JP5445352B2 - 非水電解質二次電池、車両及び電池使用機器 - Google Patents
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Description
本発明は、長尺状の正電極板と、長尺状の負電極板と、これらの間に介在して電気的に絶縁する長尺状のセパレータとを互いに重ねて捲回してなる捲回型電極体を備える非水電解質二次電池に関する。また、この非水電解質二次電池を搭載する車両、及び、この非水電解質二次電池を搭載する電池使用機器に関する。
従来より、長尺状の正電極板と、長尺状の負電極板と、これらの間に介在して電気的に絶縁する長尺状のセパレータとを互いに重ねて捲回してなる捲回型電極体を備える非水電解質二次電池が知られている。捲回型電極体におけるセパレータの部位としては、正電極板と負電極板との間に介在しつつ捲回される部位、この部位から延びて、正電極板及び負電極板よりも外周（径方向外側）に配置される部位などがある。捲回型電極体の外周部分にセパレータを配置するのは、正電極板及び負電極板と電池ケースとが接触して短絡することを、セパレータの介在により確実に防止するためである。このような形態の非水電解質二次電池に関連する従来技術として、例えば下記の特許文献が挙げられる。
しかしながら、上述した形態の非水電解質二次電池では、捲回型電極体の外周部分がセパレータで覆われており、セパレータ自体は熱伝導性が低いため、捲回型電極体の放熱性が低いという問題がある。捲回型電極体の放熱性は、非水電解質二次電池の耐久性や、過充電時など捲回型電極体の発熱が大きくなったときの安全性を考慮する上で重要な事項である。
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、外周部分がセパレータで覆われた捲回型電極体を備える非水電解質二次電池において、捲回型電極体の放熱性を向上させた非水電解質二次電池、この非水電解質二次電池を搭載する車両、及び、この非水電解質二次電池を搭載する電池使用機器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、長尺状の正電極板、長尺状の負電極板、及び、これら正電極板と負電極板との間に介在して電気的に絶縁する長尺状のセパレータを互いに重ねて捲回してなる捲回型電極体と、前記捲回型電極体を収容する電池ケースと、を備える非水電解質二次電池であって、前記セパレータは、前記正電極板と前記負電極板との間に介在しつつ捲回されてなるセパレータ電極間部、及び、このセパレータ電極間部から延び、前記正電極板及び前記負電極板よりも外周に位置して、前記正電極板及び前記負電極板と前記電池ケースとの間を電気的に絶縁するセパレータ外周部を含むセパレータ本体と、前記セパレータ本体上に層状に形成され、前記セパレータ本体よりも高い熱伝導性を有する熱伝導層であって、前記セパレータ外周部上に形成された熱伝導層外周部、及び、この熱伝導層外周部から延び、前記セパレータ電極間部上に形成された熱伝導層電極間部を含む熱伝導層と、を有し、前記熱伝導層外周部の厚みを、前記熱伝導層電極間部の厚みよりも大きくしてなる非水電解質二次電池である。
この非水電解質二次電池では、捲回型電極体を構成するセパレータが、セパレータ本体と、このセパレータ本体上に層状に形成され、このセパレータ本体よりも高い熱伝導性を有する熱伝導層とを有する。この熱伝導層は、少なくとも、セパレータ外周部上に形成された熱伝導層外周部を含んでいる。このため、捲回型電極体の内部で発生した熱が、この熱伝導層外周部及びセパレータが接する電池ケースを通じて、電池外部に放熱されるので、捲回型電極体の放熱性を、熱伝導層を設けない場合よりも向上させることができる。
更に、この非水電解質二次電池では、熱伝導層は、前述の熱伝導層外周部から延び、セパレータ電極間部に形成された熱伝導層電極間部を含んでいる。このため、捲回型電極体の内部で発生した熱が、この熱伝導層電極間部を通じて、これに繋がる熱伝導層外周部に伝わり、更にセパレータが接する電池ケースを通じて、電池外部に放熱されるので、捲回型電極体の放熱性が更に良好となる。
ところで、熱伝導層のうち熱伝導層電極間部の厚みを厚くすると、放熱性が向上し、非水電解質二次電池の耐久性が向上する。しかし、熱伝導層電極間部の存在によりセパレータを介したイオンの移動が阻害され易く、電池出力が低下しがちになる。一方、熱伝導層のうち熱伝導層外周部の厚みを厚くするのは、このような問題が生じず、むしろ熱が径方向外側（セパレータの長手方向）に向けて伝わり易くなる。
これに対し、この非水電解質二次電池では、熱伝導層外周部の厚みを熱伝導層電極間部の厚みよりも大きくしているので、電池出力の低下を抑制しつつ、熱が径方向外側（セパレータの長手方向）に向けて伝わり易くして、捲回型電極体の放熱性を良くすることができる。従って、非水電解質二次電池の耐久性を向上させることができる。
なお、熱伝導層外周部の厚みを、熱伝導層電極間部の厚みの１．５倍〜３．５倍とするのが特に好ましい。
更に、この非水電解質二次電池では、熱伝導層は、前述の熱伝導層外周部から延び、セパレータ電極間部に形成された熱伝導層電極間部を含んでいる。このため、捲回型電極体の内部で発生した熱が、この熱伝導層電極間部を通じて、これに繋がる熱伝導層外周部に伝わり、更にセパレータが接する電池ケースを通じて、電池外部に放熱されるので、捲回型電極体の放熱性が更に良好となる。
ところで、熱伝導層のうち熱伝導層電極間部の厚みを厚くすると、放熱性が向上し、非水電解質二次電池の耐久性が向上する。しかし、熱伝導層電極間部の存在によりセパレータを介したイオンの移動が阻害され易く、電池出力が低下しがちになる。一方、熱伝導層のうち熱伝導層外周部の厚みを厚くするのは、このような問題が生じず、むしろ熱が径方向外側（セパレータの長手方向）に向けて伝わり易くなる。
これに対し、この非水電解質二次電池では、熱伝導層外周部の厚みを熱伝導層電極間部の厚みよりも大きくしているので、電池出力の低下を抑制しつつ、熱が径方向外側（セパレータの長手方向）に向けて伝わり易くして、捲回型電極体の放熱性を良くすることができる。従って、非水電解質二次電池の耐久性を向上させることができる。
なお、熱伝導層外周部の厚みを、熱伝導層電極間部の厚みの１．５倍〜３．５倍とするのが特に好ましい。
なお、「セパレータ外周部」は、前述のように、セパレータ本体のうち、正電極板及び負電極板よりも外周（径方向外側）に位置する部位であり、捲回された正電極板及び負電極板の周りに、一回だけ捲回したものでもよいし、複数回捲回したものでもよい。
また、「セパレータ外周部」は、前述のように、セパレータ本体のうち、正電極板及び負電極板と電池ケースとの間を電気的に絶縁する部位である。但し、捲回型電極体を袋状の樹脂フィルム内に収容するなどして、捲回型電極体と電池ケースとの間に、更に樹脂フィルムなどの電気絶縁体を介在させることもできる。このようにすることで、捲回型電極体と電池ケースとの間の電気的絶縁を、より確実にすることができる。
また、「セパレータ外周部」は、前述のように、セパレータ本体のうち、正電極板及び負電極板と電池ケースとの間を電気的に絶縁する部位である。但し、捲回型電極体を袋状の樹脂フィルム内に収容するなどして、捲回型電極体と電池ケースとの間に、更に樹脂フィルムなどの電気絶縁体を介在させることもできる。このようにすることで、捲回型電極体と電池ケースとの間の電気的絶縁を、より確実にすることができる。
「熱伝導層」は、上述のように、セパレータ本体上に形成された層であり、セパレータのなす２つの主面のうち、少なくとも一方の主面に形成されていればよい。「熱伝導層」に含まれる「熱伝導外周部」も同様に、セパレータ外周部をなす２つの主面のうち、少なくとも一方の主面に形成されていればよい。また、「熱伝導層」は、電気絶縁性を有する層でもよいし、導電性を有する層でもよい。
更に、上記の非水電解質二次電池であって、前記熱伝導層は、電気絶縁性を有すると共に、前記セパレータ本体よりも高い耐熱性を有する非水電解質二次電池とすると良い。
この非水電解質二次電池では、熱伝導層が電気絶縁性を有すると共にセパレータ本体よりも高い耐熱性を有するので、電池の異常発熱などによりセパレータ本体が収縮軟化した場合でも、この熱伝導層の存在により、セパレータの形態を保ち易くなり、捲回型電極体と電池ケースとの短絡や、正電極板と負電極板との短絡を防止できる。
なお、熱伝導層には、電気絶縁性と３００℃以上の耐熱性を有する材料、更には５００℃以上の耐熱性を有する材料を含有させるのが好ましい。このような材料としては、例えば、絶縁性の無機粒子を用いることができる。このような無機粒子としては、アルミナ、マグネシア、ジルコニア、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、窒化ケイ素や窒化アルミニウム等の窒化物、炭化ケイ素や炭化チタン等のカーバイド、ホウ化チタン等のホウ化物などの粒子が挙げられる。
なお、熱伝導層には、電気絶縁性と３００℃以上の耐熱性を有する材料、更には５００℃以上の耐熱性を有する材料を含有させるのが好ましい。このような材料としては、例えば、絶縁性の無機粒子を用いることができる。このような無機粒子としては、アルミナ、マグネシア、ジルコニア、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、窒化ケイ素や窒化アルミニウム等の窒化物、炭化ケイ素や炭化チタン等のカーバイド、ホウ化チタン等のホウ化物などの粒子が挙げられる。
また、他の態様は、上記のいずれかに記載の非水電解質二次電池を搭載し、この非水電解質二次電池による電気エネルギーを動力源の全部または一部に使用する車両である。
前述の非水電解質二次電池は、前述したように、捲回型電極体の放熱性が良好で、非水電解質二次電池の耐久性が高いので、この非水電解質二次電池を搭載する車両の耐久性を良好にすることができる。
なお、「車両」としては、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド鉄道車両、フォークリフト、電気車いす、電動アシスト自転車、電動スクータなどが挙げられる。
なお、「車両」としては、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド鉄道車両、フォークリフト、電気車いす、電動アシスト自転車、電動スクータなどが挙げられる。
また、他の態様は、上記のいずれかに記載の非水電解質二次電池を搭載し、この非水電解質二次電池をエネルギー源の少なくとも１つとして使用する電池使用機器である。
前述の非水電解質二次電池は、前述したように、捲回型電極体の放熱性が良好で、非水電解質二次電池の耐久性が高いので、この非水電解質二次電池を搭載する電池使用機器の耐久性を良好にすることができる。
なお、「電池搭載機器」としては、例えば、パーソナルコンピュータ、携帯電話、電池駆動の電動工具、無停電電源装置など、電池で駆動される各種の家電製品、オフィス機器、産業機器などが挙げられる。
なお、「電池搭載機器」としては、例えば、パーソナルコンピュータ、携帯電話、電池駆動の電動工具、無停電電源装置など、電池で駆動される各種の家電製品、オフィス機器、産業機器などが挙げられる。
（実施形態１）
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１に、本実施形態１に係るリチウム二次電池（非水電解質二次電池）１００を示す。また、図２に、このリチウム二次電池１００を構成する捲回型電極体１２０を示す。更に、捲回型電極体１２０を構成する正電極板１２１を図３に示し、負電極板１３１を図４に示し、セパレータ１４０を図５に示す。また、図６に、正電極板１２１と負電極板１３１とをセパレータ１４０を介して重ねた状態（捲回前の状態）を示す。また、図７に、セパレータ１４０の断面を示す。また、図８に、ケース蓋部材１１３、正極電極端子部材１５０及び負極電極端子部材１６０等の詳細を示す。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１に、本実施形態１に係るリチウム二次電池（非水電解質二次電池）１００を示す。また、図２に、このリチウム二次電池１００を構成する捲回型電極体１２０を示す。更に、捲回型電極体１２０を構成する正電極板１２１を図３に示し、負電極板１３１を図４に示し、セパレータ１４０を図５に示す。また、図６に、正電極板１２１と負電極板１３１とをセパレータ１４０を介して重ねた状態（捲回前の状態）を示す。また、図７に、セパレータ１４０の断面を示す。また、図８に、ケース蓋部材１１３、正極電極端子部材１５０及び負極電極端子部材１６０等の詳細を示す。
このリチウム二次電池１００は、ハイブリッドカーや電気自動車等の車両や、ハンマードリル等の電池使用機器に搭載される角型電池である。このリチウム二次電池１００は、角型の電池ケース１１０、この電池ケース１１０内に収容された捲回型電極体１２０、電池ケース１１０に支持された正極電極端子部材１５０及び負極電極端子部材１６０等から構成されている（図１参照）。また、電池ケース１１０内には、図示しない電解液が注入されている。本実施形態１では、電解液として、エチレンカーボネート（ＥＣ）：ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）＝３：７の重量比からなる溶剤に、Ｌｉ塩として１Ｍ−ＬｉＰＦ6 を溶解したものを用いている。
このうち、電池ケース１１０は、金属（具体的には純アルミニウム）からなり、直方体状に形成されている。この電池ケース１１０は、上側のみが開口した箱状をなし、後述する捲回型電極体１２０を収容するケース本体部材１１１と、このケース本体部材１１１の開口１１１ｈを閉塞する形態で溶接された矩形板状のケース蓋部材１１３とから構成されている。
ケース蓋部材１１３の所定位置には、正極電極端子部材１５０と負極電極端子部材１６０とが、それぞれ３つの絶縁部材１８１，１８３，１８５を介して固設されている（図１及び図８参照）。これら正極電極端子部材１５０及び負極電極端子部材１６０は、それぞれ３つの端子金具１５１，１５３，１５５により構成されている。正極電極端子部材１５０は、電池ケース１１０内において捲回型電極体１２０の正電極板１２１（正極集電部１２１ｍ）に接続され、また、負極電極端子部材１６０は、電池ケース１１０内において捲回型電極体１２０の負電極板１３１（負極集電部１３１ｍ）に接続されている。
また、ケース蓋部材１１３の長手方向中央には、電池ケース１１０の内圧が所定圧力に達した際に破断する安全弁部１１３ｊが設けられている。また、ケース蓋部材１１３の長手方向中央よりも負極電極端子部材１６０側の所定位置には、電解液を電池ケース１１０内に注入する為の電解液注入口部１１３ｄが設けられている。
次に、捲回型電極体１２０について説明する。この捲回型電極体１２０は、絶縁フィルムを上側のみが開口した袋状に形成した絶縁フィルム包囲体１７０内に収容され、横倒しにした状態で、電池ケース１１０内に収容されている（図１参照）。
この捲回型電極体１２０は、長尺状の正電極板１２１（図３参照）と長尺状の負電極板１３１（図４参照）とを、通気性を有する長尺状のセパレータ１４０（図５参照）を介して互いに重ねて軸線ＡＸ周りに捲回し、扁平状に圧縮したものである（図１及び図２参照）。捲回型電極体１２０の軸線ＡＸ方向の一端側（図１中、左側、図２中、上方）には、正電極板１２１のうち、後述する正極集電部１２１ｍが渦巻き状をなして、セパレータ１４０から突出している。一方、捲回型電極体１２０の軸線ＡＸ方向の他端側（図１中、右側、図２中、下方）には、負電極板１３１のうち、後述する負極集電部１３１ｍが渦巻き状をなして、セパレータ１４０から突出している。
この捲回型電極体１２０は、長尺状の正電極板１２１（図３参照）と長尺状の負電極板１３１（図４参照）とを、通気性を有する長尺状のセパレータ１４０（図５参照）を介して互いに重ねて軸線ＡＸ周りに捲回し、扁平状に圧縮したものである（図１及び図２参照）。捲回型電極体１２０の軸線ＡＸ方向の一端側（図１中、左側、図２中、上方）には、正電極板１２１のうち、後述する正極集電部１２１ｍが渦巻き状をなして、セパレータ１４０から突出している。一方、捲回型電極体１２０の軸線ＡＸ方向の他端側（図１中、右側、図２中、下方）には、負電極板１３１のうち、後述する負極集電部１３１ｍが渦巻き状をなして、セパレータ１４０から突出している。
このうち、正電極板１２１は、図３に示すように、芯材として、アルミニウム箔からなる正極集電箔１２２を有する。この正極集電箔１２２の表面（両面）には、正極活物質、導電剤及び結着剤を含む正極活物質層１２３が、長手方向（図３中、左右方向）に帯状に設けられ、正極部１２１ｗを形成している。本実施形態１では、正極活物質としてＬｉＮｉＣｏＭｎＯ2（ＮＣＭ）を、導電剤としてアセチレンブラックを、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を、正極活物質：導電剤：結着剤＝８７：１０：３の重量比で用いている。
またこれに伴い、正極集電箔１２２のうち、幅方向の一端側（図３中、上方）は、正極活物質層１２３が存在しないでこの正極集電箔１２２が露出し、長手方向に帯状に延びる正極集電部１２１ｍが形成されている。
またこれに伴い、正極集電箔１２２のうち、幅方向の一端側（図３中、上方）は、正極活物質層１２３が存在しないでこの正極集電箔１２２が露出し、長手方向に帯状に延びる正極集電部１２１ｍが形成されている。
負電極板１３１は、図４に示すように、芯材として、銅箔からなる負極集電箔１３２を有する。この負極集電箔１３２の表面（両面）には、負極活物質、結着剤及び増粘剤を含む負極活物質層１３３が、長手方向（図４中、左右方向）に帯状に設けられ、負極部１３１ｗを形成している。本実施形態１では、負極活物質としてアモルファスコートグラファイトを、結着剤としてスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）を、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を、負極活物質：結着剤：増粘剤＝９８：１：１の重量比で用いている。
またこれに伴い、負極集電箔１３２のうち、幅方向の一端側（図４中、下方）は、負極活物質層１３３が存在しないでこの負極集電箔１３２が露出し、長手方向に帯状に延びる負極集電部１３１ｍが形成されている。
またこれに伴い、負極集電箔１３２のうち、幅方向の一端側（図４中、下方）は、負極活物質層１３３が存在しないでこの負極集電箔１３２が露出し、長手方向に帯状に延びる負極集電部１３１ｍが形成されている。
セパレータ１４０（図５参照）は、セパレータ本体１４１と、このセパレータ本体１４１上に層状に形成された熱伝導層１４５とからなる。
このうち、セパレータ本体１４１は、ポリオレフィン系樹脂（本実施形態１では、ＰＰ／ＰＥ／ＰＰの３層の樹脂）からなり、厚みは２０μｍである。このセパレータ本体１４１は、図６に示すように、長手方向（図中、左右方向）の中央に位置するセパレータ電極間部１４１ｑと、このセパレータ電極間部１４１ｑから長手方向の一方（図中、左側）に延びるセパレータ外周部１４１ｐと、セパレータ電極間部１４１ｑから長手方向の他方（図中、右側）に延びるセパレータ内周部１４１ｒとからなる。
このうち、セパレータ本体１４１は、ポリオレフィン系樹脂（本実施形態１では、ＰＰ／ＰＥ／ＰＰの３層の樹脂）からなり、厚みは２０μｍである。このセパレータ本体１４１は、図６に示すように、長手方向（図中、左右方向）の中央に位置するセパレータ電極間部１４１ｑと、このセパレータ電極間部１４１ｑから長手方向の一方（図中、左側）に延びるセパレータ外周部１４１ｐと、セパレータ電極間部１４１ｑから長手方向の他方（図中、右側）に延びるセパレータ内周部１４１ｒとからなる。
このうち、セパレータ電極間部１４１ｑは、正電極板１２１及び負電極板１３１を位置合わせをして重ねたときに、これらの間に介在する部位であり、捲回型電極体１２０においても、正電極板１２１と負電極板１３１との間に介在しつつ捲回される。
また、セパレータ外周部１４１ｐは、正電極板１２１及び負電極板１３１を位置合わせをして重ねたときに、いずれにも重ならない部位であり、捲回型電極体１２０においては、正電極板１２１及び負電極板１３１よりも外周（径方向外側）に位置する。また、リチウム二次電池１００内において、セパレータ外周部１４１ｐは、正電極板１２１及び負電極板１３１と電池ケース１１０との間に位置して、これらを電気的に絶縁する。
また、セパレータ内周部１４１ｒは、正電極板１２１及び負電極板１３１を位置合わせをして重ねたときに、いずれにも重ならない部位であり、捲回型電極体１２０においては、正電極板１２１及び負電極板１３１よりも内周（径方向内側）に位置する。
また、セパレータ外周部１４１ｐは、正電極板１２１及び負電極板１３１を位置合わせをして重ねたときに、いずれにも重ならない部位であり、捲回型電極体１２０においては、正電極板１２１及び負電極板１３１よりも外周（径方向外側）に位置する。また、リチウム二次電池１００内において、セパレータ外周部１４１ｐは、正電極板１２１及び負電極板１３１と電池ケース１１０との間に位置して、これらを電気的に絶縁する。
また、セパレータ内周部１４１ｒは、正電極板１２１及び負電極板１３１を位置合わせをして重ねたときに、いずれにも重ならない部位であり、捲回型電極体１２０においては、正電極板１２１及び負電極板１３１よりも内周（径方向内側）に位置する。
熱伝導層１４５は、セパレータ本体１４１の２つの主面１４１ａ，１４１ｂのうち、負電極板１３１側に位置する主面１４１ａの全面に形成されている。具体的には、この熱伝導層１４５は、セパレータ電極間部１４１ｑに形成された熱伝導層電極間部１４５ｑと、この熱伝導層電極間部１４５ｑから延び、セパレータ外周部１４１ｐに形成された熱伝導層外周部１４５ｐと、熱伝導層電極間部１４５ｑから延び、セパレータ内周部１４１ｒに形成された熱伝導層内周部１４５ｒとからなる。
熱伝導層電極間部１４５ｑは、この熱伝導層電極間部１４５ｑ内で場所によらず一様な厚みＴｑを有し、熱伝導層外周部１４５ｐは、この熱伝導層外周部１４５ｐ内で場所によらず一様な厚みＴｐを有し、また、熱伝導層内周部１４５ｒは、この熱伝導層内周部１４５ｒ内で場所によらず一様な厚みＴｒを有する。熱伝導層電極間部１４５ｑの厚みＴｑと熱伝導層内周部１４５ｒの厚みＴｒは等しい（本実施形態１では、Ｔｑ＝Ｔｒ＝４μｍ）。一方、熱伝導層外周部１４５ｐの厚みＴｐは、これらの厚みＴｑ，Ｔｒよりも厚くされている（本実施形態１では、Ｔｐ＝１０μｍ）。熱伝導層電極間部１４５ｑの厚みＴｑに対する熱伝導層外周部１４５ｐの厚みＴｐの厚み比（Ｔｐ／Ｔｑ）は、２．５である。
また、この熱伝導層１４５は、セパレータ１４１よりも高い熱伝導性を有するだけでなく、電気絶縁性と、セパレータ１４１よりも高い耐熱性をも有する。本実施形態１では、熱伝導層１４５は、電気絶縁性と３００℃以上の耐熱性を有し、更には５００℃以上の耐熱性を有する材料（具体的には、アルミナ粒子）から形成されて多孔質をなす。なお、アルミナ粒子としては、Ａｌ純度が９９％以上、平均粒径Ｄ５０が０．３〜１．０μｍ、ＢＥＴ比表面積が３〜１０ｍ2／ｇ、かさ密度が０．３〜０．９ｇ／ｃｃの物性を有するものを用いるのが好ましい。
以上で説明したように、本実施形態１のリチウム二次電池１００は、セパレータ本体１４１に層状に形成され、セパレータ本体１４１よりも高い熱伝導性を有する熱伝導層１４５を有する。この熱伝導層１４５は、セパレータ外周部１４１ｐに形成された熱伝導層外周部１４５ｐを含んでいる。このため、捲回型電極体１２１の内部で発生した熱が、この熱伝導層外周部１４５ｐ及びセパレータ１４０が接する電池ケース１１０を通じて、電池外部に放熱されるので、捲回型電極体１２０の放熱性を、熱伝導層１４５を設けない場合よりも向上させることができる。
更に、本実施形態１では、熱伝導層１４５は、熱伝導層外周部１４５ｐから延び、セパレータ電極間部１４１ｑに形成された熱伝導層電極間部１４５ｑを有している。このため、捲回型電極体１２０の内部で発生した熱が、この熱伝導層電極間部１４５ｑを通じて、これに繋がる熱伝導層外周部１４５ｐに伝わり、更にセパレータ１４０が接する電池ケース１１０を通じて、電池外部に放熱されるので、捲回型電極体１２０の放熱性が更に良好となる。
また、本実施形態１では、熱伝導層外周部１４５ｐの厚みＴｐを熱伝導層電極間部１４５ｑの厚みＴｑよりも大きくしているので、電池出力の低下を抑制しつつ、熱が径方向外側（セパレータ１４０の長手方向）に向けて伝わり易くして、捲回型電極体１４０の放熱性を良くすることができる。従って、非水電解質二次電池１００の耐久性を更に向上させることができる。
また、本実施形態１では、熱伝導層１４５が電気絶縁性を有すると共にセパレータ１４１よりも高い耐熱性を有するので、リチウム二次電池１００の異常発熱などによりセパレータ本体１４１が収縮軟化した場合でも、この熱伝導層１４５の存在により、セパレータ１４０の形態を保ち易くなり、捲回型電極体１２０と電池ケース１１０との短絡や、正電極板１２１と負電極板１３１との短絡を防止できる。
また、本実施形態１では、熱伝導層１４５が電気絶縁性を有すると共にセパレータ１４１よりも高い耐熱性を有するので、リチウム二次電池１００の異常発熱などによりセパレータ本体１４１が収縮軟化した場合でも、この熱伝導層１４５の存在により、セパレータ１４０の形態を保ち易くなり、捲回型電極体１２０と電池ケース１１０との短絡や、正電極板１２１と負電極板１３１との短絡を防止できる。
次いで、上記リチウム二次電池１００の製造方法について説明する。
まず、正電極板１２１を製造する。長尺状のアルミニウム箔からなる正極集電箔１２２を用意する。そして、この正極集電箔１２２の幅方向の一端側に長手方向に延びる帯状の正極集電部１２１ｍを形成しつつ、正極活物質、導電材及び結着剤を含む正極活物質ペーストを塗布して、帯状の正極部１２１ｗを形成する。その後、熱風を吹きかけて、正極集電箔１２２に塗布された正極活物質ペーストを乾燥させ、正極活物質層１２３を形成する。その後、電極密度を向上させるために、加圧ロールにより、正極活物質層１２３を圧縮する。かくして、正電極板１２１が形成される（図３参照）。
まず、正電極板１２１を製造する。長尺状のアルミニウム箔からなる正極集電箔１２２を用意する。そして、この正極集電箔１２２の幅方向の一端側に長手方向に延びる帯状の正極集電部１２１ｍを形成しつつ、正極活物質、導電材及び結着剤を含む正極活物質ペーストを塗布して、帯状の正極部１２１ｗを形成する。その後、熱風を吹きかけて、正極集電箔１２２に塗布された正極活物質ペーストを乾燥させ、正極活物質層１２３を形成する。その後、電極密度を向上させるために、加圧ロールにより、正極活物質層１２３を圧縮する。かくして、正電極板１２１が形成される（図３参照）。
併せて、負電極板１３１を製造する。長尺状の銅箔からなる負極集電箔１３２を用意する。そして、この負極集電箔１３２の幅方向の一端側に長手方向に延びる帯状の負極集電部１３１ｍを形成しつつ、負極活物質、結着剤及び増粘剤を含む負極活物質ペーストを塗布して、帯状の負極部１３１ｗを形成する。その後、熱風を吹きかけて、負極集電箔１３２に塗布された負極活物質ペーストを乾燥させ、負極活物質層１３３を形成する。その後、電極密度を向上させるために、加圧ロールにより、負極活物質層１３３を圧縮する。かくして、負電極板１３１が形成される（図４参照）。
また、長尺状のセパレータ本体１４１を用意し、これに熱伝導層１４５を形成して、セパレータ１４０を作成する。具体的には、アルミナ粒子（平均粒径０．３μｍ）をアクリル系バインダ（本実施形態１では、ＮＭＰ溶媒系）に分散させたペーストを作成する。本実施形態１では、アルミナ粒子とアクリル系バインダの配合比（重量比）を、９６：４とした。そして、このペーストを、セパレータ本体１４１の一方の主面１４１ａの全体に塗布する。その際、セパレータ外周部１４１ｐと、セパレータ電極間部１４１ｑ及びセパレータ内周部１４１ｒとでは、異なる厚さに塗布する。その後、これに熱風を吹きかけて、セパレータ本体１４１に塗布されたペーストを乾燥させ、熱伝導層１４５を形成すれば、前述のセパレータ１４０ができる。
なお、ペーストの塗布方法としては、例えば、スプレー法やリップダイ塗工法、コンマコート法、グラビア塗工法などが挙げられる。
また、塗膜の厚み（膜厚）を変更する方法としては、例えば、スプレー法やリップダイ塗工法の場合には、ペーストの吐出量を変更すればよく、また、コンマコート法では、搬送速度や塗膜−コンマ間のギャップ量を調整すればよく、また、グラビア塗工法では、グラビアロールの速比（グラビアロールと搬送ロールの速比）を変更すればよい。
また、塗膜の厚み（膜厚）を変更する方法としては、例えば、スプレー法やリップダイ塗工法の場合には、ペーストの吐出量を変更すればよく、また、コンマコート法では、搬送速度や塗膜−コンマ間のギャップ量を調整すればよく、また、グラビア塗工法では、グラビアロールの速比（グラビアロールと搬送ロールの速比）を変更すればよい。
次に、正電極板１２１と負電極板１３１とを熱伝導層１４５を形成したセパレータ１４０を介して互いに重ね、軸線ＡＸ周りに捲回して、前述の捲回電極体１２０を形成する（図６及び図２参照）。その後、この捲回型電極体１２０を用いて電池を組み立てる。その後、電解液注入口部１１３ｄから電池ケース１１０内に電解液を注入し、この電解液注液口部１１３ｄを封止する。かくして、リチウム二次電池１００が完成する。
（実施例）
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。
熱伝導層１４５のうち、熱伝導層外周部１４５ｐの厚みＴｐを変更することにより、熱伝導層電極間部１４５ｑの厚みＴｑに対する熱伝導層外周部１４５ｐの厚みＴｐの厚み比（Ｔｐ／Ｔｑ）を、１．０〜４．０まで変化させたリチウム二次電池（ここでは１８６５０型電池）を作製した。
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。
熱伝導層１４５のうち、熱伝導層外周部１４５ｐの厚みＴｐを変更することにより、熱伝導層電極間部１４５ｑの厚みＴｑに対する熱伝導層外周部１４５ｐの厚みＴｐの厚み比（Ｔｐ／Ｔｑ）を、１．０〜４．０まで変化させたリチウム二次電池（ここでは１８６５０型電池）を作製した。
そして、これらのリチウム二次電池について、初期出力の低下率と、耐久試験後の抵抗増加率をそれぞれ求めた。
具体的には、出力の測定方法は、次のようにして行った。なお、初期出力の低下率は、熱伝導層の厚み比（Ｔｐ／Ｔｑ）＝１．０を基準として算出した。環境温度を２５℃とし、リチウム二次電池をＳＯＣ５０％に調整して、所定の出力値にて出力測定（Ｗ設定）を行い、下限電圧（３．０Ｖ）に到達するまでの時間を測定した。そして、出力値を任意に変化させ、１０秒後に下限電圧に到達する出力値をセル出力特性とした。
具体的には、出力の測定方法は、次のようにして行った。なお、初期出力の低下率は、熱伝導層の厚み比（Ｔｐ／Ｔｑ）＝１．０を基準として算出した。環境温度を２５℃とし、リチウム二次電池をＳＯＣ５０％に調整して、所定の出力値にて出力測定（Ｗ設定）を行い、下限電圧（３．０Ｖ）に到達するまでの時間を測定した。そして、出力値を任意に変化させ、１０秒後に下限電圧に到達する出力値をセル出力特性とした。
また、耐久試験は、次のようにして行った。即ち、環境温度６０℃の試験槽内にリチウム二次電池に配置し、ＳＯＣ０％からＳＯＣ１００％にする充電と、ＳＯＣ１００％からＳＯＣ０％にする放電とを、電流レート２Ｃで行った。そして、この充放電サイクルを５００サイクル繰り返した。
また、抵抗の測定方法は、次のようにして行った。なお、抵抗増加率は、熱伝導層の各厚み比における初期抵抗に対する増加率として算出した。環境温度を２５℃として、リチウム二次電池をＳＯＣ５０％の状態とし、１／３Ｃレートで１０秒間通電（充電側１０秒間、放電側１０秒間）を行った。そして、通電１０秒後の電圧と電流との関係から、抵抗を求めた。また、電流を１Ｃレート、３Ｃレート、５Ｃレートに変えて、同様に、１０秒間の通電を行ってそれぞれ抵抗を求めた。その後、各抵抗値の平均を求めて、これをリチウム二次電池の抵抗値とした。
これらの結果を図９のグラフにに示す。
これらの結果を図９のグラフにに示す。
図９のグラフから明らかなように、熱伝導層の厚み比（Ｔｐ／Ｔｑ）＝３．５を超えると、初期出力の低下率が著しく大きくなるので、熱伝導層の厚み比（Ｔｐ／Ｔｑ）＝３．５を上限とするのが好ましいことが判る。一方、熱伝導層の厚み比（Ｔｐ／Ｔｑ）＝１．５を下回ると、耐久試験後の抵抗増加率が特に大きくなるので、熱伝導層の厚み比（Ｔｐ／Ｔｑ）＝１．５を下限とするのが好ましいことが判る。
次に、前述のように熱伝導層の厚み比（Ｔｐ／Ｔｑ）を変化させたリチウム二次電池を作製し、過充電試験を行って、シャットダウンまでの到達時間の増加率を求めた。この過充電試験では、環境温度を２５℃とし、リチウム二次電池をＳＯＣ５０％に調整後、電流値５５Ａで充電し、セル電圧が１０Ｖに達した後は、１０Ｖ電圧で充電した。なお、到達時間の増加率は、熱伝導層の厚み比（Ｔｐ／Ｔｑ）＝１．０を基準として算出した。
その結果を図１０のグラフに示す。
その結果を図１０のグラフに示す。
過充電時のシャットダウンは、セパレータ本体が加熱されて溶解し、細孔が閉塞することにより生じると考えられる。図１０のグラフから明らかなように、熱伝導層の厚み比（Ｔｐ／Ｔｑ）を大きくするほど、シャットダウンまでの到達時間が長くなることが判る。これは、熱伝導層の厚み比（Ｔｐ／Ｔｑ）を大きくするほど、捲回型電極体の放熱性が向上し、セパレータへの時間当たりの加熱率が低下するためであると考えられる。
（実施形態２）
次いで、第２の実施の形態について説明する。本実施形態２に係る車両７００は、上記実施形態１のリチウム二次電池（非水電解質二次電池）１００を複数搭載したものである。具体的には、図１１に示すように、この車両７００は、エンジン７４０、フロントモータ７２０及びリアモータ７３０を併用して駆動するハイブリッド自動車である。この車両７００は、車体７９０、エンジン７４０、これに取り付けられたフロントモータ７２０、リアモータ７３０、ケーブル７５０、インバータ７６０を備える。更に、この車両７００は、複数のリチウム二次電池１００を自身の内部に有する組電池７１０を備え、この組電池７１０による電気エネルギーを、フロントモータ７２０及びリアモータ７３０の駆動に利用している。
次いで、第２の実施の形態について説明する。本実施形態２に係る車両７００は、上記実施形態１のリチウム二次電池（非水電解質二次電池）１００を複数搭載したものである。具体的には、図１１に示すように、この車両７００は、エンジン７４０、フロントモータ７２０及びリアモータ７３０を併用して駆動するハイブリッド自動車である。この車両７００は、車体７９０、エンジン７４０、これに取り付けられたフロントモータ７２０、リアモータ７３０、ケーブル７５０、インバータ７６０を備える。更に、この車両７００は、複数のリチウム二次電池１００を自身の内部に有する組電池７１０を備え、この組電池７１０による電気エネルギーを、フロントモータ７２０及びリアモータ７３０の駆動に利用している。
前述したように、リチウム二次電池１００は、捲回型電極体１２０の放熱性が良好で、電池の耐久性が良好である。従って、このリチウム二次電池１００を搭載する車両７００を、耐久性が良好なものとすることができる。
（実施形態３）
次いで、第３の実施の形態について説明する。本実施形態３のハンマードリル８００は、上記実施形態１のリチウム二次電池（非水電解質二次電池）１００を含むバッテリパック８１０を搭載した電池使用機器である。図１２に示すように、このハンマードリル８００は、本体８２０の底部８２１に、バッテリパック８１０が収容されており、このバッテリパック８１０を、ドリルを駆動するためのエネルギー源として利用している。
次いで、第３の実施の形態について説明する。本実施形態３のハンマードリル８００は、上記実施形態１のリチウム二次電池（非水電解質二次電池）１００を含むバッテリパック８１０を搭載した電池使用機器である。図１２に示すように、このハンマードリル８００は、本体８２０の底部８２１に、バッテリパック８１０が収容されており、このバッテリパック８１０を、ドリルを駆動するためのエネルギー源として利用している。
前述したように、リチウム二次電池１００は、捲回型電極体１２０の放熱性が良好で、電池の耐久性が良好である。従って、このリチウム二次電池１００を搭載するハンマードリル８００を、耐久性が良好なものとすることができる。
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態１〜３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、上記実施形態１〜３では、熱伝導層１４５をセパレータ本体１４１の一方の主面１４１ａにのみ形成しているが、熱伝導層１４５を両方の主面１４１ａ，１４１ｂに形成してもよい。
また、上記実施形態１〜３では、熱伝導層１４５をセパレータ本体１４１の全体に形成しているが、熱伝導層１４５は、セパレータ本体１４１のうち、少なくともセパレータ外周部１４１ｐに形成すれば、捲回型電極体１２０の放熱性を良好にすることができる。
例えば、上記実施形態１〜３では、熱伝導層１４５をセパレータ本体１４１の一方の主面１４１ａにのみ形成しているが、熱伝導層１４５を両方の主面１４１ａ，１４１ｂに形成してもよい。
また、上記実施形態１〜３では、熱伝導層１４５をセパレータ本体１４１の全体に形成しているが、熱伝導層１４５は、セパレータ本体１４１のうち、少なくともセパレータ外周部１４１ｐに形成すれば、捲回型電極体１２０の放熱性を良好にすることができる。
また、上記実施形態１〜３では、熱伝導層１４５を、熱伝導層外周部１４５ｐ、熱伝導層電極間部１４５ｑ及び熱伝導層内周部１４５ｒの各部において、場所によらず一様な厚みＴｐ，Ｔｑ，Ｔｒとしているが、各厚みＴｐ，Ｔｑ，Ｔｒは、場所により異なるものとすることができる。例えば、各厚みＴｐ，Ｔｑ，Ｔｒを、捲回型電極体１２０の状態において、内周側ほど薄く、外周側ほど厚くすることができる。このように変化させた場合、各厚みＴｐ，Ｔｑ，Ｔｒは、それぞれ平均の厚みとする。
１００ リチウム二次電池（非水電解質二次電池）
１１０ 電池ケース
１２０ 捲回型電極体
１２１ 正電極板
１３１ 負電極板
１４０ セパレータ
１４１ セパレータ本体
１４１ａ，１４１ｂ 主面
１４１ｐ セパレータ外周部
１４１ｑ セパレータ電極間部
１４１ｒ セパレータ内周部
１４５ 熱伝導層
１４５ｐ 熱伝導層外周部
１４５ｑ 熱伝導層電極間部
１４５ｒ 熱伝導層内周部
１５０ 正極電極端子部材
１６０ 負極電極端子部材
７００ 車両
７１０ 組電池
８００ ハンマードリル
８１０ バッテリパック
１１０ 電池ケース
１２０ 捲回型電極体
１２１ 正電極板
１３１ 負電極板
１４０ セパレータ
１４１ セパレータ本体
１４１ａ，１４１ｂ 主面
１４１ｐ セパレータ外周部
１４１ｑ セパレータ電極間部
１４１ｒ セパレータ内周部
１４５ 熱伝導層
１４５ｐ 熱伝導層外周部
１４５ｑ 熱伝導層電極間部
１４５ｒ 熱伝導層内周部
１５０ 正極電極端子部材
１６０ 負極電極端子部材
７００ 車両
７１０ 組電池
８００ ハンマードリル
８１０ バッテリパック
Claims (4)
- 長尺状の正電極板、長尺状の負電極板、及び、これら正電極板と負電極板との間に介在して電気的に絶縁する長尺状のセパレータを互いに重ねて捲回してなる捲回型電極体と、
前記捲回型電極体を収容する電池ケースと、を備える
非水電解質二次電池であって、
前記セパレータは、
前記正電極板と前記負電極板との間に介在しつつ捲回されてなるセパレータ電極間部、及び、
このセパレータ電極間部から延び、前記正電極板及び前記負電極板よりも外周に位置して、前記正電極板及び前記負電極板と前記電池ケースとの間を電気的に絶縁するセパレータ外周部を含む
セパレータ本体と、
前記セパレータ本体上に層状に形成され、前記セパレータ本体よりも高い熱伝導性を有する熱伝導層であって、前記セパレータ外周部上に形成された熱伝導層外周部、及び、この熱伝導層外周部から延び、前記セパレータ電極間部上に形成された熱伝導層電極間部を含む熱伝導層と、を有し、
前記熱伝導層外周部の厚みを、前記熱伝導層電極間部の厚みよりも大きくしてなる
非水電解質二次電池。 - 請求項１に記載の非水電解質二次電池であって、
前記熱伝導層は、
電気絶縁性を有すると共に、前記セパレータ本体よりも高い耐熱性を有する
非水電解質二次電池。 - 請求項１または請求項２に記載の非水電解質二次電池を搭載し、この非水電解質二次電池による電気エネルギーを動力源の全部または一部に使用する車両。
- 請求項１または請求項２に記載の非水電解質二次電池を搭載し、この非水電解質二次電池をエネルギー源の少なくとも１つとして使用する電池使用機器。
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