(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外装缶と、前記外装缶に収容されている電極体及び電解液と、前記外装缶の開口端側に設けられている外部端子とを備えた非水電解質二次電池であって、
前記外部端子と前記電極体とを電気的に接続する導電経路の途中に、電池内圧が上昇したときに電気的接続を遮断するための電流遮断機構を備え、
前記電流遮断機構は、
前記電極体側に筒状開口部を有する封口体リードと、
前記筒状開口部を密閉し電池内圧の上昇に伴い前記電極体と前記封口体リードとの間の電気的接続を遮断するように変形するダイアフラムと、
前記ダイアフラムの前記電極体側に配置されており、前記ダイアフラムが変形後に破断した場合に前記電極体と前記外部端子とが前記電解液を介して導通し電流遮断が不完全になることを防ぐ機能を有する絶縁フィルムと、
を含む、非水電解質二次電池。
【請求項２】
前記ダイアフラムと前記電極体との間に集電リードを備え、
前記集電リードは、
前記ダイアフラムとの接触面において、前記接触面の少なくとも一部分を薄肉とする薄肉部、又は前記接触面の一部分を前記ダイアフラムが露出するように開口している開口部を有し、
前記薄肉部又は前記開口部の周縁部が前記電極体から前記ダイアフラムに向かう方向に先細りとなるテーパ面であり、
前記絶縁フィルムは、前記集電リードの前記電極体側に配置されている、請求項１に記載の非水電解質二次電池。
【請求項３】
前記絶縁フィルムは、前記周縁部と前記薄肉部又は前記ダイアフラムとによって形成される収容部に収容されている、請求項２に記載の非水電解質二次電池。
【請求項４】
前記絶縁フィルムは、ポリオレフィン系樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂、イミド樹脂、フッ素系ゴム、及びシリコン系ゴムからなる群より選択される少なくとも１つを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池。
【請求項５】
前記絶縁フィルムは、前記集電リードに接着、溶着、及び加締めから選択される少なくとも１つの接続方法で接続されている、請求項２に記載の非水電解質二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、非水電解質二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
非水電解質二次電池において、過充電を検知して電流を遮断する電流遮断機構を設けることがある。電流遮断機構は、電池内圧が所定値以上となった場合に、物理的に電流を遮断する圧力型の電流遮断機構（ＣＩＤ：Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ  Ｄｅｖｉｃｅ）が広く用いられている。
【０００３】
電流遮断機構は、例えば、外部端子と電気的に接続される封口体リード、及び外装缶に収容される電極体と電気的に接続されるダイアフラムを備える。電流遮断機構は、封口体リードとダイアフラムとが接続され、ダイアフラムを介して電極体と外部端子とが電気的に接続される構成において、電池内圧の上昇に応じてダイアフラムが変形することで、電極体と外部端子との電気的接続を遮断する（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５５８２１８２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、特許文献１に開示されるような電流遮断機構では、ダイアフラムは電池内圧の上昇に応じて変形した場合に破断に至ることがある。ダイアフラムが破断すると、電極体と外部端子とが電解液を介して導通し、電流遮断が不完全なものとなる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の非水電解質二次電池は、外装缶と、外装缶に収容されている電極体及び電解液と、外装缶の開口端側に設けられている外部端子とを備えた非水電解質二次電池であって、外部端子と電極体とを電気的に接続する導電経路の途中に、電池内圧が上昇したときに電気的接続を遮断するための電流遮断機構を備え、電流遮断機構は、電極体側に筒状開口部を有する封口体リードと、筒状開口部を密閉し電池内圧の上昇に伴い電極体と封口体リードとの間の電気的接続を遮断するように変形するダイアフラムと、ダイアフラムの電極体側に配置されており、ダイアフラムが変形後に破断した場合に電極体と外部端子とが電解液を介して導通し電流遮断が不完全になることを防ぐ機能を有する絶縁フィルムと、を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、信頼性に優れた電流遮断機構を備える非水電解質二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態の一例である非水電解質二次電池の斜視図である。
【図２】図１のＩＩ-ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ-ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】図１のＩＶ-ＩＶ線に沿った断面図である。
【図５】実施形態に係る（ａ）正極及び（ｂ）負極の平面図である。
【図６】実施形態に係る電極体の平面図である。
【図７】実施形態に係る電極体の側面図である。
【図８】図３における電流遮断機構付近の拡大図である。
【図９】図８における正極集電リード付近の拡大図である。
【図１０】実施形態に係る絶縁フィルムの変形例を示す図である。
【図１１】電流遮断機構の動作を説明する図である。
【図１２】図９において正極集電リードの変形例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
非水電解質二次電池は、活物質層を備えた正負極からなる電極体が、非水電解質（電解液）とともに外装缶に収容された後、外装缶の開口端側に外部端子が設けられる封口板が装着されて封口されることにより構築される。また、外部端子と電極体とを電気的に接続する導電経路の途中に電流遮断機構が備えられる。電流遮断機構は、電極体側に筒状開口部を有する封口体リードと、筒状開口部を密閉し電池内圧の上昇に伴い電極体と封口体リードとの間の電気的接続を遮断するように変形するダイアフラムと、ダイアフラムの電極体側に配置される絶縁フィルムとを含む。
【００１０】
該電池は、例えば、車載用途等において横向きに設置され、外部端子が鉛直方向に沿った側面に配置される場合がある。このとき、正極外部端子が側面下側に配置されることが多い。また、電流遮断機構は、正極側に設けられることが多く、ゆえに電流遮断機構も側面下側に配置される。さらに、電池内部に収容される電解液は、横向きに設置された場合に該電池の鉛直方向下側つまり電流遮断機構近傍に存在する。
【００１１】
一般に、該電池は電圧が所定領域（例えば３．０Ｖ以上４．２Ｖ以下）に収まるよう制御された状態で充電されるが、充電装置の故障による誤作動等により電池に過剰に電流が供給されると、所定領域の電圧上限値（例えば、４．２Ｖ）を超えて過充電となる場合がある。
【００１２】
電流遮断機構は、上述するような過充電対策技術として電池に備えられたものであり、電池内圧が所定値以上になると電流を遮断するものである。電池が過充電状態になると電解液中の非水溶媒等が電気分解され、ガスが発生する。電流遮断機構は、このガス発生に基づいてダイアフラムが変形することで電池の導電経路を切断し、それ以上の過充電を防止し得るようになっている。
【００１３】
しかしながら、過充電時に電池内圧がさらに上昇すると、ダイアフラムが変形後破断に至る可能性がある。特に横置きの該電池において破断した場合、外装缶に収容される電解液がダイアフラムの破断部より流出し、外部端子に接触する。このとき、電極体と外部端子とが電解液を介して導通し遮断が不完全なものとなる。
【００１４】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、ダイアフラムの電極体側に絶縁フィルムを設置することでダイアフラムが破断しても電解液が外部端子と接触せず電流遮断が維持されることを見出し、本実施の形態を考案するに至った。本実施形態であれば、体積エネルギー密度の減少を招くような新たなスペースを有する過充電対策機構を設けずとも、現状の設計で上記課題を解決することができる。
【００１５】
以下に図面を用いて、実施形態の一例について詳細に説明する。実施形態の説明で参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描写された構成要素の寸法比率等は現物と異なる場合がある。具体的な寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
【００１６】
図１は、実施形態の一例である非水電解質二次電池１０の斜視図である。また、図２は、図１のＩＩ-ＩＩ線に沿った断面図である。非水電解質二次電池１０は、有底で開口を有する外装缶１２と、該開口を密閉する封口板１４とを備える。外装缶１２は、活物質層を備えた正負極からなる電極体４０が電解液とともに収容される有底筒状の角型容器である。外装缶１２は、底部１２ａを有し、底部１２ａと対向する位置に開口が設けられる。封口板１４は、外装缶１２を密閉する蓋体であり、電解液を注液するための注液孔１６ａを封止する封止栓１６、ガス排出弁１８、正極外部端子２０、及び負極外部端子３０が設けられる。ガス排出弁１８は、電池内部のガスを電池外部に排出するためのものである。なお、ガス排出弁１８の作動圧は、後述する電流遮断機構５０の作動圧よりも高く設定される。外装缶１２及び封口板１４の材質には、正極電位で安定な金属が用いられることが好ましく、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金とすることができる。
【００１７】
正極外部端子２０は、外部電源と正極とを導通させる機能を有する。負極外部端子３０は、外部電源と負極とを導通させる機能を有する。また、図２に示すように正極外部端子２０は、栓体２０ａを有する。栓体２０ａは、外装缶１２が耐えきれないほどのガスが発生した場合に、正極外部端子２０の外側に外れることでガスを排出することが可能である。
【００１８】
正極外部端子２０は、絶縁性のガスケット２２及び正極絶縁部材２４により封口板１４と電気的に絶縁された状態で封口板１４に取り付けられる。また、負極外部端子３０は、絶縁性のガスケット３２及び負極絶縁部材３４により封口板１４と電気的に絶縁された状態で封口板１４に取り付けられる。ガスケット２２，３２及び各絶縁部材２４,３４は、ともに樹脂製であることが好ましい。
【００１９】
図２に示すように、外装缶１２には、電極体４０が収容される。電極体４０は、絶縁シート４２に覆われた状態で収容される。絶縁シート４２は、例えば、外装缶１２の内壁に沿うよう箱状に折り曲げられたもの、もしくは電極体４０を覆うような袋状のものを用いることが好ましい。
【００２０】
電極体４０において、封口板１４側の一方端に正極タブ部２６が配置され、他方端に負極タブ部３６が配置される。正極タブ部２６には、正極集電リード２８が接合される。負極タブ部３６には、負極集電リード３８が接合される。正極集電リード２８は、電流遮断機構５０を介して正極外部端子２０と電気的に接続される。負極集電リード３８は、負極外部端子３０と電気的に接続される。
【００２１】
図３は、図１のＩＩＩ-ＩＩＩ線に沿った断面図である。図３に示すように、正極において、積層された正極タブ部２６が正極集電リード２８に接合される。図３では、正極タブ部２６と正極集電リード２８との接合箇所を１か所とする様子を示すが、正極集電リード２８との接合箇所を２か所以上設けてもよい。例えば、２か所とすることで、正極タブ部２６の長さのばらつきを小さくすることが可能となる。また、正極タブ部２６に他の導電部材を接続し、正極集電リード２８と接合してもよい。
【００２２】
図４は、図１のＩＶ-ＩＶ線に沿った断面図である。図４に示すように、負極において、積層された負極タブ部３６が負極集電リード３８に接合される。正極と同様に、図４では、負極タブ部３６と負極集電リード３８との接合箇所を１か所とする様子を示すが、負極集電リード３８との接合箇所を２か所以上設けてもよい。例えば、２か所とすることで、負極タブ部３６の長さのばらつきを小さくすることが可能となる。また、負極タブ部３６に他の導電部材を接続し、負極集電リード３８と接合してもよい。
【００２３】
正極は、非水電解質二次電池１０で用いられる正極を特に限定なく用いることができる。正極は、例えば、金属箔等の正極芯体と、正極芯体上に形成された正極活物質層とで構成される。正極芯体には、正極の電位範囲で安定な金属の箔、または正極の電位範囲で安定な金属を表層に配置したフィルム等が用いられる。正極の電位範囲で安定な金属としては、アルミニウム（Ａｌ）又はアルミニウム合金を用いることが好適である。正極芯体は、鉄を含有するアルミニウムを用いることがより好ましい。鉄を含有するアルミニウムとすることで熱処理により正極の伸び率を高めることができる。正極活物質層は、例えば、正極活物質の他に、導電剤、結着剤等を含み、これらを適当な溶媒で混合し、正極芯体上に塗布した後、乾燥及び圧延して得られる層である。
【００２４】
正極活物質は、粒子形状であり、アルカリ金属元素を含む遷移金属酸化物、あるいは該遷移金属酸化物に含まれる遷移金属元素の一部が異種元素によって置換された遷移金属酸化物等を用いることができる。アルカリ金属元素には、例えばリチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）等が挙げられる。これらのアルカリ金属元素の中でもリチウムを用いることが好ましい。遷移金属元素には、スカンジウム（Ｓｃ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、及びイットリウム（Ｙ）等からなる群から選ばれる少なくとも１種の遷移金属元素を用いることができる。これらの遷移金属元素の中でも、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ等を用いることが好ましい。異種元素としては、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉛（Ｐｂ）、アンチモン（Ｓｂ）及びホウ素（Ｂ）等からなる群から選ばれる少なくとも１種の異種元素を用いることができる。これらの異種元素の中でも、Ｍｇ、Ａｌ等を用いることが好ましい。
【００２５】
このような正極活物質の具体例には、リチウム含有遷移金属酸化物として、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＭｎＯ2、ＬｉＮｉ1-yＣｏyＯ2（０＜ｙ＜１）、ＬｉＮｉ1-y-zＣｏyＭｎzＯ2（０＜ｙ＋ｚ＜１）、ＬｉＦｅＰＯ4等が挙げられる。正極活物質は、１種のみを単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２６】
導電剤は、導電性を有する粉体又は粒子等であり、正極活物質層の電子伝導性を高めるために用いられる。導電剤には、導電性を有する炭素材料、金属粉末、有機材料等が用いられる。具体的には、炭素材料としてアセチレンブラック、ケッチェンブラック、及び黒鉛等、金属粉末としてアルミニウム等、及び有機材料としてフェニレン誘導体等が挙げられる。これら導電剤は、単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２７】
結着剤は、正極活物質及び導電剤間の良好な接触状態を維持し、かつ正極芯体表面に対する正極活物質等の結着性を高めるために用いられる。結着剤には、フッ素系高分子、ゴム系高分子等を用いることができる。具体的には、フッ素系高分子としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、またはこれらの変性体等、ゴム系高分子としてエチレン−プロピレン−イソプレン共重合体、エチレン−プロピレン−ブタジエン共重合体等が挙げられる。結着剤は、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）等の増粘剤と併用されてもよい。
【００２８】
正極は、例えば、以下のようにして得ることができる。まず、正極活物質としてのコバルト酸リチウム、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、導電剤としての炭素材料、及びＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を含む正極スラリーを調整する。次に、正極スラリーを例えば厚さ１５μｍの正極芯体の両面に塗布し、乾燥させることにより、正極芯体の両面に正極活物質層が形成された正極が得られる。得られた正極は、正極活物質層が所定厚さとなるよう圧延処理を行った後、所定の形状に裁断する。
【００２９】
図５（ａ）は、裁断後の正極６０の平面図である。図５（ａ）に示すように、正極６０は、正極芯体の両面に正極活物質層６２が形成された方形状の領域を有し、方形状における短辺の一方端に正極芯体露出部６４が設けられる。正極芯体露出部６４が複数枚積層されたものが正極タブ部２６となる。正極芯体露出部６４の根元部分６６には、絶縁層又は正極芯体より電気抵抗が高い保護層を設けることが好ましい。
【００３０】
負極は、例えば、金属箔等の負極芯体と、負極芯体上に形成された負極活物質層とで構成される。負極芯体には、負極の電位範囲でリチウムと合金を作らない金属の箔、または負極の電位範囲でリチウムと合金を作らない金属を表層に配置したフィルム等が用いられる。負極の電位範囲でリチウムと合金を作らない金属としては、低コストで加工がしやすく電子伝導性の良い銅を用いることが好適である。負極活物質層は、例えば、負極活物質と、結着剤等を含み、これらを水あるいは適当な溶媒で混合し、負極芯体上に塗布した後、乾燥及び圧延することにより得られる層である。
【００３１】
負極活物質は、アルカリ金属イオンを吸蔵および放出可能な材料であれば、特に限定なく用いることができる。このような負極活物質としては、例えば、炭素材料、金属、合金、金属酸化物、金属窒化物、及びアルカリ金属を予め吸蔵させた炭素ならびに珪素等を用いることができる。炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛、ピッチ系炭素繊維等が挙げられる。金属もしくは合金の具体例としては、リチウム（Ｌｉ）、ケイ素（Ｓｉ）、スズ（Ｓｎ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、リチウム合金、ケイ素合金、スズ合金等が挙げられる。負極活物質は、１種のみを単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３２】
結着剤としては、正極の場合と同様にフッ素系高分子、ゴム系高分子等を用いることができるが、ゴム系高分子であるスチレン−ブタジエン共重合体（ＳＢＲ）、またはこの変性体等を用いることが好適である。結着剤は、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等の増粘剤と併用されてもよい。
【００３３】
負極は、例えば、以下のようにして得ることができる。まず、負極活物質としての黒鉛、結着剤としてのスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、及び水を含む負極スラリーを調整する。次に、負極スラリーを例えば厚さ８μｍの負極芯体の両面に塗布し、乾燥させることにより負極芯体の両面に負極活物質層が形成された負極が得られる。得られた負極は、負極活物質層が所定厚さとなるよう圧延処理を行った後、所定の形状に裁断する。
【００３４】
図５（ｂ）は、裁断後の負極７０の平面図である。図５（ｂ）に示すように、負極７０は、負極芯体の両面に負極活物質層７２が形成された方形状の領域を有し、方形状における短辺の一方端に負極芯体露出部７４が設けられる。負極芯体露出部７４が複数枚積層されたものが負極タブ部３６となる。なお、負極７０の大きさは、充電時のリチウムの受け入れ性の観点から正極６０より僅かに大きくすることが好ましい。
【００３５】
図６は、電極体４０の平面図である。電極体４０は、複数枚の正極６０及び負極７０をセパレータ４４を介して積層して得られる。最外層に負極７０が位置する場合は、例えば、１００枚の正極６０及び１０１枚の負極７０をポリオレフィン製のセパレータ４４を介して積層して得られる。図６に示すように、電極体４０は、方形状における短辺の一方端において、正極芯体露出部６４が１００枚積層された正極タブ部２６が配置される。また、方形状における短辺の他方端において、負極芯体露出部７４が１０１枚積層された負極タブ部３６が配置される。電極体４０の両外面には、セパレータ４４が配置される。
【００３６】
電極体４０は、絶縁テープ４６等により正極６０、負極７０、及びセパレータ４４が積層された状態に固定することが好ましい。もしくは、セパレータ４４に接着層を設け、セパレータ４４と正極６０、セパレータ４４と負極７０とがそれぞれ接着されるようにしてもよい。または、２枚のセパレータ４４の間に正極６０を配置し、セパレータ４４が袋状になるよう周縁を溶着した後、袋状のセパレータ４４に収容された正極６０と負極７０とを積層させてもよい。
【００３７】
図７は、電極体４０の側面図である。図７に示すように、電極体４０において、正極芯体露出部６４同士を予め接合し、正極タブ部２６を形成してもよい。正極タブ部２６を予め接合することで正極タブ部２６と正極集電リード２８との接合する作業が容易となる。また、正極６０と同様に、負極７０についても負極芯体露出部７４同士を予め接合し、負極タブ部３６を形成してもよい。
【００３８】
電極体４０と共に外装缶１２に収容される非水電解質は、非水電解質二次電池で用いられる液体電解質（電解液）を特に限定なく用いることができる。電解液は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解する電解質塩とを含む。非水溶媒は、例えば、環状炭酸エステル、環状カルボン酸エステル、環状エーテル、鎖状炭酸エステル、鎖状カルボン酸エステル、鎖状エーテル、ニトリル類、アミド類などを用いることができる。より具体的には、環状炭酸エステルとしてエチレンカーボネート（ＥＣ）やプロピレンカーボネート（ＰＣ）等、環状カルボン酸エステルとしてγ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）等、鎖状炭酸エステルとしてエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）等を用いることができる。中でも、高誘電率溶媒である環状炭酸エステルとしてエチレンカーボネート（ＥＣ）と、低粘度溶媒である鎖状炭酸エステルとしてエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）を混合して用いることが好適である。また、上記非水溶媒の水素原子をフッ素原子などのハロゲン原子で置換したハロゲン置換体を用いてもよい。
【００３９】
電解質塩は、アルカリ金属塩を用いることができ、例えばリチウム塩であることがより好ましい。リチウム塩には、従来の非水電解質二次電池において一般に使用されているＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4等を用いることができる。これらのリチウム塩は、１種で使用してもよく、また２種類以上組み合わせて使用してもよい。
【００４０】
また、非水電解質二次電池１０は、過充電抑制剤を含むことが好適である。過充電抑制剤は、通常充放電がなされる所定領域（例えば３．０Ｖ以上４．２Ｖ以下）の上限電圧値（例えば４．２Ｖ）以上の所定電圧（例えば５．０Ｖ）で分解が起こり、ガスを発生させる。過充電抑制剤由来のガスよって、電流遮断機構５０が作動され、所定電圧以上に電池が充電されることが抑制される。過充電抑制剤としては、炭酸リチウム（Ｌｉ2ＣＯ3）、シクロヘキシルベンゼン（ＣＨＢ）を用いることが好ましい。炭酸リチウムは、正極活物質層に添加することができ、シクロヘキシルベンゼンは電解液に添加することができる。
【００４１】
図８は、図３における電流遮断機構５０付近の拡大図である。また、図９は、図８における正極集電リード２８付近の拡大図である。電流遮断機構５０は、正極外部端子２０と電極体４０とを電気的に接続する導電経路の途中に備えられ、電池内圧が上昇したときに電気的接続を遮断する機能を有する。電流遮断機構５０は、電極体４０側に筒状開口部を有する封口体リード５２と、筒状開口部を密閉し電池内圧の上昇に伴い電極体４０と封口体リード５２との間の電気的接続を遮断するように変形するダイアフラム５４と、ダイアフラム５４の電極体４０側に配置される絶縁フィルム５６とを含む。封口体リード５２及びダイアフラム５４の材質には、正極電位で安定な金属が用いられることが好ましく、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金とすることができる。電流遮断機構５０は、場合によっては、負極７０側に設けてもよい。その場合は、封口体リード５２及びダイアフラム５４の材質には、負極電位範囲でリチウムと合金を作らない金属が用いられることが好ましく、例えば、銅とすることができる。
【００４２】
ここで、電流遮断機構５０が備えられる上記導電経路について詳述する。封口板１４とガスケット２２を介して絶縁された正極外部端子２０は、封口体リード５２と接合されて電気的に接続される。封口体リード５２は、筒状開口部の周端においてダイアフラム５４と接合されて電気的に接続される。ダイアフラム５４は、中央部５４ａが凹形平面であって、中央部５４ａと正極集電リード２８とが接触して電気的に接続される。正極集電リード２８は、電極体４０と接合されて電気的に接続される。これにより、正極外部端子２０と電極体４０とを電気的に接続する導電経路が形成される。
【００４３】
なお、ダイアフラム５４の周縁部５４ｂと正極集電リード２８との間には正極絶縁部材２４が配置される。ダイアフラム５４が変形した場合には、中央部５４ａと電極体４０に接合されている正極集電リード２８とが接触しなくなる。また、周縁部５４ｂと電極体４０に接合されている正極集電リード２８とは正極絶縁部材２４を介しているため、ダイアフラム５４と正極集電リード２８との電気的接続が遮断される。
【００４４】
上記導電経路において、絶縁フィルム５６は、正極集電リード２８の電極体４０側に正極集電リード２８と接触するようにして配置されるのがよい。但し、場合によっては、正極集電リード２８の薄肉部２８ａと周縁部２８ｃ及び絶縁フィルム５６とに囲まれた空間を設けて、正極集電リード面２８ｄに沿って絶縁フィルム５６が配置されてもよい。絶縁フィルム５６は、その周縁部において正極集電リード２８に接着、溶着、及び加締めから選択される少なくとも１つの接続方法で接続することが好ましい。上記接続方法であれば、電池内部でガスが発生したとき、絶縁フィルム５６は正極集電リード２８との接続を維持しながら、延伸することができる。
【００４５】
図９に示すように、正極集電リード２８は、ダイアフラム５４との接触面において、接触面の少なくとも一部分を薄肉とする薄肉部２８ａを有することがよい。正極集電リード２８は、薄肉部２８ａを有する場合、薄肉部２８ａの周端に脆弱部２８ｂを設けることが好ましい。脆弱部２８ｂは、薄肉部２８ａよりさらに薄肉であるため耐圧性が最も低い。そのため、電池内圧が上昇した場合には、脆弱部２８ｂより破断される。
【００４６】
薄肉部２８ａの周縁部２８ｃは、電極体４０からダイアフラム５４に向かう方向に先細りとなるテーパ面であることが好ましい。正極集電リード２８は、周縁部２８ｃをテーパ面とすることで、電池内圧上昇時に絶縁フィルム５６がテーパ面にガイドされながら安定して延伸することができる。テーパ面の傾斜角度は、絶縁フィルム５６が安定して延伸できる角度であればよく、例えば、正極集電リード面２８ｄに対して３０°〜６０°が好ましく、４５°がより好ましい。
【００４７】
絶縁フィルム５６は、電流遮断機構５０が作動してダイアフラム５４が変形後に破断した場合においても、電極体４０と正極外部端子２０とが電解液を介して導通し、電流遮断が不完全になるのを防ぐ機能を有する。絶縁フィルム５６の形状は、特に限定はされないが、薄肉部２８ａ及び周縁部２８ｃを覆うことが可能なよう円形状であることが好ましい。
【００４８】
絶縁フィルム５６の材質は、一定以上の延伸性を有する材料であることが好ましい。例えば、ポリオレフィン系樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂、フッ素系ゴム、及びシリコン系ゴムからなる群より選択される少なくとも１つを含むことが好ましい。上記材質を用いた絶縁フィルム５６であれば、過充電時に発生するガスによって電池電圧が上昇した時に、絶縁フィルムが破断することなく延伸することができ、且つ電解液に接触しても劣化する可能性が低く耐電解液性に優れる。
【００４９】
また、絶縁フィルム５６は、正極集電リード２８の周縁部２８ｃ及び薄肉部２８ａによって形成される収容部５８に収容されることが好ましい。収容部５８に絶縁フィルム５６を収容することで、伸び率や材質においてより多様な絶縁フィルム５６を用いることができる。
【００５０】
図１０は、絶縁フィルム５６の変形例を示す図である。図１０に示すように、絶縁フィルム５６として、例えば、伸縮可能な蛇腹状に折り畳まれた絶縁フィルム５６を用いることができる。本実施形態であれば、耐電解液性に優れるが延伸性の低い絶縁フィルム５６(例えば、セルロース樹脂、イミド樹脂)を用いることができる。
【００５１】
次に、電流遮断機構５０の動作について説明する。電流遮断機構５０は、例えば、充電中に充電装置の故障による誤作動等が生じ、所定の電圧領域を超えて充電がなされる場合に作動する。図１１は、電流遮断機構５０が作動した様子を示す図である。
【００５２】
まず、非水電解質二次電池１０において、例えば、車載用途であれば横置きされた状態で設置される。充電の必要性が生じると、予め設定された電圧領域における所定の上限電圧値まで充電を開始する。通常であれば所定の上限電圧値に達すると充電が終了するが、充電中に充電装置の誤作動等が生じることにより、所定の上限電圧値を超えて過充電されることがある。
【００５３】
所定の上限電圧値を超えると、電解液中の非水溶媒が分解し、ガスが発生する。さらに、過充電抑制剤の分解電圧まで達すると、過充電を抑制すべく電流遮断機構５０を作動するためのガスが発生し、電池内圧が上昇する。電池内圧が上昇すると、正極集電リード２８の脆弱部２８ｂが電池内圧に耐えきれず破断する。
【００５４】
その後、更なる電池内圧の上昇に伴って、図１１に示すように、絶縁フィルム５６に電池内圧がかかることで、絶縁フィルム５６はダイアフラム５４側に円弧状に延伸する。これにより、正極集電リード２８の薄肉部２８ａとともに、ダイアフラム５４が正極外部端子２０側に円弧状となって変形する。ダイアフラム５４は、周縁部５４ｂにおける封口体リード５２との接合を維持しながら正極外部端子２０側に凸形状となる。正極外部端子２０に電気的に接続される封口体リード５２は、電極体４０と電気的に接続される正極集電リード２８とダイアフラム５４を介して導通ができなくなる。結果として、正極外部端子２０と電極体４０との間で導通しなくなり、電流が遮断される。
【００５５】
電流遮断機構５０が作動した後に電池内圧が更に上昇すると、凸形状となったダイアフラム５４は、更なる電池内圧の上昇に耐えきれず破断する。
【００５６】
絶縁フィルム５６を設けない場合は、ダイアフラム５４が破断後、外装缶１２に収容されている電解液は、ダイアフラム５４の破断部より流出して正極外部端子２０に接触する。このように電解液が正極外部端子２０に接触すると、電極体４０と正極外部端子２０との間で電気的に接続され電流遮断は不完全なものとなる。
【００５７】
これに対し、本実施形態では、絶縁フィルム５６はダイアフラム５４が破断した後も延伸する。絶縁フィルム５６は破断することなく且つ耐電解液性を有するため、該非水電解質二次電池１０が横置きされている場合においても、電解液が絶縁フィルム５６を介して正極外部端子２０側へ流出することがない。したがって、電極体４０と正極外部端子２０とが電解液を介して導通することがなく、電流遮断状態が維持される。
【００５８】
上述した実施形態によれば、該非水電解質二次電池１０が横置きに設置された状態で過充電がなされた場合において、ダイアフラム５４が破断しても電解液が正極外部端子２０に接触することなく、電流遮断状態が維持される。
【００５９】
図１２は、正極集電リード２８の変形例を示す図である。図１２に示すように、正極集電リード２８は、薄肉部２８ａに代えて、ダイアフラム５４との接触面の一部分でダイアフラム５４が露出するように開口した開口部２８ｅを有することができる。この場合は、ダイアフラム５４の中央部５４ａの一部分と絶縁フィルム５６とが接触することが好ましい。但し、薄肉部２８ａを有する場合と同様に、ダイアフラム５４と周縁部２８ｃ及び絶縁フィルム５６とに囲まれた空間を設けて、正極集電リード面２８ｄに沿って絶縁フィルム５６を配置してもよい。
【００６０】
正極集電リード２８の周縁部２８ｃは、この上面においてダイアフラム５４と接触している。これにより、周縁部２８ｃはダイアフラム５４との接触箇所において電気的に接続される。周縁部２８ｃのテーパ角は、上記薄肉部２８ａを有するときと同様とすることができる。
【００６１】
正極集電リード２８がダイアフラム５４との接触面において開口部２８ｅを有する場合においても、上記構成であれば上記薄肉部２８ａを有する場合と同様に、電流遮断機構５０が作動する。また、電極体４０と正極外部端子２０とが電解液を介して導通することがなく、電流遮断状態が維持される。
【符号の説明】
【００６２】
１０  非水電解質二次電池、１２  外装缶、１２ａ  底部、１４  封口板、１６  封止栓、１６ａ  注液孔、１８  ガス排出弁、２０  正極外部端子、２０ａ  栓体、２２  ガスケット、２４  正極絶縁部材、２６  正極タブ部、２８  正極集電リード、２８ａ  薄肉部、２８ｂ  脆弱部、２８ｃ  周縁部、２８ｄ  正極集電リード面、２８ｅ  開口部、３０  負極外部端子、３２  ガスケット、３４  負極絶縁部材、３６  負極タブ部、３８  負極集電リード、４０  電極体、４２  絶縁シート、４４  セパレータ、４６  絶縁テープ、５０  電流遮断機構、５２  封口体リード、５４  ダイアフラム、５４ａ  中央部、５４ｂ  周縁部、５６  絶縁フィルム、５８  収容部、６０  正極、６２  正極活物質層、６４  正極芯体露出部、６６  根元部分、７０  負極、７２  負極活物質層、７４  負極芯体露出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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