(57)【要約】【課題】  過充電のような、電流を流したまま電池の温度が上昇する可能性がある状況下にあって、より効率的に、より安全に電池を高温度で不活性化する方策を提案すること。【解決手段】  温度変化に感応して導通を遮断するかまたは抵抗を増大させる導通遮断／抵抗増大機構を有する導電経路１０３および該導電経路１０３における導通遮断／抵抗増大機構の作動温度よりも高い溶融温度を有する絶縁体部１０１が形成された導通遮断制御層と、この導通遮断制御層の両面にそれぞれ形成された２つの金属層１０４Ａ、１０４Ｂとを有する３層構造を成し、且つ、上記２つの金属層１０４Ａ、１０４Ｂのうち一方の金属層１０４Ａにのみ集電リード１０５が取り付けられている電池用集電体１００とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に活物質層が形成されて当該活物質層の集電をつかさどると共に、外部取り出し端子に電気的接続するための集電リードが取り付けられた電池用集電体であって、
温度変化に感応して導通を遮断するかまたは抵抗を増大させる導通遮断／抵抗増大機構を有する導電経路および該導電経路における導通遮断／抵抗増大機構の作動温度よりも高い溶融温度を有する絶縁体部が形成された導通遮断制御層と、この導通遮断制御層の両面にそれぞれ形成された２つの金属層とを有する３層構造を成し、且つ、上記２つの金属層のうち一方の金属層にのみ上記集電リードが取り付けられていることを特徴とする電池用集電体。
【請求項２】
表面に活物質層が形成されて当該活物質層の集電をつかさどると共に、外部取り出し端子に電気的接続するための集電リードが取り付けられた電池用集電体であって、
温度変化に感応して導通を遮断するかまたは抵抗を増大させる導通遮断／抵抗増大機構を有し、該導通遮断／抵抗増大機構の作動温度よりも高い溶融温度を有する導電経路が全体に形成された導通遮断制御層と、この導通遮断制御層の両面にそれぞれ形成された２つの金属層とを有する３層構造を成し、且つ、上記２つの金属層のうち一方の金属層にのみ上記集電リードが取り付けられていることを特徴とする電池用集電体。
【請求項３】
上記絶縁体部は、融点が１５０℃以上の樹脂から成り、導電経路における導通遮断／抵抗増大機構の作動温度が１５０℃未満である、請求項１に記載の電池用集電体。
【請求項４】
上記導通遮断制御層における導電経路の導通遮断／抵抗増大機構が、温度変化に対して不可逆的に作動するものであり、該導通遮断／抵抗増大機構の作動温度が１２０℃以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池用集電体。
【請求項５】
上記導通遮断制御層における導電経路の導通遮断／抵抗増大機構が、温度変化に対して可逆的に作動するものであり、該導通遮断／抵抗増大機構の作動温度が６０℃以上１２０℃未満である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池用集電体。
【請求項６】
上記請求項１〜５のいずれか１項に記載の電池用集電体の両面に正極活物質層が形成されると共に電池用集電体の一方の金属層にのみ正極集電リードが取り付けられた正極と、上記請求項１〜５のいずれか１項に記載の電池用集電体の両面に負極活物質層が形成されると共に電池用集電体の一方の金属層にのみ負極集電リードが取り付けられた負極とを備えることを特徴とする電池。
【請求項７】
上記正極集電リードが取り付けられた金属層と、上記負極集電リードが取り付けられた金属層とが対向配置されており、且つ、上記正極において、電池用集電体の両面に形成された正極活物質層の面積が異なる場合には、正極集電リードが取り付けられた金属層に形成された正極活物質層の面積が、正極集電リードが取り付けられていない金属層に形成された正極活物質層の面積よりも小さくなるように規制される、請求項６に記載の電池。
【請求項８】
上記正極集電リードが取り付けられた金属層と、上記負極集電リードが取り付けられた金属層とが対向配置されていない、請求項６に記載の電池。
【請求項９】
上記正極に用いられる電池用集電体の両金属層には、アルミニウムを主体とする金属が用いられる、請求項６〜８のいずれか１項に記載の電池。
【請求項１０】
上記負極に用いられる電池用集電体の両金属層には、銅を主体とする金属が用いられる、請求項６〜９のいずれか１項に記載の電池。
【請求項１１】
上記請求項１〜５のいずれか１項に記載の電池用集電体が、上記正負両極のうち一方の極にのみ用いられた場合には、電池の内部圧力上昇に伴い作動して電流を遮断できる弁機構を有したものを電池の外装体に有するものを用いることを特徴とする電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解液電池等の電池に用いられる集電体に関するものであり、特に過充電時における安全性に優れる電池用集電体ならびに電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、金属リチウムまたはリチウムイオンを吸蔵・放出し得る合金、若しくは炭素材料などを負極活物質とし、化学式:ＬiＭＯ2 (Ｍは遷移金属)で表されるリチウム
含有遷移金属酸化物を正極材料とする非水電解液二次電池が、高エネルギー密度を有する電池として注目されている。
【０００３】
この非水電解液二次電池においては、設定の電圧や容量以上に充電してしまう過充電の状態に至ると、負極上に析出したリチウムが正極とショートして電池の燃焼などを生じる可能性のあることが知られており、それに対する対策が必要となっている。
【０００４】
その対策の一つとして、非水電解液二次電池では、封口体の部分に、ＰＴＣ素子と称される、正の温度係数（Positive Temperature Coefficient）を有するサーミスタを設けることがなされている。電池内に前記ＰＴＣ素子が設けられていない電池の場合には、外付けの回路部分にＰＴＣ素子が設けられて、電池パックの形態となっていることが一般的である。
【０００５】
しかしながら、電池内に前記ＰＴＣ素子が設けられる場合には、そのぶん活物質の量が減少することとなるという問題があり、一方、電池外に前記ＰＴＣ素子が設けられる場合には、電池パックが大型化するという問題がある。
【０００６】
特許文献１では、正極及び負極の少なくとも一方に、１３０℃〜１７０℃の融点を有する低融点樹脂フィルムからなる低融点層の表面に金属層を備え、その表面に活物質を備えたものを用いることにより、温度上昇時にフィルムが溶融し、電極が破損して電極の体をなさなくなるので、電流遮断できるようになることが開示されている。
【０００７】
さらに、特許文献２では、特許文献２と同様な樹脂フィルムの表面に金属薄膜を塗着したものの内部に、その樹脂内に金属粉を含ませて導通させたり、樹脂フィルム内にスルーホールを設けて両面を導通させたものであって、その金属薄膜の表面にＰＴＣ素子を取り付けたものを正極または負極板に用い、さらにＰＴＣ接続部を特に巻き取り体の最内となるように設置することにより、ＰＴＣ素子による温度上昇時の電流遮断、ならびに、樹脂フィルム（ポリオレフィン樹脂など）の溶融による１３０℃〜１７０℃での電池極板の電流遮断が可能となることが記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１-１０２７１１号公報
【０００９】
【特許文献２】特開２００４-３１１１４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上のように、特許文献１や特許文献２では、温度上昇時に樹脂フィルム層の溶融によって電流が遮断できる機構が提案されている。ところが、セパレータのシャットダウンのような安全機構にみられるように、シャットダウン後にさらに温度が上昇してしまうと、メルトダウンが生じて正極と負極が短絡してしまうことが知られている。このように、樹脂の溶融によって導通をコントロールしようとすると、溶融した樹脂は均一に分散するのではなく、部分的に微小なホールができて樹脂の両面に存在する物質が接触してしまう可能性が高く、このため樹脂層の表裏に作製した金属層の導通を遮断することは困難である。
【００１１】
また、特許文献１や特許文献２では、正極または負極の個々において電流を遮断する機構を設けることが記載されているのみであって、正極の構成と負極の構成とをいかに組み合わせて効率よく電池を不活性化するかといったことについては何ら考慮されておらず、この点で、電池の安全対策として十分に満足し得るものとは言い難い。
【００１２】
したがって、本発明の目的は、過充電のような、電流を流したまま電池の温度が上昇する可能性がある状況下にあって、より効率的に、より安全に電池を高温度で不活性化する方策を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明に係る電池用集電体は、表面に活物質層が形成されて当該活物質層の集電をつかさどると共に、外部取り出し端子に電気的接続するための集電リードが取り付けられた電池用集電体であって、
温度変化に感応して導通を遮断するかまたは抵抗を増大させる導通遮断／抵抗増大機構を有する導電経路および該導電経路における導通遮断／抵抗増大機構の作動温度よりも高い溶融温度を有する絶縁体部が形成された導通遮断制御層と、この導通遮断制御層の両面にそれぞれ形成された２つの金属層とを有する３層構造を成し、且つ、上記２つの金属層のうち一方の金属層にのみ上記集電リードが取り付けられていることを特徴とする。
【００１４】
上記構成によれば、絶縁体部が溶融しない温度領域内で導電経路の導通遮断／抵抗増大機構が作動するので、絶縁体部が溶融してその両面の金属層が接触し導通してしまうという不具合を生じることなく、その前に導通遮断／抵抗増大機構により導通が遮断される。したがって、両金属層の間の導通を確実に遮断することができ、電池をより効率的かつ安全に不活性化することができる。
また、導電経路はＰＴＣ素子等のような導通遮断／抵抗増大機構を備えるものであるのでコストが比較的高くつきやすいが、上記のように導通遮断制御層を導電経路および絶縁体部が形成された構成とすること、即ち導電経路を部分的に形成するようにすることで、導通遮断制御層を安価に形成することができる。
【００１５】
また、本発明に係る電池用集電体は、表面に活物質層が形成されて当該活物質層の集電をつかさどると共に、外部取り出し端子に電気的接続するための集電リードが取り付けられた電池用集電体であって、
温度変化に感応して導通を遮断するかまたは抵抗を増大させる導通遮断／抵抗増大機構を有し、該導通遮断／抵抗増大機構の作動温度よりも高い溶融温度を有する導電経路が全体に形成された導通遮断制御層と、この導通遮断制御層の両面にそれぞれ形成された２つの金属層とを有する３層構造を成し、且つ、上記２つの金属層のうち一方の金属層にのみ上記集電リードが取り付けられていることを特徴とする。
【００１６】
上記構成によれば、導電経路自体が溶融しない温度領域内で該導電経路の導通遮断／抵抗増大機構が作動するので、導電経路が溶融してその両面の金属層が接触し導通してしまうという不具合を生じることなく、その前に導通遮断／抵抗増大機構により導通が遮断される。したがって、両金属層の間の導通を確実に遮断することができ、電池をより効率的かつ安全に不活性化することができる。
また、導通遮断制御層の全体に導電経路を形成することで、導通時における該導電経路の抵抗を低く抑えることができる。
【００１７】
上記絶縁体部は、融点が１５０℃以上の樹脂から成るものであり、導電経路における導通遮断／抵抗増大機構の作動温度が１５０℃未満であることが望ましい。
絶縁体部の融点が１５０℃以上で、導通遮断／抵抗増大機構の作動温度が１５０℃未満であれば、導通遮断／抵抗増大機構により導通が遮断される前に絶縁体部が溶融してその両面の金属層が接触し導通してしまうという不具合を避けることができる。
【００１８】
上記導通遮断制御層における導電経路の導通遮断／抵抗増大機構が、温度変化に対して不可逆的に作動するものである場合、該導通遮断／抵抗増大機構の作動温度が１２０℃以上であることが望ましい。
非水電解液電池の作製においては、電解液を注液する前に、１００〜１１０℃程度の熱で水分（結晶水）を除去する乾燥工程が行われるが、このとき、この乾燥工程における熱によって導通遮断／抵抗増大機構が不可逆的に作動してしまうと、電池が作製段階で不活性化してしまうこととなる。そこで、導通遮断／抵抗増大機構の作動温度を１２０℃以上に設定しておくことにより、上記のような電池の作製段階における不活性化を防止することができる。
ただし、導通遮断／抵抗増大機構の作動温度が過度に高いと安全性の点で好ましくないため、導通遮断／抵抗増大機構の作動温度は１３０℃以下とすることが望ましい。
【００１９】
上記導通遮断制御層における導電経路の導通遮断／抵抗増大機構が、温度変化に対して可逆的に作動するものである場合、該導通遮断／抵抗増大機構の作動温度が６０℃以上１２０℃未満であることが望ましい。
導通遮断／抵抗増大機構が、温度変化に対して可逆的に作動するものである場合には、前記乾燥工程における熱によって作動しても、温度が下がれば再度導電経路が導通状態に戻るため問題はない。この場合、導通遮断／抵抗増大機構の作動温度を６０℃以上１２０℃未満に設定しておくことにより、通常の携帯機器の使用温度域を超えた範囲において安全に導通を遮断し電池を不活性化することができる。
【００２０】
上記導電経路の導通遮断／抵抗増大機構としては、例えば、前述のＰＴＣ素子で導電経路を構成したものや、あるいは、バイメタル等の感温素子を用いたスイッチ（サーモスタット）、ヒューズ、ブレーカ等を導電経路内に配設したもの等が挙げられる。
上記ＰＴＣ素子としては、例えば、炭素、金属、金属炭化物等の導電性化合物等の導電性材料と高分子材料とを混合してなるもの、さらに具体的な例としては、カーボンブラック６０重量部およびポリエチレン４０重量部を含んでなり、１５０℃程度で導電性を喪失するもの（ＷＯ９９／４０６４０参照）、結晶性樹脂と金属炭化物粉末と有機化酸化物とを含み、抵抗が１０5倍以上に変化するもの（特開平１１−１７６５６１号参照）、１５〜６０重量部のカーボンブラックをマトリクスポリマーに分散してなり、６０℃程度で急激に抵抗が上昇するもの（特開平１−１２７３１８号参照）等が挙げられる。さらには、例えば、米国特許第５，２０６，４８２  号(Ｓｍｕｃｋｌｅｒ)、同第５，１８１，００６ 号(Ｓｈａｆｅ  ｅｔ  ａｌ．)、同第５，１７４，９２４ 号(Ｙａｍａｄａ  ｅｔ  ａｌ．) 、同第５，０９３，０３６  号(Ｓｈａｆｅ  ｅｔ  ａｌ．)、同第４，９３５，１５６ 号(ｖａｎ  Ｋｏｎｙｎｅｎｂｕｒｇ  ｅｔ  ａｌ．)、同第４，８１８，４３９ 号(Ｂｌａｃｋｌｅｄｇｅ  ｅｔ  ａｌ．) 、同第４，５９１，７００ 号(Ｓｏｐｏｒｙ)、同第４，５６０，５２４  号(Ｓｍｕｃｋｌｅｒ)、同第４，４２６，６３３  号(Ｔａｙｌｏｒ)、同第４，４００，６１４  号(Ｓｏｐｏｒｙ)、同第４，３８８，６０７ 号(Ｔｏｙ  ｅｔ  ａｌ．)、同第４，２３７，４４１  号(ｖａｎ  Ｋｏｎｙｎｅｎｂｕｒｇ  ｅｔ  ａｌ．)、同第４，１２４，７４７ 号(Ｍｕｒｅｒ  ｅｔ  ａｌ．)、Ｊ．  Ｍｅｙｅｒ ｉｎ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ（１９７３年１１月、Ｎｏ．６、４６２ 〜４６８ 頁）、米国特許第４，８５７，８８０ 号(Ａｕ  ｅｔ  ａｌ．) 、同第４，７７５，７７８ 号(ｖａｎ  Ｋｏｎｙｎｅｎｂｕｒｇ  ｅｔ  ａｌ．)、同第４，７２７，４１７  号(Ａｕ  ｅｔ  ａｌ．) 、同第４，６５８，１２１ 号(Ｈｏｒｓｍａ  ｅｔ  ａｌ．) 、同第４，５６０，４９８ 号(Ｈｏｒｓｍａ  ｅｔ  ａｌ．) 、同第４，５３４，８８９ 号(ｖａｎ  Ｋｏｎｙｎｅｎｂｕｒｇ  ｅｔ  ａｌ．)、および英国特許第１，６０４，７３５ 号(Ｒａｙｃｈｅｍ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ)に開示されているように、ポリマー種を変えて設計された各種の組成物がいずれも使用できる。
【００２１】
上記絶縁体部の厚みは、７〜１５μｍ、好ましくは８〜１２μｍであることが望ましい。絶縁体部の厚みが７〜１５μｍであれば、導電経路を形成しやすく絶縁性も十分とすることができるとともに、機械的強度やエネルギー密度、コストの点でも好ましい。
また、金属層の厚みは、０．３μｍ以上であれば、層内の金属ネットワークが十分となって導電性が十分に確保できる。
【００２２】
上記絶縁体部を構成する材料としては、例えば紙等であっても使用できるが、通常は樹脂が好ましく、なかでも、高い融点を有するポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ；融点２５０〜２８０℃程度）、ポリプロピレン（ＰＰ；融点１５０〜１８０℃程度）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ；融点２８０℃程度）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ；融点２６５〜２７０℃程度）等の樹脂が特に好適なものとして挙げられる。
【００２３】
また、本発明に係る電池は、上記電池用集電体の両面に正極活物質層が形成されると共に電池用集電体の一方の金属層にのみ正極集電リードが取り付けられた正極と、上記電池用集電体の両面に負極活物質層が形成されると共に電池用集電体の一方の金属層にのみ負極集電リードが取り付けられた負極とを備えることを特徴とする。
上記構成により、正極集電体ないし負極集電体において両金属層の間の導通を確実に遮断することができ、したがってより効率的かつ安全に不活性化することが可能な電池とすることができる。
【００２４】
上記正極集電リードが取り付けられた金属層と、上記負極集電リードが取り付けられた金属層とが対向配置されており、且つ、上記正極において、電池用集電体の両面に形成された正極活物質層の面積が異なる場合には、正極集電リードが取り付けられた金属層に形成された正極活物質層の面積が、正極集電リードが取り付けられていない金属層に形成された正極活物質層の面積よりも小さくなるように規制されることが望ましい。
【００２５】
なお、以下の説明においては、便宜的に区別するため、集電リードが取り付けられた金属層を「甲側金属層」とも称し、集電リードが取り付けられていない金属層を「乙側金属層」とも称することとし、この呼称は正極および負極のいずれにおいても適用することとする。
【００２６】
正極集電体の甲側金属層と負極集電体の甲側金属層とが対向配置されている場合、正極集電体の導電経路および負極集電体の導電経路で電流が遮断された後も、甲側金属層の側では正極と負極は反応できる。このとき、例えば定電流で充電していた場合には、その反応面に電流が集中するため、過電圧が大きくなり、電解液の分解といった、ガス発生を伴いやすい反応が起きやすい。従って、例えば後述するような、電池内圧の上昇により電流遮断する弁機構を電池の構成に組み入れておくことにより、効果的に電池の安全性を確保することができる。
【００２７】
またこのとき、正極の甲側金属層に形成された正極活物質層の面積が、乙側金属層に形成された正極活物質層の面積よりも小さくなるように規制することにより、反応面積が小さくなって電流密度が高くなり、電池抵抗も大となって、上記電池内圧の上昇により電流遮断する弁機構等の安全機構が作動しやすくなる。
【００２８】
上記正極集電リードが取り付けられた金属層と、上記負極集電リードが取り付けられた金属層とが対向配置されていないことが望ましい。
正極集電体の甲側金属層と負極集電体の甲側金属層とが対向配置されていない、即ち、正極集電体の甲側金属層と負極集電体乙側金属層とが対向している場合、温度が上昇し正極集電体の導電経路および負極集電体の導電経路で電流が遮断されると、どの対向部分においても電流が遮断され、充放電反応ができなくなるため、さらに安全性が確保される。
【００２９】
上記正極に用いられる電池用集電体の両金属層には、アルミニウムを主体とする金属が用いられることが望ましい。また、上記負極に用いられる電池用集電体の両金属層には、銅を主体とする金属が用いられることが望ましい。
【００３０】
上記電池用集電体が、上記正負両極のうち一方の極にのみ用いられた場合には、電池内圧の上昇により電流遮断する弁機構を電池の構成に組み入れておくことが望ましい。
上記電池用集電体が、上記正負両極のうち一方の極にのみ用いられた場合には、前記したように正極集電リードが取り付けられた金属層と負極集電リードが取り付けられた金属層とが対向配置されている場合と同様に、各集電体における両金属層の間の電流が遮断された後も、集電リードが取り付けられた金属層の側では正極と負極は反応できる。従って、前記の場合と同様に、電解液の分解といった、ガス発生を伴いやすい反応が起きやすいため、例えば以下に示すような、電池内圧の上昇により電流遮断する弁機構を電池の構成に組み入れておくことにより、効果的に電池の安全性を確保することができる。
【００３１】
上記電池内圧の上昇により電流遮断する弁機構としては、例えば、特開平１１−２８３６００号公報、実用新案登録第２５６３８３１号等に記載されたものが挙げられる。これらの文献に記載された弁機構は、正極または負極に電気的に接続されたタブと、該タブに接触して導通する突起部を有する電流遮断弁と、該電流遮断弁に電気的に接続された外部端子とを備え、電池内部の圧力上昇にともない前記突起部が突起方向とは反対方向に反転して前記タブとの接触が破断する機構となっている。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の電池用集電体によれば、温度変化に感応して導通を遮断するかまたは抵抗を増大させる導通遮断／抵抗増大機構を有する導電経路および該導電経路における導通遮断／抵抗増大機構の作動温度よりも高い溶融温度を有する絶縁体部が形成された導通遮断制御層と、この導通遮断制御層の両面にそれぞれ形成された２つの金属層とを有する３層構造を成し、且つ、上記２つの金属層のうち一方の金属層にのみ上記集電リードが取り付けられている構成としたことにより、絶縁体部が溶融しない温度領域内で導電経路の導通遮断／抵抗増大機構が作動するので、絶縁体部が溶融してその両面の金属層が接触し導通してしまうという不具合を生じることなく、その前に導通遮断／抵抗増大機構により導通が遮断される。したがって、両金属層の間の導通を確実に遮断することができ、電池をより効率的かつ安全に不活性化することができる。
【００３３】
また、温度変化に感応して導通を遮断するかまたは抵抗を増大させる導通遮断／抵抗増大機構を有し、該導通遮断／抵抗増大機構の作動温度よりも高い溶融温度を有する導電経路が全体に形成された導通遮断制御層と、この導通遮断制御層の両面にそれぞれ形成された２つの金属層とを有する３層構造を成し、且つ、上記２つの金属層のうち一方の金属層にのみ上記集電リードが取り付けられている構成としたことにより、導電経路自体が溶融しない温度領域内で該導電経路の導通遮断／抵抗増大機構が作動するので、導電経路が溶融してその両面の金属層が接触し導通してしまうという不具合を生じることなく、その前に導通遮断／抵抗増大機構により導通が遮断される。したがって、両金属層の間の導通を確実に遮断することができ、電池をより効率的かつ安全に不活性化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の最良の形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能なものである。
【００３５】
[第１実施形態]
〔正極集電体の作製〕
図１に示すように、ポリエチレンテレフタレートフィルム（融点：２５０℃、膜厚：１５μｍ）を用意し、絶縁体部１０１とした。この両面に、片面０．５μｍとなるようにアルミニウムを蒸着して金属層１０４を形成した。ついで、この絶縁体部１０１および金属層１０４よりなる複合層の一部を図のようにくり貫き、貫通孔１０２を設置した。ついで、カーボンブラックと、ポリエチレンを混合して、抵抗の上昇温度が１３０℃となるＰＴＣ組成物を上記複合層の貫通孔１０２に充填して導電経路１０３を形成し、正極集電体とした。
【００３６】
〔正極の作製〕
先ず、Ｌｉ：Ｃｏの原子比が１：１となるように、出発原料としてのＬｉ2ＣＯ3とＣｏＣＯ3とを秤量して乳鉢で混合し、これを直径１７ｍｍの金型でプレスして加圧成形した後、空気中において８００℃で２４時間焼成することにより、ＬｉＣｏＯ2の焼成体を得た。次に、この焼成体を乳鉢で粉砕することにより得たＬｉＣｏＯ2粉末（平均粒径２０μｍの正極活物質）と、導電剤として人造黒鉛粉末と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンとを、質量比が９４：３：３となるように秤量した後、これらを溶媒としてのＮ−メチルピロリドンと混合し、正極活物質スラリーを得た。得られた正極活物質スラリーを、前述の金属層を形成した集電体の両面に塗布し、乾燥し、圧延し、さらに、金属層１０４側の正極活物質を塗布してない部分に、アルミニウムよりなる集電リード１０５を溶着により取り付けて、正極集電体１００及び正極を得た。
【００３７】
〔負極集電体及び負極の作製〕
アルミニウムに代えて銅を蒸着して金属層を形成し、負極活物質として、２０μｍのグラファイトに１％のＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）水溶液、ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）を重量比で９８：１（ＣＭＣ固形分）：１にて混合したものに所定の水を加えて、負極活物質スラリーを作製して塗布及び乾燥、圧延し、アルミニウムからなる集電リードに代えて、ニッケルよりなる集電リードを取り付けたものを負極集電体及び負極としたこと以外は上記の正極と同様にして作製した。なお、絶縁層の素材はポリエチレンテレフタレートフィルム（融点：２５０℃、膜厚：１５μｍ）であって、銅の蒸着厚みは片面０．５μｍとした。ＰＴＣ組成物は正極と同じものを用いた。
【００３８】
〔電解液の調製〕
エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とを容積比で３：７の割合で混合した混合溶媒に、主としてＬｉＰＦ6を１．０モル／リットルの割合で溶解させて、電解液を調製した。
【００３９】
〔電池の組立〕
先ず、上記正極１と負極２との間に、ポリエチレン多孔質体からなる厚さ２０μｍのセパレータ３を配置した。このとき、正極用集電体の甲側金属層と負極用集電体の甲側金属層とが対向配置されるようにした。この後、これを渦巻状に巻回して巻取電極体５を作製し、図３に示すように、この巻取電極体５を、上部に開口部を有する有底円筒状の外装缶４の収納空間内に配置した。次いで、負極集電リードを缶底に、正極集電リードを封口蓋６にそれぞれ溶接した。この後、外装缶４内に電解液を注入し、封口部をかしめて、電池を作製した。なお、図３において、９および１０は巻取電極体５の上面および下面をそれぞれ覆う上部絶縁板および下部絶縁板であり、１１は封口蓋６と外装缶４との間に介装されて該封口蓋６と外装缶４とを絶縁する絶縁パッキングである。
【００４０】
〔電池の作用〕
上記第１実施形態の電池においては、正極用集電体および負極用集電体における絶縁体部の融点が２５０℃であり、ＰＴＣ組成物の抵抗上昇温度Ｔ１＝１３０℃よりも高いので、電池温度が上昇していくと、絶縁体部が溶融する前にＰＴＣ組成物の抵抗が上昇して電流が遮断され、電池温度も上昇から下降に転じる。このため、絶縁体部が溶融することはなく、両面の金属層が接触し導通することもない。したがって、両金属層の間の導通を確実に遮断して電池を効率的かつ安全に不活性化することができる。
【００４１】
また、導電経路のＰＴＣ組成物がポリエチレンをマトリクスポリマーとするものであり、したがって温度上昇により抵抗が不可逆的に変化するものとなっているが、その抵抗上昇温度Ｔ１は１３０℃で、非水電解液電池の作製における乾燥工程の温度１００〜１１０℃程度よりも高いので、この乾燥工程を経てもＰＴＣ組成物の抵抗が不可逆的に変化することはない。したがって、電池が作製段階で不活性化してしまうこともない。
【００４２】
図４は、正極用集電体の甲側金属層と負極用集電体の甲側金属層とが対向配置された構成を模式的に示す図である。同図においては、正極３１の集電体３１０が、導電経路３１３が一部に形成された導通遮断制御層３１１と、この導通遮断制御層３１１の両面にそれぞれ形成された２つの金属層３１４Ａ、３１４Ｂとを有する３層構造を成し、上記２つの金属層３１４Ａ、３１４Ｂのうち一方の金属層３１４Ａにのみ集電リード３１５が取り付けられた構成となっている。また、負極３２の集電体３２０は、上記正極３１の集電体３１０と同様に、導電経路３２３が一部に形成され導通遮断制御層３２１と、この導通遮断制御層３２１の両面にそれぞれ形成された２つの金属層３２４Ａ、３２４Ｂとを有する３層構造を成し、上記２つの金属層３２４Ａ、３２４Ｂのうち一方の金属層３２４Ａにのみ集電リード３２５が取り付けられた構成となっている。同図に示す構成では、正極集電体３１０の甲側金属層３１４Ａと、負極集電体３２０の甲側金属層３２４Ａとが対向配置されている。この場合、正極集電体３１０の導電経路３１３および負極集電体３２０の導電経路３２３で電流が遮断された後も、甲側金属層３１４Ａ、３２４Ａの側では正極３１と負極３２は反応できる。このとき、例えば定電流で充電していた場合には、その反応面に電流が集中するため、過電圧が大きくなり、電解液の分解といった、ガス発生を伴いやすい反応が起きやすい。従って、例えば後述するような、電池内圧の上昇により電流遮断する弁機構を電池の構成に組み入れておくことにより、効果的に電池の安全性を確保することができる。
【００４３】
[第２実施形態]
〔電池の作製〕
エチレンエチル共重合体とポリエチレンとカーボンブラックを用いてＰＴＣ組成物（抵抗上昇温度Ｔ２＝８０℃）を調製し、このＰＴＣ組成物を用いる以外は前記第１実施形態と同様にして、正極集電体を作製し、さらにこの正極集電体を用いて電池を作製した。
【００４４】
〔電池の作用〕
上記第２実施形態の電池においては、導電経路のＰＴＣ組成物がポリエチレンとエチルエチレン共重合体をマトリクスポリマーとするものであり、したがって温度上昇により抵抗が可逆的に変化するものとなっているので、前記乾燥工程における熱によって抵抗が増大しても、温度が下がれば再度抵抗が減少して導電性が回復されるため問題はない。ここで、該ＰＴＣ組成物の抵抗上昇温度Ｔ２は８０℃となっており、通常の携帯機器の使用温度域を超えた範囲において安全に導通を遮断し電池を不活性化することができる。
【００４５】
[第３実施形態]
〔電池の作製〕
正極用集電体の甲側金属層と負極用集電体の甲側金属層とが対向配置されないようにした以外は前記第１実施形態と同様にして、電池を作製した。
【００４６】
〔電池の作用〕
図５は、上記第３実施形態の電池の場合と同様に、正極用集電体の甲側金属層と負極用集電体の甲側金属層とが対向配置されていない構成を模式的に示す図である。同図においては、正極３１および負極３２のそれぞれの構成は前記図４に示すものと同様であるが、正極集電体３１０の甲側金属層３１４Ａと、負極集電体３２０の甲側金属層３２４Ａとが対向配置されていない。即ち、正極集電体３１０の甲側金属層３１４Ａと負極集電体３２０の乙側金属層３２４Ｂとが対向しているのであるが、この場合、温度が上昇し正極集電体３１０の導電経路３１３および負極集電体３２０の導電経路３２３で電流が遮断されると、どの対向部分においても電流が遮断され、充放電反応ができなくなるため、さらに安全性が確保される。
【００４７】
[第４実施形態]
〔電池の作製〕
負極用集電体として、厚さ１０μｍの電解銅箔を用い、図６に示す、電池内圧の上昇により電流遮断する弁機構を電池の構成に組み入れたこと以外は前記第１実施形態と同様にして、電池を作製した。
上記弁機構においては、図６に示すように、封口体５１が、弁孔５９を開口している金属製の底板５２に、ガスケット５３を介して気密に端子板５４を固定している。端子板５４と底板５２との間には、電池の内圧が設定圧よりも高くなったときに、矢印Ａ１に示すように反転して開弁する弁体５５を備える。底板５２の上面に、弁孔５９を閉塞するように、電池の内圧で破壊されるシール被膜５７を密着している。シール被膜５７は、弁孔５９が開弁されない状態で弁孔５９を気密に閉塞している。シール被膜５７が破壊されて、弁体５５が開弁されると、異常に上昇した電池内のガスが排気される。
【００４８】
〔電池の作用〕
上記第４実施形態の電池においては、本発明の集電体の構成すなわち導電経路を形成した絶縁体部の両面に金属層を形成した構成が、正極集電体のみに適用され、負極集電体としては一般に使用される銅箔が使用されている。図７は、上記第４実施形態の電池の場合と同様に、本発明の集電体の構成が正極のみに適用された構成を模式的に示す図である。同図においては、正極３１の構成は前記図４および図５に示すものと同様であるが、負極３３の集電体３３０が、１枚の銅箔すなわち単一の金属層に集電リード３３５が取り付けられた構成となっている。この電池構成においては、前記図４に示すように正極集電体３１０の甲側金属層３１４Ａと負極集電体３２０の甲側金属層３２４Ａとが対向配置された構成の場合と同様に、正極集電体３１０の導電経路３１３で電流が遮断された後も、甲側金属層３１４Ａの側では正極３１と負極３３は反応できる。従って、前記第１実施形態の場合と同様に、電解液の分解といった、ガス発生を伴いやすい反応が起きやすいため、上記図６に示す弁機構により、効果的に電池の安全性を確保することができるようになっている。
【００４９】
〔その他の事項〕
（１）集電体の金属層を構成する金属としては、上記のように正極集電体の金属層としてアルミニウムを、負極集電体の金属層として銅をそれぞれ用いる以外にも、例えば、ニッケル、鉄、チタン、コバルト等の金属またはこれらの組み合わせからなる合金等を正極集電体および負極集電体のいずれの金属層としても用いることができる。
【００５０】
（２）正極活物質としては、上記コバルト酸リチウムに限定するものではなく、コバルト−ニッケル−マンガンのリチウム複合酸化物、アルミニウム−ニッケル−マンガンのリチウム複合酸化物、アルミニウム−ニッケル−コバルトの複合酸化物等のコバルト或いはマンガンを含むリチウム複合酸化物や、スピネル型マンガン酸リチウム等でも構わない。また、これらの正極活物質は単独で用いても良く、他の正極活物質と混合されていても良い。
【００５１】
（３）負極活物質としては、上記グラファイト以外にも、コークス、酸化スズ、金属リチウム、珪素、及びそれらの混合物等、リチウムイオンを挿入脱離できうるものであればその種類は問わない。
【００５２】
（４）電解液のリチウム塩としては、上記ＬｉＰＦ6以外にも、ＬｉＢＦ4、ＬｉＮ（ＳＯ2ＣＦ3）2、ＬｉＮ（ＳＯ2Ｃ2Ｆ5）2、ＬｉＰＦ6-X（ＣnＦ2n+1）X[但し、１＜ｘ＜６、ｎ＝１又は２]等でも良く、これら２種以上を混合して使用することもできる。リチウム塩の濃度は特に限定されないが、電解液１リットル当り０．８〜１．５モルに規制するのが望ましい。また、電解液の溶媒としては上記エチレンカーボネート（ＥＣ）やジエチルカーボネート（ＤＥＣ）に限定するものではないが、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）等のカーボネート系溶媒が好ましく、更に好ましくは環状カーボネートと鎖状カーボネートの組合せが望ましい。
【００５３】
（５）本発明は液系の電池に限定するものではなく、ゲル系のポリマー電池にも適用することができる。この場合のポリマー材料としては、ポリエーテル系固体高分子、ポリカーボネート系固体高分子、ポリアクリロニトリル系固体高分子、オキセタン系ポリマー、エポキシ系ポリマー及びこれらの２種以上からなる共重合体もしくは架橋した高分子若しくはＰＶＤＦが例示され、このポリマー材料とリチウム塩と電解質を組合せてゲル状にした固体電解質を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、例えば携帯電話、ノートパソコン、ＰＤＡ等の移動情報端末の駆動電源等の用途に好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る正極用集電体の製造工程を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る正極用集電体を示す部分斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る電池の縦断面図である。
【図４】正極用集電体の甲側金属層と負極用集電体の甲側金属層とが対向配置された構成を示す模式図である。
【図５】正極用集電体の甲側金属層と負極用集電体の甲側金属層とが対向配置されていない構成を示す模式図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る電池に用いた弁機構を示す断面図である。
【図７】本発明の集電体の構成が正極のみに適用された構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５６】
１００  電池用集電体
１０１  絶縁体部
１０３  導電経路
１０４Ａ、１０４Ｂ  金属層
１０５  集電リード
【図１】
2009059571.tif 000003
【図２】
2009059571.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009059571.tif 000006
【図５】
2009059571.tif 000007
【図６】
2009059571.tif 000008
【図７】
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