JP7183071B2

JP7183071B2 - セパレータの検査方法、及び非水電解質二次電池

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Publication number: JP7183071B2
Application number: JP2019028143A
Authority: JP
Inventors: 沙也加川口
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2019-02-20
Filing date: 2019-02-20
Publication date: 2022-12-05
Anticipated expiration: 2039-02-20
Also published as: JP2020136074A

Description

本開示は、電池用のセパレータの検査方法、及び水電解質二次電池に関する。

従来、特許文献１に記載されているように、非水電解質二次電池のセパレータの破断強度は、ＪＩＳ（日本工業規格）のＺ１７０７：１９９８に準拠した突き刺し強度を測定することによって検査される。この検査は、セパレータに針状部を突き刺し、針状部がセパレータを突き抜けたときに針状部に付与している力に基づいてセパレータの破断強度を特定する。

特開２０１６－１７２４２６号公報

本発明者は、上記突き刺し強度によるセパレータの破断強度の検査が現実に即していないことを突き止めた。詳しくは、上記突き刺し強度によるセパレータの破断検査では、セパレータにおいて針状部が接触した周辺領域が広範囲に伸びる。そして、セパレータは、その周辺領域の厚さが伸びて薄くなった後に破断する。

しかし、現実に巻回型や積層型の電極体で起こる異物の嵌まり込みによるセパレータ破断においては、セパレータは、負極と正極に挟持されて負極及び正極で強く押圧されているので、そのような周辺領域の伸びや、周辺領域の厚さが広範囲に薄くなる現象は起こらない。すなわち、現実の異物の嵌まり込みによるセパレータ破断では、局所のみに過大な力が加わって局所のみで破断が生じ、異物に接触していないセパレータ箇所には、殆ど変化が生じない。

したがって、本開示の目的は、実際の電極体内における異物の嵌まり込みによるセパレータの破断強度を正確に検査し易い電池用のセパレータの検査方法、及び電極体内に異物が嵌まり込んでも破断しにくいセパレータを備える非水電解質二次電池を提供することにある。

上記課題を解決するため、本開示に係るセパレータの検査方法は、電池用のセパレータの検査方法であって、第１平面部、及びその第１平面部の略法線方向に延在する第１貫通孔を有する第１保持部を、第１平面部がセパレータの一方側面に当接するように配置して、第２平面部、及びその第２平面部の略法線方向に延在する第２貫通孔を有する第２保持部を、第２平面部がセパレータの他方側面に当接すると共に第２貫通孔がセパレータを介して第１貫通孔と対向するように配置し、更に、第１保持部と第２保持部でセパレータを挟み込んでセパレータを保持する第１工程と、第１工程の後、第１貫通孔を通じて針状部をセパレータの一方側面に押し当てる第２工程と、第２工程の後、針状部の位置を固定した状態で、セパレータの他方側面におけるセパレータを介して針状部と対向する部分に第２貫通孔を通じて押圧部を押し当てて、針状部と押圧部との間の電気抵抗を押圧部の押圧力を上昇させながら測定し、電気抵抗が所定値以上変化した時の押圧力及び圧力のうちの少なくとも一方を求める第３工程と、を含む。

なお、上記第１保持部は、第１保持部材でもよく、セパレータの破断強度を検査する検査装置の一部でもよい。また、上記第２保持部は、第２保持部材でもよく、検査装置の一部でもよい。また、針状部は、針状部材の一部でもよく、検査装置の一部でもよい。また、押圧部も、押圧部材の一部でもよく、検査装置の一部でもよい。

また、本開示に係る非水電解質二次電池は、正極芯体の両面に正極活物質層が形成された正極と、負極芯体の両面に負極活物質層が形成された負極と、正極と負極を、セパレータを介して巻回した偏平状の巻回電極体と、巻回電極体を収納する電池ケースを備えた非水電解質二次電池であって、巻回電極体における正極の積層数は、４４～７２層であり、正極活物質層の厚みは、６５～１６５μｍであり、正極活物質層の充填密度は、２.５～２.９ｇ／ｃｍ^３であり、負極活物質層の厚みは、６２～１６５μｍであり、負極活物質層の充填密度は、１.１～１.６ｇ／ｃｍ^３であり、セパレータの厚みは、１２～３０μｍであり、更に、第１平面部、及びその第１平面部の略法線方向に延在する第１貫通孔を有する第１保持部を、第１平面部がセパレータの一方側面に当接するように配置して、第２平面部、及びその第２平面部の略法線方向に延在する第２貫通孔を有する第２保持部を、第２平面部がセパレータの他方側面に当接すると共に第２貫通孔がセパレータを介して第１貫通孔と対向するように配置し、更に、第１保持部と第２保持部でセパレータを挟み込んでセパレータを保持し、その後、第１貫通孔を通じて針状部をセパレータの一方側面に押し当てて、針状部をセパレータに対して５０μｍ押し込み、その後、針状部の位置を固定した状態で、セパレータの他方側面におけるセパレータを介して針状部と対向する部分に第２貫通孔を通じて押圧部を押し当てて、針状部と押圧部との間の電気抵抗を押圧部の押圧力を上昇させながら測定した時、電気抵抗が１０mΩ以上変化した時の押圧力が６５０Ｎ以上である。

本開示に係るセパレータの検査方法によれば、現実に起こる電極体内に嵌まり込んだ異物によるセパレータの突き破りに即したセパレータの破断強度を正確に検査し易い。また、本開示に係る非水電解質二次電池によれば、巻回電極体内に異物が嵌まり込んでもセパレータが破断しにくい。

本開示の非水電解質二次電池の一実施形態に係る角形二次電池の平面図である。上記角形二次電池の正面図である。（ａ）は、図１のＡ－Ａ線部分断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ－Ｂ線部分断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＣ－Ｃ線断面図である。（ａ）は、上記角形二次電池が含む正極の平面図であり、（ｂ）は、上記角形二次電池が含む負極の平面図である。上記角形二次電池が含む偏平状の巻回電極体の巻回終了端側を展開した斜視図である。本開示の一実施形態に係るセパレータの破断検査の途中状態を説明する模式断面図であり、破断検査に用いる第１保持部材の第１貫通孔の中心軸と第２保持部材の第２貫通孔の中心軸を通過する模式断面図である。上記破断検査の図６に示す状態よりも後の状態を説明する模式断面図であり、破断検査に用いる第１保持部材の第１貫通孔の中心軸と第２保持部材の第２貫通孔の中心軸を通過する模式断面図である。上記破断検査の図７に示す状態よりも後の状態を説明する模式断面図であり、破断検査に用いる第１保持部材の第１貫通孔の中心軸と第２保持部材の第２貫通孔の中心軸を通過する模式断面図である。

以下に、本開示に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて新たな実施形態を構築することは当初から想定されている。また、以下の実施例では、図面において同一構成に同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、複数の図面には、模式図が含まれ、異なる図間において、各部材における、縦、横、高さ等の寸法比は、必ずしも一致しない。また、以下では、非水電解質二次電池が、巻回電極体１４を有する角形二次電池１０である場合を例に説明を行う。しかし、セパレータを検査される非水電解質二次電池は、積層電極体を有する角形二次電池でもよく、巻回型の電極体を有する円筒形二次電池でもよい。つまり、本開示のセパレータの検査方法によって十分な破断強度を有すると判断したセパレータを積層型の電極体を有する角形二次電池に用いてもよく、又は円筒形二次電池に用いてもよい。また、以下で説明される構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素であり、必須の構成要素ではない。

図１～図３、及び図５に示すように、角形二次電池１０は、角形外装体（角形外装缶）（図１～図３参照）２５と、封口板２３（図１参照）と、偏平状の巻回電極体１４（図２（ａ）、図５参照）とを備える。角形外装体２５は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、高さ方向一方側に開口部を有する。図２に示すように、角形外装体２５は、底部４０、一対の第１側面４１、及び一対の第２側面４２を有し、第２側面４２は、第１側面４１よりも大きくなっている。図３（ａ）に示すように、封口板２３は角形外装体２５の開口部に嵌合される。封口板２３と角形外装体２５との嵌合部を接合することで、角形の電池ケース４５が構成される。

図５に示すように、巻回電極体１４は、正極１１と負極１２とがセパレータ１３を介して互いに絶縁された状態で巻回された構造を有する。巻回電極体１４の最外面側はセパレータ１３で被覆され、負極１２は正極１１よりも外周側に配置される。偏平状の巻回電極体１４の平坦部における正極１１の総積層数（以下、この総積層数を、正極の積層数として定義する）は、４０層（巻回数２０層）以上であって、８０層（巻回数４０層）以下であることが好ましく、４４層（巻回数２２層）以上であって、７２層（巻回数３６層）以下であると更に好ましい。

図４（ａ）に示すように、正極１１は、厚さが１０～２０μｍ程度のアルミニウム又はアルミニウム合金箔からなる帯状の正極芯体１５の両面に正極活物質スラリーを塗布し、乾燥及び圧延した後、所定寸法に帯状に切断する。正極活物質スラリーは、正極活物質、導電剤、結着剤、及び分散媒等を含む。正極活物質としてはリチウム遷移金属複合酸化物が好ましい。導電剤としては炭素材料が好ましい。結着剤としてはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）が好ましい。分散媒としては、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）が好ましい。但し、正極活物質スラリーを構成する材料は、これらに限定されない。正極活物質スラリーを塗布する際、幅方向の一方側の端部に、長手方向に沿って両面に正極活物質層１１ａが形成されていない正極芯体露出部１５ａが形成されるようにする。この正極芯体露出部１５ａの少なくとも一方側の表面には、例えば正極活物質層１１ａに隣接するように、正極芯体露出部１５ａの長さ方向に沿って正極保護層１１ｂが形成されることが好ましい。正極活物質層１１ａの厚みは、如何なる厚みでもよいが、例えば、６５～１６５μｍとすることができ、正極活物質層１１ａの充填密度は、如何なる密度でもよいが、例えば、２.５～２.９ｇ／ｃｍ^３とすることができる。また、正極保護層１１ｂには、絶縁性無機粒子と結着剤とが含まれる。この正極保護層１１ｂは、正極活物質層１１ａよりも導電性が低い。正極保護層１１ｂを設けることにより、異物等により負極活物質層１２ａと正極芯体１５との短絡を防止できる。また、正極保護層１１ｂに導電性無機粒子を含有させてもよい。これにより、正極保護層１１ｂと負極活物質層１２ａが短絡した場合であっても、小さい内部短絡電流を流し続けることができ、これにより角形二次電池１０を安全な状態へと円滑に移行させることができる。正極保護層１１ｂの導電性は、導電性無機粒子と、絶縁性無機粒子との混合比で制御できる。なお、正極保護層１１ｂは、設けられなくてもよい。

一方、図４（ｂ）に示すように、負極１２は、厚さが５～１５μｍ程度の銅又は銅合金箔からなる帯状の負極芯体１６の両面に負極活物質スラリーを塗布し、乾燥及び圧延した後、所定寸法に帯状に切断する。負極活物質スラリーは、負極活物質、結着剤、及び分散媒等を含む。負極活物質は炭素材料が好ましい。結着剤はカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）又はその塩、及びスチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）が好ましい。分散媒は水が好ましい。但し、負極活物質スラリーを構成する材料は、これらに限定されない。負極活物質スラリーを塗布する際、長手方向に沿って両面に負極活物質層１２ａが形成されていない負極芯体露出部１６ａが形成されるようにする。負極活物質層１２ａの厚みは、如何なる厚みでもよいが、例えば、６２～１６５μｍとすることができ、負極活物質層１２ａの充填密度は、如何なる密度でもよいが、例えば、１.１～１.６ｇ／ｃｍ^３とすることができる。なお、正極芯体露出部１５ａないし負極芯体露出部１６ａは、それぞれ正極１１ないし負極１２の幅方向の両側の端部に沿って形成してもよい。

図５に示すように、正極芯体露出部１５ａと負極活物質層１２ａが重ならないようにし、負極芯体露出部１６ａが正極活物質層１１ａと重ならないようにして、正極１１及び負極１２を巻回電極体１４の幅方向（正極１１及び負極１２の幅方向）にずらして配置される。そして、正極１１と負極１２は、セパレータ１３を挟んで互いに絶縁された状態で巻回され、偏平状に成形されることで、偏平状の巻回電極体１４が作製される。巻回電極体１４は、巻回軸が延びる方向（帯状の正極１１、帯状の負極１２、及び帯状のセパレータ１３を矩形状に展開したときの幅方向に一致）の一方側端部に複数枚積層された正極芯体露出部１５ａを備え、他方側端部に複数枚積層された負極芯体露出部１６ａを備える。

セパレータ１３は、リチウムイオン電池の正極と負極を分離し、イオンの伝導性を有する薄いフィルム（絶縁材）である。セパレータ１３には、イオンが電極間を通過できるように、０.１μｍ程度の目に見えない小さな無数の孔が設けられることが好ましい。つまり、セパレータ１３は、正極と負極を隔離して短絡を防止すると共に、その空孔内に電解液を保持して電極間のリチウムイオン伝導の通路を形成する役割を担う。また、セパレータ１３は、１３０℃前後で溶融して空孔が塞がることで、電池反応を停止させ、異常発熱を防止する重要な機能も有することが好ましい。セパレータ１３の厚みは、限定されることはないが、例えば、１２～３０μｍとすることができる。また、セパレータ１３の幅は、正極活物質層１１ａを被覆できると共に負極活物質層１２ａの幅よりも大きいことが好ましい。

セパレータ１３としては、ポリオレフィンを主成分とするセパレータが好ましく、より詳しくは、ポリオレフィンがセパレータ全体に対する体積比で５０％以上存在すると好ましく、セパレータ全体に対する体積比で８０％以上存在すると更に好ましい。しかし、セパレータ１３として、ポリエチレンを主成分とするセパレータを用いてもよく、セパレータ１３として、ポリエチレンの表面にポリプロピレンからなる層が形成されたものや、ポリエチレンのセパレータの表面にアラミド系の樹脂が塗布されたものを用いてもよい。

更に詳細に述べると、セパレータ１３としては、好ましくは、ポリオレフィン製の微多孔性膜を使用できる。また、セパレータ１３としては、ポリエチレン（ＰＥ）からなるセパレータのみならず、ポリエチレンの表面にポリプロピレン（ＰＰ）からなる層が形成されたものや、ポリエチレンのセパレータ本体の表面にアラミド系の樹脂が塗布されたものを用いても良い。また、セパレータ１３としては、ポリエチレンン、ポリプロピレンを厚さ方向に複数層、積層してなるものを好適に使用できる。より詳しくは、セパレータ１３としては、ポリエチレンを上下からポリプロピレンで挟み込んだ３層構造等も使用できるが、セパレータ１３を、ポリエチレン又はポリプロピレンの層を、単独又は２つの層を共に含んだ状態で、４層以上積層して形成すると強度が大きくなって好ましく、６層以上積層して形成すると強度が更に大きくなって更に好ましい。また、セパレータ１３の製法としては、湿式（相分離法）、乾式（延伸法）のいずれが用いられてもよい。

セパレータ１３は、正極と負極の短絡を確実に防止するために巻回電極体１４内における異物の嵌まり込みで破断しにくい物性を有すると好ましい。しかし、このような物性を調べようにも、上述のように、ＪＩＳ（日本工業規格）のＺ１７０７：１９９８に規定される突き刺し強度によるセパレータの破断検査では、セパレータは、針状部が接触した周辺領域が広範囲に伸びて、その周辺領域の厚さがうすくなった後に破断する。

詳しくは、巻回電極体１４で起こる異物の嵌まり込みによるセパレータ破断においては、セパレータ１３は、正極１１と負極１２に挟持されて正極１１及び負極１２で強く押圧されているので、そのような周辺領域の伸びや、周辺領域の厚さが広範囲に薄くなる現象は起こらない。すなわち、現実の異物の嵌まり込みによるセパレータ破断では、局所のみに過大な力が加わって局所のみで破断が生じ、異物に接触していないセパレータ箇所には、殆ど変化が生じない。よって、ＪＩＳで規定された突き刺し強度では、巻回電極体１４内で巻回状態となっている状態のセパレータ１３の破断し易さを正しく判定し難い。

このため、本開示のセパレータ１３は、本願発明者によって見出された破断検査で測定される押圧力が６５０Ｎ以上となっている。この破断検査を行えば、局所のみに過大な力が加わった場合のセパレータ１３の破断し難さを正確に判定でき、異物が巻回電極体内で正極１１と負極１２に挟持されて正極１１及び負極１２で強く押圧されている状態におけるセパレータ１３の破断し難さを正確に検査できる。次に、その破断検査の方法、及びその破断検査で巻回電極体１４内のセパレータ１３の破断し易さを正確に判定できる理由について説明する。

この破断検査では、先ず、図６に示すように、第１平面部６０、及び第１平面部６０の略法線方向に延在する第１貫通孔６１を有する第１保持部材６２を、第１平面部６０がセパレータ１３の一方側面１３ａに当接するように配置する。また、第２平面部７０、及び第２平面部７０の略法線方向に延在する第２貫通孔７１を有する第２保持部材７２を、第２平面部７０がセパレータ１３の他方側面１３ｂに当接すると共に第２貫通孔７１がセパレータ１３を介して第１貫通孔６１と対向するように配置する。そして、第１保持部材６２と第２保持部材７２でセパレータ１３を挟み込んでセパレータ１３を保持し、その保持状態を維持する。

なお、この保持は、専用の検査装置で第１保持部材６２に対する第２保持部材７２の相対位置を第１所定位置に移動させることで実現でき、そのような相対位置の調整は、例えば電動シリンダ、油圧シリンダ、ボールネジ等を用いた公知の技術で容易に実現できる。又は、この保持を手動で実行する場合、例えば、次の第１保持部材６２と第２保持部材７２を締結部材で固定することで実現できる。詳しくは、第１保持部材６２におけるセパレータ１３に当接しない箇所に第１保持部材６２を貫通する複数の第１ねじ孔（図示せず）を設ける。また、第２保持部材７２におけるセパレータ１３に当接しない箇所に第２保持部材７２を貫通すると共に、第１ねじ孔と同じ数の複数の第２ねじ孔（図示せず）を設ける。また、第１ねじ孔と同じ数のボルトとナットを用意する。そして、上記保持を行っている状態で、ボルトの軸部を第１ねじ孔及び第２ねじ孔を通過させて第１及び第２保持部材６２,７２を通過した軸部の先端部にナットを締め込むことで実現できる。

次に、図７に示すように、その保持を維持している状態で、第１貫通孔６１を通じて針状部材８０の尖った先端をセパレータ１３の一方側面１３ａに押し当て、セパレータ１３を５０μｍ窪ませる。このセパレータ１３が局所的に５０μｍ窪んでいる状態で、巻回電極体１４内に微小な異物が入り込んで、その異物でセパレータ１３が局所的に窪んでいる現象を再現できる。第１貫通孔６１の長さはわかっているため、針状部材８０の先端から第１貫通孔６１の長さと５０μｍ足した長さの箇所まで針状部材８０を第１貫通孔６１に挿入すれば、セパレータ１３を５０μｍ窪ませることができる。なお、第１貫通孔６１と第２貫通孔７１の直径ａは、如何なる寸法でもよいが、例えば、１ｍｍ以下に設定されることができる。

この針状部材８０によるセパレータ１３の押圧は、専用の検査装置で第１保持部材６２に対する針状部材８０の相対位置を第２所定位置に移動させることで実現でき、そのような相対位置の調整は、例えば電動シリンダ、油圧シリンダ、ボールネジ等を用いた公知の技術で容易に実現できる。又は、針状部材８０によるセパレータ１３の押圧を手動で行う場合、針状部材８０においてその先端から第１貫通孔６１の長さと５０μｍ足した長さの箇所の直径を、第１貫通孔６１の直径ａと同程度の大きさに設定すると、第１貫通孔６１に対する針状部材８０の挿入の調整を行い易くなる。

続いて、針状部材８０の先端部がセパレータ１３を５０μｍ窪ませている状態で針状部材８０を第１保持部材６２に固定する。この固定は、専用の検査装置で第１保持部材６２に対する針状部材８０の相対位置を上記第２所定位置に静止させることで実現でき、そのような針状部材８０の静止は、電動シリンダ、油圧シリンダ、ボールネジ等を有する専用の検査装置であれば容易に実現できる。又は、手動で行う場合、例えば、第１貫通孔６１に連通すると共に第１貫通孔６１に直交する方向に同一直線上に延在する２つの第３ねじ孔（図示せず）を設けて、その２つの第３ねじ孔に螺合させた２つのボルトの２つの先端で、第１貫通孔６１内で針状部材８０の側面を挟持することで実現できる。

その後、図８に示すように、セパレータ１３の他方側面１３ｂにおけるセパレータ１３を介して針状部材８０と対向する部分に第２貫通孔７１を通じて円柱形状の押圧部材８５の平坦な先端面８５ａを押し当てて、針状部材８０と押圧部材８５との間の電気抵抗を押圧部材８５の押圧力を上昇させながら測定する。そして、電気抵抗が所定値以上変化した時の押圧力を求める。この押圧力の特定は、例えば、針状部材８０及び押圧部材８５を、導電材料、例えば、金属材料で形成すると共に、針状部材８０と押圧部材８５の間に電位差を与え、針状部材８０と押圧部材８５の間に電流が流れたときの押圧力を測定することで実現できる。なお、針状部材８０と押圧部材８５の間に与える電位差は、２～５Ｖとすることが好ましく、例えば４Ｖとすることができる。

この測定で、針状部材８０と押圧部材８５の間に電流が流れたこと、すなわち、針状部材８０と押圧部材８５の間の電気抵抗が所定値以上、例えば１０mΩ以上、低下したことは、針状部材８０の尖った先端がセパレータ１３を突き破り押圧部材８５の先端面８５ａに電気的に接続したことを意味する。したがって、この測定で、過大な力がセパレータ１３の局所箇所のみに作用してセパレータ１３が局所的に破断したときの強度を正確に測定できる。よって、この検査による測定を行えば、実際の電極体内における異物の嵌まり込みによるセパレータ１３の破断に即した破断検査を実行でき、セパレータ１３が実際に必要とする破断強度を正確に測定できる。なお、平坦な先端面８５ａの面積は、如何なる大きさでもよいが、２５ｍｍ^２以上であると好ましい。また、このような測定は、公知の技術を用いた専用の検査装置で自動的に実行できる。また、針状部材８０は金属製であり、例えば、ＳＵＳ、Ａｌ、Ｃｕ製であることが好ましく、特にＳＵＳ製であることが好ましい。また、押圧部材８５は金属製であり、例えば、ＳＵＳ、Ａｌ、Ｃｕ製であることが好ましく、特にＳＵＳ製であることが好ましい。

正極１１とセパレータ１３との界面ないし負極１２とセパレータ１３との界面には、従来から用いられてきた無機物のフィラーを含む層を形成することができる。このフィラーは、従来から用いられてきたチタン、アルミニウム、ケイ素、マグネシウムなどを単独もしくは複数用いた酸化物やリン酸化合物、またその表面が水酸化物などで処理されているものを用いることができる。また、このフィラー層の形成は、正極、負極、あるいはセパレータに、フィラー含有スラリーを直接塗布して形成する方法や、フィラーで形成したシートを、正極、負極、あるいはセパレータに貼り付ける方法などを用いることができる。

後で詳述するが、複数枚積層された正極芯体露出部１５ａは、正極集電体１７（図３（ａ）参照）を介して正極端子１８に電気的に接続され、複数枚積層された負極芯体露出部１６ａは、負極集電体１９（図３（ａ）参照）を介して負極端子２０に電気的に接続される。また、詳述しないが、図３（ａ）に示すように、正極集電体１７と正極端子１８との間には、電池ケース４５の内部のガス圧が所定値以上となった時に作動する電流遮断機構２７が設けられることが好ましい。

図１、図２及び図３（ａ）に示すように、正極端子１８及び負極端子２０の夫々は、絶縁部材２１、２２を介して封口板２３に固定される。封口板２３は、電池ケース４５内のガス圧が電流遮断機構２７の作動圧よりも高くなったときに開放されるガス排出弁２８を有する。正極集電体１７、正極端子１８及び封口板２３は、それぞれアルミニウム又はアルミニウム合金で形成され、負極集電体１９及び負極端子２０は、それぞれ銅又は銅合金で形成される。図３（ｃ）に示すように、偏平状の巻回電極体１４は、封口板２３側を除く周囲に絶縁性の絶縁シート（樹脂シート）２４を介在させた状態で一面が開放された角形外装体２５内に挿入される。

図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、正極１１側では、巻回されて積層された複数枚の正極芯体露出部１５ａは、厚み方向の中央部に収束されてさらに２分割され、正極芯体露出部１５ａが収束され、その間に正極用中間部材３０が配置される。正極用中間部材３０は樹脂材料からなり、正極用中間部材３０には、導電性の正極用導電部材２９が、１以上、例えば２個保持される。

負極１２側でも、巻回されて積層された複数枚の負極芯体露出部１６ａは、厚み方向の中央側に収束されてさらに２分割され、負極芯体露出部１６ａが収束され、その間に負極用中間部材３２が配置される。負極用中間部材３２は、樹脂材料からなり、負極用中間部材３２には、負極用導電部材３１が、１以上、例えば２個保持される。

正極用導電部材２９と、その延在方向の両側に配置されている収束された正極芯体露出部１５ａは、例えば抵抗溶接されて電気的に接続され、収束された正極芯体露出部１５ａと、その電池ケース４５の奥行方向外側に配置された正極集電体１７も、例えば抵抗溶接されて電気的に接続される。また、同様に、負極用導電部材３１と、その両側に配置されて収束されている負極芯体露出部１６ａは、例えば抵抗溶接されて電気的に接続され、収束された負極芯体露出部１６ａと、その電池ケース４５の奥行方向外側に配置された負極集電体１９も、例えば抵抗溶接されて電気的に接続される。正極集電体１７は、正極端子１８に電気的に接続され、負極集電体１９は、負極端子２０に電気的に接続される。

正極用導電部材２９は、正極芯体１５と同じ材料であるアルミニウム又はアルミニウム合金製のものが好ましく、負極用導電部材３１は、負極芯体１６と同じ材料である銅又は銅合金製のものが好ましい。また、正極芯体露出部１５ａと正極集電体１７の接続、及び負極芯体露出部１６ａと負極集電体１９の接続を抵抗溶接により行う例を示したが、レーザ溶接又は超音波溶接を用いてもよい。また、正極用中間部材３０及び負極用中間部材３２を用いなくてもよい。

正極集電体１７、負極集電体１９、及び封口板２３等が取り付けられた巻回電極体１４を、角形外装体２５内に配置する。このとき、巻回電極体１４を箱状ないし袋状に成形した絶縁シート２４内に配置した状態で、巻回電極体１４を角形外装体２５内に挿入することが好ましい。その後、封口板２３と角形外装体２５との嵌合部をレーザ溶接する。そして、電解液注液孔２６から非水電解液を注液する。その後、電解液注液孔２６を密封することで角形二次電池１０を作製する。電解液注液孔２６の密封は、例えばブラインドリベットや溶接等で実行される。

角形二次電池１０は、単独であるいは複数個が直列、並列ないし直並列に接続されて各種用途で使用される。また、巻回電極体１４が、その巻回軸が角形外装体２５の底部４０と平行となる向きに配置される場合について説明したが、巻回電極体が、その巻回軸が角形外装体２５の底部４０と垂直となる向きに配置される構成でもよい。

また、正極活物質としては、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出することが可能な化合物であれば適宜選択して使用できる。これらの正極活物質としては、リチウム遷移金属複合酸化物が好ましい。例えば、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出することが可能なＬｉＭＯ_２（但し、ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎの少なくとも１種である）で表されるリチウム遷移金属複合酸化物、すなわち、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＮｉ_ｙＣｏ_１－ｙＯ_２（ｙ＝０．０１～０．９９）、ＬｉＭｎＯ_２、ＬｉＣｏ_ｘＭｎ_ｙＮｉ_ｚＯ_２（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）や、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４又はＬｉＦｅＰＯ_４などを一種単独もしくは複数種を混合して用いることができる。さらには、リチウムコバルト複合酸化物にジルコニウムやマグネシウム、アルミニウム、タングステンなどの異種金属元素を添加したものも使用し得る。

また、正極活物質層１１ａに用いる結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等のフッ素樹脂、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリイミド、アクリル樹脂、ポリオレフィンなどが例示できる。また、正極活物質層１１ａに用いる導電剤としては、カーボンブラック、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、黒鉛等を例示できる。

また、非水電解質の溶媒としては、特に限定されるものではなく、非水電解質二次電池に従来から用いられてきた溶媒を使用することができる。例えば、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、ビニレンカーボネート（ＶＣ）などの環状カーボネート；ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）などの鎖状カーボネート；酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、γ－ブチロラクトンなどのエステルを含む化合物；プロパンスルトンなどのスルホン基を含む化合物；１，２－ジメトキシエタン、１，２－ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、１，２－ジオキサン、１，４－ジオキサン、２－メチルテトラヒドロフランなどのエーテルを含む化合物；ブチロニトリル、バレロニトリル、ｎ－ヘプタンニトリル、スクシノニトリル、グルタルニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリル、１，２，３－プロパントリカルボニトリル、１，３，５－ペンタントリカルボニトリルなどのニトリルを含む化合物；ジメチルホルムアミドなどのアミドを含む化合物などを用いることができる。

さらに、非水電解質に用いる溶質としても、従来から非水電解質二次電池において一般に使用されている公知のリチウム塩を用いることができる。具体的には、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＮ（ＦＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）（Ｃ_４Ｆ_９ＳＯ_２）、ＬｉＣ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_３、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＰＦ_２Ｏ_２などのリチウム塩及びこれらの混合物を用いることができる。

また、溶質としては、ＬｉＢＯＢ（リチウム－ビスオキサレートボレート）等のオキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩を用いることもできる。

なお、上記溶質は、単独で用いるのみならず、２種以上を混合して用いても良い。また、溶質の濃度は特に限定されないが、非水電解液１リットル当り０．８～１．７モルであることが望ましい。

また、負極活物質は、リチウムを可逆的に吸蔵・放出できるものであれば特に限定されず、例えば、炭素材料や、珪素材料、リチウム金属、リチウムと合金化する金属或いは合金材料や、金属酸化物などを用いることができる。なお、負極活物質に炭素系活物質を用いることが好ましく、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、メソフェーズピッチ系炭素繊維（ＭＣＦ）、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、コークス、ハードカーボンなどを用いることができる。

また、負極活物質層１２ａに用いる結着剤としては、フッ素樹脂、ＰＡＮ、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂等を用いてもよいが、好ましくはスチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）又はその変性体を用いることができる。また、負極活物質層１２ａに用いる導電剤としては、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、黒鉛等を例示できる。

上述の説明では、本発明者が見出したセパレータの破断検査で、優れたセパレータを判定する手法としてセパレータを５０μｍ窪ます場合について説明したが、本発明者は、その場合に押圧力が６５０Ｎ以上であれば、セパレータが電池製造工場で生成され易いステンレスや銅の微小異物の噛み込みに対する耐性が優れていることを試験により確かめた。なお、セパレータの表面の細孔径が小さい程、本発明者が見出したセパレータの破断検査において、微小異物の噛み込みに対する耐性が高い傾向にある。例えば、水銀圧入法（水銀圧入式ポロシメーター）により測定されるセパレータ表面の細孔径（直径）が０．１５μｍ以下であることが好ましい。

更には、本発明者は、Ｚ１７０７：１９９８に規制された破断検査による破断強度と、本発明者が見出した破断検査による破断強度とが、異なり、特に、伸びることで強度を保つ湿式タイプのセパレータで大きく異なることも突き止めた。なお、本発明者が見出した破断検査において巻回電極体１４の異物の噛み込みに対する耐性に優れるセパレータの上限は、存在しないが、例えば、１０００Ｎ以下とすることができる。

なお、上述の説明では、本発明者が見出したセパレータの破断検査で、優れたセパレータを判定する手法としてセパレータを５０μｍ窪ます場合について説明した。しかし、セパレータが異物の噛み込みに対する耐性が優れることを検査する場合、セパレータを５０μｍ以外の長さ窪ませてもよいことは言うまでもない。

すなわち、セパレータの検査方法は、第１平面部、及びその第１平面部の略法線方向に延在する第１貫通孔を有する第１保持部を、第１平面部がセパレータの一方側面に当接するように配置して、第２平面部、及びその第２平面部の略法線方向に延在する第２貫通孔を有する第２保持部を、第２平面部がセパレータの他方側面に当接すると共に第２貫通孔がセパレータを介して第１貫通孔と対向するように配置し、更に、第１保持部と第２保持部でセパレータを挟み込んでセパレータを保持する第１工程を含んでいればよい。

また、セパレータの検査方法は、第１工程の後、第１貫通孔を通じて針状部をセパレータの一方側面に押し当てる第２工程を含んでいればよい。更には、セパレータの検査方法は、第２工程の後、針状部の位置を固定した状態で、セパレータの他方側面におけるセパレータを介して針状部と対向する部分に第２貫通孔を通じて押圧部を押し当てて、針状部と押圧部との間の電気抵抗を押圧部の押圧力を上昇させながら測定し、電気抵抗が所定値以上変化した時の押圧力及び圧力のうちの少なくとも一方を求める第３工程を含んでいればよい。

なお、セパレータの検査方法は、セパレータが、ポリオレフィンを主成分とするものに対して実行されれば好ましい。また、セパレータの検査方法は、平坦な面の面積は、２５ｍｍ^２以上であれば好ましい。また、セパレータの検査方法は、第１工程において、針状部をセパレータに対して１０～１００μｍ押し込むとセパレータの良し悪しを正確に判断できて好ましい。

なお、特に限定されないが、セパレータとしては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）単層の湿式セパレータ、ポリプロピレン／ポリエチレン／ポリプロピレンの乾式セパレータ、等が好ましい。セパレータの厚みは１２～２５μｍが好ましい。セパレータの透気度は、１００～５００ｓｅｃ/１００ｃｃが好ましい。セパレータの突き刺し強度は３５０～６００ｇｆが好ましい。

１１正極、１１ａ正極活物質層、１２負極、１２ａ負極活物質層、１３セパレータ、１３ａセパレータの一方側面、１３ｂセパレータの他方側面、１４巻回電極体、１５正極芯体、１６負極芯体、４５電池ケース、６０第１平面部、６１第１貫通孔、６２第１保持部材（第１保持部）、７０第２平面部、７１第２貫通孔、７２第２保持部材（第２保持部）、８０針状部材（針状部）、８５押圧部材（押圧部）、８５ａ押圧部材の平坦な先端面。

Claims

電池用のセパレータの検査方法であって、
第１平面部、及びその第１平面部の略法線方向に延在する第１貫通孔を有する第１保持部を、前記第１平面部が前記セパレータの一方側面に当接するように配置して、第２平面部、及びその第２平面部の略法線方向に延在する第２貫通孔を有する第２保持部を、前記第２平面部が前記セパレータの他方側面に当接すると共に前記第２貫通孔が前記セパレータを介して前記第１貫通孔と対向するように配置し、更に、前記第１保持部と前記第２保持部で前記セパレータを挟み込んで前記セパレータを保持する第１工程と、
前記第１工程の後、前記第１貫通孔を通じて針状部を前記セパレータの一方側面に押し当てる第２工程と、
前記第２工程の後、前記針状部の位置を固定した状態で、前記セパレータの他方側面における前記セパレータを介して前記針状部と対向する部分に前記第２貫通孔を通じて押圧部を押し当てて、前記針状部と前記押圧部との間の電気抵抗を前記押圧部の押圧力を上昇させながら測定し、前記電気抵抗が所定値以上変化した時の前記押圧力及び圧力のうちの少なくとも一方を求める第３工程と、
を含むセパレータの検査方法。
前記セパレータは、非水電解質二次電池用のセパレータであり、
前記セパレータは、ポリオレフィンを主成分とする、請求項１に記載のセパレータの検査方法。
前記押圧部の先端は、平坦な面であり、
前記平坦な面の面積は、２５ｍｍ^２以上である、請求項１又は２に記載のセパレータの検査方法。
前記第１工程において、前記針状部を前記セパレータに対して１０～１００μｍ押し込む、請求項１乃至３のいずれか１つに記載のセパレータの検査方法。