(57)【要約】  セル内部の電極材料等で発生したガスが電極とセパレータの間にたまり、気泡となって抜けにくくなる現象を防ぐと共に、高温下における安全性能を高めることができる積層型二次電池を提供する。積層型二次電池は、正極電極と負極電極とが、袋状セパレータを介して積層された積層型二次電池であって、上記正極電極と上記負極電極のうちの一方の電極が上記袋状セパレータに収められ、上記正極電極と上記負極電極のうちの他方の電極が、上記一方の電極が収められた上記袋状セパレータに積層され、上記袋状セパレータは、高温下で一軸性の収縮特性を有し、収縮率の大きい収縮方向に沿って形成されたスリットを有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極電極と負極電極とが、袋状セパレータを介して積層された積層型二次電池であって、
前記正極電極と前記負極電極のうちの一方の電極が前記袋状セパレータに収められ、前記正極電極と前記負極電極のうちの他方の電極が、前記一方の電極が収められた前記袋状セパレータに積層され、
前記袋状セパレータは、高温下で一軸性の収縮特性を有し、収縮率の大きい収縮方向に沿って形成されたスリットを有する、積層型二次電池。
【請求項２】
前記袋状セパレータは、その二辺が前記収縮方向と平行である矩形をなしている、請求項１に記載の積層型二次電池。
【請求項３】
前記袋状セパレータの周囲部は、前記収縮方向と実質的に直交する辺の少なくとも一部が熱融着されて形成されている、請求項２に記載の積層型二次電池。
【請求項４】
前記スリットは、前記袋状セパレータの一部を構成する２枚のセパレータの重なり部で形成されている、請求項１に記載の積層型二次電池。
【請求項５】
前記スリットは、前記袋状セパレータの一部を構成する第１部分と前記第１部分に隣接する第２部分との重なり部で形成されている、請求項４に記載の積層型二次電池。
【請求項６】
前記スリットは、前記第２部分と前記第２部分に隣接する第３部分との重なり部でさらに形成されている、請求項５に記載の積層型二次電池。
【請求項７】
前記２枚のセパレータの重なり部の少なくとも１部に熱融着部分を有する、請求項４乃至請求項６のいずれか一項に記載の積層型二次電池。
【請求項８】
前記２枚のセパレータの重なり部の各々のセパレータの厚さは、各々のセパレータのその他の部分の厚さよりも薄い、請求項４乃至請求項７のいずれか一項に記載の積層型二次電池。
【請求項９】
前記袋状セパレータに収められる前記一方の電極は、複数個である、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の積層型二次電池。
【請求項１０】
前記一方の電極は実質的に矩形をなしており、前記複数個の前記一方の電極は、前記矩形の短辺が実質的に平行になるように、前記袋状セパレータに収められる、請求項９に記載の積層型二次電池。
【請求項１１】
前記一方の電極は実質的に矩形をなしており、前記複数個の前記一方の電極は、前記矩形の長辺が実質的に平行になるように、前記袋状セパレータに収められる、請求項９に記載の積層型二次電池。
【請求項１２】
前記矩形の長辺が実質的に平行になるように、前記袋状セパレータに収められた前記複数個の前記一方の電極間に位置する箇所で、前記袋状セパレータは熱融着されている、請求項１１に記載の積層型二次電池。
【請求項１３】
前記複数個の前記一方の電極間に位置する箇所の、前記２枚のセパレータの重なり部の少なくとも１部に熱融着部分を有する、請求項９乃至請求項１２のいずれか一項に記載の積層型二次電池。
【請求項１４】
正極電極と負極電極とが積層された積層型二次電池に用いられる袋状セパレータであって、
高温下で一軸性の収縮特性を有し、収縮率の大きい収縮方向に沿って形成されたスリットを有する、袋状セパレータ。
【請求項１５】
その二辺が前記収縮方向と平行である矩形をなしている、請求項１４に記載の袋状セパレータ。
【請求項１６】
周囲部は、前記収縮方向と実質的に直交する辺の少なくとも一部が熱融着されて形成されている、請求項１５に記載の袋状セパレータ。
【請求項１７】
前記スリットは、２枚のセパレータの重なり部で形成されている、請求項１４に記載の袋状セパレータ。
【請求項１８】
前記スリットは、セパレータの一部を構成する第１部分と前記第１部分に隣接する第２部分との重なり部で形成されている、請求項１７に記載の袋状セパレータ。
【請求項１９】
前記スリットは、前記第２部分と前記第２部分に隣接する第３部分との重なり部でさらに形成されている、請求項１８に記載の袋状セパレータ。
【請求項２０】
前記２枚のセパレータの重なり部の少なくとも１部に熱融着部分を有する、請求項１７乃至請求項１９のいずれか一項に記載の袋状セパレータ。
【請求項２１】
前記２枚のセパレータの重なり部の各々のセパレータの厚さは、各々のセパレータのその他の部分の厚さよりも薄い、請求項１７乃至請求項２０のいずれか一項に記載の袋状セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層型二次電池、及び袋状セパレータに関し、特に、正極と負極とがセパレータを介して積層された積層型二次電池のセル構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層型二次電池のセパレータとして、袋状セパレータを用いたものが知られている。特許文献１では、まず２枚のセパレータの周囲部を熱融着することにより袋状の形状を形成し、その袋状セパレータの中に両面に材料が塗布された正極を入れた構造を形成している。さらに特許文献１では、上記正極が入れられた袋状セパレータと材料が両面に塗布されている負極とを交互に積層した構造としている。【０００３】
この袋状セパレータは、２枚のセパレータの周囲部の一部に熱と圧力をかけて融着させた構造である。この構造は、セルが高温に曝された場合にセパレータが収縮して正極が露出し、正極と負極が接触して内部短絡が起こるのを防ぐことに効果があり、セルの安全性能向上に効果がある。【０００４】
セパレータの高温特性については、非特許文献１にも記述がある。セパレータの基体材料やコーティングの有無、コーティング材料・方法等によってその性能は大きく異なるが、基本的にはセパレータにリチウムイオンが正極と負極の間を移動できるような開口部を形成するため、製造工程中にセパレータを引き延ばす（延伸）工程がある。セパレータが高温に曝されると、主としてその延伸方向に収縮が起こるというものである。【０００５】
上記袋状セパレータを形成する際の熱融着パターンとしては、これまでもさまざまな工夫がなされている。特許文献１のように、セパレータの周囲や正極のタブのある辺を除いて連続的に融着部を形成することや、融着部が設けられている箇所に非融着部を形成するものがある。また、特許文献２のように、連続した線状の熱融着部と間欠的な熱融着部とを併用するものがある。また、特許文献３のように、４隅のみを熱融着するものもある。特許文献４では、正極が４片に分割されており、熱融着部分によってそれぞれの正極が分離されている。これにより、袋状のセパレータの強度を増し、安全性能を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−９１１００号公報
【特許文献２】特許第４１２４９７２号公報
【特許文献３】特許第３５１１４４３号公報
【特許文献４】特開平９−１４７９１４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】S.S.Zhang, “A review on the separators of liquid electrolyte Li-ion batteries”, Journal of Power Sources 164, pp.351-364, 2007.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した積層型二次電池には以下のような課題がある。背景技術の積層型二次電池の課題について、図面を参照して説明する。【０００９】
図１１に示すように、セパレータ１１０１の熱融着部分１１０２の間隔ｓが小さいと、セルの活性化時や初回充電時に正極１１０３の活材料などから発生したガスによる気泡１１６０が、正極１１０３とセパレータ１１０１との間にたまることがある。特に、発生したガスによる気泡１１６０が電極の中央部に集まって抜けなくなり、正極１１０３とセパレータ１１０１の間に隙間を形成するため、電池動作を阻害し、電極の活性化が不均一になるという課題があった。【００１０】
図１２は逆に、熱融着部分１２０２の間隔が広い場合を示す。正極１２０３とセパレータ１２０１との間の気泡は抜けやすくなるが、１３０℃以上の高温において、セパレータ１２０１が収縮率の大きい収縮方向に収縮した場合、セパレータ１２０１の外形が図１２中の点線１２０１−２のような形状となることが考えられる。セパレータ１２０１のこのような収縮が発生すると、正極１２０３が露出して負極と短絡し、それがトリガーとなって、セルの破裂・発火などが引き起こされる可能性が高くなる。つまり、図１１や図１２に示される背景技術の構造においては、ガス抜き効果と高温におけるセルの安全性能との両立が難しいという課題があった。【００１１】
リチウム過剰正極材料と呼ばれる背景技術のリチウムイオン電池の倍以上の容量が得られる材料は、航続距離の長い電気自動車、ドローン、ロボット等のための次世代二次電池に期待されている材料である。その一方で、この材料により正極を形成した場合、セルの活性化時、あるいは初期充放電時に正極材料から発生するガスが多い傾向にあり、この問題が顕著である。【００１２】
本発明の目的は、セル内部の電極材料等で発生したガスが電極とセパレータの間にたまり、気泡となって抜けにくくなる現象を防ぐことができる積層型二次電池、及び袋状セパレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するため、本発明に係る積層型二次電池は、正極電極と負極電極とが、袋状セパレータを介して積層された積層型二次電池であって、
上記正極電極と上記負極電極のうちの一方の電極が上記袋状セパレータに収められ、上記正極電極と上記負極電極のうちの他方の電極が、上記一方の電極が収められた上記袋状セパレータに積層され、
上記袋状セパレータは、高温下で一軸性の収縮特性を有し、収縮率の大きい収縮方向に沿って形成されたスリットを有する。【００１４】
本発明に係る袋状セパレータは、正極電極と負極電極とが積層された積層型二次電池に用いられる袋状セパレータであって、
高温下で一軸性の収縮特性を有し、収縮率の大きい収縮方向に沿って形成されたスリットを有する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、積層型二次電池のセル内部の電極材料等で発生したガスが電極とセパレータの間にたまり、気泡となって抜けにくくなる現象を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態の積層型二次電池の構成を説明するための平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の積層型二次電池の製造方法を説明するための分解斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態の積層型二次電池の製造方法を説明するための分解斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態の積層型二次電池の構成を説明するための平面図である。
【図６】本発明の第３実施形態の積層型二次電池の構成を説明するための平面図である。
【図７】本発明の第４実施形態の積層型二次電池の構成を説明するための平面図である。
【図８】本発明の第５実施形態の積層型二次電池の構成を説明するための平面図である。
【図９】本発明の第６実施形態の積層型二次電池を示す斜視図である。
【図１０】図９のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図１１】背景技術の課題を説明するための積層型二次電池の平面図である。
【図１２】背景技術の課題を説明するための積層型二次電池の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態による積層型二次電池について、説明する。図１は、本発明の第１実施形態の積層型二次電池の構成を説明するための平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図３は、本発明の第１実施形態の積層型二次電池の製造方法を説明するための分解斜視図である。図４は、本発明の第１実施形態の積層型二次電池の製造方法を説明するための分解斜視図である。
【００１９】
［構造］
本実施形態による積層型二次電池は、正極電極と負極電極とが、袋状セパレータを介して積層された積層型二次電池である。本実施形態では、正極電極と負極電極のうちの正極電極が袋状セパレータに収められ、正極電極と負極電極のうちの負極電極が、正極電極が収められた袋状セパレータに積層された積層型二次電池を一例として、説明する。
【００２０】
図１は、本発明の第１の実施形態である積層型二次電池の袋状セパレータに入った正極電極１０３を示す。図１において、袋状セパレータには中央部に横方向に走るスリットが形成されている。袋状セパレータのスリットは図１及び図２に示すように、袋状セパレータの上半分部分１０１−１と、袋状セパレータの下半分部分１０１−２との、部分的な重なりによって形成されている。袋状セパレータのスリットは図１に示す、袋状セパレータの高温における収縮方向と平行に形成されている。
【００２１】
図１及び図２の距離ｄは、袋状セパレータの重なり部分の距離を表している。すなわち、図１及び図２の距離ｄは、袋状セパレータの上半分部分１０１−１と、袋状セパレータの下半分部分１０１−２との重なり部分の距離を表している。セパレータ同士は熱融着部分１０２で融着され、袋状のセパレータが形成されている。さらに、図１の袋状セパレータの上半分部分１０１−１と、袋状セパレータの下半分部分１０１−２との重なり部分に、熱融着部分１０２ａを設けている。セパレータの重なり部分に少なくとも１箇所の熱融着部分があることによって、セパレータの上半分部分１０１−１とセパレータの下半分部分１０１−２とが分離することはない。
【００２２】
袋状セパレータの内部には、正極電極１０３が挿入されている。正極電極１０３は、金属箔の両面に正極活材料が塗布された構造となっている。電池の活性化時、または初期充放電時に正極活材料からガスによる気泡が発生した場合、本実施形態の積層型二次電池では、セパレータの重なりで形成された上記スリットをガスが通って逃げやすくなっている。また、袋状セパレータの周囲部が熱融着部分１０２で固定されているため、セルが高温に曝された場合にセパレータが収縮方向に収縮しても、正極電極１０３が露出しにくい構造となっている。
【００２３】
本実施形態の積層型二次電池の袋状セパレータは、図１の収縮方向に示すような、高温下で収縮軸に関して一軸性の収縮特性を有する。この一軸性の収縮特性とは、高温下で１方向（収縮軸）に大きな収縮率を持つが、収縮軸と直交する方向の収縮率は小さい収縮特性を指す。そして、本実施形態の積層型二次電池では、袋状セパレータが、収縮率の大きい収縮方向に沿って形成されたスリットを有する。より具体的には、袋状セパレータが、上記収縮軸と実質的に平行な方向に形成されたスリットを有する。スリットをセパレータの収縮方向と平行に形成しているので、高温下などでセパレータの収縮が発生しても、スリットが開口しにくい構造となっている。図１に示す、熱融着部分１０２の間隔ｓを小さくすることでさらに正極電極１０３が露出しにくい構造とすることができる。その場合、スリットの存在のため、ガスの抜けが悪くなることはない。
【００２４】
［製造方法］
次に、図３、図４を参照して第１の実施形態の積層型二次電池の製造方法を説明する。図３は、正極電極とセパレータから袋状セパレータを形成する方法の図を示している。図４は正極電極入りの袋状セパレータを負極電極で挟んだ構造を形成する方法の図を示している。
【００２５】
図３は、１枚の正極電極１０３と、４枚のセパレータ１０１−１、１０１−２、１０１−３、１０１−４を示している。正極電極１０３は縦１５ｃｍ、横７ｃｍ程度の実質的に矩形で、約２０μｍの厚さのアルミニウム箔の両面に、リチウム遷移金属酸化物をそれぞれ約２００μｍの厚さに塗布した構造となっている。４枚のセパレータ１０１−１、１０１−２、１０１−３、１０１−４は、厚さ約３０μｍのポリプロピレン製の多孔性薄膜で形成されている。セパレータの高温（１３０℃以上）における収縮方向（収縮軸）は、図３中に示すように、正極電極１０３の矩形の短辺方向と平行にしてある。
【００２６】
１ｍｍ程度の距離ｄの重なり部分を持つ２枚のセパレータ（１０１−１、１０１−２）と、同様の２枚のセパレータ（１０１−３、１０１−４）とで、正極電極１０３のそれぞれ上下から挟む。さらに正極電極１０３から外側に僅かに離れた距離でセパレータ同士（１０１−１と１０１−３、１０１−２と１０１−４）を熱融着して、袋状セパレータを形成する。熱融着部分は図１の熱融着部分１０２に示したように、約１ｍｍ角の大きさで、２ｍｍ程度の間隔ｓで形成されている。この際、２枚のセパレータ（１０１−１、１０１−２）の重なり部分、また、２枚のセパレータ（１０１−３、１０１−４）の重なり部分に、図１に示すような少なくとも１箇所の熱融着部分１０２ａを設ける。これにより２枚のセパレータ（１０１−１、１０１−２）が分離してしまうことはなく、２枚のセパレータ（１０１−３、１０１−４）が分離してしまうことはない。
【００２７】
次に、図４に示すように、上記のように形成した正極電極入り袋状セパレータ４０４を、負極電極４０５−１、４０５−２で挟んで積層し、積層型二次電池を構成する。負極電極４０５−１、４０５−２は例えば約１５μｍの厚さの銅箔の両面にそれぞれ１００μｍ程度の厚さに黒鉛を塗布した構造である。
【００２８】
［効果］
本実施形態の積層型二次電池によれば、電池の活性化時、あるいは初期充放電時に正極材料で発生したガスが電極とセパレータとの間に気泡となって抜けなくなり、隙間を形成して正極と負極との間の（リチウム）イオンの動きを阻害することを防止できる。これにより、電極表面上の活材料が均一に活性化するようになる。このため、電極の表面上で均一な動作が可能となり、電池本来の性能が発揮されるようになる。また、袋状セパレータの周囲部を熱融着によって固定しているため、高温においてセパレータが収縮しても正極が露出しにくく、負極とのショートが起こりにくい構造となっている。つまり、電池本来の性能を十分に発揮できる構造であり、高温時における安全性能が高い二次電池構造を提供することができる。
【００２９】
上記実施形態において、熱融着部分の間隔ｓや、セパレータのスリットの数、また、正極の分割などは用途によって適当に選ぶことができる。そのための構成を、以下、第２から第５の実施形態として説明する。
【００３０】
〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態による積層型二次電池について、説明する。図５は、本発明の第２実施形態の積層型二次電池の構成を説明するための平面図である。図５は、本実施形態の積層型二次電池の袋状セパレータに入った正極電極５０３を示す。
【００３１】
図５は、高温におけるセパレータの熱収縮率がそれほど大きくないセパレータを使用した場合に、高温下でセパレータの収縮による正極電極の露出が起きない範囲で、間隔ｓを第１の実施形態の場合に比べ大きく設定した例を示す。これにより、正極電極周囲からのガスを逃がす効果を高めている例である。
【００３２】
図５において、第１実施形態と同様に、袋状セパレータには中央部に横方向に走るスリットが形成されている。袋状セパレータのスリットは図５に示すように、袋状セパレータの上半分部分５０１−１と、袋状セパレータの下半分部分５０１−２との、部分的な重なりによって形成されている。袋状セパレータのスリットは第１実施形態と同様に、収縮率の大きい収縮方向に沿って形成されている。より具体的には、袋状セパレータのスリットは、袋状セパレータの高温における収縮方向と平行に形成されている。セパレータ同士は熱融着部分５０２で融着され、袋状のセパレータが形成されている。図５の袋状セパレータの上半分部分５０１−１と、袋状セパレータの下半分部分５０１−２との重なり部分に、熱融着部分５０２ａを設けている。セパレータの重なり部分に少なくとも１箇所の熱融着部分があることによって、セパレータの上半分部分５０１−１とセパレータの下半分部分５０１−２とが分離することはない。
【００３３】
本実施形態によれば、積層型二次電池のセル内部の電極材料等で発生したガスが電極とセパレータの間にたまり、気泡となって抜けにくくなる現象を防ぐと共に、高温下における安全性能を高めることができる。さらに、高温におけるセパレータの熱収縮率がそれほど大きくないセパレータを使用した場合に、高温下でセパレータの収縮による正極電極の露出が起きない範囲で、間隔ｓを第１の実施形態の場合に比べ大きく設定している。これにより、正極電極５０３周囲からのガスを逃がす効果を高めることができる。
【００３４】
〔第３実施形態〕
本発明の第３実施形態による積層型二次電池について、説明する。図６は、本発明の第３実施形態の積層型二次電池の構成を説明するための平面図である。図６は、袋状セパレータの分割数を増やし、スリットを多く設けることで、正極電極中央部のガスを逃がす効果を高めている例である。
【００３５】
図６において、第１実施形態と同様に、袋状セパレータには横方向に走るスリットが形成されている。本実施形態の袋状セパレータでは横方向に走る複数のスリットが形成されており、図６では横方向に走る三つのスリットが形成されている。袋状セパレータの一つのスリットは図６に示すように、袋状セパレータの第１部分６０１−１と第２部分６０１−２との、部分的な重なりによって形成されている。袋状セパレータのもう一つのスリットは図６に示すように、袋状セパレータの第２部分６０１−２と第３部分６０１−３との、部分的な重なりによって形成されている。袋状セパレータのさらにもう一つのスリットは図６に示すように、袋状セパレータの第３部分６０１−３と第４部分６０１−４との、部分的な重なりによって形成されている。袋状セパレータの各スリットは第１実施形態と同様に、収縮率の大きい収縮方向に沿って形成されている。より具体的には、袋状セパレータの各スリットは、袋状セパレータの高温における収縮方向と平行に形成されている。
【００３６】
セパレータ同士は熱融着部分６０２で融着され、袋状のセパレータが形成されている。図６の袋状セパレータの第１部分６０１−１と第２部分６０１−２との重なり部分に、熱融着部分６０２ａを設けている。さらに図６の袋状セパレータの第２部分６０１−２と第３部分６０１−３との重なり部分に、熱融着部分６０２ａを設けている。さらに図６の袋状セパレータの第３部分６０１−３と第４部分６０１−４との重なり部分に、熱融着部分６０２ａを設けている。セパレータの重なり部分に熱融着部分６０２ａがあることによって、セパレータの各部分が分離することはない。
【００３７】
本実施形態によれば、第２実施形態などと同様に、積層型二次電池のセル内部の電極材料等で発生したガスが電極とセパレータの間にたまり、気泡となって抜けにくくなる現象を防ぐと共に、高温下における安全性能を高めることができる。
【００３８】
さらに本実施形態によれば、袋状セパレータの分割数を増やし、スリットを多く設けることで、正極電極６０３中央部のガスを逃がす効果を高めることができる。
【００３９】
〔第４実施形態〕
本発明の第４実施形態による積層型二次電池について、説明する。図７は、本発明の第４実施形態の積層型二次電池の構成を説明するための平面図である。図７は、正極電極を縦方向に２分割し、正極電極と正極電極との間にもセパレータの熱融着部分を設けることにより、高温下でのセパレータの収縮によって、より正極電極が露出しにくい構造にして安全性能を高めた例である。
【００４０】
図７においては、正極電極が縦方向に２分割されている。言い換えると、本実施形態の積層型二次電池は、縦方向に２分割された正極電極７０３−１と、正極電極７０３−２とを有する。本実施形態では第１実施形態と同様に、袋状セパレータには中央部に横方向に走るスリットが形成されている。袋状セパレータのスリットは図７に示すように、袋状セパレータの上半分部分７０１−１と、袋状セパレータの下半分部分７０１−２との、部分的な重なりによって形成されている。袋状セパレータのスリットは第１実施形態と同様に、収縮率の大きい収縮方向に沿って形成されている。より具体的には、袋状セパレータのスリットは、袋状セパレータの高温における収縮方向と平行に形成されている。セパレータ同士は熱融着部分７０２で融着され、袋状のセパレータが形成されている。図７の袋状セパレータの上半分部分７０１−１と、袋状セパレータの下半分部分７０１−２との重なり部分に、熱融着部分７０２ａを設けている。
【００４１】
さらに縦方向に２分割された正極電極７０３−１と、正極電極７０３−２との間の、袋状セパレータの上半分部分７０１−１と、袋状セパレータの下半分部分７０１−２との重なり部分に、熱融着部分７０２ｂを設けている。セパレータの重なり部分に少なくとも１箇所の熱融着部分があることによって、セパレータの上半分部分７０１−１とセパレータの下半分部分７０１−２とが分離することはない。さらに縦方向に２分割された正極電極７０３−１と、正極電極７０３−２との間の、セパレータの重なり部分に熱融着部分７０２ｂを設けることにより、分離抑制効果をさらに高めている。
【００４２】
本実施形態によれば、第２実施形態などと同様に、積層型二次電池のセル内部の電極材料等で発生したガスが電極とセパレータの間にたまり、気泡となって抜けにくくなる現象を防ぐと共に、高温下における安全性能を高めることができる。
【００４３】
さらに本実施形態によれば、正極電極を縦方向に分割し、分割された正極電極と正極電極との間にもセパレータの熱融着部分を設けることにより、高温下でのセパレータの収縮によって、より正極電極が露出しにくい構造にして安全性能を高めることができる。
【００４４】
〔第５実施形態〕
本発明の第５実施形態による積層型二次電池について、説明する。図８は、本発明の第５実施形態の積層型二次電池の構成を説明するための平面図である。図８は、正極電極を分割してスリット部には正極電極が重ならないようにしたものである。この場合、さらに高い高温下で収縮率の大きい収縮方向に垂直な方向にも収縮が起こり、スリット部が開孔したとしても、正極電極が露出しにくい構造であって、安全性能を高めている例である。
【００４５】
図８においては、正極電極が横方向に２分割されている。言い換えると、本実施形態の積層型二次電池は、横方向に２分割された正極電極８０３−１と、正極電極８０３−２とを有する。本実施形態では第１実施形態などと同様に、袋状セパレータには中央部を横方向に走るスリットが形成されている。袋状セパレータのスリットは図８に示すように、袋状セパレータの上半分部分８０１−１と、袋状セパレータの下半分部分８０１−２との、部分的な重なりによって形成されている。袋状セパレータのスリットは第１実施形態と同様に、収縮率の大きい収縮方向に沿って形成されている。より具体的には、袋状セパレータのスリットは、袋状セパレータの高温における収縮方向と平行に形成されている。セパレータ同士は熱融着部分８０２で融着され、袋状のセパレータが形成されている。さらに図８の袋状セパレータの上半分部分８０１−１と、袋状セパレータの下半分部分８０１−２との重なり部分に、熱融着部分８０２ａを設けている。セパレータの重なり部分に熱融着部分があることによって、セパレータの上半分部分８０１−１とセパレータの下半分部分８０１−２とが分離することはない。
【００４６】
本実施形態では、横方向に２分割された正極電極８０３−１と、正極電極８０３−２とは、袋状セパレータのスリットに重ならない配置で構成している。
【００４７】
本実施形態によれば、第２実施形態などと同様に、積層型二次電池のセル内部の電極材料等で発生したガスが電極とセパレータの間にたまり、気泡となって抜けにくくなる現象を防ぐと共に、高温下における安全性能を高めることができる。
【００４８】
さらに本実施形態によれば、正極電極を分割し、分割された正極電極８０３−１、８０３−２がいずれも、袋状セパレータのスリットに重ならない配置で構成している。言い換えると、分割された正極電極８０３−１、８０３−２は、袋状セパレータの上半分部分８０１−１と、袋状セパレータの下半分部分８０１−２との重なり部分に重ならない配置で構成している。これにより、さらに高い高温下で収縮率の大きい収縮方向に垂直な方向にも収縮が起こり、スリット部が開孔したとしても、正極電極８０３−１や正極電極８０３−２を露出しにくくすることができ、安全性能を高めることができる。
【００４９】
〔第６実施形態〕
次に、本発明の第６実施形態による積層型二次電池の製造方法を説明する。図９は、本発明の第６実施形態の積層型二次電池のセル構造を示す斜視図である。図１０は、図９のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００５０】
まず、図１０に示すように、第１の実施形態の製造方法で示した方法により形成された正極電極１００３入りの袋状セパレータ１００１と、負極電極１００５とを、交互に積層する。次に、正極電極１００３の取り出しと負極電極１００５の取り出しをまとめて超音波により溶接し、図９のタブ９２０、９３０として引き出し、最後に全体をラミネートシート１０１０によりパッキングする。さらにラミネートシート１０１０でパッキングされた内部に電解液１０４０を注入して満たすことにより、図９で示したセル構造を得る。ラミネートシートとしては、例えば両面をポリエチレンでコーティングされたアルミニウム箔が、電解液としては例えばジエチルカーボネート有機溶媒中に六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を１ｍｏｌ／ｌの濃度に溶融したものが使用可能である。このセルを活性化するため、タブの間に適当な電圧をかけて数サイクル充放電を行う。その際に図９に示したセルのガス排出口９５０を真空ポンプで引きながら活性化することによって、正極電極１００３などから発生したガスがスリットを通り袋状セパレータ１００１の外へ、さらにセルの外部へ効率よく逃がすことができる。活性化が終了後、ガス排出口９５０を熱融着によって塞いで、余分な部分を切断することによって最終的な積層型二次電池セルが完成する。
【００５１】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、スリットの方向はセパレータの収縮方向と必ずしも完全に平行でなくてもよい。上述した実施形態では、正極電極と負極電極のうちの正極電極が袋状セパレータに収められ、正極電極と負極電極のうちの負極電極が、正極電極が収められた袋状セパレータに積層された積層型二次電池を説明したが、これに限られない。すなわち、正極電極と負極電極のうちの負極電極が袋状セパレータに収められ、正極電極と負極電極のうちの正極電極が、負極電極が収められた袋状セパレータに積層された積層型二次電池を構成することも考えられる。２枚のセパレータの重なり部の各々のセパレータの厚さは、各々のセパレータのその他の部分の厚さよりも薄く構成することも考えられる。請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲に含まれることはいうまでもない。
【００５２】
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）正極電極と負極電極とが、袋状セパレータを介して積層された積層型二次電池であって、前記正極電極と前記負極電極のうちの一方の電極が前記袋状セパレータに収められ、前記正極電極と前記負極電極のうちの他方の電極が、前記一方の電極が収められた前記袋状セパレータに積層され、前記袋状セパレータは、高温下で一軸性の収縮特性を有し、収縮率の大きい収縮方向に沿って形成されたスリットを有する、積層型二次電池。
（付記２）前記袋状セパレータは、その二辺が前記収縮方向と平行である矩形をなしている、付記１に記載の積層型二次電池。
（付記３）前記袋状セパレータの周囲部は、前記収縮方向と実質的に直交する辺の少なくとも一部が熱融着されて形成されている、付記２に記載の積層型二次電池。
（付記４）前記スリットは、前記袋状セパレータの一部を構成する２枚のセパレータの重なり部で形成されている、付記１に記載の積層型二次電池。
（付記５）前記スリットは、前記袋状セパレータの一部を構成する第１部分と前記第１部分に隣接する第２部分との重なり部で形成されている、付記４に記載の積層型二次電池。
（付記６）前記スリットは、前記第２部分と前記第２部分に隣接する第３部分との重なり部でさらに形成されている、付記５に記載の積層型二次電池。
（付記７）前記２枚のセパレータの重なり部の少なくとも１部に熱融着部分を有する、付記４乃至付記６のいずれか一つに記載の積層型二次電池。
（付記８）前記２枚のセパレータの重なり部の各々のセパレータの厚さは、各々のセパレータのその他の部分の厚さよりも薄い、付記４乃至付記７のいずれか一つに記載の積層型二次電池。
（付記９）前記袋状セパレータに収められる前記一方の電極は、複数個である、付記１乃至付記８のいずれか一つに記載の積層型二次電池。
（付記１０）前記一方の電極は実質的に矩形をなしており、前記複数個の前記一方の電極は、前記矩形の短辺が実質的に平行になるように、前記袋状セパレータに収められる、付記９に記載の積層型二次電池。
（付記１１）前記一方の電極は実質的に矩形をなしており、前記複数個の前記一方の電極は、前記矩形の長辺が実質的に平行になるように、前記袋状セパレータに収められる、付記９に記載の積層型二次電池。
（付記１２）前記矩形の長辺が実質的に平行になるように、前記袋状セパレータに収められた前記複数個の前記一方の電極間に位置する箇所で、前記袋状セパレータは熱融着されている、付記１１に記載の積層型二次電池。
（付記１３）前記複数個の前記一方の電極間に位置する箇所の、前記２枚のセパレータの重なり部の少なくとも１部に熱融着部分を有する、付記９乃至付記１２のいずれか一つに記載の積層型二次電池。
（付記１４）正極電極と負極電極とが積層された積層型二次電池に用いられる袋状セパレータであって、高温下で一軸性の収縮特性を有し、収縮率の大きい収縮方向に沿って形成されたスリットを有する、袋状セパレータ。
（付記１５）その二辺が前記収縮方向と平行である矩形をなしている、付記１４に記載の袋状セパレータ。
（付記１６）周囲部は、前記収縮方向と実質的に直交する辺の少なくとも一部が熱融着されて形成されている、付記１５に記載の袋状セパレータ。
（付記１７）前記スリットは、２枚のセパレータの重なり部で形成されている、付記１４に記載の袋状セパレータ。
（付記１８）前記スリットは、セパレータの一部を構成する第１部分と前記第１部分に隣接する第２部分との重なり部で形成されている、付記１７に記載の袋状セパレータ。
（付記１９）前記スリットは、前記第２部分と前記第２部分に隣接する第３部分との重なり部でさらに形成されている、付記１８に記載の袋状セパレータ。
（付記２０）前記２枚のセパレータの重なり部の少なくとも１部に熱融着部分を有する、付記１７乃至付記１９のいずれか一つに記載の袋状セパレータ。
（付記２１）前記２枚のセパレータの重なり部の各々のセパレータの厚さは、各々のセパレータのその他の部分の厚さよりも薄い、付記１７乃至付記２０のいずれか一つに記載の袋状セパレータ。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明によれば、リチウム過剰正極材料と呼ばれる背景技術のリチウムイオン電池の倍以上の容量が得られる材料により正極を形成した場合においても、十分に性能が発揮でき、かつ安全性能も高いセルが形成できる。よって、本発明の活用例として、例えば航続距離の長い電気自動車、ドローン、ロボット等が考えられる。【００５４】
以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。【００５５】
この出願は、２０１６年５月２６日に出願された日本出願特願２０１６−１０５０７１号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００５６】
１０１、１００１    セパレータ
１０２、１０２ａ、５０２、５０２ａ、６０２、６０２ａ、７０２、７０２ａ、７０２ｂ、８０２、８０２ａ    熱融着部分
１０３、５０３、６０３、７０３、８０３、１００３    正極電極
４０４    正極電極入り袋状セパレータ
４０５、１００５    負極電極
９１０、１０１０    ラミネートシート
９２０、９３０    タブ
１０４０    電解液
９５０    ガス排出口
１１６０    発生したガスによる気泡
【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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【国際調査報告】
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