JP2009081066A - 電池及びタブ付き電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】出力性能を改善することが可能な電池及びタブ付き電極の製造方法を提供する。
【解決手段】金属缶１と、前記金属缶１内に収納され、正極５及び負極６がセパレータ７を介して積層された電極群２と、前記電極群２に含浸された非水電解質と、前記金属缶１の開口部に配置され、正極端子１４及び負極端子１５を備えた蓋４と、前記正極５から延出され、前記正極端子１４と電気的に接続された正極タブ８と、前記負極６から延出され、前記負極端子１５と電気的に接続された負極タブ９とを具備する電池であって、前記正極５は、前記正極タブが延出されている方向Ｌと平行な二辺のうち一方の辺１０が他方の辺１１よりも短く、前記負極６は、前記負極タブが延出されている方向Ｌと平行な二辺のうち一方の辺１２が他方の辺１３よりも短く、前記正極の短辺１０及び前記負極の短辺１２は、前記電極群２の同じ側面に位置していることを特徴とする電池。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電池と、この電池に用いるタブ付き電極の製造方法とに係わる。

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、高パワー密度化が切望されている。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。

特許文献１に開示されている技術は、電池の高出力化のために内部抵抗を下げることを目的に、巻き取り電極体の一方の端面に正極の未塗工部を負極及びセパレータよりも外側に突出させると共に、他方の端面に負極の未塗工部を正極及びセパレータよりも外側に突出させ、さらに未塗工部の突出した部分をまとめて導電用タブと溶接することにより、電極体の１周毎に１〜２本の割合で導電タブを配置することで、導電箔分の抵抗値を低減する方法である。

しかしながら、この方法では２点の問題が残る。１点は、電極内の空隙を小さくして導電基板と電極活物質との接触電気抵抗を下げるために、電極をプレス処理によって高密度化した場合に、電極が雨どい状に変形したり、曲がったりしやすいため、電極体を作製するための捲回時に正極と負極の位置ズレが大きい点である。これは、上記プレス処理の際に、活物質スラリーが塗工された導電基板は伸ばされるのに対し、未塗工部は厚さが薄いためにプレス力がかからずに伸ばされないという導電基板にストレスがかかっている状態となるからである。もう１点は、電極体の両方の端面に突出した未塗工部が、正極及び負極の有効面積を減少させ、容量エネルギー密度を低下させてしまう点である。

１つ目の問題点を改善するために例えば未塗工部を切り抜くことで電極の単位長さに対するストレスを低減するという方法がある。しかしながら、ランダムに切り抜くと、その部分が、扁平形状の電極体の曲率部分に配置されてしまい、未塗工部が切れたり曲がったりして、対極に接触し内部短絡事故につながりやすくなる。

２つ目の問題点を改善するために、内周から外周までいつも同じ位置に切り抜き部分をそろえようとすると、切り抜き部分間のピッチが内周から外周へ変化するため、電極の加工が非常に複雑になる。

このように数多くのタブを取り出すためには問題があるわけではあるが、電池構造として電極を数枚、数十枚、数百枚と重ねて作製する積層構造をとった場合、体積容量密度、タブの数、タブの幅等インピーダンスの低減も非常に容易となる。

ところで、特許文献２には、正極及び負極の形状が多角形であり、その多角形のいずれかの角部に電極活物質含有層未形成領域を有し、かつそれぞれの電極の前記電極活物質含有層未形成領域は異なる角部にあり、これと対向するそれぞれの電極部分には角が切り欠かれた切り欠き部を有することにより、取り出し電極接続のための凸部をなくし、電気化学デバイス全体の体積に占める活物質含有層の割合を増やすことが記載されている。

一方、特許文献３には、薄型電池及び組電池において、資源の無駄を減らしながら平面視での底面積（投影面積）を低減するために、電極板４の正極端子板７側の辺１１と負極端子板８側の辺１２との長さの比を、正極端子板７の抵抗率と負極端子板８の抵抗率との比に応じて設定し、電極板４を、辺１２を上底及び辺１１を下底とする台形状に形成することが記載されている。
特開２００５−９３２４２ 特開２００３−６８２７８ 特開２００６−１２７８８２

本発明は、出力性能を改善することが可能な電池及びタブ付き電極の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る電池は、金属缶と、
前記金属缶内に収納され、正極及び負極がセパレータを介して積層された電極群と、
前記電極群に含浸された非水電解質と、
前記金属缶の開口部に配置され、正極端子及び負極端子を備えた蓋と、
前記正極から延出され、前記正極端子と電気的に接続された正極タブと、
前記負極から延出され、前記負極端子と電気的に接続された負極タブと
を具備する電池であって、
前記正極は、前記正極タブが延出されている方向と平行な二辺のうち一方の辺が他方の辺よりも短く、前記負極は、前記負極タブが延出されている方向と平行な二辺のうち一方の辺が他方の辺よりも短く、前記正極の短辺及び前記負極の短辺は、前記電極群の同じ側面に位置していることを特徴とする。

本発明に係るタブ付き電極の製造方法は、互いに異なる長さの平行な第1の辺及び第２の辺を有する集電体と、前記集電体に形成された電極層と、前記集電体の前記第1の辺及び前記第２の辺と平行となるように前記集電体から延出されたタブとを具備するタブ付き電極の製造方法であって、
少なくとも一方の長辺端部を除いて電極層を形成した帯状の集電体である電極母体を、前記タブの少なくとも一部が前記長辺端部を含み前記長辺方向と前記第２の辺とが垂直となるよう、前記第1の辺を除いた前記タブ付き電極の輪郭線に沿って裁断する工程を具備し、
前記工程により裁断された前記第２の辺を、前記工程により新たに裁断される前記第１の辺として前記工程を繰り返し行うことを特徴とする。

本発明によれば、出力性能を改善することが可能な電池及びタブ付き電極の製造方法を提供することができる。

（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る電池を図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係る電池の略式組み立て図で、図２は図１に示す電池において電極群に非水電解質が含浸されるメカニズムを説明するための模式図で、図３は図１に示す電池で用いる電極群を示す模式的な断面図で、図４は図１に示す電池を正面から見た場合の透視図である。

図１に示すように、例えば非水電解質電池などの電池は、有底矩形筒状の金属缶１と、電極群２と、電極群２に含浸される非水電解質（図示しない）と、電極群２の周囲を囲む巻き止めテープ３と、金属缶１の開口部に配置された蓋４とを備える。

電極群２は、金属缶１内に収納される。電極群２は、図２及び図３に示すように、正極５と、負極６と、正極５及び負極６の間に配置されるセパレータ７とを備える。正極５は、台形状（例えば等脚台形）の正極集電体５ａと、正極集電体５ａの両面に形成された正極層５ｂとを備える。正極集電体５ａの傾斜している辺の一部が帯状に延出しており、これが正極タブ８として機能する。一方、負極６は、台形状（例えば等脚台形）の負極集電体６ａと、負極集電体６ａの両面に形成された負極層６ｂとを備える。負極集電体６ａの傾斜している辺の一部が帯状に延出しており、これが負極タブ９として機能する。正極タブ８の延出方向Ｌと平行な正極５の二辺は、一方の辺１０が他方の辺１１よりも短い。また、負極タブ９の延出方向Ｌと平行な負極６の二辺は、一方の辺１２が他方の辺１３よりも短い。このような正極５及び負極６と、帯状のセパレータ７とを用いて電極群２が作製されている。図３に示すように、帯状のセパレータ７は、九十九に折り重ねられている。セパレータ７同士が折り重なった部分に上から順番に正極５、負極６、正極５、負極６、正極５が挿入されている。この挿入により得られた積層物においては、同じ側面に正極５の短辺１０と負極６の短辺１２とが位置している。また、この側面に垂直に交わる一つの端面から正極タブ８及び負極タブ９が延出している。

図１及び図４に示すように、電極群２の周囲には、巻き止めテープ３が配置されている。蓋４は、矩形の金属板からなり、その上面に矩形状の突起からなる正極端子１４及び負極端子１５が形成されている。蓋４の下面には、正極リード１６及び負極リード１７が、それぞれ、正極端子１４及び負極端子１５と電気的に接続された状態で形成されている。また、正極リード１６及び負極リード１７は蓋４の下面から下方に突き出している。注液口１８は、正極端子１４と負極端子１５の間に位置する蓋４部分に設けられている。

蓋４は、金属缶１の開口部に溶接により固定されている。上述した図１に示すように、電極群２の上側の端面からは、正極タブ８及び負極タブ９がそれぞれ複数枚延出している。この複数枚の正極タブ８は、溶接などにより一つに束ねられた状態で正極リード１６に溶接されている。また、負極タブ９についても、溶接などにより一つに束ねられた状態で負極リード１７に溶接されている。

このような構造の電池によると、蓋４の注液口１８から注入された液状の非水電解質を電極群２に速やかに含浸させることができるため、出力性能を向上することができる。すなわち、正極５における正極タブ８の延出方向Ｌと平行な二辺のうちの短辺１０と、負極６における負極タブ９の延出方向Ｌと平行な二辺のうちの短辺１２とが、電極群２の同じ側面に位置しているため、図２に示すように、電極群２の上下の端面において、セパレータ７の端部に対して正極５及び負極６の端部が傾斜しており、正極５と負極６で挟まれていないフリーなセパレータ７部分が多くなる。このため、注液口１８から注入された液状の非水電解質は、図２の矢印に示すように、このセパレータ７部分を伝って電極群２内に導入されるため、電極群２の上側端面に非水電解質がほとんど浸透しない正極タブ８と負極タブ９が複数枚突出しているにも拘わらず、電極群２に非水電解質を速やかに導入させることができる。また、電極群２内に導入された非水電解質は、正極５の短辺８及び負極６の短辺１０から正極５及び負極６の内部に速やかに浸透される。従って、電極群２に非水電解質を十分に含浸させることができるため、抵抗を低くすることができ、高出力密度の非水電解質電池を実現することができる。

正極５において、短辺１０と長辺１１の長さの比は、長辺１１の長さを１００％とした際に短辺１０の長さが９０％以上、９９％以下にすることが望ましく、かつ負極６において、短辺１２と長辺１３の長さの比は、長辺１３の長さを１００％とした際に短辺１２の長さが９０％以上、９９％以下にすることが好ましい。この範囲にすることによって、高出力を得ることができる。この際、正極５における短辺１０と長辺１１の長さの差（２Ｌ₁）及び負極６における短辺１２と長辺１３の長さの差（２Ｌ₂）は、それぞれ、１．５ｍｍ以上、１５ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、出力性能をさらに向上することができる。より好ましい範囲は、２ｍｍ以上、４ｍｍ以下である。

以下、正極、負極、セパレータ、非水電解質及び金属缶について説明する。

１）正極
この正極は、正極集電体と、前記正極集電体の片面もしくは両面に担持され、活物質及び結着剤を含む正極層とを有する。

正極活物質には、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。なお、x，ｙは０〜１の範囲であることが好ましい。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活物質としては、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物、リチウムリン酸鉄などが挙げられる。これら活物質によると、高い電池電圧が得られるからである。

正極層には、導電材を含有させることができる。導電材としては、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。

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。

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。

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

２）負極
この負極は、負極集電体と、前記負極集電体の片面もしくは両面に担持され、活物質及び結着剤を含む負極層とを有する。

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、非水電解質との濡れ性が炭素質物に比して劣るため、本発明を適用することにより、チタン酸リチウムが持つ優れたサイクル性能を発揮させることができ、出力性能の大幅な改善を期待できる。なかでも化学式Ｌｉ_4+xＴｉ₅Ｏ₁₂（０≦ｘ≦３）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大きくして大電流放電性能を改善し得る。また、１０ｍ²／ｇ以下にすることによって、電解液との反応量を抑えることができるため、充放電効率の改善や、貯蔵時のガス発生の抑制が可能となる。

負極層は、必要に応じて、導電材を含んでいても良い。導電材としては、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、ニッケル合金などから形成することができる。

負極活物質、導電材及び結着剤の配合比は、負極活物質７０〜９６重量％、導電材２〜２８重量％、結着剤２〜２８重量％の範囲にすることが好ましい。導電材量を２重量％以上にすることによって、集電性を確保して大電流性能の向上が可能となる。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を高めてサイクル性能を向上することができる。一方、高容量化の観点から、導電材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、負極活物質と導電材と結着剤とを適当な溶媒に懸濁させ、この懸濁物をアルミニウム箔などの集電体に塗布、乾燥、プレスすることにより作製される。

３）セパレータ
セパレータには多孔質セパレータを用いることができる。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。

４）非水電解質
非水電解質には、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される非水電解液を使用することができる。また、非水電解質として、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。

前記電解質としては、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ドリチウム［ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂］などのリチウム塩が挙げられる。前記電解質は、有機溶媒に対して、０．５〜２．０ｍｏｌ／Ｌの範囲で溶解させることが好ましい。

前記有機溶媒としては、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），ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＣ（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、式（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、式（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、式（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。

式（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、式（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。

式（２）で示される骨格を有するイミダゾリウムカチオンとしては、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、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が、これらに限定されるものではない。

５）金属缶
金属缶には、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレスなどからなる有底矩形筒状のものが使用できる。金属缶の板厚は０．５ｍｍ以下にすることが好ましく、さらに好ましい範囲は０．２ｍｍ以下である。

また、第１の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。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、第１の実施形態に係る電池に用いるタブ付き電極の製造方法である。この方法は、正極、負極あるいは両方の電極に適用することができる。

まず、この方法で使用する打ち抜き装置を図５を参照して説明する。打ち抜き装置２１は、打ち抜き型２２と、打ち抜き土台２３とを備えるものである。打ち抜き型２２には、電極（集電体）の互いに異なる長さの平行な二辺のうち第1の辺（図５の場合、短辺）に相当する部分を除き、タブ付き電極の輪郭線に沿って刃２４が設けられている。巻き出しロール２５及び巻き取りロール２６によって、フープ状のタブ付き電極母体２７は長辺方向に沿って移動し、打ち抜き土台２３上に搬送される。母体２７は、帯状の集電体と、帯状集電体の少なくとも一方の長辺端部を除いて形成された電極層２８とを有する。帯状の集電体のうち電極層２８が形成されていない長辺端部を未塗工部２９と呼ぶ。母体２７は、例えば、正極活物質または負極活物質と、導電材と、結着剤とを適当な溶媒に懸濁させ、この懸濁物を帯状の集電体に一方の長辺端部を除いて塗布し、乾燥し、プレスすることにより作製される。懸濁物を塗布した部分が電極層２８となる。なお、正極活物質、負極活物質、導電材、結着剤及び集電体には、第１の実施形態で説明したものを使用することができる。

巻き出しロール２５及び巻き取りロール２６によって母体２７をその長辺方向に沿って移動させ、打ち抜き土台２３まで搬送する。図６の（ａ）に示すように打ち抜き型２２を刃２４のない部分（第1の辺に相当する部分）が搬送方向の上流に位置するように配置し、打ち抜き型２２で母体２７をプレスすると、刃２４に沿って母体２７が打ち抜かれるため、図６の（ｂ）に示すようにタブの一部が未塗工部２９を含み、母体の長辺方向と第２の辺（図６の場合、長辺）とが垂直となるよう、第1の辺を除いた輪郭部分が裁断されることとなる。第1の辺については、母体２７の短辺と共有されているため、特に裁断しなくても、電極１枚分の裁断が完了する。未塗工部２９あるいは未塗工部２９を含む部分が長方形状に裁断されたものが正極タブ８もしくは負極タブ９となり、電極層２８の形成部分を台形状に打ち抜いたものが正極５または負極６となる。

次いで、母体２７をその長辺方向に沿って電極１枚分だけ移動させ、打ち抜き型２２で母体２７をプレスすると、刃２４に沿って母体２７が打ち抜かれるため、図６の（ｃ）に示すようにタブの一部が未塗工部２９を含み、母体２７の長辺方向と第２の辺とが垂直となるよう、第1の辺を除いた輪郭部分が裁断されることとなる。第１の辺については、既に打ち抜かれた電極の第２の辺（図６の場合、長辺）と共有されているため、第１の辺を裁断しなくても、電極１枚分の裁断が完了する。

ひきつづき、母体２７をその長辺方向に沿って電極１枚分だけ移動させ、打ち抜き型２２で母体２７をプレスすると、第１の辺を除いた輪郭部分が裁断されることとなる。母体２７を巻き出しロール２５及び巻き取りロール２６によって搬送する際に母体２７が短辺方向に位置ずれを生じることがある。位置ずれによって、図６の（ｄ）、（ｅ）に示すように、母体２７の打ち抜かれる箇所がずれてしまっても、既に打ち抜かれた電極の第２の辺の一部をこれから裁断される電極の第１の辺とすることができるため、バリの原因となる未裁断の部分を発生させることなく、１枚ずつ電極を裁断することができる。その結果、マイクロショートによる自己放電の少ない電池を提供することができる。また、裁断する電極と電極の間に間隔を設ける必要がないため、材料歩留まりを改善することができる。

電極の第１の辺と第２の辺の長さの差を１．５ｍｍ以上、１５ｍｍ以下にすることが望ましい。長さの差を１．５ｍｍ未満にすると、バリの発生率が高くなるため、絶縁不良発生率の増加あるいは微小短絡による出力の低下を招く恐れがある。一方、長さの差が１５ｍｍを超えると、材料歩留まりが低下する恐れがある。より好ましい範囲は、２ｍｍ以上、４ｍｍ以下である。

なお、前述した図５，６では、搬送方向の上流側の第１の辺を短辺、下流側の第２の辺を長辺とし、長辺の方を裁断したが、搬送方向の上流側の第１の辺を長辺、下流側の第２の辺を短辺とし、長辺の方を裁断することも可能である。

以下に例を挙げ、本発明をさらに詳しく説明するが、発明の主旨を超えない限り本発明は以下に掲載される実施例に限定されるものでない。

（実施例１）
＜正極の作製＞
まず、正極活物質としてコバルト酸リチウム（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帯状集電体の両面に長辺側一端部を除いて塗布し後、乾燥し、プレスすることにより電極密度が３．０ｇ／ｃｍ³の正極母体を作製した。正極母体の厚さは６０μｍであった。

前述した図５に示す打ち抜き装置を使用し、高さ１５０ｍｍで、長辺１５０ｍｍの等脚台形状の正極に、長さ20ｍｍで、幅10ｍｍの正極タブが長辺と平行に延出されたものを裁断した。正極における長辺と短辺との差、長辺の長さを１００％とした際の長辺と短辺との比を下記表１に示す。

＜負極の作製＞
負極活物質としてＬｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂と、導電材として平均粒径が１．１２μｍで比表面積が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の帯状アルミニウム箔の両面に長辺側一端部を除いて塗布した後、乾燥し、プレスすることにより負極母体を作製した。負極の厚さは１００μｍであった。

前述した図５に示す打ち抜き装置を使用し、高さ１４８ｍｍで、長辺１４８ｍｍの等脚台形状の負極に、長さ20ｍｍで、幅10ｍｍの負極タブが長辺と平行に延出されたものを裁断した。負極における長辺と短辺との差、長辺の長さを１００％とした際の長辺と短辺との比は、正極の場合と同様に設定した。

正極及び負極をそれぞれ５０枚ずつ用意し、正極と負極とをその間に厚さ２０μｍのポリエチレン製多孔質フィルムからなるセパレータを介在させながら交互に積層することにより、積層型電極群を作製した。積層の際、得られる積層物の同じ側面に正極の短辺と負極の短辺とが位置し、かつこの側面と垂直に交わる一つの端面から正極タブ及び負極タブが延出するように、正極及び負極を配置した。

得られた電極群をアルミニウム製金属缶内に配置し、金属缶の開口部に蓋を取り付けた後、蓋の注液口から電解液を注液して初充電を行った後、出力測定に供した。なお、電解液には、γ−ブチロラクトンとエチレンカーボネートの等体積の混合液からなる有機溶媒に2ＭのＬｉＢＦ₄を溶解したものを電解液として用意した。

（実施例２〜１０）
長辺と短辺の差、搬送方向と長辺短辺の位置関係を下記表１に示すように設定すること以外は、前述した実施例１で説明したのと同様にして非水電解質電池を製造した。なお、実施例４では、搬送方向の上流側に長辺、下流側に短辺を配置し、長辺の方を裁断した。

（比較例１）
正極の形状を長辺が１５０ｍｍで短辺が１５０ｍｍの長方形に、かつ負極の形状を長辺が１４５ｍｍで短辺が１４５ｍｍの長方形とし、電極と電極の間に隙間が３０ｍｍ存在するように打ち抜くこと以外は、前述した実施例１で説明したのと同様にして非水電解質電池を製造した。

（比較例２）
正極及び負極の形状を比較例１と同様にし、図７に示す方法で打ち抜き工程を行うこと以外は、前述した実施例１で説明したのと同様にして非水電解質電池を製造した。

打ち抜き型２２に設ける刃２４の形状は、図７の（ａ）に示すように、タブの延出方向と平行な一辺を除き、タブ付き電極の輪郭に沿うものとした。刃２４のない部分が搬送方向の上流に位置するように打ち抜き型２２を配置した。

巻き出しロール２５及び巻き取りロール２６によって母体２７をその長辺方向に沿って移動させ、打ち抜き土台２３まで搬送し、打ち抜き型２２で母体２７をプレスすると、図７の（ｂ）に示すように左辺を除いた輪郭部分が裁断された。左辺については、母体２７の短辺と共有されているため、裁断しなくても、電極１枚分の裁断が完了した。

次いで、母体２７をその長辺方向に沿って電極１枚分だけ移動させ、打ち抜き型２２で母体２７をプレスすると、図７の（ｃ）に示すように左辺を除いた輪郭部分が裁断された。左辺については、既に打ち抜かれた電極の右辺と共有されているため、左辺を裁断しなくても、電極１枚分の裁断が完了した。

ひきつづき、母体２７をその長辺方向に沿って電極１枚分だけ移動させたところ、図７の（ｄ），（ｅ）に示すように、母体２７が短辺方向に位置ずれを生じた。その結果、打ち抜いた電極の右辺と、これから裁断しようとする電極の左辺とが一致せず、これから裁断しようとする電極の左辺に裁断されていない部分が残り、バリ３０となった。バリは、電池の短絡事故を引き起こす原因となりうる。

以上のようにして得られた電池について、出力、絶縁不良率及び材料費ロス率を以下に説明する方法で測定した。

出力測定の方法を説明する。電池を２０Ａ〜２００Ａで２０Ａごとの電流を１０秒間放電した。放電開始時の容量は全容量の５０％状態とした。この際の１０秒目の電圧が、放電終止電圧を下回る電流値を内挿、若しくは外挿を用いてもとめた。規定電圧は本実施例では負極活物質にチタン酸リチウムを、正極活物質にコバルト酸リチウムを用いているため１．５Ｖとした。この値が最大放電電流となる。この最大放電電流［Ａ］と放電終止電圧［Ｖ］の掛け算を放電最大出力［Ｗ］とし、その結果を下記表１に示す。

また、絶縁試験は、電極群を電池缶内に内蔵した後、注液する前に行った。絶縁試験は５０Ｖの電圧を印加した際の抵抗値が５０ｋΩ以下であるものを絶縁不良とみなした。試験個数を１０００個とした際の絶縁不良率を下記表１に示す。

さらに、電極材料のうち損した量を求めるため、材料ロス率を算出した。不良率から計算されるものと、工程設計上必然的に損する部分｛すなわち長辺と短辺の比(％)｝と、比較例１のように打ち抜く電極間にマージンを設けることによる材料損失量との合算によって求めた。

表１から明らかな通りに、タブが延出されている方向と平行な二辺のうち一方の辺が他方の辺よりも短く、正極及び負極の短辺が電極群の同じ側面に位置している実施例１〜１０の電池は、比較例１，２に比して高い出力が得られている。また、長辺と短辺の長さの比が９０％以上、９９％以下の実施例１〜８の電池の出力が、長さの比が９９％を超える実施例９及び長さの比が９０％未満の実施例１０に比して高かった。特に、長辺と短辺の長さの差が２ｍｍ以上、４ｍｍ以下の実施例１〜４の電池の出力が最も高くなった。絶縁不良率に伴って出力が低下する傾向が見られるのは、絶縁不良とはならないまでの抵抗値で、良品でも短絡が発生し、自己放電が起こっているためである。

これに対し、矩形状の正極及び負極を用いた比較例１，２では、出力性能が劣ったものとなった。比較例１，２の電池における電解液含浸のメカニズムを図８に示す。図８の矢印に示す通りに、注液口１８から注入された非水電解液は、電極群２の上側端面からか、あるいは電極群２の側面を伝って電極群２の下側端面から浸透するため、含浸速度が遅くなる。また、電極を一枚一枚打ち抜いた比較例１では、電極と電極の間隔が開くため、材料費ロス率が高かった。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

第１の実施形態に係る電池の略式組み立て図。 図１に示す電池において電極群に非水電解質が含浸されるメカニズムを説明するための模式図。 図１に示す電池で用いる電極群を示す模式的な断面図。 図１に示す電池を正面から見た場合の透視図。 第２の実施形態に係るタブ付き電極の製造方法で用いる打ち抜き装置を示す模式図。 第２の実施形態に係るタブ付き電極の製造方法を示す工程図。 比較例２のタブ付き電極の製造方法を示す工程図。 比較例１，２の電池において電極群に非水電解質が含浸されるメカニズムを説明するための模式図。

符号の説明

１…金属缶、２…電極群、３…巻き止めテープ、４…蓋、５…正極、５ａ…正極集電体、５ｂ…正極層、６…負極、６ａ…負極集電体、６ｂ…負極層、７…セパレータ、８…正極タブ、９…負極タブ、１０…正極の短辺、１１…正極の長辺、１２…負極の短辺、１３…負極の長辺、１４…正極端子、１５…負極端子、１６…正極リード、１７…負極リード、１８…注液口、２１…打ち抜き装置、２２…打ち抜き型、２３…打ち抜き土台、２４…刃、２５…巻き出しロール、２６…巻き取りロール、２７…タブ付き電極母体、２８…電極層、２９…未塗工部、３０…バリ。

Claims (6)

1. 金属缶と、
   前記金属缶内に収納され、正極及び負極がセパレータを介して積層された電極群と、
   前記電極群に含浸された非水電解質と、
   前記金属缶の開口部に配置され、正極端子及び負極端子を備えた蓋と、
   前記正極から延出され、前記正極端子と電気的に接続された正極タブと、
   前記負極から延出され、前記負極端子と電気的に接続された負極タブと
   を具備する電池であって、
   前記正極は、前記正極タブが延出されている方向と平行な二辺のうち一方の辺が他方の辺よりも短く、前記負極は、前記負極タブが延出されている方向と平行な二辺のうち一方の辺が他方の辺よりも短く、前記正極の短辺及び前記負極の短辺は、前記電極群の同じ側面に位置していることを特徴とする電池。
2. 前記正極及び前記負極それぞれにおいて、短辺と長辺との長さの比は、長辺の長さを１００％とした際に短辺の長さが９０％以上、９９％以下に相当することを特徴とする請求項１記載の電池。
3. 前記正極及び前記負極それぞれにおいて、前記短辺と長辺との長さの差は、１．５ｍｍ以上、１５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２記載の電池。
4. 互いに異なる長さの平行な第1の辺及び第２の辺を有する集電体と、前記集電体に形成された電極層と、前記集電体の前記第1の辺及び前記第２の辺と平行となるように前記集電体から延出されたタブとを具備するタブ付き電極の製造方法であって、
   少なくとも一方の長辺端部を除いて電極層を形成した帯状の集電体である電極母体を、前記タブの少なくとも一部が前記長辺端部を含み前記長辺方向と前記第２の辺とが垂直となるよう、前記第1の辺を除いた前記タブ付き電極の輪郭線に沿って裁断する工程を具備し、
   前記工程により裁断された前記第２の辺を、前記工程により新たに裁断される前記第１の辺として前記工程を繰り返し行うことを特徴とするタブ付き電極の製造方法。
5. 前記集電体は、前記第1の辺が前記第２の辺よりも短いことを特徴とする請求項４記載のタブ付き電極の製造方法。
6. 前記集電体の前記第1の辺と前記第２の辺の長さの差は、１．５ｍｍ以上、１５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４または５記載のタブ付き電極の製造方法。

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