JP2011243527A - 二次電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】安全性及びエネルギー密度を向上させることができる二次電池の新規構造の提案
【解決手段】
このリチウムイオン二次電池１００Ａは、正極シート２２０の幅方向において、正極合材層２２３の未塗工部２２２側の縁２２３ａから電池ケース３００の内壁までの距離Ａが、正極合材層２２３の反対側の縁２２３ｂから電池ケース３００の内壁までの距離Ｂよりも長くなるように（Ａ＞Ｂ）、捲回電極体２００が電池ケース３００に位置決めされている。
【選択図】図６
【解決手段】
このリチウムイオン二次電池１００Ａは、正極シート２２０の幅方向において、正極合材層２２３の未塗工部２２２側の縁２２３ａから電池ケース３００の内壁までの距離Ａが、正極合材層２２３の反対側の縁２２３ｂから電池ケース３００の内壁までの距離Ｂよりも長くなるように（Ａ＞Ｂ）、捲回電極体２００が電池ケース３００に位置決めされている。
【選択図】図６
Description
本発明は二次電池に関する。なお、本明細書において「二次電池」とは、リチウムイオン二次電池(lithium-ion secondary battery)、金属リチウム二次電池、ニッケル水素電池（Ni-MH: Nickel metal hydride）、ニッケルカドミウム電池（Ni-Cd: Nickel-Cadmium rechargeable battery）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概念である。
二次電池は、車両搭載用電源やパソコンや携帯端末等の電源としての用途において重要性が高まっている。
例えば、国際公開第０３／１０７４５７号パンフレット（WO03/107457）（特許文献１）には、車両搭載用電源の鉛蓄電池について、外部の熱源（例えば、エンジン）から電池に熱が、伝導や輻射によって電池内部に伝わる問題点が挙げられている。これに対して、合成樹脂製の電池容器の壁に空洞を設けるか又は空洞を設けた合成樹脂板を電池容器の外面に設けることが開示されている。これにより、同公報では、外部の熱源から電池内部へ熱が伝わるのが妨げられるとされている。
また、日本国特許出願公開平９−３０６４３６号公報（特許文献２）には、いわゆるモノブロック型の鉛蓄電池に関して、各セル内の温度が近似するように、セル内からの放熱を制限する放熱制限部材を備えた構造が開示されている。これにより、セル間の温度のばらつきが低減され、モノブロック型電池が長寿命化するとされている。
また、日本国特許出願公開２００３−３０８８８７号公報（特許文献３）には、金属ラミネート樹脂フィルム等からなる電池容器を用いた非水電解質二次電池が開示されている。ここで開示された非水電解質二次電池では、可撓性を有する樹脂フィルムにより形成された電池容器に正極板及び負極板を備えた電池要素（発電要素）が収納されている。正極板及び負極板には、正極及び負極のリード端子が接続されている。リード端子は、電池容器から外部に導出されている。そして、リード端子の少なくとも何れか一方に温度検出素子を設けることが開示されている。この温度検出素子により、電池内部の温度上昇をより適切に検出できることが開示されている。
また、同公報に開示された実施形態では、正極のリード端子としてアルミニウム、ニッケル又はチタン等の金属が用いられ、負極のリード端子として銅箔にニッケルをメッキしたリード端子が用いられている。同公報では、温度検出素子としてのＰＴＣサーミスタはリード端子の少なくとも何れか一方に設けられればよいことが開示されている。ＰＴＣサーミスタを何れのリード端子に設けるのが良いかという点について、同公報では、「熱伝導度の高い材質からなる負極リード端子は放熱しやすく電池内部の温度変化を捉えにくいが、熱伝導度が低い材質からなる正極リード端子は放熱しにくく、電池内部の温度変化を適切に示している。従って、正極リード端子に設けられたＰＴＣサーミスタは内部温度の上昇をより適切に検出でき、電池の安全性を向上させることができる。」などと開示されている。
また、日本国特許出願公開平１０−１４４２７２号公報（特許文献４）には、円筒形状のケーシングの内側に突起を設けて、素電池（発電要素）をケーシングに対して偏心させた電池パックが開示されている。素電池とケーシングを偏心した間隙には温度センサが収容されている。かかる構成によれば、間隙の有効利用が図られるとともに、突起によって素電池が支持されているので、ケーシングへの熱伝導が小さく抑えられることが開示されている。また、かかる構成によれば、素電池の温度検出が正確に行えることが開示されている。
また、軽量で高エネルギー密度が得られる二次電池として、リチウムイオン二次電池がある。リチウムイオン二次電池は、車両搭載用の高出力電源に好ましく用いられるものとして期待されている。リチウムイオン二次電池の代表的な構成として、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な電極活物質を備える正負の電極と、それらの間に配置されたセパレータと、非水電解液とを備えた構成が挙げられる。このようなリチウムイオン二次電池には、例えば、正負の電極シートを、両電極シートの間にセパレータを挟んで重ね合わせて捲回してなる電極体（捲回電極体）を、非水電解液とともに電池ケース（電池容器）に収容した構成が知られている。この種の電池は、例えば、日本国特許出願公開２００７−１８９６８号公報（特許文献５）に開示されている。
安全性が確保された上ではあるが、二次電池は、エネルギー密度を向上させることが望まれている。エネルギー密度には、サイズや重量との比較において、体積エネルギー密度（Wh/L）と重量エネルギー密度（Wh/kg）がある。ここで、体積エネルギー密度は、単位体積当りの電池の容量を示している。重量エネルギー密度は、単位重量当りの電池の容量を示している。
つまり、二次電池は、同じ大きさであれば体積エネルギー密度が高い方がよい。例えば、特許文献１に開示されているように、電池容器と電池要素との間に放熱部材を配置する場合、放熱部材を配置した分だけ電池要素を収容できる空間が狭くなる。電池要素を収容できる空間が狭くなり、収容できる電池要素が小さくなると、エネルギー密度が低下する。このため、同じ大きさの電池ケースでは、電池要素を収容できる空間を大きく確保することが望ましい。また、車載や携帯される用途では、電池の容量や出力が同じであれば、軽い方が望ましい。
また、リチウムイオン二次電池は、例えば、何らかの異常によって過充電の状態が生じた場合において、過充電末期では、発熱したり、ガスが発生したりする。かかる過充電末期の事象に対しても安全性を向上させる必要がある。このため、例えば、システム上、異常が発生すると、充電を停止するなどの安全対策が取られる。
ところで、本発明は、正負の電極シートを、セパレータを間に挟んで重ね合わせ、これらを長手方向に捲回してなる電極体（捲回電極体）を、非水電解液とともにケース（電池容器）に収容した二次電池について、安全性を向上させつつ、エネルギー密度を向上させることができる新たな構造を提案する。
本発明に係る二次電池は、帯状の正極シート及び帯状の負極シートが帯状のセパレータを介在させた状態で重ねられ、かつ、捲回された捲回電極体と；捲回電極体を収容した電池ケースと；捲回電極体を電池ケースに位置決めする位置決め部材と；を備えている。
ここで、正極シートは、帯状の正極集電体と、正極集電体の幅方向片側の縁部に沿って正極集電体に設定された未塗工部と、未塗工部を除いて正極集電体の両面に、正極活物質を含む正極合材が塗工された正極合材層とを備えている。
また、負極シートは、帯状の負極集電体と、負極集電体の幅方向片側の縁部に沿って負極集電体に設定された未塗工部と、未塗工部を除いて負極集電体の両面に、正極合材層よりも幅が広くなるように、負極活物質を含む負極合材が塗工された負極合材層とを備えている。
また、正極シートと負極シートとは、正極合材層が負極合材層によって覆われるように対向し、かつ、正極シートの未塗工部と負極シートの未塗工部とが、セパレータの幅方向において互いに反対側にはみ出るように重ねられている。
また、位置決め部材は、正極シートの幅方向において、正極合材層の未塗工部側の縁から電池ケースの内壁までの距離Ａが、正極合材層の反対側の縁から電池ケースの内壁までの距離Ｂよりも長くなるように、捲回電極体を電池ケースに位置決めされている。
この二次電池によれば、正極シートの幅方向において、正極シートの未塗工部側の正極合材層の縁から電池ケースの内壁までの距離Ａが、正極合材層の反対側の縁から電池ケースの内壁までの距離Ｂよりも長い。このため、正極合材層の未塗工部側の縁から電池ケースの内壁までの距離Ａが、正極合材層の反対側の縁から電池ケースの内壁までの距離Ｂと同じ場合や、当該距離Ｂよりも短い場合に比べて安全性が高い。
ここで、距離Ａと距離Ｂとの差（Ａ−Ｂ）は、１ｍｍ以上であってもよい。また、正極シートの幅方向において、電池ケースの内側の幅Ｃと捲回電極体の幅Ｄとの差（Ｃ−Ｄ）に対して、上記の距離Ａが距離Ｂの差（Ａ−Ｂ）が概ね１０％以上であってもよい。
また、正極集電体の熱伝導率は負極集電体よりも小さくてもよい。また、正極シートの未塗工部は、第１セパレータ又は第２セパレータからはみ出た部分において溶接されており、負極シートの未塗工部は、第１セパレータ又は第２セパレータからはみ出た部分において溶接されていてもよい。
また、捲回電極体は、第１セパレータ又は第２セパレータからはみ出た部分において、正極シートの未塗工部と負極シートの未塗工部が電池ケースに固定されていてもよい。また、位置決め部材は、電池ケースに固定された電極端子であってもよい。また、負極合材層は、耐熱層で覆われていてもよい。
また、電池ケースは、一の側面が開口した扁平な箱型の容器と、当該開口を塞ぐ蓋体とを備えていてもよい。この場合、捲回電極体は、捲回軸に直交する一の方向において扁平に変形させられた状態で、前記電池ケースに収容されており、電極端子は、蓋体に固定されていてもよい。
以下、本発明の一実施形態に係る二次電池を図面に基づいて説明する。なお、同じ作用を奏する部材、部位には適宜に同じ符号を付している。
ここではまず、本発明者が検討しているリチウムイオン二次電池の一例を挙げ、その概要を説明する。図１は、リチウムイオン二次電池の一例を示している。このリチウムイオン二次電池１００は、図１に示すように、捲回電極体２００と、電池ケース３００と、位置決め部材４００とを備えている。また、図２は、捲回電極体２００を示す図である。図３は、図２中のIII−III断面を示している。
捲回電極体２００は、図２に示すように、正極シート２２０、負極シート２４０及びセパレータ２６２、２６４を有している。正極シート２２０、負極シート２４０及びセパレータ２６２、２６４は、それぞれ帯状のシート材である。
≪正極シート２２０≫
正極シート２２０は、図２に示すように、帯状の正極集電体２２１（正極芯材）を有している。正極集電体２２１には、正極に適する金属箔が好適に使用され得る。この正極集電体２２１には、所定の幅を有する帯状のアルミニウム箔が用いられている。また、正極シート２２０は、未塗工部２２２と、正極合材層２２３とを有している。未塗工部２２２は正極集電体２２１の幅方向片側の縁部に沿って設定されている。正極合材層２２３は、正極活物質を含む正極合材２２４が塗工された層である。正極合材２２４は、正極集電体２２１に設定された未塗工部２２２を除いて、正極集電体２２１の両面に塗工されている。
正極シート２２０は、図２に示すように、帯状の正極集電体２２１（正極芯材）を有している。正極集電体２２１には、正極に適する金属箔が好適に使用され得る。この正極集電体２２１には、所定の幅を有する帯状のアルミニウム箔が用いられている。また、正極シート２２０は、未塗工部２２２と、正極合材層２２３とを有している。未塗工部２２２は正極集電体２２１の幅方向片側の縁部に沿って設定されている。正極合材層２２３は、正極活物質を含む正極合材２２４が塗工された層である。正極合材２２４は、正極集電体２２１に設定された未塗工部２２２を除いて、正極集電体２２１の両面に塗工されている。
ここで、正極合材２２４は、正極活物質や導電材やバインダなどを混ぜ合わせた合材である。正極活物質には、リチウムイオン二次電池の正極活物質として用いられる物質を特に限定されることなく使用できる。正極活物質の例を挙げると、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４等のリチウム遷移金属酸化物が挙げられる。
≪負極シート２４０≫
負極シート２４０は、図２に示すように、帯状の負極集電体２４１（負極芯材）を有している。負極集電体２４１には、負極に適する金属箔が好適に使用され得る。この負極集電体２４１には、所定の幅を有する帯状の銅箔が用いられている。また、負極シート２４０は、未塗工部２４２と、負極合材層２４３とを有している。未塗工部２４２は負極集電体２４１の幅方向片側の縁部に沿って設定されている。負極合材層２４３は、負極活物質を含む負極合材２４４が塗工された層である。負極合材２４４は、負極集電体２４１に設定された未塗工部２４２を除いて、負極集電体２４１の両面に塗工されている。
負極シート２４０は、図２に示すように、帯状の負極集電体２４１（負極芯材）を有している。負極集電体２４１には、負極に適する金属箔が好適に使用され得る。この負極集電体２４１には、所定の幅を有する帯状の銅箔が用いられている。また、負極シート２４０は、未塗工部２４２と、負極合材層２４３とを有している。未塗工部２４２は負極集電体２４１の幅方向片側の縁部に沿って設定されている。負極合材層２４３は、負極活物質を含む負極合材２４４が塗工された層である。負極合材２４４は、負極集電体２４１に設定された未塗工部２４２を除いて、負極集電体２４１の両面に塗工されている。
ここで、負極合材２４４は、負極活物質や導電材やバインダなどを混ぜ合わせた合材である。負極活物質には、リチウムイオン二次電池の負極活物質として用いられる物質を特に限定されることなく使用できる。負極活物質の例を挙げると、天然黒鉛、人造黒鉛、天然黒鉛や人造黒鉛の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、リチウム遷移金属窒化物等が挙げられる。また、この例では、図３に示すように、負極合材層２４３の表面には、さらに耐熱層２４５（ＨＲＬ：heat-resistant layer）が形成されている。耐熱層２４５には、金属酸化物（例えば、アルミナ）を含む層が形成されている。なお、このリチウムイオン二次電池１００では、負極合材層２４３の表面に耐熱層が形成されているが、例えば、セパレータ２６２、２６４の表面に耐熱層を形成してもよい。
≪セパレータ２６２、２６４≫
セパレータ２６２、２６４は、正極シート２２０と負極シート２４０とを分離する部材である。この例では、セパレータ２６２、２６４は、微小な孔を複数有する所定幅の帯状のシート材で構成されている。セパレータ２６２、２６４の好適な例として、多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成された単層又は積層構造のものが挙げられる。この例では、図２及び図３に示すように、負極合材層２４３の幅ｂ１は、正極合材層２２３の幅ａ１よりも少し広く、さらにセパレータ２６２、２６４の幅ｃ１、ｃ２は、負極合材層２４３の幅ｂ１よりも少し広い（ｃ１、ｃ２＞ｂ１＞ａ１）。
セパレータ２６２、２６４は、正極シート２２０と負極シート２４０とを分離する部材である。この例では、セパレータ２６２、２６４は、微小な孔を複数有する所定幅の帯状のシート材で構成されている。セパレータ２６２、２６４の好適な例として、多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成された単層又は積層構造のものが挙げられる。この例では、図２及び図３に示すように、負極合材層２４３の幅ｂ１は、正極合材層２２３の幅ａ１よりも少し広く、さらにセパレータ２６２、２６４の幅ｃ１、ｃ２は、負極合材層２４３の幅ｂ１よりも少し広い（ｃ１、ｃ２＞ｂ１＞ａ１）。
≪捲回電極体２００≫
捲回電極体２００は、正極シート２２０及び負極シート２４０は、セパレータ２６２、２６４を介在させた状態で重ねられ、かつ、捲回されている。
捲回電極体２００は、正極シート２２０及び負極シート２４０は、セパレータ２６２、２６４を介在させた状態で重ねられ、かつ、捲回されている。
この例では、正極シート２２０と負極シート２４０とセパレータ２６２、２６４は、図２に示すように、長さ方向を揃えて、正極シート２２０、セパレータ２６２、負極シート２４０、セパレータ２６４の順で重ねられている。この際、正極合材層２２３と負極合材層２４３には、セパレータ２６２、２６４が重ねられる。また、負極合材層２４３の幅は正極合材層２２３よりも少し広く、負極合材層２４３は正極合材層２２３を覆うように重ねられている。これにより、充放電時に、正極合材層２２３と負極合材層２４３との間で、リチウムイオン（Ｌｉ）がより確実に行き来する。
さらに、正極シート２２０の未塗工部２２２と負極シート２４０の未塗工部２４２とは、セパレータ２６２、２６４の幅方向において互いに反対側にはみ出るように重ねられている。重ねられたシート材（例えば、正極シート２２０）は、幅方向に設定された捲回軸周りに捲回されている。ここでは、説明の便宜を図るべく、正極集電体２２１の未塗工部２２２がセパレータ２６２、２６４からはみ出た側を、適宜、「正極側」という。また、負極集電体２４１の未塗工部２４２がセパレータ２６２、２６４からはみ出た側を、適宜、「負極側」という。
なお、かかる捲回電極体２００は、正極シート２２０と負極シート２４０とセパレータ２６２、２６４を重ねつつ捲回する。この工程において、各シートの位置をＥＰＣ（edge position control）等で制御しつつ各シートを重ねる。この際、負極合材層２４３は正極合材層２２３を覆うように重ねる。正極合材層２２３は、正極活物質としてのリチウム遷移金属酸化物を含んでいる。このため、例えば、正極シート２２０に弱いＸ線を当てることにより、正極シート２２０の未塗工部２２２と、正極合材層２２３とのＸ線透過度の違いから、正極シート２２０の正極合材層２２３の縁を検出することができる。しかし、負極合材層２４３は、黒鉛であり、弱いＸ線を当てても、負極集電体２４１との境界が観測するのが難しい。
このようなことから、捲回電極体２００を捲回する際、各シートを重ねる制御において、正極側では、正極合材層２２３の縁を観察することができ、負極シート２４０の縁も観察できる。このため、正極側では、ある程度精度良く制御でき、公差を小さくできる。これに対して、負極側では、負極合材層２４３の縁を観測することが難しい。このため、負極側では、負極合材層２４３が正極合材層２２３を確実に覆い、さらにセパレータ２６２、２６４が負極合材層２４３を確実に覆うために、ある程度、公差を大きくとらざるを得ない。
≪電池ケース３００≫
この例では、電池ケース３００は、図１に示すように、いわゆる角型の電池ケースであり、容器本体３２０と、蓋体３４０とを備えている。この例では、容器本体３２０は、有底四角筒状を有しており、一側面（上面）が開口した扁平な箱型の容器である。蓋体３４０は、当該容器本体３２０の開口（上面の開口）に取り付けられて当該開口を塞ぐ部材である。
この例では、電池ケース３００は、図１に示すように、いわゆる角型の電池ケースであり、容器本体３２０と、蓋体３４０とを備えている。この例では、容器本体３２０は、有底四角筒状を有しており、一側面（上面）が開口した扁平な箱型の容器である。蓋体３４０は、当該容器本体３２０の開口（上面の開口）に取り付けられて当該開口を塞ぐ部材である。
車載用の二次電池では、燃費向上のため、重量エネルギー効率（単位重量当りの充電量）を向上させることが望まれる。このため、電池ケース３００を構成する容器本体３２０と蓋体３４０は、アルミニウムやアルミニウム合金などの軽量金属（この例では、アルミニウム）を採用することが望まれる。単位重量当りの充電量を示す、重量エネルギー効率を向上させることができる。
この電池ケース３００は、捲回電極体２００を収容する空間として、扁平な矩形の内部空間を有している。また、図２に示すように、当該電池ケース３００の扁平な内部空間は、捲回電極体２００よりも横幅が少し広い。また、蓋体３４０には、電極端子４２０、４４０が取り付けられている。電極端子４２０、４４０は、電池ケース３００（蓋体３４０）を貫通して電池ケース３００の外部に出ている。また、電池ケース３００には安全弁３６０が設けられている。この例では、安全弁３６０は、蓋体３４０のうち、電極端子４２０、４４０間の真ん中に設けられている。また、安全弁３６０が設けられる弁孔は、短辺が５ｍｍ、長辺が１５ｍｍの楕円である。
≪位置決め部材４００≫
位置決め部材４００は、図１に示すように、捲回電極体２００を電池ケース３００に位置決めする部材である。この例では、電池ケース３００（この例では、蓋体３４０）に取り付けられた電極端子４２０、４４０が、位置決め部材４００として用いられている。捲回電極体２００は、捲回軸に直交する一の方向において扁平に押し曲げられた状態で、一対の電極端子４２０、４４０に取り付けられる。捲回電極体２００は、セパレータ２６２、２６４の幅方向において、正極シート２２０の未塗工部２２２と負極シート２４０の未塗工部２４２とが互いに反対側にはみ出ている。このうち、一方の電極端子４２０は、正極集電体２２１の未塗工部２２２に固定され、他方の電極端子４４０は、負極集電体２４１の未塗工部２２２に固定される。
位置決め部材４００は、図１に示すように、捲回電極体２００を電池ケース３００に位置決めする部材である。この例では、電池ケース３００（この例では、蓋体３４０）に取り付けられた電極端子４２０、４４０が、位置決め部材４００として用いられている。捲回電極体２００は、捲回軸に直交する一の方向において扁平に押し曲げられた状態で、一対の電極端子４２０、４４０に取り付けられる。捲回電極体２００は、セパレータ２６２、２６４の幅方向において、正極シート２２０の未塗工部２２２と負極シート２４０の未塗工部２４２とが互いに反対側にはみ出ている。このうち、一方の電極端子４２０は、正極集電体２２１の未塗工部２２２に固定され、他方の電極端子４４０は、負極集電体２４１の未塗工部２２２に固定される。
なお、この例では、図１に示すように、蓋体３４０の電極端子４２０、４４０は、捲回電極体２００の未塗工部２２２、未塗工部２４２の中間部分２２２ａ、２４２ａに延びている。当該電極端子４２０、４４０の先端部は、未塗工部２２２、未塗工部２４２の中間部分にそれぞれ溶接されている。
図４は、捲回電極体２００の未塗工部２２２、２４２と電極端子４２０、４４０との溶接箇所を示す側面図である。図４に示すように、セパレータ２６２、２６４の両側には、正極集電体２２１の未塗工部２２２、負極集電体２４１の未塗工部２４２がらせん状に露出している。この実施形態では、これらの未塗工部２２２、２４２は、その中間部分において、それぞれ寄せ集められており、電極端子４２０、４４０の先端部に溶接されている。この際、それぞれの材質の違いから、電極端子４２０と正極集電体２２１の溶接には、例えば、超音波溶接が用いられる。また、電極端子４４０と負極集電体２４１の溶接には、例えば、抵抗溶接が用いられる。
このように、捲回電極体２００は、扁平に押し曲げられた状態で、蓋体３４０に固定された電極端子４２０、４４０に取り付けられている。かかる捲回電極体２００は、容器本体３２０の扁平な内部空間に収容される。容器本体３２０は、捲回電極体２００が収容された後、蓋体３４０によって塞がれる。蓋体３４０と容器本体３２０の合わせ目３２２（図１参照）は、例えば、レーザ溶接によって溶接されて封止されている。このように、この例では、捲回電極体２００は、蓋体３４０（電池ケース３００）に固定された電極端子４２０、４４０によって、電池ケース３００内に位置決めされている。
≪電解液≫
その後、電池ケース３００内には、蓋体３４０に設けられた注液孔から電解液が注入される。電解液は、この例では、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒（例えば、体積比１：１程度の混合溶媒）にＬｉＰＦ６を約１ｍｏｌ／リットルの濃度で含有させた電解液が用いられている。その後、注液孔に金属製の封止キャップを取り付けて（例えば溶接して）電池ケース３００を封止する。なお、電解液としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる非水電解液と同様のものを特に限定なく使用することができる。
その後、電池ケース３００内には、蓋体３４０に設けられた注液孔から電解液が注入される。電解液は、この例では、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒（例えば、体積比１：１程度の混合溶媒）にＬｉＰＦ６を約１ｍｏｌ／リットルの濃度で含有させた電解液が用いられている。その後、注液孔に金属製の封止キャップを取り付けて（例えば溶接して）電池ケース３００を封止する。なお、電解液としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる非水電解液と同様のものを特に限定なく使用することができる。
≪ガス抜け経路≫
また、この例では、当該電池ケース３００の扁平な内部空間は、扁平に変形した捲回電極体２００よりも少し広く、捲回電極体２００の両側には、捲回電極体２００と電池ケース３００との間に隙間３１０、３１２が設けられている。当該隙間３１０、３１２は、ガス抜け経路になる。
また、この例では、当該電池ケース３００の扁平な内部空間は、扁平に変形した捲回電極体２００よりも少し広く、捲回電極体２００の両側には、捲回電極体２００と電池ケース３００との間に隙間３１０、３１２が設けられている。当該隙間３１０、３１２は、ガス抜け経路になる。
かかる構成のリチウムイオン二次電池１００は、過充電が生じた場合に温度が高くなる。リチウムイオン二次電池１００の温度が高くなると、電解液が分解されてガスが発生する。発生したガスは、捲回電極体２００の両側における捲回電極体２００と電池ケース３００との隙間３１０、３１２、及び、安全弁３６０を通して、スムーズに外部に排気される。かかるリチウムイオン二次電池１００では、捲回電極体２００の正極集電体２２１と負極集電体２４１は、電池ケース３００を貫通した電極端子４２０、４４０を通じて外部の装置に電気的に接続される。
≪リチウムイオン二次電池１００≫
リチウムイオン二次電池１００の正極合材層２２３中の正極活物質は、リチウム遷移金属酸化物であり、電気を通し難い。正極合材層２２３は導電材を混ぜることによって導電性が確保されている。また、この実施形態では、負極合材層２４３の表面に耐熱層２４５（図３参照）が設けられている。耐熱層２４５は金属酸化物を主成分としており、絶縁性を有している。このため、正極合材層２２３と負極合材層２４３との抵抗が大きい。それゆえ、過充電の状態で正極合材層２２３と負極合材層２４３が接触しても、大きな電流は一気に流れ難い。
それでも、かかる構成のリチウムイオン二次電池１００は、過充電によって温度が高くなる。このリチウムイオン二次電池１００は、過充電が進むことによって温度が徐々に高くなる。過充電末期には、内圧の増加に伴う電池ケース３００の損傷や、発煙が起こる場合がある。本発明者は、かかるリチウムイオン二次電池１００について、特に、過充電が生じた場合の安全性を向上させることを検討している。
本発明者は、例えば、リチウムイオン二次電池１００に過充電の状態を意図的に生じさせ、リチウムイオン二次電池１００を電池ケース３００が損傷したり、発煙が生じたりする過充電末期の状態にした。さらに、過充電末期に至る途中の状態で、リチウムイオン二次電池１００を分解するなどして、不具合の発生過程や、過充電末期のリチウムイオン二次電池１００について、電池ケース３００の損傷や発煙がどのように起こるのかを調べた。
その結果、本発明者は、以下の事項を発見した。
≪リチウムイオン二次電池１００の距離Ａと距離Ｂ≫
図５は、このリチウムイオン二次電池１００における、電池ケース３００内の正極シート２２０、負極シート２４０及びセパレータ２６２、２６４の位置を模式的に示す図である。リチウムイオン二次電池１００では、捲回電極体２００は電池ケース３００の概ね中央に配置されている。上述したように、捲回電極体２００を製造する工程において、正極側では、ある程度、精度良く制御でき公差を厳しくできる。これに対して、負極側では、ある程度、公差が大きく取られる。また、電極端子４２０と正極集電体２２１の溶接には超音波溶接が用いられ、電極端子４４０と負極集電体２４１の溶接には、抵抗溶接が用いられる。この場合、超音波溶接に比べて、抵抗溶接の方が、いわゆる溶接しろを広く取る必要がある。このため、電池ケース３００の概ね中央に捲回電極体２００が配置されている場合であっても、正極合材層２２３の未塗工部２２２側の縁２２３ａから電池ケース３００の内壁までの距離Ａは、正極合材層２２３の反対側の縁２２３ｂから電池ケース３００の内壁までの距離Ｂよりも短くなっていた。
図５は、このリチウムイオン二次電池１００における、電池ケース３００内の正極シート２２０、負極シート２４０及びセパレータ２６２、２６４の位置を模式的に示す図である。リチウムイオン二次電池１００では、捲回電極体２００は電池ケース３００の概ね中央に配置されている。上述したように、捲回電極体２００を製造する工程において、正極側では、ある程度、精度良く制御でき公差を厳しくできる。これに対して、負極側では、ある程度、公差が大きく取られる。また、電極端子４２０と正極集電体２２１の溶接には超音波溶接が用いられ、電極端子４４０と負極集電体２４１の溶接には、抵抗溶接が用いられる。この場合、超音波溶接に比べて、抵抗溶接の方が、いわゆる溶接しろを広く取る必要がある。このため、電池ケース３００の概ね中央に捲回電極体２００が配置されている場合であっても、正極合材層２２３の未塗工部２２２側の縁２２３ａから電池ケース３００の内壁までの距離Ａは、正極合材層２２３の反対側の縁２２３ｂから電池ケース３００の内壁までの距離Ｂよりも短くなっていた。
≪過充電末期に至るリチウムイオン二次電池１００の状態≫
また、リチウムイオン二次電池１００は、過充電によって温度が高くなった場合、セパレータ２６２、２６４の収縮が起こる。セパレータ２６２、２６４の収縮は、負極側に比べて正極側で早く進む。このリチウムイオン二次電池１００では、負極合材層２４３の幅ｂ１は正極合材層２２３の幅ａ１よりも広い（ｂ１＞ａ１：図２、図３参照）。そして、セパレータ２６２、２６４を介在させた状態ではあるが、負極合材層２４３は正極合材層２２３を覆うように対向している。セパレータ２６２、２６４の収縮は、負極側に比べて正極側で早く進むため、正極シート２２０の未塗工部２２２と負極集電体２４１との短絡は、まず、正極合材層２２３の未塗工部２２２側の縁２２３ａ及びその近傍部位で生じる。過充電末期の不具合は、かかる短絡が引き金になる。また、過充電末期では、電池ケース３００の正極側の側面３００Ａが最も高温になる。本発明者は、かかる事象が生じる理由を以下のように推察している。
また、リチウムイオン二次電池１００は、過充電によって温度が高くなった場合、セパレータ２６２、２６４の収縮が起こる。セパレータ２６２、２６４の収縮は、負極側に比べて正極側で早く進む。このリチウムイオン二次電池１００では、負極合材層２４３の幅ｂ１は正極合材層２２３の幅ａ１よりも広い（ｂ１＞ａ１：図２、図３参照）。そして、セパレータ２６２、２６４を介在させた状態ではあるが、負極合材層２４３は正極合材層２２３を覆うように対向している。セパレータ２６２、２６４の収縮は、負極側に比べて正極側で早く進むため、正極シート２２０の未塗工部２２２と負極集電体２４１との短絡は、まず、正極合材層２２３の未塗工部２２２側の縁２２３ａ及びその近傍部位で生じる。過充電末期の不具合は、かかる短絡が引き金になる。また、過充電末期では、電池ケース３００の正極側の側面３００Ａが最も高温になる。本発明者は、かかる事象が生じる理由を以下のように推察している。
≪セパレータ２６２、２６４の収縮≫
セパレータ２６２、２６４は、多孔質ポリオレフィン系樹脂で形成されている。温度が均一に高くなれば、セパレータ２６２、２６４は均一に収縮する。しかしながら、このリチウムイオン二次電池１００では、捲回電極体２００の構成部材のうち正極集電体２２１と負極集電体２４１は熱伝導率が比較的大きい。このため、捲回電極体２００内部の熱は、正極集電体２２１と負極集電体２４１を通じて外部に逃げる傾向がある。
セパレータ２６２、２６４は、多孔質ポリオレフィン系樹脂で形成されている。温度が均一に高くなれば、セパレータ２６２、２６４は均一に収縮する。しかしながら、このリチウムイオン二次電池１００では、捲回電極体２００の構成部材のうち正極集電体２２１と負極集電体２４１は熱伝導率が比較的大きい。このため、捲回電極体２００内部の熱は、正極集電体２２１と負極集電体２４１を通じて外部に逃げる傾向がある。
上述したように、正極集電体２２１にアルミニウム箔が用いられており、負極集電体２４１に銅箔が用いられている。室温付近（約２０℃）での熱伝導率（単位: W・m-1・K-1）は、アルミニウム（Al）が約２３７、銅（Cu）が約３９８である。つまり、負極集電体２４１（銅箔）は、正極集電体２２１（アルミニウム箔）に比べて熱伝導率が大きい。このため、捲回電極体２００の負極側は、正極側よりも熱が逃げ易く冷めやすい。これに対して、捲回電極体２００の正極側は、負極側よりも熱がこもりやすく高温になりやすい。このため、セパレータ２６２、２６４の収縮は、負極側よりも正極側で早く進む。
≪正極と負極との短絡≫
正極側では、正極合材層２２３の未塗工部２２２側の縁２２３ａの近傍部位と負極集電体２４１とが、セパレータ２６２、２６４を介して対向している。上述したように、セパレータ２６２、２６４の収縮は、負極側よりも正極側で早く進む。セパレータ２６２、２６４の収縮が進むと、正極合材層２２３の未塗工部２２２側の縁２２３ａの近傍部位で、正極シート２２０の未塗工部２２２と負極集電体２４１とが短絡する。
正極側では、正極合材層２２３の未塗工部２２２側の縁２２３ａの近傍部位と負極集電体２４１とが、セパレータ２６２、２６４を介して対向している。上述したように、セパレータ２６２、２６４の収縮は、負極側よりも正極側で早く進む。セパレータ２６２、２６４の収縮が進むと、正極合材層２２３の未塗工部２２２側の縁２２３ａの近傍部位で、正極シート２２０の未塗工部２２２と負極集電体２４１とが短絡する。
過充電の状態では、リチウムイオン二次電池１００の負極シート２４０（負極合材層２４３）に電子（ｅ−）が蓄えられており、正極シート２２０と負極シート２４０との電位差は大きい。また、正極シート２２０の未塗工部２２２は金属箔であり、リチウム遷移金属酸化物を含む正極合材層２２３に比べて電気抵抗が小さい。このため、正極合材層２２３が負極シート２４０（負極合材層２４３）に接触した場合よりも、正極シート２２０の未塗工部２２２と負極シート２４０（負極合材層２４３）とが接触した場合の方が、より大きな電流が流れる。このように、捲回電極体２００の正極側で起きる短絡（正極シート２２０の未塗工部２２２と負極シート２４０（負極合材層２４３）との短絡）は、大電流を生じさせ、不具合を引き起こしやすい。
なお、負極側では、セパレータ２６２、２６４を介在して、正極合材層２２３と負極合材層２４３とが対向している。正極合材層２２３は正極集電体２２１よりも電気抵抗が大きい。このため、仮に、正極合材層２２３と負極合材層２４３とが接触した場合でも、正極側で正極シート２２０の未塗工部２２２と負極合材層２４３が接触した場合ほどの大きな電流は流れ難い。これにより、捲回電極体２００の負極側は、過充電末期の不具合を引き起こしにくい。
≪電池ケースの最高温度位置≫
また、かかる構成のリチウムイオン二次電池１００は、過充電末期に高温になる。リチウムイオン二次電池１００が高温になると、電解液が分解されてガスが発生する。この際、捲回電極体２００に入り込んだ電解液も分解されるので、捲回電極体２００の中でもガスが発生する。捲回電極体２００の中で生じたガスは、重ねられた正極シート２２０、負極シート２４０、セパレータ２６２、２６４の隙間を各シート材の幅方向（図１中のＸ１，Ｘ２）に通って捲回電極体２００の両側の隙間３１０、３１２に出て行く。
また、かかる構成のリチウムイオン二次電池１００は、過充電末期に高温になる。リチウムイオン二次電池１００が高温になると、電解液が分解されてガスが発生する。この際、捲回電極体２００に入り込んだ電解液も分解されるので、捲回電極体２００の中でもガスが発生する。捲回電極体２００の中で生じたガスは、重ねられた正極シート２２０、負極シート２４０、セパレータ２６２、２６４の隙間を各シート材の幅方向（図１中のＸ１，Ｘ２）に通って捲回電極体２００の両側の隙間３１０、３１２に出て行く。
このような状態において、正極シート２２０の未塗工部２２２と負極シート２４０（負極合材層２４３）とが短絡すると、短絡に伴う急激な温度上昇によって高温のガスが活発に発生する。発生した高温のガスは、各シート材の隙間を幅方向（図１中のＸ１，Ｘ２）において、捲回電極体２００から電池ケース３００の内壁に向かって噴出する。
上述したように、捲回電極体２００の負極側は、正極側よりも熱が逃げ易く冷めやすい。これに対して、捲回電極体２００の正極側は、負極側よりも熱がこもりやすく高温になりやすい。また、捲回電極体２００の正極側で起きる短絡（正極シート２２０の未塗工部２２２と、負極シート２４０（負極合材層２４３）との短絡）が、過充電末期の不具合を引き起こす引き金になる。このため、捲回電極体２００の正極側において、高温のガスが、電池ケース３００の内壁に吹き付けられる。
本発明者は、十分な耐熱性と耐久性を有するステンレス製の試験用の電池ケースを用意した。そして、当該電池ケースの複数の位置で温度を測定しつつ、過充電末期の状態を意図的に起こした。その結果、上記の推察を裏付けるように、試験用の電池ケースは、正極側の側面３００Ａが最も高温になった。
このように本発明者が独自に得た知見によれば、リチウムイオン二次電池１００は、正極合材層２２３の未塗工部２２２側の縁２２３ａの近傍部位で、正極シート２２０の未塗工部２２２と負極集電体２４１との短絡が始まる。そして、これが、過充電末期の不具合を引き起こす引き金になる。また、電池ケース３００のうち正極側の側面３００Ａが、短絡によって生じるガスに曝されやすく最も高温になる。
これに対して、電池ケース３００の正極側の側面３００Ａに放熱部材を配設してもよいが、単純に放熱部材を配置するだけでは、捲回電極体２００のサイズを小さくせざるを得なくなる。その結果、リチウムイオン二次電池１００の体積エネルギー密度（Wh/L）や重量エネルギー密度（Wh/kg）が低下し、リチウムイオン二次電池１００の性能が低下する。
≪リチウムイオン二次電池１００Ａ≫
本発明者は、かかる独自に得られた知見を基に本発明を想起した。以下、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００Ａを説明する。図６は、リチウムイオン二次電池１００Ａを示す図である。また、図７は、このリチウムイオン二次電池１００Ａにおける、電池ケース３００内の正極シート２２０、負極シート２４０及びセパレータ２６２、２６４の位置を模式的に示す図である。図６及び図７に示すリチウムイオン二次電池１００Ａの基本構成は、上述したリチウムイオン二次電池１００と同じであり、重複する説明は省略する。
本発明者は、かかる独自に得られた知見を基に本発明を想起した。以下、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００Ａを説明する。図６は、リチウムイオン二次電池１００Ａを示す図である。また、図７は、このリチウムイオン二次電池１００Ａにおける、電池ケース３００内の正極シート２２０、負極シート２４０及びセパレータ２６２、２６４の位置を模式的に示す図である。図６及び図７に示すリチウムイオン二次電池１００Ａの基本構成は、上述したリチウムイオン二次電池１００と同じであり、重複する説明は省略する。
図６及び図７に示すように、正極シート２２０の幅方向において、正極合材層２２３の未塗工部２２２側の縁２２３ａから電池ケース３００の内壁までの距離をＡとする。また、正極合材層２２３の反対側の縁２２３ｂから電池ケース３００の内壁までの距離をＢとする。このリチウムイオン二次電池１００Ａでは、図６及び図７に示すように、上述した距離Ａを距離Ｂよりも長くした（Ａ＞Ｂ）。この実施形態では、かかる距離Ａと距離ＢがＡ＞Ｂとなるように、捲回電極体２００が電池ケース３００に対して位置決めされている。
なお、ここでは、リチウムイオン二次電池１００Ａは、電池ケース３００に対して捲回電極体２００を位置決めする構造を除いて、リチウムイオン二次電池１００（図１参照）と概ね同じ構造である。図１に示すリチウムイオン二次電池１００は、電池ケース３００の幅方向において、捲回電極体２００は概ね中央に固定されている。
これに対して、このリチウムイオン二次電池１００Ａは、正極シート２２０の幅方向において、正極合材層２２３の未塗工部２２２側の縁２２３ａから電池ケース３００の内壁までの距離Ａが、正極合材層２２３の反対側の縁２２３ｂから電池ケース３００の内壁までの距離Ｂよりも長い（Ａ＞Ｂ）。この実施形態では、リチウムイオン二次電池１００（図１参照）に比べて、捲回電極体２００が電池ケース３００に対して少し負極側へずらされている。このため、リチウムイオン二次電池１００Ａは、リチウムイオン二次電池１００（図１参照）よりも、電池ケース３００と捲回電極体２００との正極側の隙間３１０が広い。
≪リチウムイオン二次電池１００Ａの過充電末期≫
このリチウムイオン二次電池１００Ａは、過充電末期では、温度が高くなり、セパレータ２６２、２６４の収縮が起こる。上述した本発明者の独自の知見によれば、セパレータ２６２、２６４の収縮は負極側よりも正極側の方が早く進む。また、このリチウムイオン二次電池１００Ａは、負極合材層２４３の幅ｂ１が正極合材層２２３の幅ａ１よりも広い（ｂ１＞ａ１：図２、図３参照）。このため、正極合材層２２３の未塗工部２２２側の縁２２３ａ及びその近傍部位で、正極シート２２０の未塗工部２２２と負極集電体２４１との短絡が生じる。
このリチウムイオン二次電池１００Ａは、過充電末期では、温度が高くなり、セパレータ２６２、２６４の収縮が起こる。上述した本発明者の独自の知見によれば、セパレータ２６２、２６４の収縮は負極側よりも正極側の方が早く進む。また、このリチウムイオン二次電池１００Ａは、負極合材層２４３の幅ｂ１が正極合材層２２３の幅ａ１よりも広い（ｂ１＞ａ１：図２、図３参照）。このため、正極合材層２２３の未塗工部２２２側の縁２２３ａ及びその近傍部位で、正極シート２２０の未塗工部２２２と負極集電体２４１との短絡が生じる。
このリチウムイオン二次電池１００Ａは、図６及び図７に示すように、上述した距離Ａをより長く確保することができる。具体的には、リチウムイオン二次電池１００Ａは、電池ケース３００に対して捲回電極体２００が概ね中央に固定されたリチウムイオン二次電池１００（図１参照）よりも、当該距離Ａを長く確保することができる。このため、短絡の基点となる正極合材層２２３の未塗工部２２２側の縁２２３ａ及びその近傍部位と、電池ケース３００の側面との距離を長くすることができる。また、当該部位で短絡が生じ、高温のガスが電池ケース３００に向かって噴出した場合であっても、電池ケース３００に伝わる熱が少なく抑えられる。
また、このリチウムイオン二次電池１００Ａの電池ケース３００と捲回電極体２００との正極側の隙間３１０は、リチウムイオン二次電池１００の当該隙間よりも広い。このため、正極側のガス抜け経路が広く、当該隙間３１０に放出されたガスはよりスムーズに排出される。これにより、電池ケース３００に伝わる熱をより少なく抑えることができる。
≪リチウムイオン二次電池１００Ａの作用≫
このように、リチウムイオン二次電池１００Ａは、電池ケース３００と捲回電極体２００が同じサイズであっても、電池ケース３００の正極側の側面に伝わる熱を低減することができる。また、電池ケース３００の正極側において、電池ケース３００と捲回電極体２００との隙間３１０が広くなり、当該隙間３１０に放出されたガスはよりスムーズに排出される。これにより、当該隙間３１０で内圧が高くなるのを防止できる。
このように、リチウムイオン二次電池１００Ａは、電池ケース３００と捲回電極体２００が同じサイズであっても、電池ケース３００の正極側の側面に伝わる熱を低減することができる。また、電池ケース３００の正極側において、電池ケース３００と捲回電極体２００との隙間３１０が広くなり、当該隙間３１０に放出されたガスはよりスムーズに排出される。これにより、当該隙間３１０で内圧が高くなるのを防止できる。
このリチウムイオン二次電池１００Ａによれば、電池ケース３００のサイズや、捲回電極体２００の構成が同じである場合に、電池ケース３００の正極側の側面、さらにはリチウムイオン二次電池１００Ａ全体として、過充電時の温度上昇を緩和することができる。また、このリチウムイオン二次電池１００Ａによれば、過充電時に電池ケース３００の正極側の側面における電池ケース３００が損傷や変形を小さく抑えることができる。
特に、正極集電体２２１が負極集電体２４１よりも熱伝導率が小さい場合、換言すると、負極集電体２４１が正極集電体２２１よりも熱伝導率が大きい場合には、正極側に熱がこもり易い。また、過充電末期には、電池ケース３００のうち、正極側の側面の温度が最も高くなる傾向にある。このリチウムイオン二次電池１００Ａによれば、電池ケース３００の正極側において、電池ケース３００と捲回電極体２００との隙間３１０が広く、当該隙間３１０に放出されたガス（熱）はよりスムーズに外部に排出される。このため、正極集電体２２１の熱伝導率が負極集電体２４１よりも小さい場合であっても、電池ケース３００の正極側の側面の温度上昇を極めて効率よく低減することができる。
このリチウムイオン二次電池１００Ａは、図６及び図７に示すように、正極シート２２０の幅方向において、距離Ａが距離Ｂよりも長くなる（Ａ＞Ｂになる）ように、捲回電極体２００が電池ケース３００に位置決めされている。ここで、距離Ａは、正極合材層２２３の未塗工部２２２側の縁２２３ａから電池ケース３００の内壁（電池ケース３００の正極側の側面の内壁）までの距離である。また、距離Ｂは、正極合材層２２３の反対側の縁２２３ｂから電池ケース３００の内壁（電池ケース３００の負極側の側面の内壁）までの距離である。当該距離Ａが距離Ｂよりも長く設定されれば、当該距離Ａと距離Ｂが概ね同じ場合に比べて、上記効果が得られる。かかるリチウムイオン二次電池１００Ａでは、距離Ａが距離Ｂの差（Ａ−Ｂ）が、例えば、１ｍｍ以上（Ａ−Ｂ≧１ｍｍ）であればよい。
さらに、リチウムイオン二次電池１００Ａにおいて、上述した距離Ａが距離Ｂの差（Ａ−Ｂ）は、例えば、２ｍｍ以上（Ａ−Ｂ≧２ｍｍ）離れていれば、十分に有効な効果が確認できる。すなわち、リチウムイオン二次電池１００Ａは、距離Ａが距離Ｂの差（Ａ−Ｂ）が１ｍｍ以上、より好ましくは、距離Ａが距離Ｂの差（Ａ−Ｂ）が２ｍｍ以上離れていればよい。これにより、例えば、過充電末期に、電池ケース３００のうち正極側の側面の温度を低く抑える効果が得られる。
また、例えば、図６に示すように、正極シート２２０の幅方向において、電池ケース３００の内側の幅Ｃと捲回電極体２００の幅Ｄとの差（Ｃ−Ｄ）に対して、上記の距離Ａが距離Ｂの差（Ａ−Ｂ）が概ね１０％以上であれば、一応の効果が得られる。また、より好ましくは、当該差（Ｃ−Ｄ）に対して、上記の距離Ａが距離Ｂの差（Ａ−Ｂ）が概ね２０％以上であれば、より顕著な効果が得られる。
上述したように、図１に示すリチウムイオン二次電池１００は、捲回電極体２００が電池ケース３００の中央に配置されている。これに対して、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００Ａは、図６に示すように、正極シート２２０の幅方向において、正極合材層２２３の未塗工部２２２側の縁２２３ａから電池ケース３００の内壁までの距離Ａが、正極合材層２２３の反対側の縁２２３ｂから電池ケース３００の内壁までの距離Ｂよりも長い（Ａ＞Ｂ）。
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００Ａは、上記の距離Ａが距離Ｂよりも長い（Ａ＞Ｂ）ので、過充電末期の不具合の引き金となる短絡が生じる正極合材層２２３の未塗工部２２２側の縁２２３ａと、電池ケース３００の内壁までの距離Ａとの距離が長く確保されている。このため、過充電末期において、電池ケース３００に伝わる熱が少なく抑えられる。
このリチウムイオン二次電池１００Ａでは、正極側において、電池ケース３００と捲回電極体２００との隙間３１０が広いので、過充電末期に関わらず、正極側の放熱が効率よく行われる。さらに、正極側の放熱が促進されるので、リチウムイオン二次電池１００Ａ全体として温度上昇を低く抑えることができる。
また、このリチウムイオン二次電池１００Ａでは、正極シート２２０の未塗工部２２２が第１セパレータ２６２又は第２セパレータ２６４からはみ出た部分において固定（溶接）されている。また、負極シート２４０の未塗工部２４２は、第１セパレータ２６２又は第２セパレータ２６４からはみ出た部分において固定（溶接）されている。このため、正極シート２２０の未塗工部２２２と負極シート２４０の未塗工部２４２は、それぞれ合材が塗工された塗工部の集電体２２１、２４１（芯材、金属箔）と比較して相対的に熱容量が大きい。
さらに、このリチウムイオン二次電池１００Ａでは、位置決め部材４００は、電池ケース３００に固定された電極端子４２０、４４０である。正極シート２２０の未塗工部２２２と、負極シート２４０の未塗工部２４２は、それぞれ電極端子４２０、４４０に接続されている。このため、正極シート２２０の未塗工部２２２及び負極シート２４０の未塗工部２４２を通じて、捲回電極体２００内部から熱が放出される。このリチウムイオン二次電池１００Ａでは、上記の距離Ａが距離Ｂよりも長く（Ａ＞Ｂ）、また、正極側において、電池ケース３００と捲回電極体２００との隙間３１０が広く、正極シート２２０の未塗工部２２２からの放熱が効率よく行える。これらの点も合わせて、リチウムイオン二次電池１００Ａ全体の温度上昇を緩和することができる。
このように、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００Ａによれば、正極側の温度上昇を低く抑えるとともに、リチウムイオン二次電池１００Ａ全体の温度上昇を緩和できる。また、過充電末期における電池ケース３００の破損なども少なくできる。
以下、本発明者が行った比較試験を例示する。
本発明者は、電池ケース３００に厚さ０．５ｍｍのステンレス製の電池ケースを用い、かつ、それぞれ上記距離Ａ、Ｂを変えたリチウムイオン二次電池を複数用意した。そして、各リチウムイオン二次電池について、それぞれ意図的に過充電末期の状態にして、電池ケース３００の最高温度を測定した。
ここで、電池ケース３００の内寸は、高さ９０ｍｍ、幅１１０ｍｍ（図６中のＣ）、奥行き１２ｍｍの扁平な箱型の外形を有する容器が用いられている。これに対して、正極シート２２０の幅方向において、捲回電極体２００の幅は１０５ｍｍ（図２中のｄ）、正極合材層２２３の幅（図６中ａ１）は７４ｍｍであり、負極合材層２４３の幅は７８ｍｍ（図２中ｂ１）であり、セパレータ２６２、２６４の幅は８５ｍｍ（図２中ｃ１，ｃ２）であった。また、ここでは、電池ケース３００の内壁は、ｐｐフィルムで覆って絶縁した。かかる試験用の電池は、予め定められたコンディショニング工程（予備充電）を経て、充電電流を２０Ａ、上限電圧を１００Ｖ、環境温度２５℃とし、過充電末期まで充電した。また、各サンプルは、同じものを５つ作りその平均値を取っている。なお、各サンプルの他の構造は、上述したリチウムイオン二次電池１００の構造に準じている。
当該試験の結果の一部を表１に示す。
電池ケース３００の最高温度（ケース最高温度）は、何れも電池ケース３００の正極側の側面で得られた。
・サンプル１は、距離Ａが２０ｍｍ、距離Ｂが１６ｍｍであり、ケース最高温度は約４９５℃であった。
・サンプル２は、距離Ａが２２ｍｍ、距離Ｂが１４ｍｍであり、ケース最高温度は約４８５℃であった。
・サンプル３は、距離Ａが２４ｍｍ、距離Ｂが１２ｍｍであり、ケース最高温度は約４８０℃であった。
・サンプル４は、距離Ａが１８ｍｍ、距離Ｂが１８ｍｍであり、ケース最高温度は約６０５℃であった。
・サンプル５は、距離Ａが１６ｍｍ、距離Ｂが２０ｍｍであり、ケース最高温度は約７３０℃であった。
・サンプル６は、距離Ａが１４ｍｍ、距離Ｂが２２ｍｍであり、ケース最高温度は約８７０℃であった。
・サンプル１は、距離Ａが２０ｍｍ、距離Ｂが１６ｍｍであり、ケース最高温度は約４９５℃であった。
・サンプル２は、距離Ａが２２ｍｍ、距離Ｂが１４ｍｍであり、ケース最高温度は約４８５℃であった。
・サンプル３は、距離Ａが２４ｍｍ、距離Ｂが１２ｍｍであり、ケース最高温度は約４８０℃であった。
・サンプル４は、距離Ａが１８ｍｍ、距離Ｂが１８ｍｍであり、ケース最高温度は約６０５℃であった。
・サンプル５は、距離Ａが１６ｍｍ、距離Ｂが２０ｍｍであり、ケース最高温度は約７３０℃であった。
・サンプル６は、距離Ａが１４ｍｍ、距離Ｂが２２ｍｍであり、ケース最高温度は約８７０℃であった。
表１は、本発明者が行った試験の一部であるが、概ね正極シート２２０の幅方向において、上記の距離Ａが距離Ｂよりも長い場合に、ケース最高温度を低下させることができた。
以上、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００Ａについて種々説明したが、本発明に係る二次電池は、上記の実施形態に限定されない。
例えば、上述した実施形態では、二次電池としてリチウムイオン二次電池を例示したが、上記リチウムイオン二次電池１００Ａの構造は、他の二次電池に適用できる。
また、リチウムイオン二次電池１００Ａの各構成部材のサイズや、正極合材、負極合材、電解液、正極集電体２２１、負極集電体２４１、セパレータ２６２、２６４に用いられる材料などは、種々変更できる。
以上のように、本発明に係る二次電池は、過充電末期における安全性を向上させることができるとともに、同サイズの二次電池において、体積エネルギー密度（Wh/L）や重量エネルギー密度（Wh/kg）を向上させることができる。このため、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。車載用の二次電池として、特に有益である。
この場合、二次電池は、複数組み合わせて組電池を構成することができる。車載用としては、上記の二次電池又は上記の二次電池を複数組み合わせた組電池を用いることができる。図８に模式的に示すように、本発明に係るリチウムイオン二次電池（当該電池を複数個直列に接続して形成される組電池１０００の形態であり得る。）を電源として備える車両１を提供する。かかる車両としては、例えば、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を挙げることができる。
１ 車両
１００、１００Ａ、１００Ｂ リチウムイオン二次電池
２００ 捲回電極体
２２０ 正極シート
２２１ 正極集電体
２２２ 未塗工部
２２２ａ 中間部分
２２３ 正極合材層
２２３ａ 正極合材層の未塗工部側の縁
２２３ｂ 正極合材層の反対側の縁
２２４ 正極合材
２４０ 負極シート
２４１ 負極集電体
２４２ 未塗工部
２４３ 負極合材層
２４４ 負極合材
２４５ 耐熱層
２６２ セパレータ
２６４ セパレータ
３００ 電池ケース
３００Ａ 側面
３１０，３１２ 隙間
３２０ 容器本体
３４０ 蓋体
３６０ 安全弁
４００ 位置決め部材
４２０ 電極端子
４４０ 電極端子
１０００ 組電池
Ａ 距離：正極合材層の未塗工部側の縁から電池ケースの内壁までの距離
Ｂ 距離：正極合材層の反対側の縁から電池ケースの内壁までの距離
１００、１００Ａ、１００Ｂ リチウムイオン二次電池
２００ 捲回電極体
２２０ 正極シート
２２１ 正極集電体
２２２ 未塗工部
２２２ａ 中間部分
２２３ 正極合材層
２２３ａ 正極合材層の未塗工部側の縁
２２３ｂ 正極合材層の反対側の縁
２２４ 正極合材
２４０ 負極シート
２４１ 負極集電体
２４２ 未塗工部
２４３ 負極合材層
２４４ 負極合材
２４５ 耐熱層
２６２ セパレータ
２６４ セパレータ
３００ 電池ケース
３００Ａ 側面
３１０，３１２ 隙間
３２０ 容器本体
３４０ 蓋体
３６０ 安全弁
４００ 位置決め部材
４２０ 電極端子
４４０ 電極端子
１０００ 組電池
Ａ 距離：正極合材層の未塗工部側の縁から電池ケースの内壁までの距離
Ｂ 距離：正極合材層の反対側の縁から電池ケースの内壁までの距離
Claims (11)
- 帯状の正極シート及び帯状の負極シートが帯状のセパレータを介在させた状態で重ねられ、かつ、捲回された捲回電極体と；
前記捲回電極体を収容した電池ケースと；
前記捲回電極体を電池ケースに位置決めする位置決め部材と；
を備えた二次電池であって、
前記正極シートは、
帯状の正極集電体と、
前記正極集電体の幅方向片側の縁部に沿って前記正極集電体に設定された未塗工部と、
前記未塗工部を除いて前記正極集電体の両面に、正極活物質を含む正極合材が塗工された正極合材層と、
を備えており；
前記負極シートは、
帯状の負極集電体と、
前記負極集電体の幅方向片側の縁部に沿って前記負極集電体に設定された未塗工部と、
前記未塗工部を除いて前記負極集電体の両面に、前記正極合材層よりも幅が広くなるように、負極活物質を含む負極合材が塗工された負極合材層と、
を備えており；
前記正極シートと前記負極シートとは、
前記正極合材層が前記負極合材層によって覆われるように対向し、かつ、前記正極シートの未塗工部と前記負極シートの未塗工部とが、前記セパレータの幅方向において互いに反対側にはみ出るように重ねられており；
前記位置決め部材は、
前記正極シートの幅方向において、前記正極合材層の前記未塗工部側の縁から前記電池ケースの内壁までの距離Ａが、前記正極合材層の反対側の縁から前記電池ケースの内壁までの距離Ｂよりも長くなる（Ａ＞Ｂになる）ように、前記捲回電極体を前記電池ケースに位置決めした；
二次電池。 - 前記距離Ａと距離Ｂとの差（Ａ−Ｂ）が、１ｍｍ以上である、請求項１に記載された二次電池。
- 前記正極シートの幅方向において、前記電池ケースの内側の幅Ｃと捲回電極体の幅Ｄとの差（Ｃ−Ｄ）に対して、上記の距離Ａが距離Ｂの差（Ａ−Ｂ）が概ね１０％以上である、請求項１に記載された二次電池。
- 前記正極集電体の熱伝導率が前記負極集電体よりも小さい、請求項１から３までの何れか一項に記載された二次電池。
- 前記正極シートの未塗工部は、前記第１セパレータ又は第２セパレータからはみ出た部分において溶接されており、
前記負極シートの未塗工部は、前記第１セパレータ又は第２セパレータからはみ出た部分において溶接されている、請求項４に記載された二次電池。 - 前記捲回電極体は、前記第１セパレータ又は第２セパレータからはみ出た部分において、前記正極シートの未塗工部と前記負極シートの未塗工部が前記電池ケースに固定された、請求項５に記載された二次電池。
- 前記位置決め部材は、前記電池ケースに固定された電極端子である、請求項６に記載された二次電池。
- 前記負極合材層は、耐熱層で覆われている、請求項７に記載された二次電池。
- 前記電池ケースは、一の側面が開口した扁平な箱型の容器と、当該開口を塞ぐ蓋体とを備えており、
前記捲回電極体は、前記捲回軸に直交する一の方向において扁平に変形させられた状態で、前記電池ケースに収容されており、
前記電極端子は、前記蓋体に固定されている、請求項１から８に記載された二次電池。 - 請求項１から９までの何れか一項に記載された二次電池を、複数組み合わせた組電池。
- 請求項１から９までの何れか一項に記載された二次電池、又は、請求項１０に記載された組電池を搭載した、車両。
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