(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁性を有する絶縁層および当該絶縁層の表面に形成され電池端子方向に延在する複数の金属部が互いに独立して櫛型状に配列された導電部からなる負極集電体上に負極活物質層を有する負極と、当該負極に対向するように配置され正極活物質層を有する正極とが、電解質層を介して積層されてなる二次電池であって、
前記負極集電体上に櫛型状に配列された隣接する金属部の所定の間隔は、前記負極活物質層と前記電解質層と前記正極活物質層とを積層した厚みの１００倍以下の間隔であり、前記絶縁層の厚みは、３〜３０μｍであることを特徴とする二次電池。
【請求項２】
前記絶縁層の表面積上全体における前記金属部の平均厚みは、０．１〜５μｍであることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
電池端子方向の導電率が、前記電池端子方向と垂直方向の導電率より高いことを特徴とする請求項１または２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記電池端子方向に延在する各金属部は、抵抗値が異なる第１金属部と第２金属部とが繰り返し接続されて配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の二次電池。
【請求項５】
負極活物質、接着剤、および導電助剤を含み、前記負極活物質、前記接着剤、および前記導電助剤に対する前記接着剤の重量比率は６％以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の二次電池。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の二次電池を直並列に接続して構成した組電池。
【請求項７】
請求項６に記載の組電池を適用した車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池、これを用いた組電池およびこれらを搭載した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池は、充電を行うことにより電気を蓄えて電池として繰り返し使用することができる化学電池である。二次電池は、デジタルカメラ、携帯電話などの小型機器、および電気自動車、電動自転車などの車両機器の分野において需要が高まってきている。特に、電気自動車などの車両機器に用いられるモータ駆動用の二次電池としては、非水電解質電池（非水系溶媒型二次電池とも称される）、中でも全ての電池の中で最も高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池を例にとると、リチウムイオン二次電池は、一般的には、接着剤（バインダー）を用いて正極活物質などを正極集電体の両面に塗布した正極、リチウムイオンの移動を許容する電解質層、およびバインダーを用いて負極活物質などを負極集電体の両面に塗布した負極が積層した積層体（電池要素）を有する。
【０００４】
正極集電体、および／または負極集電体に金属箔を用いたリチウムイオン二次電池は、電池の内部短絡により放電し、充電しても電圧が維持できなくなり、使用できなくなるおそれがあった。このため、集電体において、内部短絡による放電を防ぐことは、リチウムイオン二次電池が、長期信頼性を確保して作動する上で重要な課題となっている。
【０００５】
したがって、内部短絡による放電を防ぐ技術として、例えば、下記特許文献１に記載されているように、集電体に貫通孔を格子状に配列形成させることで、短絡部の接触抵抗を上げて短絡電流を小さくし電流を抑制することができるリチウム二次電池が提案されている（下記特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３６９６７９０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この従来技術は、携帯電話用の小容量バッテリーを例に挙げ、異常時に流れる電流も少ないことが前提であって、自動車用などの大容量バッテリーのように、大きな電流が流れることを利用し、集電体の短絡箇所を溶融させて、短絡箇所を遮断するという発想そのものがなかった。
【０００７】
さらに、大容量バッテリーを想定し、集電体の短絡箇所を溶融させる場合であっても、一般に、正極集電体の材質に用いられるアルミニウムなど融点が低い金属は、正極集電体の形状または厚さにかかわらず、溶融させることは比較的容易であるが、負極集電体の材質に用いられる銅など融点が高い金属を溶融させることは困難であるという問題があった。
【０００８】
したがって、本発明は、上記問題点を解決し、電気自動車などの大容量バッテリーにおいて、負極集電体の電流経路を工夫し、負極集電体の短絡箇所を部分的に溶融させて電流を遮断させることができ、かつ、二次電池全体の電圧バランスに与える影響を抑えることができる二次電池の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【００１１】
本発明の二次電池は、電気絶縁性を有する絶縁層および当該絶縁層の表面に形成され電池端子方向に延在する複数の金属部が互いに独立して櫛型状に配列された導電部からなる負極集電体上に負極活物質層を有する負極と、当該負極に対向するように配置され正極活物質層を有する正極とが、電解質層を介して積層されてなる二次電池であって、前記負極集電体上に櫛型状に配列された隣接する金属部の所定の間隔は、前記負極活物質層と前記電解質層と前記正極活物質層とを積層した厚みの１００倍以下の間隔であり、前記絶縁層の厚みは、３〜３０μｍであることを特徴とする。
【００１２】
本発明の組電池は、前記二次電池を直並列に接続して構成することを特徴とする。
【００１３】
本発明の車両は、前記組電池を搭載することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、負極集電体の電流経路を工夫することで、短絡時に、負極集電体の短絡箇所を部分的に溶融させて電流を遮断し、短絡箇所を電気的に分離し、短絡による二次電池全体の電圧バランスに与える影響を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面では、説明の明確化のために各構成要素を誇張して表現している。また、図中、同様の部材には同一の符号を用いた。さらに、本発明のそれぞれの実施形態では、リチウムイオン二次電池を例にとって説明する。
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の外観図である。図２は、図１に示すリチウムイオン二次電池１００を電池端子（タブ）方向に切断した断面図である。
【００１７】
本実施の形態のリチウムイオン二次電池１００は、概説すれば、絶縁層および当該絶縁層の表面に形成される導電部からなる負極集電体を含み、導電部は、電池端子方向に延在する複数の金属部が互いに独立して櫛型状に配列されるものである。
【００１８】
リチウムイオン二次電池１００は、たとえば、図１に示すように長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極タブ３０Ａ、負極タブ３０Ｂが引き出されている。電池要素１０は、リチウムイオン二次電池１００の外装材（たとえば、ラミネートフィルム）２０によって包まれ、その周囲は熱融着されており、正極タブ３０Ａおよび負極タブ３０Ｂを引き出した状態で密封されている。
【００１９】
電池要素１０は、物質の化学反応などを利用して電気を発生させるためのものである。電池要素１０は、図２に示すように、正極集電体１１および正極集電体１１の両面に形成された正極活物質層１２からなる正極と、負極集電体１３および負極集電体１３の両面に形成された負極活物質層１４からなる負極とを有する。電池要素１０は、正極および負極が電解質層１５を介して複数積層されて形成される。正極集電タブ部４０Ａは、電池要素１０の複数の正極集電体１１の端部が延長され接続されたものであり、電気を取り出すための正極タブ３０Ａと接続する。また、負極集電タブ部４０Ｂは、電池要素１０の複数の負極集電体１３の端部から延長されたものであり、電気を取り出すための負極タブ３０Ｂと接続する。なお、本実施の形態では、電池要素１０の最外層に位置する正極集電体１１および負極集電体１３には、片面のみに、正極活物質層１２および負極活物質層１４が形成されている。また、本実施の形態では、正極タブ３０Ａが、下側の正極集電タブ部４０Ａの負極集電体１３と接触して短絡することを防止するために、正極タブ３０Ａと負極集電体１３との間には絶縁層３５が設けられる。同様に、負極タブ３０Ｂが、上側の負極集電タブ部４０Ｂの正極集電体１１と接触して短絡することを防止するために、負極３０Ｂと正極集電体１１との間には絶縁層３５が設けられる。絶縁層３５は、たとえば、カプトンテープのような電気絶縁テープまたは絶縁紙などからなる。さらに、正極、負極、および電解質層の積層数は、図２に示す形態に限定されるものではない。
【００２０】
以下、電池要素１０を構成する正極集電体、正極活物質層、電解質層、負極活物質層、および負極集電体について詳細に説明する。
【００２１】
［正極集電体］
正極集電体１１は、絶縁層１１ａおよび絶縁層１１ａの両表面に形成される導電部１１ｂからなる。絶縁層１１ａは、高い絶縁性を有する樹脂材料であるポリイミドから形成される。なお、本実施の形態と異なり、絶縁層１１ａは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、フェノール樹脂、およびエポキシなどの熱硬化性樹脂、または、ゴム、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン、およびポリプロピレンなどの伸展性樹脂からなることができる。あるいは、絶縁層１１ａは、たとえば、上記材料からなる薄膜が２つ以上組み合わされた多層構造に形成されることもできる。導電部１１ｂは、好適にアルミニウムが用いられる。なお、導電部１１ｂは、アルミニウムに限られず、ニッケル、銅などの金属を用いることもできる。
【００２２】
［正極活物質層］
正極活物質層１２は、リチウムイオン二次電池１００の充放電反応の中心を担う正極活物質を含む層である。正極活物質としては、リチウム―遷移金属酸化物が好適に用いられる。なお、正極活物質として、リチウム―遷移金属酸化物以外にも、リチウム―遷移金属リン酸化合物、またはリチウム―遷移金属酸化化合物を用いることもできる。
【００２３】
正極活物質層１２は、正極活物質の他、結着剤（バインダー）、導電助剤などの添加物を含む。バインダーとしては、たとえば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）である。導電助剤は、活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物であって、好適には炭素繊維である。
【００２４】
［電解質層］
電解質層１５は、たとえば、電解液を含浸させたセパレータで構成される。セパレータを含浸させることのできる電解質としては、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４などのリチウム塩があげられる。セパレータは、たとえば、電解質を吸収保持するポリマーからなる多孔性シートを用いることができる。
【００２５】
［負極活物質層］
負極活物質層１４は、リチウムイオン二次電池１００の充放電反応の中心を担う負極活物質を含む層である。負極活物質としては、炭素材料が好適に用いられる。また、負極の充填効率や、導電性の確保のために、大きさの異なる炭素材料を用いることが望ましい。炭素材料としては、たとえば、天然黒鉛、人造黒鉛などの黒鉛系炭素材料、カーボンブラック、活性炭が挙げられる。なお、負極活物質は、炭素材料に限られず、たとえば、Ｓｉ系材料、Ｓｎ系材料などの材料を用いてもよい。
【００２６】
負極活物質層１４は、負極活物質の他、バインダー、導電助剤などの添加物を含む。バインダーとしては、官能基を導入したフッ素系樹脂が用いられ、たとえば、ポリフッ化ビニリデンである。導電助剤としては、正極活物質層１２と同様に、好適には炭素繊維が用いられる。
【００２７】
ここで、負極活物質層１４に含まれる負極活物質、接着剤、および導電助剤に対する接着剤の重量比率は６％以下であることが望ましい。負極活物質層１４内のバインダーを、負極集電体１３の基材となる絶縁物（絶縁層１３ａ）との接着性の良い樹脂を用いることで、バインダーの添加量を少なくしても結着性を保つことができる。したがって、負極集電体１３を覆い、反応を阻害するバインダーを６％以下にすることで、負極の出力を向上させることができ、負極活物質の含有量を増やせることから、エネルギー密度も増加させることができる。
【００２８】
［負極集電体］
負極集電体１３は、絶縁層１３ａおよび絶縁層１３ａの両表面に形成される導電部１３ｂからなる。具体的には、負極集電体１３は、絶縁層１３ａの両表面上に、導電部１３ｂが電池端子方向（タブ３０Ｂ方向）に延在する複数の金属部が互いに独立して櫛型状に配列されるものである。したがって、負極集電体１３は、電池端子方向の導電率が、電池端子方向と垂直方向の導電率より高くなる。前記櫛型状に配列された隣接する金属部の所定の間隔は、負極活物質層１４と電解質層１５と正極活物質層１２とを積層した厚みの１００倍以下の間隔である。なお、導電部１３ｂの詳細な説明は後述する。
【００２９】
絶縁層１３ａは、高い絶縁性を有する樹脂材料であるポリイミドから形成される。なお、本実施の形態と異なり、絶縁層１３ａは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、フェノール樹脂、およびエポキシなどの熱硬化性樹脂、または、ゴム、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン、およびポリプロピレンなどの伸展性樹脂からなることができる。あるいは、絶縁層１３ａは、たとえば、上記材料からなる薄膜が２つ以上組み合わされた多層構造に形成されることもできる。絶縁層１３ａの厚みは、３〜３０μｍであることが望ましい。絶縁層１３ａの厚みが３μｍ以下であると、絶縁層１３ａの表面に集電箔を塗布する塗布工程で、塗布装置によって印加されるテンションに耐えるための十分な厚みが確保できない。また、絶縁層１３ｂの厚みが３０μｍ以上であると、負極集電体１３の重量増加を最小限に抑える観点から好ましくない。
【００３０】
導体部１３ｂは、リチウムと合金化しない銅からなり、蒸着法などによって絶縁層１３ａと一体的に形成されている。なお、導電部１３ｂは、銅に限られず、たとえば、ニッケルなどリチウムと合金化しない金属を用いることもできる。絶縁層１３ａの表面積上全体における銅の平均厚み（表面積上で銅が形成されていない部分は厚みを０とする）は、０．１〜５μｍであることが望ましい。すなわち、集電箔としての銅の平均厚みは、定格電流を十分に流すことができる厚みを確保する必要がある。外部端子である電池端子に近いほど集電箔を流れる電流は大きくなり、集電箔面内で、外部端子と垂直方向の寸法や外部端子の形状によっても確保すべき厚みは異なる。集電箔の縦横比率が１：５〜１０：１の間では、０．１μｍ〜５μｍの厚みが必要となる。
【００３１】
ここで、従来の負極集電体は、一般に、金属のみで形成され、その厚みは１０μｍのものが用いられていたが、電流を流す目的を満たすためには十分すぎる厚みを持っている。しかしながら、この厚みを決めているのは、集電箔である銅箔の圧延精度や、塗布時に箔を引っ張る引っ張り強度などである。したがって、本実施の形態のリチウムイオン二次電池１００では、絶縁層（樹脂）１３ａに銅などのリチウムと合金化しない金属の薄膜を付けることで、十分な電気伝導性を確保し、銅が保っていた引っ張り強度を絶縁層（樹脂）に持たせることで重量を低減することができる。すなわち、導電部１３ｂの材質に銅、および絶縁層１３ａの材質にポリイミドを用いた場合、それぞれの密度は、おおよそ、銅が９ｇ／ｃｃ、ポリイミドの密度が０．８〜１．５ｇ／ｃｃであるので、絶縁層１３ａの膜厚は、削減した銅の６倍以下にすることが望ましい。
【００３２】
以下、本実施の形態のリチウムイオン二次電池１００の特徴である負極集電体１３の絶縁層１３ａおよび導電部１３ｂの構造について詳述する。
【００３３】
図３は、本実施の形態のリチウムイオン二次電池１００の負極集電体１３の導電部１３ｂの形状を表す図である。
【００３４】
負極集電体１３の導電部１３ｂは、図３（ａ）に示すように、電池端子方向（タブ１２０Ｂ方向）に延在する銅が所定の間隔をおいて櫛型のパターン状に複数形成される。すなわち、導電部１３ｂは、絶縁層１３ａの表面に位置する線状の複数の銅でなる金属部５０ａで構成される。また、本実施の形態のリチウムイオン二次電池１００は、複数の金属部５０ａを接合し、負極タブ３０Ｂと接続する金属部５０ｂを有する。なお、金属部５０ｂは、負極集電タブ部４０Ｂにもなり、負極タブ３０Ｂに複数の金属部５０ａを接合させる。
【００３５】
導電部１３ｂをこのような櫛型のパターン状に形成することによって、通常は、図３（ａ）に示すような電流経路にそって、負極集電体１３の電流を流す目的は果たすことができる。また、リチウムイオン二次電池１００に、短絡電流が生じたとしても、図３（ｂ）に示すように、ショート部分周辺の電流集中により導電部１３ｂの一部を蒸散させ、ショート部分のみを不活性化させることができる。なお、参考として、従来のリチウムイオン二次電池における導電部が平坦である場合を例にとると、通常時は、図４（ａ）に示すような電流経路にそって電流は流れるが、短絡時は、図４（ｂ）に示すように、二次電池全体の出力に与える影響が大きかった。
【００３６】
次に、導電部１３ｂの櫛型状に配列された金属部５０ａ同士が隣接する間隔Ｌ１（以下、「パターン間隔」と称する）について述べる。
【００３７】
図５は、パターン間隔を説明するために電池要素１０の一部の断面を例示した概略図であって、負極集電体１３上に、負極活物質層１４、電解質層１５、および正極活物質層１２が積層されている様子を示している。図６は、パターン間隔Ｌ１と、内部抵抗との関係を示す図である。なお、内部抵抗とは、リチウムイオンが電解質を伝達する際の抵抗と、電子が負極活物質を伝達する際の抵抗との和をあらわすものとする。
【００３８】
図５に示すように、各層の厚みはそれぞれ、たとえば、正極集電体１１は１５μｍ、正極活物質層１２は８０μｍ、電解質層（セパレータ）１５は２０μｍ、負極活物質層１４は８０μｍ（電解質層１５から絶縁層１３ａまでの距離）、金属部５０ａ（導電部１３ｂ）は２５μｍ、および絶縁層１３ａは２５μｍとする。また、負極の負極活物質を介しての電子の移動経路（以下、「導電ネットワーク」と称する。）の抵抗率Ｒ１は、一般に、電解質の抵抗率Ｒ２の１／１０００ほどである。また、パターン間隔Ｌ１を設けているので、パターン間隔の内に位置する電子は、導電ネットワークを介して隣接する導電部１３ｂまで移動する。
【００３９】
ここで、内部抵抗の最大値について考慮してみると、内部抵抗が最大になるのは、図５に示すように、電解質中のリチウムが、正極活物質層１２の上部（正極集電体１１に接近している部分）から負極活物質層１４の下部（負極集電体１３に接近している部分）まで移動し、かつ、電子がパターン間隔Ｌ１の中央で発生した場合である。すなわち、電解質中のリチウムの最大の移動距離は、正極活物質層１２および負極活物質層１４中の電解質を含めて、正極活物質層１２、電解質層１５、および負極活物質層１４を合わせた距離Ｌ２（１８０μｍ）である。したがって、リチウムが正極活物質層１２の上部から絶縁層１３ａまで移動した場合の最大の抵抗は、Ｌ２×Ｒ２で表すことができる。また、電子がパターン間隔Ｌ１の中央で発生した場合、電子が導電ネットワークを介して隣接する導電部１３ｂまで移動する距離はＬ１／２であるので、その抵抗は、Ｌ１／２×Ｒ１で表すことができる。以上より、内部抵抗の最大値は、（Ｌ２×Ｒ２）＋（Ｌ１／２×Ｒ１）で略表すことができる。
【００４０】
したがって、たとえば、パターン間隔Ｌ１を距離Ｌ２の１００倍にした場合（Ｌ１＝Ｌ２×１００）、抵抗率Ｒ１とＲ２との関係は、Ｒ１×１０００＝Ｒ２であることから、最大の内部抵抗は、１．０５×Ｌ２×Ｒ２と表すことができる。したがって、パターン間隔Ｌ１が無い場合、すなわち、導電体１３ｂが絶縁層１３ａの表面全体に均一に形成されている場合、内部抵抗の最大はＬ２×Ｒ２であるので、パターン間隔Ｌ１をＬ２の１００倍以下にすれば、内部抵抗の上昇を１０％以下に抑えることができる。パターン間隔Ｌ１を大きくすれば、図６に示すように、その内部抵抗が急激に上昇するため、電池の性能低下が著しくなるので、パターン間隔Ｌ１は、負極活物質層１４と電解質層１５と正極活物質層１２とを積層した厚みの１００倍以下の間隔とすることが望ましい。
【００４１】
また、パターン間隔Ｌ１の最小の間隔としては、図７に示すように、結着力を十分に確保するため、負極活物質と同程度が望ましい。
【００４２】
以上のように、本実施の形態のリチウムイオン二次電池１００によれば、以下の効果を奏する。
【００４３】
（ａ）短絡箇所付近の電池端子方向に延在する金属に電流が流れることにより、短絡箇所周辺の金属のみを溶融して遮断し、短絡箇所を電気的に分離し、短絡による二次電池の性能低下を抑えることができる。
【００４４】
（ｂ）隣接する電池端子方向に延在する隣接する金属部の間隔を、負極活物質層と電解質層と正極活物質層とを積層した厚みの１００倍以下の間隔にすることで、電解質の抵抗の１／１０以下の抵抗上昇に抑えて十分な出力電流を流すことができ、一定の間隔を設けても電池の性能低下を抑えることができる。
【００４５】
（ｃ）負極集電体の絶縁層の厚みを３〜３０μｍにすることで、銅などの集電箔を塗布する塗布工程で印加されるテンションに耐えることができ、歩留まりを確保することができる。さらに、銅が保っていた引っ張り強度を絶縁層に持たせることで、銅の量を減らすことができ、リチウムイオン二次電池全体の重量が低減し、重量エネルギー密度の高い電池を供給することができる。
【００４６】
（ｄ）金属の平均厚みを０．１〜５μｍにすることで、出力電流（定格電流）を十分に流すことができ、短時間、定格電流を流した場合の集電箔による発熱を抑えて、初期不良時には、ショート部分を蒸散させることができる。
【００４７】
（ｅ）電池端子方向の導電率が、前記電池端子方向と垂直方向の導電率より高くすることで、定格電流の通電方向には、均一な電流分布と良好な導電性を確保しつつ、短時間、定格電流を流した場合の集電箔による発熱を抑えて、初期不良時には、ショート部分を蒸散させることができる。
【００４８】
（ｆ）負極活物質層に含まれる負極活物質、接着剤、および導電助剤に対する接着剤の重量比率を６％以下とすることで、炭素の表面をバインダーが覆う割合を低減し、電解質と炭素の接触した反応面を増加させることができるので、電池のエネルギー密度を増大させることができる。また、負極活物質である炭素材料と炭素材料との間の空間に占める電解質の割合が増加し、イオン伝導の障害物が減るので、イオン抵抗が減少して、電池のパワー密度を増大させることができる。
【００４９】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態のリチウムイオン二次電池について詳細に説明する。
【００５０】
第２の実施の形態のリチウムイオン二次電池は、負極集電体１３の導電部１３ｂを構成する金属部５０ａの形状が、第１実施形態とは異なる。
【００５１】
第２の実施の形態のリチウムイオン二次電池における負極集電体の導電部１３ｂは、図８に示すように、電池端子方向に延在する金属部５０ａが抵抗値の異なる第１金属部５０１と第２金属部５０２とが繰り返し接続されて配置されている。なお、第１実施形態と同様の構成については、上記第１実施形態の説明を参照するものとし、以下では説明を省略する。
【００５２】
負極集電体１３の導電部１３ｂは、定格電流の通電方向には直線的な導電経路とし、短絡などの不良時には電流がショート部へ遠回りし、細い導電経路に電流が集中するパターンとする。したがって、図８に示すような形状を有する導電部１３ｂは、電池端子方向に第１金属部５０１と第２金属部５０２とを介して電流が流れ、短絡時は、第１金属部５０１より抵抗が大きい第２金属部５０２に電流が集中し、第２金属部５０２が溶融して電流が遮断されやすくなる。
【００５３】
なお、導電部１３ｂは、図８（ａ）の形状に限られず、絶縁層１３ａまたは負極活物質層１４との接着力を上げるために、図８（ｂ）の形状のように、様々な形状にすることができる。
【００５４】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、第１の実施の形態の効果（ａ）〜（ｆ）に加えて、以下の効果を奏する。
【００５５】
（ｇ）定格電流の通電方向には、均一な電流分布と良好な導電性を確保し、短絡時などの不良時には短絡部周辺の電流密度が上がるようなパターンを形成することにより、不良時に、より短時間で、蒸散しやすい特性を得ることができる。
【００５６】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態のリチウムイオン二次電池について詳細に説明する。第３実施形態のリチウムイオン二次電池は、負極集電体の導電部１３ｂを構成する金属部５０ａの形状が、第１〜第２実施形態とは異なる。すなわち、電池端子方向に延在する金属部５０ａの配列を、図９に示すように、複数の第３金属部５０３をパターン状に配列する。この際、それぞれの第３金属部５０３同士が接触する部分を小さくすることで、その接触部分における抵抗が、金属部５０３自体の抵抗よりも大きくなる。なお、第１の実施の形態と同様の構成については、上記第１の実施の形態の説明を参照するものとし、以下では説明を省略する。
【００５７】
図９に示すような形状を有する導電部１３ｂは、電池端子方向に複数の第３金属部５０３を介して電流が流れ、短絡時は、第３金属部５０３同士が接触する部分に電流が集中し、その接触部分が溶融して電流が遮断されやすくなる。
【００５８】
なお、導電部１３ｂは、図９（ａ）に示すように、接触する部分が隣接する二つの第３金属部５０３に接触する形状であってもよいし、図９（ｂ）に示すように、接触する部分が隣接する一つの第３金属部５０３に接触する形状であってもよい。
【００５９】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、第１〜第２の実施の形態の効果（ａ）〜（ｇ）に加えて、以下の効果を奏する。
【００６０】
（ｈ）電池端子方向に延在する複数の各金属部を、複数の同じ第３金属部で接触させる構造とすることで、抵抗値が異なる第１金属部および第２金属部で形成するよりも、製造時における工程を簡略することができる。
【００６１】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態のリチウムイオン二次電池について詳細に説明する。第３実施形態のリチウムイオン二次電池は、負極集電体の導電部１３ｂを構成する金属部５０ａの形状が、第１〜第３実施形態とは異なる。
【００６２】
第４の実施の形態のリチウムイオン二次電池における負極集電体の導電部１３ｂは、図１０に示すように、電池端子方向に延在する金属部５０ａは、抵抗値が異なる第４金属部５０４と第５金属部５０５とが繰り返し接続されて配置されている。また、隣接する複数の第４金属部５０４同士を、第４金属部５０４より抵抗が大きい第５金属部５０５で接続する。なお、第１の実施の形態と同様の構成については、上記第１の実施の形態の説明を参照するものとし、以下では説明を省略する。
【００６３】
図１０に示すような形状を有する導電部１３ｂは、電池端子方向に第４金属部５０４と第５金属部５０５とを介して電流が流れ、短絡時は、第４金属部５０４より抵抗が大きい第５金属部５０５に電流が集中し、第５金属部５０５が溶融して電流が遮断されやすくなる。
【００６４】
なお、導電部１３ｂは、図１０（ａ）、（ｂ）に示す形状に限られず、様々な形状にすることができる。
【００６５】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、第１〜第２の実施の形態の効果（ａ）〜（ｇ）に加えて、以下の効果を奏する。
【００６６】
（ｉ）電池端子方向に延在する複数の金属部を、絶縁層を覆う表面積が大きい金属部と、それらを接続する金属部とで構成することによって、金属からなる集電箔と活物質層との間の接着強度の方向依存性を小さくし、寿命の長い電池を供給することができる。
【００６７】
（第５の実施の形態）
本実施の形態の組電池は、第１〜第４の実施の形態で説明したリチウムイオン二次電池を直並列に接続して構成したものである。リチウムイオン二次電池を直列、または並列に接続して構成することで、組電池の容量および電圧を自由に調節することが可能になる。
【００６８】
図１１は、本実施の形態の組電池の一例を示す外観図であって、図１１Ａは、組電池の平面図であり、図１１Ｂは、組電池の平面図であり、図１１Ｃは、組電池の側面図である。
【００６９】
本実施の形態の組電池３００は、たとえば、図１１に示すように、装脱着可能な複数の小型の電池モジュール２５０を、接続治具３１０を用いて接続して構成される。電池モジュール２５０は、上記実施の形態のリチウムイオン二次電池が複数、直列または並列に複数接続されて形成することができる。接続治具３１０は、電気的な接続手段であって、複数の電池モジュール２５０を相互に接続するものである。
【００７０】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、第１〜第３の実施の形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。
【００７１】
（ｊ）本実施の形態の組電池は、第１〜第４の実施の形態に示すリチウムイオン二次電池を直列または並列に接続して構成している。したがって、耐久性に優れた二次電池が用いられるため、電池の電圧バランス不均衡による長期信頼性を向上することができる。また、負極集電体に用いる銅の量を減らし、密度の小さい絶縁層を用いた二次電池で構成することで、より軽量な組電池を提供することができる。
【００７２】
（第６の実施の形態）
本実施の形態の車両は、第１〜第４の実施の形態で説明したリチウムイオン二次電池または第５の実施の形態で説明した組電池を搭載したものである。このようなリチウムイオン二次電池、電池モジュール、および／または組電池を自動車および電車などの車両に搭載し、モータなどの電気機器の駆動用電源に使用することができる。
【００７３】
図１２は、本発明の第６の実施の形態である車両として自動車を示す概略構成図である。
【００７４】
組電池３００を、電気自動車４００に搭載するには、図１２に示すとおり、電気自動車４００の車体中央部の座席下に搭載する。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができる。なお、組電池３００を搭載する場所は、座席下に限定されず、後部トランクルームの下部もしくは車両前方のエンジンルームでもよい。以上のような組電池３００を用いた電気自動車４００は、高い耐久性を有し、長期間使用しても十分な出力を提供しうる。さらに、燃費、走行性能に優れた電気自動車、プラグイン・ハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）を提供できる。また、このような車両用電源として使用するために、リチウムイオン二次電池の内部抵抗は１〜５ｍΩ程度であることが好ましい。
【００７５】
なお、本発明では、組電池３００だけではなく、使用用途によっては、電池モジュール２５０のみを搭載するようにしてもよいし、これらの組電池３００と電池モジュール２５０とを組み合わせて搭載してもよい。
【００７６】
以上のとおり、説明した本実施の形態は、第１〜第５の実施の形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。
【００７７】
（ｋ）本実施の形態の電気自動車は、第１〜第５の実施の形態に示すリチウムイオン二次電池または組電池を駆動用電源として搭載している。したがって、耐久性に優れた二次電池が用いられるため、電気自動車の信頼性を向上することができる。また、負極集電体に用いる銅の量を減らし、密度の小さい絶縁層を用いた二次電池で構成することで、低重量で燃費の良いハイブリット車、電気自動車、燃料電池自動車などの車両を提供することができる。
【００７８】
以上のように本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、以上の実施形態に限定されるべきものではなく、特許請求の範囲に表現された思想および範囲を逸脱することなく、種々の変形、追加、および省略が当業者によって可能である。
【００７９】
たとえば、本実施の形態では、負極集電体を例にとって説明したが、同様の思想で、正極集電体を同じ構成とすることができることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の外観図である。
【図２】図１に示すリチウムイオン二次電池を電池端子（タブ）方向に切断した断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態のリチウムイオン二次電池の負極集電体の導電部の形状を表す図である。
【図４】従来のリチウムイオン二次電池の負極集電体の導電部の形状を表す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池のパターン間隔を説明するために電池要素の一部の断面を例示した概略図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池のパターン間隔と内部抵抗との関係を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池のパターン間隔を説明するために電池要素の一部の断面を例示した概略図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態のリチウムイオン二次電池の負極集電体の導電部の形状を表す図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態のリチウムイオン二次電池の負極集電体の導電部の形状を表す図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態のリチウムイオン二次電池の負極集電体の導電部の形状を表す図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態である組電池を示す図である。
【図１２】本発明の第６の実施の形態である車両を示す図である。
【符号の説明】
【００８１】
１１    正極集電体、
１２    正極活物質層、
１３    負極集電体、
１３ａ    絶縁層、
１３ｂ    導電部、
１４    負極活物質層、
１５    電解質層。
【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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【図５】
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