JP2008277201A - 非水電解質二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】外部衝撃により電池が変形した場合でも、優先的に接触すべき集電体同士が接触し、電池内部の発熱が抑制され、安全性が確保された非水電解質二次電池を提供する。
【解決手段】正極集電体および正極活物質層を含む正極と、負極集電体および負極活物質層を含む負極と、前記正極活物質層および前記負極活物質層の間に配置されてなるセパレータと、正極電位を有する第一の金属箔、負極電位を有する第二の金属箔、ならびに前記正極金属箔および前記負極金属箔の間に配置されてなる絶縁体からなる金属箔積層体と、を含み、前記セパレータの引張強さよりも前記絶縁体の引張強さが小さいことを特徴とする、非水電解質二次電池。
【選択図】図１

Description

本発明は、非水電解質二次電池に関する。

地球環境汚染および地球温暖化の問題に対処するため、電気自動車やハイブリッド自動車への関心が高まっている。これらの動力源の一つとして、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池が広く開発されている。

非水電解質二次電池は、一般に、バインダーを用いて正極活物質等を正極集電体の両面に塗布した正極と、バインダーを用いて負極活物質等を負極集電体の両面に塗布した負極とが、電解質層を介して接続され、電池ケースに収納される構成を有している（例えば、特許文献１を参照）。セパレータは、正極と負極との間に配置され、正極と負極とを絶縁している。

セパレータは、外部衝撃による電池の変形によって破断する場合があり、これにより、正極および負極上の活物質同士が接触する可能性がある。かような接触により、電流が流れ、活物質が発熱する虞れがある。

特許文献２には、巻回構造の電極体における正極の最外周部に活物質含有塗膜を形成せず正極集電体のみの部分を設け、かつ上記巻回構造の電極体における負極の少なくとも最外周部に活物質含有塗膜を形成せず負極集電体のみの部分を設け、上記部分の正極集電体と負極集電体とをセパレータを介して配置したことを特徴とする有機電解液二次電池が開示されている。特許文献２に記載の電池の発熱抑制メカニズムは、釘刺し試験において、釘刺しによってセパレータが破断することによって最外層に位置する正極集電体と負極集電体とが接触し、両集電体間で優先的に電流が流れるため、電池内部に流れる電流が減少し、電池内部の発熱が抑制されるというものであると考えられる。
特開２００３−７３４５号公報 特開平１１−１７６４７８号公報

しかしながら、本発明者らが検討した結果、上記特許文献２の技術は、釘刺し試験という過酷な状況下を想定したものであって、外部衝撃等により電池が変形した際には、電池内部の発熱が抑制されるとは限らないことがわかった。これは、釘刺し試験では、外部から釘を刺すため、必ず最外層集電体間で接触が起き、電池内部の発熱が抑制されているが、外部からの力が加わった際に電池変形が起きた場合には、必ずしも最外層集電体同士で接触するとは限らないことが原因であると推察した。

したがって、本発明は、外部衝撃により電池が変形した場合でも、優先的に接触すべき集電体同士が接触し、電池内部の発熱が抑制され、安全性が確保された非水電解質二次電池を提供することを目的とする。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、正極と導通して正極電位を有する金属箔と、負極と導通して負極電位を有する金属箔との層間に、正負極の層間のセパレータよりも引張強さが小さい絶縁体を挟むことで、電池が変形した際に金属箔同士が優先的に接触し、電池内部の発熱が抑制されることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、正極集電体および正極活物質層を含む正極と、負極集電体および負極活物質層を含む負極と、前記正極活物質層および前記負極活物質層の間に配置されてなるセパレータと、正極電位を有する第一の金属箔、負極電位を有する第二の金属箔、ならびに前記正極金属箔および前記負極金属箔の間に配置されてなる絶縁体からなる金属箔積層体と、を含み、前記セパレータの引張強さよりも前記絶縁体の引張強さが小さいことを特徴とする、非水電解質二次電池である。

本発明の非水電解質二次電池では、外部衝撃による電池内部の発熱を軽減することができるため、安全性に優れる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみには制限されない。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

（非水電解質二次電池）
本発明の第一は、正極集電体および正極活物質層を含む正極と、負極集電体および負極活物質層を含む負極と、前記正極活物質層および前記負極活物質層の間に配置されてなるセパレータと、正極電位を有する第一の金属箔、負極電位を有する第二の金属箔、ならびに前記正極金属箔および前記負極金属箔の間に配置されてなる絶縁体からなる金属箔積層体と、を含み、前記セパレータの引張強さよりも前記絶縁体の引張強さが小さいことを特徴とする、非水電解質二次電池である。本発明において、「正（負）極電位を有する」とは、正（負）極と電気的に接続されることにより正（負）極と同じ電位を持つことを意味する。

図１は、第１実施形態のリチウムイオン二次電池の概要を示す断面図である。

図１に示す第１実施形態のリチウムイオン二次電池１０は、積層型リチウムイオン二次電池であり、実際に充放電反応が進行する電池要素２１を含む。当該電池要素２１は、セパレータ１５、該セパレータ１５の両面に配置された正極活物質層１３および負極活物質層１４を含む。活物質層は、活物質、バインダー、必要に応じてその他の添加剤を含む。各正極活物質層間に接するように、正極集電体１１が配置される。また、各負極活物質層間に接するように、負極集電体１２が配置される。図１においては最外層の負極集電体が、負極電位を有する金属箔１６として機能する。さらに負極電位を有する金属箔１６上に、絶縁体１７が配置され、絶縁体１７上の負極電位を有する金属箔と対向する側に正極電位を有する金属箔１８が配置される。本発明では、負極電位を有する金属箔１６、絶縁体１７および正極電位を有する金属箔１８を金属箔積層体とする。図１では、金属箔積層体は、最外層にそれぞれ配置され、計２つの金属箔積層体が電池内部にある。図１に示す形態において、セパレータ１５は、電解質を保持している。電解質は後述の活物質層の欄で挙げたような従来公知のものを使用することができる。

さらに、正極集電体１１および正極電位を有する金属箔１８、ならびに負極集電体１２および負極電位を有する金属箔１６は、各々正極端子２２、負極端子２３に電気的に接続される。そして、これらの正極端子２２および負極端子２３が外部に導出するように、電池要素２１が、外装材２４内に封止されている。

なお、図１に示すリチウムイオン二次電池１０においては、正極活物質層１３と負極活物質層１４とが同じ大きさであるが、かような形態のみには制限されない。正極活物質層１３と負極活物質層１４との大きさが異なる場合もまた、用いられうる。

第１実施形態においては、電池要素の最外層に金属箔積層体が配置されている。電池要素の最外層は、外部衝撃により電池が変形する際に、最も曲率が大きく、また荷重も大きくなることから、最外層に金属箔積層体が配置されることにより、電池に負荷がかかった際に、最外層の絶縁体が破断し、電池内部での発熱が抑制されるという本発明の効果が最も大きくなる。ただし、本発明は、かような形態に限られることなく、図２に示すように、電池内部に金属箔積層体（負極電位を有する金属箔１６、絶縁体１７、正極電位を有する金属箔１８）を配置してもよい。また、電池の配置の仕方によっては、外部衝撃が入力される方向が限られるので、どちらか一方の最外層に金属箔積層体を配置してもよい。

本発明において、絶縁体１７の引張強さは、セパレータ１５の引張強さよりも小さい。各セパレータ１５が異なる材料からなる場合には、各セパレータのうち、引張強さが最も小さいものよりも絶縁体の引張強さが小さい。このように、絶縁体の引張強さがセパレータの引張強さよりも小さいことで、外部から力が加わって電池が変形した際に、絶縁体がセパレータよりも優先的に破断して、絶縁体を挟む正極電位を有する金属箔１８と負極電位を有する金属箔１６とが接触する。本発明では、電池が変形しても、セパレータは、絶縁体と比較して破断を起こしにくいため、セパレータを挟んで配置される正極活物質と負極活物質とが接触して発熱を引き起こす可能性が低くなる。

絶縁体の引張強さは、本発明の効果がより効果的に得られることから、セパレータの最も小さい引張強さを１００％としたときに、１０〜９０％であることが好ましく、１５〜８５％であることがより好ましく、２０〜８０％であることがさらに好ましい。なお、本発明の引張強さは、ＡＳＴＭ Ｄ８８２の引張試験法によって測定される
以下、本実施形態のリチウムイオン二次電池１０の各構成について、詳細に説明する。

［金属箔］
金属箔積層体に含まれる金属箔は、特に限定されないが、非水電解質二次電池において、集電体として一般的に用いられているものであることが好ましい。具体的には、例えば、アルミニウム箔、ＳＵＳ箔、銅箔、ニッケル箔、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。また、場合によっては、２つ以上の金属箔を張り合わせたものを用いてもよい。

正極電位を有する第一の金属箔は、融点が６６０℃以上である材料からなることが好ましい。融点が６６０℃以上である材料としては、ステンレス、鉄、チタン、ニッケル、銅などが挙げられる。正極集電体としては、アルミニウム箔が用いられることが多いが、アルミニウムよりも高い融点である材料からなる正極電位を有する金属箔を用いることで、外部から力が加わって金属箔同士が接触しても正極電位を有する金属箔の溶断が起こりにくくなる。また、低コスト化や軽量化が実現できることから、正極電位を有する第一の金属箔としてステンレス箔を用いることが好ましい。

負極電位を有する金属箔は、特に限定されるものではないが、銅箔を用いることが好ましい。

金属箔の厚さは、特に限定されないが、機械的強度および積層体厚さの観点から、４〜４００μｍであることが好ましく、６〜２００μｍであることがより好ましい。

［絶縁体］
絶縁体は、特に限定されるものではないが、絶縁体膜であることが好ましい。具体的には、絶縁体膜、微多孔膜絶縁体や不織布絶縁体が挙げられる。絶縁体膜、微多孔膜絶縁体としては、例えば、電解質を吸収保持するポリマーからなる多孔性シートを用いることができる。ポリマーの材質としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ＰＰ／ＰＥ／ＰＰの３層構造をした積層体、ポリイミドなどが挙げられる。

不織布絶縁体としては、例えば、繊維を絡めてシート化したものを用いることができる。また、加熱によって繊維同士を融着することにより得られるスパンボンドなども用いることができる。すなわち、繊維を適当な方法でウェブ（薄綿）状またはマット状に配列させ、適当な接着剤あるいは繊維自身の融着力により接合して作ったシート状のものであればよい。使用する繊維としては、特に制限されるものではなく、例えば、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン、ポリイミド、アラミドなど従来公知のものを用いることができる。

絶縁体膜の空孔率は、特に限定されるものではないが、機械的強度の観点から、０〜９０％であることが好ましく、０〜８０％であることがより好ましい。なお、「空孔率」とは、セパレータの全体積に占める空孔の体積の百分率である。

絶縁体は、絶縁性無機化合物を含むことが好ましい。無機化合物を含む形態とは、上記絶縁体膜内に絶縁性無機化合物を含有する形態；上記絶縁体膜上に絶縁性無機化合物層が配置されてなる形態；が挙げられる。製造が容易であることから、絶縁体膜上に絶縁性無機化合物層が配置されてなる形態であることが好ましい。

絶縁性無機化合物としては、特に限定されるものではないが、セラミックなどが挙げられる。セラミックとしては、例えば、シリカ（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、ジルコニア、マグネシア、チタニア、シリカアルミナ、酸化クロム、酸化ルテニウムなどの酸化物や、窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの窒化物などが挙げられる。これらの絶縁性無機化合物は１種のみが単独で用いられてもよいし、２種以上が併用されてもよい。

絶縁性無機化合物は、粒子形態であることが好ましく、また絶縁体よりも硬い無機化合物であることが好ましい。これは、外部衝撃が加わった際、無機化合物に圧迫されて絶縁体が破断しやすくなり、本発明の効果が得やすくなるためである。硬度が高く、絶縁体が破断しやすくなることから、Ａｌ_２Ｏ_３粒子、ＳｉＯ_２粒子が好適に用いられる。これらの粒子は１種のみが単独で用いられてもよいし、２種以上が併用されてもよい。

絶縁性無機化合物粒子の平均粒子径は、０．０１〜１０μｍであることが好ましく、０．１〜５μｍであることがより好ましい。なお、本明細書中において、「粒子径」とは、粒子の輪郭線上の任意の２点間の距離のうち、最大の距離を意味するものとし、「平均粒子径」の値としては、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などの観察手段を用い、数〜数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。

絶縁体膜上に配置されてなる絶縁性無機化合物層は特に限定されるものではないが、具体的には、絶縁性無機化合物に加えて、好ましくは絶縁性無機化合物同士を結着する樹脂を含む。樹脂を含むことにより、絶縁体膜との間の接着性も向上しうる。樹脂としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）；ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル等のポリオレフィン；ポリイミド；ポリアミドイミド；ユリア樹脂；エポキシ樹脂；ポリウレタン樹脂；ケイ素樹脂；フェノール樹脂；不飽和ポリエステル樹脂などが挙げられる。

絶縁性無機化合物層における樹脂の配合量は特に制限されないが、絶縁性無機化合物層の全量を１００質量％とした場合に、好ましくは１〜８０質量％であり、より好ましくは３〜５０質量％である。樹脂の添加量がこのような範囲内の値であると、結着性や接着性および体積エネルギー密度のバランスに優れる電池が提供されうる。

絶縁性無機化合物層の厚さは、特に限定されるものではないが、電池の変形時に絶縁体膜を適切に破断させるために、２〜１００μｍであることが好ましく、５〜５０μｍであることがより好ましい。

絶縁性無機化合物層の絶縁体膜上への具体的な塗布方法としては、絶縁性無機化合物を含むスラリーを別途調製し、絶縁体膜の少なくとも一方の面（好ましくは両面）に塗布する方法などが挙げられる。

また、絶縁体は、屈曲加工による凹凸構造を有することが好ましい。絶縁体に凹凸が存在することで、絶縁体の凸部が外部からの力により圧迫されて、凹部に局所的な力が伝わり、絶縁体が破断しやすくなるため、本発明の効果が顕著に得られる。屈曲加工の方法は、特に限定されるものではないが、エンボス加工、コルゲート加工などが挙げられる。凹凸の高さは２〜５０μｍであることが好ましく、２〜１０μｍであることがさらに好ましい。凹凸の高さは、絶縁体の垂直方向に最も高い点と、最も低い点との垂直方向の距離をとる。

絶縁体の厚さは、特に限定されるものではないが、破断しやすさおよび絶縁性の観点からは、２〜１００μｍであることが好ましく、５〜５０μｍであることがより好ましい。

絶縁体の引張強さは、通常の使用においては、絶縁体として機能し、電池の変形時に適切に破断するために、１０〜９００ＭＰａであることが好ましく、２０〜４００ＭＰａであることがより好ましい。

［セパレータ］
セパレータは、非水電解質二次電池に通常用いられるセパレータを用いることができ、微多孔膜セパレータおよび不織布セパレータのいずれも利用することができる。

微多孔膜セパレータとしては、例えば、電解質を吸収保持するポリマーからなる多孔性シートを用いることができる。ポリマーの材質としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ＰＰ／ＰＥ／ＰＰの３層構造をした積層体、ポリイミドなどが挙げられる。

不織布セパレータとしては、例えば、繊維を絡めてシート化したものを用いることができる。また、加熱によって繊維同士を融着することにより得られるスパンボンドなども用いることができる。すなわち、繊維を適当な方法でウェブ（薄綿）状またはマット状に配列させ、適当な接着剤あるいは繊維自身の融着力により接合して作ったシート状のものであればよい。使用する繊維としては、特に制限されるものではなく、例えば、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン、ポリイミド、アラミドなど従来公知のものを用いることができる。これらは、使用目的（電解質層に要求される機械強度など）に応じて、単独または混合して用いる。

セパレータの厚さは、特に限定されるものではないが、絶縁性の観点からは、５〜２００μｍであることが好ましく、１０〜１００μｍであることがより好ましい。

また、セパレータの空孔率は、特に限定されるものではないが、リチウムイオン拡散抵抗性の観点から、１０〜９０％であることが好ましく、２０〜８０％であることがより好ましい。

セパレータの透気度は、特に限定されるものではないが、１０〜２０００ｓ／１００ｃｍ^３であることが好ましく、５０〜１０００ｓ／１００ｃｍ^３であることがより好ましい。

セパレータの引張強さは、機械的強度の点から、２０〜１０００ＭＰａであることが好ましく、５０〜５００ＭＰａであることがより好ましい。

［活物質層］
活物質層は、活物質を必須に含む。

正極活物質としては、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＦｅＰＯ_４、ＬｉＣｏ_０．５Ｎｉ_０．５Ｏ_２、ＬｉＮｉ_０．７Ｃｏ_０．２Ｍｎ_０．１Ｏ_２などのリチウム含有遷移金属酸化物；ＭｎＯ_２などのリチウムを含有していない金属酸化物などが挙げられる。場合によっては、２種以上の正極活物質が併用されてもよい。またこの他にも、リチウムを電気化学的に挿入、脱離する物質であれば、制限なく用いることができる。

負極活物質としては、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛系炭素材料などの結晶性炭素材やカーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、ハードカーボン等の非結晶炭素材等の炭素材料；Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２などの酸化物；シリコン、スズ、アルミニウム、亜鉛など、リチウムと金属間化合物をする金属などが上げられる。場合によっては、２種以上の負極活物質が併用されてもよい。またこの他にも、リチウムを電気化学的に挿入、脱離する物質、またはリチウムと合金化して体積が増加する材料であれば、制限なく用いることができる。

活物質の平均粒子径は特に制限されないが、好ましくは０．０１〜１００μｍであり、より好ましくは１〜５０μｍである。

活物質層は、活物質の他、導電助剤、バインダー、電解質等が含まれうる。

バインダーとしては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ＳＢＲ（スチレン−ブタジエンゴム）およびＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）、アクリロニトリル等の高分子材料が挙げられる。

導電助剤とは、正極活物質層または負極活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、気相成長炭素繊維などの炭素材料；金属粉等が挙げられる。活物質層が導電助剤を含むと、活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上に寄与しうる。

電解質としては、液体電解質（電解液）、ポリマー電解質（真性ポリマー電解質、ゲルポリマー電解質など）などが挙げられる。電解液に用いられる電解質塩としては、例えば、ＬｉＢＥＴＩ、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２、ＬｉＮ（ＳＯ_２Ｃ_２Ｆ_５）_２などのリチウム塩が挙げられる。また、溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）などのカーボネート類などが挙げられる。ポリマー電解質は、イオン伝導性ポリマーから構成され、イオン伝導性を示すのであれば材料は限定されない。優れた機械的強度を発現させることが可能である点で、重合性のイオン伝導性ポリマーが、熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合などにより架橋されてなるものが好適に用いられる。ポリマー電解質としては、真性ポリマー電解質、およびゲルポリマー電解質が挙げられる。真性ポリマー電解質としては、特に限定されないが、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、およびこれらの共重合体などが挙げられる。また、ゲルポリマー電解質とは、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）等のイオン伝導性を有する全固体高分子電解質に、通常リチウムイオン電池で用いられる電解液を含んだものであるが、さらに、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等のリチウムイオン伝導性を持たない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものもゲルポリマー電解質に含まれる。

活物質層の厚さは、特に限定されず、電池の使用目的（出力重視、エネルギー重視等）、イオン伝導性などを考慮して決定すべきである。一例を挙げると、各活物質層の厚さは、１〜１５０μｍ程度である。

［集電体］
集電体は、非水電解質二次電池に通常用いられる集電体を用いることができ、具体的にはアルミニウム箔、銅箔、ステンレス（ＳＵＳ）箔など、導電性の材料から構成される。正極の集電体は、アルミニウム箔を用いることが好ましい。また、負極の集電体は銅箔を用いることが好ましい。集電体の一般的な厚さは、１〜２００μｍである。

［電極端子］
電極端子の材質は、特に制限されず、非水電解質二次電池用の電極端子として従来用いられている公知の材質が用いられうる。例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、これらの合金等が例示される。

［外装材］
外装材としては特に制限されず、従来公知の外装材が用いられうる。自動車の熱源による熱、あるいは高負荷による電池の自己発熱による熱を容易に冷却可能な点、および低温始動時に自動車の熱源から効率よく熱を伝え、電池内部を迅速に電池動作温度まで加熱しうる点で、好ましくは、熱伝導性に優れた高分子−金属複合ラミネートシート等が用いられうる。また、ラミネート内部を大気圧よりも減圧下におくことで、前記電池要素間あるいは電池要素−電極端子間の接触を大気圧により行うことが可能になり、さらに接触抵抗を下げることが可能になる。

本実施形態の非水電解質二次電池は、特別な手法を用いることなく、従来公知の知見を適宜参照することにより製造可能である。

本発明の非水電解質二次電池としては、非水電解質を用いる電池であれば、特に制限されるものではないが、実用性の観点から、リチウムイオン二次電池であることが好ましい。

本発明の非水電解質二次電池は、構造や接続形態等、特に制限されるものではなく、従来公知の形態を用いることができる。例えば、電池の構造としては、積層型（扁平型）電池、捲回型（円筒型）電池など、が挙げられる。好ましい構造は、電極構造を容易に変更でき、生産性が向上することから積層型電池である。また、電池内の電気的な接続形態（電極構造）としては、内部直列接続（双極型）、内部並列接続が挙げられる。参考までに、内部直列接続（双極型）の実施形態を図３に示す。図３の実施形態の双極型電池においては、最外層集電体以外の集電体の片面に正極活物質層、対面に負極活物質層が塗布される。すなわち、最外層集電体以外の集電体は、正極集電体および負極集電体双方の役割を果たす。一方、最外層正極集電体１１は、正極電位を有する金属箔１８の役割も果たし、また、最外層負極集電体１２は、負極電位を有する金属箔１６の役割も果たす。

（組電池）
本発明の第二は、本発明の第一の非水電解質二次電池を複数個、並列および／または直列に接続して、構成される組電池である。

組電池は、例えば、各双極型電池の正極タブおよび負極タブがバスバーを用いて接続されることにより、各双極型電池を接続し、さらに、組電池の一の側面には、組電池全体の電極として、電極ターミナルを設けることによって作製される。

組電池を構成する複数個の非水電解質二次電池を接続する際の接続方法は特に制限されず、従来公知の手法が適宜採用されうる。例えば、超音波溶接、スポット溶接などの溶接を用いる手法や、リベット、カシメなどを用いて固定する手法が採用されうる。かような接続方法によれば、組電池の長期信頼性が向上しうる。

本発明の組電池によれば、第一の非水電解質二次電池を用いて組電池化することで、容量特性が充分に確保されつつ、高出力条件下においても充分な出力を発揮しうる組電池が提供されうる。

なお、組電池を構成する非水電解質二次電池の接続は、複数個全て並列に接続してもよく、また、複数個全て直列に接続してもよく、さらに、直列接続と並列接続とを組み合わせてもよい。

（車両）
本発明の第三は、本発明の第一の非水電解質二次電池、または本発明の第二の組電池をモータ駆動用電源として搭載する車両である。本発明の第一の非水電解質二次電池、または本発明の第二の組電池は、安全性に優れるため、車両用途に適している。非水電解質二次電池または組電池をモータ用電源として用いる車両としては、例えば、ガソリンを用いない完全電気自動車、シリーズハイブリッド自動車やパラレルハイブリッド自動車などのハイブリッド自動車、および燃料電池自動車などの、車輪をモータによって駆動する自動車、さらには電車が挙げられる。

参考までに、図４に、組電池１００を搭載する自動車２００の概略図を示す。

以上のように、本発明の幾つかの好適な実施形態について示したが、本発明は、以上の実施形態に限られるものではなく、当業者によって種々の変更、省略、および追加が可能である。

本発明の効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。

（実施例１）
１．正極作製
正極活物質として、平均粒子径５μｍのＬｉＭｎ_２Ｏ_４ ８５質量％、導電助剤として、平均粒子径０．１μｍのアセチレンブラック ５質量％、およびバインダーとして、ＰＶｄＦ １０質量％を混合し、前記混合物１００質量％に対してスラリー粘度調整溶媒であるＮＭＰを適量加えて十分に撹拌して正極スラリーを調製した。

Ａｌ集電体（２０μｍ）の両面に正極スラリーを片面で２７ｍｇ／ｃｍ^２塗布し、乾燥後プレスすることで正極を得た。正極の電極塗布面積は、１００ｍｍ×１００ｍｍとした。また、正極活物質層の厚さは、１１８μｍであった。

２.負極作製
負極活物質として、平均粒子径５μｍのハードカーボン ９０質量％、バインダーとして、ＰＶｄＦ １０質量％を混合し、前記混合物１００質量％に対して、スラリー粘度調整溶媒であるＮＭＰを適量加えて十分に撹拌して負極スラリーを調製した。

Ｃｕ集電体（１０μｍ）の両面に負極スラリーを片面で７ｍｇ／ｃｍ^２塗布し、塗布し、乾燥後プレスすることで負極を得た。負極の電極塗布面積は、１０２ｍｍ×１０２ｍｍとした。また、負極活物質層の厚さは、７０μｍであった。

３．電極積層体の作製
厚さ２５μｍ、空孔率６０％、透気度９０ｓ／１００ｃｍ^３、引張強さ６００ｋｇ／ｃｍ^２（５８．８ＭＰａ）のＰＥ製微多孔膜をセパレータＡ（１１０ｍｍ×１１０ｍｍ）として用いた。なお、引張強さは、縦１ｃｍ×横１０ｃｍの試験片をセパレータから切り出し、引張強さ試験機（島津オートグラフ ＡＧ−Ａ）を用いて、ＡＳＴＭ Ｄ８８２に準拠してチャック間距離５０ｍｍ、引張速度２００ｍｍ／ｍｉｎの条件下で測定した。

正極と、負極とをセパレータＡを介して交互に積層した（正極１０枚、負極９枚）。さらに、セパレータＡを介して積層体の最外層に活物質層を片面塗布した負極２枚を積層して電極積層体を得た。

４．金属箔積層体の作製
厚さ１６μｍ、空孔率６０％、透気度６０ｓ／１００ｃｍ^３、引張強さ４００ｋｇ／ｃｍ^２（３９．２ＭＰａ）のＰＥ製微多孔膜を絶縁体Ｂ（１１０ｍｍ×１１０ｍｍ）として用いた。３．で得られた電極積層体の最外層負極集電体を負極電位を有する金属箔とし、負極電位を有する負極金属箔上に、絶縁体Ｂを、さらに絶縁体Ｂ上に正極集電体に用いたものと同じＡｌ箔を正極電位を有する金属箔として積層した。

（実施例２）
厚さ２０μｍ、空孔率６０％、透気度８０ｓ／１００ｃｍ^３、引張強さ５００ｋｇ／ｃｍ^２（４９．０ＭＰａ）のＰＥ製微多孔膜の上に平均粒子径１μｍのＡｌ_２Ｏ_３（９０質量部）およびバインダーであるＰＶｄＦ（１０質量部）を混合したものを積層体の外層方向の片面に塗布し（厚さ５μｍ）、これを絶縁体Ｂ（１１０ｍｍ×１１０ｍｍ、引張強さ５１．０ＭＰａ）として用いたこと以外は、実施例１と同様に行った。

（実施例３）
セパレータＡを深さが２μｍの凹凸のついたエンボス加工されたローラーに通したものを絶縁体Ｂ（１１０ｍｍ×１１０ｍｍ、引張強さ４７．１ＭＰａ）として用いたこと以外は、実施例１と同様に行った。

（比較例１）
セパレータＡを（１１０ｍｍ×１１０ｍｍ）絶縁体Ｂとして用いたこと以外は、実施例１と同様に行った。

（評価例１）
上記で作製したそれぞれの積層体をロールプレス機に通して絶縁検査を実施した。ロール間のクリアランスを電極積層体の半分の厚さに設定し、その積層体をローラーの間に通した後に、２５０Ｖのメガオームテスターで絶縁検査を実施した。結果を表１に示す。

上記の結果から、外部から加わった力によって実施例１〜３は絶縁体が破断し、絶縁性がなくなった。一方、比較例１では、外部から加わった力によっても絶縁体が破断せず、絶縁性が維持されていた。

第１実施形態のリチウムイオン二次電池を示す断面図である。 第１実施形態のリチウムイオン二次電池を示す断面図である。 第１実施形態の変形例である双極型リチウムイオン二次電池を示す断面図である。 組電池を搭載する自動車の概略図を示す。

符号の説明

１０ リチウムイオン二次電池、
１１ 正極集電体、
１２ 負極集電体、
１３ 正極活物質層、
１４ 負極活物質層、
１５ セパレータ、
１６ 負極電位を有する金属箔、
１７ 絶縁体
１８ 正極電位を有する金属箔、
１９ シール部、
２１ 電池要素、
２２ 正極端子、
２３ 負極端子、
２４ 外装材、
３０ 双極型リチウムイオン二次電池、
１００ 組電池、
２００ 自動車。

Claims (10)

1. 正極集電体および正極活物質層を含む正極と、
   負極集電体および負極活物質層を含む負極と、
   前記正極活物質層および前記負極活物質層の間に配置されてなるセパレータと、
   正極電位を有する第一の金属箔、負極電位を有する第二の金属箔、ならびに前記正極金属箔および前記負極金属箔の間に配置されてなる絶縁体からなる金属箔積層体と、
   を含み、
   前記セパレータの引張強さよりも前記絶縁体の引張強さが小さいことを特徴とする、非水電解質二次電池。
2. 前記金属箔積層体は、電池要素の最外層に配置されてなる、請求項１に記載の非水電解質二次電池。
3. 前記正極電位を有する正極金属箔は、融点が６６０℃以上である材料からなる、請求項１または２に記載の非水電解質二次電池。
4. 前記正極電位を有する正極金属箔は、ステンレスからなる、請求項３に記載の非水電解質二次電池。
5. 前記絶縁体は、絶縁性無機化合物を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池。
6. 前記絶縁性無機化合物は、セラミックである、請求項５に記載の非水電解質二次電池。
7. 前記絶縁体は、屈曲加工による凹凸構造を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池。
8. 積層型電池である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池を用いた組電池。
10. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池、または請求項９に記載の組電池をモータ駆動用電源として搭載した車両。

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