JP4519796B2 - 角型リチウム二次電池 - Google Patents

Description

本発明は、特に安全性と電池特性とを両立させた角型リチウム二次電池に関する。

リチウム二次電池は、ポータブル機器を中心に高容量電源として注目されている。さらに、近年、電気自動車を中心に、高出力電源としてもリチウム二次電池が注目されつつある。一般にリチウム二次電池を含む化学電池では、正極と負極とを電気的に絶縁するとともに電解質を保持する役目をもつセパレータを有する。リチウム二次電池の場合、ポリオレフィン（例えばポリエチレン、ポリプロピレンなど）からなる微多孔質フィルムが、セパレータとして主に用いられている。正極と負極とを、これらの間に介在するセパレータとともに、横断面が略楕円形になるように捲回することにより、角型リチウム二次電池の電極群が形成される。

しかし、極度な高温環境にリチウム二次電池を長時間保持した場合、微多孔質フィルムからなるセパレータは収縮しやすい。セパレータが収縮すると、正極と負極とが物理的に接触する内部短絡が発生する可能性がある。特に近年、リチウム二次電池の高容量化に伴い、セパレータが薄型化する傾向にある。よって、内部短絡の防止が、一層、重要視されつつある。一旦、内部短絡が発生すると、短絡電流に伴うジュール熱によって短絡部が拡大し、電池が過熱に至る場合もある。

そこで、仮に内部短絡が発生しても、短絡部の拡大を抑制する観点から、無機フィラー（固体微粒子）および結着剤を含む多孔質耐熱層を、電極活物質層に担持させることが提案されている。無機フィラーには、アルミナ、シリカなどが用いられている。多孔質耐熱層には、無機フィラーが充填されており、フィラー粒子同士は比較的少量の結着剤で結合されている（特許文献１）。多孔質耐熱層は、高温でも収縮しにくいので、内部短絡の発生時に、電池の過熱を抑止する働きがある。
特開平７−２２０７５９号公報

近年、ポータブル機器の電源においては、充電を短時間で完了させる必要性が高まっている。充電を短時間で終えるためには、高率充電（例えば１時間率以下）を行う必要がある。高率充電では、低率充電（例えば１．５時間率以上）の場合と比較して、充放電に伴う極板の膨張および収縮が大きく、ガス発生も顕著となる。そのため、電極群に歪みが生じる。多孔質耐熱層が含む結着剤量は、比較的少量であるため、フィラー粒子同士の結着力は小さい。よって、多孔質耐熱層が破損し、内部短絡時に電池の過熱を抑止する機能が低下することがある。

本発明は、多孔質耐熱層の破損を防止することにより安全性を確保でき、かつ優れた電池特性を実現できる角型リチウム二次電池の提供を目的とする。

本発明は、底部と側壁と上部開口とを有する角型の電池缶と、電極群と、非水電解質と、電極群および非水電解質を収容した電池缶の上部開口を覆う封口板とを含む角型リチウム二次電池に関する。角型の電池缶の側壁は、互いに対向する２つの長方形の主要平坦部を有する。電極群は、正極と負極と、これらの間に介在する多孔質耐熱層およびセパレータからなる。ここで、多孔質耐熱層の厚みＡと、側壁の主要平坦部の厚みＢとが、０．００３≦Ａ／Ｂ≦０．０５を満たす。
角型の電池缶の上部開口は、略長方形である。略長方形の開口において、長手方向の辺が主要平坦部に対応する。すなわち、主要平坦部は、側壁の幅広の面に対応する。

多孔質耐熱層の厚みＡは２〜１０μｍであり、側壁の主要平坦部の厚みＢは１６０〜１０００μｍであることが好ましい。さらに、多孔質耐熱層の厚みＡおよび側壁の主要平坦部の厚みＢは、０．００５≦Ａ／Ｂ≦０．０３を満たすことが好ましい。

電極群は、例えば、帯状の正極と帯状の負極とを、これらの間に介在する多孔質耐熱層およびセパレータとともに捲回してなり、正極は、正極芯材とその両面に担持された正極活物質層とを含み、負極は、負極芯材とその両面に担持された負極活物質層とを含む。この場合、多孔質耐熱層は、正極および負極の少なくとも一方の電極において、芯材の両面に担持された２つの活物質層のうちの少なくとも一方の表面に担持されていることが好ましい。

電極群は、少なくとも１つの短冊状の正極と少なくとも１つの短冊状の負極とを、これらの間に多孔質耐熱層およびセパレータを介在させて積層したものでもよい。この場合、最も外側の電極は、芯材の片面（内側）だけに活物質層を有することが好ましい。
多孔質耐熱層は、絶縁性フィラーを含むことが好ましい。
絶縁性フィラーは、無機酸化物からなることが好ましい。

高率充電を行う場合、電極群に対して大きな歪みが印加される。しかし、電池缶の側壁の主要平坦部が電極群を押し返す力が十分であれば、多孔質耐熱層は破損を免れる。この場合、多孔質耐熱層は、正極または負極の活物質層に押し付けられるため、形状を維持できると考えられる。

ただし、多孔質耐熱層には、正極と負極との間に電解質を保持する機能も要求される。よって、多孔質耐熱層が過度に活物質層に押し付けられると、電解質が電極群内で局所的に枯渇する。その結果、電池特性は低下する。

本発明は、上記の２つの知見に基づいている。本発明は、電池缶の側壁の主要平坦部が多孔質耐熱層を押し返す力を、多孔質耐熱層の厚みに応じて、適正範囲に制御することを提案している。これにより、多孔質耐熱層の破損を防止でき、内部短絡時の安全性を確保できる。さらに、優れた電池特性も実現できる。

図１は、本発明の角型リチウム二次電池の一部を概念的に示している。
正極１３は、帯状の正極芯材１１およびこの両面に担持された正極活物質層１２を有する。負極１６は、帯状の負極芯材１４およびこの両面に担持された負極活物質層１５を有する。負極活物質層１５の表面には、多孔質耐熱層１８が担持されている。多孔質耐熱層１８は、内部短絡時に短絡部の拡大を防止する役割を果たす。正極１３と負極１６とは、これらの間に介在する帯状のセパレータ１７および多孔質耐熱層１８とともに捲回され、電極群を構成している。電極群の最外周には、負極芯材の露出部１４ａが配置されている。電極群は、角型の電池缶１９に収容されている。

本発明においては、多孔質耐熱層の厚みＡと、電池缶の側壁の主要平坦部の厚みＢとが、０．００３≦Ａ／Ｂ≦０．０５を満たす。多孔質耐熱層には、耐短絡性を確保する機能（第1機能）と、電解質を保持する機能（第２機能）とを有する。電池缶の側壁の主要平坦部が電極群を押し返す力が不足すると、高率充電時に多孔質耐熱層が破損しやすく、第１機能が損なわれる。一方、電池缶の側壁の主要平坦部が電極群を押し返す力が過剰になると、多孔質耐熱層が強く締め付けられるため、十分量の電解質を保持できない。よって、第２機能が損なわれる。

Ａ／Ｂ＜０．００３の場合、多孔質耐熱層の厚みＡは、電池缶の側壁の主要平坦部の厚みＢに対して薄すぎる。多孔質耐熱層が薄いと、そこに保持される電解質量は少なくなる。その上、電池缶の側壁の主要平坦部から電極群に大きな圧力が印加されるため、多孔質耐熱層から電解質が搾り出される傾向が強い。よって、電極群内で電解質が局所的に枯渇し、電池特性が低下する。第1機能と第２機能とのバランスを最適化する観点からは、０．００５≦Ａ／Ｂであることが望ましく、０．０１≦Ａ／Ｂであることが更に望ましい。

０．０５＜Ａ／Ｂの場合、多孔質耐熱層の厚みＡは、電池缶の側壁の主要平坦部の厚みＢに対して厚すぎる。多孔質耐熱層が厚いと、その柔軟性が低下し、多孔質耐熱層は脆くなる。よって、高率充電によって電極群が変形する際に、多孔質耐熱層が崩れやすい。その上、電池缶の側壁の主要平坦部が電極群を押し返す力が不足するため、多孔質耐熱層の補強も不十分になる。よって、多孔質耐熱層が容易に破損し、電池の耐短絡性が低下する。第１機能と第２機能とのバランスを最適化する観点からは、Ａ／Ｂ≦０．０３であることが望ましく、Ａ／Ｂ≦０．０２５であることが更に望ましい。以上より、Ａ／Ｂは、０．００５≦Ａ／Ｂ≦０．０３を満たすことが好ましく、０．０１≦Ａ／Ｂ≦０．０２５を満たすことが特に好ましい。

多孔質耐熱層の厚みＡは２〜１０μｍであることが好ましく、３〜８μｍであることが更に好ましい。厚みＡが小さすぎると、耐短絡性を向上させる機能もしくは電解質を保持する機能が不十分になる場合がある。厚みＡが大きすぎると、正極と負極との間隔が過剰に広がり、出力特性が低下することがある。

電池缶の側壁の主要平坦部の厚みＢは１６０〜１０００μｍであることが好ましく、２００〜５００μｍであることが更に好ましい。厚みＢが小さすぎると、電池缶の成形が困難になる場合がある。厚みＢが大きすぎると、電池のエネルギー密度を高くすることが困難になる。

セパレータには、微多孔質フィルムを用いることが好ましい。微多孔質フィルムの材質には、ポリオレフィンを用いることが好ましく、ポリオレフィンは、ポリエチレン、ポリプロピレンなどであることが好ましい。ポリエチレンとポリプロピレンの両方を含む微多孔質フィルムを用いることもできる。微多孔質フィルムの厚みは、高容量設計を維持する観点から、８〜２０μｍが好ましい。

多孔質耐熱層は、正極活物質層の表面だけに設けてもよく、負極活物質層の表面だけに設けてもよく、正極活物質層の表面と負極活物質層の表面に設けてもよい。ただし、内部短絡を確実に回避する観点からは、正極活物質層よりも大面積に設計される負極活物質層の表面に設けることが望ましい。多孔質耐熱層は、芯材の片面にある活物質層だけに設けてもよく、芯材の両面にある活物質層に設けてもよい。また、多孔質耐熱層は、活物質層の表面に接着されていることが望ましい。

多孔質耐熱層は、独立したシート状であってもよい。ただし、シート状に形成された多孔質耐熱層は、機械的強度が余り高くないため、取り扱いが困難になる場合がある。また、多孔質耐熱層は、セパレータの表面に設けてもよい。ただし、セパレータは高温下で収縮するため、多孔質耐熱層の製造条件に細心の注意を払う必要がある。これらの懸念を払拭する観点からも、正極活物質層または負極活物質層の表面に多孔質耐熱層を設けることが望ましい。多孔質耐熱層は多くの空隙を有するため、正極活物質層、負極活物質層もしくはセパレータの表面に形成しても、リチウムイオンの移動を妨げることがない。なお、同一または異なる組成の多孔質耐熱層を積層してもよい。

多孔質耐熱層は、絶縁性フィラーおよび結着剤を含むことが好ましい。このような多孔質耐熱層は、絶縁性フィラーと少量の結着剤とを含む原料ペーストを、ドクターブレードやダイコートなどの方法で、電極活物質層の表面に塗布し、乾燥させることにより形成される。原料ペーストは、絶縁性フィラーと結着剤と液状成分とを、双椀式練合機などで混合することにより調製される。

高耐熱性樹脂の繊維を膜状に成形したものを多孔質耐熱層に用いることもできる。高耐熱性樹脂には、アラミド、ポリアミドイミドなどが好ましく用いられる。ただし、絶縁性フィラーおよび結着剤を含む多孔質耐熱層の方が、結着剤の作用により構造的強度が高くなるので好ましい。

絶縁性フィラーには、高耐熱性樹脂の繊維もしくはビーズなどを用いることもできるが、無機酸化物を用いることが好ましい。無機酸化物は硬質であるため、充放電に伴って電極が膨張しても、正極と負極との間隔を適性範囲内に維持することができる。無機酸化物のなかでも、特にアルミナ、シリカ、マグネシア、チタニア、ジルコニアなどは、リチウム二次電池の使用環境下において電気化学的な安定性が高い点で好ましい。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。絶縁性フィラーとして、アラミド、ポリアミドイミドなどの高耐熱性樹脂を用いることもできる。無機酸化物と高耐熱性樹脂とを併用することもできる。

絶縁性フィラーおよび結着剤を含む多孔質耐熱層においては、その機械的強度を維持するとともにイオン伝導性を確保する観点から、結着剤の量が、絶縁性フィラー１００重量部あたり、１〜１０重量部が好ましく、２〜８重量部が更に好ましい。結着剤および増粘剤のほとんどは、非水電解質で膨潤する性質を有する。よって、結着剤の量が１０重量部を超えると、結着剤の過度な膨潤により、多孔質耐熱層の空隙が塞がれ、イオン伝導性が低下し、電池反応が阻害される場合がある。一方、結着剤の量が１重量部未満では、多孔質耐熱層の機械的強度が低下する場合がある。

多孔質耐熱層に用いる結着剤は、特に限定されないが、ポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦと略記）、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと略記）、ポリアクリル酸系ゴム粒子（例えば日本ゼオン（株）製のＢＭ−５００Ｂ（商品名））などが好ましい。ここで、ＰＴＦＥやＢＭ−５００Ｂは、増粘剤と組み合わせて用いることが好ましい。増粘剤は、特に限定されないが、カルボキシメチルセルロース（以下、ＣＭＣと略記）、ポリエチレンオキシド（以下、ＰＥＯと略記）、変性アクリロニトリルゴム（例えば日本ゼオン（株）製のＢＭ−７２０Ｈ（商品名））などが好ましい。

絶縁性フィラーおよび結着剤を含む多孔質耐熱層の空隙率は、その機械的強度を維持するとともに、イオン伝導性を確保する観点から、４０〜８０％が好適であり、４５〜６５％が更に好適である。多孔質耐熱層の空隙率を４０〜８０％に制御し、多孔質耐熱層に適量の電解質を含ませることにより、電極群が適度に膨張する。よって、電極群が電池缶の内側面を適度に押圧するようになる。この効果と、Ａ／Ｂ比の適正化による効果とが相乗的に奏されることにより、第１機能と第２機能とのバランスに特に優れた電池が得られる。

多孔質耐熱層の空隙率は、絶縁性フィラーのメディアン径を変えたり、結着剤の量を変えたり、原料ペーストの乾燥条件を変えたりすることによって制御できる。例えば、乾燥温度を高くするか、熱風の風量を大きくすれば、空隙率は相対的に高くなる。空隙率は、多孔質耐熱層の厚さ、絶縁性フィラーおよび結着剤の量、絶縁性フィラーおよび結着剤の真比重などから計算により求めることができる。多孔質耐熱層の厚さは、極板断面のＳＥＭ写真を数箇所撮影し、例えば１０箇所の厚みの平均値から求めることができる。また、水銀ポロシメータにより空隙率を求めることもできる。

正極は、例えば、正極芯材とその両面に担持された正極活物質層とを含む。正極芯材は、例えば、捲回に適した帯状であり、Ａｌ、Ａｌ合金などからなる。正極活物質層は、正極活物質を必須成分として含み、導電剤、結着剤などを任意成分として含むことができる。これらの材料は、特に限定されない。ただし、正極活物質には、リチウム含有遷移金属酸化物が好ましく用いられる。リチウム含有遷移金属酸化物のなかでも、コバルト酸リチウムおよびその変性体、ニッケル酸リチウムおよびその変性体、マンガン酸リチウムおよびその変性体などが好ましい。

負極は、例えば、負極芯材とその両面に担持された負極活物質層とを含む。負極芯材は、例えば、捲回に適した帯状であり、Ｃｕ、Ｃｕ合金などからなる。負極活物質層は、負極活物質を必須成分として含み、導電剤、結着剤などを任意成分として含むことができる。これらの材料は、特に限定されない。ただし、負極活物質には、各種天然黒鉛、各種人造黒鉛、シリサイドなどのシリコン系複合材料、リチウム金属、各種合金材料などが好ましく用いられる。

正極または負極の結着剤には、例えばＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ、スチレンブタジエンゴムなどを用いることができる。導電剤には、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック（登録商標）、各種グラファイトなどを用いることができる。

非水電解質は、リチウム塩を非水溶媒に溶解したものが好ましい。リチウム塩は、特に限定されないが、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄などが好ましい。リチウム塩は１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。非水溶媒も特に限定されないが、例えばエチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）などが好ましく用いられる。非水溶媒は１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

電池缶の材質は、リチウム二次電池の作動電圧範囲において電気化学的に安定でなければならない。例えば、アルミニウム、鉄、ステンレス鋼などを用いることが好ましい。また、電池缶には、ニッケルやスズによるめっきが施されていてもよい。
次に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。

《電池１》
（i）正極の作製
コバルト酸リチウム３ｋｇと、呉羽化学（株）製のＰＶＤＦ＃１３２０（ＰＶＤＦを１２重量％含むＮ−メチル−２−ピロリドン（以下、ＮＭＰと略記）溶液）１ｋｇと、アセチレンブラック９０ｇと、適量のＮＭＰとを、双腕式練合機で攪拌し、正極合剤ペーストを調製した。このペーストを厚さ１５μｍのアルミニウム箔からなる正極芯材の両面に塗布し、乾燥し、圧延して、正極活物質層を形成し、総厚が１３０μｍの正極を得た。正極は４３ｍｍ幅の帯状に裁断した。

（ii）負極の作製
人造黒鉛３ｋｇと、日本ゼオン（株）製のＢＭ−４００Ｂ（変性スチレンブタジエンゴムを４０重量％含む水性分散液）７５ｇと、ＣＭＣ３０ｇと、適量の水とを、双腕式練合機で攪拌し、負極合剤ペーストを調製した。このペーストを厚さ１０μｍの銅箔からなる負極芯材の両面に塗布し、乾燥し、圧延して、負極活物質層を形成し、総厚が１４０μｍの負極を得た。負極は４５ｍｍ幅の帯状に裁断した。

（iii）多孔質耐熱層の形成
メディアン径０．３μｍのアルミナ（絶縁性フィラー）９７０ｇと、日本ゼオン（株）製のＢＭ−７２０Ｈ（変性ポリアクリロニトリルゴム（結着剤）を８重量％含むＮＭＰ溶液）３７５ｇと、適量のＮＭＰとを、双腕式練合機で攪拌し、原料ペーストを調製した。この原料ペーストを、負極活物質層の表面に塗布し、１２０℃真空減圧下で１０時間乾燥し、厚さ０．５μｍの多孔質耐熱層を形成した。
多孔質耐熱層の空隙率は４８％であった。空隙率は、断面ＳＥＭ撮影により求めた多孔質耐熱層の厚みと、蛍光Ｘ線分析によって求めた一定面積の多孔質耐熱層中に存在するアルミナ量と、アルミナおよび結着剤の真比重と、アルミナと結着剤との重量比から計算により求めた。

（iv）非水電解質の調製
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）との体積比１：１：１の混合溶媒に、１モル／リットルの濃度でＬｉＰＦ₆を溶解させ、さらに全体の３重量％相当のビニレンカーボネートを添加して、非水電解質を得た。

（v）電池の組み立て
電極群以外を断面にした図２を参照しながら説明する。
正極と、両面に多孔質耐熱層が設けられた負極とを、これらの間に厚さ２０μｍのポリエチレン製の微多孔質フィルムからなるセパレータ（セルガード（株）製のＡ０８９（商品名））を介して捲回し、断面が略楕円形の電極群２１を構成した。
電極群２１をアルミニウム製の角型の電池缶２０に収容した。電池缶２０は、底部２０ａと、側壁２０ｂとを有する。電池缶２０の上部は開口しており、その形状は略矩形である。側壁２０ｂの主要平坦部の厚みは８０μｍとした。
その後、電池缶２０と正極リード２２または負極リード２３との短絡を防ぐための絶縁体２４を電極群２１の上部に配置した。次に、絶縁ガスケット２６で囲まれた負極端子２７を中央に有する矩形の封口板２５を、電池缶２０の開口に配置した。負極リード２３は、負極端子２７と接続した。正極リード２２は、封口板２５の下面と接続した。開口の端部と封口板２５とをレーザで溶接し、電池缶２０の開口を封口した。その後、封口板２５の注液孔から２．５ｇの非水電解質を電池缶２０に注入した。最後に、注液孔を封栓２９で溶接により塞いだ。こうして、高さ５０ｍｍ、幅３４ｍｍ、内空間の厚み約５．２ｍｍ、設計容量８５０ｍＡｈの角型リチウム二次電池を完成させた。

《電池２〜６》
電池缶の側壁の主要平坦部の厚みを１６０μｍ、３００μｍ、６００μｍ、１０００μｍまたは１５００μｍとした以外は、電池１と同様の角型リチウム二次電池２、３、４、５または６をそれぞれ作製した。

《電池７〜１２》
多孔質耐熱層の厚みを１μｍとした以外は、電池１、２、３、４、５または６と同様の角型リチウム二次電池７、８、９、１０、１１または１２をそれぞれ作製した。

《電池１３〜１８》
多孔質耐熱層の厚みを２μｍとした以外は、電池１、２、３、４、５または６と同様の角型リチウム二次電池１３、１４、１５、１６、１７または１８をそれぞれ作製した。

《電池１９〜２４》
多孔質耐熱層の厚みを３μｍとした以外は、電池１、２、３、４、５または６と同様の角型リチウム二次電池１９、２０、２１、２２、２３または２４をそれぞれ作製した。

《電池２５〜３２》
（i）電池２５〜２７、２９、３０および３２
多孔質耐熱層の厚みを４μｍとした以外は、電池１、２、３、４、５または６と同様の角型リチウム二次電池２５、２６、２７、２９、３０または３２をそれぞれ作製した。
（ii）電池２８
電池缶の側壁の主要平坦部の厚みを４００μｍとし、多孔質耐熱層の厚みを４μｍとした以外は、電池１と同様の角型リチウム二次電池２８を作製した。
（iii）電池３１
電池缶の側壁の主要平坦部の厚みを１２００μｍとし、多孔質耐熱層の厚みを４μｍとした以外は、電池１と同様の角型リチウム二次電池３１を作製した。

《電池３３〜４０》
多孔質耐熱層の厚みを７μｍとした以外は、電池２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１または３２と同様の角型リチウム二次電池３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９または４０をそれぞれ作製した。

《電池４１〜４８》
多孔質耐熱層の厚みを１０μｍとした以外は、電池２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１または３２と同様の角型リチウム二次電池４１、４２、４２、４４、４５、４６、４７または４８をそれぞれ作製した。

《電池４９〜５４》
多孔質耐熱層の厚みを２０μｍとした以外は、電池１、２、３、４、５または６と同様の角型リチウム二次電池４９、５０、５１、５２、５３または５４をそれぞれ作製した。
なお、電池２〜５４において、多孔質耐熱層の空隙率は、４６〜４９％であった。

[評価]
各電池に対し、慣らし充放電を２度行った後、４５℃環境下で７日間保存した。その後、以下の評価を行った。多孔質耐熱層の厚みＡ、電池缶の側壁の主要平坦部の厚みＢおよび評価結果を表１に示す。

（釘刺し試験）
各電池に対して、充電電流値８５０ｍＡで、終止電圧４．３５Ｖまたは４．４５Ｖまで充電を行った。２０℃環境下において、充電状態の電池の側面に、直径２．７ｍｍの鉄釘を５ｍｍ／秒の速度で突き刺し、電池温度を電池の側面に付した熱電対で測定した。９０秒後の到達温度を求めた。

（サイクル寿命試験）
２０℃環境下で、以下の条件（１）または（２）で、充放電を５００サイクル繰り返した。初期の放電容量に対する５００サイクル目の放電容量の割合（容量維持率）を百分率で求めた。
条件（１）
定電流充電：充電電流値８５０ｍＡ／充電終止電圧４．２Ｖ
定電圧充電：充電電圧値４．２Ｖ／充電終止電流１００ｍＡ
定電流放電：放電電流値８５０ｍＡ／放電終止電圧３Ｖ

条件（２）
定電流充電：充電電流値８５０ｍＡ／充電終止電圧４．２Ｖ
定電圧充電：充電電圧値４．２Ｖ／充電終止電流１００ｍＡ
定電流放電：放電電流値１７００ｍＡ／放電終止電圧３Ｖ

多孔質耐熱層の厚みＡ（μｍ）の電池缶の側壁の主要平坦部の厚みＢ（μｍ）に対する比（Ａ／Ｂ）が０．００３未満の電池３〜６、１０〜１２、１７、１８、２４および３２は、サイクル寿命特性の低下が顕著であった。この結果は、多孔質耐熱層の厚みが、電池缶の主要平坦部に対して、相対的に薄いことと関連している。薄い多孔質耐熱層は、保持できる電解質量が少ない上に、電池缶の側壁の主要平坦部からの圧力により電解質が搾り出されやすい。よって、電極群中の電解質が枯渇したと考えられる。

一方、Ａ／Ｂ比が０．０５を超える電池３３、４１、４２、４９、５０および５１は、釘刺し試験における過熱が顕著であった。これらの電池を分解したところ、釘刺しを行った箇所に限らず、一様に多孔質耐熱層が脱落していた。この結果は、多孔質耐熱層の厚みが、電池缶に対して、相対的に厚いことと関連している。厚い多孔質耐熱層は、脆くなるため、高率充電時に電極群が変形する際に崩れやすくなる。さらに、電池缶の側壁が薄いため、電極群を押し返す力も脆弱である。そのため、多孔質耐熱層が破損したと考えられる。

電池缶の側壁の主要平坦部の厚みにかかわらず、電池１〜１２は、１７００ｍＡで放電を行う厳しい充放電条件（２）では、サイクル寿命特性の低下が顕著であった。よって、多孔質耐熱層が１μｍ以下では薄すぎて、本発明の効果が小さくなると考えられる。ただし、条件（１）の場合、多孔質耐熱層が１μｍ以下でも、比較的良好な値が得られている。

電池缶の側壁の主要平坦部の厚みにかかわらず、電池４９〜５４は、条件（２）では、サイクル寿命特性の低下が顕著であった。また、４．４５Ｖまで充電した電池の釘刺し試験における過熱も、比較的顕著であった。よって、多孔質耐熱層が２０μｍ以上では、厚すぎて、本発明の効果が小さくなると考えられる。

全体的に、電池缶の側壁の主要平坦部が厚すぎると（例えば１０００μｍ超）、条件（２）におけるサイクル寿命特性が低下する傾向が見られた。また、電池缶の側壁の主要平坦部が薄すぎると（例えば８０μｍ）、４．４５Ｖまで充電した電池の釘刺し試験における過熱が進む傾向が見られた。

本発明の角型リチウム二次電池は、耐短絡性に優れ、高度な安全性を有し、かつ高率放電特性にも優れていることから、あらゆるポータブル機器（例えば携帯情報端末、携帯電子機器など）の電源として利用可能である。ただし、本発明の角型リチウム二次電池の用途は特に限定されず、家庭用小型電力貯蔵装置、自動二輪車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などの電源に用いることもできる。

本発明の角型リチウム二次電池の一部の断面概念図である。 本発明の実施例に係る角型リチウム二次電池の縦断面図である。

符号の説明

１１ 正極芯材
１２ 正極活物質層
１３ 正極
１４ 負極芯材
１４ａ 負極芯材の露出部
１５ 負極活物質層
１６ 負極
１７ セパレータ
１８ 多孔質耐熱層
１９、２０ 電池缶
２０ａ 底部
２０ｂ 側壁
２１ 電極群
２２ 正極リード
２３ 負極リード
２４ 絶縁体
２５ 封口板
２６ 絶縁ガスケット
２７ 負極端子
２９ 封栓

Claims (5)

1. 底部と側壁と上部開口とを有するアルミニウム製の角型の電池缶と、電極群と、非水電解質と、前記電極群および前記非水電解質を収容した前記電池缶の上部開口を覆う封口板とを含む角型リチウム二次電池であって、
   前記電極群は、正極と負極と、これらの間に介在する多孔質耐熱層およびセパレータからなり、
   前記側壁は、互いに対向する２つの長方形の主要平坦部を有し、
   前記多孔質耐熱層の厚みＡと、前記主要平坦部の厚みＢとが、０．００３≦Ａ／Ｂ≦０．０５を満たす、角型リチウム二次電池。
2. 前記多孔質耐熱層の厚みＡが、２〜１０μｍであり、前記主要平坦部の厚みＢが、１６０〜１０００μｍであり、０．００５≦Ａ／Ｂ≦０．０３である、請求項１記載の角型リチウム二次電池。
3. 前記電極群は、帯状の正極と帯状の負極とを、これらの間に介在する多孔質耐熱層およびセパレータとともに捲回してなり、前記正極は、正極芯材とその両面に担持された正極活物質層とを含み、前記負極は、負極芯材とその両面に担持された負極活物質層とを含み、
   前記正極および前記負極の少なくとも一方の電極において、前記芯材の両面に担持された２つの活物質層のうちの少なくとも一方の表面に、前記多孔質耐熱層が担持されている、請求項１記載の角型リチウム二次電池。
4. 前記多孔質耐熱層は、絶縁性フィラーを含む、請求項１記載の角型リチウム二次電池。
5. 前記絶縁性フィラーは、無機酸化物からなる、請求項４記載の角型リチウム二次電池。
   

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