(57)【要約】【課題】リチウムイオン二次電池において、電池の体積エネルギ密度の低下を招くことなく、電池の充放電時の電池要素の温度上昇を効果的に抑制しうる手段を提供する。【解決手段】正極集電体の表面に形成された、正極活物質を含む正極活物質層、電解質層、および負極集電体の表面に形成された、負極活物質を含む負極活物質層がこの順に積層されてなる少なくとも１つの単電池を含む電池要素と、前記電池要素から電力を外部に取り出すための、前記正極集電体と電気的に接続された正極端子および前記負極集電体と電気的に接続された負極端子からなる電極端子と、を有するリチウムイオン二次電池であって、前記正極端子と正極集電体との接合部または前記負極端子と前記負極集電体との接合部の少なくとも一方において、集電体と接触するように熱吸収部材を配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体の表面に形成された、正極活物質を含む正極活物質層、電解質層、および負極集電体の表面に形成された、負極活物質を含む負極活物質層がこの順に積層されてなる少なくとも１つの単電池を含む電池要素と、
前記電池要素から電力を外部に取り出すための、前記正極集電体と電気的に接続された正極端子および前記負極集電体と電気的に接続された負極端子からなる電極端子と、
を有するリチウムイオン二次電池であって、
前記正極端子と正極集電体との接合部または前記負極端子と前記負極集電体との接合部の少なくとも一方において、集電体と接触するように熱吸収部材が配置されていることを特徴とする、リチウムイオン二次電池。
【請求項２】
前記電池要素が複数の前記単電池を含み、複数の前記正極集電体の接合部または複数の前記負極集電体の接合部において、隣接する集電体同士の間に介在するように前記熱吸収部材が配置されている、請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項３】
全ての隣接する集電体同士の間に介在するように前記熱吸収部材が配置されている、請求項２に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項４】
前記集電体と前記電極端子との間に介在するように前記熱吸収部材が配置されている、請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項５】
正極側および負極側の双方において前記熱吸収部材が配置されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項６】
正極側および負極側の少なくとも一方において、前記接合部の厚さが前記電池要素の厚さよりも小さい、請求項１〜５のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項７】
前記熱吸収部材が接触する前記集電体の面方向に垂直な方向から見た前記熱吸収部材の形状が額縁状である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項８】
前記熱吸収部材が接触する前記集電体の面方向に垂直な方向から見た前記熱吸収部材の形状が田の字状である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項９】
前記熱吸収部材が接触する前記集電体の面方向に垂直な方向から見た前記熱吸収部材の形状が対角線上に梁を有する額縁状である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項１０】
前記熱吸収部材が接触する前記集電体の面方向に垂直な方向から見た前記熱吸収部材の形状が孔を有する矩形状である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項１１】
前記熱吸収部材が接触する前記集電体の面方向に垂直な方向から見た前記熱吸収部材の形状が空孔を有する矩形状である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項１２】
前記熱吸収部材が内部に空孔を有する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項１３】
前記正極集電体と接触するように配置される前記熱吸収部材を構成する材料がアルミニウムまたはステンレスであり、前記負極集電体と接触するように配置される前記熱吸収部材を構成する材料が銅またはステンレスである、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項１４】
複数の前記熱吸収部材が配置されており、それぞれの前記熱吸収部材の形状の種類が２種以上である、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項１５】
前記正極活物質が、リチウム−遷移金属酸化物、リチウム−遷移金属リン酸化合物、またはリチウム−遷移金属硫酸化合物である、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項１６】
前記負極活物質が、炭素材料、リチウム−遷移金属化合物、金属材料、またはリチウム−金属合金材料である、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項１７】
前記正極活物質層または前記負極活物質層の少なくとも一方が、導電助剤として炭素材料を含む、請求項１〜１６のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項１８】
前記電解質層を構成する電解質が、液体電解質、ポリマー電解質、またはゲル電解質である、請求項１〜１７のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池が、直列、並列、または直並列に電気的に接続されてなる組電池。
【請求項２０】
請求項１〜１８のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池、または請求項１９に記載の組電池をモータ駆動用電源として搭載した車両。
【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。特に本発明は、リチウムイオン二次電池の耐久性を向上させるための改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大気汚染や地球温暖化に対処するため、二酸化炭素量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が盛んに行われている。
【０００３】
モータ駆動用二次電池としては、全ての電池の中で最も高い理論エネルギ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。リチウムイオン二次電池は、一般に、バインダを用いて正極活物質等を正極集電体の両面に塗布した正極と、バインダを用いて負極活物質等を負極集電体の両面に塗布した負極とが、電解質層を介して接続されてなる電池要素（いわゆる「単電池」）を有する。また、外部へ電力を取り出す目的で、電池要素には電極端子（正極端子および負極端子）が電気的に接続され、当該電池要素はさらに、アルミニウム等の軽量金属からなる箔の両面に樹脂シートが積層されてなる金属−樹脂ラミネートシート中に、電極端子が外部に導出するように収容されるのが一般的である（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
しかしながら、現在より一層の高出力化を念頭に開発が進められているリチウムイオン二次電池において、短時間に大電流で（すなわち、高出力で）充放電を行うと、電池要素が約８０℃程度にまで上昇する場合がある。ここで、正極活物質として用いられうるマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）のようなマンガン系酸化物は、約６０℃以上で活物質中のマンガン原子が溶解し、劣化が進行する。また、充放電時に電池要素の温度が上昇すると、負極活物質の表面において保護被膜が成長し、電気抵抗が増大したり、電解質中に微量の水分が存在する場合には電解質塩であるリチウム塩が加水分解してガスが発生したりする場合もある。従って、高出力リチウムイオン二次電池における充放電時の電池要素の温度上昇を抑制する技術の開発が求められていた。
【０００５】
かような電池の充放電時における電池要素の温度上昇を抑制するための技術として、電池要素を構成する集電体の厚さを増大させることにより、充放電時に発生した熱を当該集電体により吸収する技術が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
【特許文献１】特開２００１−５２７４８号公報
【特許文献２】特開２００５−１７４６８６号公報
【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、前記特許文献２の手法を採用すると、集電体の厚さの増大に伴って電池要素全体が大型化し、これに伴って電池の体積エネルギ密度が低下するという問題があった。
【０００７】
そこで本発明は、リチウムイオン二次電池において、電池の体積エネルギ密度の低下を招くことなく、電池充放電時の電池要素の温度上昇を効果的に抑制しうる手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記の問題を解決すべく鋭意研究を行った。その結果、電極端子と集電体との接合部において、当該集電体と接触するように熱吸収部材を配置することによって、上記の問題を解決しうることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、正極集電体の表面に形成された、正極活物質を含む正極活物質層、電解質層、および負極集電体の表面に形成された、負極活物質を含む負極活物質層がこの順に積層されてなる少なくとも１つの単電池を含む電池要素と、前記電池要素から電力を外部に取り出すための、前記正極集電体と電気的に接続された正極端子および前記負極集電体と電気的に接続された負極端子からなる電極端子と、を有するリチウムイオン二次電池であって、前記正極端子と正極集電体との接合部または前記負極端子と前記負極集電体との接合部の少なくとも一方において、集電体と接触するように熱吸収部材が配置されていることを特徴とする、リチウムイオン二次電池である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、リチウムイオン二次電池において、電池の体積エネルギ密度の低下を招くことなく、電池充放電時の電池要素の温度上昇が効果的に抑制されうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
本実施形態は、正極集電体の表面に形成された、正極活物質を含む正極活物質層、電解質層、および負極集電体の表面に形成された、負極活物質を含む負極活物質層がこの順に積層されてなる少なくとも１つの単電池を含む電池要素と、前記電池要素から電力を外部に取り出すための、前記正極集電体と電気的に接続された正極端子および前記負極集電体と電気的に接続された負極端子からなる電極端子と、を有するリチウムイオン二次電池であって、前記正極端子と正極集電体との接合部または前記負極端子と前記負極集電体との接合部の少なくとも一方において、集電体と接触するように熱吸収部材が配置されていることを特徴とする、リチウムイオン二次電池に関する。
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみには制限されない。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１４】
図１は、本実施形態のリチウムイオン二次電池の電池要素の好ましい一形態を示す概略断面図である。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態のリチウムイオン二次電池１０は、実際に充放電反応が進行する電池要素２１が、外装であるアルミラミネートシート２９の内部に封入されてなる構造を有する。電池要素２１は、正極集電体３３の表面に正極活物質を含む正極活物質層１３が形成されてなる正極、電解質を含む電解質層１７、および負極集電体３５の表面に負極活物質を含む負極活物質層１５が形成されてなる負極がこの順に積層されてなる単電池を含む。また、電解質層１７は、電解液を保持するためのセパレータに電解液が保持されてなる構成を有する。そして、電池要素２１の正極集電体３３および負極集電体３５には、電流を外部に取り出すための正極端子２５および負極端子２７がそれぞれ電気的に接続されている。なお、図１に示す形態において、電池要素２１は６個の単電池から構成されている。また、本形態では電池要素２１の両最外層に正極が配置されていることから、正極集電体３３は４枚存在し、負極集電体３５は３枚存在する。ただし、電池要素２１を構成する単電池の個数は特に制限されず、所望の電池容量および電池出力などを考慮して適宜決定されうる。
【００１６】
本実施形態のリチウムイオン二次電池１０は、正極端子２５と正極集電体３３との接合部（図１に示す部位「Ｘ」）において、全ての隣接する正極集電体３３同士の間、および最外層の正極集電体３３ａと正極端子２５との間に、正極集電体３３の面方向に垂直な方向から見た形状が額縁状のアルミニウム箔３７が配置されており、また、負極端子２７と負極集電体３５との接合部（図１に示す部位「Ｙ」）において、全ての隣接する負極集電体３５同士の間、および最外層の負極集電体３５ａと負極端子２７との間に、負極集電体３５の面方向に垂直な方向から見た形状が額縁状の銅箔３９が配置されている点に特徴を有する。これらのアルミニウム箔３７および銅箔３９は、充放電反応の進行時に接合部（Ｘ、Ｙ）に電流が集中することによって当該接合部において発生する熱を吸収する熱吸収部材として機能する。これにより、充放電時における接合部（Ｘ、Ｙ）での過剰な発熱、およびこれに伴う電池要素２１の温度上昇が最小限に抑制されうる。その結果、充放電時における電池要素の温度上昇により従来問題となっていた、Ｌｉ−Ｍｎ系活物質からのマンガンの溶出による活物質の劣化や、負極活物質表面での皮膜の成長による電気抵抗の増大、電解質塩であるリチウム塩の加水分解によるガス発生といった問題の発生が防止され、耐久性に優れるリチウムイオン二次電池が提供されうる。
【００１７】
電極端子と集電体との接合部（Ｘ、Ｙ）において熱吸収部材としてのアルミニウム箔３７および銅箔３９が配置されていること以外の、正極、負極、および電解質層などの具体的な形態については、リチウムイオン二次電池に関する従来公知の知見が適宜参照されうる。
【００１８】
図１に示す形態においては、正極側および負極側の双方において、集電体と電極端子との接合部（Ｘ、Ｙ）の厚さ（図１に示すＴＸ、ＴＹ）が電池要素２１の厚さよりも小さい。ここで、集電体の厚さを厚くすることにより電池要素の温度上昇を抑制するといった従来の技術によれば、電池体積の増大に伴い電池の体積エネルギ密度が低下してしまうという問題があった。これに対し、図１に示す形態によれば、電池体積の増大を引き起こすことなく、電池要素２１の温度上昇を抑制することが可能となる。
【００１９】
熱吸収部材（３７、３９）を構成する材料については特に制限はなく、電池の作動電圧の範囲において溶解や析出といった問題を生じない材料であればよい。熱吸収部材を構成する材料としては、例えば、集電体の構成材料として上述した材料が同様に用いられうる。なかでも、正極集電体３３と接触するように配置される熱吸収部材３７を構成する材料は、アルミニウムまたはステンレスであることが好ましく、負極集電体３５と接触するように配置される熱吸収部材３９を構成する材料は、銅またはステンレスであることが好ましい。かような形態によれば、本発明の作用効果がより一層顕著に発揮されうる。
【００２０】
図１に示す形態においては、上述したように、集電体の面方向に垂直な方向から見て額縁状の形状を有する熱吸収部材が配置されている（図２を参照）。ただし、熱吸収部材（３７、３９）の形状がかような形態のみに限定されるわけではない。図２に示す額縁状以外の熱吸収部材の形状としては、例えば図３〜６に示す形状が例示される。図３は、集電体の面方向に垂直な方向から見て田の字状の形状を有する熱吸収部材を示す概略平面図である。図４は、集電体の面方向に垂直な方向から見て対角線上に梁を有する額縁状の形状を有する熱吸収部材を示す概略平面図である。図５は、集電体の面方向に垂直な方向から見て空孔を有する矩形状の形状を有する熱吸収部材を示す概略平面図である。なお、図５に示す形態において、空孔の形状は円形状であるが、空孔の形状はこれに限られず、楕円形状、矩形状、三角形状などの形状であってもよい。図６は、集電体の面方向に垂直な方向から見て単なる矩形状の形状を有する熱吸収部材を示す概略平面図である。これらの形態のうち、特に図２〜図４に示す形態によれば、電池要素２１の温度上昇抑制による電池の耐久性の向上効果に加えて、電池の耐振動性の向上効果もまた得られるため、好ましい。また、図２〜図５に示す形態によれば、図６に示す形態と比較して、比較的軽い部材により電池要素２１の温度上昇が抑制されうる。従って、電池の重量エネルギ密度の向上という観点から好ましい。なお、熱吸収部材の形状は図示する形態のみに限定されることはなく、その他の形態もまた、採用されうる。また、場合によっては、形状の異なる２種以上の熱吸収部材を併用してもよい。
【００２１】
本実施形態の他の好ましい形態において、熱吸収部材は、内部に空孔を有するものである。かような形態によれば、熱吸収部材が熱を吸収した際の放熱性が向上し、さらに、部材の軽量化も図られる。内部に空孔を有する熱吸収部材は、例えば、上記の好ましい材料からなる発泡金属から構成されうる。かような発泡金属は、市販品を購入したものであってもよいし、自ら作製したものであってもよい。発泡金属を自ら作製する手法としては、例えば、金属粉末および発泡剤を原料とするプレス押し出しタイプやサンドイッチタイプの製法が例示される。
【００２２】
熱吸収部材のサイズについても特に制限はなく、所望の熱吸収性に応じて適宜決定すればよい。熱吸収部材のサイズを決定するに当たっては、当該熱吸収部材に要求する熱容量を考慮するとよい。ここで「熱容量」とは、［Ｊ／Ｋ］の単位を有するパラメータであって、物体の温度を１［Ｋ］だけ上げるのに要する熱量［Ｊ］を意味し、物体の質量［ｋｇ］×比熱［Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）］により算出される。従って、通常は熱吸収部材を構成する材料の質量を調節することにより、熱吸収部材の熱吸収性を制御可能である。具体的には、電池要素２１の熱容量を１００％とした場合に、熱吸収部材の熱容量を好ましくは３０〜９０％、より好ましくは５０〜７０％とするとよい。
【００２３】
熱吸収部材の厚さの具体的な値についても特に制限はないが、好ましくは１０〜２００μｍであり、より好ましくは２０〜１００μｍである。かような範囲内の値とすることで、電池要素の質量増加を最小限に抑制しつつ、所望の熱吸収性を達成することが可能である。
【００２４】
なお、図１に示す形態においては、集電体（３３、３５）の電極活物質層（１３、１５）が形成されてなる部位と、熱吸収部材（３７、３９）が配置されてなる部位（接合部）との間において集電体が一部露出しているが、かような形態のみに限定されず、活物質層形成部位以外の全ての部位に熱吸収部材を配置する形態もまた、採用されうる。
【００２５】
熱吸収部材が集電体または電極端子と接する部位の接続形態は特に制限されず、単なる接触接続であってもよいし、超音波溶接などの溶接接続であってもよい。好ましくは、超音波接続である。
【００２６】
以下、本実施形態のリチウムイオン二次電池を構成する部材について簡単に説明するが、下記の形態のみに制限されることはなく、従来公知の形態が同様に採用されうる。
【００２７】
［集電体］
集電体（３３、３５）は、アルミニウム箔、銅箔、ステンレス（ＳＵＳ）箔など、導電性の材料から構成される。集電体の一般的な厚さは、１〜３０μｍである。ただし、この範囲を外れる厚さの集電体を用いてもよい。正極集電体３３としては、好ましくはアルミニウム箔が用いられ、負極集電体３５としては、好ましくは銅箔が用いられる。
【００２８】
集電体の大きさは、リチウムイオン二次電池の使用用途に応じて決定される。大型の電池に用いられる大型の電極を作製するのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。小型の電極を作製するのであれば、面積の小さな集電体が用いられる。
【００２９】
［活物質層］
活物質層は活物質を含み、必要に応じてその他の添加剤をさらに含む。
【００３０】
正極活物質層１３は、正極活物質を含む。正極活物質としては、例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４やＬｉＮｉＯ２等のリチウム−遷移金属酸化物、リチウム−遷移金属リン酸化合物、リチウム−遷移金属硫酸化合物などが挙げられる。場合によっては、２種以上の正極活物質が併用されてもよい。なお、上記以外の正極活物質が用いられてもよいことは勿論である。
【００３１】
負極活物質層１５は、負極活物質を含む。負極活物質としては、例えば、グラファイト、ソフトカーボン、ハードカーボン等の炭素材料、上述したようなリチウム−遷移金属化合物、金属材料、リチウム−金属合金材料などが挙げられる。場合によっては、２種以上の負極活物質が併用されてもよい。なお、上記以外の負極活物質が用いられてもよいことは勿論である。
【００３２】
各活物質層（１３、１５）に含まれるそれぞれの活物質の平均粒子径は特に制限されないが、通常は０．１〜１００μｍ程度であり、好ましくは１〜２０μｍである。ただし、この範囲を外れる形態が採用されても、勿論よい。
【００３３】
正極活物質層１３および負極活物質層１５に含まれうる添加剤としては、例えば、バインダ、導電助剤、電解質塩（リチウム塩）等が挙げられる。
【００３４】
バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、合成ゴム系バインダ等が挙げられる。
【００３５】
導電助剤とは、正極活物質層１３または負極活物質層１５の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、グラファイト、気相成長炭素繊維などの炭素材料が挙げられる。
【００３６】
電解質塩（リチウム塩）としては、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ）、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３等が挙げられる。
【００３７】
イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）系およびポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）系のポリマーが挙げられる。
【００３８】
正極活物質層１３および負極活物質層１５中に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、非水電解質二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。
【００３９】
［電解質層］
本実施形態のリチウムイオン二次電池１０において、電解質層１７は、上述したように、セパレータと、前記セパレータ中に注入された電解質とから構成されている。
【００４０】
セパレータは、正負の活物質層を分離し、これらの間の短絡を防止する機能を有する。セパレータは、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンから構成される微多孔膜からなる。場合によっては、同様の材料から構成される不織布や粒子によって、セパレータを形成してもよい。
【００４１】
セパレータの厚さについて特に制限はなく、所望の電池性能等を考慮して適宜設定されうる。具体的には、セパレータの厚さは、好ましくは２０μｍ以下であり、より好ましくは１０μｍ以下であり、さらに好ましくは５μｍ以下である。一方、セパレータの厚さの下限についても特に制限はないが、正負の活物質層間の短絡を有効に防止するという観点から、セパレータの厚さは、好ましくは０．１μｍ以上であり、より好ましくは０．５μｍ以上であり、さらに好ましくは１μｍ以上である。ただし、場合によっては、これらの範囲を外れる厚さのセパレータが用いられてもよい。
【００４２】
さらに、セパレータは、電解質を保持する機能も有する。本発明のリチウムイオン二次電池１０において、セパレータ中に保持される電解質としては、液体電解質およびゲル電解質が挙げられる。
【００４３】
液体電解質は、可塑剤である非水系溶媒（有機溶媒）に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。非水系溶媒およびリチウム塩としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）やプロピレンカーボネート（ＰＣ）等のカーボネート類、および、ＬｉＢＦ４などの、電極の活物質層に添加されうる化合物が同様に用いられうる。
【００４４】
ゲル電解質は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマーに、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。マトリックスポリマーとして用いられるイオン伝導性ポリマーとしても同様に、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）やポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）などの、電極の活物質層に添加されうるポリマーが用いられうる。
【００４５】
なお、ゲル電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用い、当該重合開始剤の作用要因に応じて、マトリックスポリマー（例えば、ＰＥＯやＰＰＯ）に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合等の重合処理を施せばよい。
【００４６】
以上、セパレータに電解質が保持されてなる電解質層について詳細に説明したが、本発明のリチウムイオン二次電池の電池要素の電解質層を構成する電解質は、ポリマー電解質であってもよい。ポリマー電解質はセパレータを必要とせず、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマーに、電解質塩であるリチウム塩が溶解してなる構成を有する。ポリマー電解質を構成するマトリックスポリマーおよびリチウム塩の具体的な形態については、上述した形態が同様に採用されうるため、ここでは説明を省略する。
【００４７】
［電極端子］
リチウムイオン二次電池においては、電池外部に電流を取り出す目的で、電極端子（正極端子２５および負極端子２７）が正極集電体３３および３５のそれぞれに電気的に接続され、さらにニッケルなどの金属から構成されるリードが接続されて、最終的には外装であるラミネートシートの外部に取り出される。具体的には、正極集電体３３に電気的に接続された正極端子２５と、負極集電体３５に電気的に接続された負極端子２７とが、ラミネートシートの外部に取り出される。
【００４８】
電極端子（正極端子２５および負極端子２７）を構成する材料は特に制限されず、電池用の電極端子として従来用いられている公知の材料が用いられうる。電極端子の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、これらの合金等が例示される。なお、正極端子２５と負極端子２７とでは、同一の材質が用いられてもよいし、異なる材質が用いられてもよい。
【００４９】
［外装］
リチウムイオン二次電池においては、使用時の外部からの衝撃や環境劣化を防止するために、電池要素２１は、ラミネートシートなどの外装内に収容されることが好ましい。外装としては特に制限されず、従来公知の外装が用いられうる。自動車の熱源から効率よく熱を伝え、電池内部を迅速に電池動作温度まで加熱しうる点で、好ましくは、熱伝導性に優れた高分子−金属複合ラミネートシート等が用いられうる。
【００５０】
以上、図面を参照しながら本発明のリチウムイオン二次電池の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的範囲は上述した形態のみに限定されることはない。また、本発明のリチウムイオン二次電池は特別な手法を用いることなく製造可能であり、本発明のリチウムイオン二次電池を製造する際には、電池の製造分野における従来公知の知見が適宜参照されうる。
【００５１】
（第２実施形態）
図１に示す第１実施形態では、正極側および負極側の双方において、隣接する全ての集電体同士の間、および最外層の集電体と電極端子との間に熱吸収部材が介在している。ただし、かような形態のみに限定されることはなく、隣接するある２枚の集電体同士の間に１枚のみの熱吸収部材が介在している形態や、正極側または負極側のいずれか一方のみに熱吸収部材が介在している形態、最外層の集電体と電極端子との間のみに熱吸収部材が介在している形態などもまた、本発明の技術的範囲に含まれうる。第２実施形態は、最外層の集電体と電極端子との間のみに熱吸収部材が介在している形態に関する。
【００５２】
図７は、本実施形態のリチウムイオン二次電池の電池要素の好ましい一形態を示す概略断面図である。
【００５３】
図７に示す本実施形態のリチウムイオン二次電池１０においては、正極側および負極側の双方において、最外層の集電体（３３ａ、３５ａ）と電極端子（２５、２７）との間のみに熱吸収部材（３７、３９）が配置されている。リチウムイオン二次電池の充放電時においては、特に集電体と電極端子との間に電流が集中し、発熱し易い。従って、本実施形態のように電極端子に隣接する最外層の集電体と電極端子との間に熱吸収部材を配置することによって、効率的に電池要素２１の温度上昇が抑制されうる。
【００５４】
（第３実施形態）
本発明のリチウムイオン二次電池は、バイポーラ型のリチウムイオン二次電池（単に「バイポーラ電池」とも称する）であってもよい。バイポーラ電池とすることで、電池要素２１を構成する複数個の単電池が直列接続され、高出力電池を構成することが可能となる。
【００５５】
図８は、バイポーラ電池である本発明のリチウムイオン二次電池の好ましい形態を示す概略断面図である。
【００５６】
図８に示すバイポーラ電池１０’は、６個の単電池が直列に積層されてなる電池要素２１が、外装であるアルミラミネートシート２９内に封入された構造を有する。従って、正極集電体および負極集電体という概念は存在せず、電池要素２１は、集電体１１の一方の面に正極活物質層１３が形成され他方の面に負極活物質層１５が形成されてなるバイポーラ電極が、電解質層１７を介して積層されてなる構造を有する。そして、最外層に位置する集電体（正極側最外層集電体１１ａおよび負極側最外層集電体１１ｂ）は延長されて、電極端子（正極端子２５および負極端子２７）と電気的に接続されている。そして、正極側と負極側の双方において、最外層集電体（１１ａ、１１ｂ）と電極端子（２５、２７）との接合部（Ｘ、Ｙ）に、熱吸収部材（３７、３９）が配置されている。
【００５７】
図８に示す形態のリチウムイオン二次電池（バイポーラ電池）１０’においては、各単電池の周囲に絶縁層３１が設けられている。この絶縁層３１は、電池内で隣り合う集電体１１同士が接触したり、電池要素２１における単電池の端部の僅かな不揃いなどに起因する短絡が起こったりするのを防止する目的で設けられる。かような絶縁層３１の設置により、長期間の信頼性および安全性が確保され、高品質のリチウムイオン二次電池（バイポーラ電池）１０’が提供されうる。
【００５８】
絶縁層３１を構成する材料としては、絶縁性、固体電解質の脱落に対するシール性や外部からの水分の透湿に対するシール性（密封性）、電池動作温度下での耐熱性などを有するものであればよく、例えば、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴムなどが用いられうる。なかでも、耐蝕性、耐薬品性、作り易さ（製膜性）、経済性などの観点から、ウレタン樹脂やエポキシ樹脂が、絶縁層３１の構成材料として好ましく用いられる。
【００５９】
また、電池要素２１の製造を簡便にし、シールを確実に行うという観点から、絶縁層３１は、熱融着樹脂層−熱非融着樹脂層−熱融着樹脂層の３層構造を有する積層樹脂シートから構成されることが好ましい。
【００６０】
以上、図面を参照しながら本発明の非水電解質二次電池の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的範囲は上述した形態のみに限定されることはない。また、本発明の非水電解質二次電池は特別な手法を用いることなく製造可能であり、本発明の非水電解質二次電池を製造する際には、電池の製造分野における従来公知の知見が適宜参照されうる。
【００６１】
（第４実施形態）
第４実施形態では、上記の第１〜第３実施形態のリチウムイオン二次電池を複数個、並列および／または直列に接続して、組電池を構成する。
【００６２】
図９は、本実施形態の組電池を示す斜視図である。
【００６３】
図９に示すように、組電池４０は、上記の第１実施形態に記載のリチウムイオン二次電池１０が複数個接続されることにより構成される。各リチウムイオン二次電池１０の正極端子２５および負極端子２７がバスバーを用いて接続されることにより、各リチウムイオン二次電池１０が接続されている。組電池４０の一の側面には、組電池４０全体の電極として、電極ターミナル（４２、４３）が設けられている。
【００６４】
組電池４０を構成する複数個のリチウムイオン二次電池１０を接続する際の接続方法は特に制限されず、従来公知の手法が適宜採用されうる。例えば、超音波溶接、スポット溶接などの溶接を用いる手法や、リベット、カシメなどを用いて固定する手法が採用されうる。かような接続方法によれば、組電池４０の長期信頼性が向上しうる。
【００６５】
本実施形態の組電池４０によれば、上記の第１実施形態のリチウムイオン二次電池１０を用いて組電池化することで、耐久性に優れる組電池が提供されうる。
【００６６】
なお、組電池４０を構成するリチウムイオン二次電池１０の接続は、複数個全て並列に接続してもよく、また、複数個全て直列に接続してもよく、さらに、直列接続と並列接続とを組み合わせてもよい。
【００６７】
（第５実施形態）
第５実施形態では、上記の第１〜第３実施形態のリチウムイオン二次電池１０、または第４実施形態の組電池４０をモータ駆動用電源として搭載して、車両を構成する。リチウムイオン二次電池１０または組電池４０をモータ駆動用電源として用いる車両としては、例えば、ガソリンを用いない完全電気自動車、シリーズハイブリッド自動車やパラレルハイブリッド自動車などのハイブリッド自動車、および燃料電池自動車などの、車輪をモータによって駆動する自動車が挙げられる。
【００６８】
参考までに、図１０に、組電池４０を搭載する自動車５０の概略図を示す。自動車５０に搭載される組電池４０は、上記で説明したような特性を有する。このため、組電池４０を搭載する自動車５０は耐久性（信頼性）に優れ、長期間に亘って使用した後であっても充分な出力を提供しうる。
【００６９】
以上のように、本発明の幾つかの好適な実施形態について示したが、本発明は、以上の実施形態に限られるものではなく、当業者によって種々の変更、省略、および追加が可能である。
【実施例】
【００７０】
本発明の効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。
【００７１】
＜実施例１＞
＜正極の作製＞
正極活物質であるマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）（平均粒子径：１０μｍ）（８０質量部）、導電助剤であるアセチレンブラック（１０質量部）、およびバインダであるポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）（１０質量部）を混合し、次いでスラリー粘度調整溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を適量添加して、正極活物質スラリーを調製した。
【００７２】
一方、正極集電体として、アルミニウム箔（サイズ：１６０ｍｍ×６８ｍｍ×１５μｍ）を準備した。上記で調製した正極活物質スラリーを目付け量７．０ｍｇ／ｃｍ２となるように前記正極集電体の両面に自走型ダイコータで塗布し、乾燥させた後、正極活物質層の厚さが２５μｍとなるようにプレス処理を施した。この際、集電体の長さ６８ｍｍの辺の一方に沿った周縁部には正極活物質スラリーを塗布せず、矩形状に集電体を露出させた。当該手法により、同様の正極を計２２枚作製した。
【００７３】
＜負極の作製＞
負極活物質であるハードカーボン（平均粒子径：９μｍ）（９０質量部）、およびバインダであるポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）（１０質量部）を混合し、次いでスラリー粘度調整溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を適量添加して、負極活物質スラリーを調製した。
【００７４】
一方、負極集電体として、銅箔（サイズ：１３０ｍｍ×７０ｍｍ×１０μｍ）を準備した。上記で調製した負極活物質スラリーを目付け量３．５ｍｇ／ｃｍ２となるように前記負極集電体の両面に自走型ダイコータで塗布し、乾燥させた後、負極活物質層の厚さが３５μｍとなるようにプレス処理を施した。この際、集電体の長さ７０ｍｍの辺の一方に沿った周縁部には負極活物質スラリーを塗布せず、矩形状に集電体を露出させた。当該手法により、同様の負極を計２２枚作製した。
【００７５】
＜電池要素の作製＞
セパレータとして、ポリプロピレン−ポリエチレン（ＰＰ−ＰＥ）製微多孔質膜（厚さ：２５μｍ）を２２枚準備した。また、電解液として、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）およびジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合溶液（ＥＣ：ＰＣ：ＤＥＣ＝２：２：６（体積比））に電解質塩（リチウム塩）であるＬｉＰＦ６を１Ｍの濃度に溶解させたものを準備した。
【００７６】
次いで、図１に示すように、上記で作製した正極および負極を、正極集電体の露出部および負極集電体の露出部がそれぞれ対向する側に配置されるように、同じく上記で準備したセパレータを介して積層し、２２個の単電池を有する電池要素を作製した。その後、隣接する正極集電体の露出部同士の間に、集電体の面方向に垂直な方向から見た形状が額縁状（図２を参照）のアルミニウム箔（厚さ：８０μｍ）を熱吸収部材として配置した。また、隣接する負極集電体の露出部同士の間にも、集電体の面方向に垂直な方向から見た形状が額縁状の銅箔（厚さ：８０μｍ）を熱吸収部材として配置した。なお、熱吸収部材と集電体とは超音波溶接により接続を行った。また、各集電体の露出部同士の間に配置した熱吸収部材の理論熱容量は、電池要素の理論熱容量を１とした場合に０．５７となるように制御した。かような制御は、熱吸収部材のサイズを調節することにより行った。
【００７７】
さらに、正極側の熱吸収部材であるアルミニウム箔を最外層の正極集電体の表面にも配置し、当該アルミニウム箔と正極端子であるアルミニウム板（厚さ：１００μｍ）とを溶接接合した。一方、負極側の熱吸収部材である銅箔を最外層の負極集電体の表面にも配置し、当該銅箔と負極端子であるニッケルめっき銅板（厚さ：１００μｍ）とを溶接接合した。
【００７８】
＜ラミネートシートへの封入＞
上記で作製した電池要素を、２枚のアルミラミネートシートにより挟持し、電解液注入口を残して当該シートの周辺部を熱融着によりシールした。その後、上記で準備した電解液を上記の注入口から注入し、当該注入口を真空条件下にて熱融着によりシールして、電池要素をラミネートシート中に封入し、リチウムイオン二次電池を完成させた。
【００７９】
＜実施例２＞
熱吸収部材として、集電体の面方向に垂直な方向から見た形状が田の字状（図３を参照）のものを用いたこと以外は、上記の実施例１と同様の手法により、リチウムイオン二次電池を作製した。
【００８０】
＜実施例３＞
熱吸収部材として、集電体の面方向に垂直な方向から見た形状が対角線上に梁を有する額縁状（図４を参照）のものを用いたこと以外は、上記の実施例１と同様の手法により、リチウムイオン二次電池を作製した。
【００８１】
＜実施例４＞
熱吸収部材として、集電体の面方向に垂直な方向から見た形状が直径５ｍｍの孔をランダムに８個有する矩形状（図５を参照）のものを用いたこと以外は、上記の実施例１と同様の手法により、リチウムイオン二次電池を作製した。
【００８２】
＜実施例５＞
熱吸収部材として、集電体の面方向に垂直な方向から見た形状が矩形状であって、内部に空孔を有するものを用いたこと以外は、上記の実施例１と同様の手法により、リチウムイオン二次電池を作製した。
【００８３】
＜実施例６＞
熱吸収部材として、集電体の面方向に垂直な方向から見た形状が矩形状のものを用いたこと以外は、上記の実施例１と同様の手法により、リチウムイオン二次電池を作製した。
【００８４】
＜比較例＞
熱吸収部材を配置しなかったこと以外は、上記の実施例１と同様の手法により、リチウムイオン二次電池を作製した。
【００８５】
＜評価＞
上記の各実施例および比較例で作製したリチウムイオン二次電池について、電池容量を測定し、各電池の初期容量とした。
【００８６】
続いて、各電池に対して１００Ａの定電流にて３０日間充放電を行った。この際、１５日目および３０日目に各電池の電池容量を測定し、各電池の初期容量に対する容量維持率を算出した。算出した結果を下記の表１に示す。
【００８７】
また、３０日間の充放電中、各電池に３個の熱電対を配置し、試験開始から１日ごとに各電池の温度（３個の熱電対からのデータの平均値）をモニターした。そして、３０日目までの３０回のモニターの平均値を算出し、３０日間の電池の平均温度とした。この結果についても同様に下記の表１に示す。
【００８８】
【表１】
2007188747.tif 000003
【００８９】
表１に示す各実施例と各比較例との比較から、リチウムイオン二次電池において、電極端子と集電体との接合部において、当該集電体と接触するように熱吸収部材を配置することによって、充放電の進行によっても電池容量を高い値に維持しつつ、電池の温度上昇を効果的に抑制することが可能であることが示される。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】第１実施形態のリチウムイオン二次電池の好ましい一形態を示す概略断面図である。
【図２】第１実施形態における、集電体の面方向に垂直な方向から見て額縁状の形状を有する熱吸収部材を示す概略平面図である。
【図３】集電体の面方向に垂直な方向から見て田の字状を有する熱吸収部材を示す概略平面図である。
【図４】集電体の面方向に垂直な方向から見て対角線上に梁を有する額縁状の形状を有する熱吸収部材を示す概略平面図である。
【図５】集電体の面方向に垂直な方向から見て円形状の空孔を有する矩形状の形状を有する熱吸収部材を示す概略平面図である。
【図６】集電体の面方向に垂直な方向から見て矩形状の形状を有する熱吸収部材を示す概略平面図である。
【図７】第２実施形態のリチウムイオン二次電池の好ましい一形態を示す概略断面図である。
【図８】第３実施形態のバイポーラ型であるリチウムイオン二次電池（バイポーラ電池）の好ましい一形態を示す概略断面図である。
【図９】第１実施形態のリチウムイオン二次電池を用いた、第４実施形態の組電池を示す斜視図である。
【図１０】第４実施形態の組電池を搭載する第５実施形態の自動車の概略図である。
【符号の説明】
【００９１】
１０    リチウムイオン二次電池、
１０’    バイポーラ型のリチウムイオン二次電池（バイポーラ電池）
１１    集電体、
１１ａ    正極側最外層集電体、
１１ｂ    負極側最外層集電体、
１３    正極活物質層、
１５    負極活物質層、
１７    電解質層、
１９    単電池、
２１    電池要素、
２５    正極端子、
２７    負極端子、
２９    アルミラミネートシート、
３１    絶縁層、
３３    正極集電体、
３３ａ    最外層の正極集電体、
３５    負極集電体、
３５ａ    最外層の負極集電体、
３７    アルミニウム箔（正極側の熱吸収部材）、
３９    銅箔（負極側の熱吸収部材）、
４０    組電池、
４２、４３    電極ターミナル、
５０    自動車、
Ｘ    正極側の接合部、
Ｙ    負極側の接合部、
Ｔｘ    正極側の接合部の厚さ、
ＴＹ    負極側の接合部の厚さ。
【図１】
2007188747.tif 000004
【図２】
2007188747.tif 000005
【図３】
2007188747.tif 000006
【図４】
2007188747.tif 000007
【図５】
2007188747.tif 000008
【図６】
2007188747.tif 000009
【図７】
2007188747.tif 000010
【図８】
2007188747.tif 000011
【図９】
2007188747.tif 000012
【図１０】
2007188747.tif 000013