JP2011124104A - リチウムイオン電池およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】
金属異物の混入による内部短絡を早期に、高感度で検出できるリチウムイオン電池およびその製造方法を提供する。
【解決手段】
正極１６と負極１５と電解質を備えるリチウムイオン電池において、正極と負極の間に、電気伝導層４を有する電気絶縁層３を備え、充電時に正極１６と電気伝導層４との間に電圧を印加し，正極１６と電気伝導層４との間の電位差および電流を測定することにより、金属異物が混入している場合には正極負極間よりも早く正極電気導電層間に短絡が起こるため、早期に，高感度で内部短絡が起こりうることを検出することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明はリチウムイオン二次電池およびその製造方法に関する。
リチウムイオン二次電池は、高エネルギー密度の特長から、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話などの携帯用情報機器、携帯型音響機器、無線機、電動工具などの電源に利用されている。また、リチウムイオン二次電池は、高容量、高出力という利点も有している。このため、近年、電気自動車や内燃機関と電気モータとを併用したハイブリッド電気自動車（以下、両者を電気自動車という。）、無停電電源など電力貯蔵システムの電源としても使用されるに至っている。
かかるリチウムイオン二次電池は、充放電によりリチウムイオンの放出・吸蔵が可能な正極活物質を用いた正極と、充放電によりリチウムイオンの吸蔵・放出が可能な負極活物質を用いた負極とを、セパレータを介して重ね合わせ、それらを電解液に浸潤させている。より詳細には、正極にコバルト酸リチウム（LiCoO2）、ニッケル酸リチウム（LiNiO2）、マンガン酸リチウム（LiMn2O4）等の材料を、負極に炭素材料等のリチウムイオンの吸蔵・放出が可能な材料を、それぞれ用いたリチウムイオン二次電池が広く用いられている。
上記のような正極活物質には十分な電子伝導性がない。そこで、正極では、一般に、正極活物質に、導電助剤として黒鉛やカーボンブラック等の低コストかつ電池内で安定な導電性粉末を含有させ、更に結着剤（バインダ）を加え、それらを混合して作製した正極合剤が用いられる。一方、負極活物質として用いられる炭素材は、電池組立時にリチウムイオンがいわば放出しきった状態、すなわち放電状態である。負極では、負極活物質に、密着性確保のための結着剤を加え、それらを混合して作製した負極合剤が用いられる。
通常、リチウムイオン二次電池の電極内部構造は、容量と出力を上げるために、捲回式または積層式となっている。すなわち、集電体となる金属箔に活物質を塗布した正極及び負極がセパレータを挟んで捲回または積層され、この捲回体または積層体を金属製の円筒または角型の電池外装容器に収納している。
捲回体または積層体を電池外装容器に収納した後、続いて電解液を注液し、蓋を付けて封口している。電池外装容器には金属製容器以外に、アルミニウムラミネート容器も用いられている。かかる方法で組立てられたリチウムイオン二次電池は、組立後の最初の充電によって、電池としての機能が付与される。
上述した電池の原材料および製造工程において、電池内に金属異物が混入すると内部短絡が起こる可能性がある。混入した金属異物が正極上で溶解し、イオンとなって拡散し、負極上に到達すると金属が再析出する。析出が進み、正極に向かって金属が成長すると、それが電気的な導通経路となり、やがて負極と正極の間が内部短絡する。内部短絡すると、充電した電気が消費されてしまい、使える容量が減少したり、充電しようとしても内部短絡部に電流が流れてしまい、充電が進まないなど、正常な電池として機能しなくなる。
金属異物が混入した電池を選別するために、特許文献１では、充電後、電池を充電回路から切り離して放置し、電池の開回路電圧の変化を測定し、内部短絡によって開回路電圧が著しく低下したものを不良品としている。
さらに、このような内部短絡を抑制する方法として、次の方法が提案されている。特許文献２および3には、電気化学的に金属異物を溶解し拡散させて、負極上では析出させない方法が記載されている。また、特許文献４には、陽イオンを含む不純物を捕捉する物質を電池内に含有させ、金属として析出させない方法が記載されている。
特開2003-36887号公報 特開2005-243537号公報 特開2007-26752号公報 特開2000-77103号公報
特許文献１に記載の方法では、従来の正極と負極，セパレータの構成では，不良品と判定できるまでに時間がかかるという問題がある。
また、特許文献２乃至４に記載の方法も、溶解から拡散までに時間がかかる。金属異物の質量が大きい場合には拡散が不十分となり、負極に金属イオンが到達して析出する恐れがある。
そこで、本発明は、金属異物の混入による内部短絡を従来よりも早期に、高感度で検出できるリチウムイオン二次電池およびその製造方法を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明のリチウムイオン二次電池は、電池外装容器と、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に設けられた電気絶縁層と、電解質とを備えるリチウムイオン電池において、前記正極と負極との間の電気絶縁層中に、電気伝導層を備えることを特徴とする。
本発明によれば、金属異物の混入による内部短絡を早期に、高感度で検出できるリチウムイオン二次電池およびその製造方法を提供することができる。
本発明のリチウムイオン二次電池の電極付近の断面概略図である。 従来のリチウムイオン二次電池の電極付近の断面概略図である。 貫通孔を有する電気伝導層および電気絶縁層の形成過程の断面概略図である。 貫通孔を有する電気伝導層および電気絶縁層の断面概略図および拡大図である。 本発明の構造を有する電極積層型リチウムイオン二次電池の上面外観概略図である。 本発明の構造を有する電極積層型リチウムイオン二次電池の断面概略図である。 本発明の構造を有する電極捲回体型リチウムイオン二次電池の外観概略図である。 本発明の構造を有する電極捲回体型リチウムイオン二次電池の断面概略図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
図１に本実施例のリチウムイオン二次電池の電極付近の断面概略図を示す。本実施例にかかる電池は、正極側集電体６と正極側合剤層５とを有する正極１６と、負極側集電体１と負極側合剤層２とを有する負極１５と、正極１６と負極１５との間に設けられた電気絶縁層３と、電気絶縁層３中に設けられた電気伝導層４とを備える。
正極１６は、活物質としてリチウム遷移金属複合酸化物の１つであるマンガン酸リチウム、導電助剤として炭素粉末、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（以下PVDFと略す）を1-メチル-2-ピロリドン（以下NMPと略す）に分散、混練したスラリーをAl製の正極側集電体6に塗工して正極側合剤層5とし、乾燥させて作製した。
負極１５は、活物質としてリチウムイオンを吸蔵、放出できる炭素粉末、結着剤としてPVDFをNMPに分散、混練したスラリーをCu製の負極側集電体1に塗工して負極側合剤層2とし、乾燥させて作製した。
正極１６と負極１５との間の貫通孔を有する電気伝導層4および電気絶縁層3は次のように作製した。リチウムイオン二次電池用のセパレータとして用いられているものの中で、厚さ18μｍの微多孔質ポリプロピレンシートおよびポリエチレンシートをそれぞれ1枚ずつ用意した。これらは電気絶縁層３となる。そのうちのポリプロピレンシートの片面上に、イオンビームスパッタリング装置を用いて厚さ約0.5μmのCu層を形成して貫通孔を有する電気伝導層とした（図３の(1)、(2)）。このCu層の上に、もう1枚のポリエチレンシートを重ねて熱圧着した（図３の(3)、(4)）。図３の(4)に示すように、これにより、ポリプロピレン/Cu/ポリエチレンの3層構造のシートができた。これを以下ではセパレータ（A）と呼ぶことにする。
この電気伝導層４および電気絶縁層３は、図４に示すように、電解質（図示せず）が浸透し、イオン伝導性を保つために、貫通孔7を持つ微多孔質である必要がある。貫通孔７は、正極１６から負極１５まで貫通する。貫通孔７の平均孔径は電解質の浸透性と、正極１６と負極１５との隔離、剥離した電極合剤の粒子の通過を阻止する観点から0.05〜5μmが望ましい。電池の組立工程において、電解質を注入すると、貫通孔7の中は電解質で満たされ、正極と負極との間を電解質中のイオンが移動できるようになる。
ここでは、電気絶縁層の厚さを18μmとしたが、正極１６と電気伝導層４との距離が小さいほど、早期に、高感度で金属異物の混入を検出できるため、機械的強度と電気絶縁性が保たれる範囲でさらに薄くしてもよい。
また、ここでは、電気伝導層４の形成にイオンビームスパッタリング装置を用いたが、RFスパッタリング装置、マグネトロンスパッタリング装置または真空蒸着装置を用いてもよい。下地のポリプロピレンシートは貫通孔７を有しているため、その上に厚さ約0.05〜20μmのCu層を形成すると、貫通孔７は維持され、電気伝導性も発現し、貫通孔７を有する電気伝導層となる。
電気伝導層には一例としてCuを用いたが、電気伝導性を有し、Liと合金を作らず、電解質に溶解しない物質であれば、Cu以外のものを用いることもでき、例えばNiやカーボン、インジウム・スズ酸化物（ITO）やMnO2のような導電性金属酸化物を用いることもできる。他に、金属、合金、導電性高分子も使用可能である。
また、ポリプロピレンシートおよびポリエチレンシートだけでなく、貫通孔を有するその他のポリオレフィン樹脂，ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂のシートを用いてもよい。
さらに、貫通孔を有するポリプロピレンとポリエチレンとを互いに積層した積層シートを用いてもよい。
セパレータ（A）の端部には電気的接続を取るためのリード線になるCu箔を圧接して取り付けた。続いて、上記の正極１６、セパレータ（A）、負極１５、セパレータ（A)を順次積み重ねて、電極積層体14を作製した。
次に、電極積層体１４を内蔵するリチウムイオン二次電池を図５及び図６に示す。製造した電極積層体14をアルミラミネート型の電池外装容器12に収納し、リード線により電極積層体１４と電池外装容器１２に付属した端子８、９、１４との間の電気的接続を取った。電極積層体１４の正極は正極端子８に接続され、電極積層体１４の負極は負極端子１３に接続され、電気伝導層４は電気伝導層に接続された端子１０に接続した。その後、電解質を注入した。電解質にはエチレンカーボネート（以下ECと称す）とジメチルカーボネート（以下DMCと称す）の混合溶液に六フッ化リン酸リチウム（LiPF6）を溶解した液を使用した。
続いて電池蓋（図示せず）を電池外装容器１２に取り付け、熱圧着および接着剤によって密閉し、図5および図6に示す電池を組み立てた。
組み立て完了後の最初の充電は定電圧4.2V、充電電流１C相当の電流値で実施した。ただし、1Cは電池容量を1時間で充電する電流値である。
充電中、電気伝導層に接続された端子１０を介して電気伝導層４に負極と同じ-4.2V（正極を基準）の電池電圧を印加し、電気伝導層４と正極１６との間の電位差と電流を測定した。
なお、電気伝導層４には負極１５とは異なる電圧を印加してもよい。溶解と析出を促進するために、電解質が分解しない範囲で、より低い電圧、例えば-4.5V（正極を基準）を電気伝導層に印加してもよい。負極１５と同じとした場合には、充電時に負極１５につなぐ回路と同じものを用いることができ、制御のための回路が簡略になる。
あるいは充電が完了し正極１６と負極１５を充放電回路から切り離した後、電気伝導層には負極１５と同じ-4.2V（正極を基準）の電池電圧を印加し、電気伝導層と正極１６との間の電位差と電流を測定してもよい。
なお、リチウムイオン二次電池の出荷後は、電気導電層４は特に使用しないので、検査後出荷前に、電気伝導層に接続された端子１０を部材で隠したり、電気伝導層に接続された端子１０とリード線を除去したりしてもよい。
（実施例２）
正極１６および負極１５は実施例１と同様の方法で作製した。
正極１６と負極１５との間の貫通孔を有する電気伝導層4および電気絶縁層3は次のように作製した。リチウムイオン二次電池用のセパレータとして用いられているものの中で、厚さ18μmの微多孔質ポリエチレンシートを２枚用意した。これらは電気絶縁層３となる。
そのうちの1枚の片面上に、アルカリ性過マンガン酸カリウム溶液を接触させ、ポリエチレンシート表面をマイクロエッチングした。
続いてマイクロエッチングした表面にパラジウムを吸着させ、無電解めっきのために触媒化した。その後、無電解Cuめっき法を用いて、厚さ約0.5μmのCu膜を形成して電気伝導層とした（図３の(1)、(2)）。
このCu層の上に、もう1枚のポリエチレンシートを重ねて熱圧着した（図３の(3)、(4)）。図３の(4)に示すように、これにより、ポリエチレン/Cu/ポリエチレンの3層構造のシートができた。これを以下ではセパレータ（B）と呼ぶことにする。
この電気伝導層４および電気絶縁層３は、図４に示すように、電解質が浸透し、イオン伝導性を保つために、貫通孔7を持つ微多孔質である必要がある。貫通孔の平均孔径は電解質の浸透性と、正極と負極との隔離、剥離した電極合剤の粒子の通過を阻止する観点から0.05〜5μmが望ましい。電池の組立工程において、電解質を注入すると、貫通孔7の中は電解質で満たされ、正極と負極との間を電解質中のイオンが移動できるようになる。
ここでは、電気絶縁層の厚さを18μmとしたが、正極１６と電気伝導層４との距離が小さいほど、早期に、高感度で金属異物の混入を検出できるため、機械的強度と電気絶縁性が保たれる範囲でさらに薄くしてもよい。
また、ここでは、無電解めっき法のみを用いたが、無電解めっき法でCu膜を付けた後、それをシード層として電気めっき法でCu膜またはNi膜を形成してもよい。あるいは実施例１のようにドライ成膜法でCu膜を付けた後、それをシード層として電気めっき法でCu膜またはNi膜を形成してもよい。
下地のポリエチレンシートは貫通孔を有しているため、その上に厚さ約0.05〜20μmのCu層を形成すると、貫通孔は維持され、電気伝導性も発現し、貫通孔を有する電気伝導層４となる。
電気伝導層には一例としてCuを用いたが、電気伝導性を有し、Liと合金を作らず、電解質に溶解しない物質であれば、Cu以外のものを用いることもでき、例えばNiを用いることもできる。
また、ポリエチレンシートだけでなく、貫通孔を有するポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂のシートを用いてもよい。
ただし、ポリイミド樹脂の場合は、無電解めっきの前処理として、水酸化アルカリ水溶液または紫外線、プラズマなどによる表面改質が必要である。
フッ素樹脂の場合は、無電解めっきの前処理として、金属ナトリウム-ナフタレンを用いた表面改質が必要である。
さらに、貫通孔を有するポリエチレンとポリプロピレンとを互いに積層した積層シートを用いてもよい。
セパレータ（B）の端部には電気的接続を取るためのリード線になるCu箔を圧接して取り付けた。続いて、上記の正極、セパレータ（B）、負極、セパレータ（B)を順次積み重ねて巻き取り、電極捲回体11を作製した。
次に電極捲回体11を、NiめっきしたFe製電池外装容器に収納し、電極捲回体と電池外装容器との間の電気的接続を取った。その後、電解質を注入した。電解質にはEC、DMCの混合溶液にLiPF6を溶解した液を使用した。
続いて電池蓋を電池外装容器に取り付け、かしめ加工法によって密閉し、図7および8に示す電池を組み立た。
組み立て完了後の最初の充電は定電圧4.2V、充電電流１C相当の電流値で実施した。ただし、1Cは電池容量を1時間で充電する電流値である。
充電中、電気伝導層に負極と同じ-4.2V（正極を基準）の電池電圧を印加し、電気伝導層と正極との間の電位差と電流を測定した。
なお、電気伝導層には負極とは異なる電圧を印加してもよい。溶解と析出を促進するために、電解質が分解しない範囲で、より低い電圧、例えば-4.5V（正極を基準）を電気伝導層に印加してもよい。
あるいは充電が完了し正極と負極を充放電回路から切り離した後、電気伝導層には負極と同じ-4.2V（正極を基準）の電池電圧を印加し、電気伝導層と正極との間の電位差と電流を測定してもよい。
（実施例３）
正極１６および負極１５は実施例１と同様の方法で作製した。
正極と負極との間の貫通孔を有する電気伝導層4および電気絶縁層3は次のように作製した。リチウムイオン二次電池用のセパレータとして用いられているものの中で、厚さ18μmの微多孔質ポリエチレンシートを２枚用意した。これらは電気絶縁層４となる。
そのうちの1枚の片面上に、カーボン粉末とPVDFをNMPに分散溶解させたスラリーを塗布し、60〜100℃で減圧乾燥させ、厚さ約1μmのカーボン膜を形成して電気伝導層とした電気伝導層とした（図３の(1)、(2)）。このカーボン層の上に、もう1枚のポリエチレンシートを重ねて熱圧着した（図３の(3)、(4)）。図３の(4)に示すように、これにより、ポリエチレン/カーボン/ポリエチレンの3層構造のシートができた。これを以下ではセパレータ（C）と呼ぶことにする。
この電気伝導層４および電気絶縁層３は、図４に示すように、電解質が浸透し、イオン伝導性を保つために、貫通孔7を持つ微多孔質である必要がある。貫通孔７の平均孔径は電解質の浸透性と、正極１６と負極１５との隔離、剥離した電極合剤２、５の粒子の通過を阻止する観点から0.05〜5μmが望ましい。電池の組立工程において、電解質を注入すると、貫通孔7の中は電解質で満たされ、正極１６と負極１５との間を電解質中のイオンが移動できるようになる。
ここでは、電気絶縁層３の厚さを18μmとしたが、正極１６と電気伝導層４との距離が小さいほど、早期に、高感度で金属異物の混入を検出できるため、機械的強度と電気絶縁性が保たれる範囲でさらに薄くしてもよい。
ここでは、カーボン粉末を含むスラリーを塗布して電気伝導層を形成したが、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリンのような導電性高分子を有機溶剤に溶解させた溶液を塗布してもよい。
下地のポリエチレンシートは貫通孔を有しており、そこにカーボン粉末を塗布しているため、その上に厚さ約0.05〜20μmのカーボン膜を形成すると、貫通孔は維持され、電気伝導性も発現し、貫通孔を有する電気伝導層となる。
また、ポリエチレンシートだけでなく、貫通孔を有するポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂のシートを用いてもよい。
さらに、貫通孔を有するポリエチレンとポリプロピレンとを互いに積層した積層シートを用いてもよい。
セパレータ（C）の端部には電気的接続を取るためのリード線になるCu箔を圧接して取り付けた。続いて、上記の正極１６、セパレータ（C）、負極１５、セパレータ（C)を順次積み重ねて電極積層体14を作製した。
次に電極積層体14をアルミラミネート型の電池外装容器12に収納し、電極積層体と電池外装容器との間の電気的接続を取った。その後、電解質を注入した。電解質にはEC、DMCの混合溶液にLiPF6を溶解した液を使用した。
続いて電池蓋を電池外装容器に取り付け、熱圧着および接着剤によって密閉し、図5および6に示す電池を組み立てた。
組み立て完了後の最初の充電は定電圧4.2V、充電電流１C相当の電流値で実施した。ただし、1Cは電池容量を1時間で充電する電流値である。
充電中、電気伝導層４に負極と同じ-4.2V（正極を基準）の電池電圧を印加し、電気伝導層４と正極１６との間の電位差と電流を測定した。
なお、電気伝導層４には負極１５とは異なる電圧を印加してもよい。溶解と析出を促進するために、電解質が分解しない範囲で、より低い電圧、例えば-4.5V（正極を基準）を電気伝導層に印加してもよい。
あるいは充電が完了し正極１６と負極１５を充放電回路から切り離した後、電気伝導層には負極と同じ-4.2V（正極を基準）の電池電圧を印加し、電気伝導層４と正極１６との間の電位差と電流を測定してもよい。
（実施例４）
正極１６および負極１５は実施例１と同様の方法で作製した。
正極１６と負極１５との間の貫通孔を有する電気伝導層4および電気絶縁層3は次のように作製した。リチウムイオン二次電池用のセパレータとして用いられているものの中で、厚さ18μmの微多孔質ポリエチレンシートを1枚用意した。これは電気絶縁層となる。このポリエチレンシートの片面上に、イオンビームスパッタリング装置を用いて厚さ約0.5μmのCu層を形成して貫通孔を有する電気伝導層とした（図３の(1)、(2)）。
このCu層の上に、PVDFをNMPに分散溶解させた溶液を塗布し、60〜100℃で減圧乾燥し、約20μmの電気絶縁層を形成した（図３の(3)、(4)）。図３の(4)
に示すように、これにより、PVDF/Cu/ポリエチレンの3層構造のシートができた。これを以下ではセパレータ（D）と呼ぶことにする。
この電気伝導層４および電気絶縁層３は、図４に示すように、電解質が浸透し、イオン伝導性を保つために、貫通孔7を持つ微多孔質である必要がある。貫通孔の平均孔径は電解質の浸透性と、正極と負極との隔離、剥離した電極合剤の粒子の通過を阻止する観点から0.05〜5μmが望ましい。電池の組立工程において、電解質を注入すると、貫通孔7の中は電解質で満たされ、正極１６と負極１５との間を電解質中のイオンが移動できるようになる。
ここでは、電気絶縁層の厚さを18μmとしたが、正極１６と電気絶縁層３との距離が小さいほど、早期に、高感度で金属異物の混入を検出できるため、機械的強度と電気絶縁性が保たれる範囲でさらに薄くしてもよい。
また、ここでは、電気伝導層４の形成にイオンビームスパッタリング装置を用いたが、RFスパッタリング装置、マグネトロンスパッタリング装置または真空蒸着装置を用いてもよい。下地のポリプロピレンシートは貫通孔を有しているため、その上に厚さ約0.05〜20μmのCu層を形成すると、貫通孔は維持され、電気伝導性も発現し、貫通孔を有する電気伝導層４となる。
電気伝導層４には一例としてCuを用いたが、電気伝導性を有し、Liと合金を作らず、電解質に溶解しない物質であれば、Cu以外のものを用いることもでき、例えばNiやカーボン、インジウム・スズ酸化物（ITO）やMnO2のような導電性金属酸化物を用いることもできる。
下地の電気伝導層４は貫通孔を有しているため、その上に約1〜20μmにPVDFをNMPに分散溶解させた溶液を塗布すると、 貫通孔は維持され、電気絶縁性も発現し、貫通孔を有する電気絶縁層となる。
Cu層の上に形成する電気絶縁層３としては、PVDFのほかに、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、スチレン−ブタジエンゴム（SBR）、ポリビニルアルコール（PVA）、カルボキシメチルセルロース（CMC）を用いてもよい。多孔質を保つためにアルミナまたはシリカのような無機物粒子を混合させてもよい。
また、ポリプロピレンシートだけでなく、貫通孔を有するポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂のシートを用いてもよい。
さらに、貫通孔を有するポリプロピレンとポリエチレンとを互いに積層した積層シートを用いてもよい。
セパレータ（D）の端部には電気的接続を取るためのリード線になるCu箔を圧接して取り付けた。続いて、上記の正極１６、セパレータ（D）、負極１５、セパレータ（D)を順次積み重ねて、電極積層体14を作製した。
次に電極積層体14をアルミラミネート型の電池外装容器12に収納し、電極積層体と電池外装容器との間の電気的接続を取った。その後、電解質を注入した。電解質にはEC、DMCの混合溶液にLiPF6を溶解した液を使用した。
続いて電池蓋を電池外装容器に取り付け、熱圧着および接着剤によって密閉し、図5および6に示す電池を組み立てた。
組み立て完了後の最初の充電は定電圧4.2V、充電電流１C相当の電流値で実施した。ただし、1Cは電池容量を1時間で充電する電流値である。
充電中、電気伝導層に負極と同じ-4.2V（正極を基準）の電池電圧を印加し、電気伝導層と正極との間の電位差と電流を測定した。
なお、電気伝導層には負極とは異なる電圧を印加してもよい。溶解と析出を促進するために、電解質が分解しない範囲で、より低い電圧、例えば-4.5V（正極を基準）を電気伝導層に印加してもよい。
あるいは充電が完了し正極と負極を充放電回路から切り離した後、電気伝導層には負極と同じ-4.2V（正極を基準）の電池電圧を印加し、電気伝導層と正極との間の電位差と電流を測定してもよい。
（比較例１）
セパレータに電気伝導層を形成しない点のほかは、実施例１乃至４と同一仕様の正極、負極、電解液を用いて電池を組み立てた。
セパレータはリチウムイオン二次電池用のセパレータとして用いられているものの中で、厚さ35μmの多孔質ポリエチレンシートを用いた。
組み立て完了後の最初の充電は定電圧4.2V、充電電流１C相当の電流値で実施した。ただし、1Cは電池容量を1時間で充電する電流値である。
（評価例）
本発明の効果を確認するために、実施例１乃至４および比較例１の電池に、電極作製過程で、平均粒径80μm前後および30μm前後の金属異物（Fe）を正極中および正極表面上に1〜10個混入させた。
組み立て完了後の最初の充電は定電圧4.2V、充電電流１C相当の電流値で実施した。ただし、1Cは電池容量を1時間で充電する電流値である。
充電中、電気伝導層に負極と同じ-4.2V（正極を基準）の電池電圧を印加し、電気伝導層と正極との間の電位差と電流を測定した。
内部短絡が起きると、電気伝導層と正極との間の電位差の絶対値が4.2Vよりも小さくなり、同時に短絡電流が観測される。短絡電流は印加した電圧と、短絡部の電気抵抗によって変わる。このような電位差の変化と短絡電流が、金属異物の混入がなく内部短絡が起こらない良品の電池の挙動と比べて大きく観測された電池は内部短絡発生と判断し、不良品として選別した。
なお、電気伝導層には負極とは異なる電圧を印加してもよい。溶解と析出を促進するために、電解質が分解しない範囲で、より低い電圧、例えば-4.5V（正極を基準）を電気伝導層に印加してもよい。
あるいは充電が完了し正極と負極を充放電回路から切り離した後、電気伝導層には負極と同じ-4.2V（正極を基準）の電池電圧を印加し、電気伝導層と正極との間の電位差と電流を測定してもよい。
この結果を表１に示す。ここでは、本発明の電気伝導層と正極との間で起きた短絡を内部短絡と表現している。
Figure 2011124104
平均粒径80μmの金属異物の場合、本発明の電池では，従来の電池の場合の1/12〜1/2の時間内という早期に内部短絡が起きた。
また、平均粒径30μmの金属異物の場合、従来の電池では、内部短絡が起こらなかったが、本発明の電池では内部短絡が発生した。
つまり、本発明によれば、金属異物による内部短絡を従来よりも早期に検出できた。また従来は混入していても内部短絡しないために見逃していた小さな金属異物による内部短絡を本発明では検出できた。
1：負極側集電体
2：負極側合剤層
3：電気絶縁層
4：電気伝導層
5：正極側合剤層
6：正極側集電体
7：貫通孔
8：正極に接続された端子
9：負極に接続された電池外装容器の胴体
10：電気伝導層に接続された端子
11：電極捲回体
12：アルミラミネート型の電池外装容器
13：負極に接続された端子
14：電極積層体
15：負極
16：正極

Claims (10)

  1. 電池外装容器と、
    正極と、
    負極と、
    前記正極と前記負極との間に設けられた電気絶縁層と、
    電解質とを備えるリチウムイオン電池において、
    前記正極と負極との間の電気絶縁層中に、電気伝導層を備えることを特徴とするリチウムイオン電池。
  2. 請求項１において、
    前記電気絶縁層及び前記電気伝導層は、前記電解質が充填され、前記正極から前記負極まで貫通する貫通孔を備えたことを特徴とするリチウムイオン電池。
  3. 請求項１において、
    前記電気伝導層は、負極と電気的に接続されていることを特徴とするリチウムイオン電池。
  4. 請求項１において、
    前記電気伝導層は、正極および負極とは電気的に独立して、電気的接続のためのリード線と、前記電池外装容器との電気的接点を有していることを特徴とするリチウムイオン電池。
  5. 請求項１において、
    前記電気伝導層は、金属、合金、カーボン、導電性金属酸化物、導電性高分子のうちの少なくとも１つからなることを特徴とするリチウムイオン電池。
  6. 請求項１において、
    前記電気絶縁層は、ポリプロピレンシート、ポリエチレンシート、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂のうち少なくとも１つからなることを特徴とするリチウムイオン電池。
  7. 電池外装容器と、
    正極と、
    負極と、
    前記正極と前記負極との間に設けられた電気絶縁層と、
    電解質を備えるリチウムイオン電池の製造方法において、
    正極と負極の間に、内部に電気導電層を有する電気伝導層を形成して電極捲回体または電極積層体を形成する工程と、
    前記電極捲回体または電極積層体に電解質を充填する工程と、
    前記電解質充填後に充電を行なう工程と，
    前記正極と前記電気伝導層との間に電圧を印加する工程を含む
    ことを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
  8. 請求項７において、
    前記充電を行なう工程では、前記正極と前記電気伝導層との間に電圧を印加し，前記正極と前記電気伝導層との間の電位差および電流を測定しながら前記充電を行なうことを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
  9. 請求項８において、
    前記充電を行なう工程では、前記電気伝導層に、前記正極よりも低い電極電位を印加することを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
  10. 請求項７において、
    前記充電を行なう工程の後に、前記正極と前記電気伝導層との間に電圧を印加し，前記正極と前記電気伝導層との間の電位差および電流の測定を行なうことを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
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