(57)【要約】【課題】  内部短絡に伴うジュール熱の発熱量が小さく、電池温度が過度に上昇する現象が生じにくい構造を有する電池を提供すること。【解決手段】  本発明の電池は、正極集電箔３０、３４の表面に正極活物質が付着している正極と、負極集電箔４０、４２の表面に負極活物質が付着している負極と、正極と負極の間に介在しているセパレータ２２、２４、２６、２８を含む電極体を有する。セパレータは、熱可塑性樹脂で構成されており、正極集電箔と負極集電箔の少なくとも一方は、多孔質の導電性シートで構成されている。【選択図】  図３
2007128804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電箔の表面に正極活物質が付着している正極と、負極集電箔の表面に負極活物質が付着している負極と、正極と負極の間に介在しているセパレータを含む電極体を有する電池であり、
セパレータは、熱可塑性樹脂で構成されており、
正極集電箔と負極集電箔の少なくとも一方は、多孔質の導電性シートで構成されていることを特徴とする電池。
【請求項２】
正極集電箔と負極集電箔の各々には、活物質が付着していない露出領域が設けられており、
少なくとも前記露出領域における正極集電箔と負極集電箔の少なくとも一方が、多孔質の導電性シートで構成されていることを特徴とする請求項1の電池。
【請求項３】
前記露出領域における正極集電箔と負極集電箔が、電極体の外周を覆っていることを特徴とする請求項２の電池。
【請求項４】
多孔質の導電性シートの空孔率が、下記の式で示される体積％以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの電池。
式；｛Ｙ×（１００−Ｚ）｝／Ｘ
Ｘ；多孔質正極集電箔と多孔質負極集電箔の厚みの和
Ｙ；セパレータの厚み
Ｚ；セパレータの空孔率（体積％）
【請求項５】
露出領域におけるセパレータが、残部のセパレータよりも融点が低い材料で構成されていることを特徴とする請求項２から４のいずれかの電池。
【請求項６】
電極体の外方から内方に向けて荷重が加えられていることを特徴とする請求項１から５のいずれかの電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池に関する。詳しくは、内部短絡が生じたときに、電池内の温度が過度に上昇することを抑制する能力が改善された電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウム二次電池等の電池は、落下や損傷といった外部からの物理的な衝撃が加えられると、内部短絡が生じることがある。内部短絡が生じると、内部短絡が生じた箇所でジュール熱が発生し、電池温度が過度に上昇する現象が生じる。ここでいう過度な温度上昇とは、電極を構成する活物質が分解する温度にまで上昇することをいう。
内部短絡が生じると、内部短絡した箇所を電流が集中して流れる。集中して流れる電流によってジュール熱は発生する。活物質が存在しない位置を電流が集中して流れるようにすれば、活物質が分解する温度にまで上昇しないようにできる。
この種の技術が特許文献１に開示されている。特許文献１の技術では、正極活物質が付着している正極の一部に、正極活物質が付着していない露出領域を設ける。同様に、負極極活物質が付着している負極の一部に、負極活物質が付着していない露出領域を設ける。正極の露出領域と負極の露出領域は、電極体の外周を覆う位置に設ける。
特許文献１に開示されている電池によると、落下や損傷といった外部からの物理的な衝撃が加えられると、少なくとも電極体の外周を覆う露出領域の正極と露出領域の負極の間で内部短絡が生じる。電流は活物質が存在しない位置を集中して流れるために、活物質が分解する温度にまで温度上昇することを抑制できるはずである。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１５３５４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術によると、露出領域の正極と露出領域の負極の間で電流を流すことができ、活物質が存在している位置に生じた内部短絡箇所を過大な電流が流れることはないはずである。しかしながら、実際にはその効果が低い。
本発明者がその原因を研究したところ、電極体の外周を覆う露出領域の正極と負極の間で生じる内部短絡箇所が局所的であり、その部分で高温となってそれが活物質存在箇所に伝熱して活物質が熱分解すること現象が発生することを確認した。あるいは、露出領域に生じる内部短絡箇所が局所的であり、そこだけでは電流が流れきらず、活物質が存在している位置に生じた内部短絡箇所に電流が集中して流れることを防止しきれない現象が発生することを確認した。
【０００５】
本発明では、内部短絡が発生してしまったら、広い範囲で短絡するようにすることによって、電流集中を防止する。
本発明は、露出領域の正極と露出領域の負極の間で適用するのが有利である。この場合には、露出領域で生じる電流集中を緩和することができ、露出領域の温度上昇を抑制することができる。活物質存在箇所に伝熱して活物質が熱分解する現象を抑制することができる。あるいは、露出領域に生じる内部短絡箇所だけでは電流が流れきらないで活物質が存在する位置に生じた内部短絡箇所にも電流が集中して流れてしまうことを抑制することができる。
本発明は、活物質が存在する箇所に適用してもよい。内部短絡が発生してしまったら、広い範囲で短絡するようにすれば、電流集中を防止することができる。この場合には、活物質が存在する箇所を短絡電流が流れるが、その集中の程度が緩和され、温度上昇が抑制される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電池は、正極集電箔の表面に正極活物質が付着している正極と、負極集電箔の表面に負極活物質が付着している負極と、正極と負極の間に介在しているセパレータを含む電極体を有する。セパレータは、熱可塑性樹脂で構成されており、正極集電箔と負極集電箔の少なくとも一方は、多孔質の導電性シートで構成されている。
【０００７】
上記の電極体に内部短絡が発生すると、内部短絡箇所を短絡電流が流れ、ジュール熱が発生する。この熱によってセパレータが溶融する。セパレータが溶融する温度では、活物質は熱分解しない。
正極集電箔と負極集電箔に孔が形成されていなければ、溶融したセパレータは内部短絡箇所の周囲の正極と負極の間に留まり、溶融したセパレータが内部短絡箇所の周囲で正極と負極の間を絶縁し続ける。内部短絡箇所は、最初に生じた局所的範囲に留まり、これが高い電力集中を引き起こす。
上記の電池では、正極集電箔と負極集電箔の少なくとも一方が多孔質であることから、溶融したセパレータは空孔に吸収される。最初に生じた内部短絡箇所の周囲まで短絡することになる。上記の電池では、内部短絡が発生してしまったら、広い範囲で短絡するようにする。このために短絡電流が集中して流れることを防止することができる。
本明細書において「多孔質」とは、有底、無底を問わず、セパレータと接する面に開口を有することをいう。例えば、連続した気泡が集電箔の表裏を貫通する形態であってもよいし、集電箔の内部で枝分かれした立体網目形状であってもよい。少なくともセパレータと接する面に開口を有する空孔があれば、セパレータの溶融物は空孔内に吸収される。
【０００８】
本発明は、活物質が付着していない露出領域に適用することが好ましい。すなわち、正極集電箔と負極集電箔の各々には、活物質が付着していない露出領域が設けられており、少なくとも前記露出領域における正極集電箔と負極集電箔の少なくとも一方が、多孔質の導電性シートで構成されていることが好ましい。
この場合、内部短絡が発生してしまったら、露出領域の広い範囲が短絡する。短絡電流は、露出領域に形成される広い短絡範囲を流れることから、活物質が存在する部位を大きな短絡電流が流れることを防止する。露出領域に生じる短絡範囲の温度上昇を抑制することができ、活物質が分解する温度にまで伝熱することを防止できる。
露出領域の正極集電箔と非露出領域の正極集電箔は、同一材料が連続して伸びていてもよいが、別々のものであってもよい。両者が電気的に導通している限り、特別な制約はない。露出領域の正極集電箔と非露出領域の正極集電箔は、同じ厚みでもよいし、異なる厚みでもよい。負極集電箔についても同様である。
【０００９】
露出領域における正極集電箔と負極集電箔が、電極体の外周を覆っていることが好ましい。
電極体の外周は、外部からの変形や衝撃による作用を受けやすい。電極体の内側に内部短絡が生じる場合には、外周でも内部短絡が生じている関係を得やすい。内部短絡が発生してしまったら、露出領域の広い範囲が短絡するようにして、活物質が存在する部位を大きな短絡電流が流れることを防止する場合には、露出領域における正極集電箔と負極集電箔が、電極体の外周を覆っていることが好ましい。
【００１０】
本発明の電池では、多孔質の導電性シートの空孔率が、下記の式で示される体積％以上であることが特に好ましい。
式；Ａ＝｛Ｙ×（１００−Ｚ）｝／Ｘ、この式において：
Ｘ；多孔質正極集電箔と多孔質負極集電箔の厚みの和
Ｙ；セパレータの厚み
Ｚ；セパレータの空孔率（体積％）
【００１１】
多孔質の導電性シートの空孔率が上記の式１で表される空孔率以上であると、セパレータが溶解した場合には、溶解したセパレータに隣接する導電性シートの空孔に溶解したセパレータを吸収することができる。空孔にセパレータの溶融物が吸収されると、正極と負極の間を絶縁する物質がなくなり、広い範囲で内部短絡する。
【００１２】
本発明の電池は、電極体の外方から内方に向けて荷重が加えられるように構成されていると特に好ましい。
電極体の外方から内方に向けて荷重が加えられることにより、セパレータが溶融すると溶融物が集電箔の空孔に吸収されやすくなる。溶融物が空孔に吸収されると、電極同士の接触面積をより広く確保することができる。
なお、電極体に荷重を加える方法は特に限定されない。例えば、電極体を収容するパッケージの外側から荷重を加えても良いし、パッケージの内側に弾性部材を配置し、電極体に直接荷重を加えても良い。また、複数の電池を集合させて組電池化し、組電池の状態で外側から拘束荷重を加えても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
下記に詳細に説明する実施例の主要な形態を最初に列記する。
（形態１）電池は、リチウム二次電池である。
（形態２）電極体は、正極と負極の間にセパレータを介した状態で捲回した捲回型電極体である。
（形態３）露出領域は、電極体の外周面の全域に形成されている。
（形態４）露出領域の集電箔は、発電領域の集電箔よりも箔厚が厚い。
外部衝撃を受け易い外側の集電箔の厚みを厚くすることで、電極体の剛性が向上する。外部衝撃を受けた場合も、電極体の内部へ衝撃が伝わりにくくなる。内部短絡は電極体の外周部分で生じやすくなる。
（形態５）一方の極性の集電箔のみが多孔質である。
（形態６）一方の極性の露出領域における集電箔のみが多孔質である。
（形態７）負極集電箔のみが多孔質である。
リチウム二次電池において、正極集電箔には比較的融点の低いアルミニウムが採用される。一方、負極集電箔には、銅やニッケルが採用され、アルミニウムよりも融点が高く、内部短絡が生じても溶融しにくい。集電箔が溶融すると空孔が消滅する。したがって、リチウム二次電池では、融点の低いアルミニウムを用いた正極集電箔よりも、比較的融点が高い銅やニッケルが採用される負極集電箔を多孔質とすることが好ましい。
（形態８）多孔質シートでは、空孔が立体網目状に形成されている。
釘等の金属が刺さることによって内部短絡が生じた場合、釘と電極シートが確実に接触することができる。
（形態９）多孔質シートの空孔の孔径は１ｍｍ以下である。
空孔の開口部分の面積が広いと、正極シートと負極シートの接触面積が確保されにくくなる。空孔の孔径が１ｍｍ以下であれば、短絡時に空孔の開口による接触面積の損失を抑えることができる。
【実施例】
【００１４】
＜第１実施例＞
本実施例のフィルムパッケージ型リチウム二次電池について説明する。
図１は、本実施例に係るリチウム二次電池１０の概略を示す模式図である。
図１に示すように、本実施例のリチウム二次電池１０は、大まかに言って、ラミネートフィルムからなるパッケージ１２とパッケージ１２の内部に収容される電極体２０と、パッケージ１２の外に突出している正極リード端子１３と負極リード端子１４を備えている。
パッケージ１２は二枚のラミネートフィルム１６、１７を重ね合わせてそれらの外側に熱溶着部１８を形成して構成されている。
パッケージ１２の内部には電極体２０とともに適当な電解質が注入されている。本実施例に係る電解質は、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）が３：７（体積比）の比率で混合された溶媒に、溶質として１ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ６を溶解させた組成の電解質を用いた。
【００１５】
電極体２０の大まかな構成について図２を参照して説明する。図２は電極体２０の構造を示す模式図である。図２に示すように、本実施例に係る電極体２０は捲回型電極体である。この電極体２０は、長尺状の正極シート４６と長尺状の負極シート３６とセパレータ２２、２４、２６、２８を備えている。正極シート４６は、活物質が付着している発電領域４２と活物質層が形成されておらず集電箔が露出した露出領域４０から構成されている。正極シートの露出領域４０は電極体２０における正極シート４６の最外周を構成している。負極シート３６も、活物質が付着している発電領域３４と集電箔が露出した露出領域３０から構成されている。負極シートの露出領域３０は、電極体２０における負極シート３６の最外周に位置している。
電極体２０は、まず、セパレータ２４、負極シート３６の発電領域３４、セパレータ２８、正極シートの発電領域４２の順で積層し、捲回機等を用いて長尺状に捲回し、径方向にプレスする。ついで、図２の破線に沿って、正極シートの発電領域４２と正極シートの露出領域４０を電気的に接続し、負極シート３６の発電領域３４と負極シートの露出領域３０を電気的に接続する。なお、最外周用のセパレータ２２、２６と両極の発電領域３４、４２に介在しているセパレータ２４，２８も接合処理する。
【００１６】
正極シート４６は、前記したように、両面に正極活物質が付着している発電領域４２と、正極活物質が付着しておらず正極集電箔が露出した露出領域４０から構成されている。
正極シートの発電領域４２は、厚さが１５μｍの長尺状のアルミニウム箔からなる正極集電箔と、正極集電箔の両面に層厚合計が約７５μｍになるように形成された正極活物質層から構成されている。正極活物質層を形成することで、正極集電箔に正極活物質を付着させている。
正極シートの発電領域４２を作成する手順は次のとおりである。
まず、正極活物質層を形成するための正極用スラリーを調整する。正極用スラリーは、正極活物質であるニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）と、導電材であるカーボンと、結着材であるカルボキシセルロース（ＣＭＣ）及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を水に混合して調整する。ついで、集電箔であるアルミニウム箔の両面に塗布し、正極活物質が集電箔の両面に結着された多孔質層を得る。そして、ロールプレスにより前記多孔質層に圧縮処理を施し、前記層厚の正極活物質層を有する発電領域４２が形成される。
正極シートの露出領域４０は、厚さが１００μｍの長尺状のアルミニウム箔から構成されている。正極シートの露出領域４０は、電極体２０における正極シートの最外周を構成するように捲回されている。
【００１７】
負極シート３６も、前記したように、両面に負極活物質が付着している発電領域３４と、負極活物質が付着しておらず集電箔が露出した露出領域３０から構成されている。
負極シートの発電領域３４は、厚さが約１０μｍの長尺状の銅箔からなる負極集電箔と、両面に層厚合計が約７５μｍになるように形成された負極活物質層から構成されている。負極活物質層を形成することで、負極集電箔に負極活物質を付着させている。
負極シートの発電領域３４を作成する手順は次のとおりである。
まず負極活物質層を形成するための負極用スラリーを調整する。負極用スラリーは、負極活物質であるカーボンと、結着材であるＣＭＣ及びスチレンブタジエンブロック共重合体（ＳＢＲ）を水に混合して調整する。ついで、集電箔である銅箔の両面に塗布し、負極活物質が集電箔の両面に結着された多孔質層を得る。そしてロールプレスにより前記多孔質層に圧縮処理を施し、前記層圧の負極活物質層を有する発電領域３４を形成する。
負極シートの露出領域３０は、厚さが１００μｍの長尺状の銅箔から構成されている。負極シートの露出領域は、電極体における負極シートの最外周を構成するように捲回されている。銅箔には、複数の空孔３８が立体網目状に形成されている（図３参照）。図３では、立体網目構造を模式的に簡略化して図示している。空孔３８は、孔径が１ｍｍ以下の細孔である。即ち、負極シートの露出領域３０は、多孔質である。露出領域３０の空孔率は１０体積％である。したがって、負極シート３６の露出領域３０は、１ｃｍ２あたり０．０１０ｃｍ３の吸収容積を有する
【００１８】
セパレータ２２、２４、２６、２８は、ポリオレフィン系樹脂であるポリエチレン（ＰＥ）とポリプロピレン（ＰＰ）の複合樹脂からなる微多孔性シートから構成されている。セパレータ２２、２４、２６、２８に微多孔性のシートを採用すると、セパレータ２２、２４、２６、２８に電解質を染み込ませることができる。セパレータ２２、２４、２６、２８の厚さは約２５μｍである。セパレータ２２、２４、２６、２８の空孔率は、６０体積％である。１ｃｍ２のセパレータ２２、２４、２６、２８が溶融すると、０．０１０ｃｍ３の溶融物が流出する。セパレータ２２、２４、２６、２８は、正極シートの発電領域と負極シートの発電領域とともに捲回される部分のセパレータ２４、２８と、正極シートの露出領域４０と負極シートの露出領域３０とともに接合される、最外周のセパレータ２２、２６に大別することができる。本実施例では、これらすべてのセパレータ２２、２４、２６、２８に同一構成のものを採用している。
【００１９】
セパレータ２２、２４、２６、２８は、前記したようにＰＰとＰＥの複合樹脂から構成されている。ＰＰやＰＥといったポリオレフィン系の樹脂の融点は、１３０℃〜１７０℃である。ポリオレフィン系の樹脂からなるセパレータは１３０℃〜１７０℃の範囲で溶融する。
一方、活物質は、正極活物質としてＬｉＮｉＯ２を用いており、負極活物質としてグラファイトを用いている。ＬｉＮｉＯ２やＬｉＣｏＯ２等のリチウム二次電池の正極活物質として用いられるリチウム複合酸化物は、約１８０℃以上で分解が生じる。正極活物質が内部短絡箇所で局所的に過熱されると、その過熱状態が周囲に伝播し電極の広い範囲が過熱される現象につながりやすい。
電池１０は、正極活物質が分解する前にセパレータ２６が溶融して短絡箇所の面積が拡大する。短絡箇所の面積が広ければ、短絡時の電流集中が生じない。したがって、本実施例の電池１０は、正極活物質の分解の伝播による電池温度の過度の上昇は生じにくい。
なお、本実施例の負極活物質に用いられるグラファイト等の炭素材料は高温条件でも分解しにくい。このため、電池１０では、負極活物質の分解に起因する過度の温度上昇は生じにくい。
【００２０】
図１に示すように、上記の正極シート４６とセパレータ２２、２４、２６、２８と負極シート３６から構成される捲回型電極体２０を、電解質とともにパッケージ１２に収容する。本実施例のリチウム二次電池の電極体２０は、ケースに収容されることで電極体２０の外方から捲回中心に向けて拘束荷重が加えられる。なお、組電池として使用する場合には、複数の電池１０をまとめた状態で拘束してもよい。そしてパッケージ１２を密封し、本実施例に係る電池１０を完成する。
【００２１】
＜第２実施例＞
第２実施例の電池は、セパレータの構成が異なる以外は上記第１実施例と同様の構成であるので、重複する説明は省略する。
セパレータは、正極シートの発電領域と負極シートの発電領域とともに捲回される部分と、正極シートの露出領域と負極シートの露出領域とともに外側に接合される部分で、融点が異なる材質を採用している。両極の電極シートの発電領域とともに捲回される部分は、ポリエチレンとポリプロピレンの複合樹脂を採用している。セパレータは、正極シートの露出領域と負極シートの露出領域との間に挟まれる部分に、比較的低温で溶融するポリエチレンを採用している。  
【００２２】
＜比較例＞
本比較例のリチウム二次電池は、負極シートの構成が異なる以外は上記第１実施例と同様の構成であるので重複する説明は省略する。
負極シートは、上記実施例と同様に、両面に負極活物質が付着している発電領域と、負極活物質が付着しておらず集電箔が露出した露出領域から構成されている。
負極シートの発電領域は、厚さが約１０μｍの長尺状の銅箔からなる負極集電箔と、両面に層厚合計が約７５μｍになるように形成された負極活物質層から構成されている。
負極シートの露出領域は、厚さが１００μｍの長尺状の銅箔から構成されている。負極シートの露出領域は、電極体における負極シートの最外周を構成するように捲回されている。本比較例に係る露出領域の銅箔には空孔が形成されていない。
【００２３】
＜釘刺し試験＞
本発明の電池の効果を調べるために、実施例と比較例のリチウム二次電池について釘刺し試験を実施した。本試験では、実施例と比較例の電池に釘刺しによる内部短絡が生じたときの電池の温度を測定した。図３は第１実施例の電池に釘刺し試験をしている様子を示す模式図である。図３の（ａ）は、電池１０に釘５０を刺した直後の状態を示している。図３の（ｂ）は、釘５０を刺した状態で放置した時の状態を示している。
釘刺し試験とは、電池１０の外側から金属製の釘５０を刺して強制的に内部短絡させる試験である。本試験では、直径２．５ｍｍの鉄製の釘５０を１００ｍｍ／ｓｅｃの速さで挿入し、釘５０が刺さった状態で放置する手法で行った。
【００２４】
第１実施例の電池は、負極シートの露出領域３０は、多孔質構造を有している。このような構造を有する負極シートの露出領域３０は、セパレータ２６が溶融したときの溶融物をすべて受け入れられるだけの吸収容積を有している。内部短絡の発熱によりセパレータ２６が溶融しても、溶融物は負極シートの露出領域３０の空孔３８に吸収される。第１実施例の電池１０のように矢印Ｘの方向から荷重がかけられていると、セパレータ２６の溶融物が空孔３８に吸収されやすくなる（図３（ｂ）参照）。第１実施例の電池では、セパレータ２６の溶融物が空孔３８に吸収され、正極シートの露出領域４０と負極シートの露出領域３０の接触面積、即ち、短絡箇所の面積を広く確保することができたものと考えられる。
【００２５】
本試験では、前記したように、電池１０に釘５０を差し込むことで強制的に内部短絡を起こし、電池１０内を発熱させている。電池１０内の発熱は、まず、釘５０が差し込まれる電極体２０の外側から生じる。
また、図３（ａ）に示すように、電極体２０に釘５０が刺さった状態では、短絡電流は、釘５０と正極シート４６の接点と釘５０と負極シート３６の接点を経由して流れる。このような接点は、接続状態が確保されにくい。このため、狭い短絡箇所に短絡電流が流れる電流集中が生じ、電池温度が上昇する。正極シートの露出領域４０は、比較的低融点であるアルミニウム箔で構成されている。正極シートの露出領域４０は、釘５０との接点付近が発熱によりアルミニウム箔が溶損する。図３（ｂ）に示すように、釘５０と正極シート４６の間に隙間５２が形成される。隙間５２が形成されると、釘５０と正極シートの接続状態が悪くなる。接続状態が悪くなると、電池温度が上昇するおそれがある。一方、負極シートの露出領域３０は、融点の高い銅箔で構成されているため、このような発熱では溶損しにくい。
第1実施例の電池１０は、溶損しにくい負極シートの露出領域３０が多孔質である。正極シート４６の溶損が進行する前に、セパレータ２６の溶融物は、負極シートの露出領域３０の空孔３８に吸収される。このため、正極シートの露出領域４０と負極シートの露出領域３０は広い面積で接触することができたものと考えられる。その結果、第１実施例の電池１０は、内部短絡時に電流集中が生じず、ジュール熱による発熱が抑制されたものと考えられる。
【００２６】
第２実施例の電池は、外周部分にあるセパレータの構成材料に低融点の樹脂を採用している。第１実施例の電池の効果に加えて、セパレータの溶融物がより速やかに空孔に吸収されるという効果を有する。したがって、正極シートと負極シートの接触面積は、より早い段階で広く確保することができる。正極シートと負極シートの接触面積が広ければ、短絡電流の電流集中は生じない。結果、ジュール熱が抑えられ、電池の過度な温度上昇が生じなかったものと考えられる。
このように、広い範囲で内部短絡するような構造を有する電池であれば、温度が過度に上昇することが抑制される。
【００２７】
比較例の電池は、電極体の最外周部分の正極シートと負極シートは、内側よりも厚みのある集電箔が露出している。しかし、いずれの極性の電極シートにも空孔が形成されていない。比較例の電池も、電極体の外方から中心に向けて拘束荷重がかけられているが、空孔が形成されていないと、セパレータの溶融物が吸収されずに介在した状態が保たれる。正極シートと負極シートの間にセパレータの溶融物や溶融物が凝固した樹脂が正極と負極の間に介在してしまう。このような物質が介在すると正極シートと負極シートの短絡箇所の面積が確保されない。短絡箇所の面積が狭いと、電流集中が生じる。また、正極シートに用いているアルミニウムは、釘刺し状態のときに溶損する。集電箔の溶損により、釘と正極シートとの接触状態がわるくなり、電流集中が生じてしまう。比較例の電池では、短絡時の電流集中が解消されていない。電流集中が解消されないことで、電池温度が２００℃に至るジュール熱が生じたものと考えられる。
なお、電池内の温度が２００℃以上に上昇すると、正極活物質や負極活物質が熱によって分解するおそれがある。例えばリチウム二次電池の正極活物質は、１８０℃から２００℃付近で活物質自身の結晶が崩壊する分解が生じる。活物質の分解は発熱を伴うため、活物質層の全域に亘って伝播することがある。活物質の分解の進行は、電池温度をさらに上昇させる。結果、発煙などの過熱現象を生じさせる。
【００２８】
本試験の結果から、内部短絡時に溶解したセパレータの溶融物が吸収されやすい構造を有した第１実施例と第２実施例の電池は、広い範囲で内部短絡し、電流集中によるジュール熱の熱量が抑制されることがわかった。ジュール熱の発生が抑制されることで、電池温度の過度の上昇が生じにくい。比較例の電池では、セパレータの溶融物等の絶縁性物質が正負の電極シート間にとどまるため、正極シートと負極シートとの接触面積が確保されず高温に至る発熱が生じたものと考えられる。
【００２９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
例えば、前記実施例の電池では、正極とセパレータと負極とセパレータの組を捲回した電極体を採用しているが、これに限られるものではない。本発明の構成は、正極とセパレータと負極とセパレータの組を積層して得られる積層型電極体を採用している電池にも適用することができる。積層型電極体を有する電池に本発明の技術を適用する場合には、積層方向の最下組と最上組の正極と負極に露出領域を形成し、その露出部分に複数の空孔を形成するようにするとよい。かかる構成であれば、捲回型電極体を有する上記実施例の電池と同様に電池温度の上昇を抑制することができる。
また、上記実施例では、ラミネートフィルムのパッケージを有する電池を採用したが、この形態に限られるものではない。例えば、金属製のパッケージを有する角型電池や円筒型電池、合成樹脂製のパッケージを有する電池であってもよい。
【００３０】
前記実施例の電池では、同一の電池内に含まれるセパレータの厚みは、すべて同一であるが、厚みを変更させてもよい。正極と負極の露出領域に介在するセパレータが優先的させる目的で、厚みを変更してもよい。例えば、集電箔の空孔と接する領域のみ、他の領域よりも薄肉のセパレータを採用してもよい。
また、セパレータの空孔率を、領域によって適宜変更してもよい。空孔率の高いセパレータは、溶融物の体積が少ない。セパレータの溶融物の体積が少なければ、導電性多孔質シートの空孔の割合を少なくすることができる。空孔の割合を少なくすることで、内部短絡時の正極と負極の接触面積をより広く確保することができる。
【００３１】
上記実施例の電池では、正極シートの発電領域と露出領域がいずれもアルミニウムで構成されているが、両者ともアルミニウムで構成される必要はない。一般的なリチウム二次電池に適用する場合には、高電位での安定性に優れるアルミニウムが好ましい。
負極シートは、発電領域と露出領域がいずれも銅で構成されているが、両者とも銅で構成される必要はない。これら、電極を構成する金属箔は、導電性をもつ金属であれば特に限定することなく用いることができる。例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、鉄、ステンレス等の金属材料を用いることができる。
【００３２】
本明細書または図面に説明した技術的要素は、単独で或いは各種の組み合わせによって技術的な有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうち一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施例を示す電池の側面図である。
【図２】本発明に係る電極体の構造を示す模式図である。
【図３】釘刺し試験の様子を示した模式図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  電池
１２  フィルムパッケージ
１３  正極リード端子
１４  負極リード端子
１６、１７  ラミネートフィルム
１８  熱溶着部
２０  電極体
２２、２６  外側部分のセパレータ
２４、２８  発電領域のセパレータ
３０  負極シートの露出領域
３４  負極シートの発電領域
３６  負極シート
３８  空孔
４０  正極シートの露出領域
４２  正極シートの発電領域
４６  負極シート
５０  釘
５２  隙間
【図１】
2007128804.tif 000003
【図２】
2007128804.tif 000004
【図３】
2007128804.tif 000005