JP2018142478A

JP2018142478A - 二次電池

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Publication number: JP2018142478A
Application number: JP2017036751A
Authority: JP
Inventors: 愛佳木村; Aika Kimura; 水田　政智; Masatomo Mizuta; 政智水田
Original assignee: Automotive Energy Supply Corp
Current assignee: Automotive Energy Supply Corp
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2018-09-13
Anticipated expiration: 2037-02-28
Also published as: JP6753802B2

Abstract

【課題】大型化を抑制しつつ封止部分からのはみ出しを抑制する。【解決手段】リチウムイオン二次電池１は、電極体５と電解質とを内部に格納する外装体２と、電極体５に電気的に接続され、かつ外装体２の外部に少なくとも一部が突出する電極端子３、４とを有する二次電池１であって、電極端子は、正極層６に接続された正極端子３と、負極層７に接続された負極端子４とを有し、外装体２は、電極体５を挟んで一枚のシートが折り返された構造を有し、かつ折り返された辺以外の辺には熱封止部２６，２７，２８を有し、正極端子３と負極端子４は折返し辺に隣接する一方の辺から突出し、折返し辺に近い側に配置した電極端子３，４の一方の端子の厚さは、折返し辺から遠い側に配置した電極端子３，４の他方の端子のそれより薄くした。【選択図】図２

Description

本発明は、二次電池に関するものである。

従来の二次電池としては、特許文献１に記載されている構成が知られている。この二次電池は、１枚のシートを折り返し、内部に電極体を格納するとともに電極体に接続した正極端子及び負極端子を一つの辺から突出している。

特開２００７−１４１７１４号公報

しかしながら、特許文献１の二次電池の場合、折り返し辺に近い側の端子の厚さが折返し辺から遠い側の端子の厚さと同じであるため、折り返し辺に近い側の端子を折り返し辺側に近づけようとすると、封止時の熱によってシート内層樹脂が封止部からはみ出すおそれがある。また、折り返し辺に近い側の端子を折返し辺から離すと電池が大型化する。

本発明は、大型化を抑制しつつ封止部分からのはみ出しを抑制する二次電池を提供することを目的とする。

本発明の二次電池は、正極層と、負極層と、正極層と負極層との間に配置されたセパレータとを含む電極体と、電解質と、電極体と電解質とを内部に格納する外装体と、電極体に電気的に接続され、かつ外装体の外部に少なくとも一部が突出する電極端子とを有する二次電池であって、電極端子は、正極層に接続された正極端子と、負極層に接続された負極端子とを有し、外装体は、電極体を挟んで一枚のシートが折り返された構造を有し、かつ折り返された辺以外の辺には熱封止部を有し、正極端子と負極端子は折返し辺に隣接する一方の辺から突出し、折返し辺に近い側に配置した電極端子の一方の端子の厚さが、折返し辺から遠い側に配置した電極端子の他方の端子の厚さより薄いことを特徴としている。
折返し辺から近い側に配置した電極端子は、負極端子であることが好ましい。正極端子はアルミニウムを主材とし、負極端子は銅を主材としていることが好ましい。外装体は、シートの折り返し面を基準にして略面対称になっていることが好ましい。正極層は主面が略矩形形状を有する正極活物質層を有し、負極層は主面が略矩形形状を有する負極活物質層を有し、正極活物質層および負極活物質層の対向する主面のうち、小さい面積を有する活物質層の主面は短辺の長さが１１０ｍｍ以上であることが好ましい。折り返し辺に近い側に配置した電極端子の厚さは、遠い位置に配置した電極端子の厚さの０．６倍より小さいことが好ましい。正極端子は、正極端子本体と、正極端子本体の突出方向の一部を囲む正極端子樹脂層とを有し、負極端子は、負極端子本体と、負極端子本体の突出方向の一部を囲む負極端子樹脂層とを有し、負極端子本体の厚さは正極端子本体の厚さより小さく、かつ負極端子樹脂層の厚さは正極端子樹脂層の厚さより小さいことが好ましい。

本発明は、大型化を抑制しつつ封止部分からのはみ出しを抑制することができるという効果がある。

本発明の実施形態に係る二次電池の平面図である。図１のＡ−Ａ断面である。図１のＢ−Ｂ断面図である。図１のＣ−Ｃ断面図である。図１の二次電池の外装体を取り除いた平面図である。図１の二次電池を端子側から見た図である。図１の二次電池の製造工程を説明する図である。図７（ｃ）の端子が突出した辺の熱封止を説明する図である。比較例を説明する図である。

図を使用して、本発明の実施形態に係る二次電池を説明する。まず、図１から図６を使用して二次電池の構成を説明し、図７及び図８を使用して製造方法を説明し、図９の比較例を使用して本実施形態の効果を説明する。本実施形態の二次電池としてのリチウムイオン二次電池１は、外装体２、電極端子３，４、電極体５、電解質を含んで構成される。リチウムイオン二次電池１の外観形状を図１に、各断面構造を図２から図４に、部分的に詳細な構造を図５及び図６に示す。なお、各図において、同一の要素同士、或いは相当する要素同士には、互いに同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図の寸法比率は、実際のものとは異なる場合がある。

まず、外装体について説明する。図に示す２はリチウムイオン二次電池１の外装体であり、扁平でかつ主面は略矩形形状をしている。外装体２は一枚のシートを折り返して使用される。図１の２０及び図２の２０は折返し辺を示している。図２の拡大図は一枚のシートの構造を示している。例えば、熱融着性樹脂層２１と金属層２２と保護層２３との三層構造を有するラミネートフィルム構造である。以下、外装体２として完成する前のシートをラミネートフィルム２と称することがある。熱融着性樹脂層２１は、熱融着が可能な合成樹脂、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂を使用できる。金属層２２は、例えばアルミ箔を使用することで水分の侵入を防止できる。保護層２３は、耐久性あるいは耐熱性に優れた合成樹脂、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やナイロンを使用できる。なお、保護層２３は必須のものではなく、金属層２２の内側に熱融着性樹脂２１を備えた構成であってもよい。熱融着性樹脂層２１は、３０μｍから１００μｍが好ましい。バリア層２２は１２μｍ〜５０μｍが好ましい。保護層２３は６μｍから５０μｍが好ましい。

２４は外装体２のカップ状の凸部の底部であり、２５はカップ状の凸部の頂部である。折り返し辺２０で折り返した状態で略面対称となるようにリチウムイオン二次電池１の扁平面に対し垂直方向（図２の上下方向）の両側にカップ状の凸部をそれぞれ形成している。２６及び２７はラミネートフィルム２の熱融着性樹脂層２１同士を熱融着した熱封止部である。２８は後述する正負極端子３，４とラミネートフィルム２の熱融着性樹脂層２１とを熱融着した熱封止部である。外装体２は、折り返し辺２０と熱封止部２６，２７，２８を結ぶ面を折り返し面としこれを基準にして略面対称となるように形成されている。

次に、電極端子について説明する。３は正極端子であり、正極端子３は正極端子本体３１、正極端子本体３１の長手方向（突出方向）の一部分においてその周囲に形成された正極端子樹脂層３２により構成されている。正極端子本体３１は、例えばアルミニウム板である。形状は例えば直方体であり外装体２からの突出方向を基準にして、幅（端子が突出する外装体の辺に平行な部分の長さ）、厚さ（端子が突出する外装体の辺に垂直方向の長さ）、長さ（突出方向の長さ）の順に４０ｍｍから１００ｍｍ、０．１ｍｍから０．５ｍ
ｍ、３０ｍｍから６０ｍｍが好ましい。正極端子樹脂層３２は、例えばポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂を使用でき、ラミネートフィルム２の熱融着性樹脂層２１と熱融着させるため、熱融着性樹脂層２１と同種のものが好ましい。正負極端子樹脂層３２の厚さとしては０．１ｍｍから０．２ｍｍが好ましい。

４は負極端子であり、負極端子４は、負極端子本体４１、負極端子本体４１の長手方向（突出方向）の一部分においてその周囲に形成された負極端子樹脂層４２により構成されている。負極端子本体４１は例えば銅板である。これに限定されず、銅板にニッケルメッキを施したり、さらに耐腐食層を表面に形成することもできる。形状は例えば直方体であり、外装体２からの突出方向を基準にして、幅（端子が突出する外装体の辺に平行な部分の長さ）、厚さ（端子が突出する外装体の辺に垂直方向の長さ）、長さ（突出方向の長さ）の順に４０ｍｍから１００ｍｍ、０．０５ｍｍから０．３ｍｍ、３０ｍｍから６０ｍｍが好ましい。負極端子樹脂層４２は例えばポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂を使用でき、ラミネートフィルム２の熱融着性樹脂２１と熱融着させるため、ラミネートフィルム２の熱融着性樹脂２１と同種のものが好ましい。負極端子樹脂層４２の厚さとしては０．０５ｍｍから０．１５ｍｍが好ましい。

次に、電極体５について説明する。電極体５は、本実施形態では、負極層７、セパレータ８、正極層６、セパレータ８の順で繰り返し積層され、積層方向の最外層には負極層７が配置された積層構造体となっている。なお、１層の正極層と、１層の負極層と、正極層と負極層の間および正極層と負極層の一方側に配置された２層のセパレータによるいわゆる巻回構造体も使用可能である。

正極層６は、図２から図４では３層で構成されている。６１は正極集電箔である。６２は正極集電箔６１の両側に形成された正極活物質層である。６３は正極集電箔６１から延出され、正極活物質層６２が形成されていない部分であり、正極集電箔リード部と称する。図５で示すように、正極活物質層６２は主面が矩形の形状となっている。正極活物質層６２の周縁は負極活物質層７２の周縁より内側となるサイズとなっている。正極集電箔リード部６３は正極集電箔６１から延出する方向を基準にして幅が狭く形成されている。正極集電箔６１はアルミ箔、アルミニウム合金箔、銅箔、ニッケル箔等の電気化学的に安定した金属箔が使用できる。

正極活物質層６２は、例えば、ニッケル酸リチウム（例：ＬｉＮｉＯ_２）、マンガン酸リチウム（例：ＬｉＭｎＯ_２）、スピネル型マンガン酸リチウム（例：ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）、またはコバルト酸リチウム（例：ＬｉＣｏＯ_２）等のリチウム複合酸化物からなる正極活物質と、バインダと、バインダを溶解可能な溶剤とを混合したものを、正極集電箔６１の主面に塗布し、乾燥させて溶剤を除去することにより形成される。ここで、リチウム複合酸化物の遷移金属（Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ）の一部は、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｂ、Ａｌ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｗ、またはＴｉ等で置換されていてもよい。なお、正極活物質層６２に用いられるリチウム複合酸化物の少なくとも一部は、スピネル型であることが好ましい。なぜならこの種の材料は、他の種の材料に比べて、充放電によるリチウムの吸蔵放出に伴う結晶構造変化が、比較的安定的であるため、粒子の変形によって粒子間の空孔が狭くなることが減少し、後に述べる面内方向のＬｉイオン移動性の低下が、より少なくなるからである。

また、正極活物質層６２には、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛、繊維状炭素等の炭素材料からなる導電助剤を添加しても良い。バインダは、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン
、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミドイミド等が単独若しくは組み合わせて用いられる。３本の正極集電箔リード部６３はその一端側で正極端子本体３１上に重ねられ、正極端子本体３１と電気的に接続されている。接続方法としては超音波溶接が使用でき、図５に示す６４が溶接部である。

負極層７は、図２〜図４では正極層６より１層多い４層で構成されている。７１は負極集電箔である。７２は負極集電箔７１の両側に形成された負極活物質層である。７３は負極集電箔７１から延出され負極活物質層７２が形成されていない部分であり、負極集電箔リード部と称する。図５に示すように負極活物質層７２は主面が矩形の形状となっている。負極集電箔７１は銅箔、ステンレス箔、または、鉄箔等の電気化学的に安定した金属箔から構成されている。負極活物質層７２の活物質材としては非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、黒鉛、あるいは非晶質炭素で被覆された黒鉛等のような、リチウムイオンを吸蔵および放出する負極活物質に結着剤を混合したものを使用できる。なお、正極活物質層６２に用いられるバインダや導電助剤は、負極活物質層６２にも共通して用いることができる。４本の負極集電箔リード部７３はその一端側で負極端子本体４１上に重ねられ、負極端子本体４１と電気的に接続されている。接続方法としては超音波溶接が使用でき、図５に示す７４が溶接部である。

次に、セパレータ８について説明する。図２〜４では６層で構成されている。正極層６と負極層７の間に配置されたセパレータ８は、図５に示すように主面が矩形の形状であり、セパレータ８の周縁は、負極活物質層７２の周縁及び正極活物質層６２の周縁より外側となるサイズとしている。セパレータ８はリチウムイオンを通過できかつ正極活物質層６２と負極活物質層７２の間の電気的絶縁をとると共に後述する電解質を保持する機能を有するものであって、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン等から構成される微多孔性単層膜や、ポリプロピレン膜をポリエチレン膜でサンドイッチした三層構造のものや、ポリオレフィン微多孔性膜と有機不織布等を積層したものも用いることができる。また、シリカ、アルミナ、マグネシア、ジルコニア、チタニアなどの無機粒子をポリオレフィン微多孔膜の片面あるいは両面に付着させたものや、これらの無機粒子をポリオレフィン膜に分散させたものも用いることができる。セパレータの厚さは、１０μｍから４０μｍが好ましい。薄すぎると機械的強度に懸念があり、厚すぎると、後に述べるセパレータの表裏面間のＬｉイオン移動性が悪くなる。

次に、電解質（不図示）について説明する。電解質はリチウムイオン二次電池１に一般的に利用される電解質、例えば、溶媒にリチウム塩が溶解した非水電解質を用いることができる。溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の溶媒を一種または二種以上組み合わせた有機溶媒を用いることができる。また、リチウム塩としては、例えば、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣ_４Ｆ_９ＳＯ_３、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＣ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_３等を用いることができる。

電解質の量は、余剰電解質分が含まれた量とする。ここで余剰電解質量とは、外装体２内に存在する全電解質の体積から、正極層６の空孔体積、負極層７の空孔体積、およびセパレータ８の空孔体積の合計（以下、電極体５の空孔体積）を差し引いた電解質量である。この値が正のとき、電解質量の倍率（外装体２内に存在する全電解質の体積／電極体５の空孔体積）としては、電極体５の空孔体積の１倍を超えることになる。電解質量の倍率は、電極体５の空孔体積に対して１倍超であればよいが、１．１倍〜１．７倍の電解質量となるように設定することが好ましく、倍率が１．２倍〜１．６倍であることがさらに好ましい。外装体２内に、電極体５の空孔体積を満たす電解質量と余剰電解質分とを含む量の電解質が収容された状態で、例えば、複数のリチウムイオン二次電池１を扁平面を対向させ
リチウムイオン二次電池１の厚さ方向に積層しケースの一部または別の弾性部材により外装体２の外側から電極体５の扁平面を加圧すると、電極体５の主面側と外装体２の間の余剰電解質が外装体２内における電極体５の周辺部、すなわち電極体５の電極の積層方向に対し垂直方向に移動して貯留される。

この貯留分を収納するために、電極体５の外縁と外装体２の内側とは１ｍｍから５ｍｍ程度離間させておくことが好ましい。この貯留分を収納するための離間部分は、外装体２と電極体５の４辺すべてとの間に設けることが好ましい。余剰電解質は、後に述べるように、電極体５に対するＬｉイオンの供給源になるため、４方向から供給可能としたほうが好ましいからである。また、Ｌｉイオン供給源としての観点から、前記離間部分の距離が小さすぎて余剰電解質が少なすぎると、サイクル特性が低下し、前記離間部分の離間が大きすぎると主面の面内方向に電池外形サイズを大きくすることにつながるのでスペース効率の悪化が著しくなる。

なお、図６は図１の正負極端子３，４側から見た側面図であり、後述する図８の封止工程により形成される。折り返し辺２０から近い位置には、ニッケルメッキした銅を主材とした厚さ０．２μｍ、幅６０ｍｍの負極端子本体４１の周囲に厚さ０．１ｍｍの負極端子樹脂層４２を形成した負極端子４を配置し、折り返し辺２０に遠い位置には、アルミニウムを主材とした厚さ０．４μｍ、幅６０ｍｍの正極端子本体３１の周囲に厚さ０．１５ｍｍの正極端子樹脂層３２を形成した正極端子３を配置している。つまり、折返し辺に近い側に配置した負極端子４の厚さ（０．４ｍｍ）が、折返し辺から遠い側に配置した正極端子３の厚さ（０．７ｍｍ）より薄くなっている。折り返し辺に近い側に配置した負極端子４の厚さは、遠い位置に配置した正極端子の厚さの０．５７倍となっている。正負極端子本体の厚さを変え、正負極樹脂層の厚さを同じにすることも可能であるが、０．６倍より小さいことが好ましい。

図７及び図８を使用して、リチウムイオン二次電池１の製造工程を説明する。図７（ａ）は外装体の準備工程である。この工程は、一枚のラミネートフィルム２を折り返したときに対向する面となる２か所にカップ状の凹部を形成する。この凹部は外装体として密封した後の外観ではカップ状の凸部となる部分である。図７（ａ）の２９は凹部の底部であり、図１の凸部の頂部２５に対応する。３０は凹部の頂部であり、図１の凸部の底部２４に対応する。図７（ｂ）は格納工程を示す。この工程は、あらかじめ電極端子３，４と電極体５とを接続した状態のものを用意し、電極体５の部分を一方の凹部上に配置すると共に、電極端子３，４の電極端子樹脂層３２，４２を外装体２の熱封止部２８となる領域に配置した。このとき、電極体５の負極活物質層７２と対向する正極活物質層６２の主面は１１０ｍｍ×２００ｍｍのサイズのものを用い、負極活物質層７２の主面は１２０ｍｍ×２１０ｍｍのサイズのものを用いた。正極層６と負極層７は以下のように作成した。

第一の正極活物質としてスピネル構造を有するＬｉ_１．１Ｍｎ_１．９Ｏ_４粉末と、第二の正極活物質としてリチウム・ニッケル・コバルト・マンガン酸リチウム（Ｎｉ／Ｌｉモル比０．７）と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデンと、導電助剤としてカーボンブラック粉末とを、固形分質量比で７１：２３：２：４の割合で、溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）中に添加することで正極スラリーを調製した。この正極スラリーを正極集電箔６１上に塗布・乾燥して正極集電箔６１に正極活物質層６２を形成した。正極活物質層の片面あたりの厚さは７９μｍであった。

負極活物質として非晶質性炭素で被覆された球状天然黒鉛粉末と、フッ素樹脂系バインダーとしてポリフッ化ビニリデンと、カーボンブラック系導電助剤とを、固形分質量比で９６．５：３：０．５の割合でＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）中に添加し、攪拌させることで、これらの材料をＮＭＰ中に均一に分散させて負極スラリーを作製した。この負極スラリーを負極集電箔７１上に塗布・乾燥して負極集電箔７１に負極活物質層７２を形成した。負極活物質層７２の片面あたりの厚さは６０μｍであった。

図７（ｃ）は、折り返し工程、仮封止工程、注液工程及び最終封止工程を示している。
折り返し辺２０となる位置を基準としてラミネートフィルム２を折り返し（折り返し工程）、ヒーターヘッド１００、ヒータヘッド１２０により熱封止した（仮封止工程）。次いで、熱封止していない残りの辺を上向きとした状態で真空チャンバー内に配置し、熱封止していない辺から電解液を注入した。この注入工程では、エチレンカーボネートおよびジエチルカーボネートの３：７混合溶媒に１ＭのＬｉＰＦ６を溶解した電解質を注入し、外装体２内部を減圧した。その後、最終封止工程として、ヒーターヘッド１３０によって熱融着して外装体２を密閉し、真空チャンバー内を大気圧に戻した後、真空チャンバーから取出し、種々の検査を行い出荷可能なリチウムイオン二次電池１を作製した。

電極体５の側面から外装体２の内部境界すなわち熱融着した部分の内側境界までの離間距離（最も近い距離）は、電極端子を設けた辺は７ｍｍ、折り返し辺は３ｍｍ、それ以外の辺は２ｍｍとした。注入した電解質量は、電極体５の空孔体積の１．４倍の量とし、電極体５の周囲に余剰電解質が存在していた。

ここで図８を使用して図７（ｃ）の正負極端子３，４が突出している辺の熱封止について説明する。図８（ａ）は、各部品の配置の状態を、図８（ｂ）は、ラミネートフィルム２に接触するヒーターヘッド１００面を、図８（ｃ）はヒーターヘッド１００の側面を示した図であり棒状のヒーター１０４が挿入されている。図８（ａ）の図の上からヒーターヘッド１００、折り返されたラミネートフィルム２の一方の面、折り返されたラミネートフィルム２に挟まれた正負極端子３、４（端子本体３１，４１及び樹脂層３２、４２）、折り返されたラミネートフィルム２の対向する他方の面、反対側のヒーターヘッド１００が配置され、ヒーターヘッド１００が正負極端子３，４方向に移動してラミネートフィルム２と正負極端子３，４とを加圧しつつ加熱される。

図８（ｂ）のヒーターヘッド１００の面１０１は、正極端子３側に接する面であり、図の横幅方向の長さは正極端子樹脂層３２及び正極端子樹脂層３２に近接するラミネートフィルム２の一部を含む長さとなっており、ヒーター１０４からヒーターヘッド１００を伝達した熱によりラミネートフィルム２の一部と正極端子樹脂層３２の間、及び正極端子樹脂層３２に近接する一部のラミネートフィルム２同士が重なる部分とが熱融着される。面１０１の位置は面１０２よりも早くラミネートフィルム面に接する位置となっている。面１０１の奥行き方向の長さ（図の上下方向の長さ）は面１０２及び１０３と同じである。

面１０２は負極端子４側に接する面であり、図の横幅方向の長さは、負極端子樹脂層４２及び負極端子樹脂層４２に近接するラミネートフィルムの一部を含む長さとなっており、ヒーター１０４からヒーターヘッド１００を伝達した熱によりラミネートフィルムの一部と負極端子樹脂層４２の間、及び負極端子樹脂層４２に近接する一部のラミネートフィルム同士が重なる部分とが熱融着される。面１０２の位置は面１０１より遅く、１０３よりも早くラミネートフィルム面に接する位置となっている。そのため、熱が加わっている時間は面１０１よりも短く、面１０３よりも長く接している。

面１０３は面１０１，１０２から垂直に伸びた側面端部の間をつないでおり、ラミネートフィルム２を折り返して重ねた部分を熱封止されるように形成されている。

そして、ヒーター１０４の温度が１８０℃となるまで待機し、その後、ヒーターヘッド１００を正負極端子３，４方向に移動させる。まずラミネートフィルム２の一部はヒーターヘッド１００の面１０１に接して加圧と共に加熱する。その後、面１０２、面１０３の順に加圧と共に加熱する。面１０３が接してから１０秒後にヒーターヘッド１００を元の位置に戻し、熱封止が完了する。図７（ｃ）のヒーターヘッド１２０、１３０は平坦なヒーターヘッドでラミネートフィルム２の両側から加熱し加圧することで熱封止できる。

図９を使用して比較例を説明する。図９（ａ）は、図６や図８（ａ）と比べて正極端子３と負極端子４の配置を逆にしている。すなわち、折り返し辺２０から遠い位置には、ニッケルメッキした銅を主材とした厚さ０．２μｍ、幅６０ｍｍの負極端子本体４１の周囲に厚さ０．１ｍｍの負極端子樹脂層４２を形成した負極端子４を配置し、折り返し辺２０に近い位置には、アルミニウムを主材とした厚さ０．４μｍ、幅６０ｍｍの正極端子本体３１の周囲に厚さ０．１５ｍｍの正極端子樹脂層３２を形成した正極端子３を配置し、ヒーターヘッドの面１０１，１０２の面位置も逆にしている。その結果、図９（ｂ）に示すように、折り返し辺２０の端部の熱封止部において熱融着樹脂層２１が外装体２の内側と外側にはみ出した。これは面１０３からの熱に加えて面１０１からの熱も折り返し辺２０の端部に加わり、折り返えされたラミネートフィルム２の熱融着樹脂層２３が加圧と加熱によって電極端子を有する辺からはみ出したものと推測される。

内側はみ出し樹脂９１または外側はみ出し樹脂９２が生じると以下のような課題が生じうる。ラミネートフィルム２で挟んだ電極体５のうち正極層６又は負極層７に接触する位置まで内側はみ出し樹脂９１が近づいた場合、ラミネートフィルム２の金属層２２と正極層６又は負極層７との間の電気的絶縁性が低下するおそれがある。また、複数個のリチウムイオン二次電池１をリチウムイオン二次電池１の厚さ方向に積層し電極端子を有する辺の側にて電極端子同士をバスバーによって電気的に接続する場合、バスバーを固定するためのバスバーモジュールやスペーサが必要となるが、外装体２から外側に突起物が出ていると、突起を避けてレイアウトしなければならず、レイアウト自由度が損なわれ、装置の大型化につながるおそれがある。

本実施形態では、正極端子３および負極端子４は、外装体２による熱封止部分で異なる厚さを有し、折返し辺２０に近い位置には正極端子３より薄い負極端子４を配置した。これによって、外側はみ出し部９１が発生しなかったので、装置の大型化を抑制できるという効果がある。また、内側はみ出し部９２が発生しなかったので、ラミネートフィルム２の金属層２２と正極層６又は負極層７との間の電気的絶縁性の低下を抑制することができる。

以上、リチウムイオン二次電池１を例に実施の形態を説明したがこれに限るものではない。また、正極層や負極層の積層数は任意に変更でき、電極体の最外層を正極層にすることもできる。セパレータは複数の矩形形状ではなく単数の長方形形状のものとし、セパレータの間に正極層又は負極層を配置するように九十九折や巻回構造とすることもできる。正極活物質はマンガン酸リチウムに限らず、負極活物質は黒鉛にかぎらず非晶質炭素等を使用することもできる。また折り返し面を基準に面対称となるように外装体にカップ状の凸部を形成したが、あらかじめカップ状の凸部を両側ともに形成しないことで略面対称とすることもできる。

なお、リチウムイオン二次電池１は、正極層６と、負極層７と、正極層６と負極層７との間に配置されたセパレータ８とを含む電極体５と、電解質と、電極体５と電解質とを内部に格納する外装体２と、電極体５に電気的に接続され、かつ外装体２の外部に少なくとも一部が突出する電極端子３、４とを有する二次電池１であって、電極端子は、正極層６に接続された正極端子３と、負極層７に接続された負極端子４とを有し、正極端子３と負極端子４は外装体２の同一辺から突出し、外装体２は、金属層２２の両側に樹脂層２１，２３を配置した一枚のシートを折返し電極体５を間に挟んだ構造を有し、かつ折り返された辺以外の辺には熱封止部２６，２７，２８を有し、外装体２は、シートの折り返し面を基準にして略面対称になっているため、端子の位置は略中央に配置でき、複数のリチウムイオン二次電池１を積層するタイプの組電池に利用した場合でも、あるリチウムイオン二次電池１の電極端子と、隣接するリチウムイオン二次電池１の外装体２の金属層２２との距離を離すことができるので、間に絶縁体や空間を配置する必要がなく大型化を抑制でき
る。

また、特許文献１のように外装体が折り返したシートの片側のみに発電要素を格納する凹部を形成し電極端子が二次電池の厚さ方向の縁部分に配置した構造ではないので発電要素と電極端子とを電気的につなぐ集電箔リードが特許文献１と比べて短くなる。その結果、集電箔リードは集電箔に間欠的に活物質を塗布し活物質を塗布していない集電箔部分を集電箔リードとすることから、単位ピック長あたりの活物質量が多くなり短い集電箔リードを使用することで製造コストが低減できるということがある。

１・・・リチウムイオン二次電池
２・・・外装体
３・・・正極端子
４・・・負極端子
５・・・電極体
６・・・正極層
７・・・負極層
８・・・セパレータ
２６，２７，２８・・・熱封止部

Claims

正極層と、負極層と、該正極層と該負極層との間に配置されたセパレータとを含む電極体と、電解質と、前記電極体と前記電解質とを内部に格納する外装体と、前記電極体に電気的に接続されかつ外装体の外部に少なくとも一部が突出する電極端子と、を有する二次電池であって、前記電極端子は、前記正極層に接続された正極端子と、前記負極層に接続された負極端子とを有し、前記外装体は、前記電極体を挟んで一枚のシートが折り返された構造を有し、かつ折り返された辺以外の辺には熱封止部を有し、前記正極端子と前記負極端子は折返し辺に隣接する一方の辺から突出し、折返し辺に近い側に配置した電極端子の一方の端子の厚さが、折返し辺から遠い側に配置した電極端子の他方の端子の厚さより薄いことを特徴とことを特徴とする二次電池。
前記折返し辺から近い側に配置した電極端子は、負極端子であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
前記正極端子はアルミニウムを主材とし、前記負極端子は銅を主材としていることを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
前記外装体は、シートの折り返し面を基準にして略面対称になっていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の二次電池。
前記正極層は主面が矩形形状を有する正極活物質層を有し、前記負極層は主面が矩形形状を有する負極活物質層を有し、前記正極活物質層および前記負極活物質層の対向する主面のうち、小さい面積を有する活物質層の面積は短辺の長さが１１０ｍｍ以上の矩形であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の二次電池。
前記折り返し辺に近い側に配置した電極端子の厚さは、遠い位置に配置した電極端子の厚さの０．６倍より小さいことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の二次電池。
前記正極端子は正極端子本体と該正極端子本体の突出方向の一部を囲む正極端子樹脂層とを有し、前記負極端子は負極端子本体と該負極端子本体の突出方向の一部を囲む負極端子樹脂層とを有し、前記負極端子本体の厚さは前記正極端子本体の厚さより小さく、前記負極端子樹脂層の厚さは前記正極端子樹脂層の厚さより小さいことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の二次電池。