JP6928738B2 - リチウムイオン電池 - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムイオン電池に関する。
リチウムイオン電池は高エネルギー密度という特徴を有しており、携帯電話やノート型パソコン、電気自動車等の電源として広く用いられている。
リチウムイオン電池は電解液の主溶媒として引火性の有機溶媒が使用されるため、発火や爆発に対する安全性が要求される。
このようなリチウムイオン電池の安全性に関する技術としては、例えば、特許文献１（特開２００４−７１４３８号公報）に記載のものが挙げられる。
特許文献１には、正極集電体の少なくとも一面に正極活物質含有塗膜を形成してなる正極と、負極集電体の少なくとも一面に負極活物質含有塗膜を形成してなる負極とを、第１のセパレータを介して積層した電極体を容器内に収納してなる非水二次電池であって、前記積層電極体の最外層に、前記正極集電体と電気的に接続され、少なくとも最外層の正極活物質含有塗膜を被覆し得る正極電極と、前記負極集電体と電気的に接続され、少なくとも最外層の負極活物質含有塗膜を被覆し得る負極電極とを第２のセパレータを介して積層してなり、前記正極電極と負極電極のそれぞれの体積を、放電容量１ＡＨ当たり１５０ｍｍ３以上としたことを特徴とする非水二次電池が記載されている。
特許文献１には、上記のような非水二次電池は放電容量が５ＡＨ以上の高放電容量を有する場合で釘刺し等によって内部短絡が生じたとしても、十分に発火を抑えることが可能であると記載されている。
特開２００４−７１４３８号公報
リチウムイオン電池の大型化や高エネルギー密度化に伴い、リチウムイオン電池の安全性についてさらなる向上が求められている。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、安全性に優れたリチウムイオン電池を提供するものである。
本発明者は、安全性に優れたリチウムイオン電池を実現するために鋭意検討した。その結果、電極集電体の外側の最末端部に電極端子と接合していない未接合部を設けることにより、発火が起き難く、安全性に優れたリチウムイオン電池が得られることを見出し、本発明に到達した。
本発明はこのような知見に基づいて発案されたものである。
すなわち、本発明によれば、以下に示すリチウムイオン電池が提供される。
本発明によれば、
正極活物質層および正極集電体を有する正極層と、セパレータおよび電解液を含む電解質層と、負極活物質層および負極集電体を有する負極層と、がこの順に積層されることにより構成された発電素子を１つ以上含む電池本体と、
上記電池本体を内部に封入した外装体と、
上記正極集電体に電気的に接続し、かつ、少なくとも一部が上記外装体の外側に露出した正極端子と、
上記負極集電体に電気的に接続し、かつ、少なくとも一部が上記外装体の外側に露出した負極端子と、
を備えるリチウムイオン電池であって、
上記負極集電体の外側の端部と上記負極端子の内側の端部とが接合されており、
上記負極集電体の外側の最末端部に上記負極端子と接合していない第１未接合部を有し、
前記第１未接合部の短辺方向の最大長さが０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であり、
前記負極端子の内側の末端部に前記負極集電体と接合しておらず、かつ、前記第１未接合部とは異なる第２未接合部を有するリチウムイオン電池が提供される。
さらに本発明によれば、
正極活物質層および正極集電体を有する正極層と、セパレータおよび電解液を含む電解質層と、負極活物質層および負極集電体を有する負極層と、がこの順に積層されることにより構成された発電素子を１つ以上含む電池本体と、
上記電池本体を内部に封入した外装体と、
上記正極集電体に電気的に接続し、かつ、少なくとも一部が上記外装体の外側に露出した正極端子と、
上記負極集電体に電気的に接続し、かつ、少なくとも一部が上記外装体の外側に露出した負極端子と、
を備えるリチウムイオン電池であって、
上記正極集電体の外側の端部と上記正極端子の内側の端部とが接合されており、
上記正極集電体の外側の最末端部に上記正極端子と接合していない第３未接合部を有し、
前記第３未接合部の短辺方向の最大長さが０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であり、
前記正極端子の内側の末端部に前記正極集電体と接合しておらず、かつ、前記第３未接合部とは異なる第４未接合部を有するリチウムイオン電池が提供される。
本発明によれば、安全性に優れたリチウムイオン電池を提供することができる。
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
本発明に係る実施形態のリチウムイオン電池の構造の一例を模式的に示した断面図である。 本発明に係るリチウムイオン電池における第１未接合部および第２未接合部の構造の一例を模式的に示した断面図である。 本発明に係るリチウムイオン電池における第１未接合部および第２未接合部の構造の一例を模式的に示した断面図である。 本発明に係るリチウムイオン電池における第３未接合部および第４未接合部の構造の一例を模式的に示した断面図である。 本発明に係るリチウムイオン電池における第３未接合部および第４未接合部の構造の一例を模式的に示した断面図である。
以下に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。また、図において各構成要素は本発明が理解できる程度の形状、大きさおよび配置関係を概略的に示したものであり、実寸とは異なっている。また、数値範囲の「〜」は特に断りがなければ、以上から以下を表す。
図１は、本発明に係る実施形態のリチウムイオン電池１００の構造の一例を模式的に示した断面図である。図２および３は、本発明に係るリチウムイオン電池１００における第１未接合部２１および第２未接合部２２の構造の一例を模式的に示した断面図である。図４および５は、本発明に係るリチウムイオン電池における第３未接合部２３および第４未接合部２４の構造の一例を模式的に示した断面図である。本実施形態に係るリチウムイオン電池１００はリチウムイオン二次電池である。
図１に示すように、本実施形態に係るリチウムイオン電池１００は、正極活物質層２および正極集電体３を有する正極層１と、セパレータ２０および電解液を含む電解質層と、負極活物質層７および負極集電体８を有する負極層６と、がこの順に積層されることにより構成された発電素子を１つ以上含む電池本体５０と、電池本体５０を内部に封入した外装体３０と、正極集電体３に電気的に接続し、かつ、少なくとも一部が外装体３０の外側に露出した正極端子１１と、負極集電体８に電気的に接続し、かつ、少なくとも一部が外装体３０の外側に露出した負極端子１６と、を備える。
そして、図２および３に示すように、本実施形態に係るリチウムイオン電池１００は、負極集電体８の外側の端部５と負極端子１６の内側の端部１７とが接合されており、負極集電体８の外側の最末端部５Ａに負極端子１６と接合していない第１未接合部２１を有する。あるいは、図４および５に示すように、本実施形態に係るリチウムイオン電池１００は、正極集電体３の外側の端部１０と正極端子１１の内側の端部１８とが接合されており、正極集電体３の外側の最末端部１０Ａに正極端子１１と接合していない第３未接合部２３を有する。
また、本実施形態に係るリチウムイオン電池１００は、発火をより起き難くし、安全性をより高める観点から、第１未接合部２１および第３未接合部２３の両方を備えることが好ましい。
本発明者は、安全性に優れたリチウムイオン電池を実現するために鋭意検討した。その結果、電極集電体の外側の最末端部に電極端子と接合していない未接合部を設けることにより、発火が起き難く、安全性に優れたリチウムイオン電池が得られることを見出した。
すなわち、本実施形態によれば、負極集電体８の負極端子１６と接合していない第１未接合部２１を有すること、あるいは正極集電体３の正極端子１１と接合していない第３未接合部２３を有することにより、発火が起き難く、安全性に優れたリチウムイオン電池１００とすることができる。
電極集電体の外側の最末端部に電極端子と接合していない未接合部を備えることにより、発火が起き難く、安全性に優れるリチウムイオン電池１００が得られる理由は必ずしも明らかではないが、以下の理由が考えられる。
まず、電極集電体と電極端子とは、例えば、溶接装置を用いて溶接することにより接続する。ここで、電極集電体と電極端子とを溶接する際に、上記のような未接合部ができるように溶接すると、電極集電体と電極端子との接合部の面積を大きくしつつ、電極集電体と電極端子との接合部をより均一に溶接することができる。そのため電極集電体と電極端子との接合部の抵抗を低減でき、電極集電体と電極端子との接合部における発熱を抑制できる。その結果、電池の温度が大きく上昇しても、電極集電体と電極端子との接合部の発熱が低減され、電池の熱暴走を効果的に抑制できると考えられる。
本実施形態に係るリチウムイオン電池１００において、図２および３に示すように、第１未接合部２１の短辺方向の最大長さＬ１は、例えば、０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であり、好ましくは０．３ｍｍ以上２．２ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。最大長さＬ１が上記下限値以上であると、安全性に優れたリチウムイオン電池１００をより安定的に得ることができる。また、最大長さＬ１が上記上限値以下であると、負極集電体８の使用量を低減でき、その結果、リチウムイオン電池１００をより小型化できたり、より軽量化できたりする。
ここで、短辺方向の最大長さＬ１は、図３に示すように、複数枚重なった負極集電体８の長さがそれぞれ異なる場合、最も長い負極集電体８の長さを意味する。
本実施形態に係るリチウムイオン電池１００において、図４および５に示すように、第３未接合部２３の短辺方向の最大長さＬ３は、例えば、０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であり、好ましくは０．３ｍｍ以上２．２ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。最大長さＬ３が上記下限値以上であると、安全性に優れたリチウムイオン電池１００をより安定的に得ることができる。また、最大長さＬ３が上記上限値以下であると、正極集電体３の使用量を低減でき、その結果、リチウムイオン電池１００をより小型化できたり、より軽量化できたりする。
ここで、短辺方向の最大長さＬ３は、図５に示すように、複数枚重なった正極集電体３の長さがそれぞれ異なる場合、最も長い正極集電体３の長さを意味する。
本実施形態に係るリチウムイオン電池１００において、図２および３に示すように、負極端子１６の内側の端部１７に負極集電体８と接合しておらず、かつ、第１未接合部２１とは異なる第２未接合部２２をさらに有することが好ましい。
第２未接合部２２を設けることにより、溶接等の接合処理による負極集電体８の損傷を低減でき、負極集電体８の切れや亀裂を抑制することができ、リチウムイオン電池の安全性をより一層向上させることができる。
本実施形態に係るリチウムイオン電池１００において、図２および３に示すように、第２未接合部２２の短辺方向の最大長さＬ２は、例えば、０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であり、好ましくは０．３ｍｍ以上２．２ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。最大長さＬ２が上記下限値以上であると、安全性に優れたリチウムイオン電池１００をより一層安定的に得ることができる。また、最大長さＬ２が上記上限値以下であると、負極集電体８の使用量を低減でき、その結果、リチウムイオン電池１００をより小型化できたり、より軽量化できたりする。
本実施形態に係るリチウムイオン電池１００において、図４および５に示すように、正極端子１１の内側の端部１８に正極集電体３と接合しておらず、かつ、第３未接合部２３とは異なる第４未接合部２４をさらに有することが好ましい。
第４未接合部２４を設けることにより、溶接等の接合処理による正極集電体３の損傷を低減でき、正極集電体３の切れや亀裂を抑制することができる。
本実施形態に係るリチウムイオン電池１００において、図４および５に示すように、第４未接合部２４の短辺方向の最大長さＬ４は、例えば、０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であり、好ましくは０．３ｍｍ以上２．２ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。最大長さＬ４が上記下限値以上であると、安全性に優れたリチウムイオン電池１００をより一層安定的に得ることができる。また、最大長さＬ４が上記上限値以下であると、正極集電体３の使用量を低減でき、その結果、リチウムイオン電池１００をより小型化できたり、より軽量化できたりする。
本実施形態に係るリチウムイオン電池１００において、負極集電体８の外側の端部５と負極端子１６の内側の端部１７との接合部の面積をＳ１［ｍｍ２］とし、リチウムイオン電池１００の電池容量をＣ１［Ａｈ］としたとき、Ｓ１／Ｃ１が３．２５以上８．８６以下であることが好ましい。Ｓ１／Ｃ１が上記下限値以上であると、負極集電体８と負極端子１６との接合部の抵抗をより一層低減でき、負極集電体８と負極端子１６との接合部における発熱をより一層抑制できる。Ｓ１／Ｃ１が上記上限値以下であると、負極集電体８の使用量を低減でき、その結果、リチウムイオン電池１００をより小型化できたり、より軽量化できたりする。
本実施形態に係るリチウムイオン電池１００において、正極集電体３の外側の端部１０と正極端子１１の内側の端部１８との接合部の面積をＳ２［ｍｍ２］とし、リチウムイオン電池１００の電池容量をＣ１［Ａｈ］としたとき、Ｓ２／Ｃ１が３．２５以上８．８６以下であることが好ましい。Ｓ２／Ｃ１が上記下限値以上であると、正極集電体３と正極端子１１との接合部の抵抗をより一層低減でき、正極集電体３と正極端子１１との接合部における発熱をより一層抑制できる。Ｓ２／Ｃ１が上記上限値以下であると、正極集電体３の使用量を低減でき、その結果、リチウムイオン電池１００をより小型化できたり、より軽量化できたりする。
本実施形態に係るリチウムイオン電池１００の電池容量（セル定格容量）が、好ましくは５Ａｈ以上であり、より好ましくは１０Ａｈ以上、さらに好ましくは２０Ａｈ以上、特に好ましくは３０Ａｈ以上である。
また、本実施形態に係るリチウムイオン電池１００は、中央部における正極層１の積層数または捲回数が１０以上であることが好ましい。
これにより、本実施形態に係るリチウムイオン電池１００の高容量化を図ることができる。また、このような高容量であっても、本実施形態に係るリチウムイオン電池１００は、安全性に優れ、電池の熱暴走を抑制することが可能となる。
本実施形態に係るリチウムイオン電池１００は公知の方法に準じて作製することができる。
本実施形態に係るリチウムイオン電池１００は特にその形態や種類が限定されるものではないが、例えば、以下のような構成とすることができる。
図１は、本実施形態に係るリチウムイオン電池１００が積層型電池である場合の構成の一例を模式的に示したものである。積層型電池は、正極層１と負極層６とが、セパレータ２０を介して交互に積層された発電素子を１つ以上含む電池本体５０を備えており、これらの発電素子は電解液（図示せず）とともに外装体３０からなる容器に収納されている。発電素子には正極端子１１および負極端子１６が電気的に接続されており、正極端子１１および負極端子１６の一部または全部が外装体３０の外部に引き出されている構成になっている。
正極層１には正極集電体３の表裏に、正極活物質の塗布部（正極活物質層２）と未塗布部がそれぞれ設けられており、負極層６には負極集電体８の表裏に、負極活物質の塗布部（負極活物質層７）と未塗布部が設けられている。
正極集電体３における正極活物質の未塗布部を正極端子１１と接続するための正極タブ（正極集電体３の外側の端部１０）とし、負極集電体８における負極活物質の未塗布部を負極端子１６と接続するための負極タブ（負極集電体８の外側の端部５）とする。
正極タブ同士は正極端子１１上にまとめられ、正極端子１１とともに超音波溶接等で互いに接続され、負極タブ同士は負極端子１６上にまとめられ、負極端子１６とともに超音波溶接等で互いに接続される。そのうえで、正極端子１１の一端は外装体３０の外部に引き出され、負極端子１６の一端も外装体３０の外部に引き出されている。
正極活物質の塗布部と未塗布部の境界部４には、必要に応じて絶縁部材を形成することができ、当該絶縁部材は境界部４だけでなく、正極タブと正極活物質の双方の境界部付近に形成することができる。
負極活物質の塗布部と未塗布部の境界部９にも同様に、必要に応じて絶縁部材を形成することができ、負極タブと負極活物質の双方の境界部付近に形成することができる。
通常、負極活物質層７の外形寸法は正極活物質層２の外形寸法よりも大きく、セパレータ２０の外形寸法よりも小さい。
次に、本実施形態に係るリチウムイオン電池１００の各構成要素の例を説明する。
（正極層）
正極層１は特に限定されず、用途等に応じて、公知のリチウムイオン電池に使用することのできる正極の中から適宜選択することができる。正極層１は、正極活物質層２と、正極集電体３と、を含む。
正極層１に用いられる正極活物質としては、リチウムイオンを可逆に放出・吸蔵でき、電子輸送が容易に行えるように電子伝導度の高い材料が好ましい。
正極層１に用いられる正極活物質としては、例えば、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムマンガン複合酸化物、リチウム−マンガン−ニッケル複合酸化物等のリチウムと遷移金属との複合酸化物；ＴｉＳ２、ＦｅＳ、ＭｏＳ２等の遷移金属硫化物；ＭｎＯ、Ｖ２Ｏ５、Ｖ６Ｏ１３、ＴｉＯ２等の遷移金属酸化物、オリビン型リチウムリン酸化物等が挙げられる。
オリビン型リチウムリン酸化物は、例えば、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｍｇ、Ｂ、Ｎｂ、およびＦｅよりなる群のうちの少なくとも１種の元素と、リチウムと、リンと、酸素とを含んでいる。これらの化合物はその特性を向上させるために一部の元素を部分的に他の元素に置換したものであってもよい。
これらの中でも、オリビン型リチウム鉄リン酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムマンガン複合酸化物、リチウム−マンガン−ニッケル複合酸化物が好ましい。これらの正極活物質は作用電位が高いことに加えて容量も大きく、大きなエネルギー密度を有する。
正極活物質は、一種のみを単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
正極活物質には結着剤や導電剤等を適宜加えることができる。導電剤としては、カーボンブラック、炭素繊維、黒鉛等を用いることができる。また、結着剤としては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）、カルボキシメチルセルロース、変性アクリロニトリルゴム粒子等を用いることができる。
正極層１は特に限定されないが、公知の方法により製造することができる。例えば、正極活物質、導電剤および結着剤を有機溶媒中に分散させスラリーを得た後、このスラリーを正極集電体３に塗布・乾燥する等の方法を採用することができる。
正極層１の厚みや密度は、電池の使用用途等に応じて適宜決定されるため特に限定されず、一般的に公知の情報に準じて設定することができる。
正極集電体３としては、特に限定されず、リチウムイオン電池に一般的に用いられているものを使用でき、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタンまたはこれらの合金等が挙げられる。価格や入手容易性、電気化学的安定性等の観点から、正極集電体３としてはアルミニウムが好ましい。
（負極層）
負極層６は、用途等に応じて、公知のリチウムイオン電池に使用することのできる負極の中から適宜選択することができる。負極層６は、負極活物質層７と、負極集電体８と、を含む。
負極層６に用いられる負極活物質についても負極に使用可能なものであれば用途等に応じて適宜設定することができる。
負極活物質として使用可能な材料の具体例としては、人造黒鉛、天然黒鉛、非晶質炭素、ダイヤモンド状炭素、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等の炭素材料；リチウム金属材料；シリコンやスズ等の合金系材料；Ｎｂ２Ｏ５やＴｉＯ２等の酸化物系材料；あるいはこれらの複合物を用いることができる。
負極活物質は、一種のみを単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、負極活物質には、正極活物質と同様に、結着剤や導電剤等を適宜加えることができる。これら結着剤や導電剤は正極活物質に添加するものと同じものを用いることができる。
負極集電体８としては銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタンまたはこれらの合金を用いることができ、これらの中でも銅が特に好ましい。
また、本実施形態における負極層６は、公知の方法により製造することができる。例えば負極活物質と結着剤とを有機溶媒中に分散させスラリーを得た後、このスラリーを負極集電体８に塗布・乾燥する等の方法を採用することができる。
（電解質層）
電解質層は、正極層１と負極層６との間に介在するように配置される層である。電解質層はセパレータ２０および電解液を含み、例えば、多孔性セパレータに非水電解液を含浸させたものが挙げられる。
セパレータ２０としては正極層１と負極層６を電気的に絶縁させ、リチウムイオンを透過する機能を有するものであれば特に限定されないが、例えば、多孔性セパレータを用いることができる。
多孔性セパレータとしては多孔性樹脂フィルム等が挙げられる。多孔性樹脂フィルムを構成する樹脂としては、例えば、ポリオレフィン、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリエステル等が挙げられる。セパレータ２０としては、多孔性ポリオレフィンフィルムが好ましく、多孔性ポリエチレンフィルムおよび多孔性ポリプロピレンフィルム等がより好ましい。
セパレータ２０の１６０℃での熱収縮率は、電池の熱暴走をより効果的に抑制する観点から、０％以上４０％未満であることが好ましい。
セパレータ２０の１６０℃での熱収縮率は以下の方法により算出される。
まず、セパレータ２０から８ｃｍ×８ｃｍの試験片を切り出し、この試験片を１６０℃で１時間熱処理する。次いで、熱処理前の試験片の片面の面積をＡ０［ｃｍ２］とし、熱処理後の試験片の片面の面積をＡ１［ｃｍ２］としたとき、セパレータ２０の１６０℃での熱収縮率は、１００×（Ａ０−Ａ１）／Ａ０［％］により算出される。
多孔性ポリプロピレンフィルムを構成するポリプロピレン系樹脂としては特に限定されず、例えば、プロピレン単独重合体、プロピレンと他のオレフィンとの共重合体などが挙げられ、プロピレン単独重合体（ホモポリプロピレン）が好ましい。ポリプロピレン系樹脂は、単独で用いても二種以上を併用して用いてもよい。
なお、プロピレンと共重合されるオレフィンとしては、例えば、エチレン、１−ブテン、１−ペンテン、４−メチル−１−ペンテン、１−ヘキセン、１−オクテン、１−ノネン、１−デセンなどのα−オレフィンなどが挙げられる。
多孔性ポリエチレンフィルムを構成するポリエチレン系樹脂としては特に限定されず、例えば、エチレン単独重合体、エチレンと他のオレフィンとの共重合体などが挙げられ、エチレン単独重合体（ホモポリエチレン）が好ましい。ポリエチレン系樹脂は、単独で用いても二種以上を併用して用いてもよい。
なお、エチレンと共重合されるオレフィンとしては、例えば、１−ブテン、１−ペンテン、４−メチル−１−ペンテン、１−ヘキセン、１−オクテン、１−ノネン、１−デセンなどのα−オレフィンなどが挙げられる。
セパレータ２０の厚みは、機械的強度およびリチウムイオン伝導性のバランスの観点から、好ましくは５μｍ以上５０μｍ以下であり、より好ましくは１０μｍ以上４０μｍ以下である。
セパレータ２０は、耐熱性をさらに向上させる観点から多孔性樹脂フィルムの少なくとも一方の面にセラミック層をさらに備えることが好ましい。
セパレータ２０は、上記セラミック層をさらに備えることにより、熱収縮をより小さくすることができ、電極間の短絡をより一層防止することができる。
上記セラミック層は、例えば、上記多孔性樹脂層上に、セラミック層形成材料を塗布して乾燥させることにより形成することができる。セラミック層形成材料としては、例えば、無機フィラーと結着剤とを適当な溶媒に溶解または分散させたものを用いることができる。
このセラミック層に用いられる無機フィラーは、リチウムイオン電池のセパレータに使用される公知の材料の中から適宜選択することができる。例えば、絶縁性の高い酸化物、窒化物、硫化物、炭化物などが好ましく、酸化チタン、アルミナ、シリカ、マグネシア、ジルコニア、酸化亜鉛、酸化鉄、セリア、イットリア等の酸化物系セラミック等から選択される一種または二種以上の無機化合物を粒子状に調整したものがより好ましい。これらの中でも、酸化チタン、アルミナが好ましい。
上記結着剤は特に限定されず、例えば、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等のセルロース系樹脂；アクリル系樹脂；ポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）等のフッ素系樹脂；等が挙げられる。結着剤は、一種のみを単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
これら成分を溶解または分散させる溶媒は特に限定されず、例えば、水、エタノール等のアルコール類、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、トルエン、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）等から適宜選択して用いることができる。
上記セラミック層の厚みは、機械的強度、取扱い性およびリチウムイオン伝導性のバランスの観点から、好ましくは１μｍ以上２０μｍ以下であり、より好ましくは１μｍ以上１２μｍ以下である。
本実施形態に係る電解液は電解質を溶媒に溶解させたものである。
上記電解質としてはリチウム塩が挙げられ、活物質の種類に応じて選択すればよい。例えば、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ６、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＢ１０Ｃｌ１０、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＢ（Ｃ２Ｈ５）４、ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉ、ＣＨ３ＳＯ３Ｌｉ、ＬｉＣ４Ｆ９ＳＯ３、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ、低級脂肪酸カルボン酸リチウム等が挙げられる。
上記電解質を溶解する溶媒としては、電解質を溶解させる液体として通常用いられるものであればとくに限定されるものではなく、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）等のカーボネート類；γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等のラクトン類；トリメトキシメタン、１，２−ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン等のエーテル類；ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類；１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン等のオキソラン類；アセトニトリル、ニトロメタン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド等の含窒素溶媒；ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル等の有機酸エステル類；リン酸トリエステルやジグライム類；トリグライム類；スルホラン、メチルスルホラン等のスルホラン類；３−メチル−２−オキサゾリジノン等のオキサゾリジノン類；１，３−プロパンスルトン、１，４−ブタンスルトン、ナフタスルトン等のスルトン類；等が挙げられる。これらは、一種単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて使用してもよい。
（外装体）
本実施形態に係る外装体３０は公知の部材を用いることができ、電池の軽量化の観点からは金属層および熱融着性の樹脂層を有するラミネートフィルムを用いることが好ましい。金属層には電解液の漏出や外部からの水分の侵入を防止する等のバリア性を有するものを選択することができ、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）、アルミニウム、銅等を用いることができる。
熱融着性の樹脂層を構成する樹脂材料は、特に限定されないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等を用いることができる。
本実施形態において、ラミネートフィルムの熱融着性の樹脂層同士を電池本体５０を介して対向させ、電池本体５０を収納する部分の周囲を熱融着することで外装体３０を形成することができる。熱融着性の樹脂層が形成された面と反対側の面となる外装体表面にはナイロンフィルム、ポリエステルフィルム等の樹脂層を設けることができる。
（電極端子）
本実施形態において正極端子１１および負極端子１６には公知の部材を用いることができる。正極端子１１には、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金で構成されたもの、負極端子１６には、例えば、銅や銅合金あるいはそれらにニッケルメッキを施したもの等を用いることができる。それぞれの端子は容器の外部に引き出されるが、それぞれの端子における外装体３０の周囲を熱溶着する部分に位置する箇所には熱融着性の樹脂をあらかじめ設けることができる。
（絶縁部材）
活物質の塗布部と未塗布部の境界部４、９に絶縁部材を形成する場合には、ポリイミド、ガラス繊維、ポリエステル、ポリプロピレンあるいはこれらを構成中に含むものを用いることができる。これらの部材に熱を加えて境界部４、９に溶着させるか、または、ゲル状の樹脂を境界部４、９に塗布、乾燥させることで絶縁部材を形成することができる。
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
（実施例１）
＜正極層の作製＞
正極活物質としてＬｉＭｎ２Ｏ４とＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１Ａｌ０．１Ｏ２を主成分とする複合酸化物、導電剤としてカーボンブラック（ＳＣ６５、ＴＩＭＣＡＬ社製）、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を用いた。これらを有機溶媒に分散させ、スラリーを調製した。このスラリーを、正極集電体である厚さ１５μｍのアルミニウム箔に連続的に塗布・乾燥し、正極集電体の塗布部と塗布しない未塗布部とを備える正極ロールを作製した。
この正極ロールを、正極端子と接続するためのタブとなる未塗布部を残して、正極タブを除いた寸法が縦２２６．６ｍｍ、横１９３．８ｍｍとなるように打ち抜いて、正極とした。
＜負極層の作製＞
負極活物質として人造黒鉛、結着剤としてスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）を用いた。これらを有機溶媒に分散させ、スラリーを調製した。このスラリーを、負極集電体である厚さ８μｍの銅箔に連続的に塗布・乾燥し、負極集電体の塗布部と塗布しない未塗布部とを備える負極ロールを作製した。
この負極ロールを、負極端子と接続するためのタブとなる未塗布部を残して、負極タブを除いた寸法が縦２３０．８ｍｍ、横１９７．８ｍｍになるように打ち抜いて、負極とした。
＜セパレータ＞
セパレータとして、厚さ２０μｍ、１６０℃での熱収縮率３９％である多孔性ポリプロピレンフィルムを用いた。
＜リチウムイオン電池の作製＞
正極層と負極層とをセパレータを介して積層し、これに負極端子や正極端子を設け、電池本体を得た。次いで、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートからなる溶媒に、１ＭのＬｉＰＦ６を溶かした電解液と、得られた電池本体をラミネートフィルムに収容することで、図１に示す積層型のリチウムイオン電池を得た。このリチウムイオン電池の電池容量は４０Ａｈ、正極を２１層、負極を２２層とした。
ここで、負極集電体である銅箔の長さや、負極端子と負極集電体の溶接位置を調整することにより、第１未接合部および第２未接合部を設けた。また、第１未接合部および第２未接合部の短辺方向の最大長さＬ１およびＬ２と、負極集電体と負極端子との接合部の面積Ｓ１［ｍｍ２］をそれぞれ求めた。
＜評価＞
（１）外部短絡試験
満充電状態において、短絡抵抗０．２ｍΩの外部抵抗装置を用い、リチウムイオン電池をショートさせた。
次いで、以下の基準で、各リチウムイオン電池の安全性を評価した。
〇：発煙発火しなかったもの
×：発煙発火したもの
得られた評価結果を表１に示す。
（実施例２〜３および比較例１）
第１未接合部および第２未接合部の有無、第１未接合部および第２未接合部の短辺方向の最大長さＬ１およびＬ２、負極集電体と負極端子との接合部の面積Ｓ１［ｍｍ２］をそれぞれ表１に示す値に変更した以外は実施例１と同様にしてリチウムイオン電池をそれぞれ作製し、実施例１と同様の評価をおこなった。
得られた評価結果を表１に示す。
表１から、負極集電体に負極端子と接合していない第１未接合部を有する実施例のリチウムイオン電池は安全性に優れていた。これに対し、第１未接合部を有さない比較例のリチウムイオン電池は安全性に劣っていた。
以下、参考形態の例を付記する。
１． 正極活物質層および正極集電体を有する正極層と、セパレータおよび電解液を含む電解質層と、負極活物質層および負極集電体を有する負極層と、がこの順に積層されることにより構成された発電素子を１つ以上含む電池本体と、
前記電池本体を内部に封入した外装体と、
前記正極集電体に電気的に接続し、かつ、少なくとも一部が前記外装体の外側に露出した正極端子と、
前記負極集電体に電気的に接続し、かつ、少なくとも一部が前記外装体の外側に露出した負極端子と、
を備えるリチウムイオン電池であって、
前記負極集電体の外側の端部と前記負極端子の内側の端部とが接合されており、
前記負極集電体の外側の最末端部に前記負極端子と接合していない第１未接合部を有するリチウムイオン電池。
２． １．に記載のリチウムイオン電池において、
前記第１未接合部の短辺方向の最大長さが０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であるリチウムイオン電池。
３． １．または２．に記載のリチウムイオン電池において、
前記負極集電体の外側の端部と前記負極端子の内側の端部との接合部の面積をＳ１［ｍｍ２］とし、当該リチウムイオン電池の電池容量をＣ１［Ａｈ］としたとき、
Ｓ１／Ｃ１が３．２５以上８．８６以下であるリチウムイオン電池。
４． １．乃至３．のいずれか一つに記載のリチウムイオン電池において、
前記負極端子の内側の末端部に前記負極集電体と接合しておらず、かつ、前記第１未接合部とは異なる第２未接合部を有するリチウムイオン電池。
５． ４．に記載のリチウムイオン電池において、
前記第２未接合部の短辺方向の最大長さが０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であるリチウムイオン電池。
６． １．乃至５．のいずれか一つに記載のリチウムイオン電池において、
前記正極集電体の外側の端部と前記正極端子の内側の端部とが接合されており、
前記正極集電体の外側の最末端部に前記正極端子と接合していない第３未接合部を有するリチウムイオン電池。
７． 正極活物質層および正極集電体を有する正極層と、セパレータおよび電解液を含む電解質層と、負極活物質層および負極集電体を有する負極層と、がこの順に積層されることにより構成された発電素子を１つ以上含む電池本体と、
前記電池本体を内部に封入した外装体と、
前記正極集電体に電気的に接続し、かつ、少なくとも一部が前記外装体の外側に露出した正極端子と、
前記負極集電体に電気的に接続し、かつ、少なくとも一部が前記外装体の外側に露出した負極端子と、
を備えるリチウムイオン電池であって、
前記正極集電体の外側の端部と前記正極端子の内側の端部とが接合されており、
前記正極集電体の外側の最末端部に前記正極端子と接合していない第３未接合部を有するリチウムイオン電池。
８． ６．または７．に記載のリチウムイオン電池において、
前記第３未接合部の短辺方向の最大長さが０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であるリチウムイオン電池。
９． ６．乃至８．のいずれか一つに記載のリチウムイオン電池において、
前記正極集電体の外側の端部と前記正極端子の内側の端部との接合部の面積をＳ２［ｍｍ２］とし、当該リチウムイオン電池の電池容量をＣ１［Ａｈ］としたとき、
Ｓ２／Ｃ１が３．２５以上８．８６以下であるリチウムイオン電池。
１０． ６．乃至９．のいずれか一つに記載のリチウムイオン電池において、
前記正極端子の内側の末端部に前記正極集電体と接合しておらず、かつ、前記第３未接合部とは異なる第４未接合部を有するリチウムイオン電池。
１１． １０.に記載のリチウムイオン電池において、
前記第４未接合部の短辺方向の最大長さが０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であるリチウムイオン電池。
１２． １．乃至１１．のいずれか一つに記載のリチウムイオン電池において、
前記セパレータの１６０℃での熱収縮率が０％以上４０％未満であるリチウムイオン電池。
１３． １．乃至１２．のいずれか一つに記載のリチウムイオン電池において、
当該リチウムイオン電池の電池容量が５Ａｈ以上であるリチウムイオン電池。
表１から、負極集電体に負極端子と接合していない第１未接合部を有する実施例のリチウムイオン電池は安全性に優れていた。これに対し、第１未接合部を有さない比較例のリチウムイオン電池は安全性に劣っていた。
この出願は、２０１７年２月２２日に出願された日本出願特願２０１７−０３１３４９号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (9)

  1. 正極活物質層および正極集電体を有する正極層と、セパレータおよび電解液を含む電解質層と、負極活物質層および負極集電体を有する負極層と、がこの順に積層されることにより構成された発電素子を１つ以上含む電池本体と、
    前記電池本体を内部に封入した外装体と、
    前記正極集電体に電気的に接続し、かつ、少なくとも一部が前記外装体の外側に露出した正極端子と、
    前記負極集電体に電気的に接続し、かつ、少なくとも一部が前記外装体の外側に露出した負極端子と、
    を備えるリチウムイオン電池であって、
    前記負極集電体の外側の端部と前記負極端子の内側の端部とが接合されており、
    前記負極集電体の外側の最末端部に前記負極端子と接合していない第１未接合部を有し、
    前記第１未接合部の短辺方向の最大長さが０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であり、
    前記負極端子の内側の末端部に前記負極集電体と接合しておらず、かつ、前記第１未接合部とは異なる第２未接合部を有するリチウムイオン電池。
  2. 請求項１に記載のリチウムイオン電池において、
    前記負極集電体の外側の端部と前記負極端子の内側の端部との接合部の面積をＳ１［ｍｍ２］とし、当該リチウムイオン電池の電池容量をＣ１［Ａｈ］としたとき、
    Ｓ１／Ｃ１が３．２５以上８．８６以下であるリチウムイオン電池。
  3. 請求項１または２に記載のリチウムイオン電池において、
    前記第２未接合部の短辺方向の最大長さが０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であるリチウムイオン電池。
  4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池において、
    前記正極集電体の外側の端部と前記正極端子の内側の端部とが接合されており、
    前記正極集電体の外側の最末端部に前記正極端子と接合していない第３未接合部を有するリチウムイオン電池。
  5. 正極活物質層および正極集電体を有する正極層と、セパレータおよび電解液を含む電解質層と、負極活物質層および負極集電体を有する負極層と、がこの順に積層されることにより構成された発電素子を１つ以上含む電池本体と、
    前記電池本体を内部に封入した外装体と、
    前記正極集電体に電気的に接続し、かつ、少なくとも一部が前記外装体の外側に露出した正極端子と、
    前記負極集電体に電気的に接続し、かつ、少なくとも一部が前記外装体の外側に露出した負極端子と、
    を備えるリチウムイオン電池であって、
    前記正極集電体の外側の端部と前記正極端子の内側の端部とが接合されており、
    前記正極集電体の外側の最末端部に前記正極端子と接合していない第３未接合部を有し、
    前記第３未接合部の短辺方向の最大長さが０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であり、
    前記正極端子の内側の末端部に前記正極集電体と接合しておらず、かつ、前記第３未接合部とは異なる第４未接合部を有するリチウムイオン電池。
  6. 請求項４または５に記載のリチウムイオン電池において、
    前記正極集電体の外側の端部と前記正極端子の内側の端部との接合部の面積をＳ２［ｍｍ２］とし、当該リチウムイオン電池の電池容量をＣ１［Ａｈ］としたとき、
    Ｓ２／Ｃ１が３．２５以上８．８６以下であるリチウムイオン電池。
  7. 請求項５を引用する請求項６に記載のリチウムイオン電池において、
    前記第４未接合部の短辺方向の最大長さが０．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であるリチウムイオン電池。
  8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池において、
    前記セパレータの１６０℃での熱収縮率が０％以上４０％未満であるリチウムイオン電池。
  9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池において、
    当該リチウムイオン電池の電池容量が５Ａｈ以上であるリチウムイオン電池。
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