非水電解液電池
【課題】脱落した負極のリチウム−アルミニウム合金が正極に接触することに起因する電池特性の低下を確実に防ぐことができる非水電解液電池を提供する。
【解決手段】本発明の非水電解液電池１は、上方開口を有する有底円筒状の外装缶２内に、シート状の正極３とシート状の負極４とをシート状のセパレータ５を介して捲回してなる電極捲回体６が収容される。そして、電極捲回体６の正極３の下端がセパレータ５を変形させて形成したカバー部３０により覆われる。電極捲回体６の正極３の捲回終端Ｅから延びるセパレータ末端部５ｃ・５ｄの延出寸法は、１０ｍｍ以上に設定されている。
【解決手段】本発明の非水電解液電池１は、上方開口を有する有底円筒状の外装缶２内に、シート状の正極３とシート状の負極４とをシート状のセパレータ５を介して捲回してなる電極捲回体６が収容される。そして、電極捲回体６の正極３の下端がセパレータ５を変形させて形成したカバー部３０により覆われる。電極捲回体６の正極３の捲回終端Ｅから延びるセパレータ末端部５ｃ・５ｄの延出寸法は、１０ｍｍ以上に設定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート状の正極とシート状の負極とをシート状のセパレータを介して捲回してなる電極捲回体を電池要素とする非水電解液電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電極捲回体を電池要素とする非水電解液電池の公知例としては、本出願人による特許文献１および特許文献２を挙げることができる。特許文献１に記載の非水電解液電池では、厚み寸法が大きく且つ短いシート状の正極を、負極およびセパレータとともに捲回してなる電極捲回体を電池要素とするものであり、円筒状の外装缶内への電極捲回体の挿入動作をスムーズに行うことができるように、電極捲回体の表面を金属箔で被覆している。特許文献２に記載の非水電解液電池では、高容量且つパルス放電特性に優れた非水電解液電池を得るため、シート状正極の厚み寸法を規定するとともに、シート状負極の少なくとも一部に、リチウム−アルミニウム合金を含んでいる。
【０００３】
特許文献２の負極に係るリチウム−アルミニウム合金は、金属リチウム箔の表面にアルミニウム箔を積層し、電池内で電気化学的に合金化することで形成できる。このようなリチウム−アルミニウム合金は微粉化するため、シート状負極の表面積を増加させることができる。また、リチウム−アルミニウム合金は、リチウムよりも電解液との反応性が低いため、有機物皮膜の形成が抑えられ、これによる電池特性の低下を抑制できる。しかし、このような微粉化されたリチウム−アルミニウム合金は、振動や衝突等によって脱落しやすく（以下、これを「粉落ち」と記す）、これが正極の電位となる部位に接触すると、電池電圧の低下等の不具合を引き起こす不利があった。特に、電池内の底部では粉落ちしたリチウム−アルミニウム合金が溜まってしまうが、外装缶と電極捲回体との距離が近いために、前記底部に溜まったリチウム−アルミニウム合金が正極に接触する可能性が高いことになる。
【０００４】
従来公知の粉落ち対策としては、特許文献３のように、セパレータを袋状にして、該袋状のセパレータ内に負極または正極を収容することが考えられる。かかる対策を特許文献２のような非水電解液電池に適用すれば、リチウム−アルミニウム合金の微粉が袋状のセパレータの上下面から袋外に漏れ出すことを確実に防ぐことができると考える。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３４２４５２号公報（図１−２）
【特許文献２】特開２００７−２５０４１４号公報（図１−２）
【特許文献３】特開昭６３−３０８８６６号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記各特許文献の非水電解液電池の問題は、正負極の捲回終端部における粉落ち対策が不十分であり、捲回終端部から脱落した活物質が、他方の正負極に接触するおそれを排除できないことにある。すなわち、特許文献１、２等の非水電解液電池を例にすると、正負極の捲回終端部の間からは、僅か数ｍｍ程度のセパレータが延出されているにすぎず（特に特許文献１の図４参照）、捲回終端部から脱落した負極活物質がセパレータの延出部分を回り込んで正極に至るおそれや、捲回終端部から脱落した正極活物質がセパレータの延出部分を回り込んで負極に至るおそれが残り、その点に改良の余地があった。
また、特許文献３に記載のように、袋状のセパレータに一方の電極を収容したものを捲回して捲回電極体を作製することは、製造上の困難が伴うものであった。
【０００７】
本発明は、以上のような従来の非水電解液電池の抱える問題を解決するためになされたものであり、その目的は、捲回電極体の下面だけでなく、捲回終端部に対しても粉落ち対策を施すことにより、脱落した正負極の活物質が他方の正負極に接触することに起因する電池特性の低下を確実に防ぐことができるうえ、電極捲回体の製造の手間および時間を低減できることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、図１および図２に示すごとく、上方開口を有する有底筒状の外装缶２内に、シート状の正極３とシート状の負極４とをシート状のセパレータ５を介して捲回してなる電極捲回体６が収容されている筒形の非水電解液電池を対象とする。そして、前記電極捲回体６の負極４の少なくとも一部に、リチウム−アルミニウム合金を含んでいる。電極捲回体６の正極３の上下両端のうち、少なくとも下端がセパレータ５を変形させて形成したカバー部３０により覆われている。外装缶２は、負極４の電位を有するように、電極捲回体６の最外周において負極４と接している。正極３の捲回終端Ｅから延びるセパレータ５の末端部５ｃ・５ｄの延出寸法が、１０ｍｍ以上に設定されていることを特徴とする。
なお、ここでは、セパレータ５が電極捲回体６の負極４の最外周を全く覆っていない場合や、セパレータ５が負極４の最外周の一部を覆っている場合が含まれる。
【０００９】
電極捲回体６の正極３の上下両端は、セパレータ５の上下両端部を変形させて形成したカバー部３０・３０により覆われていることが望ましい。
【００１０】
セパレータ５の末端部５ｃ・５ｄの正極３の捲回終端Ｅからの伸び量は、２５ｍｍ以下であることが望ましい。また、正極３の上下幅寸法は、負極４の上下幅寸法以上であるものとすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のように、セパレータ５のカバー部３０によって正極３の下端が覆われていると、負極４から脱落したリチウム−アルミニウム合金の粒がセパレータ５の下端を回り込んで正極３に至ることや、正極３から脱落した正極活物質等がセパレータ５の下端を回り込んで負極４に至ることが低減される。これにて前記脱落したリチウムーアルミニウム合金の粒が正極３の正極活物質と反応することや、前記脱落した正極活物質等が負極４の負極活物質と反応することが低減され、該反応によって電池電圧の低下等の不良が発生することを抑えることができる。
【００１２】
外装缶２は負極４の最外周に接していて、外装缶２が負極４の電位を有しているので、例えば、カバー部３０の存在しない負極４の最外周から脱落したリチウム−アルミニウム合金の粒が外装缶２と接触しても、前記電池電圧の低下等の問題は生じない。
【００１３】
これに加えて本発明では、セパレータ５の末端部５ｃ・５ｄの延出寸法が、１０ｍｍ以上に設定されているので、特許文献１、２のセパレータの末端部よりも延出寸法を十分に確保できる。したがって、負極４から脱落したリチウム−アルミニウム合金の粒がセパレータ５の末端部５ｃ・５ｄを回り込んで正極３に至ることや、正極３から脱落した正極活物質等がセパレータ５の末端部５ｃ・５ｄを回り込んで負極４に至ることが防止される。これによっても前記脱落したリチウムーアルミニウム合金が正極３の正極活物質と反応することや、前記脱落した正極活物質等が負極４の負極活物質と反応することが抑えられ、該反応によって電池電圧の低下等の不良が発生することを確実に防止できる。
【００１４】
また、本発明は、捲回状態のセパレータ５の下端部を変形させてカバー部３０を形成するので、例えば捲回前の状態でセパレータを袋状に形成し、該袋状のセパレータに正極３や負極４を収容して捲回する場合に発生するセパレータ５のしわを防止でき、これにてセパレータ５の適正な捲回状態を得ることができる。また前記袋状のセパレータに正極３や負極４を収容する場合よりも製造工程の変更を低減できるとともに、該袋状のセパレータに正極３や負極４を収容するような困難な作業がなく、電極捲回体６の製造の手間および時間を低減できる。
【００１５】
また、正極３の捲回末端側がセパレータ５で閉じられていないので、電解液をセパレータ５の末端からも正極３や負極４に容易に導入することができる。
【００１６】
セパレータ５のカバー部３０・３０によって正極３の上下両端が覆われていると、負極４から脱落したリチウム−アルミニウム合金の粒がセパレータ５の上端を回り込んで正極３に至ることや、正極３から脱落した正極活物質等がセパレータ５の上端を回り込んで負極４に至ることも防止できる。つまり、前記電池電圧の低下等の問題をより確実に防止できる。
【００１７】
セパレータ５の末端部５ｃ・５ｄの正極３の捲回終端Ｅからの伸び量が２５ｍｍ以下であると、セパレータ５が過度に長くなることが抑えられて、その分だけセパレータ５の配置による電池容量の低下を抑えることができる。また、セパレータ５が過度に長くなることが抑えられることで、セパレータ５が電極捲回体６の最外周を過剰に覆ってしまうことが防止され、負極４の最外周と外装缶２との接触による集電の確保を確実に行なうことができる。
【００１８】
正極３の上下幅寸法が負極４の上下幅寸法以上であると、正極３が電極捲回体６の上下端部を構成するために、それを覆うカバー部３０が、例えば負極４の上下を覆っていなくても、電極捲回体６の上下に負極４が露出して正極３の電位の端子体１０等に接触して短絡することを確実に防止できる。つまり、負極４と前記端子体１０等との接触を防止するために、負極４と前記端子体１０等との間に、例えば絶縁部材を介在させなくても済むことになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１乃至図８に、本発明の実施形態に係る非水電解液電池を示す。図１および図４において、非水電解液電池１は、上方開口を有する有底円筒状の外装缶２と、シート状の正極３とシート状の負極４とをシート状のセパレータ５を介して捲回してなる電極捲回体６と、非水電解液（以下、単に電解液と記す）と、外装缶２の上方開口を封止する封口構造とからなる。電極捲回体６は、電解液と共に外装缶２内に収容され、全体として略円柱形状に形成される。外装缶２は、鉄や鉄合金等を素材とする。非水電解液電池１は、例えば、外径寸法が１７ｍｍ、高さ寸法が４５ｍｍである。
【００２０】
封口構造は、外装缶２の上方開口の内周縁に固定された蓋板８と、該蓋板８の中央部に設けた開口にゴム製の絶縁パッキン９を介して装着された端子体１０と、蓋板８の下部に配置された絶縁板１１とからなる。該絶縁板１１は、円盤状のベース部１２の周縁に環状の側壁１３を立設した上向きに開口する丸皿形状に形成され、ベース部１２の中央にはガス通口１４が開設される。蓋板８は、絶縁板１１の側壁１３の上端に受け止められた状態で、外装缶２の上方開口の内周縁に、レーザ溶接またはパッキングを介したクリンプシールで固定される。蓋体８または外装缶２の缶底２ａには、薄肉状のベント（図示せず）を設けてあり、電池内圧が上昇したときにベントが開裂して電池内圧を解放する。電極捲回体６の正極３と端子体１０の下面とは、正極リード体１５で接続される。これにて端子体１０が正極３の電位を有する。
【００２１】
電極捲回体６の正極３は、同一の厚み寸法を有する帯状の２枚の正極シート（正極活物質層）２０・２１と、これら正極シート２０・２１の間に介在する帯状の正極集電体２２とを含む。各正極シート２０・２１は、例えば、正極活物質に電導助剤やバインダを配合し、必要に応じて水等を添加してなる正極合剤をロール等で圧延し、これを乾燥および粉砕して再度圧延して厚み寸法０．６７ｍｍ程度のシート状に成形することで作製される。正極活物質としては、二酸化マンガン、フッ化カーボン、リチウムコバルト複合酸化物またはスピネル型リチウム複合酸化物等を挙げることができる。電導助剤としては、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラックまたはケッチェンブラック等から選択される一種または二種以上の複合物を挙げることができる。バインダとしては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはゴム系バインダ等を用いることができる。
【００２２】
正極集電体２２としては、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４４４またはＳＵＳ４３４等のステンレス鋼からなる平織り金網、エキスパンドメタル、ラス網、パンチングメタルまたは金属箔（板）等を用いることができる。正極集電体２２の表面には、ペースト状の導電材が塗布される。該導電材としては、銅ペーストやカーボンペースト等を挙げることができる。導電材のバインダとしては、正極シート２０・２１が２００℃を越える高温で乾燥処理されるため、水ガラスやイミド系のバインダ等の耐熱性の材料を用いることが好ましい。
【００２３】
正極シート２０・２１の上下幅寸法は、図２に示すように正極集電体２２の上下幅寸法よりも大きくなっている。これにて正極シート２０・２１の上下幅寸法が正極３の上下幅寸法となり、該正極３の上下幅寸法は３８ｍｍである。正極集電体２２の厚み寸法は０．１〜０．４ｍｍ程度である。正極シート２０・２１と正極集電体２２とは、電極捲回体６の軸心側となる捲回始端部Ｓのみを固定した状態で捲回される。
【００２４】
電極捲回体６の負極４は、同一の厚み寸法を有する薄い箔（板）状の２枚の負極シート（負極活物質層）２４・２５と、両負極シート２４・２５が固定される帯状の負極集電体２６とを含む。各負極シート２４・２５は、金属リチウムを厚み寸法０．２２ｍｍのシート状に形成してなる。負極集電体２６としては、銅、ニッケル、鉄またはステンレス等からなる金属箔を用いることができる。
【００２５】
負極集電体２６の上下幅寸法は、各負極シート２４・２５の上下幅寸法よりも大きくなっており、これにて負極集電体２６の上下幅寸法が負極４の上下幅寸法となる。つまり、負極集電体２６の上下幅寸法は３８ｍｍ、各負極シート２４・２５の上下幅寸法は３７ｍｍである。負極集電体２６の厚み寸法は１０〜１５μｍである。前記正極３の上下幅寸法は、負極４の上下幅寸法と等しくなっているが、負極４の上下幅寸法を超えてもよい。つまり、正極３の上下幅寸法は、負極４の上下幅寸法以上であることになる。
【００２６】
負極集電体２６は、図１に示すように、各負極シート２４・２５が内周側および外周側に位置するように電極捲回体６の軸心部で折り返されて二層に重なっており、該重なった状態で捲回される。この二層の負極集電体２６の内周側および外周側の各負極シート２４・２５が各正極シート２０・２１にそれぞれ臨んでいる。捲回状態において、内周側の正極シート２０に臨む一方の負極シート２４は、該負極シート２４の捲回末端２４ａが正極シート２０の捲回末端Ｅよりも捲回方向の外側に延出する。外周側の正極シート２１に臨む他方の負極シート２５は、該負極シート２５の捲回末端２５ａが正極シート２１の捲回末端Ｅよりも捲回方向の外側に延出する。
【００２７】
図３に示すように、前記二層に重ねられた負極集電体２６のうち、一方の負極シート２４が固定された一方側の負極集電体部分２６ａは、一方の負極シート２４の捲回末端２４ａよりも捲回方向の外側に延出する。他方の負極シート２５が固定された他方側の負極集電体部分２６ｂの捲回末端側は、図１に示すように、他方の負極シート２５の捲回末端２５ａよりも捲回方向の外側に向けて長く延出していて、電極捲回体６の最外周を覆うように捲回される。つまり、負極４の他方側の負極集電体部分２６ｂの捲回末端側の最外周面が、外装缶２の内面の周方向の全域に亘って接触し、これにて負極４が外装缶２に導通して、外装缶２が負極４の電位を有することになる。
【００２８】
負極シート２４・２５の表面（負極集電体２６側とは反対の面）には、微粉（粒）状のリチウム−アルミニウム合金層が負極活物質層の一部として形成される。かかるリチウム−アルミニウム合金層を形成するために、図５および図７に示すように、捲回前の負極シート２４・２５の表面には、アルミニウム箔２７がそれぞれ配置される。アルミニウム箔２７の厚み寸法としては、３〜１５μｍであることが好ましい。アルミニウム箔２７の上下幅寸法は、負極シート２４・２５の上下幅寸法よりも小さいことが好ましい。そして、電極捲回体６を外装缶２内に収容したうえで外装缶２内に電解液を収容したときに、各負極シート２４・２５の金属リチウムとアルミニウム箔２７とが電気化学的に反応して、微粉状のリチウム−アルミニウム合金層が各負極シート２４・２５の表面に形成される。リチウム−アルミニウム合金層の微粉の粒径は、１０〜１００μｍである。
【００２９】
セパレータ５は、図７に示すように、不織布２８と微孔性フィルム２９とを重ねることで構成され、電極捲回体６の軸心部で負極シート２４・２５の表面に沿って折り返した状態で捲回される（図１参照）。なお、セパレータ５は、不織布２８が正極３側に、微孔性フィルム２９が負極４側になるように配置される。
【００３０】
図１および図３に示すように、前記折り返されたセパレータ５のうち、内周側の正極シート２０と一方の負極シート２４との間に介在する一方側のセパレータ部分５ａは、一方の正極シート２０の捲回終端Ｅから延びるセパレータ末端部５ｃの延出寸法が、１０〜２５ｍｍに設定されている。外周側の正極シート２１と他方の負極シート２５との間に介在する他方側のセパレータ部分５ｂは、他方の正極シート２１の捲回終端Ｅから延びるセパレータ末端部５ｄの延出寸法が、１０〜２５ｍｍ以上に設定されている。前記セパレータ末端部５ｃは、セパレータ末端部５ｄの先端に臨む位置まで伸びている。
【００３１】
セパレータ５の不織布２８としては、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のポリエステル、またはポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等の熱可塑性の樹脂からなり、公知の製造方法で形成される。該不織布２８は、厚み寸法が４０μｍ、上下幅寸法が３９．６ｍｍである。セパレータ５の微孔性フィルム２９としては、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、またはポリフェニレンスルフィド等の熱可塑性の樹脂からなる。
【００３２】
セパレータ５の微孔性フィルム２９は、例えば、前記樹脂に微細な微粒子（無機微粒子）を配合し、成形してフィルム状体とし、これを一軸方向または二軸方向に延伸して微粒子近傍にクラックを発生させることで微孔を形成する。該微孔性フィルム２９の微孔の孔径は、０．０５μｍ程度である。つまり、微孔性フィルム２９の微孔の孔径は、負極シート２４・２５に形成されたリチウム−アルミニウム合金の微粉の径よりも小さくなっている。
【００３３】
微孔性フィルム２９は、厚み寸法が３０μｍ、上下幅寸法が不織布２８よりも大きく４４ｍｍである。そして、図７に示すように、微孔性フィルム２９の上下の各端部が、それぞれ不織布２８の上下の各端部よりも上下方向の外側に位置するようにセパレータ５が構成される。なお、図７の左右方向がセパレータ５の上下方向になる。不織布２８の融点は１４０℃程度であり、微孔性フィルム２９の融点は不織布２８の融点よりも低く１３０℃程度である。
【００３４】
正極３と負極４とをセパレータ５を介して捲回した捲回状態で、セパレータ５の微孔性フィルム２９の上端部２９ａおよび下端部２９ｂが、それぞれ上下一対のホットプレート３１・３２（図８参照）で加熱されるとともに上下方向から押し付けられる。これにて、電極捲回体６は、セパレータ５の微孔性フィルム２９の上下両端部２９ａ・２９ｂが変形して、図２に示すように、正負極３・４の上下両端から突出して水平方向に曲げられたセパレータ５のカバー部３０・３０が形成される。カバー部３０・３０により、正負極３・４の上下端がそれぞれ覆われる。これによって本発明の電極捲回体６が完成する。なお、セパレータ５のカバー部３０・３０は、正負極３・４の上下を完全に塞ぐ必要はなく、電解液が通ることができる程度の隙間があってもよい。
【００３５】
ホットプレート３１・３２は、例えば１２５℃でセパレータ５の微孔性フィルム２９を加熱する。微孔性フィルム２９の上下端部２９ａ・２９ｂの変形には、前記加熱によって少なくとも一部が溶融することも含まれる。つまり、該溶融によって微孔性フィルム２９の捲回の内周側および外周側の上端部２９ａどうしが溶着し、また捲回の内周側および外周側の下端部２９ｂどうしが溶着することで、カバー部３０を形成することも含まれる。
【００３６】
電解液としては、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＣＦ3 （ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 ＮＬｉまたはＬｉＣＦ3 ＳＯ3 等の溶質を０．３〜１．５Ｍ／ｌ溶解した溶媒に、ＰＣやＥＣ等の環状カルボネートにＤＭＥ等の鎖状エーテルまたはジメチルカルボネート等の鎖状カルボネートを混合した電解液が用いられる。
【００３７】
電極捲回体６は、例えば図５および図６に示すような手順で作製することができる。まず、図５に示すように、負極集電体２６の長さ方向の上面に、熱溶融性のテープ３４を介してセパレータ５を載置し、該テープ３４を加熱してセパレータ５を前記負極集電体２６の上面に固着する。また、負極集電体２６において、セパレータ５の固着部分を挟んで該負極集電体２６の長さ方向の両方に、それぞれアルミニウム箔２７が積層状態で圧着固定された負極シート２４および負極シート２５を載置する。
【００３８】
次いで、図６（ａ）に示すように前記セパレータ５の固着部分を２つ割の巻芯３６で挟み、図６（ｂ）に示すように巻芯３６を半周程度回転させて、負極集電体２６とセパレータ５とを巻芯３６に巻き付ける。次に、図７に示すように正極３をセパレータ５を介して負極４上に載置して巻芯３６で捲回する。この状態で、正極３が、負極４およびセパレータ５と共に捲回される。捲回終了後は、正負の電極３・４およびセパレータ５が巻芯３６から抜き取られる。なお、正極３の正極集電体２２の最外周寄りの箇所には、正極リード体１５が接続される。
【００３９】
前記捲回状態のセパレータ５の微孔性フィルム２９の上下端に対して、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、前述の上下一対のホットプレート３１・３２が押し付けられて加熱され、これにてカバー部３０・３０が形成されて正負極３・４の上下端が覆われる。以上により、図２に示す電極捲回体６を得ることができる。なお、上側のホットプレート３１には、正極リード体１５を通すための孔３７が形成されている。そして、不図示のセンサで正極リード体１５の位置を検出して、孔３７に正極リード体１５を位置させるように上側のホットプレート３１を駆動したのち、微孔性フィルム２９の上下端にホットプレート３１・３２が押し付けられる。これにて、上側のホットプレート３１によって正極リード体１５がセパレータ５に押し付けられて潰れることが防がれる。ここで、セパレータ５の微孔性フィルム２９の上端部２９ａおよび下端部２９ｂを加熱することなく単に折り曲げ変形して、カバー部３０・３０をそれぞれ形成してもよい。
【００４０】
次に、電極捲回体６を外装缶２内に収容する。ここでは、電極捲回体６は、外装缶２内に圧入される。つまり、電極捲回体６は、外装缶２の内径寸法と同寸法、または僅かに小さな外径寸法を有するように作製されており、電極捲回体６の拡径変形力に由来する押圧作用によって、電極捲回体６の負極集電体２６の他方側の負極集電体部分２６ｂの最外周面が、外装缶２の内面に押圧状態で密着する。最後に電解液を投入したうえで、蓋体８を外装缶２の上方開口の内周縁に固定することで、図１および図４に示す非水電解質電池１を得ることができる。
【００４１】
このように、セパレータ５のカバー部３０・３０によって正極３の上下端が覆われるので、負極４から脱落したリチウム−アルミニウム合金の微粉がセパレータ５の上下端を回り込んで正極３に至ることや、正極３から脱落した正極活物質等がセパレータ５の上下端を回り込んで負極４に至ることが防止される。これにて前記脱落したリチウムーアルミニウム合金の微粉が正極３の正極活物質と反応することや、前記脱落した正極活物質等が負極４の負極活物質と反応することが低減され、該反応によって電池電圧の低下等の不良が発生することを抑えることができる。
【００４２】
外装缶２は負極４の最外周に接していて、外装缶２が負極４の電位を有しているので、例えば、カバー部３０の存在しない負極４の最外周から脱落したリチウム−アルミニウム合金の微粉が外装缶２と接触しても、前記電池電圧の低下等の問題は生じない。
【００４３】
これに加えてセパレータ末端部５ｃ・５ｄの延出寸法が、１０ｍｍ以上に設定されているので、延出寸法を十分に確保できて、負極４から脱落したリチウム−アルミニウム合金の微粉がセパレータ末端部５ｃ・５ｄを回り込んで正極３に至ることや、正極３から脱落した正極活物質等がセパレータ末端部５ｃ・５ｄを回り込んで負極４に至ることが防止される。これによっても前記脱落したリチウム−アルミニウム合金が正極３の正極活物質と反応することや、前記脱落した正極活物質等が負極４の負極活物質と反応することが抑えられ、該反応によって電池電圧の低下等の不良が発生することを確実に防止できる。
【００４４】
また、捲回状態のセパレータ５の上下端部を変形させてカバー部３０・３０を形成するので、例えば捲回前の状態でセパレータ５を袋状に形成し、該袋状のセパレータ５に正極３や負極４を収容して捲回する場合に発生するセパレータ５のしわを防止でき、これにてセパレータ５の適正な捲回状態を得ることができる。また、正極３の捲回末端側がセパレータ５で閉じられていないので、電解液をセパレータ５の末端からも正極３や負極４に容易に導入することができる。
【００４５】
セパレータ末端部５ｃ・５ｄの伸び量は長い方が好ましいが、セパレータ末端部５ｄの伸び量を２５ｍｍ以下としたことで、セパレータ５が過度に長くなって、該過度に長いセパレータ５部分の体積の分だけ電池容量が無駄に低下することを防止できる。また、セパレータ５が過度に長くなることで、セパレータ５が負極４の最外周を過剰に覆ってしまって、負極４の最外周と外装缶２との接触による集電が困難になることも防止できる。
【００４６】
セパレータ５が電極捲回体６の軸心部で折り返した状態で捲回されているので、電極捲回体６の軸心部において、セパレータ５で正極３と負極４とを確実に隔離でき、電極捲回体６の軸心部においても、負極４から脱落したリチウム−アルミニウム合金の微粉等が正極３に至ることや、正極３から脱落した正極活物質が負極４に至ることが確実に低減される。
【００４７】
なお、正極３の上下両端のみがセパレータ５のカバー部３０によって覆われていて、負極４の上下端がセパレータ５のカバー部３０によって覆われていなくてもよい。セパレータ５が負極４の最外周の一部のみを覆っていてもよい。
【００４８】
捲回前にセパレータ５の微孔性フィルム２９の上下両端部２９ａ・２９ｂを予め変形させておき、捲回したときに変形した微孔性フィルム２９の上下両端部２９ａ・２９ｂにより、カバー部３０が形成されるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る非水電解液電池の横断平面図である。
【図２】本発明に係る非水電解液電池の縦断側面図である。
【図３】図１のＡ部分の拡大図である。
【図４】非水電解液電池の全体を示す縦断側面図である。
【図５】本発明に係る電極捲回体の作製方法を説明するための図である。
【図６】（ａ）・（ｂ）は電極捲回体の作製方法を説明するための図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】（ａ）・（ｂ）は電極捲回体の作製方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ 非水電解液電池
２ 外装缶
３ 正極
４ 負極
５ セパレータ
５ｃ・５ｄ セパレータ末端部
６ 電極捲回体
２４ａ・２５ａ 負極シートの捲回末端
３０ カバー部
Ｅ 正極シートの捲回末端
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート状の正極とシート状の負極とをシート状のセパレータを介して捲回してなる電極捲回体を電池要素とする非水電解液電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電極捲回体を電池要素とする非水電解液電池の公知例としては、本出願人による特許文献１および特許文献２を挙げることができる。特許文献１に記載の非水電解液電池では、厚み寸法が大きく且つ短いシート状の正極を、負極およびセパレータとともに捲回してなる電極捲回体を電池要素とするものであり、円筒状の外装缶内への電極捲回体の挿入動作をスムーズに行うことができるように、電極捲回体の表面を金属箔で被覆している。特許文献２に記載の非水電解液電池では、高容量且つパルス放電特性に優れた非水電解液電池を得るため、シート状正極の厚み寸法を規定するとともに、シート状負極の少なくとも一部に、リチウム−アルミニウム合金を含んでいる。
【０００３】
特許文献２の負極に係るリチウム−アルミニウム合金は、金属リチウム箔の表面にアルミニウム箔を積層し、電池内で電気化学的に合金化することで形成できる。このようなリチウム−アルミニウム合金は微粉化するため、シート状負極の表面積を増加させることができる。また、リチウム−アルミニウム合金は、リチウムよりも電解液との反応性が低いため、有機物皮膜の形成が抑えられ、これによる電池特性の低下を抑制できる。しかし、このような微粉化されたリチウム−アルミニウム合金は、振動や衝突等によって脱落しやすく（以下、これを「粉落ち」と記す）、これが正極の電位となる部位に接触すると、電池電圧の低下等の不具合を引き起こす不利があった。特に、電池内の底部では粉落ちしたリチウム−アルミニウム合金が溜まってしまうが、外装缶と電極捲回体との距離が近いために、前記底部に溜まったリチウム−アルミニウム合金が正極に接触する可能性が高いことになる。
【０００４】
従来公知の粉落ち対策としては、特許文献３のように、セパレータを袋状にして、該袋状のセパレータ内に負極または正極を収容することが考えられる。かかる対策を特許文献２のような非水電解液電池に適用すれば、リチウム−アルミニウム合金の微粉が袋状のセパレータの上下面から袋外に漏れ出すことを確実に防ぐことができると考える。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３４２４５２号公報（図１−２）
【特許文献２】特開２００７−２５０４１４号公報（図１−２）
【特許文献３】特開昭６３−３０８８６６号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記各特許文献の非水電解液電池の問題は、正負極の捲回終端部における粉落ち対策が不十分であり、捲回終端部から脱落した活物質が、他方の正負極に接触するおそれを排除できないことにある。すなわち、特許文献１、２等の非水電解液電池を例にすると、正負極の捲回終端部の間からは、僅か数ｍｍ程度のセパレータが延出されているにすぎず（特に特許文献１の図４参照）、捲回終端部から脱落した負極活物質がセパレータの延出部分を回り込んで正極に至るおそれや、捲回終端部から脱落した正極活物質がセパレータの延出部分を回り込んで負極に至るおそれが残り、その点に改良の余地があった。
また、特許文献３に記載のように、袋状のセパレータに一方の電極を収容したものを捲回して捲回電極体を作製することは、製造上の困難が伴うものであった。
【０００７】
本発明は、以上のような従来の非水電解液電池の抱える問題を解決するためになされたものであり、その目的は、捲回電極体の下面だけでなく、捲回終端部に対しても粉落ち対策を施すことにより、脱落した正負極の活物質が他方の正負極に接触することに起因する電池特性の低下を確実に防ぐことができるうえ、電極捲回体の製造の手間および時間を低減できることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、図１および図２に示すごとく、上方開口を有する有底筒状の外装缶２内に、シート状の正極３とシート状の負極４とをシート状のセパレータ５を介して捲回してなる電極捲回体６が収容されている筒形の非水電解液電池を対象とする。そして、前記電極捲回体６の負極４の少なくとも一部に、リチウム−アルミニウム合金を含んでいる。電極捲回体６の正極３の上下両端のうち、少なくとも下端がセパレータ５を変形させて形成したカバー部３０により覆われている。外装缶２は、負極４の電位を有するように、電極捲回体６の最外周において負極４と接している。正極３の捲回終端Ｅから延びるセパレータ５の末端部５ｃ・５ｄの延出寸法が、１０ｍｍ以上に設定されていることを特徴とする。
なお、ここでは、セパレータ５が電極捲回体６の負極４の最外周を全く覆っていない場合や、セパレータ５が負極４の最外周の一部を覆っている場合が含まれる。
【０００９】
電極捲回体６の正極３の上下両端は、セパレータ５の上下両端部を変形させて形成したカバー部３０・３０により覆われていることが望ましい。
【００１０】
セパレータ５の末端部５ｃ・５ｄの正極３の捲回終端Ｅからの伸び量は、２５ｍｍ以下であることが望ましい。また、正極３の上下幅寸法は、負極４の上下幅寸法以上であるものとすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のように、セパレータ５のカバー部３０によって正極３の下端が覆われていると、負極４から脱落したリチウム−アルミニウム合金の粒がセパレータ５の下端を回り込んで正極３に至ることや、正極３から脱落した正極活物質等がセパレータ５の下端を回り込んで負極４に至ることが低減される。これにて前記脱落したリチウムーアルミニウム合金の粒が正極３の正極活物質と反応することや、前記脱落した正極活物質等が負極４の負極活物質と反応することが低減され、該反応によって電池電圧の低下等の不良が発生することを抑えることができる。
【００１２】
外装缶２は負極４の最外周に接していて、外装缶２が負極４の電位を有しているので、例えば、カバー部３０の存在しない負極４の最外周から脱落したリチウム−アルミニウム合金の粒が外装缶２と接触しても、前記電池電圧の低下等の問題は生じない。
【００１３】
これに加えて本発明では、セパレータ５の末端部５ｃ・５ｄの延出寸法が、１０ｍｍ以上に設定されているので、特許文献１、２のセパレータの末端部よりも延出寸法を十分に確保できる。したがって、負極４から脱落したリチウム−アルミニウム合金の粒がセパレータ５の末端部５ｃ・５ｄを回り込んで正極３に至ることや、正極３から脱落した正極活物質等がセパレータ５の末端部５ｃ・５ｄを回り込んで負極４に至ることが防止される。これによっても前記脱落したリチウムーアルミニウム合金が正極３の正極活物質と反応することや、前記脱落した正極活物質等が負極４の負極活物質と反応することが抑えられ、該反応によって電池電圧の低下等の不良が発生することを確実に防止できる。
【００１４】
また、本発明は、捲回状態のセパレータ５の下端部を変形させてカバー部３０を形成するので、例えば捲回前の状態でセパレータを袋状に形成し、該袋状のセパレータに正極３や負極４を収容して捲回する場合に発生するセパレータ５のしわを防止でき、これにてセパレータ５の適正な捲回状態を得ることができる。また前記袋状のセパレータに正極３や負極４を収容する場合よりも製造工程の変更を低減できるとともに、該袋状のセパレータに正極３や負極４を収容するような困難な作業がなく、電極捲回体６の製造の手間および時間を低減できる。
【００１５】
また、正極３の捲回末端側がセパレータ５で閉じられていないので、電解液をセパレータ５の末端からも正極３や負極４に容易に導入することができる。
【００１６】
セパレータ５のカバー部３０・３０によって正極３の上下両端が覆われていると、負極４から脱落したリチウム−アルミニウム合金の粒がセパレータ５の上端を回り込んで正極３に至ることや、正極３から脱落した正極活物質等がセパレータ５の上端を回り込んで負極４に至ることも防止できる。つまり、前記電池電圧の低下等の問題をより確実に防止できる。
【００１７】
セパレータ５の末端部５ｃ・５ｄの正極３の捲回終端Ｅからの伸び量が２５ｍｍ以下であると、セパレータ５が過度に長くなることが抑えられて、その分だけセパレータ５の配置による電池容量の低下を抑えることができる。また、セパレータ５が過度に長くなることが抑えられることで、セパレータ５が電極捲回体６の最外周を過剰に覆ってしまうことが防止され、負極４の最外周と外装缶２との接触による集電の確保を確実に行なうことができる。
【００１８】
正極３の上下幅寸法が負極４の上下幅寸法以上であると、正極３が電極捲回体６の上下端部を構成するために、それを覆うカバー部３０が、例えば負極４の上下を覆っていなくても、電極捲回体６の上下に負極４が露出して正極３の電位の端子体１０等に接触して短絡することを確実に防止できる。つまり、負極４と前記端子体１０等との接触を防止するために、負極４と前記端子体１０等との間に、例えば絶縁部材を介在させなくても済むことになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１乃至図８に、本発明の実施形態に係る非水電解液電池を示す。図１および図４において、非水電解液電池１は、上方開口を有する有底円筒状の外装缶２と、シート状の正極３とシート状の負極４とをシート状のセパレータ５を介して捲回してなる電極捲回体６と、非水電解液（以下、単に電解液と記す）と、外装缶２の上方開口を封止する封口構造とからなる。電極捲回体６は、電解液と共に外装缶２内に収容され、全体として略円柱形状に形成される。外装缶２は、鉄や鉄合金等を素材とする。非水電解液電池１は、例えば、外径寸法が１７ｍｍ、高さ寸法が４５ｍｍである。
【００２０】
封口構造は、外装缶２の上方開口の内周縁に固定された蓋板８と、該蓋板８の中央部に設けた開口にゴム製の絶縁パッキン９を介して装着された端子体１０と、蓋板８の下部に配置された絶縁板１１とからなる。該絶縁板１１は、円盤状のベース部１２の周縁に環状の側壁１３を立設した上向きに開口する丸皿形状に形成され、ベース部１２の中央にはガス通口１４が開設される。蓋板８は、絶縁板１１の側壁１３の上端に受け止められた状態で、外装缶２の上方開口の内周縁に、レーザ溶接またはパッキングを介したクリンプシールで固定される。蓋体８または外装缶２の缶底２ａには、薄肉状のベント（図示せず）を設けてあり、電池内圧が上昇したときにベントが開裂して電池内圧を解放する。電極捲回体６の正極３と端子体１０の下面とは、正極リード体１５で接続される。これにて端子体１０が正極３の電位を有する。
【００２１】
電極捲回体６の正極３は、同一の厚み寸法を有する帯状の２枚の正極シート（正極活物質層）２０・２１と、これら正極シート２０・２１の間に介在する帯状の正極集電体２２とを含む。各正極シート２０・２１は、例えば、正極活物質に電導助剤やバインダを配合し、必要に応じて水等を添加してなる正極合剤をロール等で圧延し、これを乾燥および粉砕して再度圧延して厚み寸法０．６７ｍｍ程度のシート状に成形することで作製される。正極活物質としては、二酸化マンガン、フッ化カーボン、リチウムコバルト複合酸化物またはスピネル型リチウム複合酸化物等を挙げることができる。電導助剤としては、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラックまたはケッチェンブラック等から選択される一種または二種以上の複合物を挙げることができる。バインダとしては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはゴム系バインダ等を用いることができる。
【００２２】
正極集電体２２としては、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４４４またはＳＵＳ４３４等のステンレス鋼からなる平織り金網、エキスパンドメタル、ラス網、パンチングメタルまたは金属箔（板）等を用いることができる。正極集電体２２の表面には、ペースト状の導電材が塗布される。該導電材としては、銅ペーストやカーボンペースト等を挙げることができる。導電材のバインダとしては、正極シート２０・２１が２００℃を越える高温で乾燥処理されるため、水ガラスやイミド系のバインダ等の耐熱性の材料を用いることが好ましい。
【００２３】
正極シート２０・２１の上下幅寸法は、図２に示すように正極集電体２２の上下幅寸法よりも大きくなっている。これにて正極シート２０・２１の上下幅寸法が正極３の上下幅寸法となり、該正極３の上下幅寸法は３８ｍｍである。正極集電体２２の厚み寸法は０．１〜０．４ｍｍ程度である。正極シート２０・２１と正極集電体２２とは、電極捲回体６の軸心側となる捲回始端部Ｓのみを固定した状態で捲回される。
【００２４】
電極捲回体６の負極４は、同一の厚み寸法を有する薄い箔（板）状の２枚の負極シート（負極活物質層）２４・２５と、両負極シート２４・２５が固定される帯状の負極集電体２６とを含む。各負極シート２４・２５は、金属リチウムを厚み寸法０．２２ｍｍのシート状に形成してなる。負極集電体２６としては、銅、ニッケル、鉄またはステンレス等からなる金属箔を用いることができる。
【００２５】
負極集電体２６の上下幅寸法は、各負極シート２４・２５の上下幅寸法よりも大きくなっており、これにて負極集電体２６の上下幅寸法が負極４の上下幅寸法となる。つまり、負極集電体２６の上下幅寸法は３８ｍｍ、各負極シート２４・２５の上下幅寸法は３７ｍｍである。負極集電体２６の厚み寸法は１０〜１５μｍである。前記正極３の上下幅寸法は、負極４の上下幅寸法と等しくなっているが、負極４の上下幅寸法を超えてもよい。つまり、正極３の上下幅寸法は、負極４の上下幅寸法以上であることになる。
【００２６】
負極集電体２６は、図１に示すように、各負極シート２４・２５が内周側および外周側に位置するように電極捲回体６の軸心部で折り返されて二層に重なっており、該重なった状態で捲回される。この二層の負極集電体２６の内周側および外周側の各負極シート２４・２５が各正極シート２０・２１にそれぞれ臨んでいる。捲回状態において、内周側の正極シート２０に臨む一方の負極シート２４は、該負極シート２４の捲回末端２４ａが正極シート２０の捲回末端Ｅよりも捲回方向の外側に延出する。外周側の正極シート２１に臨む他方の負極シート２５は、該負極シート２５の捲回末端２５ａが正極シート２１の捲回末端Ｅよりも捲回方向の外側に延出する。
【００２７】
図３に示すように、前記二層に重ねられた負極集電体２６のうち、一方の負極シート２４が固定された一方側の負極集電体部分２６ａは、一方の負極シート２４の捲回末端２４ａよりも捲回方向の外側に延出する。他方の負極シート２５が固定された他方側の負極集電体部分２６ｂの捲回末端側は、図１に示すように、他方の負極シート２５の捲回末端２５ａよりも捲回方向の外側に向けて長く延出していて、電極捲回体６の最外周を覆うように捲回される。つまり、負極４の他方側の負極集電体部分２６ｂの捲回末端側の最外周面が、外装缶２の内面の周方向の全域に亘って接触し、これにて負極４が外装缶２に導通して、外装缶２が負極４の電位を有することになる。
【００２８】
負極シート２４・２５の表面（負極集電体２６側とは反対の面）には、微粉（粒）状のリチウム−アルミニウム合金層が負極活物質層の一部として形成される。かかるリチウム−アルミニウム合金層を形成するために、図５および図７に示すように、捲回前の負極シート２４・２５の表面には、アルミニウム箔２７がそれぞれ配置される。アルミニウム箔２７の厚み寸法としては、３〜１５μｍであることが好ましい。アルミニウム箔２７の上下幅寸法は、負極シート２４・２５の上下幅寸法よりも小さいことが好ましい。そして、電極捲回体６を外装缶２内に収容したうえで外装缶２内に電解液を収容したときに、各負極シート２４・２５の金属リチウムとアルミニウム箔２７とが電気化学的に反応して、微粉状のリチウム−アルミニウム合金層が各負極シート２４・２５の表面に形成される。リチウム−アルミニウム合金層の微粉の粒径は、１０〜１００μｍである。
【００２９】
セパレータ５は、図７に示すように、不織布２８と微孔性フィルム２９とを重ねることで構成され、電極捲回体６の軸心部で負極シート２４・２５の表面に沿って折り返した状態で捲回される（図１参照）。なお、セパレータ５は、不織布２８が正極３側に、微孔性フィルム２９が負極４側になるように配置される。
【００３０】
図１および図３に示すように、前記折り返されたセパレータ５のうち、内周側の正極シート２０と一方の負極シート２４との間に介在する一方側のセパレータ部分５ａは、一方の正極シート２０の捲回終端Ｅから延びるセパレータ末端部５ｃの延出寸法が、１０〜２５ｍｍに設定されている。外周側の正極シート２１と他方の負極シート２５との間に介在する他方側のセパレータ部分５ｂは、他方の正極シート２１の捲回終端Ｅから延びるセパレータ末端部５ｄの延出寸法が、１０〜２５ｍｍ以上に設定されている。前記セパレータ末端部５ｃは、セパレータ末端部５ｄの先端に臨む位置まで伸びている。
【００３１】
セパレータ５の不織布２８としては、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のポリエステル、またはポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等の熱可塑性の樹脂からなり、公知の製造方法で形成される。該不織布２８は、厚み寸法が４０μｍ、上下幅寸法が３９．６ｍｍである。セパレータ５の微孔性フィルム２９としては、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、またはポリフェニレンスルフィド等の熱可塑性の樹脂からなる。
【００３２】
セパレータ５の微孔性フィルム２９は、例えば、前記樹脂に微細な微粒子（無機微粒子）を配合し、成形してフィルム状体とし、これを一軸方向または二軸方向に延伸して微粒子近傍にクラックを発生させることで微孔を形成する。該微孔性フィルム２９の微孔の孔径は、０．０５μｍ程度である。つまり、微孔性フィルム２９の微孔の孔径は、負極シート２４・２５に形成されたリチウム−アルミニウム合金の微粉の径よりも小さくなっている。
【００３３】
微孔性フィルム２９は、厚み寸法が３０μｍ、上下幅寸法が不織布２８よりも大きく４４ｍｍである。そして、図７に示すように、微孔性フィルム２９の上下の各端部が、それぞれ不織布２８の上下の各端部よりも上下方向の外側に位置するようにセパレータ５が構成される。なお、図７の左右方向がセパレータ５の上下方向になる。不織布２８の融点は１４０℃程度であり、微孔性フィルム２９の融点は不織布２８の融点よりも低く１３０℃程度である。
【００３４】
正極３と負極４とをセパレータ５を介して捲回した捲回状態で、セパレータ５の微孔性フィルム２９の上端部２９ａおよび下端部２９ｂが、それぞれ上下一対のホットプレート３１・３２（図８参照）で加熱されるとともに上下方向から押し付けられる。これにて、電極捲回体６は、セパレータ５の微孔性フィルム２９の上下両端部２９ａ・２９ｂが変形して、図２に示すように、正負極３・４の上下両端から突出して水平方向に曲げられたセパレータ５のカバー部３０・３０が形成される。カバー部３０・３０により、正負極３・４の上下端がそれぞれ覆われる。これによって本発明の電極捲回体６が完成する。なお、セパレータ５のカバー部３０・３０は、正負極３・４の上下を完全に塞ぐ必要はなく、電解液が通ることができる程度の隙間があってもよい。
【００３５】
ホットプレート３１・３２は、例えば１２５℃でセパレータ５の微孔性フィルム２９を加熱する。微孔性フィルム２９の上下端部２９ａ・２９ｂの変形には、前記加熱によって少なくとも一部が溶融することも含まれる。つまり、該溶融によって微孔性フィルム２９の捲回の内周側および外周側の上端部２９ａどうしが溶着し、また捲回の内周側および外周側の下端部２９ｂどうしが溶着することで、カバー部３０を形成することも含まれる。
【００３６】
電解液としては、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＣＦ3 （ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 ＮＬｉまたはＬｉＣＦ3 ＳＯ3 等の溶質を０．３〜１．５Ｍ／ｌ溶解した溶媒に、ＰＣやＥＣ等の環状カルボネートにＤＭＥ等の鎖状エーテルまたはジメチルカルボネート等の鎖状カルボネートを混合した電解液が用いられる。
【００３７】
電極捲回体６は、例えば図５および図６に示すような手順で作製することができる。まず、図５に示すように、負極集電体２６の長さ方向の上面に、熱溶融性のテープ３４を介してセパレータ５を載置し、該テープ３４を加熱してセパレータ５を前記負極集電体２６の上面に固着する。また、負極集電体２６において、セパレータ５の固着部分を挟んで該負極集電体２６の長さ方向の両方に、それぞれアルミニウム箔２７が積層状態で圧着固定された負極シート２４および負極シート２５を載置する。
【００３８】
次いで、図６（ａ）に示すように前記セパレータ５の固着部分を２つ割の巻芯３６で挟み、図６（ｂ）に示すように巻芯３６を半周程度回転させて、負極集電体２６とセパレータ５とを巻芯３６に巻き付ける。次に、図７に示すように正極３をセパレータ５を介して負極４上に載置して巻芯３６で捲回する。この状態で、正極３が、負極４およびセパレータ５と共に捲回される。捲回終了後は、正負の電極３・４およびセパレータ５が巻芯３６から抜き取られる。なお、正極３の正極集電体２２の最外周寄りの箇所には、正極リード体１５が接続される。
【００３９】
前記捲回状態のセパレータ５の微孔性フィルム２９の上下端に対して、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、前述の上下一対のホットプレート３１・３２が押し付けられて加熱され、これにてカバー部３０・３０が形成されて正負極３・４の上下端が覆われる。以上により、図２に示す電極捲回体６を得ることができる。なお、上側のホットプレート３１には、正極リード体１５を通すための孔３７が形成されている。そして、不図示のセンサで正極リード体１５の位置を検出して、孔３７に正極リード体１５を位置させるように上側のホットプレート３１を駆動したのち、微孔性フィルム２９の上下端にホットプレート３１・３２が押し付けられる。これにて、上側のホットプレート３１によって正極リード体１５がセパレータ５に押し付けられて潰れることが防がれる。ここで、セパレータ５の微孔性フィルム２９の上端部２９ａおよび下端部２９ｂを加熱することなく単に折り曲げ変形して、カバー部３０・３０をそれぞれ形成してもよい。
【００４０】
次に、電極捲回体６を外装缶２内に収容する。ここでは、電極捲回体６は、外装缶２内に圧入される。つまり、電極捲回体６は、外装缶２の内径寸法と同寸法、または僅かに小さな外径寸法を有するように作製されており、電極捲回体６の拡径変形力に由来する押圧作用によって、電極捲回体６の負極集電体２６の他方側の負極集電体部分２６ｂの最外周面が、外装缶２の内面に押圧状態で密着する。最後に電解液を投入したうえで、蓋体８を外装缶２の上方開口の内周縁に固定することで、図１および図４に示す非水電解質電池１を得ることができる。
【００４１】
このように、セパレータ５のカバー部３０・３０によって正極３の上下端が覆われるので、負極４から脱落したリチウム−アルミニウム合金の微粉がセパレータ５の上下端を回り込んで正極３に至ることや、正極３から脱落した正極活物質等がセパレータ５の上下端を回り込んで負極４に至ることが防止される。これにて前記脱落したリチウムーアルミニウム合金の微粉が正極３の正極活物質と反応することや、前記脱落した正極活物質等が負極４の負極活物質と反応することが低減され、該反応によって電池電圧の低下等の不良が発生することを抑えることができる。
【００４２】
外装缶２は負極４の最外周に接していて、外装缶２が負極４の電位を有しているので、例えば、カバー部３０の存在しない負極４の最外周から脱落したリチウム−アルミニウム合金の微粉が外装缶２と接触しても、前記電池電圧の低下等の問題は生じない。
【００４３】
これに加えてセパレータ末端部５ｃ・５ｄの延出寸法が、１０ｍｍ以上に設定されているので、延出寸法を十分に確保できて、負極４から脱落したリチウム−アルミニウム合金の微粉がセパレータ末端部５ｃ・５ｄを回り込んで正極３に至ることや、正極３から脱落した正極活物質等がセパレータ末端部５ｃ・５ｄを回り込んで負極４に至ることが防止される。これによっても前記脱落したリチウム−アルミニウム合金が正極３の正極活物質と反応することや、前記脱落した正極活物質等が負極４の負極活物質と反応することが抑えられ、該反応によって電池電圧の低下等の不良が発生することを確実に防止できる。
【００４４】
また、捲回状態のセパレータ５の上下端部を変形させてカバー部３０・３０を形成するので、例えば捲回前の状態でセパレータ５を袋状に形成し、該袋状のセパレータ５に正極３や負極４を収容して捲回する場合に発生するセパレータ５のしわを防止でき、これにてセパレータ５の適正な捲回状態を得ることができる。また、正極３の捲回末端側がセパレータ５で閉じられていないので、電解液をセパレータ５の末端からも正極３や負極４に容易に導入することができる。
【００４５】
セパレータ末端部５ｃ・５ｄの伸び量は長い方が好ましいが、セパレータ末端部５ｄの伸び量を２５ｍｍ以下としたことで、セパレータ５が過度に長くなって、該過度に長いセパレータ５部分の体積の分だけ電池容量が無駄に低下することを防止できる。また、セパレータ５が過度に長くなることで、セパレータ５が負極４の最外周を過剰に覆ってしまって、負極４の最外周と外装缶２との接触による集電が困難になることも防止できる。
【００４６】
セパレータ５が電極捲回体６の軸心部で折り返した状態で捲回されているので、電極捲回体６の軸心部において、セパレータ５で正極３と負極４とを確実に隔離でき、電極捲回体６の軸心部においても、負極４から脱落したリチウム−アルミニウム合金の微粉等が正極３に至ることや、正極３から脱落した正極活物質が負極４に至ることが確実に低減される。
【００４７】
なお、正極３の上下両端のみがセパレータ５のカバー部３０によって覆われていて、負極４の上下端がセパレータ５のカバー部３０によって覆われていなくてもよい。セパレータ５が負極４の最外周の一部のみを覆っていてもよい。
【００４８】
捲回前にセパレータ５の微孔性フィルム２９の上下両端部２９ａ・２９ｂを予め変形させておき、捲回したときに変形した微孔性フィルム２９の上下両端部２９ａ・２９ｂにより、カバー部３０が形成されるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る非水電解液電池の横断平面図である。
【図２】本発明に係る非水電解液電池の縦断側面図である。
【図３】図１のＡ部分の拡大図である。
【図４】非水電解液電池の全体を示す縦断側面図である。
【図５】本発明に係る電極捲回体の作製方法を説明するための図である。
【図６】（ａ）・（ｂ）は電極捲回体の作製方法を説明するための図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】（ａ）・（ｂ）は電極捲回体の作製方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ 非水電解液電池
２ 外装缶
３ 正極
４ 負極
５ セパレータ
５ｃ・５ｄ セパレータ末端部
６ 電極捲回体
２４ａ・２５ａ 負極シートの捲回末端
３０ カバー部
Ｅ 正極シートの捲回末端
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方開口を有する有底筒状の外装缶内に、シート状の正極とシート状の負極とをシート状のセパレータを介して捲回してなる電極捲回体が収容されている筒形の非水電解液電池であって、
前記電極捲回体の負極の少なくとも一部に、リチウム−アルミニウム合金を含んでおり、
前記電極捲回体の正極の上下両端のうち、少なくとも下端が前記セパレータの下端部を変形させて形成したカバー部により覆われており、
前記外装缶は、前記負極の電位を有するように、前記電極捲回体の最外周において前記負極と接しており、
前記正極の捲回終端から延びる前記セパレータの末端部の延出寸法が、１０ｍｍ以上に設定されていることを特徴とする非水電解液電池。
【請求項２】
前記電極捲回体の正極の上下両端が、前記セパレータの上下両端部を変形させて形成したカバー部により覆われている請求項１記載の非水電解液電池。
【請求項３】
前記セパレータの末端部の延出寸法が、２５ｍｍ以下である請求項１又は２記載の非水電解液電池。
【請求項４】
前記正極の上下幅寸法が、前記負極の上下幅寸法以上である請求項１乃至３のいずれかに記載の非水電解液電池。
【請求項１】
上方開口を有する有底筒状の外装缶内に、シート状の正極とシート状の負極とをシート状のセパレータを介して捲回してなる電極捲回体が収容されている筒形の非水電解液電池であって、
前記電極捲回体の負極の少なくとも一部に、リチウム−アルミニウム合金を含んでおり、
前記電極捲回体の正極の上下両端のうち、少なくとも下端が前記セパレータの下端部を変形させて形成したカバー部により覆われており、
前記外装缶は、前記負極の電位を有するように、前記電極捲回体の最外周において前記負極と接しており、
前記正極の捲回終端から延びる前記セパレータの末端部の延出寸法が、１０ｍｍ以上に設定されていることを特徴とする非水電解液電池。
【請求項２】
前記電極捲回体の正極の上下両端が、前記セパレータの上下両端部を変形させて形成したカバー部により覆われている請求項１記載の非水電解液電池。
【請求項３】
前記セパレータの末端部の延出寸法が、２５ｍｍ以下である請求項１又は２記載の非水電解液電池。
【請求項４】
前記正極の上下幅寸法が、前記負極の上下幅寸法以上である請求項１乃至３のいずれかに記載の非水電解液電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２６６７５０（Ｐ２００９−２６６７５０Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１７８１６（Ｐ２００８−１１７８１６）
【出願日】平成２０年４月２８日（２００８．４．２８）
【出願人】（０００００５８１０）日立マクセル株式会社 (2,366)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２８日（２００８．４．２８）
【出願人】（０００００５８１０）日立マクセル株式会社 (2,366)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]