(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状の正極と負極がセパレーターを挟んで積層される電池において、
正極および負極に帯状の活物質塗布欠落部を互いに交差する方向に設けることを特徴とする電池。
【請求項２】
請求項１に記載の電池において、
前記電池は正負極およびセパレーターがロール状に巻き付けられた電池であり、正極と負極の前記帯状の活物質塗布欠落部がほぼ垂直に交わるように、正極と負極に前記帯状の活物質塗布欠落部を設けることを特徴とする電池。
【請求項３】
シート状の正極と負極がセパレーターを挟んで積層される電池において、
前記電池はリチウムイオン電池であって、正極のみに帯状の活物質塗布欠落部を設けることを特徴とする電池。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池において、
前記活物質塗布欠落部の帯の幅を、高温時に電池内部で発生するガスの放出性能と電池としての性能とを考慮して決定することを特徴とする電池。
【請求項５】
シート状の正極と負極がセパレーターを挟んで積層される電池において、
前記電池はリチウムイオン電池であって、小孔を正極のみに設けることを特徴とする電池。
【請求項６】
請求項５に記載の電池において、
前記小孔の大きさを、高温時に電池内部で発生するガスの放出性能と電池としての性能とを考慮して決定することを特徴とする電池。
【請求項７】
シート状の正極と負極がセパレーターを挟んで積層される電池において、
前記電池はリチウムイオン電池であり、帯状の活物質塗布欠落部と小孔を正極のみに設けることを特徴とする電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発生ガスの放出構造を備えた電池に関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】
リチウムイオン電池などの電池では、通常の使用状態よりも高温になると電池内部からガスが発生する。電池のエネルギー密度が大きくなればなるほど、発生するガスの量が多くなるため、発生ガスを外部へ放出する必要がある。
【０００３】
本発明の目的は、高温時に電池内部で発生したガスを速やかに外部へ放出することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
（１）  請求項１の発明は、シート状の正極と負極がセパレーターを挟んで積層される電池に適用され、正極および負極に帯状の活物質塗布欠落部を互いに交差する方向に設けることにより、上記目的を達成する。
（２）  請求項２の電池は、電池は正負極およびセパレーターがロール状に巻き付けられた電池であり、正極と負極の前記帯状の活物質塗布欠落部がほぼ垂直に交わるように、正極と負極に前記帯状の活物質塗布欠落部を設けるようにしたものである。
（３）  請求項３の発明は、シート状の正極と負極がセパレーターを挟んで積層される電池に適用され、この電池はリチウムイオン電池であって、正極のみに帯状の活物質塗布欠落部を設けることにより、上記目的を達成する。
（４）  請求項４の電池は、活物質塗布欠落部の帯の幅を、高温時に電池内部で発生するガスの放出性能と電池としての性能とを考慮して決定するようにしたものである。
（５）  請求項５の発明は、シート状の正極と負極がセパレーターを挟んで積層される電池に適用され、この電池はリチウムイオン電池であって、小孔を正極のみに設けることにより、上記目的を達成する。
（６）  請求項６の電池は、小孔の大きさを、高温時に電池内部で発生するガスの放出性能と電池としての性能とを考慮して決定するようにしたものである。
（７）  請求項７の発明は、シート状の正極と負極がセパレーターを挟んで積層される電池に適用され、電池はリチウムイオン電池であり、帯状の活物質塗布欠落部と小孔を正極のみに設けることにより、上記目的を達成する。
【０００５】
【発明の効果】
（１）  請求項１の発明によれば、正負極に設けた帯状の活物質塗布欠落部が高温時に電池内部で発生したガスの流路となり、発生ガスを速やかに電池外部へ放出することができる。
（２）  請求項２の発明によれば、請求項１の上記効果に加え、発生ガスをより早く電池外部へ放出することができる。
（３）  請求項３の発明によれば、負極に金属リチウムが析出するのを防止することができる。
（４）  請求項４の発明によれば、電池内部で発生するガスの放出性能と電池としての性能とを両立させることができる。
（５）  請求項５の発明によれば、正極に設けた小孔が高温時に電池内部で発生したガスの通路となり、発生ガスを速やかに電池外部へ放出することができる。また、負極に金属リチウムが析出するのを防止することができる。
（６）  請求項６の発明によれば、電池内部で発生するガスの放出性能と電池としての性能とを両立させることができる。
（７）  請求項７の発明によれば、正極に設けた帯状の活物質塗布欠落部と小孔が高温時に電池内部で発生したガスの通路となり、発生ガスを速やかに電池外部へ放出することができる。また、負極に金属リチウムが析出するのを防止することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明をリチウムイオン電池に応用した一実施の形態を説明する。なお、本発明はリチウムイオン電池に限定されず、シート状の正負極およびセパレーターが積層され、且つ高温時にガスを発生するすべての電池に応用することができる。
【０００７】
図１は、一実施の形態のリチウムイオン電池の外観を示す斜視図である。また、図２は、図１に示すリチウムイオン電池の本体を示す斜視図である。
この実施の形態のリチウムイオン電池は、シート状の正負電極がロール状に巻き付けられて電池本体１を形成し、この電池本体１がケース２に収納されている。円筒状のケース２の上面と下面には、一方に正極端子３とガス抜き孔４が設けられ、他方に負極端子５とガス抜き孔６が設けられる。通常、ガス抜き孔４，６にはそれぞれゴム栓４ａ，６ａが取り付けられている。
【０００８】
図３は、電池本体１の正負電極の積層構造を示す図である。
電池本体１は、シート状の正極１１と負極２１がセパレーター３１を挟んで積層され、それらがロール状に巻き付けられている。正極１１は、アルミ箔などの正極集電体１２の両面に、コバルト酸リチウムやマンガン酸リチウムなどの正極活物質１３が塗布されている。一方、負極２１は、銅箔などの負極集電体２２の両面に、カーボンなどの負極活物質２３が塗布されている。また、正負極間には電解液が充填されている。
【０００９】
なお、この実施の形態では、シート状の正負極およびセパレーターを積層してロール状に巻き付けた例を示すが、シート状の正負極およびセパレーターを積層しただけの電池に対しても本発明を応用することができる。
また、本発明は、電池の正極、負極およびセパレーターの材質に限定されるものではない。
【００１０】
この実施の形態の電池本体１は、発生ガスの放出構造を備えている。以下、その構造を説明する。なお、図１〜図３ですでに説明した物と同様な物に対しては同一の符号を付して説明を省略する。
【００１１】
《第１の発生ガス放出構造》
図４は第１の発生ガス放出構造を示し、（ａ）はシート状の正極１１の部分正面図、（ｂ）はシート状の正極１１と負極２１の部分側面図である。
第１の発生ガス放出構造は、正極集電体１２の両面に一様に正極活物質１３を塗布せず、ロール状に巻き付ける方向（図中の矢印方向、以下、巻き付け方向という）とほぼ垂直な方向に正極１１の全幅にわたって、細い帯状の活物質を塗布しない部分（以下、活物質塗布欠落部という）１４を、ある程度の間隔を空けて設ける。
【００１２】
このように活物質塗布欠落部１４を設けた正極１１を、負極２１およびセパレーター３１とともにロール状に巻き付けて電池本体１を形成した場合、活物質塗布欠落部１４が発生ガスの流路となり、高温時に電池内部で発生したガスを速やかに放出することができる。
【００１３】
正極１１および負極２１の幅は電池のエネルギー密度が高いほど広くなり、エネルギー密度が高いほど発生ガス量が多いので、正極１１および負極２１の幅が大きいほど活物質塗布欠落部１４の幅を広くする。しかし、余り広くし過ぎると、逆に電池としての性能が低下してエネルギー密度も小さくなるので、発生ガスの放出性能と電池性能の両面から活物質塗布欠落部１４の最適な幅を選定する。
【００１４】
また、活物質塗布欠落部１４の設置間隔についても、正極１１および負極２１の幅が広くエネルギー密度が高いほど狭くする。しかし、必ずしも等間隔に設置する必要はない。
【００１５】
なお、第１の発生ガス放出構造では、正極１１の表裏の同位置に活物質塗布欠落部１４を設けた例を示したが、表裏の同位置に設ける必要はなく、表面と裏面でそれぞれ異なる位置に活物質塗布欠落部１４を設けてもよい。
【００１６】
また、第１の発生ガス放出構造では、活物質塗布欠落部１４の帯を巻き付け方向とほぼ垂直な方向に設ける例を示したが、図５に示すように斜め方向に活物質塗布欠落部１４Ａを設けてもよい。
【００１７】
さらに、第１の発生ガス放出構造では、正極１１のみに活物質塗布欠落部１４を設けた例を示したが、負極２１にも同様に活物質塗布欠落部１４を設けてもよい。
【００１８】
《第２の発生ガス放出構造》
図６は第２の発生ガス放出構造を示し、（ａ）はシート状の正極１１の部分正面図、（ｂ）はシート状の負極２１の部分正面図、（ｃ）はシート状の正極１１と負極２１の部分側面図である。
第２の発生ガス放出構造は、正極１１の両面に、巻き付け方向とほぼ同じ方向にある程度の間隔を空けて帯状の活物質塗布欠落部１５を設け、負極２１の両面に、巻き付け方向とほぼ垂直な方向に負極２１の全幅にわたってある程度の間隔を空けて帯状の活物質塗布欠落部１６を設ける。したがって、正極１１の活物質塗布欠落部１５と負極２１の活物質塗布欠落部１６はほぼ垂直に交わることになる。
【００１９】
このように正極１１と負極２１の両方に互いにほぼ垂直に活物質塗布欠落部１５，１６を設けることによって、これらの正負極１１，２１とセパレーター３１をロール状に巻き付けて電池本体１を形成した場合、上述した第１の構造よりも発生ガスを早く放出することができる。
【００２０】
なお、活物質塗布欠落部１５，１６の帯幅と設置間隔は、上記第１の構造と同様に発生ガスの放出性能と電池性能の両面から最適な値を選定する。また、活物質塗布欠落部１５，１６の設置間隔は等間隔でなくてもよく、正極１１と負極２１の表裏いずれか一方にのみ活物質塗布欠落部１５，１６を設けてもよい。さらに、正極１１と負極２１の表裏の異なる位置に活物質塗布欠落部１５，１６を設けてもよい。
【００２１】
《第３の発生ガス放出構造》
図７は第３の発生ガス放出構造を示し、（ａ）はシート状の正極１１の部分正面図、（ｂ）はシート状の負極２１の部分正面図、（ｃ）はシート状の正極１１と負極２１の部分側面図である。
第３の発生ガス放出構造は、正極１１と負極２１に小孔１７，１８を設ける。小孔１７，１８の大きさが大きいほどガス放出性能が高くなるが、逆に電池性能が低下するので、ガス放出性能と電池性能の両面から最適な大きさを選定する。
【００２２】
これらの小孔１７，１８の製作方法は、集電体１２，２２に小孔を開けた後で活物質１３，２３を塗布してもよいし、集電体１２，２２に活物質１３，２３を塗布した後で小孔を開けてもよい。前者の場合には、活物質１３，２３を塗布すると小孔１７，１８が塞がってしまうが、高温時に電池内部で発生したガスの圧力によって小孔１７，１８を塞いでいる活物質１３，２３が除かれ、発生ガスの通路ができるので問題はない。
【００２３】
このように正極１１と負極２１に小孔１７，１８を設けることによって、これらの正負極１１，２１とセパレーター３１をロール状に巻き付けて電池本体１を形成した場合、高温時に電池内部で発生したガスを小孔１７，１８を通して放出することができる。
【００２４】
図７には小孔１７，１８をランダムに配置した例を示すが、等間隔に、あるいは縦横に並べて配置してもよい。また、正極１１と負極２１のいずれか一方のみに小孔を設けてもよい。
【００２５】
《第４の発生ガス放出構造》
図８は第４の発生ガス放出構造を示し、（ａ）はシート状の正極１１の部分正面図、（ｂ）はシート状の正極１１と負極２１の部分側面図である。
第４の発生ガス放出構造は、上述した図４に示す第１の構造と図７に示す第３の構造とを組み合わせたものであり、正極１１には活物質塗布欠落部１４と小孔１７が設けられる。なお、活物質塗布欠落部１４と小孔１７の形状および設置条件は、上述した第１および第３の構造と同様である。なお、小孔１７と活物質塗布欠落部１４が重なってもよい。
【００２６】
このように活物質塗布欠落部１４と小孔１７を設けた正極１１を、負極２１およびセパレーター３１とともにロール状に巻き付けて電池本体１を形成した場合、活物質塗布欠落部１４と小孔１７が発生ガスの流路となり、高温時に電池内部で発生したガスを速やかに放出することができる。
【００２７】
《第５の発生ガス放出構造》
図９は第５の発生ガス放出構造を示し、（ａ）はシート状の正極１１の部分正面図、（ｂ）はシート状の負極２１の部分正面図、（ｃ）はシート状の正極１１と負極２１の部分側面図である。
第５の発生ガス放出構造は、上述した図６に示す第２の構造と図７に示す第３の構造とを組み合わせたものであり、正極１１には活物質塗布欠落部１５と小孔１７が設けられ、負極２１には活物質塗布欠落部１６と小孔１８が設けられる。なお、これらの活物質塗布欠落部１５，１６と小孔１７，１８の形状および設置条件は、上述した第２および第３の構造と同様である。
【００２８】
このように活物質塗布欠落部１４，１５と小孔１７，１８を設けた正極１１と負極２１を、セパレーター３１とともにロール状に巻き付けて電池本体１を形成した場合、活物質塗布欠落部１４，１５および小孔１７，１８が発生ガスの流路となり、高温時に電池内部で発生したガスを速やかに放出することができる。
【００２９】
なお、発生ガス放出構造における活物質塗布欠落部と小孔の組み合わせは、上述した第４および第５の構造に限定されず、種々の組み合わせが可能である。
【００３０】
リチウムイオン電池では、正極活物質塗布面に対向する負極面に活物質の塗布が欠落していると、その部分に金属リチウムの析出が発生することがある。このようなリチウムイオン電池特有の現象の発生を避けるために、活物質塗布欠落部あるいは小孔を正極のみに設置し、負極の表裏には一様に活物質を塗布するようにしてもよい。
【００３１】
電池本体１の温度が通常の使用状態における温度よりも高くなると、電池本体１の内部でガスが発生する。この発生ガスは、上述した活物質塗布欠落部１４，１４Ａ，１５，１６および小孔１７，１８を通ってケース２の上下の内部空間に速やかに放出される。ケース２の上下の内部空間におけるガス圧が高くなると、ガス抜き孔４，６のゴム栓４ａ，６ａがガス圧により外れ、発生ガスがケース２の外部に放出される。したがって、高温時に電池本体１の内部でガスが発生しても、発生したガスの圧力で電池本体１が破損するようなことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  一実施の形態のリチウムイオン電池の外観を示す斜視図である。
【図２】  一実施の形態のリチウムイオン電池の本体を示す斜視図である。
【図３】  電池本体の正負電極の積層構造を示す図である。
【図４】  第１の発生ガス放出構造を示す図である。
【図５】  第１の発生ガス放出構造の変形例を示す図である。
【図６】  第２の発生ガス放出構造を示す図である。
【図７】  第３の発生ガス放出構造を示す図である。
【図８】  第４の発生ガス放出構造を示す図である。
【図９】  第５の発生ガス放出構造を示す図である。
【符号の説明】
１  電池本体
２  ケース
３  正極端子
４，６  ガス抜き孔
４ａ，６ａ  ゴム栓
５  負極端子
１１  正極
１２  正極集電体
１３  正極活物質
２１  負極
２２  負極集電体
２３  負極活物質
３１  セパレーター
１４，１４Ａ，１５，１６  活物質塗布欠落部
１７，１８  小孔
【図１】
0003832100.tif 000002
【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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