(57)【要約】【課題】短絡機構が誤動作しにくい非水電解質二次電池を提供する。【解決手段】非水電解質二次電池１は、電極体２０と、非水電解質と、容器１０とを備える。電極体２０は、正極２１と、負極２２と、セパレータ２３とを有する。負極２２は、正極２１と対向している。セパレータ２３は、正極２１と負極２２との間に配されている。容器１０は、電極体２０及び非水電解質を収納している。容器１０は、正極端子１３と、負極端子１４とを有する。正極端子１３は、正極２１に電気的に接続されている。負極端子１４は、負極２２に電気的に接続されている。容器１０は、短絡機構３０をさらに有する。短絡機構３０は、内圧が上昇した際に正極端子１３と負極端子１４とを短絡させる。非水電解質は、リチウムビス（オキサレート）ボレート（ＬｉＢＯＢ）を含む。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と、前記正極と対向している負極と、前記正極と前記負極との間に配されたセパレータとを有する電極体と、
非水電解質と、
前記電極体及び前記非水電解質を収納しており、前記正極に電気的に接続された正極端子と、前記負極に電気的に接続された負極端子とを有する容器と、
を備え、
前記容器は、内圧が上昇した際に前記正極端子と前記負極端子とを短絡させる短絡機構をさらに有し、
前記非水電解質は、リチウムビス（オキサレート）ボレート（ＬｉＢＯＢ）を含む、非水電解質二次電池。
【請求項２】
前記容器は、
有底角管状の容器本体と、
前記容器本体の開口を封口する封口板と、
を有し、
前記封口板は、
前記正極端子及び前記負極端子が取り付けられており、前記正極端子に電気的に接続されている一方、前記負極端子とは絶縁されている封口板本体と、
前記負極に電気的に接続されており、前記封口板本体に対向して配された、前記短絡機構を構成している反転板と、
を有し、
前記反転板は、前記封口板本体とは反対側に凸状に設けられており、前記容器の内圧が上昇した際に前記封口板本体側に凸状に変形して前記封口板本体と接触するように設けられている、請求項１に記載の非水電解質二次電池。
【請求項３】
前記非水電解質におけるＬｉＢＯＢの含有量が、０．０５ｍｏｌ／Ｌ以上である、請求項１または２に記載の非水電解質二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解質二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば電気自動車やハイブリッドカーなどにも非水電解質二次電池を用いる試みがなされている。このような用途においては、非水電解質二次電池に衝撃等が加わったときに内部で過度な熱が発生したり、電解液が分解されて内部圧力が上昇した場合でも、安全性を確保する必要がある。この観点から、特許文献１においては、非水電解質二次電池に感圧式の強制短絡機構を設けることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１８６４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非水電解質二次電池では、劣化により容器内の圧力が高まる。このため、試用期間が長くなると、通常使用時においても強制短絡機構が誤動作する場合がる。
【０００５】
本発明の主な目的は、短絡機構が誤動作しにくい非水電解質二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る非水電解質二次電池は、電極体と、非水電解質と、容器とを備える。電極体は、正極と、負極と、セパレータとを有する。負極は、正極と対向している。セパレータは、正極と負極との間に配されている。容器は、電極体及び非水電解質を収納している。容器は、正極端子と、負極端子とを有する。正極端子は、正極に電気的に接続されている。負極端子は、負極に電気的に接続されている。容器は、短絡機構をさらに有する。短絡機構は、内圧が上昇した際に正極端子と負極端子とを短絡させる。非水電解質は、リチウムビス（オキサレート）ボレート（ＬｉＢＯＢ）を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、短絡機構が誤動作しにくい非水電解質二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の略図的斜視図である。
【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩにおける略図的断面図である。
【図３】図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける略図的断面図である。
【図４】図１の線ＩＶ−ＩＶにおける略図的断面図である。
【図５】本発明の一実施形態における電極体の一部分の略図的断面図である。
【図６】図４のＶＩ部分を拡大した略図的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
【００１０】
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
【００１１】
図１に示される非水電解質二次電池１は、角形の非水電解質二次電池である。非水電解質二次電池１は、どのような用途にも使用可能であるが、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車に好適に用いられる。非水電解質二次電池１の容量は、１５Ａｈ以上であることが好ましく、１８Ａｈ以上であることがより好ましく、２０Ａｈ以上であることがさらに好ましい。通常、非水電解質二次電池１の容量は、５０Ａｈ以下である。
【００１２】
非水電解質二次電池１は、図１〜図４に示される容器１０と、図２〜図５に示される電極体２０とを有する。非水電解質二次電池１は、容器１０が角形（直方体状）である角形の非水電解質二次電池である。容器１０の長さ寸法Ｌは、１００ｍｍ〜２００ｍｍであることが好ましく、１４０ｍｍ〜１８０ｍｍであることがより好ましい。容器１０の厚み寸法Ｔは、１０ｍｍ〜３０ｍｍであることが好ましく、２０ｍｍ〜２８ｍｍであることがより好ましい。容器１０の高さ寸法Ｈは、７５ｍｍ〜１００ｍｍであることが好ましく、８０ｍｍ〜９５ｍｍであることがより好ましい。容器１０の高さ寸法Ｈに対する長さ寸法Ｌの比（（Ｌ）／（Ｈ））は、１．５〜２．５であることが好ましく、１．８〜２．２であることがより好ましい。
【００１３】
図５に示されるように、電極体２０は、正極２１と、負極２２と、セパレータ２３とを有する。正極２１と負極２２とは対向している。正極２１と負極２２との間には、セパレータ２３が配されている。正極２１と負極２２とセパレータ２３とは、巻回された後に、プレスされて扁平形状とされている。すなわち、電極体２０は、正極２１、負極２２及びセパレータ２３の扁平状の巻回体によって構成されている。
【００１４】
正極２１は、正極集電体２１ａと、正極活物質層２１ｂとを有する。正極集電体２１ａは、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金などにより構成することができる。正極活物質層２１ｂは、正極集電体２１ａの少なくとも一方の表面上に設けられている。正極活物質層２１ｂは、正極活物質を含む。好ましく用いられる正極活物質としては、例えば、コバルト、ニッケル及びマンガンのうちの少なくとも一種を含むリチウム酸化物等が挙げられる。コバルト、ニッケル及びマンガンのうちの少なくとも一種を含むリチウム酸化物の具体例としては、例えば、リチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物（ＬｉＮｉｘＣｏｙＭｎｚＯ２、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、またはこれらの酸化物に含まれる遷移金属の一部を他の元素で置換した化合物等のリチウム含有遷移金属複合酸化物等が挙げられる。なかでも、リチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物（ＬｉＮｉｘＣｏｙＭｎｚＯ２、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）、またはこれらの酸化物に含まれる遷移金属の一部を他の元素で置換した化合物等のリチウム含有遷移金属複合酸化物が正極活物質として好ましく用いられる。正極活物質層２１ｂは、正極活物質に加え、例えば導電材やバインダーなどの他の成分を適宜含んでいてもよい。
【００１５】
負極２２は、負極集電体２２ａと、負極活物質層２２ｂとを有する。負極集電体２２ａは、例えば、銅や銅合金などにより構成することができる。負極活物質層２２ｂは、負極集電体２２ａの少なくとも一方の表面上に設けられている。負極集電体２２ａは、負極活物質を含む。負極活物質は、リチウムを可逆的に吸蔵・放出できるものであれば特に限定されない。好ましく用いられる負極活物質としては、例えば、炭素材料、リチウムと合金化する材料、酸化スズなどの金属酸化物などが挙げられる。炭素材料の具体例としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、メソフェーズピッチ系炭素繊維（ＭＣＦ）、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、コークス、ハードカーボン、フラーレン、カーボンナノチューブなどが挙げられる。リチウムと合金化する材料としては、例えば、ケイ素、ゲルマニウム、スズ及びアルミニウムからなる群から選ばれた１種以上の金属、またはケイ素、ゲルマニウム、スズ及びアルミニウムからなる群から選ばれた１種以上の金属を含む合金からなるものが挙げられる。なかでも、天然黒鉛、人造黒鉛、メソフェーズピッチ系炭素繊維（ＭＣＦ）が負極活物質として好ましく用いられる。負極活物質層２２ｂは、負極活物質に加え、例えば導電材やバインダーなどの他の成分を適宜含んでいてもよい。
【００１６】
セパレータは、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどの樹脂からなる多孔質シートなどにより構成することができる。
【００１７】
電極体２０は、容器１０内に収納されている。容器１０内には、非水電解質も収納されている。非水電解質は、溶質として、リチウムビス（オキサレート）ボレート（ＬｉＢＯＢ）を含む。非水電解質は、溶質として、ＬｉＢＯＢに加え、例えば、ＬｉＸＦｙ（式中、Ｘは、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂ、Ｂｉ、Ａｌ、ＧａまたはＩｎであり、ＸがＰ、ＡｓまたはＳｂのときｙは６であり、ＸがＢ、Ｂｉ、Ａｌ、Ｇａ、またはＩｎのときｙは４である）、リチウムペルフルオロアルキルスルホン酸イミドＬｉＮ（ＣｍＦ２ｍ＋１ＳＯ２）（ＣｎＦ２ｎ＋１ＳＯ２）（式中、ｍ及びｎはそれぞれ独立して１〜４の整数である）、リチウムペルフルオロアルキルスルホン酸メチドＬｉＣ（ＣｐＦ２ｐ＋１ＳＯ２）（ＣｑＦ２ｑ＋１ＳＯ２）（ＣｒＦ２ｒ＋１ＳＯ２）（式中、ｐ、ｑ及びｒはそれぞれ独立して１〜４の整数である）、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣｌＯ４、Ｌｉ２Ｂ１０Ｃｌ１０、及びＬｉ２Ｂ１２Ｃｌ１２などが挙げられる。溶質としては、これらの中でも、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）（Ｃ４Ｆ９ＳＯ２）、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３、ＬｉＣ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）３などのうちの少なくとも一種を含んでいてもよい。非水電解質は、溶媒として、例えば、環状カーボネート、鎖状カーボネートまたは環状カーボネートと鎖状カーボネートとの混合溶媒などを含んでいてもよい。環状カーボネートの具体例としては、例えば、エチレンカーボネート、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などが挙げられる。鎖状カーボネートの具体例としては、例えば、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどが挙げられる。
【００１８】
容器１０は、容器本体１１と、封口板１２とを有する。容器本体１１と、封口板１２とのそれぞれは、金属製である。容器本体１１と、封口板１２とのそれぞれは、例えば、アルミニウムやステンレス鋼により構成することができる。
【００１９】
容器本体１１は、一方側の端部が閉口された矩形管状に設けられている。すなわち、容器本体１１は、有底角管状に設けられている。容器本体１１は、開口を有する。この開口は、封口板１２により塞がれている。これにより、直方体状の内部空間が区画形成されている。この内部空間に電極体２０及び非水電解質が収容されている。
【００２０】
封口板１２は、封口板本体１７を備えている。封口板本体１７には、正極端子１３と負極端子１４とが取り付けられている。図４に示されるように、正極端子１３は、正極配線材１５によって、正極２１の正極集電体２１ａと電気的に接続されている。正極配線材１５は、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金などにより構成することができる。負極端子１４は、負極配線材１６によって、負極２２の負極集電体２２ａと電気的に接続されている。負極配線材１６は、例えば、銅や銅合金などにより構成することができる。
【００２１】
封口板本体１７は、正極端子１３と電気的に接続されている。一方、図６に示されるように、封口板本体１７と負極端子１４とは、絶縁材１８によって絶縁されている。
【００２２】
負極配線材１６の一部は、封口板本体１７と対向している。負極配線材１６の封口板本体１７との対向部１６ａと、封口板本体１７との間には、絶縁板１９が配されている。絶縁板１９によって対向部１６ａと封口板本体１７とが絶縁されている。
【００２３】
絶縁板１９には、厚み方向に貫通する開口が設けられている。この開口が設けられた領域において、対向部１６ａには、封口板本体１７と対向しており、短絡機構を構成している反転板３０が取り付けられている。反転板３０は、対向部１６ａと電気的に接続されている。
【００２４】
反転板３０は、封口板本体１７とは反対側に凸状に設けられている。例えば非水電解質二次電池１に衝撃が加わることなどにより非水電解質二次電池１が異常状態となり、容器１０内の圧力が上昇すると、反転板３０は、封口板本体１７側に凸状に変形する。これにより、負極端子１４に接続された反転板３０と、正極端子１３に接続された封口板本体１７とが接触し、負極端子１４と正極端子１３とが短絡する。これにより、セパレータ２３がメルトダウンし、電流が遮断される。また、封口板本体１７に反転板３０と対向する突出部を設けることで、電池内圧が上昇した際の封口板本体１７の変形が防止される。
【００２５】
反転板３０の頂部には、封口板本体１７側に突出する突出部３０ａが設けられている。また、封口板本体１７の反転板３０と対向している部分が反転板３０側に突出している。このため、反転板３０の反転時に反転板３０と封口板本体１７とが接触しやすくなっている。
【００２６】
反転板３０の封口板本体１７とは反対側には、保護カバー３１が設けられている。この保護カバー３１により、封口板本体１７と反転板３０とが接触したときのアークが電極体２０に向かって飛散することが抑制されている。なお、保護カバー３１と負極配線材１６とは離間して設けられており、内圧が反転板３０に付与されるようになっている。また、容器１０は、反転板３０と封口板本体１７との間に非水電解質が浸入し、反転板３０の動作抵抗が上昇しないように設けられている。
【００２７】
非水電解質二次電池１では、非水電解質が、溶質として、リチウムビス（オキサレート）ボレート（ＬｉＢＯＢ）を含む。このため、非水電解質二次電池１を長期間にわたって使用した際においても電池劣化が抑制されるため、容器１０内の圧力が上昇しにくい。よって、反転板３０により構成された短絡機構が誤動作しにくい。
【００２８】
反転板３０の誤動作をより効果的に抑制する観点からは、非水電解質におけるＬｉＢＯＢの含有量は、０．０５ｍｏｌ／Ｌ以上であることが好ましく、０．０８ｍｏｌ／Ｌ以上であることがより好ましく、０．１ｍｏｌ／Ｌ以上であることがさらに好ましい。但し、非水電解質におけるＬｉＢＯＢの含有量が高すぎると、非水電解質二次電池１の電池異常時における発熱が高くなりすぎる場合がある。また、電池内部抵抗増加により電池特性が低下する場合がある。よって、非水電解質二次電池１においては、非水電解質におけるＬｉＢＯＢの含有量は、０．５ｍｏｌ／Ｌ以下であることが好ましく、０．３ｍｏｌ／Ｌ以下であることがより好ましい。
【００２９】
なお、ＬｉＢＯＢの好ましい含有量の範囲は、組立後かつ初回充電前の非水電解質二次電池中の非水電解質を基準としたものである。このような基準を設けたのは、ＬｉＢＯＢを含む非水電解質二次電池を充電すると、その含有量が徐々に低下してしまうためである。
【００３０】
ＬｉＢＯＢは、非水電解質二次電池を組み立てた直後において、電解液中に存在していればよい。例えば、組み立て後に充放電を行った後においては、ＬｉＢＯＢは、ＬｉＢＯＢの変成体として存在している場合もある。また、ＬｉＢＯＢまたはＬｉＢＯＢの変成体の少なくとも一部が負極活物質層上に存在している場合もある。そのような場合も、本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３１】
１…非水電解質二次電池
１０…容器
１１…容器本体
１２…封口板
１３…正極端子
１４…負極端子
１５…正極配線材
１６…負極配線材
１６ａ…対向部
１７…封口板本体
１８…絶縁材
１９…絶縁板
２０…電極体
２１…正極
２１ａ…正極集電体
２１ｂ…正極活物質層
２２…負極
２２ａ…負極集電体
２２ｂ…負極活物質層
２３…セパレータ
３０…反転板（短絡機構）
３０ａ…突出部
３１…保護カバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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