JP2015164105A

JP2015164105A - 蓄電素子

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Publication number: JP2015164105A
Application number: JP2014039567A
Authority: JP
Inventors: 吉田　浩明; Hiroaki Yoshida; 吉田　　浩明
Original assignee: GS Yuasa Corp
Current assignee: GS Yuasa Corp
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2015-09-10

Abstract

【課題】電極体と密封容器とを備える蓄電素子であって、寿命性能が向上した蓄電素子を提供する。【解決手段】本発明に係る蓄電素子１０は、正極１４２と負極１４３とセパレータ１４４及び１４５とが積層されて形成される電極体１４と、電解液と、電極体１４及び電解液を収容する密封容器１１とを含み、密封容器１１内の圧力は、１０ｋＰａ以上８０ｋＰａ以下である。【選択図】図６

Description

本発明は、電極体と電極体を内包する密封容器とを備えた蓄電素子に関する。

従来、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子として、ラミネートフィルムなどのシートで形成される密封容器を備える蓄電素子が知られている。ここで、このような蓄電素子においては、一般に、密封容器内部にガス（気体）が存在している。ガスとしては、蓄電素子の製造工程雰囲気の気体（例えば乾燥空気）や蓄電素子内部の液体（電解液など）の蒸気が挙げられる。また、意図的にガスの成分や圧力を調整することもある。

特許文献１には、電池内に０．１〜６５Ｔｏｒｒの低圧ガスが封入されたフィルム電池が開示されている。特許文献１に係るフィルム電池によれば、電池膨れが抑制されて各極板間の電気的接触が良好となり、空気中の水分と負極活物質との反応が抑制され、正極活物質の溶媒の揮散が防止されるとしている。

特開平５−１５１９７６号公報

しかしながら、上記密封容器を備える蓄電素子において、当該密封容器内の圧力を、特許文献１に記載されたフィルム電池のように大気圧に対して著しく低圧とした場合、正極、セパレータ及び負極が積層された電極体に加わる圧力が過度となる。これにより、電極体が損傷し、充放電サイクル経過後の容量低下が増大するなど電池の寿命性能の低下が顕著となる。

本発明は、上記課題を考慮し、電極体と密封容器とを備える蓄電素子であって、寿命性能が向上した蓄電素子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る蓄電素子は、正極と負極とセパレータとが積層されて形成される電極体と、電解液と、前記電極体及び前記電解液を収容する密封容器とを含む蓄電素子であって、前記密封容器内の圧力は、１０ｋＰａ以上８０ｋＰａ以下である。

この構成によれば、密封容器内の圧力を８０ｋＰａ以下とすることで、大気圧（約１００ｋＰａ）により密封容器が適度に圧迫され、内蔵される正極、負極及びセパレータが適度に密着する。また、密封容器内の圧力を１０ｋＰａ以上とすることで、電極体に加わる過度の圧力が原因で電極体の積層構造が損傷して内部抵抗が増大することを回避できる。よって、蓄電素子の寿命性能が良好となる。

また、前記密封容器は、ラミネートフィルムで構成されることにしてもよい。

この構成によれば、大気圧と密封容器内圧との適度な圧力差により、ラミネートフィルムが電極体と密着する状態となるので、良好な寿命性能を確保しつつ蓄電素子の薄型化及び小型化を実現できる。

また、前記密封容器内の気体成分の不燃性ガス分圧は、８５％以上であることにしてもよい。

従来、特許文献１の電池などにおいて、電極体が損傷した場合、短絡などが起こることもある。この構成によれば、短絡などにより密封容器内で発熱異常が発生した場合であっても、発火することを防止できる。

また、前記不燃性ガスは、ヘリウムであることにしてもよい。

この構成によれば、ヘリウムリーク検出器を用いて密封容器の気密性を数値管理できるので、蓄電素子の信頼性が向上する。

本発明に係る蓄電素子によれば、電極体にかかる圧力が適度となり、蓄電素子の寿命性能が向上する。

実施の形態に係る蓄電素子の外観を示す斜視図である。実施の形態に係る蓄電素子の分解斜視図である。実施の形態に係る蓄電素子が有する電極体の構成を示す斜視図である。実施の形態に係る蓄電素子の構造を示す断面図である。実施の形態の変形例に係る蓄電素子の構造を示す断面図である。密封容器内圧を変化させた場合の容量維持率を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る蓄電素子について説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。

（実施の形態）
［１．全体構成］
まず、図１〜図３を用いて、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０の全般的な説明を行う。

図１は、実施の形態に係る蓄電素子の外観を示す斜視図である。また、図２は、実施の形態に係る蓄電素子の分解斜視図である。また、図３は、実施の形態に係る蓄電素子が有する電極体の構成を示す斜視図である。

本実施の形態に係る蓄電素子１０は、充放電することのできる二次電池であり、例えば、非水電解質二次電池である。非水電解質二次電池としては、例えば、正極活物質がコバルト酸リチウムなどのリチウム遷移金属酸化物であり、負極活物質が炭素材料であるリチウムイオン二次電池を挙げることができる。なお、蓄電素子１０の種類は、非水電解質二次電池には限定されず、非水電解質二次電池以外の二次電池であってもよく、また、一次電池であってもよい。

蓄電素子１０は、図１及び図２に示すように、密封容器１１と、電極体１４と、正極リード板１２及び負極リード板１３とを備える。

密封容器１１は、シートからなる部材であり、本実施の形態では、複数の層で構成される筒状のラミネートフィルムの両端部が封止されることで構成されている。つまり、密封容器１１は、シート同士（本実施の形態ではラミネートフィルムの一部同士）が接合されることで形成された封止部１１１を両端に有している。

なお、封止部１１１は、本実施の形態のように、１つのシートの部分同士が接合されることで形成される場合と、２つのシートの一方の一部と他方の一部とが接合されることで形成される場合とがある。つまり、複数の部材が組み合わされることで、密封容器１１を構成するシートが実現されてもよい。言い換えると、密封容器１１は複数のシートで構成されていてもよい。

また、密封容器１１は、封止部１１１が形成される前は、例えば図２に示すように、両端部が開口した筒形状のシート１１ａである。

蓄電素子１０において、密封容器１１の内部には電解液などの液体が封入されているが、当該液体の図示および説明は省略する。

電極体１４と接続された正極リード板１２及び負極リード板１３のそれぞれは、封止部１１１を貫通した状態で密封容器１１から露出している。これら正極リード板１２及び負極リード板１３に電気的に接続された装置に、電極体１４からの電力が供給される。

［２．電極体の構成］
電極体１４は、図３に示すように、正極１４２及び負極１４３と、２枚のセパレータ１４４及び１４５とが交互に積層されるように捲回されることで形成されている。

つまり、電極体１４は、正極１４２と、セパレータ１４４と、負極１４３と、セパレータ１４５とがこの順に積層され、かつ、断面が長円形状になるように捲回されることで形成されている。

正極１４２は、アルミニウムからなる長尺帯状の金属箔の表面に、正極活物質を含む合剤層が形成されたものである。

正極１４２が有する合剤層に含まれる正極活物質としては、例えば、ＬｉＭＰＯ_４、ＬｉＭＳｉＯ_４、ＬｉＭＢＯ_３（ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ等から選択される１種または２種以上の遷移金属元素）等のポリアニオン化合物、チタン酸リチウム、マンガン酸リチウム等のスピネル化合物、ＬｉＭＯ_２（ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ等から選択される１種または２種以上の遷移金属元素）等のリチウム遷移金属酸化物等を用いることができる。

負極１４３は、銅からなる長尺帯状の金属箔の表面に、負極活物質層を含む合剤層が形成されたものである。

負極１４３が有する合剤層に含まれる負極活物質としては、例えばリチウムイオンを吸蔵放出可能な負極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。例えば、リチウム金属、リチウム合金（リチウム−アルミニウム、リチウム−シリコン、リチウム−鉛、リチウム−錫、リチウム−アルミニウム−錫、リチウム−ガリウム、およびウッド合金等のリチウム金属含有合金）の他、リチウムを吸蔵・放出可能な合金、炭素材料（例えば黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温焼成炭素、非晶質カーボン等）、金属酸化物、リチウム金属酸化物（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２等）、ポリリン酸化合物などが挙げられる。

このように構成された電極体１４において、より具体的には、正極１４２と負極１４３とは、セパレータ１４４または１４５を介し、捲回軸方向（Ｘ軸方向）に互いにずらして捲回されている。

そして、正極１４２及び負極１４３は、それぞれのずらされた方向の端縁部に、活物質を含む合剤層が形成されていない部分（合剤層非形成部）を有する。

具体的には、正極１４２は、捲回軸方向の一端に、合剤層が形成されていない合剤層非形成部が積層された正極積層部１４２ａを有している。また、負極１４３は、捲回軸方向の他端に、合剤層が形成されていない合剤層非形成部が積層された負極積層部１４３ａを有している。

つまり、正極１４２の露出した金属箔の層によって正極積層部１４２ａが形成され、負極１４３の露出した金属箔の層によって負極積層部１４３ａが形成されている。

なお、正極１４２の金属箔及び負極１４３の金属箔の厚みは、ともに、例えば５μｍ〜２０μｍのうちのいずれかの値である。

正極リード板１２は、正極積層部１４２ａに取り付けられることで電極体１４の正極１４２と接続される。

具体的には、正極積層部１４２ａにおいてＺ軸方向に並ぶ金属箔の層と層のとの間に、正極リード板１２の端部が差し込まれ、例えば、正極リード板１２を挟んで正極積層部１４２ａの上下から加圧しながら超音波による振動が与えられる。つまり、超音波溶接によって、正極リード板１２が電極体１４の正極１４２と接続される。

また、負極リード板１３は、負極積層部１４３ａに取り付けられることで電極体１４の負極１４３と接続される。

具体的には、正極リード板１２と同様に、負極積層部１４３ａにおける金属箔の層と層のとの間に、負極リード板１３の端部が差し込まれ、例えば超音波溶接によって、負極リード板１３と電極体１４の負極１４３とが接続される。

なお、正極リード板１２の素材は、例えば正極１４２の基材の金属箔と同じく、アルミニウムであり、負極リード板１３の素材は、例えば負極１４３の基材の金属箔と同じく、銅である。

また、電極体１４と、正極リード板１２及び負極リード板１３との接続の手法及び態様に特に限定はなく、例えば、リベットまたはボルト等を用いて、電極体１４と、正極リード板１２及び負極リード板１３とが締結されてもよい。

また、例えば、正極リード板１２の端部に折り曲げ部分を形成し、当該折り曲げ部分に、正極積層部１４２ａの少なくとも一部を挟持させた状態で、正極リード板１２と電極体１４とを超音波溶接等によって接続してもよい。負極リード板１３についても同様の態様で電極体１４と接続してもよい。

また、正極リード板１２と正極１４２との接合形態、及び、負極リード板１３と負極１４３との接合形態は特に限定はなく、上述した超音波溶接以外にも、例えば、抵抗溶接であってもよい。

このように、溶接または締結等の手法によって、正極リード板１２及び負極リード板１３が取り付けられた電極体１４は、両端部に開口１１ｂを有する筒状のシート１１ａに挿入され、その後、これら両端部が封止される。

［３．密封容器の構成］
図４は、実施の形態に係る蓄電素子の構造を示す断面図である。本実施の形態における密封容器１１を形成するラミネートフィルムは、例えば、金属層の一方の面にベースフィルム層を積層すると共に他方の面にシーラント層を積層した３層構造の矩形のフレキシブルなラミネートフィルムである。

シーラント層は、ポリエチレンまたはポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂の層である。シーラント層の厚みは、例えば５０μｍ〜４００μｍのいずれかの値であり、より好ましくは１００μｍ〜３００μｍのいずれかの値である。

また、このようなラミネートフィルムの長手方向の両端部を溶着等によって接続することで筒状に形成され、その結果、図２に示すように、筒状のシート１１ａが得られる。ここで、筒状のシート１１ａの内面にはシーラント層が形成されており、外面にはベースフィルム層が形成されている。シート１１ａが正極リード板１２及び負極リード板１３のそれぞれを挟み込むようにして、両端部が、熱源を用いた加熱溶着、電磁波を用いた高周波溶着、または超音波振動を用いた超音波溶着等の手法によって溶着される。その結果、図４に示すように、正極リード板１２及び負極リード板１３が両端部から突出した状態で、密封容器１１の両端部に封止部１１１が形成される。

なお、封止部１１１には、密封容器１１の端部の内面のシーラント層同士が直接的に重ねられる部分と、金属板である正極リード板１２及び負極リード板１３が当該端部の内面の間に介在している部分とが存在する。

また、正極リード板１２及び負極リード板１３のそれぞれには、封止部１１１に対応する表面領域に、予めポリプロピレン等の樹脂層が形成されている。そのため、封止部１１１の形成の際の加熱により、当該樹脂層が密封容器１１の端部の内面のシーラント層と溶着される。

このようにして、密封容器１１の、正極リード板１２が突出した正極側の端部と、負極リード板１３が突出した負極側の端部とに、シート同士（本実施の形態ではラミネートフィルムの一部同士）が接合されることで形成された封止部１１１が形成される。なお、本実施の形態では、上述のように、封止部１１１には正極リード板１２及び負極リード板１３とシートとが接合された部分が含まれている。

また、より具体的には、密封容器１１の両端部の一方が封止された後に、他方の端部から、真空脱気が行われ、密封容器１１の内部空間に電解液が充填される。

電解液は適宜公知の材料を用いることができ、非水電解質二次電池では有機系の溶媒にＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４などの電解質塩を溶解させている。

電解液が密封容器１１の内部空間に充填された後で、再度真空脱気が行われ、その後、密封容器１１の内部に不燃性ガスが充填される。そして、密封容器１１の、当該他方の端部が熱溶着により封止され、これにより、電極体１４、電解液及び不燃性ガスは密封容器１１の内部に密封される。

ここで、本実施の形態に係る蓄電素子１０は、上述した真空脱気、電解液充填及び不燃性ガス充填工程により、密封容器１１の内部圧力である内圧Ｐｉが１０ｋＰａ以上かつ８０ｋＰａ以下であり、密封容器１１内の不燃性ガスの分圧が８５％以上となっている。

このように、密封容器１１内の圧力を８０ｋＰａ以下とすることで、大気圧Ｐｏ（約１００ｋＰａ）により密封容器１１が適度に圧迫され、内蔵される正極１４２、負極１４３及びセパレータ１４４及び１４５が適度に密着する。また、密封容器１１内の圧力を１０ｋＰａ以上とすることで、電極体１４に加わる過度の圧力が原因で電極体１４の積層構造が損傷して内部抵抗が増大することを回避できる。よって、電池の寿命性能が良好となる。

また、大気圧と密封容器１１の内圧との適度な圧力差を保ちつつ密封容器１１をラミネートフィルムで構成することにより、ラミネートフィルムが電極体１４と適度に密着する状態となるので、良好な寿命性能を確保しつつ蓄電素子の薄型化及び小型化を実現できる。

また、本実施の形態である非水電解質二次電池では、電解液に有機溶媒が用いられるため、密封容器１１内で発熱異常が発生した場合、発火の危険性があるが、密封容器１１内の不燃性ガスの分圧を８５％以上とすることにより、密封容器１１内で発熱異常が発生した場合であっても、発火することを防止できる。また、発火防止の観点から、密封容器１１内の気体成分の酸素分圧は、１５％以下であることが好ましい。

また、密封容器１１内の不燃性ガスをヘリウムガスとすることにより、ヘリウムリーク検出器を用いて密封容器の気密性を数値管理できるので、蓄電素子１０の信頼性が向上する。

なお、本発明に係る蓄電素子の密封容器の形状は、上述した形状に限定されず、例えば、電極体１４を収容可能なように予め成形された複数の部材が組み合わされることで密封容器が構成されてもよい。

図５は、実施の形態の変形例に係る蓄電素子の外観を示す斜視図である。より具体的には、図５には、予め成形された２つの部材で構成された密封容器２１を有する蓄電素子２０の外観が表されている。第一外装体２１ａ及び第二外装体２１ｂのそれぞれは、立体形状のシートであり、例えばラミネートフィルムを成形することで作製される。第一外装体２１ａと第二外装体２１ｂとの間に形成される空間に、正極リード板１２及び負極リード板１３が接続された電極体１４が収容され、第一外装体２１ａ及び第二外装体２１ｂの互いの封止部２１１が、例えば熱溶着により封止される。

ここで、本変形例に係る蓄電素子２０は、密封容器２１内の真空脱気、電解液充填及び不燃性ガス充填工程により、密封容器２１の内圧Ｐｉが１０ｋＰａ以上かつ８０ｋＰａ以下であり、密封容器２１内の不燃性ガスの分圧が８５％以上となっている。内圧Ｐｉを８０ｋＰａ以下とすることにより、大気圧Ｐｏ（約１００ｋＰａ）により密封容器２１が適度に圧迫され、内蔵される正極１４２、負極１４３及びセパレータ１４４及び１４５が適度に密着する。また、内圧Ｐｉを１０ｋＰａ以上とすることにより、電極体１４に加わる過度の圧力が原因で電極体１４の積層構造が損傷して内部抵抗が増大することを回避できる。よって、電池の寿命性能が良好となる。また、大気圧と密封容器２１の内圧との適度な圧力差を保ちつつ密封容器２１をラミネートフィルムで構成することにより、ラミネートフィルムが電極体１４と適度に密着する状態となるので、良好な寿命性能を確保しつつ蓄電素子の薄型化及び小型化を実現できる。また、密封容器２１内で発熱異常が発生した場合であっても、発火することを防止できる。また、密封容器２１内の不燃性ガスをヘリウムガスとすることにより、ヘリウムリーク検出器を用いて密封容器の気密性を数値管理できるので、蓄電素子２０の信頼性が向上する。

なお、密封容器１１及び２１内に充填される不燃性ガスは、ヘリウムガスに限られない。密封容器１１及び２１内に充填される不燃性ガスとして、ヘリウムガス以外の不燃性ガスであってもよい。これにより、密封容器内で発熱異常が発生した場合であっても、発火することを防止できる。

不燃性ガスとしては、ハロンガス、フロンガス、不活性ガスなどがあり、蓄電素子内部の他の材料との関係を考慮した上で適宜選択すればよい。ハロンガスの例としては、ＣＦ_３Ｂｒ、ＣＦ_３ＣＨＦＣＦ_３、ＣＨＦ_３などが挙げられる。フロンガスの例としては、ＣＣｌ_２Ｆ_２、Ｃ_２Ｆ_５Ｃｌなどが挙げられる。不活性ガスの例としては、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎなどの希ガス、Ｎ_２、ＣＯ_２などが挙げられる。

また、上記の不燃性ガスは混合ガスであってもよい。例えば、Ｎ_２５０％＋Ａｒ５０％の混合ガス、Ｎ_２５２％＋Ａｒ４０％＋ＣＯ_２８％の混合ガスなどであってもよい。

なお、不活性ガスは、不燃性の性質を有するとともに化学的にも安定しており、蓄電素子内に封入するガスとして好ましい。

［４．実施例］
次に、上記構成を有する蓄電素子１０が、電池の寿命性能の向上を図ることができることについて、詳細に説明する。

まず、以下のようにして、後述する実施例１〜１２及び比較例１〜８に示す、密封容器材料にラミネートフィルムを用いたラミネートセルの作製を行った。なお、実施例１〜１２のラミネートセルは、いずれも、上述した実施の形態に係る蓄電素子１０の具体例である。

（４−１）製造方法
実施例１〜１２及び比較例１〜８のラミネートセルにおいて、正極としてコバルト酸リチウムを用い、負極として黒鉛を用い、セパレータとしてポリエチレン製微多孔膜を用いた。上記正極、負極及びセパレータで構成された電極体をラミネート容器に挿入し、真空脱気、電解液の充填、真空脱気、不燃性ガスの充填、及びラミネート容器の密封を実施した。なお、容量は２０Ａｈとなるようラミネートセル（蓄電素子）を作製した。セル寸法は、いずれも、長さ２０ｃｍ、幅１２ｃｍ、厚み１ｃｍとした。ここで、実施例ごと及び比較例ごとに、密封容器１１内の圧力、不燃性ガスの分圧、及び酸素分圧の少なくともいずれかを変化させた。実施例１〜８及び比較例１〜６では、不燃性ガスとして窒素ガスを用いた。また、実施例９〜１２及び比較例７〜８では、不燃性ガスとしてヘリウムガスを用いた。なお、表１〜表３に表された密封容器１１内の圧力、不燃性ガスの分圧、及び酸素分圧の各値は、いずれも、上記製造工程完了後かつ使用（充放電）開始前において、２５℃の雰囲気温度にて測定された値である。作製した実施例１〜１２及び比較例１〜８のラミネートセルについて、寿命性能の評価パラメータとして、容量維持率の測定及び釘刺し試験を実施した。

（４−２）容量維持率
温度２５℃にて、充電電圧４．１Ｖ・放電終止電圧２．７５Ｖとして１０００サイクルの寿命試験を実施した。そして、初期１０サイクル後の容量に対する１０００サイクル後の容量の割合を容量維持率（％）とした。

（４−３）釘刺し試験
温度２５℃にて、電圧４．３Ｖで充電（やや過充電）した後、セル中央部に、直径３ｍｍφのステンレス鋼製の釘を刺した。これにより、発火したセル数を計測した。

以上のようにして作製したラミネートセルの容量維持率及び釘刺し試験の結果を、以下の表１〜表３に示す。

まず、以下の表１を用いて、実施例１〜４及び比較例１〜４について説明する。実施例１〜４及び比較例１〜４は、密封容器１１の内圧Ｐｉを１ｋＰａ〜９０ｋＰａの範囲で変化させたものである。表１には、実施例１〜４及び比較例１〜４についての容量維持率が示されている。なお、表１における各容量維持率の値は、３サンプルの平均値により算出されたものである。

また、図６は、密封容器内圧を変化させた場合の容量維持率を示す図である。具体的には、同図は、表１における「容器内圧」を横軸（ラミネート容器内圧）とし、「容量維持率」を縦軸として、グラフ化したものである。

上記の表１及び図６に示すように、密封容器１１の内圧が１０ｋＰａ以上かつ８０ｋＰａ以下であり、窒素分圧が８５％（酸素分圧が１５％）である場合（実施例１〜４）に、容量維持率８５％以上が確保されている。ここで、実施例１〜４では、大気圧Ｐｏ（約１００ｋＰａ）と密封容器１１の内圧Ｐｉとの圧力差（Ｐｏ−Ｐｉ）が所定の圧力差（約２０ｋＰａ〜９０ｋＰａ）の範囲となっている。これにより、密封容器１１が適度に外部から圧迫され、電極体１４を構成する正極、負極及びセパレータ同士が適度に密着することにより、寿命性能の向上を図ることができているものと考えられる。

一方、密封容器内圧が１０ｋＰａ未満である比較例１〜３では、容量維持率は８４％以下となっている。これは、圧力差（Ｐｏ−Ｐｉ）が過大となり、電極体１４を構成する正極、負極及びセパレータに加わる圧力が過度となり、セパレータ他が変形及び損傷し、内部抵抗が増大するためと考えられる。

また、密封容器内圧が９０ｋＰａである比較例４では、容量維持率は８３％以下となっている。これは、圧力差（Ｐｏ−Ｐｉ）が過小となり、電極体１４を構成する正極、負極及びセパレータに加わる圧力が過小となって電極間が広がり、内部抵抗が増大するためと考えられる。

表１及び図６に示された結果の通り、本実施の形態に係る蓄電素子１０は、正極１４２と負極１４３とセパレータ１４４及び１４５とが積層されて形成される電極体１４と、電解液と、ラミネートフィルムで構成された密封容器１１とを含み、密封容器１１内の圧力が、１０ｋＰａ以上かつ８０ｋＰａ以下であることを特徴とするものである。これにより、電池の寿命性能を向上させることが可能となる。

次に、以下の表２を用いて、実施例５〜８及び比較例５〜６について説明する。実施例５〜８及び比較例５〜６は、密封容器１１の内圧Ｐｉを４０ｋＰａとし、窒素分圧を７０％〜９９％の範囲で変化させたものである。表２には、実施例５〜８及び比較例５〜６についての釘刺し試験結果が示されている。なお、表２における各釘刺し試験結果の値は、３サンプル（分母）を試験したうちの発火したサンプル数（分子）で表されている。

上記の表２に示すように、密封容器１１の窒素分圧が８５％以上（酸素分圧が１５％以下）である場合（実施例５〜８）に、釘刺し試験結果が良好（発火セル無し）となっている。これは、不燃性ガスである窒素の分圧が高くなるほど、釘刺しによる発熱があっても、セル内から蒸発した電解液と酸素とが反応して発火してしまうことを抑制できることによるものと考えられる。

一方、密封容器１１の窒素分圧が７０％及び８０％である比較例５及び６では、発火セル数は、それぞれ３個及び２個となっている。これは、釘刺しによる発熱によりセル内から蒸発した電解液と酸素とが反応して発火したものと考えられる。

表２に示された結果より、本実施の形態に係る蓄電素子１０において、密封容器１１内の気体成分の不燃性ガスの分圧は、８５％以上であることが好ましい。これにより、密封容器１１内で発熱異常が発生した場合であっても、発火することを防止できる。

次に、以下の表３を用いて、実施例９〜１２及び比較例７〜８について説明する。実施例９〜１２及び比較例７〜８は、密封容器１１の内圧Ｐｉを４０ｋＰａとし、ヘリウム分圧を７０％〜９９％の範囲で変化させたものである。表３には、実施例９〜１２及び比較例７〜８についての釘刺し試験結果が示されている。なお、表３における各釘刺し試験結果の値は、３サンプル（分母）を試験したうちの発火したサンプル数（分子）で表されている。

上記の表３に示すように、密封容器１１のヘリウム分圧が８５％以上（酸素分圧が１５％以下）である場合（実施例９〜１２）に、釘刺し試験結果が良好（発火セル無し）となっている。これは、不燃性ガスであるヘリウムの分圧が高くなるほど、釘刺しによる発熱があっても、セル内から蒸発した電解液と酸素とが反応して発火してしまうことを抑制できることによるものと考えられる。

一方、密封容器１１の窒素分圧が７０％及び８０％である比較例７及び８では、発火セル数は、それぞれ２個及び１個となっている。これは、釘刺しによる発熱によりセル内から蒸発した電解液と酸素とが反応して発火したものと考えられる。但し、密封容器１１内の不燃性ガスとして、窒素を用いるよりもヘリウムガスを用いる方が、不燃性ガス分圧が７０％及び８０％である場合において発火セル数が減少しており、安全性が向上している。ヘリウムは、軽い気体である上に不燃性であり、小さな分子径により隙間からセル外に放出され易い。この性質より、不燃性ガスとして窒素を用いる場合よりも消火能力が高いと考えられる。

表３に示された結果より、本実施の形態に係る蓄電素子１０において、密封容器１１内の気体成分のヘリウムガスの分圧は、８５％以上であることが好ましい。これにより、密封容器１１内で発熱異常が発生した場合であっても、発火することを防止できる。

さらに、密封容器１１内の不燃性ガスとしてヘリウムガスを用いることにより、密封容器１１の気密性を検査する蓄電素子の製造工程において、ヘリウムリーク検出器を使用することが可能となる。これにより、密封容器１１の気密性を数値管理できるので、蓄電素子１０の信頼性が向上する。

［５．その他］
以上、本発明に係る蓄電素子について、実施の形態に基づいて説明した。しかしながら、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態に施したものも、あるいは、上記説明された複数の構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。

例えば、上記実施の形態では、蓄電素子１０は、筒状に形成されたラミネートフィルムを密封容器１１の材料として使用している。しかしながら、蓄電素子１０の密封容器の形状に特に限定はなく、例えば、図５に示されたように、電極体１４を収容可能なように予め成形された複数の部材が組み合わされることで密封容器２１が構成されてもよい。

なお、電極体１４の構造は捲回型ではなくてもよく、平板状の正極と負極とがセパレータを挟んで交互に積層された構造であってもよい。また、電極体１４は、長尺帯状の正極と負極とがセパレータを挟んで蛇腹状に折り畳まれた構造であってもよい。

本発明は、電極体と密封容器とを備える蓄電素子であって、寿命性能が向上した蓄電素子を提供することができ、特に、ラミネート容器を備える蓄電素子等に適用することができる。

１０、２０蓄電素子
１１、２１密封容器
１１ａシート
１１ｂ開口
１２正極リード板
１３負極リード板
１４電極体
２１ａ第一外装体
２１ｂ第二外装体
１１１、２１１封止部
１４２正極
１４２ａ正極積層部
１４３負極
１４３ａ負極積層部
１４４、１４５セパレータ

Claims

正極と負極とセパレータとが積層されて形成される電極体と、電解液と、前記電極体及び前記電解液を収容する密封容器とを含む蓄電素子であって、
前記密封容器内の圧力は、１０ｋＰａ以上８０ｋＰａ以下である
蓄電素子。
前記密封容器は、ラミネートフィルムで構成される
請求項１に記載の蓄電素子。
前記密封容器内の気体成分の不燃性ガス分圧は、８５％以上である
請求項１または２に記載の蓄電素子。
前記不燃性ガスは、ヘリウムである
請求項３に記載の蓄電素子。