JP2009252611A - 密閉型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】捲回電極体内部で発生したガスが該捲回電極体の軸方向端部から外部に排出されることによる容器の損傷がより高度に防止された密閉型電池を提供する。
【解決手段】本発明によると、捲回電極体１２を容器２０に収容してなり、捲回電極体１２の捲回軸に対して横方向の位置に安全弁２６が設けられた構成の密閉型電池１０が提供される。電極体１２の捲回軸方向の一端および他端には、正極シート３０の幅方向の一端が負極シート４０からはみ出した正極はみ出し部３４と、負極シート４０の幅方向の一端が正極シート３０からはみ出した負極はみ出し部４４とがそれぞれ形成されている。上記はみ出し部３４，４４の少なくとも一方には、該はみ出し部３４，４４を構成する電極シート３０，４０の一部が切り取られた形状の切取部５０が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、捲回型の電極体が容器内に密閉された構造の密閉型電池に関する。

正極および負極を備える電極体と非水電解質とが電池容器内に密閉された構造の二次電池（例えばリチウムイオン電池）が知られている。一般に、かかる密閉構造の電池には、過充電等により容器内部でガスが発生して電池の内圧が過剰に上昇した場合にその内圧を開放するための内圧開放機構（いわゆる安全弁等）が設けられている。

上記ガスは、容器内に収容された電極体の内部においても発生し得る。このように電極体内部で発生したガスは、いったん該電極体の外部（電極体と容器との隙間）に排出されなくては内圧開放機構（安全弁等）に到達することができない。そこで、電極体の内部で発生したガスを該電極体の外部に効率よく排出する技術が検討されている。例えば特許文献１〜３には、長尺状の正極シートと長尺状の負極シートとを重ねて捲回してなる捲回型の電極体（捲回電極体）の内部で発生したガスを、該電極体の外部に排出しやすくする技術が記載されている。なお、特許文献４および５は、それぞれ、捲回電極体を備える電池の製作不良率低減および電解液の含浸促進に関する従来技術文献である。
特開２００６−２１００３１号公報 特開２００１− ６７４９号公報 特開２００４−３２７０６６号公報 特開２００２−２３７２９２号公報 特開２００１−１０２０５１号公報

ところで、捲回電極体を容器に密閉してなる一般的な構成の密閉型電池では、該電極体の内部で発生したガスは主として該電極体の捲回軸方向の端部（捲回端面）から排出される。かかる構成の電池では、このように捲回電極体からのガス排出位置が実質的に捲回端面に限定されるため、捲回電極体の内部におけるガス発生量が多くなると上記捲回端面から排出されるガスの流れが対向する容器壁面の狭い（特定の）範囲に集中して当たることとなり、これにより該容器壁面に損傷（例えば、容器構成材料の軟化、溶融、腐食等による容器の変形や孔あき）が生じることがある。特に、捲回電極体の捲回軸に対して横方向に安全弁が設けられた構成の密閉型電池では、容器内において捲回端面から安全弁に至るガスの流れが形成されにくいため、容器の特定箇所にガス流が集中して当たり続ける事態が発生しやすく、したがって上記容器の損傷の問題が顕在化しやすい。

そこで本発明は、捲回電極体が容器に収容された密閉型電池であって、該捲回電極体の内部で発生したガスが軸方向端部から外部に排出される事態が生じた場合にも該排出ガスによる容器の損傷がより高度に防止された密閉型電池を提供することを目的とする。

本発明者は、捲回電極体の軸方向端部から排出されるガスの流れを意図的に乱すことによって上記容器の損傷を防止し得ることを見出して本発明を完成した。

本発明によると、正負の電極シートを積層し長手方向に捲回してなる捲回電極体が容器に収容された密閉型電池が提供される。前記容器には、前記捲回電極体の捲回軸に対して横方向の位置（典型的には、該捲回軸に直交する位置）に、該電池の内圧を開放するための安全弁が設けられている。前記捲回電極体の捲回軸方向の一端および他端には、前記正負の電極シートが幅方向に位置をずらして積層されていることにより、正極シートの幅方向の一端が帯状に連続して負極シートからはみ出した正極はみ出し部および負極シートの幅方向の一端が帯状に連続して正極シートからはみ出した負極はみ出し部がそれぞれ形成されている。そして、前記正極はみ出し部および負極はみ出し部の少なくとも一方には、該はみ出し部を構成する電極シートの一部が切り取られた切取部または該電極シートに切り込みを入れた切込部が形成されている。

かかる構成の電池では、上記捲回電極体の内部で発生したガスが捲回電極体の軸方向端部（捲回端面）から該電極体の外部に排出されるその排出経路に切取部または切込部が設けられている。したがって、該切取部または切込部によって上記軸方向端部から排出されるガス（排出ガス）の流れを乱し、そのガス流の勢いを弱めることができる。また、このようにガスの流れを乱すことによりガスの流れ方向が分散するので、電極体の軸方向端部から排出されるガスが該端部に対向する容器壁面の狭い（特定の）範囲に集中して当たるという事象が緩和される。したがって、例えば電池の不適切な使用（過充電等）や異常事態（電池の破損等）によって捲回電極体の内部で急速に多量のガスが発生し、そのガスが電極体の軸方向端部から該電極体の外部に多量に排出されるような事態が生じた場合であっても、該排出ガスによる容器の損傷をより高度に防止することができる。また、このように排出ガスが容器の狭い範囲に集中的に当たることが緩和された構成となっているので、容器の材質や形状（壁面の厚さ等）をより広い範囲から選択することが可能となる。このことによって、電池の軽量化、小型化、原料コスト削減等の効果が実現され得る。

なお、本明細書において「電池」とは、電気エネルギーを取り出し可能な蓄電デバイス一般を指す用語であって、二次電池（リチウムイオン電池、金属リチウム二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等のいわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を包含する。）および一次電池を含む概念である。また、「密閉型電池」とは、電池の通常の（正常な）使用状態では電極体を収容した容器が気密に封止されている形態の電池をいう。電極体と非水電解質とを容器内に密閉してなるリチウムイオン電池は、ここでいう密閉型電池の一つの典型例である。

ここに開示される電池の好ましい一態様では、前記正極はみ出し部および前記負極はみ出し部は、前記捲回電極体の周方向の一部において該電極体の径方向に束ねられて正極端子および負極端子とそれぞれ接合されている。そして、前記はみ出し部と前記端子との接合位置は、前記電極体の捲回軸に対して前記安全弁から遠い側に偏った位置である。

かかる態様によると、電極シートのはみ出し部を束ねて電極端子と接合する位置が安全弁から離れた位置に設定されているので、該束ねた電極体から効率よく集電を行う一方、該接合位置よりも安全弁に近い側では上記はみ出し部を構成する電極シートの端部が開放された状態（束ねられていない状態）とすることができる。このように安全弁に近い側で電極シートの軸方向端部が開放された構成によると、該軸方向端部から電極体の外部に排出されたガスをよりスムーズに安全弁へと導くことができる。したがって、該軸方向端部から排出されて軸方向に直進しようとするガスの流れを上記安全弁に向かうガス流によって分散させることができ、これにより上記軸方向端部に対向する容器壁面に当たる排出ガスの勢いをさらに弱めることができる。このように、該電極体の軸方向端部から排出されるガスの流れを乱すとともに、いったん電極体の外部に排出されたガスが安全弁に到達しやすい（したがって容器外に排出されやすい）構成とすることにより、上記軸方向端部からの排出ガスが当たることによる容器の損傷をより高度に防止することができる。

前記切取部または前記切込部は、前記切り取りまたは前記切り込みの位置が前記捲回電極体の径方向に対して不揃いになるように形成されていることが好ましい。かかる態様によると、軸方向端部から排出されるガスの流れをより効果的に乱す（分散させる）ことができる。したがって、該排出ガスが狭い範囲に集中して当たることによる容器の損傷がより高度に防止され得る。

前記切取部の好ましい一例として、前記はみ出し部を構成する電極シートが幅方向の外縁から切り欠かれた形状の切欠きを備える切取部が挙げられる。かかる切欠きが設けられていることにより、隣接する切欠きの間にある電極シート（典型的には、軸方向端部に向けて突出する突出部を形成する。）は、連続する電極シートの拘束力から切り離されて（独立して）自由に動きやすい状態となっている。このようにはみ出し部を構成する電極シートが動きやすくなっている（例えば、ガス流に応じて移動または変形しやすい状態となっている）ことにより、該はみ出し部を通過するガスの流れを効果的に乱す（分散させる）ことができる。

なお、隣接する切欠きの間にある電極シート（突出部）がより自由に動きやすいといういという観点からは、この部分の電極シートが電極体の軸方向端部（幅方向の外側）に向けて先細りとなる形状となるように切欠きが形成されていることが好ましい。例えば、該突出部が三角形状、波形、半円状、長円状、幅方向外側を短辺とする台形状等を好ましく採用することができる。かかる形状の突出部を備えるはみ出し部によると、該突出部の先端（自由端）がより動きやすい状態となっていることから、該はみ出し部を通過するガスの流れをより効果的に乱す（分散させる）ことができる。

前記切取部は、前記切欠きに続いて形成された切込みをさらに備える構成とすることができる。かかる構成によると、該切欠きの間にある電極シート（突出部）をより動きやすい状態とすることができる。さらに、該切込みの間にある電極シートもまた上記拘束力から開放されて動きやすい状態となる。したがって、該はみ出し部を通過するガスの流れをより効果的に乱す（分散させる）ことができる。

前記切取部の他の好ましい一例として、前記はみ出し部の外縁よりも内側に、該はみ出し部を構成する電極シートの一部が切り抜かれた貫通孔を備える切取部が挙げられる。このような貫通孔が設けられたはみ出し部では、該はみ出し部の長手方向および幅方向に対して電極シートの構造の均質性が意図的に崩されている。このことによって、該はみ出し部を構成する電極シートの拘束力が該はみ出し部の各部の間で不均一となっている。かかる拘束力の不均一さを利用して、該はみ出し部を通過するガスの流れを効果的に乱す（該ガスの流れ方向を分散させる）ことができる。

また、前記切込部の好ましい一例として、前記はみ出し部を構成する電極シートが幅方向の外縁から内側に切り込まれた形状の切込みを備える切込部が挙げられる。かかる切込みが設けられていることにより、隣接する切込みの間にある電極シートは、連続する電極シートの拘束力から切り離されて（独立して）自由に動きやすい状態となっている。このようにはみ出し部を構成する電極シートが動きやすくなっている（例えば、ガス流に応じて移動または変形しやすい状態となっている）ことにより、該はみ出し部を通過するガスの流れをより効果的に乱す（分散させる）ことができる。

ここに開示されるいずれかの密閉型電池（例えばリチウムイオン電池）は、車両に搭載される電池として好適に利用され得る。したがって、本発明によると、ここに開示されるいずれかの密閉型電池を備える車両が提供される。

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。

本発明に係る密閉型電池は、特に自動車等の車両に搭載されるモータ（電動機）用電源として好適に使用し得る。したがって本発明は、図１２に模式的に示すように、かかる密閉型電池１０（当該電池１０を複数個直列に接続して形成される組電池の形態であり得る。）を電源として備える車両（典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車）１を提供する。

特に限定することを意図したものではないが、以下では角形（箱形）容器を備える密閉型のリチウムイオン電池を例として本発明を詳細に説明する。また、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化することがある。

本実施形態に係るリチウムイオン電池（密閉型電池）１０は、従来の密閉型リチウムイオン電池と同様、典型的には所定の電池構成材料（正負極それぞれの活物質、正負極それぞれの集電体、セパレータ等）を具備する電極体と、該電極体および適当な電解質を収容する容器とを備える。

一例として図１および図２に示すように、ここで開示されるリチウムイオン電池１０は、後述する扁平形状の捲回電極体１２を収容し得る形状（本実施形態では扁平な箱形）の容器２０を備える。この容器２０の上面（図２に示すように、捲回電極体１２の捲回軸とほぼ平行に延びる面、換言すれば、該捲回軸の横方向に位置する面）２０Ａの長手方向（捲回軸方向）の中央付近には、容器内部で発生したガスを外部に放出するための安全弁２６が設けられている。この安全弁２６の構造および機構は、従来のこの種の密閉型電池に使用される電池容器と同様の構造および機構であり得る。例えば、容器２０内の圧力（内圧）が予め設定された上限値に至るまで上昇すると弁体（図示せず）が変形し、該弁体と容器２０との間に生じた隙間から内部のガス等が容器外に放出されるように構成され得る。また、容器２０の側面（図２に示すように、捲回電極体１２の捲回軸方向の端部に対向する面、すなわち捲回軸と交差（典型的には直交）する面）２０Ｂ，２０Ｃからは、捲回電極体１２の正極と電気的に接続された正極端子３８および該電極体１２の負極と電気的に接続された負極端子４８がそれぞれ突出している。これらの端子３８，４８と電極体１２との接続位置および接続方法については後述する。

容器２０の材質としては、後述するように捲回電極体１２の内部でガスが発生した場合に該電極体１２の軸方向の端部から排出されるガスに対し、本実施形態に係る構成において所望の耐性を示すものが選択される。例えば、アルミニウム、スチール等の金属材料を好ましく使用することができる。また、耐腐食性および耐熱性のよい樹脂材料を用いてもよい。例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、フッ素樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン樹脂）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン樹脂）等を好ましく用いることができる。

本実施形態に係る扁平形状の捲回電極体１２は、後述する正極シートおよび／または負極シートの幅方向の端部（はみ出し部）の構造および電極体１２と電極端子との接続態様（特に接続位置）を除いては通常のリチウムイオン電池の捲回電極体と同様に、長尺シート状の正極（正極シート）３０と長尺シート状の負極（負極シート）４０とを典型的には計二枚の長尺シート状のセパレータ（セパレータシート）１４Ａ，１４Ｂとともに積層して長手方向に捲回し、次いで得られた捲回体を側面方向から押しつぶして拉げさせることによって作製され得る。なお、このようにシートの積層物を捲回した後に扁平に押しつぶす態様に代えて、例えばこれらのシート３０，１４Ａ，４０，１４Ｂの積層物を当初から扁平形状に捲回してもよい。

ここで、正極シート３０と負極シート４０とは、図３に示すように、これらのシートの幅方向に位置をややずらして積層された状態で捲回される。その結果として、捲回電極体１２の捲回軸方向（捲回方向に対する横方向）の一方および他方の端部には、図２に示すように、正極シート３０の幅方向の一端が捲回コア部分１６（すなわち正極シート３０と負極シート４０とセパレータシート１４Ａ，１４Ｂとが密に捲回された部分）から外方に帯状に連続してはみ出した正極はみ出し部３４と、負極シート４０の幅方向の一端が捲回コア部分１６から外方に帯状に連続してはみ出した負極はみ出し部４４とがそれぞれ形成されている。

この正極はみ出し部３４には、該はみ出し部３４を構成する正極シート３０が外縁から波形に切り取られた形状の切取部５０が形成されている。より具体的には、正極はみ出し部３４の外縁が、正極シート３０の全長に亘って該シート３０の幅方向（電極体１２の捲回軸方向）に波打つ波形に形成されている。すなわち、幅方向の両端が一直線状に形成された（細長い長方形状の）従来の一般的な正極シートの形状に対して、本実施態様に係る正極シート３０のはみ出し部３４には、上記長方形状の正極シートの幅方向の一端が外縁から波形に切り欠かれた（切り取られた）形状の切欠き５２が設けられている。同様に、負極はみ出し部４４には、該はみ出し部４４を構成する負極シート４０が外縁から波形に切り取られた形状の切取部５０が形成されている。より具体的には、負極はみ出し部４４の幅方向の一端に負極シート４０の外縁から波形に切り欠かれた形状の切欠き５２が設けられていることにより、該負極はみ出し部４４の外縁が負極シート４０の全長に亘って波形に形成されている。本実施形態では、これらの電極シート３０，４０に設けられた切欠き５２の形状およびピッチは該シート３０，４０の全長に亘って一定である。一方、捲回電極体１２の一周当たりに要する電極シート３０，４０の長さは、該電極体１２の内周から外周に向かうにつれて次第に大きくなる。したがって、図２に模式的に示すように、正負のはみ出し部３４，４４の切取部５０は、切欠き５２の位置が電極体１２の径方向（例えば内周から外周に向かう方向）に対して不揃いとなるように形成されている。

捲回電極体１２を構成する正極シート（正極）３０および負極シート（負極）４０には、次のようにして正極端子３８および負極端子４８の一端がそれぞれ接続されている。すなわち、捲回電極体１２の周方向の一部において、正極はみ出し部３４を構成する正極シート３０が捲回電極体１２の内周側および外周側から径方向に寄せ集められて（束ねられて）正極端子３８の一端に接合され、同様に負極はみ出し部４４を構成する負極シート４０が捲回電極体１２の径方向に寄せ集められて負極端子４８の一端に接合されている。電極シート３０，４０と電極端子３８，４８との接合位置は、捲回電極体１２の捲回軸に対して安全弁２６から遠い側に偏った部分（換言すれば、捲回軸に対して安全弁２６とは反対側に位置する部分、すなわち図２において捲回軸よりも下方に位置する部分）である。図２に示す例では、安全弁２６から遠い側の端部（すなわち図の下端）に電極端子３８，４８が接合されている。上記接合は、従来のリチウムイオン電池における電極シートと電極端子との接合と同様に、例えば溶接（超音波溶接等）により行うことができる。かかる接合（溶接方法、溶接条件等）自体は本発明を特徴づけるものではないため、詳細な説明は省略する。

かかる捲回電極体１２を構成する材料自体は、従来のリチウムイオン電池に備えられる電極体と同様でよく、特に制限はない。例えば、正極シート３０は、長尺状の正極集電体３２の上にリチウムイオン電池用正極活物質層３５が形成された構成であり得る。正極集電体３２にはアルミニウム箔（本実施形態）その他の正極に適する金属箔が好適に使用される。正極活物質層３５の形成に用いる正極活物質としては、従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。好適例として、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２等のリチウム遷移金属酸化物が挙げられる。例えば、長さ２ｍ〜４ｍ（例えば２．７ｍ）、幅８ｃｍ〜１５ｃｍ（例えば１２ｃｍ）、厚さ５μｍ〜２０μｍ（例えば１５μｍ）程度のアルミニウム箔を集電体として使用し、その表面の所定領域に常法によってニッケル酸リチウムを主体とするリチウムイオン電池用正極活物質層（例えばニッケル酸リチウム８８質量％、アセチレンブラック１０質量％、ポリテトラフルオロエチレン１質量％、カルボキシメチルセルロース１質量％）を形成することによって好適な正極シート３０が得られる。

一方、負極シート４０は、長尺状の負極集電体４２の上にリチウムイオン電池用負極活物質層４５が形成された構成であり得る。負極集電体４２には銅箔（本実施形態）その他の負極に適する金属箔が好適に使用される。負極活物質層４５の形成に用いる負極活物質としては、従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。好適例として、グラファイトカーボン、アモルファスカーボン等の炭素系材料、リチウム遷移金属酸化物や遷移金属窒化物等が挙げられる。例えば、長さ２ｍ〜４ｍ（例えば２．９ｍ）、幅８ｃｍ〜１５ｃｍ（例えば１２ｃｍ）、厚さ５μｍ〜２０μｍ（例えば１０μｍ）程度の銅箔を使用し、その表面の所定領域に常法によって黒鉛を主体とするリチウムイオン電池用負極活物質層（例えば黒鉛９８質量％、スチレンブタジエンラバー１質量％、カルボキシメチルセルロース１質量％）を形成することによって好適な負極シート４０が得られる。

なお、図３に示すように、正極はみ出し部３４および負極はみ出し部４４は、活物質層３５，４５が形成されていない活物質層非形成部として構成されることが好ましい。

また、セパレータシート１４Ａ，１４Ｂの好適例としては、多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成されたものが挙げられる。例えば、長さ２ｍ〜４ｍ（例えば３．１ｍ）、幅８ｃｍ〜１２ｃｍ（例えば１０ｃｍ）、厚さ５μｍ〜３０μｍ（例えば２５μｍ）程度の合成樹脂製（例えばポリエチレン等のポリオレフィン製）の多孔質セパレータシートを好ましく使用し得る。なお、電解質として固体電解質若しくはゲル状電解質を使用する場合には、一般的なシート状のセパレータ（樹脂シート等）が不要な場合（すなわちこの場合には電解質自体がセパレータとして機能し得る。）があり得る。

上述のように構成された扁平形状の捲回電極体１２を、図２に示すように捲回軸が横倒しになるようにして容器２０内に収容するとともに、適当な非水電解質を注入して封止することによって、密閉構造のリチウムイオン電池１０が構築される。なお、非水電解質としては、適当な非水溶媒に支持塩を含有させた液状の電解質（すなわち電解液）が好ましく使用される。かかる電解液を構成する非水溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン等からなる群から選択された一種または二種以上を用いることができる。また、この電解液を構成する支持塩としては、使用する非水溶媒に溶解可能な各種リチウム塩から選択される一種または二種以上を用いることができる。例えば、ＬｉＰＦ_６，ＬｉＢＦ_４，ＬｉＡｓＦ_６，ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３，ＬｉＣ_４Ｆ_９ＳＯ_３，ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２，ＬｉＣ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_３等のような、フッ素を構成元素とするリチウム塩から選択される一種または二種以上を好ましく用いることができる。本実施形態に係るリチウムイオン電池では、ジエチルカーボネートとエチレンカーボネートとの混合溶媒（例えば質量比１：１）に支持塩としてのヘキサフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を約１ｍｏｌ／リットルの濃度で含有させた電解液を用いている。

続いて、かかる構成のリチウムイオン電池１０によりガス発生時にも容器２０の損傷が効果的に防止される様子につき、図４に示す模式図を参照しつつ説明する。ここでは、電極体１２の内部のうち捲回軸方向の中央よりも正極はみ出し部３４側に近く、かつ捲回軸に対して安全弁２６の反対側（遠い側）の位置でガス発生要因が生じた場合を例とする。

すなわち、リチウムイオン電池１０のの不適切な使用（過充電等）や異常事態（外力による破損等）によって捲回電極体１２の内部で急速にガスが発生した場合、該発生ガスは主として捲回電極体１２の軸方向端部から、該電極体１２の正極はみ出し部３４に設けられた切取部５０を経て外部に排出される。

ここで、切取部５０の外縁は、隣接する切欠き５２の間に正極シート３０が外方に突出する突出部５３が形成された波形の形状となっている。この突出部５３は、長手方向の前後にある正極シート３０の拘束力から切り離されて（独立して）先端が自由端となっていることにより、自由に動きやすい状態となっている。したがって、該突出部５３はガス流に対して容易に移動または変形すること（例えば、電極体１２の内周側または外周側に変位したり、該突出部５３がガス流で「ひらひら」したりすること）ができる。このことによって、例えば図４中に矢印ｇで示すように、該はみ出し部３４を通過するガスの流れを乱し（ガスの流れ方向を分散させ）、電極体１２の捲回軸方向に真っ直ぐ噴出しようとするガスの勢いを殺ぐことができる。その結果、電極体１２の端部から排出されるガスの流れが捲回軸に対向する容器側面２０Ｂの特定の狭い範囲に集中的に当たることが回避されて、該排出ガスによる容器２０の損傷（孔あき等）が抑制される。正極はみ出し部３４の外縁が非直線形状（ここでは波形）となっていることも、該はみ出し部３４を通過するガスを乱流化する上で有利である。

また、正極端子３８は電極体１２の下端に接合され、その接合箇所よりも安全弁２６側では正極シート３０の端部が開放されているので、電極体１２の外部に排出されたガスをよりスムーズに安全弁２６へと導くことができる。したがって、捲回軸方向の端部から排出されて軸方向に直進しようとするガスの流れが安全弁２６に向かうガス流（図中の矢印Ｇ）に乗ることで分散され、容器２０の側面２０Ｂに当たる排出ガスの勢いをさらに弱めることができる。

上述した実施形態を採用することによる容器の損傷防止効果を確認するため、以下の実験を行った。

［リチウムイオン電池の作製（サンプル１）］
以下のようにして、図１〜３に示す構成のリチウムイオン電池を作製した。

すなわち、幅方向の一端に図３に示すような波形の切欠き５２が全長に亘って形成された正極集電体３２を用意した。この正極集電体３２は、長さ２．７ｍ、幅（突出部５３の先端までの幅をいう。）１２ｃｍ、厚さ１５μｍの長尺状のアルミニウム箔からなる。この正極集電体３２のうち切欠き５２が設けられた側を帯状に残して（正極はみ出し部３４）、それ以外の領域に、正極活物質としてのニッケル酸リチウムを主成分とする正極活物質層３５を帯状に形成した。このようにして正極シート３０を作製した。

また、幅方向の一端に図３に示すような波形の切欠き５２が全長に亘って形成された負極集電体４２を用意した。この負極集電体４２は、長さ２．９ｍ、幅（突出部５３の先端までの幅をいう。）１２ｃｍ、厚さ１０μｍの長尺状の銅箔からなる。上記波形の切欠き５２における波の高さおよびピッチは正極集電体３２と同一である。この負極集電体４２のうち切欠き５２が設けられた側を帯状に残して（負極はみ出し部４４）、それ以外の領域に、負極活物質としての黒鉛を主成分とする負極活物質層４５を帯状に形成した。このようにして負極シート４０を作製した。

セパレータシート１４Ａ，１４Ｂとしては、長さ３．１ｍ、幅１０ｃｍ、厚さ２５μｍの多孔質ポリエチレンシートを使用した。これらのセパレータシート１４Ａ，１４Ｂと上記で得られた正極シート３０および負極シート４０とを、はみ出し部３４，４４がそれぞれの幅方向の両側からはみ出すように積層して長手方向に捲回し、その捲回体を側面方向から押しつぶして扁平形状の捲回電極体１２を得た。この電極体１２の扁平方向の一端において、該電極体１２の捲回軸方向の一端では正極はみ出し部３４を構成する正極シート３０を径方向に寄せ集めてアルミニウム製の正極端子３８を溶接し、該電極体３０の捲回軸方向の他端では負極はみ出し部４４を構成する負極シート４０を径方向に寄せ集めて銅製の負極端子４８を溶接した。

容器２０としては、アルミニウム製の箱型容器を使用した。この容器２０の上面２０Ａの中央部には公知の安全弁２６が設けられている。

図２に示すように容器２０の内部に捲回電極体１２を収容し、ジエチルカーボネートとエチレンカーボネートとの混合溶媒（例えば質量比１：１）に支持塩としてのヘキサフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を約１ｍｏｌ／リットルの濃度で含有させた電解液を注入した後に容器２０を気密に封止した。このようにして、サンプル１に係る密閉型リチウムイオン電池１０を組み立てた。

［リチウムイオン電池の作製（サンプル２）］
上記サンプル１に係るリチウムイオン電池と比較するため、幅方向の一端の形状が異なる（波形の切欠きが設けられていない）正極集電体および負極集電体を使用した点以外はサンプル１と同様にして、サンプル２に係る密閉型リチウムイオン電池を組み立てた。すなわち、このサンプル２では、正極集電体３２として、長さ２．７ｍ、幅１２ｃｍ、厚さ１５μｍの細長い長方形状（幅方向の両端はいずれも一直線状）のアルミニウム箔を使用した。また、負極集電体４２としては、長さ２．９ｍ、幅１２ｃｍ、厚さ１０μｍの細長い長方形状（幅方向の両端はいずれも一直線状）の銅箔を使用した。

［排出ガス耐性試験］
サンプル１およびサンプル２に係るリチウムイオン電池をそれぞれ２５個以上作製し、従来の一般的なリチウムイオン電池の製造時と同様の操作によりコンディショニング（初期充放電）を行った。その後、各電池を満充電状態すなわちＳＯＣ（State of Charge、充電状態）１００％に調整し、以下に示す四つの試験条件により電池内部でガスが発生する状況を強制的につくり出して、該発生ガスによる容器の損傷の程度を調べた。

１．過充電試験：
上記ＳＯＣ１００％の状態から、１／３Ｃの充電レート（電流値）で電池電圧が５Ｖに達するまで更に充電を行う。この過充電状態の電池を常温で７日間放置する。

２．圧壊試験：
上記ＳＯＣ１００％に調整された電池を、面積２０ｃｍ^２以上の押出しヘッドを用いて電池の厚み方向に圧力を加えつつ、電池極板の方向に垂直（電極体の捲回軸方向）に押し出す。容器の破損または電池の内部短絡（電池電圧が０Ｖとなることにより把握され得る。）が発生するまで上記押出し操作を実施する。

３．加熱試験：
上記ＳＯＣ１００％に調整された電池を７０±２℃の恒温槽内に１２０分間保持する。

４．釘刺し試験：
上記ＳＯＣ１００％に調整された電池に、直径３〜８ｍｍ（ここでは直径５ｍｍ）の鋼製の釘を、該電池の厚み方向に１０〜４０ｍｍ／秒（ここでは２０ｍｍ／秒）の速度で貫通させることにより、該電池を強制的に内部短絡させる（上記釘はそのまま電池内に留める。）。

得られた結果を表１に示す。この表１には、各試験に供した複数の電池のうち容器の側面（電極体の捲回軸方向に対向する面、すなわち図２に示す側面２０Ｂ，２０Ｃ）に排出ガスによる孔あきが認められた電池の割合を個数％で表している。

表１に示す結果から明らかなように、図１〜３に示す構成を備えるサンプル１のリチウムイオン電池によると、サンプル２に係る電池に比べて、電池の内部でガスが発生した場合にも該ガスによる容器の損傷（孔あきの発生）が顕著に防止されることが確認された。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん種々の改変が可能である。

例えば、上記実施形態では正極シート３０および負極シート４０のいずれにも幅方向の一端（はみ出し部を構成する側の端部）にその全長に亘って波形の切取部５０が形成された態様につき説明したが、正極シート３０および負極シート４０のうちいずれか一方の電極シートのみに切取部５０が設けられ他方の電極シートは幅方向の両端が一直線状に形成されていてもよい。また、切取部５０を設ける範囲は長手方向の全体であってもよく一部の長さ範囲であってもよい。もっとも、本発明の適用効果をよりよく発揮させるためには、上述した実施形態のように、両電極シート３０，４０のいずれにも全長に亘って切取部５０が形成された態様とすることがより好ましい。

切取部５０の形状としては、上述のように外縁に波形の切欠き５２が設けられた形状に限定されず、はみ出し部を構成する電極シートが外縁から種々の形状で切り欠かれた形状を採用することができる。例えば図５に示すように、はみ出し部３４，４４を構成する電極シート３０，４０の外縁に三角形状の切欠き５２が連続して形成された形状（すなわち、電極シート３０，４０が外縁から三角形状に切り取られた形状の切取部５０）とすることができる。また、図６に示すように、電極シート３０，４０の外縁に四角形状の切欠き５２が連続して形成された形状（すなわち、電極シート３０，４０が外縁から四角形状に切り取られた形状の切取部５０）であってもよい。

ここに開示される密閉型電池（典型的にはリチウムイオン電池）１０の他の構成例として、図７に示すように、正極および負極のはみ出し部３４，４４の例えば幅方向の中央部に、該はみ出し部３４，４４を構成する電極シート３０，４０（集電体３２，４２）を円形に切り抜いた形状の貫通孔５６が、電極シート３０，４０の長手方向に所定のピッチで並んで設けられた構成が挙げられる。このことによって、はみ出し部３４，４４に貫通孔５６を備える切取部５０が形成されている。なお、図７には電極シート３０，４０の外周側にある貫通孔５６とその内周側にある貫通孔５６とが部分的に重なった例を示しているが、ここに開示される発明は電極体１２の径方向へのガス排出性を高めることを目的とするものではなく、該電極体１２の捲回軸方向に排出されるガスの流れを乱すことを目的としたものであるから、外周側の貫通孔５６と内周側の貫通孔５６とが全く重複していなくても本発明を採用することによる効果は適切に発揮され得る。

また、ここに開示される密閉型電池（典型的にはリチウムイオン電池）１０は、例えば図８に示すように、正極および負極のはみ出し部３４，４４に切り込みを入れた切込部６０が形成された態様であってもよい。図８には、好ましい一例として、はみ出し部３４，４４を構成する電極シート３０，４０にその幅方向の外縁から内側に切り込まれた切込み６２が設けられていることによりフリンジ状の切込部６０が形成された例を示している。この切込み６２は、例えば図８に示すように、上記外縁と直交してはみ出し部３４，４４の幅の中程まで（例えば、はみ出し部３４，４４の幅方向の外縁から該はみ出し部３４，４４の幅の３０％〜７０％の範囲まで）延びるように形成された直線状の切込み６２であり得る。他の例として、上記外縁に対して斜めに直線状に延びる切込みであってもよく、あるいは曲線状や折線状の切込みであってもよい。このような切込み６２が例えば一定のピッチで設けられた電極シート３０，４０をセパレータシート１４Ａ，１４Ｂと積層して長尺方向に捲回することにより、該切込み６２が典型的には径方向に対して不揃いになるように配置された捲回電極体を形成することができる。この電極体を上述した実施形態と同様に容器に収容して密封することにより、本実施形態に係る密閉型電池が構築され得る。

また、ここに開示される技術における電極はみ出し部（ここでは図を見やすくするため正極はみ出し部３４の構成につき説明するが、負極はみ出し部も同様の構成とすることができる。）の外縁は、例えば図９に示すように、三角形状の切欠き５２の内側端に続いてさらに切込み６２が形成された構成を有していてもよい。あるいは図１０に示すように、四角形状の切欠き５２の内側端に続いてさらに切込み６２が形成された構成であってもよい。切欠き５２と切込み６２との位置関係は、図１０および図１１に示すように切欠き５２の内側端に続いて切込み６２が形成された態様に限定されず、切欠き５２の種々の部分に続いて切込み６２が設けられ得る。また、切込み６２の形状は、図１０および図１１に示すように該切欠き５２の外縁が直線状に延長された形状に限られず、種々の方向に延びる直線状または曲線状の形状であり得る。

さらにまた、正極はみ出し部３４は、例えば図１１に示すように、貫通孔（ここでは四角形状の貫通孔）５６とこれに続く切込み６２とが形成された構成であってもよい。貫通孔５６と切込み６２との位置関係は特に限定されない。例えば、四角径状の貫通孔５６の各辺が該貫通孔から外方に広がって延びるように切込み６２が形成されていてもよく（図１１で左端に示す形態等）、該貫通孔５６の各角部から放射状に広がるように切込み６２が形成されていてもよく（図１１で中央に示す形態等）、該貫通孔５６の一部の辺が該貫通孔から正極シート３０の幅方向内側に延長されるように切込み６２が形成されていてもよい（図１１で右端に示す形態等）。

上記切欠き、貫通孔または切込みのピッチは、電極シートの長手方向の各部で同一であってもよく異なってもよい。また、例えば図１１に示すように、一枚の電極シート３０のはみ出し部３４に、形状および／またはサイズの異なる複数種類の切欠き、貫通孔または切込みが規則的または不規則な順序で形成された態様であり得る。

また、密閉型電池の種類は上述したリチウムイオン電池に限られず、電極体構成材料や電解質が異なる種々の内容の電池、例えばリチウム金属やリチウム合金を負極とするリチウム二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、あるいは電気二重層キャパシタ（物理電池）であってもよい。

一実施形態に係る電池の外観を模式的に示す斜視図である。 図１のII−II線断面を模式的に示す断面図である。 一実施形態に係る電池の捲回電極体を構成する正負極シートおよびセパレータシートを模式的に示す説明図である。 一実施形態に係る電池の機能を模式的に示す説明図である。 他の実施形態に係る電池の構成を模式的に示す説明図である。 他の実施形態に係る電池の構成を模式的に示す説明図である。 他の実施形態に係る電池の構成を模式的に示す説明図である。 他の実施形態に係る電池の捲回電極体を構成する正負極シートおよびセパレータシートを模式的に示す説明図である。 他の実施形態に係る捲回電極体を構成する正極シートの要部を模式的に示す説明図である。 他の実施形態に係る捲回電極体を構成する正極シートの要部を模式的に示す説明図である。 他の実施形態に係る捲回電極体を構成する正極シートの要部を模式的に示す説明図である。 一実施形態に係る密閉型電池（リチウムイオン電池）を備えた車両（自動車）を模式的に示す側面図である。

符号の説明

１ 車両（自動車）
１０ リチウムイオン電池（密閉型電池）
１２ 電極体
１４Ａ，１４Ｂ セパレータシート
２０ 容器
２０Ａ 上面
２０Ｂ，２０Ｃ 側面
２６ 安全弁
３０ 正極シート
３４ 正極はみ出し部
３８ 正極端子
４０ 負極シート
４４ 負極はみ出し部
４８ 負極端子
５０ 切取部
５２ 切欠き（切取り）
５３ 突出部
５６ 貫通孔（切取り）
６０ 切込部
６２ 切込み

Claims (8)

1. 正負の電極シートを積層し長手方向に捲回してなる捲回電極体が容器に収容された密閉型電池であって、
   前記容器には、前記捲回電極体の捲回軸に対して横方向の位置に、該電池の内圧を開放するための安全弁が設けられており、
   前記捲回電極体の捲回軸方向の一端および他端には、前記正負の電極シートが幅方向に位置をずらして積層されていることにより、正極シートの幅方向の一端が帯状に連続して負極シートからはみ出した正極はみ出し部および負極シートの幅方向の一端が帯状に連続して正極シートからはみ出した負極はみ出し部がそれぞれ形成されており、
   前記正極はみ出し部および前記負極はみ出し部の少なくとも一方には、該はみ出し部を構成する電極シートの一部が切り取られた切取部または該電極シートに切り込みを入れた切込部が形成されている、密閉型電池。
2. 前記正極はみ出し部および前記負極はみ出し部は、前記捲回電極体の周方向の一部において該電極体の径方向に束ねられて正極端子および負極端子とそれぞれ接合されており、
   前記はみ出し部と前記端子との接合位置は、前記電極体の捲回軸に対して前記安全弁から遠い側に偏った位置である、請求項１に記載の密閉型電池。
3. 前記切取部または前記切込部は、前記切り取りまたは前記切り込みの位置が前記捲回電極体の径方向に対して不揃いになるように形成されている、請求項１または２に記載の密閉型電池。
4. 前記切取部は、前記はみ出し部を構成する電極シートの幅方向の外縁が切り欠かれた形状の切欠きを備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉型電池。
5. 前記切取部は、前記切欠きに続いて形成された切込みをさらに備える、請求項４に記載の密閉型電池。
6. 前記切取部は、前記はみ出し部の外縁よりも内側に、該はみ出し部を構成する電極シートの一部が切り抜かれた貫通孔を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉型電池。
7. 前記切込部は、前記はみ出し部を構成する電極シートが幅方向の外縁から内側に切り込まれた形状の切込みを備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉型電池。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の密閉型電池を備える車両。

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