JP5420888B2 - 電池 - Google Patents

Description

本発明は、電池に関し、具体的にはリードを有する電池に関する。

一般に、リチウムイオン二次電池などの化学電池では、電極群が金属製のケースまたはラミネートシート内に収容されている。電極群では、セパレータを介して正極と負極とが捲回または積層されており、セパレータは、正極と負極とを互いに隔離する役目と電解液を保持する役目とを有する。金属製のケースまたはラミネートシートは封口部材により密閉されている。このような化学電池は、正極リードおよび負極リードをさらに有している場合がある。以下では、円筒型電池および角型電池を例に挙げ、それぞれの電池における正極リードおよび負極リードの構造の一例を示す。

円筒型電池では、正極リードは、電極群の正極集電体から封口部材（正極端子として機能）まで延びており、正極集電体および封口部材に溶接されている。負極リードは、電極群の最外周から電池ケース（負極端子として機能）の内側面および底面に沿ってその底面の中央部分まで延びており、負極集電体および電池ケースの底面の中央部分に溶接されている。

アルミニウムを電池ケース材に用いた角型電池では、アルミニウム製の封口部材の一部分には、周囲と絶縁されたニッケル等の金属端子（負極端子として機能）が設けられている。正極リードは、電極群の正極集電体から封口部材のうちアルミニウムからなる部分（正極端子として機能）まで延びており、正極集電体および封口部材のうちアルミニウムからなる部分に溶接されている。負極リードは、電極群の負極集電体から上記金属端子まで延びており、負極集電体および上記金属端子に溶接されている。

負極リード材には、耐食性且つ化学的安定性の面から、ニッケルが一般的に用いられている。しかし、ニッケルは比較的比抵抗が大きい（６．８４μΩ・ｍ）ため、電池の出力が高くなり負極リードに大電流が流れると、負極リードでの発熱量が大きくなる。そこで、特許文献１には、負極リード材として比抵抗がニッケルよりも小さい銅を使用することが提案されている。
特開平１１―８６８６８号公報

ところで、昨今、外部短絡が発生した場合であっても電池の安全性を確保するということが要求されている。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、外部短絡が発生した場合であっても電池の安全性を確保することにある。

本発明にかかる電池では、正極と負極とが多孔質絶縁層を介して捲回または積層されて形成された電極群が、電解液とともに電池ケースに封入されている。正極および負極の少なくとも一方は、集電体と、集電体の表面の一部分を露出するように集電体の表面上に設けられた活物質層とを有している。集電体の表面のうち活物質層から露出された露出部分には、リードが電気的に接続されている。リードは、露出部分を構成する一辺である第１の辺を跨ぐように露出部分から集電体の外へ延びるように配置されており、第１の辺に近接する位置において露出部分に溶接されている。

後述のように、今般、本願発明者らは、外部短絡が発生しているときには発熱がリードで起こることを発見し、本願発明を完成させるに至った。上記電池では、リードで生じた熱を集電体へ速やかに逃がすことができるので、外部短絡が発生したときのリードの温度上昇を抑えることができる。

ここで、「第１の辺に近接する位置」とは、従来の電池におけるリードと集電体との溶接点（この溶接点は集電体の第１の辺から８ｍｍ以上離れている）よりも第１の辺寄りの位置であり、第１の辺から５ｍｍ以下離れた位置であることが好ましく、第１の辺から０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下離れた位置であればさらに好ましい。リードと集電体との溶接点が第１の辺に近ければ近いほど、リードで生じた熱を集電体へ速やかに逃がすことができる。しかし、リードと集電体との溶接点が第１の辺に近づきすぎると、リードと集電体との溶接強度を確保することが難しくなる。また、リードと集電体との溶接位置を精度良く設定しなければならず、リードと集電体との溶接に時間がかかる。

また、「リードが第１の辺から５ｍｍ以下離れた位置で溶接されている」とは、第１の辺寄りに位置する溶接点の縁と第１の辺との距離が５ｍｍ以下であることを意味する。同じく、「リードが第１の辺から０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下離れた位置で溶接されている」とは、第１の辺寄りに位置する溶接点の縁と第１の辺との距離が０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下であることを意味する。

さらに、電池が非水電解質二次電池である場合には、「電解液」は電解質溶液またはポリマー電解質である。

本発明にかかる電池では、リードは、２箇所以上において露出部分に溶接されており、溶接点のうち第１の辺の最も近くに位置する溶接点の面積は、それ以外の溶接点の面積よりも大きいことが好ましく、例えば２ｍｍ^２以上である。

リードは、通常、複数箇所において集電体に溶接されている。後述のように、今般、本願発明者らは、リードで発生した熱の大部分は複数の溶接点のうち第１の辺に最も近接している溶接点において集電体へ逃げるということを確認している。よって、上記電池では、複数の溶接点の面積が互いに等しい場合に比べて、リードで発生した熱を集電体へ速やかに逃がすことができる。

本発明にかかる電池では、リードは、３箇所以上において露出部分に溶接さており、リードと集電体との溶接点は、リードの長手方向において互いに間隔を開けて配置されており、溶接点のうち第１の辺の最も近くに位置する第１溶接点と、第１溶接点の隣りに位置する第２溶接点との間隔は、それ以外の隣り合う溶接点間の間隔よりも大きい。

ここで、「第１溶接点と第２溶接点との間隔」は、第２溶接点寄りに位置する第１溶接点の縁と第１溶接点寄りに位置する第２溶接点の縁との間隔を意味する。

従来、溶接点の間隔は互いに等間隔である。その場合において、第１溶接点を第１の辺に近接させると、第１溶接点と第２溶接点との間隔はそれ以外の互いに隣り合う溶接点間の間隔よりも大きくなる。

本発明にかかる電池では、第１の辺は、集電体の長手方向に延びており、リードのうち露出部分に当接された部分の長さは、集電体の幅方向における長さの１／３以下であることが好ましい。

本発明にかかる電池では、リードは従来よりも第１の辺に近接する位置において露出部分に溶接されているので（従来では、リードは、集電体の第１の辺から８ｍｍ以上離れた位置において露出部分に溶接されている）、リードのうち露出部分に当接された部分の長さを従来よりも短くすることができる。これにより、電池の低廉化を図ることができる。また、電極群が嵩高くなることを防止できるので、高容量化を図ることができる。

後述の好ましい実施形態では、リードはニッケルからなり、電池はリチウムイオン二次電池である。リードがニッケルからなるので、リードと集電体の露出部分および電極端子との溶接強度を確保することができる。

本発明によれば、外部短絡が発生した場合であっても電池の安全性を確保することができる。

本発明の実施形態を説明する前に、本願発明者らが本願発明を完成させるに至った経緯を説明する。

外部短絡が発生すると、電池の安全性を確保することが難しいということが知られている。そこで、本願発明者らは、外部短絡が生じた場合においても電池の安全性を確保するために、外部短絡が発生しているときに電池内でどのようなことが起こっているのかを調べた。具体的には、円筒型のリチウムイオン二次電池に外部短絡を起こさせ、その電池内部で起こっていることを調べた。その結果、外部短絡が発生しているときには、リード特に負極リードが著しく発熱しているということ、および、負極リードの一部分が負極リードのそれ以外の部分よりも非常に高温になるということが分かった。その理由として、本願発明者らは２つの理由を考えた。図８を用いてその２つの理由を説明する。

図８は、負極リード６の一部分である第１部分６ａ、第２部分６ｂおよび第３部分６ｃを特定するための説明図である。負極リード６は、負極集電体２Ａの露出部分２１から第１の辺２１ａを跨いで負極集電体２Ａの外へ延び、電池ケース１０の内側面と底面との境界において折り曲げられ、さらに電池ケース１０の底面に沿って電池ケース１０の底面における中央部分に向かって延びている。第１部分６ａは、第２部分６ｂと第３部分６ｃとに挟まれた部分であり、負極集電体２Ａの露出部分２１および電池ケース１０の底面に当接されていない部分であり、別の言い方をすると周囲を非水電解質（電解質溶液またはポリマー電解質）で囲まれた部分である。第２部分６ｂは、負極リード６のうち負極集電体２Ａの露出部分２１に当接された部分である。第３部分６ｃは、負極リード６のうち電池ケース１０の底面に当接された部分である。

１つめの理由として、負極リード６が負極リード６以外の電池の構成部材よりも高抵抗であることを考えた。リチウムイオン二次電池では、多くの場合、負極リード６はニッケルからなり、負極集電体２Ａは銅からなり、正極リードおよび正極集電体はアルミニウムからなる。ニッケルは銅よりもアルミニウムよりも比抵抗が高いので、負極リード６は負極集電体２Ａ、正極リードおよび正極集電体よりも高抵抗である。また、ジュール熱は抵抗値に比例する。これにより、リチウムイオン二次電池において外部短絡が発生すると、負極リード６における発熱量が最も多くなるのではないか，と考えた。

２つめの理由としては、第１部分６ａの方が第２部分６ｂおよび第３部分６ｃよりも外部短絡に起因して負極リード６で生じた熱を逃がしにくいのではないかと考えた。第１部分６ａは、非水電解質に囲まれており、負極集電体２Ａの露出部分２１および電池ケース１０には当接されていない。第２部分６ｂは負極集電体２Ａの露出部分２１に当接されており、その一部分は負極集電体２Ａの露出部分２１に溶接されている。第３部分６ｃは電池ケース１０の底面に当接されており、その一部分は電池ケース１０に溶接されている。非水電解質は有機溶液を含んでいるので熱伝導性に優れず、負極集電体２Ａおよび電池ケース１０はともに金属製であるので熱伝導性に優れる。よって、負極リード６において発生した熱は、第２部分６ｂから負極集電体２Ａに逃げやすく、また、第３部分６ｃから電池ケース１０に逃げやすいが、第１部分６ａから逃げ難いのではないか，と考えた。

上記発見およびその発見した事実に対する考察をふまえ、本願発明者らは、負極リード６における発熱量を低減させることができれば、または、第２部分６ｂおよび第３部分６ｃからだけでなく第１部分６ａからも負極リード６において生じた熱を速やかに逃がすことができれば、外部短絡が発生したときの電池の安全性を確保することができるのではないか，と考えた。以下では、初めに、負極リード６における発熱量を低減させることについて本願発明者らが検討したことを記す。

負極リード６における発熱量を低減させる方法として、本願発明者らは、次に示す２つの案を想起した。１つめの案として、負極リード６の材料をニッケルではなく銅に変更するということを考えた。銅はニッケルよりも比抵抗が低いので、負極リード材として銅を使用すれば、負極リード６での発熱量を従来よりも少なく抑えることができる。

しかし、銅は比抵抗が低いために、銅からなる負極リードを負極集電体２Ａの露出部分２１および電池ケース１０に溶接させることは非常に困難である。また、たとえ銅からなる負極リードを負極集電体２Ａの露出部分２１および電池ケース１０に溶接させることができたとしても、その溶接強度を十分に保つことができない。従って、１つめの案を採用することは難しいと考えた。

２つめの案として、負極リード６の材料を変更するのではなく、負極リード６を分厚くするまたは幅広にするということを考えた。負極リード６が分厚くまたは幅広になると、負極リード６の抵抗を低くすることができるので、負極リード６での発熱量を従来よりも少なく抑えることができる。

しかし、負極リード６を分厚くまたは幅広にすると、電極群４の体積が増加する。また、電極群４の真円度が低下するので、電池ケース１０における電極群４の占有率の増加を招来する。よって、負極リード６を分厚くまたは幅広にすると、活物質の充填量を確保することは難しい。従って、２つめの対策を採用することも難しいと考えた。

次に、第２部分６ｂおよび第３部分６ｃからだけでなく第１部分６ａからも負極リード６において生じた熱を速やかに逃がすことについて本願発明者らが検討したことを記す。負極リード６において生じた熱を第１部分６ａからも速やかに逃がす方法として、本願発明者らは、負極リード６において生じた熱を第１部分６ａから第２部分６ｂを経由して負極集電体２Ａへ逃がす、または、その熱を第１部分６ａから第３部分６ｃを経由して電池ケース１０へ逃がすことを考えた。そのために第２部分６ｂおよび第３部分６ｃから熱が逃げる過程を詳細に調べた。

一般に、互いに温度が異なる金属製部材を接触させると、熱は高温の金属製部材から低温の金属製部材へ移動する，ということが知られている。そのため、本願発明者らは、当初、負極リード６で発生した熱は、負極リード６が負極集電体２Ａの露出部分２１に溶接されていなくても負極集電体２Ａの露出部分２１に当接されてさえいれば負極集電体２Ａに逃げ、負極リード６が電池ケース１０に溶接されていなくても電池ケース１０の底面に当接されてさえいれば電池ケース１０に逃げる，と考えていた。しかし、第２部分６ｂおよび第３部分６ｃから熱が逃げる過程を詳細に検討したところ、負極リード６が負極集電体２Ａの露出部分２１または電池ケース１０に当接しているだけでは負極リード６で発生した熱を負極集電体２Ａまたは電池ケース１０に十分に逃がすことができないということが分かった。その理由として本願発明者らが考えたことを、図９および図１０を用いて説明する。

図９は負極リード６が負極集電体２Ａの露出部分２１に溶接された状態を拡大した断面図であり、図１０は負極リード６が電池ケース１０に溶接された状態を拡大した断面図である。

負極リード６と負極集電体２Ａの露出部分２１との溶接点２１１では、負極リード６と負極集電体２Ａの露出部分２１との間には隙間が存在しない。一方、負極リード６と負極集電体２Ａの露出部分２１との非溶接箇所２１５では、負極リード６は負極集電体２Ａの露出部分２１に当接されているだけである。よって、非溶接箇所２１５では、負極リード６と負極集電体２Ａの露出部分２１との間に隙間（図９には誇張して記載している）が存在する場合がある。電池ケース１０内には非水電解質が充填されているので、その隙間には非水電解質Ｓが存在していると考えられる。つまり、非溶接箇所２１５では、負極リード６は、非水電解質Ｓ（熱伝導性に優れない部材）を介在して負極集電体２Ａの露出部分２１の上に配置されているので、負極リード６で生じた熱が第２部分６ｂから負極集電体２Ａへ逃げにくいのではないかと考えた。

同じく、負極リード６と電池ケース１０との溶接点２２１では、負極リード６と電池ケース１０との間には隙間が存在しない。一方、負極リード６と電池ケース１０との非溶接箇所２２５では、負極リード６は電池ケース１０の底面に当接されているに過ぎないので、負極リード６と電池ケース１０との間には隙間（図１０には誇張して記載している）が存在する。よって、非溶接箇所２２５では、負極リード６は非水電解質Ｓを介在して電池ケース１０の底面上に配置されているので、負極リード６で生じた熱が第３部分６ｃから電池ケース１０へ逃げにくいのではないかと考えた。

以上、負極リードの方が正極リードよりも高抵抗な電池において外部短絡が発生したときにその安全性を確保する方法について、本願発明者らが検討した内容を記した。本願発明者らは、さらに、外部短絡が発生したときに正極リードにおいて熱が顕著に発生する場合についても検討した。現状のリチウムイオン二次電池では、多くの場合、負極リードの方が正極リードよりも高抵抗である。しかし、負極リードの抵抗が従来よりも低くなれば、正極リードと負極リードとで抵抗が同一となる可能性もあり、正極リードの方が負極リードよりも高抵抗となる可能性もある。図１１および図１２を用いて以下に示す。

図１１は、第１部分５ａ、第２部分５ｂおよび第３部分５ｃを特定するための説明図である。正極リード５は、正極集電体１Ａの露出部分１１から第１の辺１１ａを跨いで正極集電体１Ａの外へ延び、上部絶縁板７の貫通孔７ａ内を貫通して封口板９の下面まで延びている。第１部分５ａは、第２部分５ｂと第３部分５ｃとに挟まれた部分であり、正極集電体１Ａの露出部分１１および封口板９に当接されていない部分であり、別の言い方をすると周囲を非水電解質で囲まれた部分である。第２部分５ｂは、正極リード５のうち正極集電体１Ａの露出部分１１に当接された部分である。第３部分５ｃは、正極リード５のうち封口板９の下面に当接された部分である。図１２は正極リード５が正極集電体１Ａの露出部分１１に溶接された状態を拡大した断面図である。

正極リード５の第２部分５ｂは正極集電体１Ａの露出部分１１に当接され、第３部分５ｃは封口板９に当接されている。しかし、それ以外の部分（第１部分５ａ）は、周囲を非水電解質で囲まれており、正極集電体１Ａの露出部分１１および封口板９に当接されていない。そのため、正極リード５において発熱が顕著に起こった場合には、第１部分５ａでは第２部分５ｂおよび第３部分５ｃよりも熱が逃げずにこもってしまうのではないか，と考えられる。また、正極リード５と正極集電体１Ａの露出部分１１との非溶接箇所１１５では、正極リード５と正極集電体１Ａの露出部分１１との間に非水電解質Ｓが存在していると考えられるので、正極リード５で生じた熱が正極集電体１Ａの露出部分１１に逃げにくいと考えられる。

以上をまとめると、本願発明者らは、外部短絡が発生しているときに電池内での挙動を詳細に調べたところ、正極リード５および負極リード６のうち高抵抗なリードにおいて顕著な発熱が起こっていること、および、その高抵抗なリードのうち集電体の露出部分および電極端子に当接されていない部分（正極リード５の第１部分５ａまたは負極リード６の第１部分６ａ）の温度が極めて高くなることを発見した。さらに、本願発明者らは、発見した事実に対して詳細に考察したところ、リードを集電体の露出部分または電極端子（正極端子もしくは負極端子）に当接させるだけではリードで生じた熱を集電体または電極端子に逃がすことは難しいということを発見した。本願発明者らは、これらをふまえて、本願発明を完成させた。

リードは、電池から電流を取り出すための部材であり、二次電池では電流の取り出しに加えて電流を電池に供給するための部材である。そのため、従来では、リードはある一定以上の強度でもって集電体の露出部分に溶接されていれば良いと考えられており、リードと集電体との溶接位置が最適化されたことはなく、リードと集電体との溶接位置を最適化させるという技術思想が想起されたことすらなかった。しかし、今般、本願発明者らは、外部短絡が起こっているときにはリードにおいて発熱が起こっているということを発見した。また、発見した事実に対して詳細に考察したところ、リードを集電体の露出部分または電極端子に当接させるだけではリードで生じた熱を集電体または電極端子に十分に逃がすことはできず、リードと集電体の露出部分または電極端子とを溶接させて初めてリードで生じた熱を集電体または電極端子に十分に逃がすことができるということを発見した。さらに詳細に考察したところ、リードと集電体の露出部分との溶接位置を最適化すれば外部短絡が発生した場合における電池の安全性を確保することができると考え、リードと集電体の露出部分との最適な溶接位置を突き止めた。このように、本願発明は、外部短絡が起こっているときにリードで発熱が起こっているということを発見し、さらに、その熱の大部分はリードのうち集電体の露出部分および電極端子に溶接されている部分から逃げるということを発見したからこそ、完成された発明である。この発見がなければリードと集電体の露出部分との溶接位置を詳細に検討するということすら想起されず、よって、リードと集電体の露出部分との溶接位置を詳細に検討した上でその溶接位置を最適化させるということを思いつくはずがない。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されない。例えば、以下に示す実施形態ではリチウムイオン二次電池（以下、「電池」と記す場合がある）について説明するが、本発明はリチウムイオン二次電池に限定されない。

《発明の実施形態１》
図１は、一般的な捲回式円筒型のリチウムイオン二次電池の断面図である。

捲回式円筒型のリチウムイオン二次電池は、電極群４を備えている。電極群４は、正極１と、正極１に対向して配置された負極２と、正極１と負極２との間に介在され且つ正極１と負極２とが直接接触することを防ぐ多孔質のセパレータ（多孔質絶縁層）３とを有し、正極１と負極２とがセパレータ３を介して捲回されて形成されている。このような電極群４は、リチウムイオン伝導性を有する非水電解質（図示せず）とともに鉄製の電池ケース１０の内部に収容されている。電池ケース１０の内部では、電極群４は上部絶縁板７と下部絶縁板８とに挟まれており、非水電解質はセパレータ３に含浸されている。電池ケース１０には開口部が形成されており、この開口部は絶縁体を介して封口板９により封じられている。

正極１は、正極集電体１Ａと正極活物質層１Ｂとを有している。正極集電体１Ａは、導電性に優れた板または箔であり、例えばアルミニウムからなる。正極活物質層１Ｂは、正極活物質（例えばニッケル複合酸化物）を含んでおり、正極集電体１Ａの長手方向の一部分を露出するように正極集電体１Ａの表面に設けられている。このとき、正極活物質層１Ｂは、正極集電体１Ａの両表面に設けられていても良いし、正極集電体１Ａの片方の表面に設けられていても良い。正極集電体１Ａの表面のうち正極活物質層１Ｂから露出する部分（正極集電体の露出部分）には、例えばアルミニウムからなる正極リード５が電気的に接続されている。

正極リード５は、正極集電体１Ａの露出部分および封口板９に溶接されている。このような正極リード５は、正極集電体１Ａの露出部分から第１の辺１１ａを跨いで正極集電体１Ａの外へ延び、上部絶縁板７の貫通孔７ａ内を通って封口板９まで延びている。なお、第１の辺１１ａは、正極集電体１Ａの露出部分を構成する辺のうち正極集電体１Ａの長手方向に延びる辺のうちのどちらか一方であり、図１では正極集電体１Ａの上辺である。

負極２は、負極集電体２Ａと負極活物質層２Ｂとを有している。負極集電体２Ａは、導電性に優れた板または箔であり、例えば銅からなる。負極活物質層２Ｂは、負極活物質（例えば炭素）を含んでおり、負極集電体２Ａの長手方向の一部分を露出するように負極集電体２Ａの表面に設けられている。このとき、負極活物質層２Ｂは、負極集電体２Ａの両表面に設けられていても良いし、負極集電体２Ａの片方の表面に設けられていても良い。負極集電体２Ａの表面のうち負極活物質層２Ｂから露出する部分（負極集電体の露出部分）２１には、例えばニッケルからなる負極リード６が電気的に接続されている。

負極リード６は、負極集電体２Ａの露出部分２１および電池ケース１０の底面における中央部分に溶接されている。このような負極リード６は、負極集電体２Ａの露出部分２１から第１の辺２１ａを跨いで負極集電体２Ａの外へ延び、電池ケース１０の内側面と底面との境界において曲げられて電池ケース１０の底面に沿ってその底面の中央まで延びている。なお、第１の辺２１ａは、負極集電体２Ａの露出部分２１を構成する辺のうち負極集電体２Ａの長手方向に延びる辺のうちのどちらか一方であり、図１では負極集電体２Ａの下辺である。

本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池において外部短絡が発生すると、負極リード６の方が正極リード５よりも高抵抗であるので負極リード６で顕著な発熱が起こると予想される。負極リード６は、上述のように負極集電体２Ａの露出部分２１に溶接されており、電池ケース１０の底面に溶接されている。上述の検討結果から、負極リード６で生じた熱の大部分は、負極リード６と負極集電体２Ａの露出部分２１との溶接点において負極集電体２Ａに逃げ、負極リード６と電池ケース１０との溶接点において電池ケース１０に逃げる（負極リード６で生じた熱の若干は、負極リード６と負極集電体２Ａの露出部分２１との非溶接箇所において負極集電体２Ａまたはその周囲の非水電解質へ逃げ、負極リード６と電池ケース１０との非溶接箇所において電池ケース１０またはその周囲の非水電解質へ逃げる，と予想される）。以下では、図２および図３を用いて、負極リード６と負極集電体２Ａの露出部分２１との溶接点について従来と比較しながら説明する。図２および図３はどちらも負極リード６が負極集電体２Ａの露出部分２１に溶接された状態を示す平面図であるが、図２は従来図であり、図３は本実施形態における図である。

従来では、図２に示すように、負極リード６は複数点において負極集電体２Ａの露出部分２１に溶接されており、各溶接点２１１は一定以上の面積を有している。これにより、負極リード６と負極集電体２Ａの露出部分２１との溶接強度を確保することができ、また、負極リード６と負極集電体２Ａとの導電性を確保することができる。このように、従来では、負極リード６と負極集電体２Ａの露出部分２１との溶接強度を確保することができるように、また、負極リード６と負極集電体２Ａとの導電性を確保することができるように、負極リード６と負極集電体２Ａの露出部分２１とを溶接させればよいと考えられていた。なお、溶接方法としては抵抗溶接または超音波溶接など特に限定されることなく公知の溶接方法を使用することができ、また、かしめにより負極集電体と負極リードとが接合されても良い。

一方、本実施形態では、負極リード６は、図３に示すように、従来に比べて負極集電体２Ａの第１の辺２１ａに近接する位置において負極集電体２Ａの露出部分２１に溶接されている。別の言い方をすると、負極リード６は、従来よりも第１部分６ａ寄りにおいて負極集電体２Ａの露出部分２１に溶接されている。さらに言い換えると、負極リード６と負極集電体２Ａの露出部分２１との溶接点２０１，２０２，２０３と第１部分６ａとの距離は従来よりも短くなる。よって、本実施形態では、外部短絡に起因して負極リード６において著しい発熱が起こっても、その熱を第１部分６ａから負極リード６と負極集電体２Ａの露出部分２１との溶接点２０１，２０２，２０３へ従来よりも速やかに移動させることができ、従って、その熱を従来よりも速やかに負極集電体２Ａへ逃がすことができる。これにより、負極リード６で生じた熱が第１部分６ａにこもることを防止することができる。

負極リード６と負極集電体２Ａの露出部分２１との溶接点が負極集電体２Ａの第１の辺２１ａに近ければ近いほど、負極リード６で生じた熱を速やかに負極集電体２Ａに逃がすことができる。しかし、その溶接点が負極集電体２Ａの第１の辺２１ａに近すぎると、負極リード６と負極集電体２Ａの露出部分２１とを一定以上の強度で溶接させることが難しい。仮に負極リード６と負極集電体２Ａとを一定以上の強度で溶接させることができたとしても、負極リード６と負極集電体２Ａの露出部分２１とを溶接させる位置を精度良く設定した上で負極リード６と負極集電体２Ａの露出部分２１とを溶接させる必要があり、負極リード６と負極集電体２Ａの露出部分２１との溶接に時間がかかる。これらをふまえると、負極リード６は、負極集電体２Ａの第１の辺２１ａから５ｍｍ以下離れた位置において負極集電体２Ａの露出部分２１に溶接されていることが好ましく、負極集電体２Ａの第１の辺２１ａから０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下離れた位置において負極集電体２Ａの露出部分２１に溶接されていることが更に好ましい。因みに、従来では、負極リードは、負極集電体の第１の辺から８ｍｍ以上離れた位置において負極集電体の露出部分に溶接されていた。

実際、負極リード６は、負極集電体２Ａの露出部分２１との溶接強度を確保するために、複数箇所において負極集電体２Ａの露出部分２１に溶接されており、本実施形態では図３に示すように３箇所において負極集電体２Ａの露出部分２１に溶接されている。本明細書では、便宜上、最も負極集電体２Ａの第１の辺２１ａ寄りに配置された溶接点を第１溶接点２０１とし、負極集電体２Ａの第１の辺２１ａから遠ざかる順に第２溶接点２０２および第３溶接点２０３とする。本願発明者らは、各溶接点における熱の逃げ度合いを調べ、負極リード６において生じた熱の多くが第１溶接点２０１において負極集電体２Ａに逃げることを確認している。従って、本実施形態における負極２では、第１溶接点２０１が従来よりも負極集電体２Ａの第１の辺２１ａに近接して配置されていればよく、具体的には、第１溶接点２０１が負極集電体２Ａの第１の辺２１ａから５ｍｍ以下離れていることが好ましく、第１溶接点２０１が負極集電体２Ａの第１の辺２１ａから０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下離れていればさらに好ましい。第２溶接点２０２および第３溶接点２０３などの第１溶接点２０１以外の溶接点は、従来と同じ位置に配置されていても良く、従来よりも負極集電体２Ａの第１の辺２１ａに近接した位置に配置されていても良く、従来よりも負極集電体２Ａの第１の辺２１ａから遠ざかる位置に配置されていても良い。

以上説明したように、負極リード６が従来よりも負極集電体２Ａの第１の辺２１ａに近接する位置において負極集電体２Ａの露出部分２１に溶接されていると、負極リード６で生じた熱を速やかに負極集電体２Ａに逃がすことができる。また、負極リード６はニッケルからなるので、負極リード６と負極集電体２Ａの露出部分２１および電池ケース１０との溶接強度を確保することができる。さらに、次に示す２つの効果を得ることもできる。

１つめの効果は、リチウムイオン二次電池の低廉化および高容量化を図ることができるということである。負極リード６が従来よりも負極集電体２Ａの第１の辺２１ａに近接する位置において負極集電体２Ａの露出部分２１に溶接されると、別の言い方をすると、第１溶接点２０１と負極集電体２Ａの第１の辺２１ａとの距離が従来よりも短くなれば、負極リード６のうち負極集電体２Ａの露出部分２１に当接される部分の長さを従来よりも短くすることができる。例えば、負極リード６のうち負極集電体２Ａの露出部分２１に当接される部分の長さを負極集電体２Ａの幅方向における長さの１／３以下にすることができる。よって、負極リード６の長さを従来よりも短くすることができる。これにより、リチウムイオン二次電池のコストを下げることができる。また、負極リード６のうち負極集電体２Ａの露出部分２１に当接される部分の長さが従来よりも短くなると、電極群４が嵩高くなることを防止できるので、活物質の充填量を増加させることができる。これにより、リチウムイオン二次電池の高容量化を図ることができる。

２つめの効果は、高容量且つ高出力なリチウムイオン二次電池の安全性を確保することができ、また、高容量且つ高出力なリチウムイオン二次電池において外部短絡が発生したときであってもその安全性を確保することができるということである。リチウムイオン二次電池の高容量化および高出力化を図ると、リチウムイオン二次電池には大電流が流れるので、外部短絡の発生有無に関係なく負極リードには大電流が流れる。このような高容量且つ高出力なリチウムイオン二次電池においても、負極リード６が従来よりも負極集電体２Ａの第１の辺２１ａに近接する位置において負極集電体２Ａの露出部分２１に溶接されていれば、負極リード６で生じた熱を負極集電体２Ａに速やかに逃がすことができる。これにより、高容量且つ高出力なリチウムイオン二次電池の安全性を確保することができる。

さらに、高容量且つ高出力なリチウムイオン二次電池において外部短絡が発生すると、高容量且つ高出力なリチウムイオン二次電池において外部短絡が発生していないときに比べてさらに大きな電流が負極リードに流れる。この場合であっても、負極リード６が従来よりも負極集電体２Ａの第１の辺２１ａに近接する位置において負極集電体２Ａの露出部分２１に溶接されていれば、負極リード６で生じた熱を負極集電体２Ａに速やかに逃がすことができる。これにより、高容量且つ高出力なリチウムイオン二次電池において外部短絡が発生したときであってもその安全性を確保することができる。

第１溶接点２０１と負極集電体２Ａの第１の辺２１ａとの距離は５ｍｍ以下であることが好ましいが、隣り合う溶接点の間隔（例えば第１溶接点２０１と第２溶接点２０２との間隔）は特に限定されない。従来と同じように第１溶接点２０１、第２溶接点２０２および第３溶接点２０３が互いに等間隔に配置されていても良い。また、第２溶接点２０２および第３溶接点２０３を従来と同じ位置に配置して第１溶接点２０１を従来よりも負極集電体２Ａの第１の辺２１ａに近接させれば、図４に示すように第１溶接点２０１と第２溶接点２０２との間隔（ｄ_１）が第２溶接点２０２と第３溶接点２０３との間隔（ｄ_２）よりも広くなる。

各溶接点の面積については、負極リード６と負極集電体２Ａの露出部分２１との溶接強度を確保でき、また、負極リード６と負極集電体２Ａとの導電性を確保できる程度に大きければよい。しかし、負極リード６で生じた熱の多くが第１溶接点２０１において負極集電体２Ａに逃げることに着目すると、図５に示すように第１溶接点２０１の面積が第１溶接点２０１以外の溶接点（第２溶接点２０２および第３溶接点２０３）の面積よりも大きい方が好ましい。これにより、各溶接点の面積が互いに等しい場合に比べて負極リード６で生じた熱をより速やかに負極集電体２Ａへ逃がすことができる。また、溶接点の面積が大きければ溶接点における抵抗を小さくすることができるので、第１溶接点２０１の面積が第１溶接点２０１以外の溶接点の面積よりも大きければ、第１溶接点２０１において発生するジュール熱量を小さく抑えることができる。具体的には、第１溶接点２０１の面積が２ｍｍ^２以上であればよい。

以上説明したように、本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池では、外部短絡の発生に起因して負極リード６が発熱した場合であっても、その熱を負極集電体２Ａへ速やかに逃がすことができる。よって、本実施形態では、外部短絡が発生したときに極めて高温な部分が負極リード６に形成されることを防止できるので、外部短絡が発生した場合における安全性を確保することができる。

また、本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池では、負極リード６はニッケルからなるので、負極リード６と負極集電体２Ａの露出部分２１および電池ケース１０との溶接強度を確保することができる。つまり、本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池は、負極リード６と負極集電体２Ａの露出部分２１および電池ケース１０との溶接強度を確保しつつ、外部短絡が発生した場合における安全性を確保することができる。

さらに、本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池では、負極リード６が従来よりも負極集電体２Ａの第１の辺２１ａに近接する位置において負極集電体２Ａの露出部分２１に溶接されているので、負極リード６を短くすることができる。よって、本実施形態では、低コスト且つ高容量なリチウムイオン二次電池を提供することができる。

その上、本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池では、負極リード６に大電流が流れた場合に極めて高温な部分が負極リード６に形成されることを防止できるので、高容量且つ高出力なリチウムイオン二次電池の安全性を確保できる。また、高容量且つ高出力なリチウムイオン二次電池が外部短絡を起こした場合であっても、負極リード６において生じた熱を負極集電体２Ａに速やかに逃がすことができる。このように、負極リード６を従来よりも負極集電体２Ａの第１の辺２１ａに近接する位置において負極集電体２Ａの露出部分２１に溶接するということは、高容量且つ高出力なリチウムイオン二次電池に適用した際に有効である。

以上、本実施形態にかかる電池を説明したが、負極リード６を従来よりも第１部分６ａ寄りの位置において電池ケース１０の底面に溶接しても本実施形態で説明した効果と同様の効果を得ることができる，と考えられる。しかし、電極群４の中空部内および下部絶縁板８の貫通孔８ａ内に溶接棒（不図示）を挿入しその溶接棒を用いて負極リード６を電池ケース１０の底面に溶接させるので、負極リード６と電池ケース１０の底面との溶接点を第１部分６ａ寄りに移動させることは難しい。

以下では、正極集電体１Ａ、正極活物質層１Ｂ、セパレータ３、非水電解質、負極集電体２Ａおよび負極活物質層２Ｂの材料を順に列挙する。

正極集電体１Ａの材料としては、アルミニウム（Ａｌ）、炭素または導電性樹脂を用いることができる。正極集電体１Ａの材料としてアルミニウムまたは導電性樹脂を用いた場合には、正極集電体１Ａの表面が炭素で処理されていても良い。

正極活物質層１Ｂには、正極活物質が含まれている。正極活物質としては、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２またはＬｉ_２ＭｎＯ_４を単体で用いても良く、これらのうちの２つ以上を用いても良く、リチウムを含む複合酸化物を用いればよい。リチウムを含む複合酸化物としては、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２およびＬｉ_２ＭｎＯ_４以外には、ＬｉＭＰＯ_４（Ｍ＝Ｖ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ）の一般式で表されるオリビン型リン酸リチウムまたはＬｉ_２ＭＰＯ_４Ｆ（Ｍ＝Ｖ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ）の一般式で表されるフルオロリン酸リチウムなどを使用することができる。また、正極活物質としては、上記リチウムを含む複合酸化物を構成する金属元素の一部が別の金属元素で置換されたものを使用しても良い。さらには、正極活物質としては、上記リチウムを含む複合酸化物が金属酸化物、リチウム酸化物または導電剤などにより表面処理されたものであっても良く、上記リチウムを含む複合酸化物が疎水処理されたものであっても良い。

正極活物質層１Ｂは、正極活物質以外に導電剤および結着剤を含んでいる。導電剤としては、天然黒鉛もしくは人造黒鉛のグラファイト類；アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラックもしくはサーマルブラックなどのカーボンブラック類；炭素繊維もしくは金属繊維などの導電性繊維；フッ化カーボン；アルミニウムなどの金属粉末；酸化亜鉛もしくはチタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー類；酸化チタンなどの導電性金属酸化物；フェニレン誘導体などの有機導電性材料を用いることができる。

結着剤としては、例えばＰＶＤＦ（poly(vinylidene fluoride)）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリルニトリル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチルエステル、ポリアクリル酸エチルエステル、ポリアクリル酸ヘキシルエステル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチルエステル、ポリメタクリル酸エチルエステル、ポリメタクリル酸ヘキシルエステル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリエーテル、ポリエーテルサルフォン、ヘキサフルオロポリプロピレン、スチレンブタジエンゴムまたはカルボキシメチルセルロースなどの重合体を使用可能である。結着剤として、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル、フッ化ビニリデン、クロロトリフルオロエチレン、エチレン、プロピレン、ペンタフルオロプロピレン、フルオロメチルビニルエーテル、アクリル酸およびヘキサジエンより選択された２種以上の材料の共重合体を使用することもできる。結着剤として、上記重合体および上記共重合体から選択された２種以上を混合して使用することもできる。

非水電解質としては、有機溶媒に溶質が溶解された電解質溶液、または、高分子により電解質溶液が非流動化されたいわゆるポリマー電解質を使用することができる。非水電解質として少なくとも電解質溶液を用いる場合には、正極１と負極２との間に、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、アミドイミド、ポリフェニレンサルファイドもしくはポリイミドなどからなる不織布または微多孔膜などのセパレータ３を設け、このセパレータに電解質溶液を含浸させることが好ましい。また、セパレータ３の内部あるいは表面に、アルミナ、マグネシア、シリカまたはチタニアなどの耐熱部材が設けられていても良い。セパレータ３とは別に、上記耐熱部材と、正極１および負極２に設けられた結着剤と同様の結着剤とから構成される耐熱層が設けられていても良い。

非水電解質の材料としては、各活物質の酸化還元電位などを基に選択される。非水電解質に用いるのが好ましい溶質としては、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｌＣｌ_４、ＬｉＳｂＦ_６、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＮＣＦ_３ＣＯ_２、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＢ_１０Ｃｌ_１０、低級脂肪族カルボン酸リチウム、ＬｉＦ、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、クロロボランリチウム、ビス（１，２−ベンゼンジオレート（２−）−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウム、ビス（２，３−ナフタレンジオレート（２−）−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウム、ビス（２，２’−ビフェニルジオレート（２−）−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウム、ビス（５−フルオロ−２−オレート−１−ベンゼンスルホン酸−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウムなどのホウ酸塩類、（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２ＮＬｉ、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）（Ｃ_４Ｆ_９ＳＯ_２）、（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２ＮＬｉまたはテトラフェニルホウ酸リチウムなどを使用することができ、一般にリチウムイオン二次電池で使用されている塩類を適用できる。

さらに、上記塩を溶解させる有機溶媒としては、エチレンカーボネート（ＥＣ：Ethylene carbonate）、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、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ：dimethyl carbonate）、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ：ethyl methyl carbonate）、ジプロピルカーボネート、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、ジメトキシメタン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、１，２−ジエトキシエタン、１，２−ジメトキシエタン、エトキシメトキシエタン、トリメトキシメタン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロフラン誘導体（例えば２−メチルテトラヒドロフラン）、ジメチルスルホキシド、ジオキソラン誘導体（例えば１，３−ジオキソランまたは４−メチル−１，３−ジオキソラン）、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、プロピルニトリル、ニトロメタン、エチルモノグライム、リン酸トリエステル、酢酸エステル、プロピオン酸エステル、スルホラン、３−メチルスルホラン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、３−メチル−２−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、エチルエーテル、ジエチルエーテル、１，３−プロパンサルトン、アニソールもしくはフルオロベンゼンなどの１種またはそれらの２種以上の混合物などを用いることができ、一般にリチウムイオン二次電池で使用されている溶媒を適用できる。

さらに、上記塩を溶解させる有機溶媒は、ビニレンカーボネート、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、ジフェニルエーテル、ビニルエチレンカーボネート、ジビニルエチレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネート、ジアリルカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、カテコールカーボネート、酢酸ビニル、エチレンサルファイト、プロパンサルトン、トリフルオロプロピレンカーボネート、ジベニゾフラン、２，４−ジフルオロアニソール、ｏ−ターフェニルまたはｍ−ターフェニルなどの添加剤を含んでいてもよい。

また、非水電解質としては、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリホスファゼン、ポリアジリジン、ポリエチレンスルフィド、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデンもしくはポリヘキサフルオロプロピレンなどの高分子材料の１種またはそれらの２種以上の混合物などに上記溶質が混合された固体電解質を使用することもできる。また、非水電解質としては、上記高分子材料に上記有機溶媒が混合されたゲル状を使用することもできる。さらに、リチウム窒化物、リチウムハロゲン化物、リチウム酸素酸塩、Ｌｉ_４ＳｉＯ_４、Ｌｉ_４ＳｉＯ_４−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ_３ＰＯ_４−Ｌｉ_４ＳｉＯ_４、Ｌｉ_２ＳｉＳ_３、Ｌｉ_３ＰＯ_４−Ｌｉ_２Ｓ−ＳｉＳ_２または硫化リン化合物などの無機材料を固体電解質として用いてもよい。非水電解質としてゲル状の非水電解質を用いる場合、ゲル状の非水電解質は、セパレータ３の代わりに正極１と負極２との間に設けられていても良く、セパレータ３に隣接するように設けられていても良い。

負極集電体２Ａとしては、ステンレス鋼、ニッケル、銅またはチタンなどの金属箔を用いても良く、炭素または導電性樹脂の薄膜などを用いても良い。また、これらの金属箔または薄膜は、カーボン、ニッケルまたはチタンなどで表面処理されても良い。

負極活物質層２Ｂには、負極活物質が含まれている。負極活物質としては、炭素材料（例えば各種天然黒鉛もしくは人造黒鉛）、Ｓｉを含む物質（例えばＳｉ単体、Ｓｉ合金もしくはＳｉＯ_x（０＜ｘ＜２）など）、Ｓｎを含む物質（例えばＳｎ単体、Ｓｎ合金もしくはＳｎＯなど）またはリチウム金属などを用いることができる。リチウム金属には、リチウム単体のほかに、Ａｌ、ＺｎまたはＭｇなどを含むリチウム合金が含まれる。負極活物質としては、上記のうちの１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

負極活物質層２Ｂは、負極活物質以外に結着剤を含んでいる。この結着剤としては、正極活物質層に含まれる結着剤と同一ものを使用することができる。

《発明の実施形態２》
実施形態２にかかる電池では、正極リード５の方が負極リード６よりも高抵抗である。

図６は、本実施形態において正極リード５が正極集電体１Ａの露出部分１１に溶接された状態を示す平面図である。

本実施形態における正極リード５は、従来よりも正極集電体１Ａの第１の辺１１ａに近接する位置において正極集電体１Ａの露出部分１１に溶接されており、別の言い方をすると、従来よりも第１部分５ａに近接する位置において正極集電体１Ａの露出部分１１に溶接されている。

本実施形態におけるリチウムイオン二次電池において外部短絡が発生すると、正極リード５および負極リード６で発熱が起こる。本実施形態では、正極リード５の方が負極リード６よりも高抵抗であるので、正極リード５において著しい発熱が起こると予想される。しかし、本実施形態では、正極リード５は、従来よりも第１部分５ａ寄りにおいて正極集電体１Ａの露出部分１１に溶接されている。よって、外部短絡に起因して正極リード５において著しい発熱が起こっても、その熱を第１部分５ａから正極リード５と正極集電体１Ａの露出部分１１との溶接点１０１，１０２，１０３へ従来よりも速やかに移動させることができ、従って、その熱を正極集電体１Ａへ従来よりも速やかに逃がすことができる。これにより、正極リード５で生じた熱が第１部分５ａにこもることを防止することができる。

本実施形態では、上記実施形態１と同じく、正極リード５と正極集電体１Ａの露出部分１１との溶接点１０１，１０２，１０３のうち最も第１の辺１１ａ寄りに位置する溶接点（第１溶接点）１０１において、正極リード５で生じた熱の大部分が正極集電体１Ａへ逃げる。よって、その第１溶接点１０１と第１の辺１１ａとの間隔、互いに隣り合う溶接点間の間隔および各溶接点の面積は、上記実施形態１に記載した通りであればよい。つまり、第１溶接点１０１は、従来における第１溶接点１１１よりも第１の辺１１ａ寄りであり、第１の辺１１ａから５ｍｍ以下離れていれば良く、第１の辺１１ａから０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下離れていればさらに良い。また、隣り合う溶接点間の間隔が互いに同一であっても良く、第１溶接点１０１と第２溶接点１０２との間隔の方が第２溶接点１０２と第３溶接点１０３との間隔よりも広くてもよい。さらには、各溶接点の面積は互いに同一であっても良く、第１溶接点１０１の面積が最大であっても良い。

《その他の実施形態》
上記実施形態１および２は、以下に示す構成を備えていても良い。

上記実施形態１および２では、円筒型捲回式リチウムイオン二次電池に適用した例を示したが、角型リチウムイオン二次電池にも適用することができる。角型リチウムイオン二次電池において外部短絡が発生した場合、リードで生じた熱はリードのうち集電体の露出部分および電極端子に当接されていない部分においてこもりやすいと考えられるので、リードを従来よりも第１の辺に近接する位置において集電体に溶接させればよい。なお、角型リチウムイオン二次電池に設けられた電極群では、正極と負極とがセパレータを介して捲回されていても良く、正極と負極とがセパレータを介して積層されていても良い。

上記実施形態１および２における正極では、正極集電体の露出部分が２つ以上設けられており、正極集電体の露出部分のそれぞれに１本の正極リードが溶接されていてもよい。同じく、負極では、負極集電体の露出部分は２つ以上設けられており、負極集電体の露出部分のそれぞれに１本の負極リードが溶接されていてもよい。

上記実施形態１における正極リードは、従来と略同一の位置において正極集電体の露出部分に溶接されていても良く、上記実施形態２で説明したように従来よりも正極集電体の第１の辺に近接する位置において正極集電体の露出部分に溶接されていても良い。後者の場合には、前者の場合に比べて、外部短絡が発生したときの電池の安全性をさらに確保することができる。

同じく、上記実施形態２における負極リードは、従来と略同一の位置において負極集電体の露出部分に溶接されていても良く、上記実施形態１で説明したように従来よりも負極集電体の第１の辺に近接する位置において負極集電体の露出部分に溶接されていても良い。後者の場合には、前者の場合に比べて、外部短絡が発生したときの電池の安全性をさらに確保することができる。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、ここで述べる内容は本発明の例示に過ぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。
−リチウムイオン二次電池の製造方法−
《実施例１》
（ａ）正極の作製
双腕式練合機を用いて、コバルト酸リチウム（正極活物質）３ｋｇと、呉羽化学（株）製の「＃１３２０（商品名）」（ＰＶＤＦを１２重量％含むＮＭＰ（(N-methylpyrrolidone）溶液：正極の結着剤）１ｋｇと、アセチレンブラック（導電剤）９０ｇと、適量のＮＭＰとを攪拌させた。これにより、正極合剤スラリーを調製した。

この正極合剤スラリーをアルミニウム箔（厚みが１５μｍ：正極集電体）の両面に塗布した。このとき、アルミニウム箔のうち正極リードが溶接される部分（正極集電体の露出部分）には、正極合剤スラリーを塗布しなかった。正極合剤スラリーを乾燥させ、アルミニウム箔の両面に正極合剤スラリーが塗布された積層体を得た。この積層体をローラにより圧延させ、アルミニウム箔の両面に正極合剤層が形成された正極板を作製した。なお、圧延時には、正極板の厚みを１６０μｍに制御した。

その後、作製された正極板を円筒型電池（直径が１８ｍｍ、長さが６５ｍｍ）の電池ケースに挿入可能な幅（５６ｍｍ）に裁断して、正極を作製した。それから、アルミニウム箔のうち正極リードが溶接される部分にアルミニウムからなる正極リード（幅が３ｍｍ、厚さが０．１ｍｍ）を５０ｍｍ重ねて配置した。そして、電極棒（面積が３ｍｍ^２：この面積が溶接点の面積となる）を用いて、正極集電体の第１辺から５ｍｍ，２０ｍｍおよび３５ｍｍ離れた位置において正極リードをアルミニウム箔に溶接させた。

（ｂ）負極の作製
双腕式練合機を用いて、人造黒鉛（負極活物質）３ｋｇと、日本ゼオン（株）製の「ＢＭ−４００Ｂ（商品名）」（スチレン−ブタジエン共重合体の変性体を４０重量％含む水性分散液：負極の結着剤）７５ｇと、ＣＭＣ（carboxymethyl cellulose：増粘剤）を３０ｇと、適量の水とを攪拌させた。これにより、負極合剤スラリーを調製した。

この負極合剤スラリーを銅箔（厚みが１０μｍ：負極集電体）の両面に塗布した。このとき、銅箔のうち負極リードが溶接される部分（負極集電体の露出部分）には、負極合剤スラリーを塗布しなかった。負極合剤スラリーを乾燥させ、銅箔の両面に負極合剤スラリーが塗布された積層体を得た。この積層体をローラにより圧延させ、銅箔の両面に負極合剤層が形成された負極板を作製した。なお、圧延時には、負極板の厚みを１８０μｍに制御した。

その後、作製された負極板を円筒型電池の上記電池ケースに挿入可能な幅（５７ｍｍ）に裁断して、負極を作製した。それから、銅箔のうち負極リードが溶接される部分にニッケルからなる負極リード（幅が３ｍｍ、厚さが０．１ｍｍ）を５０ｍｍ重ねて配置した。そして、電極棒（面積が３ｍｍ^２：この面積が溶接点の面積となる）を用いて、負極集電体の第１辺から１ｍｍ，１７．３ｍｍおよび３３．７ｍｍ離れた位置において負極リードをニッケル箔に溶接させた。

（ｃ）非水電解質の調製
エチレンカーボネート（ＥＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ：ethyl methyl carbonate）とを体積比３：７で含む非水溶媒の混合物に、ＬｉＰＦ_６を１ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させた。得られた溶液１００重量部あたりにビニレンカーボネート（ＶＣ：vinylene carbonate）を３重量部添加し、非水電解質を得た。

（ｄ）電池の作製
以下の要領で円筒型電池を作製した。

厚み２０μｍのポリエチレンからなる微多孔質膜（旭化成(株）製）を介して正極と負極とを配置し、正極リードが内周側に配置され負極リードが外周側に配置されるように正極、セパレータおよび負極を捲回した。これにより、円柱状の電極群を構成した。

次に、電極群の底部に下部絶縁板を重ねて配置し、電極群を電池ケースに挿入した。挿入した電極群の上に上部絶縁板を配置し、負極リードの他端（負極集電体の露出部分に溶接されていない負極リードの端）を電池缶の底面に溶接した後、電池ケースに凹み加工を施した。

次いで、上記の非水電解質５ｇを電池ケース内に注入した。その後、電極群に非水電解質を含浸させた。すなわち、電極群の表面に非水電解質の残渣が確認できなくなるまで、電極群を１３３Ｐａの減圧下に放置した。

次いで、正極リードの他端（正極集電体の露出部分に溶接されていない正極リードの端）を封口板の下面に溶接した。

その後、電池ケースに封口板を挿入し、かしめ成型を行って円筒型リチウムイオン二次電池を完成させた。この電池の設計容量は２２００ｍＡｈであった。

《実施例２》
負極集電体の第１辺から２ｍｍ，１８ｍｍおよび３４ｍｍ離れた位置において負極リードをニッケル箔に溶接させたこと以外は、実施例１と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。

《実施例３》
負極集電体の第１辺から３ｍｍ，１８．７ｍｍおよび３４．３ｍｍ離れた位置において負極リードをニッケル箔に溶接させたこと以外は、実施例１と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。

《実施例４》
負極集電体の第１辺から４ｍｍ，１９．３ｍｍおよび３４．７ｍｍ離れた位置において負極リードをニッケル箔に溶接させたこと以外は、実施例１と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。

《実施例５》
負極集電体の第１辺から５ｍｍ，２０ｍｍおよび３５ｍｍ離れた位置において負極リードをニッケル箔に溶接させたこと以外は、実施例１と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。

《比較例１》
負極集電体の第１辺から８ｍｍ，２２ｍｍおよび３６ｍｍ離れた位置において負極リードをニッケル箔に溶接させたこと以外は、実施例１と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。

《比較例２》
負極集電体の第１辺から１０ｍｍ，２３．３ｍｍおよび３６．７ｍｍ離れた位置において負極リードをニッケル箔に溶接させたこと以外は、実施例１と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。

《比較例３》
負極集電体の第１辺から１５ｍｍ，２６．７ｍｍおよび３８．３ｍｍ離れた位置において負極リードをニッケル箔に溶接させたこと以外は、実施例１と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。

《実施例６》
負極リードと負極集電体とを溶接させる際に使用する電極棒の面積（この面積が溶接点の面積となる）を１ｍｍ^２としたこと以外は、実施例３と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。

《実施例７》
負極リードと負極集電体とを溶接させる際に使用する電極棒の面積（この面積が溶接点の面積となる）を１．７ｍｍ^２としたこと以外は、実施例３と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。

《実施例８》
負極リードと負極集電体とを溶接させる際に使用する電極棒の面積（この面積が溶接点の面積となる）を２ｍｍ^２としたこと以外は、実施例３と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。

《実施例９》
負極リードと負極集電体とを溶接させる際に使用する電極棒の面積（この面積が溶接点の面積となる）を２．５ｍｍ^２としたこと以外は、実施例３と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
−リチウムイオン二次電池の評価方法−
上記実施例１〜９および比較例１〜３の電池に関して、以下の評価を行った。

各電池に対して、慣らし充放電を二度行い、更に４００ｍＡの電流値で４．１Ｖに達するまで充電した。その後、充電状態の電池を４５℃環境下で７日間保存した。

こうした作成した電池に対し、２０℃環境下で、以下の条件で充電を行った。

定電流充電：充電電流値１５００ｍＡ、充電終止電圧４．２Ｖ
定電圧充電：充電電圧値４．２Ｖ、充電終止電流１００ｍＡ
定電流放電：放電電流値２２００ｍＡ、放電終止電圧３Ｖ
その後、２０℃環境下において、外部回路に約５ｍΩの抵抗を介してこの電池の正負極端子間を短絡させた。そして、短絡を発生させてから３秒後の電池温度を測定した。

作製したリチウムイオン二次電池の構造および温度測定結果を図７に示す。

図７に示すように、比較例１〜３の電池（負極集電体の第１辺から第１溶接点までの距離が５ｍｍを超えている電池）に比べて、実施例１〜５の電池（負極集電体の第１辺から第１溶接点までの距離が５ｍｍ以下の電池）では、外部短絡が発生してから３秒経過したときの電池の温度が低かった。その理由としては、実施例１〜５の電池では、外部短絡の発生に起因して負極リードで発生した熱を速やかに負極集電体に逃がすことができたからである，と考えている。

また、実施例６および７の電池（溶接点における面積が２ｍｍ^２未満である電池）に比べて、実施例３，８および９の電池（溶接点における面積が２ｍｍ^２以上である電池）の方が、外部短絡が発生してから３秒経過したときの電池の温度はさらに低かった。その理由としては、溶接点の面積が大きくなれば、負極リードにおいて生じた熱を速やかに負極集電体に逃がすことができ、また、溶接点において発生するジュール熱量を減少させることができたからである，と考えている。

なお、本願発明者らは、正極リードを従来よりも正極集電体の第１辺に近接する位置において正極集電体の露出部分に溶接させれば、外部短絡を発生させてから３秒経過したときの電池の温度を従来よりも低くすることができるということを確認している。

また、本願発明者らは、正極リードおよび負極リードの位置関係が円筒型電池とは異なる角形電池においても、負極リードを従来よりも負極集電体の第１辺に近接する位置において溶接させれば、外部短絡を発生させてから３秒経過したときの電池の温度を従来よりも低くすることができるということを確認している。

本発明の電池では、電池に短絡が生じた場合においても高い安全性を保持することができるので、あらゆる機器の電源として好適である。本発明の電池は、例えば携帯情報端末、携帯電子機器、家庭用小型電力貯蔵装置、自動二輪車、電気自動車およびハイブリッド電気自動車等の電源に用いることができる。また、本発明の電池は、電池一般に適用可能であるが、特に、リチウムイオン二次電池に有用である。

捲回式円筒型のリチウムイオン二次電池の断面図である。 従来において負極リードが負極集電体の露出部分に溶接された状態を示す平面図である。 実施形態１において負極リードが負極集電体の露出部分に溶接された状態の一例を示す平面図である。 実施形態１において負極リードが負極集電体の露出部分に溶接された状態の別の一例を示す平面図である。 実施形態１において負極リードが負極集電体の露出部分に溶接された状態のまた別の一例を示す平面図である。 実施形態２において正極リードが正極集電体の露出部分に溶接された状態を示す平面図である。 実施例１〜９および比較例１〜３における温度の測定結果を示す表である。 負極リードの一部分である第１部分６ａ、第２部分６ｂおよび第３部分６ｃを特定するための説明図である。 負極リードが負極集電体の露出部分に溶接された状態を拡大した断面図である。 負極リードが電池ケースに溶接された状態を拡大した断面図である。 正極リードの一部分である第１部分５ａ、第２部分５ｂおよび第３部分５ｃを特定するための説明図である。 正極リードが正極集電体の露出部分に溶接された状態を拡大した断面図である。

符号の説明

１ 正極
１Ａ 正極集電体
１Ｂ 正極活物質層
２ 負極
２Ａ 負極集電体
２Ｂ 負極活物質層
３ セパレータ
４ 電極群
５ 正極リード
６ 負極リード
７ 上部絶縁板
８ 下部絶縁板
９ 封口板
１０ 電池ケース
１１ 露出部分
１１ａ 第１の辺
２１ 露出部分
２１ａ 第１の辺
１０１ 第１溶接点
１０２ 第２溶接点
１０３ 第３溶接点
２０１ 第１溶接点
２０２ 第２溶接点
２０３ 第３溶接点

Claims (8)

1. 正極と負極とが多孔質絶縁層を介して捲回または積層されて形成された電極群が、電解液とともに電池ケースに封入された電池であって、
   前記正極および前記負極の少なくとも一方は、集電体と、前記集電体の表面の一部分を露出するように前記集電体の前記表面上に設けられた活物質層とを有し、
   前記集電体の前記表面のうち前記活物質層から露出された露出部分には、リードが電気的に接続されており、
   前記リードは、前記露出部分を構成する一辺である第１の辺を跨ぐように前記露出部分から前記集電体の外へ延びるように配置されており、前記第１の辺に近接する位置において前記露出部分に溶接され、
   前記リードは、３箇所以上において、前記露出部分に溶接されており、
   前記リードと前記集電体との溶接点は、前記リードの長手方向において互いに間隔を開けて配置されており、
   前記溶接点のうち前記第１の辺の最も近くに位置する第１溶接点と、前記第１溶接点の隣りに位置する第２溶接点との間隔は、それ以外の隣り合う前記溶接点間の間隔よりも大きいことを特徴とする電池。
2. 前記リードは、前記第１の辺から５ｍｍ以下離れた位置において、前記露出部分に溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の電池。
3. 前記リードは、前記第１の辺から０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下離れた位置において、前記露出部分に溶接されていることを特徴とする請求項２に記載の電池。
4. 前記リードは、２箇所以上において、前記露出部分に溶接されており、
   前記溶接点のうち前記第１の辺の最も近くに位置する溶接点の面積は、それ以外の前記溶接点の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１から３の何れか一つに記載の電池。
5. 前記溶接点のうち前記第１の辺の最も近くに位置する溶接点の面積は、２ｍｍ２以上であることを特徴とする請求項４に記載の電池。
6. 前記第１の辺は、前記集電体の長手方向に延びており、
   前記リードのうち前記露出部分に当接された部分の長さは、前記集電体の幅方向における長さの１／３以下であることを特徴とする請求項１から５の何れか一つに記載の電池。
7. 前記リードは、ニッケルからなることを特徴とする請求項１から６の何れか一つに記載の電池。
8. リチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項１から７の何れか一つに記載の電池。
   

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