JP2018174027A - 非水電解液二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】面内の温度分布の偏りを低減できる非水電解液二次電池を提供することを目的とする。
【解決手段】この非水電解液二次電池は、正極端子が接続された正極集電体を有する正極と、負極端子が接続された負極集電体を有する負極と、前記正極及び前記負極の間に配設されたセパレータと、をそれぞれ１層以上有する積層体を備え、前記正極端子及び前記負極端子は、前記積層体から第１の方向に延出し、かつ、前記積層体を平面視した際に前記第１の方向と直交する第２の方向の両端の中点を通り前記第１の方向に延在する中心線を挟む位置にそれぞれ設けられ、前記正極端子及び前記負極端子のうち排熱効率が高い側の第１端子は、前記正極端子及び前記負極端子のうち排熱効率が低い側の第２端子より、前記中心線側に設けられている。
【選択図】図４

Description

本発明は、非水電解液二次電池に関する。

非水電解液二次電池の一例として、リチウムイオン二次電池が知られている。リチウムイオン二次電池は、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池等と比較して、軽量、高容量であり、携帯電子機器用の電源として広く用いられている。

一方で、リチウムは反応性が高いため、リチウムイオン二次電池の安全性を高める試みが検討されている。リチウムイオン二次電池の動作時に過充電等が生じると、電池が発熱する。このような問題を抑制する手段の一つとして、特許文献１には、過充電が生じた際にセパレータの孔を閉塞してリチウムイオンの通過を遮断（シャットダウン）し、反応を強制的に止める方法が記載されている。

セパレータのシャットダウンは、面内で均一に生じることが求められる。シャットダウンしていない部分が面内にあると、その部分をリチウムイオンが通過し、反応が進行し続けるためである。セパレータのシャットダウンは、電池の温度に依存して起きる。そのため、電池の温度を均一にすることが求められている。

特許文献２には、電池内部から外部まで連続する金属製軸心を設け、軸心と正極又は負極の接続部材とを接合することで、過充電等の電池異常反応に伴う発熱を軸芯から接続部材を介して放熱しやすくし、電極群全体の温度分布の偏りが低減できることが記載されている。

特開２０１６−１８１３２６号公報 特開２００６−４０７７２号公報

しかしながら、特許文献１に記載のリチウムイオン二次電池は、電池の温度分布の偏りを充分に低減できるとは言えなかった。特許文献２に記載のリチウムイオン二次電池は、複数の電極群間の温度分布の偏りを減らすことはできるが、一つの電池のリード端子（タブ）に向かう方向の温度分布の偏りを減らすことはできない。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、面内の温度分布の偏りを低減できる非水電解液二次電池を提供することを目的とする。

本発明者らは、非水電解液二次電池を構成する各部材の熱伝導性等に起因する排熱効率の違いに目をつけ、各部材の排熱効率を考慮して非水電解液二次電池を組み立てることで、温度分布の偏りを低減できることを見出した。
すなわち、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

（１）第１の態様にかかる非水電解液二次電池は、正極端子が接続された正極集電体を有する正極と、負極端子が接続された負極集電体を有する負極と、前記正極及び前記負極の間に配設されたセパレータと、をそれぞれ１層以上有する積層体を備え、前記正極端子及び前記負極端子は、前記積層体から第１の方向に延出し、かつ、前記積層体を平面視した際に前記第１の方向と直交する第２の方向の両端の中点を通り前記第１の方向に延在する中心線を挟む位置にそれぞれ設けられ、前記正極端子及び前記負極端子のうち排熱効率が高い側の第１端子は、前記正極端子及び前記負極端子のうち排熱効率が低い側の第２端子より、前記中心線側に設けられている。

（２）上記態様に係る非水電解液二次電池は、前記第１端子の排熱効率をＥ１、前記第２端子の排熱効率をＥ２、前記積層体の第２の方向の幅をＷとした際に、前記積層体を前記第２の方向にＥ１：Ｅ２の比率で区分する区分線に対して、前記第１端子と前記第２端子との端子間を前記第２の方向にＥ１：Ｅ２の比率で区分する第２区分線が、前記区分線から前記第１端子の方向にＷ×Ｅ１／Ｅ２×０．３だけずれた位置から前記区分線から前記第２端子の方向にＷ×Ｅ１／Ｅ２×０．５だけずれた位置の範囲内に存在してもよい。

（３）上記態様に係る非水電解液二次電池は、前記区分線と前記第２区分線との前記第２の方向の位置が一致してもよい。

上記態様に係る非水電解液二次電池によれば、面内の温度分布の偏りを低減できる。

本実施形態にかかる非水電解液二次電池の断面模式図である。 本実施形態にかかる非水電解液二次電池の積層体の斜視模式図である。 正極端子及び負極端子が等距離に配設された非水電解液二次電池の積層体の平面模式図である。 本実施形態にかかる非水電解液二次電池の積層体の平面模式図である。 本実施形態にかかる非水電解液二次電池の積層体の別の例の平面模式図である。 実施例１−１及び比較例１−１の非水電解液二次電池の過充電状態を想定して動作させた後の面内温度分布シミュレーション結果である。 正極端子および負極端子の設置位置を変更した際の表面温度の最高値をマッピングした図である。

以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

［非水電解液二次電池］
図１は、本実施形態にかかる非水電解液二次電池の断面模式図である。図１に示すように、本実施形態にかかる非水電解液二次電池１００は、積層体４０と、外装体５０とを備える。積層体４０と非水電解液（図視略）は、外装体５０に設けられた収容空間内に収容される。

（積層体）
図１に示すように、積層体４０は、正極２０と、負極３０と、セパレータ１０と、をそれぞれ１層以上有する。セパレータ１０は、正極２０と負極３０との間に配設されている。正極２０、負極３０、及びセパレータ１０は、それぞれ１層以上設けられている。

正極２０は、正極集電体２２と、正極活物質層２４と、正極端子２６とを有する。正極端子２６は、第１端部が正極集電体２２に接続され、第２端部が外装体５０の外側に延出する。以下、正極端子２６が延出する第１の方向をｘ方向とし、積層体４０の積層方向をｚ方向とし、積層体４０の面内方向でｘ方向及びｚ方向のいずれとも直交する方向をｙ方向とする。

「正極」
正極２０は、正極集電体２２と、正極活物質層２４とを有する。正極活物質層２４は、正極集電体２２の両面に配設される。

正極集電体２２は、導電性の板材であればよく、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル箔の金属薄板を用いることができる。正極端子２６は、導電性を有すればよく、正極集電体２２と同様のものを用いることができる。接触抵抗を下げるためには、いずれも同様の材質を用いることが好ましい。

正極活物質層２４は、正極活物質とバインダーとを有し、必要に応じて導電助剤を有する。

正極活物質は、イオンの吸蔵及び放出、イオンの脱離及び挿入（インターカレーション）、又は、イオンとイオンのカウンターアニオン（例えば、ＰＦ_６ ⁻）とのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能な電極活物質を用いることができる。イオンとしては、リチウム、マグネシウム等を用いることができる。

例えば、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ_２）、リチウムマンガンスピネル（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）、及び、一般式：ＬｉＮｉ_ｘＣｏ_ｙＭｎ_ｚＭ_ａ２（ｘ＋ｙ＋ｚ＋ａ＝１、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、０≦ａ＜１、ＭはＡｌ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒより選ばれる１種類以上の元素）で表される複合金属酸化物、リチウムバナジウム化合物（ＬｉＶ_２Ｏ_５）、オリビン型ＬｉＭＰＯ_４（ただし、Ｍは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒより選ばれる１種類以上の元素又はＶＯを示す）、チタン酸リチウム（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２）、ＬｉＮｉ_ｘＣｏ_ｙＡｌ_ｚＯ_２（０．９＜ｘ＋ｙ＋ｚ＜１．１）等の複合金属酸化物、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセンなどが挙げられる。

導電助剤は、例えば、カーボンブラック類等のカーボン粉末、カーボンナノチューブ、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、ＩＴＯ等の導電性酸化物が挙げられる。正極活物質のみで十分な導電性を確保できる場合は、非水電解液二次電池１００は導電助剤を含んでいなくてもよい。

また正極活物質層は、バインダーを含む。バインダーは、公知のものを用いることができる。例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等のフッ素樹脂、が挙げられる。

「負極」
負極３０は、負極集電体３２と、負極活物質層３４と、負極端子３６とを有する。負極端子３６は、第１端部が負極集電体３２に接続され、第２端部が外装体５０の外側に延出する。

負極集電体３２及び負極端子３６は、正極と同様のものを用いることができる。負極活物質層３４は、正極集電体２２と同様に、負極集電体３２の両面に配設される。

負極集電体３２及び負極端子３６は、正極２０の正極集電体２２及び正極端子２６と同様のものを用いることができる。負極３０ではリチウムが析出する場合があるため、負極集電体３２及び負極端子３６には、リチウムと反応性の低い銅を用いることが特に好ましい。

負極活物質層３４は、負極活物質とバインダーとを有し、必要に応じて導電助剤を有する。

負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な化合物であればよく、公知の負極活物質を使用できる。負極活物質としては、例えば、金属リチウム、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な黒鉛（天然黒鉛、人造黒鉛）、カーボンナノチューブ、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温度焼成炭素等の炭素材料、アルミニウム、シリコン、スズ等のリチウムと化合することのできる金属、ＳｉＯ_ｘ（０＜ｘ＜２）、二酸化スズ等の酸化物を主体とする非晶質の化合物、チタン酸リチウム（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２）等を含む粒子が挙げられる。

導電助剤及びバインダーは、正極と同様のものを用いることができる。負極３０に用いるバインダーは正極２０に挙げたものの他に、例えば、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂等を用いてもよい。

「セパレータ」
セパレータ１０は、電気絶縁性の多孔質構造から形成されていればよく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリオレフィンからなるフィルムの単層体、積層体や上記樹脂の混合物の延伸膜、或いはセルロース、ポリエステル及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも１種の構成材料からなる繊維不織布が挙げられる。

「電解液」
電解液は、正極活物質層２４、負極活物質層３４内に含浸される。電解液には、リチウム塩等を含む電解質溶液（電解質水溶液、有機溶媒を使用する電解質溶液） を使用することができる。ただし、電解質水溶液は電気化学的に分解電圧が低いため、充電時の耐用電圧が低く制限される。そのため、有機溶媒を使用する電解質溶液（非水電解質溶液）であることが好ましい。

非水電解質溶液は、非水溶媒に電解質が溶解されており、非水溶媒として環状カーボネートと、鎖状カーボネートと、を含有してもよい。

環状カーボネートとしては、電解質を溶媒和することができるものを用いることができる。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びブチレンカーボネートなどを用いることができる。

鎖状カーボネートは、環状カーボネートの粘性を低下させることができる。例えば、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートが挙げられる。その他、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、γ−ブチロラクトン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタンなどを混合して使用してもよい。

非水溶媒中の環状カーボネートと鎖状カーボネートの割合は体積にして１：９〜１：１にすることが好ましい。

（外装体）
外装体５０は、その内部に積層体４０及び電解液を密封する。外装体５０は、電解液の外部への漏出や、外部からの非水電解液二次電池１００内部への水分等の侵入等を抑止する。

例えば、外装体５０として、金属箔を高分子膜で両側からコーティングした金属ラミネートフィルムを利用できる。金属箔としては例えばアルミ箔を、高分子膜としてはポリプロピレン等の膜を利用できる。例えば、外側の高分子膜の材料としては融点の高い高分子、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアミド等が好ましく、内側の高分子膜の材料としてはポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等が好ましい。

［非水電解液二次電池の機能とそれに伴う正極端子及び負極端子の配置］
非水電解液二次電池１００は、正極活物質層２４と負極活物質層３４との間をリチウムイオンが移動することで動作する。

例えば、正極活物質層２４から負極活物質層３４にリチウムイオンがセパレータ１０を介して移動すると、正極２０と負極３０の間に電位差が生じる。負極活物質層３４内においてリチウムイオンに捉えられていた電子は、この電位差を緩和するように移動する。セパレータ１０は絶縁性を有しているため、負極活物質層３４から正極活物質層２４へセパレータ１０を介して直接移動することはできない。そのため電子は、正極集電体２２、正極端子２６を介して外部に流れる。この逆の反応が生じた場合は、電子は負極集電体３２、負極端子３６を介して外部に流れる。

図２は、本実施形態にかかる非水電解液二次電池の積層体の斜視模式図である。図２に示すように、正極端子２６の第１端部２６Ａ及び負極端子３６の第１端部３６Ａは、それぞれの正極集電体２２及び負極集電体３２に接続されている。一方で正極端子２６の第２端部２６Ｂ及び負極端子３６の第２端部３６Ｂは、それぞれの正極集電体２２及び負極集電体３２から延出した正極端子２６及び負極端子３６が統合されて、外装体５０の外部に延出している。

そのため正極で発生した電子が外部に排出される場合は、正極端子２６の第２端部２６Ｂを通過し、負極で発生した電子が外部に排出される場合は、負極端子３６の第２端部３６Ｂを通過する。

積層体４０内で電子の授受が行われると、積層体４０は発熱する。積層体４０内で発生した熱が排熱される場合の排熱経路は、電子の排出経路と同様である。積層体４０は周囲を外装体５０で覆われている。そのため、外装体５０を介して熱は排出されにくく、正極端子２６及び負極端子３６を介して第２端部２６Ｂ、３６Ｂから発生した熱の多くは排出される。

つまり、積層体４０内で発生した熱の排熱効率は、正極端子２６の排熱効率及び負極端子３６の排熱効率に大きく依存する。さらに正極端子２６の排熱効率は、正極端子２６の出口である第２端部２６Ｂに大きく依存し、負極端子３６の排熱効率は、負極端子３６の出口である第２端部３６Ｂに大きく依存する。

そのため、正極端子２６の排熱効率は、正極端子２６の出口である第２端部２６Ｂの面積と、正極端子２６の熱伝導率との積で表すことができる。図２に示すように、正極端子２６の断面を四角形とし、正極端子２６の第２端部２６Ｂにおける厚みｔ１、正極端子２６の第２端部２６Ｂにおける幅ｗ１、正極端子２６の熱伝導率λ１、正極端子２６の排熱効率Ｅ１とすると以下の関係式（１）が成り立つ。
Ｅ１＝ｔ１×ｗ１×λ１ ・・・（１）

同様に負極端子３６の排熱効率も、負極端子３６の出口である第２端部３６Ｂの面積と、負極端子３６の熱伝導率との積で表すことができる。図２に示すように、負極端子３６の断面を四角形とし、負極端子３６の第２端部３６Ｂにおける厚みｔ２、負極端子３６の第２端部３６Ｂにおける幅ｗ２、負極端子３６の熱伝導率λ２、負極端子３６の排熱効率Ｅ２とすると以下の関係式（２）が成り立つ。
Ｅ２＝ｔ２×ｗ２×λ２ ・・・（２）

ここで正極端子２６の排熱効率と、負極端子３６の排熱効率は一致しないことが多い。例えば、正極端子２６を構成する材料と負極端子３６を構成する材料とが異なれば、それぞれの熱伝導率は異なる。また正極集電体２２と負極集電体３２の枚数が異なれば、正極端子２６と負極端子３６の厚みが変わる。

非水電解液二次電池１００のｘｙ面内の温度分布の偏りを低減するためには、正極端子２６及び負極端子３６の排熱効率を考慮して、非水電解液二次電池１００を設計することが好ましい。以下、正極端子２６の排熱効率が、負極端子３６の排熱効率より優れるとして説明を行う。

図３は、正極端子及び負極端子が等距離に配設された非水電解液二次電池の積層体の平面模式図である。図３に示す積層体４１において正極端子２６と負極端子３６は、ｙ方向の中点を通る中心線Ｃをｙ方向に挟むように設けられている。正極端子２６と中心線Ｃとの距離と、負極端子３６と中心線Ｃとの距離は等しい。

負極端子３６は正極端子２６より排熱効率が低いため、図３に示す非水電解液二次電池を動作させると、負極端子３６側に熱が溜まる。その結果、積層体４１の面内では負極端子３６側の温度が正極端子２６側の温度より相対的に高くなる。

これに対し図４は、本実施形態にかかる非水電解液二次電池の積層体の平面模式図である。図４に示す積層体４０は、正極端子２６と負極端子３６とが中心線Ｃをｙ方向に挟むように設けられている点において、図３に示す積層体４１と一致する。一方で、図４に示す積層体４０は、排熱効率が高い正極端子２６が、排熱効率が低い負極端子３６より中心線Ｃ側に設けられている点が異なる。すなわち、中心線Ｃと正極端子２６の第１端部２６Ａの中心との距離ｄ１は、中心線Ｃと負極端子３６の第１端部３６Ａの中心との距離ｄ２より短い。

図４に示す積層体４０では、正極端子２６が排熱を主として担う面積が広くなり、負極端子３６が排熱を主として担う面積が狭くなる。正極端子２６は負極端子３６より排熱効率が高いため、排熱を担う面積が広くなっても、積層体４０内の熱を逃がすことができる。その結果、積層体４０の面内に熱が蓄積することが抑制され、積層体４０の面内の温度分布の偏りが抑制される。

また正極端子２６と負極端子３６とは、以下のような条件を満たす位置に配設することが好ましい。

まず正極端子２６の排熱効率がＥ１、負極端子３６の排熱効率がＥ２の場合に、積層体４０を正極端子２６の領域Ａ１と負極側の領域Ａ２とが、Ｅ１：Ｅ２の比率となるように積層体をｙ方向に区分する区分線Ｄを定義する。図４において、区分線Ｄは、積層体４０のｙ方向の幅Ｗを正極端子２６側からＥ１：Ｅ２比率で区分する。

次いで、正極端子２６と負極端子３６の設置予定位置間のｙ方向の端子間距離Ｌを、正極端子２６側からＥ１：Ｅ２で区分する第２区分線Ｄ２を定義する。図４において、第２区分線Ｄ２は端子間距離Ｌを正極端子２６側からＥ１：Ｅ２の比率で区分する。

この際、第２区分線Ｄ２は、区分線Ｄを基準に正極端子２６に向けてＷ×Ｅ１／（Ｅ１＋Ｅ２）×０．３だけずれた位置から負極端子３６に向けてＷ×Ｅ１／（Ｅ１＋Ｅ２）×０．５だけずれた位置の範囲内に設けられていることが好ましい。また第２区分線Ｄ２は、区分線Ｄを基準に正極端子２６に向けてＷ×Ｅ１／（Ｅ１＋Ｅ２）×０．２だけずれた位置から負極端子３６に向けてＷ×Ｅ１／（Ｅ１＋Ｅ２）×０．２だけずれた位置の範囲内に設けられていることがより好ましく、区分線Ｄと第２区分線Ｄ２とのｙ方向の位置は一致することがさらに好ましい。ここで、この範囲が意味することについてより具体的に説明する。

正極端子２６の排熱効率がＥ１、負極端子３６の排熱効率がＥ２の場合、正極端子２６が積層体４０の総面積のＥ１／（Ｅ１＋Ｅ２）分の範囲（領域Ａ１）の排熱を担い、負極端子３６が積層体４０の総面積のＥ２／（Ｅ１＋Ｅ２）分の範囲（領域Ａ２）の排熱を担うと、非水電解液二次電池１００の排熱を最も効率的に行うことができる。

そのため正極端子２６を領域Ａ１のｙ方向の中心線Ｃ_Ａ１と重なる位置に設けると、領域Ａ１内の温度分布の偏りを最も小さくできる。同様に、負極端子３６も領域Ａ２のｙ方向の中心線Ｃ_Ａ２と重なる位置に設けると、領域Ａ２内の温度分布の偏りを最も小さくできる。この場合、正極端子２６と負極端子３６の間の端子間距離Ｌを正極端子２６側からＥ１：Ｅ２の比率で区分する第２区分線Ｄ２のｙ方向の位置は、領域Ａ１と領域Ａ２を区分する区分線Ｄのｙ方向の位置と一致する。すなわち、区分線Ｄと第２区分線Ｄ２のｙ方向の位置が完全一致する際に最も積層体４０の面内の温度分布の偏りが小さくなる。

一方で、正極端子２６及び負極端子３６を設置する位置は、上記条件を満たす一点に限られる訳ではなく、上記条件を満たす位置からのある程度のずれは許容される。区分線Ｄを基準として正極端子２６側にずれても特に高い放熱効率を示すことができる範囲、及び、区分線Ｄを基準として負極端子３６側にずれても特に高い放熱効率を示すことができる範囲が上述の範囲となる。

上述のように、本実施形態に係る非水電解液二次電池によれば、非水電解液二次電池の面内方向の温度分布の偏りを抑制できる。すなわち、過充電等により非水電解液二次電池が発熱した場合でも、面内均一にセパレータをシャットダウンさせることができ、非水電解液二次電池の安全性を高めることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。

例えば、積層体４０の形状は、平面視において四角形に限られない。図５は、四角形の角の角部が円弧状に形成されている。この場合でも、ｙ方向に最も離れた２点を幅Ｗとすることで、同様の関係が成り立つ。

また上記例では、正極端子２６の排熱効率が負極端子３６の排熱効率より優れる場合を例に説明したが、負極端子３６の排熱効率が正極端子２６の排熱効率より優れる構成でもよい。

［非水電解液二次電池の製造方法］
非水電解液二次電池１００の製造方法は、正極端子２６及び負極端子３６の取り付け位置を設定する点以外は、公知の方法で作製することができる。正極端子２６及び負極端子３６の排熱効率は、正極端子２６及び負極端子３６の幅、厚み、積層枚数及び熱伝導率からそれぞれ求めることができる。

まず、正極２０及び負極３０を作製する。正極２０と負極３０とは、活物質となる物質が異なるだけであり、同様の製造方法で作製できる。

正極活物質、バインダー及び溶媒を混合して塗料を作製する。必要に応じ導電助剤を更に加えても良い。溶媒としては例えば、水、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等を用いることができる。正極活物質、導電助剤、バインダーの構成比率は、質量比で８０ｗｔ％〜９０ｗｔ％：０．１ｗｔ％〜１０ｗｔ％：０．１ｗｔ％〜１０ｗｔ％であることが好ましい。これらの質量比は、全体で１００ｗｔ％となるように調整される。

塗料を構成するこれらの成分の混合方法は特に制限されず、混合順序もまた特に制限されない。上記塗料を、正極集電体に塗布する。塗布方法としては、特に制限はなく、通常電極を作製する場合に採用される方法を用いることができる。例えば、スリットダイコート法、ドクターブレード法が挙げられる。負極についても、同様に負極集電体上に塗料を塗布する。

続いて、正極集電体及び負極集電体上に塗布された塗料中の溶媒を除去する。除去方法は特に限定されない。例えば、塗料が塗布された正極集電体及び負極集電体を、８０℃〜１５０℃の雰囲気下で乾燥させればよい。そして、正極２０及び負極３０が完成する。

そして、正極２０、負極３０及びセパレータ１０を、セパレータ１０が正極２０と負極３０の間となるように積層し、積層体４０を形成する。

最後に、積層体４０を外装体５０に封入する。非水電解液は外装体５０内に注入してもよいし、積層体４０を非水電解液に含浸させてもよい。そして外装体５０に熱等を加えて、ラミネートすることで封止して、非水電解液二次電池１００を作製する。

「実施例１−１」
まず正極を作製した。正極はアルミニウム箔（厚み１２μｍ、熱伝導率２３７．５Ｗ／ｍＫ）の上に正極活物質を塗工し、正極活物質層を作製した。正極活物質層は、９０質量部のＬｉＮｉ_０．８Ｃｏ_０．１５Ａｌ_０．０５Ｏ_２（活物質）と、６質量部の炭素粉末（導電助剤）と、４質量部のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ、バインダー）とを有する。

同様に、負極を作製した。負極は銅箔（厚み１１μｍ、熱伝導率４００Ｗ／ｍＫ）の上に負極活物質を塗工し、負極活物質層を作製した。負極活物質層は、８７質量部のメソフェーズカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ，活物質）と、３質量部の炭素粉末（導電助剤）と、１０質量部のＰＶＤＦとを有する。

またセパレータとして厚み１２μｍの多孔質ポリエチレンを準備した。そして、正極１０枚と、負極１１枚及びセパレータ２０枚を、セパレータが正極と負極の間となるように積層し、積層体を作製した。積層体のｘ方向の幅は３０ｍｍ、ｙ方向の幅は４２ｍｍであった。

この際、正極端子の幅ｗ１（図２参照）及び負極端子の幅ｗ２（図２参照）は６．５ｍｍであり、正極端子の排熱効率Ｅ１と負極端子の排熱効率Ｅ２の間には、Ｅ１：Ｅ２＝７．８：１３．２の関係が成り立つ。そこで、正極端子は積層体を平面視でＥ１の比率で区分した領域の中央、負極端子は積層体を平面視でＥ２の比率で区分した領域の中央に配設した。

そして、アルミラミネートフィルムからなる外装体内に、非水電解液とともに封入し、非水電解液二次電池を作製した。非水電解液は、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）とを体積比で３：４：３とした溶媒中に、リチウム塩として１．０Ｍ（ｍｏｌ／Ｌ）のＬｉＰＦ_６を添加したものを用いた。

次いで、作製した非水電解液二次電池について、二次電池充放電試験装置を用い、４．２Ｖまで定電流定電圧充電を行い、２．５Ｖまで定電流放電を行い、電池容量を算出した。算出した電池容量に対して３Ｃ相当の電流で１０Ｖまで定電流定電圧で１時間充電を行い、これを過充電試験とした。この時の電池表面の温度を測定し最大温度を記録した。面内温度は、ｘ方向に３か所、ｙ方向に３か所の計９か所で測定した。また同様の条件で設計した非水電解液二次電池について、過充電試験を想定した時の面内温度分布を、過充電状態を想定したシミュレーションにより求めた。

「比較例１−１」
比較例１−１は、正極端子および負極端子を設ける位置を変えた点が実施例１−１と異なる。正極端子および負極端子は、積層体をｙ方向に等間隔に区分したそれぞれの領域のｙ方向の中央に設けた。その他の条件は、実施例１−１と同じとして過充電時の面内温度分布を９か所で測定した。また同様の条件で設計した非水電解液二次電池について、過充電試験を想定した時の面内温度分布をシミュレーションにより求めた。

実施例１−１と比較例１−１の温度分布の実測値を比較すると、実施例１−１の非水電解液二次電池の方がｙ方向の温度分布の偏りが少なかった。

図６は、実施例１−１及び比較例１−１の非水電解液二次電池について、過充電試験を想定した時の面内温度分布のシミュレーション結果である。図６（ａ）は比較例１−１の非水電解液二次電池の結果であり、図６（ｂ）は実施例１−１の非水電解液二次電池の結果である。図６に示すように、比較例１−１の非水電解液二次電池は等温線がｙ方向に対して傾いているのに対し、実施例１−１の非水電解液二次電池は等温線がｙ方向と平行であった。すなわち、実施例１−１の非水電解液二次電池の方がｙ方向の温度分布の偏りが少なくなった。この結果は、実測値と良好な相関を示している。

「設置位置の検討」
（実施例１−２〜１−５）
次いで、シミュレーションを用いて、正極端子および負極端子の設置位置を実施例１−１の設置位置から変更した際に、非水電解液二次電池の表面温度の最高値を求めた。その結果を、以下の表１に示す。

表1において、Ｅ１は正極端子の排熱効率であり、Ｅ２は負極端子の排熱効率である。またｄ１は中心線からの正極端子の距離であり、ｄ２は中心線からの負極端子の距離である。そのため、Ｅ１／Ｅ２＝ｄ１／ｄ２という状態は、区分線Ｄと第２区分線Ｄ２のｙ方向の位置が一致する場合に対応する（図３参照）。すなわち、（Ｅ１／Ｅ２）／（ｄ１／ｄ２）＝１の場合が実施例１−１に対応する。またｄ１／ｄ２＝１．０の場合は、中心線から等距離に正極端子および負極端子が設けられている場合に対応し、比較例１−１に対応する。実施例１−２〜１−５は、表１に示す位置に正極端子および負極端子を設置した。

表１に示すように、実施例１−１〜１−５はいずれも比較例１−１より表面温度の最高値が比較例１−１より低かった。すなわち、実施例１−１〜１−５に示す非水電解液二次電池は、比較例１−１に示す非水電解液二次電池より放熱性に優れていた。

また正極端子および負極端子の設置位置を変更した際に、表面温度の最高値が何度になるかを図７にマッピングした。図７の横軸は負極端子を設置した位置であり、図７の縦軸は正極端子を設置した位置である。縦軸と横軸の交点が、正極端子および負極端子をそれぞれ所定の位置に設置した場合の表面温度に対応する。正極端子と中心線との距離ｄ１が７．８ｍｍ、負極端子と中心線との距離ｄ２が１３．２ｍｍである実施例１−１は、図７の結果においても表面温度が最も低かった。

（実施例２−１〜２−５及び比較例２−１）
次いで、電池の構成を変更して同様の検討を行った。実施例２−１〜２−５及び比較例２−１では、正極集電体の積層枚数を５枚、正極集電体の厚みを１５μｍ、正極端子の幅を１０ｍｍとし、負極集電体の積層枚数を６枚、負極集電体の厚みを１０μｍ、負極端子の幅を５ｍｍとした。その他の条件は実施例１−１と同様とした。そして、実施例２−１〜２−５及び比較例２−１に係る非水電解液二次電池について過充電状態を想定した時の表面温度の最高値をシミュレーションにより求めた。その結果を表２に示す。

表２の符号は、表１の符号に対応する。表２に示すように、正極端子および負極端子の条件を変えた場合でも、（Ｅ１／Ｅ２）／（ｄ１／ｄ２）＝１の場合（実施例２−１）が最も表面温度が低かった。またｄ１／ｄ２＝０．５の場合（比較例２−１）よりいずれの実施例も表面温度の最高値が低かった。

１０…セパレータ、２０…正極、２２…正極集電体、２４…正極活物質層、２６…正極端子、２６Ａ…第１端部、２６Ｂ…第２端部、３０…負極、３２…負極集電体、３４…負極活物質層、３６…負極端子、３６Ａ…第１端部、３６Ｂ…第２端部、４０，４１…積層体、５０…外装体、１００…非水電解液二次電池、Ｃ…中心線、Ｄ…区分線、Ｄ２…第２区分線

Claims (3)

1. 正極端子が接続された正極集電体を有する正極と、負極端子が接続された負極集電体を有する負極と、前記正極及び前記負極の間に配設されたセパレータと、をそれぞれ１層以上有する積層体を備え、
   前記正極端子及び前記負極端子は、前記積層体から第１の方向に延出し、かつ、前記積層体を平面視した際に前記第１の方向と直交する第２の方向の両端の中点を通り前記第１の方向に延在する中心線を挟む位置にそれぞれ設けられ、
   前記正極端子及び前記負極端子のうち排熱効率が高い側の第１端子は、前記正極端子及び前記負極端子のうち排熱効率が低い側の第２端子より、前記中心線側に設けられている、非水電解液二次電池。
2. 前記第１端子の排熱効率をＥ１、前記第２端子の排熱効率をＥ２、前記積層体の第２の方向の幅をＷとした際に、
   前記積層体を前記第２の方向にＥ１：Ｅ２の比率で区分する区分線に対して、
   前記第１端子と前記第２端子との端子間を前記第２の方向にＥ１：Ｅ２の比率で区分する第２区分線が、
   前記区分線から前記第１端子の方向にＷ×Ｅ１／Ｅ２×０．３だけずれた位置から前記区分線から前記第２端子の方向にＷ×Ｅ１／Ｅ２×０．５だけずれた位置の範囲内に存在する、請求項１に記載の非水電解液二次電池。
3. 前記区分線と前記第２区分線との前記第２の方向の位置が一致する、請求項２に記載の非水電解液二次電池。

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