JP3200340B2 - 非水系電池 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新規な非水系電池
に関するものである。更に詳細には、（１）ケーシン
グ、（２）該ケーシングの内壁により規定される空間内
に含まれる非水系電解質、及び（３）上記空間内に、該
非水系電解質と共働可能に収容された捲回積層電極アセ
ンブリーよりなる非水系電池であって、該捲回積層電極
アセンブリー（３）を構成する正極活物質層含有正極、
負極活物質層含有負極及びセパレータが、正極活物質層
及び負極活物質層が上記セパレータを介して互いに対向
するように捲回積層されており、該電池は、正極と関連
して設けられている正極と等電位の金属部を有し、該正
極等電位金属部は少なくともその片側に正極活物質層の
形成されていない部分を有することによって、１周以上
の長さにわたって長手方向に延びる正極等電位露呈金属
部分（α）を形成し、上記の正極等電位露呈金属部分
（α）は、負極と関連して設けられている負極等電位露
呈金属部分（β）と１周以上の長さにわたって対向する
ように構成されてなる非水系電池に関する。更に、本発
明は、上記の捲回積層電極アセンブリーの代わりに、そ
れと実質的に同じ構成を有する単純積層電極アセンブリ
ー又はつづら折り積層電極アセンブリーをケーシングに
収容してなる非水系電池にも関する。上記のようなユニ
ーク構造のために、ケーシングが、外部からの圧力によ
り押し潰されたり、充電回路等の異常により過充電され
たり、釘等が刺さったり、あるいは外部から異常加熱さ
れたりする等の不慮の異常事態にあっても、電気抵抗の
充分に小さい金属同士の短絡によって、電池の急激な温
度上昇を抑制して、安全性を確保することのできる非水
系電池が提供され得るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、非水系の電解液を用いるリチウム
イオン二次電池においては、一般にアルミニウム箔にリ
チウム複合酸化物を正極活物質として塗工して正極と
し、また銅箔に炭素質材料を負極活物質として塗工して
負極とし、得られたシート状の両極間にポリエチレン微
多孔膜等からなるセパレータを間置し、これ等を捲回積
層して構成される電極アセンブリーが、外部電極（例え
ば外部負極）であるステンレス缶内に収納されている。
上記の様な非水系の電解液を用いるリチウムイオン二次
電池に関しては、例えば、日本国特開平２−５１８７５
号及び日本国特開平５−２３４６２０号等を参照するこ
とができる。

【０００３】このリチウムイオン二次電池は、高容量、
高電圧、高出力等の特徴を有することから、回路の異常
等により電池の正極と負極とが短絡して電池の温度が上
昇する等の異常時に、電池の温度上昇を防ぐべく温度ヒ
ューズ、電流ヒューズ、ＰＴＣ素子等の各種保護手段を
備え、電池の内圧上昇を防ぐべく安全弁を備えることが
行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、回路の異常等
により電池の正極と負極とが短絡する以外にも、様々な
異常事態が想定される。例えば、電池が外部からの圧力
により押し潰されたり、充電回路等の異常によって過充
電されたりする等不慮の事態にあっては、正極と負極の
間のセパレータが破断若しくは溶融し、正極と負極とが
電池内において短絡することとなる。さらに例えば、ケ
ーシングに釘等の導電体が刺さる等不慮の事態にあって
は、負極であるケーシングを貫通することで負極と一体
的に導通した釘が正極と電池内において短絡し、また電
池が外部から異常加熱される等の事態にあっては、正極
や負極の金属よりもこれらの間に配置されたセパレータ
の方が先に溶融し、同様に正極活物質と負極活物質とが
電池内において短絡することとなる。この際、電池が充
電されていない状態であれば何ら支障はないものの、充
電された状態では高容量、高電圧というリチウムイオン
二次電池の特性が、逆に安全性維持の観点からは、他の
電池に比較してマイナス要因となる。すなわち、リチウ
ムイオン二次電池にあっては正極活物質は、ＬｉＣｏＯ
2などのリチウムと遷移金属、若しくはリチウムと遷移
金属と非遷移金属との複合酸化物からなり、このような
活物質は金属酸化物であるために比較的抵抗値が高く、
短絡電流の通過により自身の温度が上昇し易いととも
に、充電時の正極活物質は、リチウムがイオン化してあ
る程度抜けた不安定な状態となっていることから、自身
の温度上昇により分解して活性な酸素を生じ、この酸素
と正極活物質を塗工したアルミニウム箔や有機溶媒が激
しく反応して、急激な温度上昇を引き起こす虞れがあ
る。

【０００５】従って、電池が外部からの圧力により押し
潰されたり過充電されたり、あるいはケーシングに釘等
の導電体が刺さったり外部から異常加熱されたりする等
の異常事態となった場合でも、正極活物質と負極との短
絡を生じ難くするか、生じた場合でもこれに伴う正極活
物質の昇温を抑制して、安全性を確保することのできる
非水系電池の開発が望まれていた。

【０００６】本発明者は、上記のような問題点を解決し
て安全な非水系電池を開発すべく鋭意研究を重ねた。そ
の結果、（１）ケーシング、（２）該ケーシングの内壁
により規定される空間内に含まれる非水系電解質、及び
（３）上記空間内に、該非水系電解質と共働可能に収容
された捲回積層電極アセンブリーよりなり、該捲回積層
電極アセンブリー（３）を構成する正極活物質層含有正
極、負極活物質層含有負極及びセパレータが、該正極活
物質層及び該負極活物質層が上記セパレータを介して互
いに対向するように捲回積層されてなる非水系電池にお
いて、該電池は、正極と関連して設けられている正極と
等電位の金属部を有し、該正極等電位金属部は少なくと
もその片側に正極活物質層の形成されていない部分を有
することによって、１周以上の長さにわたって長手方向
に延びる正極等電位露呈金属部分を形成し、上記の正極
等電位露呈金属部分は、負極と関連して設けられている
負極等電位露呈金属部分と１周以上の長さにわたって対
向するように構成すると、ケーシングが外部からの圧力
により一時に押し潰され、複数の箇所で正極・負極間の
セパレータがほぼ同時に破断した場合でも、正極活物質
層を有さない正極等電位露呈金属部分と負極等電位金属
露呈部分とが短絡すると、その短絡個所は、高抵抗の正
極活物質と負極との短絡個所と比較して、抵抗値が充分
に小さい金属同士の短絡であることから、短絡個所の抵
抗値による電流の比例配分により短絡電流は正極活物質
層を有さない正極等電位露呈金属部分と負極等電位露呈
金属部分との短絡個所を流れるため、正極活物質にはほ
とんど通電されず、電池は安全に内部短絡して、急激な
発熱とそれに伴う急激な温度上昇の危険の無くなること
を意外にも知見した。

【０００７】又、単純積層電極アセンブリーやつづら折
り積層電極アセンブリーをケーシングに収容してなる非
水系電池においても、上記の捲回積層電極アセンブリー
の場合と同様の構成によって正極等電位露呈金属部分と
負極等電位露呈金属部分を形成することにより、同じ効
果の得られることを知見した。本発明は、これらの知見
に基づいて完成したものである。

【０００８】即ち、本発明の目的は、電池が外部からの
圧力により押し潰されたり、過充電されたり、あるいは
ケーシングに釘等の導電体が刺さったり外部から異常加
熱されたりする等の異常事態となった場合でも、正極等
電位露呈金属部分と負極等電位露呈金属部分という２つ
の金属間を短絡させるという全く新規な着想によって、
急激な発熱とそれに伴う急激な温度上昇等のない安全性
に優れた非水系電池を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の上記及びその他
の諸目的、諸特徴ならびに諸利益は、添付の図面を参照
しながら行う以下の詳細な説明及び請求の範囲の記載か
ら明らかになる。本発明の１つの態様によれば、（１）
ケーシング、（２）該ケーシングの内壁により規定され
る空間内に含まれる非水系電解質、及び（３）上記空間
内に、該非水系電解質と共働可能に収容された捲回積層
電極アセンブリーよりなる非水系電池であって、 該捲
回積層電極アセンブリー（３）は、正極集電体として機
能する正極金属箔（ａ）の少なくとも片面に正極活物質
層（ｂ）を形成してなる正極、負極活物質層を含む負
極、及び正極及び負極の間に間置したセパレータ、から
なり、正極、負極及びセパレータは、上記正極活物質層
及び上記負極活物質層が該セパレータを介して互いに対
向するように捲回積層されており、該電池は、正極と関
連して設けられている正極と等電位の金属部を有し、該
正極等電位金属部は少なくともその片側に正極活物質層
の形成されていない部分を有することによって、１周以
上の長さにわたって長手方向に延びる正極等電位露呈金
属部分（α）を形成し、上記の正極等電位露呈金属部分
（α）は、負極と関連して設けられている負極等電位露
呈金属部分（β）と１周以上の長さにわたって対向して
位置していることを特徴とする非水系電池が提供され
る。

【００１０】次に、本発明の非水系電池について詳細に
説明する。上記したように、本発明の非水系電池の１つ
の態様にあっては、（１）ケーシング、（２）該ケーシ
ングの内壁により規定される空間内に含まれる非水系電
解質、及び（３）上記空間内に、該非水系電解質と共働
可能に収容された捲回積層電極アセンブリーよりなる。
該捲回積層電極アセンブリー（３）は、正極集電体とし
て機能する正極金属箔（ａ−１）の少なくとも片面に正
極活物質層（ａ−２）を形成してなる正極、負極活物質
層を含む負極、及び正極及び負極の間に間置したセパレ
ータからなる。正極、負極及びセパレータは、上記正極
活物質層及び上記負極活物質層が該セパレータを介して
互いに対向するように捲回積層されている。

【００１１】本発明の１つの態様である捲回積層電極ア
センブリーを有する非水系電池の特徴は、正極と関連し
て設けられている正極と等電位の金属部を有し、該正極
等電位金属部は少なくともその片側に正極活物質層の形
成されていない部分を有することによって、１周以上の
長さにわたって長手方向に延びる正極等電位露呈金属部
分（α）を形成し、上記の正極等電位露呈金属部分
（α）は、負極と関連して設けられている負極等電位露
呈金属部分（β）と１周以上の長さにわたって対向して
位置するように構成されていることにある。

【００１２】本発明においては、上記負極が、負極集電
体として機能する負極金属箔（ｂ−１）とその少なくと
も片面に形成された負極活物質層（ｂ−２）とからなる
か、又は、負極活物質層及び負極集電体の両者として機
能する負極活物質金属箔（ｂ−３）及び場合によって該
負極活物質金属箔（ｂ−３）を少なくともその片面に電
気的接続と共に結合している負極集電体金属箔（ｂ−
４）からなることが好ましい。

【００１３】本発明においては、上記負極等電位露呈金
属部分（β）が、負極金属箔（ｂ−１）の少なくとも片
面の負極活物質層（ｂ−２）を有さない露呈金属部分
（ｃ）、負極活物質金属箔（ｂ−３）の少なくとも片面
の露呈金属部分（ｄ）、負極集電体金属箔（ｂ−４）の
少なくとも片面における、負極活物質層としての負極活
物質金属箔（ｂ−３）を有さない露呈金属部分（ｅ）、
及び負極金属箔（ｂ−１）、負極活物質金属箔（ｂ−
３）又は負極集電体金属箔（ｂ−４）の内周端部及び外
周端部の少なくとも一方の端部から、電気的に接続して
延びる金属延長部分（ｆ）、から選ばれる少なくとも１
つの部分であることが好ましい。

【００１４】また、本発明においては、上記正極等電位
露呈金属部分（α）が、正極金属箔（ａ−１）の少なく
とも片面であってその外周端部に正極活物質層（ａ−
２）を有さない露呈金属部分（ｇ）、及び正極金属箔
（ａ−１）の外周端部から、電気的に接合して延びる金
属延長部分（ｈ）、から選ばれる少なくとも１つの部分
であることが好ましい。

【００１５】このような構成にすることにより、例えば
負極にしたケーシングを外部から釘等の導電体が貫通し
た場合、負極の金属ケーシングと一体的に導通した該導
電体は、セパレータを貫通した後、正極活物質層を有さ
ない正極等電位露呈金属部分と低抵抗状態で短絡し、ま
た電池が外部から異常加熱された場合、ケーシングに最
も近い外周側のセパレータが内周側のセパレータよりも
先に溶融し、外周側に形成された正極等電位露呈金属部
分と金属ケーシングとが低抵抗状態で短絡することによ
り、正極活物質にはほとんど通電されず、異常発熱を生
じることなく電池は安全に内部短絡する。この正極等電
位露呈金属部分を、例えば、正極金属箔の外周側の端部
に形成した場合、この正極等電位露呈金属部分にセパレ
ータを介して対向するのは、負極ケーシングに限らず、
例えば負極金属箔の露呈金属部分であってもよい。又、
ケーシングは、負極となる場合の他、正極となる場合も
ある。

【００１６】そして、ケーシングの内壁が、正極等電位
露呈金属部分（α）又は負極等電位露呈金属部分（β）
となり得る。更に、ケーシングは、正極でも負極でもな
いプラスチック製の場合もあり得、その際はプラスチッ
クケーシングに外部電極を設けることができる。本発明
においては、上記正極等電位露呈金属部分（α）が、正
極金属箔（ａ−１）の少なくとも片面であってその内周
端部に正極活物質層（ａ−２）を有さない露呈金属部分
（ｇ）、及び正極金属箔（ａ−１）の内周端部から、電
気的に接合して延びる金属延長部分（ｈ）、から選ばれ
る少なくとも１つの部分であることが好ましい。このよ
うな構成にすることにより、外部からの圧力によりゆっ
くり電池が押し潰される場合、捲回積層した電極アセン
ブリーにおける内周部分は外周部分と比較してより小さ
い曲率半径を有しており、印加される圧力は、外周側よ
りも内周側の方が単位面積当りに加わる力が大きくなる
ため内周側に位置するセパレータは他の部分より早く破
断し易い。従って正極活物質層を有さない正極等電位露
呈金属部分（α）と負極等電位露呈金属部分（β）がよ
り早く確実に低抵抗で短絡し、その後高抵抗の正極活物
質層と負極とが短絡しても、そこには短絡電流は流れ
ず、正極活物質の昇温を抑制し、電池は安全に内部短絡
する。

【００１７】本発明の電池においては、上記の負極等電
位露呈金属部分（β）に対向している正極等電位露呈金
属部分（α）の捲回数の上限は、ケーシング内に収納で
きる限り多い程安全性向上の効果があるが、多すぎると
電池の充放電容量の低下をまねくため、１〜１０周であ
ることが好ましく、２〜４周であることが更に好まし
い。

【００１８】また、上記正極等電位金属部分（α）は、
その両面に正極活物質層が形成されていない部分を１周
以上にわたって有することが好ましい。このようにする
と、外部からの圧力により一時に電池が押し潰され正極
・負極間の複数箇所でセパレータがほぼ同時に破断した
場合や、釘等の鋭利な導電体が集電体箔を貫通する際
に、一層確実な金属同士の低抵抗接触状態が得られる。

【００１９】また、本発明においては、上記正極等電位
露呈金属部分（α）に、該捲回積層電極アセンブリーの
外側に位置する外部電極を正極に等電位に接続するため
の電極タブを設けても良い。このような構成にすること
により、充電回路等の異常により電池が過充電された
際、多大な電流が電極タブに流れて電極タブ付近の温度
が他の部分よりも高温となり、電極タブが配設された正
極等電位露呈金属部分（α）に対するセパレータが他の
部分よりも先に溶融し、正極等電位露呈金属部分（α）
が負極等電位露呈金属部分（β）と低抵抗で短絡し、正
極活物質の熱分解などによる電池の温度の異常上昇を生
じることなく電池は安全に内部短絡する。

【００２０】しかし、わずかながら抵抗を有する電極タ
ブの溶接を介して正極と等電位に接続される正極ケーシ
ング等の外部電極〔正極等電位露呈金属部分（α）〕と
負極等電位露呈金属部分（β）が短絡する場合は、正極
等電位露呈金属部分（α）が、上記の露呈金属部分
（ｇ）及び／又は金属延長部分（ｈ）である場合に比べ
て、充分な低抵抗短絡が得られ難い。

【００２１】さらに、本発明においては、上記負極等電
位露呈金属部分（α）に、該捲回積層電極アセンブリー
の外側に位置する外部電極を負極に等電位に接続するた
めの電極タブを設けてもよい。このような構成にするこ
とにより、充電回路等の異常により電池が過充電された
際、多大な電流が電極タブに流れて電極タブ近傍の温度
が他の部分よりも高温となり、電極タブが配設された負
極等電位露呈金属部分（β）に対応するセパレータが他
の部分よりも先に溶融し、負極等電位露呈金属部分
（β）が正極等電位露呈金属部分（α）と低抵抗で短絡
し、正極活物質の熱分解などによる電池の温度の異常上
昇を生じることなく電池は安全に内部短絡する。

【００２２】しかし、わずかながら抵抗を有する電極タ
ブの溶接を介して負極と等電位に接続される負極ケーシ
ング等の外部電極〔正極等電位露呈金属部分（β）〕と
正極等電位露呈金属部分（α）が短絡する場合は、負極
等電位露呈金属部分（β）が、上記の露呈金属部分
（ｃ）〜（ｅ）及び／又は金属延長部分（ｆ）である場
合に比べて、充分な低抵抗短絡が得られ難くなる。

【００２３】尚、上記の電気的に接続して延びる金属延
長部とは、例えば、正極あるいは負極の集電体金属箔と
同じ材質の金属で、集電体箔とほぼ同じ幅で、集電体金
属箔の５〜２０倍の厚さの金属箔を、集電体金属箔内周
及び／又は外周端部の露呈金属部分と、溶接などの方法
によって、低抵抗で電気的・機械的に接続したものであ
る。金属延長部の金属材料は、集電体金属箔の材料と異
なっていてもよいが、その場合には容易に集電体金属箔
と溶接できる材料が選ばれる。

【００２４】集電体金属箔に関しては、通常、限定され
たケーシング内の体積を、有効に利用して電池容量を増
加させるために、集電体として機能し得る必要最小限の
電気導伝性と機械的強度を保てる範囲内で、極力膜厚の
薄い金属箔を用いることが望ましく、例えば、小型電池
においては、一般的に１０〜２０μｍの厚さのものが用
いられるが、上記金属延長部に関しては露呈金属部分と
して、充分に低い短絡抵抗を達成するために、ある程度
膜厚の厚い金属箔である事が望ましく、扱いやすさ等を
考慮して、５０〜２００μｍの膜厚の金属箔を集電体金
属箔の外周及び／又は内周端部の露呈金属部分と、溶接
などにより、低抵抗で電気的・機械的に接続して用いる
事が望ましい。

【００２５】電極タブとは、捲回積層電極アセンブリー
の正極及び／又は負極とケーシングに設けられた外部電
極とを電気的に接続するものであって、通常、小型電池
においては、幅３〜５ｍｍで厚さ１００〜２００μｍの
シート状の金属であり、正極等電位露呈金属部分（α）
及び／又は負極等電位露呈金属部分（β）に対して抵抗
溶接、あるいは超音波溶接される。

【００２６】上記電極タブの材質としては、正極及び負
極の集電体と同様の金属を用いることが可能であり、正
極タブとしては、アルミニウム、チタン、ニッケル及び
ステンレススチール等、負極タブとしては、銅、ニッケ
ル及びステンレススチール等を用いることができる。セ
パレータは、特に限定はなく、公知の電池セパレータを
用いることができる。

【００２７】しかし、上記セパレータは以下に説明する
ような第１セパレータ部分（Ｓ1）と第２セパレータ部
分（Ｓ2）とからなることが好ましい。第１セパレータ
部分（Ｓ1）は、正極の正極活物質層と負極の負極活物
質層とが対向している少なくとも１つの第１の領域に位
置し、第２セパレータ部分（Ｓ2）は、正極等電位露呈
金属部分（α）と負極等電位露呈金属部分（β）とが対
向している少なくとも１つの第２の領域に位置してお
り、そして、第１セパレータ部分（Ｓ1）はイオン透過
性セパレータ材料より形成され、第２セパレータ部分
（Ｓ2）はイオン絶縁性セパレータ材料及びイオン透過
性セパレータ材料より選ばれるセパレータ材料より形成
される。

【００２８】イオン透過性セパレーター材料は、特に限
定されず、織布、不織布、ガラス織布、合成樹脂微多孔
膜等を用いることができるが、薄膜、大面積電極を用い
る場合には、例えば、特開昭５８−５９０７２号に開示
される合成樹脂微多孔膜、特に米国特許第５，０５１，
１８３号等に開示されるポリオレフィン系微多孔膜等
が、厚み、強度、膜抵抗の面で好ましい。

【００２９】また、本発明においては、上記第２セパレ
ータ部分がイオン絶縁性セパレータ材料により形成され
ていることが好ましい。即ち、上記正極等電位露呈金属
部分（α）と負極等電位露呈金属部分（β）との間に配
置されるセパレータは、当該位置において電池作用が生
じないため、イオン透過性を有さないセパレータを使用
することができる。

【００３０】イオン絶縁性セパレータ材料としては、電
子伝導性がなく有機溶媒の耐性が高いものであれば特に
限定はなく、上記のイオン透過性セパレータ材料として
例示したものを使用することもできる。即ち、織布、不
織布、ガラス織布、合成樹脂微多孔膜等を用いることが
できるが、薄膜、大面積電極を用いる場合には、例え
ば、特開昭５８−５９０７２号に開示される合成樹脂微
多孔膜、特に米国特許第５，０５１，１８３号等に開示
されるポリオレフィン系微多孔膜等が、厚み、強度、膜
抵抗の面で好ましく用いられるが、微多孔膜である必要
はない。

【００３１】このイオン絶縁性セパレータ材料はイオン
透過性セパレータ材料に比べ安価なだけでなく、強度が
高いため、膜厚を極端に薄くしても必要な強度を保持す
ることができる。この場合、同じ大きさのケーシングに
収容される積層電極アセンブリーの合計の積層長さを長
くすることができる。また、本発明においては、上記第
２セパレータ部分の融点が、１００℃以上、一般的には
１００〜２００℃、であり、且つ第１セパレータ部分の
融点より少なくとも５℃、一般的には５〜１５０℃、低
いことが好ましい。

【００３２】この場合、正極等電位露呈金属部分（α）
と負極等電位露呈金属部分（β）とが対向している少な
くとも１つの第２の領域に位置している第２セパレータ
部分が、正極活物質層と負極活物質層とが対向している
少なくとも１つの第１の領域に位置している第１セパレ
ータ部分より融点が低いため、電池内が高温になった際
に、第１セパレータ部分よりも低い融点を持つ第２セパ
レータ部分の方が先に溶融し易くなり、正極等電位露呈
金属部分（α）と負極等電位露呈金属部分（β）とがよ
り確実に短絡する。

【００３３】第２セパレータ部分のセパレータの融点
は、通常の非水電解質電池の使用温度範囲（−２０〜１
００℃）より高いものであり、かつ第２セパレータ部分
のセパレータの融点（１２０℃〜２５０℃）よりも有意
差をもって低いことが好ましい。第２セパレータ部分の
融点と第１セパレータ部分の融点との差が５℃より小さ
いと、ケーシング内に通常存在する温度分布によって第
１セパレータの方が先に溶融する場合があるという問題
があり、一方その差が１５０℃より大きいと、使用温度
範囲内で溶融する場合があるという問題がある。

【００３４】第２セパレータ部分に用いるセパレータ材
料としては、例えば、ポリエチレンフィルム及びポリプ
ロピレンフィルムが挙げられる。また、本発明において
は、上記捲回積層電極アセンブリーの捲回中心に剛体あ
るいは弾性体より形成されたコアを挿入してなり、上記
ケーシングが圧縮力を受けると該捲回積層電極アセンブ
リーがケーシングとコアとの間に圧縮されるようになっ
ていることが好ましい。

【００３５】このような構成にすることにより、ケーシ
ングに外力が印加された際に絶縁膜セパレータは電極ア
センブリーの中心側から一層破断し易くなる。本発明の
電池に使用できる正極金属箔の例としては、厚み５〜１
００μｍのアルミニウム、チタン及びステンレススチー
ル等の金属箔が挙げられる。好ましくはアルミニウムで
あり、厚み８〜５０μｍ、更に好ましくは１０〜３０μ
ｍのものが用いられる。また、正極金属箔の少なくとも
片側面に形成する正極活物質層の厚さは、片面あたり、
好ましくは３０〜３００μｍ、より好ましくは７０〜１
３０μｍである。

【００３６】負極金属箔の例としては、銅、ニッケル及
びステンレススチール等の金属箔が挙げられる。好まし
くは銅、ステンレススチールであり、厚み６〜５０μ
ｍ、更に好ましくは８〜２５μｍのものが用いられる。
また、負極金属箔の少なくとも片側面に形成する負極活
物質層の厚さは、片面あたり、好ましくは３０〜３００
μｍ、より好ましくは７０〜１３０μｍである。

【００３７】上記の正極及び負極金属箔の形状は、エキ
スパンデッドメタル、パンチドメタル、発泡メタル等の
形状でもよく、又、金属均等体としてのカーボンクロ
ス、カーボンペーパー等を用いることもできる。本発明
において、正極活物質としては、Ｌｉ，Ｎａ，Ｃａ等の
アルカリ金属とＣｏ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｆｅ等の遷移金属、
又はアルカリ金属と遷移金属と非遷移金属との複合金属
酸化物を用いることができる。

【００３８】複合金属酸化物の例としては、層状構造を
有し電気化学的にＬｉイオンがインターカレート（inte
rcalate)、デインターカレート（deintercalate）し得
るＬｉ複合金属酸化物等が挙げられる。上記のＬｉ複合
金属酸化物の具体例としては、日本国特開昭５５−１３
６，１３１号公報（対応米国特許第４，３５７，２１５
号）に開示されているＬｉＣｏＯ 、日本国特開平３−
４９，１５５号公報に開示されているＬｉxＮｉyＣｏ(1
-y)Ｏ 、及びＬｉxＭｎＯ 等が挙げられる。

【００３９】かかる化合物を得るには、水酸化リチウ
ム、酸化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム等のＬ
ｉ化合物を、金属酸化物、金属水酸化物、金属炭酸塩、
金属硝酸塩等と、更に、もし望まれるならば、他金属化
合物との焼成反応に付すことにより容易に得ることがで
きる。また本発明において、負極活物質としては、コー
クス、グラファイト、非晶質カーボン等の炭素質材料を
用いることができ、その形状としては破砕状、鱗片状、
球状いずれの形状であっても良い。上記の炭素質材料
は、特に限定されるものではないが、例えば、日本国特
開昭５８−３５，８８１号公報（対応米国特許第４，６
１７，２４３号）に記載の高表面積炭素材料、グラファ
イト、又特開昭５８−２０９，８６４号公報に記載のフ
ェノール系樹脂等の焼成炭化物、又日本国特開昭６１−
１１１，９０７号公報（対応米国特許第４，７２５，４
２２号）に記載の縮合多環炭化水素系化合物の焼成炭化
物等が挙げられる。また金属リチウム、複合酸化物など
をそのまま負極として用いてもよい。

【００４０】非水の電解質としては特に限定されない
が、例えばＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、
ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉ、（ＣＦ３ＳＯ２)２Ｎ・Ｌｉ、Ｌｉ
ＰＦ６、ＬｉＩ、ＬｉＡｌＣｌ４、ＮａＣｌＯ４、Ｎａ
ＢＦ４、ＮａＩ、（ｎ−Ｂｕ)４Ｎ＋ＣｌＯ４、（ｎ−
Ｂｕ)４Ｎ＋ＢＦ４、ＫＰＦ６等の電解質を有機溶媒に
溶解して有機電解液として使用することができる。有機
電解液中の電解質濃度は約０．１〜２．５Ｍであること
が好ましい。又、固体電解質を用いることもできる。

【００４１】用いられる有機溶媒としては、例えば、エ
ーテル類、ケトン類、ラクトン類、ニトリル類、アミン
類、アミド類、硫黄化合物、塩素化炭化水素類、エステ
ル類、カーボネート類、ニトロ化合物、リン酸エステル
系化合物、スルホラン系化合物等を用いることができる
が、これらのうちでもエーテル類、ケトン類、ニトリル
類、塩素化炭化水素類、カーボネート類、スルホラン系
化合物が好ましい。更に好ましくは環状カーボネート類
である。これらの代表例としては、テトラヒドロフラ
ン、２−メチルテトラヒドロフラン、１,４−ジオキサ
ン、アニソール、モノグライム、アセトニトリル、プロ
ピオニトリル、４−メチル−２−ペンタノン、ブチロニ
トリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル、１,２−ジ
クロロエタン、γ−ブチロラクトン、ジメトキシエタ
ン、メチルフォルメイト、プロピレンカーボネート、エ
チレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ジメチル
ホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルチオホ
ルムアミド、スルホラン、３−メチル−スルホラン、リ
ン酸トリメチル、リン酸トリエチルおよびこれらの混合
溶媒等をあげることができるが、必ずしもこれらに限定
されるものではない。

【００４２】以上、図１〜８に示した捲回積層電極アセ
ンブリーを有する本発明の非水系電池の実施態様につい
て説明したが、捲回積層電極アセンブリーの代わりに、
単純積層電極アセンブリー（図９〜１０）又はつづら折
り積層電極アセンブリー（図１１〜１２）を用いる非水
系電池においても、上記の実施態様と実質的に同様な構
成によって正極等電位露呈金属部分及び負極等電位露呈
金属部分を形成し、捲回積層電極アセンブリーを有する
非水系電池の場合と同様の効果を発揮することができ
る。

【００４３】即ち、本発明の他の１つの態様によれば、
（１’）ケーシング、（２’）該ケーシングの内壁によ
り規定される空間内に含まれる非水系電解質、及び
（３’）上記空間内に、該非水系電解質と共働可能に収
容された単純積層電極アセンブリーよりなる非水系電池
であって、該単純積層電極アセンブリー（３’）は、電
気的に互いに接続された複数層の正極であって、各正極
が正極集電体として機能する正極金属箔（ａ’−１）の
少なくとも片面に正極活物質層（ａ’−２）を形成して
なる正極、電気的に互いに接続された複数層の負極であ
って、各負極が負極活物質層を含んでなる負極、及び複
数層のセパレータであって、各セパレータが各正極及び
各負極の間に間置してなるセパレータ、からなり、各正
極、各負極及び各セパレータは、上記正極活物質層及び
上記負極活物質層が該セパレータを介して互いに対向す
るように単純積層されており、該電池は、正極と関連し
て設けられている正極と等電位の金属部を有し、該正極
等電位金属部は少なくともその片側に正極活物質層の形
成されていない部分を有することによって、１層以上の
長さにわたって正極等電位露呈金属部分（α’）を形成
し、上記の正極等電位露呈金属部分（α’）は、負極と
関連して設けられている負極等電位露呈金属部分
（β’）と１層以上の長さにわたって対向して位置して
いる、ことを特徴とする非水系電池が提供される。

【００４４】また、本発明の更に他の１つの態様によれ
ば、（１”）ケーシング、（２”）該ケーシングの内壁
により規定される空間内に含まれる非水系電解質、及び
（３”）上記空間内に、該非水系電解質と共働可能に収
容されたつづら折り積層電極アセンブリーよりなる非水
系電池であって、該つづら折り積層電極アセンブリー
（３”）は、正極集電体として機能する正極金属箔
（ａ”−１）の少なくとも片面に正極活物質層（ａ”−
２）を形成してなる正極、負極活物質層を含む負極、及
び正極及び負極の間に間置したセパレータ、からなり、
正極、負極及びセパレータは、上記正極活物質層及び上
記負極活物質層が該セパレータを介して互いに対向する
ようにつづら折り積層されており、該電池は、正極と関
連して設けられている正極と等電位の金属部を有し、該
正極等電位金属部は少なくともその片側に正極活物質層
の形成されていない部分を有することによって、１層以
上の長さの正極等電位露呈金属部分（α”）を形成し、
上記の正極等電位露呈金属部分（α”）は、負極と関連
して設けられている負極等電位露呈金属部分（β”）と
１層以上の長さにわたって対向して位置している、こと
を特徴とする非水系電池が提供される。

【００４５】

【発明の実施の形態】以下に実施態様を挙げて本発明を
詳細に説明するが、これらは本発明の範囲を限定するも
のではない。

【００４６】

【実施例】図１は、本発明の非水系電池の１つの態様を
示す概略断面図（ケーシングは示されていない）であ
る。この非水系電池は、正極金属箔（アルミニウム箔）
１の両面に正極活物質層２を形成してなる正極３と、負
極金属箔（銅箔）４の両面に炭素質材料からなる負極活
物質層５を形成してなる負極６と、上記正極３と上記負
極６の間に間置したポリエチレン微多孔膜等からなるセ
パレータ７とからなる捲回積層電極アセンブリーを含有
するものである。１３は、ステンレス等からなるパイプ
状のコアである。このコアは、ケーシングの内部圧力が
上昇した場合にガスを安全弁の方向へ導く流路の作用を
有すると同時に、ケーシング外部から圧縮力が加わった
際に、捲回積層電極アセンブリーをコアとケーシングの
内壁との間に圧縮付勢させる働きを有するものである。

【００４７】この態様の非水系電池においては、正極金
属箔（アルミニウム箔）１の内周端部から約２周以上に
亘り両面の正極活物質層２を有さずにアルミニウム箔１
を露呈させた状態で捲回している。また、同様に負極金
属箔（銅箔）４はその内周端部から約１周以上に亘り両
面の負極活物質層５を有さずに銅箔４を露呈させた状態
で捲回している。すなわち、この捲回積層した電極アセ
ンブリーの内周端部は、約１周以上に亘りアルミニウム
箔１と銅箔４とがセパレータ７を介して相対向し、それ
に続く１周においてはアルミニウム箔１と負極活物質層
５とがセパレータ７を介して相対向し、その後正極活物
質層２と負極活物質層５とがセパレータ７を介して相対
向している。

【００４８】この態様の非水系電池が、図２に示す如
く、例えば上下方向から圧力を加えられた場合、この電
池においてはパイプ状コア１３に隣接する最内周のセパ
レータ７が受けるストレスが最も大きいことから、ここ
から順次外周方向へ破断が生じる。即ち、まず最初に図
２のＡ及びＦにてアルミニウム箔１の露呈部分と銅箔４
の露呈部分の金属同士が低抵抗で短絡する。また、圧力
が加わる方向の延長線上のセパレータ部分がほぼ同時に
破断した場合であっても、Ａ，Ｂ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉのよ
うな抵抗値の小さい金属同士の短絡抵抗値は、Ｄ，Ｅ，
Ｋ，Ｌのような高抵抗の正極活物質層２と負極活物質層
５との間の短絡抵抗値と比較して格段に小さいことか
ら、短絡電流は低抵抗で短絡し得るＡ，Ｂ，Ｆ，Ｇ，
Ｈ，Ｉの６個所のうち、少なくとも何れか１個所が短絡
するだけで大部分の短絡電流はここを流れ、高抵抗の短
絡であるＤ，Ｅ，Ｋ，Ｌを流れる電流は非常に少ない。
したがって高抵抗の正極活物質層２を介さずに実質的に
正極金属箔（アルミニウム箔）１と負極金属箔（銅箔）
４とが低抵抗で短絡することから、正極活物質の熱分解
などによる電池の温度の異常上昇を伴うことなく単なる
ジュール熱が発生するだけで内部短絡する。

【００４９】また、セパレータ７の破断する位置が内周
と外周であまり時間差がない状況を想定した場合には、
正極金属箔（アルミニウム箔）を露呈させる位置は、内
周側の端部に限定されることはなく、外周側の端部や中
途部分であってもよい。尚、Ｃ，Ｊのようにアルミニウ
ム箔１の露呈部分と負極活物質層５が短絡する部分は、
電流が正極活物質層２を介さないで流れ、正極活物質の
熱分解などによる電池の温度の異常上昇を伴うことなく
内部短絡するので、短絡の抵抗値は、高抵抗の正極活物
質層２を介する短絡抵抗値と比較して低いとは言えず、
特に活物質同士の短絡がほぼ同時に発生したような場合
には、効果が不十分である。

【００５０】１０は、アルミニウム箔１の露呈部分に配
設され、正極３と外部電極とを接続する電極タブであ
る。この電極タブ１０を、正極活物質層２を介さずに負
極６の銅箔４の露呈部分と対向する位置に配設すること
により、充電回路等の異常により電池が過充電された
際、多大な電流が電極タブ１０に流れることで電極タブ
１０近傍の温度が他の部分よりも高温となる。そして、
電極タブ１０が配設された箇所に対向するセパレータ７
が他の部分よりも先に溶融し、正極３のアルミニウム箔
１の露呈部分が負極６の銅箔４の露呈部分と低抵抗で短
絡し、正極活物質の熱分解などによる電池の温度の異常
上昇を生じることなく電池は安全に内部短絡する。ま
た、正極金属箔であるアルミニウム箔１の内周端部に正
極等電位露呈金属部分を形成し、ここに電極タブを配設
することで、電池が過充電された際に電極タブ１０近傍
に生じる発熱が捲回積層電極アセンブリーの中心に集中
し、アルミニウム箔１の内周端部以外に露呈部分を形成
し電極タブを配設した場合と比較して、より早く、かつ
確実に、アルミニウム箔１が露呈した部分に対応するセ
パレータ７が溶融する。

【００５１】また、特に図示しないが、正極３のアルミ
ニウム箔１の露呈部分にセパレータ７を介して相対向す
る負極６の銅箔４の露呈部分にこれと外部電極とを接続
する電極タブを配設した場合にあっても、充電回路等の
異常により電池が過充電された際、多大な電流がこの電
極タブに流れて電極タブ近傍の温度が他の部分よりも高
温となり、この電極タブが対向するセパレータ７が他の
セパレータ部分よりも先に溶融し、正極３のアルミニウ
ム箔１の露呈部分と負極６の銅箔４の露呈部分とが低抵
抗で短絡し、正極活物質の熱分解などによる電池の温度
の異常上昇を生じることなく電池は安全に内部短絡する
ものである。

【００５２】尚、上記の態様においては、正極金属箔
（アルミニウム箔）の露呈部分と負極金属箔（銅箔）の
露呈部分が内周端部から１周以上にわたってセパレータ
を介して対向していれば、外部から圧力が印加された場
合に、この圧力の延長線上において、正極活物質を介さ
ずに正極と負極の金属同士が確実に短絡する個所が必ず
１個所以上存在するため、低抵抗での短絡が成し得るも
のである。

【００５３】また、特に図示しないが、正極のアルミニ
ウム箔の露呈部分にグラファイト等の導電性被覆を被着
することにより、アルミニウム箔表面の酸化が防止され
常に良好な導電状態が得られる。また、この導電性被覆
としては、正極活物質をアルミニウム箔に塗工する際
に、接着性向上のために予めアルミニウム箔にアンカー
層として被着されているグラファイト等の被覆をそのま
ま導電性被覆として用いてもよい。

【００５４】図３は、本発明の非水系電池の他の態様を
示す概略断面図である。この非水系電池は、片面にリチ
ウム複合酸化物からなる正極活物質層２1 を形成した正
極金属箔（アルミニウム箔）１1 と、同じく片面に正極
活物質層２2 を形成したアルミニウム箔１2 とを互いの
活物質層を有さない露呈面同士を重ね合わせてなる正極
３と、負極金属箔（銅箔）４の両面に炭素質材料からな
る負極活物質層５が形成されてなる負極６と、上記正極
３と上記負極６との間に間置されるポリエチレン微多孔
膜等からなるセパレータ７とからなる捲回積層アセンブ
リーを負極の外部電極となるよう接続されたケーシング
８内に収納して構成されるものである。

【００５５】この非水系電池にあっては、正極３の外周
端部から約１周に亘り内側のアルミニウム箔１2 だけが
捲回され、外側のアルミニウム箔１1 は欠如している。
即ち、この外周側の１周部分においては正極アルミニウ
ム箔１2 の露呈部分と負極ケーシング８とがセパレータ
７を介して相対向している。このような正極３を製造す
るには、２つのアルミニウム箔１1 及び１2 を重ね合わ
せる際に一方を１周分に相当する長さだけずらせば良
い。

【００５６】この非水系電池に対し、図４における鉄釘
１９のような導電体がケーシング８を突き破って内部を
挿通した場合、ケーシング８を貫通する時点で負極であ
るケーシング８と一体的に導通した鉄釘１９の先端は、
まず正極３のアルミニウム箔１2 を貫通し、次に正極活
物質層２2 、負極活物質層５、銅箔４．．．と順次接触
し、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの順に正負極間の短絡を発生し
つつ、貫通してゆく（セパレータは省略）。

【００５７】このように、最終的には鉄釘１９は正極活
物質層と負極とを短絡させるものの、ケーシング８を突
き破った鉄釘１９が最初に短絡するのは、正極３のアル
ミニウム箔１2であり、この最初の短絡Ａは、後に鉄釘
１９が正極活物質を貫通するＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅと比較し
て、金属同士の短絡であるため十分に低抵抗であり、短
絡電流は鉄釘１９を通してケーシング８とアルミニウム
箔１2 の間Ａにおいて大部分が流れ、これにより本発明
の非水系電池は異常温度上昇を伴うことなく安全に内部
短絡する。

【００５８】また、上述した構成からなる本発明の非水
系電池が、外部から異常加熱された場合には、ケーシン
グ８に最も近い外周側のセパレータ７が内周側のセパレ
ータ７よりも先に溶融し始め、まず最初に外周側のセパ
レータ７を介してケーシング８と対向する正極のアルミ
ニウム箔１2とケーシング８とがセパレータが溶融した
部分において低抵抗状態で短絡する。これにより、正極
活物質に通電されず異常温度上昇を生じることなく電池
は安全に内部短絡する。

【００５９】図５〜８は、図１に示される本発明の非水
系電池における捲回積層電極アセンブリーの内周端部に
おける構造的特徴と、図２に示される本発明の非水系電
池の捲回積層電極アセンブリーの外周端部における構造
的特徴を合わせ持つように設計された、本発明の非水系
電池の４つの異なった態様の概略断面図である。以下、
これら４つの態様における、それぞれの捲回積層電極ア
センブリーの内周端部と外周端部の構造とその効果につ
いて説明する。

【００６０】図５は、本発明の非水系電池の更に他の１
つ態様を示す概略断面図である。この態様の非水系電池
においては、正極３の正極金属箔（アルミニウム箔）１
の内周端部から約２周に亘り両面の正極活物質層２を有
さずにアルミニウム箔１を露呈させた部分があり、続い
て約１周片面が露呈された部分が設けられている。この
アルミニウム箔１を露呈させた部分はセパレータ７を介
して負極金属箔（銅箔）４が約２周に亘り両面の負極活
物質を有さず銅箔４を露呈させた部分が対向しており、
セパレータ７が破断した場合には、正極及び負極の露呈
金属部分同士が短絡するよう設計されている。

【００６１】更に、図５に示す非水系電池においては、
捲回積層電極アセンブリーの外周端部においても、約２
周に亘り両面の正極活物質層２を有さずにアルミニウム
箔１を露呈させた部分があり、続いて約１周片面が露呈
された部分が設けられている。このアルミニウム箔１を
露呈させた部分は、セパレータ７を介することなくアル
ミニウム箔１だけで捲回されているが、更に外周側に負
極である金属ケーシングがあるため、イオン絶縁性セパ
レータ材料で形成されたセパレータ１５を介して正極及
び負極の露呈金属部分が対向するように構成されてい
る。

【００６２】この非水系電池に対し、鋭利な鉄釘のよう
な導電体がケーシング８を突き破って内部を挿通した場
合、図３及び４の態様と同様に、短絡電流の大部分がケ
ーシングと導電体である鉄釘とアルミニウム箔１の間に
流れ、たとえ後で鉄釘が正極活物質２を貫通したとして
も、正極活物質層２を流れる電流が充分低く押さえられ
るので、正極活物質の熱分解などによる電池の温度の異
常上昇を伴うことなく、安全に内部短絡する。

【００６３】また、この態様においては、上記したよう
にアルミニウム箔１とケーシング８の間にイオン絶縁性
材料で形成されたセパレータを間置している。これは、
アルミニウム箔１とケーシング８が対向している位置に
おいては電池作用が生じないため、この位置に配置され
るセパレータはイオン透過性を有する必要が無いためで
ある。従って、イオン透過性のない丈夫な絶縁膜を用い
ることができるため、捲回積層電極アセンブリーをケー
シング内に挿入する組み立て工程において、摩擦等によ
り最外周セパレータに傷がつき、絶縁性が損なわれてケ
ーシングと電極体が初期状態から短絡する不良品の発生
率を低くすることができる。

【００６４】図６は、本発明の非水系電池の更に他の１
つ態様を示す概略断面図である。この態様の非水系電池
においては、正極３の正極金属箔（アルミニウム箔）１
の内周端部から約２周に亘り両面の正極活物質層２を有
さずにアルミニウム箔１を露呈させた部分がある。この
アルミニウム箔１を露呈させた部分はセパレータ７を介
して負極金属箔（銅箔）４が約１周に亘り両面の負極活
物質を有さず銅箔４を露呈させた部分、続いて負極金属
箔（銅箔）４が約１周に亘り片面の負極活物質を有さず
銅箔４を露呈させた部分と対向しており、セパレータ７
が破断した場合には、正極及び負極の露呈金属部分同士
が短絡するよう設計されている。

【００６５】更に、この実施例においては、パイプ状コ
ア１３の代わりに、軸方向に一部を切欠し断面が略Ｃ字
形状のスリット付きコア１４を用い、ケーシングが圧縮
付勢される際に、このスリット部のエッジが捲回積層電
極アセンブリーを内側から突き刺すように働いて、内周
端部の絶縁膜がより早く確実に破断され、正極のアルミ
ニウム箔の露呈金属部分と負極の銅箔の露呈金属部分と
が、より早く確実に低抵抗で短絡するよう工夫されてい
る。

【００６６】このような働きをするスリット付きコアと
しては、略Ｃ字形状の弾性体の側面に、剛性を損なわな
い程度に数カ所のスリットを設けることによって、捲回
積層電極アセンブリーを突き刺すエッジの効果を高め、
かつ電極アセンブリーの捲回軸に対して３６０度どの方
向から圧縮付勢されても安定した効果を発現することが
可能となる。

【００６７】また、特に図示しないが、スリットを設け
たコアの代わりに、外周に突部、突条を設けたりネジや
バネの如き螺旋体を捲回積層電極アセンブリーの中心に
挿入しておくことによっても、ほぼ同様の効果を得るこ
とができる。上記したように、図６に示す態様の非水系
電池においては、正極３の正極金属箔１であるアルミニ
ウム箔１の外周端部の外周側が約１周片面露呈してい
る。このアルミニウム箔１が露呈する部分の更に外周側
にセパレータ７を介して負極の銅箔４が約１周両面とも
露呈した状態で覆うように捲回され、この部分でセパレ
ータ７が破断した場合には、図３に示した態様の非水系
電池などと同様に安全な低抵抗短絡部が実現される。

【００６８】すなわち、上述した図３の態様において
は、捲回積層電極アセンブリーの最外周に、約１周に亘
り正極のアルミニウム箔１2 を露呈させ、これをセパレ
ータ７を介して負極ケーシング８の内壁と対向させた構
成について説明したが、本発明の非水系電池の電極アセ
ンブリーの外周端部の構造は、必ずしもこれに限定され
ることはなく、正極のアルミニウム箔１の露呈部分とケ
ーシング８との間に負極活物質層５を形成してなる負極
６が介在しても、鉄釘等の導電体が挿通する場合にはほ
ぼ同様な効果がある。

【００６９】更に例えば図６の態様の非水系電池のごと
く、銅箔４が露呈した負極６が介在する場合には、正極
のアルミニウム箔１はケーシング８でなく銅箔４と短絡
することとなるので、ケーシング自体が負極と等電位に
ある必要がなく、金属ではない例えば樹脂でできたケー
シングのような場合にも、効果が発現する。また更に、
この態様におけるように銅箔４を電極アセンブリーの最
外周に捲回した場合には、逆に正極と等電位にあるケー
シングに挿入することによって、他の負極ケーシングの
態様と同様の効果が実現することは、言うまでもない。

【００７０】図７は、本発明の非水系電池の更に他の１
つ態様を示す概略断面図である。この態様の非水系電池
においては、厚さ１５μｍのアルミニウム箔１の内周端
部に、上記アルミニウム箔とほぼ同じ幅で正極活物質層
を有さない厚さ１００μｍのシート状のアルミニウム箔
９を電気的にも機械的にも一体となるよう接続し、約２
周捲回したものである。このアルミニウム箔９は内周端
部から約１周は１８μｍの銅箔４の内周端部に銅箔４と
電気的にも機械的にも一体となるよう接続された銅箔４
とほぼ同じ幅で負極活物質を有さない１００μｍのシー
ト状の銅箔１１、続いて負極金属箔（銅箔）４が約１周
に亘り片面の負極活物質を有さず銅箔４を露呈させた部
分と対向している。

【００７１】更に、この態様の非水系電池においては、
図６の非水系電池同様にスリットを持ったステンレス製
のコアを用いているのでケーシングが圧縮力を受けた時
にステンレス製のコアが、１００μｍのアルミニウム箔
９と１００μｍの銅箔１１を内部から突き刺し短絡させ
るが、この場合に１５μｍのアルミニウム箔１と１８μ
ｍの銅箔４を突き刺す場合と比べて、より確実で低抵抗
の電気的導通状態を実現する効果がある。

【００７２】また、この非水系電池においては、正極金
属箔１からの金属延長部９と負極金属箔４及びそれから
の金属延長部１１とが対向する部分に、イオン絶縁性セ
パレータ材料で形成されたセパレータ７より膜厚の薄い
セパレータを間置している。一般にセパレータは、電子
絶縁性と共に電池機能を発現するためのイオン透過性を
必要とし、電解液を保持するためにも、内部にかなりの
空孔を有しており、機械的な強度を保つためには、あま
り膜厚を薄くする事ができない。しかしながら、本発明
の非水系電池における露呈金属部分同士の対向部分にお
いては、電子絶縁性のあるセパレータでさえあれば、電
池機能を発現するためのイオン透過性は不必要であり、
自由に膜厚の薄いセパレータを選択使用することができ
る。これによって、高い安全性を損なうことなく、ケー
シング内の体積を有効に利用し、電池容量を増加する設
計が可能となる。

【００７３】上記したように、図７に示す態様の非水系
電池の電極アセンブリーの外周においては、１５μｍの
アルミニウム箔１の外周端部に、ほぼ同じ幅で正極活物
質を有しない１００μｍのシート状のアルミニウム箔９
を電気的にも機械的にも一体となるよう接続し、約１周
捲回している。このアルミニウム箔９が対向する負極部
分は、銅箔４が約１周片面露呈しており、この部分で既
に必要な正極及び負極の露呈金属部分を実現している。
したがってケーシングが負極であれば、より効果的であ
るが、それに限定されるものではなく、図６の態様と同
様にケーシングは正極でも、また樹脂のような非金属容
器やフィルムでできた袋の様なものであってもかまわな
い。

【００７４】また、図７の態様のように電極アセンブリ
ーの最外周のアルミニウム箔１が露呈している部分を、
セパレータ７より融点の低いセパレータ１６で覆って負
極ケーシング８に挿入されてなる非水系電池が、外部か
ら異常加熱された場合には、ケーシング８に最も近いセ
パレータ７より融点の低いセパレータ１６が、正極活物
質層２と負極活物質層５を隔てるセパレータ７よりも先
に溶融し始め、まず最初に正極のアルミニウム箔１とケ
ーシング８とが低抵抗状態で短絡する。これにより、正
極活物質には通電されず、電池の異常温度上昇を生じる
ことなく電池は安全に内部短絡する。このような効果は
最外周をセパレータ７で覆った図３の態様の非水系電池
においても発現すると既に説明をしたが、この図７の態
様のようにセパレータ７より融点の低いセパレータ１６
を用いることによって、より顕著に効果を実現すること
ができる。

【００７５】図８は、本発明の非水系電池の更に他の１
つ態様を示す概略断面図である。この態様の非水系電池
においては、正極３の正極金属箔（アルミニウム箔）１
の内周端部から約２周に亘りアルミニウム箔１が両面と
も露呈する部分があり、続いて約１周片面露呈する部分
が設けられている。これらアルミニウム箔１が露呈する
部分はセパレータ７を介して負極の金属リチウム箔と対
向しており、この態様においては銅箔のような集電体金
属箔の露呈部分を設けなくても、負極そのものが金属で
あって充分に電気的抵抗が低いため、セパレータ７が破
断するような場合には、正極のアルミニウム箔１との間
で金属同士の低抵抗短絡が実現し、電池は安全に内部短
絡する。

【００７６】上記したように、図８に示す態様の非水系
電池の電極アセンブリーにおいては、正極３の正極金属
箔１の外周端部に約１周アルミニウム箔１の外周側が片
面露呈しており、イオン絶縁性セパレータ材料で形成さ
れたセパレータを介して、負極と等電位にある金属ケー
シングと対向している。安全に内部短絡させるための仕
組みは、図３に示す態様とほぼ同様であるが、捲回積層
電極アセンブリーの最外周が片面に正極活物質層２を有
する正極３であるため、負極ケーシングとの間にイオン
透過性セパレータ材料で形成されたセパレータを間置し
た場合には、特に過放電で放置すると、負極ケーシング
材料からイオンが溶け出し、正極表面に移動析出した
り、ケーシングに穴が開いて電解液の漏液が発生する懸
念もある。また同様な構造の非水系二次電池を充電する
際には、正極の外周端部Ａにある正極活物質から、負極
であるケーシングに対して微小量ではあるがリチウムイ
オンが移動して析出するので好ましくない。したがっ
て、この図８の態様のごとくケーシングとの間をイオン
絶縁性セパレータ材料で形成されたセパレータにより遮
断することによって、上述したような不利が解消する。

【００７７】上述した各態様においては、正極と負極と
の間にセパレータを介在させこれを捲回積層した電極ア
センブリーを収納する円柱形状の非水系電池についての
み説明したが、特に詳しく説明しないものの、現在携帯
用移動端末機器等に多く用いられている薄い長方体形状
の非水系電池においても本発明の上記の各態様の構成を
適用することができる。

【００７８】薄い長方体形状のケーシングに挿入する電
極アセンブリーとしては、上述した実施例において説明
したと同様の構造を有する捲回積層電極アセンブリー
を、扁平な楕円断面になるようにプレス成形しても良い
し、初めから長円形に捲回しても良い。更に、勿論、本
発明においては、捲回積層電極アセンブリーに限定され
ることはなく、図９及び１０に示すような単純に積層さ
れた電極アセンブリーや、図１１及び１２に示すような
つづら折りに積層された電極アセンブリーであっても、
同様の効果を発揮し得るものである。

【００７９】なお、外部からの加熱や、鉄釘が電池に刺
さった場合などに対処するためには、捲回した電極アセ
ンブリーの場合には正極の正極金属箔の外周端部に１周
以上アルミニウム箔を露呈させケーシングと対向させる
ことが好ましいが、薄い長方体形状の非水系電池に用い
られることのある図９及び１０に示すような単純積層し
た電極アセンブリーまたは図１１及び１２に示すような
つづら折り積層に折り畳んだ電極アセンブリーにあって
は、ケーシングと対向するアルミニウム箔を、電極アセ
ンブリーの外周に１周以上配設する必要はない。これ
は、外部からの影響を受ける面について考慮すれば、上
記の様な構造を有する電池の場合正極及び負極の露呈金
属部分は相対向する１対の層の表面に配設すれば足りる
ものである。

【００８０】図９は、単純積層電極アセンブリーを含有
する本発明の非水系電池の１つの態様を示す概略断面図
であり，図９に示す態様の非水系電池においては、単純
積層電極アセンブリーの内層にアルミニウム箔１が片面
で露呈している正極層と、銅箔４が片面で露呈している
負極層の、露呈金属面同士で対向するように構成され、
その間にはセパレータ７と導電体である剛体あるいは弾
性体１８が、間置されている。

【００８１】図１０は、単純積層電極アセンブリーを含
有する本発明の非水系電池の他の１つの態様を示す概略
断面図であり、この態様の非水系電池においては、電極
アセンブリーの最外層に正極金属箔のアルミニウム箔１
が片面露呈する部分を有し、負極ケーシング８と金属同
士で対向させている。図１１は、つづら折り積層電極ア
センブリーを含有する本発明の非水系電池の１つの態様
を示す概略断面図である。この態様の非水系電池におい
ては、つづら折り積層電極アセンブリーの外層端部に、
負極金属箔である銅箔４を延長する金属延長部１１と正
極金属箔であるアルミニウム箔１の片面露呈部を露呈金
属部分で対向させ、その間にセパレータ７あるいは膜厚
の小さいセパレータ材料で形成されたセパレータ１７を
間置した上で、図の上下方向で外部から圧縮力を受けた
場合には、積極的にその間の低抵抗短絡を実現する様、
セパレータや絶縁膜に対し局所的な圧接付勢を印加する
導電性の剛体あるいは弾性体を間置している。

【００８２】また、この態様においては、つづら折り積
層電極アセンブリーの外層端部に正極金属箔であるアル
ミニウム箔１が片面で露呈している正極層と、負極金属
箔である銅箔４を電気的に接続して延びる金属延長部１
１が、露呈金属部分同士で対向するように構成され、そ
の間には、セパレータ７と導電体である剛体あるいは弾
性体１８が間置されている。

【００８３】図１２は、つづら折り積層電極アセンブリ
ーを含有する本発明の非水系電池の他の１つの態様を示
す概略断面図である。この態様の非水系電池において
は、電極アセンブリーの外層で正極金属箔１が両面共露
呈した部分を折り曲げて、負極集電体の銅箔４が片面露
呈している部分と、セパレータ７を介して相対している
が、さらにこれを負極ケーシングに挿入することによっ
て、より確実な低抵抗短絡部を実現しようとしている。

【００８４】また、図９及び図１１において１８で表さ
れる導電体としては、例えば、図のように幅５００〜２
０００μｍでジグザグに折り曲げた厚さ１００〜５００
μｍのステンレススチール板、あるいは、表面に、深さ
１００〜１０００μｍのストライプ状凹凸を持つ厚さ５
００〜２０００μｍのステンレススチール板などを用い
ることができる。図９及び図１１の態様のように、電池
が上下方向で外部から圧縮力を受けた場合には、導電体
１８の凸部が、セパレータ７に対し、局所的な圧接力を
印加し、積極的にセパレータ７を破断して、対向する正
極及び負極の露呈金属部分同士を低抵抗で短絡させ、安
全に内部短絡させる。

【００８５】言うまでもなく、これら単純積層電極アセ
ンブリーやつづら折り積層電極アセンブリーとケーシン
グとの間に、イオン絶縁性セパレータ材料で形成された
セパレータや比較的低い材料で形成されたセパレータ、
正・負活物質層間のセパレータより膜厚の薄いセパレー
タなどを用いることによって、捲回積層の実施例で説明
したのと同じ効果が発揮される。

【００８６】

【発明の効果】本発明の非水系電池は、ユニークな電極
アセンブリー構造をもつために、ケーシングが、外部か
らの圧力により押し潰されたり、充電回路等の異常によ
り過充電されたり、釘等が刺さったり、あるいは外部か
ら異常加熱されたりする等の不慮の異常事態にあって
も、電気抵抗の充分に小さい金属同士の内部短絡によっ
て、電池の急激な温度上昇を抑制することが可能な安全
性に優れた非水系電池である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、捲回積層電極アセンブリーを含有する
本発明の非水系電池の１つの態様を示す概略断面図であ
る。

【図２】図２は、図１の非水系電池を押し潰した状態を
示す概略断面図である。

【図３】図３は、捲回積層電極アセンブリーを含有する
本発明の非水系電池の他の１つの態様を示す概略断面図
である。

【図４】図４は、図３の非水系電池に鉄釘を挿通した状
態を示す概略断面図である。

【図５】図５は、捲回積層電極アセンブリーを含有する
本発明の非水系電池の更に他の１つの態様を示す概略断
面図である。

【図６】図６は、捲回積層電極アセンブリーを含有する
本発明の非水系電池の更に他の１つの態様を示す概略断
面図である。

【図７】図７は、捲回積層電極アセンブリーを含有する
本発明の非水系電池の更に他の１つの態様を示す概略断
面図である。

【図８】図８は、捲回積層電極アセンブリーを含有する
本発明の非水系電池の更に他の１つの態様を示す概略断
面図である。

【図９】図９は、単純積層電極アセンブリーを含有する
本発明の非水系電池の１つの態様を示す概略断面図であ
る。

【図１０】図１０は、単純積層電極アセンブリーを含有
する本発明の非水系電池の他の１つの態様を示す概略断
面図である。

【図１１】図１１は、つづら折り積層電極アセンブリー
を含有する本発明の非水系電池の１つの態様を示す概略
断面図である。

【図１２】図１２は、つづら折り積層電極アセンブリー
を含有する本発明の非水系電池の他の１つの態様を示す
概略断面図である。

【符号の説明】

１ 正極金属箔 ２ 正極活物質層 ３ 正極 ４ 負極金属箔 ５ 負極活物質層 ６ 負極 ７ イオン透過性セパレータ材料で形成されたセパレー
タ ８ ケーシング ９ 正極金属箔からの金属延長部 １０ 正極タブ １１ 負極金属箔からの金属延長部 １２ 負極タブ １３ パイプ状コア １４ スリット付きコア １５ イオン絶縁性セパレータ材料で形成されたセパレ
ータ １６ 融点の比較的低い材料で形成されたセパレータ １７ 上記７のセパレータより膜厚の薄いセパレータ １８ 導電性の剛体あるいは弾性体 １９ 鉄釘

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （１）ケーシング、（２）該ケーシング
   の内壁により規定される空間内に含まれる非水系電解
   質、及び（３）上記空間内に、該非水系電解質と共働可
   能に収容された捲回積層電極アセンブリーよりなる非水
   系電池であって、 該捲回積層電極アセンブリー（３）は、 正極集電体として機能する正極金属箔（ａ−１）の少な
   くとも片面に正極活物質層（ａ−２）を形成してなる正
   極、 負極活物質層を含む負極、及び正極及び負極の間に間置
   したセパレータ、からなり、 正極、負極及びセパレータは、上記正極活物質層及び上
   記負極活物質層が該セパレータを介して互いに対向する
   ように捲回積層されており、 該電池は、正極と関連して設けられている正極と等電位
   の金属部を有し、該正極等電位金属部は少なくともその
   片側に正極活物質層の形成されていない部分を有するこ
   とによって、 １周以上の長さにわたって長手方向に延びる正極等電位
   露呈金属部分（α）を形成し、 上記の正極等電位露呈金属部分（α）は、負極と関連し
   て設けられている負極等電位露呈金属部分（β）と１周
   以上の長さにわたって対向して位置している、ことを特
   徴とする非水系電池。
2. 【請求項２】 上記正極等電位金属部が、その両面に正
   極活物質層の形成されていない部分を有することを特徴
   とする請求項１に記載の非水系電池。
3. 【請求項３】 負極が、負極集電体として機能する負極
   金属箔（ｂ−１）の少なくとも片面に負極活物質層（ｂ
   −２）を形成してなるか、又は、負極活物質層及び負極
   集電体の両者として機能する負極活物質金属箔（ｂ−
   ３）及び場合によって該負極活物質金属箔（ｂ−３）を
   少なくともその片面に電気的接続と共に結合している負
   極集電体金属箔（ｂ−４）を包含してなり、 上記負極等電位露呈金属部分（β）が、 （ｃ）負極金属箔（ｂ−１）の少なくとも片面の負極活
   物質層（ｂ−２）を有さない露呈金属部分、 （ｄ）負極活物質金属箔（ｂ−３）の少なくとも片面の
   露呈金属部分、 （ｅ）負極集電体金属箔（ｂ−４）の少なくとも片面に
   おける、負極活物質層としての負極活物質金属箔（ｂ−
   ３）を有さない露呈金属部分、及び（ｆ）負極金属箔
   （ｂ−１）、負極活物質金属箔（ｂ−３）又は負極集電
   体金属箔（ｂ−４）の内周端部及び外周端部の少なくと
   も一方の端部から、電気的に接続して延びる金属延長部
   分、から選ばれる少なくとも１つの部分であることを特
   徴とする請求項１又は２に記載の非水系電池。
4. 【請求項４】 負極が、負極集電体として機能する負極
   金属箔（ｂ−１）の少なくとも片面に負極活物質層（ｂ
   −２）を形成してなり、該負極等電位露呈金属部分
   （β）が、上記負極金属箔（ｂ−１）の少なくとも片面
   の負極活物質層（ｂ−２）を有さない露呈金属部分であ
   ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の非
   水系電池。
5. 【請求項５】 上記正極等電位露呈金属部分（α）が、
   （ｇ）正極金属箔（ａ−１）の少なくとも片面であって
   その外周端部に正極活物質層（ａ−２）を有さない露呈
   金属部分、及び（ｈ）正極金属箔（ａ−１）の外周端部
   から、電気的に接合して延びる金属延長部分、から選ば
   れる少なくとも１つの部分であることを特徴とする請求
   項１〜４のいずれかに記載の非水系電池。
6. 【請求項６】 上記正極等電位露呈金属部分（α）が、
   （ｇ）正極金属箔（ａ−１）の少なくとも片面であって
   その内周端部に正極活物質層（ａ−２）を有さない露呈
   金属部分、及び（ｈ）正極金属箔（ａ−１）の内周端部
   から、電気的に接合して延びる金属延長部分、から選ば
   れる少なくとも１つの部分であることを特徴とする請求
   項１〜４のいずれかに記載の非水系電池。
7. 【請求項７】 上記正極等電位露呈金属部分（α）に、
   該捲回積層電極アセンブリーの外側に位置する外部電極
   を正極に等電位に接続するための電極タブを設けてなる
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の非水
   系電池。
8. 【請求項８】 上記負極等電位露呈金属部分（α）に、
   該捲回積層電極アセンブリーの外側に位置する外部電極
   を負極に等電位に接続するための電極タブを設けてなる
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の非水
   系電池。
9. 【請求項９】 上記セパレータは第１セパレータ部分
   （Ｓ１）と第２セパレータ部分（Ｓ２）とからなり、第
   １セパレータ部分（Ｓ１）は正極の正極活物質層と負極
   の負極活物質層とが対向している少なくとも１つの第１
   の領域に位置し、第２セパレータ部分（Ｓ２）は正極等
   電位露呈金属部分（α）と負極等電位露呈金属部分
   （β）とが対向している少なくとも１つの第２の領域に
   位置しており、そして、第１セパレータ部分（Ｓ１）は
   イオン透過性セパレータ材料より形成され、第２セパレ
   ータ部分（Ｓ２）はイオン絶縁性セパレータ材料及びイ
   オン透過性セパレータ材料より選ばれるセパレータ材料
   より形成されてなることを特徴とする請求項１〜６のい
   ずれかに記載の非水系電池。
10. 【請求項１０】 上記第２セパレータ部分の融点が、１
    ００℃以上であり、且つ第１セパレータ部分の融点より
    少なくとも５℃低いことを特徴とする請求項９に記載の
    非水系電池。
11. 【請求項１１】 上記捲回積層電極アセンブリーの捲回
    中心に剛体及び弾性体より形成されたコアを挿入してな
    り、上記ケーシングが圧縮力を受けると該捲回積層電極
    アセンブリーがケーシングとコアとの間に圧縮されるよ
    うになっていることを特徴とする請求項１〜１０のいず
    れかに記載の非水系電池。
12. 【請求項１２】 （１’）ケーシング、（２’）該ケー
    シングの内壁により規定される空間内に含まれる非水系
    電解質、及び（３’）上記空間内に、該非水系電解質と
    共働可能に収容された単純積層電極アセンブリーよりな
    る非水系電池であって、 該単純積層電極アセンブリー（３’）は、 電気的に互いに接続された複数層の正極であって、各正
    極が正極集電体として機能する正極金属箔（ａ’−１）
    の少なくとも片面に正極活物質層（ａ’−２）を形成し
    てなる正極、電気的に互いに接続された複数層の負極で
    あって、各負極が負極活物質層を含んでなる負極、及び
    複数層のセパレータであって、各セパレータが各正極及
    び各負極の間に間置してなるセパレータ、からなり、 各正極、各負極及び各セパレータは、上記正極活物質層
    及び上記負極活物質層が該セパレータを介して互いに対
    向するように単純積層されており、 該電池は、正極と関連して設けられている正極と等電位
    の金属部を有し、該正極等電位金属部は少なくともその
    片側に正極活物質層の形成されていない部分を有するこ
    とによって、１層以上の長さの正極等電位露呈金属部分
    （α’）を形成し、上記の正極等電位露呈金属部分
    （α’）は、負極と関連して設けられている負極等電位
    露呈金属部分（β’）と１層以上の長さにわたって対向
    して位置している、ことを特徴とする非水系電池。
13. 【請求項１３】 （１”）ケーシング、（２”）該ケー
    シングの内壁により規定される空間内に含まれる非水系
    電解質、及び（３”）上記空間内に、該非水系電解質と
    共働可能に収容されたつづら折り積層電極アセンブリー
    よりなる非水系電池であって、 該つづら折り積層電極アセンブリー（３”）は、 正極集電体として機能する正極金属箔（ａ”−１）の少
    なくとも片面に正極活物質層（ａ”−２）を形成してな
    る正極、負極活物質層を含む負極、及び正極及び負極の
    間に間置したセパレータ、からなり、 正極、負極及びセパレータは、上記正極活物質層及び上
    記負極活物質層が該セパレータを介して互いに対向する
    ようにつづら折り積層されており、 該電池は、正極と関連して設けられている正極と等電位
    の金属部を有し、該正極等電位金属部は少なくともその
    片側に正極活物質層の形成されていない部分を有するこ
    とによって、１層以上の長さの正極等電位露呈金属部分
    （α”）を形成し、上記の正極等電位露呈金属部分
    （α”）は、負極と関連して設けられている負極等電位
    露呈金属部分（β”）と１層以上の長さにわたって対向
    して位置している、ことを特徴とする非水系電池。