(57)【要約】【課題】安全性をより向上させた電気化学デバイスを提供することにある。【解決手段】本発明の一形態に係る電気化学デバイスは、外装体と、少なくとも１つの電極ユニットと、絶縁シートとを具備する。少なくとも１つの上記電極ユニットは、正極と負極とがセパレータを介して交互に配列され、上記外装体に封止されている。上記絶縁シートは、上記外装体の少なくとも一部と上記電極ユニットとの間、または、対向する上記電極ユニット間に設けられ、伸縮性を有する。【選択図】図１
2018181751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外装体と、
前記外装体内に封入され、正極と負極とがセパレータを介して交互に配列された少なくとも１つの電極ユニットと、
前記外装体の少なくとも一部と前記電極ユニットとの間、または、対向する前記電極ユニット間に設けられ、伸縮性を有する絶縁シートと
を具備する電気化学デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の電気化学デバイスであって、
前記絶縁シートは、伸び率が２００％以上の伸縮性を有する
電気化学デバイス。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電気化学デバイスであって、
前記絶縁シートは、前記電極ユニットの厚さの２倍以上伸びる伸縮性を有する
電気化学デバイス。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の電気化学デバイスであって、
前記外装体に金属突起物が貫通し、さらに前記金属突起物が前記電極ユニットを貫通しても、前記電極ユニットと前記金属突起物との間に前記絶縁シートが介在している
電気化学デバイス。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の電気化学デバイスであって、
前記電極ユニットは、前記絶縁シートによって囲まれている
電気化学デバイス。
【請求項６】
正極及び負極と、前記正極と前記負極との間に設けられたセパレータとを有する電極ユニットと、
前記電極ユニットを封止する外装体と、
前記外装体と前記電極ユニットとの間に設けられ、伸縮性を有する絶縁シートと
を具備する電気化学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充放電が可能な電気化学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池、キャパシタ等の電気化学デバイスは、電力源として広い分野で利用されている。但し、その大容量化に伴い、安全性をどのように向上させるかが検討されている。例えば、釘等の金属突起物が電気化学デバイスに刺さったときに、電気化学デバイスでは、正極と負極とが短絡したり、開いた孔からガスが漏れたり、当該孔から電気化学デバイス内に大気（酸素）が入ったりする可能性がある。
【０００３】
このような場合を想定して、例えば、特許文献１では、活物質の電気抵抗を大きくすることで、短絡時の電池の発熱を抑えている。また、特許文献２では、蓄電デバイス要素と外装体との間に耐熱フィルムを配置することで、金属突起物が刺さったときの弊害を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２９７７６３号公報
【特許文献２】特開２０１２−１０４５４５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、特許文献１では、電池内が短絡することを前提とし、さらに、活物質の電気抵抗が大きいため、電池内の抵抗が高くなってしまう。また、特許文献２においても、鋭利な金属が耐熱フィルムを貫通し、蓄電デバイス要素が短絡することを前提としている。さらに、この蓄電デバイスでは、蓄電デバイスの容量を増加させると、蓄電デバイス要素の厚み（積層数）が増し、蓄電デバイス要素内における短絡箇所が増加してしまう。これにより、発熱量、ガス量も増加して、耐熱フィルムによる耐熱効果、ガス漏れ防止に限界が生じる。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、安全性をより向上させた電気化学デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る電気化学デバイスは、外装体と、少なくとも１つの電極ユニットと、絶縁シートとを具備する。少なくとも１つの上記電極ユニットは、正極と負極とがセパレータを介して交互に配列され、上記外装体に封止されている。上記絶縁シートは、上記外装体の少なくとも一部と上記電極ユニットとの間、または、対向する上記電極ユニット間に設けられ、伸縮性を有する。
このような電気化学デバイスであれば、上記外装体の少なくとも一部と上記電極ユニットとの間、または、対向する上記電極ユニット間に、伸縮性を有する絶縁シートが設けられているので、電気化学デバイスの安全性が向上する。
【０００８】
上記の電気化学デバイスにおいては、上記絶縁シートは、伸び率が２００％以上の伸縮性を有してもよい。
このような電気化学デバイスであれば、上記絶縁シートの伸び率が２００％以上なので、電気化学デバイスの安全性がより向上する。
【０００９】
上記の電気化学デバイスにおいては、上記絶縁シートは、上記電極ユニットの厚さの２倍以上伸びる伸縮性を有してもよい。
このような電気化学デバイスであれば、上記絶縁シートは、上記電極ユニットの厚さの２倍以上伸びる伸縮性を有するので、電気化学デバイスの安全性がより向上する。
【００１０】
上記の電気化学デバイスにおいては、上記外装体に金属突起物が貫通し、さらに上記金属突起物が上記電極ユニットを貫通しても、上記電極ユニットと上記金属突起物との間に上記絶縁シートが介在してもよい。
このような電気化学デバイスであれば、上記外装体に金属突起物が貫通し、さらに上記金属突起物が上記電極ユニットを貫通しても、上記電極ユニットと上記金属突起物との間に上記絶縁シートが介在するので、電気化学デバイスの安全性がより向上する。
【００１１】
上記の電気化学デバイスにおいては、上記電極ユニットは、上記絶縁シートによって囲まれてもよい。
このような電気化学デバイスであれば、上記電極ユニットは、上記絶縁シートによって囲まれているので、電気化学デバイスの安全性がより向上する。
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る電気化学デバイスは、外装体と、電極ユニットと、絶縁シートとを具備する。上記電極ユニットは、正極及び負極と、上記正極と上記負極との間に設けられたセパレータとを有する。上記外装体は、上記電極ユニットを封止する。上記絶縁シートは、上記外装体と上記電極ユニットとの間に設けられ、伸縮性を有する。
このような電気化学デバイスであれば、上記外装体の少なくとも一部と上記電極ユニットとの間に、伸縮性を有する絶縁シートが設けられているので、電気化学デバイスの安全性が向上する。
【発明の効果】
【００１３】
以上述べたように、本発明によれば、安全性がより向上した電気化学デバイスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図（ａ）は、本実施形態に係る電気化学デバイスを示す模式的断面図である。図（ｂ）は、本実施形態に係る電気化学デバイス内の電極ユニットを示す模式的断面図である。
【図２】図（ａ）は、本実施形態に係る電気化学デバイスを示す模式的斜視図である。図（ｂ）は、本実施形態に係る電気化学デバイスの変形例を示す模式的断面図である。
【図３】本実施形態に係る電気化学デバイスの作用を説明する模式的断面図である。
【図４】図（ａ）及び図（ｂ）は、本実施形態に係る電気化学デバイスの別の作用を説明する模式的断面図である。
【図５】図（ａ）及び図（ｂ）は、本実施形態に係る電気化学デバイスのさらに別の作用を説明する模式的断面図である。
【図６】図（ａ）及び図（ｂ）は、本実施形態に係る電気化学デバイスの別の変形例を示す模式的断面図である。
【図７】図（ａ）及び図（ｂ）は、本実施形態に係る電気化学デバイスのさらに別の変形例を示す模式的断面図である。
【図８】ポリプロピレンシートにおける引張応力と伸び率との関係を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、ＸＹＺ軸座標が導入される場合がある。
【００１６】
［電気化学デバイスの構成］
本実施形態に係る電気化学デバイス１００Ａの構成を以下に説明する。本実施形態で例示される電気化学デバイス１００Ａは、例えば、リチウムイオンキャパシタ、リチウムイオン二次電池等に適用される。
【００１７】
図１（ａ）は、本実施形態に係る電気化学デバイスを示す模式的断面図である。図１（ｂ）は、本実施形態に係る電気化学デバイス内の電極ユニットを示す模式的断面図である。
【００１８】
図１（ａ）に示すように、電気化学デバイス１００Ａは、電極ユニット１０１と、絶縁シート１０４と、外装体１０６と、セパレータ１５２とを具備する。電気化学デバイス１００Ａにおいて、電極ユニット１０１は、少なくとも１つ設けられている。例えば、図１（ａ）の例では、電気化学デバイス１００Ａは、第１電極ユニット１０１Ａと第２電極ユニット１０１Ｂとを有する。各電極ユニット１０１は、外装体１０６に封止されている。本実施形態では、外装体１０６の一例として、外装フィルムが示されている。本実施形態において、第１電極ユニット１０１Ａから第２電極ユニット１０１Ｂに向かう方向を上方、第２電極ユニット１０１Ｂから第１電極ユニット１０１Ａに向かう方向を下方とする。
【００１９】
第１電極ユニット１０１Ａ及び第２電極ユニット１０１Ｂのそれぞれを上面視した場合、それぞれの形状は、例えば、矩形状である。第１電極ユニット１０１Ａと、第２電極ユニット１０１Ｂとは、Ｚ軸方向に配列されている。第１電極ユニット１０１Ａと、第２電極ユニット１０１Ｂとは、Ｚ軸方向において重なる。第１電極ユニット１０１Ａの厚さは、第２電極ユニット１０１Ｂの厚さと略同じである。
【００２０】
絶縁シート１０４は、外装体１０６の少なくとも一部と、電極ユニット１０１との間に設けられている。さらに、絶縁シート１０４は、対向する電極ユニット１０１間に設けられている。電極ユニット１０１及び絶縁シート１０４のそれぞれの数は、図示する数に限らない。
【００２１】
絶縁シート１０４は、釘等の金属の先端部によって押圧されても破れにくい絶縁性のシートである。絶縁シート１０４は、伸び率が２００％以上８００％以下の伸縮性を有する。ここで、伸び率とは、ある長さＬ０の絶縁シート１０４が伸びてＬ１の長さになったとき、（（Ｌ１−Ｌ０）／Ｌ０）×１００（％）で表される。なお、（Ｌ１−Ｌ０）は、伸び量λであり、（Ｌ１−Ｌ０）／Ｌ０は、歪（ε）に相当する。
【００２２】
例えば、図１（ａ）の例では、第１電極ユニット１０１Ａと外装体１０６との間に第１絶縁シート１０４Ａが設けられている。第１絶縁シート１０４Ａは、第１電極ユニット１０１Ａの主面に対向している。例えば、第１絶縁シート１０４Ａは、第１電極ユニット１０１Ａの主面全域に対向している。
【００２３】
また、第１電極ユニット１０１Ａと第２電極ユニット１０１Ｂとの間に第２絶縁シート１０４Ｂが設けられている。第２絶縁シート１０４Ｂは、第１電極ユニット１０１Ａの主面と、第２電極ユニット１０１Ｂの主面とに対向している。例えば、第２絶縁シート１０４Ｂは、第１電極ユニット１０１Ａの主面全域と、第２電極ユニット１０１Ｂの主面全域とに対向している。
【００２４】
さらに、第２電極ユニット１０１Ｂと外装体１０６との間に第３絶縁シート１０４Ｃが設けられている。第３絶縁シート１０４Ｃは、第２電極ユニット１０１Ｂの主面に対向している。例えば、第３絶縁シート１０４Ｃは、第２電極ユニット１０１Ｂの主面全域と対向している。
【００２５】
第１絶縁シート１０４Ａ、第２絶縁シート１０４Ｂ、及び第３絶縁シート１０４Ｃのそれぞれを上面視した場合、それぞれの形状は、例えば、矩形状である。第１絶縁シート１０４Ａ、第２絶縁シート１０４Ｂ、及び第３絶縁シート１０４Ｃのそれぞれは、シート状である。第１絶縁シート１０４Ａ、第２絶縁シート１０４Ｂ、及び第３絶縁シート１０４Ｃのそれぞれは、伸縮性を有する。
【００２６】
セパレータ１５２は、第１電極ユニット１０１Ａ及び第２電極ユニット１０１Ｂのそれぞれを囲む。セパレータ１５２は、電解液１２０中に含まれるイオンを透過する。図１（ａ）の例では、セパレータ１５２は、電極ユニット１０１のＸＺ軸平面における任意の断面において電極ユニット１０１に捲回されている。電極ユニット１０１のＸＺ軸平面における任意の断面においてセパレータ１５２は、多重に捲回されてもよい。
【００２７】
また、図１（ａ）の例では、電極ユニット１０１のＹ軸方向における端部１０１ｅは、セパレータ１５２から開放されている。電極ユニット１０１は、端部１０１ｅを経由して他の電極ユニット及び電極端子等の外部との電気的な接続を図ることができる。
【００２８】
外装体１０６内には、電解液１２０が充填されている。電極ユニット１０１及び絶縁シート１０４は、電解液１２０に浸漬されている。さらに、外装体１０６内には、電極ユニット１０１内の負極にリチウムをプレドープするためのリチウムイオン供給源が設けられてもよい。
【００２９】
外装体１０６は、電極ユニット１０１、絶縁シート１０４、セパレータ１５２、及び電解液１２０を封止する。外装体１０６は、第１外装フィルム１０６ａと第２外装フィルム１０６ｂとを有する。第１外装フィルム１０６ａと、第２外装フィル１０６ｂとは、電極ユニット１０１の外周で、例えば、熱圧着等によって接合されている。電極ユニット１０１等を包む外装体１０６は、電極ユニット１０１よりもＸ−Ｙ平面における寸法が大きい。
【００３０】
各電極ユニット１０１の構成について説明する。
【００３１】
図１（ｂ）に示すように、電極ユニット１０１は、負極１３０と、正極１４０と、セパレータ１５１を有する。負極１３０、正極１４０、及びセパレータ１５１のそれぞれは、ＸＹ平面において平行に配置されている。負極１３０、正極１４０、及びセパレータ１５１のそれぞれは、例えば、シート状である。
【００３２】
電極ユニット１０１においては、正極１４０と負極１３０とがセパレータ１５１を介して交互にＺ軸方向に積層されている。複数の正極１４０同士は、直接的または間接的に電気的な接続がなされている。複数の負極１３０同士は、直接的または間接的に電気的な接続がなされている。負極１３０の個数及び正極１４０の個数は、図示される数に限られない。
【００３３】
負極１３０は、負極集電体１３２と、負極活物質層１３３とを有する。負極活物質層１３３は、負極集電体１３２の主面１３２ａ、１３２ｂに設けられている。すなわち、Ｚ軸方向において、負極集電体１３２は、２つの負極活物質層１３３の間に設けられている。負極１３０における任意の負極集電体１３２は、直接的または間接的に、他の負極集電体１３２、負極端子等に電気的に接続されている。
【００３４】
正極１４０は、正極集電体１４２と、正極活物質層１４３とを有する。正極活物質層１４３は、正極集電体１４２の主面１４２ａ、１４２ｂに設けられている。すなわち、Ｚ軸方向において、正極集電体１４２は、２つの正極活物質層１４３の間に設けられている。正極１４０における任意の正極集電体１４２は、直接的または間接的に、他の正極集電体１４２、正極端子等に電気的に接続されている。
【００３５】
セパレータ１５１は、負極１３０と正極１４０とを絶縁する。セパレータ１５１は、負極１３０と正極１４０を隔て、電解液中に含まれるイオンを透過する。
【００３６】
また、本実施形態の電極ユニット１０１においては、正極１４０と負極１３０とがセパレータ１５１を介して交互に積層されているのではなく、正極１４０と負極１３０とがそれぞれ１つ設けられ、正極１４０と負極１３０との間にセパレータ１５１が介在した構成であってもよい。
【００３７】
図２（ａ）は、本実施形態に係る電気化学デバイスを示す模式的斜視図である。図２（ｂ）は、本実施形態に係る電気化学デバイスの変形例を示す模式的断面図である。
【００３８】
外装体１０６からは、正極端子１４１及び負極端子１３１がＹ軸方向に延在する。正極端子１４１及び負極端子１３１は、Ｘ軸方向に並ぶ。正極端子１４１及び負極端子１３１のそれぞれの一部は、外装体１０６に封止されている。正極端子１４１は、電極ユニット１０１のそれぞれの正極に電気的に接続されている。負極端子１３１は、電極ユニット１０１のそれぞれの負極に電気的に接続されている。正極端子１４１と負極端子１３１との間において、第１電極ユニット１０１Ａと第２電極ユニット１０１Ｂとが並列に接続されている。
【００３９】
また、電極ユニット１０１は、正極１４０と負極１３０とが交互に配列された積層体でなくてもよい。例えば、図２（ｂ）に示す電気化学デバイス１００Ｂにおいては、電極ユニット１０１が一組の正極１４０及び負極１３０を有している。正極１４０と負極１３０との間には、セパレータ１５１が設けられている。電極ユニット１０１は、外装体１０６に封止されている。絶縁シート１０４は、外装体１０６と電極ユニット１０１との間に設けられている。このような電気化学デバイス１００Ｂも本実施形態に含まれる。
【００４０】
電気化学デバイス１００Ａ、１００Ｂの材料について説明する。
【００４１】
負極集電体１３２は、例えば、金属箔である。金属箔には、複数の貫通孔が設けられてもよい。負極集電体１３２は、例えば、銅箔等でもよい。負極活物質層１３３に含まれる負極活物質は、電解液中のリチウムイオンを吸蔵と放出とが可能な材料であり、例えば難黒鉛化炭素（ハードカーボン）、グラファイトやソフトカーボン等の炭素系材料でもよい。負極活物質層１３３は、負極活物質がバインダ樹脂と混合されたものでもよく、さらに導電助剤を含んでもよい。例えば、負極活物質層１３３は、上記の活物質、導電助剤及び合成樹脂のスラリー状の混合物を塗布してシート状に形成し、それを裁断したものである。
【００４２】
バインダ樹脂は、負極活物質を接合する合成樹脂でよい。バインダ樹脂は、例えばカルボキシメチルセルロース、スチレンブタジエンゴム、ポリエチレン、ポリプロピレン、芳香族ポリアミド、フッ素系ゴム、ポリビニリデンフルオライド、イソプレンゴム、ブタジエンゴム及びエチレンプロピレン系ゴム等を用いてもよい。
【００４３】
導電助剤は、導電性材料からなる粒子であり、負極活物質の間での導電性を向上させるものでよい。導電助剤は、例えば、黒鉛、カーボンブラック等の炭素材料が挙げられる。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。なお、導電助剤は、導電性を有する材料であれば、金属材料あるいは導電性高分子などであってもよい。
【００４４】
正極集電体１４２は、例えば、金属箔である。金属箔には、複数の貫通孔が設けられてもよい。正極集電体１４２の材料は、例えば、アルミニウム等である。正極活物質層１４３に含まれる正極活物質は、例えば、活性炭、ＰＡＳ（Polyacenic Semiconductor：ポリアセン系有機半導体）、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、または複数の遷移元素から構成されるリチウム複合酸化物等の活物質の少なくともいずれかを含む。正極活物質層１４３は、上記の活物質、導電助剤（例えば、カーボンブラック）及び合成樹脂（例えば、ＰＴＦＥ等）のスラリー状の混合物を塗布してシート状に形成し、それを裁断したものである。
【００４５】
セパレータ１５１、１５２は、織布、不織布、合成樹脂微多孔膜等でもよい。セパレータ１５１、１５２は、ガラス繊維、セルロース繊維、ポリエチレン樹脂等のプラスチック繊維等からなる多孔質シートでもよい。
【００４６】
電解液は、任意に選択することが可能である。例えば、電解液において、カチオンとしては、リチウムイオンを少なくとも含む。アニオンとしてはＢＦ４−（四フッ化ホウ酸イオン）、ＰＦ６−（六フッ化リン酸イオン）、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−（ＴＦＳＡイオン）等のアニオンを含み、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、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、スルホラン、ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン、エチルイソプロピルスルホン等を含むものとすることができる。具体的には、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ４）または、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）のプロピレンカーボネート溶液等でもよい。
【００４７】
絶縁シート１０４は、例えば、有機樹脂、無機樹脂等である。例えば、絶縁シート１０４の材料は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、アクリル、ウレタン、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム等の少なくともいずれかのジエン系ゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の少なくともいずれかの非ジエン系ゴム、スチレン系ゴム、オレフィン系ゴム、エステル系ゴム、ウレタン系ゴム、アミド系ゴム、ＰＶＣ系ゴム、フッ素ゴム等の少なくともいずれかの熱可撓性ゴム等の少なくともいずれかを含む。
【００４８】
ここで、外装体１０６内に絶縁シート１０４が配置されていない場合を想定する。このような電気化学デバイスでは、金属突起物が刺さると、外装体１０６に孔が開き、この孔を介して大気が外装体１０６内に流入する場合がある。さらに金属突起物は、セパレータ１５２及び電極ユニット１０１を貫通し、負極集電体１３２と正極集電体１４２とを短絡させる。これにより、正極１４０と負極１３０と間に瞬間的に電流が流れ、電気化学デバイス内でスパーク、発熱が起きる場合がある。
【００４９】
また、発熱によって分解した可燃性ガス、電解液中の可燃物が引火すると、燃焼反応が起こる場合がある。外装体、安全弁が燃焼に耐えられない場合は、炎が外装体１０６外に飛び出る可能性もある。
【００５０】
これに対して、本実施形態の作用を、電気化学デバイス１００Ａを例に説明する。電気化学デバイス１００Ａにおいては、絶縁シート１０４は、電極ユニット１０１の厚さの２倍以上伸びる伸縮性を有する。このような絶縁シート１０４を備えた電気化学デバイス１００Ａでは、以下のような作用を示す。
【００５１】
図３は、本実施形態に係る電気化学デバイスの作用を説明する模式的断面図である。
【００５２】
図３には、金属突起物５００が外装体１０６を貫通し、電極ユニット１０１の途中まで刺さった状態が示されている。絶縁シート１０４は、金属突起物５００に接したまま金属突起物５００が刺さった方向（Ｚ軸方向）に伸び、且つ破れていない。これにより、電極ユニット１０１と金属突起物５００との間に絶縁シート１０４が介在し、金属突起物５００が直接的に正極１４０及び負極１３０に接触しない。この結果、電気化学デバイス１００Ａでは、正極集電体１４２と負極集電体１３２との短絡が起こりにくくなる。
【００５３】
また、図４（ａ）及び図４（ｂ）は、本実施形態に係る電気化学デバイスの別の作用を説明する模式的断面図である。
【００５４】
例えば、図４（ａ）には、金属突起物５００が第２外装フィルム１０６ｂ、第３絶縁シート１０４Ｃ、及び第２電極ユニット１０１Ｂを貫通し、第２絶縁シート１０４Ｂにまで到達した状態が示されている。この場合、第３絶縁シート１０４ＣがＺ軸方向に伸びた長さは、第２電極ユニット１０１Ｂの厚さの約２倍の長さになっている。従って、第３絶縁シート１０４Ｃは、第２電極ユニット１０１Ｂの厚さ程度に伸び、且つ破れない。これにより、第２電極ユニット１０１Ｂと金属突起物５００との間には、第３絶縁シート１０４Ｃが介在する。
【００５５】
次に、金属突起物５００が第１電極ユニット１０１Ａ及び第２電極ユニット１０１Ｂのそれぞれを貫通した例を説明する。
【００５６】
例えば、図４（ｂ）の例では、金属突起物５００が第２外装フィルム１０６ｂから刺さり、第１電極ユニット１０１Ａ及び第２電極ユニット１０１Ｂを貫通し、第１外装フィルム１０６ａから突き出ている。
【００５７】
このような場合、第３絶縁シート１０４Ｃが破れても、第２電極ユニット１０１Ｂと金属突起物５００との間に、第３絶縁シート１０４Ｃが介在する。これは、第３絶縁シート１０４Ｃが第２電極ユニット１０１Ｂの厚さの２倍以上伸びるためである。同様に、第２絶縁シート１０４Ｂが破れても、第１電極ユニット１０１Ａと金属突起物５００との間に、第２絶縁シート１０４Ｂが介在する。
【００５８】
これにより、電気化学デバイス１００Ａに金属突起物５００が刺さったとしても、金属突起物５００は、各電極ユニット１０１において、直接的に正極１４０及び負極１３０に触れることがなく、正極集電体１４２と負極集電体１３２との短絡が起こりにくくなる。
【００５９】
従って、電気化学デバイス１００Ａでは、金属突起物５００が刺さったとしても、正極１４０と負極１３０と間に瞬間的に電流が流れることはなく、電気化学デバイス１００Ａ内でスパーク、発熱が起きにくくなる。これにより、可燃性ガスの発生、電解液中の可燃物の引火が起きにくくなり、燃焼反応が起きにくくなる。すなわち、電気化学デバイス１００Ａの安全性は、より高くなっている。
【００６０】
なお、図４（ａ）、（ｂ）には、電気化学デバイス１００Ａの上から金属突起物５００が刺さった例が示されているが、電気化学デバイス１００Ａの下から金属突起物５００が刺さった場合にも、同じ効果が得られるのは勿論である。
【００６１】
また、第１電極ユニット１０１Ａ及び第２電極ユニット１０１Ｂのそれぞれは、正極端子１４１と負極端子１３１との間で並列に接続されている。このため、第１電極ユニット１０１Ａ及び第２電極ユニット１０１Ｂのそれぞれで充放電が行われるため、絶縁シート１０４が電気化学デバイス１００Ａ内に配置されても、絶縁シート１０４は、電気化学デバイスの充放電特性に影響を与えない。
【００６２】
また、電気化学デバイス１００Ａがリチウムイオン供給源を備えた場合、第１電極ユニット１０１Ａ及び第２電極ユニット１０１Ｂのそれぞれにリチウムイオン供給源を配置し、第１電極ユニット１０１Ａ及び第２電極ユニット１０１Ｂのそれぞれでリチウムイオンのプレドープを実行すればよい。この結果、絶縁シート１０４は、電気化学デバイスのプレドープ特性に影響を与えない。
【００６３】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、本実施形態に係る電気化学デバイスのさらに別の作用を説明する模式的断面図である。
【００６４】
図５（ａ）に、電気化学デバイス１００Ａよりも蓄電容量を増加させた電気化学デバイス１００Ｃを示す。電気化学デバイス１００Ｃでは、電極ユニット１０１における正極１４０及び負極１３０の積層数が電気化学デバイス１００Ａよりも増加している。電気化学デバイス１００Ｃでは、電極ユニット１０１の厚さが電気化学デバイス１００Ａの電極ユニット１０１の厚さよりも厚い。例えば、電気化学デバイス１００Ｃでは、絶縁シート１０４が電極ユニット１０１の厚さまで伸びない。
【００６５】
この場合、電気化学デバイス１００Ｃに金属突起物５００が刺さると、第３絶縁シート１０４Ｃが第２電極ユニット１０１Ｂ内で破れ、第２電極ユニット１０１Ｂの一部で正極１４０と負極１３０との短絡が発生する。しかし、このような場合でも、第３絶縁シート１０４Ｃは、第２電極ユニット１０１Ｂ内に伸び、第２電極ユニット１０１Ｂの一部と金属突起物５００との間には、第３絶縁シート１０４Ｃが介在している。これにより、第２電極ユニット１０１Ｂでは、正極１４０と負極１３０との間のスパーク、発熱が抑制され、燃焼反応が小規模になる。
【００６６】
また、蓄電容量を増加させつつ、電極ユニット１０１内での短絡を確実に防止するには、絶縁シート１０４の伸び量の半分より小さい厚さを持つ電極ユニット１０１が増設されてもよい。
【００６７】
例えば、図５（ｂ）に示す電気化学デバイス１００Ｄでは、電気化学デバイス１００Ａの構成に加えて、第３電極ユニット１０１Ｃ及び第４絶縁シート１０４Ｄが付設されている。ここで、第３電極ユニット１０１Ｃの厚さは、電気化学デバイス１００Ａの第１電極ユニット１０１Ａ（または、第２電極ユニット１０１Ｂ）の厚さと略同じである。
【００６８】
このような構成であれば、蓄電容量が増加するとともに、金属突起物５００が電気化学デバイス１００Ｄを貫通したとしても、第３電極ユニット１０１Ｃと金属突起物５００との間に、第４絶縁シート１０４Ｄが介在し、第２電極ユニット１０１Ｂと金属突起物５００との間に、第３絶縁シート１０４Ｃが介在し、第１電極ユニット１０１Ａと金属突起物５００との間に、第２絶縁シート１０４Ｂが介在する。
【００６９】
これにより、各電極ユニット１０１において、金属突起物５００は、直接的に正極１４０及び負極１３０に触れることがなく、正極集電体１４２と負極集電体１３２との短絡が起こりにくくなる。
【００７０】
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、本実施形態に係る電気化学デバイスの別の変形例を示す模式的断面図である。
【００７１】
図６（ａ）に示す電気化学デバイス１００Ｅにおいては、電極ユニット１０１間に絶縁シート１０４が設けられていない。電気化学デバイス１００Ｅにおいては、外装体１０６と第１電極ユニット１０１Ａとの間に第１絶縁シート１０４Ａが設けられ、外装体１０６と第２電極ユニット１０１Ｂとの間に第３絶縁シート１０４Ｃが設けられている。
【００７２】
このような構成でも、金属突起物５００が電気化学デバイス１００Ｅの上から刺さった場合、第２電極ユニット１０１Ｂでは、第３絶縁シート１０４Ｃの存在により、直接的に金属突起物５００が正極１４０及び負極１３０に触れない。また、金属突起物５００が電気化学デバイス１００Ｅの下から刺さった場合、第１電極ユニット１０１Ａでは、第１絶縁シート１０４Ａの存在により、直接的に金属突起物５００が正極１４０及び負極１３０に触れない。これにより、電気化学デバイス１００Ｅでは、正極集電体１４２と負極集電体１３２との短絡が起こりにくくなる。
【００７３】
また、図６（ｂ）に示す電気化学デバイス１００Ｆにおいては、電極ユニット１０１の側壁の一部が第１絶縁シート１０４Ａによって覆われている。このような構成であれば、電気化学デバイス１００Ａと同じ効果を奏するとともに、電気化学デバイス１００Ｅの横から金属突起物５００が刺さった場合、第１絶縁シート１０４Ａの存在により正極集電体１４２と負極集電体１３２との短絡が起こりにくくなる。
【００７４】
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、本実施形態に係る電気化学デバイスのさらに別の変形例を示す模式的断面図である。
【００７５】
図７（ａ）に示す電気化学デバイス１００Ｇにおいては、第１電極ユニット１０１Ａ及び第２電極ユニットが第１絶縁シート１０４Ａによって囲まれている。このような構成であれば、電気化学デバイス１００Ａと同じ効果を奏するとともに、電気化学デバイス１００Ｅの左右から金属突起物５００が刺さった場合でも、正極集電体１４２と負極集電体１３２との短絡が起こりにくくなる。
【００７６】
図７（ｂ）に示す電気化学デバイス１００Ｈは、正極１４０及び負極１３０が捲回された第４電極ユニット１０１Ｄを具備する。第４電極ユニット１０１Ｄは、円筒状の収容ケース１０７に収容されている。第４電極ユニット１０１Ｄと収容ケース１０７との間には、第５絶縁シート１０４Ｅが設けられている。このような構成でも、電気化学デバイス１００Ｈの収容ケース１０７から金属突起物５００が刺さった場合、第５絶縁シート１０４Ｅの存在によって正極集電体１４２と負極集電体１３２との短絡が起こりにくくなる。
【実施例】
【００７７】
図８は、ポリプロピレンシートにおける引張応力と伸び率との関係を示すグラフ図である。
【００７８】
ポリプロピレンシートについては、ＪＩＳ Ｋ７１６１：プラスチックの引張特性（シート状：７１６３）に基づいて、最適な伸び率を持つものを選んだ。ポリプロピレンシートの伸び率は、ポリプロピレンシートの製法、配合、厚さ等の要因で変えることができる。ポリプロピレンシートについて、実施例、比較例１、及び比較例２を準備した。図８中の点Ｂは、ポリプロピレンシートのそれぞれが切断した伸び率及び引張応力を表している。ここで、引張応力のピークは、降伏点（厚みが薄くなり、長さが伸びはじめる点）である。
【００７９】
比較例１は、比較的、硬く、脆い材料であり、伸び率が１００％程度で破断した。比較例２は、比較例１に比べて、硬さ、脆さが緩和された材料であり、伸び率が２００％程度で破断した。実施例は、比較例２に比べて、さらに硬さ、脆さが緩和された材料であり、伸び率が２００％以上７５０％以下であり、伸び率が７５０％程度で破断した。また、実施例は、限界まで伸びて破断した後は縮まず、薄い膜のまま、釘と電極ユニットとの間に介在する。
【００８０】
これら３種のポリプロピレンシートを絶縁シートとして、図１（ａ）、（ｂ）の構造を備えたリチウムイオン二次電池を作製した。さらに、絶縁シートを具備しないリチウムイオン二次電池も作製した。評価としては、釘刺し試験を採用した。釘のサイズは、３．８ｍｍ径×９０ｍｍ（Ｎ９０）である。釘の挿入速度は、１ｍｍ／ｓｅｃである。各リチウムイオン二次電池は、それぞれ１０個準備された。
【００８１】
まず、ポリプロピレンシートを具備しないリチウムイオン二次電池については、釘刺し試験で、１０個中全てのリチウムイオン二次電池が発火した。
【００８２】
比較例１に係るポリプロピレンシートを具備したリチウムイオン二次電池については、釘刺し試験で、１０個中全てのリチウムイオン二次電池が発火した。
【００８３】
比較例２に係るポリプロピレンシートを具備したリチウムイオン二次電池については、釘刺し試験で、１０個中２個のリチウムイオン二次電池が発火した。
【００８４】
これに対して、実施例に係るポリプロピレンシートを具備したリチウムイオン二次電池については、釘刺し試験で、１０個中全てのリチウムイオン二次電池が発火しなかった。
【００８５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００８６】
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆ、１００Ｇ、１００Ｈ…電気化学デバイス
１０１…電極ユニット
１０１Ａ…第１電極ユニット
１０１Ｂ…第２電極ユニット
１０１Ｃ…第３電極ユニット
１０１Ｄ…第４電極ユニット
１０１ｅ…端部
１０４…絶縁シート
１０４Ａ…第１絶縁シート
１０４Ｂ…第２絶縁シート
１０４Ｃ…第３絶縁シート
１０４Ｄ…第４絶縁シート
１０４Ｅ…第５絶縁シート
１０６…外装体
１０６ａ…第１外装フィルム
１０６ｂ…第２外装フィルム
１０７…収容ケース
１２０…電解液
１３０…負極
１３１…負極端子
１３２…負極集電体
１３２ａ、１３２ｂ…主面
１３３…負極活物質層
１４０…正極
１４１…正極端子
１４２…正極集電体
１４２ａ、１４２ｂ…主面
１４２…正極集電体
１４３…正極活物質層
１５１、１５２…セパレータ
５００…金属突起物
【図１】
2018181751.tif 000003
【図２】
2018181751.tif 000004
【図３】
2018181751.tif 000005
【図４】
2018181751.tif 000006
【図５】
2018181751.tif 000007
【図６】
2018181751.tif 000008
【図７】
2018181751.tif 000009
【図８】
2018181751.tif 000010