(57)【要約】【課題】電池を導電体により貫通しても、外部への放電電流により生じた熱が発電要素に伝わることによるセパレータおよび集電体の熱損の防止が可能な双極型二次電池を提供する。【解決手段】単電池層１４ｂが樹脂集電体１１を介して積層された発電要素１０と、外装体２０と、発電要素の一方の最外層上で発電要素と接続し、外装体の外部に導出する第一導電材と、発電要素の他方の最外層上で発電要素と接続し、外装体の外部に導出する第二導電材と、第一導電材を介して発電要素の最外層上に積層する絶縁部材と、絶縁部材を介して第一導電材上に積層され、第二導電材と接続される外短部材と、を有する外部放電部と、を有し、発電要素は、蓄積エネルギーが２００Ｗｈ以上で、少なくとも１つのセパレータの１５０℃における熱収縮率が１％以下で、少なくとも１つの樹脂集電体の１５０℃における熱収縮率が５％以下である。【選択図】図１Ａ
2018098206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータと、前記セパレータの一方の面に形成された正極活物質層と、前記セパレータの他方の面に形成された負極活物質層とを含む単電池層が、樹脂集電体を介して、前記正極活物質層と前記負極活物質層とが交互になるように積層された発電要素と、
前記発電要素を覆う外装体と、
前記発電要素の一方の最外層上で前記発電要素と電気的に接続され、前記外装体の外部に導出される第一導電材と、前記発電要素の他方の最外層上で前記発電要素と電気的に接続され、前記外装体の外部に導出される第二導電材と、前記第一導電材を介して前記発電要素の前記一方の最外層上に積層される絶縁部材と、前記絶縁部材を介して前記第一導電材上に積層され、前記第二導電材と電気的に接続される外短部材と、を有する外部放電部と、を有し、
前記発電要素は満充電時の蓄積エネルギーが２００Ｗｈ以上であり、少なくとも１つの前記セパレータの１５０℃における熱収縮率が１％以下であり、かつ少なくとも１つの前記樹脂集電体の１５０℃における熱収縮率が５％以下である、双極型二次電池。
【請求項２】
少なくとも、前記発電要素において積層された前記単電池層のうち最外層の単電池層の前記セパレータの１５０℃における熱収縮率が１％以下であり、かつ少なくとも、前記発電要素において積層された前記単電池層の間に介在する前記樹脂集電体のうち最外層の樹脂集電体の１５０℃における熱収縮率が５％以下である、請求項１に記載の双極型二次電池。
【請求項３】
前記セパレータの方が前記樹脂集電体よりも１５０℃における熱収縮率が小さい、請求項１または２に記載の双極型二次電池。
【請求項４】
前記セパレータはアラミドセパレータである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の双極型二次電池。
【請求項５】
前記樹脂集電体は、導電性ポリイミドフィルムである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の双極型二次電池。
【請求項６】
前記絶縁部材は、前記外装体の内部で前記第一導電材を介して前記発電要素の前記一方の最外層上に積層され、前記外短部材は、前記外装体の内部で、前記絶縁部材上に積層され前記第二導電材と電気的に接続される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の双極型二次電池。
【請求項７】
前記第一導電材は、前記発電要素の一方の最外層上で前記発電要素と電気的に接続されるとともに前記外装体の外部に導出され、前記外装体の外部において、前記外装体を介して前記発電要素の前記一方の最外層上に積層され、
前記絶縁部材は、前記外装体の外部において、前記第一導電材の、前記外装体を介して前記発電要素の前記一方の最外層上に積層された部分の上に積層され、
前記外短部材は、前記外装体の外部で、前記絶縁部材上に積層され前記第二導電材と電気的に接続される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の双極型二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、双極型二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護運動の高まりを背景として、電気自動車（ＥＶ）およびハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の開発が進められている。これらのモータ駆動用電源としては繰り返し充放電可能な二次電池などのモータ駆動用電気デバイスが適している。特に高容量、高出力が期待できるリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。
【０００３】
電気デバイスとしてのリチウムイオン二次電池は、たとえば、発電要素を外装体によって封止して構成されている。発電要素は、正極と、負極と、セパレータとを含んでいる。正極は、集電体の表面に、正極活物質を含む電極が形成されている。負極は、集電体の表面に、負極活物質を含む電極が形成されている。
【０００４】
以上のようなリチウムイオン二次電池は、さらなる高容量化が望まれている。これに伴い、リチウムイオン二次電池に貯蔵されるエネルギーが増大するため、安全性の確保がより重要になる。
【０００５】
そのため、一般的に、リチウムイオン二次電池が外部から破壊された場合の安全性を評価する外部破壊試験が行われる。外部破壊試験の一つとして、たとえば、釘刺し試験がある。釘刺し試験とは、平板状の外装体の厚さ方向に導電性の釘（以下、「導電体」と称する）を刺して電池を貫通させ、発電要素内で内部短絡が生じたときの温度上昇、発煙などの現象を観察する試験である。
【０００６】
通常、導電体が電池を貫通することにより発電要素内で内部短絡が生じると、発電要素に大電流が流れる。このとき、ジュール熱が発生し、温度上昇が起こる。また、内部短絡が生じた箇所では発熱により正極活物質の熱分解などが起こり得る。
【０００７】
このような過度な発熱を防止するため、引用文献１では、外装内においてセパレータと負極の間に多孔性絶縁層を設けている。また、巻回構造体の最内外周に正極集電体露出部と負極集電体露出部とがセパレータを介して対向する対向領域を１周分以上設置する。これにより、導電体が発電要素を貫通するとき絶縁層の繊維が巻き込まれて電気抵抗になるとともに、導電体が発電要素を貫通する前に最外周部の低抵抗な集電体を介して発電要素の外部に放電されるため、発電要素内の内部短絡に基づくジュール熱が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−５３１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、引用文献１に記載の構成にしたとしても、単電池が電気的に直列接続されて構成される双極型電池のような、出力電圧が高い電池では、導電体が電池を貫通した際の発電要素外部への放電に際し大電流が流れ、発熱する。そして、このとき発電要素の外部で生じた熱が発電要素に伝わってしまう。また、電池が高容量化することで発電要素外部への放電電流が増大すると、発電要素に伝わる熱が増大する。そして、発電要素のセパレータや集電体に破膜などの熱損を生じさせる。セパレータなどの熱損により発電要素内の内部短絡領域が拡大すると、内部短絡による温度上昇が加速し、発電要素内の材料の劣化が促進され、電池機能が喪失し得る。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものである。すなわち、電池を導電体により貫通しても、発電要素外部への放電電流により生じた熱が発電要素に伝わることによるセパレータおよび集電体の熱損を防止する。これにより、セパレータおよび樹脂集電体の熱損による内部短絡を防止し、電池機能の喪失を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【００１２】
双極型二次電池であって、発電要素、外装体、および外部放電部を有する。発電要素は、セパレータと、セパレータの一方の面に形成された正極活物質層と、セパレータの他方の面に形成された負極活物質層とを含む単電池層が、樹脂集電体を介して、正極活物質層と負極活物質層とが交互になるように積層されてなり、外装体で覆われる。外部放電部は、第一導電材、第二導電材、絶縁部材、および外短部材を有する。第一導電材は、発電要素の一方の最外層上で発電要素と電気的に接続し、外装体の外部に導出する。第二導電材は、発電要素の他方の最外層上で発電要素と電気的に接続し、外装体の外部に導出する。絶縁部材は、第一導電材を介して発電要素の当該一方の最外層上に積層する。外短部材は、絶縁部材を介して第一導電材上に積層し、第二導電材と電気的に接続する。発電要素は満充電時の蓄積エネルギーが２００Ｗｈ以上であり、少なくとも１つのセパレータの１５０℃における熱収縮率が１％以下であり、かつ少なくとも１つの樹脂集電体の１５０℃における熱収縮率が５％以下である。
【発明の効果】
【００１３】
電池を導電体により貫通しても、発電要素外部への放電電流により生じた熱が発電要素に伝わることによるセパレータおよび集電体の熱損を防止する。これにより、セパレータおよび樹脂集電体の熱損による内部短絡を防止し、電池機能の喪失を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】本発明の実施形態に係る電池の全体構造の概略を示す断面図である。
【図１Ｂ】外部放電部が外装体の外に設けられた電池の全体構造の概略を示す断面図である。
【図２】単電池層の一部の概略断面図である。
【図３】電池に導電体が貫通したときの状態を示す説明図である。
【図４】図３に示す太線枠Ａ内を拡大した図である。
【図５】外部短絡により生じた熱が発電要素に伝搬することで生じるセパレータの熱損による内部短絡領域の拡大について説明するための説明図である。
【図６】外部短絡により生じた熱が発電要素に伝搬することで生じる集電体の熱損による内部短絡領域の拡大について説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１６】
本発明の実施形態に係る双極型二次電池（以下、単に「電池」と称する）について説明する。
【００１７】
図１Ａは、本発明の実施形態に係る電池の全体構造の概略を示す断面図である。図１Ａに示すとおり、電池１は、充放電を行う発電要素１０を外装体２０の内部に密封した構造を有する。
【００１８】
発電要素１０は、面状の集電体１１の一方の面に正極電極１２が形成され他方の面に負極電極１３が形成されてなる双極型電極１４ａが、セパレータ１５を介して複数積層されて構成される。したがって、発電要素１０は、セパレータ１５と、セパレータ１５の一方の面に形成された正極電極１２と、セパレータ１５の他方の面に形成された負極電極１３とからなる単電池層１４ｂが、集電体１１を介して積層された構造とも言える。単電池層１４ｂが、正極電極１２と負極電極１３とが交互になるように集電体１１を介して積層されることで各単電池層１４ｂが電気的に直列接続され、電池１が構成される。なお、積層される単電池層１４ｂの数は限定されず、所望する出力電圧に応じて調整し得る。
【００１９】
複数の集電体１１のうち最外層に位置する集電体を、以下では最外層集電体１１ａ、１１ｂと称する。ただし、電池１の正極側の最外層集電体を正極側最外層集電体１１ａとし、負極側の最外層集電体を負極側最外層集電体１１ｂとして区別する。
【００２０】
正極側最外層集電体１１ａは、正極導電材１６に接合している。負極側最外層集電体１１ｂは、負極導電材１７に接合している。なお、この構成に限定されず、正極側最外層集電体１１ａおよび負極側最外層集電体１１ｂは、それぞれ所定の層（たとえば、正極電極または負極電極を構成する層）を介して正極導電材１６および負極導電材１７に接合してもよい。
【００２１】
正極導電材１６は、発電要素１０の一方の最外層において発電要素１０と電気的に接続させつつ、外装体２０の外部に導出する。
【００２２】
負極導電材１７は、発電要素１０の他方の最外層において発電要素１０と電気的に接続させつつ、外装体２０の外部に導出する。
【００２３】
発電要素１０は、集電体１１の外周縁と接するシール部１８を有する。シール部１８は、絶縁性のシール材によって形成する。シール部１８は、集電体１１の外周部である端部に固定されるとともに、二つのセパレータ１５の間に配置する。シール部１８は、発電要素１０において隣り合う集電体１１同士の接触や、単電池層１４ｂの端部のわずかな不揃いに起因する短絡を防止する。
【００２４】
正極導電材１６の外側（外装体２０側）には、絶縁部材３１ａを積層する。絶縁部材３１ａは、正極導電材１６の外側に、導電材３２ａを介して積層し得る。絶縁部材３１ａのさらに外側には、外短部材３３を積層する。導電材３２ａ、絶縁部材３１ａ、および外短部材３３は外部放電部３５ａを構成する。
【００２５】
絶縁部材３１ａは、正極導電材１６と外短部材３３の接触を防止し、電気的に離隔する。
【００２６】
外短部材３３は、導電体が発電要素１０を貫通する際に外装体２０の外部へ放電を行うために設けられた部材である。外短部材３３は、負極導電材１７と電気的に直接接続する導電接続材３３ａからなる。なお、外短部材３３は、電池本来の機能である充放電が行われる際には、絶縁部材３１ａによって発電要素１０とは電気的に隔てられている。
【００２７】
負極導電材１７の外側（外装体２０側）には、絶縁部材３１ｂを積層する。絶縁部材３１ｂは、負極導電材１７の外側に、導電材３２ｂを介して積層し得る。絶縁部材３１ｂのさらに外側には、外短部材３４を積層する。導電材３２ｂ、絶縁部材３１ｂ、および外短部材３４は外部放電部３５ｂを構成する。
【００２８】
絶縁部材３１ｂは、負極導電材１７と外短部材３４の接触を防止し、電気的に離隔する。
【００２９】
外短部材３４は、導電体が発電要素１０を貫通する際に外装体２０の外部へ放電を行うために設けられた部材である。外短部材３４は、正極導電材１６と電気的に直接接続する導電接続材３４ｂからなる。なお、外短部材３４は、電池本来の機能である充放電が行われる際には、絶縁部材３１ｂによって発電要素１０とは電気的に隔てられている。
【００３０】
外部放電部は、外装体２０の外に設けられ得る。図１Ｂは、外部放電部が外装体の外に設けられた電池の全体構造の概略を示す断面図である。
【００３１】
外装体２０の外部に導出された正極導電材１６を、外装体２０の外部の上面上まで延伸する。外装体２０の外部に導出された正極導電材１６を、外装体２０の外部において、外装体２０を介して、発電要素１０の一方の最外層上に積層する。正極導電材１６の、外装体２０を介して発電要素１０の一方の最外層上に積層された部分の上に絶縁部材３１ｃを積層する。そして、導電接続材３３ｃからなる外短部材３３を絶縁部材３１ｃ上に積層するとともに、外短部材３３を外装体２０の外部に導出された負極導電材１７と外装体２０の外部で電気的に接続する。これにより、外部放電部３５ｃを外装体２０の外に設けることができる。なお、外短部材３３は、外装体２０の外部に導出された負極導電材１７を延伸して、絶縁部材３１ｃ上に積層させることにより構成してもよい。
【００３２】
なお、外部放電部３５ｃと同様な構成の他の外部構成部を、次の構成によりさらに設けてもよい。すなわち、外装体２０の外部に導出された負極導電材１７を、外装体２０の外部の下面上まで延伸し、発電要素１０の他方の最外層上に積層する。負極導電材１７の、外装体２０を介して発電要素１０の他方の最外層上に積層された部分の上に絶縁部材を積層する。そして、絶縁部材上に外短部材を積層するとともに、外短部材を正極導電材１６と外装体２０の外部で電気的に接続する。
【００３３】
なお、説明を簡単にするために、以下の説明においては、電池が図１Ａの構造を有するものとして説明する。
【００３４】
外部放電部３５ａ、３５ｂは、後述するように、発電要素１０が導電体により貫通されることにより発生する短絡電流を発電要素１０の外に流す機能を有する。
【００３５】
外装体２０は、発電要素１０を両側から被覆して封止する。これにより、外装体２０は、発電要素１０を収容する。
【００３６】
電池１の各構成要素についてさらに詳細に説明する。
【００３７】
（集電体）
集電体１１は、高分子材料からなる樹脂マトリックスと、導電性フィラー（導電性粒子）とを含む樹脂集電体（樹脂集電箔）である。
【００３８】
樹脂マトリックスとして用いられる高分子材料としては、たとえば、ポリエチレン（ＰＥ）（高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）など）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、またはこれらの混合物が挙げられる。これらの材料は電位窓が非常に広く正極電位、負極電位のいずれに対しても安定であり、また軽量であるため、電池の高出力密度化が可能となる。なかでも、使用する電解液に対する耐久性の観点から、ポリプロピレン、ポリエチレン等の種々のポリオレフィンやそれらの共重合体ならびに混合物が好ましい。
【００３９】
導電性フィラーは、導電性を有する材料から選択される。好ましくは、集電体１１内のイオン透過を抑制する観点から、イオンに関して伝導性を有しない材料を用いる。
【００４０】
具体的には、カーボン材料、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、白金（Ｐｔ）、クロム（Ｃｒ）、スズ（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの導電性フィラーは１種単独で用いられてもよいし、２種以上併用してもよい。また、ステンレス（ＳＵＳ）等のこれらの合金材が用いられてもよい。耐食性の観点から、好ましくはＡｌ、ＳＵＳ、カーボン材料、Ｎｉ、より好ましくはカーボン材料、Ｎｉである。また、これらの導電性フィラーは、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに、上記で示される金属をメッキ等でコーティングしたものであってもよい。
【００４１】
上記カーボン材料としては、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、バルカン（登録商標）、ブラックパール（登録商標）、カーボンナノファイバー、ケッチェンブラック（登録商標）、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノバルーン、ハードカーボン、およびフラーレンからなる群より選択される少なくとも一種が挙げられる。これらのカーボン材料は電位窓が非常に広く、正極電位および負極電位の双方に対して幅広い範囲で安定であり、さらに導電性に優れている。また、カーボン材料は非常に軽量なため、質量の増加が最小限になる。さらに、カーボン材料は、電極の導電助剤として用いられることが多いため、これらの導電助剤と接触しても、同材料であるがゆえに接触抵抗が非常に低くなる。なお、カーボン材料を導電性フィラーとして用いる場合には、カーボン材料の表面に疎水性処理を施すことにより電解質のなじみ性を下げ、集電体１１の空孔に電解質が染み込みにくい状況を作ることも可能である。
【００４２】
なお、本実施形態の電池１がリチウムイオン二次電池であり、負極活物質の充放電電位がＬｉの析出電位に近い場合には、カーボン材料等の導電性フィラーは、充放電でＬｉイオンの挿入が起こり膨張するために集電体１１を痛める（集電体１１に損傷を与える）危険性がある。そのため、負極に対面する集電体１１の導電性フィラーはＬｉ化が起こらないＮｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、ＳＵＳなどの材料が好ましい。また、カーボン材料等がこれらの材料で表面を被覆された導電性フィラーも好ましく使用できる。
【００４３】
導電性フィラーの形状は、特に制限はなく、粒子状、粉末状、繊維状、板状、塊状、布状、またはメッシュ状などの公知の形状を適宜選択することができる。例えば、広範囲に亘って導電性を付与したい場合は、粒子状の導電性フィラーを使用することが好ましい。一方、特定方向への導電性をより向上させたい場合は、繊維状等の、形状に一定の方向性を有するような導電性フィラーを使用することが好ましい。
【００４４】
導電性フィラーの平均粒子径（一次粒子の平均粒子径）は、特に限定されるものではないが、０．０１〜１０μｍ、より好ましくは０．０１〜１μｍ程度であることが好ましい。なお、本明細書中において、「粒子径」とは、導電性フィラーの輪郭線上の任意の２点間の距離のうち、最大の距離Ｌを意味する。「平均粒子径」の値としては、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などの観察手段を用い、数〜数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。
【００４５】
導電性フィラーが繊維状である場合、その平均繊維長は特に制限されるものではないが、０．１〜１００μｍであることが好ましい。なお、本明細書中において、平均繊維長は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などの観察手段を用い、数〜数十視野中に観察される繊維の繊維長の平均値として算出される値を採用するものとする。また、導電性フィラーが繊維状である場合の、その平均直径もまた特に制限されるものではないが、０．０１〜１μｍであることが好ましい。
【００４６】
集電体１１中の高分子材料の含有量は特に制限されないが、集電体１１中の高分子材料と導電性フィラーとの合計量を１００質量部として、好ましくは１０〜９５質量部であり、より好ましくは１２〜９０質量部である。
【００４７】
また、集電体１１中の導電性フィラーの含有量も特に制限はない。しかしながら、導電性フィラーの含有量は、集電体１１中の高分子材料と導電性フィラーとの合計量を１００質量部として、好ましくは５〜９０質量部であり、より好ましくは１０〜８８質量部である。かような量の導電性フィラーを高分子材料に添加することにより、集電体１１の質量増加を抑制しつつ、集電体１１に十分な導電性を付与することができる。
【００４８】
集電体１１中には、高分子材料および導電性フィラー以外の、他の添加剤を含んでいてもよい。他の添加剤の例としては、無水マレイン酸変性ポリプロピレン等のカルボン酸変性ポリプロピレン等が挙げられる。他の添加剤の添加量としては、特に制限されないが、高分子材料と導電性フィラーとの合計１００質量部に対して、１〜２５質量部が好ましい。
【００４９】
導電性フィラーが添加された高分子材料の表面は、導電性フィラーが添加されたエポキシ樹脂によりコーティングされ得る。これにより、集電体１１の熱収縮率を低下させることができる。
【００５０】
集電体１１の厚さは、好ましくは１〜２００μｍ、より好ましくは３〜１５０μｍ、さらに好ましくは５〜１００μｍである。なお、集電体１１は、単層構造であってもよいしあるいはこれらの材料からなる層を適宜組み合わせた積層構造であっても構わない。
【００５１】
集電体１１の製造方法は、特に制限されず、例えば、押し出し機等により、高分子材料、導電性フィラー、および必要に応じて添加剤の各成分を溶融混練した後、溶融混練済材料を熱プレス機により圧延する方法が挙げられる。
【００５２】
本実施形態においては、少なくとも、発電要素１０において積層された単電池層１４ｂの間に介在する集電体１１のうち最外層の集電体１１ｃ、１１ｄの１５０℃における熱収縮率（以下、単に「熱収縮率」と称する）を５％以下とする。なお、発電要素１０に含まれるすべての集電体１１の熱収縮率を５％以下にしてもよい。たとえば、樹脂マトリックスにポリイミドを使用した導電性ポリイミドフィルムや、ポリプロピレンを使用した導電性ポリプロピレンフィルムを用いることで、集電体１１の熱収縮率を５％以下にし得る。なお、熱収縮率は、大気中の１５０℃の雰囲気に１０分間放置した集電体について、放置前と放置後の集電体の、製膜される際に押し出し成形機から流出された方向（ＭＤ方向：Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）およびＭＤ方向に対し垂直の方向（ＴＤ方向：Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）の寸法変化率のうち大きい方である。
【００５３】
（電極）
図２は、単電池層の一部の概略断面図である。なお、図２においては、単電池層１４ｂとともに集電体１１（正極側集電体１１ｐおよび負極側集電体１１ｍ）も併せて示している。
【００５４】
正極電極１２は正極活物質層を構成する。正極電極１２は、導電部材１２３、正極活物質（粒子）１２４、被覆剤１２５、および導電助剤１２６を含む。図２においては、導電部材１２３が不織布の導電性繊維である場合を例として示している。
【００５５】
正極活物質１２４は、電極反応において正極電極１２と負極電極１３との間を往来する物質（イオン）を蓄積および放出できる正極材料である。正極活物質１２４の活物質粒子は、導電部材１２３の空隙に充填される。正極活物質粒子としては、リチウムと遷移金属との複合酸化物（たとえば、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎＯ２、およびＬｉＭｎ２Ｏ４）、遷移金属硫化物（たとえば、ＭｏＳ２およびＴｉＳ２）、および導電性高分子（たとえば、ポリアニリン、ポリフッ化ビニリデン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ−ｐ−フェニレン、およびポリカルパゾール）などが挙げられる。
【００５６】
正極電極１２は所定の厚さｔ１を有するシート状であり、セパレータ１５側に配置される第１面１２１と、正極側集電体１１ｐ側に配置される第２面１２２とを有する。
【００５７】
正極電極１２において、導電部材１２３の一部の導電性繊維の一方の端部は、第１面１２１に達しており、もう一方の端部は、第２面１２２に達している。したがって、導電部材１２３のうち少なくとも一部は、第１面１２１から第２面１２２までを電気的に接続する導電通路を形成している。また、導電部材１２３を構成する導電性繊維の複数本が接触することで第１面１２１から第２面１２２までを連続的に繋いでいる場合も、導電部材１２３が第１面１２１から第２面１２２までを電気的に接続する導電通路を形成していると言える。
【００５８】
導電性繊維としては、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維、合成繊維の中に導電性のよい金属や黒鉛を均一に分散させてなる導電性繊維、ステンレス鋼のような金属を繊維化した金属繊維、有機物繊維の表面を金属で被覆した導電性繊維、有機物繊維の表面を、導電性物質を含む樹脂で被覆した導電性繊維などが挙げられる。導電性繊維の平均繊維径は、０．１〜２０μｍであることが好ましい。
【００５９】
導電部材１２３による導電通路は、導電通路の周囲の正極活物質１２４と接している。導電通路と正極活物質１２４が接していると、正極活物質１２４から発生した電子がすぐに導電通路に達し、導電通路を流れて集電体１１にまで達する。導電通路は電子伝導性材料である導電部材１２３からなるため、電子はスムーズに集電体１１にまで達することができる。正極活物質１２４は、表面の少なくとも一部が被覆用樹脂および必要に応じて導電助剤１２６を含む被覆剤１２５で被覆された被覆活物質であり得る。正極活物質１２４がこのような被覆活物質であって、被覆剤１２５と導電通路が接している場合も、導電通路が活物質と接していると言える。導電助剤１２６が被覆剤１２５に含まれていることにより、正極活物質１２４から導電通路に達するまでの電子伝導性をさらに高めることができる。
【００６０】
導電通路を有していない活物質層では、電子は電子伝導性が高くない活物質を通る必要があるので、電子がスムーズに集電体１１にまで伝わりにくい。また、粒子状物質である導電助剤１２６を経た電子伝導では、粒子間の電気抵抗があり、導電助剤１２６の粒子は連続的に繋がるわけではないため電子が電気抵抗の高い箇所を通らざるを得ない。そのため、電子がスムーズに集電体にまで伝わりにくい。
【００６１】
被覆剤１２５は、被覆用樹脂を含んでおり、正極活物質（粒子）１２４の周囲が被覆剤１２５で被覆されることにより、電極の体積変化が緩和され、電極の膨張を抑制できる。被覆用樹脂は、たとえばビニル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、またはポリアミド樹脂であり得る。
【００６２】
導電助剤１２６は、必要に応じて被覆剤１２５に添加され、導電性を有する材料から選択される。導電助剤１２６は、たとえば、アルミニウム、ステンレス（ＳＵＳ）、銀、金、銅、およびチタンなどの金属、グラファイト、およびカーボンブラックなどのカーボン、もしくはこれらの混合物である。
【００６３】
導電部材１２３が導電性繊維である場合の電気伝導度は、５０ｍＳ／ｃｍ以上であることが好ましい。導電性繊維の電気伝導度が５０ｍＳ／ｃｍ以上であると、導電性繊維により形成された導電通路により、正極電極１２の電気抵抗を小さくでき、集電体１１からの距離が遠い正極活物質１２４からの電子の移動がスムーズに行われるため好ましい。
【００６４】
負極電極１３は負極活物質層を構成する。負極電極１３は、正極電極１２の構成において、正極活物質（粒子）１２４に代えて負極活物質（粒子）１３４を用いることにより構成できる。負極電極１３におけるその他の構成要素は、正極電極１２における対応する構成要素と同様である。
【００６５】
負極電極１３は所定の厚さｔ２を有するシート状である。
【００６６】
負極活物質１３４は、電極反応において正極電極１２と負極電極１３との間を往来する物質（イオン）を蓄積および放出できる負極材料である。負極活物質１３４としては、黒鉛、難黒鉛化性炭素、アモルファス炭素、高分子化合物焼成体（たとえば、フェノール樹脂またはフラン樹脂などを焼成し炭素化したもの）、コークス類（たとえば、ピッチコークス、ニードルコークスおよび石油コークス）、炭素繊維、導電性高分子（たとえば、ポリアセチレンおよびポリピロール）、スズ、シリコン、および金属合金（たとえば、リチウム−スズ合金、リチウム−シリコン合金、リチウム−アルミニウム合金およびリチウム−アルミニウム−マンガン合金）、リチウムと遷移金属との複合酸化物（たとえば、Ｔｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）などが挙げられる。
【００６７】
正極電極１２の厚さｔ１および負極電極１３の厚さｔ２は、それぞれ１５０〜１５００μｍであることが好ましい。このように電極１２、１３の膜厚を厚くすると、電池内に多くの活物質１２４、１３４を含ませることができ、電池を高容量化することができ、エネルギー密度向上に有効である。
【００６８】
本実施形態に係る電池１は、満充電時の蓄積エネルギー（以下、単に「エネルギー量」ともいう）を２００Ｗｈ以上に高容量化する。満充電時の蓄積エネルギーは、放電容量（Ａｈ）と平均放電電圧（Ｖ）との積である。電池１の満充電時の蓄積エネルギーは、電極１２、１３の面積を変更して、電池内の活物質１２４、１３４の量を調整する。これにより、満充電時の蓄積エネルギーを２００Ｗｈ以上に設定できる。電池１の満充電時の蓄積エネルギーは、電極１２、１３の膜厚を変更して、電池内の活物質１２４、１３４の量を調整することによっても調整できる。また、電池１の満充電時の蓄積エネルギーは、活物質１２４、１３４の種類を適宜選択することによっても調整できる。
【００６９】
後述するように、満充電時の蓄積エネルギーが２００Ｗｈ未満である場合には、釘刺し試験においても短絡電流が大きくなく、短絡電流により発生する熱も大きくないためセパレータおよび集電体の熱損は発生しない。しかし、満充電時の蓄積エネルギーを２００Ｗｈ以上にすると、釘刺し試験において、外部放電部３５ａ、３５ｂにより短絡電流を発電要素１０外で流しても、短絡電流が増大するため、短絡電流により発生した熱が増大する。そして、発電要素１０外で発生した熱が発電要素１０に伝搬し、セパレータ１５および集電体１１に破膜などの熱損を生じさせる。本実施形態においては、セパレータ１５の熱収縮率を１％以下とし、かつ樹脂集電体の熱収縮率を５％以下とすることで、電池１を高容量化しても、発電要素１０外部への放電電流により生じた熱が発電要素に伝わることによるセパレータ１５および集電体１１の熱損を防止できる。
【００７０】
（セパレータ）
セパレータ１５は、正極電極１２と負極電極１３との間に設けられ、正極電極１２と負極電極１３とを電気的に隔離している。セパレータ１５は、正極電極１２と負極電極１３との間に電解液を保持して、イオンの伝導性を担保している。
【００７１】
セパレータ１５の形態としては、たとえば、上記電解質を吸収保持するポリマーや繊維からなる多孔質膜（多孔性シート）のセパレータや不織布セパレータ等を挙げることができる。
【００７２】
ポリマーないし繊維からなる多孔質膜のセパレータ１５としては、例えば、微多孔質（微多孔膜）を用いることができる。該ポリマーないし繊維からなる多孔質膜の具体的な形態としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン；これらを複数積層した積層体（例えば、ＰＰ／ＰＥ／ＰＰの３層構造をした積層体など）、ポリイミド、アラミド、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン（ＰＶｄＦ−ＨＦＰ）等の炭化水素系樹脂、ガラス繊維などからなる微多孔質（微多孔膜）セパレータが挙げられ、市場から入手できる公知のリチウムイオン電池用セパレータを用いることができる。
【００７３】
微多孔質（微多孔膜）セパレータの厚みとして、使用用途により異なることから一義的に規定することはできない。一例を示せば、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、燃料電池自動車（ＦＣＶ）などのモータ駆動用二次電池などの用途においては、単層あるいは多層で４〜６０μｍであることが望ましい。微多孔質（微多孔膜）セパレータの微細孔径は、最大で１μｍ以下（通常、数十ｎｍ程度の孔径である）であることが望ましい。
【００７４】
不織布セパレータとしては、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステル；ＰＰ、ＰＥなどのポリオレフィン；ポリイミド、アラミドなど従来公知のものを、単独または混合して用いる。また、不織布のかさ密度は、含浸させた高分子ゲル電解質により十分な電池特性が得られるものであればよく、特に制限されるべきものではない。さらに、不織布セパレータの厚さは、好ましくは５〜２００μｍであり、特に好ましくは１０〜１００μｍである。
【００７５】
また、セパレータ１５としては多孔質膜などの基体に耐熱絶縁層が積層されたセパレータ（耐熱絶縁層付セパレータ）であることが好ましい。耐熱絶縁層は、無機粒子およびバインダを含むセラミック層である。耐熱絶縁層付セパレータは融点または熱軟化点が１５０℃以上、好ましくは２００℃以上である耐熱性の高いものを用いる。耐熱絶縁層を有することによって、温度上昇の際に増大するセパレータの内部応力が緩和されるため熱収縮抑制効果が得られる。
【００７６】
耐熱絶縁層における無機粒子は、耐熱絶縁層の機械的強度や熱収縮抑制効果に寄与する。無機粒子として使用される材料は特に制限されない。例えば、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、チタンの酸化物（ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２）、水酸化物、および窒化物、ならびにこれらの複合体が挙げられる。これらの無機粒子は、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、マイカなどの鉱物資源由来のものであってもよいし、人工的に製造されたものであってもよい。また、これらの無機粒子は１種のみが単独で使用されてもよいし、２種以上が併用されてもよい。これらのうち、コストの観点から、シリカ（ＳｉＯ２）またはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用いることが好ましく、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用いることがより好ましい。
【００７７】
耐熱性粒子の目付けは、特に限定されるものではないが、５〜１５ｇ／ｍ２であることが好ましい。この範囲であれば、十分なイオン伝導性が得られ、また、耐熱強度を維持する点で好ましい。
【００７８】
耐熱絶縁層におけるバインダは、無機粒子どうしや、無機粒子と樹脂多孔質膜の基体などとを接着させる役割を有する。当該バインダによって、耐熱絶縁層が安定に形成され、また多孔質の基体などと耐熱絶縁層との間の剥離を防止される。
【００７９】
耐熱絶縁層に使用されるバインダは、特に制限はなく、例えば、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリアクリロニトリル、セルロース、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、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）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、アクリル酸メチルなどの化合物がバインダとして用いられうる。このうち、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、アクリル酸メチル、またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いることが好ましい。これらの化合物は、１種のみが単独で使用されてもよいし、２種以上が併用されてもよい。
【００８０】
耐熱絶縁層におけるバインダの含有量は、耐熱絶縁層１００重量％に対して、２〜２０重量％であることが好ましい。バインダの含有量が２重量％以上であると、耐熱絶縁層と多孔質基体層との間の剥離強度を高めることができ、セパレータの耐振動性を向上させることができる。一方、バインダの含有量が２０重量％以下であると、無機粒子の隙間が適度に保たれるため、十分なリチウムイオン伝導性を確保することができる。
【００８１】
本実施形態においては、少なくとも、発電要素１０において積層された単電池層１４ｂのうち最外層の単電池層のセパレータ１５ａ、１５ｂの熱収縮率を１％以下とする。なお、発電要素１０に含まれるすべてのセパレータ１５の熱収縮率を１％以下にしてもよい。たとえば、アラミドを使用したアラミドセパレータを用いることでセパレータ１５の熱収縮率を１％以下にし得る。また、ポリプロピレンを使用した多孔質膜の基体にアルミナの耐熱絶縁層が積層されたセラミックセパレータを用いることで、セパレータ１５の熱収縮率を１％以下にしてもよい。セパレータの熱収縮率は、前述の集電体１１の熱収縮率の測定方法と同様に測定する。
【００８２】
（シール部）
シール部１８には、たとえば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴム（エチレン−プロピレン−ジエンゴム：ＥＰＤＭ）、などが用い得る。また、イソシアネート系接着剤や、アクリル樹脂系接着剤、シアノアクリレート系接着剤などを用いてもよく、ホットメルト接着剤（ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂）などを用いてもよい。
【００８３】
（外部放電部、導電材）
絶縁部材３１ａ、３１ｂには、絶縁性、個体電解質の脱落に対するシール性（密封性）や外部からの水分の透湿に対するシール性、電池動作温度下での耐熱性などを有する材料を用いる。たとえば、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴムなどが用いられる。特に、耐蝕性、耐薬品性、製造し易さ（製膜性）、経済性などの観点から、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂を使用することが好ましい。
【００８４】
導電材３２ａ、３２ｂには、たとえば、導電性を有する金属または高分子を用いる。具体的には、導電材３２ａ、３２ｂには、たとえば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、これらの合金等の金属材料を用いる。導電材３２ａ、３２ｂには、集電体１１と同じ材料を用いてもよい。
【００８５】
正極導電材１６、負極導電材１７、および導電接続材３３ａ、３４ｂには、それぞれ、他の部材（外装体２０、絶縁部材３１ａ、３１ｂ、導電材３２ａ、３２ｂ、集電体１１）よりも溶融しやすい金属（低溶融金属）を用いる。たとえば、正極導電材１６、負極導電材１７、導電接続材３３ａ、３４ａは、融点が６０℃以上３００℃以下、沸点が１３００℃以上、電気抵抗率が１×１０−５Ω・ｍ以下である材料により形成される。具体的には、正極導電材１６、負極導電材１７、導電接続材３３ａ、３４ａは、ウッドメタル、半田、スズ、ビスマス、ガリウム、およびインジウムのうちの少なくとも一つを含む材料により形成される。また、正極導電材１６、負極導電材１７、導電接続材３３ａ、３４ａは、厚みが０．０２ｍｍ以上あることが好ましい。
【００８６】
（電解液）
電解液は、非水（系）電解液である。電解液を介して正極電極１２と負極電極１３の間をイオンが移動することで、発電要素１０の電気が充放電される。たとえば、電解液は、有機溶媒に支持塩であるリチウム塩などが溶解した形態である。有機溶媒としては、支持塩を十分に溶解させ得るものであればよく、たとえば、（１）プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートなどの環状カーボネート類、（２）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等の鎖状カーボネート類、（３）テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジブトキシエタン等のエーテル類、（４）γ−ブチロラクトン等のラクトン類、（５）アセトニトリル等のニトリル類、（６）プロピオン酸メチル等のエステル類、（７）ジメチルホルムアミド等のアミド類、（８）酢酸メチル、蟻酸メチルの中から選ばれる少なくともから一種類または二種以上を混合した非プロトン性溶媒等の可塑剤などが挙げられる。これら有機溶媒は、単独で用いても二種類以上を組み合わせて用いてもよい。支持塩としては、従来公知のものを用い得る。たとえば、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ（ＬｉＢＥＴＩ）、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ（ＬｉＴＦＳＩ）、Ｌｉ（ＦＳＯ２）２Ｎ（ＬｉＦＳＩ）、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎなどを用いる。
【００８７】
（外装体）
外装体２０は、たとえば、内部に金属板を備えたラミネートシートから構成される。
【００８８】
電池１に導電体が貫通する際の動作について説明する。
【００８９】
図３は、電池に導電体が貫通したときの状態を示す説明図である。図４は、図３に示す太線枠Ａ内を拡大した図である。
【００９０】
なお、図３においては、説明を簡単にするために、２つの外部放電部３５ａ、３５ｂのうち、一方の外部放電部３５ａのみを記載し、他方の外部放電部３５ｂを省略している。
【００９１】
釘刺し試験が実施される際には、図３に示すように、導電体５０が電池１を貫通する。このとき、導電体５０を介して、外短部材３３と正極導電材１６が短絡（外部短絡）する。そのため、導電体５０には太い実線の矢印で示す大電流の短絡電流が発電要素１０外で流れる。なお、図３においては、導電体５０により電池１が貫通される際の、発電要素１０に蓄電された電気の発電要素１０内でのイオンの移動による電流を、複数の破線の矢印として示している。
【００９２】
ここで、図４に示すように、導電接続材３３ａは、溶融しやすい金属（低溶融金属）であるため、導電体５０に生じたジュール熱により溶融して、導電体５０との摩擦力によって貫通方向に変形する。これにより、導電接続材３３ａと正極導電材１６が直接接触するようになり、導電体５０を介さなくても電気的に導通した状態となる。
【００９３】
そして、導電体５０の先端が発電要素１０に到達するときには、すでに外部への放電が行われており、導電体５０が貫通して発電要素１０において内部短絡が生じても、発電要素１０内に大電流の短絡電流は流れない。さらに、内部短絡による電流に対する電気抵抗は、外部短絡による電流に対する電気抵抗より相当大きいため、内部短絡による短絡電流は小さくなる。よって、発電要素１０の内部短絡によって大きなジュール熱が発生することもない。このように、発電要素１０外での外部短絡による電力消費が確保され、発電要素１０内での内部短絡によるジュール熱の発生が抑制される。
【００９４】
図５は、外部短絡により生じた熱が発電要素に伝搬することで生じるセパレータの熱損による内部短絡領域の拡大について説明するための説明図である。図６は、外部短絡により生じた熱が発電要素に伝搬することで生じる集電体の熱損による内部短絡領域の拡大について説明するための説明図である。
【００９５】
電池１を高容量化すると、外部放電部３５ａにより短絡電流を発電要素１０外で流しても、短絡電流の増加により、次の問題が生じ得る。すなわち、短絡電流により発生した熱が発電要素１０に伝搬し、特に発熱部である外部放電部３５ａに近いセパレータ１５および集電体１１に破膜などの熱損を生じさせる。後述するように、電池１の満充電時の蓄積エネルギーが２００Ｗｈ以上に高容量化されることで、セパレータ１５および集電体１１に熱損を生じさせる。
【００９６】
図５の太線枠内に示すように、セパレータ１５が熱損により破膜すると、当該セパレータ１５を介して積層された正極電極１２と負極電極１３が破膜箇所を通じて短絡するとともに、破膜箇所を通じてイオンが流れる。図５においては、電子の移動による短絡電流を太い実線の矢印で示し、イオンの移動による短絡電流を太い破線の矢印で示す。このように、破膜箇所において電子およびイオンが流れる内部短絡が生じると、電気抵抗が破膜箇所において低下することで、破膜箇所に大電流の短絡電流が流れ、ジュール熱による発熱が起こる。この発熱により、さらに、電気抵抗が低下する破膜箇所が増加することで内部短絡領域が拡大すると、短絡電流が増大し、ジュール熱の発生が加速され、熱による電池機能の喪失を生じさせる。
【００９７】
図６の太線枠内に示すように、集電体１１が熱損により破膜すると、電子のみを流す集電体１１において、破膜箇所を通じてさらにイオンが流れる。図６においては、電子の移動による短絡電流を太い実線の矢印で示し、イオンの移動による短絡電流を太い破線の矢印で示す。このように、集電体１１において電子およびイオンが流れる内部短絡が生じると、電気抵抗が破膜箇所において低下することで、破膜箇所に大電流の短絡電流が流れ、ジュール熱による発熱が起こる。この発熱により、さらに、電気抵抗が低下する破膜箇所が増加することで内部短絡領域が拡大すると、短絡電流が増大し、ジュール熱の発生が加速され、熱による電池機能の喪失を生じさせる。
【００９８】
本実施形態においては、上述したように、少なくとも、発電要素１０において積層された単電池層１４ｂのうち最外層の単電池層のセパレータ１５ａ、１５ｂの熱収縮率を１％以下とする。さらに、少なくとも、発電要素１０において積層された単電池層１４ｂの間に介在する集電体１１のうち最外層の集電体１１ｃ、１１ｄの熱収縮率を５％以下とする。すなわち、外部放電部３５ａ、３５ｂに最も近いために外部短絡による熱の伝搬による熱損を生じる可能性が高いセパレータ１５および集電体１１のうち、熱損が生じると内部短絡により短絡電流を発生させるものの熱収縮率をそれぞれ１％以下および５％以下とする。これにより、外部短絡により生じた熱が発電要素に伝搬することによるセパレータ１５および集電体１１の熱損を防止し、電池機能の喪失を効果的に防止できる。
【００９９】
また、集電体１１よりもセパレータ１５の熱収縮率を小さくする。これにより、イオンを含む電解質の含有量が集電体１１よりも多いセパレータ１５を耐熱性とすることにより、熱損による破膜箇所からイオンが流れることによる短絡電流の発生を効率的に防止できる。
【実施例】
【０１００】
上記実施形態を適用した実施例について説明する。
【０１０１】
１．実施方法
（１）実施例
表１は、釘刺し試験を実施した電池の仕様と釘刺し試験結果を示す表である。表１の実施例１〜７に示す仕様の電池を作製した。すなわち、セパレータの熱収縮率を１％以下とし、かつ集電体の熱収縮率を５％以下とした。また、電池のエネルギー量を２００Ｗｈまたは３００Ｗｈとした。外部放電部は外装材の内部に設けた。
【０１０２】
（ａ）集電体の作製
集電体は、樹脂マトリックスと導電性フィラーとを含む樹脂集電箔とし、熱収縮率の異なる３種類の集電体を作製した。
【０１０３】
（i）ポリプロピレン集電体（ＰＰ１）
ポリプロピレン、アセチレンブラック、分散剤を、１８０℃、１００ｒｐｍ、滞留時間１０分の条件でペレタイザーで溶融混練して樹脂集電体用ペレットを得た。得られた樹脂集電体用ペレットを用いて、押し出し成形機で膜厚１００μｍの樹脂層に製膜した。これにより、熱収縮率４．３％の集電体を作製した。
【０１０４】
（ii）ポリプロピレン集電体（ＰＰ２）
（i）で作製した集電体の両面を、アセチレンブラックを添加したエポキシ樹脂でコーティングした。これにより、熱収縮率０．９％の集電体を作製した。
【０１０５】
（iii）ポリイミド集電体（ＰＩ）
ポリイミドの前駆体（ポリアミド酸）のＮ−メチルピロリドン溶液、アセチレンブラック、分散剤を、室温で均一混合した後、アプリケーターを用いて離型処理したガラス板上に塗布した後に、２２０℃で１時間加熱して脱溶媒と反応を行うことで膜厚１００μｍの樹脂層に製膜した。これにより、熱収縮率０．１％の集電体を作製した。
【０１０６】
（ｂ）セパレータの作製
熱収縮率の異なる２種類のセパレータを作製した。
【０１０７】
（ｉ）セラミックセパレータ
市販の二次電池用ポリプロピレン製セパレータの表面を耐熱絶縁層でコーティングすることでセパレータを作製した。耐熱絶縁層は、無機粒子およびバインダを含むセラミック層であり、無機粒子としてアルミナを使用した。バインダとしてカルボキシメチルセルロースを使用した。無機粒子であるアルミナ９５質量％およびカルボキシメチルセルロース５質量％を水に分散させてスラリーを作製した。そして、作製したスラリーを二次電池用ポリプロピレン製セパレータの表面に塗布し、６０℃で乾燥することで耐熱絶縁層を形成した。これにより、熱収縮率０．９％のセパレータを作製した。
【０１０８】
（ii）アラミドセパレータ
市販の二次電池用アラミドセパレータで熱収縮率０．１％のものを用いた。
【０１０９】
（ｃ）電池の満充電時の蓄積エネルギー量の測定
使用した電池の満充電時の蓄積エネルギー量については、次のように測定した。すなわち、作製した各電池について、常温（２５℃）において０．２Ｃの定電流で終止電圧が４．２Ｖに達するまで定電流充電した後、電池電圧を４．２Ｖの定電圧で終止電流が０．００２Ｃ相当の電流値に達するまで、定電流−定電圧充電を行い、満充電状態とした。次いで、常温（２５℃）において０．１Ｃの定電流で終止電圧が２．５Ｖに達するまで放電を行い、放電した際の容量（放電容量）と電池電圧の平均値（平均放電電圧）との積として、電池の満充電時の蓄積エネルギー量を測定し、表１中に容量として記載した。
【０１１０】
（ｄ）集電体およびセパレータの熱収縮率の測定
集電体の熱収縮率については、次のように測定した。
【０１１１】
作製された集電体を、大気中の１５０℃の雰囲気に１０分間放置する。そして、集電体が製膜される際に押し出し成形機から流出された方向（ＭＤ方向：Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）およびＭＤ方向に対し垂直の方向（ＴＤ方向：Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）の寸法変化率を測定し、大きい方の寸法変化率を熱収縮率とした。
【０１１２】
セパレータの熱収縮率についても集電体の熱収縮率と同様の方法で測定した。
【０１１３】
（ｅ）釘刺し試験
電池１を満充電した後、直径３ｍｍの釘状の導電体で電池をセルの厚さ方向に貫通させる釘刺し試験を実施した。釘刺し試験結果の良否判断は、発煙および発火の有無により行った。表１には発煙および発火が観察された場合にはＮＧと記載し、発煙および発火が観察されなかった場合はＯＫと記載した。
【０１１４】
（２）比較例
表１の比較例１〜６に示す仕様の電池を作製した。すなわち、セパレータの熱収縮率を１％を超える値とするか、または集電体の熱収縮率を５％を超える値とし、電池のエネルギー量を２００Ｗｈ未満または２００Ｗｈとした。これら以外は実施例と同様の電池を作製した。
【０１１５】
（ａ）集電体の作製
（i）ポリプロピレン集電体（ＰＰ１）、ポリプロピレン集電体（ＰＰ２）、およびポリイミド集電体（ＰＩ）は、実施例と同じものを作製した。
【０１１６】
（ii）ポリエチレン集電体（ＰＥ）
ポリエチレン、アセチレンブラック、分散剤を、１８０℃、１００ｒｐｍ、滞留時間１０分の条件でペレタイザーで溶融混練して樹脂集電体用ペレットを得た。得られた樹脂集電体用ペレットを用いて、押し出し成形機で膜厚１００μｍの樹脂層に製膜した。これにより、熱収縮率５．５％の集電体を作製した。
【０１１７】
（ｂ）セパレータの作製
（i）セラミックセパレータおよびアラミドセパレータは、実施例と同じものを使用した。
【０１１８】
（ii）ポリプロピレンセパレータ（ＰＰ）
市販のポリプロピレン多孔質膜（セルガード社製、セルガード♯３５０１）をＰＰセパレータとして用いた。このＰＰセパレータの熱収縮率は１．５％であった。
【０１１９】
（ｃ）釘指し試験
実施例と同様に釘刺し試験を行った。
【０１２０】
【表１】
2018098206.tif 000003
【０１２１】
２．結果
比較例は、セパレータの熱収縮率が１％を超える値か、または集電体の熱収縮率が５％を超える値である。この場合、電池のエネルギー量が２００Ｗｈ未満のもの以外、すべて不良品となった。なお、比較例１は容量が２００Ｗｈ未満であったのでセパレータが所定の熱収縮率を有していなくても発煙や発火は生じなかった。
【０１２２】
一方、実施例は、エネルギー量が２００Ｗｈ以上の電池であるが、セパレータの熱収縮率を１％以下とし、かつ集電体の熱収縮率を５％以下としている。これにより実施例では、釘刺し試験の結果すべて良品であった。
【０１２３】
３．結論
上記結果により、次のことが実証された。すなわち、エネルギー量（満充電時の蓄積エネルギー）が２００Ｗｈ以上の電池では、外部放電部を設け、かつセパレータの熱収縮率を１％以下で、集電体の熱収縮率を５％以下にすることにより、釘刺し試験の結果良品となる。
【０１２４】
本実施形態は、以下の効果を奏する。
【０１２５】
（１）エネルギー量が２００Ｗｈ以上の双極型二次電池において、少なくとも１つのセパレータの熱収縮率を１％以下とし、かつ少なくとも１つの樹脂集電体の１５０℃における熱収縮率を５％以下とする。発電要素の一方の最外層上に積層し外装体外に導出した第一導電材と、他方の最外層上に積層し外装体外に導出した第二導電材に接続した外短部材とを絶縁部材を介して当該一方の最外層上に積層することで外部放電部を設ける。これにより、セパレータおよび集電体の耐熱性を向上させることで、電池を導電体により貫通しても、外部への放電電流により生じた熱が発電要素に伝わることによるセパレータおよび樹脂集電体の熱損を防止できる。その結果、セパレータおよび樹脂集電体の熱損による内部短絡を防止し、電池機能の喪失を防止できる。
【０１２６】
（２）さらに、少なくとも、発電要素において積層された単電池層のうち最外層の単電池層のセパレータの収縮率を１％以下とし、かつ少なくとも、単電池層の間に介在する樹脂集電体のうち最外層のものの収縮率を５％以下とする。これにより、外部短絡による熱の伝搬の影響を最も受けやすいセパレータおよび集電体のうち、熱損が生じると内部短絡により短絡電流を発生させるものを耐熱性とすることで、発電要素への熱の伝搬による電池機能の喪失を効果的に防止できる。
【０１２７】
（３）さらに、セパレータの方が樹脂集電体よりも熱収縮率を小さくする。これにより、イオンを含む電解質の含有量が樹脂集電体よりも多いセパレータを耐熱性とすることで、熱損による破膜箇所からイオンが流れることによる短絡電流の発生を防止でき、発電要素への熱の伝搬による電池機能の喪失を効率的に防止できる。
【０１２８】
（４）さらに、セパレータをアラミドセパレータとする。これにより、より確実に発電要素への熱の伝搬による電池機能の喪失を防止できる。
【０１２９】
（５）さらに、樹脂集電体を導電性ポリイミドフィルムとする。これにより、より確実に発電要素への熱の伝搬による電池機能の喪失を防止できる。
【０１３０】
（６）さらに、絶縁部材を、外装体の内部で第一導電材を介して発電要素の当該一方の最外層上に積層し、外短部材を、外装体の内部で第二導電材と電気的に接続する。これにより、より簡単な構成で、導電体が電池を貫通しても、発電要素外での外部短絡による電力消費を確保して、電池要素内での内部短絡による熱の発生を効果的に抑制できる。
【０１３１】
（７）第一導電材を、発電要素の一方の最外層上で発電要素と電気的に接続するとともに外装体の外部に導出し、外装体の外部において、外装体を介して発電要素の当該一方の最外層上に積層する。絶縁部材を、外装体の外部において、第一導電材の、外装体を介して発電要素の当該一方の最外層上に積層された部分の上に積層する。外短部材を、外装体の外部において、絶縁部材上に積層し第二導電材と電気的に接続する。これにより、導電体が電池を貫通しても、発電要素外での外部短絡による電力消費を確保して、電池要素内での内部短絡による熱の発生を効果的に抑制できる。また、発電要素外で外部短絡により生じた熱の発電要素への伝導を抑制できる。
【０１３２】
以上、本発明の実施形態に係る双極型二次電池について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されない。
【０１３３】
たとえば、上述した実施形態においては、外部放電部を発電要素の外側である外装体側にそれぞれ設けている。しかし、外部放電部を発電要素の外側である外装体側の一方にのみ設けてもよい。
【０１３４】
また、外部放電部は、導電材と外短部材との間に絶縁部材として空隙を設けることにより構成してもよい。
【符号の説明】
【０１３５】
１  電池、
１０  発電要素、
１１  集電体、
１２  正極電極、
１３  負極電極、
１４ａ  双極型電極、
１４ｂ  単電池層、
１５  セパレータ、
１６  正極導電材、
１７  負極導電材、
１８  シール部、
２０  外装体、
３５ａ、３５ｂ  外部放電部、
１２３  導電部材、
１２４  正極活物質、
１２５  被覆剤、
１２６  導電助剤、
１３４  負極活物質。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2018098206.tif 000005
【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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