(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体の少なくとも一方の面に活物質層が形成されてなる正極と、
負極集電体の少なくとも一方の面に活物質層が形成されてなる負極と、が、
絶縁体を介して積層されてなる電極積層体を備えたリチウムイオン二次電池であって、
前記電極積層体の最外層部に、
前記正極集電体に導通された第一金属箔と、前記負極集電体に導通された第二金属箔とが、絶縁シートを介して積層されてなる金属箔積層体が設置されており、
前記絶縁シートの引張り強度が、最も大きいＡ方向で８０ＭＰａ以下、該Ａ方向に直交するＢ方向で２０ＭＰａ以下、であり、且つ、
前記絶縁シートの引張り伸度が、前記Ａ方向で２０％以下、前記Ｂ方向で２０％以下であり、
前記絶縁シートの引張り強度及び引張り伸度が、前記Ａ方向と前記Ｂ方向とでそれぞれ異なる、リチウムイオン二次電池。
【請求項２】
前記第一金属箔は前記正極集電体と同じ金属からなり、
前記第二金属箔は前記負極集電体と同じ金属からなる、請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項３】
前記電極積層体及び前記金属箔積層体がラミネートフィルムに収容されてなる、請求項１又は２に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項４】
前記金属箔積層体が、前記電極積層体の第一端部と第二端部とにそれぞれ設置され、
前記第一端部に設けられた前記金属箔積層体を構成する前記絶縁シートの前記Ａ方向と、
前記第二端部に設けられた前記金属箔積層体を構成する前記絶縁シートの前記Ａ方向と、が、前記電極積層体の厚み方向に見て、３０〜９０°の交差角となるように配置されている、請求項１〜３の何れか一項に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項５】
前記絶縁体は、前記正極及び負極の少なくとも一方の活物質層の表面に形成された、無機粒子を含む絶縁層である、請求項１〜４の何れか一項に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項６】
前記電極積層体のエネルギー密度が７００Ｗｈ／Ｌ以上である、請求項１〜５の何れか一項に記載のリチウムイオン二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池は携帯情報端末や電気自動車等の広い用途に展開されており、エネルギー密度や出力を向上させるための研究開発が進められている。高エネルギー密度、高出力のリチウムイオン二次電池は、これを搭載する機器の利便性を向上させ得るので極めて魅力的であるが、安全性の確保がより一層重要になる。電池に強い衝撃が加わる、過充電した電池内部にガスが発生する等の異常事態によって、電池の一部が破損して正極と負極が局所的に短絡した場合、過大な電流が短時間に局所的に流れて発火する懸念がある。このため、リチウムイオン二次電池製造者には適正な安全確認試験を行い、発火が起こらないことを事前に検査することが求められている。
【０００３】
特許文献１には、意図的な過充電によるガス発生によって電池を変形させて破壊し、内部短絡を起こさせる試験において、内部短絡後の温度上昇が起きた後、発火する前に、安全な短絡経路を形成する機構を備えたリチウムイオン二次電池が提案されている。当該電池には、溶融温度の低いセパレータによって絶縁された、通常時は使用されない予備的な電極対が備えられている。内部短絡による初期の温度上昇によって当該セパレータが溶融し、電極対が導通接触し、正極と負極とが迅速に短絡する。この電極対の短絡によって、高抵抗の電極活物質が発火する温度に上昇する前に、低抵抗の電極対によって電池エネルギーを迅速に開放する機構となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２４３０３７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、高エネルギー化が益々進んでいる近年のリチウムイオン二次電池においては、内部短絡後に電極活物質の急速な温度上昇が起こる。このため、特許文献１で提案された低融点セパレータの溶融と、電極活物質の発火までの時間差が極めて短くなっており、発火を防ぎ切れないことが懸念される。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、内部短絡後の温度上昇に依存せず、より積極的に安全機構としての短絡回路を作動させる機構を備えたリチウムイオン二次電池の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［１］正極集電体の少なくとも一方の面に活物質層が形成されてなる正極と、負極集電体の少なくとも一方の面に活物質層が形成されてなる負極と、が、絶縁体を介して積層されてなる電極積層体を備えたリチウムイオン二次電池であって、前記電極積層体の最外層部に、前記正極集電体に導通された第一金属箔と、前記負極集電体に導通された第二金属箔とが、絶縁シートを介して積層されてなる金属箔積層体が設置されており、前記絶縁シートの引張り強度が、最も大きいＡ方向で８０ＭＰａ以下、該Ａ方向に直交するＢ方向で２０ＭＰａ以下、であり、且つ、前記絶縁シートの引張り伸度が、前記Ａ方向で２０％以下、前記Ｂ方向で２０％以下である、リチウムイオン二次電池。
［２］前記絶縁シートの引張り強度及び引張り伸度が、前記Ａ方向と前記Ｂ方向とでそれぞれ異なる、上記［１］に記載のリチウムイオン二次電池。
［３］前記第一金属箔は前記正極集電体と同じ金属からなり、前記第二金属箔は前記負極集電体と同じ金属からなる、上記［１］又は［２］に記載のリチウムイオン二次電池。
［４］前記電極積層体及び前記金属箔積層体がラミネートフィルムに収容されてなる、上記［１］〜［３］の何れか一項に記載のリチウムイオン二次電池。
［５］前記金属箔積層体が、前記電極積層体の第一端部と第二端部とにそれぞれ設置され、前記第一端部に設けられた前記金属箔積層体を構成する前記絶縁シートの前記Ａ方向と、前記第二端部に設けられた前記金属箔積層体を構成する前記絶縁シートの前記Ａ方向と、が、前記電極積層体の厚み方向に見て、３０〜９０°の交差角となるように配置されている、上記［１］〜［４］の何れか一項に記載のリチウムイオン二次電池。
［６］前記絶縁体は、前記正極及び負極の少なくとも一方の活物質層の表面に形成された、無機粒子を含む絶縁層である、上記［１］〜［５］の何れか一項に記載のリチウムイオン二次電池。
［７］前記電極積層体のエネルギー密度が７００Ｗｈ／Ｌ以上である、上記［１］〜［６］の何れか一項に記載のリチウムイオン二次電池。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のリチウムイオン二次電池によれば、外部から強い衝撃が加わった場合に、電極積層体の短絡に先んじて、安全機構として備えられた金属箔積層体の絶縁シートが裂けて正極と負極に接続された一対の金属箔同士が接触し、安全且つ迅速に短絡回路を形成することができる。つまり、電極活物質の温度上昇を待たずして、衝撃とほぼ同時に安全な短絡回路を形成することができる。この結果、発火に至ることを従来よりも確実に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のリチウムイオン二次電池の一例を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の第一実施形態は、図１に示す様に、正極集電体２の少なくとも一方の面に活物質層（正極活物質層）３が形成されてなる正極４と、負極集電体５の少なくとも一方の面に活物質層（負極活物質層）６が形成されてなる負極７と、が、絶縁体８を介して積層されてなる電極積層体９を備えたリチウムイオン二次電池１である。
本実施形態においては、正極活物質層３が正極集電体２の一方の面及び他方の面に形成されており、負極活物質層６が負極集電体５の一方の面及び他方の面に形成されている。
【００１１】
電極積層体９においては、絶縁体８である多孔性セパレータ８を介して対向配置された正極４と負極７が４段組みで積層されている。正極活物質層３が両面に形成されたアルミ箔製の正極集電体２のそれぞれからリードタブ２ａが引き出されており、互いに電気的に接続されている。同様に、負極活物質層６が両面に形成された銅箔製の負極集電体５のそれぞれからリードタブ５ａが引き出されており、互いに電気的に接続されている。
【００１２】
電極積層体９には積層方向に見て第一端部と第二端部の２箇所の最外層部がある。本実施形態においては、便宜的に第一端部を最上部といい、第二端部を最下部という。
電極積層体９の最外層部である最上部と最下部の２箇所には、セパレータ８で隔てられた金属箔積層体１１が設置されている。金属箔積層体１１は、リードタブ２ａを介して正極集電体２に導通されたアルミ箔である第一金属箔１２と、リードタブ５ａを介して負極集電体５に導通された銅箔である第二金属箔１５とが、絶縁シート１０を介して積層されてなる。第一金属箔１２及び第二金属箔１５の表面には電極活物質は積層されておらず、露出した金属面の間に絶縁シート１０が挟持されている。
【００１３】
金属箔積層体１１はリチウムイオン二次電池１の最外層部である最上部及び最下部の少なくとも何れか一方に備えられていればよく、どちらか一方のみに備えられた構成であっても構わない。不慮の衝撃が上方と下方の両方から加わる可能性がある場合には、両方に備えられていることが好ましい。
【００１４】
金属箔積層体１１が有する絶縁シート１０の引張り強度が最も大きい方向をＡ方向と定義し、シート平面において該Ａ方向に直交する方向をＢ方向と定義する。
絶縁シート１０の引張り強度は、Ａ方向で８０ＭＰａ以下、Ｂ方向で２０ＭＰａ以下、であり、且つ、その引張り伸度は、前記Ａ方向で２０％以下、前記Ｂ方向で２０％以下である。
絶縁シート１０がその製造時に延伸加工されている場合、そのＭＤ方向（縦方向）がＡ方向となり、そのＴＤ方向（横方向）がＢ方向となる場合が多い。
【００１５】
上記物性を有する絶縁シート１０を備えた金属箔積層体１１に対して、外部から金属箔積層体１１に衝撃が加わると、電極積層体９を構成する多孔性セパレータ８（絶縁体８）よりも優先的に、絶縁シート１０が開裂して、第一金属箔１２と第二金属箔１５の露出した金属面同士が物理的に接触する。この接触により形成された、第一金属箔１２と第二金属箔１５の短絡回路を介して正極４と負極７とが短絡することにより、電池エネルギーが安全に開放される。第一金属箔１２及び第二金属箔１５の表面には、発火の原因となる電極活物質層は形成されていないため、電気抵抗が低く、過度な温度上昇が起こり難い。この結果、リチウムイオン二次電池１のエネルギー密度が７００Ｗｈ／Ｌ以上である場合にも、発火に至ることなく、安全且つ迅速に電池エネルギーを発散させることができる。
【００１６】
外部からの衝撃が加えられた金属箔積層体１１において安全な短絡経路を迅速に形成するためには、絶縁シート１０が速やかに開裂することが望ましい。
この観点から、絶縁シート１０は、Ａ方向とこれに直交するＢ方向とで、その引張り強度及び引張り伸度がそれぞれ異なることが好ましい。また、絶縁シート１０のＡ方向の引張り強度はＢ方向よりも大きいことがより好ましい。さらに、絶縁シート１０のＡ方向の引張り強度はＢ方向よりも大きく、且つ、当該絶縁シート１０のＡ方向の引張り伸度はＢ方向よりも大きいことが特に好ましい。
また、絶縁シート１０の各物性は以下の通りであることが好ましい。
【００１７】
絶縁シート１０のＡ方向の引張り強度及び引張り伸度は、
１ＭＰａ〜７５ＭＰａ、且つ、１〜１９％が好ましく、
３０ＭＰａ〜７０ＭＰａ、且つ、５〜１８％がより好ましく、
４０ＭＰａ〜６５ＭＰａ、且つ、１０〜１７％がさらに好ましい。
上記範囲の下限値以上であると、通常の使用において頻繁に起こり得る弱い衝撃が加わった際に不必要に開裂することを防ぐことができる。上記範囲の上限値以下であると、異常な強い衝撃が加わった際に速やかに開裂することが容易になる。
【００１８】
絶縁シート１０のＢ方向の引張り強度及び引張り伸度は、
０．１ＭＰａ〜１８ＭＰａ、且つ、０．１〜１５％が好ましく、
１ＭＰａ〜１５ＭＰａ、且つ、１〜１２％がより好ましく、
５ＭＰａ〜１２ＭＰａ、且つ、２〜９％がさらに好ましい。
上記範囲の下限値以上であると、通常の使用において頻繁に起こり得る弱い衝撃が加わった際に不必要に開裂することを防ぐことができる。上記範囲の上限値以下であると、異常な強い衝撃が加わった際に速やかに開裂することが容易になる。
【００１９】
絶縁シート１０のＡ方向の引張り強度とＢ方向の引張り強度との差は、１０ＭＰａ〜７０ＭＰａが好ましく、２０ＭＰａ〜６０ＭＰａがより好ましく、３０ＭＰａ〜５０ＭＰａがさらに好ましい。
上記範囲の下限値以上であると、通常の使用において頻繁に起こり得る弱い衝撃が加わった際に不必要に開裂することを防ぐことができる。上記範囲の上限値以下であると、異常な強い衝撃が加わった際に速やかに開裂することが容易になる。
【００２０】
絶縁シート１０のＡ方向の引張り伸度とＢ方向の引張り伸度との差は、１％〜１８％が好ましく、３％〜１５％がより好ましく、６％〜１２％がさらに好ましい。
上記範囲の下限値以上であると、通常の使用において頻繁に起こり得る弱い衝撃が加わった際に不必要に開裂することを防ぐことができる。上記範囲の上限値以下であると、異常な強い衝撃が加わった際に速やかに開裂することが容易になる。
【００２１】
本発明において、絶縁シート１０の引張り強度は、ＪＩＳ  Ｋ  ７１２７に準拠した方法によって測定された数値であり、絶縁シート１０の引張り伸度は、ＪＩＳ  Ｋ  ７１２７に準拠した方法によって測定された数値である。
【００２２】
本発明において、絶縁シート１０のＡ方向とＢ方向の決定方法は、まず、上記の引張り強度の測定によってＡ方向を確認し、当該シート平面を上方から見て、該Ａ方向に直交する方向をＢ方向と定める。
引張り強度が同じである方向が複数ある場合、当該複数のうちの任意方向を暫定的にＡ’方向として、当該Ａ’方向に直交するＢ方向が上記の引張り強度及び引張り伸度の条件を満たすことを確認できた場合に、当該Ａ’方向を真のＡ方向であると決定する。
【００２３】
絶縁シート１０の材料は、上記の物性を有する絶縁性のシートを形成できる材料であればよく、例えば、合成樹脂、紙などが適用できる。合成樹脂としては、例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、アラミド系樹脂、等の公知の熱可塑性樹脂が挙げられる。この他、熱硬化性樹脂を用いてもよい。
【００２４】
絶縁シート１０の厚みは、上記物性を有する限り特に限定されず、例えば１μｍ〜１００μｍ程度の厚みとすることができる。金属箔積層体１１の厚みを低減して電池セルの薄型化を図る観点から、薄い方が好ましい。また、外部からの衝撃が加わった場合に絶縁体８よりも絶縁シート１０が優先して開裂することが容易になる観点から、絶縁シート１０の厚みは絶縁体８よりも薄いことが好ましい。
【００２５】
絶縁シート１０の大きさは、通常時に第一金属箔１２と第二金属箔１５を絶縁できる大きさであればよく、例えば、第一金属箔１２及び第二金属箔１５よりも一回り大きい面積を有することが好ましい。
絶縁シート１０は多孔性であってもよく、非多孔性であってもよい。
【００２６】
第一金属箔１２は正極集電体２と同じ金属からなることが好ましい。第一金属箔１２と正極集電体２が同じ金属であることにより、金属箔積層体１１の短絡回路が形成された場合に、正極４の電気化学エネルギーを、金属箔積層体１１を介して迅速に開放することができる。仮に、第一金属箔１２が正極集電体２よりも電気抵抗の大きい金属であると、前記電気化学エネルギーを迅速に開放できない又は過度な発熱を生じる恐れがある。
第一金属箔１２と正極集電体２とを電気的に接続するリードタブ２ａについても同様に、第一金属箔１２及び正極集電体２と同じ金属からなることが好ましい。
【００２７】
電気抵抗が低いより安全な短絡回路を形成する観点から、第一金属箔１２の厚み及び面積の少なくとも一方が正極集電体２と同等以上あることが好ましい。さらに、リードタブ２ａの厚み及び面積の少なくとも一方が正極集電体２と同等以上であることが好ましい。
【００２８】
上記と同様の観点から、第二金属箔１５は負極集電体５と同じ金属からなることが好ましい。さらに、第二金属箔１５と負極集電体５とを電気的に接続するリードタブ５ａも同様に、第二金属箔１５及び負極集電体５と同じ金属からなることが好ましい。
電気抵抗が低いより安全な短絡回路を形成する観点から、第二金属箔１５の厚み及び面積の少なくとも一方が負極集電体５と同等以上であることが好ましい。さらに、リードタブ５ａの厚み及び面積の少なくとも一方が負極集電体５と同等以上であることが好ましい。
【００２９】
リチウムイオン二次電池１においては、電極積層体９の最上部（第一端部）と最下部（第二端部）にそれぞれ金属箔積層体１１が設置されており、更にこれらがラミネートフィルム１６に収容されている。ラミネートフィルム１６は金属箔積層体１１を構成する第二金属箔１５に密着しているため、外部からの衝撃が加わると、金属箔積層体１１に当該衝撃が滞りなく伝わる。
なお、本実施形態に代えて、第一金属箔１２と第二金属箔１５の位置関係を逆にした構成を採用してもよい。この場合、第一金属箔１２がラミネートフィルム１６に密着する。
【００３０】
電極積層体９の最上部に設置された金属箔積層体１１の平面視したＡ方向と、最下部に設置された金属箔積層体１１の平面視したＡ方向との相対的な向きは、電極積層体９の厚み方向に見て、同じでもよく、異なってもよいが、異なっている方が好ましい。上記の物性を有する絶縁シート１０は、Ａ方向とＢ方向とで比べると、開裂し易さが異なる場合がある。このため、２箇所に設けた金属箔積層体１１のＡ方向の向きが相対的に異なるように配置しておくことによって、外部の任意の方向から衝撃が加えられた場合、２箇所の金属箔積層体１１の少なくとも一方が、他方よりも短絡回路をより速やかに形成することができる場合がある。この結果、特定の方向から衝撃が加えられた場合に限らず、任意方向からの衝撃に対する安全性をより一層高めることができる。
【００３１】
具体的には、例えば、前記最上部に設けられた金属箔積層体１１を構成する絶縁シート１０のＡ方向と、前記最下部に設けられた金属箔積層体１１を構成する絶縁シート１０のＡ方向と、が、電極積層体９の厚み方向に見て、３０〜９０°の交差角となるように配置されていることが好ましい。前記交差角は６０〜９０°がより好ましく、８５〜９０°がさらに好ましい。上記範囲の交差角であると、外部の任意方向からの衝撃に対する安全性をより一層高めることができる。
【００３２】
ここで、上記の交差角は、上述した方法で各金属箔積層体１１を構成する絶縁シート１０のＡ方向を決定し、リチウムイオン二次電池１に設置された状態において、電極積層体９の厚み方向に見て、前記最上部の絶縁シート１０のＡ方向と、前記最下部の絶縁シート１０のＡ方向との交差角のうち、鋭角側を求めることによって測定される。
【００３３】
電極積層体９を構成する部材は特に限定されず、公知のリチウムイオン二次電池の部材が適用される。以下に具体例を示すが、本発明のリチウムイオン二次電池はこれらの部材を使用したものに限定されない。
【００３４】
負極７を構成する負極集電体５の材料、面積、及び厚みは特に制限されず、例えば、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼等の金属からなるパンチング加工が施された、面積４０×２０ｃｍ、厚み５〜５０μｍの圧延金属箔等が挙げられる。
【００３５】
負極集電体５の片面又は両面に形成される負極活物質層６の構成材料（負極材）としては、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な負極活物質が通常使用され、例えば、金属酸化物が挙げられる。前記金属酸化物としては、例えば酸化ケイ素等のリチウムと合金化可能な金属酸化物が挙げられる。酸化ケイ素は、粉末状又は粒子状であることが好ましく、その平均粒子径は、例えば１〜３０μｍが好ましい。
【００３６】
負極活物質層６の形成方法としては、例えば、負極集電体５上に負極活物質を含む負極材を５〜１００μｍ程度の厚みで塗布した後、負極材に含まれる溶媒を乾燥除去する方法が挙げられる。負極材としては、酸化ケイ素等の前記負極活物質の他に、PVDF、SBR等のバインダー樹脂及び炭素材料、金属粒子等の導電助剤を含むことが好ましい。
【００３７】
正極４を構成する正極集電体２の材料、面積、及び厚みは特に限定されず、例えば、アルミニウム、チタン、ニッケル、ステンレス鋼等の金属からなるパンチング加工が施された、面積４０×２０ｃｍ、厚み５〜５０μｍの圧延金属箔等が挙げられる。正極４と負極７の面積は等しいことが好ましい。
【００３８】
正極集電体２の片面又は両面に形成される正極活物質層３の構成材料（正極材）としては、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な正極活物質が通常使用され、例えば、コバルト酸リチウム（LiCoO2）、ニッケル酸リチウム（LiNiO2）、マンガン酸リチウム（LiMn2O4）、三元系正極材（LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2）等が挙げられる。
【００３９】
正極活物質層３の形成方法としては、例えば、正極集電体２上に正極活物質を含む正極材を５〜１００μｍ程度の厚みで塗布した後、正極材に含まれる溶媒を乾燥除去する方法が挙げられる。正極材としては、前記金属酸リチウム化合物等の正極活物質の他に、バインダー樹脂及び導電助剤を含むことが好ましい。
【００４０】
絶縁体８としては、絶縁性を有し、電解液を保持又は通過させることが可能なものであれば特に限定されず、例えば、オレフィン系樹脂からなる公知の多孔質膜、不織布等の他、絶縁性粒子を含む多孔性絶縁層も挙げられる。
【００４１】
多孔性絶縁層は、正極活物質層３の表面又は負極活物質層６の表面に形成され、正極４と負極７を絶縁し、電解液を透過させることが可能な公知の薄層である。その形成方法として、例えば、二酸化ケイ素等の絶縁性の無機粒子を含む組成物を負極又は正極の表面に塗工して乾燥させる方法が知られている。絶縁体８としての多孔性絶縁層の厚みとしては、例えば０．５μｍ〜５０μｍ程度が好ましい。
【００４２】
本発明のリチウムイオン二次電池は常法により作成することができる。以下に一例を示す。まず、所望の段数、例えば１〜１０段の正極４及び負極７の組を備えた電極積層体９を常法により積層し、電極積層体９の最外層部に、金属箔積層体１１を設置した後、これらをラミネートアルミフィルム等の外装体１６で仮封止したラミネートセルを得る。セルを仮封止する際、各正極集電体２及び第一金属箔１２のリードタブ２ａに接続された引出配線と、各負極集電体５及び第二金属箔１５のリードタブ５ａに接続された引出配線と、をそれぞれ外装体１６の外部に突出させる。各引出配線は、外部回路へ接続するための電極端子として機能する。続いて、ラミネートセルの仮封止を部分的に解いて、公知の電解液を注入した後で完全に封止する。電解液はセル内でゲル化するゲル電解質であってもよい。以上の方法により、本発明のリチウムイオン二次電池が得られる。
【実施例】
【００４３】
以下、実施例を示して本発明についてさらに詳しく説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例に何ら限定されない。
【００４４】
［実施例１］
アルミ箔（厚み１５μｍ）の両面に正極活物質層（片面の層厚み４２．５μｍ）が塗工された矩形の正極電極（合計厚み１００μｍ）を常法により作製した。
銅箔（厚み１０μｍ）の両面に負極活物質層（片面の層厚み３０μｍ）が塗工された矩形の負極電極（合計厚み７０μｍ）を常法により作製した。
正極電極と負極電極を重ねて、その間に多孔性のポリエチレン製セパレータ（厚み１０μｍ）を挟むことにより、電極積層体を得た。
【００４５】
この電極積層体の最外層である最上部に前記セパレータを載せ、さらに、前記アルミ箔、合成樹脂製の絶縁シート、前記銅箔をこの順で載せることによって、金属箔積層体を設置した。金属箔積層体を構成するアルミ箔及び銅箔には電極活物質層を形成していないので、対向する各箔の金属面は露出しているが、絶縁シートが間に挟まれているので絶縁状態が維持されている。
ここで使用した絶縁シートは、厚さ２５μｍのＰＰ樹脂製の樹脂フィルム（積水化学工業社製）であり、その引張り強度は、Ａ方向で６２ＭＰａ、Ａ方向に直交するＢ方向で１０ＭＰａであり、且つ、引張り伸度がＭＤ方向で１５％、ＴＤ方向で５％であった。なお、本実施例で使用した樹脂フィルムのＡ方向はＭＤ方向(Machine-Direction)と一致しており、Ｂ方向はＴＤ方向(Transverse-Direction)と一致していた。
【００４６】
続いて、金属箔積層体を構成するアルミ箔のリードタブ（引出配線）と、正極電極を構成するアルミ箔のリードタブとを超音波で融着して、両アルミ箔を電気的に接続した。同様に、金属箔積層体を構成する銅箔のリードタブと、負極電極を構成する銅箔のリードタブとを超音波で融着して、両銅箔を電気的に接続した。
以上の方法により、電極積層体の最上部に第一の金属箔積層体を設置した。
【００４７】
次に、上記電極積層体の最下部に第二の金属箔積層体を、第一の金属箔積層体の設置と同様の方法で設置した。この際、第二の金属箔積層体を構成する絶縁シートのＡ方向と、第一の金属箔積層体を構成する絶縁シートのＡ方向とを、電極積層体の厚み方向に見て、０°の交差角となるように設置した。
以上の方法により、電極積層体の最下部に第二の金属箔積層体を設置した。
【００４８】
上記で得られた電極積層体の正極電極及び負極電極の各々にリードタブを融着した。続いて、電極積層体をアルミラミネート包装材の内部に収納し、さらに電解液を注入するとともに、正極リードタブ及び負極リードタブを端子として外部に突出させた状態で封止することによって、平面型の電池セルを作製した。このラミネートセルを常法により４．２Ｖまで満充電し、以下の衝突試験を行った。
【００４９】
＜衝突試験＞
米国のＵＬ（Underwriters Laboratories Inc.）が定めるＵＬ１６４２規格に準じて、ラミネートセルの上面の中央に直径１５．８ｍｍのステンレス棒をセットし、９．１ｋｇの重りを６１±２．５ｃｍの高さから、ステンレス棒の上に落下させる衝突試験を行った。
衝突試験の結果、発火は無く、衝突後０．３秒でラミネートセルの電圧が降下した。
衝突試験後のラミネートセルを分解したところ、電極積層体の最上部に設置した第一の金属箔積層体を構成する絶縁シートが、衝突箇所で破れており、第一の金属箔積層体を構成するアルミ箔と銅箔とが接触することによって、正極と負極を安全に短絡させる回路が形成されていることが分かった。
【００５０】
［実施例２］
第二の金属箔積層体を構成する絶縁シートのＡ方向と、第一の金属箔積層体を構成する絶縁シートのＡ方向とを、電極積層体の厚み方向に見て、９０°の交差角となるように設置したこと以外は、実施例１と同様に電池セルを作成した。この電池セルについて衝突試験を行った結果を表１に示す。
【００５１】
［実施例３］
電極積層体を構成する多孔性セパレータを、負極電極に面する正極活物質層の表面に形成された、無機粒子を含む多孔質の絶縁層に代えたこと以外は、実施例２と同様に電池セルを作成した。この電池セルについて衝突試験を行った結果を表１に示す。
【００５２】
前記絶縁層の形成は次のように行った。まず、無機粒子であるシリカ（平均粒子径０．３μｍ）を７５質量部、バインダー樹脂であるポリビニルアルコールを２５質量部で配合した組成物を調製した。次に、当該組成物をドクターブレード法で正極活物質層の表面に塗工した後、１２０℃で加熱し、乾燥させて、厚さ１５μｍの多孔質の絶縁層を形成した。
【００５３】
［比較例１］
金属箔積層体を構成する絶縁シートとして、厚さ２５μｍであり、その引張り強度は、縦方向（ＭＤ方向）で１０１ＭＰａ、横方向（ＴＤ方向）で１１ＭＰａであり、且つ、引張り伸度が縦方向（ＭＤ方向）で１５５％、横方向（ＴＤ方向）で５６％である、ＰＰ樹脂製のセパレータ（積水化学工業社製）を使用したこと以外は、実施例１と同様に電池セルを作成した。この電池セルについて衝突試験を行った結果を表１に示す。
【００５４】
［比較例２］
金属箔積層体を構成する絶縁シートとして、比較例１で使用した絶縁シートを使用したこと以外は、実施例３と同様に電池セルを作成した。この電池セルについて衝突試験を行った結果を表１に示す。
【００５５】
【表１】
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【００５６】
以上の結果から、本発明にかかる実施例１〜３のリチウムイオン二次電池は、ＵＬ１６４２に準拠した強い衝撃が加えられた場合にも、発火せずに安全に短絡することが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、リチウムイオン二次電池の分野で広く利用可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１…リチウムイオン二次電池、２…正極集電体、２ａ…リードタブ、３…電極活物質層（正極活物質層）、４…正極、５…負極集電体、５ａ…リードタブ、６…電極活物質層（負極活物質層）、７…負極、８…絶縁体（セパレータ）、９…電極積層体、１０…絶縁シート、１１…金属箔積層体、１２…第一金属箔、１５…第二金属箔、１６…外装体（ラミネートフィルム）
【図１】
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