JP2017188392A - 電池 - Google Patents

Abstract

【課題】釘刺試験で電池が高温になるのを防止できる電池を提供する。【解決手段】電池１は、電極体２０とこれを収容する電池ケース１０とを備える。電極体２０は、第１活物質層２３と第２活物質層３３とがセパレータ４１，４３を介して対向した電極体本体部２０ａと、第１絶縁シート５１、第１活物質層２３に導通する第１金属箔５３、第２絶縁シート５５及び第２活物質層３３に導通する第２金属箔５７を含む電極体外側部２０ｂとを有する。第１絶縁シート５１は、針突き刺し試験を行ったときの厚み方向の最大伸びＥａと最大突刺強度Ｔａとの比Ｅａ／Ｔａ（ｍｍ／Ｎ）が、Ｅａ／Ｔａ≧１．８であり、かつ、シート厚みＭａ（μｍ）が、Ｍａ≧６０の絶縁フィルムからなる。【選択図】図６

Description

本発明は、第１電極板、第２電極板及びセパレータを有する電極体と、この電極体を収容する電池ケースとを備える電池に関する。

リチウムイオン二次電池などの電池においては、電池に釘を突き刺す釘刺試験を行ったときでも、電池が発煙したり発火しないことが求められる場合がある。この課題に対し、例えば特許文献１では、以下の対策を施している。即ち、特許文献１の電池は、正極板、第１セパレータ、負極板及び第２セパレータが積層され、扁平状に捲回された電極アセンブリ（電極体）を有する。この特許文献１では、電極体の最外郭部に、正極集電体の無地部（正極活物質層が存在しない部分）と、上記の第１セパレータと、負極集電体の無地部（負極活物質層が存在しない部分）と、上記の第２セパレータとを、この順で内側から積層した部分を設けている。

電極体の最外郭部をこのような構成とすることにより、電池に釘を突き刺したとき、最外郭部の正極集電体の無地部と負極集電体の無地部との間で、釘を通じた最初の短絡が生じて放電電流が流れる。このため、その後に、電極体の発電要素部（正極集電体の無地部よりも径方向内側部分。以下、電極体本体部ともいう）において、正極板と負極板とが釘を通じて短絡しても、これらに流れる放電電流は少なく発熱が少なくなる。これにより、釘刺試験で電池が高温に加熱するのを防止できると考えられている。

特開２０１５-０９０８６６号公報

しかしながら、電極体の最外郭部で生じる最初の短絡（正極集電体の無地部と負極集電体の無地部との短絡）において放電が十分になされる前に、電極体本体部で短絡（正極板と負極板との短絡）が生じる場合がある。すると、電極体本体部内で大電流が流れて発熱し熱暴走を引き起こすおそれがある。特に、ハイブリッドカーやプラグインハイブリッドカー、電気自動車などに搭載される車載用電池は、電池容量が大きいため、電極体の最外郭部における短絡で放電が十分になされる前に、電極体本体部内で短絡が生じて大電流が流れ発熱して、釘刺試験に合格しない場合がある。

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、釘刺試験で電池が高温になるのを防止できる電池を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の一態様は、第１活物質層を含む一又は複数の第１電極板、第２活物質層を含む一又は複数の第２電極板及びセパレータを有する電極体と、この電極体を収容する電池ケースと、を備える電池であって、上記電極体は、上記第１電極板の上記第１活物質層と上記第２電極板の上記第２活物質層とが上記セパレータを介して対向した電極体本体部と、上記電極体本体部よりも外側に配置された第１絶縁シート、上記第１絶縁シートよりも外側に配置され、上記第１活物質層に導通する第１金属箔、上記第１金属箔の外側に配置された第２絶縁シート、及び、上記第２絶縁シートの外側に配置され、上記第２活物質層に導通する第２金属箔、を含む電極体外側部と、を有し、上記第１絶縁シートは、この第１絶縁シートに針を突き刺す針突き刺し試験を行ったときの厚み方向の最大伸びＥａ（ｍｍ）と最大突刺強度Ｔａ（Ｎ）との比Ｅａ／Ｔａ（ｍｍ／Ｎ）が、Ｅａ／Ｔａ≧１．８であり、かつ、シート厚みＭａ（μｍ）が、Ｍａ≧６０の絶縁フィルムからなる電池である。

上述の電池では、電極体のうち電極体本体部の外側に上述の電極体外側部を設けている。この電極体外側部内に配置される第１絶縁シートは、上述のように、Ｅａ／Ｔａ≧１．８（ｍｍ／Ｎ）、かつ、Ｍａ≧６０（μｍ）であるため、釘を刺したときにセパレータに比して伸びやすく釘が貫通し難い。このため、電池に釘刺試験を行ったとき、電池に突き刺した釘の先端部が第１絶縁シートを貫通するのを抑制し、或いは貫通するまでの時間を遅らせることができる。これにより、電極体外側部内で生じる釘を通じた第１金属箔と第２金属箔の短絡で、適切に放電させることができるため、その後に、電極体本体部内において釘を通じて第１電極板と第２電極板が短絡しても、これらに流れる放電電流は少なく発熱が少なくなる。従って、この電池では、釘刺試験で電池が高温になるのを防止できる。

なお、「電極体本体部」としては、例えば、円筒状または扁平状の捲回型の電極体本体部、即ち、第１集電箔上に第１活物質層を有する帯状の第１電極板と、第２集電箔上に第２活物質層を有する帯状の第２電極板とを、帯状の一対のセパレータを介して互いに重ねて、軸線周りに円筒状または扁平状に捲回した電極体本体部が挙げられる。このような捲回型の電極体においては、電極体本体部に含まれる第１集電箔の一部を、電極体外側部の第１金属箔として用いてもよく、また、電極体本体部に含まれる第２集電箔の一部を、電極体外側部の第２金属箔として用いてもよい。
また、電極体本体部としては、積層型の電極体本体部、即ち、各々所定形状（例えば矩形状など）をなし、第１集電箔上に第１活物質層を有する複数の第１電極板及び第２集電箔上に第２活物質層を有する複数の第２電極板を、セパレータを介して交互に複数積層した電極体本体部が挙げられる。

また、「電極体外側部」としては、第１絶縁シート、第１金属箔、第２絶縁シート及び第２金属箔のみから構成される電極体外側部のほか、例えば、実施形態１で説明するように、上記の第２金属箔の外側に更に第３絶縁シートを有する形態の電極外側部や、上記の第２金属箔の外側に第１絶縁シート、第１金属箔などが更に積層された形態の電極外側部などが挙げられる。また、実施形態２で説明するように、上記の第１絶縁シートの内側で電極体本体部との間にセパレータを有する形態の電極外側部、或いは、実施形態２の変形形態で説明するように、上記の第１絶縁シートと第１金属箔との間にセパレータを有する形態の電極外側部なども挙げられる。

「第２絶縁シート」としては、例えば、セパレータと同じ材質の絶縁フィルムからなる絶縁シートが挙げられる。電極体が捲回型の場合には、実施形態２及びその変形形態で説明するように、電極体本体部に含まれるセパレータの一部を第２絶縁シートとして用いてもよい。
「電池ケース」としては、例えば、金属、ラミネートフィルム、樹脂からなる電池ケースが挙げられる。

「針突き刺し試験」は、ＪＩＳ Ｚ１７０７に準拠する。具体的には、図１２及び図１３に示すように、先端部ＭＬＳが半径０．５ｍｍの半球状で胴体部ＭＬＫが直径１．０ｍｍの円柱状をなす針ＭＬを用いて行う。直径２５ｍｍの貫通孔ＣＡｈ，ＣＢｈがそれぞれ設けられた上側固定板ＣＡ及び下側固定板ＣＢと、直径４３ｍｍ（内径４１．５ｍｍ、外径４４．５ｍｍ）の円環状パッキンＰＣを用意する。まず、下側固定板ＣＢの上に、貫通孔ＣＢｈの中心と円環状パッキンＰＣの中心とが一致するように円環状パッキンＰＣを配置し、更にその上に絶縁シートの試験片ＦＭを配置し、上側固定板ＣＡとの間に挟んで、絶縁シートの試験片ＦＭを固定する。そして、絶縁シートの試験片ＦＭのうち、上側固定板ＣＡ及び下側固定板ＣＢの貫通孔ＣＡｈ，ＣＢｈ並びに円環状パッキンＰＣの中央に位置する部位に、上記の針ＭＬの先端部ＭＬＳを５０ｍｍ／ｍｉｎの速度で垂直に突き刺す。

針ＭＬの先端部ＭＬＳが絶縁シートの試験片ＦＭを貫通するまでの間に測定された強度のうちの最大強度（Ｎ）を求める。５つの試験片ＦＭについて同様に最大強度（Ｎ）を求め、その平均値を前述の「最大突刺強度Ｔａ（Ｎ）」とする。
また、絶縁シートの試験片ＦＭの厚み方向について測定した伸び、つまり、針ＭＬの先端部ＭＬＳが絶縁シートの試験片ＦＭを貫通するまでに針ＭＬの先端部ＭＬＳが動いた距離（ｍｍ）を、５つの試験片ＦＭについて測定し、その平均値を前述の「厚み方向の最大伸びＥａ（ｍｍ）」とする。

更に、上記の電池であって、前記電池ケースが前記第１電極板及び前記第２電極板と絶縁された形態を有する電池とするのが好ましい。

例えば、電池ケースが第２電極板と導通している形態の電池では、釘刺試験を行ったとき、釘を介して電池ケースと第１金属箔が短絡するため、電極体外側部において短絡直後の大電流放電により生じた熱は、電池ケースを介して電池外に放熱され易い。このため、電極体外側部から電極体本体部に伝わる熱が少なくて済む。
一方、電池ケースが第１電極板及び第２電極板と絶縁された形態の電池では、釘刺試験を行ったとき、電池ケースと第１金属箔或いは第２金属箔との間では短絡が生じずに、電極体内でのみ短絡が生じる。このため、電極体外側部において短絡直後の大電流放電により生じた熱は電池外に放熱され難く、電極体外側部から電極体本体部に伝わる熱が多くなる。
従って、特許文献１の電池では、電極体本体部内で生じた短絡で大電流が流れ発熱するのに加えて、電極体外側部から電極体本体部にも熱が伝わるため、電極体本体部が高温になりがちである。

これに対し、本発明の電極体は、前述の電極体外側部を有し、これに含まれる第１絶縁シートは、Ｅａ／Ｔａ≧１．８（ｍｍ／Ｎ）、かつ、Ｍａ≧６０（μｍ）であるため、釘を刺したときにセパレータに比して伸びやすく釘が貫通し難い。このため、電池に釘刺試験を行ったとき、釘が第１絶縁シートを貫通するのを抑制し、或いは貫通するまでの時間を遅らせることができる。これにより、電極体外側部内で生じる釘を通じた第１金属箔と第２金属箔との短絡で、適切に放電させることができるため、その後に電極体本体部内で短絡が生じても、放電電流は少なく発熱が少ない。このため、電極体外側部内の短絡で生じた熱が電極体本体部に伝わっても、電極体本体部は熱暴走を引き起こすほど高温にはならない。従って、この電池では、電池ケースが第１電極板及び第２電極板と絶縁されているにも拘わらず、釘刺試験で電池が高温になるのを防止できる。

更に、上記のいずれかに記載の電池であって、前記第２絶縁シートは、前記最大突刺強度Ｔａ（Ｎ）が、Ｔａ≦０．４の絶縁フィルムからなる電池とするのが好ましい。

この電池では、第２絶縁シートを、最大突刺強度Ｔａ≦０．４（Ｎ）の絶縁フィルムとしているので、釘を刺したときにセパレータに比して容易に釘が貫通する。このため、電池に釘刺試験を行ったときに、容易に釘が第２絶縁シートを貫通して、早期に第１金属箔と第２金属箔とを短絡させて速やかに放電させることができる。これにより、その後に電極体本体部内で短絡が生じても、放電電流が更に少なく発熱が更に少なくなる。

実施形態１に係る電池の斜視図である。 実施形態１に係る電池を電池厚み方向に直交する（電池横方向及び電池縦方向に沿う）平面で切断した電池の縦断面図である。 実施形態１に係る電極体の斜視図である。 実施形態１に係り、正極板及び負極板をセパレータを介して互いに重ねた状態を示す、電極体本体部の展開図である。 実施形態１に係る電池のうち、電極体外側部近傍を示す部分拡大断面図である。 実施形態１に係り、電池に釘刺試験を行ったときの、電極体外側部近傍の様子を示す説明図である。 実施形態１に係る電池の製造方法のうち、正極板、負極板、セパレータ等を捲回して電極体を形成する様子を示す説明図である。 実施形態２に係る電池のうち、電極体外側部近傍を示す部分拡大断面図である。 実施形態２に係る電池の製造方法のうち、正極板、負極板、セパレータ等を捲回して電極体を形成する様子を示す説明図である。 変形形態に係る電池のうち、電極体外側部近傍を示す部分拡大断面図である。 変形形態に係る電池の製造方法のうち、正極板、負極板等、セパレータ等を捲回して電極体を形成する様子を示す説明図である。 針突き刺し試験を示す断面図である。 針突き刺し試験の上方から見た平面図である。

（実施形態１）
以下、本発明の第１の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図１及び図２に、本実施形態１に係るリチウムイオン二次電池（以下、単に「電池」ともいう）１の斜視図及び縦断面図を示す。また、図３に、電極体２０の斜視図を、図４に、電極体２０のうち電極体本体部２０ａの展開図を示す。また、図５に、電池１のうち電極体外側部２０ｂ近傍の部分拡大断面図を示す。なお、以下では、電池１の電池厚み方向ＢＨ、電池横方向ＣＨ及び電池縦方向ＤＨを、図１、図２及び図５に示す方向と定めて説明する。

この電池１は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両などに搭載される角型で密閉型のリチウムイオン二次電池である。電池１は、電池ケース１０と、この内部に収容された電極体２０と、電池ケース１０に支持された正極端子部材７０及び負極端子部材８０等から構成される（図１及び図２参照）。また、電池ケース１０内には、非水電解液１９が収容されており、その一部は電極体２０内に含浸され、残りは余剰液として電池ケース１０の底部に溜まっている。

このうち電池ケース１０は、直方体箱状で金属（本実施形態１ではアルミニウム）からなる。この電池ケース１０は、後述する正極板２１及び負極板３１と電気的に絶縁されている。電池ケース１０は、上側のみが開口した有底角筒状のケース本体部材１１と、このケース本体部材１１の開口を閉塞する形態で溶接された矩形板状のケース蓋部材１３とから構成される。ケース蓋部材１３には、アルミニウムからなる正極端子部材７０がケース蓋部材１３と絶縁された状態で固設されている。この正極端子部材７０は、電池ケース１０内で電極体２０の正極板（第１電極板）２１に接続し導通する一方、ケース蓋部材１３を貫通して電池外部まで延びている。また、ケース蓋部材１３には、銅からなる負極端子部材８０がケース蓋部材１３と絶縁された状態で固設されている。この負極端子部材８０は、電池ケース１０内で電極体２０の負極板（第２電極板）３１に接続し導通する一方、ケース蓋部材１３を貫通して電池外部まで延びている。

電極体２０（図２〜図５参照）は、扁平状をなし、横倒しにした状態で電池ケース１０内に収容されている。電極体２０の軸線方向の両端部（図２中、左右の端部）には、絶縁フィルムからなる絶縁フィルム包囲体１７，１７がそれぞれ被せられ、電極体２０の両端部と電池ケース１０とが絶縁フィルム包囲体１７，１７を介して絶縁されている。電極体２０は、扁平状の電極体本体部２０ａと、この電極体本体部２０ａの径方向外周を全周にわたり覆う扁平筒状の電極体外側部２０ｂとからなる。
このうち電極体本体部２０ａは、帯状の正極板２１と帯状の負極板３１とが、帯状の一対のセパレータ（第１セパレータ４１及び第２セパレータ４３）を介して互いに重ねられ（図４参照）、軸線ＡＸ周りに扁平状に捲回されてなる（図３参照）。この電極体本体部２０ａでは、正極板２１の正極活物質層（第１活物質層）２３と負極板３１の負極活物質層（第２活物質層）３３とが第１セパレータ４１または第２セパレータ４３を介して対向している（図５参照）。

具体的には、正極板２１は、帯状のアルミニウム箔からなる正極集電箔（第１集電箔）２２の両主面のうち、幅方向の一部でかつ長手方向に延びる領域上に、正極活物質層２３，２３を帯状に設けてなる（図３参照）。この正極活物質層２３には、正極活物質粒子、導電材（導電助剤）及び結着剤が含まれる。正極板２１のうち幅方向の片方の端部は、厚み方向に正極活物質層２３が存在せず、正極集電箔２２が厚み方向に露出した正極露出部２１ｍとなっている。前述の正極端子部材７０は、この正極露出部２１ｍに溶接されている。

負極板３１は、帯状の銅箔からなる負極集電箔（第２集電箔）３２の両主面のうち、幅方向の一部でかつ長手方向に延びる領域上に、負極活物質層３３，３３を帯状に設けてなる（図３参照）。負極活物質層３３には、負極活物質粒子、結着剤及び増粘剤が含まれる。負極板３１のうち幅方向の片方の端部は、厚み方向に負極活物質層３３が存在せず、負極集電箔３２が厚み方向に露出した負極露出部３１ｍとなっている。前述の負極端子部材８０は、この負極露出部３１ｍに溶接されている。

第１，第２セパレータ４１，４３は、それぞれ樹脂からなる多孔質の絶縁フィルムであり、帯状である。具体的には、これら第１，第２セパレータ４１ ４３は、各々多孔質をなす、第１ポリプロピレン（ＰＰ）フィルムと、ポリエチレン（ＰＥ）フィルムと、第２ポリプロピレン（ＰＰ）フィルムと、これらのフィルムよりも耐熱性の高い多孔質耐熱層（ＨＲＬ層）とが積層されて一体化された絶縁フィルムである。

一方、電極体外側部２０ｂ（図５参照）は、第１絶縁シート５１、正極金属箔（第１金属箔）５３、第２絶縁シート５５、負極金属箔（第２金属箔）５７及び第３絶縁シート５９から構成される。このうち第１絶縁シート５１は、電極体本体部２０ａの最外周に捲回された負極板３１の径方向外側（図５中、上方）に積層され、電極体本体部２０ａの径方向外周を１周覆っている。この第１絶縁シート５１は、パラフィンからなる絶縁フィルムであり、シート厚みＭａ（μｍ）が、Ｍａ≧６０（本実施形態１では、Ｍａ＝１２０μｍ）である。また、この第１絶縁シート５１は、このシートに針を突き刺す前述の「針突き刺し試験」（図１２及び図１３参照）を行ったときの厚み方向の最大伸びＥａ（ｍｍ）と最大突刺強度Ｔａ（Ｎ）との比Ｅａ／Ｔａ（ｍｍ／Ｎ）が、Ｅａ／Ｔａ≧１．８（本実施形態１では、比Ｅａ／Ｔａ＝７．４ｍｍ／Ｎ）である。

正極金属箔５３は、第１絶縁シート５１の径方向外側に積層されている。即ち、正極金属箔５３は、第１絶縁シート５１の径方向外側に積層され、第１絶縁シート５１を１周覆っている。この正極金属箔５３は、前述の電極体本体部２０ａを構成する正極板２１の正極集電箔２２の一部である。即ち、帯状をなす正極板２１の外周側の端部（図７参照）は、厚み方向に正極活物質層２３が存在せず、正極集電箔２２が厚み方向に露出した露出部となっており、この正極集電箔２２の露出部が、正極金属箔５３として上述のように電極体外側部２０ｂ内に配置されている。この正極金属箔５３は、正極集電箔２２の一部であるため、正極活物質層２３と導通している。

第２絶縁シート５５は、正極金属箔５３の径方向外側に積層されている。即ち、第２絶縁シート５５は、正極金属箔５３の径方向外側に積層され、正極金属箔５３を１周覆っている。この第２絶縁シート５５は、前述の電極体本体部２０ａを構成する第１，第２セパレータ４１，４３とは、別部材である。第２絶縁シート５５は、セルロース不織布からなる絶縁フィルムであり、シート厚みは２０μｍである。また、この第２絶縁シート５５は、前述の「針突き刺し試験」を行ったときの最大突刺強度Ｔａ（Ｎ）が、Ｔａ≦０．４（本実施形態１では、Ｔａ＝０．４Ｎ）である。

負極金属箔５７は、第２絶縁シート５５の径方向外側に積層されている。即ち、負極金属箔５７は、第２絶縁シート５５の径方向外側に積層され、第２絶縁シート５５を１周覆っている。この負極金属箔５７は、前述の電極体本体部２０ａを構成する負極板３１の負極集電箔３２の一部である。即ち、帯状をなす負極板３１の外周側の端部（図７参照）は、厚み方向に負極活物質層３３が存在せず、負極集電箔３２が厚み方向に露出した露出部となっており、この負極集電箔３２の露出部が、負極金属箔５７として上述のように電極体外側部２０ｂ内に配置されている。この負極金属箔５７は、負極集電箔３２の一部であるため、負極活物質層３３と導通している。

第３絶縁シート５９は、負極金属箔５７の径方向外側に積層されている。即ち、第３絶縁シート５９は、負極金属箔５７の径方向外側に積層され、負極金属箔５７を１周覆っている。この第３絶縁シート５９は、電極体外側部２０ｂの最外周をなし、電極体２０の最外周をなす。この第３絶縁シート５９は、電極体２０が電池ケース１０内に収容された状態で、電池ケース１０のケース本体部材１１に接する。この第３絶縁シート５９は、前述の電極体本体部２０ａを構成する第１，第２セパレータ４１，４３とは、別部材である。第３絶縁シート５９は、第２絶縁シート５５と同様に、セルロース不織布からなる絶縁フィルムであり、シート厚みは２０μｍである。また、この第３絶縁シート５９の最大突刺強度Ｔａ（Ｎ）は、Ｔａ≦０．４（本実施形態１では、Ｔａ＝０．４Ｎ）である。

なお、第１絶縁シート５１、第２絶縁シート５５及び第３絶縁シート５９は、いずれも、第１，第２セパレータ４１，４３のような多孔質膜ではないため、これらのシート内に非水電解液１９が含浸しない。従って、電極体２０内に第１絶縁シート５１、第２絶縁シート５５及び第３絶縁シート５９を配置しているにも拘わらず、余分に非水電解液１９を必要としない。

次いで、上記電池１の製造方法について説明する。まず、正極板２１、負極板３１、第１，第２セパレータ４１，４３、第１絶縁シート５１、第２絶縁シート５５、第３絶縁シート５９をそれぞれ用意する（図７参照）。なお、帯状の正極板２１のうち、電極体２０を形成したときに外周側に配置される一方の端部（正極金属箔５３となる部分）には、正極活物質層２３を形成せず、正極集電箔２２が厚み方向に露出した状態としておく。また、帯状の負極板３１のうち、電極体２０を形成したときに外周側に配置される一方の端部（負極金属箔５７となる部分）には、負極活物質層３３を形成せず、負極集電箔３２が厚み方向に露出した状態としておく。

そして、図７に示すように、正極板２１、第２セパレータ４３、負極板３１、第１セパレータ４１の順にこれらを重ね、巻き芯を用いて捲回していく。この捲回の最終段階においては、先に第１セパレータ４１を切断して、正極板２１のうち正極集電箔２２が露出した部分（正極金属箔５３）の径方向内側に第１絶縁シート５１を挿入すると共に、第２セパレータ４３を切断して、負極板３１のうち負極集電箔３２が露出した部分（負極金属箔５７）の径方向内側に第２絶縁シート５５を、径方向外側に第３絶縁シート５９をそれぞれ挿入して捲回する。その後、正極板２１及び負極板３１を切断する。次に、この捲回体を扁平状に圧縮して電極体２０を形成する（図３参照）。

次に、電池を組み立てる。具体的には、ケース蓋部材１３に正極端子部材７０及び負極端子部材８０をそれぞれ固設する（図１及び図２参照）。更に、正極端子部材７０及び負極端子部材８０を電極体２０にそれぞれ溶接する。その後、電極体２０に絶縁フィルム包囲体１７，１７を被せて、これらをケース本体部材１１内に挿入すると共に、ケース本体部材１１の開口をケース蓋部材１３で塞ぐ。そして、ケース本体部材１１とケース蓋部材１３とをレーザ溶接して電池ケース１０を形成する。その後、非水電解液１９を、ケース蓋部材１３に設けられた注液孔１３ｈから電池ケース１０内に注液して電極体２０内に含浸させた後、封止部材１５で注液孔１３ｈを封止する。その後、この電池について初充電や各種検査を行う。かくして、電池１が完成する。

以上で説明したように、電池１では、電極体２０のうち電極体本体部２０ａの径方向外側に前述の電極体外側部２０ｂを設けている。この電極体外側部２０ｂ内に配置される第１絶縁シート５１は、前述のように、Ｅａ／Ｔａ≧１．８（ｍｍ／Ｎ）、かつ、Ｍａ≧６０（μｍ）であるため、釘ＮＬを刺したときに第１，第２セパレータ４１，４３に比して伸びやすく釘ＮＬが貫通し難い。このため、この電池１に釘刺試験を行ったとき（図６参照）、電池１に突き刺した釘ＮＬの先端部ＮＬＳが第１絶縁シート５１を貫通するのを抑制し、或いは貫通するまでの時間を遅らせることができる。これにより、電極体外側部２０ｂ内で生じる釘ＮＬを通じた正極金属箔５３と負極金属箔５７との最初の短絡で、適切に放電させることができる。このため、その後に、電極体本体部２０ａ内において、釘ＮＬを通じて正極板２１と負極板３１とが短絡しても、これらに流れる放電電流は少なく発熱が少なくなる。従って、この電池１では、釘刺試験で電池１が高温になるのを防止できる。

また、本実施形態１では、電池ケース１０が正極板２１及び負極板３１と絶縁されているので、電池１に釘刺試験を行ったとき、電池ケース１０と正極金属箔５３或いは負極金属箔５７との間では短絡が生じずに、電極体２０内でのみ短絡が生じる。このため、電極体外側部２０ｂにおいて短絡直後の大電流放電により生じた熱は電池外に放熱され難く、電極体外側部２０ｂから電極体本体部２０ａに伝わる熱が多くなる。但し、上述のように、釘刺試験を行ったとき、電極体外側部２０ｂ内で生じる最初の短絡で適切に放電させることができるため、その後に電極体本体部２０ａ内で短絡が生じても、放電電流は少なく発熱が少ない。このため、電極体外側部２０ｂ内の短絡で生じた熱が電極体本体部２０ａに伝わっても、電極体本体部２０ａは熱暴走を引き起こすほど高温にはならない。従って、この電池１では、電池ケース１０が正極板２１及び負極板３１と絶縁されているにも拘わらず、釘刺試験で電池１が高温になるのを防止できる。

更に、本実施形態１では、第２絶縁シート５５及び第３絶縁シート５９を、最大突刺強度Ｔａ≦０．４（Ｎ）の絶縁フィルムとしているので、第１，第２セパレータ４１，４３に比して、釘ＮＬを刺したときに容易に釘ＮＬが貫通する。このため、電池１に釘刺試験を行ったときに、容易に釘ＮＬが第２絶縁シート５５及び第３絶縁シート５９を貫通して、早期に正極金属箔５３と負極金属箔５７とを短絡させて速やかに放電させることができる。これにより、その後に電極体本体部２０ａ内で短絡が生じても、放電電流が更に少なく発熱が更に少なくなる。
また、本実施形態１では、第２絶縁シート５５及び第３絶縁シート５９が、多孔質膜ではないため、これらのシート内部に非水電解液１９が存在しない。このため、釘刺試験を行ったとき、電極体外側部２０ｂ内で生じる短絡で、接触抵抗が上がり難いので、より適切に放電させることができる。

（実施形態２）
次いで、第２の実施形態について説明する。実施形態１の電池１では、電極体２０の電極体外側部２０ｂを、その径方向内側から径方向外側に、第１絶縁シート５１、正極金属箔５３、第１，第２セパレータ４１，４３とは異なる第２絶縁シート５５、負極金属箔５７、及び、第１，第２セパレータ４１，４３とは異なる第３絶縁シート５９によって形成した（図５参照）。
これに対し、本実施形態２の電池１０１では、電極体１２０の電極体外側部１２０ｂを、その径方向内側から径方向外側に、第１セパレータ１４１の一部からなる第４絶縁シート１４９、第１絶縁シート５１、正極金属箔５３、第２セパレータ１４３の一部からなる第２絶縁シート１５５、負極金属箔５７、及び、第１セパレータ１４１の一部からなる第３絶縁シート１５９によって形成する（図８参照）。それ以外は、実施形態１と同様である。

本実施形態２の電極体１２０のうち電極体本体部１２０ａは、実施形態１の電極体本体部２０ａと同様である。即ち、電極体本体部１２０ａは、帯状の正極板２１と帯状の負極板３１とが、帯状の一対のセパレータ（第１セパレータ１４１及び第２セパレータ１４３）を介して互いに重ねられ、扁平状に捲回されてなる。なお、本実施形態２の第１，第２セパレータ１４１，１４３は、実施形態１の第１，第２セパレータ４１，４３と長手方向の長さが異なるのみであり、本実施形態２の第１，第２セパレータ１４１，１４３の方が長い（図９及び図７参照）。

一方、本実施形態２の電極体外側部１２０ｂ（図８参照）は、第４絶縁シート１４９、第１絶縁シート５１、正極金属箔５３、第２絶縁シート１５５、負極金属箔５７及び第３絶縁シート１５９から構成される。即ち、本実施形態２では、電極体本体部１２０ａの最外周に捲回された負極板３１と、実施形態１と同様な第１絶縁シート５１との間に、１周にわたり第４絶縁シート１４９が配置されている。この第４絶縁シート１４９は、電極体本体部１２０ａを構成する第１セパレータ１４１の一部からなる。

また、正極金属箔５３と負極金属箔５７との間に配置される第２絶縁シート１５５は、本実施形態２では、電極体本体部１２０ａを構成する第２セパレータ１４３の一部（外周側の端部）からなる。なお、正極金属箔５３及び負極金属箔５７は、実施形態１の正極金属箔５３及び負極金属箔５７と同じである。
また、負極金属箔５７の径方向外側で、電池ケース１０との間に配置される第３絶縁シート１５９は、本実施形態２では、電極体本体部１２０ａを構成する第１セパレータ１４１の一部（外周側の端部）からなる。

なお、このような電極体１２０は、次のようにして製造する（図９参照）。即ち、正極板２１、第２セパレータ１４３、負極板３１、第１セパレータ１４１の順にこれらを重ね、巻き芯を用いて捲回していく。そして、この捲回の最終段階において、正極板２１のうち正極集電箔２２が露出した部分（正極金属箔５３）の径方向内側に第１絶縁シート５１を挿入して捲回する。その後、正極板２１、第２セパレータ１４３、負極板３１及び第１セパレータ１４１をそれぞれ切断する。次に、この捲回体を扁平状に圧縮して電極体１２０を形成する。

本実施形態２の電池１０１も、電極体１２０のうち電極体本体部１２０ａの径方向外側に電極体外側部１２０ｂを設け、この電極体外側部１２０ｂ内に配置される第１絶縁シート５１を、Ｅａ／Ｔａ≧１．８（ｍｍ／Ｎ）、かつ、Ｍａ≧６０（μｍ）からなる絶縁フィルムとしている。このため、実施形態１の電池１と同様に（図６参照）、この電池１０１に釘刺試験を行ったとき、電池１０１に突き刺した釘ＮＬの先端部ＮＬＳが第１絶縁シート５１を貫通するのを抑制し、或いは貫通するまでの時間を遅らせることができる。これにより、電極体外側部１２０ｂ内で生じる釘ＮＬを通じた正極金属箔５３と負極金属箔５７との最初の短絡で、適切に放電させることができる。このため、その後に、電極体本体部１２０ａ内において、釘ＮＬを通じて正極板２１と負極板３１とが短絡しても、これらに流れる放電電流は少なく発熱が少なくなる。従って、この電池１０１でも、釘刺試験で電池１０１が高温になるのを防止できる。

（変形形態）
次いで、実施形態２の変形形態について説明する。実施形態２の電極体１２０の電極体外側部１２０ｂでは、第１絶縁シート５１の径方向内側で、電極体本体部１２０ａとの間に、第１セパレータ１４１の一部からなる第４絶縁シート１４９を配置した（図８参照）。
これに対し、本変形形態の電極体２２０の電極体外側部２２０ｂでは、第１絶縁シート５１の径方向内側には、第４絶縁シートを配置せず、その代わりに第１絶縁シート５１の径方向外側（第１絶縁シート５１と正極金属箔５３との間）に、第１セパレータ１４１の一部からなる第４絶縁シート１４９を配置している（図１０参照）。それ以外は、実施形態２と同様である。

なお、この電極体２２０は、次のようにして製造する（図１１参照）。即ち、正極板２１、第２セパレータ１４３、負極板３１、第１セパレータ１４１の順にこれらを重ね、巻き芯を用いて捲回していく。そして、この捲回の最終段階において、負極板３１と第１セパレータ１４１との間に第１絶縁シート５１を挿入して捲回する。その後、正極板２１、第２セパレータ１４３、負極板３１及び第１セパレータ１４１をそれぞれ切断する。次に、この捲回体を扁平状に圧縮して、電極体本体部２２０ａ及び電極体外側部２２０ｂからなる電極体２２０を形成する。

本変形形態の電池２０１も、電極体２２０のうち電極体本体部２２０ａの径方向外側に電極体外側部２２０ｂを設け、この電極体外側部２２０ｂ内に配置される第１絶縁シート５１を、Ｅａ／Ｔａ≧１．８（ｍｍ／Ｎ）、かつ、Ｍａ≧６０（μｍ）からなる絶縁フィルムとしている。このような電池２０１でも、実施形態１，２で説明した釘刺試験を行ったときに、電池２０１が高温になるのを防止できる。

（実施例及び比較例）
次いで、本発明の効果を検証するために行った試験の結果について説明する。実施例１として、実施形態１の電池１を用意した。表１に示すように、この電池１では、電極体外側部１２０ｂを構成する第１絶縁シート５１として、パラフィンからなり、前述の針突き刺し試験を行ったときの最大伸びＥａと最大突刺強度Ｔａとの比Ｅａ／ＴａがＥａ／Ｔａ＝７．４ｍｍ／Ｎで、シート厚みＭａがＭａ＝１２０μｍの絶縁フィルムを用いた。また、電極体外側部１２０ｂを構成する第２，第３絶縁シート５５，５９として、セルロール不織布からなり、前述の針突き刺し試験を行ったときの最大突刺強度ＴａがＴａ＝０．４Ｎの絶縁フィルムを用いた。

また、実施例２として、実施形態２の電池１０１を用意した。この電池１０１では、前述のように、第２，第３絶縁シート１５５，１５９が、第１，第２セパレータ１４１，１４３の一部からなる。つまり、第２，第３絶縁シート１５５，１５９は、ＰＰ層、ＰＥ層、ＰＰ層及び多孔質耐熱層（ＨＲＬ層）からなる絶縁フィルムであり、前述の針突き刺し試験を行ったときの最大突刺強度ＴａがＴａ＝２．１Ｎである。また、第１絶縁シート５１は、実施形態１（実施例１）の電池１と同じである。

また、実施例３として、実施形態２（実施例２）に係る電池１０１の電極体外側部１２０ｂにおいて、第１絶縁シート５１として、ポリプロピレンからなり、シート厚みＭａ＝４０μｍの絶縁フィルムを２枚重ねて用いた。この２枚の絶縁フィルムからなる第１絶縁シートは、合計シート厚みＭａ＝８０μｍで、２枚重ねて前述の針突き刺し試験を行ったとき、比Ｅａ／Ｔａ＝１．８ｍｍ／Ｎである。それ以外は、実施形態２の電池１０１と同様とした。

また、実施例４として、実施形態２（実施例２）に係る電池１０１の電極体外側部１２０ｂにおいて、第１絶縁シート５１として、ポリプロピレンからなり、前述の針突き刺し試験を行ったときの比Ｅａ／Ｔａ＝２．９ｍｍ／Ｎで、シート厚みＭａ＝６０μｍの絶縁フィルムを用いた。それ以外は、実施形態２の電池１０１と同様とした。

一方、比較例１として、電極体外側部を有しない電極体、即ち、第１〜第３絶縁シート、正極金属箔及び負極金属箔が無く、電極体本体部のみからなる電極体を用いた電池を用意した。それ以外は、実施形態１，２（実施例１，２）の電池１，１０１と同様とした。
また、比較例２として、実施形態２（実施例２）に係る電池１０１の電極体外側部１２０ｂにおいて、第１絶縁シート５１として、ポリプロピレンからなり、前述の比Ｅａ／Ｔａ＝１．７ｍｍ／Ｎで、シート厚みＭａ＝５０μｍの絶縁フィルムを用いた。それ以外は、実施形態２（実施例２）の電池１０１と同様とした。
また、比較例３として、実施形態２（実施例２）に係る電池１０１の電極体外側部１２０ｂにおいて、第１絶縁シート５１として、ポリプロピレンからなり、前述の比Ｅａ／Ｔａ＝２．９ｍｍ／Ｎで、シート厚みＭａ＝４０μｍの絶縁フィルムを用いた。それ以外は、実施形態２（実施例２）の電池１０１と同様とした。

実施例１〜３及び比較例１〜３の各電池について、釘刺試験を行った。具体的には、予め各電池をＳＯＣ１００％に充電しておき、電池の幅広な側面の中央に、直径２．５ｍｍの釘を５ｍｍ／ｓｅｃの速度で垂直に突き刺した。その結果、高温に発熱しなかった電池を「良好」、高温に発熱した電池を「不良」と判定した。その結果を表１に示す。

表１から判るように、比較例１〜３の各電池では、いずれも電池が高温になり「不良」であった。その理由は、以下であると考えられる。即ち、比較例１の電池では、電極体に電極体外側部が設けられておらず電極体本体部のみからなる。このため、釘刺試験を行ったとき、電極体（電極本体部）内の正極板２１と負極板３１とが釘を通じて短絡したため、電極体内で大電流が流れて発熱したと考えられる。

また、比較例２の電池では、第１絶縁シートの比Ｅａ／Ｔａが１．７ｍｍ／Ｎと小さいため、第１絶縁シートは伸び難く破れ易い。この電池では、釘刺試験を行ったとき、電極体外側部内で釘を通じて正極金属箔５３と負極金属箔５７が最初に短絡して、放電電流が流れる。しかし、電極体外側部における上記短絡において放電が十分になされる前に、釘が第１絶縁シートを貫通して、電極体本体部で短絡（釘を通じた正極板２１と負極板３１の短絡）が生じた。これにより、電極体本体部内で大電流が流れて発熱したと考えられる。

また、比較例３の電池では、第１絶縁シートのシート厚みＭａが４０μｍと薄いため、第１絶縁シートは破れ易い。この電池では、釘刺試験を行ったとき、電極体外側部内で釘を通じて正極金属箔５３と負極金属箔５７が最初に短絡して、放電電流が流れる。しかし、電極体外側部における上記短絡において放電が十分になされる前に、釘が第１絶縁シートを貫通して、電極体本体部で短絡（釘を通じた正極板２１と負極板３１の短絡）が生じた。これにより、電極体本体部内で大電流が流れて発熱したと考えられる。

これらに対し、実施例１〜３の各電池では、いずれも釘刺試験において電池が高温にならず「良好」であった。実施例１〜３の各電池では、いずれも第１絶縁シート５１に、比Ｅａ／Ｔａが１．８ｍｍ／Ｎ以上で、かつ、シート厚みＭａが６０μｍ以上の絶縁シートを用いているので、第１絶縁シートは伸びやすく破れ難い。このため、釘刺試験を行ったとき、釘が第１絶縁シートを貫通するのを抑制し、或いは貫通するまでの時間を遅らせることができる。これにより、電極体外側部内で生じる正極金属箔５３と負極金属箔５７の最初の短絡で、適切に放電させることができた。このため、その後に、電極体本体部内において正極板２１と負極板３１とが短絡しても、これらに流れる放電電流は少なく発熱が少なくなったと考えられる。

以上において、本発明を実施形態１，２及び変形形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態１，２及び変形形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
例えば、実施形態１，２及び変形形態では、電極体として、扁平状捲回型の電極体２０，１２０，２２０を例示したが、これに限られない。例えば、電極体を、円筒状捲回型の電極体や積層型の電極体としてもよい。
また、実施形態１，２及び変形形態では、電池ケースとして、金属からなる電池ケース１０を例示したが、これに限られない。例えば、電池ケースを、ラミネートフィルムからなる電池ケースや、樹脂からなる電池ケースとしてもよい。

１，１０１，２０１ リチウムイオン二次電池（電池）
１０ 電池ケース
２０，１２０，２２０ 電極体
２０ａ，１２０ａ，２２０ａ 電極体本体部
２０ｂ，１２０ｂ，２２０ｂ 電極体外側部
２１ 正極板（第１電極板）
２２ 正極集電箔（第１集電箔）
２３ 正極活物質層（第１活物質層）
３１ 負極板（第２電極板）
３２ 負極集電箔（第２集電箔）
３３ 負極活物質層（第２活物質層）
４１，１４１ 第１セパレータ（セパレータ）
４３，１４３ 第２セパレータ（セパレータ）
５１ 第１絶縁シート５１
５３ 正極金属箔（第１金属箔）
５５，１５５ 第２絶縁シート
５７ 負極金属箔（第２金属箔）
５９，１５９ 第３絶縁シート
１４９ 第４絶縁シート
７０ 正極端子部材
８０ 負極端子部材
ＮＬ 釘

Claims (1)

1. 第１活物質層を含む一又は複数の第１電極板、第２活物質層を含む一又は複数の第２電極板及びセパレータを有する電極体と、この電極体を収容する電池ケースと、を備える電池であって、
   上記電極体は、
   上記第１電極板の上記第１活物質層と上記第２電極板の上記第２活物質層とが上記セパレータを介して対向した電極体本体部と、
   上記電極体本体部よりも外側に配置された第１絶縁シート、
   上記第１絶縁シートよりも外側に配置され、上記第１活物質層に導通する第１金属箔、
   上記第１金属箔の外側に配置された第２絶縁シート、及び、
   上記第２絶縁シートの外側に配置され、上記第２活物質層に導通する第２金属箔、を含む
   電極体外側部と、を有し、
   上記第１絶縁シートは、
   この第１絶縁シートに針を突き刺す針突き刺し試験を行ったときの厚み方向の最大伸びＥａ（ｍｍ）と最大突刺強度Ｔａ（Ｎ）との比Ｅａ／Ｔａ（ｍｍ／Ｎ）が、Ｅａ／Ｔａ≧１．８であり、かつ、
   シート厚みＭａ（μｍ）が、Ｍａ≧６０の絶縁フィルムからなる
   電池。

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