(57)【要約】      （修正有）【課題】電極シートを絶縁性の樹脂で覆わなくても短絡が発生しない積層型二次電池を提供する。【解決手段】正極電極シート２１と負極電極シートとが、セパレータ２６を介して積層された積層型二次電池であって、正極電極シート２１または負極電極シートの少なくともいずれか一方は両面がセパレータ２６で覆われるとともに、セパレータ２６は正極電極シート２１または負極電極シートの周囲に間隔を設けて融着した融着接合部２４によって接合され、融着接合部２４の内周部、外周部、もしくは隣接する融着接合部２４の間には連続的に融着した融着封止部２５が設けられて正極電極シート２１または負極電極シートを収容した内部とセパレータ外部とが封止され、さらにセパレータ突出部２８の長さ（Ｌ１）が、下記式を満たす。Ｌ１≧Ｌ２×Ｃ（Ｌ１はセパレータ突出部の長さ（ｍｍ）、Ｌ２はセパレータ長さ（ｍｍ）、Ｃはセパレータ長さ方向の熱収縮率（％）を示す）【選択図】図１
2011165352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極電極シートと負極電極シートとが、セパレータを介して対向し積層された積層型二次電池であって、前記正極電極シートまたは前記負極電極シートの少なくともいずれか一方は両面が前記セパレータで覆われるとともに、前記セパレータは前記正極電極シートまたは前記負極電極シートの周囲に間隔を設けて融着した融着接合部によって接合されており、前記融着接合部の内周部、外周部、もしくは隣接する前記融着接合部の間には連続的に融着した融着封止部が設けられて前記正極電極シートまたは前記負極電極シートを収容した内部とセパレータ外部とが封止され、さらにセパレータ突出部の長さ（Ｌ１）が、下記式（１）を満たすことを特徴とする積層型二次電池。
Ｌ１≧Ｌ２×Ｃ                          （１）
（式中、Ｌ１はセパレータ突出部の長さ（ｍｍ）、Ｌ２はセパレータ長さ（ｍｍ）、Ｃはセパレータ長さ方向の熱収縮率（％）を示す）
【請求項２】
前記セパレータ突出部の長さ（Ｌ１）が、下記式（２）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の積層型二次電池。
Ｌ１≧Ｌ２×Ｃ＋１                      （２）
（式中、Ｌ１はセパレータ突出部の長さ（ｍｍ）、Ｌ２はセパレータ長さ（ｍｍ）、Ｃはセパレータ長さ方向の熱収縮率（％）を示す）
【請求項３】
前記セパレータ突出部の長さ方向の外周部に、連続的に融着した前記融着封止部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の積層型二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層型二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やノートパソコンに代表される携帯端末に使用される電池は軽量かつ高容量のものが必要とされる例が増大しており、比較的形状の自由度が高いラミネートフィルムを用いて電極や電解質等の電池要素を密閉した積層型二次電池が採用されるようになってきた。また、積層型二次電池は２個以上を積層させて複数のセルを直列接続した電池パックや電池モジュールの構造をとりやすく、それらが電動アシスト自転車や電動工具、電気自動車のように大電流が必要となる機器に使用される例が増大している。
【０００３】
図４は、積層型二次電池を示す図であり、図４（ａ）は構成を示す斜視図、図４（ｂ）は積層体の内訳を示す斜視図である。
【０００４】
正極電極シート１３にはアルミリード１６が接続されており、負極電極シート１４にはニッケルリード１７が接続されている。複数の正極電極シート１３および負極電極シート１４を、セパレータ１５を介して積層した積層体１８を、アルミラミネートフィルム１１の中に電解液１２と共に密封する。
【０００５】
正極電極シートと負極電極シートを電気的に隔離するセパレータは、ポリエチレン、ポリプロピレン等の樹脂製の微多孔性フィルムを用いるのが一般的である。それらのセパレータは、製造時におけるフィルム樹脂の引き取り方向（Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ：マシンダイレクション、長さ方向、以下ＭＤと略す）と直交するフィルム樹脂の幅方向（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ：トランスバースダイレクション、以下ＴＤと略す）に方向性を有する。
【０００６】
特許文献１には、正極電極と負極電極とをセパレータを介して対向して積層した積層型二次電池において、正極電極または負極電極の少なくともいずれか一方は、両面がセパレータで覆われるとともにセパレータは正極電極または負極電極の周囲に間隔を設けて融着した融着接合部によって接合されており、融着接合部の内周部、外周部、もしくは隣接する融着接合部の間には連続的に融着した融着封止部が設けられて正極電極または負極電極を収容した内部とセパレータ外部とが封止された積層型二次電池が記載されている。
【０００７】
図３は、正極電極シートを収納した従来のセパレータ袋の平面図である。
【０００８】
特許文献１によれば、図３に示すように、導電接続用の引出端子２２を引き出した正極電極シート２１（あるいは負極電極シート）を２枚のセパレータ２６内に収容し、これを袋状に加工する工法が良く、セパレータ袋は、正極電極シート２１または負極電極シートの周囲に間隔を設けて融着した融着接合部２４によって接合されており、融着接合部２４の外周部（もしくは内周部）に連続的に融着した融着封止部２５を設けることが良いとしている。
【０００９】
融着封止部を設けると、特許文献１で示されている正極電極または負極電極から剥離した活物質の流出を防止するという利点のほかに、セパレータの熱による収縮を抑制する効果がある。
【００１０】
表１に一般的なセパレータの引張強度および熱収縮率を示す。
【００１１】
【表１】
2011165352.tif 000003
【００１２】
ここでセパレータＡは、ポリプロピレン系の乾式、一軸延伸タイプのセパレータで、セパレータＢは、ポリエチレン系の湿式、二軸延伸タイプのセパレータである。
【００１３】
セパレータは、ポリプロピレンやポリエチレン等の樹脂を延伸して製作しているため、高温にさらされると収縮し、その収縮率は１０５℃−１ｈの条件で３〜４％である。
【００１４】
特許文献２には、少なくとも、正極の集電体露出部と、負極の集電体露出部がセパレータを介して対向する部分では、正極の集電体露出部の上に、２種類以上の樹脂が混合された絶縁樹脂層が形成されていることを特徴とする非水電池が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特許第３９３４８８８号公報
【特許文献２】特開２００７−２５８０５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、特許文献１において、袋状のセパレータには図３に示すように、必ず電極引出部２３が存在する。ここは集電のために電極から引き出された引出端子２２が存在するため、融着封止部２５を設けることはできない。したがって、高温にさらされるとこの部分は熱収縮がおき、電極間の短絡が発生する恐れがある。
【００１７】
セパレータの電極引出部が熱収縮する対策として、特許文献２では、熱収縮により露出されることが予想される範囲へ絶縁性の樹脂で保護する方法が提案されている。
【００１８】
しかし、この方法はセパレータが収縮する面積より広い面積を絶縁性の樹脂で覆う必要があり、電極の活物質部分も覆うことになり得るので、容量が損失する恐れがある。
【００１９】
すなわち、本発明の技術的課題は、電極シートを絶縁性の樹脂で覆わなくても短絡が発生しない積層型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】
【００２０】
本発明の積層型二次電池は、正極電極シートと負極電極シートとが、セパレータを介して対向し積層された積層型二次電池であって、前記正極電極シートまたは前記負極電極シートの少なくともいずれか一方は両面が前記セパレータで覆われるとともに、前記セパレータは前記正極電極シートまたは前記負極電極シートの周囲に間隔を設けて融着した融着接合部によって接合されており、前記融着接合部の内周部、外周部、もしくは隣接する前記融着接合部の間には連続的に融着した融着封止部が設けられて前記正極電極シートまたは前記負極電極シートを収容した内部とセパレータ外部とが封止され、さらにセパレータ突出部の長さ（Ｌ１）が、下記式（１）を満たすことを特徴とする。
Ｌ１≧Ｌ２×Ｃ                          （１）
（式中、Ｌ１はセパレータ突出部の長さ（ｍｍ）、Ｌ２はセパレータ長さ（ｍｍ）、Ｃはセパレータ長さ方向の熱収縮率（％）を示す）
【００２１】
前記セパレータ突出部の長さ（Ｌ１）が、下記式（２）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の積層型二次電池。
Ｌ１≧Ｌ２×Ｃ＋１                      （２）
（式中、Ｌ１はセパレータ突出部の長さ（ｍｍ）、Ｌ２はセパレータ長さ（ｍｍ）、Ｃはセパレータ長さ方向の熱収縮率（％）を示す）
【００２２】
本発明の積層型二次電池は、前記セパレータ突出部の長さ方向の外周部に、連続的に融着した前記融着封止部を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明により、電極シートを絶縁性の樹脂で覆わなくても短絡が発生しない積層型二次電池の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】正極電極シートを収納した本発明によるセパレータ袋の平面図。
【図２】正極電極シートを収納した本発明による他のセパレータ袋の平面図。
【図３】正極電極シートを収納した従来のセパレータ袋の平面図。
【図４】積層型二次電池を示す図であり、図４（ａ）は構成を示す斜視図、図４（ｂ）は積層体の内訳を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
【００２６】
上記の課題を解決するために、本発明は、予め融着封止部を設けることができない電極引出部のセパレータを、収縮する量より大きめに突出させておき、その中に正極電極シートまたは負極電極シートを挿入して積層するものである。
【００２７】
セパレータが収縮すると、電極シートの集電体が露出するので短絡する恐れがあるが、融着封止部は熱により破断することがないため、セパレータが収縮しても電極シートが露出することがなく、短絡は発生しない。
【００２８】
すなわち、本発明によれば、熱によってセパレータが収縮しても、収縮する量より大きく突出したセパレータ突出部があるため電極シートの集電体が露出せず、正極負極間での短絡の生じることのない安全性に優れた積層型二次電池を提供することができる。
【００２９】
図１は、正極電極シートを収納した本発明によるセパレータ袋の平面図である。
【００３０】
２枚のセパレータ２６を袋状にして、引出端子２２を備えた正極電極シート２１を挿入している。２枚のセパレータ２６を重ねあわせ、その中に正極電極シート２１を挿入し、電極引出部２３をのぞく全周に融着接合部２４を設け、さらに融着接合部２４の外周部に連続した融着封止部２５を設けた。
【００３１】
導電接続用の引出端子２２を引き出した正極電極シート２１（あるいは負極電極シート）を２枚のセパレータ２６内に収容し、これを袋状に加工する工法が良く、セパレータ袋は、正極電極シート２１または負極電極シートの周囲に間隔を設けて融着した融着接合部２４によって接合されており、融着接合部２４の外周部（もしくは内周部）に連続的に融着した融着封止部２５を設けるのが良い。
【００３２】
このとき、電極引出部２３がある辺の融着接合部２４および融着封止部２５は、端からセパレータ突出部２８だけ内側に設け、未融着セパレータ２７は融着封止部２５の作製後に取り除いた。
【００３３】
融着接合部と融着封止部の長さにセパレータ突出部の長さを加えたものが、使用するセパレータの熱収縮量より十分大きいことが短絡を防止するうえで好ましい。
【００３４】
セパレータ突出部の長さ（Ｌ１）は、下記式（１）を満たすことが短絡を防止するうえで好ましい。
Ｌ１≧Ｌ２×Ｃ＋１                          （１）
（式中、Ｌ１はセパレータ突出部の長さ（ｍｍ）、Ｌ２はセパレータ長さ（ｍｍ）、Ｃはセパレータ長さ方向の熱収縮率（％）を示す）
【００３５】
セパレータ長さは、セパレータ突出部の長さを含まない長さである。セパレータ長さＬ２と熱収縮率の積がセパレータの収縮量である。本来は、１ｍｍを加えなくても短絡は防止できるが、安全を見込み、これに１ｍｍ加えた長さ以上をセパレータ突出部の長さＬ１にすれば、セパレータが収縮しても電極シートが露出することはなく、短絡を確実に防止することができる。
【００３６】
フィルムの場合において熱収縮率は、延伸率が大きいほど、収縮率は大きくなる。一軸延伸のセパレータではＴＤはほとんど収縮しないが、二軸延伸のセパレータではＴＤ、ＭＤともに収縮する。
【００３７】
収縮率は使用温度が高いほど高くなり、また材質によりその値は異なる。従って、使用するセパレータの材質、延伸率、温度を設定する設計により収縮率は異なってくるので、一概に熱収縮率を数値表記することはできない。使用温度は高くても１３０℃である場合には、Ｃは１３０℃での熱収縮率を用いることができる。使用される温度におけるセパレータの収縮量よりも長い、セパレータ突出部の長さを設けることで、式（１）を満たし、短絡を防止することができる。
【００３８】
セパレータの材質は、樹脂系であるのが好ましく、ポリプロピレン、ポリエチレン系の多孔膜であるのが特に好ましい。本発明に使用されるポリプロピレン、ポリエチレン系の樹脂フィルムは収縮しやすく、鉛電池などで使用される不織布などは収縮しない。
【実施例】
【００３９】
以下に本発明の実施例を詳述する。
【００４０】
（実施例１）
引出端子を備え、引出端子を除いた大きさが、長さ１００ｍｍ幅５０ｍｍの正極電極シートを作製した。
【００４１】
セパレータにはＴＤ破断強度１０００ｋｇｆ／ｃｍ２、ＭＤ破断強度１０００ｋｇｆ／ｃｍ２のポリエチレン単層構造をもち、１３０℃におけるセパレータ長さ方向の熱収縮率が４．５％のものを使用した。
【００４２】
図１のように、長さ１０７ｍｍ幅５４ｍｍのセパレータ２６を２枚重ねあわせ、その中に長さ１００ｍｍ幅５０ｍｍの正極電極シート２１を挿入し、電極引出部２３を除いた全周に長さ２ｍｍ幅２ｍｍの融着接合部２４を設け、さらに融着接合部２４の外周部に連続した融着封止部２５を設けた。すなわち、融着接合部２４の長さに融着封止部２５の長さを加えると２ｍｍであった。このとき、電極引出部２３がある辺の融着接合部２４および融着封止部２５は、セパレータ突出部２８の長さが３ｍｍとなるように先端から３ｍｍ内側に設け、この３ｍｍの未融着セパレータ２７は融着封止部２５を設けた後に取り除いて、セパレータ袋を作製した。実質的なセパレータ突出部の長さは、セパレータ突出部２８の長さに、融着接合部２４＋融着封止部２５を加えた長さであり、５ｍｍであった。
【００４３】
引出端子２２を備え、引出端子２２を除いた大きさが、長さ１００ｍｍ幅５０ｍｍの負極電極シートを作製した。
【００４４】
前述の方法で製作したセパレータ袋に入った正極電極シート２１を１４枚準備し、長さ１００ｍｍ幅５０ｍｍの負極電極シート１５枚を交互に積層して、さらに上下左右にずれがないように揃えて、ポリプロピレンテープで固定し積層体を得た。
【００４５】
（実施例２）
長さ１０８ｍｍ幅５４ｍｍのセパレータ２枚を重ねあわせ、電極引出部がある辺の融着接合部および融着封止部は、セパレータ突出部の長さが４ｍｍとなるように先端から４ｍｍ内側に設け、この４ｍｍの未融着セパレータは融着封止部を設けた後に取り除いて、セパレータ袋を作製した以外は実施例１と同様にして積層体を得た。実質的なセパレータ突出部の長さは、セパレータ突出部の長さに、融着接合部＋融着封止部を加えた長さであり、６ｍｍであった。
【００４６】
（比較例１）
従来技術を用いて図３のように、長さ１０４ｍｍ幅５４ｍｍのセパレータ２枚を重ねあわせ、電極引出部がある辺の融着接合部および融着封止部は、セパレータ突出部がないように、セパレータ袋を作製した以外は実施例１と同様にして積層体を得た。実質的なセパレータ突出部の長さは、セパレータ突出部の長さに、融着接合部＋融着封止部を加えた長さであり、２ｍｍであった。
【００４７】
（比較例２）
長さ１０５ｍｍ幅５４ｍｍのセパレータ２枚を重ねあわせ、電極引出部がある辺の融着接合部および融着封止部は、セパレータ突出部の長さが１ｍｍとなるように先端から１ｍｍ内側に設け、この１ｍｍの未融着セパレータは融着封止部を設けた後に取り除いて、セパレータ袋を作製した以外は実施例１と同様にして積層体を得た。実質的なセパレータ突出部の長さは、セパレータ突出部の長さに、融着接合部＋融着封止部を加えた長さであり、３ｍｍであった。
【００４８】
（比較例３）
長さ１０６ｍｍ幅５４ｍｍのセパレータ２枚を重ねあわせ、電極引出部がある辺の融着接合部および融着封止部は、セパレータ突出部の長さが２ｍｍとなるように先端から２ｍｍ内側に設け、この２ｍｍの未融着セパレータは融着封止部を設けた後に取り除いて、セパレータ袋を作製した以外は実施例１と同様にして積層体を得た。実質的なセパレータ突出部の長さは、セパレータ突出部の長さに、融着接合部＋融着封止部を加えた長さであり、４ｍｍであった。
【００４９】
（実施例３）
図２は、正極電極シートを収納した本発明による他のセパレータ袋の平面図である。
【００５０】
２枚のセパレータ２６を袋状にして、引出端子２２を備えた正極電極シート２１を挿入している。２枚のセパレータ２６を重ねあわせ、その中に正極電極シート２１を挿入し、電極引出部２３をのぞく全周に融着接合部２４を設け、さらに融着接合部の外周部に連続した融着封止部２５を設けた。
【００５１】
このとき、電極引出部２３がある辺の融着接合部２４および融着封止部２５は、端からセパレータ突出部２８だけ内側に設け、さらにセパレータ突出部２８の長さ方向の外周部に、連続的に融着した溶着封止部２９を設けた。未溶着セパレータ２７は融着封止部２５と溶着封止部２９を作製後に取り除いた。
【００５２】
セパレータ突出部の長さ方向の外周部に、２箇所の溶着封止部を有する以外は比較例３と同様にして積層体を得た。実質的なセパレータ突出部の長さは、セパレータ突出部の長さに、融着接合部＋融着封止部を加えた長さであり、４ｍｍであった。
【００５３】
このようにして作製した積層体を、恒温槽中に置き、恒温槽の温度を５±２℃／分の昇温温度で１３０±２℃まで上昇させ、１３０±２℃で１０分間保持した。その後室温で十分温度を冷まし、正極と負極間の短絡の有無と積層体を分解してセパレータの収縮量を測定した。
【００５４】
なお、この試験条件はリチウムイオン二次電池の安全性試験に関する日本工業規格ＪＩＳＣ８７１２を参考にした。
【００５５】
高温放置後のセパレータ収縮量と高温放置後の電極間短絡有無を表２に示す。
【００５６】
【表２】
2011165352.tif 000004
【００５７】
従来技術を用いた比較例１は負極に対向する正極電極シートが露出し短絡していた。実質的なセパレータ突出部の長さは、表２におけるセパレータ突出部の長さに、融着接合部＋融着封止部を加えた長さである。比較例２、３もセパレータの突出部の長さがセパレータの熱収縮量より小さいため短絡した。
【００５８】
実施例１と実施例２は、セパレータは収縮していたが負極電極シートに正極電極シートが対向しているところまでは収縮していないため短絡は発生しなかった。
【００５９】
実施例３のセパレータ突出部の長さは比較例３と同じだが、セパレータ突出部の長さ方向の外周部に、連続的に融着した溶着封止部を設けたために収縮が抑制され短絡しなかった。
【００６０】
引出端子の周囲に融着接合部と融着封止部を設けないセパレータ袋を作製して上記と同様の実験を行ったが、セパレータ収縮量は表２とほぼ同じ結果に、電極間短絡有無は同じ結果になった。
【００６１】
本実施例において、実質的なセパレータ突出部の長さは、表２におけるセパレータ突出部の長さに、融着接合部＋融着封止部を加えた長さであった。またセパレータの長さは１００ｍｍ、セパレータの熱収縮率は４．５％であった。
【００６２】
従って、式（１）から計算すると、（実質的な）セパレータ突出部の長さが５．５ｍｍ以上（１００×０．０４５＋１）であれば短絡は防止できることになるが、表２から、これが確認できた。
【００６３】
これにより、電極シートを絶縁性の樹脂で覆わなくても短絡が発生しない積層型二次電池の提供が可能であることが確認できた。
【００６４】
以上、実施例を用いて、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００６５】
１１      アルミラミネートフィルム
１２      電解液
１３、２１      正極電極シート
１４      負極電極シート
１５、２６      セパレータ
１６      アルミリード
１７      ニッケルリード
１８      積層体
２２      引出端子
２３      電極引出部
２４      融着接合部
２５      融着封止部
２７      未融着セパレータ
２８      セパレータ突出部
２９      溶着封止部
【図１】
2011165352.tif 000005
【図２】
2011165352.tif 000006
【図３】
2011165352.tif 000007
【図４】
2011165352.tif 000008