(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極シートと負極シートとをセパレータを介して捲回して構成される捲回電極体を備え、
前記正極シートは、正極集電体の表面に正極合材層を塗工して構成され、幅方向の一端側に前記正極合材層の未塗工部が形成され、
前記負極シートは、負極集電体の表面に負極合材層を塗工して構成され、幅方向の他端側に前記負極合材層の未塗工部が形成され、
前記負極合材層の幅方向の長さは、前記正極合材層の幅方向の長さよりも長く構成される非水電解液二次電池であって、
前記正極合材層の未塗工部には、幅方向にて、前記正極合材層の一端側から所定位置までカーボン層が塗工され、
前記カーボン層には、ポリフッ化ビニデリンが２０ｗｔ％以上含まれ、
前記カーボン層は、多孔質に形成され、その空孔率は３０％以上かつ８０％以下とされる、
非水電解液二次電池。
【請求項２】
請求項１に記載の非水電解液二次電池であって、
前記正極シートの前記正極合材層の塗工部における前記正極合材層と前記正極集電体との間には、幅方向にて、前記正極合材層の一端側から所定位置までカーボン層が塗工され、
前記カーボン層は、ポリフッ化ビニデリンが２０ｗｔ％以上であって９０ｗｔ％以下含まれる、
非水電解液二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解液二次電池の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
非水電解液二次電池は、例えばリチウムイオン二次電池が良く知られている。リチウムイオン二次電池は、近年、電気を駆動源とする車両搭載用電源、あるいは、パソコン及び携帯端末その他の電気製品等に搭載される電源として重要性が高まっている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池は、電解液中のリチウムイオンが電気伝導を担うものである。リチウムイオン二次電池としては、正極シートと負極シートとをセパレータを介して捲回して構成される導電層を備えたものがある。正極シートは、正極集電体の表面に正極合材層を塗工して構成され、幅方向の一端側に正極合材層の未塗工部が形成されている。同様に、負極シートは、負極集電体の表面に負極合材層を塗工して構成され、幅方向の他端側に負極合材層の未塗工部が形成されている。
【０００４】
一般的に、リチウムイオン二次電池では、リチウムイオンが正極合材層から負極合材層に移動して電気伝導を担う。そのため、負極合材層の幅は、正極合材層から移動してくるリチウムイオンを受け止められるように、正極合材層の幅よりも大きく塗工されている。ここで、万が一、リチウムイオン二次電池の圧壊等の原因でセパレータが破損した場合には、正極合材層の未塗工部と負極合材層とが短絡し、自己放電が大きくなる。
【０００５】
リチウムイオン二次電池の正極合材層の未塗工部と負極合材層との短絡を防止するために、いくつかの対策がなされている。例えば、特許文献１に記載のリチウムイオン二次電池では、正極合材層の未塗工部と負極合材層とを絶縁するために、正極合材層の未塗工部にアルミナ層を塗工する二次電池を開示している。
【０００６】
しかし、特許文献１に開示されるリチウムイオン二次電池では、正極合材層のアルミナ層が塗工された部分では、リチウムイオンが移動することができないため、正極合材層として機能せず、その分リチウムイオン二次電池の電池容量が低下することになる。そのため、リチウムイオン二次電池では、電池容量が低下する等の弊害がなく、正極合材層の未塗工部と負極合材層との短絡を防止することが課題となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３１０６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は、電池容量が低下する等の弊害がなく、正極合材層の未塗工部と負極合材層との短絡を防止できる非水電解液二次電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１０】
請求項１においては、正極シートと負極シートとをセパレータを介して捲回して構成される捲回電極体を備え、前記正極シートは、正極集電体の表面に正極合材層を塗工して構成され、幅方向の一端側に前記正極合材層の未塗工部が形成され、前記負極シートは、負極集電体の表面に負極合材層を塗工して構成され、幅方向の他端側に前記負極合材層の未塗工部が形成され、前記負極合材層の幅方向の長さは、前記正極合材層の幅方向の長さよりも長く構成される非水電解液二次電池であって、前記正極合材層の未塗工部には、幅方向にて、前記正極合材層の一端側から所定位置までカーボン層が塗工され、前記カーボン層には、ポリフッ化ビニデリンが２０ｗｔ％以上含まれ、前記カーボン層は、多孔質に形成され、その空孔率は３０％以上かつ８０％以下とされるものである。
【００１１】
請求項２においては、請求項１に記載の非水電解液二次電池であって、前記正極シートの前記正極合材層の塗工部における前記正極合材層と前記正極集電体との間には、幅方向にて、前記正極合材層の一端側から所定位置までカーボン層が塗工され、前記カーボン層は、ポリフッ化ビニデリンが２０ｗｔ％以上であって９０ｗｔ％以下含まれるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の非水電解液二次電池によれば、電池容量が低下する等の弊害がなく、正極合材層の未塗工部と負極合材層との短絡を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態であるリチウムイオン二次電池の全体的な構成を示した斜視図。
【図２】同じく図１におけるＡ−Ａ断面図。
【図３】第一実施形態に係る正極シート、負極シート及びセパレータを示す模式図。
【図４】第二実施形態に係る正極シート、負極シート及びセパレータを示す模式図。
【図５】第三実施形態に係る正極シート、負極シート及びセパレータを示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１用いて、リチウムイオン二次電池１００について説明する。
なお、以下では、図１〜図５に示される幅方向、奥行き方向及び高さ方向に従って説明する。
【００１５】
リチウムイオン二次電池１００は、本発明に係る非水電解液二次電池の第一実施形態である。
【００１６】
リチウムイオン二次電池１００の構成について説明する。リチウムイオン二次電池１００は、電池ケース１１１と、蓋体１１２と、正極端子１２１と、負極端子１２２と、を具備している。
【００１７】
電池ケース１１１は、直方体形状の角型に構成されている。電池ケース１１１の内部には、後述する扁平形状の捲回電極体５０及び電解液が収容されている。蓋体１１２は、電池ケース１１１の上部に開口される開口部を塞ぐように構成されている。蓋体１１２には、外部接続用の正極端子１２１と負極端子１２２とが設けられている。正極端子１２１及び負極端子１２２の一部は蓋体１１２の表面側に突出している。
【００１８】
図２用いて、捲回電極体５０について説明する。
なお、図２は、図１におけるＡＡ方向の断面図を示している。
【００１９】
捲回電極体５０は、電池ケース１１１の内部に収容されている。捲回電極体５０は、長尺シート状の正極シート１０と、長尺シート状の負極シート２０とを、長尺シート状のセパレータ３０を介して、幅方向を軸として捲回して構成されるものである（図３〜図５参照）。より詳しくは、捲回電極体５０は、正極シート１０と負極シート２０とを２枚のセパレータ３０・３０と共に重ね合わせて幅方向を軸として捲回し、正極シート１０、負極シート２０、及びセパレータ３０・３０の捲回体を奥行き方向から押しつぶして高さ方向へ拡げることによって扁平形状に成形されている。
【００２０】
捲回電極体５０では、捲回される正極シート１０において、その幅方向に沿う一側の端部には、後述する正極合材層１２が形成されずに、正極集電体１１が露出している。一方、捲回電極体５０では、負極シート２０においても、その幅方向における他側の端部は後述する負極合材層２２が形成されずに、負極集電体２１が露出している。正極集電体１１の露出端部には、正極端子１２１が接合されている。一方、負極集電体２１の露出端部には、負極端子１２２が接合されている。
【００２１】
図３を用いて、リチウムイオン二次電池１００の正極シート１０について説明する。
なお、図３には、捲回して捲回電極体５０が構成される前における、正極シート１０、負極シート２０及びセパレータ３０を模式的に示している。
【００２２】
正極シート１０は、正極集電体１１の表面に正極合材層１２が塗工されて構成されている。なお、表面とは、正極シート１０をシートとして見たときのシートの表側の面及び裏側の面をいう。また、正極シート１０には、幅方向の一端側に正極合材層１２の未塗工部１３が形成されている。正極合材層１２には、正極活性物質と、結着剤と、が含まれている。
【００２３】
正極シート１０の未塗工部１３の表面には、カーボン層４０が塗工されている。カーボン層４０は、幅方向にて、正極合材層１２の一端側から未塗工部１３の所定位置まで塗工されている。カーボン層４０を構成するカーボン材としては、例えばアセチレンブラック（ＡＢ）が用いられる。また、カーボン層４０には、樹脂であるポリフッ化ビニデリンが２０ｗｔ％以上含まれているものとする。本実施形態のカーボン層４０には、ポリフッ化ビニデリンが５０ｗｔ％含まれている。
【００２４】
つまり、カーボン層４０は、導電性物質であるカーボン材と樹脂であるポリフッ化ビニデリンとで構成されている。カーボン層４０は、加熱されない通常の状態では導電性を呈し、加熱することにより樹脂であるポリフッ化ビニデリンが結晶化して高抵抗化し、絶縁性を呈するようになる。
【００２５】
カーボン層４０の幅方向にて、正極合材層１２の一端側から未塗工部１３の所定位置までの長さＬは、０．０５ｍｍ以上とされている。本実施形態のカーボン層４０の長さＬは、２ｍｍとされている。
【００２６】
カーボン層４０の厚さＴは、１μｍ以上かつ２０μｍ以下とされている。本実施形態の厚さＴは、２μｍとされている。
【００２７】
負極シート２０は、負極集電体２１の表面に負極合材層２２が塗工されて構成されている。また、負極シート２０には、幅方向の他端側に負極合材層２２の未塗工部２３が形成されている。なお、負極シート２０の負極合材層２２の幅方向の長さは、正極シート１０の正極合材層１２の幅方向の長さよりも長くなるように塗工されている。
【００２８】
セパレータ３０は、正極シート１０および負極シート２０の間に介在するシートである。セパレータ３０は、正極シート１０の正極合材層１２と、負極シート２０の負極合材層２２にそれぞれ接するように配置される。そして、正極シート１０と負極シート２０における活物質層の接触に伴う短絡防止や、セパレータ３０の空孔内に電解液を含浸させることにより電極間の伝導パス（導電経路）を形成する機能を有する。
【００２９】
リチウムイオン二次電池１００の作用について説明する。
万が一、リチウムイオン二次電池１００の圧壊等の原因でセパレータ３０が破損した場合には、正極合材層１２に塗工されたカーボン層４０と負極合材層２２とが一旦導通する。カーボン層４０と負極合材層２２とが一旦導通することによって、導通による熱が発生する。導通により発生する熱によって、セパレータ３０が破損した付近のカーボン層４０の樹脂が結晶化する。
【００３０】
カーボン層４０の樹脂が結晶化することによって、カーボン層４０は導電に対して高抵抗化する。カーボン層４０が高抵抗化することによって、セパレータ３０が破損した付近の導電が局所的に遮断される。導電が局所的に遮断されることによって、リチウムイオン
二次電池１００の電圧降下挙動が停止する。
【００３１】
リチウムイオン二次電池１００の効果について説明する。
リチウムイオン二次電池１００によれば、正極合材層１２の未塗工部１３に塗工したカーボン層４０を、導通により発生する熱で結晶化させることによって、正極合材層１２の未塗工部１３と負極合材層２２との短絡を防止できる。
【００３２】
また、カーボン層４０は、加熱されない通常の状態では十分に導通性を有するため、未塗工部１３に塗工することによって、リチウムイオン二次電池１００の電池容量が低下することはない。
【００３３】
さらに、カーボン層４０の長さＬを０．０５ｍｍ以上とすることで、十分な導電の遮断効果が得られ、電圧効果挙動を得ることができる。
【００３４】
また、カーボン層４０の厚さＴを１μｍ以上とすることで、十分な導電の遮断効果を得ることができる。同時に、カーボン層４０の厚さＴを２０μｍ以下とすることで、カーボン層４０の柔軟性が失われて、カーボン層４０が未塗工部１３から剥離することを防止できる。
【００３５】
図４を用いて、リチウムイオン二次電池２００の正極シート２１０について説明する。
なお、図４は、捲回して捲回電極体が構成される前における、正極シート２１０、負極シート２２０及びセパレータ２３０を模式的に示している。
【００３６】
リチウムイオン二次電池２００は、本発明に係る非水電解液二次電池の第二実施形態である。
【００３７】
リチウムイオン二次電池２００の構成について説明する。
リチウムイオン二次電池２００の、捲回電極体（図示略）、負極シート２２０、セパレータ２３０等は、第一実施形態のリチウムイオン二次電池１００と同様であるため、説明を省略する。
【００３８】
正極シート２１０は、正極集電体２１１の表面に正極合材層２１２が塗工されて構成されている。また、正極シート２１０には、幅方向の一端側に正極合材層２１２の未塗工部２１３が形成されている。正極合材層２１２には、正極活性物質と、結着剤と、が含まれている。
【００３９】
正極シート２１０の未塗工部１３の表面には、カーボン層２４０が塗工されている。カーボン層２４０は、幅方向にて、正極合材層２１２の一端側から未塗工部２１３の所定位置まで塗工されている。
【００４０】
カーボン層４０の幅方向にて、正極合材層２１２の一端側から未塗工部１３の所定位置までの長さＬは、０．０５ｍｍ以上とされている。本実施形態のカーボン層２４０の長さＬは、２ｍｍとされている。
【００４１】
カーボン層４０の厚さＴは、１μｍ以上かつ２０μｍ以下とされている。本実施形態のカーボン層４０の厚さＴは、２μｍとされている。
【００４２】
正極合材層２１２の塗工部では、正極合材層２１２と正極集電体２１１との間において、幅方向にて、正極合材層２１２の一端側から正極合材層２１２（正極合材層２１２と正極集電体２１１との間）の所定位置まで、カーボン層２４０が塗工されている。
【００４３】
幅方向の所定位置とは、幅方向の一端側を０％の位置とし、幅方向の他端側を１００％の位置としたとき、１０％以上の位置から１００％以下の位置までとする。本実施形態では、幅方向の所定位置を１００％の位置、すなわち、幅方向にて、正極合材層２１２と正極集電体２１１との間には、全てカーボン層２４０が塗工されているものとする。
【００４４】
カーボン層２４０は、導電性物質であるアセチレンブラック等のカーボン材と、樹脂であるポリフッ化ビニデリンとで構成されている。カーボン層２４０には、ポリフッ化ビニデリンが２０ｗｔ％以上かつ９０ｗｔ％以下含まれているものとする。本実施形態のカーボン層２４０には、ポリフッ化ビニデリンが５０ｗｔ％含まれている。
【００４５】
リチウムイオン二次電池２００の作用について説明する。
万が一、リチウムイオン二次電池２００の圧壊等の原因でセパレータ２３０が破損した場合には、正極合材層２１２に塗工されたカーボン層２４０と負極合材層２２２とが一旦導通する。カーボン層２４０と負極合材層２２２とが一旦導通することによって、導通による熱が発生する。導通により発生する熱によって、カーボン層２４０の樹脂が全体的に結晶化する。
【００４６】
カーボン層２４０の樹脂が全体的に結晶化することによって、正極合材層２１２は導電に対して高抵抗化する。正極合材層２１２が高抵抗化することによって、正極合材層２１２で行われるはずの充電または放電による移動電荷量が抑制される。リチウムイオン二次電池２００の移動電荷量が抑制されることによって、リチウムイオン二次電池２００の電圧または電流挙動が著しく低下する。
【００４７】
リチウムイオン二次電池２００の効果について説明する。
リチウムイオン二次電池２００によれば、正極合材層２１２の未塗工部２１３に塗工したカーボン層２４０を導通により発生する熱で結晶化させることによって、正極合材層２１２の未塗工部２１３と負極合材層２２２との短絡を防止できる。
【００４８】
また、リチウムイオン二次電池２００の電圧または電流の著しい低下によって、セパレータ２３０が破損した場合等のリチウムイオン二次電池２００の異常状態を検知できる。
【００４９】
その他の効果は、第一実施形態のリチウムイオン二次電池１００と同様であるため、説明を省略する。
【００５０】
図５を用いて、リチウムイオン二次電池３００の正極シート３１０について説明する。
なお、図５は、捲回して捲回電極体が構成される前における、正極シート３１０、負極シート３２０及びセパレータ３３０を模式的に示している。
【００５１】
リチウムイオン二次電池３００は、本発明に係る非水電解液二次電池の第三実施形態である。
【００５２】
リチウムイオン二次電池３００の構成について説明する。
リチウムイオン二次電池３００の、捲回電極体（図示略）、負極シート３２０、セパレータ３３０等は、第一実施形態のリチウムイオン二次電池１００と同様であるため、説明を省略する。
【００５３】
正極シート３１０は、正極集電体３１１の表面に正極合材層３１２が塗工されて構成されている。また、正極シート３１０には、幅方向の一端側に正極合材層３１２の未塗工部３１３が形成されている。正極合材層３１２には、正極活性物質と、結着剤と、が含まれている。
【００５４】
正極シート３１０の未塗工部３１３の表面には、カーボン層３４０が塗工されている。カーボン層３４０は、幅方向にて、正極合材層３１２の一端側から未塗工部３１３の所定位置まで塗工されている。カーボン層３４０は、主に導電性物質であるアセチレンブラック等のカーボン材と、樹脂であるポリフッ化ビニデリンとで構成されている。カーボン層３４０には、ポリフッ化ビニデリンが２０ｗｔ％以上含まれているものとする。本実施形態のカーボン層３４０には、ポリフッ化ビニデリンが５０ｗｔ％含まれている。
【００５５】
カーボン層３４０は、多孔質状に構成されている。具体的には、カーボン層３４０を未塗工部３１３に塗工する前のカーボンペーストに、発泡剤を混合して塗工し、塗工したカーボン層３４０を発泡させて、カーボン層３４０に空孔を形成させる。発泡剤としては、例えば、アゾジカルボンアミド、Ｎ，Ｎ´−ジニトロソペンタメチレンテトラミン、４，４´オキシビス等が用いられる。また、多孔質状に構成されているカーボン層３４０の空孔率は、３０％以上かつ８０％以下とされている。
【００５６】
カーボン層４０の幅方向にて、正極合材層１２の一端側から未塗工部１３の所定位置までの長さＬは、０．０５ｍｍ以上とされている。本実施形態のカーボン層３４０の長さＬは、２ｍｍとされている。
【００５７】
カーボン層３４０の厚さＴは、１μｍ以上かつ２０μｍ以下とされている。本実施形態のカーボン層３４０の厚さＴは、２μｍとされている。
【００５８】
リチウムイオン二次電池３００の作用については、実施形態１のリチウムイオン二次電池１００の作用と同様であるため説明を省略する。
【００５９】
リチウムイオン二次電池３００の効果について説明する。
リチウムイオン二次電池３００によれば、正極合材層３１２の未塗工部３１３に塗工したカーボン層３４０を導通により発生する熱で結晶化させることによって、正極合材層３１２の未塗工部３１３と負極合材層３２２との短絡を防止できる。
【００６０】
また、カーボン層３４０を多孔質状に構成することによって、荷重または衝撃時のセパレータ３３０の破損を防止できる。さらに、空孔率を３０％以上としているため、カーボン層３４０にかかる荷重、または衝撃によるエネルギーを十分に吸収できる。一方、空孔率を８０％以下としているため、カーボン層３４０の強度が損なわれることなく、外力により破損することを防止できる。
【００６１】
その他の効果は、第一実施形態のリチウムイオン二次電池１００と同様であるため、説明を省略する。
【符号の説明】
【００６２】
１０      正極シート
１１      正極集電体
１２      正極合材層
１３      未塗工部
２０      負極シート
２１      負極集電体
２２      負極合材層
２３      未塗工部
３０      セパレータ
４０      カーボン層
１００    リチウムイオン二次電池
【図１】
0005614396.tif 000002
【図２】
0005614396.tif 000003
【図３】
0005614396.tif 000004
【図４】
0005614396.tif 000005
【図５】
0005614396.tif 000006