JP2009064767A - 組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電池の間で短絡が発生した場合においても、短絡電流の流れを遮断可能な電池を提供する。
【解決手段】第１集電体に正極活物質層１２または負極活物質層１５の一方が形成されてなる第１電極と、第２集電体に正極活物質層または負極活物質層の他方が形成されてなる第２電極と、第１電極と第２電極との間に位置する電解質層１３とからなる単電池層を含む発電要素と、発電要素を封入する外装材とを有する電池１０ａ、１０ｂにおいて、少なくとも２つの電池に外部から導電体３０が貫通し、導電体を介して２つの電池間に短絡回路が形成された場合に、短絡回路を流れる電流によって発生する熱によって電池の温度が所定値に達する前に、第１集電体および第２集電体の短絡部位が融解して前記短絡回路が遮断されるような厚さで第１集電体および第２集電体を形成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、正極と負極とが交互に積層されてなる電池およびこれを用いた組電池に関する。

近年、大気汚染や地球温暖化に対処するため、二酸化炭素量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車（以下、ＥＶともいう）やハイブリッド電気自動車（以下、ＨＥＶともいう）の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が盛んに行われている。

モータ駆動用二次電池としては、非水電解質電池（非水系溶媒型二次電池とも称される）、中でも全ての電池の中で最も高い理論エネルギーを有するリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。

かかるリチウムイオン二次電池は、一般に、バインダ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てなる積層体（発電要素）を有する。また、外部へ電力を取り出す目的で、発電要素には電極端子（正極端子および負極端子）が電気的に接続されている。発電要素はさらに、アルミニウム等の軽量金属からなる箔の両面に樹脂シートが積層されてなる金属−樹脂ラミネートシート中に、電極端子が外部に導出するように収容されるのが一般的である。

リチウムイオン二次電池の集電体として、例えば、正極集電体にはアルミニウムなどの金属箔が用いられ、負極集電体には銅などの金属箔が用いられるのが一般的である。

そして、これらの箔を集電体として用いて正極および負極電極を製造する際には、電極活物質やバインダ等を溶媒に分散させたスラリーを当該集電箔の表面に塗布し、乾燥させた後、ロールプレス等の手法を用いてプレス処理を施す。これにより、平坦でかつ所望の厚さの活物質層が、金属箔の表面に形成される。

リチウムイオン二次電池においては、内部短絡が発生した場合においても、その短絡部位に流れる短絡電流によりアルミニウム薄膜が発熱し、飛散することによって短絡部位の絶縁を回復させ、電池の温度上昇を防止するようにした先行技術がある（特許文献１）。
特開２００３−２４３０３８号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている電池であっても、これを複数電気的に直列に接続して組電池を構成した場合に、複数の電池の間で短絡が発生すると、正極の短絡部位において絶縁が回復しても依然として短絡電流の流れは消失せず、これに伴って電池の温度が上昇し、やはり電池機能が停止する可能性があることを本発明者らは研究の過程で見出した。

そこで、本発明は、上述のような問題点に鑑みてなされたものであり、複数の電池の間で短絡が発生した場合においても、短絡電流の流れを遮断可能な電池を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意研究を行った。その結果、少なくとも２つの電池に対して外部から導電体が貫通し、２つの電池間に短絡回路が形成された場合に、短絡回路を流れる電流によって発生する熱によって電池の温度が所定値に達する前に集電体の短絡部位が融解して短絡回路が遮断されるような厚さで電池を構成する集電体を形成することで、上記課題が解決されうることを見出し、本発明を完成させるに至った。

より詳細には、本発明の電池は、発電要素と外装材とを有する。発電要素は、第１電極と第２電極と電解質層とからなる単電池層を含む。第１電極は、第１集電体に正極活物質層または負極活物質層の一方が形成されてなる。第２電極は、第２集電体に正極活物質層または負極活物質層の他方が形成されてなる。電解質層は、第１電極と第２電極との間に位置する。そして、本発明の電池は、少なくとも２つの電池に外部から導電体が貫通し、この導電体を介して２つの電池間に短絡回路が形成された場合に、短絡回路を流れる電流によって発生する熱によって電池の温度が所定値に達する前に、上述した第１集電体および第２集電体の短絡部位が融解して短絡回路が遮断されるような厚さで第１集電体および第２集電体が形成されてなる点に特徴を有する。

本発明によれば、複数の電池の間で短絡が発生した場合においても、短絡電流の流れが遮断されうる。その結果、電池の温度上昇が抑えられ、電池機能が維持されうる。

まず、本発明の電池の好ましい実施形態を説明するが、以下の実施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。

本発明の電池の種類は、特に制限されないが、例えば、非水電解質電池である。また、非水電解質電池の構造・形態で区別した場合には、積層型（扁平型）電池、巻回型（円筒型）電池など特に制限されず、従来公知のいずれの構造にも適用されうる。

同様に非水電解質電池の電解質の形態で区別した場合にも、特に制限はない。例えば、非水電解液をセパレータに含浸させた液体電解質型電池、ポリマー電池とも称される高分子ゲル電解質型電池および固体高分子電解質（全固体電解質）型電池のいずれにも適用されうる。高分子ゲル電解質および固体高分子電解質に関しては、これらを単独で使用することもできるし、これら高分子ゲル電解質や固体高分子電解質をセパレータに含浸させて使用することもできる。

また、本発明の電池は、一次電池および二次電池のいずれであってもよい。さらに、電池の電極材料ないし電極間を移動する金属イオンで見た場合にも、特に制限されず、公知のいずれの電極材料等にも適用されうる。例えば、リチウムイオン二次電池、ナトリウムイオン二次電池、カリウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、ニッケルカドミウム二次電池、ニッケル水素電池などが挙げられ、好ましくは、リチウムイオン二次電池である。これは、リチウムイオン二次電池では、セル（単電池層）の電圧が大きく、高エネルギー密度、高出力密度が達成でき、車両の駆動電源用や補助電源用として優れているためである。

したがって、以下の説明では、代表的な実施形態として本発明の電池がリチウムイオン二次電池である場合を例に挙げて説明するが、本発明の技術的範囲は下記の形態のみに制限されない。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の電池の代表的な一実施形態である、積層型の非双極型リチウムイオン二次電池（以下、単に「リチウムイオン電池」とも称する）の全体構造を模式的に表した断面概略図である。

図１に示すように、本実施形態のリチウムイオン電池１０では、電池外装材２２に高分子−金属を複合したラミネートフィルムを用いて、その周辺部の全部を熱融着にて接合する。かようにして発電要素１７を収納し密封した構成を有する。発電要素１７の具体的な構成要素は以下の通りである。

発電要素１７は、正極集電体１１の両面に正極活物質層１２が形成されてなる正極と、電解質層１３と、負極集電体１４の両面に負極活物質層１５が形成されてなる負極とからなる単電池層１６が複数積層された構成を有する。この際、一の正極の片面の正極活物質層１２と前記一の正極に隣接する一の負極の片面の負極活物質層１５とが、電解質層１３を介して向き合うように、正極、電解質層１３、負極がこの順に積層されている。なお、単電池層１６の積層数に特に制限はなく、例えば、好ましくは５〜４０層、より好ましくは１０〜３０層である。

上述した構成とすることにより、隣接する正極集電体１１、正極活物質層１２、電解質層１３、負極活物質層１５および負極集電体１４は、一つの単電池層１６を構成する。従って、本実施形態のリチウムイオン電池１０は、単電池層１６が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。なお、発電要素１７の両最外層に位置する最外層負極集電体１４ａには、いずれも片面のみに負極活物質層１５が形成されている。

また、上記の各電極（正極および負極）と導通される正極タブ１８および負極タブ１９が、正極端子リード２０および負極端子リード２１を介して各電極の正極集電体１１および負極集電体１４に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられている。これにより正極タブ１８および負極タブ１９は、上記ラミネートフィルムの周辺部の熱融着にて接合された部位より上記の電池外装材２２の外部に露出される構造を有している（図２も参照のこと）。

［集電体］
集電体は導電性材料から構成され、その両面に活物質層が形成されて電池の電極となり、最終的には電池を構成する。本発明において、集電体は、それぞれの層の表面に極性（正極・負極）の同じ活物質層が形成された電池に用いられうる。ただし、複数の単電池層が積層されてなる発電要素を有する電池において最外層に位置する電極は電池反応に関与しないため、最外層に位置する集電体においては、発電要素の内側のみに活物質層が存在すればよい。

また、集電体の大きさは、電池の使用用途に応じて決定される。例えば、高エネルギー密度が要求される大型の電池に用いられるのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。

本発明の電池は、集電体（１１、１４）が所定の厚さで形成されている点に特徴を有する。すなわち、本発明の電池において、集電体（１１、１４）は、正極および負極の双方において、従来の技術よりも比較的薄いのである。特に、好ましい形態においては、負極集電体１４が、従来の技術よりも極めて薄く構成される。かような構成とすることで、少なくとも２つの電池に外部から導電体が貫通し、前記導電体を介して２つの電池間に短絡回路が形成された場合に、後述するような優れた効果が得られる。

正極集電体１１および負極集電体１４を構成する材料に特に制限はない。例えば、金属や導電性高分子が採用されうる。具体的には、例えば、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、銅などの金属材料が挙げられる。これらのほか、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。なかでも、電子伝導性、電池作動電位という観点からは、アルミニウム、銅が好ましい。

好ましい形態においては、正極集電体１１および負極集電体１４を構成するそれぞれの金属材料の融解温度（融点）が異なる場合には、融解温度が低い方（第１集電体とする）の厚さを、他方の厚さよりも厚くする。かような構成とすることで、後述するように本発明の作用効果がより一層発揮されうる。より好ましくは、第１集電体を正極集電体１１とし、第２集電体を負極集電体１４とするとよい。すなわち、正極集電体１１を比較的融解温度の低い材料（例えば、アルミニウムなど）から構成し、負極集電体１４を比較的融解温度の高い材料（例えば、銅など）から構成するとよい。

正極集電体１１および負極集電体１４の具体的な厚さについて特に制限はない。正極集電体１１の厚さは、好ましくは１〜２６μｍであり、より好ましくは１〜２０μｍである。また、負極集電体１４の厚さは、好ましくは１〜９μｍである。さらに、本発明の作用効果を十分に得るという観点からは、集電体がアルミニウムから構成される場合の厚さは好ましくは２６μｍ以下であり、より好ましくは２０μｍ以下であり、さらに好ましくは１５μｍ以下であり、さらにより好ましくは１０μｍ以下であり、特に好ましくは６μｍ以下であり、最も好ましくは４μｍ以下である。集電体がアルミニウムから構成される場合、当該集電体は正極集電体１１であることが好ましい。また、集電体が銅から構成される場合の厚さは好ましくは９μｍ以下であり、より好ましくは６μｍ以下であり、さらに好ましくは４μｍ以下であり、特に好ましくは３μｍ以下であり、最も好ましくは２μｍ以下である。集電体が銅から構成される場合、当該集電体は負極集電体１４であることが好ましい。

本発明の一実施形態によれば、正極集電体１１および負極集電体１４の厚さを上述した範囲内の値とすることにより、本発明の作用効果を十分に得ることが可能となる。すなわち、後に図４を参照しつつ説明するように、少なくとも２つの電池に外部から導電体が貫通した場合に特有の短絡現象を、素早く（電池の温度が所定値に達する前に）解消することが可能となる。集電体の厚さの下限値について特に制限はない。電極製造時の集電体の破損を防止して生産性を向上させるという観点からは、集電体がアルミニウムから構成される場合の下限値は好ましくは６μｍ以上であり、集電体が銅から構成される場合の下限値は好ましくは４μｍ以上である。ただし、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、上述したような具体的な形態のみに制限されることはない。

［正極（正極活物質層）及び負極（負極活物質層）］
活物質層１２、１５は活物質を含み、必要に応じてその他の添加剤をさらに含む。

正極活物質層１２は、正極活物質を含む。正極活物質としては、例えば、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、Ｌｉ（Ｎｉ−Ｃｏ−Ｍｎ）Ｏ_２およびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの等のリチウム−遷移金属複合酸化物、リチウム−遷移金属リン酸化合物、リチウム−遷移金属硫酸化合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。好ましくは、リチウム−遷移金属複合酸化物が、正極活物質として用いられる。なお、上記以外の正極活物質が用いられてもよいことは勿論である。

負極活物質層１５は、負極活物質を含む。負極活物質としては、例えば、グラファイト、ソフトカーボン、ハードカーボン等の炭素材料、リチウム−遷移金属複合酸化物（例えば、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２）、金属材料、リチウム−金属合金材料などが挙げられる。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。好ましくは、炭素材料またはリチウム−遷移金属複合酸化物が、負極活物質として用いられる。なお、上記以外の負極活物質が用いられてもよいことは勿論である。

各活物質層１２、１５に含まれるそれぞれの活物質の平均粒子径は特に制限されないが、高出力化の観点からは、好ましくは１〜２０μｍであり、より好ましくは１〜５μｍである。ただし、この範囲を外れる形態が採用されても、勿論よい。なお、本明細書中において、「粒子径」とは、活物質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Ｌを意味する。「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。

正極活物質層１２および負極活物質層１５に含まれうる添加剤としては、例えば、バインダ、導電助剤、電解質塩（リチウム塩）、イオン伝導性ポリマー等が挙げられる。

バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、合成ゴム系バインダ等が挙げられる。

導電助剤とは、正極活物質層１２または負極活物質層１５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が挙げられる。活物質層（１３、１５）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。

電解質塩（リチウム塩）としては、Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ）、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３等が挙げられる。

イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）系およびポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）系のポリマーが挙げられる。

正極活物質層１２および負極活物質層１５中に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、非水溶媒二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。

各活物質層１２、１５の厚さについても特に制限はなく、電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。一例を挙げると、各活物質層（１２、１５）の厚さは、２〜１００μｍ程度である。

［電解質層］
電解質層１３を構成する電解質としては、液体電解質またはポリマー電解質が用いられうる。

液体電解質は、可塑剤である有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。可塑剤として用いられうる有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）やプロピレンカーボネート（ＰＣ）等のカーボネート類が例示される。また、支持塩（リチウム塩）としては、ＬｉＢＥＴＩ等の電極の活物質層に添加されうる化合物が同様に採用されうる。

一方、ポリマー電解質は、電解液を含むゲル電解質と、電解液を含まない真性ポリマー電解質に分類される。

ゲル電解質は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマーに、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。マトリックスポリマーとして用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、例えば、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等が挙げられる。かようなポリアルキレンオキシド系ポリマーには、リチウム塩などの電解質塩がよく溶解しうる。

なお、電解質層が液体電解質やゲル電解質から構成される場合には、電解質層にセパレータを用いてもよい。セパレータの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンからなる微多孔膜が挙げられる。

真性ポリマー電解質は、上記のマトリックスポリマーに支持塩（リチウム塩）が溶解してなる構成を有し、可塑剤である有機溶媒を含まない。したがって、電解質層が真性ポリマー電解質から構成される場合には電池からの液漏れの心配がなく、電池の信頼性が向上しうる。

ゲル電解質や真性ポリマー電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー（例えば、ＰＥＯやＰＰＯ）に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合等の重合処理を施せばよい。

［タブ（正極タブおよび負極タブ）］
電池外部に電流を取り出す目的で、各集電体に電気的に接続されたタブ（正極タブ１８および負極タブ１９）が電池外装材の外部に取り出されている。具体的には、図１に示すように各正極集電体１１に電気的に接続された正極タブ１８と各負極集電体１４に電気的に接続された負極タブ１９とが、電池外装材２２であるラミネートシートの外部に取り出される。

タブ（正極タブ１８および負極タブ１９）を構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン電池用のタブとして従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。タブの構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、これらの合金等の金属材料が好ましく、より好ましくは軽量、耐食性、高導電性の観点からアルミニウム、銅などが好ましい。なお、正極タブ１８と負極タブ１９とでは、同一の材質が用いられてもよいし、異なる材質が用いられてもよい。また、各集電体１１、１４を延長することにより正極タブ１８および負極タブ１９としてもよいし、別途準備した正極タブ１８および負極タブ１９を各集電体１１、１４に接続してもよい。

［正極および負極端子リード］
正極端子リード２０および負極端子リード２１に関しても、必要に応じて使用する。例えば、各集電体１１、１４から出力電極端子となる正極タブ１８および負極タブ１９を直接取り出す場合には、正極端子リード２０および負極端子リード２１は用いなくてもよい。

正極端子リード２０および負極端子リード２１の材料は、公知のリチウムイオン電池で用いられる端子リードを用いることができる。なお、電池外装材２２から取り出された部分は、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品（例えば、自動車部品、特に電子機器等）に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆するのが好ましい。

［電池外装材］
電池外装材２２としては、公知の金属缶ケースを用いることができほか、発電要素（電池要素）を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた袋状のケースが用いられうる。該ラミネートフィルムには、例えば、ＰＰ、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる３層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。本発明では、高出力化や冷却性能に優れ、ＥＶ、ＨＥＶ用の大型機器用電池に好適に利用することができるラミネートフィルムが望ましい。

［リチウムイオン電池の外観構成］
図２は、本発明の電池の代表的な実施形態である積層型の扁平な（非双極型の）リチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。

図２に示すように、積層型の扁平なリチウムイオン二次電池５０では、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極タブ５８、負極タブ５９が引き出されている。発電要素（電池要素）５７は、リチウムイオン二次電池５０の電池外装材５２によって包まれる。その周囲は熱融着されており、発電要素５７は、正極タブ５８及び負極タブ５９を外部に引き出した状態で密封されている。ここで、発電要素５７は、先に説明した図１に示すリチウムイオン二次電池１０の発電要素１７に相当するものである。正極活物質層１２、電解質層１３および負極活物質層１５で構成される単電池層（単セル）１６が複数積層されたものである。

なお、本発明の電池は、図１や図２に示すような積層型の扁平な形状のものに制限されるものではなく、巻回型のリチウムイオン電池では、円筒型形状、角型形状のものであってもよい。こうした円筒型形状のものを変形させて、長方形状の扁平な形状にしたようなものであってもよい。上記円筒型や角型の形状のものでは、その外装材に、ラミネートフィルムを用いてもよいし、従来の円筒缶（金属缶）を用いてもよいなど、特に制限されるものではない。

また、図２に示すタブ５８、５９の取り出しに関しても、特に制限されるものではなく、正極タブ５８と負極タブ５９とを同じ辺から引き出すようにしてもよい。正極タブ５８と負極タブ５９をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出しようにしてもよいなど、図２に示すものに制限されるものではない。また、巻回型のリチウムイオン電池では、タブに変えて、例えば、円筒缶（金属缶）を利用して端子を形成すればよい。

［組電池］
本実施形態の電池は、複数電気的に接続されて組電池とされてもよい。

図３は、本実施形態の電池から構成される組電池の代表的な実施形態の外観図であって、図３Ａは組電池の平面図であり、図３Ｂは組電池の正面図であり、図３Ｃは組電池の側面図である。

図３に示すように、組電池３００は、第１実施形態のリチウムイオン電池が複数、直列および並列に接続されて装脱着可能な組電池２５０が形成されている。そして、この組電池２５０をさらに複数、直列および並列に接続している。これにより、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した組電池３００を形成することもできる。

作成した装脱着可能な組電池２５０は、バスバーのような電気的な接続手段を用いて相互に接続し、この組電池２５０は接続治具３１０を用いて複数段積層される。何個の電池を接続して組電池２５０を作成するか、また、何段の組電池２５０を積層して組電池３００を作製するかは、搭載される車両（電気自動車など）の電池容量や出力に応じて決めればよい。

本発明者らは、前述した従来技術における課題を解決し、更にＥＶ、ＨＥＶ等の大型機器用電池にも適用し得る技術を開発すべく、鋭意研究を行った。その過程で、複数の電池に亘って短絡が発生した場合には、短絡電流が流れ続ける場合があることを見出した。以下、詳細に説明する。

図４は、２つの電池を直列に接続した場合において、これら２つの電池に外部から導電体が貫通し、この導電体を介して２つの電池間に短絡回路が形成された場合の例として、これら２つの電池を連通して短絡を発生させて試験を行った際の状況を模式的に示す断面概略図である。

図４を参照すると、２個のリチウムイオン電池（１０ａ、１０ｂ）が、電気的に直列に接続されてなる組電池４０に、導電性部材３０が貫通している。

ここで、他の電池と無関係な個々の電池における短絡の発生を考えると、従来は正極集電体または負極集電体の少なくとも一方が発熱によって融解により焼切れて飛散すれば、短絡現象が解消するものと考えられていた。しかしながら、図４に示す通り、一方の集電体１１または１４が融解により焼切れたとしても（図４では正極集電箔１１が焼切れた場合を図示する）、直列に接続された２つの電池４０においては、各電池（１０ａ、１０ｂ）間での短絡が生じ、電流の流れが遮断できない虞がある。本発明者らは、上記知見を初めて見出し、直列に接続された複数の電池間で短絡が発生した際に電流の流れを遮断しうる手段を提供することができたのである。

例えば、２つの電池（１０ａ、１０ｂ）を連通するように導電性部材３０が貫通した場合を考えると、従来技術でも導電性部材３０に接する正極集電体１１を融解させて短絡部位に電流を流さない導通破断部２７を形成することができる。これにより、個々の電池（１０ａ、１０ｂ）内部で発生した短絡回路（電流の流れ）については遮断することができる（図４中の×印は導通破断部＝電流の流れの遮断箇所を示す）。

一方、２つの電池が電気的に直列に接続された状態（図４に示す４０の状態）では、従来想到し得なかったことであるが、電池（１０ａ、１０ｂ）間の連結端子２５を通じて、複数の電池（１０ａ、１０ｂ）の融解していない負極集電体１４同士の間で新たな短絡回路が形成される。これにより、電池間の連結端子２５、および導電性部材３０を通って短絡電流Ｉが流れ続けてしまう（図４に示す短絡電流Ｉおよびイオンの流れを示す矢印を参照）。その結果、当該短絡の継続に起因して電池性能が損なわれることがあるのである。これに対し、本発明によれば、上述したように集電体の厚さを比較的薄く設定することで、正極集電体１１および負極集電体１４双方の導電性部材３０に接する部位（短絡部位）が、短絡電流に起因して発生した熱によって融解し、最終的には焼切れる。その結果、導電性部材３０を介した短絡電流の流れを遮断することができる。ここで、従来知られていなかった電池間での短絡が集電体の厚さを薄くすることで遮断されうるのは以下のメカニズムによるものと推定される。すなわち、集電体の厚さが薄くなったことで集電体の熱容量が減少し、短絡電流由来の熱量が一定の場合の集電体の温度上昇が大きくなる結果、集電体が融解し易くなったものと考えられる。ただし、かようなメカニズムには限定されない。

なお、一般的な電池では、規格容量に対し一定容量のマージンを持たせた設計がなされている。そのため、短絡部位の周囲が融解により焼切れても、電池全体の反応面積に占める、当該短絡部位およびその周辺の融解により反応に寄与しなくなる面積は比較的小さく、当該マージンの範囲内で補うことができる。その結果、その後、充放電使用に支障なく利用できる。

以上、本発明の作用効果を得るための具体的な実施形態を例示したが、かような形態のみには制限されず、種々の変形も勿論可能である。変形させようとする場合には、例えば、本発明の作用効果が得られる集電体の厚さが変動しうるが、アルミニウムや銅について上述したように集電体の厚さをある程度薄くすることによって、同様の作用効果を得ることが可能である。他の材料を用いて集電体を構成する場合に、本発明の作用効果が得られる集電体の厚さの上限値を得るに当たっては、以下の指針を参考にすればよい。

すなわち、短絡によって集電体が融解により焼切れて短絡回路の遮断に寄与するか否かは、短絡によって短絡部位に流れる電流によって当該短絡部位で発生した熱の量（発熱量Ｑ）と、集電体を融解させるために必要な熱量（融解熱量Ｃ）との大小関係によって決定される。換言すれば、ＱがＣを上回る（Ｑ＞Ｃ）と、集電体の短絡部位が融解して焼切れる。

ここで発熱量Ｑ［Ｊ］は、短絡部位の電気抵抗値（Ｒｎ［Ω］）に比例し、短絡電流値（Ｉ［Ａ］）の２乗に比例する。そして、Ｒｎは、集電体の構成材料の比抵抗率（λ［Ω・ｃｍ］）に比例し、集電体の体積に反比例する。

一方、集電体の融解熱量Ｃ［Ｊ］は、集電体の密度（ρ［ｇ／ｃｍ^３］）、集電体の比熱（Ｃｐ［Ｊ／ｇ・℃］）、集電体の融解温度（Ｔｍ［℃］）、集電体の体積に比例する。

以上のことから、集電体の構成材料が固定されている場合には、集電体の厚さを薄くすれば、集電体の体積が減少する結果、Ｑが増加しＣが減少して、最終的にはＱ＞Ｃとすることが可能となる。

また、上述した集電体の厚さの具体的な数値範囲は、電池が後述する実施例に記載した形態を有する場合に対応する好ましい範囲である。電池の具体的な構成（電極活物質層の厚さや単電池層の積層数）が変化すると、これに伴って本発明の作用効果が得られる厚さの上限値も変化する。例えば、電極活物質層の厚さや積層数が増加すると、電池容量が増大するとともに電極抵抗（Ｒｂ［Ω］）も増加する。そうすると、短絡が発生した場合に流れる短絡電流値（Ｉ）は電池の電圧（Ｅ［Ｖ］）をＲｂで割った値であるから、Ｒｂが増加すると相対的にＩは減少する。Ｉの減少に伴ってＱも減少することから、かような場合にＱ＞Ｃとするには、Ｃをより一層減少させることが必要となる。例えば、集電体の厚さをより一層薄くすることによって、最終的にはＱ＞Ｃとすることが可能となる。

上述した通り、ＱやＣの具体的な値は集電体の構成材料などの種々の条件によって変化するが、上記指針に従えば、本発明の作用効果が得られるように集電体の厚さを適宜調整することが可能である。仮にＱおよびＣの具体的な値が理論的に算出可能であれば、Ｑ／Ｃ＞１．２とすることが好ましく、Ｑ／Ｃ＞１．５とすることがより好ましい。

特に本発明では、正極及び負極集電体１の双方が上述したＱ＞Ｃの関係式を満足することで、組電池で使用する場合、従来想定されていなかった、電池間を通じて組電池に短絡電流が流れ続ける特異な現象に対応し得るのである。

なお、本発明の電池によれば、図４のように外部要因によって短絡回路が形成された場合であっても、短絡回路を流れる電流によって発生する熱によって電池の温度が所定値に達する前に、正極集電体１１および負極集電体１４の短絡部位が融解して当該短絡回路が遮断される。ここで、電池の温度の所定値とは、電池の機能が停止する虞がある温度である。この所定値は電池の具体的な仕様（電極活物質、電解液、セパレータなどの材料）に応じて変動しうるため一義的に規定することは困難であり、具体的な仕様に応じて適宜設定することが可能である。一例としては、所定値を６０〜７０℃程度に設定すればよい（実施例を参照）。また、例えば電池を比較的耐熱性の高い材料によって構成すれば、所定値は高くなる。逆に、電池を比較的耐熱性の低い材料によって構成すれば、所定値は低くなる。

［車両］
本実施形態の電池は、例えば上述した組電池の形態で、車両に搭載されうる。車両に搭載された電池は、例えば、車両のモータを駆動する電源として用いられうる。

図５は、図３に示す組電池を搭載した車両の概念図である。

図５に示すように、組電池３００を電気自動車４００のような車両に搭載するには、電気自動車４００の車体中央部の座席下に搭載する。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができるからである。なお、組電池３００を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部でもよいし、車両前方のエンジンルームでも良い。以上のような組電池３００を用いた電気自動車４００は高い耐久性を有し、長期間使用しても十分な出力を提供しうる。さらに、燃費、走行性能に優れた電気自動車、ハイブリッド自動車を提供できる。

［電池の製造方法］
なお、本発明の電池の製造方法としては、特に制限されるものではなく、従来公知の方法を適用して作製することができる。

電解質が液体電解質である場合の電池の作製は、活物質や導電助剤などの電極材料を含む電極スラリーを本発明に係る集電箔の両表面に塗布（コーティング）して作製した正極と負極から、少し負極を大きくして切り出す。そして、それぞれを９０℃の真空乾燥機にて１日乾燥して用いる。正極と負極の間に、適当な厚さ（例えば、２５μｍ程度）のポリプロピレン等の多孔質膜を介して最外側が負極になるようにして正極と負極を交互に積層させる。そして、各正極と負極を束ねてリードを溶接して、この積層体を正負極のリードを取り出した構造にて、アルミニウムのラミネートフィルムバッグに収めて、注液機により電解液を注液して、減圧下で端部をシールして電池とする。

電解質が電解液の電池のほか、電解質がゲルの電池、全固体ポリマーの電池の作製は、公知になった我々の技術を参照して実施可能であるため、ここでは説明を省略する。

＜第２実施形態＞
第２実施形態は、負極集電体が多層構造を有すること以外は第１実施形態と同様である。具体的には、負極集電体が、導電性層と補強層とが積層された構造を有する。「補強層」とは、集電体の剛性を補強するための層である。

図６は、本実施形態のリチウムイオン電池における負極集電体の面方向に垂直な方向で切断した断面図である。図６に示すように、本実施形態の負極集電体１４は、補強層１４ｃと、補強層１４ｃの両表面に形成されてなる金属層１４ｂとを含む構造を有する。

本実施形態における負極集電体１４は、一般的な電池用集電体と同様に、その一方の面または両面に活物質層が形成されて電極（負極）となり、最終的には電池を構成する。なお、図６には補強層１４ｃの両面に金属層１４ｂが形成されてなる構成を図示したが、本発明においては、補強層の片面のみに金属層が形成された負極集電体１４もまた、場合によっては用いられうる。なお、金属層を金属以外の導電性材料（例えば、導電性高分子）からなる導電性層としてもよい。

本実施形態のような構成とすることで、第１の実施形態の効果に加えて、金属層の薄膜化を行った場合に、電池製造時（特に集電体への電極塗布時）に金属層の破断も起こりにくく、電池製造の歩留まりを向上させるというメリットがある。さらには、電池が振動（車載搭載時）した際に電池内の振動を補強層が吸収するため、耐振動性が向上するというメリットがある。なお、本実施形態において、「負極集電体１４の短絡部位」が負極集電体１４の金属層１４ｂにおける短絡部位を意味することはいうまでもない。

本実施形態において、多層構造を有する負極集電体１４の金属層１４ｂを構成する金属や補強層１４ｃを構成する材料の具体的な種類は特に制限されず、電池用の集電体材料として従来用いられている金属や、公知の絶縁体が適宜採用されうる。

一例を挙げると、金属層１４ｂを構成する金属としては、上述した第１実施形態の欄において集電体の構成材料として例示した材料が同様に用いられうる。

また、補強層１４ｃを構成する材料としては、樹脂、セラミック、セラミックと樹脂の複合体などの絶縁性材料が挙げられ、なかでも、補強層の軽量化という観点からは、補強層の構成材料は樹脂であることが好ましい。樹脂としても、特に制限はないが、例えば、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）などが用いられうる。なかでも、耐熱性という観点からは、ポリイミドまたはポリエチレンテレフタレートが好ましく、ポリイミドが特に好ましい。なお、ポリイミドの具体的な名称としては、カプトン（登録商標）が挙げられる。

本実施形態において、負極集電体１４の金属層１４ｂおよび補強層１４ｃの厚さも特に制限されない。ただし、本発明の作用効果を得るためには、すなわち、少なくとも２つの電池に外部から導電体が貫通して短絡回路が形成された場合に短絡回路が遮断されるようにするためには、補強層１４ｃの厚さを制御するとよい。ここで、短絡回路が遮断されるためには、短絡回路に流れる電流（短絡電流）によって発生した熱によって、正極集電体１１と併せて負極集電体１４の金属層１４ｂが融解する必要がある。このときに補強層１４ｃが必要以上に厚いと、補強層１４ｃの熱容量の増大に伴って短絡電流によって発生した熱が奪われ、金属層１４ｂの融解に必要な熱が十分に確保されなくなってしまうことが推測される。よって、本実施形態の好ましい形態においては、補強層１４ｃの厚さを、短絡時に負極集電体１４の短絡部位（の金属層１４ｂ）が融解するのに必要な熱量を奪いすぎないような厚さに制御することで、本発明の作用効果が得られると推測される。

本実施形態における負極集電体１４の金属層１４ｂや補強層１４ｃの厚さの具体的な値については、上述した作用効果が得られるのであれば特に制限はなく、適宜調整することが可能である。ただし、一例を挙げると、金属層１４ｂの厚さ（補強層１４ｃの両面に形成される場合には合計厚さ）は、上述した第１実施形態の集電体の欄に記載した範囲内の厚さであることが好ましい。また、補強層１４ｃの厚さは、おおよそ４〜２０μｍ程度とすればよい。なお、本実施形態において、負極集電体１４の全体厚さは、好ましくは６〜１２μｍであり、より好ましくは８〜１０μｍである。特に好ましい形態として、金属層１４ｂが銅から構成される場合には、金属層１４ｂの厚さは好ましくは０．１〜６μｍであり、より好ましくは０．１〜２μｍである。

以上、負極集電体１４が多層構造を有する場合を例に挙げて説明したが、本発明においては、正極集電体１１が同様の多層構造を有するものであってもよい。かような形態において、正極集電体１１の金属層および補強層の厚さも特に制限されない。ただし、少なくとも２つの電池に外部から導電体が貫通して短絡回路が形成された場合に短絡回路が遮断されるようにするという本発明の作用効果を得るためには、上述したように金属層および補強層の厚さを制御するとよい。

多層構造を有する正極集電体１１の金属層や補強層の厚さの具体的な値についても、上述した作用効果が得られるのであれば特に制限はなく、適宜調整することが可能である。ただし、一例を挙げると、金属層の厚さ（補強層の両面に形成される場合には合計厚さ）は、上述した第１実施形態の集電体の欄に記載した範囲内の厚さであることが好ましい。また、補強層の厚さは、おおよそ８〜１９μｍ程度とすればよい。なお、かような形態において、正極集電体１１の全体厚さは、好ましくは５〜２０μｍであり、より好ましくは５〜１０μｍである。特に好ましい形態として、金属層がアルミニウムから構成される場合には、金属層の厚さは好ましくは１．４〜１２μｍであり、より好ましくは１．４〜８μｍである。

なお、上述した各種の厚さの値は、従来公知の手法（例えば、断面のＳＥＭ観察）により測定されうる。

上述したように、集電体が補強層を備える形態に関する第２実施形態において、第１実施形態の欄で説明した指針に従って集電体（の金属層）の厚さを決定する際には、補強層の厚さをも考慮する必要がある。すなわち、短絡回路が遮断されるためには金属層１４ｂが融解する必要がある。このときに補強層１４ｃが必要以上に厚いと、金属層１４ｂが融解しないことが推測される。これは、補強層１４ｃの熱容量の増大に伴って短絡電流によって発生した熱が奪われ、金属層１４ｂの融解に必要な熱が十分に確保されなくなってしまうためと推測される。よって、第２実施形態の集電体の設計においては、補強層１４ｃの厚さを、短絡時に負極集電体１４の短絡部位（の金属層１４ｂ）が融解するのに必要な熱量を奪いすぎないような厚さに制御することで、本発明の作用効果が得られると推測される。

本発明の作用効果を、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。

以下の実施例および比較例では、集電体の厚さを変えて作製した非水電解質電池を用いて組電池を構成し、短絡放電時の温度上昇を確認した。

具体的には、比較例１及び実施例１〜５の組電池を、下記のようにして作製した。

（負極の作製）
負極集電体として表１に示す厚さの銅箔をそれぞれ準備した。

負極活物質であるハードカーボン（９０質量部）、およびバインダであるＰＶｄＦ（１０質量部）を、スラリー粘度調整溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）の適量に分散させて、負極活物質スラリーを調製した。

調製した負極活物質スラリーを、上記で準備した負極集電体の両表面にコーティング装置を用いて塗布し、乾燥させ、ロールプレス機を用いてプレス処理を施し、負極活物質層（片面厚さ７５μｍ）を形成した。そして、１０ｃｍ×５ｃｍのサイズにカットし、負極集電体にＮｉ製の負極リードを溶接して、負極を作製した。

（正極の作製）
正極集電体として表１に示す厚さのアルミニウム箔をそれぞれ準備した。

正極活物質であるＬｉＭｎ_２Ｏ_４（８５質量部）、導電助剤のアセチレンブラック（５質量部）およびバインダのＰＶｄＦ（１０質量部）を、スラリー粘度調整溶媒であるＮＭＰの適量に分散させて、正極活物質スラリーを調製した。

調製した正極活物質スラリーを、上記で準備した正極集電体の両表面にコーティング装置を用いて塗布し、乾燥させ、ロールプレス機を用いてプレス処理を施し、正極活物質層（片面厚さ１１０μｍ）を形成した。そして、９．５ｃｍ×４．５ｃｍのサイズにカットし、正極集電体にＡｌ製の正極リードを溶接して、正極を作製した。

（電池および組電池の作製）
セパレータとして、ポリエチレン製微多孔質膜（厚さ：３０μｍ、サイズ：１０．５ｃｍ×５．５ｃｍ）を準備した。また、電解液として、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＭＣ）との等体積混合液にリチウム塩であるＬｉＰＦ_６が１Ｍの濃度に溶解した溶液を準備した。

上記で作製した正極１１枚、負極１０枚およびセパレータ１１枚を、隣接する正極及び負極同士の正極活物質層と負極活物質層とがセパレータを介して向き合うように順次積層して積層体（発電要素）を作製した（図１参照）。

次いで、各正極リードおよび負極リードを正極および負極タブに溶接し、正極タブ及び負極タブが外部に導出するように、得られた積層体（発電要素）をアルミラミネートシートからなる外装体中に入れた。その後上記で準備した電解液を注入して、封止することにより、積層型のリチウムイオン電池を完成させた（図２参照）。

その後、上記で得られた積層型のリチウムイオン電池を図３に示すようにセル接続バスバーを用いて３直列に連結して、組電池を作製し、後述する短絡試験に用いた。

＜短絡試験による放電時の温度上昇確認試験＞
実施例１〜５および比較例１それぞれの組電池を、組み立て後０．５Ｃで満充電状態（４．２Ｖ：電池端子電圧）まで初回充電し、満充電状態で１週間エージング後、１Ｃで２．０Ｖ（電池端子電圧）まで初回放電して容量測定を行った。その後、各組電池又は電池は、０．５Ｃで満充電状態まで充電後、図４に示すように、短絡試験として組電池全体に直径３ｍｍの導電性部材を貫通させた。次いで、１００Ｃの放電を２．０Ｖ（電池端子電圧）まで行い、放電時の電池表面温度を測定した。電池表面温度は、電池のラミネート外装材の中央部（図２の符号Ｇの箇所）に熱電対を取り付けて電池の最大上昇温度を測定した。組電池では、３つの電池全てに熱電対を取り付け、各電池の最大上昇温度の平均値を電池表面温度とした。実験結果を表１に示す。

表１に示すように実施例１〜５の組電池では、温度上昇は７５℃以下に留まった。このことから、短絡電流はその発生から５００ｍｓｅｃ以内に遮断されたと予想される。また、再度電池を使用することが可能であった。これに対し、比較例１の組電池では、短絡電流は遮断されず１２０℃まで温度上昇が観察され、電池を再度使用することはできなかった。

なお、比較例１で用いた電池が単独で短絡した場合に、当該短絡は遮断されうることを示す目的で、参考例を実施した。具体的には、比較例１で用いた電池を組電池とせずに単独で用い、参考例１とした。また、正極集電体としてのアルミニウム箔の厚さを２０μｍとしたこと以外は参考例１と同様の手法により、参考例２を実施した。表１に示すように、参考例１〜２では電池の温度上昇が６０〜６５℃に留まり、再度電池を使用することが可能であった。

＜集電体の焼切れ（破断）の有無の確認＞
実施例１〜５及び比較例１それぞれの組電池および参考例１〜２の電池につき、１００Ｃの放電後に、更に充放電可能か確認した後、これらの組電池及び電池を解体して、集電箔の焼切れ（破断）の有無を確認した。

実施例１〜５の組電池では、全ての集電体の短絡部位の周辺が焼切れて導通破断部が形成されていることが確認できた。一方、比較例１の組電池および参考例１〜２の電池では、アルミニウム箔の短絡部位の周辺が焼切れて、アルミニウム箔の短絡部位への電流の流れを遮断していたが、銅箔の短絡部位の周辺は、焼切れていなかった。

以上のことから、電池の構成が全く同じである参考例１と比較例１とで、電池温度の上昇が異なったのは以下の理由によると考えられる。すなわち、比較例１のように組電池にした場合には、図４に示すように各電池の銅箔と短絡部材と電池間端子との間に新たな導通経路が形成され、組電池全体で短絡電流が流れ続けたため、電池の温度が１２０℃まで上昇したものと考えられる。一方、比較例１と同様のアルミニウム箔の焼切れ（破断）が確認された参考例１〜２の電池では、図４に示すような組電池における新たな導通経路が形成されない。そのため、アルミニウム箔のみが焼切れることで、集電箔の短絡部位への電流の流れを遮断することができ、電池の温度上昇を６０〜６５℃に抑えることができたものと考えられる。

以上から、単独では短絡を遮断可能な従来の電池であっても解決し得ない、組電池とした際の電池間での短絡の遮断という課題が、本発明の電池によれば解決されうることが示される。

＜実施例６＞
（負極の作製）
Ｃｕ（膜厚３μｍ）／ＰＩ（膜厚４μｍ）／Ｃｕ（膜厚３μｍ）の順に積層されてなる負極集電体を準備した。

負極活物質であるハードカーボン（９０質量部）、およびバインダであるポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）（１０質量部）を、スラリー粘度調整溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）の適量に分散させて、負極活物質スラリーを調製した。

調製した負極活物質スラリーを、上記で準備した負極集電体の両表面にコーティング装置を用いて塗布し、乾燥させた。次いで、ロールプレス機を用いて、得られた積層型電極にプレス処理を施し、負極活物質層（厚さ：７５μｍ）を形成した。そして、１０ｃｍ×５ｃｍのサイズにカットし、負極集電体にＮｉ製の負極リードを溶接して、負極板を作製した。

（正極の作製）
正極集電体として、Ａｌ箔（膜厚２０μｍ）を準備した。

正極活物質であるＬｉＭｎ_２Ｏ_４（８５質量部）、導電助剤であるアセチレンブラック（５質量部）およびバインダであるポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）（１０質量部）を、スラリー粘度調整溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）の適量に分散させて、正極活物質スラリーを調製した。

調製した正極活物質スラリーを、上記で準備した正極集電体の両表面にコーティング装置を用いて塗布し、乾燥させた。次いで、ロールプレス機を用いて、得られた積層型電極にプレス処理を施し、正極活物質層（厚さ：１１０μｍ）を形成した。そして、９．５ｃｍ×４．５ｃｍのサイズにカットし、正極集電体の端部をＡｌ製の正極リードを溶接して、正極を作製した。

（組電池の作製）
セパレータとして、ポリエチレン製微多孔質膜（ＰＥセパレータ）（厚さ：３０μｍ、サイズ：１０．５ｃｍ×５．５ｃｍ）を準備した。また、電解液として、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）との等体積混合液にリチウム塩であるＬｉＰＦ_６が１Ｍの濃度に溶解した溶液を準備した。

上記で作製した積層型電極１０枚（正極１１枚、負極１０枚）およびセパレータ１１枚を、隣接する積層型電極どうしの正極活物質層と負極活物質層とが向き合うように順次積層した。

なお、最外層に位置する積層型電極の活物質層の形成は割愛し、さらに正極側の最外層に位置する積層型電極の集電体（Ａｌ面）にはＡｌ製の正極リードを溶接し、負極側の最外層に位置する積層型電極の集電体（Ｃｕ面）にはＮｉ製の負極リードを溶接した。

次いで、正極リードおよび負極リードがそれぞれ外部に導出するように、得られた積層体（発電要素）をアルミラミネートシートからなる外装中に入れ、上記で準備した電解液を注入して、封止することにより、積層型電池を完成させた。

その後、上記で得られた積層型電池２つを図３に示すようにセル接続バスバーを用いて直列に連結して、組電池を作製した。

＜実施例７＞
負極集電体にＣｕ／ＰＩ／Ｃｕ箔（膜厚２．５μｍ／５μｍ／２．５μｍ）を用いたこと以外は実施例１と同様の電極組成、積層数の電池及び組電池を作製した。

＜実施例８＞
負極集電体にＣｕ／ＰＩ／Ｃｕ箔（膜厚１μｍ／８μｍ／１μｍ）を用いたこと以外は実施例１と同様の電極組成、積層数の電池および組電池を作製した。

＜実施例９＞
負極集電体にＣｕ／ＰＩ／Ｃｕ箔（膜厚０．５μｍ／９μｍ／０．５μｍ）を用いたこと以外は実施例１と同様の電極組成、積層数の電池及び組電池を作製した。

＜実施例１０＞
負極集電体にＣｕ／ＰＩ／Ｃｕ箔（膜厚０．３μｍ／９．４μｍ／０．３μｍ）を用いたこと以外は実施例１と同様の電極組成、積層数の電池および組電池を作製した。

＜実施例１１＞
負極集電体にＣｕ／ＰＩ／Ｃｕ箔（膜厚０．１μｍ／９．８μｍ／０．１μｍ）を用いたこと以外は実施例１と同様の電極組成、積層数の電池及び組電池を作製した。

＜実施例１２＞
負極集電体にＣｕ／ＰＩ／Ｃｕ箔（膜厚０．０５μｍ／９．９μｍ／０．０５μｍ）を用いたこと以外は実施例１と同様の電極組成、積層数の電池および組電池を作製した。

＜実施例１３＞
負極集電体にＣｕ／ＰＥＴ／Ｃｕ箔（膜厚１μｍ／８μｍ／１μｍ）を用いたこと以外は実施例１と同様の電極組成、積層数の電池及び組電池を作製した。

＜比較例２＞
負極集電体にＣｕ箔（膜厚１０μｍ）を用いたこと以外は実施例６と同様の電極組成、積層数の電池および組電池を作製した。

＜比較例３＞
負極集電体にＣｕ／ＰＥＴ／Ｃｕ箔（膜厚２μｍ／６μｍ／２μｍ）を用いたこと以外は実施例１と同様の電極組成、積層数の電池及び組電池を作製した。

＜（容量測定）短絡試験＞
実施例６〜１３、比較例２および３のそれぞれの組電池について、電池組み立て後０．５Ｃで初回充電放電後、満充電状態（４．２Ｖ）で１週間エージングし、１Ｃレートで容量測定をおこなった。その後、各組電池とも１００Ｃの放電を行い、放電時の電池表面温度（ラミネート外装部の中央部に熱電対を設置；図２の符号Ｇの箇所に設置）を測定した。結果を下記表２に示す。また、比較例２を基準とした相対エネルギー密度を表すグラフを図７に示し、比較例２を基準とした相対温度上昇を表すグラフを図８に示す。

＜金属層の焼切れ（破断）の有無の確認＞
実施例６〜１３、比較例２および３のそれぞれの組電池につき、上述した１００Ｃの放電後に、更に充放電可能か確認した後、これらの組電池および電池を解体して、集電箔の焼切れ（破断）の有無を確認した。

その結果、すべての実施例において、全ての集電体の短絡部位の周辺が焼切れて導通破断部が形成されていることが確認できた。一方、比較例２および３の組電池では、アルミニウム箔の短絡部位の周辺が焼切れて、アルミニウム箔の短絡部位への電流の流れを遮断していたが、銅箔の短絡部位の周辺は、焼切れていなかった。

本発明の電池の代表的な一実施形態であるリチウムイオン電池の全体構造を模式的に表した断面概略図である。 本発明の電池の代表的な実施形態であるリチウムイオン電池の外観を表した斜視図である。 第１実施形態の電池から構成される組電池の代表的な実施形態を模式的に表した外観図である。図３Ａは組電池の平面図であり、図３Ｂは組電池の正面図であり、図３Ｃは組電池の側面図である。 組電池を構成する複数の電池間での短絡発生時のメカニズムを表す図である。詳しくは、２つの電池を直列に接続した場合において、これら２つの電池に外部から導電体が貫通し、この導電体を介して２つの電池間に短絡回路が形成された場合の例として、これら２つの電池を連通して短絡を発生させて試験を行った際の状況を模式的に示す断面概略図である。 図３に示す組電池を搭載した車両の概念図である。 第２実施形態のリチウムイオン電池における負極集電体の面方向に垂直な方向で切断した断面図である。 実施例６〜１３、比較例２および３のそれぞれの組電池について、比較例２の組電池を基準とした相対エネルギー密度を表すグラフである。 実施例６〜１３、比較例２および３のそれぞれの組電池について、比較例２の組電池を基準とした相対温度上昇を表すグラフである。

符号の説明

１ 集電体（集電箔）、
１０、１０ａ、１０ｂ リチウムイオン電池、
１１ 正極集電体、
１２ 正極活物質層、
１３ 電解質層、
１４ 負極集電体、
１４ａ 最外層負極集電体、
１４ｂ 金属層、
１４ｃ 補強層、
１５ 負極活物質層、
１６ 単電池層、
１７、５７ 発電要素、
１８、５８ 正極タブ、
１９、５９ 負極タブ、
２０ 正極端子リード、
２１ 負極端子リード、
２２、５２ 電池外装材（ラミネートフィルム）、
２５ 電池間の連結端子、
２７ 導通破断部（空間部）、
３０ 導電性部材、
４０ 組電池、
５０ リチウムイオン電池、
２５０ 小型の組電池、
３００ 組電池、
３１０ 接続治具、
４００ 電気自動車、
Ｄ 集電体の厚さ、
Ｅ 電池電圧、
Ｉ 短絡電流、
Ｒｂ 電極抵抗、
Ｒｎ 短絡部位の抵抗。

Claims (12)

1. 第１集電体に正極活物質層または負極活物質層の一方が形成されてなる第１電極と、
   第２集電体に正極活物質層または負極活物質層の他方が形成されてなる第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に位置する電解質層と、
   からなる単電池層を含む発電要素と、
   前記発電要素を封入する外装材と、
   を有する電池であって、
   少なくとも２つの電池に外部から導電体が貫通し、前記導電体を介して２つの電池間に短絡回路が形成された場合に、前記短絡回路を流れる電流によって発生する熱によって電池の温度が所定値に達する前に、前記第１集電体および前記第２集電体の短絡部位が融解して前記短絡回路が遮断されるような厚さで前記第１集電体および前記第２集電体が形成されてなることを特徴とする電池。
2. 前記第１集電体を構成する導電性材料の融解温度が前記第２集電体を構成する導電性材料の融解温度よりも低く、前記第１集電体が前記第２集電体よりも厚いことを特徴とする請求項１に記載の電池。
3. 前記第２集電体が、集電体の剛性を補強するための補強層を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の電池。
4. 前記補強層の厚さが、短絡時に前記第２集電体の短絡部位が融解するのに必要な熱量を奪いすぎないような厚さであることを特徴とする請求項３に記載の電池。
5. 前記第１集電体がアルミニウムから構成され、前記第２集電体が銅から構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池。
6. 前記第１集電体の厚さが１〜２６μｍであり、前記第２集電体の厚さが１〜９μｍであることを特徴とする請求項５に記載の電池。
7. 前記第１集電体が正極集電体であり、前記第２集電体が負極集電体である、請求項２〜６のいずれか１項に記載の電池。
8. 前記補強層が樹脂から構成されることを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項に記載の電池。
9. 前記樹脂がポリイミドまたはポリエチレンテレフタレートであることを特徴とする請求項８に記載の電池。
10. リチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の電池。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電池が複数電気的に接続されてなることを特徴とする組電池。
12. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電池または請求項１１に記載の組電池をモータ駆動用電源として搭載してなる車両。

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