(57)【要約】  【課題】  電池内部で発生したガスを非溶着部へ分散し、電池内圧を低下させることができる非水電解質二次電池を提供する。  【解決手段】  正極４及び負極３を含む発電要素１をシート状の外装体１０に収容し、外装体１０を封止した非水電解質二次電池において、外装体１０の封止部分は、溶着部と該溶着部に囲まれた非溶着部１２とを含む。また、非溶着部１２と発電要素１との間に溶着部が設けられており、非溶着部１２から発電要素１までの溶着部の幅ｄは、外装体１０の非溶着部を含まない溶着部の幅ｈよりも小さい。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素をシート状の外装体内に封止した非水電解質二次電池において、
前記外装体の封止部分は、溶着部と該溶着部に囲まれた非溶着部とを含み、
該非溶着部と前記発電要素との間に溶着部が設けられており、
前記非溶着部と前記発電要素との間の溶着部の幅は、非溶着部を含まない外装体の封止部分の幅よりも小さいことを特徴とする非水電解質二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電要素をシート状の外装体に収容し、外装体を封止した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としてリチウムイオン電池が広く用いられている。近年では、電池の小型・軽量化が強く望まれており、正極及び負極を含む発電要素をシート状の外装体に収容したリチウムイオン電池も用いられている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図４及び図５はシート状の外装体を用いたリチウムイオン電池の例を示す図である。例えば特許文献１は、シート状の外装体１０ａの半分側に形成されている角型状の凹みに角型状の発電要素１を収容して、ラミネートフィルム１０ａを半分に折り曲げて蓋をし、図４（ａ）に示すように外周部分（ハッチング部分）同士を熱溶着している。そして、溶着後、図５に示すように、左右の溶着部を折り曲げている。
【特許文献１】特開２００１−１５５７９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、リチウムイオン電池は、過充電時に電解液が分解し、電池温度が上昇すると共に、電池内部にガスが発生するという問題がある。特にシート状の外装体を用いた電池においては、発生したガスによる電池内圧の上昇に伴う発電要素の変形が生じ易いという問題がある。発電要素の変形が生じた際は内部短絡が生じることがあり、場合によっては発煙が生じることもある。
【０００５】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、外装体の封止部分が溶着部と該溶着部に囲まれた非溶着部とを含み、該非溶着部と前記発電要素との間に溶着部が設けられ、前記非溶着部と前記発電要素との間の溶着部の幅が、非溶着部を含まない外装体の封止部分の幅よりも小さい構成としたことにより、電池内部で発生したガスを非溶着部へ分散し、内部圧力を低下させることができる非水電解質二次電池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】
【０００６】
本発明に係る非水電解質二次電池は、発電要素をシート状の外装体内に封止した非水電解質二次電池において、前記外装体の封止部分は溶着部と該溶着部に囲まれた非溶着部とを含み、該非溶着部と前記発電要素との間に溶着部が設けられており、前記非溶着部と前記発電要素との間の溶着部の幅は、非溶着部を含まない外装体の封止部分の幅よりも小さいことを特徴とする。
【０００７】
本発明においては、外装体の封止部分は溶着部と該溶着部に囲まれた非溶着部とを含み、該非溶着部と前記発電要素との間に溶着部が設けられており、前記非溶着部と前記発電要素との間の溶着部の幅は、非溶着部を含まない外装体の封止部分の幅よりも小さいため、前記溶着部は前記封止部分よりも溶着強度が低下することになり、電池内部（外装体内部）でガスが生じて内部圧力が上昇した場合、前記溶着部が剥がれ、電池内部と非溶着部とをつなげることができる。電池内部と非溶着部とをつなげることにより、電池内部のガスが非溶着部へ分散し、内部圧力を低下させることができる。前記溶着部の幅が２ｍｍより大きい場合は溶着強度が比較的高く、電池内部でガスが生じて内部圧力が上昇しても前記溶着部が剥がれ難くなるため、前記溶着部の幅は２ｍｍ以下にすることが好ましい。非溶着部を含まない外装体の封止部分の幅は、例えば外装体の外周と前記発電要素との間の非溶着部を含まない溶着部の幅であり、電池内部でガスが生じて内部圧力が上昇しても剥がれない溶着強度を有する幅に設定されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電池内部（外装体内部）でガスが生じて内部圧力が上昇した場合、電池内部と非溶着部とをつなげることができ、電池内部で発生したガスを非溶着部へ分散し、電池内圧を低下させることができる。電池内圧の上昇による発電要素の変形を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
（実施例１）
図１及び図２は本発明に係るリチウムイオン電池（非水電解質二次電池）の例を示す図である。リチウムイオン電池は、図１に示すように、角型の発電要素１を、その半分側に角型状の凹みが形成されたシート状の外装体１０に収容し、外装体１０の残りの半分を折り曲げて蓋をし、外装体１０の外周部同士を熱溶着によって封止（図１（ａ）のハッチング部分）している。また、図２に示すように、外装体１０の左右を折り曲げている。
【００１０】
発電要素１は、例えば銅集電体に負極合剤が塗布されている負極板３及びアルミ集電体に正極合剤が塗布されている正極板４をセパレータを介して扁平巻状に巻回したものであり、非水電解液（電解質）と共にシート状の外装体１０に収容している。
【００１１】
正極板４については、例えば、正極活物質としてコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2 ）９７質量％と、導電剤としてアセチレンブラック１質量％と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン２質量％とを混合した正極合剤に、溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドンを適量加えて攪拌して正極ペーストを調製し、この正極ペーストをアルミ箔集電体の両面に塗布し、乾燥させたものを用いた。
【００１２】
負極板３については、例えば負極活物質としてグラファイト９０質量％とバインダーとしてポリフッ化ビニリデン１０質量％とを混合した負極合材に、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを適量加えて負極ペーストを調製し、この負極ペーストを銅箔集電体の両面に塗布し、乾燥させたものを用いた。
【００１３】
セパレータについては、例えばポリエチレン製微多孔膜を用いた。また、電解液については、例えばエチレンカーボネート：ジエチルカーボネート＝３：７（体積比）の混合溶媒にＬｉＰＦ6 を１ｍｏｌ／ｌ溶解させたものを用いた。発電要素１のサイズは厚さ５ｍｍ、幅４０ｍｍ、高さ６０ｍｍであり、電池容量は１０００ｍＡｈである。
【００１４】
外装体１０については、例えばアルミニウムなどの金属層の上層にＰＥＴ又はナイロンなどの樹脂層（ラミネート層）を設け、前記金属層の下層にポリエチレン又はポリプロピレンなどの樹脂層（溶着層）を設けたものを用いている。外装体１０の裏面（溶着層）同士を接触させて、熱を加えることにより、裏面同士を熱溶着することができる。
【００１５】
本発明においては、外装体１０の熱溶着による封止部分に非熱溶着部１２を設けている。非熱溶着部１２は、外装体１０の左右に、上下方向に沿って直線状に設けられている。非溶着部１２は溶着部に囲まれており、非溶着部１２と発電要素１収容部分（角型状の凹み）との間の溶着部の幅ｄは０．５ｍｍである。また、非溶着部１２の幅ｅは例えば２ｍｍであり、長さは発電要素１の高さとほぼ同様である。また、外装体１０の左右の非溶着部１２の外側の溶着部（発電要素１収容部分と外装体１０外周との間の非溶着部を含まない溶着部）の幅ｇは５ｍｍであり、外装体１０の上方の溶着部（発電要素１収容部分と外装体１０外周との間の非溶着部を含まない溶着部）の幅ｈは２．５ｍｍ（＜幅ｇ）である。図２に示すように、外装体１０の左右の折り曲げは、非溶着部１２の外側で折り曲げられている。
【００１６】
外装体１０の外周部同士を熱溶着する際に非溶着部１２を設ける方法としては、例えば非溶着部１２に熱を加えずに他の溶着部のみに熱を加えたり、非溶着部１２に加わる熱を他の溶着部よりも低下させたり、非溶着部１２に熱を加える時間を他の溶着部よりも短くしたり、外装体１０の非溶着部１２を熱溶着が困難な構成にする方法などがある。
【００１７】
図３（ａ）は熱溶着の例を示す模式図である。図の例では、ヒータ２０において外装体１０と接触する平面部分に、非溶着部１２に対応する幅ｅの溝が設けられており、前記溝部分は外装体１０に熱が加わらず、他の部分は熱が加わるため、非溶着部１２が形成される。また、図３（ｂ）は外装体１０の例を示す模式図である。図の例では、外装体１０は、下層側から、樹脂製の溶着層１０ｃ、金属層１０ｂ、樹脂製のラミネート層１０ａが積層されており、溶着層１０ｃには非溶着部１２に対応する幅ｅの切り欠きが設けられており、前記切り欠き部分は溶着が行われず、非溶着部１２が形成される。
【００１８】
（実施例２）
外装体１０の非溶着部１２と発電要素１収容部（角型状の凹み）との間の溶着部の幅ｄは１．０ｍｍであり、他は実施例１と同様の電池を作製した。
【００１９】
（実施例３）
外装体１０の非溶着部１２と発電要素１収容部との間の溶着部の幅ｄは１．５ｍｍであり、他は実施例１と同様の電池を作製した。
【００２０】
（実施例４）
外装体１０の非溶着部１２と発電要素１収容部との間の溶着部の幅ｄは２．０ｍｍであり、他は実施例１と同様の電池を作製した。
【００２１】
（実施例５）
外装体１０の非溶着部１２と発電要素１収容部との間の溶着部の幅ｄは０．５ｍｍであり、外装体１０の上方の溶着部（発電要素１収容部分と外装体１０外周との間の非溶着部を含まない溶着部）の幅ｈは３．０ｍｍ（＜幅ｇ）であり、他は実施例１と同様の電池を作製した。
【００２２】
（実施例６）
外装体１０の非溶着部１２と発電要素１収容部との間の溶着部の幅ｄは１．０ｍｍであり、外装体１０の上方の溶着部の幅ｈは３．０ｍｍであり、他は実施例１と同様の電池を作製した。
【００２３】
（実施例７）
外装体１０の非溶着部１２と発電要素１収容部との間の溶着部の幅ｄは１．５ｍｍであり、外装体１０の上方の溶着部の幅ｈは３．０ｍｍであり、他は実施例１と同様の電池を作製した。
【００２４】
（実施例８）
外装体１０の非溶着部１２と発電要素１収容部との間の溶着部の幅ｄは２．０ｍｍであり、外装体１０の上方の溶着部の幅ｈは３．０ｍｍであり、他は実施例１と同様の電池を作製した。
【００２５】
（実施例９）
外装体１０の非溶着部１２と発電要素１収容部との間の溶着部の幅ｄは２．５ｍｍであり、外装体１０の上方の溶着部の幅ｈは３．０ｍｍであり、他は実施例１と同様の電池を作製した。
【００２６】
（比較例１）
外装体１０の非溶着部１２と発電要素１収容部との間の溶着部の幅ｄは２．５ｍｍであり、他は実施例１と同様の電池を作製した。
【００２７】
（比較例２）
外装体１０の非溶着部１２と発電要素１収容部との間の溶着部の幅ｄは３．０ｍｍであり、他は実施例１と同様の電池を作製した。
【００２８】
（比較例３）
外装体１０の封止部分に非溶着部１２を設けず、従来（図４（ａ））と同様に溶着を行っており、他は実施例１と同様の電池を作製した。
【００２９】
（比較例４）
外装体１０の非溶着部１２と発電要素１収容部との間の溶着部の幅ｄは３．０ｍｍであり、外装体１０の上方の溶着部の幅ｈは３．０ｍｍ（＜幅ｇ）であり、他は実施例１と同様の電池を作製した。
【００３０】
（比較例５）
外装体１０の封止部分に非溶着部１２を設けず、従来（図４（ａ））と同様に溶着を行っており、外装体１０の上方の溶着部の幅ｈは３．０ｍｍであり、他は実施例１と同様の電池を作製した。
【００３１】
上述した各実施例及び各比較例に対して過充電試験を行った。過充電試験は、放電状態の各電池に１Ａ、１２Ｖで３時間の過充電を行い、発煙などの異常の有無を調べた。試験結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
実施例１〜９については、発煙などの異常は生じていない。これは、過充電により電池内部（外装体１０内部）で発生したガスによって外装体１０内部の圧力が高まり、外装体１０が膨らむように力が働いた際に、外装体１０の非溶着部１２と発電要素１収容部との間の幅ｄの溶着部が剥がれて、発電要素１収容部と非溶着部１２とがつながったことにより、ガスが非溶着部１２へ分散して外装体１０内部の圧力が低下し、発電要素１の変形が抑制できるためである。
【００３４】
一方、比較例３、５については、発煙などの異常が生じている。これは、過充電により電池内部で発生したガスによって外装体１０内部の圧力が高まり、発電要素１の変形が生じるためである。また、比較例１、２、４についても、発煙などの異常が生じている。これは、過充電により電池内部で発生したガスによって外装体１０内部の圧力が高まり、外装体１０が膨らむように力が働いた場合であっても、外装体１０の非溶着部１２と発電要素１収容部との間の幅ｄの溶着部は剥がれず、発電要素１の変形が生じるためである。このように、外装体１０の非溶着部１２と発電要素１収容部との間の溶着部の幅ｄが広い場合は溶着強度が高く、非溶着部１２が有効に機能しないため、溶着部の幅ｄは２ｍｍ以下にすることが好ましい。また、図１において幅ｄ≧幅ｈの場合、幅ｄの溶着部が剥がれて発電要素１収容部と非溶着部１２とがつながった場合は、幅ｈの溶着部も剥がれる可能性が高く、外装体１０内の電解液が外部に漏れる可能性があるため、外装体１０の非溶着部１２と発電要素１収容部との間の溶着部の幅ｄは、外装体１０上方の溶着部（発電要素１収容部分と外装体１０外周との間の非溶着部を含まない溶着部）の幅ｈよりも小さくする必要がある。
【００３５】
上述した各実施例において、非溶着部１２に、例えばガスの発生を抑制する物質を充填しておいたり、例えば温度上昇を抑制する物質を充填しておいたり、例えば発煙を防止する物質を充填しておくこと等も可能である。また、非溶着部１２の大きさ（幅ｅ又は長さ）は任意である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係るリチウムイオン電池の例を示す図であり、（ａ）は封止部分を模式的に示す平面図、（ｂ）は（ａ）のｘ−ｘ線切断断面図である。
【図２】本発明に係るリチウムイオン電池の例を示す図であり、（ａ）は封止部分を模式的に示す平面図、（ｂ）は（ａ）のｘ−ｘ線切断断面図である。
【図３】（ａ）は熱溶着の例を示す模式図であり、（ｂ）は外装体の例を示す模式図である。
【図４】従来のリチウムイオン電池の例を示す図であり、（ａ）は封止部分を模式的に示す平面図、（ｂ）は（ａ）のｘ−ｘ線切断断面図である。
【図５】従来のリチウムイオン電池の例を示す図であり、（ａ）は封止部分を模式的に示す平面図、（ｂ）は（ａ）のｘ−ｘ線切断断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  発電要素
３  負極
４  正極
１０  外装体
１２  非溶着部
【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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