JP7227010B2 - リチウムイオン電池 - Google Patents

Description

この発明は、リチウムイオン電池に関するものである。

リチウムイオン（二次）電池は、高容量で小型軽量な二次電池として、近年様々な用途に多用されている。このうち、小型で薄型のリチウムイオン電池として、正極活物質及び電解液を含む正極活物質層を正極集電体の表面に形成した正極と、同様に負極活物質及び電解液を含む負極活物質層を負極集電体の表面に形成した負極とをセパレータを挟んで積層して略平板状のリチウム二次単電池を製造し、このリチウム二次単電池を複数層積層した発電要素（積層型電池モジュール）を有するリチウムイオン電池が従来知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００４－１３９７７５号公報 特開２０１０－６２０８１号公報

しかしながら、このような単電池を複数層積層してなるリチウムイオン電池において、内部短絡等の異常が発生すると、短絡部分に大電流が流れてリチウムイオン電池全体が発熱する可能性がある。

また、近年のリチウムイオン電池においては、集電体に樹脂集電体を用いたものが提案されており（特許文献２参照）、単電池に樹脂集電体を用いた場合、樹脂集電体は金属集電体に比較して電子流動性が低く導電率が低いため、樹脂集電体から電極端子への集電効率を高める必要性があった。

そこで、この発明は、内部短絡時のリチウムイオン電池の発熱を抑制しつつ、通常の使用時における集電効率を維持することの可能なリチウムイオン電池を提供することを目的とするものである。

この目的を達成するため、この発明は、正極集電体、正極活物質層、セパレータ、負極活物質層及び負極集電体が順に積層されてなる単電池を少なくとも一つ有する発電要素と、この発電要素を収容する外装容器とを含むリチウムイオン電池において、正極集電体及び負極集電体が樹脂集電体であり、外装容器に最も近接する正極集電体及び負極集電体と外装容器との間に設けられ、これら正極集電体及び負極集電体の表面に接してリチウムイオン電池の外部に電流を取り出すための集電部材を有し、集電部材は、正極集電体または負極集電体の外装容器側の面に配置された集電用導電体と、この集電用導電体から外装容器側に突出する電流取り出し用端子とを有し、集電用導電体は規則的または不規則的に分岐した樹状または葉脈状に形成されていることを特徴とする。

ここで、本発明において（リチウム二次）単電池とは、正極電極活物質と電解液とを含む正極電極組成物層を正極集電体の表面に形成した正極と、負極電極活物質と電解液とを含む負極電極組成物層を負極集電体の表面に形成した負極とを有し、正極電極組成物と負極電極組成物とがセパレータを介して積層された構造を有し、電池容器、端子配置及び電子制御装置等を備えていない電池である（参考：日本工業規格JISC8715-2「産業用リチウム二次電池の単電池及び電池システム」）。なお、リチウム二次単電池は単電池と略する場合がある。

ここで、集電部材は、正極集電体または負極集電体の外装容器側の面に配置された導電性の織布または不織布を有し、集電用導電体は織布または不織布の外装容器側の面に配置されていることが好ましい。

このような本発明のリチウムイオン電池において、正極集電体及び負極集電体の表面に接してリチウムイオン電池の外部に電流を取り出すための集電部材は、正極集電体または負極集電体の外装容器側の面に配置された集電用導電体と、この集電用導電体から外装容器側に突出する電流取り出し用端子とを有し、集電用導電体は規則的または不規則的に分岐した樹状または葉脈状に形成されている。

上記した構成なので、内部短絡時のリチウムイオン電池の発熱を抑制しつつ、通常の使用時における集電効率を維持することが可能となる。すなわち、金属部材は導電性に優れるため集電体とした場合に集電効率に優れるが、金属集電体同士で内部短絡が生じると短絡部分に発電要素全体の電流が集中して発熱の原因となる。本発明においては、集電部材が不規則的に分岐した樹状または葉脈状に形成されているため、集電部材同士で短絡することが少なく、リチウムイオン電池の発熱を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態であるリチウムイオン電池を示す斜視図である。 第１の実施形態であるリチウムイオン電池を示す断面図である。 第１の実施形態であるリチウムイオン電池に用いられるリチウム二次単電池を示す一部破断斜視図である。 本発明の第２の実施形態であるリチウムイオン電池を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態であるリチウムイオン電池を示す斜視図である。

（第１の実施形態）
図１～図３を参照して、本発明の第１の実施形態であるリチウムイオン電池について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態であるリチウムイオン電池を示す斜視図、図２は同断面図、図３は第１の実施形態であるリチウムイオン電池に用いられるリチウム二次単電池を示す一部破断斜視図である。

これら図において、本実施形態であるリチウムイオン電池Ｌは、リチウムイオン電池Ｌの外殻をなす、可撓性を有する外装容器（以下、単に容器と称する）２０内に外形略平板状の単電池１が直列に複数積層された積層型電池モジュール(発電要素)２１が収納されて構成されている。なお、図１では、後述する集電部材の全体を示す観点から、容器２０の図示を省略している。

単電池１は、図３に詳細を示すように、略平板状の樹脂集電体である正極集電体７の表面に正極電極活物質と電解液とを含む略平板状の正極活物質層５が形成された正極２と、同様に略平板状の樹脂集電体である負極集電体８の表面に負極電極活物質と電解液とを含む略平板状の負極活物質層６が形成された負極３とが、同様に略平板状のセパレータ４を介して積層されて構成され、全体として略平板状に形成されている。これにより、正極集電体７及び負極集電体８を図中上面及び下面にそれぞれ有する単電池１が構成される。

正極活物質層５及び負極活物質層６は、正極活物質粒子又は負極活物質粒子と電解液とを含む正極活物質層及び負極活物質層である。

正極集電体７及び負極集電体８は、単電池１の端部に形成された枠体状のシール部材９の内側に形成され、このシール部材９により所定間隔をもって対向するように位置決めされている。また、セパレータ４の端部がこのシール部材９内に埋め込まれることで、このセパレータ４が支持されるとともに、セパレータ４と正極集電体７及び負極集電体８との位置関係が定められている。

正極集電体７とセパレータ４との間の間隔、及び、負極集電体８とセパレータ４との間の間隔はリチウムイオン電池Ｌの容量に応じて調整され、これら正極集電体７、負極集電体８及びセパレータ４の位置関係は必要な間隔が得られるように定められている。

単電池１は、隣り合う単電池１の正極集電体７の上面と負極集電体８の下面とが隣接するように直列に積層されて外形略平板状の積層型電池モジュール２１が形成され、そして、この積層型電池モジュール２１が容器２０に減圧封止されて収納されて、図１に示すリチウムイオン電池Ｌが構成されている。

積層型電池モジュール２１の図１において上部及び下部には、それぞれ集電部材１０、１１が設けられている。より詳細には、図２に最もよく示されるように、積層型電池モジュール２１において容器２０に最も近接する正極集電体７と容器２０との間には、この正極集電体７の表面に接してリチウムイオン電池Ｌの外部に電流を取り出すための集電部材１０が設けられている。言い換えれば、図１において、集電部材１０は積層型電池モジュール２１の最上層に位置する単電池１の正極集電体７の上面に設けられている。

集電部材１０は、電流取り出し用端子１２と集電用導電体１３とを有する。集電用導電体１３は、図１に最もよく示されるように、積層型電池モジュール２１を上方から見た状態で、規則的または不規則的に分岐した樹状または葉脈状に形成されている。

電流取り出し用端子１２は、樹状または葉脈状に形成された集電用導電体１３の根元部分（図１において右上部分）に設けられている。言い換えれば、分岐した集電用導電体１３が集約された（合流された）位置に電流取り出し用端子１２が設けられている。この電流取り出し用端子１２は、図２に最もよく示されるように、集電用導電体１３から容器２０側に突出して形成されている。そして、電流取り出し用端子１２の先端部１２ａは、図２に示すように容器２０の外部にまで延びている。

集電用導電体１３は、その導電性を良好にする等の観点から、電流取り出し用端子１２に近付くに従って断面積が広くなるように構成されることが好ましい。

また、積層型電池モジュール２１において容器２０に最も近接する負極集電体８と容器２０との間にも、この負極集電体８の表面に接してリチウムイオン電池Ｌの外部に電流を取り出すための集電部材１１が設けられている。言い換えれば、図１において、集電部材１１は積層型電池モジュール２１の最下層に位置する単電池１の負極集電体８の下面に設けられている。なお、図１においては図示の関係上、電流取り出し用端子１２のみ図示している。

本実施形態であるリチウムイオン電池Ｌを構成する容器２０は、図２に示すように、上容器２０ａ及び下容器２０ｂに分割されて構成されている。上容器２０ａ及び下容器２０ｂは略同一の形状に形成されており、上面が開口した上容器本体２０ｃ及び下容器本体２０ｄと、これら上容器本体２０ｃ及び下容器本体２０ｄの図１において左右の端部から側方に突出する一対の上容器縁部２０ｅ及び下容器縁部２０ｆとを備える。

リチウムイオン電池Ｌを構成する容器２０は、図２に示す容器に限定されず、一対のシートに分割された容器及び袋状に形成された容器であってもよい。

そして、上容器２０ａ及び下容器２０ｂが相対向して配置されることで形成される内部空間に積層型電池モジュール２１が収納され、この内部空間が好ましくは減圧された状態で、上容器縁部２０ｅ及び下容器縁部２０ｆが図略のシール部材により封止されることで、本実施形態であるリチウムイオン電池Ｌが構成される。上容器縁部２０ｅ及び下容器縁部２０ｆを封止するシール部材としては、単電池１を構成するシール部材９と同様のものを用いることができる。

ここで、本明細書において、「正極活物質層及び負極活物質層がシール部材の内側に形成された」とは、枠体状に形成されたシール部材９の内側に対応する活物質層が配置されている状態を意味し、好ましくは、正極活物質層５及び負極活物質層６がシール部材９の内側をそれぞれ満たしている状態を意味する。シール部材９の内側に配置された正極活物質層５は正極活物質粒子と電解液とが混合された状態であり、シール部材９の内側に配置された負極活物質層６は負極活物質粒子と電解液とが混合された状態である。

本発明においてシール部材９の内側に正極活物質層５及び負極活物質層６が配置された状態にするには、粉体状の正極活物質粒子及び負極活物質粒子をシール部材９の内側にそれぞれに直接に入れてもよく、正極活物質粒子と電解液とを含んでなる混合物（正極スラリーともいう）及び負極活物質粒子と電解液とを含んでなる混合物（負極スラリーともいう）をシール部材９の内側にそれぞれ入れることで行ってもよい。粉体状の正極活物質粒子及び負極活物質粒子を直接シール部材９の内側に入れた場合、その後電解液を入れることでシール部材９の内側に正極活物質層５及び負極活物質層６が配置される。

正極活物質粒子又は正極スラリー、及び負極活物質粒子又は負極スラリーをシール部材９の内側にそれぞれ入れる際には、正極集電体７及び負極集電体８に振動、衝撃を与えることが好ましい。

また、正極活物質粒子又は負極活物質粒子と電解液とを混合した前記の正極スラリー及び負極スラリー（以下、電極スラリーと記載する場合は正極スラリー及び負極スラリーを意味する）は、液体（電解液）中に活物質粒子が均一に懸濁した流動性のある混合物であるが、正極活物質粒子又は負極活物質粒子と電解液との重量比を調整することによってスラリーよりも流動性の低い状態（例えばファニキュラー状態やペンデュラー状態とも呼ばれるおからのような湿潤粉体状）又は活物質粒子が液体を吸収することによって生じた凝集体等の状態としてもよい。

正極活物質層５に含まれる正極活物質粒子としては、リチウムイオン電池に用いることができる公知の正極活物質粒子を用いることができ、リチウムと遷移金属との複合酸化物（例えばＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＭｎＯ_２及びＬｉＭｎ_２Ｏ_４）、遷移金属酸化物（例えばＭｎＯ_２及びＶ_２Ｏ_５）、遷移金属硫化物（例えばＭｏＳ_２及びＴｉＳ_２）及び導電性高分子（例えばポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ－ｐ－フェニレン及びポリカルバゾール）等が挙げられる。

また、負極活物質層６に含まれる負極活物質粒子としては、リチウムイオン電池に用いることができる公知の負極活物質粒子を用いることができ、黒鉛、難黒鉛化性炭素、アモルファス炭素、高分子化合物焼成体（例えばフェノール樹脂及びフラン樹脂等を焼成し炭素化したもの等）、コークス類（例えばピッチコークス、ニードルコークス及び石油コークス等）、炭素繊維、導電性高分子（例えばポリアセチレン及びポリキノリン等）、スズ、シリコン、及び金属合金（例えばリチウム－スズ合金、リチウム－シリコン合金、リチウム－アルミニウム合金及びリチウム－アルミニウム－マンガン合金等）、リチウムと遷移金属との複合酸化物（例えばＬｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２等）等が挙げられる。

本発明のリチウムイオン電池Ｌにおいて、正極活物質層５は正極活物質粒子の非結着体であり、負極活物質層６は負極活物質粒子の非結着体であることが好ましい。

ここで、本発明において非結着体とは活物質層中において電極活物質が公知の溶媒（分散媒）乾燥型のリチウムイオン電池用結着剤（電極用バインダともいう）により互いの位置を不可逆的に固定されていないことを意味する。

公知の溶媒（分散媒）乾燥型のリチウムイオン電池用結着剤としてはデンプン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、スチレン－ブタジエンゴム、ポリエチレン、ポリプロピレン及びスチレン－ブタジエン共重合体等の公知のリチウムイオン電池用結着剤が挙げられる。

これらのリチウムイオン電池用結着剤は、水又は有機溶媒に溶解又は分散して使用され、溶媒（分散媒）成分を揮発させることで乾燥、固体化して被結着物を不可逆に固定するものであるが、本発明における非結着体は、前記の電極用バインダによって電極活物質が固定されていないため、活物質層に含まれる電極活物質は破壊することなく分離することができる。なお、非結着体であると活物質粒子が活物質層内で固く固定されていないので充放電にともなう体積変化があってもそれを良好に緩和することができて好ましい。

本発明のリチウムイオン電池Ｌにおいては、正極活物質粒子又は負極活物質粒子が、その表面の少なくとも一部に被覆用樹脂組成物を含む被覆層を有する被覆正極活物質粒子又は被覆負極活物質粒子であることが好ましい。

活物質粒子の表面が被覆層を有すると、充放電時に生じる電極の体積変化が緩和され、電極の膨脹を抑制することができるため好ましい。

被覆層が含む被覆用樹脂としては、特開２０１７－０５４７０３号公報に非水系二次電池活物質被覆用樹脂として記載されたものを好適に用いることができる。

被覆層はさらに導電性フィラーを含んでもよく、導電性フィラーは導電性を有する材料から選択される。

導電性を有する材料としては、具体的には、金属［アルミニウム、ステンレス（ＳＵＳ）、銀、金、銅及びチタン等］、カーボン［グラファイト、カーボンブラック（アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラック等）、カーボンナノチューブ（単層、多層及びこれらの混合物等）等］、及びこれらの混合物等が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。

これらの導電性フィラーは１種単独で用いられてもよいし、２種以上併用してもよい。また、これらの合金又は金属酸化物が用いられてもよい。電気的安定性の観点から、好ましくはアルミニウム、ステンレス、カーボン、銀、金、銅、チタン及びこれらの混合物であり、より好ましくは銀、金、アルミニウム、ステンレス及びカーボンであり、さらに好ましくはカーボンである。またこれらの導電性フィラーとは、非導電性粒子（セラミック材料や樹脂材料からなる粒子）の周りに導電性材料（上記した導電助剤の材料のうち金属のもの）をメッキ等でコーティングしたものでもよい。

導電性フィラーとして導電性繊維を用いることも可能である。導電性繊維としては、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維、合成繊維の中に導電性のよい金属や黒鉛を均一に分散させてなる導電性繊維、ステンレス鋼のような金属を繊維化した金属繊維、有機物繊維の表面を金属で被覆した導電性繊維、有機物繊維の表面を導電性物質を含む樹脂で被覆した導電性繊維等が挙げられる。これらの導電性繊維の中では炭素繊維が好ましい。

被覆活物質粒子が有する被覆層が導電性フィラーを含んでいる場合、被覆層の重量は、活物質粒子と被覆用樹脂組成物と必要により用いる導電性フィラーとの合計重量に対して、３～２５重量％であることが好ましい。

被覆活物質粒子は、特開２０１７－０５４７０３号公報等に記載された公知の方法（被覆用樹脂組成物、活物質粒子及び必要により用いる導電性フィラーを混合すること）等によって製造することができ、被覆用樹脂と必要により用いる導電性フィラーとを混合して得た被覆剤と活物質粒子とを混合することにより製造してもよく、被覆用樹脂、必要により用いる導電性フィラー及び活物質粒子を同時に混合することによって製造してもよい。なお、活物質粒子と被覆用樹脂と必要により用いる導電性フィラーとを混合する場合、混合順序には特に制限はないが、活物質粒子と被覆用樹脂とを混合した後、更に導電性フィラーを加えて更に混合することが好ましい。なお、被覆用樹脂は被覆用樹脂溶液として混合することが好ましく、例えば、活物質粒子を万能混合機に入れて３０～５００ｒｐｍで撹拌した状態で、被覆用樹脂の溶液を１～９０分かけて滴下混合し、さらに導電助剤を混合し、撹拌したまま５０～２００℃に昇温し、０．００７～０．０４ＭＰａまで減圧した後に１０～１５０分保持することにより得ることができる。

電極スラリーに用いる電解液としては、リチウムイオン電池の製造に用いられる公知の電解質及び非水溶媒を含有する電解液を使用することができる。

電解質としては、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＳｂＦ_６、ＬｉＡｓＦ_６及びＬｉＣｌＯ_４等の無機酸のリチウム塩、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２及びＬｉＣ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_３等の有機酸のリチウム塩等が挙げられる。これらの内、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましいのはＬｉＰＦ_６である。

非水溶媒としては、ラクトン化合物、環状又は鎖状炭酸エステル、鎖状カルボン酸エステル、環状又は鎖状エーテル、リン酸エステル、ニトリル化合物、アミド化合物、スルホン、スルホラン等及びこれらの混合物を用いることができる。

非水溶媒は１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

非水溶媒の内、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましいのは、ラクトン化合物、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル及びリン酸エステルであり、より好ましいのはラクトン化合物、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステルおよびこれらの混合液であり、さらに好ましいのは環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル及び環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルとの混合液である。特に好ましいのはプロピレンカーボネート(ＰＣ)、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）及びこれらから選ばれる２種以上の炭酸エステルの混合液である。

電極スラリーは、活物質粒子を電解液に公知の分散装置を用いて混合分散することで得られ、電極スラリーに含まれる活物質粒子の重量は、電解液の重量に基づいて１０～６０重量％の濃度で分散して調製することが好ましい。なお、電極スラリーに含まれる活物質粒子として前記の被覆活物質粒子を用いた場合には、電極スラリーに含まれる活物質粒子の重量は、被覆活物質粒子の重量を用いて計算される。

正極活物質層５及び負極活物質層６のうち、少なくとも一方が、被覆活物質粒子が有する被覆層に含まれる導電性フィラーとは別に、さらに導電助剤を含んでもよい。導電助剤としては前記導電性フィラーと同じものをもちいることができる。なお、活物質層中に導電性フィラーと導電助剤とが含まれる場合、被覆用樹脂が溶解しない溶媒に活物質層を分散させると導電助剤のみが溶媒に抽出されるので、被覆層に残る導電性フィラーと導電助剤とを分離、区別することができる。

さらに導電助剤を含む正極活物質層５及び負極活物質層６は、活物質粒子、電解液及び導電助剤を混合分散して得られる導電助剤を含んだ電極スラリーを用いることで形成することができる。導電助剤を含む正極活物質層５及び負極活物質層６は活物質粒子の間に導電助剤による導電経路が形成されるため、それによって活物質中での電子移動が良好となる。

本発明において、正極活物質層５及び負極活物質層６の形成に用いる電極スラリーには、公知のリチウムイオン電池に用いられる前記の電極用バインダ（結着剤又はバインダともいう）を含まないことが好ましい。

本発明において、正極活物質層５及び負極活物質層６を形成する活物質粒子として被覆活物質粒子を用いる場合は、電極用バインダによる活物質粒子の固定が無くても、被覆用樹脂の働きによって導電経路を維持することができるため好ましい。

セパレータ４としては、リチウムイオン電池用の公知のセパレータを使用でき、ポリオレフィン（ポリエチレン及びポリプロピレン等）製の微多孔膜フィルム、ポリオレフィン製多孔性フィルムを積層した多層フィルム、ポリエステル繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等からなる不織布、及びそれらの表面にシリカ、アルミナ、チタニア等のセラミック微粒子を付着させたもの等が挙げられる。公知のリチウムイオン電池用セパレータとしては、多孔質ポリオレフィンからなるセパレータ［旭化成（株）製ハイポア、旭化成（株）製セルガード及び宇部興産（株）製ユーポア等］等が挙げられる。

正極集電体７及び負極集電体８は一対の樹脂集電体であり、リチウムイオン電池用の公知の集電体を制限無く使用することができ、公知の導電材料と樹脂とから構成されてなる樹脂集電体（特開２０１２－１５０９０５号公報及び国際公開番号ＷＯ２０１５／００５１１６号等に記載されている樹脂集電体）等を好適に用いることができる。

前記の樹脂集電体は、導電性を有する高分子材料からなる導電性層を含んでなる集電体であり、導電性樹脂層は導電性を有する高分子材料を公知の方法でシート状に成形することで得ることができる。本発明のリチウムイオン電池には、導電性を有する高分子材料を公知の方法でシート状に成形することで得た導電性樹脂層に更に別の導電性層（金属層または他の導電性樹脂層）が積層されていてもよい。

樹脂集電体が含む導電性樹脂層を構成する導電性を有する高分子材料として、導電性を有さない高分子に導電性フィラーを分散して導電性を付与した高分子材料を用いることができる。

導電性を有さない高分子材料としては、脂肪族ポリオレフィン［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）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、ポリイソブチレン、ポリブタジエン及びポリメチルペンテン（ＰＭＰ）並びにこれらの共重合体等］、脂環式ポリオレフィン［ポリシクロオレフィン（ＰＣＯ）等］、ポリエステル樹脂［ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等］、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、合成ゴム［スチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）等］、アクリル樹脂［ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）及びポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等］、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂及びこれらの混合物等が挙げられる。

電気的安定性の観点から、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）及びポリシクロオレフィン（ＰＣＯ）が好ましく、さらに好ましくはポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）及びポリメチルペンテン（ＰＭＰ）である。

導電性フィラーは、導電性を有する材料から選択される。好ましくは、集電体内のイオン透過を抑制する観点から、電荷移動媒体として用いられるイオンに関して伝導性を有さない材料を用いるのが好ましい。具体的には、カーボン材料、アルミニウム、金、銀、銅、鉄、白金、クロム、スズ、インジウム、アンチモン、チタン、ニッケルなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

これらの導電性フィラーは１種単独で用いられてもよいし、２種以上併用してもよい。また、ステンレス（ＳＵＳ）等のこれらの合金材が用いられてもよい。耐食性の観点から、好ましくはアルミニウム、ステンレス、カーボン材料、ニッケル、より好ましくはカーボン材料である。また、これらの導電性フィラーは、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに、上記で示される金属をメッキ等でコーティングしたものであってもよい。

樹脂集電体は、特開２０１２－１５０９０５号公報及び国際公開番号ＷＯ２０１５／００５１１６号等に記載の公知の方法で得ることができ、具体例としては、ポリプロピレンに導電性フィラーとしてアセチレンブラックを５～２０部分散させた後、熱プレス機で圧延したものが挙げられる。また、その厚みも特に制限されず、公知のものと同様、あるいは適宜変更して適用することができる。

本発明のリチウムイオン電池において、金属箔を樹脂集電体と併用することもできる。併用する金属箔を構成する材料しては、例えば、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、タンタル、ニオブ、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモン及びこれらの金属を１種以上含む合金、並びに、ステンレス合金からなる群から選択される一種以上の金属材料が挙げられる。これらの金属材料は薄板や金属箔等の形態で用いてもよい。また、上記金属材料以外で構成される基材表面にスパッタリング、電着、塗布等の方法により上記金属材料を形成したものを金属箔として用いてもよい。

金属箔を併用する場合、発電要素が有する集電体のうち、最も外側に位置する集電体のいずれか一方において併用することが好ましい。いずれか一方で併用すると金属箔同士による内部短絡は生じ無いため、内部短絡時の発熱抑制という本発明の効果を維持することができる。

また、発電要素が複数の単電池の積層体で構成されている場合、金属箔は積層体の内側に位置する集電体であれば任意の集電体において併用することができる。この場合には、金属箔同士による内部短絡が生じても短絡部分に流れる電流は発電要素で生じる電流量の一部でしかないため、内部短絡時の発熱抑制という本発明の効果を維持することができる。

シール部材９を構成する材料としては、集電体７、８との表面に固定することが可能であり、電解液に対して耐久性のある材料であれば特に限定されないが、高分子材料、特に熱硬化性樹脂が好ましい。具体的には、エポキシ系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリフッ化ビニデン樹脂等が挙げられ、耐久性が高く取り扱いが容易であることからエポキシ系樹脂が好ましい。

集電部材１０、１１及びこの集電部材１０、１１を構成する電流取り出し用端子１２、集電用導電体１３は、前記の金属箔を構成する材料と同様の金属等の導電体から形成される。集電部材１０、１１を形成する金属の材質等に特段の限定はなく、一例として、アルミニウム、銅、ニッケルまたはチタン等が公的に採用される。好ましくは、集電部材１０、１１は金属箔、一例として５０μｍ～３００μｍの厚さを有する銅箔から形成される。

集電部材１０、１１を製造する工程も、周知のものから任意に選択可能であり、一例として、プレス加工、打抜き加工等により所定形状に切断、形成された集電部材１０、１１を正極集電体７及び負極集電体８の上面及び下面にそれぞれ配置するような手法が挙げられる。あるいは、溶融した金属を型に入れて成型してもよい。

本実施形態であるリチウムイオン電池Ｌでは、積層型電池モジュール２１を容器２０内に収納した後にこの容器２０内を脱気しているので、この脱気の過程において集電部材１０、１１、特に集電用導電体１３が正極集電体７及び負極集電体８に向けて押圧され、これにより正極集電体７、負極集電体８と集電用導電体１３との電気的伝導が確実なものになる。

以上の構成の単電池１は、正極集電体７及び負極集電体８のそれぞれの表面に、正極電極活物質と電解液とを含む正極活物質層５、及び負極電極活物質と電解液とを含む負極活物質層６を形成して正極２及び負極３を形成する。正極２及び負極３を形成する手法は任意であり、正極集電体７及び負極集電体８のそれぞれの表面に正極活物質層５及び負極活物質層６を塗布する、正極集電体７及び負極集電体８のそれぞれの表面に、ノズル等を介して正極活物質層５及び負極活物質層６を載置した後に所定厚になるようにヘラ等で均す、など、種々の手法が挙げられる。

その後、セパレータ４を介して正極２及び負極３を積層し、正極集電体７及び負極集電体８の端部、さらにセパレータ４の端部をシール部材９により封止することで単電池１を製造することができる。

あるいは、正極集電体７及び負極集電体８の一面に枠状のシール部材９を形成し、このシール部材９内に正極活物質層５及び負極活物質層６をそれぞれ配置してもよい。正極集電体７及び負極集電体８の一面にシール部材９を形成する方法としては、スクリーン印刷を用いて正極集電体７等の上面の所定の場所にシール部材９を構成する材料を印刷する方法、シール部材９を構成する材料を吐出可能なノズルを正極集電体７等の上面の所定箇所に移動制御して所定量の部材を吐出できる機構によりシール部材９を構成する材料を吐出する手法、所定の型を用いた射出成形等により所定形状にしたシール部材９を成形して正極集電体７等の上面に積層する方法等が好適に挙げられる。

この後、セパレータ４を介して正極２及び負極３を積層し、図略のヒートシーラー等によりセパレータ４を挟んでシール部材９を融着すれば単電池１を製造することができる。

次いで、上述の工程により製造された単電池１を、隣り合う単電池１の正極集電体７の上面と負極集電体８の下面とが隣接するように直列に積層して積層型電池モジュール２１を形成する。さらに、この積層型電池モジュール２１の上面及び下面にそれぞれ集電部材１０、１１を載せた後、容器２０内に収納し、容器２０内を減圧脱気した後にシール部材で封止することで、本実施形態であるリチウムイオン電池Ｌを製造することができる。

以上のような構成の本実施形態であるリチウムイオン電池Ｌにおいて、集電部材１０、１１、特に集電用導電体１３が規則的または不規則的に分岐した樹状または葉脈状に形成されているので、リチウムイオン電池Ｌを構成する積層型電池モジュール２１に内部短絡等の異常が発生しても、積層型電池モジュール２１の上下（表裏）にそれぞれ配置された集電部材１０、１１が互いに内部短絡する確率を低くすることができる。従って、積層型電池モジュール２１に流れる電流が抑制され、内部短絡によるリチウムイオン電池Ｌ全体の発熱が抑制される。

加えて、本実施形態であるリチウムイオン電池Ｌでは、電流取り出し用端子１２と規則的または不規則的に分岐した樹状または葉脈状に形成された集電用導電体１３とにより集電部材１０、１１を構成し、この集電部材１０、１１を積層型電池モジュール２１の最上層に位置する正極集電体７の上面と最下層に位置する負極集電体８の下面とにそれぞれ配置しているので、通常の使用時における集電部材１０、１１の集電効率を維持することができる。

そして、万が一、積層型電池モジュール２１の最上層に位置する正極集電体７と最下層に位置する負極集電体８とが直接的に導通したとしても、本実施形態における単電池１では正極集電体７及び負極集電体８に樹脂集電体を用いており、樹脂集電体は金属集電体に比較してその面方向の電子流動性が低い。このため、金属集電体よりも面方向の導電率が低いので、この点からも積層型電池モジュール２１に流れる電流が抑制され、リチウムイオン電池Ｌ全体の発熱が抑制される。

また、本実施形態における単電池１は、正極活物質層５が正極活物質粒子の非結着体であり、負極活物質層６が負極活物質粒子の非結着体であるので、活物質粒子は隣接する活物質粒子との接触を維持したまま動くことが出来る。これにより、リチウムイオン電池Ｌに応力が作用して変形した場合であっても、活物質層での亀裂の発生や集電体との界面での剥離を起こすことなく、正極集電体７と負極集電体８との間における導電経路を維持することができ、十分な充放電特性を発揮し続けることができる。

（第２の実施形態）
図４を参照して、本発明の第２の実施形態であるリチウムイオン電池について説明する。図４は、本発明の第２の実施形態であるリチウムイオン電池を示す斜視図である。なお、図４においても、後述する集電部材の全体を示す観点から、容器２０の図示を省略している。

図４に示す本実施形態であるリチウムイオン電池Ｌでは、第１の実施形態であるリチウムイオン電池Ｌにおいて、積層型電池モジュール２１の最上層に位置する正極集電体７と集電部材１０との間、及び、積層型電池モジュール２１の最下層に位置する負極集電体８と集電部材１１との間に、それぞれ導電性の織布または不織布からなる中間層１４を介在させたことを特徴とする。

中間層１４は、導電性繊維を用いた織布または不織布により形成されている。導電性繊維の具体的構成については既に説明しているので、ここでの説明は割愛する。

この中間層１４は導電性織布または不織布から形成されており、導電性織布または不織布は金属集電体に比較してその面方向の電子流動性が低い。このため、金属集電体よりも面方向の導電率が低いので、この点からも積層型電池モジュール２１に流れる電流が抑制され、リチウムイオン電池Ｌ全体の発熱がさらに抑制される。

一方、中間層１４と集電部材１０、１１との間の電気的導電性は十分確保できるので、通常の使用時における集電部材１０、１１の集電効率を維持することができる。

（第３の実施形態）
図５を参照して、本発明の第３の実施形態であるリチウムイオン電池について説明する。図５は、本発明の第３の実施形態であるリチウムイオン電池を示す斜視図である。なお、図５においても、後述する集電部材の全体を示す観点から、容器２０の図示を省略している。

図５に示す本実施形態であるリチウムイオン電池Ｌでは、電流取り出し用端子１２が中間層１４の上面または下面に沿って延び、積層型電池モジュール２１の長手方向（図において左下から右上に向かう方向）のほぼ全幅にわたる長さに形成されている。また、電流取り出し用端子１２は厚板状または棒状に形成されている。

そして、集電用導電体１３は、電流取り出し用端子１２から積層型電池モジュール２１の短手方向（図において左上から右下に向かう方向）に向けて延びている。集電用導電体１３は針金状に形成されている。従って、集電部材１０、１１は全体として櫛状に形成されている。このような集電用導電体１３であっても、「規則的または不規則的に分岐した樹状または葉脈状」に形成されているといえる。

従って、本実施の形態であるリチウムイオン電池Ｌによっても、上述した第２の実施形態と同様の効果を奏することができる。

（変形例）
以上、図面を参照して、本発明の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施形態及び実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

Ｌ リチウムイオン電池
１ 単電池
２ 正極
３ 負極
４ セパレータ
５ 正極活物質層
６ 負極活物質層
７ 正極集電体
８ 負極集電体
９ シール部材
１０、１１ 集電部材
１２ 電流取り出し用端子
１３ 集電用導電体
１４ 中間層（導電性の織布または不織布）

Claims (1)

1. 正極集電体、正極活物質層、セパレータ、負極活物質層及び負極集電体が順に積層されてなる単電池を少なくとも一つ有する発電要素と、この発電要素を収容する外装容器とを含むリチウムイオン電池であって、
   前記正極集電体及び前記負極集電体は樹脂集電体であり、
   前記外装容器に最も近接する前記正極集電体及び前記負極集電体と前記外装容器との間に設けられ、これら正極集電体及び負極集電体の表面に接して前記リチウムイオン電池の外部に電流を取り出すための集電部材を有し、
   前記集電部材は、前記正極集電体または負極集電体の前記外装容器側の面に配置された集電用導電体と、この集電用導電体から前記外装容器側に突出する電流取り出し用端子と、前記正極集電体または負極集電体の前記外装容器側の面に配置された導電性の織布または不織布と、を有し、
   前記集電用導電体は規則的または不規則的に分岐した樹状または葉脈状に形成され、
   前記集電用導電体は前記織布または不織布の前記外装容器側の面に配置されている
   リチウムイオン電池。

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