JP2001189167A

JP2001189167A - 非水電解質二次電池

Info

Publication number: JP2001189167A
Application number: JP2000188496A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Fujita; 和紀藤田; Masanori Anzai; 政則安斎
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-10-22
Filing date: 2000-06-22
Publication date: 2001-07-10

Abstract

(57)【要約】【課題】内部ショートが防止され、信頼性が高く、安
全性に優れる。【解決手段】少なくとも帯状の正極と帯状の負極とを
積層し、長手方向に巻回してなる電極体が電池ケースに
装填されてなる非水電解質二次電池において、電池ケー
スの内径をＡ、電極体の外径最大値をＢ、電極体の外径
最小値をＣとするとき、（Ｂ＋Ｃ）／２Ａが０．９５４
以上、０．９８８以下の範囲となるように、電極体と電
池ケースとの間に所定のクリアランスが設けられてい
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、正極、負極及び非
水電解質を備える非水電解質二次電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯用電子機器の電源に用いられる二次
電池として、ニッケルカドミウム二次電池、ニッケル水
素二次電池、ニッケル亜鉛二次電池、リチウムイオン電
池等が知られている。中でも、例えばリチウム含有化合
物を正極に、リチウムをドープ／脱ドープ可能な材料を
負極に用いた非水電解質二次電池、いわゆるリチウムイ
オン電池は、高エネルギー密度を有し、且つ軽量である
ので、近年ではパソコンや携帯電話等のバックアップ電
源の主流になりつつある。また、このような非水電解質
二次電池は、高性能電気自動車やハイブリッド自動車用
の二次電池としても実用化が期待されている。

【０００３】このリチウムイオン電池は、異常時に電流
を遮断する機構を備えた安全弁やＰＴＣ素子等を備える
ことで、異常時における安全性を確保しているが、さら
なる安全性の向上及び信頼性の向上が求められている。

【０００４】また、リチウムイオン電池は、単電池を多
数接続してなる組電池として、電気自動車やハイブリッ
ド自動車用の二次電池として使用される。このため、組
電池としての信頼性を確保するために、単電池でのより
高い信頼性を確保する必要がある。

【０００５】

【発明が解決使用とする課題】しかしながら、従来の非
水電解質二次電池では、充電時に電極体が膨張し、内部
ショートに至ることがあった。例えば、初期充電により
電極体が膨張して内部ショートが発生することがあり、
電池としての信頼性には問題を有していた。また、過充
電により電極体が膨張して内部ショートが発生し、更に
内部ショートに起因する発熱が電池内部で起こるため、
電池としての安全性に問題を有していた。

【０００６】本発明は、このような従来の実情に鑑みて
提案されたものであり、信頼性が高く、安全性に優れた
非水電解質二次電池を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明に係る非水電解質二次電池は、少なくとも
帯状の正極と帯状の負極とを積層し、長手方向に巻回し
てなる電極体が電池ケースに装填されてなる非水電解質
二次電池において、電池ケースの内径をＡ、電極体の外
径最大値をＢ、電極体の外径最小値をＣとするとき、
（Ｂ＋Ｃ）／２Ａが０．９５４以上、０．９８８以下の
範囲となるように、電極体と電池ケースとの間に所定の
クリアランスが設けられていることを特徴とする。

【０００８】以上のように構成された本発明に係る非水
電解質二次電池は、電極体と電池ケースとの間に所定の
クリアランスが設けられているので、充電による負極の
膨張によって電極体が膨張しても、電極体が電池ケース
に接触しない。従って、非水電解質二次電池は、初期充
電や過充電等、種々の充電により電極体が膨張しても、
内部ショートの発生が防止されている。

【０００９】また、上記非水電解質二次電池において、
電極体はセンターピンを有することを特徴とする。これ
により、過充電による微少な内部ショートの発生が効果
的に防止され、電池内部で高温の発熱が生じることが確
実に防止される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る非水電解質二
次電池について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００１１】本発明を適用した非水電解液二次電池１
は、図１に示すように、帯状の正極と帯状の負極とをセ
パレータを介して積層され、長手方向に巻回されてなる
渦巻式の電極体２が電池ケース３に装填され、非水電解
液が電池ケース３に注入されてなる。

【００１２】ここで、電池ケース３の内径をＡ、電極体
２の外径最大値をＢ、電極体２の外径最小値をＣとする
とき、（Ｂ＋Ｃ）／２Ａが０．９５４以上、０．９８８
以下の範囲となるように、電極体２と電池ケース３との
間に所定のクリアランスを設けて、電極体２を電池ケー
ス３に装填する。

【００１３】また、（Ｂ＋Ｃ）／２Ａが０．９５５以
上、０．９８５以下の範囲であることが好ましい。特
に、電気自動車やハイブリッド自動車用の電源として用
いられる大型の非水電解液二次電池である場合、（Ｂ＋
Ｃ）／２Ａがこの範囲を満たすことが望ましい。

【００１４】電極体２と電池ケース３との間に所定のク
リアランスを設けない、即ち（Ｂ＋Ｃ）／２Ａが０．９
８８を越える場合、電解液による電極膨張や初期充電に
よる負極の膨張によって電極体２が膨張すると、電池ケ
ース３が膨張した電極体２を圧迫し、その応力がセパレ
ータに集中してしまう。このため、非水電解液二次電池
１としては、内部ショートが発生する。

【００１５】また、過充電により電極体２が膨張する
と、電池ケース３が膨張した電極体２を圧迫するので、
電極体２によじれが生じ、電極体２に微少な内部ショー
トが発生する。この状態で過充電を継続すると、内部シ
ョートに起因する高温の発熱が電池内部で生じる。

【００１６】一方、電極体２と電池ケース３との間に過
度のクリアランスを設ける、即ち（Ｂ＋Ｃ）／２Ａが
０．９５４より小さい場合、電極体２の反応面積が少な
いものとなり、所望の電池容量を満たさない。

【００１７】正極は、正極活物質及び結着剤を含む正極
合剤を正極集電体上に塗布し、乾燥させたものである。

【００１８】正極活物質としては、リチウム含有化合物
等が用いられる。リチウム含有化合物としては、ＬｉＭ
Ｏ₂（但し、Ｍは１種類以上の遷移金属を表す。）等で
表されるリチウム遷移金属複合酸化物が挙げられ、具体
的には、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂及びＬｉＭｎ₂Ｏ₄等
を用いることが好ましい。このようなリチウム遷移金属
複合酸化物は、例えばリチウム、コバルト、ニッケル及
びマンガンの炭酸塩、硝酸塩、酸化物及び水酸化物等を
出発原料とし、これらを組成に応じた量で混合し、６０
０℃〜１０００℃の温度範囲で焼成することにより得ら
れる。

【００１９】正極集電体としては、アルミニウム箔等の
金属箔が用いられる。

【００２０】結着剤としては、通常この種の電池の正極
合剤に用いられている公知の結着剤を用いることが可能
である。また、正極合剤には、必要に応じて、導電剤等
の公知の添加剤を添加してもよい。

【００２１】負極は、負極活物質及び結着剤を含む負極
合剤を負極集電体上に塗布し、乾燥させたものである。
負極活物質としては、リチウムをドープ／脱ドープする
ことが可能な材料であれば良く、例えば炭素材料等が用
いられる。炭素材料としては、２０００℃以下の比較的
低い温度で焼成して得られる低結晶性炭素材料や、３０
００℃近くの高温で処理した人造黒鉛及び天然黒鉛等の
高結晶性炭素材料が用いられる。具体的には、熱分解炭
素類、コークス類、黒鉛類、ガラス状炭素類、有機高分
子化合物焼成体（フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭
素化したものである。）、炭素繊維、及び活性炭等が使
用可能である。

【００２２】負極を構成する負極集電体としては、銅箔
等の金属箔が用いられる。

【００２３】負極合剤の結着剤としては、通常この種の
電池の負極合剤に用いられている公知の結着剤を用いる
ことができる。また、負極合剤には、必要に応じて公知
の添加剤等を添加してもよい。

【００２４】電極体２は、上述のようにして得られる帯
状の正極と帯状の負極とを、例えば微孔性ポリプロピレ
ンフィルムからなるセパレータを介して積層され、長手
方向に多数回巻き回されてなる渦巻式の構造をしてい
る。

【００２５】この電極体２はセンターピンを有すること
が好ましい。センターピンとしては、この種の非水電解
液二次電池のセンターピンとして用いられているものと
同様ののものが使用できる。

【００２６】センターピンを電極体２の中心部の空孔に
挿入することで、過充電により電極体２が膨張し、電池
ケース３に接触してよじれが生じた場合であっても、空
孔によじれの力がかかるので微少な内部ショートの誘発
が防止される。また、センターピンを電極体２の中心部
の空孔に挿入することで、電極体２が外側へ膨張するよ
うに方向付けることが可能である。

【００２７】従って、センターピンを有する電極体２が
装填されてなる非水電解液二次電池１は、過充電による
微少な内部ショートの発生が効果的に防止され、電池内
部で高温の発熱が生じることが確実に防止される。

【００２８】また、電極体２の巻きの固さとしては、変
形量が８％以下であることが好ましい。ここで、変形量
とは、渦巻式の電極体２を２枚の平板で挟み、電極体２
の幅方向に対して正極幅１ｃｍ当たりに１ｋｇの荷重を
加えたときに、渦巻式の電極体２が荷重前と比較して、
どの程度変形したかを表すものである。

【００２９】電極の膨張による内部ショートを防止する
方法として、帯状の電極体を著しく緩く巻き回して渦巻
式の電極体２を作製する手法があるが、緩く巻き回した
渦巻式の電極体２、即ち変形量が８％よりも大きい電極
体２を装填してなる非水電解液二次電池１では、サイク
ル特性が悪いものとなる虞がある。従って、電極体２が
変形する変形量が８％以下であることにより、非水電解
質二次電池１はサイクル特性に優れ、高容量を備える。

【００３０】非水電解液は、電解質塩を有機溶媒に溶解
したものである。

【００３１】有機溶媒としては、特に限定されるもので
はないが、例えば、エチレンカーボネート及びプロピレ
ンカーボネート等の環状カーボネート、ジメチルカーボ
ネート及びジエチルカーボネート等の鎖状カーボネー
ト、γ−ブチロラクトン及びγ−バレロラクトン等の環
状エステル、酢酸エチル及びプロピオン酸メチル等の鎖
状エステル、テトラヒドロフラン及び１，２−ジメトキ
シエタン等のエーテル等を挙げることができる。これら
の有機溶媒は、１種類を単独で用いても良く、２種類以
上を混合して用いることも可能である。

【００３２】電解質塩としては、有機溶媒に溶解し、イ
オン伝導性を示すリチウム塩であれば特に限定されるこ
とはなく、例えば、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＣｌＯ
₄、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、ＬｉＣ
（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃等を挙げることができる。これらの電
解質は、１種類を単独で用いても良く、２種類以上を混
合して用いることも可能である。

【００３３】この非水電解液二次電池１を作製する際に
は、まず、上述のようにして得られる帯状の正極と帯状
の負極とを、例えば微孔性ポリプロピレンフィルムから
なるセパレータを介して積層され、長手方向に多数回巻
き回されてなる渦巻式の電極体２を作製し、この電極体
２を電池ケース３に収納する。そして、電極体２の中心
部に、センターピンを挿入する。なお、電極体２の上下
両面には絶縁板を配設する。

【００３４】次に、渦巻式の電極体２の正極から集電を
とるために正極リードの一端を正極に取り付け、他端を
電池蓋と電気的に接続する。これにより、電池蓋は正極
と導通をもつこととなり、非水電解液二次電池１の外部
正極となる。また、渦巻式の電極体２の負極から集電を
とるために、負極リードの一端を負極に溶接し、他端を
電池ケース３に溶接する。これにより、電池缶は負極と
導通をもつこととなり、非水電解液二次電池１の外部負
極となる。

【００３５】次に、上記電池ケース３の中に非水電解液
を注入する。そして、アスファルトを塗布した絶縁封口
ガスケットを介して電池ケース３をかしめることにより
電池蓋を固定することで、円筒型の非水電解液二次電池
１は作製される。

【００３６】なお、この非水電解液二次電池１には、電
池内部の圧力が所定値よりも高くなったときに内部の気
体を抜くための安全弁４が設けられている。

【００３７】以上のように構成された非水電解液二次電
池１は、電池ケース３の内径をＡ、電極体２の外径最大
値をＢ、電極体２の外径最小値をＣとするとき、（Ｂ＋
Ｃ）／２Ａが０．９５４以上、０．９８８以下の範囲と
なるように、電極体２と電池ケース３との間に所定のク
リアランスが設けられているので、充電により電極体２
が膨張しても、電極体２が電池ケース３に接触しない。
従って、非水電解液二次電池１は、初期充電や過充電に
おいても内部ショートの発生が防止されており、信頼性
が高く、安全性に優れる。

【００３８】特に、電極体２がセンターピンを有するこ
とにより、非水電解液二次電池１は過充電による微少な
内部ショートの発生が効果的に防止され、電池内部で高
温の発熱が生じることが確実に防止されるので、安全性
に非常に優れる。

【００３９】また、非水電解液二次電池１では、電極体
２と電池ケース３との間に所定のクリアランスを設ける
ので、電池内の空間が増加する。これにより、電解液の
注入が容易となり、生産性に優れたものとなる。特に、
非水電解液二次電池１が小型である場合には、高温保存
での遮断弁の遮断が起こりにくいものとなる。

【００４０】さらに、電極体２と電池ケース３との間に
所定のクリアランスがあることから、ガス噴射するよう
な極限の安全性試験においてガスの抜けが良くなるため
に、非水電解液二次電池１としては、安全性が向上し、
信頼性の高いものとなる。

【００４１】なお、非水電解液二次電池１の形状として
は、小型のみならず大型であってもよい。例えば、大型
の非水電解液二次電池５では、図２に示すように、複数
の安全弁６が設けられている。また、電解質としては、
液系の電解質であるいわゆる非水電解液に限定されず、
ゲル電解質、固体電解質、その他の非水電解質であって
もよい。

【００４２】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について、実
験結果に基づいて説明する。

【００４３】＜実験１＞まず、大型且つ円筒型の非水電
解液二次電池を作製し、初期充電による内部ショートの
発生とクリアランスとの関係について検討した。

【００４４】サンプル１正極の作製方法は、以下の通りである。まず、正極活物
質としてＬｉＣｏＯ₂を９１重量部と、導電剤として黒
鉛粉末を６重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデ
ンを３重量部とを混合して正極合剤を調製した。次に、
この正極合剤を、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに分散さ
せて正極合剤スラリーとした。そして、この正極合剤ス
ラリーを、正極集電体となる帯状のアルミニウム箔に均
一に塗布して、乾燥させた。なお、アルミニウム箔の厚
さは２０μｍとした。次に、ロールプレス機で圧縮成形
した後、幅３４２ｍｍ、長さ５４００ｍｍに切断して帯
状の正極とした。

【００４５】負極の作製方法は、以下の通りである。ま
ず、負極活物質を９０重量部と、結着剤としてポリフッ
化ビニリデンを１０重量部とを混合して負極合剤を作製
した。なお、負極活物質としては、不活性ガス雰囲気中
で焼成した後、平均粒径２０μｍに粉砕した炭素材料を
用いた。次に、この負極合剤を、Ｎ−メチル−２−ピロ
リドンに分散させて負極合剤スラリーとした。そして、
この負極合剤スラリーを、負極集電体となる帯状の銅箔
に均一に塗布して、乾燥させた。なお、銅箔の厚さは１
５μｍとした。次に、ロールプレス機で圧縮成形した
後、幅３４８ｍｍ、長さ５６００ｍｍに切断して帯状の
負極とした。

【００４６】以上のようにして作製した帯状の正極と帯
状の負極とを、セパレータとなる厚さが８０μｍの微孔
性ポリエチレンフィルムを介して積層し、多数回巻き回
して渦巻式の電極体を作製した。なお、渦巻式の電極体
を２枚の平板で挟み、これを３４．２ｋｇで加圧したと
き、電極体の変形量は５％であった。

【００４７】次に、正極及び負極の集電体を、集電用の
正極リード及び負極リードにそれぞれレーザー溶接し
た。そして、この電極体を内径６５．９ｍｍの円筒型の
電池ケースに、所定のクリアランスを設けて収納した。

【００４８】この所定のクリアランスは、電池ケースの
内径をＡ、電極体の外径最大値をＢ、電極体の外径最小
値をＣとするとき、（Ｂ＋Ｃ）／２Ａで規定する。サン
プル１の非水電解液二次電池では、（Ｂ＋Ｃ）／２を６
４．９ｍｍ、Ａを６５．９ｍｍとしたので、（Ｂ＋Ｃ）
／２Ａは０．９８５であった。

【００４９】次に、予め安全弁のついた電池蓋、パッキ
ン及びセラミック突き当てを組み込み、電池蓋と電池ケ
ースとをレーザー溶接した。その後、電解液注入用の穴
から電解液を注入し、これをボルトで密封して円筒型の
非水電解液二次電池を作製した。ここで、電解液として
は、プロピレンカーボネートとジメチルカーボネートと
を１対１で混合した溶液に、ＬｉＢＦ₄を１ｍｏｌ／ｌ
となるように溶解したものを用いた。

【００５０】サンプル２正極の長さを５２４０ｍｍとし、負極の長さを５４４０
ｍｍとするとともに、（Ｂ＋Ｃ）／２が６４．０ｍｍ、
変形量が５％となるように渦巻式の電極体を作製したこ
と以外は、サンプル１と同様にして非水電解液二次電池
を作製した。

【００５１】サンプル３正極の長さを５０６０ｍｍとし、負極の長さを５２６０
ｍｍとするとともに、（Ｂ＋Ｃ）／２が６３．０ｍｍ、
変形量が５％となるように渦巻式の電極体を作製したこ
と以外は、サンプル１と同様にして非水電解液二次電池
を作製した。

【００５２】サンプル４正極の長さを５０６０ｍｍとし、負極の長さを５２６０
ｍｍとするとともに、（Ｂ＋Ｃ）／２が６３．０ｍｍ、
変形量が８％となるように渦巻式の電極体を作製したこ
と以外は、サンプル１と同様にして非水電解液二次電池
を作製した。

【００５３】サンプル５正極の長さを５０６０ｍｍとし、負極の長さを５２６０
ｍｍとするとともに、（Ｂ＋Ｃ）／２が６３．１ｍｍ、
変形量が１２％となるように渦巻式の電極体を作製した
こと以外は、サンプル１と同様にして非水電解液二次電
池を作製した。

【００５４】サンプル６正極の長さを５５１０ｍｍとし、負極の長さを５７１０
ｍｍとするとともに、（Ｂ＋Ｃ）／２が６５．５ｍｍ、
変形量が５％となるように渦巻式の電極体を作製したこ
と以外は、サンプル１と同様にして非水電解液二次電池
を作製した。

【００５５】サンプル７正極の長さを４７１０ｍｍとし、負極の長さを４９１０
ｍｍとするとともに、（Ｂ＋Ｃ）／２が６１．０ｍｍ、
変形量が５％となるように渦巻式の電極体を作製したこ
と以外は、サンプル１と同様にして非水電解液二次電池
を作製した。

【００５６】上述のようにして作製したサンプル１〜７
について、ショート発生率及び電池容量を測定した。こ
れらの評価方法を以下に示す。

【００５７】〔ショート発生率〕まず、各電池に対し、
初回の充電を、充電電圧を上限４．２Ｖに設定して行っ
た。その後、２５℃で放置し、三週間放置後の電圧変化
から内部ショート判定を行った。なお、内部ショートが
発生した電池と判定したのは、平均の電圧低下より電圧
低下が２０ｍＶ以上大きい電池である。

【００５８】〔電池容量〕内部ショート判定の後、定電
流を９０Ａとして、上限４．１５Ｖまで定電流定電圧充
電を行い、３０Ａの定電流放電を終止電圧２．５０Ｖま
で行うことで、電池容量を測定した。なお、電池容量
は、測定対象電池１０個当たりの平均とした。

【００５９】以上の結果、各電池の（Ｂ＋Ｃ）／２Ａ及
び渦巻式の電極体の変形量を表１に示す。

【００６０】

【表１】

【００６１】表１から明らかなように、（Ｂ＋Ｃ）／２
Ａが０．９５４以上、０．９８８以下の範囲となるよう
に電極体と電池ケースとの間に所定のクリアランスが設
けられているサンプル１〜サンプル５は、内部ショート
の発生が防止されることがわかった。

【００６２】これに対し、（Ｂ＋Ｃ）／２Ａが０．９８
８を越えるサンプル６では、電極体が充電により膨張し
て電池ケースに接触し、内部ショートに至ることがわか
った。また、（Ｂ＋Ｃ）／２Ａが０．９５４未満である
サンプル７では、内部ショートの発生は無いが、電極体
の反応面積が少ないので、電池容量が８０．９Ａｈと著
しく低いものとなることがわかった。

【００６３】これより、（Ｂ＋Ｃ）／２Ａを０．９５４
以上、０．９８８以下の範囲とすることで、内部ショー
トの発生が防止され、所望の電池容量を備えた非水電解
液二次電池となることがわかった。

【００６４】次に、サンプル３、４及び５について、サ
イクル特性を次のようにして評価した。

【００６５】〔サイクル特性〕サンプル３、４及び５に
対し、２回目以降の充電を、定電流９０Ａとし、充電電
圧を上限４．１５Ｖまで３時間行った。次に、９０Ａの
定電流放電を終止電圧２．５０Ｖまで行った。この充放
電を繰り返して、各サイクル目の放電容量を測定した。
そして、初期放電容量を１００とした場合の充放電効率
（％）を求め、この値をサイクル特性として評価した。

【００６６】以上のサイクル特性の結果を、図３に示
す。図３から明らかなように、変形量が８％以下である
サンプル３及び４は、変形量が１２％であるサンプル５
と比較すると、より良好なサイクル特性を有することが
わかる。これより、渦巻式の電極体の変形量は、８％以
下であることが好ましいことがわかった。

【００６７】＜実験２＞次に、小型且つ円筒型の非水電
解液二次電池を作製し、過充電により電池内部に生じる
発熱の温度とクリアランスとの関係について検討した。

【００６８】サンプル８正極の作製方法は、以下の通りである。まず、正極活物
質としてＬｉＣｏＯ₂を８６重量％と、導電剤としてグ
ラファイトを６重量％と、結着剤としてポリフッ化ビニ
リデンを４重量％とを混合して正極合剤を調製した。次
に、この正極合剤を、Ｎ−メチル−２−ピロリドン中に
分散させて正極合剤スラリーとした。そして、この正極
合剤スラリーを、正極集電体となる厚みが２０μｍであ
る帯状のアルミニウム箔に均一に塗布して、乾燥させ
た。次に、ロールプレス機で圧縮成形した後に切断して
帯状の正極とした。

【００６９】負極の作製方法は、以下の通りである。ま
ず、負極活物質として黒鉛粉末を９０重量％と、結着剤
としてポリフッ化ビニリデンを１０重量％とを混合して
負極合剤を作製した。次に、この負極合剤を、Ｎ−メチ
ル−２−ピロリドン中に分散させて負極合剤スラリーと
した。そして、この負極合剤スラリーを、負極集電体と
なる厚みが１０μｍである帯状の銅箔に均一に塗布し
て、乾燥させた。次に、ロールプレス機で圧縮成形した
後に切断して帯状の負極とした。

【００７０】そして、図４に示すように、小型且つ円筒
型の非水電解液二次電池１０が備える電極体として、上
述のようにして作製した帯状の正極１１と帯状の負極１
２とを、セパレータ１３となる厚さが２５μｍの微孔性
ポリエチレンフィルムを介して積層し、多数回巻き回し
てなる渦巻式の電極体を作製した。

【００７１】次に、内径が１７．３５ｍｍであり、ニッ
ケルメッキを施した鉄製の電池ケース１４に所定のクリ
アランスを設けて電極体を収納し、電極体の中心部にセ
ンターピン１５を挿入した。なお、電極体の上下両面に
は絶縁板１６を配設した。なお、クリアランスの割合で
ある（Ｂ＋Ｃ）／２Ａは０．９６９５とした。

【００７２】そして、アルミニウム製の正極リード１７
を正極集電体１８から導出し、端子板１９と電気的な導
通が確保された安全弁装置２０に溶接した。また、ニッ
ケル製の負極リード２１を負極集電体２２から導出して
電池ケース１４に溶接した。

【００７３】その後、電池ケース１４に電解液を注入し
た。ここで、電解液としては、エチレンカーボネートと
メチルエチルカーボネートとを１対１なる割合で混合し
た溶液に、電解質塩としてＬｉＢＦ₆を１ｍｏｌ／ｌと
なるように溶解したものを用いた。

【００７４】そして、アスファルトで表面を塗布した封
口ガスケット２３を介し、電池ケース１４の開口部をか
しめる開裂弁機構と電流遮断機構とを有する安全弁装置
２０、ＰＴＣ素子２４並びに端子板１９を固定して、直
径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍの円筒型の非水電解液二次電
池を作製した。

【００７５】サンプル９〜サンプル１２（Ｂ＋Ｃ）／２Ａを下記に示す表２の通りにしたこと以
外は、サンプル８と同様にして非水電解液二次電池を作
製した。

【００７６】サンプル１３電極体がセンターピンを有さないこと以外はサンプル１
０と同様にして非水電解液二次電池を作製した。

【００７７】上述のようにして作製したサンプル８〜１
２に関して、電池容量を測定した。また、上述のように
して作製したサンプル８〜１３に対して過充電試験を行
い、電池内部で生じた発熱の最高温度を測定した。これ
らの測定方法を以下に示す。

【００７８】〔電池容量〕充電電圧を４．２０Ｖ、充電
電流を１０００ｍＡとして、温度２３℃の下で１０時間
の充電を行った。そして、１０００ｍＡの定電流放電を
終止電圧２．５Ｖまで行うことで、電池容量を測定し
た。なお、電池容量は、試験対象電池Ｉ〜Ｖの平均値と
した。

【００７９】〔過充電試験〕電池容量を測定後、充電電
圧を２０Ｖ、充電電流を１７００ｍＡとして、温度４５
℃の下で過充電試験を、試験対象電池Ｉ〜Ｖに対して行
った。そして、電池内部で生じた発熱の最高温度を測定
した。なお、発熱温度の測定は、電池缶表面に熱電対を
直接貼り付けることにより行った。

【００８０】サンプル８〜１３に関する測定結果、セン
ターピンの有無、及び各電池の（Ｂ＋Ｃ）／２Ａを合わ
せて表２に示す。なお、過充電試験の測定結果として
は、個々の試験対象電池で得られた最高温度を全て記載
した。

【００８１】

【表２】

【００８２】表２から明らかなように、（Ｂ＋Ｃ）／２
Ａが０．９５４以上、０．９８８以下の範囲となるよう
に電極体と電池ケースとの間に所定のクリアランスが設
けられ、電極体がセンターピンを有しているサンプル８
〜サンプル１０は、過充電をされたとしても、内部ショ
ートに起因する発熱が防止されていることがわかった。

【００８３】これに対し、（Ｂ＋Ｃ）／２Ａが０．９５
４未満であるサンプル１１では、内部ショートに起因す
る発熱は防止されているが、電極体の反応面積が少ない
ので、電池容量が低いものとなることがわかった。一
方、（Ｂ＋Ｃ）／２Ａが０．９８８を越えるサンプル１
２では、過充電により電極体が充電により膨張して電池
ケースに接触し、よじれて内部ショートに至るため、高
温の発熱が生じることがわかった。

【００８４】また、（Ｂ＋Ｃ）／２Ａは所定の範囲であ
るが、電極体がセンターピンを有さないサンプル１３
は、過充電により電池内部で発熱が生じていることがわ
かった。

【００８５】従って、（Ｂ＋Ｃ）／２Ａを０．９５４以
上、０．９８８以下の範囲とし、電極体がセンターピン
を有することで、過充電をされたとしても内部ショート
が発生することが防止され、電池内部で高温の発熱が生
じることが無く、且つ所望の電池容量を備える非水電解
液二次電池となることがわかった。

【００８６】サンプル１４直径が２６ｍｍ、高さが６５ｍｍ、電池ケースの内径が
２５．４ｍｍである円筒型の電池を作製したこと以外は
サンプル１２と同様にして非水電解液二次電池を作製し
た。

【００８７】サンプル１５直径が１４ｍｍ、高さが４３ｍｍ、電池ケースの内径が
１３．３ｍｍである円筒型の電池を作製したこと以外は
サンプル１２と同様にして非水電解液二次電池を作製し
た。

【００８８】サンプル１６直径が２６ｍｍ、高さが６５ｍｍ、電池ケースの内径が
２５．４ｍｍである円筒型の電池を作製したこと以外は
サンプル９と同様にして非水電解液二次電池を作製し
た。

【００８９】サンプル１７直径が１４ｍｍ、高さが４３ｍｍ、電池ケースの内径が
１３．３ｍｍである円筒型の電池を作製したこと以外は
サンプル９と同様にして非水電解液二次電池を作製し
た。

【００９０】以上のようにして作製したサンプル１４〜
１７に関して、上述した過充電試験を同様にして行い、
電池内部で生じた発熱の最高温度を測定した。以上の測
定結果と、各電池の（Ｂ＋Ｃ）／２Ａとを合わせて表３
に示す。

【００９１】

【表３】

【００９２】サンプル１６及びサンプル１７は電池サイ
ズが異なるが、（Ｂ＋Ｃ）／２Ａが０．９５４以上、
０．９８８以下の範囲となるように電極体と電池ケース
との間に所定のクリアランスが設けられ、電極体がセン
ターピンを有しているので、過充電により電極体が膨張
しても、発熱を生じることが防止されていることがわか
った。これより、本発明は、種々の大きさの非水電解質
電池に適用可能であることがわかった。

【００９３】

【発明の効果】以上のように構成された本発明に係る非
水電解質二次電池は、電極体と電池ケースとの間に所定
のクリアランスが設けられている。これにより、電解液
による電極膨張や、充電による負極の膨張によって電極
体が膨張しても、電極体が電池ケースに接触せず、内部
ショートの発生が確実に防止されている。従って、非水
電解質二次電池は、高容量を保ち、サイクル特性に優れ
るとともに、信頼性が高く、安全性に優れる。

【００９４】特に、非水電解質二次電池は、電極体がセ
ンターピンを有することにより、過充電により電池内部
で高温の発熱が生じることが確実に防止され、非常に優
れた安全性を備えるものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した非水電解液二次電池の模式図
である。

【図２】本発明を適用した大型の非水電解液二次電池の
模式図である。

【図３】サンプル３、４及び５で作製された電池のサイ
クル特性を示す特性図である。

【図４】本発明を適用した小型且つ円筒型の非水電解液
二次電池の断面図である。

【符号の説明】

１非水電解液二次電池、２電極体、３電池ケー
ス、４安全弁

フロントページの続きＦターム(参考） 5H029 AJ04 AJ05 AJ12 AK03 AL06 AL07 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ02 BJ14 BJ27 CJ07 HJ00 HJ04 HJ12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも帯状の正極と帯状の負極とを
積層し、長手方向に巻回してなる電極体が電池ケースに
装填されてなる非水電解質二次電池において、当該電池ケースの内径をＡ、当該電極体の外径最大値を
Ｂ、当該電極体の外径最小値をＣとするとき、（Ｂ＋
Ｃ）／２Ａが０．９５４以上、０．９８８以下の範囲と
なるように、当該電極体と当該電池ケースとの間に所定
のクリアランスが設けられていることを特徴とする非水
電解質二次電池。
【請求項２】上記電極体はセンターピンを有すること
を特徴とする請求項１記載の非水電解質二次電池。
【請求項３】（Ｂ＋Ｃ）／２Ａが０．９５５以上、
０．９８５以下の範囲であることを特徴とする請求項１
記載の非水電解質二次電池。
【請求項４】上記電極体を２枚の平板で挟み、上記電
極体の幅方向に対して正極幅１ｃｍ当たりに１ｋｇの荷
重を加えたときに、上記電極体が変形する変形量が８％
以下であることを特徴とする請求項１記載の非水電解質
二次電池。