(57)【要約】  可撓性を有する外装体を用いた電池において、異常発生による昇温時に確実に電流を遮断し、過剰な発熱を防止する。  電池１は、電池要素１０と、電池要素１０に電気的に接続された一対の第１端子１１と、可撓性を有する外装体１３と、第２端子１２と、を有する。外装体１３は、電池要素１０を封止する第１室１３ａと、第１室１３ａに隣接する第２室１３ｂとに区画される。第２端子１２は、一方の第１端子１１が第２室１３ｂを経由して外部配線と電気的に接続可能となるように、第２室１３ｂ内から外装体１３の外部に引き出されている。第２室１３ｂ内には、所定の温度以上の温度でガスを発生するガス発生材料１４が封入されている。
2016027673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池要素と、
前記電池要素に電気的に接続された一対の第１端子と、
可撓性を有する外装材から作られ、前記電池要素を封止する第１室と、前記第１室に隣接する１つまたは２つの第２室とに区画された外装体と、
前記一対の第１端子のうち少なくとも一方が前記第２室を経由して外部配線と電気的に接続可能となるように、前記第２室内から前記外装体の外部に引き出された１つまたは２つの第２端子と、を有し、
前記第２室内に、所定の温度以上の温度でガスを発生するガス発生材料が封入されている電池。
【請求項２】
前記第１端子および前記第２端子は、前記第２室が膨張することによって電気的接続が遮断されるように配置されている請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記第２室は、膨張することによって、前記第２端子が引き出される方向である端子方向に伸長するように構成されている請求項２に記載の電池。
【請求項４】
前記第２室が前記第１室に向けて折り曲げられている請求項３に記載の電池。
【請求項５】
前記第２室は、その厚み方向に膨張するように構成されている請求項２に記載の電池。
【請求項６】
前記第２室内において、対向する前記外装材の一方の内面に前記第１端子が接合され、他方の内面に前記第２端子が接合されている請求項５に記載の電池。
【請求項７】
前記第１端子および前記第２端子が、互いに接触した状態で仮止めされている請求項２から６のいずれか一項に記載の電池。
【請求項８】
前記第１端子および前記第２端子にそれぞれ凹凸が形成され、前記凹凸の噛み合いまたは嵌合によって前記第１端子および前記第２端子が仮止めされている請求項７に記載の電池。
【請求項９】
前記第１端子および前記第２端子の重なり合った部分を挟むクリップをさらに有する請求項７または８に記載の電池。
【請求項１０】
互いに嵌合する雄コネクタおよび雌コネクタを有するスナップであって、前記第１端子および前記第２端子の一方に前記雄コネクタが固定され、他方に前記雌コネクタが固定されたスナップをさらに有する請求項７に記載の電池。
【請求項１１】
前記第１端子および前記第２端子の互いに接触している部分がその外側から熱可塑性樹脂でコーティングされることによって前記第１端子および前記第２端子が仮止めされている請求項７に記載の電池。
【請求項１２】
前記熱可塑性樹脂の融点は、前記電池が正常に作動しているときの前記電池要素の温度より高く、かつ、前記ガス発生材料が作用する温度以下である請求項１１に記載の電池。
【請求項１３】
前記ガス発生材料は揮発性の材料を含む請求項１から１２のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１４】
前記揮発性の材料は溶媒である請求項１３に記載の電池。
【請求項１５】
前記溶媒の揮発温度は５０℃以上２００℃未満である請求項１４に記載の電池。
【請求項１６】
前記溶媒は非水系の溶媒である請求項１４または１５に記載の電池。
【請求項１７】
前記非水系の溶媒は電解液成分を含む請求項１６に記載の電池。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれか一項に記載の電池を有する電動車両。
【請求項１９】
請求項１から１７のいずれか一項に記載の電池を有する蓄電設備。
【請求項２０】
電池要素に一対の第１端子が電気的に接続された電池要素アセンブリを用意する工程と、
可撓性を有する外装材により外装体を形成する工程であって、前記外装体が、前記電池要素を封止する第１室と、前記第１室に隣接する１つまたは２つの第２室とに区画され、前記一対の第１端子のうち少なくとも一方が前記第２室を経由して外部配線と接続可能となるように１つまたは２つの第２端子が前記第２室内から前記外装体の外部に引き出され、かつ、所定の温度以上の温度でガスを発生するガス発生材料を前記第２室内に封入させて、前記外装体を形成する工程と、
を有する電池の製造方法。
【請求項２１】
前記外装体を形成する工程は、前記第１端子および前記第２端子を、前記第２室が膨張することによって電気的接続が遮断されるように配置することを含む請求項２０に記載の電池の製造方法。
【請求項２２】
前記外装体を形成する工程は、前記第２室を、膨張することによって、前記第２端子が引き出される方向である端子方向に伸長するように形成することを含む請求項２１に記載の電池の製造方法。
【請求項２３】
前記外装体を形成する工程は、前記第２室を、その厚み方向に膨張するように形成することを含む請求項２１に記載の電池の製造方法。
【請求項２４】
前記外装体を形成する工程は、前記第２室内において、対向する前記外装材の一方の面に前記第１端子を接合し、他方の面に前記第２端子を接合することを含む請求項２３に記載の電池の製造方法。
【請求項２５】
前記外装体を形成する工程は、前記第１端子および前記第２端子を、互いに接触した状態で仮止めすることを含む請求項２０から２４のいずれか一項に記載の電池の製造方法。
【請求項２６】
前記仮止めは、前記第１端子および前記第２端子の重なり合った部分をクリップで挟むことを含む請求項２５に記載の電池の製造方法。
【請求項２７】
前記仮止めは、互いに嵌合する雄コネクタおよび雌コネクタを有するスナップを用い、前記第１端子および前記第２端子の一方に前記雄コネクタを固定し、他方に前記雌コネクタを固定することを含む請求項２５記載の電池の製造方法。
【請求項２８】
前記仮止めは、前記第１端子および前記第２端子の互いに接触している部分を、その外側から熱可塑性樹脂でコーティングすることを含む請求項２５に記載の電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異常発生時に電流を遮断する機能を有し、これによって過剰な発熱を防止する電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池は、エネルギー密度が高い、自己放電が小さい、長期信頼性に優れる等の利点により、ノート型パソコンや携帯電話などの電池としてすでに実用化されている。しかし、近年では電子機器の高機能化や電気自動車への利用が進み、よりエネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池の開発が求められている。【０００３】
一方、電池のエネルギー容量やエネルギー密度が高くなるほど、外部からの衝撃や回路の不具合により短絡が生じた際や、過充電状態になった場合、電池が温度上昇しやすくなる。このとき、活物質の酸素放出反応や電解液の熱分解反応が生じ、電池はさらに発熱する。【０００４】
電池の発熱に対する解決策として、従来、様々な遮断機構が開示されている。例えば、特許文献１には、筐体内部に、内圧が上昇することによって変形する薄板を設け、この薄板に電極リードの一部が溶接された構造を有する電池が開示されている。このような構成により、内圧上昇に伴う薄板の変形により電極リードが切断され、これによって電流が遮断される。特許文献２には、所定の電圧以上で酸化される化合物を電解液に添加することが開示されている。この化合物は、酸化時の発熱により電解液の構成成分の分解または気化を誘発し、電池の内圧を上昇させ、圧力上昇により作動する安全手段を有効に機能させる。特許文献３には、電流出力導体に熱ヒューズを組み込んだ遮断機構が開示されている。特許文献４には、電極アセンブリを収納する電池ケースを、電極リードの引き出し方向に伸長可能な構造とし、電池の内圧が上昇することによって電池ケースが伸長し、電極リードと電極タブとの結合部が分離するようにした遮断機構が開示されている。【０００５】
特許文献５には、電極アセンブリを収納する電池ケースを、熱融着性フィルム製の袋体で形成した電池において、袋体の内部が、電極アセンブリを収納する主室と、この主室に隣接しており電極リードが通る副室とに分けた構造を有する電池が開示されている。主室と副室を区画する仕切りシール部は弱シール部を有している。また、副室の内部において、電極リードには、内圧上昇により接続が切り離される遮断機構が設けられている。このような構成の電池によれば、異常発生などによって主室の内圧が上昇すると、弱シール部が開放されて副室が膨張し、これによって電極リードの接続が切り離される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特許文献１：特開平５−２４２９１３号公報
特許文献２：特表２０１０−５２７１３４号公報
特許文献３：特表２０１１−５１９１２４号公報
特許文献４：特表２０１３−５３５７９１号公報
特許文献５：特開２０００−０６７８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電池には大きく２つに分類することができる。一つは内部の電極が捲回されている円筒型電池や角型電池と呼ばれるもので、もう一つは電極を積層した積層型電池である。大型の電池では、放熱性能を重視して積層型が用いられる傾向にある。また、外装は、軽量化や放熱性能、さらにコストの点から、金属による筐体から、金属箔を樹脂フィルムでコートしたラミネートフィルムにより製造される傾向にある。【０００８】
特許文献１に記載された遮断機構は、異常時の電池の内圧による薄板の変形を利用して回路を遮断するものであり、金属筐体などの変形しない外装を持つ電池の場合に機能するが、ラミネートフィルムでは、このような機構は利用できなかった。特許文献２に記載されているガス発生剤も、特許文献１のような電池における遮断機構を前提としたものであり、やはりラミネートフィルムを外装とする電池を意図したものではない。【０００９】
特許文献３は、放熱性の高い積層型の電極を持つ電池で、ラミネートフィルムを外装とする電池に関するものであるが、熱ヒューズは大電流が流れる大型の電池では、ヒューズ部分の抵抗値が高くなるため、エネルギーロスが生じる恐れがある。【００１０】
特許文献４に記載の構造は、ラミネート外装において異常時に発生するガスを検知して、電気回路の遮断を行うことが出来るため、上述のようなエネルギーロスがなく優れている。しかしながら、外装ラミネートを折りたたんだ構造のため、電極が振動でずれる恐れがあり、電極間の接触による発火に至る可能性がある。また、電池に異常がなくとも内部の電解液が環境温度によりわずかに揮発する場合や、長期に渡り電池を使用する場合、電解液の電気分解等により揮発成分が発生する。この場合、やはり電極が振動でずれる恐れが生じる。電池を運搬する際や自動車用途に用いる場合にこのような現象が起きると、電池性能が低下するだけでなく、電極の短絡による熱暴走を引き起こす恐れがある。【００１１】
特許文献５に記載の構造は、主室内で発生したガスが弱シール部を破壊し、そこを通過して副室に侵入し、さらに副室を膨張させる必要があることから、主室の内圧上昇から電流遮断までのタイムラグが大きくなってしまう。そのため、確実に熱暴走を防ぐことは難しく、特に高エネルギーの電池では、活物質の熱暴走速度が速くなることから、十分な効果を得ることが難しい。【００１２】
本発明は、可撓性を有する外装体を用いた電池において、異常発生による昇温時に確実に電流を遮断し、過剰な発熱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】
【００１３】
本発明の一態様によれば、電池要素と、
前記電池要素に電気的に接続された一対の第１端子と、
可撓性を有する外装材から作られ、前記電池要素を封止する第１室と、前記第１室に隣接する１つまたは２つの第２室とに区画された外装体と、
前記一対の第１端子のうち少なくとも一方が前記第２室を経由して外部配線と電気的に接続可能となるように、前記第２室内から前記外装体の外部に引き出された１つまたは２つの第２端子と、を有し、
前記第２室内に、所定の温度以上の温度でガスを発生するガス発生材料が封入されている電池が提供される。【００１４】
ここで、前記第１端子および前記第２端子は、前記第２室が膨張することによって電気的接続が遮断されるように配置されることができる。この構成によれば、前記第２室内に発生したガスにより前記第２室が膨張することによって、前記第１端子と前記第２端子との電気的接続を遮断することができる。【００１５】
また、本発明の他の態様によれば、電池要素に一対の第１端子が電気的に接続された電池要素アセンブリを用意する工程と、
可撓性を有する外装材により外装体を形成する工程であって、前記外装体が、前記電池要素を封止する第１室と、前記第１室に隣接する１つまたは２つの第２室とに区画され、前記一対の第１端子のうち少なくとも一方が前記第２室を経由して外部配線と接続可能となるように１つまたは２つの第２端子が前記第２室内から前記外装体の外部に引き出され、かつ、所定の温度以上の温度でガスを発生するガス発生材料を前記第２室内に封入させて、前記外装体を形成する工程と、
を有する電池の製造方法が提供される。【００１６】
上記の製造方法において、前記外装体を形成する工程は、前記第１端子および前記第２端子を、前記第２室が膨張することによって電気的接続が遮断されるように配置することを含むことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、外装体を、電池要素を封止する第１室と、この第１室に隣接する１つまたは２つの第２室を有して形成し、第２室内に、所定の温度以上の温度でガスを発生するガス発生材料を封入することで、ガスの発生による第２室の膨張を利用して電流を遮断し、その結果として電池の過剰な昇温を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】本発明の一実施形態による電池の構造を模式的に示す平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す電池の構造を模式的に示す側面図である。
【図２】図１Ａに示す電池において、第２室が端子方向に伸長した状態を示す平面図である。
【図３】本発明で用いられる電流遮断機構の他の形態を説明する図である。
【図４】本発明で用いられる電流遮断機構の他の形態を説明する図である。
【図５】本発明で用いられる電流遮断機構の他の形態を説明する図である。
【図６】本発明で用いられる電流遮断機構の他の形態を説明する図である。
【図７】本発明で用いられる電流遮断機構の他の形態を説明する図である。
【図８】本発明で用いられる電流遮断機構の他の形態を説明する図である。
【図９】本発明で用いられる電流遮断機構の他の形態を説明する図である。
【図１０Ａ】本発明で用いられる電流遮断機構の他の形態を模式的に示した平面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａに示す電流遮断機構の側面側から見た模式図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｂに示す電流遮断機構において、第２室が膨張し始めた状態を示す図である。
【図１０Ｄ】図１０Ｃに示す電流遮断機構において、第２室がさらに膨張し、スナップの雄コネクタと雌コネクタとの嵌合が外れた状態を示す図である。
【図１１】第２室が端子方向に伸長可能な包装体を説明する図である。
【図１２】図１１に示した包装体を用いた電池の電流遮断動作を説明する図である。
【図１３】図１２に示した電池において第２室を第１室に向けて折り曲げた場合の電流遮断動作を説明する図である。
【図１４】本発明で用いられる電池要素の構成の一例を説明する模式図である。
【図１５】本発明の電池を備えた電気自動車の一例を示す模式図である。
【図１６】本発明の電池を備えた蓄電設備の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１Ａおよび１Ｂを参照すると、電池要素１０と、電池要素１０を封止する外装体１３と、電流遮断機構１５と、を有する、本発明の一実施形態による電池１の模式図が示される。電池要素１０は、正極、負極、セパレータおよび電解液を有する。外装体１３は、溶着可能な外装材であるラミネートフィルムから形成されており、熱溶着または超音波溶着などによって接合することによって形成されたシール部１３ｃによって、電池要素１０を封止する第１室１３ａと、第１室１３ａに隣接する第２室１３ｂとに区画されている。外装材の接合方法は、溶着に限らず、接着剤を用いた接合であってもよい。接着剤により接合するか、または接着剤による接合と溶着による接合を併用することで、外装材の材料の選択範囲が広くなる。
【００２０】
電池要素１０からは、正極および負極にそれぞれ接続された一対の第１端子１１が延びている。一対の第１端子１１は、少なくとも一方が第２室１３ｂ内に延び、第２室１３ｂを経由して外部配線と電気的に接続可能となるように配置されていれば任意に配置されていてよい。図示した例では、一対の第１端子１１は、一方が第２室１３ｂ内に延び、他方は外装体１３の外部に引き出されるように、電池要素１０の両端に配置されている。
【００２１】
電流遮断機構１５は、電池１の異常発生等により電池要素１０が所定の温度以上まで昇温すると作動してガスを発生し、発生したガスで第２室１３ｂを膨張させることによって電池要素１０と外部配線との電流を遮断するように構成されている。上記の一対の第１端子１１のうち第２室１３ｂ内に延びる第１端子１１は、電流遮断機構１５の一部を構成し、電流遮断機構１５は、その他に、外装体１３から引き出された第２端子１２および第２室１３ｂ内に封入されたガス発生材料１４を有する。
【００２２】
ガス発生材料１４は、常温では固体または液体で存在しているが、常温より高く、かつ電池の熱暴走が生じない所定の温度以上の温度でガスを発生する材料であり、ガスの発生により第２室１３ｂを膨張させることができる。ここで、「常温」とは、ＪＩＳ  Ｚ  ８７０３に規定される、２０±１５℃（すなわち５℃〜３５℃）の温度範囲をいう。本形態では、第２室１３ｂは、膨張することによって、第２端子１２が引き出される方向（矢印Ａ方向）に伸長するように構成されている。本発明において「端子方向」とは、この第２端子１２が引き出される方向を意味する。
【００２３】
第２端子１２は、電池１の外部の電気配線と接続される端子であり、一端側を第２室１３ｂ内に位置させて外装体１３の外部に引き出されている。さらに、第２端子１２は、一端部が、第２室１３ｂが伸長する前は第１端子１１と重なり合って接触しているが、第２室１３ｂが伸長するにつれて第２端子１２が移動し、第１端子１１から離れるように、外装体１３に固定されている。したがって、第１端子１１と第２端子１２とが互いに離れることによって、電池要素と外部の電気配線との電気的接続が遮断される。第２室１３ｂが伸長する前の、第１端子１１と第２端子１２との接触をより確実にするために、ガス発生材料１４がガスを発生する前は、第２室１３ｂにおいて外装材の対向する部分同士が密着する程度に第２室１３ｂ内が真空状態であることが好ましい。このような真空状態は、第２室１３ｂを形成するための外装材の接合を減圧下で実施することで実現できる。
【００２４】
異常発生等により電池要素１０が発熱すると、その熱は第１端子１１を伝わって第２室１３ｂを昇温させる。第２室１３ｂが昇温するとガス発生材料１４からガスが発生し、第２室１３ｂが膨張する。第２室１３ｂが膨張すると、第２室１３ｂは矢印Ａ方向に伸長し、これによって、図２に示すように、第１端子１１と第２端子１２とが離間し、第１端子１１と第２端子１２との間で電流が遮断される。その結果、電池１の過剰な発熱を防止することができる。
【００２５】
以下、上述した各構成要素についてより詳しく説明する。
【００２６】
（電流遮断機構）
電流遮断機構１５は、第２室１３ｂの膨張によって第１端子１１と第２端子１２とが離間するように構成されていれば、上述した形態に示した構造に限らず任意の構造を採用することができる。
【００２７】
例えば、図３の（Ａ）および（Ｂ）に示すように、第２室１３ｂを外装材の対向方向である第２室１３ｂの厚み方向に膨張するように構成した場合、第１端子１１および第２端子１２を第２室１３ｂの厚み方向に離間させることができる。そのためには、第２室１３ｂ内において、対向する外装材の一方の内面に第１端子１１を接合するとともに、他方の内面に第２端子１２を接合することができる。ガス発生による第２室１３ｂの膨張前は、第１端子１１と第２端子１２とは、重なり合った状態で接触しており、電気的に接続されている。第２室１３ｂが昇温に伴うガス発生材料の作用により第２室１３ｂ内にガスが発生し、第２室１３ｂが膨張すると、第２室１３ｂ内では外装材がその対向方向に離間する。これによって第１端子１１および第２端子１２が離間し、両者間で電流が遮断される。
【００２８】
外装材への第１端子１１および第２端子１２の接合には、一般的な接着剤を用いることが可能である。接着剤の種類は任意であってよく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、アクリル樹脂やスチレン樹脂あるいはブタジエン樹脂を主剤とする柔軟な接着剤は、外装材への追随性に優れることや柔軟性に優れることから好ましい。また、イソシアネート系のウレタン樹脂などは、加工時間が短くなることから好ましい。また、エポキシ樹脂やアミド樹脂などを用いれば耐熱性に優れることから好ましい。また、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂で熱溶着すれば、きわめて短時間で接合できることから好ましい。この場合、これらの樹脂を内面にコートした外装材を用いれば、熱溶着による接合を容易に行えるため、好ましい。
【００２９】
第１端子１１の材料は、電池１内で腐食しない材料であることが好ましい。具体的には、負極と接続される第１端子１１であれば、金、白金、銅、炭素、ステンレス、ニッケル等を用いることができる。正極と接続される第１端子１１であれば、アルミ等を用いることができる。第２端子１２については、導電性がある材料であれば特に限定されるものではないが、銅やアルミなどは、導電性が高く安価であり好ましい。また、ニッケル、鉄、ステンレスなどを用いれば、強度の高い電池タブとすることができるので好ましい。
【００３０】
電流遮断機構１５の他の形態として、互いに接触した状態で仮止めされることによって電気的に接続された第１端子１１と第２端子１２とを用いることもできる。仮止めの強度は、第２室１３ｂの膨張によって第１端子１１と第２端子１２との仮止めが外れる程度の強度とされる。仮止めには、第１端子１１と第２端子１２との摩擦力を利用することができる。
【００３１】
電流遮断機構を、仮止めにより第１端子１１と第２端子１２とが電気的に接続された構造とする場合、例えば、図４の（Ａ）および（Ｂ）に示すように、複数本の導線からなる束で第１端子１１および第２端子１２を構成することができる。第１端子１１および第２端子１２は、それぞれの端部で導線の束が解されており、この解された導線の部分で第１端子１１の導線と第２端子１２の導線とを噛み合わせることによって、両者を電気的に接続させた状態で仮止めすることができる。第２室は、第１端子１１と第２端子１２との接続方向に膨張することができるように構成されており、第２室が膨張すると第２端子１２は第１端子１１から離れる方向に引っ張られる。第２端子１２が引っ張られることによって、導線の噛み合いが解け、第１端子１１と第２端子１２との間で電流が遮断される。
【００３２】
図５の（Ａ）および（Ｂ）に示すように、板状の導体で第１端子１１および第２端子１２を構成した場合であっても、第１端子１１および第２端子１２の互いの対向面（接触面）を、「やすり」のように多数の凹凸を有する粗面に形成して両者を仮止めすることもできる。第１端子１１および第２端子１２が互いの対向面に多数の凹凸を有することにより、両者が対向面同士を接触させた状態では、両者間の摩擦力によって第１端子１１と第２端子１２とが横滑りしにくくなる。その結果、第２室が膨張して第１端子１１と第２端子１２とが離れるまで、両者の接触状態を良好に保持することができる。このように、第１端子１１と第２端子１２とを、多数の凹凸による摩擦力を利用して互いの接触状態を維持するように構成する場合、第２室が膨張する前は第２室内が減圧状態（真空状態）であるようにすることにより、第１端子１１および第２端子１２をより確実に接触させることができる。
【００３３】
また、第１端子１１および第２端子１２が板状である場合は、第１端子１１および第２端子１２に互いに噛み合う、または嵌合する凹凸を形成することが好ましい。これによって第１端子１１と第２端子１２との間の摩擦力が増し、平常時に第１端子１１と第２端子１２とが離れることをより効果的に防止できる。凹凸の例としては、図６の（Ａ）および（Ｂ）に示すような、第１端子１１および第２端子１２の一部を互いに噛み合う波形に曲げ加工したものや、図７の（Ａ）および（Ｂ）に示すような、互いに嵌合する凹部１１１および凸部１２１などが挙げられる。
【００３４】
第１端子１１および第２端子１２を波形に曲げ加工する場合、第１端子１１および第２端子１２の波形の数、波形の周期、波形の高低差などは任意であってよい。第１端子１１および第２端子１２に凹部１１１および凸部１２１を形成する場合、凹部１１１／凸部１２１の数、凹部１１の深さ、凸部１２１の高さ、凹部１１１／凸部１２１の形状などは任意であってよい。凹部１１１および凸部１２１は、第１端子１１および第２端子１２のどちら側に形成してもよいし、混在していてもよい。また、凹部１１１は、図７の（Ａ）および（Ｂ）に示したように穴によって形成されていてもよいし、窪みによって形成されていてもよい。凹部１１１を穴によって形成した場合は、第１端子１１と第２端子１２とをより強く結合させることができる。凹部１１１を窪みによって形成した場合は、加工が容易である。
【００３５】
第１端子１１と第２端子１２とを互いに接触した状態で仮止めする他の形態として、図８の（Ａ）および（Ｂ）に示すように、第１端子１１の先端部および第２端子１２の先端部を折り返し、この折り返された部分同士をフックのように係合させた構造とすることもできる。第２室が膨張することによって、第１端子１１および第２端子１２が互いに離れる向きに引っ張られ、これによって両者の係合が外れ、両者間での電流が遮断される。図８に示す形態の場合、第２室を減圧状態で封止し、外装材が受ける大気圧によって第１端子１１および第２端子１２が互いに密着するようにすることが好ましい。これにより、第１端子１１と第２端子１２との位置ずれを防止することができる。
【００３６】
電流遮断機構は、図９の（Ａ）および（Ｂ）に示すように、第１端子１１と第２端子１２とを仮止めするクリップ２０を有していてもよい。クリップ２０は、互いに接触している第１端子１１と第２端子１２とが位置ずれしないように補助するものである。したがって、クリップ２０としては、第１端子１１および第２端子１２の重なり合った部分を挟むことによって両者を互いに接触させた状態とすることができるものであれば任意のクリップであってよい。クリップ２０を用いた場合、端子が引き出される方向に第２室が膨張するように構成されている場合に有効に作用する。クリップ２０は、第１端子１１および第２端子１２に凹凸が形成されている場合にも適用することができる。
【００３７】
あるいは、電流遮断機構は、図１０Ａおよび１０Ｂに示すように、第１端子１１と第２端子１２とを仮止めするスナップ３０を有していてもよい。スナップ３０は、互いに嵌合する雄コネクタ３１および雌コネクタ３２を有し、一方が第１端子１１に電気的に接続されて固定され、他方が第２端子１２に電気的に接続されて固定されている。雄コネクタ３１と雌コネクタ３２とは、第２室１３ｂが膨張する前は互いに嵌合し、第１端子１１と第２端子１２とが電気的に接続されている。一方、第２室が電池の厚み方向に膨張することによって、雄コネクタ３１と雌コネクタ３２との嵌合が外れ、第１端子１１と第２端子１２との間の電流が遮断される。
【００３８】
スナップ３０としては、２つの部材同士が解除可能に嵌合できれば任意の構造を有することができる。また、スナップ３０はホックとも呼ばれ、雄コネクタ３１と雌コネクタ３２との固定方式にはマグネット式およびばね式などがあるが、本発明においてはいずれの固定方式のものも使用できる。スナップ３０の取り付け構造も任意であってよく、図１０Ａおよび１０Ｂに示す形態では、雄コネクタ３１および雌コネクタ３２はそれぞれ、外装体１３の第２室１３ｂとなる部位において、互いに対向する位置で外装体１３を貫通して外装体１３に固定されている。また、第１端子１１と第２端子１２との電気的接続は雄コネクタ３１と雌コネクタ３２とが嵌合することになされるので、第１端子１１と第２端子１２とが直接接触している必要はない。そこで本実施形態では、第２端子１２を外装体１３の外側に配置し、外装体１３のシール部において外装体１３の間に介在する部品の数を少なくしている。これによって、第２室１３ｂの気密性を良好に維持することができる。ただし、前述した形態と同様、第２端子１２を第２室１３ｂ内に配置することもできる。
【００３９】
また、本形態では、第２室１３ｂが膨張したときに雄コネクタ３１と雌コネクタ３２との嵌合が解除され易くするために、第２室１３ｂは、スナップ３０が配置された部位と第１室１３ａとの間にバッファ部１３ｄを有している。バッファ室１３ｄは、外装体１３が山折りとされて形成された部分であり、第２室１３ｂが膨張する前は、ほぼ扁平状態とされている。第２室１３ｂの膨張によって、図１０Ｃに示すようにバッファ部１３ｄが膨らみ始め、最終的には、図１０Ｄに示すように、第２室１３ｂはバッファ部１３ｄを有する側が大きく膨らみ、雄コネクタ３１と雌コネクタ３２との嵌合が解除される。このように、第２室１３ｂがバッファ部１３ｄを有することで、第２室１３ｂをより大きく膨張させることができ、結果的に、第２室１３ｂの膨張による電流の遮断をより確実に行うことができる。
【００４０】
スナップ３０を用いた仮止めでは、雄コネクタ３１と雌コネクタ３２との嵌合方向に垂直な方向での結合力は比較的高い。したがって、スナップ３０を用いた仮止めは、電池の厚み方向に垂直な面内方向での振動に対して高い耐性を持つ。言い換えれば、この方向に強い振動が作用しても、第１端子１１と第２端子１２とがずれにくい構造を得ることができる。なお、外装材の接合による第２室の形成を減圧下で行うことにより、大気圧によってスナップ３０の結合力を補助することができる。よって、この場合は、雄コネクタ３１と雌コネクタ３２との嵌合方向、すなわち電池の厚み方向についても、振動に対して高い耐性を持たせることができる。
【００４１】
第１端子１１および第２端子１２の、重なり合って接触している部分が、その外側から熱可塑性樹脂でコーティングされることによって、第１端子１１と第２端子１２とを両者が互いに接触した状態で仮止めすることもできる。この場合、仮止めのためにコーティングされる熱可塑性樹脂、すなわち仮止め樹脂は、融点が、電池が正常に作動しているときの電池要素１０の温度より高く、かつ、第２室内に封止されているガス発生材料が作用する温度以下であることが好ましい。これにより、電池が正常に作動している間は、第１端子１１と第２端子１２との電気的接続状態が維持される。一方、異常発生によりガス発生材料からガスが発生する温度まで電池が昇温すると、仮止め樹脂が溶融するとともに、第２室が膨張し、これによって第１端子１１と第２端子１２との間の電流を遮断することができる。
【００４２】
安全性を早い段階、すなわち電池の温度が活物質の熱暴走温度より十分に低い温度の段階で電流遮断機構を働かせることが好ましい。そのためには、仮止め樹脂は、融点が２００℃未満であることが好ましい。また、第２室にガスを充満させるためには、仮止め樹脂の融点は、外装材のシール層として用いられる樹脂の融点以下であることが好ましい。例えば、外装材のシール層としてポリプロピレン樹脂を用いた場合、仮止め樹脂の融点は、ポリプロピレン樹脂の融点である１６０℃以下、好ましくは１５０℃以下、より好ましくは１４０℃以下である。外装材のシール層としてエチレン樹脂を用いた場合は、仮止め樹脂の融点は、エチレン樹脂の融点である１２０℃以下、好ましくは１１０℃以下、より好ましくは１００℃以下である。
【００４３】
一方、電池の安定性を考慮した場合、異常が発生していない段階で仮止め樹脂が溶融するのは好ましくない。したがって、仮止め樹脂の融点は、５０℃以上であることが好ましく、より好ましくは７０℃以上、さらに好ましくは８０℃以上である。
【００４４】
仮止め樹脂は、上述のように、外装材のシール層として用いる樹脂の種類や、電流遮断機構を作動させる温度などに応じて、適宜の融点を有する樹脂から選択することができる。
【００４５】
図１１の（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）に、第２室が端子方向に伸長するように構成された外装体１３の具体例を示す。以下、図１１等を参照して、第１端子および第２端子が引き出される方向に伸長する外装体１３について説明する。以下の説明において外装材の方向をいうとき、「端子方向」と直角な方向を「幅方向」という。
【００４６】
図１１に示す例では、外装体は、外装材として、電池要素（図１１では不図示）を上下から挟んで対向配置される一対のメインシート１３１と、第２室となる位置で一対のメインシート１３１の間に配置される一対の側部シート１３２と、を有する。これら一対のメインシート１３１および一対の側部シート１３２は、片面のみが溶着可能な面として形成されており、一対のメインシート１３１は、溶着可能な面同士を向かい合わせて配置される。一対の側部シート１３２は、溶着可能な面を外側にして半分に折られ、折り目を向かい合わせて、第２室となる位置でメインシート１３１の幅方向両端部においてメインシート１３１の間に配置される（図１１の（Ａ）参照）。
【００４７】
上記のように配置されたメインシート１３１および側部シート１３２は、メインシート１３１の外周縁全周にわたる部位および第１室と第２室との境界となる部位で溶着される（図１１の（Ｂ）参照）。側部シート１３２が配置されていることで、側部シート１３２によって第２室の側壁が構成される。そして、第２室の部分でメインシート１３１を、山部１３３が外装体１３の表面側および裏面側に形成されるようにメインシート１３１の幅方向に沿って山折りにする（図１１の（Ｃ）参照）。これにより、第２室は、端子方向の長さが短くなる。この状態で第２室内にガスを発生させることによって、第２室を端子方向に伸長させることができる。
【００４８】
図１２の（Ａ）および（Ｂ）に、図１１に示す外装体を適用した電池の一例を示す。電池の外装体として図１１に示す外装体を適用する場合、第２端子１２は、第２室１３ｂが伸長する前は第１端子１１と接触しているが、第２室１３ｂが伸長することによって第１端子１１から離れるように第１端子１１との位置関係が定められて外装体１３に固着される。また、第２室１３ｂ内には上述したガス発生材料が封入される。
【００４９】
本形態のように、第２室１３ｂが端子方向に伸長できるように外装材を折り畳むことで、第２室１３ｂの膨張により第１端子１１と第２端子１２とを確実に遮断でき、かつ、遮断後に両者が再度接触する可能性は極めて低い。その結果、電池の安全性をより向上させることができる。また、第２室１３ｂを第１室１３ａに対して折り曲げることで、第２室１３ｂの伸長方向を任意に変更することが可能となる。例えば図１３の（Ａ）および（Ｂ）に示すように、第２室１３ｂを第１室１３ａに向けて折り曲げれば、第２室１３ｂの伸長による電池の占有スペースの増加分を少なくすることができる。特に折り曲げ角度を９０度とすれば、第１室１３ａの厚み方向に第２室１３ｂを伸長させることができる。実際の電池では、電極の積層数が多く電池要素の厚みが厚いため、第２室１３ｂに比べて第１室１３ａの厚みが極めて厚い。したがって、第２室１３ｂが第１室１３ａの厚み方向に伸長する構造とすれば、第２室１３ｂが伸長した場合であっても電池が占める実質的なスペースの増加はほとんどなく、最小限の設置スペースで設置できる安全な電池システム（電池パック）を提供できる。
【００５０】
図１１〜１３では、１つの山部１３３を第２室に形成した例を示した。しかし、複数の山部１３３を端子方向に配列した蛇腹構造とすることもできる。また、第２室に複数の山部１３３を形成することによって、山部１３３の高さを低くしつつ、大きな伸長量を得ることができる。山部１３３の高さを低くできることは、折り畳まれた状態での第２室の厚みを小さくすることができ、好ましい。また、第２室を端子方向に伸長させるための外装体１３の折り方についても、図１１〜１３に示した方法に限られず、例えば、前述した特許文献４に開示された方法を適用し、第２室の部分で外装材を端子方向に折り込んだ構造とすることもできる。この場合も、折り込み箇所は１箇所であってもよいし複数箇所であってもよい。
【００５１】
上述した各形態では、一方の第１端子１１側のみに第２室１３ｂを有する形態を示したが、もう一方の第１端子１１側にも第２室１３ｂを有していてもよい。この場合、両方の第２室１３ｂのそれぞれが電流遮断機構１５を備えることは、正極側および負極側の両方に安全装置を有することとなるため、より好ましい。
【００５２】
また、上述した各形態では、一対の第１端子１１が電池要素１０の異なる辺から取り出される形態を示したが、同じ辺から取り出されてもよい。この場合は、１つの第２室で正極側および負極側の両方に電流遮断機構を付与することができ、安全性向上の点で好ましい。さらに、第２室の数が１つでよいので、膨張時に端子方向に伸長する第２室構造を採用した場合、第２室が伸長した後の電池の占有スペースの増加量が２つの第２室を有する場合と比べて少なくてすむ。よって、より小さな設置スペースで設置できる安全な電池システム（電池パック）を提供できる。
【００５３】
第２室内に封入されるガス発生材料として、揮発性の材料を用いることが可能である。第１室で発生した熱が導体である第１端子を伝わって第２室の温度が上昇した場合、第２室内に予め入れておいた揮発性の材料が第２室内で膨張する。揮発性の材料は電池に異常な発熱が起きるまでは、第２室内に存在する。このため、仮に第１室内の電池の電池特性に影響を与えるような材料であっても、電池特性への悪影響を危惧することなく用いることが可能である。
【００５４】
固体の揮発性材料としては、ガスを吸着した吸着剤が挙げられる。たとえば、水分を吸着したシリカゲルやゼオライトを用いれば、導体を伝わった熱で吸着剤が水分等のガスを放出し、第２室を膨張させることができる。また、ガス発生材料として金属水和物も利用可能である。たとえば、水酸化アルミは、加熱されると水分が放出される。これらの材料は、電池の使用温度域においても電解液に水分が移るため、電気分解が生じるなどリチウムイオン電池を破壊する結果となるため、第１室に入れることはできない。しかし、第１室とは別に第２室を設けることで、これらの材料を第２室内に入れることが可能となる。よって、これらの材料を第２室内に入れておくことにより、電池の特性に影響を与えることなく、異常発生による昇温持に電流を遮断することができる。
【００５５】
ガス発生材料として液体を用いることも可能である。液体を構成する少なくとも１つの溶媒が揮発すれば、ガスを発生することができる。安全性を早い段階、すなわち電池の温度が活物質の熱暴走温度より十分に低い温度の段階で電流遮断機構を働かせることが好ましく、そのためには、溶媒の揮発温度は２００℃未満であることが好ましい。また、第２室にガスを充満させるためには、溶媒の揮発温度は、外装材のシール層として用いられる樹脂の融点以下であることが好ましい。例えば、外装材のシール層としてポリプロピレン樹脂を用いた場合、溶媒の揮発温度は、ポリプロピレン樹脂の融点である１６０℃以下、好ましくは１５０℃以下、より好ましくは１４０℃以下である。外装材のシール層としてエチレン樹脂を用いた場合は、溶媒の揮発温度は、エチレン樹脂の融点である１２０℃以下、好ましくは１１０℃以下、より好ましくは１００℃以下である。
【００５６】
一方、電池の安定性を考慮した場合、異常が発生していない段階で溶媒が揮発するのは好ましくない。したがって、溶媒の揮発温度は、５０℃以上であることが好ましく、より好ましくは７０℃以上、さらに好ましくは８０℃以上である。
【００５７】
溶媒として具体的には水を用いることができる。水の中でも特に純水が好ましい。純水は、第２室内に正極側および負極側の第１端子が存在する場合でも、電気分解によるガスが発生しない。
【００５８】
また、溶媒として、非水系の溶媒、例えば後述する電解液成分を用いることも可能である。電解液成分を用いることにより、仮に第１室と第２室とを隔てるシール部が破損し、第２室から液体が第１室へ漏出したとしても、第１室を非水状態に保つことができる。また、第２室の液体が第１室の電解液と同じ構成であれば、第２室の液体が第１室に漏出しても、電池の機能を維持することができる。
【００５９】
このような非水系の溶媒として、例えば、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート等を挙げることができる。また、電流遮断機構を動作させるためのガスは、不燃性あるいは難燃性ガスであることが好ましいことから、フッ素やリン原子を含むものが好ましい。例えば、メチルフルオロエチルカーボネートなどのフッ素化エステル類、フッ素化カーボネート類やテトラフルオロエチルテトラフルオロプロピルエーテル、デカフルオロプロピルエーテル、オクタフルオロベンチルテトラフルオロエチルエーテルなどのフッ素化エーテル、リン酸エステル類などを挙げることができる。
【００６０】
（外装体）
電池要素を密閉する外装体は、電解液に安定で、かつ、十分な水蒸気バリア性を持つ可撓性の任意の外装材を用いて構成することができる。このような外装材として、好ましくは、溶着層を有するラミネートフィルムを用いることができる。ラミネートフィルムとしては、アルミニウム、シリカ、アルミナをコーティングしたポリプロピレン、ポリエチレン等のラミネートフィルムを用いることができる。特に、フィルム自体の伸長による体積膨張を抑制する観点から、アルミニウムラミネートフィルムが好ましい。
【００６１】
ラミネートフィルムの代表的な層構成としては、金属薄膜層と熱溶着性樹脂層とが積層された構成が挙げられる。また、ラミネートフィルムのその他の代表的な層構成としては、金属薄膜層の熱溶着樹脂層と反対側の面に、さらにポリエチレンテレフタレートなどのポリエステルやナイロン等のフィルムからなる保護層が積層された構成が挙げられる。電池要素を封止する場合、熱溶着性樹脂層を対向させて電池要素が包囲される。金属薄膜層としては、例えば、厚さ１０〜１００μｍの、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔｉ合金、Ｆｅ、ステンレス、Ｍｇ合金などの箔が用いられる。熱溶着性樹脂層に用いられる樹脂は、熱溶着が可能な樹脂であれば特に制限はない。例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、これらの酸変成物、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、ポリアミド、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体やエチレン−アクリル酸共重合体を金属イオンで分子間結合させたアイオノマー樹脂などが、熱溶着性樹脂層として用いられる。熱融着性樹脂層の厚さは１０〜２００μｍが好ましく、より好ましくは３０〜１００μｍである。
【００６２】
（電池要素）
次に、電池要素の構成を簡単に説明する。電池要素の構成は、特に制限されるものではないが、例えば、正極および負極が対向配置された電極素子と、電解液とを内包する積層型とすることができる。
【００６３】
図１４は、積層型の二次電池が有する電極素子の構造を示す模式的断面図である。この電極素子は、平面構造を有する複数の正極ｃおよび複数の負極ａが、セパレータｂを挟みつつ交互に積み重ねられて形成されている。各正極ｃが有する正極集電体ｅは、正極活物質に覆われていない端部で互いに溶接されて電気的に接続され、さらにその溶接箇所に正極端子ｆが溶接されている。正極端子ｆは、前述した第１端子１１（図１Ａ等参照）の一方であってもよいし、正極端子ｆに第１端子１１の一方が電気的に接続されてもよい。各負極ａが有する負極集電体ｄは、負極活物質に覆われていない端部で互いに溶接されて電気的に接続され、さらにその溶接箇所に負極端子ｇが溶接されている。負極端子ｇは、前述した第１端子１１（図１Ａ等参照）の他方であってもよいし、負極端子ｇに第１端子１１の他方が接続されてもよい。
【００６４】
このような平面的な積層構造を有する電極素子は、電池の表面積が大きいため、異常時に発生した熱を効率よく逃がすことが出来る。これに対して、捲回式の場合、中心部で発生した熱は、放熱されずに蓄積することとなる。積層構造を持つ電極素子は、曲率半径の小さい部分（捲回構造の巻き芯に近い領域）がないため、捲回構造を持つ電極素子に比べて、充放電に伴う電極の体積変化に対する悪影響を受けにくいという利点がある。すなわち、積層構造を持つ電極素子は、体積膨張を起こしやすい活物質を用いた電極素子として有効である。一方で、捲回構造を持つ電極素子では電極が湾曲しているため、体積変化が生じた場合にその構造が歪みやすい。特に、ケイ素酸化物のように充放電に伴う体積変化が大きい負極活物質を用いた場合、捲回構造を持つ電極素子を用いた二次電池では、充放電に伴う容量低下が大きい。
【００６５】
本発明の電池要素は、特に限定されないが、好ましくは、リチウムイオン二次電池の電池要素である。以下に好ましい電池要素の材料を述べる。
【００６６】
［１］負極
負極は、例えば、負極活物質が負極用結着剤によって負極集電体に結着されてなる。本実施形態における負極活物質は、リチウムの吸蔵及び放出が可能なものであれば、本発明の効果を著しく損なわない限り任意のものを用いることができる。通常は、正極の場合と同様に、負極も集電体上に負極活物質層を設けて構成されたものを用いる。なお、正極と同様に、負極も適宜その他の層を備えていてもよい。
【００６７】
負極活物質としては、リチウムイオンの吸蔵放出が可能な材料であれば他に制限は無く、公知の負極活物質を任意に用いることができる。例えば、コークス、アセチレンブラック、メゾフェーズマイクロビーズ、グラファイト等の炭素質材料；リチウム金属；リチウム−シリコン、リチウム−スズ等のリチウム合金、チタン酸リチウムなどを使用することが好ましい。これらの中でもサイクル特性及び安全性が良好でさらに連続充電特性も優れている点で、炭素質材料を使用するのが最も好ましい。なお、負極活物質は１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
【００６８】
さらに、負極活物質の粒径は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、初期効率、レ−ト特性、サイクル特性等の電池特性が優れる点で、通常１μｍ以上、好ましくは１５μｍ以上であり、通常５０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下程度である。また、例えば、上記の炭素質材料をピッチ等の有機物で被覆した後で焼成したもの、ＣＶＤ法等を用いて表面に上記炭素質材料よりも非晶質の炭素を形成したものなども、炭素質材料として好適に使用することができる。ここで、被覆に用いる有機物としては、軟ピッチから硬ピッチまでのコールタールピッチ；乾留液化油等の石炭系重質油；常圧残油、減圧残油等の直留系重質油；原油、ナフサ等の熱分解時に副生する分解系重質油（例えばエチレンヘビーエンド）等の石油系重質油が挙げられる。また、これらの重質油を２００〜４００℃で蒸留して得られた固体状残渣物を、１〜１００μｍに粉砕したものも使用することができる。さらに塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、イミド樹脂なども使用することができる。
【００６９】
負極活物質層は、例えば、上述の負極活物質をロール成形してシート電極としたり、圧縮成形によりペレット電極としたりすることも可能であるが、通常は、正極活物質層の場合と同様に、上述の負極活物質と、結着剤と、必要に応じて各種の助剤等とを、溶媒でスラリー化してなる塗布液を、集電体に塗布し、乾燥することにより製造することができる。
【００７０】
負極用結着剤としては、特に制限されるものではないが、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミドイミド等を用いることができる。使用する負極用結着剤の量は、トレードオフの関係にある「十分な結着力」と「高エネルギー化」の観点から、負極活物質１００質量部に対して、１〜２５質量部が好ましい。
【００７１】
［２］集電体
負極の集電体の材質としては、公知のものを任意に用いることができるが、例えば、銅、ニッケル、ＳＵＳ等の金属材料が用いられる。中でも加工し易さとコストの点から特に銅が好ましい。また、負極の集電体も、予め粗面化処理しておくのが好ましい。さらに、集電体の形状も任意であり、箔状、平板状、メッシュ状等が挙げられる。また、エキスパンドメタルやパンチングメタルのような穴あきタイプの集電体を使用することもできる。
【００７２】
負極の作製方法としては、例えば、負極集電体上に、負極活物質と負極用結着剤を含む負極活物質層を形成することで作製することができる。負極活物質層の形成方法としては、例えば、ドクターブレード法、ダイコーター法、ＣＶＤ法、スパッタリング法などが挙げられる。予め負極活物質層を形成した後に、蒸着、スパッタ等の方法でアルミニウム、ニッケルまたはそれらの合金の薄膜を形成して、負極集電体としてもよい。
【００７３】
［３］正極
本実施形態における正極活物質としては、リチウムを吸蔵放出し得る材料であれば特に限定されず、いくつかの観点から選ぶことができる。高エネルギー密度化の観点からは、高容量の化合物を含むことが好ましい。高容量の化合物としては、リチウム酸ニッケル（ＬｉＮｉＯ２）またはリチウム酸ニッケルのＮｉの一部を他の金属元素で置換したリチウムニッケル複合酸化物が挙げられ、下式（Ａ）で表される層状リチウムニッケル複合酸化物が好ましい。
【００７４】
ＬｉｙＮｉ（１−ｘ）ＭｘＯ２      （Ａ）
（但し、０≦ｘ＜１、０＜ｙ≦１．２、ＭはＣｏ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｔｉ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素である。）
【００７５】
高容量の観点では、Ｎｉの含有量が高いこと、即ち式（Ａ）において、ｘが０．５未満が好ましく、さらに０．４以下が好ましい。このような化合物としては、例えば、ＬｉαＮｉβＣｏγＭｎδＯ２（０＜α≦１．２好ましくは１≦α≦１．２、β＋γ＋δ＝１、β≧０．７、γ≦０．２）、ＬｉαＮｉβＣｏγＡｌδＯ２（０＜α≦１．２好ましくは１≦α≦１．２、β＋γ＋δ＝１、β≧０．６好ましくはβ≧０．７、γ≦０．２）などが挙げられ、特に、ＬｉＮｉβＣｏγＭｎδＯ２（０．７５≦β≦０．８５、０．０５≦γ≦０．１５、０．１０≦δ≦０．２０）が挙げられる。より具体的には、例えば、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．０５Ｍｎ０．１５Ｏ２、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１Ｍｎ０．１Ｏ２、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１Ａｌ０．１Ｏ２等を好ましく用いることができる。
【００７６】
また、熱安定性の観点では、Ｎｉの含有量が０．５を超えないこと、即ち、式（Ａ）において、ｘが０．５以上であることも好ましい。また特定の遷移金属が半数を超えないことも好ましい。このような化合物としては、ＬｉαＮｉβＣｏγＭｎδＯ２（０＜α≦１．２好ましくは１≦α≦１．２、β＋γ＋δ＝１、０．２≦β≦０．５、０．１≦γ≦０．４、０．１≦δ≦０．４）が挙げられる。より具体的には、ＬｉＮｉ０．４Ｃｏ０．３Ｍｎ０．３Ｏ２（ＮＣＭ４３３と略記）、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２、ＬｉＮｉ０．５Ｃｏ０．２Ｍｎ０．３Ｏ２（ＮＣＭ５２３と略記）、ＬｉＮｉ０．５Ｃｏ０．３Ｍｎ０．２Ｏ２（ＮＣＭ５３２と略記）など（但し、これらの化合物においてそれぞれの遷移金属の含有量が１０％程度変動したものも含む）を挙げることができる。
【００７７】
また、式（Ａ）で表される化合物を２種以上混合して使用してもよく、例えば、ＮＣＭ５３２またはＮＣＭ５２３とＮＣＭ４３３とを９：１〜１：９の範囲（典型的な例として、２：１）で混合して使用することも好ましい。さらに、式（Ａ）においてＮｉの含有量が高い材料（ｘが０．４以下）と、Ｎｉの含有量が０．５を超えない材料（ｘが０．５以上、例えばＮＣＭ４３３）とを混合することで、高容量で熱安定性の高い電池を構成することもできる。
【００７８】
上記以外にも正極活物質として、例えば、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉｘＭｎ２Ｏ４（０＜ｘ＜２）、Ｌｉ２ＭｎＯ３、ＬｉｘＭｎ１．５Ｎｉ０．５Ｏ４（０＜ｘ＜２）等の層状構造またはスピネル構造を有するマンガン酸リチウム；ＬｉＣｏＯ２またはこれらの遷移金属の一部を他の金属で置き換えたもの；これらのリチウム遷移金属酸化物において化学量論組成よりもＬｉを過剰にしたもの；及びＬｉＦｅＰＯ４などのオリビン構造を有するもの等が挙げられる。さらに、これらの金属酸化物をＡｌ、Ｆｅ、Ｐ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ａｇ、Ｂａ、Ｃａ、Ｈｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｌａ等により一部置換した材料も使用することができる。上記に記載した正極活物質はいずれも、１種を単独で、または２種以上を組合せて用いることができる。
【００７９】
正極用結着剤としては、負極用結着剤と同様のものを用いることができる。中でも、汎用性や低コストの観点から、ポリフッ化ビニリデンが好ましい。使用する正極用結着剤の量は、トレードオフの関係にある「十分な結着力」と「高エネルギー化」の観点から、正極活物質１００質量部に対して、２〜１０質量部が好ましい。
【００８０】
正極集電体としては、負極集電体と同様のものを用いることができる。
【００８１】
正極活物質を含む正極活物質層には、インピーダンスを低下させる目的で、導電補助材を添加してもよい。導電補助材としては、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック等の炭素質微粒子が挙げられる。
【００８２】
［４］電解液
電解液は、電池の動作電位において安定な非水電解液を含む。非水電解液の具体例としては、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）、ｔ−ジフルオロエチレンカーボネート（ｔ−ＤＦＥＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、ビニルエチレンカーボネート（ＶＥＣ）等の環状カーボネート類；アリルメチルカーボネート（ＡＭＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）等の鎖状カーボネート類；プロピレンカーボネート誘導体；ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸エチル等の脂肪族カルボン酸エステル類；γ―ブチロラクトン（ＧＢＬ）等の環状エステル類、などの非プロトン性有機溶媒が挙げられる。非水電解液は、一種を単独で、または二種以上を組み合わせて使用することができる。また、スルホラン、フッ素化スルホラン、プロパンスルトン、プロペンスルトン等の含硫黄環状化合物を用いることが出来る。
【００８３】
電解液中に含まれる支持塩の具体例としては、特にこれらに制限されるものではないが、ＬｉＰＦ６、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣ４Ｆ９ＳＯ３、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２等のリチウム塩が挙げられる。支持塩は、一種を単独で、または二種以上を組み合わせて使用することができる。
【００８４】
［５］セパレータ
セパレータとしては、特に制限されるものではないが、ポリプロピレン、ポリエチレン、フッ素系樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド等の多孔質フィルムや不織布、また、これらを基材としてシリカやアルミナ、ガラスなどの無機物を、付着もしくは接合したものや、単独で不織布や布として加工したものを用いることができる。また、セパレータとしては、それらを積層したものを用いることもできる。
【００８５】
本発明の電池要素は、以上のリチウムイオン二次電池の電池要素に限られるものではなく、本発明はどのような電池にも適用可能である。但し、放熱の問題は、多くの場合、高容量化した電池において問題になることが多いため、本発明は、高容量化した電池、特にリチウムイオン二次電池に適用することが好ましい。
【００８６】
以上説明したように、本発明の一形態による電池１は、電池要素１０と、
電池要素１０に電気的に接続された一対の第１端子１１と、
可撓性を有する外装材から作られ、電池要素１０を封止する第１室１３ａと、第１室１３ａに隣接する１つまたは２つの第２室１３ｂとに区画された外装体１３と、
一対の第１端子１１のうち少なくとも一方が第２室１３ｂを経由して外部配線と電気的に接続可能となるように、第２室１３ｂ内から外装体１３の外部に引き出された１つまたは２つの第２端子１２と、を有し、
前記第２室１３ｂ内に、所定の温度以上の温度でガスを発生するガス発生材料１４が封入されている。
【００８７】
上記電池１において、第１端子１１および第２端子１２は、第２室１３ｂが膨張することによって電気的接続が遮断されるように配置されることが好ましい。
【００８８】
また、本発明の他の形態による電池１は、電池要素１０と、
電池要素１０に電気的に接続された一対の第１端子１１と、
可撓性を有する外装材から作られた外装体１３と、を有し、
外装体１３は、電池要素１０を封止する第１室１３ａと、第１室１３ａに隣接する１つまたは２つの第２室１３ｂとに区画され、
一対の第１端子１１のうち少なくとも一方が、第２室１３ｂを経由して外部配線と電気的に接続可能であり、
第２室１３ｂは、電池要素１０が所定の温度以上まで昇温するとガスを発生し、発生したガスで第２室１３ｂを膨張させることによって電池要素１０と外部配線との電気的接続を遮断するように構成された電流遮断機構１５を有する。
【００８９】
ここで、前記電流遮断機構１５は、
第２室１３ｂ内に延びる前記第１端子１１と、
一端側を第２室１３ｂ内で第１端子１１と接触させて外装体１３の外部に引き出され、第２室１３ｂが膨張することによって第１端子１１から離れるように外装体１３に固定されている第２端子１２と、
第２室１３ｂ内に封入され、所定の温度以上の温度でガスを発生するガス発生材料１４と、
を有することができる。
【００９０】
以下に、本発明の電池の製造方法の一形態について説明する。
【００９１】
電池の製造方法の一形態では、まず、電池要素１０に一対の第１端子１１が電気的に接続された電池要素アセンブリを用意する。次いで、可撓性を有する外装材により外装体１３を形成する。この工程では、外装体１３が、電池要素１０を封止する第１室１３ａと、第１室１３ａに隣接する１つまたは２つの第２室１３ｂとに区画され、一対の第１端子１１のうち少なくとも一方が第２室１３ｂを経由して外部配線と接続可能となるように１つまたは２つの第２端子１２が第２室１３ｂ内から外装体１３の外部に引き出され、かつ、所定の温度以上の温度でガスを発生するガス発生材料１４を第２室１３ｂ内に封入させることによって外装体１３を形成することができる。
【００９２】
上記の製造方法において、外装体１３を形成する工程は、第１端子１１および第２端子１２を、第２室１３ｂが膨張することによって電気的接続が遮断されるように配置することを含むことができる。この場合、外装体１３を形成する工程は、第２室１３ｂを、膨張することによって第２端子１２が引き出される方向である端子方向に伸長するように形成してもよいし、第２室１３ｂを、その厚み方向に膨張するように形成してもよい。第２室１３ｂをその厚み方向に膨張するように形成する場合、外装体１３を形成する工程は、第２室１３ｂ内において、対向する外装材の一方の面に第１端子１１を接合し、他方の面に第２端子１２を接合することによって、第２室１３ｂの膨張による電流の遮断を良好に行うことができる。
【００９３】
また、外装体１３を形成する工程は、第１端子１１および第２端子１２を、互いに接触した状態で仮止めすることを含むことができる。この場合、第１端子１１と第２端子１２との仮止めは、第１端子１１および第２端子１２の重なり合った部分をクリップ２０で挟むこと、互いに嵌合する雄コネクタ３１および雌コネクタ３２を有するスナップ３０を用い、第１端子１１および第２端子１２の一方に雄コネクタ３１を固定し、他方に雌コネクタ３２を固定すること、あるいは第１端子１１および第２端子１２の互いに接触している部分を、その外側から熱可塑性樹脂でコーティングすることなどによって行うことができる。
【００９４】
本発明による電池は、様々な機器および蓄電設備などに利用することができる。その幾つかの例として、図１５に示すような電動車両である電気自動車、および図１６に示すような蓄電設備３００が挙げられる。電気自動車２００および蓄電設備３００は、それぞれ組電池２１０、３１０を有する。組電池２１０、３１０は、複数の電池を、直列および並列に接続し、必要とされる容量および電圧を満たすように構成したものである。組電池２１０、３１０が備える複数の電池としては、上述した形態の何れの電池を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明による電池は、例えば、電源を必要とするあらゆる産業分野、ならびに電気的エネルギーの輸送、貯蔵および供給に関する産業分野にて利用することができる。具体的には、携帯電話、ノートパソコンなどのモバイル機器の電源；電気自動車、ハイブリッドカー、電動バイク、電動アシスト自転車などの電動車両を含む、電車や衛星や潜水艦などの移動・輸送用媒体の電源；ＵＰＳなどのバックアップ電源；太陽光発電、風力発電などで発電した電力を貯める蓄電設備；などに、利用することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１    電池
１０    電池要素
１１    第１端子
１２    第２端子
１３    外装体
１３ａ    第１室
１３ｂ    第２室
１４    ガス発生材料
１５    電流遮断機構
２０    クリップ
３０    スナップ
３１    雄コネクタ
３２    雌コネクタ
１１１    凹部
１２１    凸部
１３１    メインシート
１３２    側部シート
１３３    山部
【図１Ａ】
2016027673.tif 000003
【図１Ｂ】
2016027673.tif 000004
【図２】
2016027673.tif 000005
【図３】
2016027673.tif 000006
【図４】
2016027673.tif 000007
【図５】
2016027673.tif 000008
【図６】
2016027673.tif 000009
【図７】
2016027673.tif 000010
【図８】
2016027673.tif 000011
【図９】
2016027673.tif 000012
【図１０Ａ】
2016027673.tif 000013
【図１０Ｂ】
2016027673.tif 000014
【図１０Ｃ】
2016027673.tif 000015
【図１０Ｄ】
2016027673.tif 000016
【図１１】
2016027673.tif 000017
【図１２】
2016027673.tif 000018
【図１３】
2016027673.tif 000019
【図１４】
2016027673.tif 000020
【図１５】
2016027673.tif 000021
【図１６】
2016027673.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月30日(2017.1.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池要素と、
前記電池要素に電気的に接続された一対の第１端子と、
可撓性を有する外装材から作られ、前記電池要素を封止する第１室と、前記第１室に隣接する１つまたは２つの第２室とに区画された外装体と、
前記一対の第１端子のうち少なくとも一方が前記第２室を経由して外部配線と電気的に接続可能となるように、前記第２室内から前記外装体の外部に引き出された１つまたは２つの第２端子と、を有し、
前記第２室内に、所定の温度以上の温度でガスを発生するガス発生材料が封入されている電池。
【請求項２】
前記第１端子および前記第２端子は、前記第２室が膨張することによって電気的接続が遮断されるように配置されている請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記第１端子および前記第２端子が、互いに接触した状態で仮止めされている請求項２に記載の電池。
【請求項４】
前記第１端子および前記第２端子の互いに接触している部分がその外側から熱可塑性樹脂でコーティングされることによって前記第１端子および前記第２端子が仮止めされている請求項３に記載の電池。
【請求項５】
前記ガス発生材料は揮発性の材料を含む請求項１から４のいずれか一項に記載の電池。
【請求項６】
前記揮発性の材料は溶媒である請求項５に記載の電池。
【請求項７】
前記溶媒は非水系の溶媒である請求項６に記載の電池。
【請求項８】
電池要素に一対の第１端子が電気的に接続された電池要素アセンブリを用意する工程と、
可撓性を有する外装材により外装体を形成する工程であって、前記外装体が、前記電池要素を封止する第１室と、前記第１室に隣接する１つまたは２つの第２室とに区画され、前記一対の第１端子のうち少なくとも一方が前記第２室を経由して外部配線と接続可能となるように１つまたは２つの第２端子が前記第２室内から前記外装体の外部に引き出され、かつ、所定の温度以上の温度でガスを発生するガス発生材料を前記第２室内に封入させて、前記外装体を形成する工程と、
を有する電池の製造方法。
【請求項９】
前記外装体を形成する工程は、前記第１端子および前記第２端子を、前記第２室が膨張することによって電気的接続が遮断されるように配置することを含む請求項８に記載の電池の製造方法。
【請求項１０】
前記外装体を形成する工程は、前記第１端子および前記第２端子を、互いに接触した状態で仮止めすることを含む請求項８または９に記載の電池の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９４】
本発明による電池は、様々な機器および蓄電設備などに利用することができる。その幾つかの例として、図１５に示すような電動車両である電気自動車、および図１６に示すような蓄電設備３００が挙げられる。電気自動車２００および蓄電設備３００は、それぞれ組電池２１０、３１０を有する。組電池２１０、３１０は、複数の電池を、直列および並列に接続し、必要とされる容量および電圧を満たすように構成したものである。組電池２１０、３１０が備える複数の電池としては、上述した形態の何れの電池を用いてもよい。
上記実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、本出願の開示事項は以下の付記に限定されない。
（付記１）
電池要素と、
前記電池要素に電気的に接続された一対の第１端子と、
可撓性を有する外装材から作られ、前記電池要素を封止する第１室と、前記第１室に隣接する１つまたは２つの第２室とに区画された外装体と、
前記一対の第１端子のうち少なくとも一方が前記第２室を経由して外部配線と電気的に接続可能となるように、前記第２室内から前記外装体の外部に引き出された１つまたは２つの第２端子と、を有し、
前記第２室内に、所定の温度以上の温度でガスを発生するガス発生材料が封入されている電池。
（付記２）
前記第１端子および前記第２端子は、前記第２室が膨張することによって電気的接続が遮断されるように配置されている付記１に記載の電池。
（付記３）
前記第２室は、膨張することによって、前記第２端子が引き出される方向である端子方向に伸長するように構成されている付記２に記載の電池。
（付記４）
前記第２室が前記第１室に向けて折り曲げられている付記３に記載の電池。
（付記５）
前記第２室は、その厚み方向に膨張するように構成されている付記２に記載の電池。
（付記６）
前記第２室内において、対向する前記外装材の一方の内面に前記第１端子が接合され、他方の内面に前記第２端子が接合されている付記５に記載の電池。
（付記３）
前記第１端子および前記第２端子が、互いに接触した状態で仮止めされている付記２に記載の電池。
（付記８）
前記第１端子および前記第２端子にそれぞれ凹凸が形成され、前記凹凸の噛み合いまたは嵌合によって前記第１端子および前記第２端子が仮止めされている付記７に記載の電池。
（付記９）
前記第１端子および前記第２端子の重なり合った部分を挟むクリップをさらに有する付記７または８に記載の電池。
（付記１０）
互いに嵌合する雄コネクタおよび雌コネクタを有するスナップであって、前記第１端子および前記第２端子の一方に前記雄コネクタが固定され、他方に前記雌コネクタが固定されたスナップをさらに有する付記７に記載の電池。
（付記１１）
前記第１端子および前記第２端子の互いに接触している部分がその外側から熱可塑性樹脂でコーティングされることによって前記第１端子および前記第２端子が仮止めされている付記７に記載の電池。
（付記１２）
前記熱可塑性樹脂の融点は、前記電池が正常に作動しているときの前記電池要素の温度より高く、かつ、前記ガス発生材料が作用する温度以下である付記１１に記載の電池。
（付記１３）
前記ガス発生材料は揮発性の材料を含む付記１から１２のいずれかに記載の電池。
（付記１４）
前記揮発性の材料は溶媒である付記１３に記載の電池。
（付記１５）
前記溶媒の揮発温度は５０℃以上２００℃未満である付記１４に記載の電池。
（付記１６）
前記溶媒は非水系の溶媒である付記１４または１５に記載の電池。
（付記１７）
前記非水系の溶媒は電解液成分を含む付記１６に記載の電池。
（付記１８）
付記１から１７のいずれかに記載の電池を有する電動車両。
（付記１９）
付記１から１７のいずれかに記載の電池を有する蓄電設備。
（付記２０）
電池要素に一対の第１端子が電気的に接続された電池要素アセンブリを用意する工程と、
可撓性を有する外装材により外装体を形成する工程であって、前記外装体が、前記電池要素を封止する第１室と、前記第１室に隣接する１つまたは２つの第２室とに区画され、前記一対の第１端子のうち少なくとも一方が前記第２室を経由して外部配線と接続可能となるように１つまたは２つの第２端子が前記第２室内から前記外装体の外部に引き出され、かつ、所定の温度以上の温度でガスを発生するガス発生材料を前記第２室内に封入させて、前記外装体を形成する工程と、
を有する電池の製造方法。
（付記２１）
前記外装体を形成する工程は、前記第１端子および前記第２端子を、前記第２室が膨張することによって電気的接続が遮断されるように配置することを含む付記２０に記載の電池の製造方法。
（付記２２）
前記外装体を形成する工程は、前記第２室を、膨張することによって、前記第２端子が引き出される方向である端子方向に伸長するように形成することを含む付記２１に記載の電池の製造方法。
（付記２３）
前記外装体を形成する工程は、前記第２室を、その厚み方向に膨張するように形成することを含む付記２１に記載の電池の製造方法。
（付記２４）
前記外装体を形成する工程は、前記第２室内において、対向する前記外装材の一方の面に前記第１端子を接合し、他方の面に前記第２端子を接合することを含む付記２３に記載の電池の製造方法。
（付記２５）
前記外装体を形成する工程は、前記第１端子および前記第２端子を、互いに接触した状態で仮止めすることを含む付記２０から２４のいずれかに記載の電池の製造方法。
（付記２６）
前記仮止めは、前記第１端子および前記第２端子の重なり合った部分をクリップで挟むことを含む付記２５に記載の電池の製造方法。
（付記２７）
前記仮止めは、互いに嵌合する雄コネクタおよび雌コネクタを有するスナップを用い、前記第１端子および前記第２端子の一方に前記雄コネクタを固定し、他方に前記雌コネクタを固定することを含む付記２５に記載の電池の製造方法。
（付記２８）
前記仮止めは、前記第１端子および前記第２端子の互いに接触している部分を、その外側から熱可塑性樹脂でコーティングすることを含む付記２５に記載の電池の製造方法。
【国際調査報告】
2016027673.tif 000023
2016027673.tif 000024
2016027673.tif 000025
2016027673.tif 000026