JP4645606B2 - リチウムイオン二次電池 - Google Patents

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。

近年、環境保護のため二酸化炭素排出量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が鋭意行われている。特に、リチウムイオン二次電池は、そのエネルギー密度の高さや繰り返しの充放電に耐えうる耐久性の高さから、電動車両に好適と考えられ、各種の開発が鋭意進められている。

リチウムイオン二次電池では、リチウム複合酸化物等を活物質として用いる（例えば、特許文献１参照）。従来の活物質は高温で劣化しやすいという問題点を抱え、電流の発熱によりさらに温度が上昇すると該劣化の問題はより一層顕著となる。したがって、高温時に流れる電流をある程度抑制することによって、さらなる温度上昇を抑制する技術がある。かような技術として、特許文献２には、活物質に接する電子伝導性材料が、温度上昇とともに抵抗が増大する特性を有する発明が開示されている。特許文献２では具体的な電子伝導性材料として、ポリエチレン等の高分子に導電性材料を混合した導電性ポリマーが挙げられている。
特開２００２−７５４５５号公報 特許第３８１１３５３号公報

しかしながら、上記特許文献２は、本来良好な電子伝導特性を付与すべき電子伝導性材料が高分子と導電性材料との混合物であるため、通常の温度領域であっても電池の内部抵抗が増大するという問題点があった。また、特許文献２の技術は、高温により高分子が融解することによって、電子伝導経路およびイオン伝導経路の双方が絶たれ、電流が流れなくなるものであるが、再び通常の温度範囲に戻ったときに、可逆的に元の電池容量に戻らない虞がある。したがって、通常の温度範囲では電池の出力特性を維持しつつ、高温下に電池が保存されても耐久性に優れたリチウムイオン二次電池の開発が望まれていた。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、セパレータ、ならびに前記セパレータの両面に配置された第１電極および第２電極を有する電極積層体を含む電池要素と、前記電池要素を覆う外装材とを含むリチウムイオン二次電池であって、前記外装材が、前記電池要素の一方の側の第１外装材と前記電池要素の他方の側の第２外装材とからなり、前記第１外装材の線膨張係数（α１）が前記第２外装材の線膨張係数（α２）よりも大きく、α１とα２との差が、５×１０ ^−６ 〜５０×１０ ^−６ ／℃であり、前記第１外装材の平均厚みｄ１およびヤング率σ１、ならびに前記第２外装材の平均厚みｄ２およびヤング率σ２が、ｄ１×σ１＜ｄ２×σ２の関係を満たすことを特徴とするリチウムイオン二次電池を提供する。

本発明のリチウムイオン二次電池は、温度変化が激しい環境下に設置されても耐久性に優れるため、自動車などの車両に適用することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみには制限されない。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

図１は、第１実施形態のリチウムイオン二次電池の概要を示す断面図である。

図１に示す第１実施形態のリチウム二次電池１０は、実際に充放電反応が進行する電池要素２１を含む。当該電池要素２１は、複数の電極積層体２２を含む。電極積層体２２は、セパレータ１５、該セパレータ１５の両面に配置された第１電極（正極活物質層１３）および第２電極（負極活物質層１４）を含む。活物質層は、活物質、バインダー、必要に応じてその他の添加剤を含む。各正極活物質層間および最外層正極活物質層に接するように、正極集電体１１が配置される。また、各負極活物質層間に、負極集電体１２が配置される。すなわち、電池要素２２は、複数の電極積層体２２および複数の各集電体（正極集電体１１および負極集電体１２）から構成される。また、図１に示す形態において、セパレータ１５は、電解質を保持している。集電体、セパレータ、活物質およびバインダー等は従来公知のものを使用することができる。

さらに、正極集電体１１および負極集電体１２は、各々正極端子２３、負極端子２４に電気的に接続される。そして、これらの正極端子２３および負極端子２４が外部に導出するように、電池要素２２が、第１外装材２５および第２外装材２６からなる外装材内に封止されている。

なお、図１に示すリチウムイオン二次電池１０においては、負極活物質層１４が正極活物質層１３よりも一回り小さいが、かような形態のみには制限されない。正極活物質層１３と同じかまたは一回り大きい負極活物質層１４もまた、用いられうる。

以下、本実施形態のリチウムイオン二次電池１０の特徴的な構成について、詳細に説明する。

第１実施形態の特徴は、第１外装材の線膨張係数（α１）が第２外装材の線膨張係数（α２）よりも大きいことである。線膨張係数（α）とは、温度の上昇に対応して物体の長さが変化する割合を指すパラメータであり、物体の長さをＬ、温度をＴとしたときに、線膨張係数（α）は、物体の長さをＬ、温度をＴとしたときに、

で表される。すなわち、αが大きいほど、一定の温度上昇応じた長さの変化割合が大きいことを意味する。

外装材に用いられうる材料としては、炭素繊維強化プラスチック、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ガラス繊維強化プラスチック、ポリエーテルサルホン、ポリサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリイミドなどの樹脂系材料が挙げられる。また、インバー合金；エリンバー合金；コバール合金；純チタン、αおよびβチタン合金；りん青銅、ベリリウム銅またはキュプロニッケルなどの銅系合金；フェライト系ステンレスまたはＳＵＳ３１６などのオーステナイト系ステンレスなどのステンレス；インコネル（登録商標）、インコロイ（登録商標）、ハステロイ（登録商標）などのニッケル系合金；ＡＺ３１、ＡＺ９１などのマグネシウム系合金；アルミニウムおよびアルミニウム系合金（Ａｌ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金、アルミ黄銅）；などの金属化合物の少なくとも１種を心材とし、電池外側にはポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリオレフィン、アイオノマー、非晶性ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド等、電池内側にはポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリオレフィン、アイオノマー、エチレン−酢酸ビニル共重合体等の電気的絶縁層を外装にコーティングしたラミネート材を用いることもできる。なお、該電気的絶縁層は、金属材料の線膨張係数に影響を与えない程度に薄くコーティングすることが好ましく、この場合、外層材の線膨張係数は金属材料の線膨張係数とする。

第一外装材および第二外装材に用いられうる材料と線膨張係数を表１に記載した。

α１とα２との関係は、α１＞α２を満たせば、特に限定されないが、本発明の効果がより顕著に発揮されるため、α１とα２との線膨張係数の差が、５×１０^−６〜５０×１０^−６であることが好ましく、１０×１０^−６〜２０×１０^−６／℃であることがより好ましい。

かような組合わせとして好ましいものは、表１の材料群の記号を用いて、第１外装材、第２外装材の順に、ＢとＡ；Ｃ１とＡおよび／またはＢ；Ｃ２とＡおよび／またはＢ；Ｄ１とＡ、Ｂ、Ｃ２およびＣ３からなる群から選ばれる少なくとも１種；Ｄ２とＡ、Ｂ、Ｃ２およびＣ３からなる群から選ばれる少なくとも１種；Ｄ３とＡ、Ｂ、Ｃ２およびＣ３からなる群から選ばれる少なくとも１種；ＥとＡ、Ｂ、Ｃ２、Ｃ３、Ｄ１、Ｄ２およびＤ３からなる群から選ばれる少なくとも１種である。さらに好ましくは、表１の材料群の記号を用いて、第１外装材、第２外装材の順に、Ｃ１とＡ；Ｃ２とＡ；Ｄ１とＢ；Ｄ２とＢ；Ｄ３とＢ；ＥとＣ２および／またはＣ３である。

なお、本発明において、線膨張係数は、樹脂系材料の場合、２０〜１２０℃におけるＪＩＳ Ｋ ７１９７に規定されるＴＭＡ法によって算出される。また、ラミネートフィルム材の心材が金属材料の場合も、該金属材料の線膨張係数は、ＪＩＳ Ｋ ７１９７に規定されるＴＭＡ法によって算出される。線膨張係数の測定は、熱機械分析装置（株式会社島津製作所製 ＴＭＡ−６０／６０Ｈ）を用いて測定される。

電池が高温環境下に置かれると、第１および第２外装材はともに膨張を始めるが、第１外装材の線膨張係数α１は、第２外装材の線膨張係数α２よりも大きいので、第１外装材には圧縮応力、第２外装材には、引っ張り応力が作用する。このため、第１外装材が電池外側に凸状に変形し、電池内部の体積が増加するため、電極積層体の積層圧力が緩む。これにより、電池の内部抵抗が増大し、または導電路が切断され、電流を遮断し、さらなる温度上昇を抑制することができる。このため、温度上昇による活物質の劣化が抑制され、耐久性に優れた電池となる。また、温度が一旦元に戻れば、外装材の電池外側への凸状の変形が少なくなり、正常状態の外形に戻るため、通常の温度範囲では電池の出力特性が維持される。

第１実施形態において、第１外装材の平均厚みｄ１、ヤング率σ１、前記第２外装材の平均厚みｄ２、ヤング率σ２において、ｄ１×σ１＜ｄ２×σ２の関係を満たすことが好ましい。かような関係を満たすことによって、第１の外装材が自由膨張しようとすると、第２の外装材がその膨張を妨げるように作用するため、第１の外装材が電池外側に凸状に変形するという本発明の効果がより顕著に発揮される。

なお、本発明においてヤング率は、ＪＩＳ Ｚ ２２８０の横共振法において、使用材料と同組成の４０×５０×１ｍｍの試験金属片を用いて、２９８Ｋにおける測定によって算出される。

外装材のヤング率は特に限定されるものではないが、通常、２０〜２５ＧＰａであり、また、外装材の平均厚みは、通常１００〜２００μｍである。

なお、図１では、正面向かって上側の外装材を第１外装材としたが、下側の外装材を第１外装材としてもよい。すなわち、第１実施形態は、各外装材の線膨張係数が異なるものであれば、あらゆる形態の電池を含むものである。

また、第１実施形態の変形例としては、リチウムイオン二次電池は、いわゆる双極型電池（電極積層体が直列に接続された形態）であってもよい。双極型電池の一例を図２に図示する。図２に示すリチウム二次電池１０は、実際に充放電反応が進行する電池要素２１からなる。当該電池要素２１は、複数の電極積層体２２を含む。電極積層体２２は、セパレータ１５、該セパレータ１５の両面に配置された第１電極（正極活物質層１３）および第２電極（負極活物質層１４）を含む。正極活物質層と負極活物質層との間および最外層活物質層に接するように、集電体１６が配置される。すなわち、電池要素２２は、複数の電極積層体２２および複数の集電体１６から構成される。また、図２に示す形態において、セパレータ１５は、電解質を保持している。

さらに、正極用最外層集電体１６ａは、電気的に接続された正極端子２３に、負極用最外層集電体１６ｂは、電気的に接続された負極端子２４に接続される。そして、これらの正極端子２３および負極端子２４が外部に導出するように、電池要素２２が、第１外装材２５および第２外装材２６からなる外装材内に封止されている。

図３は、第１実施形態の変形例であるリチウムイオン二次電池の概要を示す断面図である。なお、電池要素は、図１と同じであるため、ここでは省略する。

図３のリチウムイオン二次電池では、第１実施形態の第２外装材２６の一部に余裕代が設けられている。ここでいう「余裕代」とは、電池の内部方向または外部方向に外装材を屈曲させた部位を指す。

余裕代は、伸展による電池内部の容積変化が極力小さくなるように設けることが望ましく、具体的には、例えば、図３に示すように、内部方向に屈曲させた部位と外部方向に屈曲させた部位とを組み合わせることが好ましい。

第２外装材に余裕代を設ける場合、外装材の材料は、ばね性を有することが好ましい。かような材料としては、インバー合金；エリンバー合金；コバール合金；純チタン、αおよびβチタン合金；りん青銅、ベリリウム銅またはキュプロニッケルなどの銅系合金；フェライト系ステンレスまたはＳＵＳ３１６などのオーステナイト系ステンレスなどのステンレス；インコネル（登録商標）、インコロイ（登録商標）、ハステロイ（登録商標）などのニッケル系合金；ＡＺ３１、ＡＺ９１などのマグネシウム系合金などの金属化合物を心材とし、電気的絶縁層を外装にコーティングしたラミネート材が挙げられる。

こうして、第２の外装材に余裕代を設けることにより、ある温度までは余裕代が伸展し、第１外装材が変形することなく、自由膨張するため、正常動作範囲における電池特性が維持される。余裕代が伸展しきると、第２外装材が第１外装材の自由膨張を妨げるようになり、第１外装材が外側に凸状に変形するようになる。

余裕代は、冷間プレスで曲げ加工部位を形成することによって容易に得ることができるが、この方法に限るものではない。

図４は、第２実施形態のリチウムイオン二次電池の概要を示す断面図である。図４を用いて本実施形態を説明すると、本実施形態のリチウムイオン二次電池は、第１電池要素４１および第２電池要素４２と、第１電池要素４１および第２電池要素４２に挟持されてなる第３部材４３とを有する。また、第１電池要素４１が第３部材４３と接する側と対向する側で第１電池要素を覆う第１外装材２５と、第２電池要素４２が第３部材４３と接する側と対向する側で第２電池要素を覆う第２外装材２６と、を含む。第３部材４３は、第１外装材２５および第２外装材２６の双方と外周部で接合されている。

また、第１正極端子４４および第２正極端子４５、ならびに第１負極端子４６および第２負極端子４７はそれぞれ電気的に接続される（図示せず）。なお、図４では、第１および第２電池要素から、同極を同方向に引き出しており、それぞれの極同士を接合しているが、かように接合する以外に、接合せずにそのままにしておき、組み電池にする際、一緒にクランプしても良い。また、第１および第２電池要素から、異極を同方向に引き出してもよく、この場合は、片側の端子電極のみを接合することにより、電圧２倍の電池を得ることができる。

第１電池要素および第２電池要素は第１の実施形態の電池要素と同じものを用いることができ（図１および図２の電池要素と同じものを用いることができ）、また、第１電池要素と第２電池要素は同じものであっても、異なるものであってもよい。

第３部材を構成する材料は、最外層部分が電池絶縁性であれば、特に限定されず、上記第１外装材および第２外装材で用いられる材料と同じものが用いられうる。

本実施形態において、第１外装材の線膨張係数（α１）、第２外装材の線膨張係数（α２）および第３部材の線膨張係数（α３）は、α１≧α３＞α２の関係を満たす。

電池の温度が上昇すると、第１外装材、第２外装材および第３部材は膨張を始めるが、第１外装材および第３部材の線膨張係数α１およびα３は、第２外装材の線膨張係数α２よりも大きいので、第１外装材には圧縮応力、第２外装材には引っ張り応力が作用する。

また、第２実施形態においては、第１外装材および第３部材の厚さｄ１およびｄ３、ヤング率σ１およびσ３、第２外装材の厚さｄ２、ヤング率σ２が、（ｄ１×σ１＋ｄ３×σ３）＜ｄ２×σ２なる関係を満たす。第２外装材が第１外装材および第３部材の自由膨張を妨げることになり、第１外装材は電池外側に、第３部材は第１の外装材側に、それぞれ凸状に変形する。

第１外装材および第３部材の線膨張係数がα１＞α３＞α２である場合、第１外装材の変形量は、第３部材の変形量よりも大きく、第１外装材と第３部材との間（第１電池要素が配置されている空間）、および第３部材と第２外装材との間（第２電池要素が配置されてなる空間）で、ともに電池内部の空間が増加する。この電池内部の体積の増加により、第１および第２電池要素の双方の電極積層体の積層圧力が緩む。このため、電池の内部抵抗が増大し、または導電路が切断され、電流を遮断し、さらなる温度上昇を抑制することができる。このため、温度上昇による活物質の劣化が抑制され、耐久性に優れた電池となる。また、温度が一旦元に戻れば、外装材の電池外側への凸状の変形が少なくなり、正常状態の外形に戻るため、通常の温度範囲では電池の出力特性が維持される。

また、第３部材を配置することにより、外装材のみからなる電池と比較して、電池の物理的強度が向上する。また、金属を心材とするラミネートを用いた場合、冷却性能の低減も抑制されうる。さらに、双極型二次電池の場合は、２つの電池が第３部材を介して一体化することとなる。本来２つの電池を並列に接続するには４枚の外装材が必要であるのに対し、３枚の部材で済むため、電池の小型化、およびコストの削減が達成されうる。

図５は、第２実施形態の変形例である。図５のリチウムイオン二次電池では、第２実施形態の第２外装材の一部に余裕代が設けられている。線膨張係数が一番小さい第２外装材に余裕代を設けることにより、ある温度までは余裕代が伸展し、第１外装材および第３部材が変形することなく、自由膨張するため、正常動作範囲における電池特性が維持される。余裕代が伸展しきると、第２外装材が第１外装材および第３部材の自由膨張を妨げるようになり、第１外装材は外側に凸状に、第３部材は第１外装材側に凸状に変形するようになる。なお、電池要素は、図４と同じであるため、ここでは省略する。該余裕代は、上記図３の欄で述べたものと同様のものを設けることができる。

本発明の第３実施形態は、第２実施形態のリチウムイオン二次電池において、第３部材の線膨張係数（α３）が、α１≧α２＞α３の関係を満たすことが異なる以外は、第２実施形態のリチウムイオン二次電池と同じリチウムイオン二次電池である。第３実施形態においては、電池の温度が上昇すると、第１外装材、第２外装材および第３部材は、膨張を始めるが、第１外装材および第２外装材の線膨張係数α１およびα２は、第３部材の線膨張係数α３よりも大きいので、第１外装材および第２外装材には圧縮応力、第３部材には、引っ張り応力が作用する。このため、第１外装材および第２外装材が、電池外側に凸状に変形する。この凸状の変形によって、電池内部の体積が増加し、電極積層体の積層圧力が緩むため、電池の内部抵抗の増大、または導電路の切断によって、電流を遮断し、温度上昇を抑制することができる。このため、温度上昇による活物質の劣化が抑制され、耐久性に優れた電池となる。また、温度が一旦元に戻れば、外装材の電池外側への凸状の変形が少なくなり、正常状態の外形に戻るため、通常の温度範囲では電池の出力特性が維持される。

また、第３実施形態において、第１および第２の外装材の厚さｄ１およびｄ２、ヤング率σ１およびσ２、第３の部材の厚さｄ３、ヤング率σ３が、（ｄ１×σ１＋ｄ２×σ２）＜ｄ３×σ３なる関係を満たすようにすると、第３部材が第１および第２の外装材の自由膨張を妨げることになり、本発明の効果がより顕著に発揮されるため、好ましい。

図６は、第３実施形態の変形例である。図６のリチウムイオン二次電池では、第３実施形態の第３部材の一部に余裕代が設けられている。なお、電池要素は、図４と同じであるため、ここでは省略する。該余裕代は、上記図３の欄で述べたものと同様のものを設けることができる。

本発明の第４実施形態は、第２実施形態および第３実施形態において、第３部材が、第１の部材および第２の部材よりも外部に突出してなるリチウムイオン二次電池である。第４実施形態の断面模式図を図７に示す。図７に示すように、第３部材４３は、第１外装材２５および第２外装材２６の外部に突出している。第３部材の突出部分は、電池内部で発生した熱を、効果的に放熱する効果を有するため、電池の冷却効果が向上し、電池内部の温度上昇が抑制され、電池の劣化を防止することができる。

図８は、第４実施形態の好ましい例を電池の積層方向から見た正面図である。図８のリチウムイオン二次電池においては、第１外装材２５および第２外装材（図示せず）の接合部よりも外側に突出している第３部材の部位をフィン形状としている。第３部材の突出部をフィン形状にすることで、フィン間の隙間に空気流が通過し、放熱効果がより向上する。

フィン形状は、放熱効果を発揮するものであれば、特に限定されないが、具体例としては、図９および図１０または図１２および図１３のフィン形状が挙げられる。図９は、フィン形状である第３部材の一部を示す正面図、図１０は図９のＸ−Ｘ線に沿う側面図である。図９のフィン形状は、図１１に示すように、第３部材４３に三角形に切り込みを入れ、図の点線部分で互い違い（山折、谷折）に面から浮かせる方法で作製される。また、図１２は、他のフィン形状である第３部材の一部を示す正面図、図１３は図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿う側面図である。図１２のフィン形状は、図１４に示すように、第３部材４３に直線の切り込みを入れ、短冊状になった部分を捻る方法で作製される。

本実施形態では、第３部材の突出部をフィン形状とすることにより、放熱効果を得ているが、特にこれに限定されるものではなく、その他の放熱効果を得る方法として、第３部材をヒートシンクに接触、固定し、放熱させる方法も挙げられる。

以上の実施形態において、第３部材は、第１外装材および第２外装材の双方の電池外周部で固着、接合されてなる。かような形態は、耐久性、および放熱性の効果の観点からすると、好ましい実施形態である。しかしながら、本発明においては、第３部材は、第１外装材および第２外装材の双方の電池外周部の一部で固着、接合されてなる実施形態であってもよい（第５実施形態）。図１５（正面図）に示すように、第５実施形態では、外周部の端子が接続されていない側において、第３部材４３が固着、接合されてなる。かような形態であれば、端子部分の構造を変更することなく、第３部材を設けることができるため、生産性の観点から好ましい。図１６は、図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿う断面図である。

上記すべての実施例において、電流遮断効果は、外装材を積極的に電池外側へ変形させることによって、電池内部の電解質の部分的な気化を促進することにより、発現している。そのため、高温条件下の場合、さらに高温に上昇する前に電流遮断効果によって発熱が抑制されると、電解質は再び液化するとともに、外装材の電池外側への凸状の変形が小さくなり、正常状態に戻るという過程をたどることになる。

また、仮に誤使用などにより電池内が発熱し、内部破壊が起きてしまう危険性があるので、電池外側へ凸状に変形する外装材に、ある変形量を超えた場合、変形が塑性的になるようなものを使用することも可能である。このような部材の例として、例えばメッシュ状の薄層部を含む外装材を使用することができるが、これに限るものではない。

第６実施形態では、上記の第１〜第５実施形態のリチウムイオン二次電池を複数個、並列および／または直列に接続して、組電池を構成する。

組電池を構成する複数個の非水電解質二次電池を接続する際の接続方法は特に制限されず、従来公知の手法が適宜採用されうる。例えば、超音波溶接、スポット溶接などの溶接を用いる手法や、リベット、カシメなどを用いて固定する手法が採用されうる。かような接続方法によれば、組電池の長期信頼性が向上しうる。

本実施形態の組電池によれば、上記の第１〜第５の実施形態のリチウムイオン二次電池を用いて組電池化することで、容量特性が充分に確保されつつ、高出力条件下においても充分な出力を発揮しうる組電池が提供されうる。

第７実施形態では、上記の第１〜第５実施形態のリチウムイオン二次電池、または上記の第６実施形態の組電池をモータ駆動用電源として搭載して、車両を構成する。リチウムイオン二次電池または組電池をモータ用電源として用いる車両としては、例えば、ガソリンを用いない完全電気自動車、シリーズハイブリッド自動車やパラレルハイブリッド自動車などのハイブリッド自動車、および燃料電池自動車などの、車輪をモータによって駆動する自動車が挙げられる。第１〜第５実施形態のリチウムイオン二次電池、または上記の第６実施形態の組電池は、高温耐久性に優れるため、高温になりやすい部品の近辺であっても、電池を配置することが可能となり、車両の車載性という観点からも、車両に本発明のリチウムイオン二次電池または組電池を用いることは好ましい。参考までに、図１７に、組電池１００を搭載する自動車２００の概略図を示す。自動車２００に搭載される組電池１００は、上記で説明したような特性を有する。このため、組電池１００を搭載する自動車２００は出力特性に優れ、高出力条件下においても充分な出力を提供しうる。

第１実施形態のリチウムイオン二次電池を示す断面図である。 双極型である第１実施形態のリチウムイオン二次電池を示す断面図である。 第１実施形態の変形例であるリチウムイオン二次電池を示す断面図である。 第２実施形態のリチウムイオン二次電池を示す断面図である。 第２実施形態の変形例であるリチウムイオン二次電池を示す断面図である。 第３実施形態の変形例であるリチウムイオン二次電池を示す断面図である。 第４実施形態のリチウムイオン二次電池を示す断面図である。 第４実施形態の好ましいリチウムイオン二次電池を示す正面図である。 フィン形状の具体例を示す正面図である。 フィン形状の具体例を示す側面図である。 図９のフィン形状の作成方法を示す正面図である。 フィン形状の他の具体例を示す正面図である。 フィン形状の他の具体例を示す側面図である。 図１２のフィン形状の作成方法を示す正面図である。 第５実施形態のリチウムイオン二次電池を示す正面図である。 第５実施形態のリチウムイオン二次電池を示す断面図である。 第６実施形態の組電池を搭載する第７実施形態の自動車を示す概略図である。

符号の説明

１０ リチウムイオン二次電池、
１１ 正極集電体、
１２ 負極集電体、
１３ 正極活物質層、
１４ 負極活物質層、
１５ セパレータ、
１６ 集電体、
１６ａ、１６ｂ 最外層集電体、
２１ 電池要素、
２２ 電極積層体、
２３ 正極端子、
２４ 負極端子、
２５ 第１外装材、
２６ 第２外装材、
３１ 絶縁層、
４１ 第１電池要素、
４２ 第２電池要素、
４３ 第３部材、
４４ 第１正極端子、
４５ 第２正極端子、
４６ 第１負極端子、
４７ 第２負極端子、
１００ 組電池、
２００ 自動車。

Claims (8)

1. セパレータ、ならびに前記セパレータの両面に配置された第１電極および第２電極を有する電極積層体を含む電池要素と、前記電池要素を覆う外装材とを含むリチウムイオン二次電池であって、
   前記外装材が、前記電池要素の一方の側の第１外装材と前記電池要素の他方の側の第２外装材とからなり、前記第１外装材の線膨張係数（α１）が前記第２外装材の線膨張係数（α２）よりも大きく、α１とα２との差が、５×１０ ^−６ 〜５０×１０ ^−６ ／℃であり、
   前記第１外装材の平均厚みｄ１およびヤング率σ１、ならびに前記第２外装材の平均厚みｄ２およびヤング率σ２が、ｄ１×σ１＜ｄ２×σ２の関係を満たすことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
2. 前記第１外装材および第２外装材が外周部で接合されてなる接合部を有し、第１外装材が自由膨張するように伸展する、電池の内部方向または外部方向に屈曲させた部位を前記接合部の内側の第２外装材に設ける、請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
3. セパレータ、ならびに前記セパレータの両面に配置された第１電極および第２電極を有する電極積層体を含む第１電池要素ならびに第２電池要素と、
   前記第１電池要素および前記第２電池要素により挟持された第３部材と、
   前記第１電池要素が前記第３部材と接する側と対向する側で前記第１電池要素を覆う第１外装材と、
   前記第２電池要素が前記第３部材と接する側と対向する側で前記第２電池要素を覆う第２外装材と、
   を含み、前記第３部材は、前記第１外装材および前記第２外装材の双方と外周部の少なくとも一部で接合され、
   前記第１外装材の線膨張係数（α１）、前記第２外装材の線膨張係数（α２）および前記第３部材の線膨張係数（α３）が、α１＞α３＞α２の関係を満たし、α１およびα３、ならびにα２およびα３との差が、５×１０ ^−６ 〜５０×１０ ^−６ ／℃であり、
   前記第１外装材の平均厚みｄ１およびヤング率σ１、前記第２外装材の平均厚みｄ２およびヤング率σ２、ならびに前記第３部材の平均厚みｄ３およびヤング率σ３が、（ｄ１×σ１＋ｄ３×σ３）＜ｄ２×σ２の関係を満たすリチウムイオン二次電池。
4. 前記第２外装材および第３部材が外周部で接合されてなる接合部を有し、前記第１外装材および第３部材が自由膨張するように伸展する、電池の内部方向または外部方向に屈曲させた部位を前記接合部の内側の第２外装材に設ける、請求項３に記載のリチウムイオン二次電池。
5. セパレータ、ならびに前記セパレータの両面に配置された第１電極および第２電極を有する電極積層体を含む第１電池要素ならびに第２電池要素と、
   前記第１電池要素および前記第２電池要素により挟持された第３部材と、
   前記第１電池要素が前記第３部材と接する側と対向する側で前記第１電池要素を覆う第１外装材と、
   前記第２電池要素が前記第３部材と接する側と対向する側で前記第２電池要素を覆う第２外装材と、
   を含み、前記第３部材は、前記第１外装材および前記第２外装材の双方と外周部の少なくとも一部で接合され、前記第１外装材の線膨張係数（α１）、前記第２外装材の線膨張係数（α２）および前記第３部材の線膨張係数（α３）が、α１＞α２＞α３の関係を満たし、α１およびα２、ならびにα２およびα３との差が、５×１０ ^−６ 〜５０×１０ ^−６ ／℃であり、前記第１外装材の平均厚みｄ１およびヤング率σ１、前記第２外装材の平均厚みｄ２およびヤング率σ２、ならびに前記第３部材の平均厚みｄ３およびヤング率σ３が、（ｄ１×σ１＋ｄ２×σ２）＜ｄ３×σ３の関係を満たすことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
6. 前記第１外装材および第３部材ならびに前記第２外装材および第３部材が外周部で接合されてなる接合部を有し、第１外装材および第２外装材が自由膨張するように伸展する、電池の内部方向または外部方向に屈曲させた部位を前記接合部の内側の第３部材に設ける、請求項５に記載のリチウムイオン二次電池。
7. 前記第３部材が、前記第１外装材および前記第２外装材よりも外部に突出してなる、請求項３〜６のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池。
8. 前記第３部材が、フィン形状を有する、請求項７に記載のリチウムイオン二次電池。

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