JP2011129330A - 扁平形非水二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 生産性が良好な扁平形非水二次電池を提供する。
【解決手段】 外装ケースと封口ケースとが絶縁ガスケットを介してカシメ封口されて形成された空間内に、複数の正極と複数の負極とをセパレータを介して積層した電極群および非水電解液を有している扁平形非水二次電池であって、正極および負極は、本体部と、本体部から突出した集電タブ部とを有しており、前記電極群では、正極の各集電タブ部および負極の各集電タブ部が、それぞれ纏められて溶接され、端部が平面視で電極群の外側へ向くように折り曲げられており、纏められた正極の集電タブ部の端部、および纏められた負極の集電タブ部の端部のうちの少なくとも一方は、角部が切り落とされた形状である扁平形非水二次電池により、前記課題を解決する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、生産性が良好な扁平形非水二次電池に関するものである。

一般にコイン形電池やボタン形電池と称される扁平形の非水二次電池では、正極と負極とがセパレータを介して対向して構成された電極群と、非水電解液とを、外装ケースと封口ケースと絶縁ガスケットとで形成された空間内に収容した構造を有している（特許文献１など）。

前記のような扁平形非水二次電池では、正極および負極に、集電体の片面または両面に正極合剤層や負極剤層を形成し、かつ集電体の一部を、正極合剤層や負極剤層を形成せずに露出させ、これを集電タブとして利用し、この集電タブを折り曲げるなどして端子を兼ねる外装ケースや封口ケースとの電気的接続に利用しているものがある。

特開２００３−１４２１６１号公報

扁平形非水二次電池は、例えば、外装ケース内に電極群を挿入し、これを、絶縁ガスケットを装着し非水電解液を注入した封口ケースに被せてかしめる方法や、絶縁ガスケットを装着し電極群および非水電解液を収容した封口ケースに、外装ケースを被せてかしめる方法などによって製造される。

例えば電池の高容量化を図るには、発電反応に関与し得る電極の体積をより大きくすることが求められるが、扁平形電池では、一般に電池ケースの内容積が小さいことから、例えば、電極群と、これを収容する封口ケースに装着された絶縁ガスケットの内壁との隙間を非常に小さくして、電池内での電極の占有体積を可及的に大きくするように設計されている。

通常は、電極群を封口ケースに挿入する際に、絶縁ガスケットと電極群とが当たらないように設定されているが、前記のように、絶遠ガスケットの内壁と電極群との隙間を非常に小さいと、振動などによって電極群の位置が僅かにずれた場合に、電極群と絶縁ガスケットの開口端とが接触して挿入が良好に進まず、電池の生産性が損なわれる虞もある。こうしたことから、電極群と絶縁ガスケットの内壁との隙間を大きくすることなく、電極群の多少の位置ずれが生じても封口ケースへ良好に挿入できるようにして、電池の生産性を高めることが求められる。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、生産性が良好な扁平形非水二次電池を提供することにある。

前記目的を達成し得た本発明の扁平形非水二次電池は、外装ケースと封口ケースとが絶縁ガスケットを介してカシメ封口されて形成された空間内に、複数の正極と複数の負極とがセパレータを介して交互に積層された電極群および非水電解液を有しており、平面視で円形の扁平形非水二次電池であって、前記正極は、本体部と、平面視で、前記本体部から突出した、前記本体部よりも幅の狭い集電タブ部とを有しており、前記正極の本体部には、集電体の片面または両面に正極活物質を含む正極合剤層が形成されており、前記正極の集電タブ部では、前記集電体に正極合剤層が形成されておらず、前記負極は、本体部と、平面視で、前記本体部から突出した、前記本体部よりも幅の狭い集電タブ部とを有しており、前記負極の本体部には、集電体の片面または両面に負極活物質を含む負極剤層が形成されており、前記負極の集電タブ部では、前記集電体に負極剤層が形成されておらず、前記電極群では、前記正極の各集電タブ部が纏められて溶接され、端部が平面視で電極群の外側へ向くように折り曲げられており、かつ前記負極の各集電タブ部が纏められて溶接され、端部が平面視で電極群の外側へ向くように折り曲げられており、纏められた前記正極の集電タブ部の端部、および纏められた前記負極の集電タブ部の端部の少なくとも一方は、角部が切り落とされた形状をしていることを特徴とするものである。

なお、電池業界においては、高さより径の方が大きい扁平形電池をコイン形電池と呼んだり、ボタン形電池と呼んだりしているが、そのコイン形電池とボタン形電池との間に明確な差はなく、本発明の扁平形非水二次電池には、コイン形電池、ボタン形電池のいずれもが含まれる。

本発明によれば、生産性が良好な扁平形非水二次電池を提供することができる。

本発明の扁平形非水二次電池の一例を模式的に表す縦断面図である。 本発明の扁平形非水二次電池に係る正極の一例を模式的に表す平面図である。 扁平形非水二次電池の製造工程における絶縁ガスケットを装着した封口ケースと電極群との配置を模式的に表す要部拡大図である。 本発明の扁平形非水二次電池の一例の製造工程における絶縁ガスケットを装着した封口ケースと電極群との配置を模式的に表す要部拡大図である。 本発明の扁平形非水二次電池の他の例の製造工程における絶縁ガスケットを装着した封口ケースと電極群との配置を模式的に表す要部拡大図である。 本発明の扁平形非水二次電池の他の例を模式的に表す縦断面図である。 図６の要部断面拡大図である。 本発明の扁平形非水二次電池に係るセパレータの一例を模式的に表す平面図である。

図１に、本発明の扁平形非水二次電池の一例を模式的に示す。図１は、扁平形非水二次電池の縦断面図であり、図１に示すように、扁平形非水二次電池１は、複数の正極５および複数の負極６を、セパレータ７を介して、それらの平面が電池の扁平面に略平行（平行を含む）となるように積層した積層型の電極群と、非水電解液（図示しない）とが、外装ケース２、封口ケース３および絶縁ガスケット４により形成される空間（密閉空間）内に収容されている。封口ケース３は、外装ケース２の開口部に絶縁ガスケット４を介して嵌合しており、外装ケース２の開口端部が内方に締め付けられ、これにより絶縁ガスケット４が封口ケース３に当接することで、外装ケース２の開口部が封口されて電池内部が密閉構造となっている。外装ケース２および封口ケース３は、ステンレス鋼などの金属製であり、絶縁ガスケット４は、ナイロンなどの絶縁性を有する樹脂製である。

図２に正極５の平面図を模式的に示しているが、正極５は、本体部５ａと、平面視で、本体部５ａから突出した、本体部５ａよりも幅（図３中上下方向の長さ）の狭い集電タブ部５ｂとを有している。

図１に示す電池では、正極５の本体部５ａは、集電体５２の両面に、正極合剤層５１が形成されている。そして、正極５の集電タブ部５ｂは、集電体５２表面に正極合剤層５１が形成されておらず、集電体５２が露出している。なお、図１に示す電池に係る電極群では、最外部（図中上下両端）の電極がいずれも負極（負極６Ｂ）であり、正極５は、全てが両側（両面）でセパレータ７を介して負極６と対向しているために、集電体５２の両面に正極合剤層５１を有しているが、例えば、電極群の最外部の電極が正極の場合には、その最外部の正極は、集電体の片面（電池内側の面）にのみ正極合剤層を有する構造であってもよい。

また、負極についても、正極５と同様に、本体部と、平面視で、本体部から突出した、本体部よりも幅の狭い集電タブとを有しており、図１に示すように、電極群の最外部に位置する負極６Ｂの本体部６ａは、集電体６２の片面（電池内側の面）にのみ負極剤層６１が形成されており、それ以外の負極６Ａの本体部６ａは、集電体６２の両面に負極剤層が形成されている。また、負極６Ａ、６Ｂの集電タブ部６ｂは、集電体６２表面に負極剤層６１が形成されておらず、集電体が露出している。

本発明の電池では、図１に示すように、電極群を構成する全ての正極５の集電タブ部５ｂが纏められており、これらは溶接されて、端部が平面視で電極群の外側（図中左側）へ向くように折り曲げられている。また、電極群を構成する全ての負極６の集電タブ部６ｂが纏められており、これらは溶接されて、端部が平面視で電極群の外側（図中右側）へ向くように折り曲げられている。

そして、図１に示す電池では、纏められた正極５の集電タブ部５ｂが、外装ケース２の内面と溶接されるか、または溶接されずに直接接触することで、電気的に接続している。すなわち、図１に示す電池では、外装ケース２は正極端子を兼ねている。

また、図１に示す電池では、電極群の上下両端が、集電体の片面（電池内側の面）にのみ負極剤層を有する負極６Ｂ、６Ｂとなっており、そして、電極群における図中上側の負極６Ｂの集電体の露出面が、封口ケース３の内面と溶接されるか、または溶接されずに直接接することで、電気的に接続している。すなわち、図１に示す電池では、封口ケース３は負極端子を兼ねている。

更に、図１に示す電池では、電極群の最下部に位置する負極６Ｂと、正極端子を兼ねる外装ケース２とを絶縁する目的で、これらの間にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリイミドなどで形成されたテープなどからなる絶縁シール８が配置されている。

なお、本発明の電池では、図１に示す態様とは異なり、電極群に係る上下両端の電極（最外部の２つの電極）のうち、一方または両方を正極としてもよい。また、電極群の最外部の電極のうち、正極端子を兼ねる電池ケース（例えば外装ケース）に近い側の電極を正極とした場合、この正極は、集電体の両面に正極合剤層を有し、集電タブ部のみで正極端子を兼ねる電池ケース（例えば外装ケース）と接していてもよく、集電体の片面（電池内側となる面）のみに正極合剤層を有し、集電体の露出面が、正極端子を兼ねる電池ケース（例えば外装ケース）の内面と溶接されるか、または溶接されずに直接接触することで、電気的に接続していてもよい。

また、電極群に係る上下両端の電極（最外部の２つの電極）の両方を正極とした場合、負極端子を兼ねる電池ケース（例えば封口ケース）と負極との接続は、各負極の集電タブ部を互いに電気的に接続し、かつこれらを、負極端子を兼ねる電池ケース（例えば封口ケース）の内面と溶接するか、または溶接せずに直接接触させる方法で行うことができる。

扁平形非水二次電池を製造するにあたっては、例えば、以下の（１）または（２）の方法が採用される。
（１）封口ケースの電池内側となる面を上に向け、そこに絶縁ガスケットを装着し、非水電解液を入れる。また、外装ケース内に電極群を装填し、必要に応じて外装ケースと電極群とを絶縁シールで仮止めし、外装ケース内面と電極群に係るいずれか一方の電極の本体部の集電体または集電タブ部とを接続する。そして、外装ケースを封口ケースに被せ、外装ケースの周縁部を内方に向けてかしめ、封口する。
（２）封口ケースの電池内側となる面を上に向け、そこに絶縁ガスケットを装着し、電極群を装填し、必要に応じて封口ケースと電極群とを絶縁シールで仮止めし、封口ケース内面と電極群に係るいずれか一方の電極の本体部の集電体または集電タブ部とを接続し、非水電解液を入れる。そして、この封口ケースに外装ケースを被せ、外装ケースの周縁部を内方に向けてかしめ、封口する。

図３に、扁平形非水二次電池の製造工程における絶縁ガスケットを装着した封口ケースと電極群との配置を模式的に表す要部拡大図を示している。

本発明の電池に係る電極群のように、各正極の集電タブおよび各負極の集電タブを、それぞれ纏めて溶接し、これらの端部が平面視で電極群の外側へ向くように折り曲げて構成した電極群では、その最外部のうち、纏められた正極の集電タブ部の端部および纏められた負極の集電タブ部の端部が、絶縁ガスケットの内壁とより近くなる。

前記の通り、扁平形非水二次電池では、通常、正極活物質や負極活物質の充填量を多くして容量を高めるために、発電反応に関与しない要素の占有体積を小さくすることが行われている。具体的には、例えば、絶縁ガスケットの内径をＡとし、電極群の平面視で、纏められた正極の集電タブ部の端部から、纏められた負極の集電タブ部の端部までの最長距離をＢとしたときに、ＡとＢとの差Ａ−Ｂが０．１〜１．５ｍｍとなるようにして、絶縁ガスケットの内壁と、電極群の最外部との隙間が非常に小さくなるように設計している。

通常は、図３の（ａ）に示すように、電極群を封口ケース内に挿入する際に、正極の集電タブ部５ｂの端部や、負極の集電タブ部の端部が、封口ケース３に被せられた絶縁ガスケット４の開口端に当たらないように設定されているが、例えば電池製造中の振動などによって電極群の位置ずれが生じた場合、例えば図３の（ｂ）に示すようになって、電極群を封口ケースに挿入する際に、正極の集電タブ部５ｂの端部や、負極の集電タブ部の端部が、絶縁ガスケット４の開口端に当たって、挿入が良好に進まない虞がある。

本発明者は検討を重ねた結果、前記のような電極群を封口ケースに挿入する際の問題の多くが、正極の集電タブ部の端部や負極の集電タブ部の端部の角部と、絶縁ガスケットとの接触により生じることを突き止めた。

そこで、本発明の電池では、纏められた正極の集電タブ部の端部および纏められた負極の集電タブ部の端部の少なくとも一方を、角部が切り落とされた形状として、絶縁ガスケットを装着した封口ケースに電極群を挿入する際における前記の問題の発生を可及的に抑制し、その生産性を高めている。

図４および図５に、本発明の扁平形非水二次電池の製造工程における絶縁ガスケットを装着した封口ケースと電極群との配置を模式的に表す要部拡大図を示している。図４は、纏められた正極の集電タブ部５ｂの角部を直線で切り落とした形状とした例であり、図５は、纏められた正極の集電タブ部５ｂの角部を曲線状に切り落とした形状とした例である。図４および図５に示すいずれの態様においても、通常は、例えば、（ａ）に示すように絶縁ガスケット４と纏められた正極の集電タブ部５ｂとが接触しないように、封口ケース３と電極群との配置が設定されるが、（ｂ）に示すような電極群の位置ずれが生じても、纏められた正極の集電タブ部５ｂの角部が切り落とされた形状をしているため、封口ケース３に電極群を挿入する工程において、纏められた正極の集電タブ部５ｂと絶縁ガスケット４の開口端との接触が生じ難く、かかる工程を良好に進めることができる。

なお、図４および図５では、纏められた正極の集電タブ部の端部を、角部が切り落とされた形状としたものについて示しているが、本発明の電池では、纏められた正極の集電タブ部の端部のみを、角部が切り落とされた形状としてもよく、また、纏められた負極の集電タブ部の端部のみを、図４および図５に示す正極の集電タブ部の端部のように、角部が切り落とされた形状としてもよいが、纏められた正極の集電タブ部の端部と、纏められた負極の集電タブ部の端部の両方を、角部が切り落とされた形状とすることがより好ましい。

纏められた正極の集電タブ部の端部の形状や、纏められた負極の集電タブ部の端部の形状は、角部が切り落とされていれば特に制限はなく、図４に示す形状、図５に示す形状のいずれでもよく、更には他の形状とすることもできる。また、纏められた正極の集電タブ部の端部の形状と、纏められた負極の集電タブ部の端部の両者を、角部が切り落とされた形状とする場合、両者は同様の形状であってもよく、それぞれが異なる形状であってもよい。

なお、本発明の電池では、正極の両面に配置された２枚のセパレータについて、それらの周縁部の少なくとも一部において、互いに溶着して接合部を形成することができる。

図６および図７に、本発明の扁平形非水二次電池の他の例を模式的に示す。図６および図７に示す電池は、正極５の両面に配置された２枚のセパレータ７、７の周縁部に接合部を形成して構成した電極群を有するものであり、図６は、電池の電池ケース（外装ケース２および封口ケース３）および絶縁ガスケット４部分の断面を表す縦断面図であり、図７は図６の要部を拡大し、更に電極群の部分を断面にしたものである。

また、図８に、周縁部の一部に接合部を形成したセパレータの平面図を模式的に示す。なお、図８では、セパレータ７とともに、正極、負極およびセパレータが積層された積層型の電極群とした場合を想定して、セパレータ７の下に配置される正極５を点線で示し、それらの更に下側に配置される負極に係る集電タブ部６ｂを一点鎖線で示し、電極群に係る各構成要素の位置ずれを抑えるための結束テープ９を二点鎖線で示している。また、図８に示す正極５は、電極群において、その両側（両面）が負極と対向するものであり、図８では図示していないが、電極群とした場合、セパレータ７の上側（図中手前方向）には、少なくとも負極が配置される。

図８に示すセパレータ７は、正極５（図中点線で表示）を介してその下側（図中奥行き方向）に配置される他のセパレータと、その周縁部において互いに溶着した接合部７ｃ（図中、格子模様で表示）を有している。すなわち、セパレータ７と、その下側に配置されたセパレータとは、周縁部で互いに溶着されて袋状となっており、その内部に正極５を収容している。

なお、図８に示すセパレータ７は、正極５の本体部５ａ全面を覆う主体部７ａ（すなわち、正極５の本体部５ａよりも平面視での面積が大きな主体部７ａ）と、主体部７ａから突出し、正極５の集電タブ部５ｂの、本体部５ａとの境界部を少なくとも含む部分を覆う張り出し部７ｂとを有している。そして、セパレータ７の主体部７ａの周縁部の少なくとも一部に、正極５の両面に配置された２枚のセパレータ（セパレータ７と、正極５の下側に配置されたセパレータ）同士を互いに溶着した接合部７ｃを設けている。

非水二次電池のセパレータには、高温下で熱収縮しやすい熱可塑性樹脂製の微多孔膜が使用されることが一般的であるが、このように、正極の両面に配置された２枚のセパレータにおいて、その周縁部を互いに溶着して接合部を形成することで、例えば、電池内が高温となっても、セパレータの熱収縮が抑制されるため、より安全性の高い電池を構成することができる。

なお、図８に示すように、主体部と張り出し部とを有するセパレータを使用する場合、正極の両面に配置された２枚のセパレータを接合するための接合部は、セパレータの主体部の周縁部に設ければよいが、セパレータの張り出し部の周縁部（セパレータの張り出し部の周縁部のうち、主体部からの突出方向に沿う部分）にも接合部を設けてもよい。

接合部は、２枚のセパレータの周縁部同士を直接溶着して形成してもよいが、２枚のセパレータの間に熱可塑性樹脂で構成される層を介在させ、この層を介して２枚のセパレータを溶着することにより形成してもよい。ただし、後者の場合、セパレータ間に介在させる層を構成する熱可塑性樹脂の種類と、セパレータを構成する熱可塑性樹脂の種類によっては、接合部の強度が小さくなる場合があるため、セパレータ間に介在させる層は、セパレータを構成する熱可塑性樹脂と同種の樹脂で構成されたものを使用することが好ましい。すなわち、セパレータ同士を直接溶着したり、セパレータを構成する熱可塑性樹脂と同種の樹脂で構成される層を介してセパレータ同士を溶着したりした場合には、接合部の強度がセパレータ自身の強度とほぼ同等となるため、例えば、電池の使用時に振動などによって生じる虞のある接合部での剥離が良好に抑制でき、更に信頼性の高い電池とすることができる。

なお、図８に示すように主体部と張り出し部とを有するセパレータを使用する場合、セパレータの主体部に係る周縁部は、全てが接合部となっていてもよいが、例えば、図８に示すように、周縁部の一部を、セパレータ同士を溶着せずに非溶着部７ｄ、７ｄとして残してもよい。２枚のセパレータを溶着して袋状とした後に、その中に正極を収容したり、１枚のセパレータの上に正極を配置し、その正極の上に更にセパレータを配置して、セパレータの周縁部を溶着して袋状としたセパレータの中に正極を収容したりした場合、セパレータ内に空気が残留することがある。しかし、このような正極を用いて電池を製造する場合、外装ケースと封口ケースとをかしめる際に、前記の残留空気が、非溶着部７ｄ、７ｄを通じてセパレータ外へ良好に排出されるため、セパレータ内の残留空気による問題（発電時の反応が不均一になって容量が低下するなどの問題）の発生を防止できる。

セパレータの周縁部に非溶着部を設ける場合、電池の生産性の低下を抑える観点から、その個数は１〜５個程度とすることが好ましい。また、セパレータの周縁部に非溶着部を設ける場合、セパレータの主体部に係る非溶着部の外縁の長さが、セパレータの主体部に係る外縁の全長さ（張り出し部を除く外縁の全長さ）の１５〜６０％程度することが好ましい。すなわち、セパレータの主体部においては、その外縁の全長さのうちの４０％以上（好ましくは７０％以上）が接合部であることが好ましく、これにより、セパレータ同士の接合強度を良好に確保することができる。

２枚のセパレータの周縁部に接合部を形成するとともに、これらのセパレータの間に正極を収容するには、２枚のセパレータ同士を直接溶着して接合部を形成する場合では、例えば、１枚のセパレータ上に正極を重ね、更にその上にセパレータを重ねた後、これらのセパレータの周縁部を溶着する方法が採用できる。また、２枚のセパレータを重ね、これらの周縁部を溶着してセパレータ同士を接合し、その後、これらのセパレータ間に正極を挿入する方法を採用することもできる。

一方、２枚のセパレータ同士の間にセパレータの構成樹脂と同種の樹脂で構成された層を介在させ、これらを溶着して接合部を形成する場合では、例えば、１枚のセパレータ上の接合部となることが予定される箇所に前記層となるフィルムを置き、かつこのセパレータ上に正極を配置し、更にその上にセパレータを重ねた後、これらのセパレータの周縁部を溶着する方法が採用できる。また、１枚のセパレータ上の接合部となることが予定されている箇所に前記層となるフィルムを置き、このセパレータとフィルムとを予め溶着しておき、その後、このセパレータに正極、セパレータの順に重ねて周縁部を溶着する方法や、２枚のセパレータの間に前記層となるフィルムを介在させて溶着して接合部を形成した後に、これらのセパレータ間に正極を挿入する方法を採用することもできる。

セパレータの周縁部の溶着は、例えば、加熱プレスにより行うことができる。この場合、加熱温度は、セパレータを構成する熱可塑性樹脂の融点よりも高い温度であればよいが、例えば、融点より１０〜５０℃高い温度で行うことが好ましい。また、加熱プレスの時間については、良好に接合部が形成できれば特に制限はないが、通常は、１〜１０秒程度とする。

なお、本発明の電池に使用するセパレータの平面形状は、例えば、前記のようにセパレータの周縁部の少なくとも一部に接合部（正極の両面に配置された２枚のセパレータに係る周縁部の少なくとも一部を、互いに溶着することにより形成する接合部）を形成する場合には、図８に示す形状であることが好ましいが、前記接合部を形成しない場合でも、図８に示す形状とすることが好ましい。

本発明の電池では、電極群の形成にあたり、少なくとも両側が負極と対向している正極の両面にはセパレータを配置するが、電極群の最外部に配置される正極、すなわち片側（片面）のみが負極と対向している正極については、その両面にセパレータを配置してもよく（更に、これらの２枚のセパレータに接合部を形成してもよい）、負極と対向する面にのみセパレータを配置しても構わない。更に、電極群に係る最外部の電極の両方を正極とし、これらの正極の両面にセパレータを配置しない場合には、負極端子を兼ねる電池ケースと電極群の最外部の正極との間には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリイミドなどで形成されたテープなどからなる絶縁シールなどの絶縁体を配置する。

本発明の電池に係る正極の正極合剤層は、正極活物質、導電助剤、バインダなどを含有する層である。

本発明の電池に係る正極活物質としては、例えば、Ｌｉ_ｘＣｏＯ_２、Ｌｉ_ｘＮｉＯ_２、Ｌｉ_ｘＭｎＯ_２、Ｌｉ_ｘＣｏ_ｙＮｉ_１−ｙＯ_２、Ｌｉ_ｘＣｏ_ｙＭ_１−ｙＯ_２、Ｌｉ_ｘＮｉ_１−ｙＭ_ｙＯ_２、Ｌｉ_ｘＭｎ_ｙＮｉ_ｚＣｏ_{１−ｙ−ｚ}Ｏ_２、Ｌｉ_ｘＭｎ_２Ｏ_４、Ｌｉ_ｘＭｎ_２−ｙＭ_ｙＯ_４などのリチウム遷移金属複合酸化物などが挙げられる（ただし、前記の各リチウム遷移金属複合酸化物において、Ｍは、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、ＡｌおよびＣｒからなる群から選ばれる少なくとも１種の金属元素であり、０≦ｘ≦１．１、０＜ｙ＜１．０、２．０≦ｚ≦２．２である。）。これらの正極活物質は１種単独で使用してもよく、２種以上を併用しても構わない。

また、正極の導電助剤としては、例えば、カーボンブラック、鱗片状黒鉛、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、繊維状炭素などが挙げられる。更に、正極のバインダとしては、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）、カルボキシメチルセルロース、スチレンブタジエンラバーなどが挙げられる。

正極は、例えば、正極活物質と導電助剤とバインダとを混合して得られる正極合剤を水または有機溶剤に分散させて正極合剤含有ペーストを調製し（この場合、バインダは予め水または溶剤に溶解または分散させておき、それを正極活物質などと混合して正極合剤含有ペーストを調製してもよい）、その正極合剤含有ペーストを金属箔、エキスパンドメタル、平織り金網などからなる集電体の片面または両面に塗布し、乾燥した後、加圧成形することによって正極合剤層を形成して作製される。ただし、正極の作製方法は、前記例示の方法のみに限られることなく、他の方法によってもよい。

正極の組成としては、例えば、正極を構成する正極合剤１００質量％中、正極活物質を７５〜９０質量％、導電助剤を５〜２０質量％、バインダを３〜１５質量％とすることが好ましい。また、正極合剤層の厚みは、例えば、３０〜２００μｍであることが好ましい。

正極の集電体の素材としては、アルミニウムやアルミニウム合金が好ましい。なお、正極の総厚みを小さくし、電池内における正極および負極の積層数を増やすことで正極合剤層と負極剤層との対向面積を大きくして、電池の負荷特性を高める観点からは、集電体には金属箔を使用することが好ましい。また、集電体の厚みは、例えば、８〜２０μｍであることが好ましい。

本発明の電池に係る負極としては、活物質に、リチウム、リチウム合金、リチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素材料、チタン酸リチウムなどを有する負極が挙げられる。

負極活物質に用い得るリチウム合金としては、例えば、リチウム−アルミニウム、リチウム−ガリウムなどのリチウムと可逆的に合金化するリチウム合金が挙げられ、リチウム含有量が、例えば１〜１５原子％であることが好ましい。また、負極活物質に用い得る炭素材料としては、例えば、人造黒鉛、天然黒鉛、低結晶性カーボン、コークス、無煙炭などが挙げられる。

負極活物質に用い得るチタン酸リチウムとしては、一般式Ｌｉ_ｘＴｉ_ｙＯ_４で表され、ｘとｙがそれぞれ、０．８≦ｘ≦１．４、１．６≦ｙ≦２．２の化学量論数を持つチタン酸リチウムが好ましく、特にｘ＝１．３３、ｙ＝１．６７の化学量論数を持つチタン酸リチウムが好ましい。前記一般式Ｌｉ_ｘＴｉ_ｙＯ_４で表されるチタン酸リチウムは、例えば、酸化チタンとリチウム化合物とを７６０〜１１００℃で熱処理することによって得ることができる。前記酸化チタンとしては、アナターゼ型、ルチル型のいずれも使用可能であり、リチウム化合物としては、例えば、水酸化リチウム、炭酸リチウム、酸化リチウムなどが用いられる。

負極は、負極活物質がリチウムやリチウム合金の場合は、リチウムやリチウム合金を金属網などの集電体に圧着することで、集電体の表面にリチウムやリチウム合金などからなる負極剤層を形成して得ることができる。他方、負極活物質として炭素材料やチタン酸リチウムを用いる場合は、例えば、負極活物質としての炭素材料やチタン酸リチウムとバインダ、更には必要に応じて導電助剤を混合して得られる負極合剤を水または有機溶剤に分散させて負極合剤含有ペーストを調製し（この場合、バインダは予め水または溶剤に溶解または分散させておき、それを負極活物質などと混合して負極合剤含有ペーストを調製してもよい）、その負極合剤含有ペーストを金属箔、エキスパンドメタル、平織り金網などからなる集電体に塗布し、乾燥した後、加圧成形することによって負極剤層（負極合剤層）を形成して負極を作製することができる。ただし、負極の作製方法は、前記例示の方法のみに限られることなく、他の方法によってもよい。

なお、負極に係るバインダおよび導電助剤としては、正極に用い得るものとして先に例示した各種バインダおよび導電助剤を用いることができる。

負極活物質に炭素材料を用いる場合の負極の組成としては、例えば、負極を構成する負極合剤１００質量％中、炭素材料を８０〜９５質量％、バインダを３〜１５質量％とすることが好ましく、また、導電助剤を併用する場合には、導電助剤を５〜２０質量％とすることが好ましい。他方、負極活物質にチタン酸リチウムを用いる場合の負極の組成としては、例えば、負極を構成する負極合剤１００質量％中、チタン酸リチウムを７５〜９０質量％、バインダを３〜１５質量％とすることが好ましく、また、導電助剤を併用する場合には、導電助剤を５〜２０質量％とすることが好ましい。

負極における負極剤層（負極合剤層を含む）の厚みは、例えば、４０〜２００μｍであることが好ましい。

負極の集電体の素材としては、銅や銅合金が好ましい。なお、負極の総厚みを小さくし、電池内における正極および負極の積層数を増やすことで正極合剤層と負極剤層との対向面積を大きくして、電池の負荷特性を高める観点からは、集電体には金属箔を使用することが好ましい。また、集電体の厚みは、例えば、５〜３０μｍであることが好ましい。

セパレータには、熱可塑性樹脂製の微多孔膜で構成されたものを使用する。セパレータを構成する熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレン−プロピレン共重合体、ポリメチルペンテンなどのポリオレフィンが好ましく、セパレータ同士を溶着したり、セパレータ間にセパレータの構成樹脂と同種の樹脂を配置して溶着したりする観点からは、その融点、すなわち、ＪＩＳ Ｋ ７１２１の規定に準じて、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて測定される融解温度が、１００〜１８０℃のポリオレフィンがより好ましい。

セパレータを構成する熱可塑性樹脂製の微多孔膜の形態としては、必要な電池特性が得られるだけのイオン伝導度を有していればどのような形態でもよいが、従来から知られている乾式または湿式延伸法などにより形成された孔を多数有するイオン透過性の微多孔膜（電池のセパレータとして汎用されている微多孔フィルム）が好ましい。

セパレータの厚みは、例えば、５〜２５μｍであることが好ましく、また、空孔率は、例えば、３０〜７０％であることが好ましい。

前記の正極、負極およびセパレータは、図１や図６、図７に示すように積層して積層型の電極群として使用するが、その際、各正極の集電タブ部が、電極群の平面視で同一方向を向くように配置され、かつ各負極の集電タブ部が、電極群の平面視で同一方向を向くように配置されていることが好ましい。これにより、正極および負極の集電がより容易となる。

更に、各正極の集電タブ部と、各負極の集電タブ部とは、電極群の平面視で互いに接触しないように配置されていればよいが、これらの接触をより良好に抑制し、かつ電池の生産をより良好にする観点からは、図８に示しているように、各正極の集電タブ部５ｂと各負極の集電タブ部６ｂとは、電極群の平面視で互いに対向する位置に配されていることがより好ましい。

また、正極、負極およびセパレータを積層して構成した電極群は、図８に示すように、その外周を、耐薬品性を有するポリプロピレンなどで構成された結束テープ９で結束して、各構成要素（セパレータに包まれた正極、および負極）の位置ずれを抑制することが好ましい。

電極群に係る正極および負極は、いずれも複数であり、電極の合計層数は、少なくとも４層であるが、それ以上（５層、６層、７層、８層など）とすることも可能である。ただし、正極および負極の積層数をあまり多くすると、扁平状電池としてのメリットが小さくなる虞があることから、通常は、４０層以下とすることが好ましい。

電池に係る非水電解液としては、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、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートなどの環状炭酸エステル；ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、メチルエチルカーボネートなどの鎖状炭酸エステル；１，２−ジメトキシエタン、ジグライム（ジエチレングリコールメチルエーテル）、トリグライム（トリエチレングリコールジメチルエーテル）、テトラグライム（テトラエチレングリコールジメチルエーテル）、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシメタン、テトラヒドロフランなどのエーテル；などの有機溶媒に、電解質（リチウム塩）を０．３〜２．０ｍｏｌ／Ｌ程度の濃度に溶解させることによって調製した電解液を用いることができる。前記の有機溶媒は、それぞれ１種単独で用いてもよく、２種以上を併用しても構わない。

前記電解質としては、例えば、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＳｂＦ_６、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣ_４Ｆ_９ＳＯ_３、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２などのリチウム塩が挙げられる。

本発明の扁平形非水二次電池の平面形状は円形である。他方、正極および負極の本体部の平面形状は、略円形としたり、長方形や正方形などの四角形などの多角形とすることもできるが、例えば、略円形とする場合には、対極の集電タブ部が配置される箇所に相当する部分は、対極の集電タブ部との接触を防止するために、図２に示すように切り落とした形状としておくことが好ましい。

図１や図６、図７では、外装ケースを正極ケースとし、封口ケースを負極ケースとした例を示したが、本発明の電池はこれに限定されず、必要に応じて、外装ケースを負極ケースとし、封口ケースを正極ケースとすることもできる。

本発明の扁平形非水二次電池は、従来から知られている扁平形非水二次電池と同様の用途に適用することができる。

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。

実施例１
＜正極の作製＞
正極活物質としてＬｉＣｏＯ_２を、導電助剤としてカーボンブラックを、バインダとしてＰＶＤＦを、それぞれ用いて正極を作製した。まず、ＬｉＣｏＯ_２：９３部とカーボンブラック：３部とを混合し、得られた混合物とＰＶＤＦ：４部を予めＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に溶解させておいたバインダ溶液とを混合して正極合剤含有ペーストを調製した。得られた正極合剤含有ペーストを厚さ１５μｍのアルミニウム箔からなる正極集電体の両面にアプリケータにより塗布した。なお、正極合剤含有ペーストの塗布に際しては、塗布部と未塗布部とが５ｃｍおきに連続するように、かつ表面で塗布部とした箇所は、裏面でも塗布部となるようにした。続いて、塗布した正極合剤含有ペーストを乾燥して正極合剤層を形成し、その後、ロールプレスし、所定の大きさに切断して、帯状の正極を得た。なお、この正極は、幅を４０ｍｍとし、正極合剤層形成部の厚みを１４０μｍとなるようにした。

前記の帯状の正極を、正極合剤層形成部が本体部（円弧の部分の直径１５．１ｍｍ）とし、正極合剤層未形成部が集電タブ部（幅３．５ｍｍ）となるように、図２に示す形状に打ち抜いて、電池用正極を得た。

＜電池用正極とセパレータとの一体化＞
前記の電池用正極の両面に、図８に示す形状のＰＥ製微多孔膜セパレータ（厚み１６μｍ）を配置し、図４に示す箇所を加熱プレス（温度１７０℃、プレス時間２秒）により溶着し、２枚のセパレータに係る主体部の周縁部の一部および張り出し部の周縁部の一部に接合部を形成して、電池用正極とセパレータとを一体化した。なお、２枚のセパレータに係る接合部の幅は、主体部、張り出し部とも０．３ｍｍとし、張り出し部の周縁部における主体部からの突出方向の長さは０．５ｍｍとした。また、２枚のセパレータの主体部の外縁のうち、９０％の長さ部分を接合部とした。

＜負極の作製＞
負極活物質として黒鉛を、バインダとしてＰＶＤＦを、それぞれ用いて負極を作製した。前記黒鉛：９４部とＰＶＤＦ：６部と予めＮＭＰに溶解させておいたバインダ溶液とを混合して、負極合剤含有ペーストを調製した。得られた負極合剤含有ペーストを厚さ１０μｍの銅箔からなる負極集電体の片面または両面にアプリケータにより塗布した。なお、負極合剤含有ペーストの塗布に際しては、塗布部と未塗布部とが５ｃｍおきに連続するように、かつ集電体の両面に塗布したものでは、表面で塗布部とした箇所は、裏面でも塗布部となるようにした。続いて、塗布した負極合剤含有ペーストを乾燥して負極合剤層を形成し、その後、ロールプレスし、所定の大きさに切断して、帯状の負極を得た。なお、この負極は、幅を４０ｍｍとし、負極合剤層形成部の厚みを、集電体の両面に形成したものでは１９０μｍ、集電体の片面に形成したものでは１００μｍとなるようにした。

前記の帯状の負極を、負極合剤層形成部が本体部（円弧の部分の直径１６．３ｍｍ）とし、負極合剤層未形成部が集電タブ部となるように、正極と同様の形状に打ち抜いて、集電体の片面に負極合剤層を有する電池用負極と、集電体の両面に負極合剤層を有する電池用負極とを得た。なお、集電体の片面の負極合剤層を有する電池用負極の一部については、前記の帯状の負極の集電体の露出面に、厚みが１００μｍのＰＥＴフィルムを貼り付けた後に打ち抜いた。

＜電池の組み立て＞
前記のセパレータと一体化した電池用正極７枚と、集電体の両面に負極合剤層を形成した電池用負極６枚と、集電体の片面に負極合剤層を形成した電池用負極２枚（このうち１枚は、集電体の露出面にＰＥＴフィルムを貼り付けたもの）とを用い、集電体の片面に負極合剤層を形成した電池用負極が最外部の電極になるように、電池用正極と電池用負極とを交互に重ねた。そして、各電池用正極の集電タブ部を纏めて溶接し、また、各電池用負極の集電タブ部を纏めて溶接して、電極群を形成した。なお、纏めた電池用正極の集電タブ部の端部は、その両角部を、曲率半径１．５ｍｍの曲線状に切り落とした形状とした。

外装ケース内に前記の電極群を、ＰＥＴフィルムが外装ケース内面と対向するように入れ、纏められた正極の集電タブ部を外装ケース内面に溶接した。また、封口ケースに絶縁ガスケットを装着し、非水電解液（ＬｉＰＦ_６をエチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートとの体積比１：２の混合溶媒に、１．２ｍｏｌ／ｌの濃度で溶解した溶液）２００ｍｇを入れた後、電極群を収容した外装ケースを被せ、周囲をかしめて、直径２０ｍｍ、厚み３．２ｍｍの扁平形非水二次電池を得た。なお、前記の扁平形非水二次電池は、前記のＡ−Ｂ値を１．０ｍｍに設定しており、電流値１４ｍＡでの放電で、放電容量が７０ｍＡｈとなるように設計したものである。

比較例１
電極群において、纏められた正極の集電タブ部の端部の角部を切り落とした形状としなかった以外は、実施例１と同様にして扁平形非水二次電池を作製した。

実施例１および比較例１の扁平形非水二次電池を、それぞれ１２５０個作製し、その後に電池を分解して、電極群を収容した外装ケースを、絶縁ガスケットを装着した封口ケースに被せる際に、電極群に係る正極の集電タブ部の端部が絶縁ガスケットの開口端より外側に当たった痕跡（キズ）の有無を確認した。その結果、前記痕跡のあったものが、実施例１の電池では０個であったのに対し、比較例１の電池では６個であった。

１ 扁平形非水二次電池
２ 外装ケース
３ 封口ケース
４ 絶縁ガスケット
５ 正極
５ａ 正極の本体部
５ｂ 正極の集電タブ部
６ 負極
６ａ 負極の本体部
６ｂ 負極の集電タブ部
７ セパレータ
７ａ セパレータの主体部
７ｂ セパレータの張り出し部
７ｃ 接合部

Claims (5)

1. 外装ケースと封口ケースとが絶縁ガスケットを介してカシメ封口されて形成された空間内に、複数の正極と複数の負極とがセパレータを介して交互に積層された電極群および非水電解液を有しており、平面視で円形の扁平形非水二次電池であって、
   前記正極は、本体部と、平面視で、前記本体部から突出した、前記本体部よりも幅の狭い集電タブ部とを有しており、前記正極の本体部には、集電体の片面または両面に正極活物質を含む正極合剤層が形成されており、前記正極の集電タブ部では、前記集電体に正極合剤層が形成されておらず、
   前記負極は、本体部と、平面視で、前記本体部から突出した、前記本体部よりも幅の狭い集電タブ部とを有しており、前記負極の本体部には、集電体の片面または両面に負極活物質を含む負極剤層が形成されており、前記負極の集電タブ部では、前記集電体に負極剤層が形成されておらず、
   前記電極群では、前記正極の各集電タブ部が纏められて溶接され、端部が平面視で電極群の外側へ向くように折り曲げられており、かつ前記負極の各集電タブ部が纏められて溶接され、端部が平面視で電極群の外側へ向くように折り曲げられており、
   纏められた前記正極の集電タブ部の端部、および纏められた前記負極の集電タブ部の端部の少なくとも一方は、角部が切り落とされた形状をしていることを特徴とする扁平形非水二次電池。
2. 絶縁ガスケットの内径をＡとし、電極群の平面視で、纏められた正極の集電タブ部の端部から、纏められた負極の集電タブ部の端部までの最長距離をＢとしたとき、ＡとＢとの差Ａ−Ｂが０．１〜１．５ｍｍである請求項１に記載の扁平形非水二次電池。
3. 外装ケースおよび封口ケースのいずれか一方が、纏められた各正極の集電タブ部または電極群の最外部に配置された正極の本体部における集電体の露出部と接続し、外装ケースおよび封口ケースの他方が、纏められた各負極の集電タブ部または電極群の最外部に配置された負極の本体部における集電体の露出部と接続している請求項１または２に記載の扁平形非水二次電池。
4. 少なくとも両側が負極と対向している正極の両面には、熱可塑性樹脂製の微多孔膜からなるセパレータが配置されており、かつ前記２枚のセパレータは、その周縁部の少なくとも一部において、互いに溶着された接合部を有している請求項１〜３のいずれかに記載の扁平形非水二次電池。
5. セパレータを構成する熱可塑性樹脂が、ポリオレフィンである請求項４に記載の扁平形非水二次電池。

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