(57)【要約】【課題】絶縁フィルムによる安全弁の閉塞を防止し得る電池を提供する。【解決手段】  ここで提案される電池１００は、正極５０および負極６０を備える電極体８０と、電極体８０を収容する電池ケース３０とを備える。電極体８０と電池ケース３０との間には、該電極体８０と電池ケース３０とを隔離する絶縁フィルム１０が配置されている。絶縁フィルム１０は、樹脂と増粘剤とを含んでいる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極および負極を備える電極体と、
前記電極体を収容する電池ケースと
を備え、
前記電極体と前記電池ケースとの間には、該電極体と電池ケースとを隔離する絶縁フィルムが配置されており、
前記絶縁フィルムは、樹脂と増粘剤とを含んでいる、電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池に関する。詳しくは、電極体と電池ケースとの間に絶縁フィルムが配置されている電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池その他の二次電池は、車両搭載用電源、或いはパソコンおよび携帯端末の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく用いられるものとして期待されている。この種の電池においては、シート状正極とシート状負極をセパレータと共に積層し捲回させた捲回電極体を備えた電池構造が知られている。また、電池ケースとしては物理的強度が大きいという観点から金属製のケースが使用されており、この場合には電池ケースと電極体とを絶縁するために、典型的には電極体を絶縁性フィルムで包装することが行われている。例えば特許文献１には、ポリプロピレン製の絶縁バッグに電池組立体を収容し、電池組立体とケースとを電気的に絶縁した二次電池の構成が開示されている。なお、他の技術文献として例えば特許文献２〜４が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１―１５９６２１号公報
【特許文献２】特開２００２―０３３０９１号公報
【特許文献３】特開２００９―２３１１３０号公報
【特許文献４】特開２０１２―１８６００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されるような樹脂製の絶縁部材を電極体と電池ケースとの間に配置すると、電池が発熱した際に絶縁部材が溶融する。その結果、溶融した絶縁部材（樹脂）が流動して安全弁を閉塞する虞がある。かかる不具合に対処すべく複数の安全弁を設けることも考えられるが、複数の安全弁を設ける場合には、設計制約が増える、コストが増大する等のデメリットが生じ得る。本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、電池ケースと電極体とを絶縁フィルムで絶縁するとともに、該絶縁フィルムによる安全弁の閉塞を防ぐことである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ここで提案される電池は、正極および負極を備える電極体と、該電極体を収容する電池ケースとを備える。前記電極体と前記電池ケースとの間には、該電極体と電池ケースとを隔離する絶縁フィルムが配置されている。前記絶縁フィルムは、樹脂と増粘剤とを含んでいる。かかる構成によると、絶縁フィルムに増粘剤が含まれているので、電池が発熱した際に、溶融した絶縁フィルム（樹脂）が流動して安全弁を閉塞するような事象を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る電池の構成を模式的に示す分解斜視図である。
【図２】図２は、内圧開放時間を説明するための図である。
【図３】図３は、ＣＭＣ添加量と内圧開放時間との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、角型リチウムイオン二次電池を例にして本発明の電池の構造について詳細に説明するが、本発明をかかる実施形態に記載されたものに限定することを意図したものではない。
【０００８】
図１（ａ）〜（ｃ）は本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００の構成を模式的に示す分解図である。このリチウムイオン二次電池１００は、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、電極体８０と電池ケース３０と絶縁フィルム１０とを備えている。なお、ここでは便宜上、符号１００を図１（ａ）に付しているが、電極体８０と絶縁フィルム１０とを電池ケース３０に収容した状態でリチウムイオン二次電池１００が構築され得る。本実施形態の電極体８０は、所定の電池構成材料（正負極それぞれの活物質、正負極それぞれの集電体、セパレータ等）から構成されている。この実施形態では、扁平形状の捲回電極体８０が、図示しない液状電解質（電解液）とともに、扁平な角形の電池ケース（即ち外装容器）３０に収容されている。
【０００９】
電池ケース３０は、一端（電池の通常の使用状態における上端部に相当する。）に開口部３２ａを有する箱形（すなわち有底直方体状）のケース本体３２と、その開口部３２ａに取り付けられて該開口部３２ａを塞ぐ矩形状プレート部材からなる蓋体３４とから構成される。電池ケース３０の材質は、高強度であり軽量で熱伝導性が良い金属製材料が好ましく、このような金属製材料として、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼などが挙げられる。蓋体３４には外部接続用の正極端子４２および負極端子４４が形成されている。蓋体３４の両端子４２、４４の間には、電池ケース３０の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に該内圧を開放するように構成された薄肉の安全弁３６が形成されている。
【００１０】
捲回電極体８０は、長尺なシート状正極（正極シート）と、該正極シートと同様の長尺シート状負極（負極シート）とを計二枚の長尺シート状セパレータとを備えている。
【００１１】
正極シート５０は、帯状の正極集電体５２と正極活物質層とを備えている。正極集電体５２には、例えば、厚さが凡そ１５μｍの帯状のアルミニウム箔が用いられている。正極集電体５２の幅方向片側の縁部に沿って未塗工部５２ａが設定されている。正極活物質層は、正極集電体５２に設定された未塗工部５２ａを除いて、正極集電体５２の両面に保持されている。正極活物質層には、正極活物質や導電材やバインダが含まれている。正極活物質の例を挙げると、ＬｉＮｉＣｏＭｎＯ２（リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物）などのリチウム遷移金属酸化物が挙げられる。例えば、正極活物質に、導電材としてアセチレンブラック（ＡＢ）等の粉末状カーボン材料を混合することができる。また、正極活物質と導電材の他に、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のバインダを添加することができる。
【００１２】
負極シート６０は、帯状の負極集電体６２と負極活物質層とを備えている。負極集電体６２には、例えば、厚さが凡そ１０μｍの帯状の銅箔が用いられている。負極集電体６２の幅方向片側には、縁部に沿って未塗工部６２ａが設定されている。負極活物質層は、負極集電体６２に設定された未塗工部６２ａを除いて、負極集電体６２の両面に保持されている。負極活物質層には、負極活物質や増粘剤やバインダなどが含まれている。負極活物質の例を挙げると、黒鉛などの炭素材料が挙げられる。例えば、負極活物質に、バインダとしてのスチレンブタジエン共重合体（ＳＢＲ）を混合することができる。また、負極活物質とバインダの他に、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等の増粘剤を添加することができる。
【００１３】
セパレータは、正極シート５０と負極シート６０とを隔てる部材である。セパレータは、微小な孔を複数有する所定幅の帯状のシート材で構成されている。セパレータには、例えば、多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成された単層構造のセパレータ或いは積層構造のセパレータを用いることができる。
【００１４】
捲回電極体８０は、電池ケース３０（この例では、蓋体３４）に取り付けられた正極端子４２および負極端子４４に取り付けられている。捲回電極体８０は、捲回軸に直交する一の方向において扁平に押し曲げられた状態で電池ケース３０に収納されている。また、捲回電極体８０は、正極シート５０の未塗工部５２ａと負極シート６０の未塗工部６２ａとが互いに反対側にはみ出ている。このうち、正極シート５０の未塗工部５２ａには正極集電端子５６が付設されており、上述の正極端子４２と電気的に接続されている。また、負極シート６０の未塗工部６２ａには負極集電端子６６が付設されており、上述の負極端子４４と電気的に接続されている。
【００１５】
電解液（非水電解液）としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる非水電解液と同様のものを特に限定なく使用することができる。かかる非水電解液は、典型的には、適当な非水溶媒に支持塩を含有させた組成を有する。上記非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、等を用いることができる。また、上記支持塩としては、例えば、ＬｉＰＦ６等のリチウム塩を用いることができる。電解液は、蓋体３４に設けられた注液孔３８から電池ケース３０内に注入するとよい。
【００１６】
電極体８０と電池ケース３０との間には、当該電極体８０と電池ケース３０とを隔離する絶縁フィルム１０が配置されている。絶縁フィルム１０は、樹脂と増粘剤とを含んでいる。かかる絶縁フィルム１０によって、発電要素である電極体８０と電池ケース３０との直接的な接触が回避され、電極体８０と電池ケース３０との絶縁を確保することができる。この実施形態では、絶縁フィルム１０は、電極体８０を囲む袋状に形成されている。詳細には、絶縁フィルム１０は、上端側が開口した有底の袋状であり、上端開口を介して電極体８０がその内部に収容されている。そして、内部に電極体８０を収容した状態で、ケース本体３２に収容されている。
【００１７】
絶縁フィルム１０の材質は、絶縁部材として機能し得る材料で構成されていればよく、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等のポリオレフィン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）等の樹脂を好適に使用することができる。
【００１８】
絶縁フィルム１０に含まれる増粘剤としては、絶縁フィルム１０を構成する樹脂の粘度を増大させる作用を有する物質であればよい。また、絶縁フィルム１０を構成する樹脂に安定して混合し得る増粘剤を用いることが好ましい。さらに、電池が発熱したときのような高温条件下においても優れた増粘作用を示す増粘剤であることが好ましい。このような条件を満たす増粘剤を特に制限なく用いることができる。かかる増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、メチルセルロース（ＭＣ）、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）、ヒドロキシエチルメチルセルロース（ＨＥＭＣ）等のセルロース系ポリマーが例示される。あるいは、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、エチレン‐ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、ポリアクリル酸塩、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン等を用いることができる。これら増粘剤は、絶縁フィルムを構成する樹脂の粘度を効果的に増大させるため、本発明の目的に適した増粘剤として好適に使用し得る。これら増粘剤の一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。中でもＣＭＣ、ＰＶＰ、ＰＰＧの一種または二種以上の使用が好ましい。
【００１９】
かかる増粘剤を添加した絶縁フィルム１０を用いることにより、過充電等により電池が発熱した際に、溶融した絶縁フィルム１０（樹脂）が流動して安全弁３６を閉塞するような事態を防止することができる。したがって、安全弁３６を作動して速やかに内圧を開放することができる。
【００２０】
特に限定するものではないが、絶縁フィルム１０全体に占める増粘剤の割合としては、概ね０．５質量％以上とすることが適当であり、好ましくは０．８質量％以上であり、特に好ましくは１質量％以上である。増粘剤の割合が少なすぎると、上述した性能向上効果（溶融した絶縁部材による安全弁３６の閉塞を回避して速やかに内圧を開放する効果）が十分に得られない場合がある。その一方、増粘剤の割合が多すぎると、上述した性能向上効果が鈍化することに加えて、コストも割高になるためメリットがあまりない。増粘剤の割合は、概ね３質量％以下とすることが適当であり、好ましくは２質量％以下である。
【００２１】
なお、蓋体３４の外形は、開口部３２ａの形状に適合する略長方形状である。ここで開示される技術は、例えば、蓋体３４の幅（上記略長方形状における短辺の長さ）が凡そ１０ｍｍ〜２８ｍｍである電池に好ましく適用され得る。このように蓋体３４の幅が比較的狭い電池では、蓋体３４の幅方向において、安全弁３６と絶縁フィルム１０との距離が短くなりがちであり、溶融した絶縁フィルム１０で安全弁３６が閉塞されやすい。したがって、ここに開示される技術を適用して絶縁フィルム１０による安全弁３６の閉塞を防止することが特に有意義である。例えば、蓋体３４の幅方向において、蓋体３４の外縁から安全弁３６までの最小距離が１０ｍｍ以下（例えば８ｍｍ以下）である電池に好ましく適用され得る。
【００２２】
≪試験例≫
上述した増粘剤を添加した絶縁フィルム１０を用いて電池を構築することにより、発熱時における絶縁フィルム１０の流動（ひいては安全弁３６の閉塞）を防止し得ることを確認するため、試験例として以下の実験を行った。
【００２３】
すなわち、正極集電体としてのアルミニウム箔表面にリチウムイオン電池用正極活物質層が形成された正極シート５０と、負極集電体としての銅箔表面にリチウムイオン電池用負極活物質層が形成された負極シート６０とを、２枚の多孔質セパレータシートを介して捲回し、該捲回した捲回体を側面方向から押し潰すことによって扁平状の捲回電極体８０を作製した。このようにして得られた捲回電極体８０を上端が開口した絶縁フィルム１０に挿入した。絶縁フィルム１０としては、ポリプロピレン（ＰＰ）製のものを使用した。また、絶縁フィルム１０には、増粘剤としてのＣＭＣを所定割合で添加した。その後、捲回電極体８０を絶縁フィルム１０とともにケース本体３２に収容し、ケース本体３２の開口部を蓋体３４で溶接により封口した。なお、蓋体３４には外部接続用の正極端子４２および負極端子４４が形成されている。また、蓋体３４の両端子４２、４４の間には、電池ケース３０の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に該内圧を開放するように構成された薄肉の安全弁３６が形成されている。
【００２４】
実施例１〜３および比較例１は、絶縁フィルム１０に添加したＣＭＣ（増粘剤）の量が異なる。詳細には、実施例１、２、３および比較例の順に、ＣＭＣの添加量を０．５質量％、１質量％、２質量％、０質量％（増粘剤なし）とした。
【００２５】
実施例１〜３および比較例に係る電池に対して５℃／ｍｉｎの速度で加熱する加熱試験を実施した。そして、安全弁３６が開弁してから内圧が大気圧に開放されるまでの時間（内圧開放時間）を測定した（図２参照）。結果を表１および図３に示す。ここでは比較例の内圧開放時間を１００としたときの相対値で示している。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
表１および図３に示すように、絶縁フィルムにＣＭＣを添加した実施例１〜３に係る電池は、比較例に係る電池に比べて内圧開放時間が短かった。実施例１〜３に係る電池では、溶融した絶縁フィルムが流動して安全弁３６を閉塞するような事象が回避されたため、内圧が速やかに開放されたものと推測される。
【００２８】
以上、ここで提案される電池について種々説明したが、本発明は、特に言及されない限りにおいて、上述した何れの実施形態にも限定されない。例えば、電池の種類は上述したリチウムイオン二次電池に限られず、電極体構成材料や電解質が異なる種々の内容の電池、例えば、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、或いは電気二重層キャパシタであってもよい。
【００２９】
また、角形電池に限定されず、他の電池形態として、円筒型電池などであってもよい。ここで円筒型電池は、円筒型の電池ケースに捲回電極体を収容した電池である。さらに、電池の電極体は、捲回電極体を例示したが、正極シートと、負極シートとが、セパレータを介して交互に積層された、いわゆる積層型の電極体で構成してもよい
【００３０】
ここで提案される電池は、電池発熱時に安全弁が適切に作動するため、特に、自動車用途における車載搭載用の電源として好適である。この場合、例えば、二次電池の複数個を接続して組み合わせた組電池の形態で、自動車などの車両のモータ（電動機）を駆動させる車両駆動用電源として好適に利用され得る。
【符号の説明】
【００３１】
１０    絶縁フィルム
３０    電池ケース
３２    ケース本体
３４    蓋体
３６    安全弁
４２    正極端子
４４    負極端子
５０    正極シート
６０    負極シート
８０    電極体
１００  リチウムイオン二次電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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