方は、その表面に導電層が形成された樹脂フィルムを集電体としたものであり、かつ、上記の樹脂フィルムは、捲回体の外周部分に、導電層が一切形成されない露出領域を有する構造とされている。以下では、この特徴的な構造について、詳細な説明を行う。
【００３１】
図２及び図３は、それぞれ、捲回体の横断面図（捲回軸に対して垂直方向に切断した場合の断面図）である。なお、図２には、正極１１及び負極１２の断面構造を詳細に説明するために、正極１１及び負極１２をシート状に広げた状態（捲回する前の状態）が示されている。一方、図３には、電池缶１６内部における正極１１及び負極１２の相対的な位置関係を詳細に説明するために、正極１１及び負極１２を捲回した状態が示されている。なお、図３では、正極１１が実線で示されており、負極１２が破線で示されている。
【００３２】
図２に示すように、正極１１は、その両面に導電層１１ｙが形成された樹脂フィルム１１ｘを集電体としている。また、負極１２は、その両面に導電層１２ｙが形成された樹脂フィルム１２ｘを集電体としている。なお、導電層１１ｙ及び導電層１２ｙの形成方法については、特に限定されないが、蒸着、スパッタリング、無電解めっき等の方法を用いることができる。また、正極１１の導電層１１ｙを形成する導電性材料としては、アルミニウムを用いることが好ましく、負極１２の導電層１２ｙを形成する導電性材料としては、銅或いはニッケルを用いることが好ましい。また、導電層１１ｙ及び導電層１２ｙの厚さについては、電池の負荷特性を鑑みて０．３［μｍ］以上とすることが好ましく、また、導電性材料の使用量低減を鑑みて３［μｍ］以下とすることが好ましい。
【００３３】
なお、上記では、正極１１、負極１２の端部にそれぞれ１箇所ずつリード取り出し箇所（タブ接続部）を載置した構成を例に挙げて説明を行ったが、タブ接続部の載置位置や載置数は、これに限定されるものではない。例えば、導電層や活物質層が形成された集電体での抵抗ロスを鑑みると、電極端部に１箇所だけタブ接続部を載置した上記の構成では、タブ接続部から集電体最遠部（タブ接続部を起点としてそこから最も遠い位置にある集電体の一部分を指すものであって、上記の構成に即して言えば、タブ接続部が載置された電極端部とは逆側の電極端部に相当）までの距離が大きくなるので、集電体での抵抗ロスも大きくなる。そこで、さらなる電池特性の向上を図る場合には、タブ接続部から集電体最遠部までの距離を短縮して、集電体での抵抗ロスを抑制するために、電極端部以外（例えば電極両端からの距離が等しくなる中間位置）にタブ接続部を載置したり、若しくは、電極上の２箇所以上にタブ接続部を載置することが好ましい。なお、このような構成を採用する場合、負極１２のタブ接続部に対向する箇所には、正極１１の活物質層が存在しないように設計することが好ましい。また、このような構成は、正極側、負極側のいずれにも適用することが可能であるが、正極側に適用することがより好ましい。
【００３４】
樹脂フィルム１１ｘ及び樹脂フィルム１２ｘの材質としては、熱可塑性樹脂から成るプラスチック材料が好ましく、例えば、熱変形温度が１５０℃以下であるポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ塩化ビニル、ポリアミドを好適に用いることができる。なかでも、１２０℃での熱収縮率が縦、横いずれかの方向で１．５％以上のポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン樹脂、ポリ塩化ビニルが好ましい。また、これらの複合フィルムや、これらに表面加工処理を行った樹脂フィルムも好適に用いることができる。また、セパレータ１３と同じ材質から成る樹脂フィルムを用いることもできる。
【００３５】
なお、上記熱収縮率の測定は次のように行えばよい。まず、樹脂フィルム上に５０［ｍｍ］以上の間隔を空けて２つのポイントを付け、両者のポイント間距離を測定する。その後、１５分間、１２０℃で加熱処理を行った後に、再度、同じポイント間距離を測定し、加熱処理前後の測定値に基づいて熱収縮率を求める。この方法に基づき、樹脂フィルムの縦方向及び横方向について、それぞれ３つ以上のポイント間距離を測定し、各々の測定結果から算出された熱収縮率の平均値を最終的な樹脂フィルムの熱収縮率として採用する。このとき、樹脂フィルムの縦方向及び横方向のそれぞれについて、少なくとも、樹脂フィルムの端部から１０％以内の２点と、樹脂フィルムの端部から５０％前後の１点を、ポイント間距離の測定地点として選定すべきである。
【００３６】
樹脂フィルム１１ｘ及び樹脂フィルム１２ｘの厚さについては、二次電池としてのエネルギー密度向上と強度維持のバランスを取るべく、１０［μｍ］以上、１００［μｍ］以下とすることが望ましい。樹脂フィルム１１ｘ及び樹脂フィルム１２ｘの製造方法については、一軸延伸、二軸延伸、または、無延伸等のいずれの方法を採用しても構わない。
【００３７】
上記構成から成る正極１１において、導電層１１ｙ上には、正極活物質を含む正極活物質層（正極合剤層）１１ｚが形成される。また、上記構成から成る負極１２において、導電層１２ｙ上には、負極活物質を含む負極活物質層（負極合剤層）１２ｚが形成される。
【００３８】
なお、正極活物質としては、リチウムを含有した酸化物が挙げられる。具体的には、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＦｅＯ２、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、及び、これら正極活物質の遷移金属を一部他の金属元素で置換した物が挙げられる。また、通常の使用において、正極活物質が保有するリチウム量の８０％以上を電池反応に利用することが可能なものであれば、過充電による課題を解決し、電池の安全性を高めることが可能となる。このような正極活物質としては、ＬｉＭｎ２Ｏ４のようなスピネル構造を有するものや、ＬｉＭＰＯ４（ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅから選ばれる少なくとも１種以上の元素）で表されるオリビン構造を有する正極材料等がある。なかでも、ＭｎやＦｅを用いた正極活物質がコストの観点から好ましい。
【００３９】
また、さらに好ましい正極活物質としては、安全性及び充電電圧の観点から、ＬｉＦｅＰＯ４が挙げられる。通常、電池に温度上昇が生じると、これに伴って正極活物質が酸素を放出するので、電解液が燃焼してさらに激しい発熱を生じてしまうが、ＬｉＦｅＰＯ４は、全ての酸素が強固な共有結合によって燐と結合しているため、電池に温度上昇が生じた場合でも、酸素の放出が非常に起こりにくく、安全性の観点から好ましい。また、ＬｉＦｅＰＯ４は燐を含んでいるため、消炎作用も期待できる。
【００４０】
さらに、ＬｉＦｅＰＯ４は、その充電電圧が３．５［Ｖ］程度であり、３．８［Ｖ］でほぼ充電が完了するため、電解液の分解を引き起こす電圧レベルまでは少し余裕がある。従って、ＬｉＦｅＰＯ４を正極活物質として用いれば、規定された負荷特性に電極の分極があったとしても、充電電圧を適切なレベルまで高めることにより、電解液の分解を引き起こすことなく充電が可能となる。一方、充電電圧が４［Ｖ］以上に達するような正極活物質を用いた場合には、それ以上に充電電圧を上げると、電解液の分解が起こりやすくなる。そのため、上記のように分極が大きい場合に、さらに充電電圧を上げて充電すると、サイクル特性に影響を及ぼすおそれがあり、好ましくない。
【００４１】
また、ＬｉＦｅＰＯ４は、充電の末期に電圧が急激に上昇するため、満充電状態の検出が非常に行いやすく、組み電池にした場合にも、電圧検出の精度があまり要求されることがないという利点も有する。
【００４２】
一方、負極活物質としては、天然黒鉛、粒子状（鱗片状ないし塊状、繊維状、ウイスカー状、球状、破砕状等）の人造黒鉛、或いは、メソカーボンマイクロビーズ、メソフェーズピッチ粉末、等方性ピッチ粉末等の黒鉛化品等に代表される高結晶性黒鉛、若しくは、樹脂焼成炭等の難黒鉛化炭素等が挙げられ、さらにはこれらを２種以上混合してもよい。また、錫の酸化物、シリコン系の負極活物質等の容量の大きい合金系の材料を使用することもできる。
【００４３】
また、図２及び図３に示したように、本発明に係るリチウムイオン二次電池１０において、正極１１の集電体を形成する樹脂フィルム１１ｘは、捲回体の最外周部分（符号ｂ〜ｃで示された区間）に、導電層１１ｙが一切形成されない露出領域（非導電領域）を有する構成とされている。この露出領域は、導電層１１ｙの形成工程において、パターニングを行うことにより作成すればよい。パターニングの方法としては、マスクを用いる方法など、一般的に用いられている方法で対応することができる。
【００４４】
なお、上記した捲回体の「最外周部分」とは、符号ａで示すポイントを起点とし、センターピン１９を捲回軸として、スパイラル状に捲回体を形成したときに、最後に巻き取られる１周分（符号ｂ〜ｃで示された区間）を指すものとする。
【００４５】
また、図３において、極太線Ｘで示された領域は、樹脂フィルム上に導電層と活物質層が形成された領域を示している。太線Ｙで示された領域は、樹脂フィルム上に導電層のみが形成された領域（電極領域）を示している。細線Ｚで示された領域は、樹脂フィルム上に導電層が形成されていない露出領域（非導電領域）を示している。また、図３中の符号ａ〜ｃは、それぞれ、図２中の符号ａ〜ｃに相当する。
【００４６】
このように、本発明に係るリチウムイオン二次電池１０において、正極１１の集電体を形成する樹脂フィルム１１ｘは、捲回体の最外周部分に、導電層１１ｙが一切形成されない露出領域を有しているので、この露出領域と負極１２との間では、内部短絡を生じるおそれがない。従って、集電体が金属箔で形成されていた従来構成と異なり、電池の内部短絡を生じた場合であっても、正極集電体の露出領域と負極との間に大電流が流れることを防止できるので、電池の安全性向上に大きく寄与することが可能となる。
【００４７】
また、本発明に係るリチウムイオン二次電池１０では、捲回体の最外周部分にのみ樹脂フィルム１１ｘの露出領域が形成されているので、電池容量を不要に損なうことがない。
【００４８】
さらに、本発明に係るリチウムイオン二次電池１０であれば、サイクル中に生じる電極の膨張収縮にも、樹脂フィルム１１ｘ、１２ｘの伸縮で対応することができるので、サイクル特性に及ぼす効果も大きくなる。
【００４９】
また、本発明に係るリチウムイオン二次電池１０であれば、正極１１及び負極１２の集電体が金属箔から成る従来構成の電池と比べて、金属の使用量を低減することができる。その結果、電池の軽量化、金属の使用量低減による低コスト化が可能となる。
【００５０】
なお、上記の実施形態では、本発明を捲回型のリチウムイオン二次電池に適用した構成を例示して詳細な説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、捲回型の電池全般に広く適用することが可能である。
【００５１】
また、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。
【００５２】
例えば、上記実施形態では、正極１１と負極１２の両方に樹脂フィルム１１ｘ、１２ｘを用いた構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、いずれか一方のみに樹脂フィルムを用い、他方については従来通りの金属箔を用いる構成としても構わない。
【００５３】
また、上記実施形態では、捲回体の最外周部分（図２及び図３の符号ｂ〜ｃで示された区間）にのみ、樹脂フィルム１１ｘの露出領域を形成する構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、図４に示すように、樹脂フィルム１１ｘの露出領域を符号ｂで示すポイントよりもさらに内側の符号ｄで示すポイントから形成した構成、すなわち、捲回体の外周部分に、樹脂フィルム１１ｘの露出領域を有する構成としても構わない。
【００５４】
なお、上記した捲回体の「外周部分」とは、符号ａで示すポイントを起点とし、センターピン１９を捲回軸として、スパイラル状に捲回体を形成したときに、最後に巻き取られるｎ周分（ただしｎ＞１であり、符号ｄ〜ｂ〜ｃで示された区間）を指すものとする。
【００５５】
また、上記実施形態では、正極１１側の樹脂フィルム１１ｘのみに露出領域を形成する構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、図４に示すように、正極１１側の樹脂フィルム１１ｘと負極１２側の樹脂フィルム１２ｘの双方に、導電層１１ｙ、１２ｙが形成されていない露出領域を設けても構わない。
【００５６】
また、上記実施形態では、樹脂フィルム１１ｘ、１２ｘの両面に、それぞれ、導電層１１ｙ、１２ｙを形成する構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、図５に示すように、樹脂フィルム１１ｘ、１２ｘの片面にのみ、それぞれ、導電層１１ｙ、１２ｙを形成する構成としても構わない。このような構成とすることにより、捲回体を形成する際に、導電層１１ｙ、１２ｙを互いに対向させることで、両者の間に１枚のセパレータ１３を介在すれば足りることになる。
【００５７】
また、上記実施形態では、正極１１側の樹脂フィルム１１ｘに露出領域を形成した構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、正極１１と負極１２との関係を互いに入れ替えても構わない。すなわち、図１〜図５で示した符号１１を負極とし、符号１２を正極としてもよい。ただし、一般には、正極１１よりも負極１２の方が電極面積が大きくなるので、負極１２が捲回体の外側となることが好ましい。
【００５８】
また、上記実施形態では、円筒型の電池缶１６を用いた構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、その他の形状（例えば、三角柱型や四角柱型）を有する電池缶１６を用いても構わない。
【実施例】
【００５９】
以下では、実施例と比較例を挙げ、これらを対比することによって、本発明の作用・効果を具体的に説明するが、これらの実施例や比較例によって、本発明の技術的範囲は何ら限定されるものではない。
【００６０】
（実施例１）
本実施例では、本発明に係る円筒型電池の充放電試験を行った。なお、正極活物質としてＬｉＣｏＯ２を１００重量部、導電材としてアセチレンブラックを１０重量部、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン（以下ではＰＶＤＦと呼ぶ）を１０重量部、溶剤としてＮ−メチル−２−ピロリドン（以下ではＮＭＰと呼ぶ）をそれぞれ用い、正極活物質層を形成するためのペーストを作製した。また、厚さ１５［μｍ］のプロピレンフィルムの両面に厚さ１［μｍ］のアルミニウム蒸着層を形成して正極の集電体を作製した。そして、上記のペーストを集電体の両面に塗工し、十分に乾燥させた後、油圧プレスでプレスすることにより、正極を得た（樹脂フィルム幅５９［ｍｍ］×長さ７２５［ｍｍ］、電極塗工幅５９［ｍｍ］×長さ６５０［ｍｍ］）。この正極における単位面積あたりの活物質の重量は４０［ｍｇ／ｃｍ２］となった。正極の一端には、正極リードとなるアルミニウムタブを取り付けた。
【００６１】
次に、負極活物質として中国産の天然黒鉛（平均粒径１５［μｍ］、平均面間隔ｄ００２＝０．３３５７［ｎｍ］、ＢＥＴ比表面積３ｍ２／ｇ）を１００重量部、バインダーとしてＰＶＤＦを１２重量部、溶剤としてＮＭＰをそれぞれ用い、負極活物質層を形成するためのペーストを作製した。また、厚さ１５［μｍ］のプロピレンフィルムの両面に厚さ１［μｍ］の銅蒸着層を形成して負極の集電体を作製した。そして、上記のペーストを集電体の両面に塗工し、十分に乾燥させた後、油圧プレスでプレスすることにより、負極を得た（樹脂フィルム幅５９［ｍｍ］×長さ７２５［ｍｍ］、電極塗工幅５９［ｍｍ］×長さ６５５［ｍｍ］）。負極の一端には、負極リードとなるニッケルタブを取り付けた。
【００６２】
セパレータとしては、厚さ２５［μｍ］のポリエチレン製の微多孔膜を用いた。また、電解質としては、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを体積比１：１で混合した混合溶媒にリンフッ化リチウムを１Ｍの割合で溶解させた電解液を電池缶に注液した。
【００６３】
この円筒型電池の充放電試験は、２５℃の恒温槽において、下記の表１に示す通りに実施した。さらに、特性を測定した後、満充電状態で２［ｍ］の高さからコンクリート床への落下試験を１０回行い、その電池の表面温度を観測し、落下試験後の内部短絡発生の評価を行った。
【００６４】
【表１】
【００６５】
（実施例２）
正極の集電体をアルミニウム箔（厚さ２０［μｍ］）に変更し、電極塗工領域を幅５９［ｍｍ］×長さ６６０［ｍｍ］に変更した以外は、実施例１と同様に電池を作製した。得られた電池の特性を測定した後、満充電状態で２［ｍ］の高さからコンクリート床への落下試験を１０回行い、その電池の表面温度を観測し、落下試験後の内部短絡発生の評価を行った。
【００６６】
（実施例３）
負極の集電体を銅箔（厚さ１２［μｍ］）に変更し、電極塗工領域を幅５９［ｍｍ］×長さ７２５［ｍｍ］）に変更した以外は、実施例１と同様に電池を作製した。得られた電池の特性を測定した後、満充電状態で２［ｍ］の高さからコンクリート床への落下試験を１０回行い、その電池の表面温度を観測し、落下試験後の内部短絡発生の評価を行った。
【００６７】
（実施例４）
負極の集電体を銅箔（厚さ１２［μｍ］）に変更し、電極塗工領域を幅５９［ｍｍ］×長さ７２５［ｍｍ］）に変更し、正極のタブ接続箇所を２箇所にした以外は、実施例１と同様に電池を作製した。得られた電池の特性を測定した後、満充電状態で２［ｍ］の高さからコンクリート床への落下試験を１０回行い、その電池の表面温度を観測し、落下試験後の内部短絡発生の評価を行った。
【００６８】
（比較例１）
正極の集電体をアルミニウム箔（厚さ２０［μｍ］）に、負極の集電体を銅箔（厚さ１２［μｍ］）に変更した以外は、実施例１と同様に電池を作製した。得られた電池の特性を測定した後、満充電状態で２［ｍ］の高さからコンクリート床への落下試験を１０回行い、その電池の表面温度を観測し、落下試験後の内部短絡発生の評価を行った。
【００６９】
上記実施例１〜４及び比較例１の電池の測定結果を下記の表２に示す。
【００７０】
【表２】
【００７１】
表２から、集電体に樹脂フィルムを用いた実施例１〜４の電池は、これを用いない比較例１の電池と比べて、電流特性が同程度に維持できており、落下試験後の内部短絡の発生セル数が抑制されていることが分かる。また、実施例１〜４の電池では、電池の発熱は観測されなかったが、比較例１の電池では、電池の発熱（表面温度の上昇）が観測された。
【００７２】
実施例１〜４及び比較例１の結果より、本発明に係るリチウムイオン二次電池１０は、安全性に優れていることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、捲回型の電池（例えばリチウムイオン二次電池）の安全性向上や軽量化、低コスト化を図る上で有用な技術である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】は、本発明に係る捲回型リチウムイオン二次電池の縦断面図である。
【図２】は、捲回体の横断面図（非捲回状態）である。
【図３】は、捲回体の横断面図（捲回状態）である。
【図４】は、捲回体の変形例を示す横断面図（非捲回状態）である。
【図５】は、捲回体の別の変形例を示す横断面図（非捲回状態）である。
【符号の説明】
【００７５】
１０ リチウムイオン二次電池
１１ 正極
１２ 負極
１３ セパレータ
１４ 正極リード
１５ 負極リード
１６ 電池缶
１７ 正極蓋
１８ 絶縁パッキン
１９ センターピン
１１ｘ、１２ｘ 樹脂フィルム
１１ｙ、１２ｙ 導電層
１１ｚ、１２ｚ 活物質層（合剤層）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、捲回型の電池（例えばリチウムイオン二次電池）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
正極に金属酸化物、電解質に有機電解液（非水系電解液）、負極に黒鉛等の炭素材料、正極及び負極間に多孔質セパレータを用いるリチウムイオン二次電池（以下、単に電池とも呼ぶ）は、１９９１年に初めて製品化されて以来、そのエネルギー密度の高さから、小型、軽量化が進む携帯電話のような携帯機器向けの電池として急速に普及してきた。
【０００３】
また、発電された電気を蓄えるために容量を大きくしたリチウムイオン二次電池（大容量電池）も研究されている。なお、この大容量電池としては、従来の電池を単にスケールアップして製造された例が報告されている。
【０００４】
一方で、リチウムイオン二次電池の急速な普及や大容量化に伴い、その安全性に対する要望は高くなってきている。
【０００５】
リチウムイオン二次電池は、電解質として有機電解液を用いているため、過酷な使用条件においても破裂や発火等の事故に至らないように、いくつかの対策が施されている。その対策としては、電池温度が上昇した場合に、セパレータが溶融することによって、セパレータの孔が塞がり、その結果、電流が遮断される”シャットダウン機能”のような安全性を確保する対策が備えられている。
【０００６】
しかしながら、これらの対策が施された電池であっても、電池の安全性に関する問題は生じている。例えば、外部からの要因による短絡（釘が刺さった場合等）や内部短絡（異物混入の場合等）が生じて、短絡箇所に電流が集中して流れると、抵抗発熱による発熱が生じ、その熱によって電池内の活物質や電解液の化学反応が引き起こされる。その結果、電池に、いわゆる“熱暴走”が起こり、最悪の場合には破裂、発火に至るといった問題が起こっている。
【０００７】
これまでに、内部短絡を防止できる安全性の高いリチウムイオン二次電池として、正極集電体の露出部と対向する負極合剤の表面、及び、負極合剤の表面と対向する正極集電体の露出部の少なくともいずれか一方の表面に絶縁体層を形成した非水系二次電池が開示・提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００７−１０３３５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
確かに、特許文献１に記載の従来技術は、電池の内部短絡防止に資するものであるが、長期の評価において、前記絶縁体層は、少なからず剥離や落下等を生じる懸念がある。そのため、特許文献１に記載の従来技術では、正極集電体の露出部と対向する負極合剤の表面、及び、負極合剤の表面と対向する正極集電体の露出部間の少なくともいずれかで、長期の使用において生じる内部短絡を十分に抑制することができなくなるおそれがあった。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑み、内部短絡を効果的に抑制してその安全性を高めることが可能な捲回型の電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る電池は、正極と負極とセパレータを一体とした捲回体を有して成る電池であって、前記正極及び前記負極のうち、少なくともいずれか一方は、その両面或いは片面に導電層が形成された樹脂フィルムを集電体としたものであり、かつ、前記樹脂フィルムは、前記捲回体の外周部分に、前記導電層が一切形成されない露出領域を有する構成（第１の構成）とされている。
【００１１】
なお、上記第１の構成から成る電池において、前記樹脂フィルムは、前記捲回体の最外周部分にのみ、前記露出領域を有する構成（第２の構成）にするとよい。
【００１２】
また、上記第１または第２の構成から成る電池において、前記樹脂フィルムは、１２０℃での熱収縮率が縦、横いずれかの方向で１．５％以上の熱可塑性樹脂から成る構成（第３の構成）にするとよい。
【００１３】
また、上記第３の構成から成る電池において、前記樹脂フィルムは、ポリオレフィン樹脂、または、ポリ塩化ビニル、若しくは、これらの複合材料から成る構成（第４の構成）にするとよい。
【発明の効果】
【００１４】
正極及び負極の集電体が金属箔から成る従来構成の電池では、内部短絡を生じ易い箇所として、正極集電体の露出部と負極の表面との間、正極集電体の露出部と負極集電体の露出部との間、正極の表面と負極の表面との間、並びに、正極の表面と負極集電体の露出部との間を挙げることができる。なかでも、正極集電体の露出部と負極の表面との間は、内部短絡が生じた場合に、特に大きな電流が流れ易い箇所として考えられる。
【００１５】
これに対して、本発明に係る電池であれば、正極及び前記負極のうち、少なくともいずれか一方は、その両面或いは片面に導電層が形成された樹脂フィルムを集電体としたものであり、かつ、前記樹脂フィルムは、捲回体の外周部分に、導電層が一切形成されない露出領域を有しているので、正極集電体の露出部と負極の表面との間で内部短絡を生じにくい構造となる。
【００１６】
さらに、本発明に係る電池であれば、サイクル中に生じる電極の膨張収縮にも、樹脂フィルムの伸縮で対応することができるので、サイクル特性に及ぼす効果も大きくなる。
【００１７】
また、本発明に係る電池であれば、正極及び負極の集電体が金属箔から成る従来構成の電池と比べて、金属の使用量を低減することができる。その結果、電池の軽量化、金属の使用量低減による低コスト化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下では、本発明を捲回型のリチウムイオン二次電池に適用した構成を例に挙げて、詳細な説明を行う。
【００１９】
図１は、本発明に係る捲回型のリチウムイオン二次電池の縦断面図である。図１に示すように、本発明に係るリチウムイオン二次電池１０は、正極１１と、負極１２と、セパレータ１３と、正極リード１４と、負極リード１５と、電池缶１６と、正極蓋１７と、絶縁パッキン１８と、センターピン１９と、を有して成る。なお、図１において、セパレータ１３、正極蓋１７、及び、絶縁パッキン１８には断面を示すハッチングを省略している。
【００２０】
上記の構成要素を有するリチウムイオン二次電池１０の電極構造は、次の通りである。正極１１と負極１２との間には、それぞれ多孔質のセパレータ１３が挟まれている。そして、これらを一体として端からスパイラル状に捲回することにより、円筒形の捲回体が形成される。この捲回体は、電池缶１６の上面側（正極蓋１７側）から正極リード１４、底面側から負極リード１５がそれぞれ引き出された状態で、円筒形の電池缶１６（例えば、直径１８［ｍｍ］、高さ６５［ｍｍ］）内に収納されている。
【００２１】
また、正極リード１４は正極蓋１７に、負極リード１５は電池缶１６の底面に、スポット溶接によってそれぞれ取り付けられている。また、上記捲回体の中心部には、巻き崩れ防止のためにセンターピン１９が挿入されている。また、電池缶１６と正極蓋１７との間は、絶縁パッキン１８を介在させた状態で、かしめによる密封処理が施されている。
【００２２】
セパレータ１３は、例えば、電気絶縁性の合成樹脂繊維、ガラス繊維、天然繊維等の不織布、織布、又は、微多孔質膜の中から適宜選択可能である。なかでも、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル等の不織布、及び、微多孔質膜は、品質の安定性等の点から、セパレータ１３として好適に使用することができる。また、上記合成樹脂の不織布、及び、微多孔質膜をセパレータ１３として用いれば、リチウムイオン二次電池１０が異常発熱した場合にセパレータ１３が熱により溶解し、正極１１と負極１２との間で電流が遮断される機能、いわゆる”シャットダウン機能”を付加することが可能となる。従って、安全性の観点から見ても、上記合成樹脂の不織布、及び、微多孔質膜は、セパレータ１３として好適に使用することができる。
【００２３】
なお、セパレータ１３の厚みについては、特に限定されないが、必要量の電解液を保持することが可能であって、かつ、正極１１と負極１２との短絡を防ぐことが可能な厚さがあればよい。例えば、０．０１〜１［ｍｍ］程度の厚さとすればよく、好ましくは、０．０２〜０．０５［ｍｍ］程度の厚さとすればよい。
【００２４】
また、セパレータ１３を構成する材質についても、特に限定されないが、電池の内部抵抗値を小さく維持しつつ、電池の内部短絡を防ぐことが可能な強度を確保するために、１〜５００［秒／ｃｍ３］程度の透気度を有する材質を用いることが好ましい。
【００２５】
また、セパレータ１３の形状や大きさについても、特に限定されないが、正極１１及び負極１２と共に捲回した場合に、正極１１よりも大きいことが好ましく、なかでも、正極１１よりもやや大きく、負極１２よりもやや小さな相似形であることが好ましい。
【００２６】
また、リチウムイオン二次電池１０に含まれる電解質としては、一般に、有機溶媒と電解質塩とを含む非水系電解液が使用される。
【００２７】
なお、上記有機溶媒としては、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート類と、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート等の鎖状カーボネート類、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等のラクトン類、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン等のフラン類、ジエチルエーテル、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、エトキシメトキシエタン、ジオキサン等のエーテル類、ジメチルスルホキシド、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、ギ酸メチル、酢酸メチル等が挙げられる。これら有機溶媒は、２種以上混合してもよい。
【００２８】
また、上記電解質塩としては、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ４）、リンフッ化リチウム（ＬｉＰＦ６）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）、トリフルオロ酢酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＣＯＯ）、トリフルオロメタンスルホン酸イミドリチウム（ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２）等のリチウム塩が挙げられる。これら電解質塩は、２種以上を混合してもよい。
【００２９】
また、上記の非水系電解液をポリマーマトリックス中に保持したゲル電解質や、イオン液体から成る電解質を用いることも可能である。
【００３０】
次に、正極１１及び負極１２の電極構造について説明する。本発明に係るリチウムイオン二次電池１０において、捲回体を形成する正極１１及び負極１２のうち、少なくともいずれか一方は、その表面に導電層が形成された樹脂フィルムを集電体としたものであり、かつ、上記の樹脂フィルムは、捲回体の外周部分に、導電層が一切形成されない露出領域を有する構造とされている。以下では、この特徴的な構造について、詳細な説明を行う。
【００３１】
図２及び図３は、それぞれ、捲回体の横断面図（捲回軸に対して垂直方向に切断した場合の断面図）である。なお、図２には、正極１１及び負極１２の断面構造を詳細に説明するために、正極１１及び負極１２をシート状に広げた状態（捲回する前の状態）が示されている。一方、図３には、電池缶１６内部における正極１１及び負極１２の相対的な位置関係を詳細に説明するために、正極１１及び負極１２を捲回した状態が示されている。なお、図３では、正極１１が実線で示されており、負極１２が破線で示されている。
【００３２】
図２に示すように、正極１１は、その両面に導電層１１ｙが形成された樹脂フィルム１１ｘを集電体としている。また、負極１２は、その両面に導電層１２ｙが形成された樹脂フィルム１２ｘを集電体としている。なお、導電層１１ｙ及び導電層１２ｙの形成方法については、特に限定されないが、蒸着、スパッタリング、無電解めっき等の方法を用いることができる。また、正極１１の導電層１１ｙを形成する導電性材料としては、アルミニウムを用いることが好ましく、負極１２の導電層１２ｙを形成する導電性材料としては、銅或いはニッケルを用いることが好ましい。また、導電層１１ｙ及び導電層１２ｙの厚さについては、電池の負荷特性を鑑みて０．３［μｍ］以上とすることが好ましく、また、導電性材料の使用量低減を鑑みて３［μｍ］以下とすることが好ましい。
【００３３】
なお、上記では、正極１１、負極１２の端部にそれぞれ１箇所ずつリード取り出し箇所（タブ接続部）を載置した構成を例に挙げて説明を行ったが、タブ接続部の載置位置や載置数は、これに限定されるものではない。例えば、導電層や活物質層が形成された集電体での抵抗ロスを鑑みると、電極端部に１箇所だけタブ接続部を載置した上記の構成では、タブ接続部から集電体最遠部（タブ接続部を起点としてそこから最も遠い位置にある集電体の一部分を指すものであって、上記の構成に即して言えば、タブ接続部が載置された電極端部とは逆側の電極端部に相当）までの距離が大きくなるので、集電体での抵抗ロスも大きくなる。そこで、さらなる電池特性の向上を図る場合には、タブ接続部から集電体最遠部までの距離を短縮して、集電体での抵抗ロスを抑制するために、電極端部以外（例えば電極両端からの距離が等しくなる中間位置）にタブ接続部を載置したり、若しくは、電極上の２箇所以上にタブ接続部を載置することが好ましい。なお、このような構成を採用する場合、負極１２のタブ接続部に対向する箇所には、正極１１の活物質層が存在しないように設計することが好ましい。また、このような構成は、正極側、負極側のいずれにも適用することが可能であるが、正極側に適用することがより好ましい。
【００３４】
樹脂フィルム１１ｘ及び樹脂フィルム１２ｘの材質としては、熱可塑性樹脂から成るプラスチック材料が好ましく、例えば、熱変形温度が１５０℃以下であるポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ塩化ビニル、ポリアミドを好適に用いることができる。なかでも、１２０℃での熱収縮率が縦、横いずれかの方向で１．５％以上のポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン樹脂、ポリ塩化ビニルが好ましい。また、これらの複合フィルムや、これらに表面加工処理を行った樹脂フィルムも好適に用いることができる。また、セパレータ１３と同じ材質から成る樹脂フィルムを用いることもできる。
【００３５】
なお、上記熱収縮率の測定は次のように行えばよい。まず、樹脂フィルム上に５０［ｍｍ］以上の間隔を空けて２つのポイントを付け、両者のポイント間距離を測定する。その後、１５分間、１２０℃で加熱処理を行った後に、再度、同じポイント間距離を測定し、加熱処理前後の測定値に基づいて熱収縮率を求める。この方法に基づき、樹脂フィルムの縦方向及び横方向について、それぞれ３つ以上のポイント間距離を測定し、各々の測定結果から算出された熱収縮率の平均値を最終的な樹脂フィルムの熱収縮率として採用する。このとき、樹脂フィルムの縦方向及び横方向のそれぞれについて、少なくとも、樹脂フィルムの端部から１０％以内の２点と、樹脂フィルムの端部から５０％前後の１点を、ポイント間距離の測定地点として選定すべきである。
【００３６】
樹脂フィルム１１ｘ及び樹脂フィルム１２ｘの厚さについては、二次電池としてのエネルギー密度向上と強度維持のバランスを取るべく、１０［μｍ］以上、１００［μｍ］以下とすることが望ましい。樹脂フィルム１１ｘ及び樹脂フィルム１２ｘの製造方法については、一軸延伸、二軸延伸、または、無延伸等のいずれの方法を採用しても構わない。
【００３７】
上記構成から成る正極１１において、導電層１１ｙ上には、正極活物質を含む正極活物質層（正極合剤層）１１ｚが形成される。また、上記構成から成る負極１２において、導電層１２ｙ上には、負極活物質を含む負極活物質層（負極合剤層）１２ｚが形成される。
【００３８】
なお、正極活物質としては、リチウムを含有した酸化物が挙げられる。具体的には、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＦｅＯ２、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、及び、これら正極活物質の遷移金属を一部他の金属元素で置換した物が挙げられる。また、通常の使用において、正極活物質が保有するリチウム量の８０％以上を電池反応に利用することが可能なものであれば、過充電による課題を解決し、電池の安全性を高めることが可能となる。このような正極活物質としては、ＬｉＭｎ２Ｏ４のようなスピネル構造を有するものや、ＬｉＭＰＯ４（ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅから選ばれる少なくとも１種以上の元素）で表されるオリビン構造を有する正極材料等がある。なかでも、ＭｎやＦｅを用いた正極活物質がコストの観点から好ましい。
【００３９】
また、さらに好ましい正極活物質としては、安全性及び充電電圧の観点から、ＬｉＦｅＰＯ４が挙げられる。通常、電池に温度上昇が生じると、これに伴って正極活物質が酸素を放出するので、電解液が燃焼してさらに激しい発熱を生じてしまうが、ＬｉＦｅＰＯ４は、全ての酸素が強固な共有結合によって燐と結合しているため、電池に温度上昇が生じた場合でも、酸素の放出が非常に起こりにくく、安全性の観点から好ましい。また、ＬｉＦｅＰＯ４は燐を含んでいるため、消炎作用も期待できる。
【００４０】
さらに、ＬｉＦｅＰＯ４は、その充電電圧が３．５［Ｖ］程度であり、３．８［Ｖ］でほぼ充電が完了するため、電解液の分解を引き起こす電圧レベルまでは少し余裕がある。従って、ＬｉＦｅＰＯ４を正極活物質として用いれば、規定された負荷特性に電極の分極があったとしても、充電電圧を適切なレベルまで高めることにより、電解液の分解を引き起こすことなく充電が可能となる。一方、充電電圧が４［Ｖ］以上に達するような正極活物質を用いた場合には、それ以上に充電電圧を上げると、電解液の分解が起こりやすくなる。そのため、上記のように分極が大きい場合に、さらに充電電圧を上げて充電すると、サイクル特性に影響を及ぼすおそれがあり、好ましくない。
【００４１】
また、ＬｉＦｅＰＯ４は、充電の末期に電圧が急激に上昇するため、満充電状態の検出が非常に行いやすく、組み電池にした場合にも、電圧検出の精度があまり要求されることがないという利点も有する。
【００４２】
一方、負極活物質としては、天然黒鉛、粒子状（鱗片状ないし塊状、繊維状、ウイスカー状、球状、破砕状等）の人造黒鉛、或いは、メソカーボンマイクロビーズ、メソフェーズピッチ粉末、等方性ピッチ粉末等の黒鉛化品等に代表される高結晶性黒鉛、若しくは、樹脂焼成炭等の難黒鉛化炭素等が挙げられ、さらにはこれらを２種以上混合してもよい。また、錫の酸化物、シリコン系の負極活物質等の容量の大きい合金系の材料を使用することもできる。
【００４３】
また、図２及び図３に示したように、本発明に係るリチウムイオン二次電池１０において、正極１１の集電体を形成する樹脂フィルム１１ｘは、捲回体の最外周部分（符号ｂ〜ｃで示された区間）に、導電層１１ｙが一切形成されない露出領域（非導電領域）を有する構成とされている。この露出領域は、導電層１１ｙの形成工程において、パターニングを行うことにより作成すればよい。パターニングの方法としては、マスクを用いる方法など、一般的に用いられている方法で対応することができる。
【００４４】
なお、上記した捲回体の「最外周部分」とは、符号ａで示すポイントを起点とし、センターピン１９を捲回軸として、スパイラル状に捲回体を形成したときに、最後に巻き取られる１周分（符号ｂ〜ｃで示された区間）を指すものとする。
【００４５】
また、図３において、極太線Ｘで示された領域は、樹脂フィルム上に導電層と活物質層が形成された領域を示している。太線Ｙで示された領域は、樹脂フィルム上に導電層のみが形成された領域（電極領域）を示している。細線Ｚで示された領域は、樹脂フィルム上に導電層が形成されていない露出領域（非導電領域）を示している。また、図３中の符号ａ〜ｃは、それぞれ、図２中の符号ａ〜ｃに相当する。
【００４６】
このように、本発明に係るリチウムイオン二次電池１０において、正極１１の集電体を形成する樹脂フィルム１１ｘは、捲回体の最外周部分に、導電層１１ｙが一切形成されない露出領域を有しているので、この露出領域と負極１２との間では、内部短絡を生じるおそれがない。従って、集電体が金属箔で形成されていた従来構成と異なり、電池の内部短絡を生じた場合であっても、正極集電体の露出領域と負極との間に大電流が流れることを防止できるので、電池の安全性向上に大きく寄与することが可能となる。
【００４７】
また、本発明に係るリチウムイオン二次電池１０では、捲回体の最外周部分にのみ樹脂フィルム１１ｘの露出領域が形成されているので、電池容量を不要に損なうことがない。
【００４８】
さらに、本発明に係るリチウムイオン二次電池１０であれば、サイクル中に生じる電極の膨張収縮にも、樹脂フィルム１１ｘ、１２ｘの伸縮で対応することができるので、サイクル特性に及ぼす効果も大きくなる。
【００４９】
また、本発明に係るリチウムイオン二次電池１０であれば、正極１１及び負極１２の集電体が金属箔から成る従来構成の電池と比べて、金属の使用量を低減することができる。その結果、電池の軽量化、金属の使用量低減による低コスト化が可能となる。
【００５０】
なお、上記の実施形態では、本発明を捲回型のリチウムイオン二次電池に適用した構成を例示して詳細な説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、捲回型の電池全般に広く適用することが可能である。
【００５１】
また、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。
【００５２】
例えば、上記実施形態では、正極１１と負極１２の両方に樹脂フィルム１１ｘ、１２ｘを用いた構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、いずれか一方のみに樹脂フィルムを用い、他方については従来通りの金属箔を用いる構成としても構わない。
【００５３】
また、上記実施形態では、捲回体の最外周部分（図２及び図３の符号ｂ〜ｃで示された区間）にのみ、樹脂フィルム１１ｘの露出領域を形成する構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、図４に示すように、樹脂フィルム１１ｘの露出領域を符号ｂで示すポイントよりもさらに内側の符号ｄで示すポイントから形成した構成、すなわち、捲回体の外周部分に、樹脂フィルム１１ｘの露出領域を有する構成としても構わない。
【００５４】
なお、上記した捲回体の「外周部分」とは、符号ａで示すポイントを起点とし、センターピン１９を捲回軸として、スパイラル状に捲回体を形成したときに、最後に巻き取られるｎ周分（ただしｎ＞１であり、符号ｄ〜ｂ〜ｃで示された区間）を指すものとする。
【００５５】
また、上記実施形態では、正極１１側の樹脂フィルム１１ｘのみに露出領域を形成する構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、図４に示すように、正極１１側の樹脂フィルム１１ｘと負極１２側の樹脂フィルム１２ｘの双方に、導電層１１ｙ、１２ｙが形成されていない露出領域を設けても構わない。
【００５６】
また、上記実施形態では、樹脂フィルム１１ｘ、１２ｘの両面に、それぞれ、導電層１１ｙ、１２ｙを形成する構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、図５に示すように、樹脂フィルム１１ｘ、１２ｘの片面にのみ、それぞれ、導電層１１ｙ、１２ｙを形成する構成としても構わない。このような構成とすることにより、捲回体を形成する際に、導電層１１ｙ、１２ｙを互いに対向させることで、両者の間に１枚のセパレータ１３を介在すれば足りることになる。
【００５７】
また、上記実施形態では、正極１１側の樹脂フィルム１１ｘに露出領域を形成した構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、正極１１と負極１２との関係を互いに入れ替えても構わない。すなわち、図１〜図５で示した符号１１を負極とし、符号１２を正極としてもよい。ただし、一般には、正極１１よりも負極１２の方が電極面積が大きくなるので、負極１２が捲回体の外側となることが好ましい。
【００５８】
また、上記実施形態では、円筒型の電池缶１６を用いた構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、その他の形状（例えば、三角柱型や四角柱型）を有する電池缶１６を用いても構わない。
【実施例】
【００５９】
以下では、実施例と比較例を挙げ、これらを対比することによって、本発明の作用・効果を具体的に説明するが、これらの実施例や比較例によって、本発明の技術的範囲は何ら限定されるものではない。
【００６０】
（実施例１）
本実施例では、本発明に係る円筒型電池の充放電試験を行った。なお、正極活物質としてＬｉＣｏＯ２を１００重量部、導電材としてアセチレンブラックを１０重量部、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン（以下ではＰＶＤＦと呼ぶ）を１０重量部、溶剤としてＮ−メチル−２−ピロリドン（以下ではＮＭＰと呼ぶ）をそれぞれ用い、正極活物質層を形成するためのペーストを作製した。また、厚さ１５［μｍ］のプロピレンフィルムの両面に厚さ１［μｍ］のアルミニウム蒸着層を形成して正極の集電体を作製した。そして、上記のペーストを集電体の両面に塗工し、十分に乾燥させた後、油圧プレスでプレスすることにより、正極を得た（樹脂フィルム幅５９［ｍｍ］×長さ７２５［ｍｍ］、電極塗工幅５９［ｍｍ］×長さ６５０［ｍｍ］）。この正極における単位面積あたりの活物質の重量は４０［ｍｇ／ｃｍ２］となった。正極の一端には、正極リードとなるアルミニウムタブを取り付けた。
【００６１】
次に、負極活物質として中国産の天然黒鉛（平均粒径１５［μｍ］、平均面間隔ｄ００２＝０．３３５７［ｎｍ］、ＢＥＴ比表面積３ｍ２／ｇ）を１００重量部、バインダーとしてＰＶＤＦを１２重量部、溶剤としてＮＭＰをそれぞれ用い、負極活物質層を形成するためのペーストを作製した。また、厚さ１５［μｍ］のプロピレンフィルムの両面に厚さ１［μｍ］の銅蒸着層を形成して負極の集電体を作製した。そして、上記のペーストを集電体の両面に塗工し、十分に乾燥させた後、油圧プレスでプレスすることにより、負極を得た（樹脂フィルム幅５９［ｍｍ］×長さ７２５［ｍｍ］、電極塗工幅５９［ｍｍ］×長さ６５５［ｍｍ］）。負極の一端には、負極リードとなるニッケルタブを取り付けた。
【００６２】
セパレータとしては、厚さ２５［μｍ］のポリエチレン製の微多孔膜を用いた。また、電解質としては、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを体積比１：１で混合した混合溶媒にリンフッ化リチウムを１Ｍの割合で溶解させた電解液を電池缶に注液した。
【００６３】
この円筒型電池の充放電試験は、２５℃の恒温槽において、下記の表１に示す通りに実施した。さらに、特性を測定した後、満充電状態で２［ｍ］の高さからコンクリート床への落下試験を１０回行い、その電池の表面温度を観測し、落下試験後の内部短絡発生の評価を行った。
【００６４】
【表１】
【００６５】
（実施例２）
正極の集電体をアルミニウム箔（厚さ２０［μｍ］）に変更し、電極塗工領域を幅５９［ｍｍ］×長さ６６０［ｍｍ］に変更した以外は、実施例１と同様に電池を作製した。得られた電池の特性を測定した後、満充電状態で２［ｍ］の高さからコンクリート床への落下試験を１０回行い、その電池の表面温度を観測し、落下試験後の内部短絡発生の評価を行った。
【００６６】
（実施例３）
負極の集電体を銅箔（厚さ１２［μｍ］）に変更し、電極塗工領域を幅５９［ｍｍ］×長さ７２５［ｍｍ］）に変更した以外は、実施例１と同様に電池を作製した。得られた電池の特性を測定した後、満充電状態で２［ｍ］の高さからコンクリート床への落下試験を１０回行い、その電池の表面温度を観測し、落下試験後の内部短絡発生の評価を行った。
【００６７】
（実施例４）
負極の集電体を銅箔（厚さ１２［μｍ］）に変更し、電極塗工領域を幅５９［ｍｍ］×長さ７２５［ｍｍ］）に変更し、正極のタブ接続箇所を２箇所にした以外は、実施例１と同様に電池を作製した。得られた電池の特性を測定した後、満充電状態で２［ｍ］の高さからコンクリート床への落下試験を１０回行い、その電池の表面温度を観測し、落下試験後の内部短絡発生の評価を行った。
【００６８】
（比較例１）
正極の集電体をアルミニウム箔（厚さ２０［μｍ］）に、負極の集電体を銅箔（厚さ１２［μｍ］）に変更した以外は、実施例１と同様に電池を作製した。得られた電池の特性を測定した後、満充電状態で２［ｍ］の高さからコンクリート床への落下試験を１０回行い、その電池の表面温度を観測し、落下試験後の内部短絡発生の評価を行った。
【００６９】
上記実施例１〜４及び比較例１の電池の測定結果を下記の表２に示す。
【００７０】
【表２】
【００７１】
表２から、集電体に樹脂フィルムを用いた実施例１〜４の電池は、これを用いない比較例１の電池と比べて、電流特性が同程度に維持できており、落下試験後の内部短絡の発生セル数が抑制されていることが分かる。また、実施例１〜４の電池では、電池の発熱は観測されなかったが、比較例１の電池では、電池の発熱（表面温度の上昇）が観測された。
【００７２】
実施例１〜４及び比較例１の結果より、本発明に係るリチウムイオン二次電池１０は、安全性に優れていることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、捲回型の電池（例えばリチウムイオン二次電池）の安全性向上や軽量化、低コスト化を図る上で有用な技術である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】は、本発明に係る捲回型リチウムイオン二次電池の縦断面図である。
【図２】は、捲回体の横断面図（非捲回状態）である。
【図３】は、捲回体の横断面図（捲回状態）である。
【図４】は、捲回体の変形例を示す横断面図（非捲回状態）である。
【図５】は、捲回体の別の変形例を示す横断面図（非捲回状態）である。
【符号の説明】
【００７５】
１０ リチウムイオン二次電池
１１ 正極
１２ 負極
１３ セパレータ
１４ 正極リード
１５ 負極リード
１６ 電池缶
１７ 正極蓋
１８ 絶縁パッキン
１９ センターピン
１１ｘ、１２ｘ 樹脂フィルム
１１ｙ、１２ｙ 導電層
１１ｚ、１２ｚ 活物質層（合剤層）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極とセパレータを一体とした捲回体を有して成る電池であって、
前記正極及び前記負極のうち、少なくともいずれか一方は、その両面或いは片面に導電層が形成された樹脂フィルムを集電体としたものであり、かつ、
前記樹脂フィルムは、前記捲回体の外周部分に、前記導電層が一切形成されない露出領域を有することを特徴とする電池。
【請求項２】
前記樹脂フィルムは、前記捲回体の最外周部分にのみ、前記露出領域を有することを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記樹脂フィルムは、１２０℃での熱収縮率が縦、横いずれかの方向で１．５％以上の熱可塑性樹脂から成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電池。
【請求項４】
前記樹脂フィルムは、ポリオレフィン樹脂、または、ポリ塩化ビニル、若しくは、これらの複合材料から成ることを特徴とする請求項３に記載の電池。
【請求項１】
正極と負極とセパレータを一体とした捲回体を有して成る電池であって、
前記正極及び前記負極のうち、少なくともいずれか一方は、その両面或いは片面に導電層が形成された樹脂フィルムを集電体としたものであり、かつ、
前記樹脂フィルムは、前記捲回体の外周部分に、前記導電層が一切形成されない露出領域を有することを特徴とする電池。
【請求項２】
前記樹脂フィルムは、前記捲回体の最外周部分にのみ、前記露出領域を有することを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記樹脂フィルムは、１２０℃での熱収縮率が縦、横いずれかの方向で１．５％以上の熱可塑性樹脂から成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電池。
【請求項４】
前記樹脂フィルムは、ポリオレフィン樹脂、または、ポリ塩化ビニル、若しくは、これらの複合材料から成ることを特徴とする請求項３に記載の電池。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１】
【公開番号】特開２０１０−４０４８８（Ｐ２０１０−４０４８８Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０５６６５（Ｐ２００８−２０５６６５）
【出願日】平成２０年８月８日（２００８．８．８）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月８日（２００８．８．８）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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