(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極とをセパレータを挟んで積層した構造を有する発電要素と、前記正極に接続された正極集電体と、前記負極に接続された負極集電体と、前記発電要素と前記正極集電体と前記負極集電体を束ねたシュリンクチューブと、非水電解液と、前記発電要素と前記正極集電体と前記負極集電体と前記シュリンクチューブと前記非水電解液とを収容する電池ケースとを備え、
前記正極集電体および前記負極集電体は、前記電池ケースに固定され、
前記シュリンクチューブは、シームレスチューブであることを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項２】
前記正極集電体は前記発電要素の一端部に配置され、前記負極集電体は前記発電要素の他端部に配置されており、
前記シュリンクチューブにより、前記正極集電体と前記負極集電体と前記発電要素とが包囲されている請求項１に記載のリチウムイオン電池。
【請求項３】
前記シュリンクチューブは、前記発電要素、前記正極集電体および前記負極集電体に密着した請求項１または２に記載のリチウムイオン電池。
【請求項４】
前記シュリンクチューブは、３０μｍ以上２００μｍ以下の厚さのフィルムからなる請求項１〜３のいずれか１つに記載のリチウムイオン電池。
【請求項５】
前記電池ケースは、開口を有する容器と前記開口を塞ぐ蓋部材とを備え、
前記正極集電体および前記負極集電体は、前記蓋部材に固定された請求項１〜４のいずれか１つに記載のリチウムイオン電池。
【請求項６】
前記シュリンクチューブは、前記正極集電体と前記負極集電体と前記発電要素とを、熱収縮させて一体に束ねる請求項１〜５のいずれか１つに記載のリチウムイオン電池。
【請求項７】
前記発電要素は、つづら折りされた前記セパレータを有し、
前記正極および前記負極は、前記セパレータの各谷溝に配置され、かつ、前記セパレータを介して交互に配置されている請求項１〜６のいずれか１つに記載のリチウムイオン電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池は、エネルギー密度の高さから注目され開発研究が活発になされている。また、ノートパソコンや携帯電話などの小型用途での普及が進んでいる。近年、電気自動車やスマートハウスなどの登場により、大型の蓄電池が市場から求められるようになっており、電池容量の大きいリチウムイオン電池の研究・開発が進んでいる。
【０００３】
リチウムイオン電池は電解液に有機溶媒を用いるため、輸送時のストレスで電池の故障による発火事故が起こりうる危険性がある。このため、国連や各国では、リチウムイオン電池の輸送規制（国連輸送勧告等）を設け、電池が輸送に耐えられるのか、電池に様々な検査を要求している。このため、リチウムイオン電池の耐衝撃性や耐振動性を向上させる研究がなされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
大型のリチウムイオン電池は、一般的に剛性材料からなる電池ケースに集電体に接続した発電要素および非水電解液を収容した構造を有する。このため、電池に振動が加わると電池ケース内の発電要素も振動し、発電要素と集電体との接続部が壊れるおそれや、集電体が折れるおそれがある。
【０００５】
リチウムイオン電池の耐振動性を向上させる方法として、電池ケース内の発電要素および集電体を覆い一体化させるシュリンクフィルムを設ける方法が挙げられる（例えば、特許文献２参照）。シュリンクフィルムを設けることにより、発電要素および集電体を一体化することができるため、電池に振動を加えた際の発電要素の振動を抑制することができ、リチウムイオン電池の耐振動性を向上させることができる。
【０００６】
発電要素および集電体を覆い一体化させるシュリンクフィルムは、１枚のフィルムを発電要素および集電体に巻きつけ、フィルムの重なり部分を接着または融着した後で、収縮温度以上の熱を数秒から数十秒間かけることでフィルム全体を熱収縮させることにより設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−２１６２３９号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３１９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来のシュリンクフィルムを設けたリチウムイオン電池では、長時間振動を加え続けると耐振動性が低下する場合がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、長時間振動を加え続けても耐振動性が低下しないリチウムイオン電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、正極と負極とをセパレータを挟んで積層した構造を有する発電要素と、前記正極に接続された正極集電体と、前記負極に接続された負極集電体と、前記発電要素と前記正極集電体と前記負極集電体を束ねたシュリンクチューブと、非水電解液と、前記発電要素と前記正極集電体と前記負極集電体と前記シュリンクチューブと前記非水電解液とを収容する電池ケースとを備え、前記正極集電体および前記負極集電体は、前記電池ケースに固定され、前記シュリンクチューブは、シームレスチューブであることを特徴とするリチウムイオン電池を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、正極と負極とをセパレータを挟んで積層した構造を有する発電要素と、前記正極に接続された正極集電体と、前記負極に接続された負極集電体と、非水電解液と、前記発電要素と前記正極集電体と前記負極集電体と前記非水電解液とを収容する電池ケースとを備えるため、正極集電体および負極集電体を介して発電要素の充放電をすることができる。
本発明によれば、前記発電要素と前記正極集電体と前記負極集電体を束ねたシュリンクチューブを備え、前記正極集電体および前記負極集電体は、前記電池ケースに固定されているため、発電要素と正極集電体と負極集電体とを一体化して電池ケースに固定することができ、電池に振動が加えられた際に発電要素が振動することを抑制することができ、リチウムイオン電池の耐振動性を向上させることができる。
本発明によれば、前記シュリンクチューブはシームレスチューブであり継ぎ目を有さないため、電池に長時間振動を加えたとしても、シュリンクチューブが裂けることを防止することができ、リチウムイオン電池の耐振動性を向上させることができる。なお、このことは本発明者等が行った振動実験により実証された。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態のリチウムイオン電池の概略上面図である。
【図２】本発明の一実施形態のリチウムイオン電池の概略側面図である。
【図３】図１の点線Ａ−Ａにおけるリチウムイオン電池の概略断面図である。
【図４】本発明の一実施形態のリチウムイオン電池に含まれる正極集電体および負極集電体の概略断面図である。
【図５】図２の点線Ｂ−Ｂにおけるリチウムイオン電池の概略断面図である。
【図６】図２の一点鎖線Ｃ−Ｃにおけるリチウムイオン電池の概略断面図である。
【図７】本発明の一実施形態のリチウムイオン電池に含まれる発電要素の構成を説明する説明図である。
【図８】（ａ）は本発明の一実施形態のリチウムイオン電池に含まれる正極の概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）の点線Ｄ−Ｄにおける正極の概略断面図である。
【図９】（ａ）は本発明の一実施形態のリチウムイオン電池に含まれる負極の概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）の点線Ｅ−Ｅにおける負極の概略断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態のリチウムイオン電池の製造方法の一部の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明のリチウムイオン電池は、正極と負極とをセパレータを挟んで積層した構造を有する発電要素と、前記正極に接続された正極集電体と、前記負極に接続された負極集電体と、前記発電要素と前記正極集電体と前記負極集電体を束ねたシュリンクチューブと、非水電解液と、前記発電要素と前記正極集電体と前記負極集電体と前記シュリンクチューブと前記非水電解液とを収容する電池ケースとを備え、前記正極集電体および前記負極集電体は、前記電池ケースに固定され、前記シュリンクチューブは、シームレスチューブであることを特徴とする。
【００１３】
本発明のリチウムイオン電池において、前記正極集電体および前記負極集電体は、前記発電要素を挟むように配置され、前記シュリンクチューブは、前記正極集電体と前記負極集電体と前記発電要素とを包囲することが好ましい。
このような構成によれば、シュリンクチューブにより正極集電体、負極集電体および発電要素を一体化することができ、リチウムイオン電池の耐振動性を向上させることができる。
本発明のリチウムイオン電池において、前記シュリンクチューブは、前記発電要素、前記正極集電体および前記負極集電体に密着したことが好ましい。
このような構成によれば、シュリンクチューブにより正極集電体、負極集電体および発電要素を一体化することができ、リチウムイオン電池の耐振動性を向上させることができる。
【００１４】
本発明のリチウムイオン電池において、前記シュリンクチューブは、３０μｍ以上２００μｍ以下の厚さのフィルムからなることが好ましい。
このような構成によれば、リチウムイオン電池が振動することによりシュリンクチューブが裂けることを抑制することができる。
本発明のリチウムイオン電池において、前記電池ケースは、開口を有する容器と前記開口を塞ぐ蓋部材とを備え、前記正極集電体および前記負極集電体は、前記蓋部材に固定されたことが好ましい。
このような構成によれば、蓋部材に固定された正極集電体および負極集電体に発電要素を接続し、樹脂フィルムで一体化することができるため、製造コストを低減することができる。
本発明のリチウムイオン電池において、前記正極集電体と前記負極集電体と前記発電要素とを、前記シュリンクチューブを熱収縮させて一体に束ねてあることが好ましい。
このような構成によれば、シュリンクチューブを熱収縮させて正極集電体と負極集電体と発電要素との密着性を高めることができるため、リチウムイオン電池に与えられる振動による発電要素と各集電体との接続部分への影響を抑制することができる。また、シュリンクチューブをシームレスとすることで熱収縮させた際の融着部分とそれ以外の部分の収縮率の差による応力が無くなるため、シュリンクチューブが継ぎ目から裂けることを抑制することができる。このため、歩留まりも向上させることができる。
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
【００１５】
リチウムイオン電池の構成
図１は本実施形態のリチウムイオン電池の構成を示す概略上面図であり、図２は本実施形態のリチウムイオン電池の構成を示す概略側面図である。また、図３は図１の点線Ａ−Ａにおけるリチウムイオン電池の概略断面図であり、図４（ａ）（ｂ）は本実施形態のリチウムイオン電池に含まれる正極集電体および負極集電体の概略断面図である。図５は図２の点線Ｂ−Ｂにおけるリチウムイオン電池の概略断面図であり、図６は図２の一点鎖線Ｃ−Ｃにおけるリチウムイオン電池の概略断面図である。また、図７は、本実施形態のリチウムイオン電池に含まれる発電要素の説明図であり、図８（ａ）は本実施形態のリチウムイオン電池に含まれる正極の概略平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）の点線Ｄ−Ｄにおける正極の概略断面図である。図９（ａ）は本実施形態のリチウムイオン電池に含まれる負極の概略平面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）の点線Ｄ−Ｄにおける負極の概略断面図である。
【００１６】
本実施形態のリチウムイオン電池２０は、正極２１と負極２２とをセパレータ２４を挟んで積層した構造を有する発電要素１２と、正極２１に接続された正極集電体３と、負極２２に接続された負極集電体４と、発電要素１２と正極集電体３と負極集電体４を束ねたシュリンクチューブ１５と、非水電解液５と、発電要素１２と正極集電体３と負極集電体４とシュリンクチューブ１５と非水電解液５とを収容する電池ケース１７とを備え、正極集電体３および負極集電体４は、電池ケース１７に固定され、シュリンクチューブ１５は、シームレスチューブであることを特徴とする。
以下、本実施形態のリチウムイオン電池２０について説明する。
【００１７】
１．電池ケース、正極集電体、負極集電体
電池ケース１７は、発電要素１２を収容するための容器１を備える。また、電池ケース１７は、蓋部材２を備えてもよい。
容器１は、内部に発電要素１２、正極集電体３、負極集電体４および非水電解液５を収容することができ、蓋部材２と接合することができる。
容器１の材料は、内部に発電要素１２、正極集電体３、負極集電体４および非水電解液５を収容しても大きく変形しない材料であれば特に限定されないが、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、ステンレス等の金属材料、該金属材料にニッケル、スズ、クロム、亜鉛等をメッキしたものや、硬質プラスチックなどである。
容器１の形状は、角型でも円筒形でも良い。
【００１８】
容器１は、発電要素１２を容器１の内部に挿入するための開口を有する。また、この開口は、蓋部材２により塞がれる。このことにより、容器１の内部に発電要素１２を収容することができる。
【００１９】
蓋部材２は、容器１の発電要素１２を挿入するための開口を塞ぐ。また、容器１と蓋部材２は、例えばレーザ溶接、抵抗溶接、超音波溶接、接着剤などにより接合され、容器１を密閉する。
また、蓋部材２には、正極集電体３および負極集電体４を固定することができる。そして、正極集電体３には正極２１を固定し、負極集電体４には負極２２を固定することができるので、図３のように発電要素１２を正極集電体３、負極集電体４、外部絶縁部材１０ａ、１０ｂ、内部絶縁部材１１ａ、１１ｂを介して蓋部材２に固定することができる。このように、一体化することで、発電要素１２、正極集電体３、負極集電体４を容器１の内部に収容し、蓋部材２により開口を塞ぐことが一度にできる。
また、蓋部材２には外部接続端子８ａ、８ｂを固定することができ、正極集電体３を外部接続端子８ａに電気的に接続することができ、負極集電体４を外部接続端子８ｂに電気的に接続することができる。このことにより、外部接続端子８ａ、８ｂを介して、リチウムイオン電池２０の充放電を行うことができる。
【００２０】
正極集電体３、負極集電体４の材料は特に限定されないが、例えば、正極集電体３は、例えばアルミニウムとすることができ、負極集電体４は、例えば銅とすることができる。
正極集電体３、負極集電体４の製造方法は、特に限定されないが、例えば、金属板をプレス加工することにより製造することができる。
【００２１】
正極集電体３は、例えば、蓋部材２に設けられた開口を貫通し外部接続端子８ａと接続する突出部３ａと、正極２１と接続する接続部である足部３ｃと、突出部３ａと足部３ｃとをつなぐ集電体の基部３ｂを有することができる。
負極集電体４は、例えば、蓋部材２に設けられた開口を貫通し外部接続端子８ｂと接続する突出部４ａと、負極２２と接続する接続部である足部４ｃと突出部４ａと足部４ｃとをつなぐ集電体の基部４ｂを有することができる。
集電体の突出部３ａ、４ａが蓋部材２の開口を貫通し外部接続端子８ａ、８ｂと接続することにより、正極集電体３および負極集電体４を蓋部材２に外部絶縁部材１０ａ、１０ｂ内部絶縁部材１１ａ、１１ｂを介して固定することができ、外部接続端子８ａ、８ｂと集電体３、４とを電気的に接続することができる。図面において、正極集電体３の足部３ｃおよび負極集電体４の足部４ｃは、一つのみの場合が例示されているが、足部の数は２つ以上あってもよいし、足部の幅はケース内に収まる範囲であれば、どのような幅であってもよい。
【００２２】
正極集電体３の足部３ｃが正極２１と、負極集電体４の足部４ｃが負極２２と接続することにより、正極集電体３を介して正極２１と外部接続端子８ａとを電気的に接続することができ、負極集電体４を介して負極２２と外部接続端子８ｂとを電気的に接続することができる。このことにより、外部接続端子８によりリチウムイオン電池２０を充放電することができる。
また、正極２１および負極２２を有する発電要素１２を正極集電体３および負極集電体４に固定することができるので、正極集電体３および負極集電体４を介して蓋部材２に発電要素１２を固定することができる。
集電体の足部３ｃ、４ｃは、コの字型の構造を有することができ、対向する金属板の外側の２つの面にそれぞれ正極２１または負極２２を接合することができる。
さらに、正極集電体３は発電要素１２の一端部に配置され、負極集電体４は発電要素１２の他端部に配置ことができる。このことにより、電池に振動が加えられた際の発電要素１２の振動幅を小さくすることができる。
【００２３】
２．発電要素、非水電解液
発電要素１２は、電池ケース１７内部に充填された非水電解液５と共に電池反応をする。この電池反応によりリチウムイオン電池２０は、放電、充電をすることができる。発電要素１２は、セパレータ２４と、セパレータ２４を介して配置された正極２１および負極２２を備える。発電要素１２は、例えば、図５〜７のように、つづら折りされたセパレータ２４と、セパレータ２４の各谷溝に配置され、かつ、セパレータ２４を介して交互に配置された正極２１および負極２２とを備えることができる。ここでは、上記構造を示したが、通常使われているセパレータ２４と、セパレータ２４を介して配置された正極２１および負極２２を巻いた巻回タイプや、セパレータ２４を介して配置された正極２１および負極２２を重ね合わせた積層タイプでもよい。
【００２４】
セパレータ２４は、シート状であり、正極２１と負極２２との間に配置される。セパレータ２４は、正極２１と負極２２との間に短絡電流が流れることを防止することができ、電解質が透過可能なものであれば特に限定されないが、例えばポリオレフィンの微多孔性フィルムとすることができる。
【００２５】
正極２１は、正極集電シート２７と正極集電シート２７の両面上にそれぞれ設けられた正極活物質層２５と備える。正極２１は、例えば、図８（ａ）（ｂ）のように形成することができ、方形の正極集電シート２７の両面に正極活物質層２５を形成することにより形成することができる。そして、正極２１は、正極集電体３に接続するための接続部２３を有することができ、図８（ａ）の接続部２３は、正極２１の端部の正極集電シート２７の両面上に正極活物質層２５を形成しないことで設けることができる。また、図面においては、正極２１の幅方向（点線Ｃ−Ｃと平行な方向）の両端部に集電体に接続するための接続部以外の正極活物質層の未形成部２９（集電シート２７が見えている部分）が表されているが、この未形成部２９は設けなくてもよい。さらに、正極集電シート２７の１つの端部に、例えば、この端部から外部へ突出した凸状の耳部を形成し、該耳部に正極活物質層２５を形成しないことで接続部を設けることもできる。
【００２６】
正極集電シート２７は、電気伝導性を有し、表面上に正極活物質層２５を備えることができれば、特に限定されないが、例えば、金属箔である。好ましくはアルミニウム箔である。
正極活物質層２５は、正極活物質に導電剤、結着剤などを添加し、塗布法などにより正極集電シート２７の上に形成することができる。正極活物質は、例えば、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出することが可能なリチウム遷移金属複合酸化物、すなわち、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＮｉxＣｏ1-xＯ2（ｘ＝０．０１〜０．９９）、ＬｉＭｎＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＣｏxＭｎyＮｉzＯ2（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）又はオリビン型のＬｉＦｅＰＯ4やＬｉxＦｅ1-yＭyＰＯ4（但し、０．０５≦ｘ≦１．２、０≦ｙ≦０．８であり、ＭはＭｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｍｇ、Ｂ、Ｎｂのうち少なくとも１種以上である）などが一種単独もしくは複数種を混合して使用することができる。
【００２７】
負極２２は、負極集電シート２８と負極集電シート２８の両面上にそれぞれ設けられた負極活物質層２６と備える。負極２２は、例えば、図９（ａ）（ｂ）のように形成することができ、方形の負極集電シート２８の両面に負極活物質層２６を形成することにより形成することができる。そして、負極２２は、負極集電体４に接続するための接続部２３を有することができ、図９（ａ）の接続部２３は、負極２２の端部の負極集電シート２７の両面上に負極活物質層２６を形成しないことで設けることができる。また、負極集電シート２８の１つの端部に前述の正極２１と同様な耳部を形成し、該耳部に負極活物質層２６を形成しないことで接続部を設けることもできる。また、前述の正極２１と同様に、幅方向の両端部の負極活物質層２６の未形成部２９（集電シート２８が見えている部分）もなくてもよい。
【００２８】
負極集電シート２８は、電気伝導性を有し、表面上に負極活物質層２６を備えることができれば、特に限定されないが、例えば、金属箔である。好ましくは銅箔である。
負極活物質層２６は、負極活物質に導電剤、結着剤などを添加し、塗布法などにより負極集電シート２８の上に形成することができる。負極活物質は、例えば、リチウム二次電池の場合、グラファイト、部分黒鉛化した炭素、ＬｉＴｉＯ4、Ｓｎ合金等が一種単独もしくは複数種を混合して使用することができる。
【００２９】
非水電解液は、溶媒としてカーボネート類、ラクトン類、エーテル類、エステル類などを使用することができ、これら溶媒の２種類以上を混合して用いることもできる。これらの中では特に環状カーボネートと鎖状カーボネートを混合して用いることが好ましい。非水電解液は、例えば、電解質としてのＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＯＢ、ＬｉＮ(ＣＦ3ＳＯ2)2、ＬｉＮ(Ｃ2Ｆ5ＳＯ2)等のリチウム塩溶質を有機溶媒に溶解した溶液である。また、必要に応じてＶＣ（ビニレンカーボネート）、ＰＳ（プロパンスルトン）、ＶＥＣ（ビニルエチルカーボネート）、ＰＲＳ（プロペンスルトン）、難燃剤等の添加剤を単独または複数種を混合して配合してもよい。
【００３０】
３．シュリンクチューブ
シュリンクチューブ１５は、管状の樹脂フィルムであり、発電要素１２と正極集電体３と負極集電体４を一体に束ねており、熱収縮させている。また、シュリンクフィルム１５は発電要素１２と正極集電体３と負極集電体４を覆っている。又、シュリンクチューブ１５は、シームレスチューブであり、継ぎ目を有していない。シームレスチューブは、例えば、芯体となる金型の外面に樹脂フィルムを成膜し、樹脂フィルムを金型から分離することにより製造することができる。シュリンクチューブ１５を設けることにより、発電要素１２の膨らみやズレを抑えることができ、発電要素１２に含まれる正極や負極がばらばらになることを防止することができる。特に発電要素１２が積層構造である場合、シュリンクチューブ１５は、正極２１及び負極２２を固定する部品となる、つまり、シュリンクチューブ１５は、発電要素１２の形状維持部材としても機能している。
【００３１】
シュリンクチューブ１５は、正極集電体３と負極集電体４と発電要素１２とを包囲することができる。このことにより、シュリンクチューブ１５により正極集電体３と負極集電体４と発電要素１２を一体化することができ、電池に振動が加えられた際に、正極集電体３と負極集電体４と発電要素１２が別々に振動することを抑制することができる。
また、シュリンクチューブ１５は、発電要素１２、正極集電体３および負極集電体４に密着することができる。このことにより、正極集電体３と負極集電体４と発電要素１２を一体化することができ、電池の耐振動性を向上させることができる。
【００３２】
シュリンクチューブ１５を構成するフィルムの材料は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン、塩化ビニル（PVC）、ポリエチレンテレフタレート（PET）、フッ素系樹脂（FEPやPTFEなど）などの熱収縮可能な樹脂である。シュリンクチューブ１５を熱収縮させることで、包み込んだ正極集電体３と負極集電体４と発電要素１２とを一体に束ねて密着性を高めることができるので、リチウムイオン電池に与えられる振動による発電要素１２と各集電体との接続部分への影響を抑制することができる。また、シュリンクチューブ１５をシームレスとすることで熱収縮した際の融着部分とそれ以外の部分の収縮率の差による応力が無くなるため、シュリンクチューブ１５が継ぎ目から裂けることを抑制することができる。このため、歩留まりも向上させることができる。なお、弾性ゴムを薄い筒状に形成したもので、正極集電体３と負極集電体４と発電要素１２とを一体に束ねることも考えられるが、包囲される正極集電体３と負極集電体４と発電要素１２への締めつけ力をバランスよく安定にするには熱収縮させたシュリンクチューブ１５の方が望ましい。
シュリンクチューブ１５を構成するフィルムの厚さは、３０μｍ以上２００μｍ以下とすることができる。シュリンクチューブ１５の厚さを３０μｍ以上とすることにより、シュリンクチューブ１５が十分な強度を有することができ、電池を振動させてもシュリンクチューブ１５が裂けることを防止することができる。また、シュリンクチューブ１５の厚さを２００μｍ以下とすることにより、シュリンクチューブ１５を熱収縮させる時間を短くすることまたは熱収縮させる際の温度を低くすることができ、熱収縮させる際に加える熱が発電要素１２に影響を与えることを抑制することができる。
シュリンクチューブ１５を構成するフィルムの厚さは、さらに好ましくは５０μｍ以上１５０μｍ以下である。このことにより、シュリンクチューブが十分な強度を有することができ、熱収縮させる際の発電要素への影響をさらに小さくすることができる。
【００３３】
図１０は、シュリンクチューブ１５を設ける方法の説明図である。シュリンクチューブ１５は、図１０のようにシームレスチューブであり樹脂フィルムからなる樹脂チューブ１６の内部に発電要素１２、正極集電体３、負極集電体４を挿入した後、樹脂チューブ１６を収縮温度以上の温度で数秒から数十秒加熱し熱収縮させることにより設けることができる。このように設けたシュリンクチューブ１５により、発電要素１２、正極集電体３および負極集電体４を包み込み、一体化することができる。また、正極集電体３および負極集電体４は、電池ケース１７に固定されるので、発電要素１２、正極集電体３および負極集電体４を一体化して電池ケース１７に固定することができる。このことにより、リチウムイオン電池２０に、振動が加えられ際に発電要素１２、正極集電体３、負極集電体４が振動し、電池が壊れることを防止することができる。
【００３４】
例えば、発電要素１２、正極集電体３、負極集電体４がシュリンクチューブ１５により一体化されていない場合、電池に振動が加えられると、正極集電体３、負極集電体４は、別々に振動し、正極集電体３、負極集電体４の振動幅は大きくなるため、集電体の足部の付け根部分３ｄ、４ｄの金属疲労が生じやすくなる。また、正極集電体３、負極集電体４が容器１とぶつかり集電体が破損することもある。さらに、振動により、発電要素１２を構成する正極２１、負極２２、セパレータ２４の位置がずれることが考えられ、このずれにより正極２１と負極２２とがセパレータからはみ出たり、セパレータの一部が破れたりするなどして、正極２１と負極２２とが短絡するおそれがある。
シュリンクチューブ１５を設けることにより、このような電池の損傷を抑制することができる。
【００３５】
また、シュリンクチューブ１５は、シームレスチューブであるため、電池に振動が加えられた際に発電要素１２、正極集電体３、負極集電体４が振動し、シュリンクチューブ１５にストレスがかかったとしても、継ぎ目がないため、シュリンクチューブ１５が裂け発電要素１２、正極集電体３、負極集電体４がバラバラになることを抑制することができる。
従来のシュリンクフィルムは融着または接着した継ぎ目を有しており、継ぎ目部分には熱収縮時の収縮率の差による応力が存在するため、継ぎ目部分の強度は、他の部分の強度に比べ小さくなる。このため、電池が振動しシュリンクフィルムにストレスがかかった場合、強度の弱い継ぎ目周辺からシュリンクフィルムが裂けてしまう場合がある。シュリンクフィルムが裂けてしまうと、発電要素１２、正極集電体３、負極集電体４がばらばらになってそれぞれが別々に振動することとなり、電池が損傷しやすくなる。
【００３６】
シームレスチューブであるシュリンクチューブ１５は、局所的に強度が低い部分を有していないため、特定の部分に応力がかかりその部分から裂けることを抑制することができる。このため、電池に長時間振動が加えられたとしても、シュリンクチューブ１５が裂けることを抑制することができ、電池の耐振動性が低下することを防止することができる。
【００３７】
振動試験
図１〜５に示したようなリチウムイオン電池であって、シュリンクチューブの形態を変えた５種類のリチウムイオン電池（実施例１〜５）をそれぞれ５個ずつ作製し、振動実験を行った。また、比較例として、図１〜５に示したようなリチウムイオン電池であって、シュリンクチューブの代わりにシュリンクフィルムを備えた３種類のリチウムイオン電池（比較例１〜３）をそれぞれ５個ずつ作製し、振動実験を行った。
シュリンクチューブおよびシュリンクフィルムの材質は、ポリエチレンとした。また、正極集電体および負極集電体の足部（発電要素と接続する部分）の長さは８ｃｍとした。
【００３８】
１．振動試験の試験方法
作製したリチウムイオン電池を振動装置のプラットフォーム（振動台）にしっかりと固定し、プラットフォームを正弦波形で振動させリチウムイオン電池の振動試験を行った。振動試験は、電池のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に対してそれぞれ振動試験サイクルを１２回ずつ行った。１回の振動試験サイクルは、７Ｈｚ→２００Ｈｚ→７Ｈｚを１５分で対数掃引することにより周波数を変化させながら電池を振動させた。すなわち、各方向に３時間ずつ電池を振動させた。
振動試験サイクルでは、周波数７Ｈｚ〜１８Ｈｚにおいては、ピーク加速度を１Ｇに維持し、周波数１８Ｈｚ〜５０Ｈｚでは、振動幅を０．８ｍｍ（全振幅１．６ｍｍ）に保ち、ピーク加速度が８Ｇとなるまで加速度を増加させた。周波数５０Ｈｚ〜２００Ｈｚでは、ピーク加速度を８Ｇに維持した。
【００３９】
２．比較例１
比較例１では、一重にシュリンクフィルムを設けたリチウムイオン電池を作製し、振動試験を行った。このシュリンクフィルムは、厚さ５０μｍのポリエチレンフィルムで発電要素、正極集電体および負極集電体を一重に巻き重なり合う部分を熱融着させ、このポリエチレンフィルムを熱収縮させることにより設けた。
振動試験後のリチウムイオン電池を分解すると、試験を行った電池すべてで、シュリンクフィルムがフィルムを重ねて融着した継ぎ目周辺で裂け、集電体の足部が付け根部分で折れたことが確認された。集電体の足部の付け根部分が折れた原因としては、シュリンクフィルムが裂ける前は、シュリンクフィルムが集電体の足部の振動を抑えていたが、シュリンクフィルムが裂けた後は、集電体の足部が大きく振動し集電体の足部の付け根に大きなストレスがかかったことが考えられる。
【００４０】
３．比較例２
比較例２では、二重にシュリンクフィルムを設けたリチウムイオン電池を作製し、振動試験を行った。このシュリンクフィルムは、厚さ５０μｍのポリエチレンフィルムで発電要素、正極集電体および負極集電体を一重に巻き重なり合う部分を熱融着させ、さらに、その上から厚さ５０μｍのポリエチレンフィルムで発電要素、正極集電体および負極集電体を一重に巻き重なり合う部分を熱融着させ、これらのポリエチレンフィルムを熱収縮させることにより設けた。
振動試験後のリチウムイオン電池を分解すると、試験を行った電池すべてでシュリンクフィルムが二枚ともフィルムを重ねて融着した継ぎ目周辺で裂けたことが確認され、４つの電池で集電体の足部の付け根部分で折れたことが確認された。
【００４１】
４．比較例３
比較例３では、厚さ１００μｍのポリエチレンフィルムで、一重にシュリンクフィルムを設けたリチウムイオン電池を作製し、振動試験を行った。このシュリンクフィルムは、厚さ１００μｍのポリエチレンフィルムで発電要素、正極集電体および負極集電体を一重に巻き重なり合う部分を熱融着させ、このポリエチレンフィルムを熱収縮させることにより設けた。
振動試験後のリチウムイオン電池を分解すると、試験を行った電池すべてで、シュリンクフィルムがフィルムを重ねて融着した継ぎ目周辺で裂け、集電体の足部の付け根部分に大きなひびが生じていることが確認された。
【００４２】
５．実施例１
実施例１では、厚さ３０μｍのポリエチレンフィルムからなるシームレスのポリエチレンチューブ中に発電要素、正極集電体および負極集電体を挿入しポリエチレンチューブを熱収縮させてシュリンクチューブを設けたリチウムイオン電池を作製し、振動試験を行った。
振動試験後のリチウムイオン電池を分解すると、２つの電池においてシュリンクチューブが集電体の上部付近で約２ｍｍ裂けていることが確認された。また、集電体の足部の付け根部分が折れることもなく、ひびが入ることもなかった。
【００４３】
６．実施例２
実施例２では、厚さ５０μｍのポリエチレンフィルムからなるシームレスのポリエチレンチューブ中に発電要素、正極集電体および負極集電体を挿入しポリエチレンチューブを熱収縮させてシュリンクチューブを設けたリチウムイオン電池を作製し、振動試験を行った。
振動試験後のリチウムイオン電池を分解すると、すべての電池においてシュリンクチューブが裂けることはなかった。また、集電体の足部の付け根部分が折れることもなく、ひびが入ることもなかった。
【００４４】
７．実施例３
実施例３では、厚さ１００μｍのポリエチレンフィルムからなるシームレスのポリエチレンチューブ中に発電要素、正極集電体および負極集電体を挿入しポリエチレンチューブを熱収縮させてシュリンクチューブを設けたリチウムイオン電池を作製し、振動試験を行った。
振動試験後のリチウムイオン電池を分解すると、すべての電池においてシュリンクチューブが裂けることはなかった。また、集電体の足部の付け根部分が折れることもなく、ひびが入ることもなかった。
【００４５】
８．実施例４
実施例４では、厚さ１５０μｍのポリエチレンフィルムからなるシームレスのポリエチレンチューブ中に発電要素、正極集電体および負極集電体を挿入しポリエチレンチューブを熱収縮させてシュリンクチューブを設けたリチウムイオン電池を作製し、振動試験を行った。
振動試験後のリチウムイオン電池を分解すると、すべての電池においてシュリンクチューブが裂けることはなかった。また、集電体の足部の付け根部分が折れることもなく、ひびが入ることもなかった。
【００４６】
９．実施例５
実施例５では、厚さ２００μｍのポリエチレンフィルムからなるシームレスのポリエチレンチューブ中に発電要素、正極集電体および負極集電体を挿入しポリエチレンチューブを熱収縮させてシュリンクチューブを設けたリチウムイオン電池を作製し、振動試験を行った。
振動試験後のリチウムイオン電池を分解すると、すべての電池においてシュリンクチューブが裂けることはなかった。また、集電体の足部の付け根部分が折れることもなく、ひびが入ることもなかった。
【符号の説明】
【００４７】
１： 容器    ２：蓋部材    ３：正極集電体    ４：負極集電体    ３ａ、４ａ：突起部    ３ｂ、４ｂ：集電体基部    ３ｃ、４ｃ：集電体足部    ３ｄ、４ｄ：集電体足部の付け根    ５：非水電解液    ６ａ、６ｂ：ねじ部材    ８ａ、８ｂ：外部接続端子    １０ａ、１０ｂ：外部絶縁部材    １１ａ、１１ｂ：内部絶縁部材    １２：発電要素    １５：シュリンクチューブ    １６：樹脂チューブ    １７：電池ケース    ２０：リチウムイオン電池    ２１：正極    ２２：負極    ２３：接続部    ２４：セパレータ    ２５：正極活物質層    ２６：負極活物質層    ２７：正極集電シート    ２８：負極集電シート    ２９：活物質未塗工部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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