(57)【要約】【課題】ラミネートフィルムを用いた二次電池を組電池にする場合よりも低コストで組電池にできるとともに、積層が容易な二次電池を提供することである。【解決手段】二次電池１００は、正極１０及び負極２０を含む電極群４０と、電極群４０を収納する外装缶７０と外装缶７０の開口部７３を全周に亘って封口する封口板８０とを含む外装容器６０と、外装容器６０に直接充填された電解液とを備え、外装缶７０の外底面７１ａと封口板８０の外天面８１ａとが略嵌合する形状を有する構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極及び負極を含む電極群と、前記電極群を収納する収納容器と該収納容器の開口部を全周に亘って封口する封口体とを含む外装容器と、前記外装容器に直接充填された電解液とを備えた二次電池において、
前記収納容器の外底面と前記封口体の外天面とが略嵌合する形状を有していることを特徴とする二次電池。
【請求項２】
前記収納容器の外底面と前記封口体の外天面に形成された凹部とが略嵌合する形状であることを特徴とする請求項１記載の二次電池。
【請求項３】
前記収納容器の外底面が略矩形であり、前記封口体の凹部が前記収納容器の外底面より大きな略矩形であることを特徴とする請求項２記載の二次電池。
【請求項４】
前記収納容器の開口部は前記封口体と巻き締め封口されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の二次電池。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の二次電池を、前記収納容器の外底面と前記封口体の外天面とを略嵌合して積層した組電池。
【請求項６】
前記収納容器の外底面と前記封口体の外天面との間に緩衝部材を設けたことを特徴とする請求項５記載の組電池。
【請求項７】
少なくとも最下層の二次電池と最上層の二次電池とを互いに押しつける固定部材を設けたことを特徴とする請求項５又は６記載の組電池。
【請求項８】
前記固定部材は前記最上層の二次電池の外天面を横断する天面部材を有し、
前記天面部材と前記最上層の二次電池の外天面との間に空間を備えたことを特徴とする請求項７記載の組電池。
【請求項９】
各二次電池の容量が１０Ａｈ以上であることを特徴とする請求項５〜８の何れかに記載の組電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池及びそれを複数個繋いだ組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、民生用の携帯電話機やポータブル電子機器、携帯情報端末などの急速な小型軽量化及び多機能化に伴い、その電源である電池について、小型軽量、高エネルギー密度、長期間繰り返し充放電可能などの条件を満たす二次電池が要求されている。これらの要求を満たす二次電池として、他の二次電池に比べてエネルギー密度が高いリチウムイオン二次電池が最も有望視されている。そして、より優れたリチウムイオン二次電池を開発すべく、様々な研究開発が行われている。
【０００３】
また、地球温暖化等の環境問題を踏まえて、太陽光発電システムや風力発電システム等で用いる電力貯蔵システムにリチウムイオン二次電池が利用されるようになってきている。さらに、ＣＯ２削減やエネルギー問題への対策として、低燃費で低排気ガスのハイブリッド自動車（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）や電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）の普及に期待が高まっており、車載用電池をターゲットにしたリチウムイオン二次電池の開発及び製品化も進んでいる。
【０００４】
このように、リチウムイオン二次電池は、携帯機器のみならず、大型の動力用としての需要も高まっている。リチウムイオン二次電池を動力用や電力貯蔵システムで用いる場合、長時間の放電を可能にするために大容量化する必要があり、通常、単電池を複数個繋いだ組電池が使用されている。そして取り扱いや設置スペースの観点から、組電池は単電池を並べたり積み重ねたりしてモジュール化されていることが多い（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２８８８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のようにラミネートフィルムを用いた二次電池は単電池としては安価である反面、組電池としてモジュール化する場合には、単電池を複数積層するだけの強度がフィルムにはないので、ある程度の積層数毎に金属缶等の強度のある外装体で覆う必要がある。そして、必要な容量になるように外装体で覆われた組電池を複数個積層して最終的な組電池となる。その結果、部品点数が多く高コストになる。
【０００７】
本発明は、ラミネートフィルムを用いた二次電池を組電池にする場合よりも低コストで組電池にできるとともに、積層が容易な二次電池を提供することを目的とする。また、その二次電池を積層した組電池を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明は、正極及び負極を含む電極群と、前記電極群を収納する収納容器と該収納容器の開口部を全周に亘って封口する封口体とを含む外装容器と、前記外装容器に直接充填された電解液とを備えた二次電池において、前記収納容器の外底面と前記封口体の外天面とが略嵌合する形状を有していることを特徴とする。
【０００９】
この構成によると、複数の二次電池を上下に略嵌合させて積層し、組電池として利用できる。
【００１０】
上記の二次電池において、前記収納容器の外底面と前記封口体の外天面に形成された凹部とが略嵌合する形状であることが好ましい。
【００１１】
また上記の二次電池において、前記収納容器の外底面が略矩形であり、前記封口体の凹部が前記収納容器の外底面より大きな略矩形であることが好ましい。
【００１２】
また上記の二次電池において、前記収納容器の開口部は前記封口体と巻き締め封口されていることが好ましい。
【００１３】
また本発明は、上記の二次電池を、前記収納容器の外底面と前記封口体の外天面とを略嵌合して積層した組電池とするものである。
【００１４】
上記の組電池において、前記収納容器の外底面と前記封口体の外天面との間に緩衝部材を設けることが好ましい。
【００１５】
また上記の組電池において、少なくとも最下層の二次電池と最上層の二次電池とを互いに押しつける固定部材を設けることが好ましい。
【００１６】
また上記の組電池において、前記固定部材は前記最上層の二次電池の外天面を横断する天面部材を有し、前記天面部材と前記最上層の二次電池の外天面との間に空間を備えることが好ましい。
【００１７】
また上記の組電池において、各二次電池の容量が１０Ａｈ以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、二次電池の収納容器の外底面と封口体の外天面とが略嵌合する形状を有しているので、複数の二次電池を上下に略嵌合させて積層し、組電池として利用できる。このような組電池は、ラミネートフィルムを用いた二次電池（単電池）を積層して組電池にする場合に比べて、単電池の外装容器に十分強度があるので、単電池をある程度積層しても金属缶等の外装体で覆う必要がない。したがって、必要な容量になるように単電池を積層するだけで組電池として利用できるので、部品点数が少なくて済み、低コスト化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態のリチウムイオン二次電池の分解斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態のリチウムイオン二次電池の分解斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態のリチウムイオン二次電池の全体斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態のリチウムイオン二次電池の上面図である。
【図５】本発明の第１実施形態のリチウムイオン二次電池の電極群の構成を示した斜視図である。
【図６】本発明の第１実施形態のリチウムイオン二次電池の正極の構成を示した斜視図である。
【図７】本発明の第１実施形態のリチウムイオン二次電池の正極の構成を示した上面図である。
【図８】本発明の第１実施形態のリチウムイオン二次電池の負極の構成を示した斜視図である。
【図９】本発明の第１実施形態のリチウムイオン二次電池の負極の構成を示した平面図である。
【図１０】本発明の第１実施形態のリチウムイオン二次電池の電極群の構成を示した断面図である。
【図１１】本発明の第１実施形態のリチウムイオン二次電池の外装缶の斜視図である。
【図１２】本発明の第１実施形態のリチウムイオン二次電池の外装缶の上面図である。
【図１３】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図１４】本発明の第２実施形態の組電池の正面断面図である。
【図１５】本発明の第３実施形態の組電池の正面断面図である。
【図１６Ａ】本発明の第４実施形態の組電池の正面図である。
【図１６Ｂ】本発明の第４実施形態の組電池の上面図である。
【図１６Ｃ】本発明の第４実施形態の組電池の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下の実施形態では、二次電池の一例である積層型のリチウムイオン二次電池に本発明を適用した場合について説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
図１、図２は、本発明の第１実施形態のリチウムイオン二次電池の分解斜視図である。図３は、本発明の第１実施形態のリチウムイオン二次電池の全体斜視図である。図４は、本発明の第１実施形態のリチウムイオン二次電池の上面図である。図５〜図１３は、本発明の第１実施形態のリチウムイオン二次電池を説明するための図である。なお、図４では、リチウムイオン二次電池の内部がわかるように、本来設けられている封口板８０を取り除いた状態を示している。
【００２２】
第１実施形態のリチウムイオン二次電池１００は、図１〜図４に示すように、角形扁平形状（図３参照）を有しており、正極１０（図１参照）及び負極２０（図１参照）を含む電極群４０（図１及び図２参照）と、電極群４０を非水電解液とともに封入する金属製の外装容器６０とを備えている。なお、正極１０及び負極２０は、それぞれ、本発明の「電極」の一例である。
【００２３】
電極群４０は、図１及び図５に示すように、正極１０と負極２０との短絡を抑制するためのセパレータ３０をさらに備えている。そして、正極１０及び負極２０が、セパレータ３０を挟んで互いに対向するように配されている。また、電極群４０は、正極１０、負極２０及びセパレータ３０をそれぞれ複数備えており、正極１０、セパレータ３０及び負極２０が順次積層されることによって、積層構造（積層体４０ａ）に構成されている。なお、正極１０及び負極２０は、１つずつ交互に積層されている。また、上記電極群４０は、隣り合う２つの負極２０の間に、１つの正極１０が位置するように構成されている。さらに、上記電極群４０における最も外側には、セパレータ３０が配されている。
【００２４】
上記電極群４０は、例えば、正極１０を２４枚、負極２０を２５枚、セパレータ３０を５０枚含んで構成されており、正極１０及び負極２０がセパレータ３０を挟んで交互に積層されている。
【００２５】
電極群４０を構成する正極１０は、図６及び図７に示すように、正極集電体１１の両面に、正極活物質層１２が担持された構成を有している。
【００２６】
正極集電体１１は、正極活物質層１２の集電を行う機能を有している。この正極集電体１１は、例えば、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル、鉄などの金属箔、又は、これらの合金からなる合金箔から構成されており、約１μｍ〜約５００μｍ（例えば約２０μｍ）の厚みを有している。なお、正極集電体１１は、アルミニウム箔又はアルミニウム合金箔が好ましく、その厚みは、２０μｍ以下であるのが好ましい。
【００２７】
また、正極集電体１１は上記以外に、例えば、導電性及び耐酸化性向上の目的で、アルミニウムや銅などの表面をカーボン、ニッケル、チタンや銀などで処理したものを用いてもよい。これらについては、表面を酸化処理することも可能である。また、銅とアルミニウムのクラッド材、ステンレス鋼とアルミニウムのクラッド材、あるいは、これらの金属を組み合わせたメッキ材などを用いてもよい。２つ以上の金属箔を貼り合わせた集電体を用いることもできる。さらに、上記正極集電体１１は、箔状以外に、フィルム状、シート状、ネット状、パンチ又はエキスパンドされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の形成体などの形状であってもよい。
【００２８】
正極活物質層１２は、リチウムイオンを吸蔵・放出し得る正極活物質を含んで構成されている。正極活物質としては、例えば、リチウムを含有した酸化物が挙げられる。具体的には、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＦｅＯ２、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、及び、これら酸化物中の遷移金属を一部他の金属元素で置換した化合物などが挙げられる。中でも、通常の使用において、正極が保有するリチウム量の８０％以上を電池反応に利用し得るものを正極活物質に用いるのが好ましい。それにより過充電などの事故に対する二次電池の安全性を高めることが可能となる。
【００２９】
このような正極活物質としては、例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４のようなスピネル構造を有する化合物や、ＬｉＭＰＯ４（Ｍは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅから選択される少なくとも１種以上の元素）で表されるオリビン構造を有する化合物などが挙げられる。中でも、Ｍｎ及びＦｅの少なくとも一方を含む正極活物質がコストの観点から好ましい。さらに、安全性及び充電電圧の観点からは、ＬｉＦｅＰＯ４を用いるのが好ましい。ＬｉＦｅＰＯ４は、全ての酸素（Ｏ）が強固な共有結合によって燐（Ｐ）と結合しているため、温度上昇による酸素の放出が起こりにくい。そのため、安全性に優れている。
【００３０】
なお、上記正極活物質層１２の厚みは、２０μｍ〜２ｍｍ程度が好ましく、５０μｍ〜１ｍｍ程度がより好ましい。
【００３１】
また、上記正極活物質層１２は、正極活物質を少なくとも含んでいれば、その構成は特に制限されるものではない。例えば、正極活物質層１２は、正極活物質以外に、導電材、増粘材、結着材などの他の材料を含んでいてもよい。
【００３２】
導電材は、正極１０の電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば特に限定されず、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、グラファイト（天然黒鉛、人造黒鉛）、炭素繊維などの炭素質材料や導電性金属酸化物などを用いることができる。これらの中で、導電材としては、電子伝導性及び塗工性の観点より、カーボンブラック及びアセチレンブラックが好ましい。
【００３３】
増粘材としては、例えば、ポリエチレングリコール類、セルロース類、ポリアクリルアミド類、ポリＮ−ビニルアミド類、ポリＮ−ビニルピロリドン類などを用いることができる。これらの中で、増粘材としては、ポリエチレングリコール類、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）などのセルロース類などが好ましく、ＣＭＣが特に好ましい。
【００３４】
結着材は、活物質粒子及び導電材粒子を繋ぎ止める役割を果たすものであり、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリビニルピリジン、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系ポリマー、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系ポリマー、スチレンブタジエンゴムなどを用いることができる。
【００３５】
正極活物質、導電材、結着材などを分散させる溶剤としては、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフランなどの有機溶剤を用いることができる。
【００３６】
上記した正極１０は、例えば、正極活物質、導電材、増粘材及び結着材を混合し、適当な溶剤を加えてペースト状の正極合剤としたものを、正極集電体１１の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成される。
【００３７】
また、上記正極１０は、図７に示すように、平面的に見て、矩形形状を有しており、４つの縁部１４（Ｘ方向の２つの縁部１４ａ、Ｙ方向の２つの縁部１４ｂ）を有している。なお、第１実施形態では、上記正極１０は、Ｙ方向の幅ｗ１が、例えば、約１４６ｍｍとされており、Ｘ方向の長さｇ１が、例えば、約２０８ｍｍとされている。また、正極活物質層１２の塗布領域（形成領域）は、Ｙ方向の幅ｗ１１が、正極１０の幅ｗ１と同じ、例えば、約１４６ｍｍとされており、Ｘ方向の長さｇ１１が、例えば、約１９６ｍｍとされている。このため、塗布領域に形成された正極活物質層１２は、平面的に見て、矩形形状に形成されており、４つの縁部１３（Ｘ方向に沿った２つの縁部１３ａ、Ｙ方向に沿った２つの縁部１３ｂ）を有している。
【００３８】
また、上記正極１０は、Ｘ方向の一端に、正極活物質層１２が形成されずに正極集電体１１の表面が露出された集電体露出部１１ａを有している。この集電体露出部１１ａには、外部に電流を取り出すための、後述する集電リード５（図４参照）が電気的に接続される。なお、正極活物質層１２における４つの縁部１３は、Ｙ方向に沿った２つの縁部１３ｂのうちの一方側（集電体露出部１１ａ側の縁部１３ｂ）を除き、上記正極１０における縁部１４と一致している。
【００３９】
電極群４０を構成する負極２０は、図８及び図９に示すように、負極集電体２１の両面に、負極活物質層２２が担持された構成を有している。
【００４０】
負極集電体２１は、負極活物質層２２の集電を行う機能を有している。この負極集電体２１は、例えば、銅、ニッケル、ステンレス鋼、鉄、ニッケルメッキ層などの金属箔、又は、これらの合金からなる合金箔から構成されており、約１μｍ〜約１００μｍ（例えば約１６μｍ）の厚みを有している。なお、負極集電体２１は、銅又はステンレス鋼からなる金属箔が好ましく、その厚みは、４μｍ以上２０μｍ以下であるのが好ましい。
【００４１】
また、上記負極集電体２１は、箔状以外に、フィルム状、シート状、ネット状、パンチ又はエキスパンドされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の形成体などの形状であってもよい。
【００４２】
負極活物質層２２は、リチウムイオンを吸蔵・放出し得る負極活物質を含んで構成されている。負極活物質としては、例えば、リチウムを含む物質、あるいは、リチウムの吸蔵・放出が可能な物質からなる。また、高エネルギー密度電池を構成するためには、リチウムの吸蔵／放出する電位が金属リチウムの析出／溶解電位に近いものが好ましい。その典型例としては、粒子状（鱗片状、塊状、繊維状、ウィスカー状、球状、粉砕粒子状など）の天然黒鉛もしくは人造黒鉛が挙げられる。
【００４３】
なお、負極活物質として、メソカーボンマイクロビーズ、メソフェーズピッチ粉末、等方性ピッチ粉末などを黒鉛化して得られる人造黒鉛を使用してもよい。また、非晶質炭素を表面付着させた黒鉛粒子を使用することもできる。さらに、リチウム遷移金属酸化物、リチウム遷移金属窒化物、遷移金属酸化物及び酸化シリコンなども使用可能である。リチウム遷移金属酸化物としては、例えば、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２に代表されるチタン酸リチウムを使用すると、負極２０の劣化が少なくなるため、電池の長寿命化を図ることが可能となる。
【００４４】
なお、上記負極活物質層２２の厚みは、２０μｍ〜２ｍｍ程度が好ましく、５０μｍ〜１ｍｍ程度がより好ましい。
【００４５】
また、上記負極活物質層２２は、負極活物質を少なくとも含んでいれば、その構成は特に制限されるものではない。例えば、負極活物質層２２は、負極活物質以外に、導電材、増粘材、結着材などの他の材料を含んでいてもよい。なお、導電材、増粘材、結着材などの他の材料は、正極活物質層１２に用いることが可能なものを用いることができる。
【００４６】
上記した負極２０は、例えば、負極活物質、導電材、増粘材及び結着材を混合し、適当な溶剤を加えてペースト状の負極合剤としたものを、負極集電体２１の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成される。
【００４７】
また、上記負極２０は、図９に示すように、平面的に見て、矩形形状を有しており、４つの縁部２４（Ｘ方向の２つの縁部２４ａ、Ｙ方向の２つの縁部２４ｂ）を有している。また、上記負極２０は、正極１０（図７及び図８参照）よりも大きい平面積に形成されている。なお、第１実施形態では、上記負極２０は、Ｙ方向の幅ｗ２が、正極１０の幅ｗ１（図７参照）よりも大きい、例えば、約１５０ｍｍとされており、Ｘ方向の長さｇ２が、正極１０の長さｇ１（図７参照）より長い、例えば、約２１０ｍｍとされている。
【００４８】
また、負極活物質層２２の塗布領域（形成領域）は、Ｙ方向の幅ｗ２１が、負極２０の幅ｗ２と同じ、例えば、約１５０ｍｍとされており、Ｘ方向の長さｇ２１が、例えば、約２００ｍｍとされている。このため、塗布領域に形成された負極活物質層２２は、平面的に見て、矩形形状に形成されており、４つの縁部２３（Ｘ方向に沿った２つの縁部２３ａ、Ｙ方向に沿った２つの縁部２３ｂ）を有している。
【００４９】
また、上記負極２０は、正極１０と同様、Ｙ方向の一端に、負極活物質層２２が形成されずに負極集電体２１の表面が露出された集電体露出部２１ａを有している。この集電体露出部２１ａには、外部に電流を取り出すための、後述する集電リード５（図４参照）が電気的に接続される。なお、負極活物質層２２における４つの縁部２３は、Ｙ方向に沿った２つの縁部２３ｂのうちの一方側（集電体露出部２１ａ側の縁部２３ｂ）を除き、上記正極１０における縁部１４と一致している。
【００５０】
電極群４０を構成するセパレータ３０は、強度が十分でかつ電解液を多く保持できるものがよく、そのような観点から、厚みが１０μｍ〜５０μｍで空隙率が３０％〜７０％のポリエチレン、ポリプロピレン、又はエチレン−プロピレン共重合体を含む微多孔フィルムや不織布などが好ましい。
【００５１】
また、セパレータ３０は、上記以外に、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリアクリルアミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテル（ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド）、セルロース（カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース）、ポリ（メタ）アクリル酸、ポリ（メタ）アクリル酸エステルなどの高分子からなる微多孔フィルムなどを用いることができる。さらに、これらの微多孔フィルムを重ね合わせた多層フィルムを用いることもできる。
【００５２】
セパレータ３０の厚みとしては、５μｍ〜１００μｍが好ましく、１０μｍ〜３０μｍであればより好ましい。また、セパレータ３０の空隙率としては、３０％〜９０％が好ましく、４０％〜８０％であればより好ましい。セパレータ３０の厚みが５μｍより小さくなるとセパレータ３０の機械的強度が不足し、電池の内部短絡の原因となる。一方、セパレータ３０の厚みが１００μｍより大きくなると正極負極間の距離が長くなり、電池の内部抵抗が高くなる。また、空隙率が３０％より低いと、非水電解液の含有量が減り、電池の内部抵抗が高くなる。一方、空隙率が９０％より高いと、正極１０と負極２０とが物理的な接触を起こしてしまい、電池の内部短絡の原因となる。また、セパレータ３０は、厚みと空隙率により、機械的強度や非水電解液の含有量や電池の内部抵抗や電池の内部短絡のし易さなどを考慮し、複数枚重ねて使用することも可能である。
【００５３】
また、上記セパレータ３０は、図１０に示すように、正極活物質層１２の塗布領域（形成領域Ｎ）及び負極活物質層２２の塗布領域（形成領域Ｍ）よりも大きい形状を有している。具体的には、上記セパレータ３０は、図５及び図１０に示すように、例えば、縦方向の長さ（Ｘ方向に対応する方向の長さ）が約１５４ｍｍ、横方向の長さ（Ｙ方向に対応する方向の長さ）が約２０６ｍｍの矩形形状に形成されている。
【００５４】
上記した正極１０及び負極２０は、正極１０の集電体露出部１１ａと負極２０の集電体露出部２１ａとが互いに反対側に位置するように配され、正極負極間にセパレータ３０を介在させて積層されている。
【００５５】
外装容器６０内に電極群４０とともに封入される非水電解液は、特に限定されるものではないが、溶媒として、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトンなどのエステル類や、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、ジオキソラン、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、メトキシエトキシエタンなどのエーテル類、ジメチルスルホキシド、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、ギ酸メチル、酢酸メチルなどの極性溶媒を使用することができる。これらの溶媒は単独で使用してもよいし、２種以上を混合して混合溶媒として使用してもよい。
【００５６】
また、非水電解液には、電解質支持塩が含まれていてもよい。電解質支持塩としては、例えば、ＬiＣｌＯ４、ＬiＢＦ４（ホウフッ化リチウム）、ＬiＰＦ６（六フッ化リン酸リチウム）、ＬiＣＦ３ＳＯ３（トリフルオロメタンスルホン酸リチウム）、ＬiＦ（フッ化リチウム）、ＬiＣｌ（塩化リチウム）、ＬiＢｒ（臭化リチウム）、ＬiＩ（ヨウ化リチウム）、ＬiＡｌＣｌ４（四塩化アルミン酸リチウム）などのリチウム塩が挙げられる。これらは単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。
【００５７】
なお、電解質支持塩の濃度は、特に限定されるものではないが、０．５ｍｏｌ／Ｌ〜２．５ｍｏｌ／Ｌが好ましく、１．０ｍｏｌ／Ｌ〜２．２ｍｏｌ／Ｌがより好ましい。電解質支持塩の濃度が、０．５ｍｏｌ／Ｌ未満の場合には、非水電解液中において電荷を運ぶキャリア濃度が低くなり、非水電解液の抵抗が高くなるおそれがある。また、電解質支持塩の濃度が、２．５ｍｏｌ／Ｌより高い場合には、塩自体の解離度が低くなり、非水電解液中のキャリア濃度が上がらないおそれがある。
【００５８】
電極群４０を封入する外装容器６０は、大型の扁平角形容器であり、図１〜図３に示すように、電極群４０などを収納する外装缶７０と、この外装缶７０を封口する封口板８０とを含んで構成されている。また、電極群４０を収納した外装缶７０は、封口板８０で巻き締め封口（好ましくは二重巻き締め封口）されている。なお、外装缶７０は、本発明の「収納容器」の一例であり、封口板８０は、本発明の「封口体」の一例である。
【００５９】
外装缶７０は、例えば、金属板に絞り加工などを施すことによって形成されており、底面部７１と側壁部７２とを有している。また、図１１及び図１２に示すように、外装缶７０の一端（底面部７１の反対側）には、電極群４０を挿入するための開口部７３が設けられている。また、上記外装缶７０は、角形缶に形成されており、略矩形の底面部７１の面積よりも略矩形の開口部７３の面積が大きくなっている。つまり、側壁部７２の四隅の角部７２ａが底面部７１側から開口部７３側へ直線的に広がっている。
【００６０】
外装缶７０の内径サイズは、電極群４０が、その電極面が底面部７１と対向するようにして収納することが可能な大きさとなっている。具体的には、上記外装缶７０は、例えば、底面部７１の縦方向の長さ（図１２のＹ方向の長さＬ）が約１６４ｍｍに形成されており、底面部７１の横方向の長さ（図１２のＸ方向の長さＷ）が約２２８ｍｍに形成されている。外装缶７０の深さは、例えば、約２０ｍｍに形成されている。
【００６１】
また、上記外装缶７０においては、Ｙ方向に平行なそれぞれの側壁部７２、７２に、それぞれ電極端子７４、７４が形成されている。さらに、外装缶７０の開口部７３における周縁には、巻き締め封口（好ましくは二重巻き締め封口）を行うための容器折り返し部７５が設けられている。
【００６２】
封口板８０は、例えば、金属板をプレス加工することによって形成されている。この封口板８０は、図２に示すように、外装缶７０の開口部７３を塞ぐ略平板矩形状のパネル部８１と、パネル部８１の外周端に連なり上方に延びるチャックウォール部８２と、チャックウォール部８２の外周端に連接された折り返し部８３とを有している。さらに、図２及び図３に示すように、Ｘ方向の一方側に非水電解液を注液するための注液孔８４が形成されている。この注液孔８４は、例えば、φ２ｍｍの大きさに形成されている。
【００６３】
なお、外装缶７０及び封口板８０は、例えば、鉄、ステンレススチール、アルミニウムなどの金属板や鉄にニッケルメッキを施した鋼板やアルミメッキを施した鋼板などを用いて形成することができる。鉄は安価な材料であるため価格の観点では好ましいが、長期間の信頼性を確保するためには、ステンレススチールやアルミニウムなどからなる金属板又は鉄にニッケルメッキを施した鋼板やアルミメッキを施した鋼板などを用いるのがより好ましい。また、上記以外に、金属板の表面を高分子材料でラミネートした高分子ラミネート材（ラミネート板）を用いることもできる。この場合、少なくとも、電池内部側となる面にコーティング処理が施されているのが好ましい。なお、金属板の厚みは、例えば約０．４ｍｍ〜約１．２ｍｍ（例えば約１．０ｍｍ）とすることができる。
【００６４】
また、図４に示すように、上記した電極群４０は、正極１０（図５参照）及び負極２０（図５参照）が、外装缶７０の底面部７１と対向するようにして、外装缶７０内に収納されている。また、図４に示すように、正極１０の集電体露出部１１ａ（図７参照）及び負極２０の集電体露出部２１ａ（図９参照）は、それぞれ集電リード５を介して外装缶７０の電極端子７４と電気的に接続されている。なお、集電リード５には、集電体と同材質のものを用いることが可能であるが、異なる材質でも構わない。
【００６５】
そして、図１３に示すように、外装缶７０の開口部７３が上記封口板８０で二重巻き締め封口されている。具体的には、封口板８０の折り返し部８３の先端部分が、外装缶７０の容器折り返し部７５に巻き込むように圧着されることによって、封口板８０が外装缶７０に取り付けられている。封口板８０は開口部７３を全周に亘って封口している。なお、圧着される部分にシール材（図示せず）を塗布することで、より高い気密性を得ることが可能である。
【００６６】
また、封口板８０のパネル部８１は、チャックウォール部８２によって、外装缶７０の開口部７３における周縁より所定距離だけ下側（底面部７１側）に位置している。これにより、電極群４０（積層体４０ａ）は、外装容器６０に収納された状態で、外装缶７０と封口板８０とによって、積層方向（外装缶７０の深さ方向；Ｚ方向）に押圧力が加えられており、正極１０と負極２０とがセパレータ３０を挟んで密着された状態となっている。
【００６７】
また、図１３に示すように、底面部７１の外側である外底面７１ａの横方向（Ｘ方向）の長さＵが、パネル部８１の外側である外天面８１ａの横方向（Ｘ方向）の長さＶより若干短い。同様に、外底面７１ａの縦方向（Ｙ方向）の長さが、外天面８１ａの縦方向（Ｙ方向）の長さより若干短い。故に、外天面７１ａによって形成される凹部と外底面７１ａとは略嵌合する形状を有している。したがって、複数のリチウムイオン二次電池１００を上下に略嵌合させて積層することができるので、組電池として利用できる。封口後のパネル部８１とチャックウォール部８２とで形成される凹部の深さ（チャックウォール部８２の高さ）は１〜２０ｍｍ程度が好ましい。
【００６８】
非水電解液は、外装缶７０の開口部７３が封口板８０で封口された後に、注液孔８４から、例えば、減圧注液されている。そして、注液孔８４とほぼ同じ直径の金属球９０（図３参照）を注液孔８４に設置した後、抵抗溶接やレーザ溶接などにより、注液孔８４が封口されている。
【００６９】
なお、第１実施形態のリチウムイオン二次電池１００では、過充電時や高温状態において、電池内圧が上昇した場合、電池の爆発等の危険を避けるために、電池内圧を開放するための安全弁（図示せず）が設けられている。そして、この安全弁が作動する前に外装容器６０が開かないように、封口部分の耐圧が安全弁の動作圧以上となる封口強度で封口板８０が取り付けられている。
【００７０】
上記のように構成された第１実施形態によるリチウムイオン二次電池１００は、長寿命が要求される定置用の電力貯蔵用蓄電池として好適に用いることができる。また、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）などの車載用の蓄電池としても好適に用いることができる。また、第１実施形態によるリチウムイオン二次電池１００は、単電池容量が１０Ａｈ以上の蓄電池に適しており、特に、単電池容量が５０Ａｈ以上の大容量蓄電池により適している。
【００７１】
以下に、第１実施形態のリチウムイオン二次電池１００の一実施例をその作製方法とともに示す。
【００７２】
［正極の作製］
まず、活物質のＬｉＦｅＰＯ４（９０重量部）と、導電材のアセチレンブラック（５重量部）と、結着材のスチレンブタジエンゴム（３重量部）と、増粘材のＣＭＣ（２重量部）とを混合した後、水を適宜加えて分散させることによって正極合剤スラリーを調整した。次に、この正極合剤スラリーを、２０μｍの厚みを有するアルミニウム集電体（正極集電体）の両面に均一に塗布、乾燥させた後、４００μｍの厚みまでロールプレスで圧縮した。最後に、所望の大きさに切断することにより、正極（正極板）を作製した。正極の活物質層を塗布する領域の大きさは、縦１５０ｍｍ、横３００ｍｍとし、正極（正極集電体）の大きさは、縦１５０ｍｍ、横３１０ｍｍとした。
【００７３】
［負極の作製］
活物質の天然黒鉛（９８重量部）と、結着材のスチレンブタジエンゴム（１重量部）と、増粘材のＣＭＣ（１重量部）とを混合した後、水を適宜加えて分散させることによって負極合剤スラリーを調整した。次に、この負極合剤スラリーを、１６μｍの厚みを有する銅集電体（負極集電体）の両面に均一に塗布、乾燥させた後、３５０μｍの厚みまでロールプレスで圧縮した。最後に、所望の大きさに切断することにより、負極（負極板）を作製した。負極の活物質層を塗布する領域の大きさは、縦１５４ｍｍ、横３０４ｍｍとし、負極（負極集電体）の大きさは、縦１５４ｍｍ、横３１４ｍｍとした。
【００７４】
［非水電解液の作製］
エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とを、３：７の容積比で混合した混合液（溶媒）に、ＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／Ｌ溶解することにより非水電解液を作製した。
【００７５】
［二次電池の組立］
正極板および負極板枚を、正極板、セパレータ、負極板、セパレータ、・・・の順に、正極板と負極板との間にセパレータが入るように積層することにより、電極群（積層体）を形成した。このとき、正極板に対して負極板が外側に位置するように、正極板を５０枚、負極板を５１枚用いた。また、セパレータを１０２枚用いることにより、電極群（積層体）の最も外側にはセパレータが位置するように構成した。
【００７６】
セパレータには、２０μｍの厚みを有する微多孔性ポリエチレンフィルムを用いた。セパレータの大きさは、正極板および負極板の活物質層が塗布されたサイズよりも大きくなるように、縦１６０ｍｍ、横３１０ｍｍとした。
【００７７】
外装容器は、ニッケルメッキを施した約０．８ｍｍの厚みを有するスチール板を加工することにより、外装缶と封口板とを形成した。なお、外装缶の内径サイズは、底面部の縦１８０ｍｍ、底面部の横３５０ｍｍ、深さ４０ｍｍとした。外装缶には、ステンレスを台座部としてアルミニウムの正電極端子と、ステンレスを台座部として銅の負電極端子とを形成した。
【００７８】
そして、この外装缶に電極群（積層体）を収納した後、封口板を載せ、二重巻き締めにより電池を封口した。封口後の封口板のパネル部とチャックウォール部とで形成される凹部の深さ（チャックウォール部の高さ）は１２ｍｍであった。また、封口板を取り付けることにより、電極群に、その積層方向に押圧力が加わるように構成した。このとき、電極群の積層方向の厚みに対する押し込み量の割合が１０％となるように、封口板で電極群に圧迫力を加えた。具体的には、電極群と封口板とが直接または間接的に接した状態から、約１ｍｍ押し込んだ位置で封口板を固定した。
【００７９】
続いて、封口板に予め設けられたφ２ｍｍの注液孔から所定量の非水電解液を減圧注液した。注液後、注液孔とほぼ同じ直径の金属球を注液孔に設置し、抵抗溶接により注液孔を封口することで、リチウムイオン二次電池１００を得た。
【００８０】
（第２実施形態）
図１４は、本発明の第２実施形態の組電池の正面断面図である。なお、図１４では電極群などの電池内部の構成は省略してある。組電池２００は、第１実施形態のリチウムイオン二次電池１００を４個、外底面７１ａと外天面８１ａとを略嵌合して積層し、電極端子７４を適宜接続したものである。なお、組電池を構成するリチウムイオン二次電池１００の数には特に限定はなく２個以上であればよい。
【００８１】
上述したように、封口体８０の凹部を形成する外天面８１ａが外底面７１ａより若干大きな略矩形であるため、リチウムイオン二次電池１００同士を上下に積層する際にそれぞれ略嵌合するので、簡単に位置決めができ容易に積層できる。また、積層後も位置がずれることがない。
【００８２】
このような組電池２００は、ラミネートフィルムを用いた二次電池を積層して組電池にする場合に比べて、単電池（リチウムイオン二次電池１００）の外装容器６０に十分強度があるので、リチウムイオン二次電池１００をある程度積層しても金属缶等の外装体で覆う必要がない。したがって、必要な容量になるように単電池を積層するだけで組電池として利用できるので、部品点数が少なくて済み、低コスト化できる。
【００８３】
（第３実施形態）
図１５は、本発明の第３実施形態の組電池の正面断面図である。なお、図１５では電極群などの電池内部の構成は省略してある。第３実施形態の組電池２１０は、第２実施形態の組電池２００において、各リチウムイオン二次電池１００の間に緩衝部材２１１を設けたものである。
【００８４】
緩衝部材２１１は、外装缶７０の外底面７１ａと封口板８０の外天面８１ａとの間に挟まれ、リチウムイオン二次電池１００同士の嵌合を妨げなければ、どのような形状、個数でもよく、例えば、図１５では緩衝部材２１１が嵌合部分の四隅にそれぞれ配設されている。緩衝部材２１１の材料としては、樹脂やゴムを用いることが好ましい。
【００８５】
このような組電池２１０によれば、衝撃や振動が緩衝部材２１１によって吸収される。また、緩衝部材２１１を設けることでリチウムイオン二次電池１００間に空間が形成されるため、冷却効果も得られる。
【００８６】
（第４実施形態）
図１６Ａは本発明の第４実施形態の組電池の正面図、図１６Ｂはその上面図、図１６Ｃはその側面図である。第４実施形態の組電池２２０は、第２実施形態の組電池２００に２つの固定部材２２１、２２１を設けたものである。
【００８７】
図１６Ａ〜図１６Ｃにおいて固定部材２２１は、最下層のリチウムイオン二次電池１００と最上層のリチウムイオン二次電池１００とを互いに押しつける構造となっている。具体的には、固定部材２２１は、最上層のリチウムイオン二次電池１００の外天面８１ａを短手方向（Ｙ方向）に横断する天面部材２２１ａと、最下層のリチウムイオン二次電池１００の外底面７１ａを短手方向（Ｙ方向）に横断する底面部材２２１ｂと、天面部材２２１ａ及び底面部材２２１ｂに接続され組電池２２０の正面を上下方向（Ｚ方向）に横断する正面部材２２１ｃと、天面部材２２１ａ及び底面部材２２１ｂに接続され組電池２２０の背面を上下方向（Ｚ方向）に横断する背面部材２２１ｄとを備えている。
【００８８】
天面部材２２１ａ及び底面部材２２１ｂは、板材であり、リチウムイオン二次電池１００から正面へ突出した部分に正面部材２２１ｃを通すための貫通孔が、リチウムイオン二次電池１００から背面へ突出した部分に背面部材２２１ｄを通すための貫通孔が、それぞれ形成されている。さらに天面部材２２１ａは上方に凸となるように中央付近が折り曲げられており、天面部材２２１ａと最上層のリチウムイオン二次電池１００の外天面８１ａとの間に空間を備えている。この空間があることにより、天面部材２２１ａを取っ手として組電池２２０を持ち運ぶことができる。
【００８９】
正面部材２２１ｃ及び背面部材２２１ｄは両端に雄ネジが形成された棒状部材である。この雄ネジ部分を天面部材２２１ａ又は底面部材２２１ｂの貫通孔に通し、ナット２２２で締め付けることにより、固定部材２２１が最下層のリチウムイオン二次電池１００と最上層のリチウムイオン二次電池１００とを互いに押しつける。
【００９０】
なお固定部材２２１は、少なくとも最下層のリチウムイオン二次電池１００と最上層のリチウムイオン二次電池１００とを互いに押しつける構造であればよく、さらに中間層のリチウムイオン二次電池１００を押しつけたり保持したりする構造を備えていてもよい。固定部材２２１の材料としては、組電池の重量に耐え得る強度を有する金属や樹脂を用いることができる。
【００９１】
このような組電池２２０によれば、固定部材２２１によってリチウムイオン二次電池１００同士が強固に固定されるので衝撃や振動に強くなる。また、固定部材２２１の上面に取っ手を設けることで組電池２２０の持ち運びが容易になる。
【００９２】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００９３】
例えば、上記の各実施形態では、積層型のリチウムイオン二次電池に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、例えば、巻回型のリチウムイオン二次電池に本発明を適用してもよい。
【００９４】
また、上記の各実施形態では、二次電池の一例であるリチウムイオン二次電池（非水電解質二次電池）に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、リチウムイオン二次電池以外の非水電解質二次電池に本発明を適用してもよい。また、非水電解質二次電池以外の二次電池に本発明を適用してもよい。さらに、今後開発される二次電池においても、本発明を適用することができる。
【００９５】
また、上記の各実施形態では、集電体の両面に活物質層を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、集電体の片面にのみ活物質層を形成してもよい。また、集電体の片面にのみ活物質層を形成した電極（正極、負極）を電極群の一部に含むように構成してもよい。また、電極の活物質層中に、非水電解液に対して膨潤性を有する膨潤性樹脂を分散させてもよい。膨潤性樹脂として、例えば、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）、プロピレンオキシド、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチルから選択される少なくとも一種類を含んで構成される樹脂を用いることができる。
【００９６】
また、上記の各実施形態では、二次電池の電解質として非水電解液を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、非水電解液以外の例えばゲル状電解質、高分子固体電解質、無機固体電解質、溶融塩などを電解質として用いてもよい。
【００９７】
また、上記の各実施形態では、外装缶の開口部を封口板で二重巻き締め封口した例を示したが、本発明はこれに限らず、外装缶の封口方法は、二重巻き締め封口以外の方法であってもよい。例えば、封口板を外装缶に溶接することによって外装缶の封口を行ってもよい。
【００９８】
また、上記の各実施形態では、正極（正極活物質層）よりも負極（負極活物質層）の方が大きくなるように構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、正極（正極活物質層）と負極（負極活物質層）とが同じ大きさになるように構成してもよいし、負極（負極活物質層）よりも正極（正極活物質層）の方が大きくなるように構成してもよい。
【００９９】
また、上記の各実施形態では、正極の集電体露出部と負極の集電体露出部とが互いに反対側に位置するように正極および負極を配した例を示したが、本発明はこれに限らず、正極の集電体露出部と負極の集電体露出部とが同じ側に位置するように正極および負極を配してもよい。
【０１００】
また、上記の各実施形態では、集電体の一端に集電体露出部を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、上記集電体露出部は、例えば、集電体の両端に形成されていてもよい。
【０１０１】
また、上記の第１実施形態では、収納容器の外底面と封口体の外天面とが略嵌合する形状として１つの矩形とした例を示したが、本発明はこれに限らず、略嵌合する形状であれば円形、楕円形、多角形などの形状でもよく、それらの形状を複数配置してもよい。
【符号の説明】
【０１０２】
５  集電リード
１０  正極（電極）
１１  正極集電体
１１ａ  集電体露出部
１１ｂ  貫通孔
１２  正極活物質層
２０  負極（電極）
２１  負極集電体
２１ａ  集電体露出部
２２  負極活物質層
３０  セパレータ
４０  電極群
４０ａ  積層体
６０  外装容器
７０  外装缶（収納容器）
７１  底面部
７１ａ  外底面
７２  側壁部
７３  開口部
７４  電極端子
７５  容器折り返し部
８０  封口板（封口体）
８１  パネル部
８１ａ  外天面
８２  チャックウォール部
８３  折り返し部
８４  注液孔
１００  リチウムイオン二次電池（二次電池）
２００、２１０、２２０  組電池
２１１  緩衝部材
２２１  固定部材
２２１ａ  天面部材
２２１ｂ  底面部材
２２１ｃ  正面部材
２２１ｄ  背面部材
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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