(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極との電極板をセパレータとともに扁平な形状に捲回した捲回体と，電解液とを電池ケースに封入してなる捲回型二次電池において，
前記捲回体は，
扁平な箇所と扁平な箇所との間にＲ部が形成されており，
前記Ｒ部のうち，少なくとも捲回の最内周側から１つ目の電極板と２つ目の電極板との間の位置に配置され，前記電解液を透過させる，前記セパレータとは別に設けられた絶縁体を有し，
前記絶縁体は，
前記捲回体の捲回軸方向の幅全体に渡って配置されているとともに，
１５０℃で１０分間放置した場合の収縮率が１．５％以下のものであることを特徴とする捲回型二次電池。
【請求項２】
請求項１に記載の捲回型二次電池において，
前記絶縁体の厚さが１０〜１５μｍの範囲内であることを特徴とする捲回型二次電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の捲回型二次電池において，
前記絶縁体は，互いに重ならないように両側のＲ部にそれぞれ設けられていることを特徴とする捲回型二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，帯状の正負の電極板を捲回してなる捲回型の二次電池に関する。さらに詳細には，扁平形状に捲回した捲回型二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より，例えばリチウムイオン二次電池等の捲回型二次電池が使用されている。この捲回型二次電池においては，正極板と負極板とが，間にセパレータを挟んで対面するように，捲回されている。二次電池では，過充電や微小短絡等の原因により，電池温度が通常の使用時より上昇する場合があることが知られている。セパレータは通常，樹脂製のものを用いていたため，温度上昇の程度によっては収縮または変形するおそれがあった。
【０００３】
正極板と負極板との間でセパレータが収縮したり変形によって穴があいたりすると，その箇所の絶縁性が維持できなくなるおそれがあるので好ましくない。これに対し，例えば特許文献１では，捲回型の電極体の最外周に耐熱強度の高いテープを巻き付けた二次電池が開示されている。これにより，電池温度が上昇しても，外装缶と電極体との絶縁性が維持され，短絡が防止されるとされている。また，特許文献２では，セパレータの表面の一部に耐熱層が設けられた二次電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２５１８６６号公報
【特許文献２】特開２００５−３０２６３４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，前記した従来の特許文献１に記載の技術では，外装缶との間の絶縁は確保されたとしても，電極体の内部についての対処はなされていない。捲回型の二次電池では，一般に，内周側ほど高温となりがちであり，特に最内周における正極板と負極板との絶縁を確保することが必要となっている。特に扁平形状に捲回された電極体では，扁平面と扁平面との間に形成されるＲ部で，電極板やセパレータに比較的大きな曲げ変形による応力がかかっている。そのため，昇温によってセパレータがある程度柔軟になっただけで，この箇所のセパレータが変形するおそれがあった。
【０００６】
また，特許文献２の技術では，耐熱層がセパレータ上に形成されているため，温度上昇等によってセパレータが収縮した場合には，耐熱層もセパレータとともに移動してしまう。そのため，昇温した場合に，絶縁を確保したい位置に耐熱層がないという状態となるおそれがある。
【０００７】
本発明は，前記した従来の捲回型二次電池が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，二次電池の内部の温度が上昇した場合においても，正極板と負極板との絶縁を確実に確保できる捲回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】
【０００８】
この課題の解決を目的としてなされた本発明の捲回型二次電池は，正極と負極との電極板をセパレータとともに扁平な形状に捲回した捲回体と，電解液とを電池ケースに封入してなる捲回型二次電池であって，捲回体は，扁平な箇所と扁平な箇所との間にＲ部が形成されており，Ｒ部のうち，少なくとも捲回の最内周側から１つ目の電極板と２つ目の電極板との間の位置に配置され，電解液を透過させる，セパレータとは別に設けられた絶縁体を有し，絶縁体は，捲回体の捲回軸方向の幅全体に渡って配置されているとともに，１５０℃で１０分間放置した場合の収縮率が１．５％以下のものである。
【０００９】
本発明の捲回型二次電池によれば，捲回体のＲ部に絶縁体が設けられている。特に，捲回の最内周側から１つ目の電極板と２つ目の電極板との間の位置に配置されているので，熱が溜まりやすい内周側の箇所で，絶縁状態を確保することができる。この絶縁体は，捲回体に含まれるセパレータとは別に設けられる。また，最内周側から１つ目の電極板と２つ目の電極板との間のセパレータの内周側に配置されても外周側に配置されても良い。さらに，絶縁体は電解液を透過させるものであるので，二次電池の性能に影響を与えることはない。従って，二次電池の内部の温度が上昇した場合においても，正極板と負極板との絶縁を確実に確保できる捲回型二次電池となっている。また，絶縁体として収縮率の小さいものを用いているので，二次電池の温度が上昇した場合にも，絶縁状態を確保できる。
【００１０】
さらに本発明では，絶縁体の厚さが１０〜１５μｍの範囲内であることが望ましい。
【００１１】
さらに本発明では，絶縁体は，互いに重ならないように両側のＲ部にそれぞれ設けられていることが望ましい。
このようになっていれば，必要以上に大きい絶縁体を設けることなく，Ｒ部の絶縁状態を確保できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の捲回型二次電池によれば，二次電池の内部の温度が上昇した場合においても，正極板と負極板との絶縁を確実に確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本形態の二次電池の内部構成を示す斜視図である。
【図２】電極体の一部を示す説明図である。
【図３】電極体の一部を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下，本発明を具体化した形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，扁平形状のリチウムイオン二次電池に本発明を適用したものである。
【００１５】
本形態の二次電池１０は，図１に示すように，扁平形状に捲回された電極体１１を，電解液１３とともに電池ケース１２に封入してなるものである。本形態の電極体１１は，扁平形状の捲回体である。そして，電極体１１のうち図中の上下の箇所は，他の箇所に比較して曲率の小さいＲ部１４となっている。そして，上下のＲ部１４の内周部にはそれぞれ絶縁体２１が挟み込まれている。
【００１６】
絶縁体２１は，図１に示すように，捲回軸方向について電極体１１の両端部に達する幅で，電極体１１の捲回の周方向についてＲ部１４を覆う長さのものである。絶縁体２１は，板状の部材をＲ部１４の形状に沿って湾曲しＵ字形状となっている。なお，絶縁体２１の幅は，電池ケース１２に当たらない程度が好ましい。絶縁体２１の長さ（電極体１１の捲回の周方向の長さ）は，両側の２枚が互いに重ならない程度とすることが望ましい。絶縁体２１の長さは，例えば，電極体１１の最内周の長さの半分より小さいものとすることが望ましい。また，絶縁体２１は，電極体１１の扁平部分をあまり覆わないことが望ましい。
【００１７】
電極体１１のＲ部１４は，図２にその一部を拡大して示すように，負極板３１，正極板３２，セパレータ３３を有している。この図に示すのは，図１中に一点鎖線で囲って示した範囲Ａの断面である。電極体１１は，図１中で下方に示されているもう一つのＲ部１４についても，上下を返したのみで同様の構成となっている。
【００１８】
負極板３１は，銅箔に負極活物質層を形成したものである。正極板３２は，アルミ箔に正極活物質層を形成したものである。なお，本形態の電極体は，負極板３１の方が正極板３２より内周側まで捲回されているものである。セパレータ３３は，実際には２枚ある。１枚は，負極板３１の外周面と正極板３２の内周面に接して配置され，他の１枚は正極板３２の外周面と負極板３１の内周面に接して配置されている。
【００１９】
そして，電極体１１の最も内周側には，その２枚のセパレータの一端部が重ねて巻き付けられている。本形態のセパレータ３３は，ＰＰ（ポリプロピレン）／ＰＥ（ポリエチレン）／ＰＰの３層構成で，シャットダウン機能を有するものである。このセパレータ３３は，温度上昇に伴い，ある程度収縮するものである。
【００２０】
本形態の絶縁体２１は，図２に示すように，負極板３１のうち最内周の箇所とその外周側のセパレータ３３との間に配置されている。本形態の絶縁体２１は，熱可塑性を有する絶縁フィルムであり，１５０℃における収縮率が１．５％以下のものである。ここでの収縮率とは，絶縁体２１を１５０℃で１０分間放置した後の長さの，放置前の長さからの減少割合のことである。さらに，本形態の絶縁体２１は，微小な穴がたくさん空いており，電解液１３を透過させることができるものである。
【００２１】
本形態の絶縁体２１としては，例えば，ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート），ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等によるメッシュ材が適している。さらに，本形態の絶縁体２１の厚みは，１０〜１５μｍの範囲内が好ましい。また，電極体１１の捲回の周方向についての，絶縁体２１の長さは，例えば１５〜２５ｍｍの範囲内が好ましい。
【００２２】
この絶縁体２１は，セパレータ３３より熱収縮しにくい材質である。セパレータ３３が収縮する状況であっても，絶縁体２１の収縮程度はごく小さく，絶縁体２１は，ほぼ元の幅を維持することができる。さらに，絶縁体２１は，電極体１１に挟み込まれているのみであり，セパレータ３３に対して固定されているものではない。従って，セパレータ３３に引っ張られて一緒に移動するということはない。従って，二次電池の温度が上昇しても，絶縁体２１によって軸方向に全体のＲ部１４を絶縁し続けることができる。
【００２３】
本発明者は，この発明の効果を実験により確認した。この実験では，各種の電池を製造し，それぞれに対して過充電試験と抵抗測定とを行った。過充電試験は，二次電池を６０℃の環境下で５０Ａ−３０Ｖの定電流定電圧で連続充電し，充電開始から２０分後の状態を観察することにより行った。評価は以下の通りとした。
異常の無かったものを○
異常が確認できたものを×
【００２４】
抵抗については，本発明者が，各例の電池を２５℃の環境下で１２０Ａで１０秒間放電させ，放電抵抗を測定することによって得た。抵抗は，比較例１のものを１００とした指数で表した。なお，抵抗の指数が９８以上であればより好ましい。
【００２５】
【表１】
0005780048.tif 000002
【００２６】
この実験に用いた絶縁体の材質や，評価試験の結果を上の表１に示した。この実験において，実施例１〜４で電極体のＲ部１４に挿入した絶縁体の材質は，いずれも上記の表の通りである。実施例１はＰＥＴのメッシュ材，実施例２はＰＥＮのメッシュ材とした。また，実施例３は，イオン透過紙の紙セパレータを用いた。また，実施例４のアラミド不織布は，アラミド単体の不織布を用いた。
【００２７】
上記の表中の数値等は以下の通りの意味である。
配置は，セパレータとは別に絶縁体をＲ部１４に挿入したものを「Ｒ部挿入」，挿入しなかったものを「セパレータ」とした。当然，実施例は全て「Ｒ部挿入」である。一方，比較例には「Ｒ部挿入」と「セパレータ」との両方がある。
材質は，「Ｒ部挿入」したものでは挿入した絶縁体の材質であり，「セパレータ」ではセパレータの材質を示した。
厚みは，「Ｒ部挿入」したものでは挿入した絶縁体の厚みであり，「セパレータ」ではセパレータの厚みを示した。なお，比較例３の「６＋２０」は，６μｍ厚のセラミック耐熱層を２０μｍのセパレータに塗布したことを意味する。
収縮率は，各種の絶縁体を１５０℃で１０分間放置し，放置前からの収縮量の割合を求めた。
【００２８】
比較例１〜４は，Ｒ部１４への絶縁体の挿入を行わなかったものである。
比較例１はＰＰ／ＰＥ／ＰＰの３層セパレータ，比較例４はＰＥの単層セパレータを用いた。
比較例２は，ＰＥとアラミド繊維とを含む不織布をセパレータとして用いたものである。
比較例３のセパレータは，比較例１のセパレータの表面にセラミック耐熱層を設けたものである。
比較例５は，実施例１と同じ材質で，収縮率が本発明の範囲を超えて大きい絶縁体をＲ部１４に挿入したものである。
実施例５は，実施例１と同じ材質で，厚みが好ましい範囲を超えて大きい絶縁体をＲ部１４に挿入したものである。
【００２９】
表１に示すように，実施例１〜４では，過充電試験の結果および抵抗値ともに適切な範囲内であった。これらの材質をＲ部１４に挿入することにより，電池特性を維持しつつ熱収縮による短絡が防止できることが確認された。一方，比較例１〜５は，いずれも過充電試験の結果が良好ではなかった。ＰＥＴメッシュを挿入しても，比較例５のように収縮率の大きいものでは充分な効果が得られないことが確認された。また，実施例５のように厚すぎるＰＥＴメッシュを挿入したものでも，電池の性能では不利であるが過充電試験は問題ないことが確認された。従って望ましくは，絶縁体の厚みを，１５μｍまでとする方がよいことが確認できた。
【００３０】
以上詳細に説明したように本形態の二次電池１０によれば，電極体１１のＲ部１４のうち，最内周の正極板と最内周の負極板との間に，絶縁体２１が挿入されている。従って，もし高温となってセパレータ３３が収縮したとしても，Ｒ部１４における絶縁性は維持される。つまり，内部の温度が上昇した場合においても，正極板と負極板との絶縁を確実に確保できる二次電池となっている。
【００３１】
なお，本形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
絶縁体２１の位置は，図３に示すように，最内周の負極板３１の外周側のセパレータ３３と最内周の正極板３２の間に配置しても良い。また，絶縁体２１は，片方のＲ部１４につき１枚に限るものではない。最内周だけでなく，最内周から２周目や３周目の負極板３１と正極板３２との間等に設けても良い。
【符号の説明】
【００３２】
１０  二次電池
１１  電極体
１２  電池ケース
１３  電解液
１４  Ｒ部
２１  絶縁体
３１  負極板
３２  正極板
３３  セパレータ
【図１】
0005780048.tif 000003
【図２】
0005780048.tif 000004
【図３】
0005780048.tif 000005