(57)【要約】  本開示は、熱によるセパレータの収縮が抑制された二次電池を提供することを目的とする。実施形態に係る二次電池（１０）は、正極（１１）、負極（１２）、正極（１１）と負極（１２）との間に介在するセパレータ（１３）とを有する電極体（１４）と、電極体（１４）を収容するケース本体（１６）と、ケース本体（１６）の開口部を封口する封口体（１７）と、封口体（１７）と電極体（１４）の一端部との間に設けられる封口体側絶縁部材（１８）及びケース本体（１６）と電極体（１４）の他端部との間に設けられるケース本体側絶縁部材（１９）と、を備え、電極体（１４）の一端部及び他端部は、セパレータ（１３）の一部が正極（１１）及び負極（１２）からはみ出したはみ出し部を成し、封口体側絶縁部材（１８）は、基材と、基材上に配置された、硬化性樹脂の硬化物を有する接着層とを有し、電極体（１４）の一端部のはみ出し部は接着層に接着されている。
2019176422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極、負極、前記正極と前記負極との間に介在するセパレータとを有する電極体と、
前記電極体を収容するケース本体と、
前記ケース本体の開口部を封口する封口体と、
前記封口体と前記電極体の一端部との間に設けられる封口体側絶縁部材及び前記ケース本体と前記電極体の他端部との間に設けられるケース本体側絶縁部材と、を備え、
前記電極体の前記一端部及び前記他端部は、前記セパレータの一部が前記正極及び前記負極からはみ出したはみ出し部を成し、
前記封口体側絶縁部材は、基材と、前記基材上に配置された、硬化性樹脂の硬化物を有する接着層とを有し、前記一端部のはみ出し部は前記接着層に接着されている、二次電池。
【請求項２】
正極、負極、前記正極と前記負極との間に介在するセパレータとを有する電極体と、
前記電極体を収容するケース本体と、
前記ケース本体の開口部を封口する封口体と、
前記封口体と前記電極体の一端部との間に設けられる封口体側絶縁部材及び前記ケース本体と前記電極体の他端部との間に設けられるケース本体側絶縁部材と、を備え、
前記電極体の前記一端部及び前記他端部は、前記セパレータの一部が前記正極及び前記負極からはみ出したはみ出し部を成し、
前記ケース本体側絶縁部材は、基材と、前記基材上に配置された、硬化性樹脂の硬化物を有する接着層とを有し、前記他端部のはみ出し部は前記接着層に接着されている、二次電池。
【請求項３】
前記電極体は、前記正極、前記負極、前記セパレータが巻回された巻回型の電極体であり、前記電極体の前記一端部及び前記他端部は、前記電極体の巻回軸方向の一端部及び他端部である、請求項１又は２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記硬化性樹脂の硬化物は、所定の波長の光を照射することで硬化する光硬化性樹脂の硬化物である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の二次電池。
【請求項５】
前記所定の波長は、１００〜４００ｎｍの範囲である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の二次電池。
【請求項６】
前記接着層の厚みは、１〜１００μｍの範囲である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二次電池は、電気自動車等の車両を走行させるモータに電力を供給する電源装置や、自然エネルギーや深夜電力を蓄電する蓄電装置等へ利用用途が拡大している。このような二次電池は、更なる高容量化が期待されていると共に、電池の安全性も求められている。二次電池としては、正極、負極、正極と負極との間に介在するセパレータを有する電極体が、電池ケース内に収容されたものがある（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−１０６５２号公報
【特許文献２】特開平５−１７４８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、正極、負極、正極と負極との間に介在するセパレータを有する電極体を備える二次電池では、二次電池外部からの熱や、電極体内部での発熱等により、セパレータが収縮してしまう場合がある。セパレータが収縮すると、正極と負極との絶縁を維持できず、短絡が生じてしまう虞がある。【０００５】
そこで、本開示の目的は、熱によるセパレータの収縮が抑制された二次電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様に係る二次電池は、正極、負極、前記正極と前記負極との間に介在するセパレータとを有する電極体と、前記電極体を収容するケース本体と、前記ケース本体の開口部を封口する封口体と、前記封口体と前記電極体の一端部との間に設けられる封口体側絶縁部材及び前記ケース本体と前記電極体の他端部との間に設けられるケース本体側絶縁部材と、を備え、前記電極体の前記一端部及び前記他端部は、前記セパレータの一部が前記正極及び前記負極からはみ出したはみ出し部を成し、前記封口体側絶縁部材は、基材と、前記基材上に配置された、硬化性樹脂の硬化物を有する接着層とを有し、前記一端部のはみ出し部は前記接着層に接着されている。【０００７】
本開示の一態様に係る二次電池は、正極、負極、前記正極と前記負極との間に介在するセパレータとを有する電極体と、前記電極体を収容するケース本体と、前記ケース本体の開口部を封口する封口体と、前記封口体と前記電極体の一端部との間に設けられる封口体側絶縁部材及び前記ケース本体と前記電極体の他端部との間に設けられるケース本体側絶縁部材と、を備え、前記電極体の前記一端部及び前記他端部は、前記セパレータの一部が前記正極及び前記負極からはみ出したはみ出し部を成し、前記ケース本体側絶縁部材は、基材と、前記基材上に配置された、硬化性樹脂の硬化物を有する接着層とを有し、前記他端部のはみ出し部は前記接着層に接着されている。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、熱によるセパレータの収縮が抑制された二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は実施形態に係る二次電池の断面図である。
【図２】図２は図１に示す巻回型の電極体の斜視図である。
【図３】図３は図１に示す封口体側絶縁部材の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本開示の一態様である電池の一例について説明する。以下の実施形態の説明で参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは、現物と異なる場合がある。
【００１１】
図１は、実施形態に係る二次電池の断面図である。図１に示す二次電池１０は、リチウムイオン二次電池の一例を示すものであるが、実施形態に係る二次電池は、リチウムイオン二次電池に限定されず、アルカリ系二次電池等の他の二次電池でもよい。以下、図１の二次電池１０をリチウムイオン二次電池１０と称する。
【００１２】
図１に示すリチウムイオン二次電池１０は、正極１１及び負極１２がセパレータ１３を介して巻回されてなる巻回型の電極体１４と、非水電解質と、封口体側絶縁部材１８及びケース本体側絶縁部材１９と、正極タブ２０及び負極タブ２１と、電池ケース１５とを備える。
【００１３】
電池ケース１５は、電極体１４や非水電解質等を収容するものであり、開口部を有する有底円筒形状のケース本体１６と、ケース本体１６の開口部を封口する封口体１７とを備える。電池ケース１５は、ケース本体１６と封口体１７との間に設けられるガスケット２８を備えることが望ましく、これにより、電池内部の密閉性が確保される。電池ケース１５としては、円筒形に限定されるものではなく、例えば、角形、パウチ型等でもよい。
【００１４】
ケース本体１６は、例えば、側面部の一部が内側に張出した、封口体１７を支持する張り出し部２２を有する。張り出し部２２は、ケース本体１６の周方向に沿って環状に形成されることが好ましく、その上面で封口体１７を支持する。
【００１５】
封口体１７は、電極体１４側から順に、フィルタ２３、下弁体２４、絶縁体２５、上弁体２６、及びキャップ２７が積層された構造を有する。封口体１７を構成する各部材は、例えば、円板形状又はリング形状を有し、絶縁体２５を除く各部材は互いに電気的に接続されている。下弁体２４と上弁体２６は各々の中央部で互いに接続され、各々の周縁部の間には絶縁体２５が介在している。内部短絡等による発熱で内圧が上昇すると、例えば下弁体２４が上弁体２６をキャップ２７側に押し上げるように変形して破断し、下弁体２４と上弁体２６の間の電流経路が遮断される。さらに内圧が上昇すると、上弁体２６が破断し、キャップ２７の開口部からガスが排出される。
【００１６】
正極タブ２０は、その一端が正極１１に接続されている。また、正極タブ２０は、正極１１から封口体側絶縁部材１８の貫通孔を通ってフィルタ２３まで延び、正極タブ２０の他端がフィルタ２３の下面に電気的に接続されている。これにより、フィルタ２３と電気的に接続されているキャップ２７が正極端子となる。また、負極タブ２１は、その一端が負極１２に接続されている。また、負極タブ２１は、負極１２からケース本体側絶縁部材１９の外側を通って、ケース本体１６の底部内面まで延び、負極タブ２１の他端がケース本体１６の底部内面に電気的に接続されている。これにより、ケース本体１６が負極端子となる。
【００１７】
図２は、図１に示す巻回型の電極体の斜視図である。電極体１４は、セパレータ１３が、正極１１及び負極１２より幅広に設定されており、セパレータ１３の一部が、正極１１、負極１２の両端よりはみ出した状態で重ね合わされて巻回されている。そして、図２に示すように、電極体１４の巻回軸方向（図の矢印Ｘ方向）の一端部及び他端部は、セパレータ１３の一部が、正極１１及び負極１２からはみ出したはみ出し部（３０，３２）となる。なお、電極体１４において、両はみ出し部（３０，３２）の間の領域は、正極１１及び負極１２の少なくとも一方とセパレータ１３が重なる電極本体部３４となる。
【００１８】
図１に示す封口体側絶縁部材１８は、封口体１７と電極体１４の一端部をなすセパレータ１３のはみ出し部３０との間に設けられ、図１に示すケース本体側絶縁部材１９は、ケース本体１６と電極体１４の他端部をなすセパレータ１３のはみ出し部３２との間に設けられる。以下に、封口体側絶縁部材１８及びケース本体側絶縁部材１９の構成について説明する。
【００１９】
図３は、図１に示す封口体側絶縁部材の断面図である。図３に示す封口体側絶縁部材１８は、基材３６と、基材３６上に設けられた接着層３８とを有する。封口体側絶縁部材１８には、貫通孔（不図示）が形成されていることが好ましい。この貫通孔は、正極１１に接続された正極タブ２０を、封口体１７に接続するための経路になると共に、電池内で発生したガスを外部に放出するための経路にもなる。
【００２０】
基材３６としては、高い絶縁性及び強度を有することが望ましく、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）などのプラスチック製の基材や、ガラスクロスにフェノール樹脂を含浸させた基材等が挙げられる。ガラスクロスにフェノール樹脂を含浸させた基材は、表面に微細な隙間や凹凸を有するため、接着層３８との接触面積を増やし、接着層３８との高い接着性を確保することができる点で好ましい。
【００２１】
基材３６は、平板状であるが、基材３６の形状は特に限定されるものではなく、例えば、セパレータのはみ出し部等を覆うような筒状等でもよい。基材３６の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、接着層３８との接着性を向上させる等の点で、例えば、５〜２０μｍの範囲であることが好ましい。また、基材３６の表面の最大谷深さ（Ｒｖ）は、接着層３８との接着性を向上させる等の点で、例えば、２０〜１００μｍの範囲であることが好ましい。
【００２２】
接着層３８は、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂等の硬化性樹脂の硬化物を有する。接着層３８は、基材３６に硬化性樹脂を含むペーストを塗布し、電極体１４の一端部をなすセパレータ１３のはみ出し部３０を基材３６上の硬化性樹脂に接触させ、熱や光等のエネルギーを加え、硬化性樹脂を硬化させることにより形成される。或いは、接着層３８は、電極体１４の一端部をなすセパレータ１３のはみ出し部３０上に硬化性樹脂を含むペーストを塗布し、基材３６を硬化性樹脂に接触させ、熱や光等のエネルギーを加え、硬化性樹脂を硬化させることにより形成される。いずれの場合においても、基材３６上に熱硬化性樹脂の硬化物を有する接着層３８が配置された封口体側絶縁部材１８が形成され、この際、電極体１４の一端部をなすセパレータ１３のはみ出し部３０が、基材３６上の接着層３８に接着される。このように、硬化性樹脂の硬化物を有する接着層３８に、電極体１４の一端部をなすセパレータ１３のはみ出し部３０を接着させることで、封口体側絶縁部材１８にセパレータ１３を固定させることが可能となるため、二次電池外部からの熱や、電極体内部での発熱等によるセパレータ１３の収縮が抑制され、正極１１と負極１２との間の短絡が抑えられる。接着層３８の厚みは、セパレータのはみ出し部との接着性を確保する点で、例えば、１〜１００μｍの範囲であることが好ましい。
【００２３】
接着層３８の形成に使用される熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂、ポリエステル系樹脂等が挙げられる。これらの中では、耐熱性、接着性、非水電解質に対する耐性等点で、フェノール系樹脂であることが好ましい。熱硬化性樹脂は、１液硬化型樹脂でも、２液硬化型樹脂でも構わないが、作業性等の点で、１液硬化型樹脂が好ましく、硬化温度が低く、セパレータ１３への熱ダメージが低減される等の点で、２液硬化型樹脂が好ましい。熱硬化性樹脂を用いて接着層３８を形成する場合には、例えば、熱硬化性樹脂を含むペーストに、熱硬化性触媒等の添加剤を加えてもよい。
【００２４】
接着層３８の形成に使用される光硬化性樹脂は、所定の波長の光を照射して硬化するものであれば特に制限されるものではないが、例えば、１００〜４００ｎｍの範囲の波長の光（紫外線）を照射して硬化する紫外線硬化性樹脂、４００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲の波長の光（可視光線）を照射して硬化する可視光線硬化性樹脂、１２００ｎｍ〜１５００ｎｍの範囲の波長の光（赤外線）を照射して硬化する赤外線硬化性樹脂等が挙げられる。光硬化性樹脂は、熱硬化性樹脂と比べて、硬化時におけるセパレータ１３への熱ダメージが軽減される等の点で好ましく、特に、作業性、セパレータ１３への熱ダメージの軽減等の点で、１００〜４００ｎｍの範囲の波長の光（紫外線）を照射して硬化する紫外線硬化性樹脂が好ましい。光硬化性樹脂を用いて接着層３８を形成する場合には、例えば、光硬化性樹脂を含むペーストに、光重合開始剤等の添加剤を加えてもよい。
【００２５】
図での説明は省略するが、ケース本体側絶縁部材１９は、封口体側絶縁部材１８と同様の構成を有する。すなわち、ケース本体側絶縁部材１９は、基材３６と、基材３６上に設けられた接着層３８とを有する。接着層３８は、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂等の硬化性樹脂の硬化物を有する。接着層３８は、基材３６に硬化性樹脂を含むペーストを塗布し、電極体１４の他端部をなすセパレータ１３のはみ出し部３２を基材３６上の硬化性樹脂に接触させ、熱や光等のエネルギーを加え、硬化性樹脂を硬化させることにより形成される。或いは、接着層３８は、電極体１４の他端部をなすセパレータ１３のはみ出し部３２上に硬化性樹脂を含むペーストを塗布し、基材３６を硬化性樹脂に接触させ、熱や光等のエネルギーを加え、硬化性樹脂を硬化させることにより形成される。いずれの場合においても、基材３６上に熱硬化性樹脂の硬化物を有する接着層３８が配置されたケース本体側絶縁部材１９が形成され、この際、電極体１４の他端部をなすセパレータ１３のはみ出し部３２が、基材３６上の接着層３８に接着される。このように、硬化性樹脂の硬化物を有する接着層３８に、電極体１４の他端部をなすセパレータ１３のはみ出し部３２を接着させることで、ケース本体側絶縁部材１９にセパレータ１３を固定させることが可能となるため、二次電池外部からの熱や、電極体内部での発熱等によるセパレータ１３の収縮が抑制され、正極１１と負極１２との間の短絡が抑えられる。
【００２６】
本実施形態は、封口体側絶縁部材１８及びケース本体側絶縁部材１９のうちの少なくともいずれか一方を、基材３６と、基材３６上に設けられた硬化性樹脂の硬化物を有する接着層３８とを有する構成とし、電極体１４の一端部又は他端部をなすセパレータ１３のはみ出し部（３０又は３２）を接着層３８に接着させればよい。封口体側絶縁部材１８及びケース本体側絶縁部材１９のいずれか一方が上記構成でも、熱によるセパレータ１３の収縮は抑制される。
【００２７】
図１に示すリチウムイオン二次電池１０では、巻回型の電極体１４を例に、その電極体１４の一端部と封口体１７との間に配置される封口体側絶縁部材１８、電極体１４の他端部とケース本体１６との間に配置されるケース本体側絶縁部材１９について説明した。しかし、本実施形態において、封口体側絶縁部材１８やケース本体側絶縁部材１９は、巻回型の電極体１４に適用される場合に制限されるものではなく、例えば、正極１１及び負極１２がセパレータ１３を介して交互に積層されてなる積層型の電極体等、正極１１、負極１２、正極１１と負極１２との間に介在するセパレータ１３とを有する電極体に適用される。
【００２８】
以下、正極１１、負極１２、非水電解質、セパレータ１３について詳述する。
【００２９】
正極１１は、正極集電体と、正極集電体上に形成された正極活物質層とを備えている。正極集電体には、アルミニウムなどの正極の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等が用いられる。正極活物質層は、正極活物質を含む。また、正極活物質層は、正極活物質の他に、導電材及び結着材を含むことが好適である。
【００３０】
正極活物質層に含まれる正極活物質としては、リチウム遷移金属複合酸化物等が挙げられ、具体的にはコバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、リチウムニッケルマンガン複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物等を用いることができ、これらのリチウム遷移金属複合酸化物にＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｂ、Ｗ、Ｍｇ、Ｍｏ等を添加してもよい。
【００３１】
正極活物質層に含まれる導電材としては、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、黒鉛等の炭素粉末等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３２】
正極活物質層に含まれる結着材としては、フッ素系高分子、ゴム系高分子等が挙げられる。例えば、フッ素系高分子としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、またはこれらの変性体等、ゴム系高分子としてエチレン−プロピレン−イソプレン共重合体、エチレン−プロピレン−ブタジエン共重合体等が挙げられる。これらは単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３３】
負極１２は、負極集電体と、負極集電体上に形成される負極活物質層とを備える。負極集電体には、銅などの負極の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。負極活物質層は、負極活物質を含む。負極活物質層は、負極活物質の他に、増粘材、結着材を含むことが好適である。
【００３４】
負極活物質としては、リチウムイオンの吸蔵・放出が可能な炭素材料を用いることができ、黒鉛の他に、難黒鉛性炭素、易黒鉛性炭素、繊維状炭素、コークス及びカーボンブラック等を用いることができる。さらに、非炭素系材料として、シリコン、スズ及びこれらを主とする合金や酸化物を用いることができる。
【００３５】
結着材としては、正極の場合と同様にＰＴＦＥ等を用いることもできるが、スチレンーブタジエン共重合体（ＳＢＲ）又はこの変性体等を用いてもよい。増粘材としては、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等を用いることができる。
【００３６】
非水電解質は、例えば、非水溶媒と、非水溶媒に溶解した電解質塩とを含む。非水電解質は、液体電解質に限定されず、ゲル状ポリマー等を用いた固体電解質でもあってもよい。非水溶媒は、例えば、カーボネート類、ラクトン類、エーテル類、ケトン類、エステル類及びこれらの２種以上の混合溶媒等が用いられる。
【００３７】
電解質塩は、リチウム塩等が挙げられ、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬＩＣＦ３ＳＯ３及びこれらの２種以上の混合物等が用いられる。溶媒に対する電解質塩の溶解量は、例えば０．５〜２．０ｍｏｌ／Ｌである。
【００３８】
セパレータ１３には、例えば、イオン透過性及び絶縁性を有する多孔性シート等が用いられる。多孔性シートの具体例としては、微多孔薄膜、織布、不織布等が挙げられる。セパレータ１３の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂、セルロースなどが好適である。セパレータ１３は、セルロース繊維層及びオレフィン系樹脂等の熱可塑性樹脂繊維層を有する積層体であってもよい。また、ポリエチレン層及びポリプロピレン層を含む多層セパレータであってもよく、セパレータの表面にアラミド系樹脂、セラミック等の材料が塗布されたものを用いてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１０  リチウムイオン二次電池、１１  正極、１２  負極、１３  セパレータ、１４  電極体、１５  電池ケース、１６  ケース本体、１７  封口体、１８  封口体側絶縁部材、１９  ケース本体側絶縁部材、２０  正極タブ、２１  負極タブ、２２  張り出し部、２３  フィルタ、２４  下弁体、２５  絶縁体、２６  上弁体、２７  キャップ、２８  ガスケット、３０，３２  はみ出し部、３４  電極本体部、３６  基材、３８  接着層。
【図１】
2019176422.tif 000003
【図２】
2019176422.tif 000004
【図３】
2019176422.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】令和2年8月6日(2020.8.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
接着層３８は、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂等の硬化性樹脂の硬化物を有する。接着層３８は、基材３６に硬化性樹脂を含むペーストを塗布し、電極体１４の一端部をなすセパレータ１３のはみ出し部３０を基材３６上の硬化性樹脂に接触させ、熱や光等のエネルギーを加え、硬化性樹脂を硬化させることにより形成される。或いは、接着層３８は、電極体１４の一端部をなすセパレータ１３のはみ出し部３０上に硬化性樹脂を含むペーストを塗布し、基材３６を硬化性樹脂に接触させ、熱や光等のエネルギーを加え、硬化性樹脂を硬化させることにより形成される。いずれの場合においても、基材３６上に硬化性樹脂の硬化物を有する接着層３８が配置された封口体側絶縁部材１８が形成され、この際、電極体１４の一端部をなすセパレータ１３のはみ出し部３０が、基材３６上の接着層３８に接着される。このように、硬化性樹脂の硬化物を有する接着層３８に、電極体１４の一端部をなすセパレータ１３のはみ出し部３０を接着させることで、封口体側絶縁部材１８にセパレータ１３を固定させることが可能となるため、二次電池外部からの熱や、電極体内部での発熱等によるセパレータ１３の収縮が抑制され、正極１１と負極１２との間の短絡が抑えられる。接着層３８の厚みは、セパレータのはみ出し部との接着性を確保する点で、例えば、１〜１００μｍの範囲であることが好ましい。
【国際調査報告】
2019176422.tif 000006
2019176422.tif 000007
2019176422.tif 000008