(57)【要約】【課題】電解液の飛散を防止す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。【解決手段】このリチウムイオン二次電池は、正極と負極とが電解液を介してイオンの授受を行う発電素子と、前記正極と前記負極にそれぞれ電気的に接続された端子と、前記端子の端部が外側に延出するように前記発電素子を被覆する外装体と、を備え、前記外装体は前記発電素子を収容する収容空間を有し、前記収容空間の前記端子側の第１辺の長さをＷ、第１辺と交差する第２辺の長さをＬ、厚みをｔとし、前記第１辺における前記外装体の剥離強度をＳ１、前記第２辺における前記外装体の剥離強度をＳ２とした場合に、Ｓ１／Ｓ２＞（Ｌ＋ｔ）／（Ｗ＋ｔ）・・・（１）が成り立つ。【選択図】図１
2018170163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極とが電解液を介してイオンの授受を行う発電素子と、
前記正極と前記負極にそれぞれ電気的に接続された端子と、
前記端子の端部が外側に延出するように前記発電素子を被覆する外装体と、を備え、
前記外装体は前記発電素子を収容する収容空間を有し、前記収容空間の前記端子側の第１辺の長さをＷ、第１辺と交差する第２辺の長さをＬ、厚みをｔとし、
前記第１辺における前記外装体の剥離強度をＳ１、前記第２辺における前記外装体の剥離強度をＳ２とした場合に、
Ｓ１／Ｓ２＞（Ｌ＋ｔ）／（Ｗ＋ｔ）  ・・・（１）
が成り立つ、リチウムイオン二次電池。
【請求項２】
前記発電素子が捲回体であり、前記捲回体の捲きの中心軸方向に端子が接続されている請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項３】
前記捲回体の最外周面が、正極又は負極を構成する集電体である請求項２に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項４】
前記発電素子の前記第２辺側の面に、電解液を吸収する飛散防止材を有する請求項１〜３の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、リチウムイオン二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池の軽量化、電池デザインの自由度を高める等の目的で、外装体として金属箔と樹脂を積層して得られるラミネートフィルムを用いたラミネートセルが実用化されている。しかしながら、このような電池においては、過充電等によりガスが発生して内圧が上昇すると、ラミネートフィルムが大幅に膨張し、破裂する。この際、発電素子が破損し、電池パックの変形や電子機器の損傷を起こす。
【０００３】
特許文献１及び２では、破裂を避けるために、ラミネートセルのシール箇所の一部のシール性能を低下させ、その部分からガスを選択的に排出する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−８６８２３号公報
【特許文献２】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】
【０００５】
しかしながら、ガスが排出される際に、外装体内に存在する余剰電解液がガスと共に飛散する場合がある。この電解液は、ＢＭＳ回路の短絡の原因となり、また周囲の電子機器の損傷の原因となる。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、電解液の飛散を防止す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】
【０００７】
電解液の飛散まで考慮すると、ガス排出部はモジュールを想定して設計する必要がある。そこで、外装体の発電素子を収納する部分の形状および剥離強度を設定することで、内圧が上昇した場合に外装体が開裂しガスが排出される方向を、端子が延在する方向と異なる方向にすることができ、電解液の飛散による影響を低減できることを見出した。
すなわち、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
【０００８】
（１）第１の態様にかかるリチウムイオン二次電池は、正極と負極とが電解液を介してイオンの授受を行う発電素子と、前記正極と前記負極にそれぞれ電気的に接続された端子と、前記端子の端部が外側に延出するように前記発電素子を被覆する外装体と、を備え、前記外装体は前記発電素子を収容する収容空間を有し、前記収容空間の前記端子側の第１辺の長さをＷ、第１辺と交差する第２辺の長さをＬ、厚みをｔとし、前記第１辺における前記外装体の剥離強度をＳ１、前記第２辺における前記外装体の剥離強度をＳ２とした場合に、Ｓ１／Ｓ２＞（Ｌ＋ｔ）／（Ｗ＋ｔ）・・・（１）が成り立つ。
【０００９】
（２）上記態様にかかるリチウムイオン二次電池において、前記発電素子が捲回体であり、前記捲回体の捲き軸方向に端子が接続されていてもよい。
【００１０】
（３）上記態様にかかるリチウムイオン二次電池において、前記捲回体の最外周面が、正極又は負極を構成する集電体であってもよい。
【００１１】
（４）上記態様にかかるリチウムイオン二次電池において、前記発電素子の前記第２辺側の面に、電解液を吸収する飛散防止材を有してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
上記態様に係るリチウムイオン二次電池は、内圧上昇時に外装体が開裂する部分が、端子の延在方向と異なるため、電解液が飛散による影響を低減できる。また電解液の飛散量自体も低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池の模式図である。
【図２】本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池の断面模式図である。
【図３】本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池における捲回体を展開した図である。
【図４】リチウムイオン二次電池の外装体の膨らむ前の状態と膨らんだ後の状態とを模式的に示す図である。
【図５】リチウムイオン二次電池の外装体のシール部に加わる応力を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００１５】
［リチウムイオン二次電池］
図１は、本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池の模式図である。図１に示すように、本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池１００は、発電素子１と外装体２とを備える。発電素子１は、外装体２に設けられた収容空間Ｋに収容される。図１では、理解を容易にするために、発電素子１が外装体２内に収容される直前の状態を図示している。
【００１６】
（発電素子）
図２は、本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池の断面模式図である。図２に示すように、発電素子１は、正極１０と負極２０とセパレータ３０とを有する。図２に示す発電素子１は、正極１０と負極２０とが、セパレータ３０を挟んで対向配置され、捲回されてなる捲回体である。正極１０及び負極２０のそれぞれには、外部との電気的接続のための端子１５、２５が設けられている。
【００１７】
図３は、本実施形態にかかる非水電解質二次電池における捲回体を展開した図である。  正極１０は、板状（膜状）の正極集電体１２に正極活物質層１４が設けられたものである。負極２０は、板状（膜状）の負極集電体２２に負極活物質層２４が設けられたものである。また正極１０及び負極２０の一部には、絶縁テープ４０が貼られている。絶縁テープ４０は、端子１５、２５の短絡を防ぎ、活物質層が集電体から剥離するのを抑制する。
【００１８】
正極活物質層１４及び負極活物質層２４には、電解液が含浸されている。この電解液を介して、正極１０と負極２０とはリチウムイオンの授受を行う。
【００１９】
「正極」
正極１０は、正極集電体１２と、正極集電体１２の両面に設けられた正極活物質層１４と、有する。
【００２０】
正極集電体１２は、導電性の板材であればよく、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル箔の金属薄板を用いることができる。
【００２１】
正極活物質層１４に用いる正極活物質は、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入（インターカレーション）、又は、リチウムイオンとリチウムイオンのカウンターアニオン（例えば、ＰＦ６−）とのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能な電極活物質を用いることができる。
【００２２】
例えば、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ２）、リチウムマンガンスピネル（ＬｉＭｎ２Ｏ４）、及び、一般式：ＬｉＮｉｘＣｏｙＭｎｚＭａＯ２（ｘ＋ｙ＋ｚ＋ａ＝１、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、０≦ａ＜１、ＭはＡｌ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒより選ばれる１種類以上の元素）で表される複合金属酸化物、リチウムバナジウム化合物（ＬｉＶ２Ｏ５）、オリビン型ＬｉＭＰＯ４（ただし、Ｍは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒより選ばれる１種類以上の元素又はＶＯを示す）、チタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）、ＬｉＮｉｘＣｏｙＡｌｚＯ２（０．９＜ｘ＋ｙ＋ｚ＜１．１）等の複合金属酸化物、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセンなどが挙げられる。
【００２３】
また正極活物質層１４は、導電材を有していてもよい。導電材としては、例えば、カーボンブラック類等のカーボン粉末、カーボンナノチューブ、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、ＩＴＯ等の導電性酸化物が挙げられる。正極活物質のみで十分な導電性を確保できる場合は、非水電解質二次電池１００は導電材を含んでいなくてもよい。
【００２４】
また正極活物質層１４は、バインダーを含む。バインダーは、公知のものを用いることができる。例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等のフッ素樹脂、が挙げられる。
【００２５】
また、上記の他に、バインダーとして、例えば、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＨＦＰ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＨＦＰ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＰ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＰ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＭＶＥ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＣＴＦＥ系フッ素ゴム）等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴムを用いてもよい。
【００２６】
「負極」
負極２０は、負極集電体２２と、負極集電体２２の両面に設けられた負極活物質層２４と、を有する。
【００２７】
負極活物質層２４に用いる負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な化合物であればよく、公知のリチウム二次電池用の負極活物質を使用できる。負極活物質としては、例えば、金属リチウム、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な黒鉛（天然黒鉛、人造黒鉛）、カーボンナノチューブ、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温度焼成炭素等の炭素材料、アルミニウム、シリコン、スズ等のリチウムと化合することのできる金属、ＳｉＯｘ（０＜ｘ＜２）、二酸化スズ等の酸化物を主体とする非晶質の化合物、チタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）等を含む粒子が挙げられる。
【００２８】
負極集電体３２、導電材及びバインダーは、正極と同様のものを用いることができる。  負極に用いるバインダーは正極に挙げたものの他に、例えば、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂等を用いてもよい。
【００２９】
「セパレータ」
セパレータ３０は、電気絶縁性の多孔質構造から形成されていればよく、例えば、ポリエチレン又はポリプロピレン等のポリオレフィンからなるフィルムの単層体、積層体や上記樹脂の混合物の延伸膜、或いはセルロース、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリエチレン及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも１種の構成材料からなる繊維不織布が挙げられる。
【００３０】
「端子」
端子１５、２５は、アルミニウム、ニッケル等の導電材料から形成されている。端子１５、２５は、それぞれ正極集電体１２、負極集電体２２にそれぞれ溶接される。端子１５、２５は、正極集電体１２、負極集電体２２にネジ止め等してもよい。端子１５、２５は短絡を防ぐために、絶縁テープ４０で保護することが好ましい。
【００３１】
「電解液」
電解液には、リチウム塩等を含む電解質溶液（電解質水溶液、有機溶媒を使用する電解質溶液） を使用することができる。ただし、電解質水溶液は電気化学的に分解電圧が低いため、充電時の耐用電圧が低く制限される。そのため、有機溶媒を使用する電解質溶液（非水電解質溶液）であることが好ましい。
【００３２】
非水電解液は、非水溶媒に電解質が溶解されており、非水溶媒として環状カーボネートと、鎖状カーボネートと、を含有してもよい。
【００３３】
環状カーボネートとしては、電解質を溶媒和することができるものを用いることができる。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びブチレンカーボネートなどを用いることができる。
【００３４】
鎖状カーボネートは、環状カーボネートの粘性を低下させることができる。例えば、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートが挙げられる。その他、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、γ−ブチロラクトン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタンなどを混合して使用してもよい。
【００３５】
非水溶媒中の環状カーボネートと鎖状カーボネートの割合は体積にして１：９〜１：１にすることが好ましい。
【００３６】
電解質としては、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＦ２ＳＯ３、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＣＦ２ＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）（Ｃ４Ｆ９ＳＯ２）、ＬｉＮ（ＣＦ３ＣＦ２ＣＯ）２、ＬｉＢＯＢ等のリチウム塩が使用できる。なお、これらのリチウム塩は１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。特に、電離度の観点から、ＬｉＰＦ６を含むことが好ましい。
【００３７】
ＬｉＰＦ６を非水溶媒に溶解する際は、非水電解液中の電解質の濃度を、０．５〜２．０ｍｏｌ／Ｌに調整することが好ましい。電解質の濃度が０．５ｍｏｌ／Ｌ以上であると、非水電解液のリチウムイオン濃度を充分に確保することができ、充放電時に十分な容量が得られやすい。また、電解質の濃度が２．０ｍｏｌ／Ｌ以内に抑えることで、非水電解液の粘度上昇を抑え、リチウムイオンの移動度を充分に確保することができ、充放電時に十分な容量が得られやすくなる。
【００３８】
ＬｉＰＦ６をその他の電解質と混合する場合にも、非水電解液中のリチウムイオン濃度が０．５〜２．０ｍｏｌ／Ｌに調整することが好ましく、ＬｉＰＦ６からのリチウムイオン濃度がその５０ｍｏｌ％以上含まれることがさらに好ましい。
【００３９】
（外装体）
外装体２は、その内部に捲回体１及び電解液を密封する。外装体２には、例えば、金属箔を高分子膜で両側からコーティングした金属ラミネートフィルムを利用できる。金属箔としては例えばアルミ箔を、高分子膜としてはポリプロピレン等の膜を利用できる。例えば、外側の高分子膜の材料としては融点の高い高分子、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアミド等が好ましく、内側の高分子膜の材料としてはポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等が好ましい。
【００４０】
図１に示す外装体２は、凹部を有する第１面２Ａと、平面状の第２面２Ｂとが折りたたまれて収容空間Ｋを構成している。図１に示す外装体２は、折りたたまれた１辺を除く３辺をシールすることで、発電素子１を収容空間Ｋ内に封入できる。収容空間Ｋは、端子１５、２５側の第１辺Ｋａの長さがＷ、第１辺Ｋａと交差する第２辺Ｋｂの長さがＬ、厚みがｔである。
【００４１】
本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池における外装体２は、以下の一般式（１）を満たす。
Ｓ１／Ｓ２＞（Ｌ＋ｔ）／（Ｗ＋ｔ）  ・・・（１）
ここで、Ｓ１は第１辺Ｋａにおける剥離強度であり、Ｓ２は第２辺Ｋｂにおける剥離強度である。ここで剥離強度とは、単位幅辺りの剥離に必要な平均荷重であり、各辺のそれぞれの部分でほぼ一定である。すなわち、ここでの剥離強度とは、各辺での平均剥離強度を意味する。剥離強度は、シール時の条件（接着温度等）によって設計できる。以下、上記一般式（１）の示す意味について説明する。
【００４２】
外装体２は、内圧が膨張すると膨らむ。図４は、リチウムイオン二次電池の外装体２の膨らむ前の状態と膨らんだ後の状態と模式的に示す図である。図４は、リチウムイオン二次電池を第１辺Ｋａに直交する面で切断した図である。
【００４３】
内圧によって膨らむ前の外装体２の当該断面における全周は２×（Ｌ＋ｔ）と表記できる。一方で、外装体２が膨らむと図４に示すように断面が円形になるため、円の半径をｒ１とすると、外装体２の当該断面における全周は２πｒ１と表記できる。そのため、ｒ１＝（Ｌ＋ｔ）／πの一般式が成り立つ。
【００４４】
一方で、外装体２が膨らんだ際に、外装体２のシール部に働く応力を求める。また図５は、リチウムイオン二次電池の外装体２のシール部に加わる応力を示した図である。図５に示すように、外装体２が膨らむとシール部には、シール部を剥離しようとする応力が加わる。外装体２の端子１５、２５側の第１辺Ｋａのシール部に加わる応力をσ１、外装体２の内部にかかる内圧をＰｉｎとすると、σ１＝Ｐｉｎｒ１／ｔが成り立つ。ここでの内圧Ｐｉｎは、外装体２内部にかかる圧力から外気圧分を差し引いたものである。そして、上記の円の半径ｒ１を当該式に代入すると、以下の一般式（２）が成り立つ。
σ１＝Ｐｉｎ×ｒ１／ｔ＝Ｐｉｎ×（Ｌ＋ｔ）／πｔ  ・・・（２）
【００４５】
また同様にして、外装体２の第２辺Ｋｂのシール部に加わる応力をσ２とすると以下の一般式（３）が成り立つ。ここでｒ２は、膨らんだ外装体２を、第２辺Ｋｂに直交する面で切断した円形の断面の半径に対応する。
σ２＝Ｐｉｎ×ｒ２／ｔ＝Ｐｉｎ×（Ｗ＋ｔ）／πｔ  ・・・（３）
【００４６】
これらの外装体２に加わる応力が、接合された外装体２の剥離強度を上回ると、外装体２のシール部が開裂する。すなわち、外装体２の第１辺Ｋａにおいては、第１辺Ｋａの剥離強度をＳ１とすると、第１辺Ｋａの剥離強度Ｓ１と第１辺Ｋａにかかる応力σ１の関係により外装体２のシール部が開裂するか否かが決まる。
【００４７】
つまり、剥離強度Ｓ１と応力σ１の比Ｓ１／σ１が大きいほどシール部における開裂が生じにくく、剥離強度Ｓ１と応力σ１の比Ｓ１／σ１が小さいほどシール部における開裂が生じやすくなる。この関係は外装体２の第２辺においても同様であり、剥離強度Ｓ２と応力σ２の比Ｓ２／σ２が大きいほど、シール部における開裂が生じにくく、剥離強度Ｓ２と応力σ２の比Ｓ２／σ２が小さいほどシール部における開裂が生じやすくなる。
【００４８】
ここで、第１辺Ｋａと第２辺Ｋｂの関係で見ると、第１辺Ｋａの剥離強度Ｓ１と応力σ１の比Ｓ１／σ１が、第２辺Ｋｂの剥離強度Ｓ２と応力σ２の比Ｓ２／σ２より大きいと、外装体２に内圧Ｐｉｎが加わった際に、第２辺Ｋｂが先に開裂することになる。すなわち、以下の一般式（４）が成り立つ。
Ｓ１／σ１＞Ｓ２／σ２  ・・・（４）
【００４９】
一般式（４）に一般式（２）及び（３）を代入すると、一般式（１）が導出される。つまり、上記一般式（１）を満たすと、第１辺Ｋａより第２辺Ｋｂが先に開裂する。第１辺Ｋａより第２辺Ｋｂが先に開裂すれば、ガスが排出される方向を、端子１５、２５が延在する方向と異なる方向にすることができ、電解液の飛散による影響を低減できる。
【００５０】
また本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池１００は、シール部が開裂した際の開裂幅を広くすることができる。外装体２の各辺の各箇所における剥離強度は一定であり、一箇所で開裂が始まると、開裂幅が広がっていく。これに対し、外装体のシール箇所の一部のみのシール性能を低下させた場合は、シール性能が弱い部分の幅以上に開裂は広がりにくい。開裂幅が広がると、開裂箇所から噴出するガスの圧力を低下させることができる。開裂箇所から噴出するガスの圧力が小さければ、ガスの流れに沿って噴出する電解液の量を少なくすることができる。
【００５１】
開裂幅を広げるという観点では、第２辺Ｋｂの長さＬは、第１辺Ｋａの長さＷより長いことが好ましい。第２辺Ｋｂのうち第１辺Ｋａおよび第１辺Ｋａに対向する辺の近傍の部分は、第１辺Ｋａおよび第１辺Ｋａに対向する辺からの制約により、外装体２が十分に膨らむことができない。そのため、この部分のシール部には、開裂に必要な応力がかからない。第２辺Ｋｂの長さＬを第１辺Ｋａの長さＷよりも長くすることで、制約を受けない領域の長さを長くすることができ、開裂幅を広げることができる。
【００５２】
また開裂幅を広げるという観点では、第２辺Ｋｂにおけるシール幅は長い方が好ましい。一方でシール幅が長すぎると、リチウムイオン二次電池を装置に収納する際に邪魔になる。そのため、シール幅は１ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが好ましい。
【００５３】
上述のように、本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池によれば、内圧が上昇した場合に外装体が開裂しガスが排出される方向を、端子が延在する方向と異なる方向にすることができ、電解液の飛散による影響を低減できる。また一部のみのシール性能を低下させた場合のように、点で開裂するリチウムイオン二次電池と異なり、より開裂範囲を広くすることができる。
【００５４】
また一部のみのシール性能を低下させた場合は、シール性能を低下させた部分に応力集中が生じるため、外装体が開裂しやすくなる。これに対し、本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池は、極端にシール性能が劣る部分を同一辺内に形成する必要がなく、外装体が開裂しにくい。
【００５５】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。
【００５６】
例えば、発電素子１を捲回体ではなく、積層体としてもよい。一方で、電解液の飛散を防ぐという点では、捲回体であることが好ましい。
【００５７】
捲回体の場合、外装体内における余剰電解液は、捲きの中心軸方向に存在しやすく、捲きの側面方向には存在しにくい。捲回体は、捲きの中心軸方向に端子１５、２５が接続され、捲回体の側面側に開裂しやすい第２辺Ｋｂが存在することが多い。つまり、外装体２内の余剰電解液は、端子１５、２５側に存在しやすく、側面側には存在しにくくなる。そのため、余剰電解液の少ない第２辺Ｋｂが開裂するようにすることで、飛散する電解液量を少なくできる。これに対し積層体の場合、余剰電解液の存在量は、何れの方向でも差がない。
【００５８】
また捲回体の場合、捲回体の各層の構成は自由に設計可能である。上述のように、正極活物質層１４及び負極活物質層２４には、電解液が含浸されている。そのため、捲回体の最外周にこれらの層が存在すると、外装体２が開裂した際に電解液が飛散しやすくなる。そのため、捲回体の最外周面は、活物質層ではなく、正極又は負極を構成する集電体であることが好ましい。
【００５９】
また外装体２は、図１に示すように、凹部を有する第１面２Ａと、平面状の第２面２Ｂとが折りたたまれて収容空間Ｋを形成するものに限られず、二枚のフィルムを接合したものでもよい。凹部は、二枚のフィルムのそれぞれに設けてもよい。この場合、二つの凹部により形成される空間が収容空間Ｋとなり、厚みｔはそれぞれの凹部の深さを足したものとなる。
【００６０】
また発電素子１と外装体２の間の、第２辺Ｋｂ側の面に、電解液を吸収する飛散防止材を設けてもよい。飛散防止材が存在すると、電解液の一部が飛散防止材に吸収され、電解液の飛散量を低減できる。飛散防止材としては、電解液を吸収する材料を用いることができる。例えば、電解液を吸収して膨潤する粘着剤、テープ等の粘着部が挙げられる。例えば、発電素子１が捲回体の場合、捲回体の終端を抑えるためのテープを第２辺Ｋｂ側になるように設計することで、このテープを飛散防止材として用いることができる。
【００６１】
また端子１５，１６の第１辺Ｋａにおける位置は、第１辺Ｋａの中央よりも両端側に寄せて配置することが好ましい。具体的には、第１辺Ｋａの長さＷが第２辺Ｋｂの長さＬより大きい場合、第１辺Ｋａの中央から｛ｓ（Ｌ−ｓ）｝１／２＋（Ｗ−Ｌ）／２よりも離れた位置に配置することが好ましい。一方で、第１辺Ｋａの長さＷが第２辺Ｋｂの長さＬと同じもしくそれよりも小さい場合、第１辺Ｋａの中央から｛ｓ（Ｌ−ｓ）｝１／２よりも離れた位置に配置することが好ましい。
【００６２】
端子１５，１６の一端は、外部回路へ溶接され、固定される。その状態で電池もしくは電池を組み込んだ機器全体に振動や衝撃が加わると、端子１５，１６と発電素子１との間に生じた変位差により、端子１５、１６をシールする部分に応力が集中し、端子１５，１６をシールする部分の劣化は進行しやすい（剥離強度が弱くなりやすい）。端子１５，１６の位置が上記関係を満たすと、端子１５，１６をシールする部分が劣化することを抑制し、製造安定性、長期信頼性を高めることができる。また正極および負極の端子１５，１６は、いずれか一方の側にまとめて配置されていてもよいし、両側へ別々に配置されていてもよい。特に、正極端子と比較し、硬い材質が好まれる傾向にある負極端子は、上記式を満たす位置に配置することが好ましい。
【００６３】
［リチウムイオン二次電池の製造方法］
リチウムイオン二次電池の製造方法は、各辺のシール強度を変更する点以外は、公知の方法で作製することができる。シール強度は、シール時の温度、時間等を変更することで自由に設計できる。以下、発電素子１を捲回体とした場合の一例の製造方法について具体的に説明する。
【００６４】
まず、正極１０及び負極２０を作製する。正極１０と負極２０とは、活物質となる物質が異なるだけであり、同様の製造方法で作製できる。
【００６５】
正極活物質、バインダー及び溶媒を混合して塗料を作製する。必要に応じ導電材を更に加えても良い。溶媒としては例えば、水、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等を用いることができる。正極活物質、導電材、バインダーの構成比率は、質量比で８０ｗｔ％〜９０ｗｔ％：０．１ｗｔ％〜１０ｗｔ％：０．１ｗｔ％〜１０ｗｔ％であることが好ましい。これらの質量比は、全体で１００ｗｔ％となるように調整される。
【００６６】
塗料を構成するこれらの成分の混合方法は特に制限されず、混合順序もまた特に制限されない。上記塗料を、正極集電体１２に塗布する。塗布方法としては、特に制限はなく、通常電極を作製する場合に採用される方法を用いることができる。例えば、スリットダイコート法、ドクターブレード法が挙げられる。負極についても、同様に負極集電体２２上に塗料を塗布する。
【００６７】
続いて、正極集電体１２及び負極集電体２２上に塗布された塗料中の溶媒を除去する。除去方法は特に限定されない。例えば、塗料が塗布された正極集電体１２及び負極集電体２２を、８０℃〜１５０℃の雰囲気下で乾燥させればよい。そして、正極１０及び負極２０が完成する。
【００６８】
そして、正極１０、負極２０及びセパレータ３０の一端側を軸として、これらを捲き、捲回体１を作製する。
【００６９】
そして、捲回体１を外装体２に封入する。非水電解液は外装体２内に注入してもよいし、捲回体１を非水電解液に含浸させてもよい。外装体２は、熱等を加えてラミネートすることで封止する。この際、加熱温度、加熱時間を変更することで、外装体２の各辺の剥離強度を調整できる。
【実施例】
【００７０】
「実施例１」
まず、アルミ箔からなる正極集電体の両面に、正極活物質層を塗工して正極を作製した。正極活物質層は、９４質量部のＬｉＣｏＯ２（活物質）と、２質量部のカーボン（導電材）と、４質量部のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ、バインダー）とを有する。
【００７１】
同様に、銅箔からなる負極集電体の両面に、負極活物質層を塗工して正極を作製した。負極活物質層は、９５質量部の黒鉛（活物質）と、１質量部のカーボン（導電材）と、１．５質量部のスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ、バインダー）と、２．５質量部のカルボキシメチルセルロースナトリウム（ＣＭＣ、バインダー）とを有する。
【００７２】
またセパレータとしてポリエチレンを準備した。そして、正極、負極及びセパレータを捲きとり捲回体を作製した。
【００７３】
一方で、外装体としてアルミラミネートフィルムを準備した。アルミラミネートフィルムには収容空間が形成されており、その長さＬは５０ｍｍ、幅Ｗは６５ｍｍ、厚みｔは５ｍｍであった。
【００７４】
そして、外装体内に捲回体を収納し、非水電解液を６ｇ注入し、リチウムイオン二次電池を作製した。非水電解液は、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）とを体積比で２：１：７とした溶媒中に、リチウム塩として１．０Ｍ（ｍｏｌ／Ｌ）のＬｉＰＦ６が添加したものを用いた。
【００７５】
リチウムイオン二次電池は、同水準で二つ作製し、一方を剥離強度の測定に用い、他方を電解液の飛散状態の確認に用いた。
【００７６】
剥離強度は、作製したリチウムイオン二次電池のトップシール部（端子側の第１辺Ｋａ）とサイドシール部（第２辺Ｋｂ）の中心部を幅５ｍｍ切り出し、切り出した部分のピーリング試験により測定した。ピーリング試験は、ピーリング速度２０ｃｍ／ｍｉｎで行った。
【００７７】
電解液の飛散状態は、以下のような加速試験により確認した。まず、作製したリチウムイオン二次電池の重量を測定した。そして、耐熱トレーに載せ、ホットオーブンで、１０°／ｍｉｎで昇温し、１３０℃で一定期間保持した。そして、リークが発生した場合は、速やかにホットオーブンから取り出し、重量測定及び耐熱トレー上における電解液の飛散状態を目視で確認した。その結果を表１に示す。
【００７８】
「実施例２〜８及び比較例１」
実施例２〜８及び比較例１は、収容空間の大きさ、剥離強度、セルタイプ、発電素子の最外周の構成等を変更して、実施例１と同様の試験を行った。実施例１から変更した条件及び測定結果を表１にまとめた。なお、表１においてＸ＝Ｓ１／Ｓ２であり、Ｙ＝（Ｌ＋ｔ）／（Ｗ＋ｔ）である。
【００７９】
【表１】
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【００８０】
比較例１のリチウムイオン二次電池は、トップシール部（第１辺側）からリークが生じた。これに対し、実施例１〜実施例８のリチウムイオン二次電池は、いずれもサイドシール部（第２辺側）からリークが生じた。また電解液の目視での飛散量も比較例１と比較して実施例２〜８は、非常に少なかった。
【符号の説明】
【００８１】
１…発電素子、２…外装体、１０…正極、１２…正極集電体、１４…正極活物質層、１５…端子、２０…負極、２２…負極集電体、２４…負極活物質層、２５…端子、３０…セパレータ、４０…絶縁テープ、１００…リチウムイオン二次電池、Ｋ…収容空間、Ｋａ…第１辺、Ｋｂ…第２辺
【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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