JPWO2016132961A1 - 電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

異常発生時に過剰な発熱が生じないように、昇温時に確実に電流を遮断することのできる電池を提供する。電池１は、正極および負極を含む電池要素１０と、電池要素１０を封止する第一室１３ａを形成する内装体１３と、第一室１３ａを包囲する第二室１４ａを形成するように内装体１３を封止する外装体１４と、正極および負極に電気的に接続されて外装体１４の外部へ引き出される一対の端子１１、１２とを有する。一対の端子１１、１２のうち一方の端子１１は、第二室１３ａ内で電気的に接続されるように配置された第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂを有する。第一室１３ａまたは第二室１４ａには、所定の温度以上または所定の電圧以上でガスを発生するガス発生材１４が封入されている。

Description

本発明は、異常発生時に電流を遮断する機能を有し、これによって過剰な発熱を防止する電池に関する。

リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池は、エネルギー密度が高い、自己放電が小さい、長期信頼性に優れる等の利点により、ノート型パソコンや携帯電話などの電池としてすでに実用化されている。しかし、近年では電子機器の高機能化や電気自動車への利用が進み、よりエネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池の開発が求められている。

一方、電池のエネルギー容量やエネルギー密度が高くなるほど、外部からの衝撃や回路の不具合により短絡が生じた際や、過充電状態になった場合、電池の温度上昇が起こる。このとき、活物質の酸素放出反応や電解液の熱分解反応が生じ、電池はさらに発熱する。電池が過剰に発熱すると、場合によっては、温度制御が不能となる熱暴走に至ることもある。

電池の発熱に対する解決策として、従来、発熱時に電流を遮断する様々な遮断機構が開示されている。例えば、特許文献１には、所定の電圧以上で酸化される化合物を電解液に添加することが開示されている。この化合物は、酸化時の発熱により電解液構成成分の分解または気化を誘発し、電池の内圧を上昇させ、圧力上昇により作動する安全手段（ＣＩＤ；Current Interrupt Device）を有効に機能させる。特許文献２には、電流出力導体に熱ヒューズを組み込んだ遮断機構が開示されている。特許文献３には、電極アセンブリを収納する電池ケースを、電極リードの引き出し方向に伸長可能な構造とし、電池の内圧が上昇することによって電池ケースが伸長し、電極リードと電極タブとの結合部が分離するようにした遮断機構が開示されている。

特許文献４には、電極アセンブリを収納する電池ケースを、熱融着性フィルム製の袋体で形成した電池において、袋体の内部が、電極アセンブリを収納する第一室と、この第一室に隣接しており電極リードが通る第二室とに分けた構造を有する電池が開示されている。第一室と第二室を区画する仕切りシール部は弱シール部を有している。また、第二室の内部において、電極リードには、内圧上昇により接続が切り離される遮断機構が設けられている。このような構成の電池によれば、異常発生などによって第一室の内圧が上昇すると、弱シール部が開放されて第二室が膨張し、これによって電極リードの接続が切り離される。

特許文献５には、内装材で覆われた電池セルがさらに外装材で覆われ、電池セルと外装材との間に硫化水素ガス無毒化物質を設けた硫化物系二次電池が開示されている。このような構成によれば、電池の劣化や破損等により生じる硫化水素ガスは、電池外部に漏れないようにトラップされ、無毒化される。

特許文献１：特表２０１０−５２７１３４号公報
特許文献２：特表２０１１−５１９１２４号公報
特許文献３：特表２０１３−５３５７９１号公報
特許文献４：特開２０００−０６７８４６号公報
特許文献５：特開２００８−１０３２４５号公報

電池には大きく２つに分類することが出来る。一つは内部の電極が捲回されている円筒型電池や角型電池と呼ばれるもので、もう一つは電極を積層した積層型電池である。大型の電池では、放熱性能を重視して積層型が用いられる傾向にある。また、外装は、軽量化や放熱性能、さらにコストの点から、金属による筐体から、金属箔を樹脂フィルムでコートしたラミネートフィルムにより製造される傾向にある。

この傾向を踏まえて上述した従来技術を見ると、特許文献１に記載された発明は、ガスの発生による電池の内圧の上昇を利用して安全手段を作動させるものである。よって、金属筐体などの変形しない外装体を持つ電池の場合に効果的に機能するが、フィルムを外装とする電池では十分に効果を発揮することができない。

特許文献２に記載の構造は、放熱性の高い積層型の電極を持つ電池で、ラミネートフィルムを外装とする電池に関するものであるが、大電流が流れる大型の電池では、熱ヒューズはヒューズ部分の抵抗値が高くなるため、エネルギーロスが生じる恐れがある。

特許文献３に記載の構造は、ラミネート外装において異常時に発生するガスを検知して、電気回路の遮断を行うことが出来るため、上述のようなエネルギーロスがなく優れている。しかしながら、外装ラミネートを折りたたんだ構造のため、電極が振動でずれる恐れがあり、電極間の接触による発火に至る可能性がある。また、電池に異常がなくとも内部の電解液が環境温度によりわずかに揮発する場合や、長期に渡り電池を使用する場合、電解液の電気分解等により揮発成分が発生する。この場合、やはり電極が振動でずれる恐れが生じる。電池を運搬する際や自動車用途に用いる場合にこのような現象が起きると、電池性能が低下するだけでなく、電極の短絡による熱暴走を引き起こす恐れがある。

特許文献４に記載の構造は、第一室内で発生したガスが弱シール部を破壊し、そこを通過して第二室に侵入し、さらに第二室を膨張させる必要がある。万が一弱シール部以外のシール部分が弱シール部よりも早く破壊に至った場合や同時に破壊に至った場合、ガスは直接電池外部に放出され、第二室は内圧上昇せず電流遮断が起きない。また、シール部を形成する際の袋体の加圧力などのシール条件によってはシール部の周辺で袋体の機械的強度が低下することもあり、そのような場合も、袋体自身が弱シール部よりも早く破壊に至り、ガスが直接電池外部へ放出される可能性がある。そのため、確実に熱暴走を防ぐことは難しい。

特許文献５に記載の構造では、電池セルの異常により発生したガスは、内装材が破れたとしても外装材の中でトラップされる。しかし、例えば過充電状態が続いたような場合、ガスがさらに発生し続け、最終的には外装材の破れに至ってしまうおそれがある。

本発明は、異常発生時に過剰な発熱が生じないように、昇温時に確実に電流を遮断することのできおる電池を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、正極および負極を含む電池要素と、
前記電池要素を封止する第一室を形成する内装体と、
前記第一室の少なくとも一部を包囲する第二室を形成するように前記内装体の少なくとも一部を覆う外装体と、
前記正極および負極に電気的に接続されて前記外装体の外部へ引き出される一対の端子と、を有し、
前記一対の端子のうち少なくとも一方の端子は、前記第二室内で電気的に接続されるように配置された第１端子および第２端子を有し、
前記第一室または前記第二室に、所定の温度以上または所定の電圧以上でガスを発生するガス発生材が封入されている電池が提供される。

上記本発明の電池において、電池要素はガス発生材を含む電解液を含み、ガス発生材から発生したガスにより第一室の内圧が上昇し、内装体が破れて第一室から放出したガスによって第二室が膨張することにより第１端子と第２端子との電気的接続が遮断されるように構成されたり、あるいは、ガス発生材を含む電解液が第二室に封入され、ガス発生材から発生したガスによって第二室が膨張することにより第１端子と第２端子との電気的接続が遮断されるように構成したりすることができる。

また、本発明の他の態様によれば、正極および負極を含む電池要素を、内装体により形成される第一室に封入する工程であって、前記正極および負極に一対の第１端子を電気的に接続した後、前記一対の第１端子が前記内装体から引き出された状態で、前記電池要素を前記第一室に封入する工程と、
前記内装体を、外装体により前記内装体の外側に形成される第二室に封入する工程であって、前記一対の第１端子のうち少なくとも一方の第１端子が前記第二室内で電気的に接続されるように第２端子を配置させて前記内装体の少なくとも一部を外装体で覆う工程と、
を有し、
前記電池要素を前記第一室に封入する工程、または前記内装体を前記第二室に封入する工程は、所定の温度以上または所定の電圧以上でガスを発生するガス発生材とともに封入することを含む、電池の製造方法が提供される。

本発明によれば、電池の異常発生に伴う昇温や電圧の上昇時に電池内でガスを発生させ、発生したガスによる第二室（外装体）の膨張を利用して端子間の電気的接続を遮断することができるので、電池の過剰な昇温や過充電を防止することができる。

本発明の一実施形態による電池の構造を模式的に示す平面図である。 図１Ａに示す電池の構造を模式的に示す側面図である。 図１Ａに示す電池において、第二室が端子方向に伸長した状態を示す平面図である。 本発明で用いられる電流遮断機構の他の形態を説明する図である。 本発明で用いられる電流遮断機構の他の形態を説明する図である。 本発明で用いられる電流遮断機構の他の形態を説明する図である。 本発明で用いられる電流遮断機構の他の形態を説明する図である。 本発明で用いられる電流遮断機構の他の形態を説明する図である。 本発明で用いられる電流遮断機構の他の形態を説明する図である。 本発明で用いられる電流遮断機構の他の形態を説明する図である。 本発明で用いられる電流遮断機構の他の形態を模式的に示した平面図である。 図１０Ａに示す電流遮断機構の側面側から見た模式図である。 図１０Ｂに示す電流遮断機構において、第二室が膨張し始めた状態を示す図である。 図１０Ｃに示す電流遮断機構において、第二室がさらに膨張し、スナップの雄コネクタと雌コネクタとの嵌合が外れた状態を示す図である。 第二室が端子方向に伸長可能な包装体を説明する図である。 図１１に示した包装体を用いた電池の電流遮断動作を説明する図である。 図１２に示した電池において第二室を第一室に向けて折り曲げた場合の電流遮断動作を説明する図である。 本発明の他の形態による電池の構造を模式的に示す平面図である。 図１４Ａに示す電池の構造を模式的に示す側面図である。 本発明で用いられる電池要素の構成の一例を説明する模式図である。 本発明による電池パックの一形態を示す模式図である。 本発明による電池パックの他の形態を示す模式図である。 本発明の電池を備えた電気自動車の一例を示す模式図である。 本発明の電池を備えた蓄電設備の一例を示す模式図である。

図１Ａ、１Ｂを参照すると、電池要素１０と、第一室１３ａを形成する内装体１３と、内装体１３の外側に第二室１４ａを形成するように内装体１３を封止する外装体１４と、一対の端子１１、１２とを有する、本発明の一実施形態による電池１の模式図が示される。

電池要素１０は、正極、負極、セパレータおよび電解液を有し、第一室１３ａ内に封止される。内装体１３は、可撓性を有しており、好ましくは溶着可能なラミネートフィルムから形成されており、熱溶着または超音波溶着などによって外周部を接合することにより、電池要素１０を封止する第一室１３ａを形成する。外装体１４も内装体１３と同様、可撓性を有しており、溶着可能なラミネートフィルムから形成することができ、熱溶着または超音波溶着などによって外周部を接合することにより、内装体１３を封止する第二室１４ａを形成する。言い換えると、電池要素１０は、内装体１３で形成される第一室１３ａおよび外装体１４で形成される第二室１４ａの二重の室の中に封入されている。外装体１４は内装体１３を包囲しており、したがって、第二室１４ａは第一室１３ａを包囲している。

第一室１３ａと第二室１４ａとは互いに内部が隔離された独立した室として形成されている。第一室１３ａを形成するための内装体１３の接合および第二室１４ａを形成するための外装体１４の接合は、溶着に限らず、接着剤を用いた接合であってもよい。接着剤により接合するか、または接着剤による接合と溶着による接合を併用することで、内装体１３および外装体１４の材料の選択範囲が広くなる。

一対の端子１１、１２は、電池要素１０の正極および負極のそれぞれに電気的に接続され、第二室１４ａを経由して外装体１４の外部に引き出されている。端子１１、１２の配置は任意であってよい。図示した形態では、一対の端子１１、１２が、外装体１４の互いに反対側の辺から引き出されるように配置されているが、同じ辺から引き出されるように配置されてもよいし、隣り合う２つの辺から引き出されるように配置されてもよい。

一対の端子１１、１２のうち一方の端子１１は、第１端子１１ａおよび第２端子１２ａを有する。第１端子１１ａは、一端部が電池要素１０の正極または負極に電気的に接続され、他端部が、内装体１３から引き出されて第二室１４ａ内に位置するように配置される。第２端子１１ｂは、一端部が第２室１４ａ内に位置し、他端部が第二室１４ａから外装体１４の外に引き出されるように配置されている。そして、第１端子１１ａと第２端子１１ｂとは、通常、第二室１４ａ内で互いに一部が重なり合って接触し、電気的に接続されている。

図示した形態では一方の端子１１のみが第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂを有することを示しているが、他方の端子１２が第１端子および第２端子を有していてもよいし、両方の端子１１、１２が第１端子および第２端子を有していてもよい。また、例えば図示した形態における端子１２のように、第１端子および第２端子を有する構造ではない端子の場合、本発明では、その端子そのものを第１端子と呼ぶこともある。

電解液は、所定の温度以上のまたは所定の電圧以上でガスを発生するガス発生材１５を含んでいる。そのため、例えば過充電など、電池１の異常発生等により、電池要素１０が所定の温度以上まで昇温したり、あるいは正極の電圧が所定の電圧以上に上昇したりすると、ガス発生材１５からガスが発生する。本発明では、このガスを利用して、第１端子１１ａと第２端子１１ｂとの電気的接続を遮断する。第二室１３ａ内で発生したガスを利用した第１端子１１ａと第２端子１１ｂとの電気的接続の遮断の基本的なメカニズムは、以下のとおりである。

ガスの発生により第一室１３ａの内圧が上昇する。内圧の上昇は、内装体１３への亀裂の発生、あるいは接合部の剥離など、内装体１３に破れを生じさせ、この破れた部分を通じてガスが第一室１３ａから第二室１４に放出される。第二室１４ａにガスが放出されることによって、第二室１４ａが膨張し、第１端子１１ａと第２端子１１ｂとの電気的接続が遮断、具体的には両者が離間する。したがって、第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂは、第二室１４ａが膨張することによって電気的接続が遮断されるように配置されており、これらガス発生材１５、内装体１３、外装体１４、第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂを含む構造を、電流遮断機構ということもできる。

ガス発生材１５としては、
（ａ）所定の温度以上でガスを発生する化合物、
（ｂ）所定の電圧以上でガスを発生する化合物、および
（ｃ）所定の電圧以上で熱を発生する化合物と所定の温度以上でガスを発生する化合物からなる混合物、
の何れか１つ、または２つ以上の組み合わせを用いることができる。

所定の温度以上でガスを発生する化合物は、常温より高く、かつ電池の熱暴走が生じない所定の温度以上の温度でガスを発生する材料を含み、第一室１３ａから放出したガスの発生により第二室１４ａを間接的に膨張させることができる。ここで、「常温」とは、ＪＩＳ Ｚ ８７０３に規定される、２０±１５℃（すなわち５℃〜３５℃）の温度範囲をいう。

所定の電圧以上でガスを発生する化合物は、電池の活物質が熱暴走を生じない所定の電圧以上の電圧が電池に印加されたときにガスを発生する材料を含み、第一室１３ａから放出したガスの発生により第二室１４ａを間接的に膨張させることができる。

所定の電圧以上で熱を発生する化合物は、電池の活物質が熱暴走を生じない所定の電圧以上の電圧が電池に印加されたときにガスを発生する材料を含む。この化合物と、所定の温度以上でガスを発生する化合物との混合物を用いることで、所定の電圧以上で熱を発生する化合物の熱により、所定の温度以上でガスを発生する化合物がガスを発生し、これにより、第一室１３ａから放出したガスの発生により第二室１４ａを間接的に膨張させることができる。

上記のいずれの場合も、ガスの発生による第一室１３ａの内圧上昇によって内装体１３が破れ、内装体１３の破れた部分からのガスの放出によって第二室１４ａを膨張させる。したがって、内装体１３には、所定の圧力で開く圧力弁（不図示）またはそれと同様の働きをする弱シール部、例えば、内装体１３の溶着または接着による接合部を部分的に細くし、他の部分よりも剥離し易い部分を内装体１３に形成することが好ましい。これにより、異常発生の初期段階でより安全に電池としての機能を停止させることができる。しかも、内装体１３に弱シール部を形成することにより、特定の部位からガスを放出することが可能となる。その結果、例えば電流遮断機構の第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂが配置された部位などにガスを容易に導く設計が可能となる。

また、第二室１４ａは、第一室１３ａを包囲して外気と接する構成であるので、電池１の外形サイズのほぼ全体を第二室１４ａで占めることができ、また、第一室１３ａから第二室１４ａに放出されたガスは第二室１４ａ内で比較的容易に冷却される。その結果、第１端子１１ａと第２端子１１ｂとの電気的接続が遮断された後も余熱により第一室１３ａ内でガスが発生し続けたとしても、そのガスは第二室１４ａ内へ放出され、第二室１４ａで冷却され、場合によっては液体に戻る。これにより、第二室１４ａの過度の膨張が抑制され、第二室１４ａの破れ、すなわち第二室１４ａからのガスの漏出を防止することができる。

また、第一室１３ａは、第二室１４ａに包囲されて外気とは接していないので、過充電などの異常が発生した際には、異常により電池要素１０から発生した熱は電池１の外部へ逃げることなく直接的にガス発生材に作用する。よって、異常発生時に第一室１３ａ内でガスを効率良く発生させることができ、その結果、異常が発生した際、異常発生から第二室１４ａの膨張までの時間が比較的短い、すなわち高い応答性で第１端子１１ａと第２端子１１ｂとの電気的接続を遮断することができる。

これらの化合物および混合物は、第一室１３ａではなく第二室１４ａに電解液とともに封入すること、すなわち、第一室１３ａには上記の化合物等を含まない電解液を封入し、第二室１４ａには上記の化合物等を含む電解液を封入することも可能である。こうすることにより、第二室１４ａを直接膨張させることができ、ガスが発生してから電気的接続が遮断されるまでのタイムラグを小さくすることができる。また、これらの化合物等を第二室１４ａに封入することによって、これらの化合物等は、第一室１３ａ内の電池要素１０とは隔離される。このため、仮にこれらの化合物等が、電池特性に影響を与えるような材料を含んでいたとしても、電池特性への悪影響を危惧することなく用いることが可能となる。

本形態では、外装体１４は、第２端子１１ｂが引き出される方向（矢印Ａ方向）に伸長するように構成されている。本発明において「端子方向」とは、この第２端子１１ｂが引き出される方向を意味する。

第２端子１１ｂは、電池１の外部の電気配線と接続される端子であり、一端側を第二室１４ａ内に位置させて外装体１４の外部に引き出されるように外装体１４に固定されている。さらに、第２端子１１ｂは、一端部が、外装体１４が伸長する前は第１端子１１ａと重なり合って接触しているが、外装体１４の伸長に伴って第２端子１１ｂが移動し、図２に示すように第１端子１１ａから離れるような位置関係とされている。第１端子１１ａと第２端子１１ｂとが離れることによって、第１端子１１ａと第２端子１１ｂとの電気的接続が遮断され、電池１の過剰な発熱が防止される。外装体１４が伸長する前の、第１端子１１ａと第２端子１１ｂとの接触をより確実にするために、ガスが第二室１４ａに放出される前は、第二室１４ａにおいて外装体１４の対向する部分同士が密着する程度に第二室１４ａ内が真空状態であることが好ましい。このような真空状態は、第二室１４ａを形成するための外装体１４の接合を減圧下で実施することで実現できる。

以下、上述した各構成要素についてより詳しく説明する。

（電流遮断機構）
電流遮断機構は、第二室１４ａの膨張によって第１端子１１ａと第２端子１１ｂとが離間するように構成されていれば、上述した形態に示した構造に限らず任意の構造を採用することができる。

例えば、図３に示すように、第二室１４ａを、外装体１４の対向方向である第二室１４ａの厚み方向に膨張するように構成した場合、第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂを第二室１４ａの厚み方向に離間させることができる。そのためには、第二室１４ａ内において、対向する外装体１４の一方の内面に第１端子１１ａを接合するとともに、他方の内面に第２端子１１ｂを接合することができる。ガス発生による第二室１４ａの膨張前は、第１端子１１ａと第２端子１１ｂとは、重なり合った状態で接触しており、電気的に接続されている（Ａ）。昇温や昇圧に伴うガス発生材の作用により第一室１３ａ内にガスが発生し、第一室１３ａから放出したガスで第二室１４ａが膨張すると、外装体１４がその対向方向に離間する（Ｂ）。これによって第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂが離間し、両者間で電流が遮断される。

外装体１４への第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂの接合には、一般的な接着剤を用いることが可能である。接着剤の種類は任意であってよく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、アクリル樹脂やスチレン樹脂あるいはブタジエン樹脂を主剤とする柔軟な接着剤は、外装体１４への追随性に優れることや柔軟性に優れることから好ましい。また、イソシアネート系のウレタン樹脂などは、加工時間が短くなることから好ましい。また、エポキシ樹脂やアミド樹脂などを用いれば耐熱性に優れることから好ましい。また、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂で熱溶着すれば、きわめて短時間で接合できることから好ましい。この場合、これらの樹脂を内面にコートした外装体１４を用いれば、熱溶着による接合を容易に行えるため、好ましい。

第１端子１１ａの材料は、電池１内で腐食しない材料であることが好ましい。具体的には、第１端子１１ａが負極と接続されるのであれば、金、白金、銅、炭素、ステンレス、ニッケル等を用いることができる。第１端子１１ａが正極と接続されるのであれば、アルミ等を用いることができる。第２端子１１ｂについては、導電性がある材料であれば特に限定されるものではないが、銅やアルミなどは、導電性が高く安価であり好ましい。また、ニッケル、鉄、ステンレスなどを用いれば、強度の高い電池タブとすることができるので好ましい。

電流遮断機構の他の形態として、互いに接触した状態で仮止めされることによって電気的に接続された第１端子１１ａと第２端子１１ｂとを用いることもできる。仮止めの強度は、第二室１４ａの膨張によって第１端子１１ａと第２端子１１ｂとの仮止めが外れる程度の強度とされる。仮止めには、第１端子１１ａと第２端子１１ｂとの摩擦力を利用することができる。

電流遮断機構を、仮止めにより第１端子１１ａと第２端子１１ｂとが電気的に接続された構造とする場合、例えば、図４に示すように、複数本の導線の束で第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂを構成することができる。第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂは、それぞれの端部で導線の束が解されており、この解された導線の部分で第１端子１１ａの導線と第２端子１１ｂの導線とを絡み合わせることによって、両者を電気的に接続させた状態で仮止めすることができる。第二室は、第１端子１１ａと第２端子１１ｂとの接続方向に膨張することができるように構成されており、第二室が膨張すると第２端子１１ｂは第１端子１１ａから離れる方向に引っ張られる。第２端子１１ｂが引っ張られることによって、導線の絡み合いが解け、第１端子１１ａと第２端子１１ｂとの間で電流が遮断される。

図５に示すように、板状の導体で第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂを構成した場合であっても、第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂの互いの対向面（接触面）を、「やすり」のように多数の凹凸を有する粗面に形成して両者を仮止めすることもできる。第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂが互いの対向面に多数の凹凸を有することにより、両者が対向面同士を接触させた状態では、両者間の摩擦力によって第１端子１１ａと第２端子１１ｂとが横滑りしにくくなる。その結果、第二室が膨張して第１端子１１ａと第２端子１１ｂとが離れるまで、両者の接触状態を良好に保持することができる。このように、第１端子１１ａと第２端子１１ｂとを、多数の凹凸による摩擦力を利用して互いの接触状態を維持するように構成する場合、第二室が膨張する前は第二室内が減圧状態（真空状態）であるようにすることにより、第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂをより確実に接触させることができる。

また、第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂが板状である場合は、第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂに互いに噛み合う、または嵌合する凹凸を形成することが好ましい。これによって第１端子１１ａと第２端子１１ｂとの間の摩擦力が増し、平常時に第１端子１１ａと第２端子１１ｂとが離れることをより効果的に防止できる。凹凸の例としては、図６に示すような、第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂの一部を互いに噛み合う波形に曲げ加工したものや、図７に示すような、互いに嵌合する凹部１１１および凸部１２１などが挙げられる。

第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂを波形に曲げ加工する場合、第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂの曲げ回数、波形の周期、波形の高低差などは任意であってよい。第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂに凹部１１１および凸部１２１を形成する場合、凹部１１１／凸部１２１の数、凹部１１１の深さ、凸部１２１の高さ、凹部１１１／凸部１２１の形状などは任意であってよい。凹部１１１および凸部１２１は、第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂのどちら側に形成してもよいし、混在していてもよい。また、凹部１１１は、図７に示したように穴によって形成されていてもよいし、窪みによって形成されていてもよい。凹部１１１を穴によって形成した場合は、第１端子１１ａと第２端子１１ｂとをより強く結合させることができる。凹部１１１を窪みによって形成した場合は、加工が容易である。

第１端子１１ａと第２端子１１ｂとを互いに接触した状態で仮止めする他の形態として、図８に示すように、第１端子１１ａの先端部および第２端子１１ｂの先端部を折り返し、この折り返された部分同士をフックのように係合させた構造とすることもできる（Ａ）。第二室が膨張することによって、第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂが互いに離れる向きに引っ張られ、これによって両者の係合が外れ、両者間での電流が遮断される（Ｂ）。図８に示す形態の場合も、第二室を減圧状態で封止し、外装体が受ける大気圧によって第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂが互いに密着するようにすることが好ましい。これにより、第１端子１１ａと第２端子１１ｂとの位置ずれを防止することができる。

電流遮断機構は、図９に示すように、第１端子１１ａと第２端子１１ｂとを仮止めするクリップ２０を有していてもよい。クリップ２０は、互いに接触している第１端子１１ａと第２端子１１ｂとが位置ずれしないように補助するものである。したがって、クリップ２０としては、第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂの重なり合った部分を挟むことによって両者を互いに接触させた状態とすることができるものであれば任意のクリップであってよい。クリップ２０を用いた場合、端子が引き出される方向に第二室が膨張するように構成されている場合に有効に作用する。クリップ２０は、第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂに凹凸が形成されている場合にも適用することができる。

あるいは、電流遮断機構は、図１０Ａおよび１０Ｂに示すように、第１端子１１ａと第２端子１１ｂとを仮止めするスナップ３０を有していてもよい（スナップは、ホックとも呼ばれ、固定方法にバネ式のものやマグネット式のものなどがある。）。スナップ３０は、互いに嵌合する雄コネクタ３１および雌コネクタ３２を有し、一方が第１端子１１ａに電気的に接続されて固定され、他方が第２端子１１ｂに電気的に接続されて固定されている。雄コネクタ３１と雌コネクタ３２とは、第二室１４ａが膨張する前は互いに嵌合し、第１端子１１ａと第２端子１１ｂとが電気的に接続されている。一方、第二室１４ａが電池の厚み方向に膨張することによって、雄コネクタ３１と雌コネクタ３２との嵌合が外れ、第１端子１１ａと第２端子１１ｂとの間の電気的接続を遮断することができる。

スナップ３０としては、２つの部材同士が解除可能に嵌合できれば任意の構造を有することができる。一例として、図１０Ａおよび１０Ｂに示す形態では、雄コネクタ３１および雌コネクタ３２はそれぞれ、外装体１４の第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂが重なり合っている部位において、互いに対向する位置で外装体１４を貫通して外装体１４に固定されている。また、第１端子１１ａと第２端子１１ｂとの電気的接続は雄コネクタ３１と雌コネクタ３２とが嵌合することになされるので、第１端子１１ａと第２端子１１ｂとが直接接触している必要はない。そこで本実施形態では、第２端子１１ｂを外装体１４の外側に配置し、外装体１４のシール部において外装体１４の間に介在する部品の数を少なくしている。これによって、第二室１４ａの気密性を良好に維持することができる。ただし、前述した形態と同様、第２端子１１ｂを第二室１４ａ内に配置することもできる。

また、本形態では、第二室１４ａが膨張したときに雄コネクタ３１と雌コネクタ３２との嵌合が解除され易くするために、第二室１４ａは、スナップ３０が配置された部位と第一室１３ａが位置する部位との間に膨張部１４ｄを有している。膨張部１４ｄは、外装体１４が山折りとされて形成された部分であり、第二室１４ａが膨張する前は、ほぼ扁平状態とされている。第二室１４ａの膨張によって、図１０Ｃに示すように膨張部１４ｄが膨らみ始め、最終的には、図１０Ｄに示すように、第二室１４ａは膨張部１４ｄを有する側が大きく膨らみ、雄コネクタ３１と雌コネクタ３２との嵌合が解除される。このように、第二室１４ａが膨張部１４ｄを有することで、第二室１４ａをより大きく膨張させることができ、結果的に、第二室１４ａの膨張による電気的接続の遮断をより確実に行うことができる。

スナップ３０を用いた仮止めでは、雄コネクタ３１と雌コネクタ３２との嵌合方向に垂直な方向での結合力は比較的高い。したがって、スナップ３０を用いた仮止めは、電池の厚み方向に垂直な面内方向での振動に対して高い耐性を持つ。言い換えれば、この方向に強い振動が作用しても、第１端子１１ａと第２端子１１ｂとがずれにくい構造を得ることができる。なお、外装体の接合による第二室の形成を減圧下で行うことにより、大気圧によってスナップ３０の結合力を補助することができる。よって、この場合は、雄コネクタ３１と雌コネクタ３２との嵌合方向、すなわち電池の厚み方向についても、振動に対して高い耐性を持たせることができる。

第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂの、重なり合って接触している部分を、その外側から熱可塑性樹脂でコーティングすることによって、第１端子１１ａと第２端子１１ｂとを両者が互いに接触した状態で仮止めすることもできる。この場合、仮止めのためにコーティングされる熱可塑性樹脂、すなわち仮止め樹脂は、融点が、電池が正常に作動しているときの電池要素の温度より高く、かつ、第一室内に封止されているガス発生材が作用する温度以下であることが好ましい。これにより、電池が正常に作動している間は、第１端子１１ａと第２端子１１ｂとの電気的接続状態が維持される。一方、異常発熱により電池要素が昇温すると、第一端子１１ａを介して、仮止め樹脂が溶融するとともに、第一室から放出したガスで第二室が膨張し、これによって第１端子１１ａと第２端子１１ｂとの電気的接続を遮断することができる。

安全性を早い段階、すなわち電池の温度が活物質の熱暴走温度より十分に低い温度の段階で電流遮断機構を働かせることが好ましく、そのためには、仮止め樹脂は、融点が２００℃未満であることが好ましい。また、第二室にガスを充満させるためには、仮止め樹脂の融点は、外装体のシール層として用いられる樹脂の融点以下であることが好ましい。例えば、外装体のシール層としてポリプロピレン樹脂を用いた場合、仮止め樹脂の融点は、ポリプロピレン樹脂の融点である１６０℃以下、好ましくは１５０℃以下、より好ましくは１４０℃以下である。外装材のシール層としてエチレン樹脂を用いた場合は、仮止め樹脂の融点は、エチレン樹脂の融点である１２０℃以下、好ましくは１１０℃以下、より好ましくは１００℃以下である。

一方、電池の安定性を考慮した場合、異常が発生していない段階で仮止め樹脂が溶融するのは好ましくない。したがって、仮止め樹脂の融点は、５０℃以上であることが好ましく、より好ましくは７０℃以上、さらに好ましくは８０℃以上である。

仮止め樹脂は、上述のように、外装体のシール層として用いる樹脂の種類や、電流遮断機構を作動させる温度などに応じて、適宜の融点を有する樹脂から選択することができる。

図１１に、第二室が端子方向に伸長するように構成された外装体１４の具体例の一つを示す。以下、図１１等を参照して、第１端子および第２端子が引き出される方向に伸長する外装体１４について説明する。以下の説明において外装体の方向をいうとき、電池の厚さ方向および「端子方向」と直角な方向を「幅方向」という。

図１１に示す例では、外装体は、電池要素を封入した内装体（図１１では不図示）を上下から挟んで対向配置される一対のメインシート１３１と、その長手方向一端部で一対のメインシート１３１の間に配置される一対の側部シート１３２と、を有する。これら一対のメインシート１３１および一対の側部シート１３２は、片面のみが溶着可能な面として形成されており、一対のメインシート１３１は、溶着可能な面同士を向かい合わせて配置される。一対の側部シート１３２は、溶着可能な面を外側にして半分に折られ、折り目を向かい合わせて、メインシート１３１の幅方向両端部においてメインシート１３１の間に配置される。

上記のように配置されたメインシート１３１および側部シート１３２は、メインシート１３１の外周縁全周にわたる部位および側部シート１３２の折り合わされた部分の外周部で溶着される。側部シート１３２が配置されていることで、側部シート１３２によって第二室の側壁が構成される。そして、第二室の伸長する部分でメインシート１３１を、山部１３３が外装体１４の表面側および裏面側に形成されるようにメインシート１３１の幅方向に沿って山折りにする。これにより、第二室は、その端部で端子方向の長さが短くなる。この状態で第二室内にガスを発生させることによって、第二室の端部を端子方向に伸長させることができる。

図１２に、図１１に示す外装体を適用した電池の一例を示す。電池の外装体として図１１に示す外装体１４を適用する場合、第２端子１１ｂは、第二室１４ａが伸長する前は第１端子１１ａと接触しているが、第二室１４ａが伸長することによって第１端子１１ａから離れるように第１端子１１ａとの位置関係が定められて外装体１４に固着される。また、第一室内には上述したガス発生材が封入される。

本形態のように、第二室１４ａが端子方向に伸長できるように外装体１４を折り畳むことで、第二室１４ａの膨張により第１端子１１ａと第２端子１１ｂとの電気的接続を確実に遮断でき、かつ、遮断後に両者が再度接触する可能性は極めて低い。その結果、電池の安全性をより向上させることができる。また、第二室１４ａの伸長する部分を折り曲げることで、第二室１４ａの伸長方向を任意に変更することが可能となる。例えば図１３に示すように、第二室１４ａの伸長する部分を内装体１３に向けて折り曲げれば、第二室１４ａの伸長による電池１の占有スペースの増加分を少なくすることができる。特に折り曲げ角度を９０度とすれば、電池１の厚み方向に第二室１４ａを伸長させることができる。実際の電池では、電極の積層数が多く電池要素の厚みが比較的厚い。したがって、第二室１４ａの伸長する部分を電池１の厚み方向に折り曲げることで、第二室１４ａが伸長したときに電池１が占める実質的なスペースの増加はほとんどなく、最小限の設置スペースで設置できる安全な電池システム（電池パック）を提供できる。

図１１〜１３では、１つの山部１３３を第二室１４ｓに形成した形態を示した。しかし、複数の山部１３３を端子方向に配列した蛇腹構造とすることもできる。また、第二室１４ａに複数の山部１３３を形成することによって、山部１３３の高さを低くしつつ、大きな伸長量を得ることができる。山部１３３の高さを低くできることは、折り畳まれた状態での第二室１４ａの厚みを小さくすることができ、好ましい。また、第二室１４ａを端子方向に伸長させるための外装体１４の折り方についても、図１１〜１３に示した方法に限られず、例えば、前述した特許文献３に開示された方法を適用し、第二室１４ａの部分で外装体１４を端子方向に折り込んだ構造とすることもできる。この場合も、折り込み箇所は１箇所であってもよいし複数箇所であってもよい。

上述した各形態では、電池要素１０に接続された一対の端子のうち一方のみが第１端子および第２端子を有する形態を示したが、もう一方の端子についても、電気的接続を遮断可能に配置された第１端子および第２端子を有し、その部分で、第１端子と第２端子との電気的接続が遮断されるように第二室が膨張する構成とされていてもよい。この場合、正極側および負極側の両方に電流遮断機を有することとなるため、より好ましい。

また、電池要素に接続された一対の端子のそれぞれが、電気的接続を遮断可能に配置された第１端子および第２端子を有している場合、これらの端子は、電池の同じ辺から取り出されるように配置されることが好ましい。こうすることによって、この場合は、１つの第二室で正極側および負極側の両方に電流遮断機構を付与することができ、安全性向上の点で好ましい。さらに、第二室の数が１つでよいので、膨張時に端子方向に伸長する第二室構造を採用した場合、第二室が伸長した後の電池の占有スペースの増加量が２つの第二室を有する場合と比べて少なくてすむ。よって、より小さな設置スペースで設置できる安全な電池システム（電池パック）を提供できる。

ここで、第一室１３ａまたは第二室１４ａに封入されるガス発生材について詳細に説明する。

（ｉ）所定の温度以上でガスを発生する化合物
所定の温度以上でガスを発生する化合物としては、揮発性の材料を用いることが可能である。固体の揮発性材料としては、ガスを吸着した吸着剤が挙げられる。たとえば、水分を吸着したシリカゲルやゼオライトを用いれば、導体を伝わった熱で吸着剤が水分等のガスを放出することができる。また、ガス発生材として金属水和物も利用可能である。たとえば、水酸化アルミは、加熱されると水分が放出される。これらの材料は、電池の使用温度域においても電解液に水分が移るため、電気分解が生じるなどリチウムイオン電池を破壊する結果となるため、第一室１３ａではなく第二室１４ａに封入することが望ましい。よって、これらの材料は、第二室内に入れておくことにより、電池の特性に影響を与えることなく、異常発生による昇温持に電流を遮断することができる材料として挙げることが出来る。

揮発性材料として液体を用いることも可能である。非水系の液体であれば、第一室１３ａまたは第二室１４ａに封入することができる。液体を構成する少なくとも１つの溶媒が揮発すれば、ガスを発生することができる。安全性を早い段階、すなわち電池の温度が活物質の熱暴走温度より十分に低い温度の段階で電流遮断機構を働かせることが好ましく、そのためには、溶媒の揮発温度は２００℃未満であることが好ましい。また、ガスを充満させるためには、溶媒の揮発温度は、外装体のシール層として用いられる樹脂の融点以下であることが好ましい。例えば、外装体のシール層としてポリプロピレン樹脂を用いた場合、溶媒の揮発温度は、ポリプロピレン樹脂の融点である１６０℃以下、好ましくは１５０℃以下、より好ましくは１４０℃以下である。外装材のシール層としてエチレン樹脂を用いた場合は、溶媒の揮発温度は、エチレン樹脂の融点である１２０℃以下、好ましくは１１０℃以下、より好ましくは１００℃以下である。

一方、電池の安定性を考慮した場合、異常が発生していない段階で溶媒が揮発するのは好ましくない。したがって、溶媒の揮発温度は、５０℃以上であることが好ましく、より好ましくは７０℃以上、さらに好ましくは８０℃以上である。

第二室１４ａに封入する場合は、溶媒として具体的には水を用いることができる。水の中でも特に純水が好ましい。純水は、第二室１４ａ内に正極側および負極側の端子が存在する場合でも、電気分解によるガスが発生しない。

また、溶媒として、非水系の溶媒、例えば後述する電解液成分を用いることも可能である。電解液成分を用いることにより、第一室１３ａのシール部が破損し、第二室１４ａから液体が第一室１３ａへ漏出したとしても、第一室１３ａを非水状態に保つことができる。また、第二室１４ａの液体が第一室１３ａの電解液と同じ構成であれば、第二室１４ａの液体が第一室１３ａに漏出しても、電池の機能を維持することができる。

このような非水系の溶媒として、例えば、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート等を挙げることができる。また、電流遮断機構を動作させるためのガスは、不燃性あるいは難燃性ガスであることが好ましいことから、フッ素やリン原子を含むものが好ましい。例えば、メチルフルオロエチルカーボネートなどのフッ素化エステル類、フッ素化カーボネート類やテトラフルオロエチルテトラフルオロプロピルエーテル、デカフルオロプロピルエーテル、オクタフルオロベンチルテトラフルオロエチルエーテルなどのフッ素化エーテル、リン酸エステル類などを挙げることができる。

（ｉｉ）所定の電圧以上でガスを発生する化合物
所定の電圧以上でガスを発生する材料は、過充電防止剤の中からガスを発生するタイプのものを用いることが出来る。たとえば、化合物をシクロへキシルベンゼンやビフェニル、フェニル−ターシャリブチルカーボネート、ピロカーボネートなどである。

（ｉｉｉ）所定の電圧以上で熱を発生する化合物
所定の電圧以上で熱を発生する材料は、レドックスシャトル剤の中から、電池の仕様に適した酸化還元反応電位をもつものを選択することが出来る。

レドックスシャトル剤としては、非水電解質中に均一に溶解もしくは分散し得る化合物であって、正極活物質の通常使用する最大の（ＳＯＣ１００％の）電位よりも高い酸化電位を有する化合物を用いることができる。
ただし、レドックスシャトル剤は正極活物質の使用する最大の電位に応じて適宜選択することが好ましい。レドックスシャトル剤の酸化電位は、正極の最大電位より０．１〜２Ｖ高いことが好ましく、０．２〜１Ｖ高いことが更に好ましい。レドックスシャトル剤の酸化電位が上記の範囲内にある場合、二次電池を通常の電圧で動作させている時にはレドックスシャトル剤の反応を抑制することができ、かつ過充電などの異常時には速やかにレドックスシャトル剤が反応し、二次電池の動作を停止させることができる。

レドックスシャトル剤として使用できる化合物の種類としては、芳香族化合物、複素環錯体、フェロセン等のメタロセン錯体、Ｃｅ化合物、ラジカル化合物などが挙げられる。また、レドックスシャトル剤は一種のみを単独で用いることができ、または二種以上を組み合わせて用いることもできる。

具体的な化合物としては、例えば、３，４−ジフルオロアニソール、２，４−ジフルオロアニソール、１−メトキシ−２，３，４，５，６−ペンタフルオロベンゼン、２，３，５，６−テトラフルオロアニソール、４−（トリフルオロメトキシ）アニソール、３，４−ジメトキシベンゾニトリル、１，２，３，４−テトラクロロ−５，６−ジメトキシベンゼン、１，２，４，５−テトラクロロ−３，６−ジメトキシベンゼン４−フルオロ−１，２−ジメトキシベンゼン、４−ブロモ−１，２−ジメトキシベンゼン、２−ブロモ−１，４−ジメチルベンゼン、１−ブロモ−３−フルオロ−４−メトキシベンゼン、２−ブロモ−１，３−ジフルオロ−５−メトキシベンゼン、４，５−ジフルオロ−１，２−ジメトキシベンゼン、２，５−ジフルオロ−１，４−ジメトキシベンゼン、１，２，３，４−テトラクロロ−５，５−ジメトキシシクロペンタジエン、１，２，４−トリメトキシベンゼン、１，２，３−トリメトキシベンゼン、２，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−１，４−ジメトキシベンゼン、４−ｔｅｒｔ−ブチル−１，２−ジメトキシベンゼン、１，４−ジテトラブチル−２，５−トリフルオロメトキシベンゼン、１，２−ジテトラブチル−４，５−トリフルオロメトキシベンゼン、等の１つ以上の電子吸引性もしくは電子供与性の置換基を有する単素環式化合物；４−クロロ−１，２−メチレンジオキシベンゼン、４−ブロモ−１，２−メチレンジオキシベンゼン、３，４−メチレンジオキシベンゾニトリル、４−ニトロ−１，２−メチレンジオキシベンゼン、２−クロロ−５−メトキシピラジン等の複素環式化合物；ニトロキシルラジカル化合物等のラジカル化合物；硝酸セリウム等のセリウム化合物；フェロセン錯体等のメタロセン錯体；等のうち、１種または２種以上を混合して用いることができる。

レドックスシャトル剤は、非水電解質中に均一に溶解もしくは分散し得る化合物であって、必要とされる正極の最大電位に応じて適宜選択することができる。これらの化合物は、それぞれ化合物に応じた反応電位をもち、その電位より高くなると酸化反応速度が大幅に増大する。例えば、２，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−１，４−ジメトキシベンゼンは、約３．９Ｖ、４−ブロモ−１，２−ジメトキシベンゼンは約４．３Ｖ程度の反応電位を有する。

定電流での充電時において、電池１の正負極間が高電圧となって、第一室１３ａまたは第二室１４ａの中にあるレドックスシャトル剤が反応電位よりも高い電位に曝された場合、レドックスシャトル剤が反応し、負極との間で酸化還元反応を繰り返す。この酸化還元反応の繰り返しによって生じた熱で、第一室１３ａまたは第二室１４ａの内部が温度上昇する。

なお、１つ以上のアルコキシ基を有する芳香族化合物（メトキシベンゼン類やジメトキベンゼン類）は、酸化反応により生じる酸化体の化学的安定性が優れているため、副反応等で電池性能が低下することを抑制し得る。また、ハロゲン原子を有する化合物は、レドックス反応電位が高く、より酸化還元電位の高い正極、すなわちより高エネルギー密度の二次電池に適用することができる。

ガス発生材を第一室１３ａに封入する場合、第二室１４ａに乾燥剤を封入することができ、これによって、電池外部から電池要素１０のある第一室１３ａへの水分の侵入を防ぐ効果を得ることができる。これにより、リチウムイオン電池の信頼性を向上することが可能となる。また、漏液センサーやインジケーターを外装体１４内に封入し、さらに外装体１４を透明フィルムで構成すれば、内装体１３から電解液が漏出した場合でも、電池外部に漏出する前に、目視で確認することが可能となる。さらに、外装体１４内にオイル固化材を封入しておけば、漏出した電解液を固化することが可能となる。その他、外装体１４に消火剤を封入することができる、この場合は、たとえば電池が火災にあった場合、電池を保護することが可能となる。

（内装体・外装体）
内装体１３および外装体１４は、電解液に安定で、かつ、十分な水蒸気バリア性を持つ可撓性の任意の部材を用いて構成することができる。このような部材として、好ましくは、溶着層を有するラミネートフィルムを用いることができる。ラミネートフィルムとしては、アルミニウム、シリカ、アルミナをコーティングしたポリプロピレン、ポリエチレン等のラミネートフィルムを用いることができる。特に、フィルム自体の伸長による体積膨張を抑制する観点から、アルミニウムラミネートフィルムが好ましい。

内装体１３および外装体１４は、同じ部材で構成してもよいし、異なる部材で構成してもよい。例えば、内装体１３をアルミラミネートフィルムとし、外装体１４を、アルミラミネートを用いないフィルムとした場合、電池を外部から観察できるため、前述したような、漏液観察や、インジケーターの確認などが可能となる。

また、内装体１３は、ガス発生材が第一室１３ａに封入された場合であっても、第一室１３ａから第二室１４ａにガスを放出させるために膨張する必要はない。したがって、内装体１３は可撓性を有している必要はなく、缶体で構成されていてもよい。

ラミネートフィルムの代表的な層構成としては、金属薄膜層と熱溶着性樹脂層とが積層された構成が挙げられる。また、ラミネートフィルムのその他の代表的な層構成としては、金属薄膜層の熱溶着樹脂層と反対側の面に、さらにポリエチレンテレフタレートなどのポリエステルやナイロン等のフィルムからなる保護層が積層された構成が挙げられる。電池要素を封止する場合、熱溶着性樹脂層を対向させて電池要素が包囲される。金属薄膜層としては、例えば、厚さ１０〜１００μｍの、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔｉ合金、Ｆｅ、ステンレス、Ｍｇ合金などの箔が用いられる。熱溶着性樹脂層に用いられる樹脂は、熱溶着が可能な樹脂であれば特に制限はない。例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、これらの酸変成物、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、ポリアミド、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体やエチレン−アクリル酸共重合体を金属イオンで分子間結合させたアイオノマー樹脂などが、熱溶着性樹脂層として用いられる。熱融着性樹脂層の厚さは１０〜２００μｍが好ましく、より好ましくは３０〜１００μｍである。

上述した形態では、第二室１４ａが第一室１３ａの全体を包囲し、結果的に内装体１３が外装体１４の中に封入されている構造を示した。しかし、第二室１４ａは第一室１３ａの全体を包囲している必要はなく、例えば図１４Ａおよび１４Ｂに示すように、第二室１４ａが第一室１３ａの一部のみを包囲するように、外装体１４が内装体１３の一部を覆った構造とすることもできる。

図１４Ａおよび１４Ｂに示す形態では、一例として、異常発生時に電流を遮断するための構造として図１０Ａ〜１０Ｄに示したのと同様に、第１端子１１ａと第２端子１１ｂとを仮止めするスナップ３０を有し、かつ、外装体１４が膨張部１４ｄを有している。ただし、この構造としては、前述した何れの構造を採用してもよい。このように、内装体１３の一部のみが外装体１４で覆われた構成であっても、内装体１３の全体を外装体１４で包囲した場合と同様に作用し、同様の効果を奏することができる。

外装体１４が内装体１３の一部を覆った構造とした場合、外装体１４は、その外周縁の内装体１３と重なり合った部分で内装体１３と接合される。ラミネートフィルムは、内面が熱溶着性材料で構成され外面が非熱溶着性材料で構成されることが多いので、内装体１３および外装体１４がラミネートフィルムで構成される場合、熱溶着によって内装体１３と外装体１４とを接合するのは困難である。よって、本形態の場合、第二室１４ａを形成するための内装体１３と外装体１４との接合は、接着剤で行うことが好ましい。

ガス発生材は、第一室１３ａまたは第二室１４ａの何れに封入されていてもよい。ガス発生材が、第一室１３ａに封入される場合は、第一室１３ａ内で発生したガスを特定の部位から第二室１４ａに放出するために、圧力弁や弱シール部といった、所定の圧力以上の圧力が作用することによって開放する圧力開放機構が内装体１３に設けられる。外装体１４が覆う内装体１３の領域は、この圧力開放機構が設けられた部分を含む領域とされる。

内装体１３としてラミネートフィルムを用い、そのラミネートフィルムに対して溶着等により圧力弁のような別の部材を取り付けたり、弱シール部を形成したりした場合、溶着等の条件によっては、その周辺部ではラミネートフィルムの溶着強度が他の箇所に比べて弱くなることがある。このように、第一室１３ａの内圧が上昇したときにガスが放出される可能性が最も高いのは、圧力開放機構およびその周辺である。よって、外装体１４が内装体１３を覆う部分は、少なくともその部分を含む領域であれば十分であり、これによって、外装体１４のサイズをより小さくしつつ、電池からのガスの漏れを効果的に防止することができる。外装体１４のサイズを小さくすることは、外装体１４の使用量の削減、ひいては電池のコストダウンにつながる。

（電池要素）
次に、電池要素の構成を簡単に説明する。電池要素の構成は、特に制限されるものではないが、例えば、正極および負極が対向配置された電極素子と、電解液とを内包する積層型とすることができる。

図１５は、積層型の二次電池が有する電極素子の構造を示す模式的断面図である。この電極素子は、平面構造を有する複数の正極ｃおよび複数の負極ａが、セパレータｂを挟みつつ交互に積み重ねられて形成されている。各正極ｃが有する正極集電体ｅは、正極活物質に覆われていない端部で互いに溶接されて電気的に接続され、さらにその溶接箇所に正極端子ｆが溶接されている。各負極ａが有する負極集電体ｄは、負極活物質に覆われていない端部で互いに溶接されて電気的に接続され、さらにその溶接箇所に負極端子ｇが溶接されている。正極端子ｆおよび負極端子ｇは、図１Ａに示した一対の端子１１、１２であってもよいし、これら正極端子ｆおよび負極端子ｇのそれぞれに、一対の端子１１、１２が接続されていてもよい。

このような平面的な積層構造を有する電極素子は、電池の表面積が大きいため、異常時に発生した熱を効率よく逃がすことが出来る。これに対して、捲回式の場合、中心部で発生した熱は、放熱されずに蓄積することとなる。Ｒの小さい部分（捲回構造の巻き芯に近い領域）がないため、捲回構造を持つ電極素子に比べて、充放電に伴う電極の体積変化に対する悪影響を受けにくいという利点がある。すなわち、体積膨張を起こしやすい活物質を用いた電極素子として有効である。一方で、捲回構造を持つ電極素子では電極が湾曲しているため、体積変化が生じた場合にその構造が歪みやすい。特に、ケイ素酸化物のように充放電に伴う体積変化が大きい負極活物質を用いた場合、捲回構造を持つ電極素子を用いた二次電池では、充放電に伴う容量低下が大きい。

本発明の電池要素は、特に限定されないが、好ましくは、リチウムイオン二次電池の電池要素である。以下に好ましい電池要素の材料を述べる。

［１］負極
負極は、例えば、負極活物質が負極用結着剤によって負極集電体に結着され、負極活物質が負極活物質層として負極集電体上に積層された構造を有する。本実施形態における負極活物質は、充放電に伴いリチウムイオンを可逆的に吸蔵及び放出が可能な材料であれば、本発明の効果を著しく損なわない限り任意のものを用いることができる。通常は、正極の場合と同様に、負極も集電体上に負極活物質層を設けて構成されたものを用いる。なお、正極と同様に、負極も適宜その他の層を備えていてもよい。

負極活物質としては、リチウムイオンの吸蔵放出が可能な材料であれば他に制限は無く、公知の負極活物質を任意に用いることができる。例えば、コークス、アセチレンブラック、メゾフェーズマイクロビーズ、グラファイト等の炭素質材料；リチウム金属；リチウム−シリコン、リチウム−スズ等のリチウム合金、チタン酸リチウムなどを使用することが好ましい。これらの中でもサイクル特性及び安全性が良好でさらに連続充電特性も優れている点で、炭素質材料を使用するのが最も好ましい。なお、負極活物質は１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。

さらに、負極活物質の粒径は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、初期効率、レ−ト特性、サイクル特性等の電池特性が優れる点で、通常１μｍ以上、好ましくは１５μｍ以上であり、通常５０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下程度である。また、例えば、上記の炭素質材料をピッチ等の有機物で被覆した後で焼成したもの、ＣＶＤ法等を用いて表面に上記炭素質材料よりも非晶質の炭素を形成したものなども、炭素質材料として好適に使用することができる。ここで、被覆に用いる有機物としては、軟ピッチから硬ピッチまでのコールタールピッチ；乾留液化油等の石炭系重質油；常圧残油、減圧残油等の直留系重質油；原油、ナフサ等の熱分解時に副生する分解系重質油（例えばエチレンヘビーエンド）等の石油系重質油が挙げられる。また、これらの重質油を２００〜４００℃で蒸留して得られた固体状残渣物を、１〜１００μｍに粉砕したものも使用することができる。さらに塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、イミド樹脂なども使用することができる。

本発明の一形態において、負極は、金属および／または金属酸化物ならびに炭素を負極活物質として含む。金属としては、例えば、Ｌｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ａｇ、Ｂａ、Ｃａ、Ｈｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｌａ、またはこれらの２種以上の合金等が挙げられる。また、これらの金属又は合金は２種以上混合して用いてもよい。また、これらの金属又は合金は１種以上の非金属元素を含んでもよい。

金属酸化物としては、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化リチウム、またはこれらの複合物等が挙げられる。本実施形態では、負極活物質として酸化スズもしくは酸化シリコンを含むことが好ましく、酸化シリコンを含むことがより好ましい。これは、酸化シリコンが、比較的安定で他の化合物との反応を引き起こしにくいからである。また、金属酸化物に、窒素、ホウ素および硫黄の中から選ばれる一種または二種以上の元素を、例えば０．１〜５質量％添加することもできる。こうすることで、金属酸化物の電気伝導性を向上させることができる。また、金属や金属酸化物を、たとえば蒸着などの方法で、炭素等の導電物質を用いて被覆することでも、同様に電気伝導度を向上させることができる。

炭素としては、例えば、黒鉛、非晶質炭素、ダイヤモンド状炭素、カーボンナノチューブ、またはこれらの複合物等が挙げられる。ここで、結晶性の高い黒鉛は、電気伝導性が高く、銅などの金属からなる負極集電体との接着性および電圧平坦性が優れている。一方、結晶性の低い非晶質炭素は、体積膨張が比較的小さいため、負極全体の体積膨張を緩和する効果が高く、かつ結晶粒界や欠陥といった不均一性に起因する劣化が起きにくい。

金属および金属酸化物は、リチウムの受容能力が炭素に比べて遥かに大きいことが特徴である。したがって、負極活物質として金属および金属酸化物を多く使用することで電池のエネルギー密度を改善することができる。高エネルギー密度を達成するため、負極活物質中の金属および／または金属酸化物の含有比率が高い方が好ましく、負極に含まれる炭素のリチウム受容可能な量が、正極のリチウム放出可能な量より少なくなるように、金属および／または金属酸化物を負極中に配合する。本明細書において正極のリチウム放出可能な量、負極に含まれる炭素のリチウム受容可能な量は、それぞれの理論容量を意味する。正極のリチウム放出可能な量に対する負極に含まれる炭素のリチウム受容可能な量の比率は、０．９５以下が好ましく、０．９以下がより好ましく、０．８以下がさらに好ましい。金属および／または金属酸化物は、多いほど負極全体としての容量が増加するので好ましい。金属および／または金属酸化物は、負極活物質の０．０１質量％以上の量で負極に含まれることが好ましく、０．１質量％以上がより好ましく、１質量％以上が更に好ましい。しかしながら、金属および／または金属酸化物は、炭素にくらべてリチウムを吸蔵・放出した際の体積変化が大きくなり、電気的な接合が失われる場合があることから、９９質量％以下、好ましくは９０質量％以下、更に好ましくは８０質量％以下である。上述した通り、負極活物質は、負極中の充放電に伴いリチウムイオンを可逆的に受容、放出可能な材料であり、それ以外の結着剤などは含まない。

負極活物質層は、例えば、上述の負極活物質をロール成形してシート電極としたり、圧縮成形によりペレット電極としたりすることも可能であるが、通常は、正極活物質層の場合と同様に、上述の負極活物質と、結着剤と、必要に応じて各種の助剤等とを、溶媒でスラリー化してなる塗布液を、集電体に塗布し、乾燥することにより製造することができる。

負極用結着剤としては、特に制限されるものではないが、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリル、ポリイミド、ポリアミドイミド等を用いることができる。前記のもの以外にも、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等が挙げられる。ＳＢＲ系エマルジョンのような水系の結着剤を用いる場合、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等の増粘剤を用いることもできる。使用する負極用結着剤の量は、トレードオフの関係にある「十分な結着力」と「高エネルギー化」の観点から、負極活物質１００質量部に対して、０．５〜２０質量部が好ましい。上記の負極用結着剤は、混合して用いることもできる。

負極集電体の材質としては、公知のものを任意に用いることができるが、電気化学的な安定性から、例えば、銅、ニッケル、ステンレス、アルミニウム、クロム、銀およびそれらの合金等の金属材料が好ましく用いられる。中でも加工し易さとコストの点から特に銅が好ましい。また、負極集電体も、予め粗面化処理しておくのが好ましい。さらに、集電体の形状も任意であり、箔状、平板状、メッシュ状等が挙げられる。また、エキスパンドメタルやパンチングメタルのような穴あきタイプの集電体を使用することもできる。

負極の作製方法としては、例えば、負極集電体上に、負極活物質と負極用結着剤を含む負極活物質層を形成することで作製することができる。負極活物質層の形成方法としては、例えば、ドクターブレード法、ダイコーター法、ＣＶＤ法、スパッタリング法などが挙げられる。予め負極活物質層を形成した後に、蒸着、スパッタ等の方法でアルミニウム、ニッケルまたはそれらの合金の薄膜を形成して、負極集電体としてもよい。

負極活物質を含む塗工層には、インピーダンスを低下させる目的で、導電補助材を添加してもよい。導電補助材としては、鱗片状、煤状、繊維状の炭素質微粒子等、例えば、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック、気相法炭素繊維（昭和電工製ＶＧＣＦ（登録商標））等が挙げられる。

［２］正極
正極とは、電池内における高電位側の電極のことをいい、一例として、充放電に伴いリチウムイオンを可逆的に吸蔵、放出可能な正極活物質を含み、正極活物質が正極結着剤により一体化された正極活物質層として集電体上に積層された構造を有する。本発明の一形態において、正極は、単位面積当たりの充電容量を３ｍＡｈ／ｃｍ^２以上有し、好ましくは３．５ｍＡｈ／ｃｍ^２以上有する。また、安全性の観点などから単位面積当たりの正極の充電容量が、１５ｍＡｈ／ｃｍ^２以下であることが好ましい。ここで、単位面積当たり充電容量とは、活物質の理論容量から計算される。すなわち、単位面積当たりの正極の充電容量は、（正極に用いられる正極活物質の理論容量）／（正極の面積）によって計算される。なお、正極の面積とは、正極両面ではなく片面の面積のことを言う。

本実施形態における正極活物質としては、リチウムを吸蔵放出し得る材料であれば特に限定されず、いくつかの観点から選ぶことができる。高エネルギー密度化の観点からは、高容量の化合物であることが好ましい。高容量の化合物としては、リチウム酸ニッケル（ＬｉＮｉＯ_２）のＮｉの一部を他の金属元素で置換したリチウムニッケル複合酸化物が挙げられ、下式（Ａ）で表される層状リチウムニッケル複合酸化物が好ましい。

Ｌｉ_ｙＮｉ_{（１−ｘ）}Ｍ_ｘＯ_２ （Ａ）
（但し、０≦ｘ＜１、０＜ｙ≦１．２、ＭはＣｏ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｔｉ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素である。）

高容量の観点では、Ｎｉの含有量が高いこと、即ち式（Ａ）において、ｘが０．５未満が好ましく、さらに０．４以下が好ましい。このような化合物としては、例えば、Ｌｉ_αＮｉ_βＣｏ_γＭｎ_δＯ_２（０＜α≦１．２好ましくは１≦α≦１．２、β＋γ＋δ＝１、β≧０．７、γ≦０．２）、Ｌｉ_αＮｉ_βＣｏ_γＡｌ_δＯ_２（０＜α≦１．２好ましくは１≦α≦１．２、β＋γ＋δ＝１、β≧０．６好ましくはβ≧０．７、γ≦０．２）などが挙げられ、特に、ＬｉＮｉ_βＣｏ_γＭｎ_δＯ_２（０．７５≦β≦０．８５、０．０５≦γ≦０．１５、０．１０≦δ≦０．２０）が挙げられる。より具体的には、例えば、ＬｉＮｉ_０．８Ｃｏ_０．０５Ｍｎ_０．１５Ｏ_２、ＬｉＮｉ_０．８Ｃｏ_０．１Ｍｎ_０．１Ｏ_２、ＬｉＮｉ_０．８Ｃｏ_０．１５Ａｌ_０．０５Ｏ_２、ＬｉＮｉ_０．８Ｃｏ_０．１Ａｌ_０．１Ｏ_２等を好ましく用いることができる。

また、熱安定性の観点では、Ｎｉの含有量が０．５を超えないこと、即ち、式（Ａ）において、ｘが０．５以上であることも好ましい。また特定の遷移金属が半数を超えないことも好ましい。このような化合物としては、Ｌｉ_αＮｉ_βＣｏ_γＭｎ_δＯ_２（０＜α≦１．２好ましくは１≦α≦１．２、β＋γ＋δ＝１、０．２≦β≦０．５、０．１≦γ≦０．４、０．１≦δ≦０．４）が挙げられる。より具体的には、ＬｉＮｉ_０．４Ｃｏ_０．３Ｍｎ_０．３Ｏ_２（ＮＣＭ４３３と略記）、ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２、ＬｉＮｉ_０．５Ｃｏ_０．２Ｍｎ_０．３Ｏ_２（ＮＣＭ５２３と略記）、ＬｉＮｉ_０．５Ｃｏ_０．３Ｍｎ_０．２Ｏ_２（ＮＣＭ５３２と略記）など（但し、これらの化合物においてそれぞれの遷移金属の含有量が１０％程度変動したものも含む）を挙げることができる。

また、式（Ａ）で表される化合物を２種以上混合して使用してもよく、例えば、ＮＣＭ５３２またはＮＣＭ５２３とＮＣＭ４３３とを９：１〜１：９の範囲（典型的な例として、２：１）で混合して使用することも好ましい。さらに、式（Ａ）においてＮｉの含有量が高い材料（ｘが０．４以下）と、Ｎｉの含有量が０．５を超えない材料（ｘが０．５以上、例えばＮＣＭ４３３）とを混合することで、高容量で熱安定性の高い電池を構成することもできる。

上記以外にも正極活物質として、例えば、ＬｉＭｎＯ_２、Ｌｉ_ｘＭｎ_２Ｏ_４（０＜ｘ＜２）、Ｌｉ_２ＭｎＯ_３、Ｌｉ_ｘＭｎ_１．５Ｎｉ_０．５Ｏ_４（０＜ｘ＜２）等の層状構造またはスピネル構造を有するマンガン酸リチウム；ＬｉＣｏＯ_２またはこれらの遷移金属の一部を他の金属で置き換えたもの；これらのリチウム遷移金属酸化物において化学量論組成よりもＬｉを過剰にしたもの；及びＬｉＦｅＰＯ_４などのオリビン構造を有するもの等が挙げられる。さらに、これらの金属酸化物をＡｌ、Ｆｅ、Ｐ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ａｇ、Ｂａ、Ｃａ、Ｈｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｌａ等により一部置換した材料も使用することができる。上記に記載した正極活物質はいずれも、１種を単独で、または２種以上を組合せて用いることができる。

正極用結着剤としては、負極用結着剤と同様のものを用いることができる。中でも、汎用性や低コストの観点から、ポリフッ化ビニリデンまたはポリテトラフルオロエチレンが好ましく、ポリフッ化ビニリデンがより好ましい。使用する正極用結着剤の量は、トレードオフの関係にある「十分な結着力」と「高エネルギー化」の観点から、正極活物質１００質量部に対して、２〜１０質量部が好ましい。

正極活物質を含む塗工層には、インピーダンスを低下させる目的で、導電補助材を添加してもよい。導電補助材としては、鱗片状、煤状、線維状の炭素質微粒子等、例えば、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック、気相法炭素繊維（例えば、昭和電工製ＶＧＣＦ）等が挙げられる。

正極集電体としては、負極集電体と同様のものを用いることができる。特に正極としては、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄・ニッケル・クロム・モリブデン系のステンレスを用いた集電体が好ましい。

正極活物質を含む正極活物質層には、インピーダンスを低下させる目的で、導電補助材を添加してもよい。導電補助材としては、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック等の炭素質微粒子が挙げられる。

［３］電解液
電解液は、特に限定されないが、電池の動作電位において安定な非水電解液が好ましい。非水電解液の具体例としては、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）、ｔ−ジフルオロエチレンカーボネート（ｔ−ＤＦＥＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、ビニルエチレンカーボネート（ＶＥＣ）等の環状カーボネート類；アリルメチルカーボネート（ＡＭＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）等の鎖状カーボネート類；プロピレンカーボネート誘導体；ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸エチル等の脂肪族カルボン酸エステル類；γ―ブチロラクトン（ＧＢＬ）等の環状エステル類、などの非プロトン性有機溶媒が挙げられる。非水電解液は、一種を単独で、または二種以上を組み合わせて使用することができる。また、スルホラン、フッ素化スルホラン、プロパンスルトン、プロペンスルトン等の含硫黄環状化合物を用いることが出来る。

電解液中に含まれる支持塩の具体例としては、特にこれらに制限されるものではないが、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＡｌＣｌ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＳｂＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣ_４Ｆ_９ＳＯ_３、Ｌｉ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２等のリチウム塩が挙げられる。支持塩は、一種を単独で、または二種以上を組み合わせて使用することができる。

［４］セパレータ
セパレータとしては、特に制限されるものではないが、ポリプロピレン、ポリエチレン、フッ素系樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド等の多孔質フィルムや不織布、また、これらを基材としてシリカやアルミナ、ガラスなどの無機物を、付着もしくは接合したものや、単独で不織布や布として加工したものを用いることができる。また、セパレータとしては、それらを積層したものを用いることもできる。

本発明の電池要素は、以上のリチウムイオン二次電池の電池要素に限られるものではなく、本発明はどのような電池にも適用可能である。但し、放熱の問題は、多くの場合、高容量化した電池において問題になることが多いため、本発明は、高容量化した電池、特にリチウムイオン二次電池に適用することが好ましい。

電池１は、電池パックとして用いられることができる。電池パックは、少なくとも１つの電池１と、それを電池１の厚み方向両側から保持する保持部材と、を有することができる。

以下、電池パックの形態について図１６および１７を参照して説明する。

図１６に示す電池パック５は、１つの電池１と、電池１をその厚み方向両側から電池１を保持する一対の保持部材６ａ、６ｂとを有する。電池１は、前述した形態の何れを用いてもよく、図示した形態では、図１０Ａ〜１０Ｄを用いて説明した形態の電池が示されている。保持部材６ａ、６ｂは、外装体１４の膨張または伸長する部分を拘束しない位置、例えば、外装体１４を介して電池要素１０および内装体１３の少なくとも一部と対向する位置に配置される。外装体１４の膨張または伸長する部分を拘束しない位置とは、第１端子１１ａと第２端子１１ｂとの電気的接続を遮断させるような外装体１４の変形を拘束しない位置、あるいは第１端子１１ａと第２端子１１ｂとが対向する領域を除く位置ということもできる。

このようにして保持部材６ａ、６ｂによって電池１を保持することで、第一室内で発生したガスによる第一室の膨張が抑制される。これにより、第一室内で発生したガスによる第一室内の内圧上昇が促進され、その結果、第一室から第二室へのガスの放出が効率良く行われる。さらに、外装体自身も上述した特定の領域が保持部材６ａ、６ｂによって保持されているので、第１端子１１ａと第２端子１１ｂとが対向している領域において第二室を効率良く膨張させることができる。その結果、第１端子１１ａと第２端子１１ｂとの電気的接続を効率良く遮断させることができる。

図１７に示す電池パック５は、複数の電池１と、電池１を収容するケース６と、電池１をケース６内で保持する一対の保持部材６ａ、６ｂとを有する。複数の電池１は、その厚み方向に重ね合わせられて（積層されて）配置され、ケース６の内面の互いに対向する位置に配置された一対の保持部材６ａ、６ｂによって電池１の重ね合わせ方向（積層方向）両側から保持されている。したがって、電池１の重ね合わせ方向において中間に位置する電池１は、隣接する電池１により保持される。保持部材６ａ、６ｂは、ケース６の一部であってもよいしケース６とは別部材であってもよい。

複数の電池１を重ね合わせる場合においても、保持部材６ａ、６ｂあるいは積層方向に隣接する電池１による電池１の拘束についての考え方は、図１６に示した形態と同様である。すなわち、電池１同士は、外装体の膨張または伸長する部分を拘束しない位置で重ね合わせられ、保持部材６ａ、６ｂは、外装体の膨張または伸長する部分を拘束しない位置に配置される。そのためには、図１７に示すように、上下に隣接する電池間で外装体の膨張または伸長する部分が互いに反対向きとなるように複数の電池１を積層するなど、複数の電池１の外装体の膨張または伸長する部分が隣接して重ならないような位置および向きで複数の電池１を積層することが好ましい。

上述のように複数の電池１を重ね合わせることにより、図１６に示した形態と同様、第一室内でガスを発生させる構造の場合は第一室から第二室へのガスの放出が効率良く行われる。また、第一室内でガスを発生させる構造および第二室内でガスを発生させる構造の何れの場合であっても、第1端子と第2端子との電気的接続を効率良く遮断させることができる。

以下に、本発明の電池の製造方法の一形態および応用例等について説明する。

［電池の製造方法］
電池の製造方法の一形態では、まず、正極および負極を含む電池要素１０を、内装体１３により形成される第一室１３ａに封入する。この工程では、正極および負極に一対の第１端子１１ａ、１２を電気的に接続した後、一対の第１端子１１ａ、１２が内装体１３から引き出された状態で、電池要素１０を第一室１３ａに封入することを含む。次いで、第一室１３ａの少なくとも一部を包囲する第二室１４ａを形成するように、内装体１３の少なくとも一部を外装体１４で覆う。この工程では、一対の第１端子１１ａ、１２のうち少なくとも一方の第１端子１１ａが第二室１４ａ内で電気的に接続されるように第２端子１１ｂを配置させて内装体１３の少なくとも一部を覆うことを含む。また、外装体１４が内装体１３の一部のみを覆う場合は、外装体１４を内装体１３に接合することを含む。内装体１３への外装体１４の接合は、接着剤を用いて行うことができる。ここで、電池要素１０を第一室１３ａに封入する工程、または内装体１３を第二室１４ａに封入する工程は、所定の温度以上または所定の電圧以上でガスを発生するガス発生材とともに封入することを含む。

上記の製造方法において、内装体１３の少なくとも一部を外装体１４で覆う工程は、第二室１４ａ内において、対向する外装体１４の一方の面に第１端子１１ａを接合し、他方の面に前記第２端子１１ｂを接合することを含むことができる。また、内装体１４の少なくとも一部を外装体１４で覆う工程は、第２端子１１ｂを、第１端子１１ａと電気的に接続された状態で仮止めすることを含んでいてもよい。

第１端子１１ａと第２端子１１ｂとの仮止めは、例えば、第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂの重なり合った部分をクリップ２０で挟んだり、互いに嵌合する雄コネクタ３１および雌コネクタ３２を有するスナップ３０を用いて、第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂの一方に雄コネクタ３１を固定し他方に雌コネクタ３２を固定したり、第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂの互いに接触している部分を、その外側から熱可塑性樹脂でコーティングしたりすることで行うことができる。

［組電池］
複数の電池を組み合わせて組電池とすることができる。組電池は、例えば、本実施形態に係る２以上の電池を、直列および／または並列に接続した構成とすることができる。電池の直列数および並列数はそれぞれ、組電池の目的とする電圧および容量似応じて適宜選択することができる。

［車両］
上述した電池またはその組電池は、車両に用いることができる。電池または組電池を利用できる車両としては、ハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車（いずれも四輪車（乗用車、トラック、バス等の商用車、軽自動車等）のほか、二輪車（バイク）や三輪車を含む）が挙げられる。なお、本実施形態に係る車両は自動車に限定されるわけではなく、他の車両、例えば電車等の移動体の各種電源として用いることもできる。このような車両の一例として、図１８に電気自動車の模式図を示す。図１８に示す電気自動車２００は、上述した電池を複数、直列および並列に接続し、必要とされる電圧および容量を満たすように構成された組電池２１０を有する。

［蓄電装置］
上述した電池またはその組電池は、蓄電装置に用いることができる。二次電池または組電池を利用した蓄電装置としては、例えば、一般家庭に供給される商用電源と家電製品等の負荷との間に接続され、停電時等のバックアップ電源や補助電源として使用されるものや、太陽光発電等の、再生可能エネルギーによる時間変動の大きい電力出力を安定化するための、大規模電力貯蔵用としても使用されるものが挙げられる。このような蓄電装置の一例を、図１９に模式的に示す。図１９に示す蓄電装置３００は、上述した電池を複数、直列および並列に接続し、必要とされる電圧および容量を満たすように構成された組電池３１０を有する。

［その他］
さらに、上述した電池またはその組電池は、携帯電話、ノートパソコンなどのモバイル機器の電源などとしてもとして利用できる。

以上、様々な実施形態により本発明について詳細に説明したが、本明細書は、以下の発明を開示する。

［１］ 正極および負極を含む電池要素１０と、
前記電池要素１０を封止する第一室１３ａを形成する内装体１３と、
前記第一室１３ａの少なくとも一部を包囲する第二室１４ａを形成するように前記内装体１３の少なくとも一部を覆う外装体１４と、
前記正極および負極に電気的に接続されて前記外装体１４の外部へ引き出される一対の端子１１、１２と、を有し、
前記一対の端子１１、１２のうち少なくとも一方の端子１１は、前記第二室１４ａ内で電気的に接続されるように配置された第１端子１１ａおよび第２端子１１ｂを有し、
前記第一室１３ａまたは前記第二室１４ａに、所定の温度以上または所定の電圧以上でガスを発生するガス発生材１５が封入されている電池。

［２］ 前記電池要素１０は、前記ガス発生材１５を含む電解液を含む［１］に記載の電池。この場合、前記ガス発生材１５から発生したガスにより前記第一室１３ａの内圧が上昇し、前記内装体１３が破れて前記第一室１３ａから放出したガスによって前記第二室１４ａが膨張することにより前記第１端子１１ａと前記第２端子１１ｂとの電気的接続が遮断される。

［３］ 前記ガス発生材１５を含む電解液が前記第二室１４ａに封入されている［１］に記載の電池。この場合、前記ガス発生材１５から発生したガスによって前記第二室１４ａが膨張することにより前記第１端子１１ａと前記第２端子１１ｂとの電気的接続が遮断される。

［４］ 前記外装体１４は、前記第２端子１１ｂが引き出される方向である端子方向に伸長するように構成されている［１］から［３］のいずれかに記載の電池。

［５］ 前記外装体１４が前記第一室１３ａの厚み方向に折り曲げられている［４］に記載の電池。

［６］ 前記外装体１４は、前記第二室１４ａが前記電池要素１０の厚み方向に膨張するように構成されている［２］または［３］に記載の電池。

［７］ 前記第二室１４ａ内で、対向する前記外装体１４の一方の内面に前記第１端子１１ａが接合され、他方の内面に前記第２端子１１ｂが接合されている［６］に記載の電池。

［８］ 前記第１端子１１ａおよび前記第２端子１１ｂが、互いに接触した状態で仮止めされている［１］から［７］のいずれかに記載の電池。

［９］ 前記第１端子１１ａおよび前記第２端子１１ｂにそれぞれ凹凸が形成され、前記凹凸の噛み合いまたは嵌合によって前記第１端子１１ａおよび前記第２端子１１ｂが仮止めされている［８］に記載の電池。

［１０］ 前記第１端子１１ａおよび前記第２端子１１ｂの重なり合った部分を挟むクリップ２０をさらに有する［８］または［９］に記載の電池。

［１１］ 互いに嵌合する雄コネクタ３１および雌コネクタ３２を有するスナップ３０であって、前記第１端子１１ａおよび前記第２端子１１ｂの一方に前記雄コネクタ３１が固定され、他方に前記雌コネクタ３２が固定されたスナップ３０をさらに有する［８］に記載の電池。

［１２］ 前記第１端子１１ａおよび前記第２端子１１ｂの互いに接触している部分がその外側から熱可塑性樹脂でコーティングされることによって前記第１端子１１ａおよび前記第２端子１１ｂが仮止めされている［８］に記載の電池。

［１３］ 前記熱可塑性樹脂の融点は、前記電池１が正常に作動しているときの前記電池要素１０の温度より高く、かつ、前記ガス発生材１５が作用する温度以下である［１２］に記載の電池。

［１４］ 前記ガス発生材１５は揮発性の材料を含む［１］から［１３］のいずれかに記載の電池。

［１５］ 前記揮発性の材料は溶媒である［１４］に記載の電池。

［１６］ 前記溶媒の揮発温度は５０℃以上２００℃未満である［１５］に記載の電池。

［１７］ 前記溶媒は非水系の溶媒である［１５］または［１６］に記載の電池。

［１８］ 前記非水系の溶媒は電解液成分を含む［１７］に記載の電池。

［１９］ ［１］から［１８］のいずれかに記載の少なくとも１つの電池１と、
前記電池１をその厚み方向両側から挟んで保持する保持部材６ａ、６ｂと、
を有する電池パック。

［２０］ ［１］から［１８］のいずれかに記載の電池１を有する電動車両。

［２１］ ［１］から［１８］のいずれかに記載の電池１を有する蓄電設備。

［２２］ 正極および負極を含む電池要素１０を、内装体１３により形成される第一室１３ａに封入する工程であって、前記正極および負極に一対の第１端子１１ａ、１２を電気的に接続した後、前記一対の第１端子１１ａ、１２が前記内装体１３から引き出された状態で、前記電池要素１０を前記第一室１３ａに封入する工程と、
前記内装体１３を、外装体１４により前記内装体１３の外側に形成される第二室１４ａに封入する工程であって、前記一対の第１端子１１ａ、１２のうち少なくとも一方の第１端子１１ａが前記第二室内１４ａで電気的に接続されるように第２端子１１ｂを配置させて前記内装体１３の少なくとも一部を外装体１４で覆う工程と、
を有し、
前記電池要素１０を前記第一室１３ａに封入する工程、または前記内装体１３を前記第二室１４ａに封入する工程は、所定の温度以上または所定の電圧以上でガスを発生するガス発生材１５とともに封入することを含む、電池の製造方法。

［２３］ 前記内装体１３の少なくとも一部を外装体１４で覆う工程は、前記第二室１４ａ内において、対向する前記外装体１４の一方の面に前記第１端子１１ａを接合し、他方の面に前記第２端子１１ｂを接合することを含む［２２］に記載の電池の製造方法。

［２４］ 前記内装体１３の少なくとも一部を外装体１４で覆う工程は、前記第２端子１１ｂを、前記第１端子１１ａと電気的に接続された状態で仮止めすることを含む［２２］または［２３］に記載の電池の製造方法。

［２５］ 前記仮止めは、前記第１端子１１ａおよび前記第２端子１１ｂの重なり合った部分をクリップ２０で挟むことを含む［２４］に記載の電池の製造方法。

［２６］ 前記仮止めは、互いに嵌合する雄コネクタ３１および雌コネクタ３２を有するスナップ３０を用い、前記第１端子１１ａおよび前記第２端子１１ｂの一方に前記雄コネクタ３１を固定し、他方に前記雌コネクタ３２を固定することを含む［２４］記載の電池の製造方法。

［２７］ 前記仮止めは、前記第１端子１１ａおよび前記第２端子１１ｂの互いに接触している部分を、その外側から熱可塑性樹脂でコーティングすることを含む［２４］に記載の電池の製造方法。

また、本発明の他の形態による電池１は、
正極および負極を含む電池要素１０と、
電池要素１０を封止する第一室１３ａを形成する内装体１３と、
第一室１３ａの少なくとも一部を包囲する第二室１４ａを形成するように内装体１３の少なくとも一部を覆う外装体１４と、
正極および負極に電気的に接続されて外装体１４の外部へ引き出される一対の端子１１、１２と、
所定の温度以上または所定の電圧以上でガスを発生させることにより第二室１４ａを膨張させ、第二室１４ａの膨張によって一対の端子１１、１２間の電気的接続を遮断するように作動する電流遮断機構と、
を有する電池である。

ここで、電流遮断機構は、
第二室１４ａ内に延びる第１端子１１ａと、
一端側を第二室１４ａ内で第１端子１１ａと接触させて外装体１４の外部に引き出され、第二室１４ａが膨張することによって第１端子１１ａから離れるように外装材１４に固定されている第２端子１１ｂと、
内装体１３内に封入され、所定の温度以上の温度もしくは所定以上の電圧でガスを発生するガス発生材料１５と、
を有することができる。

本発明による電池は、例えば、電源を必要とするあらゆる産業分野、ならびに電気的エネルギーの輸送、貯蔵および供給に関する産業分野にて利用することができる。具体的には、携帯電話、ノートパソコンなどのモバイル機器の電源；電気自動車、ハイブリッドカー、電動バイク、電動アシスト自転車などの電動車両を含む、電車や衛星や潜水艦などの移動・輸送用媒体の電源；ＵＰＳなどのバックアップ電源；太陽光発電、風力発電などで発電した電力を貯める蓄電設備；などに、利用することができる。

１ 電池
５ 電池パック
６ ケース
６ａ、６ｂ 保持部材
１０ 電池要素
１１、１２ 端子
１１ａ 第１端子
１１ｂ 第２端子
１３ 内装体
１３ａ 第一室
１４ 外装体
１４ａ 第二室
１５ ガス発生材
２０ クリップ
３０ スナップ
３１ 雄コネクタ
３２ 雌コネクタ
１１１ 凹部
１２１ 凸部
１３１ メインシート
１３２ 側部シート
１３３ 山部
２００ 電気自動車
２１０、３１０ 組電池
３００ 蓄電設備

Claims (27)

1. 正極および負極を含む電池要素と、
   前記電池要素を封止する第一室を形成する内装体と、
   前記第一室の少なくとも一部を包囲する第二室を形成するように前記内装体の少なくとも一部を覆う外装体と、
   前記正極および負極に電気的に接続されて前記外装体の外部へ引き出される一対の端子と、を有し、
   前記一対の端子のうち少なくとも一方の端子は、前記第二室内で電気的に接続されるように配置された第１端子および第２端子を有し、
   前記第一室または前記第二室に、所定の温度以上または所定の電圧以上でガスを発生するガス発生材が封入されている電池。
2. 前記電池要素は、前記ガス発生材を含む電解液を含む請求項１に記載の電池。
3. 前記ガス発生材を含む電解液が前記第二室に封入されている請求項１に記載の電池。
4. 前記外装体は、前記第２端子が引き出される方向である端子方向に伸長するように構成されている請求項１から３のいずれか一項に記載の電池。
5. 前記外装体が前記第一室の厚み方向に折り曲げられている請求項４に記載の電池。
6. 前記外装体は、前記第二室が前記電池要素の厚み方向に膨張するように構成されている請求項２または３に記載の電池。
7. 前記第二室内で、対向する前記外装体の一方の内面に前記第１端子が接合され、他方の内面に前記第２端子が接合されている請求項６に記載の電池。
8. 前記第１端子および前記第２端子が、互いに接触した状態で仮止めされている請求項１から７のいずれか一項に記載の電池。
9. 前記第１端子および前記第２端子にそれぞれ凹凸が形成され、前記凹凸の噛み合いまたは嵌合によって前記第１端子および前記第２端子が仮止めされている請求項８に記載の電池。
10. 前記第１端子および前記第２端子の重なり合った部分を挟むクリップをさらに有する請求項８または９に記載の電池。
11. 互いに嵌合する雄コネクタおよび雌コネクタを有するスナップであって、前記第１端子および前記第２端子の一方に前記雄コネクタが固定され、他方に前記雌コネクタが固定されたスナップをさらに有する請求項８に記載の電池。
12. 前記第１端子および前記第２端子の互いに接触している部分がその外側から熱可塑性樹脂でコーティングされることによって前記第１端子および前記第２端子が仮止めされている請求項８に記載の電池。
13. 前記熱可塑性樹脂の融点は、前記電池が正常に作動しているときの前記電池要素の温度より高く、かつ、前記ガス発生材が作用する温度以下である請求項１２に記載の電池。
14. 前記ガス発生材料は揮発性の材料を含む請求項１から１３のいずれか一項に記載の電池。
15. 前記揮発性の材料は溶媒である請求項１４に記載の電池。
16. 前記溶媒の揮発温度は５０℃以上２００℃未満である請求項１５に記載の電池。
17. 前記溶媒は非水系の溶媒である請求項１５または１６に記載の電池。
18. 前記非水系の溶媒は電解液成分を含む請求項１７に記載の電池。
19. 請求項１から１８のいずれか一項に記載の少なくとも１つの電池と、
    前記電池をその厚み方向両側から挟んで保持する保持部材と、
    を有する電池パック。
20. 請求項１から１８のいずれか一項に記載の電池を有する電動車両。
21. 請求項１から１８のいずれか一項に記載の電池を有する蓄電設備。
22. 正極および負極を含む電池要素を、内装体により形成される第一室に封入する工程であって、前記正極および負極に一対の第１端子を電気的に接続した後、前記一対の第１端子が前記内装体から引き出された状態で、前記電池要素を前記第一室に封入する工程と、
    前記内装体を、外装体により前記内装体の外側に形成される第二室に封入する工程であって、前記一対の第１端子のうち少なくとも一方の第１端子が前記第二室内で電気的に接続されるように第２端子を配置させて前記内装体の少なくとも一部を外装体で覆う工程と、
    を有し、
    前記電池要素を前記第一室に封入する工程、または前記内装体を前記第二室に封入する工程は、所定の温度以上または所定の電圧以上でガスを発生するガス発生材とともに封入することを含む、電池の製造方法。
23. 前記内装体の少なくとも一部を外装体で覆う工程は、前記第二室内において、対向する前記外装体の一方の面に前記第１端子を接合し、他方の面に前記第２端子を接合することを含む請求項２２に記載の電池の製造方法。
24. 前記内装体の少なくとも一部を外装体で覆う工程は、前記第２端子を、前記第１端子と電気的に接続された状態で仮止めすることを含む請求項２２または２３に記載の電池の製造方法。
25. 前記仮止めは、前記第１端子および前記第２端子の重なり合った部分をクリップで挟むことを含む請求項２４に記載の電池の製造方法。
26. 前記仮止めは、互いに嵌合する雄コネクタおよび雌コネクタを有するスナップを用い、前記第１端子および前記第２端子の一方に前記雄コネクタを固定し、他方に前記雌コネクタを固定することを含む請求項２４記載の電池の製造方法。
27. 前記仮止めは、前記第１端子および前記第２端子の互いに接触している部分を、その外側から熱可塑性樹脂でコーティングすることを含む請求項２４に記載の電池の製造方法。

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