JP2015090852A - 双極型二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電池に釘が刺されても、発電要素内における内部短絡による熱の発生を抑止する双極型二次電池を提供する。【解決手段】双極型二次電池１であって、発電要素１０の各最外層から外装体２０の外部にそれぞれ導出された正極導電材１６および負極導電材１７が外装体２０を介して発電要素１０に積層されてなる外部放電部３０を有する。絶縁部材３１は、外部放電部３０において、正極導電材１６と負極導電材１７との間に積層され、外部放電部３０において導電体により貫通されたときに正極導電材１６と負極導電材１７との積層方向に導電する。【選択図】図１

Description

本発明は、双極型二次電池に関する。

近年、環境保護運動の高まりを背景として、電気自動車（ＥＶ）およびハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の開発が進められている。これらのモータ駆動用電源としては繰り返し充放電可能な二次電池等のモータ駆動用電気デバイスが適している。特に高容量、高出力が期待でき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。

電気デバイスとしてのリチウムイオン二次電池は、たとえば、発電要素を外装体によって封止して構成されている。発電要素は、正極と、負極と、セパレータとを含んでいる。正極は、集電体の表面に、正極活物質やバインダーを含む電極材が形成されている。負極は、集電体の表面に、負極活物質やバインダーを含む電極材が形成されている。

以上のようなリチウムイオン二次電池は、さらなる高容量化が望まれている。これに伴い、リチウムイオン二次電池に貯蔵される化学エネルギー量が増大するため、安全性の確保がより重要になる。

そのため、一般的に、リチウムイオン二次電池が外部から破壊された場合の安全性を評価する外部破壊試験が行われる。外部破壊試験の一つとして、たとえば、釘刺し試験がある。釘刺し試験とは、平板状の外装体の厚さ方向に導電性の釘を刺して電池を貫通させ、発電要素内で内部短絡が生じたときの温度上昇、発煙、発火などの現象を観察する試験である。

通常、釘刺しによって発電要素内で内部短絡が生じると、発電要素に大電流が流れる。このとき、ジュール熱が発生し、温度上昇が起こる。また、内部短絡が生じた箇所では、瞬間的なスパークが生じることもあり、これらの発熱により正極活物質の熱分解などが起こることもある。

このような過度な発熱を防止するため、引用文献１では、外装内においてセパレータと負極の間に多孔性絶縁層を設けている。これにより、釘が発電要素を貫通するとき絶縁層の繊維が巻き込まれて電気抵抗になるとともに、釘が発電要素を貫通する前に外部に放電されるため、内部短絡に基づくジュール熱が抑制される。

特開２００８−５３１９６号公報

しかし、引用文献１に記載の構成にしたとしても、単電池が電気的に直列接続されて構成される双極型電池のような、出力電圧が高い電池では、釘刺し時の外部への放電に際し大電流が流れ、スパークが発生し、このとき生じた熱が発電要素に伝わってしまう。その結果、発電要素内の材料の劣化が促進され、電池機能が喪失するおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものである。すなわち、電池に釘などの導電体が刺されても、外装外における外部短絡による電力消費を確保して、発電要素内における内部短絡による熱の発生を抑制することを目的とする。

本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。

双極型二次電池であって、発電要素、外装体、正極導電材、負極導電材、および絶縁部材を有する。正極導電材は、発電要素の一方の最外層において発電要素と電気的に接続されつつ、外装体の外部に導出される。負極導電材は、発電要素の他方の最外層において発電要素と電気的に接続されつつ、外装体の外部に導出される。外装体の外部に導出された正極導電材と、外装体の外部に導出された負極導電材とが、外装体の外部において外装体を介して発電要素に積層されてなる外部放電部において、正極導電材と負極導電材との間に絶縁部材が積層されて正極導電材と負極導電材とを絶縁する。絶縁部材は、外部放電部において導電体により貫通されたときに正極導電材と負極導電材との積層方向に導電する。

本発明によれば、電池に釘などが刺されたときに、絶縁部材が正極導電材と負極導電材との導通を促し、外部短絡による電力消費を確保して内部短絡によるジュール熱の発生を抑制する。これにより、発熱による電池機能の喪失を防止するとともに安全性を確保することができる。

本発明の第１実施形態に係る電池の全体構造を模式的に示す概略断面図である。 本発明の第１実施形態に係る電池の絶縁部材の正面図、および正面図のＩ−Ｉ’線で切断された断面図を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る電池の絶縁部材の正面図、および正面図のＩ−Ｉ’線で切断された断面図を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る電池の絶縁部材の正面図、および正面図のＩ−Ｉ’線で切断された断面図を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る電池の絶縁部材の断面図、および絶縁部材に釘が貫通したときの絶縁部材の状態を示す説明図である。 比較例の電池の概略断面図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。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。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る電池について説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る電池の全体構造を模式的に示す概略断面図である。図１に示すとおり、電池１は、充放電を行う発電要素１０を外装体２０の内部に密封した構造を有する。また、電池１は、外装体２０の外部に、外部放電部３０を配置した構造を有する。

発電要素１０は、一枚の集電体（集電箔）１１の一方の面に正極電極１２を形成し他方の面に負極電極１３を形成してなる双極型電極１４ａを、セパレータ１５を介して複数直列に積層して構成する。したがって、発電要素１０は、セパレータ１５を挟んで設けられた一対の正極電極１２および負極電極１３からなる単電池１４ｂが、電気的に直列接続された構造ともいえる。このように、本実施形態の電池１は、いわゆる双極型とよばれる構造の電池である。なお、図１に示す例では、５層分の単電池１４ｂが積層されているが、これに限定されず、所望する出力電圧に応じて調整してよい。

集電体１１は、高分子材料を含む集電箔と、導電性を有する導電材とによって構成する。たとえば、集電体１１は、導電材が集電箔上に配置される構造としてもよいし、二枚の集電箔の間に導電材を挟む構造としてもよい。ここで、高分子材料は必ずしも導電性を有している必要はないが、集電箔全体では、集電箔としての機能を果たすために導電性を有していなければならない。したがって、高分子材料が導電性を持たない場合には、集電箔に、高分子材料の他に、導電性を有する導電性フィラー（導電性粒子）を含ませる。

導電性フィラーとしては、導電性を有するが、電荷移動媒体として用いられるイオンに関しては伝導性を有さない材料から選択する。当然のことながら、導電性フィラーは、印加される正極電位および負極電位に耐えうる材料から選択しなければならない。導電性フィラー（導電性粒子）は、金属粒子およびカーボン粒子の少なくともいずれかであり、たとえば、アルミニウム粒子、ＳＵＳ粒子、銀粒子、金粒子、銅粒子、チタン粒子、カーボン粒子、カーボンナノチューブなどを用いる。

また、高分子材料は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルニトリル、ポリイミド、ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、スチレンブタジエンゴム、ポリアクリロニトリル、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、またはこれらの混合物である。

なお、複数の集電体１１のうち最外層に位置する集電体を、以下では最外層集電体１１ａ、１１ｂと称する。ただし、電池１の正極側の最外層集電体を正極側最外層集電体１１ａとし、負極側の最外層集電体を負極側最外層集電体１１ｂとして区別する。

正極側最外層集電体１１ａは、図１に示すとおり、最外層の正極電極１２を介して、正極導電材１６に接合している。また、負極側最外層集電体１１ｂは、最外層の負極電極１３を介して、負極導電材１７に接合している。なお、この構成に限定されず、正極側最外層集電体１１ａは、片面のみに負極電極１３が形成される構成としてもよい。この場合、最外層の正極電極１２を設けず、正極側最外層集電体１１ａを、直接、正極導電材１６に接合する。また、負極側最外層集電体１１ｂについても、片面のみに正極電極１２が形成される構成としてもよい。この場合、最外層の負極電極１３を設けず、負極側最外層集電体１１ｂを、直接、負極導電材１７に接合する。

正極電極１２は、正極活物質、導電助剤、バインダー、支持塩（リチウム塩）などを含む正極活物質層により形成する。

正極電極１２に含まれる正極活物質は、電極反応において正極電極１２と負極電極１３との間を往来する物質（イオン）を蓄積および放出できる正極材料である。たとえば、電池１がリチウムイオン二次電池である場合には、リチウム−遷移金属複合酸化物が好ましく、正極活物質としては、ＬｉＣｏＯ_２などのＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物、ＬｉＮｉＯ_２などのＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物、スピネルＬｉＭｎ_２Ｏ_４などのＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物、ＬｉＦｅＯ_２などのＬｉ・Ｆｅ系複合酸化物などを用いることができる。この他、ＬｉＦｅＰＯ_４などの遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物、Ｖ_２Ｏ_５、ＭｎＯ_２、ＴｉＳ_２、ＭｏＳ_２、ＭｏＯ_３などの遷移金属酸化物や硫化物、ＰｂＯ_２、ＡｇＯ、ＮｉＯＯＨなどを用いることができる。また、場合によっては、二種以上の正極活物質を併用してもよい。

正極電極１２に含まれる導電助剤は、正極活物質の導電性を改善する機能を有し、たとえば、黒鉛などのカーボン粉末や、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）などの種々の炭素繊維により構成する。

正極電極１２に含まれるバインダーは、集電体１１と正極電極１２との結着材としての機能を有する。たとえば、バインダーとしては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、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）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、またはこれらの混合物を用いることができる。

正極電極１２に含まれる支持塩は、支持電解質としての機能を有する。たとえば、支持塩としては、Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ（ＬｉＢＥＴＩ）、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、Ｌｉ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎなどを用いることができる。

負極電極１３は、負極活物質、導電助剤、バインダー、支持塩などを含む負極活物質層により形成する。

負極電極１３に含まれる負極活物質は、電極反応において正極電極１２と負極電極１３との間を往来する物質（イオン）を蓄積および放出できる負極材料である。たとえば、負極活物質としては、炭素材料が好ましい。炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛等の黒鉛系炭素材料（黒鉛）、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、ハードカーボンなどを用いることができる。より好ましくは、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛などの黒鉛を用いることができる。天然黒鉛は、たとえば、鱗片状黒鉛、塊状黒鉛などが使用できる。人造黒鉛としては塊状黒鉛、気相成長黒鉛、鱗片状黒鉛、繊維状黒鉛が使用できる。これらの中で、特に好ましい材料は、鱗片状黒鉛、塊状黒鉛である。鱗片状黒鉛、塊状黒鉛を用いた場合、充填密度が高くなるため、特に有利である。また、場合によっては、二種以上の負極活物質を併用してもよい。

負極電極１３に含まれる導電助剤は、負極活物質の導電性を改善する機能を有し、たとえば、黒鉛などのカーボン粉末や、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）などの種々の炭素繊維により構成する。

負極電極１３に含まれるバインダーは、集電体１１と負極電極１３との結着材としての機能を有し、たとえば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）により構成する。また、ポリフッ化ビニリデンのような溶剤系バインダー以外に、ポリマー微粒子、ゴム材料を水に分散させた水系バインダー（たとえば、スチレン−ブタジエンゴム）を用いてもよい。

負極電極１３に含まれる支持塩は、支持電解質としての機能を有する。たとえば、負極電極１３の支持塩には、正極電極１２に含まれる支持塩と同一の物質を用いる。

セパレータ１５は、正極電極１２と負極電極１３の間に設けられ、正極電極２１と負極電極２２を電気的に隔離している。セパレータ１５は、正極電極１２と負極電極１３との間に電解液を保持して、イオンの伝導性を担保している。たとえば、セパレータ１５は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン製の多孔質膜、セラミック製の多孔質膜などを用いる。また、耐熱性を有するアラミドなどを用いてもよい。

正極導電材１６は、図１に示すように、発電要素１０の一方の最外層において発電要素１０と電気的に接続されつつ、外装体２０の外部に導出する。たとえば、正極導電材１６には、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、チタン、ステンレス鋼、これらの合金などを用いる。

なお、正極導電材１６を、発電要素１０の一方の最外層において発電要素１０と電気的に接続されつつ外装体２０の外部に導出する正極集電タブと、正極集電タブに接続されて正極導電材１６を延長し外部放電部３０を構成する正極導電部とにより構成してもよい。

また、正極導電材１６は、正極側最外層集電体１１ａ自体を延長させて外装体２０の外部に導出することにより構成してもよい。

負極導電材１７は、図１に示すように、発電要素１０の他方の最外層において発電要素１０と電気的に接続されつつ、外装体２０の外部に導出する。たとえば、負極導電材１７には、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、チタン、ステンレス鋼、これらの合金などを用いる。

なお、負極導電材１７を、発電要素１０の他方の最外層において発電要素１０と電気的に接続されつつ外装体２０の外部に導出する負極集電タブと、負極集電タブに接続されて負極導電材１７を延長し外部放電部３０を構成する正極導電部とにより構成してもよい。

また、負極導電材１７は、負極側最外層集電体１１ｂを延長させて外装体２０の外部に導出することにより構成してもよい。

発電要素１０は、集電体１１の外周縁と接するシール部１８を有している。シール部１８は、絶縁性のシール材によって形成する。シール部１８は、集電体１１の外周部である端部に固定されると共に、二つのセパレータ１５の間に配置する。シール部１８は、電池要素１０において隣り合う集電体１１同士の接触や、単電池１４ｂの端部のわずかな不揃いに起因する短絡を防止する。

電解液は、非水（系）電解液である。電解液を介して正極電極１２と負極電極１３の間をイオンが移動することで、発電要素１０に蓄電された電気を充放電する。たとえば、電解液は、有機溶媒に支持塩であるリチウム塩等が溶解した形態である。有機溶媒としては、支持塩を十分に溶解させ得るものであればよく、たとえば、（１）プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートなどの環状カーボネート類、（２）ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類、（３）テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジブトキシエタン等のエーテル類、（４）γ−ブチロラクトン等のラクトン類、（５）アセトニトリル等のニトリル類、（６）プロピオン酸メチル等のエステル類、（７）ジメチルホルムアミド等のアミド類、（８）酢酸メチル、蟻酸メチルの中から選ばれる少なくともから一種類または二種以上を混合した非プロトン性溶媒等の可塑剤などが挙げられる。これら有機溶媒は、単独で用いても二種類以上を組み合わせて用いてもよい。支持塩としては、従来公知のものが用いられる。たとえば、Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ（ＬｉＢＥＴＩ）、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、Ｌｉ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ等を用いる。

外装体２０は、たとえば、内部に金属板を備えたラミネートシートから構成され、発電要素１０を両側から被覆して封止する。これにより、外装体２０は、発電要素１０を収容する。

外部放電部３０は、図１の破線内に示すように、外装体２０の外部に導出された正極導電材１６と、絶縁性を有する絶縁部材３１と、外装体２０から外部に導出された負極導電材１７とを積層して形成する。すなわち、外部放電部３０において、外装体２０の外部に導出された部分の正極導電材１６と負極導電材１７とは、外装体２０を介して発電要素１０に積層する。そして、外装体２０の外部に導出された部分の正極導電材１６と負極導電材１７の間には、絶縁部材３１が配置された構造となる。

図１に示すように、外部放電部３０において、正極導電材１６および負極導電材１７は折り畳み構造を有することができる。このような折り畳み構造を有することにより、外部放電部３０の厚みが増大する。これにより、釘などの導電体により電池１が刺されたときに、導電体が発電要素１０に到達するまでの時間を遅らせることができるため、外部放電による電力消費量を増大させ、内部放電によるジュール熱の発生を抑制することができる。図１に示す電池１の例では、正極導電材１６の折り畳み構造は、折り畳み回数が１回であり、負極導電材１７の折り畳み構造は、折り畳み回数が２回となっている。

図２は、絶縁部材の正面図、および正面図のＩ−Ｉ’線で切断された断面図を示す図である。

図２に示すように、絶縁部材３１は、対向させた板状の導電体３１０ａ、３１０ｂと、導電体３１０ａ、３１０ｂ間に絶縁性を有する流体３１２を封入するための絶縁体３１１と、導電体３１０ａ、３１０ｂ間に封入された絶縁性を有する流体３１２とを有する。導電体３１０ａ、３１０ｂは、外部放電部３０における正極導電材１６と負極導電材１７との積層方向に積層される。したがって、絶縁部材３１は、外部放電部３０における正極導電材１６と負極導電材１７との積層方向に積層された導電体３１０ａ、３１０ｂと、導電体３１０ａ、３１０ｂ間に封止された絶縁性を有する流体３１２とを有してなる。

導電体３１０ａ、３１０ｂは、たとえば、導電性を有する金属または高分子を用いる。

絶縁性を有する流体３１２は、たとえば、空気などの絶縁性を有する気体または油などの絶縁性を有する液体を用いる。また、絶縁性を有する流体３１２として窒素、アルゴンなどの不活性気体を用いてもよい。絶縁部材３１における絶縁性を有する流体３１２の圧力は、絶縁部材３１以外の電池１の要素の重量により絶縁部材３１に印加される圧力以上であることが望ましい。絶縁部材３１において封止されている絶縁性を有する流体３１２の圧力をより高くすることで、絶縁部材３１が釘などの導電体により貫通された際の内包圧力の解放により導電体３１０ａ、３１０ｂの同士の短絡が促進される。特に、導電体３１０ａ、３１０ｂ同士の短絡が導電体３１０ａ、３１０ｂの面方向においても促進されるため両者をより低抵抗で短絡することができる。よって、外部短絡による電力消費量をより増大できる。

絶縁体３１１は、導電体３１０ａ、３１０ｂ間に導入される絶縁性を有する流体３１２を、導電体３１０ａ、３１０ｂ同士を接着させることにより封止する。絶縁体３１１は、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、その他の熱可塑性樹脂部材を用いる。

上記構成により、絶縁部材３１は、外部放電部３０において、絶縁性を有する流体３１２により正極導電材１６と負極導電材１７とを電気的に絶縁する。さらに、絶縁部材３１は、外部放電部３０において釘などの導電体により貫通されることで導電体３１０ａ、３１０ｂが破損したときに、絶縁性を有する流体３１２が外部に流出する際の内包圧力の解放により導電体３１０ａ、３１０ｂ同士の接触を促す。したがって、絶縁体３１１は、導電体により貫通されたときに、正極導電材１６と負極導電材１７との積層方向に導電する。これにより、正極導電材１６と負極導電材１７との導通が促され、外装体２０外における外部短絡が促進される。この外部短絡により、外部放電部３０には大電流が流れるが、電池１に蓄電された電力は瞬間的に電池１の外部に放電される。そのため、釘などの導電体が発電要素１０に到達するまでに外部への放電が完了しており、釘などの導電体が貫通して発電要素１０において内部短絡が生じても、発電要素１０内に大電流は流れない。よって、発電要素１０の内部短絡によって大きなジュール熱が発生することもない。したがって、外部短絡による電力消費が確保され、内部短絡によるジュール熱の発生が抑制されることで、電池機能の喪失を防止するとともに安全性を確保することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る電池について説明する。

本実施形態が第１実施形態と異なる点は、本実施形態は、絶縁部材３１において絶縁性を有する流体３１２とともに消火性を有する物質が封止される点である。その他の事項については、本実施形態は第１実施形態と同様であるため重複となる説明は省略する。

図３は、絶縁部材の正面図、および正面図のＩ−Ｉ’線で切断された断面図を示す図である。

図３に示すように、絶縁部材３１において、消火性を有する物質３１３が絶縁性を有する流体３１２とともに封止されている。消化性を有する物質３１３は、たとえば、ＣＯ_２、ＮａＨＣＯ_３、ＫＨＣＯ_３、ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４、ハロン、その他の消火作用を有する物質を用いる。

本実施形態によれば、電池に釘などの導電体が刺されたときに、絶縁部材３１に導電体が貫通することで導電体３１０ａ、３１０ｂが破損し、絶縁性を有する流体３１２が外部に流出する際の内包圧力の解放により導電体３１０ａ、３１０ｂ同士の接触を促す。これにより、絶縁部材３１が正極導電材１６と負極導電材１７との積層方向に導電することで、正極導電材１６と負極導電材１７との導通を促し、外部短絡による電力消費を確保して内部短絡によるジュール熱の発生を抑制する。さらに、外部短絡により生じ得るスパークによる発火を、絶縁性を有する流体３１２とともに外部に流出する消化性を有する物質３１３により防止することができる。これにより、電池機能の喪失を防止するとともに、より安全性を確保することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る電池について説明する。

本実施形態が第１実施形態と異なる点は、本実施形態は、正極導電材１６と負極導電材１７との間で、導電体を内包する複数の絶縁体のカプセルが挟持されることにより絶縁部材３１を構成する点である。その他の事項については、本実施形態は第１実施形態と同様であるため重複となる説明は省略する。

図４は、絶縁部材の正面図、および正面図のＩ−Ｉ’線で切断された断面図を示す図である。

図４に示すように、絶縁部材３１は、対向する導電体３１０ａと導電体３１０ｂとの間で、導電体３１５を内包する複数の絶縁体のカプセル３１４が絶縁体３１１により封止されるとともに正極導電材１６と負極導電材１７との間に挟持される構成を有する。絶縁体のカプセル３１４は、外部放電部３０において、正極導電材１６と負極導電材１７との間に介在することで正極導電材１６と負極導電材１７とを電気的に絶縁する。絶縁体のカプセル３１４は、たとえばポリエチレンやポリプロピレンを用いる。絶縁体のカプセル３１４に封入されている導電体３１５は、たとえば気体、液体を問わず導電性の金属や高分子を用いる。なお、本実施形態においては、絶縁部材３１は、導電体３１５を内包する複数の絶縁体のカプセル３１４が正極導電材１６と負極導電材１７との間に挟持されることにより構成されていればよい。したがって、導電体３１０ａ、３１０ｂおよび絶縁体３１１を省略し、導電体３１５を内包する複数の絶縁体のカプセル３１４が正極導電材１６と負極導電材１７との間に直接挟持されることにより絶縁部材３１を構成してもよい。

本実施形態によれば、電池に釘などの導電体が刺されたときに、絶縁部材３１に導電体が貫通することで複数の絶縁体のカプセル３１４の少なくともいずれかが破損する。そして、カプセル３１４から漏れた導電体３１５が導電体３１０ａ、３１０ｂの面方向に広がり正極導電材１６と負極導電材１７とを導通を促す。これにより、外部短絡による電力消費が確保され内部短絡によるジュール熱の発生が抑制されることで、電池機能の喪失を防止するとともに、安全性を確保することができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態に係る電池について説明する。

本実施形態が第１実施形態と異なる点は、本実施形態は、正極導電材１６と負極導電材１７との間で、導電性を有する流体を内包する絶縁性を有する弾性体３１６が挟持されることにより絶縁部材３１を構成する点である。その他の事項については、本実施形態は第１実施形態と同様であるため重複となる説明は省略する。

図５は、絶縁部材の断面図、および絶縁部材に釘が貫通したときの絶縁部材の状態を示す説明図である。

図５のＡに示すように、絶縁部材３１は、対向する導電体３１０ａと導電体３１０ｂとの間で、導電性を有する流体３１７を内包する絶縁性を有する弾性体３１６が挟持される構成を有する。絶縁性を有する弾性体３１６は、外部放電部３０において、正極導電材１６と負極導電材１７との間に介在することで正極導電材１６と負極導電材１７とを電気的に絶縁する。絶縁性を有する弾性体３１６は、たとえば張力をもつ樹脂のゴムを用いる。なお、釘５０などの導電体により絶縁部材３１が貫通される前に絶縁性を有する弾性体３１６が破断することを防止するために、絶縁性を有する弾性体３１６の引張強さは伸び率１１０％以上に設定されることが望ましい。絶縁性を有する弾性体３１６に封入された導電性を有する流体は、たとえば気体、液体を問わず導電性の金属や高分子を用いる。

図５のＢに示すように、絶縁部材３１に釘５０が貫通することで絶縁性を有する弾性体３１６が破断する。そして、破断した絶縁部材３１が釘５０から離れる方向（図の矢印の方向）に弾けて移動するともに絶縁性を有する弾性体３１６に内包されていた導電性を有する流体３１７が流出する。そして、導電性を有する流体３１７が導電体３１０ａ、３１０ｂの面方向に広がるとともに、移動後の絶縁部材３１により導電体３１０ａ、３１０ｂの間に封止され、導電体３１０ａと導電体３１０ｂとの間を充満する。これにより、導電体３１０ａと導電体３１０ｂとが導通する。このように、絶縁部材３１は、釘５０が貫通されたときに正極導電材１６と負極導電材１７との積層方向に導電するため、正極導電材１６と負極導電材１７との導通を促し外部短絡を促進する。これにより、外部短絡による電力消費が確保され、内部短絡によるジュール熱の発生が抑制されるため、電池機能の喪失を防止するとともに、安全性を確保することができる。

（実施例）
上述した第１実施形態〜第４実施形態の電池１を作製した。正極導電材１６および負極導電材１７として、厚み０．２[ｍｍ]のアルミ板を用いた。また、外部放電部３０において、負極導電材１７の折り畳み構造における折り畳み回数は１回とし、正極導電材１６は折り畳み構造とはせず、直線的な板状の構造とした。このように作製された電池１に対して釘刺し試験を行ったところ、第１実施形態〜第４実施形態の電池１のすべてにおいて、電池機能を喪失することはなく、良好な結果が得られた。

（比較例）
図６は、比較例の電池の概略断面図である。比較例として、第１実施形態の電池１の絶縁部材３１を、一様に絶縁性を有する樹脂に置き換えた電池１’を作製した。図６に示すように、実施例と同様に、外部放電部３０において、負極導電材１７の折り畳み回数は１回とし、正極導電材１６は折り畳み構造とはせず、直線的な板状の構造とした。このように作製された電池１’に対して釘刺し試験を行ったところ、電池機能が喪失した。

上述した実施例および比較例による釘刺し試験の結果により、第１実施形態〜第４実施形態の電池１が、電池機能の喪失を防止する効果を有することが実証された。

１ 電池、
１０ 発電要素、
１１ 集電体、
１１ａ 正極側最外層集電体、
１１ｂ 負極側最外層集電体、
１２ 正極電極、
１３ 負極電極、
１４ａ 双極型電極、
１４ｂ 単電池、
１５ セパレータ、
１６ 正極導電材、
１７ 負極導電材、
１８ シール部、
２０ 外装体、
３０ 外部放電部、
３１ 絶縁部材、
３１０ａ、３１０ｂ 導電体、
３１１ 絶縁体、
３１２ 絶縁性を有する流体、
３１３ 消火性を有する物質、
３１４ 絶縁体のカプセル、
３１５ 導電体、
３１６ 絶縁性を有する弾性体、
３１７ 導電性を有する流体。

Claims (3)

1. 集電体の一面に正極活物質層、他面に負極活物質層が形成された複数の双極型電極がセパレータを介して積層されてなる発電要素と、
   前記発電要素を収容する外装体と、
   前記発電要素の一方の最外層において前記発電要素と電気的に接続されつつ、前記外装体の外部に導出される正極導電材と、
   前記発電要素の他方の最外層において前記発電要素と電気的に接続されつつ、前記外装体の外部に導出される負極導電材と、
   前記外装体の外部に導出された前記正極導電材と、前記外装体の外部に導出された前記負極導電材とが、前記外装体の外部において前記外装体を介して前記発電要素に積層されてなる外部放電部において、前記正極導電材と前記負極導電材との間に積層されて前記正極導電材と前記負極導電材とを絶縁する絶縁部材と、を有し、
   前記絶縁部材は、前記外部放電部において導電体により貫通されたときに前記正極導電材と前記負極導電材との積層方向に導電する、双極型二次電池。
2. 前記絶縁部材は、導電体に絶縁性を有する流体が封止されてなる請求項１に記載の双極型二次電池。
3. 前記絶縁部材は、前記外部放電部における前記正極導電材と前記負極導電材との間に挟持された、導電体を内包する絶縁体のカプセルを複数有してなる請求項１に記載の双極型二次電池。

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