(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極活物質を有する正極部と、負極活物質を有する負極部と、前記正極部と前記負極部の間に介在する媒体である電解質と、前記正極部と前記負極部とを別々に仕切るように配されるセパレータと、前記正極部、前記負極部、前記電解質、及び前記セパレータを内部に含む外装ケースと、を備え、
前記セパレータは、前記外装ケースの内部を、前記正極部が配置される正極空間と、前記負極部が配置される負極空間とに区画するように縦断する九十九折状に形成され、
前記外装ケースには、前記セパレータによって区画された前記正極空間に面する安全弁が設けられることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【請求項２】
前記外装ケースは、ラミネートシートによって形成され、
前記安全弁は、前記ラミネートシートの端部を熱融着して一体に貼り合わせる熱融着部に形成された低耐圧部位であることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項３】
前記低耐圧部位は、他の部位と比べて前記貼り合わせの面積が小さく設定された部位で構成することを特徴とする請求項２に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項４】
前記外装ケースは、ラミネートシートによって形成され、
前記安全弁は、前記ラミネートシートの他の部位と比べて厚み寸法が小さい薄肉部位であることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項５】
前記正極部は、活物質としてオリビン構造を有するリチウム金属リン酸塩を含むことを特徴とする請求項１から請求項４にいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項６】
前記正極部は、活物質としてＦｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏから選択された少なくとも２種以上の金属元素を含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項７】
前記負極部は、活物質として黒鉛、ハードカーボン及びソフトカーボンの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１から請求項６にいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異常な内圧状態となった場合に、開放して電池内部と外部を連通させる安全弁を備えたリチウムイオン二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の従来技術は、リチウムイオン二次電池の外装ケースを構成するように開口端部が熱融着にて封止されたフィルムケースの内部に、リチウムイオンを吸蔵、放出する正極及び負極と、リチウムイオン伝導性電解質層と、正極と電気的に接続された正極リードと、負極と電気的に接続された負極リードとを含む発電要素を備える。正極リード及び負極リードそれぞれの端部は、フィルムケースの外部から突出し、フィルムの融着部には、安全弁として機能する部位が形成されている。安全弁は、電池の内圧が所定圧力以上に上昇すると開放し、電池内部と外部とが連通することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−９７０７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の技術では、短絡等の現象が発生した場合に、ガスの発生によって電池の内圧が上昇して安全弁が開放し、当該ガスを外部に逃すことができる。このとき、外部へのガスの排出とともに、外部の大気が電池内部に流入するため、大気中の水分が電池内部の負極に接触して両者間で反応が発生することが懸念される。このような反応が生じると、安全性が損なわれる事態になることがある。
【０００５】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、安全弁が開いた場合に、大気中の水分が電池内部の負極に接触することを抑制して、安全性の確保を図るリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に係るリチウムイオン二次電池の発明は、正極活物質を有する正極部と、負極活物質を有する負極部と、正極部と負極部の間に介在する媒体である電解質と、正極部と負極部とを別々に仕切るように配されるセパレータと、正極部、負極部、電解質、及びセパレータを内部に含む外装ケースと、を備え、
セパレータは、外装ケースの内部を、正極部が配置される正極空間と、負極部が配置される負極空間とに区画するように縦断する九十九折状に形成され、
外装ケースには、セパレータによって区画された前記正極空間に面する安全弁が設けられることを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、正極部と負極部とを別々の空間に仕切るセパレータが、九十九折状に形成されて外装ケースの内部を正極空間と負極空間とに区画するように縦断する。これにより、電池内部の空間が、負極部を含まず正極部を含む正極空間と、負極部を含む負極空間とに区画され、正極空間の雰囲気が負極空間側に移動しようとするのを負極空間との間に介在するセパレータが遮るのである。
【０００８】
さらに、外装ケースにおいて正極空間に面する部位には、安全弁が設けられている。これにより、短絡現象等によってガスが発生して内圧が上昇し安全弁が開放した場合には、ガスが外部に放散するとともに、外装ケース内部には大気が流入してくるが、当該大気は、正極空間に流入するものの、セパレータが障壁となって負極空間側には流入し難い。このため、大気に含まれる水分が水との反応性が高い負極部に接触することを容易に許さず、反応促進によって起こり得る電池の破損等を回避することができる。したがって、電池の内圧が上昇して安全弁が開いた場合に、大気中の水分が電池内部の負極部に接触することを抑制できるため、周囲の安全性確保が図れるリチウムイオン二次電池を提供できるのである。
【０００９】
請求項２によると、外装ケースは、ラミネートシートによって形成され、安全弁は、ラミネートシートの端部を熱融着して一体に貼り合わせる熱融着部に形成された低耐圧部位であることを特徴とする。この発明によれば、安全弁をラミネートシートの貼り合わせによる熱融着部における低耐圧部位に設定することにより、熱融着部に関わるラミネートシートの厚み寸法、材質、種類等を選択することによって他の部分よりも内圧に対して弱い部分を形成しやすく、安全弁の場所の設定を容易に行える。
【００１０】
請求項３によると、請求項２に係る低耐圧部位は、他の部位と比べて貼り合わせの面積が小さく設定された部位であることを特徴とする。この発明によれば、安全弁をラミネートシートの貼り合わせ面積の大小に応じて設定することにより、例えば、融着幅の寸法等を調整することによって他の部分よりも内圧に対して弱い部分を形成することが可能であり、安全弁の製造上有用である。
【００１１】
請求項４によると、外装ケースは、ラミネートシートによって形成され、安全弁は、ラミネートシートの他の部位と比べて厚み寸法が小さい薄肉部位であることを特徴とする。この発明によれば、ラミネートシートの厚み寸法を調整することによって、安全弁が開放する内圧条件の設定を容易とすることができ、安全弁の製造上有用である。
【００１２】
請求項５によると、正極部は、活物質としてオリビン構造を有するリチウム金属リン酸塩を含むことを特徴とする。この発明によれば、オリビン構造のリチウム金属リン酸塩は、高温等の過負荷状態において、酸素を発生し難いため、熱的、化学的に安定なリチウムイオン二次電池を提供することができる。
【００１３】
請求項６によると、正極部は、活物質としてＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉから選択された少なくとも２種以上の金属元素を含むことが好ましい。
【００１４】
請求項７によると、負極部は、活物質として黒鉛、ハードカーボン及びソフトカーボンの少なくとも一つを含むことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用した第１実施形態のリチウムイオン二次電池の外観を示す斜視図である。
【図２】図１におけるII−II断面の矢視図であり、リチウムイオン二次電池の内部構成を示す断面図である。
【図３】図２におけるIII−III断面の矢視図であり、リチウムイオン二次電池の内部構成を示す断面図である。
【図４】リチウムイオン二次電池の外装体を構成するラミネートシートの融着部を示す部分断面図であり、（ａ）は安全弁を設けない部位の熱融着部を示し、（ｂ）は安全弁を形成する熱融着部を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施形態）
本発明に係るリチウムイオン二次電池を適用する第１実施形態について説明する。リチウムイオン二次電池１は、複数個を電気的に接続されて一体の電池パックを構成し、例えば、電動機のみによって走行する電気自動車（ＥＶ）、電動機と内燃機関とを併用して走行駆動力とするプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）等に搭載される車両用蓄電池、あるいは住宅における蓄電池用の定置用蓄電池として用いることができる。
【００１７】
リチウムイオン二次電池１は、正極活物質を有する正極部２と、負極活物質を有する負極部３と、正極部２と負極部３の間に介在する媒体である電解質と、正極部２と負極部３とを電気的に短絡しないように別々に仕切って配されるセパレータ４と、正極部２、負極部３、電解質、及びセパレータ４を内部に含む外装ケース７と、外装ケース７に設けられた安全弁１０と、を備えている。
【００１８】
以下、リチウムイオン二次電池１の各要素について図１〜図４を参照して説明する。図１はリチウムイオン二次電池１の外観を示す斜視図である。図２は、図１におけるII−II断面の矢視断面図であり、リチウムイオン二次電池の内部構成を示している。図３は、図２におけるIII−III断面の矢視断面図であり、リチウムイオン二次電池１の内部構成を示している。
【００１９】
（正極部２）
リチウムイオン二次電池１に含まれる正極部２の活物質としては、オリビン構造を有するオリビン型リチウム化合物、例えば、リン酸化合物の一つであるリチウム金属リン酸塩を用いることが望ましい。特に正極部２の活物質としてＦｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏから選択された少なくとも２種以上の金属元素を含むことが望ましい。また、本発明の効果を奏するリチウムイオン二次電池に用いられる正極活物質には、上記のオリビン系に限定されず、例えばオリビン構造をとらないリチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウムマンガン酸化物、及びその一部を置換した正極材を採用することができる。
【００２０】
その他に有することができる要素としては導電材、結着材、集電体等が挙げられる。正極活物質は、導電材、結着材等と混合した状態で集電体の表面に層状に形成された活物質層を形成することができる。例えば、正極活物質と結着材と導電材等とを水、Ｎメチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等の溶媒中で混合した後、集電体上に塗布して形成することができる。
【００２１】
導電材は、活物質から生成される電子の授受を行う材料であり、導電性を有するものであればよい。例えば炭素材料や導電性高分子材料が挙げられる。炭素材料としてはケッチェンブラック、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブ、非晶質炭素等を採用できる。また、導電性高分子材料としてはポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアセンを採用できる。
【００２２】
結着材は活物質等の構成要素を結合させて電極を形作る材料である。種々の高分子材料を採用することができ、化学的・物理的安定性が高いものが望ましい。例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、フッ素ゴム等が挙げられる。また、導電材として導電性高分子材料を採用すると、導電材の作用に加え結着材の作用を発現させることができる。集電体としてはアルミニウム等の金属から形成される金属箔等を採用することができる。
【００２３】
図２及び図３に示す正極部２は、正極集電体２２の両面に活物質を含む正極層２１，２３が担持された構造を有する。正極部２は、ラミネートシートで形成される外装ケース７内に、例えば４枚設けられている。各正極部２は負極部３と交互に積層されて、電極積層体を構成している。したがって、正極集電体２２は、正極部２の積層方向に４枚積層して配置されている。各正極集電体２２は、この集電体と同じ材料からなる端子連結部２０に接続されている。４本の端子接続部２０は、同じ材料からなる１個の正極端子部５に接続されている。正極端子部５は、電極積層体を被覆する外装ケース７の外部にその先端が所定長さ寸法突出して配されている。
【００２４】
（負極部３）
負極部３の構成は特に限定されないが、適正な負極活物質を有することができる。負極活物質の種類によっては結着材や集電体等を用いる場合もある。結着材は正極部２にて説明したものと同様のものが採用できる。集電体としては銅等の金属から形成される金属箔等を採用することができる。
【００２５】
リチウムイオン二次電池１を構成する場合には、負極部３の活物質としては、リチウムイオンを吸蔵及び放出できる化合物を単独または組み合わせて用いることができる。リチウムイオンを吸蔵及び放出できる化合物の一例としてはリチウム等の金属材料、ケイ素、スズ、銅等を含有する合金系材料、グラファイト、コークス等の炭素系材料、チタン酸化物等がある。また、チタン酸化物は、ブロンズ構造を有するもの、ブロンズ構造を有さないその他のものを採用することができる。したがって、リチウムイオン二次電池１の負極部３は、リチウム金属、炭素系材料、ブロンズ構造を有するチタン酸化物、その他のチタン酸化物、合金系材料のいずれかを含むものである。また、これらの活物質は単独で用いるだけでなく、これらを複数種類混合して用いることもできる。
【００２６】
例えば、負極活物質としてリチウム金属箔を用いる場合、銅等の金属からなる集電体の表面にリチウム箔を圧着することで形成できる。また負極活物質として合金材料、炭素材料を用いる場合は、負極活物質と結着材等とを水、ＮＭＰ等の溶媒中で混合した後、銅等の金属からなる集電体上に塗布して形成することができる。
【００２７】
図２及び図３に示す負極部３は、負極集電体３２の両面に活物質を含む負極層３１，３３が担持された構造を有する。負極部３は、ラミネートシートで形成される外装ケース７内に、例えば５枚設けられている。各負極部３は正極部２と交互に積層されて、電極積層体を構成している。したがって、負極集電体３２は、負極部３の積層方向に５個積層して配置されている。各負極集電体３２は、この集電体と同じ材料からなる端子連結部３０に接続されている。５本の端子接続部３０は、同じ材料からなる１個の負極端子部６に接続されている。負極端子部６は、電極積層体を被覆する外装ケース７の外部にその先端が所定長さ寸法突出して配されている。
【００２８】
（電解質）
電解質は正極部２及び負極部３間のイオン等の荷電担体の輸送を行う媒体であり、正極部２と負極部３の間に介在して電極積層体及びセパレータ４を十分に濡らしている。電解質は、特に限定しないが、リチウムイオン二次電池１が使用される雰囲気下で物理的、化学的、電気的に安定なものが望ましい。
【００２９】
例えば、電解質としては、ＬｉＢＦ４，ＬｉＰＦ６，ＬｉＣＦ３ＳＯ３，ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２，ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２，ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）（Ｃ４Ｆ９ＳＯ２）の中から選ばれた１種以上を支持電解質とし、これを有機溶媒に溶解させた電解液が好ましい。有機溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等及びこれらの混合物を採用できる。中でもカーボネート系溶媒を含む電解液は、高温での安定性が高い点で
好ましい。また、ポリエチレンオキサイド等の固体高分子に上記の電解質を含んだ固体高分子電解質やリチウムイオン伝導性を有する高分子材料、セラミック、ガラス等の固体電解質も使用可能である。
【００３０】
（セパレータ４）
正極部２と負極部３との間には電気的な絶縁作用とイオン伝導作用とを両立する部材であるセパレータ４が介装されている。電解質が液状である場合にはセパレータ４は、液状の電解質を保持する役割をも果たす。セパレータ４としては、多孔質合成樹脂膜、特にポリオレフィン系高分子（ポリエチレン、ポリプロピレン）やガラス繊維からなる多孔質膜、不織布を採用できる。さらに、セパレータ４は、正極部２及び負極部３の間の絶縁を担保する目的で、正極部２及び負極部３よりもさらに大型の形態となっている。
【００３１】
セパレータ４は、外装ケース７の内部を、正極部２が配置される正極空間８と、負極部３が配置される負極空間９とに区画するように縦断する九十九折状に形成されている。九十九折状のセパレータ４は、電極の積層方向に対して直交する方向における外装ケース７内部空間の長さ寸法と同等の幅寸法を有する帯状のシート材を、所定回数（折り返して形成される縦断面形状がジグザグ状、蛇行状を呈する部材である。
【００３２】
図２及び図３に示す例では、セパレータ４は９回の折り返し部を有するため、電極積層体の積層方向に折り返し部毎に１つの扁平状の小空間が形成される。各小空間には、正極部２または負極部３が配置され、図の上部から下部に向かって負極部３、正極部２が交互に配置されることになる。したがって、図の上部から下部に向かって、九十九折状のセパレータ４における積層方向に並ぶ小空間に、合計５個の負極部３及び４個の正極部２が負極部３、正極部２、負極部３の順に配される。このため、図３に図示するように、外装ケース７の内部空間は、セパレータ４の折り返し部によって一方側（図３の紙面左側）を閉じて他方側（図３の紙面右側）を開放して形成される負極空間９と、セパレータ４の折り返し部によって他方側（図３の紙面右側）を閉じて一方側（図３の紙面左側）を開放して形成される正極空間８と、に分けられる。
【００３３】
正極空間８には電極積層体のうち負極部３を除く正極部２が配置され、負極空間９には電極積層体のうち正極部２を除く負極部３が配置されるため、正極部２と負極部３のそれぞれは、セパレータ４によって区画された別々の空間に存在するようになる。したがって、外装ケース７の内部において、正極空間８と負極空間９のそれぞれに位置する物質は、一方の空間から他方の空間へ移動することをセパレータ４によって妨げられるので、外装ケース７の内部は互いに容易に行き来できない、それぞれジグザグ状、または蛇行状の二つの空間を有する特徴的構造となっている。
【００３４】
（外装ケース７）
外装ケース７は、外観が平板状体であり、例えば、二つ折りにされたラミネートシートの端部同士を熱融着することにより当該端部同士を封止して、密閉された内部空間を形成している。このような形態で形成された内部空間には、電極積層体、電解質、端子接続部２０，３０、正極端子部５の一部、及び負極端子部６の一部が内蔵されている。さらに外装ケース７には、セパレータ４によって区画された正極空間８に面する安全弁１０が設けられている。熱融着は、熱融着されるラミネートシートの端部同士を合わせて加圧した状態で、繰り返しの充放電によって電池特性が低下しない所望の気密性能が得られるように、適正な所定温度かつ所定時間、加熱することにより実施する。
【００３５】
（安全弁１０）
安全弁１０は、外装ケース７の内面における正極空間８に面し、かつ負極空間９に面しない箇所に、正極空間８に露出する形態で設けられている。すなわち、安全弁１０と負極空間９との間にはセパレータ４が介在し、安全弁１０はセパレータ４が遮蔽部材となって負極空間９から隔離されている。また、安全弁１０は、図１に図示するように、正極端子部５や負極端子部６の突出方向に対して直交する方向の外装ケース７の側端部に位置している。また、安全弁１０は、当該側端部に位置する辺部において、当該直交する方向の中ほどに位置している。
【００３６】
安全弁１０は、図３に示すように、外装ケース７を形成するラミネートシートにおける他の部位と比べて厚み寸法が小さい薄肉部位によって構成されている。この薄肉部位によって構成される安全弁１０は、他の部位よりも内圧に対する強度が弱い。この強度の違いのために、当該薄肉部位は、短絡等の異常事態によるガスの発生により外装ケース７内部の圧力、すなわち電池の内圧が異常値になったときに、他の部位が破損するよりも先に破損し、当該破損部分からガスを外部に逃がすことができる。これにより、外装ケース７の外部は、破損によって開放した安全弁１０を介して、正極空間８と直接的に連通するが、負極空間９とはセパレート４の遮蔽効果により直接的には連通しない。
【００３７】
また、安全弁１０は、以下の示す形態によって構成してもよい。図４（ａ）は、リチウムイオン二次電池１の外装ケース７における安全弁１０を設けない熱融着部１１を示す部分断面図であり、（ｂ）は安全弁１０を形成する熱融着部１１Ｂを示している。当該他の形態の安全弁１０は、図４（ｂ）に示すように、ラミネートシートの端部を熱融着して一体に貼り合わせる熱融着部１１Ｂに形成された低耐圧部位である。この低耐圧部位は、他の部位である熱融着部１１と比べて貼り合わせの面積が小さく設定された部位である。このように熱融着部１１Ｂは、他の部位の熱融着部１１よりも、端部から延びる熱融幅の寸法を小さく設定することによって形成することができる。
【００３８】
（試験二次電池の作成）
表１に示す組成をもつ各試験例の正極活物質と導電材としてのアセチレンブラックとを均一に混合し、Ｎメチル−２−ピロリドンに懸濁させた。さらに結着剤としてポリフッ化ビニリデンを加え、スラリーを得た。これを集電体（アルミ箔）に塗布し、真空乾燥して正極を作製した。負極活物質が天然黒鉛の場合は、負極活物質と導電材としてのアセチレンブラックとをそれぞれ均一に混合し、純水に懸濁させた。
【表１】
0005516460.tif 000002
【００３９】
表１に記載する各試験例及び各比較例について、満充電後に１５０℃加熱試験を実施した場合の最高到達温度と、過充電後に１５０℃加熱試験を実施した場合の最高到達温度とを測定した結果を説明する。試験例１、４、５の二次電池は、正極活物質として鉄オリビンを備えている。試験例２、６の二次電池は、正極活物質としてニッケルを備え、試験例３のみ正極活物質としてコバルトを備えている。試験例１、２、３の二次電池は、負極活物質として天然黒鉛を備えている。試験例５、６の二次電池は、負極活物質としてハードカーボンを備え、試験例４のみソフトカーボンを備えている。セパレータは、試験例１についてはポリプロピレンよりなるセパレータ（２５μｍ）、試験例６の二次電池はポリエチレンセパレータ（２０μｍ）を備える。これら以外においては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリプロピレンを順に積層してなるセパレータ（２５μｍ)を備える。すべての試験例は、九十九折状に形成された上述のセパレータ４と同等の電極体構造を有し、上述の安全弁１０と同様に、正極空間に面する位置に安全弁を備えている。
【００４０】
また、比較例１及び２は、正極活物質が鉄オリビン、負極活物質が天然黒鉛、セパレータがポリプロピレン、ポリエチレン、ポリプロピレンを順に積層してなるセパレータ（２５μｍ)に設定され、安全弁が各試験例とは異なり、負極空間９に面する位置に設けられている。また、比較例１は、九十九折状に形成された各試験例と同等の電極体構造を有しているが、比較例２の電極体構造は、正極部及び負極部の間にセパレータを介在させて積み上げる積層構造である。
【００４１】
本発明のリチウムイオン二次電池に含まれる試験例１〜６については、満充電後の加熱試験と過充電後の加熱試験との両方について、電池の最高到達温度が１６０℃未満に抑制できる結果が得られた。この結果は、内部で発生したガスが開放した安全弁を介して外部に放出した後も、電池の温度が周囲に危険を与え得る状態まで上昇しないことを示している。すなわち、本発明のリチウムイオン二次電池における上記の特徴的構造によって、安全弁の開放後に、電池内部に混入した大気が負極空間９に流入するのが容易でなく、大気中の水分が負極部３に接触し難い特性を提供できるのである。したがって、負極部３において水分との反応が不活発であるため、発火に至るなどの異常な高温状態にならないのである。
【００４２】
一方、比較例１及び２については、過充電後の加熱試験について電池の最高到達温度が各試験例に比べて１６０℃以上になるため、電池の温度が周囲に危険を与え得る状態まで上昇し得ることを示している。すなわち、比較例１は、本発明と同様の九十九折状の電極体構造を有するもの、安全弁が負極空間に面するように配置されているため、大気が負極部側に積極的に流入するようになる。このため、安全弁の開放後に、電池内部に混入した大気は、水分との反応性が低い正極部が位置する正極空間側には流入しにくく、逆に負極空間に流入するのが容易であり、大気中の水分が負極部に非常に接触しやすい特性を有する。したがって、負極部において水分との反応が活発になるため、発火に至るなどの異常な高温状態に至ることがある。
【００４３】
また、比較例２についても、安全弁が負極空間に面するように配置されているため、大気が負極部側に流入しやすい。このため、安全弁の開放後に、電池内部に混入した大気は、負極空間に流入するのが容易であり、大気中の水分が負極部に非常に接触しやすい特性を有する。したがって、この場合も、負極部において水分との反応が活発になるため、発火に至るなどの異常な高温状態に至ることがある。
【００４４】
本実施形態のリチウムイオン二次電池１がもたらす作用効果について説明する。リチウムイオン二次電池１は、正極活物質を有する正極部２と、負極活物質を有する負極部３と、正極部２と負極部３の間に介在する電解質と、正極部２と負極部３を別々に仕切るように配されるセパレータ４と、正極部２、負極部３、電解質、及びセパレータ４を内部に含む外装ケース７と、を備える。セパレータ４は、外装ケース７の内部を、正極部２が配置される正極空間８と、負極部３が配置される負極空間９とに区画するように縦断する九十九折状に形成されている。外装ケース７には、セパレータ４によって区画された正極空間８に面する安全弁１０が設けられている。
【００４５】
これによれば、正極部２と負極部３とを別々の空間に仕切るセパレータ４が、九十九折状に形成されて、外装ケース７の内部を正極空間８と負極空間９とに区画する。これにより、リチウムイオン二次電池１の内部空間が、負極部３を含まず正極部２を含む正極空間８と、負極部３を含む負極空間９とに区画される。したがって、正極空間８の雰囲気が負極空間９側に移動しようとするのを負極空間９との間に介在するセパレータ４が効果的に遮るのである。
【００４６】
さらに補実施形態のリチウムイオン二次電池１は、外装ケース７において正極空間８に面する部位には、安全弁１０が設けられている。これにより、短絡現象等によってガスが発生して電池の内圧が上昇して安全弁１０が開放する状況になった場合には、ガスが外部に放散するとともに、外装ケース７内部には大気が流入してくる。しかしながら、当該大気は、正極空間８に流入するものの、セパレータ４が障壁となって負極空間９側には流入し難い作用を果たす。このため、大気に含まれる水分が水との反応性が高い負極部３に接触することを許可せず、当該水分との反応促進によって起こり得る電池の破損等を回避することができるのである。したがって、電池の内圧が上昇して安全弁１０が開いた場合に、大気中の水分が電池内部の負極部３に接触することを抑制できるので、従来品に比べ周囲の安全性確保を図ることができるリチウムイオン二次電池を提供できる。
【００４７】
また、外装ケース７はラミネートシートによって形成されている。安全弁１０は、ラミネートシートの端部を熱融着して一体に貼り合わせる熱融着部に形成された低耐圧部位である。これによれば、安全弁１０をラミネートシートの貼り合わせによる熱融着部における低耐圧部位に設定することにより、熱融着部に関わるラミネートシートの厚み寸法、材質、種類等を選択することによって他の部分よりも内圧に対して弱い部分を形成しやすい。したがって、外装ケース７における安全弁１０の場所の設定を容易に行える。
【００４８】
また、低耐圧部位は、他の部位と比べて貼り合わせの面積が小さく設定された部位（熱融着部１１Ｂ）である。これによれば、安全弁をラミネートシートの貼り合わせ面積の大小に応じて設定することにより、例えば、融着幅の寸法等を調整することによって他の部分よりも内圧に対して弱い部分を形成することが可能である。したがって、安全弁１０の製造上有用な構造を提供できる。
【００４９】
また、外装ケース７は、ラミネートシートによって形成されている。安全弁１０は、ラミネートシートの他の部位と比べて厚み寸法が小さい薄肉部位に設定されている。これによれば、ラミネートシートの厚み寸法を調整することによって、安全弁１０が開放する内圧条件の設定を容易とすることができる。したがって、安全弁１０の製造上有用な構造を提供できる。
【００５０】
また、リチウムイオン二次電池１の正極部２は、オリビン構造を有するリチウム金属リン酸塩を含む。これによれば、高い充放電容量域において電圧に基づく容量検出が可能な範囲を確保する上で好ましい。また、オリビン構造のリチウム金属リン酸塩は、高温等の過負荷状態において、酸素を発生し難いため、熱的、化学的に安定なリチウムイオン二次電池１を得ることができる。
【符号の説明】
【００５１】
１…リチウムイオン二次電池
２…正極部
３…負極部
４…セパレータ
７…外装ケース
８…正極空間
９…負極空間
１０…安全弁（薄肉部位）
１１…熱融着部
１１Ｂ…熱融着部（低耐圧部位）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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