JP2017084630A

JP2017084630A - 非水電解質二次電池

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Publication number: JP2017084630A
Application number: JP2015212330A
Authority: JP
Inventors: 健作宮澤; Kensaku Miyazawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-10-28
Filing date: 2015-10-28
Publication date: 2017-05-18
Anticipated expiration: 2035-10-28
Also published as: JP6414700B2

Abstract

【課題】内部短絡を起こした場合に、発生ガスの安全弁からの排煙をより確実に行うことができる非水電解質二次電池を提供する。【解決手段】ここに開示される非水電解質二次電池は、扁平形状を有する電極体２０と、電極体２０を収容し、扁平形状を有するケース３０と、Ｕ字形状の拘束板８０とを備える。ケース３０は、ケース３０の扁平面外に安全弁３６を備えている。拘束板８０は、非水電解質二次電池１００の内部短絡時に安全弁３６より排煙可能なように、Ｕ字の開口部が安全弁３６のある方向を向くようにケース３０の少なくとも一方の扁平面に配置されて、電極体２０の扁平面２２の、安全弁３６に最も近い端部以外の端部に荷重を印加している。【選択図】図４

Description

本発明は、非水電解質二次電池に関する。

リチウムイオン二次電池（リチウム二次電池）等の非水電解質二次電池は、既存の電池に比べて軽量且つエネルギー密度が高いことから、近年、パソコンや携帯端末等のいわゆるポータブル電源や車両駆動用電源として用いられている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池は、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）等の車両の駆動用高出力電源として今後ますます普及していくことが期待されている。

非水電解質二次電池の一形態として、扁平形状の電極体が、扁平形状の電池ケースに収容された形態が挙げられる。電極体は、充放電に伴って膨張および収縮を起こし得る。この電極体の充放電に伴う膨張および収縮は、電池性能の低下を招き得る。そこで、電池ケースと電極体との間に圧迫部材を配置したり、非水電解質二次電池を複数集めて組電池とする際に、拘束部材により電池ケースに拘束圧を印加することによって、電極体に荷重を掛けることにより、電極体の膨張および収縮を抑制して電池性能の低下を防止することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

また、非水電解質二次電池は、通常、電池ケースの内圧が所定レベル以上に上昇した場合に当該内圧を開放するように設定された安全弁が設けられている。非水電解質二次電池が、内部短絡等によって温度上昇を起こした場合には、電解質や電極の分解ガス、電解質の気化ガス等によって電池ケースの内圧が上昇する。安全弁は、電池ケースの破裂圧力以下の圧力で開弁するように設計されており、内部短絡等により電池ケースの内圧が急激に上昇した場合には、ガスが安全弁から排煙されることよって電池ケースの破裂が抑制される。

特開２０１４−１１０１９０号公報

非水電解質二次電池が、内部短絡等を起こした際、発生ガス量が多い場合には、安全弁が開弁した後であってもガスが安全弁から完全に排煙されずに電池ケースの内圧が上昇し、電池ケースの膨張が起こるおそれがある。ここで、電池ケースをこの内圧上昇に耐え得るようにするには、電池ケースの大型化や耐久性の向上等が必要であり、コストやスペース面で問題が生じる。そのため、内部短絡を起こした場合に、発生したガスが安全弁からより確実に排煙されることが望まれている。

そこで本発明の目的は、内部短絡を起こした場合に、発生ガスの安全弁からの排煙をより確実に行うことができる非水電解質二次電池を提供することにある。

ここに開示される非水電解質二次電池は、扁平形状を有する電極体と、前記電極体を収容し、扁平形状を有するケースと、Ｕ字形状の拘束板とを備える。前記ケースは、前記ケースの扁平面外に安全弁を備えている。前記拘束板は、非水電解質二次電池の内部短絡時に前記安全弁より排煙可能なように、Ｕ字の開口部が前記安全弁のある方向を向くように前記ケースの少なくとも一方の扁平面に配置されて、前記電極体の扁平面の、前記安全弁に最も近い端部以外の端部に荷重を印加している。
このような構成によれば、電極体から発生したガスが非水電解質二次電池の内部から安全弁を通って排出される際の排煙経路が従来技術に比べて短くなる。その結果、非水電解質二次電池は、従来技術と比べて発生したガスを安全弁からより確実に排煙することができる。

本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の外形を模式的に示す斜視図である。図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面構造を模式的に示す縦断面図である。本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池に用いられる捲回電極体の構成を示す模式図である。本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の内部を模式的に示す透視図である。（ａ）は、従来のリチウムイオン二次電池の構成を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の構成を模式的に示す斜視図である。（ａ）はＮｏ．１に係る評価用電池を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）はＮｏ．２に係る評価用電池を模式的に示す斜視図であり、（ｃ）はＮｏ．３に係る評価用電池を模式的に示す斜視図であり、（ｄ）はＮｏ．４に係る評価用電池を模式的に示す斜視図であり、（ｅ）はＮｏ．５に係る評価用電池を模式的に示す斜視図である。

以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。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（例えば、本発明を特徴付けない非水電解質二次電池の一般的な構成および製造プロセス）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。また、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。

なお、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、リチウムイオン二次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用語である。
以下、扁平形状の電極体と扁平形状の電池ケースとを有する扁平角型のリチウムイオン二次電池を例にして、本発明について詳細に説明するが、本発明をかかる実施形態に記載されたものに限定することを意図したものではない。

図１および図２に示すリチウムイオン二次電池１００は、扁平形状の捲回電極体２０と非水電解質（図示せず）とが扁平形状（扁平角型）の電池ケース（即ち外装容器）３０に収容されることにより構築される密閉型のリチウムイオン二次電池１００である。電池ケース３０は、一対の扁平面（幅広面）３２を有する。電池ケース３０には外部接続用の正極端子４２および負極端子４４が設けられている。また、電池ケース３０の扁平面３２外である、電池ケース３０の上面の中央部付近には、電池ケース３０の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に該内圧を開放するように設定された薄肉の安全弁３６が設けられている。また、電池ケース３０には、非水電解質を注入するための注入口（図示せず）が設けられている。正極端子４２は、正極集電板４２ａと電気的に接続されている。負極端子４４は、負極集電板４４ａと電気的に接続されている。電池ケース３０の材質としては、例えば、アルミニウム等の軽量で熱伝導性の良い金属材料が用いられる。

捲回電極体２０は、図２および図３に示すように、長尺状の正極集電体５２の片面または両面（ここでは両面）に長手方向に沿って正極活物質層５４が形成された正極シート５０と、長尺状の負極集電体６２の片面または両面（ここでは両面）に長手方向に沿って負極活物質層６４が形成された負極シート６０とが、２枚の長尺状のセパレータシート７０を介して重ね合わされて長手方向に捲回された形態を有する。捲回電極体は、一対の扁平面２２を有する。捲回電極体２０の捲回軸方向（上記長手方向に直交するシート幅方向をいう。）の両端から外方にはみ出すように形成された正極活物質層非形成部分５２ａ（即ち、正極活物質層５４が形成されずに正極集電体５２が露出した部分）と負極活物質層非形成部分６２ａ（即ち、負極活物質層６４が形成されずに負極集電体６２が露出した部分）には、それぞれ正極集電板４２ａおよび負極集電板４４ａが接合されている。

正極シート５０および負極シート６０には、従来のリチウムイオン二次電池に用いられているものと同様のものを特に制限なく使用することができる。典型的な一態様を以下に示す。

正極シート５０を構成する正極集電体５２としては、例えばアルミニウム箔等が挙げられる。正極活物質層５４に含まれる正極活物質としては、例えばリチウム遷移金属酸化物（例、ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＦｅＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＮｉ_０．５Ｍｎ_１．５Ｏ_４等）、リチウム遷移金属リン酸化合物（例、ＬｉＦｅＰＯ_４等）等が挙げられる。正極活物質層５４は、活物質以外の成分、例えば導電材やバインダ等を含み得る。導電材としては、例えばアセチレンブラック（ＡＢ）等のカーボンブラックやその他（例、グラファイト等）の炭素材料を好適に使用し得る。バインダとしては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等を使用し得る。

負極シート６０を構成する負極集電体６２としては、例えば銅箔等が挙げられる。負極活物質層６４に含まれる負極活物質としては、例えば黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素材料を使用し得る。負極活物質層６４は、活物質以外の成分、例えばバインダや増粘剤等を含み得る。バインダとしては、例えばスチレンブタジエンラバー（ＳＢＲ）等を使用し得る。増粘剤としては、例えばカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等を使用し得る。

セパレータ７０としては、例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエステル、セルロース、ポリアミド等の樹脂から成る多孔性シート（フィルム）が挙げられる。かかる多孔性シートは、単層構造であってもよく、二層以上の積層構造（例えば、ＰＥ層の両面にＰＰ層が積層された三層構造）であってもよい。セパレータ７０の表面には、耐熱層（ＨＲＬ）が設けられていてもよい。

非水電解質は従来のリチウムイオン二次電池と同様のものを使用可能であり、典型的には有機溶媒（非水溶媒）中に、支持塩を含有させたものを用いることができる。非水溶媒としては、一般的なリチウムイオン二次電池の電解液に用いられる各種のカーボネート類、エーテル類、エステル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等の有機溶媒を、特に限定なく用いることができる。具体例として、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、モノフルオロエチレンカーボネート（ＭＦＥＣ）、ジフルオロエチレンカーボネート（ＤＦＥＣ）、モノフルオロメチルジフルオロメチルカーボネート（Ｆ−ＤＭＣ）、トリフルオロジメチルカーボネート（ＴＦＤＭＣ）等が例示される。このような非水溶媒は、１種を単独で、あるいは２種以上を適宜組み合わせて用いることができる。支持塩としては、例えば、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４等のリチウム塩（好ましくはＬｉＰＦ_６）を好適に用いることができる。支持塩の濃度は、０．７ｍｏｌ／Ｌ以上１．３ｍｏｌ／Ｌ以下が好ましい。

なお、上記非水電解質は、本発明の効果を著しく損なわない限りにおいて、例えば、ビフェニル（ＢＰ）、シクロヘキシルベンゼン（ＣＨＢ）等のガス発生剤；ホウ素原子および／またはリン原子を含むオキサラト錯体化合物、ビニレンカーボナート（ＶＣ）等の被膜形成剤；分散剤；増粘剤等の各種添加剤を含み得る。

リチウムイオン二次電池１００は、図４に示すようにＵ字形状の拘束板８０を備える。本実施形態においては、拘束板８０は、電池ケース３０の扁平面３２の内壁側に備えられている。この拘束板８０は、リチウムイオン二次電池１００が内部短絡時に安全弁３６より排煙可能なように、構成および配置されている。具体的には、拘束板８０は、Ｕ字の開口部が安全弁３６の方向を向くように配置されている。拘束板８０は、電池ケース３０の扁平面３２と電極体２０の扁平面２２との間に挟持されることにより、電極体２０の扁平面２２の、安全弁３６に最も近い端部以外の端部に荷重を印加している。適切に荷重を印加するために、リチウムイオン二次電池に拘束部材、拘束バンド等を備えさせることによりさらに荷重を印加してもよい。拘束部材、拘束バンド等による荷重の印加は、特にリチウムイオン二次電池を複数組み合わせて組電池を構成する場合に効果的に行うことができるが、単独のリチウムイオン二次電池に対しても行うことができる。なお、電極体２０の扁平面２２の安全弁３６に最も近い端部の一部にも、Ｕ字形状の拘束板８０の上端部により、荷重が印加される。

なお、本明細書において「非水電解質二次電池（リチウムイオン二次電池）が内部短絡時に安全弁より排煙可能」であるとは、例えば、非水電解質二次電池（リチウムイオン二次電池）の扁平面の中央部に、２５℃の温度環境下で直径３ｍｍの鉄製の釘を１０ｍｍ／ｓｅｃの速度で貫通させて、内部短絡させた際に、電池ケースが膨張することなく安全弁より発生したガスを放出できることをいう。

図５（ａ）は、従来のリチウムイオン二次電池２００の構成を模式的に示す図である。図５（ａ）において、斜線で示された領域は、電極体１２０上に荷重が印加されている拘束部位１８４を示す。このように、従来のリチウムイオン二次電池２００では、電極体１２０の扁平面１２２のほぼ全体に荷重が印加されている。そのため、電極体１２０から発生したガスがリチウムイオン二次電池２００の内部から安全弁１３６を通って排出される際の排煙経路は、図５（ａ）の破線矢印のようになる。すなわち、典型的には、発生したガスは、電極体１２０の幅方向（図における左右方向）の端部から電極体１２０の上方の安全弁１３６へと排煙される。

これに対し、本実施形態においては、Ｕ字形状の拘束板８０が用いられることによって、図５（ｂ）において斜線で示された領域が電極体２０上に荷重が印加されている拘束部位８４となる。このように、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００では、電極体２０の扁平面２２の安全弁３６に最も近い端部以外の端部に荷重が印加されており、荷重が印加された拘束部位８４の形状はＵ字形状である。そして、Ｕ字の開口部が安全弁３６の方向を向いている。そのため、電極体２０から発生したガスがリチウムイオン二次電池１００の内部から安全弁３６を通って排出される際の排煙経路は、図５（ｂ）の破線矢印のようになる。すなわち、電極体２０の幅方向（図における左右方向）の端部と、リチウムイオン二次電池１００の底面（図における下面）に近接する端部に荷重が印加されることにより、発生したガスは、電極体２０の上方から安全弁３６へと排煙される。

したがって、図５（ａ）の破線矢印と図５（ｂ）の破線矢印の比較より明らかなように、本実施形態においては、従来技術と比べて排煙経路が短くなっている。このため、本実施形態においては、従来技術と比べて発生したガスを安全弁からより確実に排煙することができる。

拘束板８０は、図４のようにＵ字形状の開口部が上になるように配置した場合に、Ｕ字形状の縦棒部の幅が、電極体２０の幅（図の左右方向の長さ；縦棒部の幅方向に沿う長さ）の１／４以下であることが好ましい。またＵ字形状の横棒部の幅が、電極体２０の高さ（図の上下方向の長さ；横棒部の幅方向に沿う長さ）の１／４以下であることが好ましい。拘束板８０のＵ字形状の縦棒部の幅が、電極体２０の幅の１／４より大きい場合や拘束板８０のＵ字形状の横棒部の幅が、電極体２０の高さの１／４より大きい場合には、電極体２０に荷重が印加される範囲が広くなりすぎて、図５（ｂ）の破線矢印以外の排煙経路が生じて、内部短絡により発生したガスを安全弁３６から完全に排煙できないおそれがある。

拘束板８０によって、電極体２０の扁平面２２の、安全弁３６に最も近い端部以外の端部に荷重を印加しているが、この荷重の大きさは１０ｋｇｆ（９８．０６６５Ｎ）以上であることが好ましい。この荷重が１０ｋｇｆ未満だと、図５（ｂ）の破線矢印以外の排煙経路が生じて、内部短絡により発生したガスを安全弁３６から完全に排煙できないおそれがある。

拘束板８０の形状は、Ｕ字形状であればよく、図４に示すような角型の縦棒と角型の横棒が接続されたＵ字形状に限られない。例えば、Ｕ字の縦棒部の下端とＵ字の横棒部の両端の接続部分が曲線形状を有していてもよい。

拘束板８０の位置は、Ｕ字形状の縦棒部の外端および横棒部の外端の位置が、電極体２０の扁平面２２の安全弁３６に最も近い端部以外の端部の最端と必ずしも一致していなくてもよい。本発明の効果が得られる範囲内でＵ字形状の縦棒部の外端および横棒部の外端の位置が、電極体２０の扁平面２２の安全弁３６に最も近い端部以外の端部の最端よりも、やや外側またはやや内側にあってよい。例えば、Ｕ字形状の縦棒部の外端の位置が、電極体２０の幅方向の端部の最端よりも、電極体２０の幅方向の長さの１／１０程度内側または外側にあってもよい。同様に例えば、例えば、Ｕ字形状の横棒部の外端の位置が、電極体２０のリチウムイオン二次電池１００の底面に近接する端部の最端よりも、電極体２０の高さ方向の長さの１／１０程度内側または外側にあってもよい。

拘束板８０は、電池ケース３０の一つの扁平面２２のみに設けても、二つの扁平面２２の両方に設けてもよい。拘束板８０を電池ケース３０の一つの扁平面２２のみに設けた場合でも、本発明の効果を得ることができる。

以上のようにして構成されるリチウムイオン二次電池１００は、各種用途に利用可能である。好適な用途としては、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）等の車両に搭載される駆動用電源が挙げられる。リチウムイオン二次電池１００は、典型的には複数個を直列および／または並列に接続してなる組電池の形態でも使用され得る。

次に、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００の変形例について説明する。上述した実施形態の例では、拘束板を電池ケースの扁平面の内壁側に設置したが、本変形例では、拘束板を電池ケースの扁平面の外壁側に設置する。拘束板を電池ケースの扁平面の外壁側に設置しても、図５（ｂ）において斜線で示したような領域、すなわちＵ字形状の拘束部位を形成でき、図５（ｂ）の破線矢印で示したような、排煙経路を形成することができる。よって、本変形例においても、従来技術と比べて、発生したガスを安全弁からより確実に排煙することができる。

拘束板を電池ケースの扁平面の外壁側に設置する以外の点については、上述した実施形態の例と同様とすることができる。ただし、本変形例では、リチウムイオン二次電池の電池ケースの扁平面の外壁側に拘束板を配置し、拘束バンド等を用いて荷重を印加する。あるいは、リチウムイオン二次電池の電池ケースの二つの扁平面の外壁側に拘束板をそれぞれ配置し、拘束板同士を結束することにより、荷重を印加する。また、組電池の形態としてリチウムイオン二次電池を用いる場合には、単電池と単電池のとの間に配置される冷却板やスペーサーに代えて、あるいは冷却板やスペーサーに加えて、拘束板を配置する。組電池は、拘束バンド、拘束部材等により拘束されるので、単電池と単電池との間に配置された拘束板により、単電池内部の電極体にＵ字形状に荷重を印加することができる。

上記では、一例として扁平形状の電極体２０と扁平形状の電池ケース３０とを有する扁平角型のリチウムイオン二次電池１００について説明した。扁平形状を有するラミネート型リチウムイオン二次電池として構成することも可能である。

例えば、ラミネート型リチウムイオン二次電池は、扁平形状を有する電極体と、当該電極体を収容し扁平形状を有するラミネートケースとを備える。ラミネートケースは、その扁平面外に安全弁を備える。当該安全弁は、ラミネートケースの扁平面のうちの一辺の中央部付近に配置されている。Ｕ字形状の拘束板が、電池の内部短絡時に安全弁より排煙可能なように、Ｕ字の開口部が前記安全弁のある方向を向くように、ラミネートケースの少なくとも一方の扁平面に配置されている。拘束板は、ラミネートケースの内側と外側のいずれに配置されていてもよい。拘束板は、電極体の扁平面の、安全弁に最も近い端部以外の端部に荷重を印加している。

なお、上記では扁平形状の電極体として捲回電極体を例にして説明したが、扁平形状の電極体は、積層型の電極体であってもよい。また、ここに開示される技術は、リチウムイオン二次電池以外の非水電解質二次電池にも適用可能である。

以下、本発明に関する実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。

＜試験用電池の作製＞
正極活物質としてのＬｉＮｉ_１／３Ｍｎ_１／３Ｃｏ_１／３Ｏ_２（ＬＮＣＭ）と、導電材としてのアセチレンブラック（ＡＢ）と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）とを、これら材料の質量比がＬＮＣＭ：ＡＢ：ＰＶＤＦ＝９０：８：２となるよう混練機に投入し、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）で粘度を調整しながら混練して、正極活物質スラリーを調製した。このスラリーをアルミニウム箔（正極集電体）の両面に塗布し、乾燥後プレスすることによって、正極集電体の両面に正極活物質層を有する正極シートを作製した。

負極活物質としての天然黒鉛（Ｃ）と、バインダとしてのスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）と、分散剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）とを、これら材料の質量比がＣ：ＳＢＲ：ＣＭＣ＝９８：１：１となるよう混練機に投入し、イオン交換水で粘度を調整しながら混練して、負極活物質スラリーを調製した。このスラリーを厚み銅箔（負極集電体）の両面に塗布し、乾燥後プレスすることによって、負極集電体の両面に負極活物質層を有する負極シートを作製した。

上記で作製した正極シートと負極シートとを、２枚のセパレータシート（ここでは、ポリエチレン（ＰＥ）の両面にポリプロピレン（ＰＰ）が積層された多孔質シート）とともに積層し、捲回した後、側面方向から押圧して拉げさせることによって扁平形状の捲回電極体を作製した。次に、捲回電極体に正極端子および負極端子を接続し、安全弁と電解液注入口を有する扁平角型の電池ケースに収容した。このとき、電池ケースの扁平面の内壁と捲回電極体との間に１枚の拘束板を挿入した。

電池ケース内を減圧した後、電解液注入口から非水電解液を注入して、捲回電極体内に非水電解液を含浸させた。非水電解液としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）とをＥＣ：ＤＭＣ：ＥＭＣ＝３０：４０：３０の体積比で含む混合溶媒に、支持塩としてのＬｉＰＦ_６を１．０ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させたものを用いた。続いて、電解液注入口を封止して、リチウムイオン二次電池を得た。このリチウムイオン二次電池に拘束部材を用いて電池ケースの扁平面に拘束圧を印加して、拘束板を介して電極体に１０ｋｇｆの荷重が掛かるようにし、これを試験用電池とした。

なお、試験用電池としては、拘束板の形状または配置が異なる５種類のもの（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５）を作製した。各試験用電池の拘束板について下に記す。また、図６（ａ）〜（ｅ）に、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５の評価用電池を模式的に示す。図６において実線で記載されたものが評価用電池（の外形）であり、上面中央の楕円は、安全弁を表す。評価用電池内の破線で示された直方体が電極体であり、電極体の扁平面上の斜線は、荷重が掛けられた領域を表す。評価用電池の扁平面の中央の円柱は、下記の釘刺し試験で用いられる釘を表す。また、破線矢印は、想定される排煙経路を表す。

（試験用電池Ｎｏ．１）
Ｕ字形状の拘束板を使用。Ｕ字の開口部が安全弁のある方向を向くように電池ケースの扁平面に配置し、電極体の扁平面の、安全弁に最も近い端部以外の端部に荷重を印加。Ｕ字形状の縦棒部の幅は、電極体の幅の１／４。Ｕ字形状の横棒部の幅は、電極体の高さの１／４。
（試験用電池Ｎｏ．２）
電極体の扁平面よりやや小さい寸法の長方形状の拘束板を使用。電極体の扁平面のほぼ全面に荷重を印加。
（試験用電池Ｎｏ．３）
２枚の長方形状の拘束板を使用。各拘束板の長辺の一つが電極体の幅方向のそれぞれの端部に沿うように拘束板を配置し、電極体の幅方向の両端部に荷重を印加。
（試験用電池Ｎｏ．４）
Ｕ字形状の拘束板を使用。Ｕ字の開口部が電池の底面を向くように電池ケースの扁平面に配置し、電極体の扁平面の、安全弁に最も近い端部と幅方向の両端部に荷重を印加。Ｕ字形状の縦棒部の幅は、電極体の幅の１／４。Ｕ字形状の横棒部の幅は、電極体の高さの１／４。
（試験用電池Ｎｏ．５）
Ｕ字形状の拘束板を使用。Ｕ字の開口部が安全弁のある方向を向くように電池ケースの扁平面に配置し、電極体の扁平面の、安全弁に最も近い端部以外の端部に荷重を印加。Ｕ字形状の縦棒部の幅は、電極体の幅の１／３。Ｕ字形状の横棒部の幅は、電極体の高さの１／３。

［釘刺し試験］
各評価用電池をＳＯＣ１００％まで充電し、各評価用電池の扁平面の中央部に、２５℃の温度環境下で直径３ｍｍの鉄製の釘を１０ｍｍ／ｓｅｃの速度で貫通させて、内部短絡させた。そして、内部短絡による内圧上昇により、電池ケースが膨張するかどうかについて評価した。結果を表１に示す。

表１に示されるように、Ｎｏ．１に係る評価用電池では、内部短絡により発生するガスをすべて安全弁から排煙することができた。これは、Ｎｏ．１に係る評価用電池では、排煙経路が電極体の上部から安全弁までと短距離であったためであると考えられる。
一方、Ｎｏ．２に係る評価用電池では、安全弁が開弁した後、発生するガスを安全弁から十分に排煙できずに内圧が上昇し、電池ケースに膨張が見られた。これは、Ｎｏ．２に係る評価用電池では、排煙経路が電極体の幅方向の端部から安全弁までと長距離であったためであると考えられる。
Ｎｏ．３に係る評価用電池でも、安全弁が開弁した後、発生するガスを安全弁から十分に排煙できずに内圧が上昇し、電池ケースに膨張が見られた。これは、Ｎｏ．３に係る評価用電池では、電極体の上部から安全弁までの排煙経路以外にも、電極体の下部から安全弁までという長距離の排煙経路があったためであると考えられる。
Ｎｏ．４に係る評価用電池でも、安全弁が開弁した後、発生するガスを安全弁から十分に排煙できずに内圧が上昇し、電池ケースに膨張が見られた。これは、Ｎｏ．４に係る評価用電池では、排煙経路が、電極体の下部から安全弁までと長距離であったためであると考えられる。
Ｎｏ．５に係る評価用電池でも、安全弁が開弁した後、発生するガスを安全弁から十分に排煙できずに内圧が上昇し、電池ケースに膨張が見られた。これは、拘束板による荷重が電極体に広範囲に印加されることによって、電極体の周囲からガスが発生し、電極体の上部から安全弁までの短距離の排煙経路以外にも、電極体の下部から安全弁まで、あるいは電極体の幅方向の端部から安全弁までといった排煙経路があったためであると考えられる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

２０捲回電極体
２２扁平面
３０電池ケース
３２扁平面
３６安全弁
４２正極端子
４２ａ正極集電板
４４負極端子
４４ａ負極集電板
５０正極シート（正極）
５２正極集電体
５２ａ正極活物質層非形成部分
５４正極活物質層
６０負極シート（負極）
６２負極集電体
６２ａ負極活物質層非形成部分
６４負極活物質層
７０セパレータシート（セパレータ）
８０拘束板
８４拘束部位
１００リチウムイオン二次電池

Claims

扁平形状を有する電極体と、
前記電極体を収容し、扁平形状を有するケースと、
Ｕ字形状の拘束板と
を備える非水電解質二次電池であって、
前記ケースは、前記ケースの扁平面外に安全弁を備えており、
前記拘束板は、非水電解質二次電池の内部短絡時に前記安全弁より排煙可能なように、Ｕ字の開口部が前記安全弁のある方向を向くように前記ケースの少なくとも一方の扁平面に配置されて、前記電極体の扁平面の、前記安全弁に最も近い端部以外の端部に荷重を印加している、
非水電解質二次電池。