JP2012174411A - 電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 生産性が高く、出力特性の高い電池を提供する。
【解決手段】 実施形態によれば、電極群と、複数の正極タブと、複数の負極タブとを備える電池が提供される。電極群は、正極と負極がセパレータを介して扁平の渦巻き状に捲回された構造を有する。複数の正極タブは、正極と電気的に接続されている。複数の負極タブは、負極と電気的に接続されている。正極タブ及び負極タブのうち少なくとも一方は、タブ間隔が等ピッチで変化し、かつ電極群の一方又は両方の端面から突出している。また、電極群は、下記（１）式を満たす。
ｂｍ²−２ａ＜０ （１）
【選択図】図７

Description

本発明の実施形態は、電池に関する。

近年、エレクトロニクス分野における急速な技術発展により、電子機器の小型・軽量化が進んでいる。その結果、電子機器のポータブル化、コードレス化が進行し、その駆動源となる二次電源にも小型、軽量、高パワー密度化が望まれている。このような要望に応えるべく、大出力密度なリチウム二次電池が開発されている。

二次電池の集電性能を向上させるため、捲回型電極群の捲回軸方向の両端部のうち、一方の端部に正極の非塗工端部を突出させ、かつ他方の端部に負極の非塗工端部を突出させることが行われている。この非塗工端部を有する正負極は、例えば、帯状の集電体にその長辺に平行な端部を除き、活物質を含むスラリーを塗布し、乾燥し、プレスすることにより作製される。スラリーが未塗布の、長辺に平行な端部が、非塗工端部である。

しかしながら、このような方法で正負極を作製すると、電極の導電性を向上する目的で行うプレス工程で発生する、塗工部と非塗工部に出来るプレス圧差のため、電極の幅方向（短辺方向）へ歪みが発生する。この歪みの発生した正負極を用いて作製した電極群では、正負極の極間距離のばらつきが大きいため、電池の内部抵抗が大きい。

このようなことから、非塗工部の集電体から短冊状のタブを複数打ち抜き、このタブをリード等に溶接することで電極群と正負極端子との電気的接続を取ることが行われている。この場合、捲回型電極群の湾曲部にタブが位置すると、タブに立体的歪みが発生するため、溶接作業や電池使用時に当該タブに応力が集中してタブが切れやすくなる。また、リード等との溶接位置を合わせるため、タブの位置を揃えることが望ましい。そこで、捲回型電極群の湾曲部にかからない箇所にタブを配置し、かつその位置を揃えるため、タブ間の距離を変動するピッチで調整することが検討されている。

しかしながら、ピッチの大きさがタブ間の距離毎に異なると、集電体からタブを打ち抜き加工で成形する際に回転刃を用いることが出来ず、電極の加工が非常に複雑になる。

特開２００５−９３２４２号公報

生産性が高く、出力特性の高い電池を提供する。

実施形態によれば、電極群と、複数の正極タブと、複数の負極タブとを備える電池が提供される。電極群は、正極と負極がセパレータを介して扁平の渦巻き状に捲回された構造を有する。複数の正極タブは、正極と電気的に接続されている。複数の負極タブは、負極と電気的に接続されている。正極タブ及び負極タブのうち少なくとも一方は、タブ間隔が等ピッチで変化し、電極群の一方又は両方の端面から突出している。また、電極群は、下記（１）式を満たす。

ｂｍ²−２ａ＜０ （１）
但し、ａは前記電極群の直線部の長さで、ｂは２π（Ｔ₁＋Ｔ₂＋２Ｔ₃）、Ｔ₁は前記正極の厚さ、Ｔ₂は前記負極の厚さ、Ｔ₃は前記セパレータの厚さ、πは円周率、ｍは電極群の捲回数である。

実施形態の電池の電極群に含まれる正極、負極及びセパレータの展開図。 図１に示す正極の平面図。 図１に示す負極の平面図。 実施形態における電極群の直線部に複数のタブを位置を揃えて配置した状態を示す模式図。 捲回数と距離Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₃との関係を示すグラフ。 実施形態の電池に用いられる電極群を最外周側から見た平面図。 図６に示す電極群における捲回軸に直交する一方の端面の平面図。 図６に示す電極群における捲回軸に直交する他方の端面の平面図。 図６に示す電極群を備えた角形電池を示す斜視図。 図９の電池の部分分解斜視図。 実施形態の電池に用いられる電極群を最外周側から見た平面図。 図１１に示す電極群の捲回軸に直交する一方の端面の平面図。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

実施形態によれば、電極群と、複数の正極タブと、複数の負極タブとを備える電池が提供される。電極群は、正極と負極がセパレータを介して扁平の渦巻き状に捲回されたものである。複数の正極タブは、正極と電気的に接続されている。複数の負極タブは、負極と電気的に接続されている。正極タブ及び負極タブのうち少なくとも一方は、タブ間隔が等ピッチで変化し、電極群の一方又は両方の端面から突出している。また、電極群は、下記（１）式を満たす。

ｂｍ²−２ａ＜０ （１）
但し、ａは電極群の直線部の長さで、ｂは２π（Ｔ₁＋Ｔ₂＋２Ｔ₃）、Ｔ₁は正極の厚さ、Ｔ₂は負極の厚さ、Ｔ₃はセパレータの厚さ、πは円周率、ｍは電極群の捲回数である。

等ピッチには、ピッチのずれ幅が０である場合のほか、ピッチのずれ幅が（ｂｍ²−２ａ）以下である場合を含む。ピッチのずれ幅は−１ｍｍ以上１ｍｍ以下の範囲であることが望ましい。

図１は、電極群に含まれる正極、負極及びセパレータの展開図である。図２は正極の平面図で、図３は負極の平面図である。図１に示すように、電極群１は、例えば、正極２と負極３の間にセパレータ４を介在させ、これらを巻芯５を用いて扁平形状に捲回した後、必要に応じてプレスを施すことにより作製される。正極２は、帯状の正極集電体２ａと、正極集電体２ａの両面に形成された活物質含有層２ｂとを有する。図１では図示を省略しているが、正極２は、図２に示すように、複数の正極タブ２ｃを有する。正極タブ２ｃは、それぞれ、帯状をなし、正極集電体２ａの長辺から延出されている。正極タブ２ｃの間隔Ｄ₁，Ｄ₂は、内周から外周に向かって等ピッチで増加している。正極タブ２ｃは、例えば、正極集電体２ａから打ち抜き加工によって形成される。一方、負極３は、帯状の負極集電体３ａと、負極集電体３ａの両面に形成された活物質含有層３ｂとを有する。図１では図示を省略しているが、負極３は、図３に示すように、複数の負極タブ３ｃを有する。負極タブ３ｃは、それぞれ、帯状をなし、負極集電体３ａの長辺から延出されている。負極タブ３ｃの間隔ｄ₁，ｄ₂は、内周から外周に向かって等ピッチで増加している。負極タブ３ｃは、例えば、負極集電体３ａから打ち抜き加工によって形成される。

２枚のセパレータ４のうち、一方のセパレータ４を正極２の活物質含有層２ｂと負極３の活物質含有層３ｂとの間に配置し、他方のセパレータ４を負極３のもう片方の活物質含有層３ｂ上に配置する。これらを扁平形状をした二本の巻芯５を用いて扁平形状に捲回する。ここで、正極２の一対の短辺のうち、巻芯５に近い側、すなわち最内周側が巻き始めの短辺２ｄであり、反対側が巻き終わりの短辺２ｅである。また、負極３の一対の短辺のうち、巻芯５に近い側、すなわち最内周側が巻き始めの短辺３ｄであり、反対側が巻き終わりの短辺３ｅである。なお、図１では、正極２を負極３よりも先に捲回したが、負極３を正極２よりも先に捲回することもできる。

図４は、電極群の直線部に複数のタブを位置を揃えて配置した状態を示す模式図である。図４は、電極群１の捲回軸に直交する端面を模式的に示しており、また、説明の便宜のため、電極群１のうち、正極２のみを表示している。以下の説明は、正極を例にしているが、負極にも適用される。電極群１の捲回軸方向から端面を見た際、端面の両端部に位置し、正負極２，３が湾曲している部分が湾曲部Ｘである。湾曲部Ｘ間に位置する部分が直線部である。ここで、直線部の長さをａとする。湾曲部Ｘの長さは湾曲部Ｘの半径と等しいため、両方の湾曲部Ｘの長さを合計した値は、湾曲部Ｘの直径、つまり電極群の厚さに等しくなる。よって、直線部の長さａには、電極群１の幅（電極群１の捲回軸に直交する方向の幅）から電極群の厚さを引いた値を使用することができる。

（１）電極群１の直線部の位置を電極群１の捲回数（周回数）を用いて表すため、正極タブ２ｃの位置が、正極２の直線部の開始端に揃えられていると仮定する。この位置は、正極タブ２ｃが電極群１の湾曲部Ｘにかからないギリギリの位置である。正極タブ２ｃが１周おきに直線部の開始端に配置されている場合、正極２の巻き始めの短辺２ｄからの正極タブ２ｃの距離は、下記表１に示す通りである。ここで、ｂは２π（Ｔ₁＋Ｔ₂＋２Ｔ₃）である。Ｔ₁は正極の厚さ、Ｔ₂は負極の厚さ、Ｔ₃はセパレータの厚さ、πは円周率である。正極の厚さＴ₁、負極の厚さＴ₂及びセパレータの厚さＴ₃の測定方法は、以下の通りである。正極、負極、セパレータをそれぞれ１０枚重ねて、５００ｇ／２５ｃｍ²の荷重をかけた際の厚さを測定し、これの１０分の１の厚さを正負極並びにセパレータそれぞれの厚さとする。

正極タブ２ｃが正極２の巻き始めの短辺２ｄに位置する場合、捲回数は０、距離は０である。正極タブ２ｃが１周目の直線部Ｙ₁の開始端に位置する場合、捲回数は１、距離は２ａ＋３ｂである。正極タブ２ｃが２周目の直線部Ｙ₂の開始端に位置する場合、捲回数は２、距離は４ａ＋１０ｂである。さらに、正極タブ２ｃが３周目の直線部の開始端に位置する場合、捲回数は３、距離は６ａ＋２１ｂである。タブ間の距離は、捲回数が１周増加するごとに、２ａ＋３ｂ、２ａ＋７ｂ、２ａ＋１１ｂというように４ｂの等ピッチで増加している。よって、タブ間の距離には、等差数列の関係が成立している。このため、ｎ周目の直線部の開始端に位置する正極タブ２ｃの、巻き始めの短辺２ｄからの距離Ｌ₁は、タブ間の距離についての等差数列の和と等しくなり、以下の（Ａ）式で表される。

Ｌ₁＝２ａｎ＋ｂｎ＋２ｎ^２ｂ （Ａ）
また、ｎ周目の直線部の終端に位置する正極タブ２ｃの、正極２の巻き始めの短辺２ｄからの距離Ｌ₂は、距離Ｌ₁と直線部の長さａとの和になるため、以下の式（Ｂ）で表される。

Ｌ₂＝２ａｎ＋ｂｎ＋２ｎ^２ｂ＋ａ＝（２ｎ＋１）ａ＋ｂｎ＋２ｎ^２ｂ （Ｂ）
（２）正極タブ２ｃ間の距離を等ピッチで内周から外周へと増加させる場合、正極２の巻き始めの短辺２ｄからｎ周目に位置する正極タブ２ｃまでの距離Ｌ₃は、下記（Ｃ）式に示すように一次関数で表される。

Ｌ₃＝ｋｎ＋ｐ （Ｃ）
ここで、ｋ、ｐは任意の整数である。

（３）正極タブ２ｃ間の距離を内周から外周へと等ピッチで増加させつつ、これらタブを電極群の直線部に配置するための条件を説明する。図５は、捲回数と距離Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₃との関係を示すグラフである。図５に示すように、距離Ｌ₃を規定した直線（以下、距離Ｌ₃の直線と称す）が、距離Ｌ₂を規定した二次関数曲線（以下、距離Ｌ₂の二次関数曲線と称す）と、距離Ｌ₁を規定した二次関数曲線（以下、距離Ｌ₁の二次関数曲線と称す）とで規定される領域内に存在するとき、正極タブ２ｃが電極群の直線部に位置し、かつタブ間の距離が内周から外周へと等ピッチで増加する。当該領域内に距離Ｌ₃の直線が存在する為の条件は下記の通りである。

（Ｄ）距離Ｌ₃の直線は、捲回数が０及びｍ（最終周）において、距離Ｌ₁の二次関数曲線と交点α，βを有する。つまり、当該直線は、捲回数が１以上（ｍ−１）以下の範囲では該二次関数曲線と交点を持たない。

（Ｅ）距離Ｌ₃の直線は、距離Ｌ₂の二次関数曲線と交点を持たない。

（Ｅ）の条件を満たすには、Ｌ₃の直線の傾きがプラス（自明）で、かつｙ切片（ｐ）がマイナス方向であれば、確実性がます。また、（Ｄ）の条件を満たすには、逆にy切片（ｐ）が大きいほうが有利である。まず、（Ｄ）の条件を満たす一次関数について説明する。

その一次関数は、Ｌ_１の第一点目と、捲回の最後ｍ回目に通る点とを通過する。座標で示すと、α（０，０）とβ（ｍ，２ａｍ＋ｂｍ＋２ｍ^２ｂ）を通る直線となる。

Ｌ₃＝ｋｎ＋ｐ＝（２ａ＋ｂ＋２ｍｂ）ｎとなる。（ｐは０）
次いで、（Ｅ）の条件について説明する。２次関数（Ｌ_２）と一次関数（Ｌ_３）が交点を持つかどうかは、交点を出すために立てた２次方程式（Ｆ）が、解の判別式でマイナスとなる必要がある。

Ｌ_２＝Ｌ_３＝（２ｎ＋１）ａ＋ｂｎ＋２ｎ^２ｂ＝（２ａ＋ｂ＋２ｍｂ）ｎ （Ｆ）
この式を整理すると、２ｎ^２ｂ−２ｍｎｂ＋ａ＝０となる。解の判別式は、（Ｇ）式の通りである。

（−２ｍｂ）^２−４（２ｂａ）＜０ （Ｇ）
（Ｇ）式を整理すると、４ｂ（ｂｍ^２−２ａ）＜０となる。ｂ＞０は自明であるので、
ｂｍ^２−２ａ＜０となる。

よって、ｂｍ^２−２ａ＜０であれば、Ｌ₃の直線が条件（Ｄ），（Ｅ）を同時に満たせるため、タブ間の距離が内周から外周へと等ピッチで増加し、かつこれらタブを電極群の直線部に１周おきに配置することができる。タブ間距離が等ピッチで増加することによって、回転刃など高速な電極タブ成形装置を使用することが可能になる。また、タブが電極群の湾曲部に位置していないため、タブに立体的歪みが生じるのが回避され、溶接作業や電池使用時にタブが切れるのを防止することができ、高出力密度を得ることができる。また、捲回１周当りタブを少なくとも１枚配置できるため、内部抵抗を低くすることができ、高出力な電池を安価に提供できる。

正極タブ及び負極タブが（１）式を満たす電極群の構造の一形態を図６〜図７に示す。図６は電極群を最外周側から見た平面図である。電極群の捲回軸に直交する両端面のうち、一方の端面の平面図を図７に、他方の端面の平面図を図８に示す。図９は、図６に示す電極群を備えた角形電池を示す斜視図で、図１０は図９の電池の部分分解斜視図である。

図６に示すように、電極群１の捲回軸に直交する一方の端面から正極タブ２ｃが突出し、かつ他方の端面から負極タブ３ｃが突出している。図７に示すように、正極タブ２ｃは、捲回周１周当り１枚の割合で配置され、電極群１の最内周に位置する空間６よりも上部に二次関数曲線（放物線）を描くように配列されている。また、図８に示すように、負極タブ３ｃは、捲回周１周当り１枚の割合で配置され、電極群１の最内周に位置する空間６よりも下部に二次関数曲線（放物線）を描くように配列されている。

図６に示す電極群１を備えた電池を図９及び図１０に示す。電池１１は、角型非水電解質二次電池である。電池１１は、外装缶１２と、外装缶１２内に収容される電極群１と、外装缶１２内に位置する正負極リード１３，１４と、外装缶１２の開口部に取り付けられた蓋１５と、蓋１５に設けられた正負極端子１６，１７とを有する。正負極端子１６，１７は、蓋１５に絶縁部材１８を介してかしめ固定されている。

外装缶１２は、有底角筒形状をなし、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄あるいはステンレスなどの金属から形成される。電解液（図示しない）は、外装缶１２内に収容され、電極群１に含浸されている。蓋１５は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄あるいはステンレスなどの金属から形成される。蓋１５と外装缶１は、同じ種類の金属から形成されることが望ましい。

図１０に示すように、正極リード１３の一端は、電極群１の正極集電タブ２ｃに電気的に接続されている。なお、正極リード１３の他端（図示しない）は、正極端子１６と電気的に接続されている。一方、負極リード１４の一端は、電極群１の負極集電タブ３ｃに電気的に接続されている。なお、負極リード４の他端（図示しない）は、負極端子１７と電気的に接続されている。

負極活物質に炭素系材料を使用するリチウムイオン二次電池の場合、正極端子は一般的に、アルミニウムあるいはアルミニウム合金が使用され、負極端子は、銅、ニッケル、ニッケルメッキされた鉄などの金属が使用される。また、負極活物質にチタン酸リチウムを使用する場合は、上記に加え、負極端子にアルミニウムあるいはアルミニウム合金を使用してもかまわない。正負極端子にアルミニウムあるいはアルミニウム合金を使用する場合、正負極集電タブ及び正負極リードは、アルミニウムあるいはアルミニウム合金から形成することが望ましい。

タブの幅は、太い方が抵抗を低減することができる。また、タブの長さは短ければ短いほど抵抗は低いが、タブは少なくともセパレータよりも電極群の外側に突出させることが望ましい。タブの長さの範囲は２ｍｍ〜２５ｍｍが好ましい。２ｍｍ以上にすることによって、タブを電極群の外側に突出させることができる。また、２５ｍｍ以下にすることによって、タブの抵抗を小さくすることができる。

電極群におけるタブの配置は、図６〜図８に示すものに限定されず、例えば、図１１〜図１２に示す形態にすることができる。図１１は、正極タブ及び負極タブが（１）式を満たす電極群の構造の別形態を示す平面図で、図１２は電極群の捲回軸に直交する一方の端面の平面図である。

図１１は、電極群１の捲回軸に直交する一方の面から正負極タブ２ｃ，３ｃが突出している例である。図１１は、負極タブ３ｃ側から見た平面図である。図１２に示すように、電極群１の最内周に位置する空間を境にして上部側に、正極タブ２ｃが二次関数曲線（放物線）を描くように配列されている。また、下部側に、負極タブ３ｃが二次関数曲線（放物線）を描くように配列されている。正極タブ２ｃ、負極タブ３ｃは、それぞれ、捲回周１周当り１枚の割合で配置されている。タブは正負極ともに同方向に延出されているため、内部抵抗を低くでき、さらに電池容量も大きくできることから高出力密度な電池を安価に提供できる。

以上説明した実施形態によれば、回転刃など高速な電極タブ成形装置を使用することが可能になる。また、タブが電極群の湾曲部に位置していないため、タブに立体的歪みが生じるのが回避され、溶接作業や電池使用時にタブが切れるのを防止することができる。また、捲回１周ごとにタブを少なくとも一枚配置できるため、内部抵抗を低くすることができ、高出力な電池を安価に提供できる。

以下、実施形態で使用可能な正極、負極、セパレータ、非水電解液、外装容器について説明する。

（正極）
この正極は、正極集電体と、正極集電体の片面もしくは両面に担持され、活物質及び導電材、結着剤を含む正極活物質含有層とを有する。

前記正極活物質は、種々の酸化物、硫化物などが挙げられる。例えば、二酸化マンガン（ＭｎＯ₂）、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、リチウムマンガン複合酸化物（例えばＬｉ_xＭｎ₂Ｏ₄またはＬｉ_xＭｎＯ₂）、リチウムニッケル複合酸化物（例えばＬｉ_xＮｉＯ₂）、リチウムコバルト複合酸化物（Ｌｉ_xＣｏＯ₂）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（例えばＬｉＮｉ_1-yＣｏ_yＯ₂）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（例えばＬｉＭｎ_yＣｏ_1-yＯ₂）、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物（Ｌｉ_xＭｎ_2-yＮｉ_yＯ₄）、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物（Ｌｉ_xＦｅＰＯ₄、Ｌｉ_xＦｅ_1-yＭｎ_yＰＯ₄、Ｌｉ_xＣｏＰＯ₄など）、硫酸鉄（Ｆｅ₂（ＳＯ₄）₃）、バナジウム酸化物（例えばＶ₂Ｏ₅）などが挙げられる。 また、ポリアニリンやポリピロールなどの導電性ポリマー材料、ジスルフィド系ポリマー材料、イオウ（Ｓ）、フッ化カーボンなどの有機材料および無機材料も挙げられる。より好ましい二次電池用の正極は、電池電圧が高いリチウムマンガン複合酸化物（Ｌｉ_xＭｎ₂Ｏ₄）、リチウムニッケル複合酸化物（Ｌｉ_xＮｉＯ₂）、リチウムコバルト複合酸化物（Ｌｉ_xＣｏＯ₂）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（Ｌｉ_xＮｉ_1-yＣｏ_yＯ₂）、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物（Ｌｉ_xＭｎ_2-yＮｉ_yＯ₄）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（Ｌｉ_xＭｎ_yＣｏ_1-yＯ₂）、リチウムリン酸鉄（Ｌｉ_xＦｅＰＯ₄）などが挙げられる。なお、x，ｙは０〜１の範囲であることが好ましい。

前記導電剤としては、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等を挙げることができる。また、活物質そのものの導電性が高い場合、導電材が不要な場合がある。

前記結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴムなどが挙げられる。

前記正極集電体は、たとえば、アルミニウムあるいはアルミニウム合金を挙げることができる。

前記正極活物質と導電剤と結着剤の配合比は、正極活物質８０〜９５重量％、導電剤３〜１８重量％、結着剤２〜１７重量％の範囲にすることが好ましい。

（負極）
この負極は、負極集電体と、負極集電体の片面もしくは両面に担持され、活物質及び導電材、結着剤を含む負極活物質含有層とを有する。

負極活物質としては、たとえば、硫化鉄、酸化鉄、酸化チタン、チタン酸リチウム、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化タングステン、酸化モリブデン、硫化チタン、炭素質物などを用いることができる。特に、チタン酸リチウムはサイクル特性に優れ、なかでも化学式Ｌｉ_4+xＴｉ₅Ｏ₁₂（ｘは充放電反応により０≦ｘ≦３の範囲で変動し得る）で表され、スピネル型構造を有するチタン酸リチウムが好ましい。

チタン酸リチウムは、表面積が１〜１０ｍ²／ｇであることが好ましい。１ｍ²／ｇ以上にすることによって、電極反応に寄与する有効面積を十分に確保して優れた大電流放電特性を得ることができる。１０ｍ²／ｇ以下にすることによって、負極と電解液との反応量を少なくすることができ、高い充放電効率が得られ、貯蔵時のガス発生を抑制することができる。

導電剤としては、炭素質物が用いられる。また、活物質そのものの導電性が高い場合、導電材が不要な場合がある。

結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴムなどが挙げられる。

負極集電体は、たとえば、アルミニウム、銅、ニッケル、アルミニウム合金、銅合金、ニッケル合金を挙げることができる。

負極活物質、導電剤及び結着剤の配合比は、負極活物質７０〜９６重量％、導電剤２〜２８重量％、結着剤２〜２８重量％の範囲にすることが好ましい。導電剤量を２重量％以上にすることによって、優れた集電性能と、高い大電流特性が得られる。しかしながら、負極活物質の導電性が非常に高い場合、導電材が不要な場合がある。その場合には配合比は結着剤２〜２９重量％とするのが好ましい。結着剤量を２重量％以上にすることによって、合剤層と集電体の結着性が十分なものになり、優れたサイクル性能が得られる。一方、高容量化の観点から、導電剤および結着剤量は各々２８重量％以下であることが好ましい。

負極は、負極活物質に導電剤と結着剤を適当な溶媒に懸濁し、この懸濁物をアルミニウム箔などの集電体に塗布、乾燥、プレスして帯状電極にすることにより作製される。

（セパレータ）
セパレータには多孔質セパレータを用いる。多孔質セパレータとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を含む多孔質フィルム、合成樹脂製不織布等を挙げることができる。中でも、ポリエチレンか、あるいはポリプロピレン、または両者からなる多孔質フィルムは、二次電池の安全性を向上できるため、好ましい。

（非水電解液）
電解液は、例えば、非水電解液を挙げることができる。非水電解液は、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される。また、非水電解液として、リチウムイオンを含有した常温溶融塩も用いることができる。

電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ₄）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ₆）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ₄）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ₆）、トリフルオロメタスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃）、ビストリフルオロメチルスルホニルイミトリチウム［ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂］などのリチウム塩が挙げられる。電解質は、有機溶媒に対して、０．５〜２ｍｏｌ／Ｌの範囲で溶解させることが好ましい。

有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）などの環状カーボネート；ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）などの鎖状カーボネート；テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２メチルテトラヒドロフラン（２ＭｅＴＨＦ）などの環状エーテル；ジメトキシエタン（ＤＭＥ）などの鎖状エーテル；γ−ブチロラクトン（ＢＬ）；アセトニトリル（ＡＮ）；スルホラン（ＳＬ）等を挙げることができる。これらの有機溶媒は、単独または２種以上の混合物の形態で用いることができる。

常温溶融塩とは、常温において少なくとも一部が液状を呈する塩をいい、常温とは電源が通常作動すると想定される温度範囲をいう。電源が通常作動すると想定される温度範囲とは、上限が１２０℃程度、場合によっては６０℃程度であり、下限は−４０℃程度、場合によっては−２０℃程度である。

常温溶融塩はリチウム塩と有機物カチオンの組み合わせからなる。

リチウム塩としては、リチウム二次電池に一般的に利用されているような、広い電位窓を有するリチウム塩が用いられる。たとえば、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂，ＬｉＮ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂），ＬｉＮＣＦ₃ＳＣ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₃などを挙げられるが、これらの限定されるものではない。これらは、単独で用いても、２種類以上を混合して用いても良い。

リチウム塩の含有量は、０．１〜３．０ｍｏｌ／Ｌであること、特に、１．０〜２．０ｍｏｌ／Ｌであることが好ましい。リチウム塩の含有量を０．１ｍｏｌ／Ｌ以上にすることによって、電解質の抵抗が小さくなり、大電流・低温放電性能が向上され、３．０ｍｏｌ／Ｌ以下にすることによって、電解質の融点が低下して常温で液状を保つことが可能となる。

常温溶融塩は、たとえば、化１で示される骨格を有する４級アンモニウム有機物カチオンを有するもの、あるいは、化２で示される骨格を有するイミダゾリウムカチオンを有するものである。

但し、化２において、Ｒ１，Ｒ２：Ｃ_nＨ_2n+1（ｎ＝１〜６）、Ｒ３：ＨまたはＣ_nＨ_2n+1（ｎ＝１〜６）
なお、これらのカチオンを有する常温溶融塩は、単独で用いてもよく、または２種以上混合して用いても良い。

化１で示される骨格を有する４級アンモニウム有機物カチオンとしては、ジアルキルイミダゾリウム、トリアルキルイミダゾリウム、などのイミダゾリウムイオン、テトラアルキルアンモニウムイオン、アルキルピリジニウムイオン、ピラゾリウムイオン、ピロリジニウムイオン、ピペリジニウムイオンなどが挙げられる。特に、化２で示される骨格を有するイミダゾリウムカチオンが好ましい。

なお、テトラアルキルアンモニウムイオンとしては、トリメチルエチルアンモニウムイオン、トリメチルエチルアンモニウムイオン、トリメチルプロピルアンモニウムイオン、トリメチルヘキシルアンモニウムイオン、テトラペンチルアンモニウムイオン、などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

また、アルキルピリジウムイオンとしては、Ｎ−メチルピリジウムイオン、Ｎ−エチルピリジニウムイオン、Ｎ−プロピルピリジニウムイオン、Ｎ−ブチルピリジニウムイオン、１−エチル−２メチルピリジニウムイオン、１−ブチル−４−メチルピリジニウムイオン、１−ブチル−２，４ジメチルピリジニウムイオンなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

化２で示される骨格を有するイミダゾリウムカチオンは、特に限定されない。ジアルキルイミダゾリウムイオンとしては、１，３−ジメチルイミダゾリウムイオン、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムイオン、１−メチル−３−エチルイミダゾリウムイオン、１−メチル−３−ブチルイミダゾリウムイオン、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムイオンなどが挙げられる。トリアルキルイミダゾリウムイオンとしては、１，２，３−トリメチルイミダゾリウムイオン、１，２−ジメチル−３−エチルイミダゾリウムイオン、１，２−ジメチル−３−プロピルイミダゾリウムイオン、１−ブチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムイオンなどが挙げられる。しかし、これらに限定されるものではない。

（外装容器）
図９に示す外装缶の代わりに、ラミネートフィルムからなる外装容器を使用することが可能である。

また、実施形態に係る電池の充放電システムへの適用としては、電気自動車の駆動モータをドライブする制御システムの電源としての使用を挙げることができる。

以下、実施例を説明する。

（実施例１）
まず、正極活物質としてリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ₂）粉末９０重量％、アセチレンブラック３重量％、グラファイト３重量％及びポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）４重量％をＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）に加えて混合してスラリーとし、このスラリーを１５μｍのアルミニウム箔からなる集電体の両面に塗布し後、乾燥し、プレスすることにより電極密度が３．０ｇ／ｃｍ³の正極を作製した。正極の厚さＴ₁は６０μｍであった。

負極活物質としてＬｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂と、導電材として、平均粒径１．１２μｍ、比表面積８２ｍ₂／ｇのコークスと、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを重量比９０：５：５になるようにＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶液に加えて混合し、得られたスラリーを厚さが１５μｍのアルミニウム箔に塗布し、乾燥した後、プレスすることにより負極を作製した。負極の厚さＴ₂は１００μｍであった。

正極、厚さＴ₃２０μｍのポリエチレン製の多孔質フィルムからなるセパレータ、負極、セパレータの順番に積層した後、渦巻き状に捲回した。正極厚さ、負極厚さ、セパレータ２枚の厚さの合計（Ｔ₁＋Ｔ₂＋２Ｔ₃）は２００ミクロンであった。ｂの値を下記表２に示す。

正極及び負極のタブは回転式の型によって成形した。正極及び負極それぞれのタブ幅及びタブ間距離の増加ピッチを下記表２に示す。正極タブ及び負極タブ、それぞれについて、タブを一つにまとめて超音波溶接でリードに接合した。これを９０℃で加熱プレスすることにより、幅が５３．１ｍｍで、厚さが10ｍｍ、高さが80mmの偏平状電極群を作製した。電極群の直線部の長さａ及び捲回数ｍを下記表２に示す。

電極群を外装缶内に収納した後、非水電解液（ＰＣ：ＥＣ＝１：１（体積比）、ＬｉＰＦ₆の濃度１．０ｍｏｌ／ｌ）を注液して、図９及び図１０に示す構造の角形非水電解質二次電池を製造した。

（実施例２〜８及び比較例）
ａ、ｂ、ｍ、正負極のタブ配置、タブ幅、タブ数、電極群の幅、正負極タブ間の距離のピッチのうちいずれかを変更すること以外は、実施例１と同様にして角形非水電解質二次電池を製造した。

得られた電池のＳＯＣ５０％状態での出力密度を測定し、その結果を下記表２に示す。

表２から明らかなように、実施例１〜８の電池は比較例の電池に比較して出力密度が大きかった。実施例１〜８は、（１）式を満たしていることから、タブの切れが減少したためと考えられる。これに対し、比較例では、正負極のタブが電極群の湾曲部に配置されたため、製造工程等でタブが切れ、これにより出力が低くなった。

以上の実施形態及び実施例によれば、タブの切れが抑制された高出力密度の電池を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…電極群、２…正極、２ａ…正極集電体、２ｂ…正極活物質含有層、２ｃ…正極タブ、３…負極、３ａ…負極集電体、３ｂ…負極活物質含有層、３ｃ…負極タブ、４…セパレータ、５…巻芯、１１…電池、１２…外装缶、１３…正極リード、１４…負極リード、１５…蓋、１６…正極端子、１７…負極端子。

Claims (2)

1. 正極と負極がセパレータを介して扁平の渦巻き状に捲回された電極群と、
   前記正極と電気的に接続された複数の正極タブと、
   前記負極と電気的に接続された複数の負極タブと
   を具備する電池であって、
   前記正極タブ及び前記負極タブのうち少なくとも一方は、タブ間隔が等ピッチで変化し、かつ前記電極群の一方又は両方の端面から突出し、前記電極群は下記（１）式を満たすことを特徴とする電池。
   ｂｍ²−２ａ＜０ （１）
   但し、ａは前記電極群の直線部の長さで、ｂは２π（Ｔ₁＋Ｔ₂＋２Ｔ₃）、Ｔ₁は前記正極の厚さ、Ｔ₂は前記負極の厚さ、Ｔ₃は前記セパレータの厚さ、πは円周率、ｍは電極群の捲回数である。
2. 前記正極タブ及び前記負極タブのうち少なくとも一方は、前記電極群の捲回軸方向から見た配列が二次関数曲線を描いていることを特徴とする請求項１記載の電池。

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