JPH10270068A - 角型電池およびその製造方法 - Google Patents

角型電池およびその製造方法

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JPH10270068A
JPH10270068A JP9075367A JP7536797A JPH10270068A JP H10270068 A JPH10270068 A JP H10270068A JP 9075367 A JP9075367 A JP 9075367A JP 7536797 A JP7536797 A JP 7536797A JP H10270068 A JPH10270068 A JP H10270068A
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JP
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sheet
positive
negative electrode
positive electrode
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JP9075367A
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Keisuke Yamamoto
啓介 山本
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Mitsubishi Cable Industries Ltd
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Mitsubishi Cable Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 偏平状捲回体の圧縮によっても該捲回体の最
内部あるいはその近傍部のターン端に位置する個所にお
ける活物質層の亀裂や脱落、並びにそれに起因する正負
極シート間の電気的短絡の問題が解決された角型電池お
よびその製造方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 長尺シートの幅方向の全長にわたり活物
質層が欠落した活物質欠落部を有する正極シートおよび
／または負極シートを含む正負両極シートを捲回してな
り、該活物質欠落部が少なくとも捲回最内部のターン端
に位置している偏平状捲回体を用いることを特徴とす
る。 【効果】 安全性に優れた高電池容量の角型電池を製造
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、角型電池およびそ
の製造方法に関し、特に非水液体電解質を有する各種角
型二次電池、例えば角型リチウム二次電池などとして好
適な角型電池およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】各種電気機器、特に携帯用のパソコンや
電話などは、一層の軽量化、小型化の要求があり、この
要求からそれらに使用される電池としてもコンパクトな
小収容スペースに収め得る角型電池の開発が必要となっ
ている。
【０００３】図７は、従来の角型リチウム二次電池に使
用されている電極要素の斜視図である。図７において、
１は正極シート、２は負極シートである。該電極要素
は、図示はしていないが正負両極シート１、２の間には
セパレータが介在され、正負両極シート１、２およびセ
パレータの三層を一組として、且つ各組間にもさらにも
う一層のセパレータを介在させて多数組積層された構造
を有し、且つ正極シート１と負極シート２とが接続線４
により電気的に接続されている。リチウム二次電池など
の二次電池において、その電池容量は正極シートが有す
る正極活物質の量に比例する。したがって、正極シート
の正極活物質層の厚みを大きくすると、正極シートの単
位面積あたりの正極活物質の量が増大し、しかしてその
場合には理論的には少ない積層組数にて必要な電池容量
を確保できる。しかし実際には、通常の正極活物質層
は、電気電導性に乏しいために厚肉とすると電気抵抗が
過大となって電池作用が逆に低下する。このために止む
なく、正極活物質層を薄くして電極面積にて必要な電池
容量を確保すべく積層組数を多くする方法が採られてい
る。しかし積層組数を多くすると、手数を要する接続線
４による電気的接続数も多くなって電池の大量生産が困
難となる。
【０００４】図８は、従来の角型リチウム二次電池に使
用されている他の電極要素の斜視図であって、該電極要
素は正極シート、負極シート、およびセパレータとから
なる長尺の集合体シートＡを偏平状の芯体（図示せず）
上に捲回し、ついで該芯体を除去して得られる偏平状捲
回体である。この捲回体では、捲回数を増すことにより
必要な電極面積を、しかして電池容量を確保することが
できるので、図７に示す積層物が抱える問題はない。し
かし偏平状捲回体は、偏平状芯体上に上記の集合体シー
トＡを捲回し捲回後に該芯体を除去して製造されるの
で、その中心に芯体体積分の空間Ｓを有しこの空間Ｓの
存在のために偏平状捲回体中の正極シートおよび負極シ
ートの占積率が低くなり、結果的に偏平状捲回体の体積
エネルギー密度が低くなる問題がある。
【０００５】本発明者は、偏平状捲回体の体積エネルギ
ー密度を向上させることを目的として、偏平状捲回体を
図８の矢印で示す方向にその両側から圧縮してその中心
の空間を消去する試みを行った。図９は、圧縮前の偏平
状捲回体の最内部、即ち図８においてＢで示す部分の拡
大断面図であり、図１０は圧縮後の同部分の拡大断面図
である。図９および図１０において、集合体シートＡ
は、正極集電体１１とその両面に設けられた正極活物質
層１２、１２’とからなる正極シート１、負極集電体２
１とその両面に設けられた負極活物質層２２、２２’と
からなる負極シート２、およびセパレータ３、３’とか
らなり、セパレータ３を内側として捲回されている。Ｓ
は圧縮前の偏平状捲回体の中心に存在する空間である。
図１０に示す圧縮後においては空間Ｓは消失して、セパ
レータ３の内側面同士が接触する状態となっている。
【０００６】空間Ｓを消去することにより、偏平状捲回
体の体積エネルギー密度は向上する。しかし空間Ｓの消
去のための圧縮によって、最内部たるＢで示す個所、換
言すれば、捲回最内部のターン端に位置する個所、にお
ける正極シート１と負極シート２とは極度に折り曲げら
れるので、それらの活物質層に亀裂が生じて一部の活物
質層が脱落して正負両極シート間を電気的に短絡する新
たな問題が生じる。かかる正極活物質層の亀裂や脱落
は、場合によってはＢの上、即ち図８のＣで示すターン
端に位置する個所、更にその上の個所においても生じる
ことがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかして本発明は、偏
平状捲回体の圧縮によっても該捲回体の最内部あるいは
その近傍部のターン端に位置する個所における活物質層
の亀裂や脱落、並びにそれに起因する正負極シート間の
電気的短絡の問題が解決された角型電池およびその製造
方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、つぎの特徴を
有する。 (1) シートの長手方向と直交する方向の全長にわたり活
物質層が欠落した活物質欠落部を有する正極シートおよ
び／または負極シートを含む正負両極シートを捲回して
なる偏平状捲回体を有し、該活物質欠落部が少なくとも
捲回最内部のターン端に位置していることを特徴とする
角型電池。 (2) 偏平状捲回体が、捲回中心の空間を狭めるあるいは
消去されるべく圧縮処理されてなる上記(1) 記載の角型
電池。 (3) シートの長手方向と直交する方向の全長にわたり活
物質層が欠落した活物質欠落部を有する正極シートおよ
び／または負極シートを含む正負両極シートを偏平状芯
体上に捲回して活物質欠落部が少なくとも捲回最内部の
ターン端に位置している捲回体を得、ついで偏平状芯体
を除去して捲回体を圧縮し、偏平状芯体を除去した後に
残存する空間を消去して偏平状捲回体を得ることを特徴
とする角型電池の製造方法。
【０００９】
【作用】偏平状捲回体における少なくとも捲回最内部の
正極シートおよび／または負極シートのターン端に位置
する部分の活物質層は、例えばスリット状に予め除去さ
れているので、該捲回体をその中心に存在する空間を消
去するために圧縮しても活物質層の亀裂や脱落、並びに
それに起因する正負極シート間の電気的短絡の問題が解
決される。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図例により一層詳
細に説明する。図１は本発明の実施例の部分断面図、図
２は図１に示す実施例を圧縮した後における部分断面
図、図３および図４は本発明の製造方法において用いら
れる正極シートおよび負極シートの上面図、図５（ａ）
は図４におけるＸ−Ｙ線に沿う拡大断面図、図５（ｂ）
は図４におけるＹ−Ｚ線に沿う拡大断面図、図６は本発
明の他の実施例の部分断面図である。
【００１１】図１は、前記従来例の図９に対応して、圧
縮前の偏平状捲回体の最内部の拡大断面図であり、図２
は圧縮後の同部分の拡大断面図である。図１および図２
において、集合体シートＡは、図９の場合と同じく正極
集電体１１とその両面に設けられた正極活物質層１２、
１２’とからなる正極シート１、負極集電体２１とその
両面に設けられた負極活物質層２２、２２’とからなる
負極シート２、セパレータ３、３’とからなり、セパレ
ータ３を内側として捲回されている。Ｓは圧縮前の偏平
状捲回体の中心に存在する空間である。図２に示す圧縮
後においては空間Ｓは消失して、セパレータ３の内側面
同士が接触する状態となっている。
【００１２】図１および図２が従来例の図９および図１
０と異なる点は、捲回最内部のターン端Ｂに位置する集
合体シートＡ部分中の正極活物質層１２、１２’および
負極活物質層２２、２２’が欠落して、図示する通り正
極集電体１１と負極集電体２１とが剥き出しとなってい
ることである。この正負両活物質層の部分的欠落によ
り、空間Ｓを消去すべく偏平状捲回体を圧縮して図２に
示す状態としても、ターン端Ｂには正負両活物質層が存
在しないので従来例にしばしばみられた電気的短絡の問
題が生じない。なお本発明において、正極活物質層１
２、１２’および負極活物質層２２、２２’の両方が捲
回最内部のターン端Ｂにおいて欠落している方が好まし
いが、少なくとも正負極活物質層の何方か一方でも欠落
していても効果がある。
【００１３】図３〜図６に基づき、本発明の製造方法に
ついて説明する。図３〜図６において、１は正極シー
ト、１１は正極集電体、１２、１２’はその表面に設け
られた正極活物質層、１３は正極シート１の巻き始め端
部に設けられた正極活物質非施与部の正極集電体１１上
に溶接された正極リードである。また２は負極シート、
２１は負極集電体、２２、２２’はその表面に設けられ
た負極活物質層、２３は負極シート１の巻き終わり端部
に設けられた負極活物質非施与部の負極集電体２１上に
溶接された負極リードである。
【００１４】図３に示された正負両極シート１、２は、
リチウム二次電池などで従来から使用されてきたものと
同じものであってよい。図４に示す正負両極シート１、
２は、図３の両シートを加工して得たものであって、図
３に示された正負両極シート１、２につき、それらの巻
き始め端から後記する通りに定められた三ケ所にそれら
各シートの長手方向と直交する方向の全長、換言すると
各シートの幅方向の両端間、にわたり活物質層が欠落し
た活物質欠落部１４、１４’〜１６、１６’および２
４、２４’〜２６、２６’が形成されている。なお図４
において、活物質欠落部１４’〜１６’および２４’〜
２６’は紙面の裏に存在するので示されていない。それ
ら活物質欠落部は、いずれも同構造であるので１６、１
６’および２６、２６’を代表して図５に示す。
【００１５】図４に示す各活物質欠落部は、正負両極シ
ート１、２からなる集合体シートを偏平状芯体上に捲回
したとき、上記の正負の両活物質欠落部１４〜１４’と
２４〜２４’、１５〜１５’と２５〜２５’、並びに１
６〜１６’と２６〜２６’とが共に揃って捲回ターン端
に来るように設けられる。それら活物質欠落部の設置位
置は、使用する偏平状芯体の周長および集合体シートの
合計厚を考慮して決定することができる。該集合体シー
トの１捲回毎に、該集合体シートの合計厚の２倍分だけ
活物質欠落部を設ける間隔が開いていく。
【００１６】図６に、図４〜図５に示す正負両極シート
１、２を用いて製造した本発明で用いられる偏平状捲回
体の部分拡大断面を示す。該偏平状捲回体は、正極シー
ト１、セパレータ３’、負極シート２の三シートをその
順に積層して得た集合体シートＡとセパレータ３とを、
該セパレータ３を下側として偏平状芯体（図示せず）上
に捲回し、ついで該偏平状芯体を除去し、最後にかくし
て得られた捲回体を圧縮して中心の空間を消去すること
により製造される。
【００１７】図６において、Ｂは捲回最内部のターン端
であり、Ｃは最内部のターン端Ｂの直上に位置する第二
のターン端であり、Ｄは第二ターン端Ｃの直上に位置す
る第三のターン端である。各ターン端Ｂ〜Ｄには当然、
正負両極シート１、２の各集電体は存在しているが、空
白で示してあるのはその部分には正負両極シート１、２
の活物質層が欠落していることを意味する。しかして、
ターン端Ｂにおける活物質層の欠落は図４に示す１４〜
１４’と２４〜２４’により、ターン端Ｃにおける活物
質層の欠落は１５〜１５’と２５〜２５’により、また
ターン端Ｄにおける活物質層の欠落は１６〜１６’と２
６〜２６’により、それぞれ形成されている。
【００１８】捲回体の各ターン端における正負活物質層
の曲率半径は、最内部のターン端ＢからＣ、Ｄ、・・と
上に行くにしたがって漸次大きくなり、曲率半径の増大
と共に空間Ｓの消去時の圧縮によっても亀裂発生の頻度
が減少する。したがって活物質欠落部の形成は、通常、
最内部のターン端のみで十分となる場合があり、上記の
第二、第三のターン端までもそれを行うと亀裂発生防止
上で一層有効である。正負活物質層を形成する材料の柔
軟性により多少変化するが、例えば非水液体電解質を有
するリチウム二次電池に通常使用される材料の場合、空
間Ｓ消去時の圧縮付与下における正負活物質層の曲率半
径をＲ、活物質層の厚みをｔとすると、一般的にはＲ／
ｔが１０以下、特に５以下となるターン端の全部に活物
質欠落部を存在せしめることが好ましい。例えばｔが
０．１ｍｍである場合、Ｒが１ｍｍ以下特に０．５ｍｍ
以下となるターン端が上記に該当する。
【００１９】活物質欠落部の幅（例えば図５における１
６〜１６’や２６〜２６’の幅Ｗ）は、図２に例示する
ように中心半径にして１８０度にわたる程の広幅である
必要はなく、要は中心の空間Ｓ消去時の圧縮付与下にお
ける正負活物質層の曲率半径が上記した範囲になるター
ン端（一般的にはターン端頂部およびその近傍部）のみ
でよい。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、偏平状捲回体の最内部
あるいはその近傍部のターン端に位置する個所における
活物質層の亀裂や脱落の問題を生ぜしめることなく該捲
回体を圧縮してその体積エネルギー密度を大きくするこ
とができるので、安全性に優れた高電池容量の角型電池
を得ることができる。また体積エネルギー密度を大きく
するための圧縮により正負両電極シート間の密着度も向
上して、この密着度の向上によっても電池容量が改善さ
れる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の部分断面図である。
【図２】図１に示す実施例を圧縮した後における部分断
面図である。
【図３】本発明の製造方法において用いられる正極シー
トおよび負極シートの上面図である。
【図４】本発明の製造方法において用いられる正極シー
トおよび負極シートの上面図である。
【図５】（ａ）は図４におけるＸ−Ｙ線に沿う拡大断面
図であり、（ｂ）は図４におけるＹ−Ｚ線に沿う拡大断
面図である。
【図６】本発明の他の実施例の部分断面図である。
【図７】従来の角型リチウム二次電池に使用されている
電極要素の斜視図である。
【図８】従来の角型リチウム二次電池に使用されている
他の電極要素の斜視図である。
【図９】従来の電極要素たる偏平状捲回体の部分拡大断
面図である。
【図１０】従来の他の電極要素たる偏平状捲回体の部分
拡大断面図である。
【符号の説明】
Ａ 集合体シート １ 正極シート １１ 正極集電体 １２、１２’ 正極活物質層 ２ 負極シート ２１ 負極集電体 ２２、２２’ 負極活物質層 ３、３’ セパレータ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シートの長手方向と直交する方向の全長
    にわたり活物質層が欠落した活物質欠落部を有する正極
    シートおよび／または負極シートを含む正負両極シート
    を捲回してなる偏平状捲回体を有し、該活物質欠落部が
    少なくとも捲回最内部のターン端に位置していることを
    特徴とする角型電池。
  2. 【請求項２】 偏平状捲回体が、捲回中心の空間を狭め
    るあるいは消去されるべく圧縮処理されてなる請求項１
    記載の角型電池。
  3. 【請求項３】 シートの長手方向と直交する方向の全長
    にわたり活物質層が欠落した活物質欠落部を有する正極
    シートおよび／または負極シートを含む正負両極シート
    を偏平状芯体上に捲回して活物質欠落部が少なくとも捲
    回最内部のターン端に位置している捲回体を得、ついで
    偏平状芯体を除去して捲回体を圧縮し、偏平状芯体を除
    去した後に残存する空間を消去して偏平状捲回体を得る
    ことを特徴とする角型電池の製造方法。
JP9075367A 1997-03-27 1997-03-27 角型電池およびその製造方法 Pending JPH10270068A (ja)

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