WO2023176499A1 - 電池の安全機構および電池 - Google Patents

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WO2023176499A1
WO2023176499A1 PCT/JP2023/007993 JP2023007993W WO2023176499A1 WO 2023176499 A1 WO2023176499 A1 WO 2023176499A1 JP 2023007993 W JP2023007993 W JP 2023007993W WO 2023176499 A1 WO2023176499 A1 WO 2023176499A1
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WO
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battery
pressure release
groove
release member
safety mechanism
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Application number
PCT/JP2023/007993
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English (en)
French (fr)
Inventor
山田秀謙
上木戸俊文
木原拓也
丹治雄介
Original Assignee
株式会社村田製作所
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/147—Lids or covers
    • H01M50/148—Lids or covers characterised by their shape
    • H01M50/152—Lids or covers characterised by their shape for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/342—Non-re-sealable arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • H01M50/578—Devices or arrangements for the interruption of current in response to pressure

Definitions

  • the present invention relates to a battery safety mechanism and a battery.
  • a variety of electronic devices such as mobile phones and personal digital assistants (PDAs) have become widespread, and there is a desire for these electronic devices to be smaller, lighter, and have a longer lifespan. Therefore, as a power source, batteries, especially secondary batteries that are small and lightweight and can obtain high energy density, are being developed. Further, a secondary battery is known that is equipped with a safety mechanism for releasing gas generated by decomposition of an electrolytic solution to the outside of the battery.
  • Patent Document 1 discloses a battery equipped with such a safety mechanism.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing the configuration of the safety mechanism 200 and its surroundings in the battery disclosed in Patent Document 1.
  • the battery safety mechanism 200 disclosed in Patent Document 1 includes a battery lid 201 and a pressure release function that deforms when the internal pressure of the battery increases to release gas inside the battery to the outside.
  • a current interrupting member 203 that interrupts current when the internal pressure of the battery increases, and an insulating disc holder 204 interposed between the disc plate 202 and the current interrupting member 203.
  • the current cutoff member 203 has a cutoff disk 203a and a sub-disk 203b.
  • the disk plate 202 has a protrusion 202a that protrudes toward the current interrupting member 203 side.
  • the protruding portion 202a is connected to the sub-disk 203b via a hole 203c provided in the blocking disk 203a.
  • the disk plate 202 is provided with a groove that opens toward the battery lid 201 so that it breaks when the internal pressure of the battery increases.
  • this battery safety mechanism 200 when the battery internal pressure rises, the disk plate 202 is lifted toward the battery lid 201 side, and the protrusion 202a is detached from the sub-disk 203b connected to the positive electrode lead 210, thereby causing the disk plate 202 and The current flowing to the battery lid 201 is cut off. Further, when the disk plate 202 is pushed toward the battery lid 201 and breaks at the position where the groove is provided, gas generated inside the battery flows toward the battery lid 201, and the gas generated inside the battery flows toward the battery lid 201. It is configured so that it is discharged to the outside from the hole inside.
  • the space 220 can be made smaller, and the safety mechanism 200 can be made thinner. If the safety mechanism 200 can be made thinner, for example, if the size of the battery is fixed, the size of the positive electrode, negative electrode, etc. can be increased, and the capacity can be further increased.
  • the present invention solves the above problems, and provides a battery safety mechanism having a pressure release member that can be broken with a smaller amount of displacement when the internal pressure of the battery increases, and a battery safety mechanism including such a battery safety mechanism.
  • the purpose is to provide a battery with improved performance.
  • the safety mechanism of the battery of the present invention is as follows: The lid and a pressure release member that is in contact with the lid and deforms when the internal pressure of the battery increases to release gas inside the battery to the outside; a current interrupting member disposed on the opposite side of the pressure release member from the lid and connected to the pressure release member for interrupting current flowing to the pressure release member when internal pressure of the battery increases; , an insulating layer interposed between the pressure release member and the current interrupting member; Equipped with The pressure release member includes a position where the pressure release member and the current cutoff member are connected in a direction perpendicular to the stacking direction of the lid, the pressure release member, the current cutoff member, and the insulating layer; At least one groove opened toward the current interrupting member is provided between the pressure release member and the position where the lid contacts.
  • the pressure release member includes a lid, a pressure release member, a current interrupting member, and a direction perpendicular to the stacking direction of the insulating layer in order to deform and break easily when the internal pressure of the battery increases.
  • At least one groove opened toward the current interrupting member is provided between a position where the pressure releasing member and the current interrupting member are connected and a location where the pressure releasing member and the lid are in contact with each other. Since the groove is open to the current interrupting member side, it is possible to break the battery with a smaller amount of displacement when the internal pressure of the battery increases compared to a structure in which the groove is opened to the lid side. Therefore, since the space between the lid and the pressure release member can be reduced, the battery safety mechanism can be made thinner.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a battery equipped with a battery safety mechanism according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a battery safety mechanism in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a battery safety mechanism in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view of the pressure release member viewed from the current interrupting member side in the stacking direction.
  • FIG. 7 is a plan view of the pressure release member when the first groove and the second groove have arcuate shapes, as viewed from the current interrupting member side in the stacking direction.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a battery safety mechanism in which the pressure release member has a convex portion and a flat plate portion, and the current interrupting member has a flat plate shape.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a safety mechanism and the surrounding structure of the battery disclosed in Patent Document 1.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a battery 100 including a battery safety mechanism 10 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the battery safety mechanism 10 in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an exploded view of the battery safety mechanism 10.
  • the battery 100 is a cylindrical lithium ion secondary battery.
  • the type of battery 100 is not limited to a lithium ion battery, and may be other types of batteries such as a manganese battery, a nickel hydride battery, a nickel cadmium battery, etc.
  • the battery 100 is not limited to a secondary battery, and may be a primary battery.
  • the shape of the battery 100 is not limited to a cylindrical shape, and may be other shapes such as a square shape or a button shape.
  • the battery safety mechanism 10 includes a lid 1, a pressure release member 2, a current interrupting member 3, and an insulating layer 4.
  • the lid 1 is a member for sealing an opening of a battery can 20, which will be described later.
  • the lid 1 includes a flat plate portion 1a and a protruding portion 1b located at the center of the lid 1 surrounded by the flat plate portion 1a and protruding to the outside of the battery 100. Since the protruding portion 1b of the lid 1 has a shape that protrudes outward from the battery 100, the protruding portion 1b includes a bent portion 1b1 extending from the flat plate portion 1a toward the outer side of the battery 100. The portions of the protruding portion 1b of the lid 1 other than the bent portion 1b1 have a flat plate shape similarly to the flat plate portion 1a.
  • the thickness of the lid 1 is, for example, 1.5 mm or more and 3.0 mm or less.
  • the lid 1 functions as a positive terminal of the battery 100, and the battery can 20 functions as a negative terminal. Lid 1 and battery can 20 are insulated from each other.
  • the lid 1 is provided with a discharge hole 1c for discharging gas generated inside the battery 100 to the outside of the battery 100.
  • the lid 1 is made of a conductive material such as steel such as SPCC, stainless steel (SUS) such as SUS430 and SUS304, nickel (Ni), aluminum (Al), and titanium (Ti).
  • the pressure release member 2 is in contact with the lid 1, and is a member that deforms when the internal pressure of the battery increases to release gas inside the battery to the outside. As shown in FIG. 3, the pressure release member 2 has a flat plate shape, and its thickness is, for example, 0.2 mm or more and 0.5 mm or less.
  • the shape of the pressure release member 2 when viewed in the stacking direction (hereinafter simply referred to as the stacking direction) of the lid 1, the pressure release member 2, the insulating layer 4, and the current interrupting member 3 is circular. However, the shape of the pressure release member 2 is not limited to a circular shape.
  • the pressure release member 2 is made of a conductive material such as aluminum such as A1050, A3203, and A5052, titanium, platinum (Pt), and gold (Au). Since the pressure release member 2 is made of at least one of aluminum, titanium, platinum, and gold, reaction and decomposition within the lithium ion secondary battery can be prevented.
  • a conductive material such as aluminum such as A1050, A3203, and A5052, titanium, platinum (Pt), and gold (Au). Since the pressure release member 2 is made of at least one of aluminum, titanium, platinum, and gold, reaction and decomposition within the lithium ion secondary battery can be prevented.
  • the pressure release member 2 is arranged so that the pressure release member 2 and the lid 1 are in contact with each other at a position where the pressure release member 2 and the current interrupting member 3 are connected in a direction perpendicular to the stacking direction so that the pressure release member 2 deforms when the battery internal pressure increases. It has at least one groove that is open to the current interrupting member 3 side between the current interrupting member 3 and the current interrupting member 3 side.
  • the depth of the groove is, for example, 0.1 mm or more and 0.2 mm or less.
  • the groove may be provided so that the minimum thickness of the pressure release member 2 at the position where the groove is provided is, for example, 0.1 mm or more and 0.2 mm or less in a cross-sectional view of the cross section along the stacking direction.
  • the grooves may be provided such that the minimum thickness of the pressure release member 2 at the position where the grooves are provided is, for example, 0.12 mm or more and 0.18 mm or less.
  • the pressure release member 2 in this embodiment has a first groove 21 that is open to the current interrupting member 3 side, and a groove that is open to the current interrupting member 3 side and is radially outward from the first groove 21. and a second groove 22 located at . Since the first groove 21 and the second groove 22 are each open to the current interrupting member 3 side, when the internal pressure of the battery increases, the pressure release member 2 can be broken with less displacement.
  • the pressure release member 2 may have only one groove opened to the current interrupting member 3 side, or three or more grooves may be provided.
  • FIG. 4 is a plan view of the pressure release member 2 viewed from the current interrupting member 3 side in the stacking direction. As shown in FIG. 4, in this embodiment, the shapes of the first groove 21 and the second groove 22 when viewed in the stacking direction are both circular. Further, the first groove 21 and the second groove 22 form concentric circles.
  • the shapes of the first groove 21 and the second groove 22 when viewed in the stacking direction are not limited to circular shapes.
  • the first groove 21 and the second groove 22 may have an arcuate shape when viewed in the stacking direction.
  • FIG. 5 shows an example in which three arc-shaped first grooves 21 and three second grooves 22 are provided, the number is not limited to three.
  • the depths of the first groove 21 and the second groove 22 are different. Specifically, the first groove 21 is deeper than the second groove 22. Since the first groove 21 is deeper than the second groove 22, when the internal pressure of the battery increases, the pressure release member 2 breaks at the position where the first groove 21 is provided.
  • the minimum thickness of the pressure release member 2 at the position where the first groove 21 is provided is, for example, 0.1 mm or more and 0.19 mm or less, and the pressure release member 2 at the position where the second groove 22 is provided. The minimum thickness may be, for example, 0.11 mm or more and 0.2 mm or less.
  • the minimum thickness of the pressure release member 2 at the position where the first groove 21 is provided is, for example, 0.12 mm or more and 0.17 mm or less, and the pressure release member 2 at the position where the second groove 22 is provided.
  • the minimum thickness may be, for example, 0.15 mm or more and 0.18 mm or less.
  • the depth of the first groove 21 is 0.11 mm or more and 0.2 mm or less, preferably 0.13 mm or more and 0.18 mm or less.
  • the depth of the second groove 22 is, for example, 0.1 mm or more and 0.19 mm or less, preferably 0.12 mm or more and 0.15 mm or less.
  • the difference in depth between the first groove 21 and the second groove 22 is, for example, 0.01 mm or more and 0.1 mm or less, and preferably 0.01 mm or more and 0.06 mm or less.
  • the second groove 22 of the pressure release member 2 is located near the inner contact end of the area where the lid 1 and the pressure release member 2 are in contact. "Near the contact end” refers to a range within 1.5 mm from the contact end toward the inside in the radial direction (direction perpendicular to the stacking direction).
  • the pressure release member 2 is in contact with the flat plate portion 1a of the lid 1, but not with the bent portion 1b1.
  • the second groove 22 of the pressure release member 2 is provided at a position overlapping the bent portion 1b1 of the protruding portion 1b of the lid 1 in the stacking direction.
  • the second groove 22 of the pressure release member 2 is located near the inner contact end of the area where the lid 1 and the pressure release member 2 are in contact with each other, as will be described later, when the internal pressure of the battery increases, , the pressure release member 2 is less likely to deform along the bent portion 1b1 of the lid 1 at the position where the second groove 22 is provided. Thereby, displacement of the lid 1 can be suppressed. Further, the influence on processing variations of the lid 1 can be suppressed.
  • the pressure relief member 2 becomes fragile at the location where the first groove 21 is provided.
  • the cross-sectional shape of the first groove 21 when cut in a direction perpendicular to the extending direction of the first groove 21 is trapezoidal.
  • the shape of the second groove 22 when cut in a direction perpendicular to the extending direction of the second groove 22 is a trapezoid.
  • the direction orthogonal to the extending direction of the first groove 21 refers to the first groove 21 having a circular shape.
  • the direction is perpendicular to the tangent line of . The same applies to the direction perpendicular to the extending direction of the second groove 22.
  • the shape of the groove 22 is not limited to a trapezoid.
  • 6(a) to (f) are diagrams showing various examples of cross-sectional shapes of the first groove 21 when cut in a direction perpendicular to the extending direction of the first groove 21.
  • the cross-sectional shape of the first groove 21 may be a semicircular shape as shown in FIG. 6(b), a rectangular shape as shown in FIG. 6(c), or a cross-sectional shape as shown in FIG. ) may be triangular in shape.
  • the cross-sectional shape of the first groove 21 may be a rectangular shape with the bottom of the groove shaped like an arc, as shown in FIG. 6(a). Furthermore, the cross-sectional shape of the first groove 21 may be a combination of two rectangles with different widths, as shown in FIG. 6(e), or a shape with a long base as shown in FIG. 6(f). The shape may be a combination of two trapezoids of different sizes.
  • the cross-sectional shape of the second groove 22 can also be the shape shown in FIGS. 6(a) to 6(f). Note that the cross-sectional shapes of the first groove 21 and the second groove 22 may be shapes other than those shown in FIG. 2 and FIGS. 6(a) to 6(f). Further, the cross-sectional shapes of the first groove 21 and the second groove 22 may be the same shape or may be different shapes.
  • the current interrupting member 3 is connected to a positive electrode lead 36 led out from the electrode body 30 of the battery 100, which will be described later.
  • the current interrupting member 3 is disposed on the opposite side of the pressure releasing member 2 from the lid 1, is connected to the pressure releasing member 2, and interrupts the current flowing to the pressure releasing member 2 when the internal pressure of the battery increases. It is a member for The current interrupting member 3 has a flat plate shape as a whole. Specifically, as shown in FIGS. 2 and 3, the current interrupting member 3 is located at the center of the current interrupting member 3 in a manner surrounded by a flat plate portion 3a having a flat plate shape and the flat plate portion 3a. , has a convex portion 3b that protrudes toward the pressure release member 2 side with respect to the flat plate portion 3a and is connected to the pressure release member 2.
  • the shape of the outer peripheral end of the current interrupting member 3 is circular when viewed in the stacking direction. Furthermore, when viewed in the stacking direction, the shape of the convex portion 3b of the current interrupting member 3 is circular.
  • the thickness of the flat plate portion 3a and the convex portion 3b of the current interrupting member 3 is, for example, 0.25 mm or more and 0.5 mm or less.
  • the thickness of the convex portion 3b is approximately the same as the thickness of the insulating layer 4, which will be described later, and is, for example, 0.05 mm or more and 0.4 mm or less.
  • the current interrupting member 3 has the convex portion 3b, so it is not a completely flat plate, but since the convex portion 3b is thin, it can be considered to have a flat plate shape as a whole.
  • the convex portion 3b of the current interrupting member 3 is connected to the pressure release member 2. In this embodiment, the convex portion 3b of the current interrupting member 3 is joined to the pressure release member 2.
  • the flat plate portion 3a of the current interrupting member 3 may be provided with a plurality of holes 3c for passing gas generated inside the battery.
  • six holes 3c are provided around the convex portion 3b.
  • the number of holes 3c is not limited to six, nor is the shape limited to the shape shown in FIG. 3.
  • the hole 3c is provided at a position that does not overlap with the first groove 21 and the second groove 22 of the pressure release member 2 in the stacking direction.
  • the hole 3c may be provided at a position overlapping the first groove 21 and/or the second groove 22 of the pressure release member 2 in the stacking direction.
  • the current interrupting member 3 is made of a conductive material such as aluminum such as A1050, A3203, and A5052, titanium, platinum, and gold. Since the current interrupting member 3 is made of at least one of aluminum, titanium, platinum, and gold, it is possible to prevent reaction and decomposition within the lithium ion secondary battery.
  • the current interrupting member 3 is provided with a pressure release member between a position where the current interrupting member 3 and the pressure releasing member 2 are connected and a position where the current interrupting member 3 and the insulating layer 4 are in contact in a direction perpendicular to the stacking direction. It has a groove 3d that is open to the member 2 side.
  • the depth of the groove 3d is, for example, 0.2 mm or more and 0.46 mm or less.
  • a groove 3d is provided near the protrusion 3b of the current interrupting member 3 so as to surround the protrusion 3b.
  • the shape of the groove 3d when viewed in the stacking direction is circular. However, the shape of the groove 3d is not limited to a circular shape, and may have other shapes such as an arcuate shape.
  • FIG. 7(a) is a diagram for schematically explaining the current interrupting function of the current interrupting member 3
  • FIG. 7(b) is a diagram for schematically explaining the pressure releasing function of the pressure releasing member 2. It is a diagram.
  • the pressure release member 2 is cut at the position where the first groove 21 is provided. That is, the pressure release member 2 is deformed so that the vicinity of the position where the second groove 22 is provided follows the bent portion 1b1 of the lid 1, and the first groove 21, which is deeper than the second groove 22, deforms. It will be cut at the provided position. As a result, gas generated inside the battery 100 flows toward the lid 1 and is discharged to the outside through a hole (not shown) provided in the lid 1.
  • the first groove 21 and the second groove 22 of the pressure release member 2 are each open to the current interrupting member 3 side, compared to a configuration in which they are open to the lid 1 side, the battery When the internal pressure increases, the pressure relief member 2 breaks with a smaller displacement. This has been confirmed by the inventor through experiments. Therefore, since it is possible to reduce the space between the lid 1 and the pressure release member 2, the pressure release member 2 can be formed into a flat plate shape. Thereby, the battery safety mechanism 10 can be made thinner.
  • An insulating layer 4 having insulating properties is interposed between the pressure release member 2 and the current interrupting member 3. More specifically, the insulating layer 4 is disposed between the pressure release member 2 and the current interrupting member 3 and radially outward of the second groove 22 of the pressure release member 2. Since the insulating layer 4 is interposed between the pressure release member 2 and the current interrupting member 3, the connection with the positive electrode lead 36 is established when the current interrupting member 3 performs its current interrupting function (see FIG. 7(a)). The pressure release member 2 and the current interrupting member 3 can be insulated from each other.
  • the insulating layer 4 is an adhesive layer that adheres the pressure release member 2 and the current interrupting member 3.
  • the insulating layer 4 is made of any one of a thermosetting resin, a thermoplastic resin, a UV curable resin, and an anaerobic adhesive.
  • an epoxy resin adhesive containing epoxy resin as the main component an acrylic resin adhesive containing acrylic resin as the main component, a fluororesin adhesive containing fluororesin as the main component, silicone
  • silicone resin adhesive containing resin as the main component, a synthetic resin adhesive containing synthetic resin as the main component, a urethane resin adhesive containing urethane resin as the main component, and the like.
  • the glass transition temperature Tg is preferably 100°C or higher, more preferably 170°C or higher.
  • Epoxy resins are examples of thermosetting resins having a glass transition temperature Tg of 100° C. or higher.
  • the melting point Tm is preferably 200°C or higher, more preferably 270°C or higher.
  • the insulating layer 4 is made of a thermosetting resin with a glass transition temperature Tg of 100°C or more, or a thermoplastic resin with a melting point Tm of 200°C or more, the temperature of the battery is at a high temperature of several hundred degrees Celsius.
  • the insulating layer 4 continues to be interposed between the pressure release member 2 and the current interrupting member 3. Therefore, when the current interrupting function of the current interrupting member 3 is exerted (see FIG. 7(a)), the insulation state between the pressure release member 2 connected to the positive electrode lead 36 and the current interrupting member 3 is maintained. This can prevent the occurrence of short circuits.
  • the insulating layer 4 has an annular shape as shown in FIG. 3 when viewed in the stacking direction.
  • the shape of the insulating layer 4 when viewed in the stacking direction is not limited to an annular shape.
  • the insulating layer 4 can be formed using a dispenser, for example.
  • the thickness of the insulating layer 4 is, for example, 0.05 mm or more and 0.4 mm or less.
  • the area of the insulating layer 4 is, for example, 0.6 mm 2 or more and 100 mm 2 or less.
  • the insulating layer 4 is not limited to an adhesive layer made of adhesive, and may be made of other materials such as molded resin.
  • the lid 1 and the pressure release member 2 are joined. Specifically, the flat plate portion 1a of the lid 1 and the pressure release member 2 are joined.
  • the joining method is arbitrary, and for example, welding such as ultrasonic welding can be used.
  • adhesive is applied to at least one of the surface of the pressure release member 2 opposite to the lid 1 and the surface of the current interrupting member 3 on the convex portion 3b side, and the applied adhesive is placed in between.
  • the pressure release member 2 and the current cutoff member 3 are bonded together in a sandwiching manner.
  • the adhesive epoxy resin adhesive, acrylic resin adhesive, fluororesin adhesive, silicone resin adhesive, synthetic resin adhesive, urethane resin adhesive, etc. can be used. It is.
  • the thickness of the adhesive to be applied is, for example, 0.1 mm or more and 0.4 mm or less, and the area to be applied is, for example, 0.6 mm 2 or more and 100 mm 2 or less.
  • an insulating layer 4 is formed between the pressure release member 2 and the current interrupting member 3.
  • connection method is arbitrary, and for example, welding such as laser welding can be used.
  • the pressure release member 2 and the current cutoff member 3 are bonded together with an adhesive, then the convex portion 3b of the current cutoff member 3 and the pressure release member 2 are bonded, and finally, the lid 1 and the pressure release member 3 are bonded together.
  • the release member 2 may also be joined.
  • the battery 100 includes a safety mechanism 10, a battery can 20, and an electrode body 30.
  • the battery can 20 has a hollow cylindrical shape with one end open, and accommodates the electrode body 30.
  • the battery can 20 is made of, for example, iron (Fe) plated with nickel.
  • the surface of the battery can 20 may be plated with, for example, nickel in order to prevent electrochemical corrosion caused by the non-aqueous electrolyte that accompanies charging and discharging of the non-aqueous electrolyte battery.
  • a safety mechanism 10 is attached to the open end of the battery can 20 so that the lid 1 faces outward.
  • the safety mechanism 10 is attached to the battery can 20 by caulking via a gasket 11 for insulating sealing. Thereby, the inside of the battery can 20 is sealed.
  • an electrode body 30 including a positive electrode 31, a negative electrode 32, and a separator 33 provided between the positive electrode 31 and the negative electrode 32 is housed.
  • the electrode body 30 is a wound electrode body in which a pair of strip-shaped positive electrode 31 and a strip-shaped negative electrode 32 are laminated with a separator 33 in between and are wound around a center pin 38.
  • the electrode body 30 is not limited to a wound electrode body.
  • the configuration of the electrode body 30 can be any configuration.
  • a positive electrode lead 36 is connected to the positive electrode 31, and a negative electrode lead 37 is connected to the negative electrode 32.
  • the positive electrode lead 36 is connected to the current interrupting member 3 of the battery safety mechanism 10 and electrically connected to the lid 1 via the pressure release member 2.
  • the negative electrode lead 37 is welded to the battery can 20 and is electrically connected to the battery can 20 .
  • An electrolytic solution as a liquid electrolyte is injected into the inside of the battery can 20.
  • the positive electrode 31, the negative electrode 32, and the separator 33 are impregnated with the electrolytic solution.
  • a pair of insulating plates 34 and 35 are arranged perpendicularly to the winding circumferential surface so as to sandwich the electrode body 30 therebetween.
  • the positive electrode 31, negative electrode 32, separator 33, and electrolyte that constitute the electrode body 30 will be sequentially described.
  • the positive electrode 31 has, for example, a structure in which positive electrode active material layers 31B are provided on both sides of a positive electrode current collector 31A. However, the positive electrode active material layer 31B may be provided only on one side of the positive electrode current collector 31A.
  • the positive electrode current collector 31A is made of, for example, metal foil such as aluminum foil, nickel foil, or stainless steel foil.
  • the positive electrode active material layer 31B includes, for example, a positive electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium, which is an electrode reactant.
  • the positive electrode active material layer 31B may further contain an additive as necessary. As the additive, for example, at least one of a conductive agent and a binder can be used.
  • Suitable positive electrode materials capable of intercalating and deintercalating lithium include, for example, lithium-containing compounds such as lithium oxide, lithium phosphorous oxide, lithium sulfide, and intercalation compounds containing lithium, and two or more of these compounds are suitable. may be used in combination. In order to increase the energy density, it is preferable to use a lithium-containing compound containing lithium, a transition metal element, and oxygen (O). Examples of such lithium-containing compounds include lithium composite oxides having a layered rock salt type structure shown in formula (A), lithium composite phosphates having an olivine type structure shown in formula (B), etc. .
  • the lithium-containing compound contains at least one of the group consisting of cobalt (Co), nickel, manganese (Mn), and iron as a transition metal element.
  • Such lithium-containing compounds include, for example, lithium composite oxides having a layered rock salt structure shown in formula (C), formula (D), or formula (E), and lithium composite oxides having a spinel structure shown in formula (F). or a lithium composite phosphate having an olivine type structure shown in formula (G).
  • LiNi 0.50 Co 0.20 Mn 0.30 O 2 Li a CoO 2 (a ⁇ 1), Li b NiO 2 (b ⁇ 1), Li c1 Ni c2 Co 1-c2 O 2 (c1 ⁇ 1, 0 ⁇ c2 ⁇ 1), Li d Mn 2 O 4 (d ⁇ 1) or Li e FePO 4 (e ⁇ 1), etc.
  • M1 represents at least one element selected from Groups 2 to 15, excluding nickel and manganese.
  • X represents at least one element selected from Group 16 elements and Group 17 elements other than oxygen. Indicates the species. p, q, y, z are 0 ⁇ p ⁇ 1.5, 0 ⁇ q ⁇ 1.0, 0 ⁇ r ⁇ 1.0, -0.10 ⁇ y ⁇ 0.20, 0 ⁇ The value is within the range of z ⁇ 0.2.
  • M2 represents at least one element selected from Groups 2 to 15.
  • a and b are 0 ⁇ a ⁇ 2.0, 0.5 ⁇ b ⁇ 2.0 )
  • M3 is cobalt, magnesium (Mg), aluminum, boron (B), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), iron, copper (Cu), zinc ( Represents at least one member of the group consisting of Zn), zirconium (Zr), molybdenum (Mo), tin (Sn), calcium (Ca), strontium (Sr), and tungsten (W).
  • g, h, j and k are 0.8 ⁇ f ⁇ 1.2, 0 ⁇ g ⁇ 0.5, 0 ⁇ h ⁇ 0.5, g+h ⁇ 1, -0.1 ⁇ j ⁇ 0.2, 0 ⁇ k ⁇ The value is within the range of 0.1.
  • the composition of lithium varies depending on the state of charge and discharge, and the value of f represents the value in a fully discharged state.
  • M4 is at least one of the group consisting of cobalt, manganese, magnesium, aluminum, boron, titanium, vanadium, chromium, iron, copper, zinc, molybdenum, tin, calcium, strontium, and tungsten.
  • m, n, p and q are 0.8 ⁇ m ⁇ 1.2, 0.005 ⁇ n ⁇ 0.5, -0.1 ⁇ p ⁇ 0.2, 0 ⁇ q ⁇ 0 The value is within the range of .1.
  • the composition of lithium varies depending on the state of charge and discharge, and the value of m represents the value in a fully discharged state.
  • M5 is at least one of the group consisting of nickel, manganese, magnesium, aluminum, boron, titanium, vanadium, chromium, iron, copper, zinc, molybdenum, tin, calcium, strontium, and tungsten. represents one type.
  • r, s, t and u are 0.8 ⁇ r ⁇ 1.2, 0 ⁇ s ⁇ 0.5, -0.1 ⁇ t ⁇ 0.2, 0 ⁇ u ⁇ 0.1 (Note that the composition of lithium varies depending on the state of charge and discharge, and the value of r represents the value in a fully discharged state.)
  • M6 is at least one of the group consisting of cobalt, nickel, magnesium, aluminum, boron, titanium, vanadium, chromium, iron, copper, zinc, molybdenum, tin, calcium, strontium, and tungsten. 1 type.
  • v, w, x and y are 0.9 ⁇ v ⁇ 1.1, 0 ⁇ w ⁇ 0.6, 3.7 ⁇ x ⁇ 4.1, 0 ⁇ y ⁇ 0.1. The value is within the range.
  • the composition of lithium varies depending on the state of charging and discharging, and the value of v represents the value in a fully discharged state.
  • M7 consists of cobalt, manganese, iron, nickel, magnesium, aluminum, boron, titanium, vanadium, niobium (Nb), copper, zinc, molybdenum, calcium, strontium, tungsten, and zirconium. Represents at least one type of the group.
  • z is a value within the range of 0.9 ⁇ z ⁇ 1.1. The composition of lithium varies depending on the state of charge and discharge, and the value of z is (Represents the value in the state.)
  • positive electrode materials capable of intercalating and deintercalating lithium include inorganic compounds that do not contain lithium, such as MnO 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , NiS, and MOS.
  • the positive electrode material capable of intercalating and deintercalating lithium may be other than those mentioned above. Furthermore, two or more of the positive electrode materials exemplified above may be mixed in any combination.
  • binder examples include resin materials such as polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacrylonitrile (PAN), styrene butadiene rubber (SBR), and carboxymethyl cellulose (CMC), and these resin materials. It is possible to use at least one selected from copolymers mainly composed of.
  • PVdF polyvinylidene fluoride
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PAN polyacrylonitrile
  • SBR styrene butadiene rubber
  • CMC carboxymethyl cellulose
  • the conductive agent examples include carbon materials such as graphite, carbon black, and Ketjenblack, and it is possible to use one type or a mixture of two or more of them. In addition to carbon materials, it is also possible to use conductive materials such as metal materials or conductive polymer materials as the conductive agent.
  • the negative electrode 32 has, for example, a structure in which negative electrode active material layers 32B are provided on both sides of a negative electrode current collector 32A. However, the negative electrode active material layer 32B may be provided only on one side of the negative electrode current collector 32A.
  • the negative electrode current collector 32A is made of, for example, metal foil such as copper foil, nickel foil, or stainless steel foil.
  • the negative electrode active material layer 32B contains one or more types of negative electrode active materials capable of intercalating and deintercalating lithium.
  • the negative electrode active material layer 32B may further contain additives such as a binder and a conductive agent, if necessary.
  • the electrochemical equivalent of the negative electrode 32 or the negative electrode active material is larger than the electrochemical equivalent of the positive electrode 31, and theoretically, lithium metal is transferred to the negative electrode 32 during charging. It is preferable that precipitation does not occur.
  • negative electrode active materials include carbon materials such as non-graphitizable carbon, easily graphitizable carbon, graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired organic polymer compounds, carbon fibers, and activated carbon.
  • coke include pitch coke, needle coke, and petroleum coke.
  • a fired organic polymer compound is a product made by firing a polymer material such as a phenol resin or a furan resin at an appropriate temperature to carbonize it. Some are classified. These carbon materials are preferable because their crystal structure undergoes very little change during charging and discharging, and high charging and discharging capacity can be obtained, as well as good cycle characteristics.
  • Graphite is particularly preferable because it has a large electrochemical equivalent and can provide high energy density.
  • Non-graphitizable carbon is preferred because it provides excellent cycle characteristics.
  • a material with a low charge/discharge potential specifically, a material with a charge/discharge potential close to that of lithium metal is preferable because it can easily realize a high energy density of the battery 100.
  • negative electrode active materials capable of increasing capacity include materials containing at least one of metal elements and metalloid elements as a constituent element (for example, alloy, compound, or mixture). This is because high energy density can be obtained by using such a material. In particular, it is more preferable to use it together with a carbon material, since it is possible to obtain high energy density and excellent cycle characteristics.
  • alloys containing two or more metal elements alloys also include alloys containing one or more metal elements and one or more metalloid elements.
  • the material of the negative electrode active material may contain a nonmetallic element.
  • the structure includes a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or a structure in which two or more of these coexist.
  • Examples of the above-mentioned negative electrode active material include metal elements or metalloid elements that can form an alloy with lithium. Specifically, magnesium, boron, aluminum, titanium, gallium (Ga), indium (In), silicon (Si), germanium (Ge), tin, lead (Pb), bismuth (Bi), cadmium (Cd), Examples include silver (Ag), zinc, hafnium (Hf), zirconium, yttrium (Y), palladium (Pd), and platinum. These may be crystalline or amorphous.
  • the negative electrode active material preferably contains a metal element or a metalloid element of group 4B in the short period periodic table, and more preferably contains at least one of silicon and tin as a constituent element. This is because silicon and tin have a large ability to absorb and release lithium, and can obtain high energy density.
  • Such negative electrode active materials include, for example, simple silicon, alloys, or compounds; simple tin, alloys, or compounds; and materials having at least a portion of one or more phases thereof.
  • the second constituent element other than silicon constituting the silicon alloy includes, for example, tin, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony (Sb), and chromium. Examples include those containing at least one member of the group.
  • the second constituent element other than tin constituting the tin alloy is, for example, selected from the group consisting of silicon, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony, and chromium. Examples include those containing at least one of the following.
  • tin compounds or silicon compounds include those containing oxygen or carbon.
  • the second constituent element mentioned above may be included.
  • the Sn-based negative electrode active material contains cobalt, tin, and carbon as constituent elements, and has a carbon content of 9.9% by mass or more and 29.7% by mass or less, and a combination of tin and cobalt.
  • a SnCoC-containing material in which the proportion of cobalt relative to the total amount is 30% by mass or more and 70% by mass or less is preferred. This is because it is possible to obtain high energy density and excellent cycle characteristics within the above composition range.
  • the SnCoC-containing material described above may further contain other constituent elements as necessary.
  • Other constituent elements are preferably silicon, iron, nickel, chromium, indium, niobium, germanium, titanium, molybdenum, aluminum, phosphorus (P), gallium or bismuth, and even if two or more of the above elements are included. good. This is because by including the above elements in other constituent elements, the capacity or cycle characteristics can be further improved.
  • the SnCoC-containing material described above has a phase containing tin, cobalt, and carbon, and this phase preferably has a low crystallinity or an amorphous structure.
  • this SnCoC-containing material it is preferable that at least a part of the constituent carbon is bonded to a metallic element or a metalloid element that is another constituent element.
  • the decrease in cycle characteristics is thought to be due to aggregation or crystallization of tin, etc., but this is because carbon can suppress such aggregation or crystallization by combining with other elements. be.
  • Examples of measurement methods for examining the bonding state of elements include X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
  • XPS X-ray photoelectron spectroscopy
  • the peak of the 1s orbital (C1s) of carbon appears at 284.5 eV in an apparatus whose energy is calibrated so that the peak of the 4f orbital (Au4f) of a gold atom is obtained at 84.0 eV.
  • a peak appears at 284.8 eV.
  • the charge density of the carbon element becomes high, for example when carbon is combined with a metal element or a metalloid element, the C1s peak appears in a region lower than 284.5 eV.
  • the peak of the C1s composite wave obtained for the SnCoC-containing material appears in a region lower than 284.5 eV, at least a part of the carbon contained in the SnCoC-containing material is a metallic element or semi-containing element. Combined with metallic elements.
  • the C1s peak is used to correct the energy axis of the spectrum. Since surface contamination carbon usually exists on the surface, the C1s peak of surface contamination carbon is set to 284.8 eV, and this is used as the energy standard.
  • the waveform of the C1s peak is obtained as a shape that includes the peak of surface contamination carbon and the peak of carbon in the SnCoC-containing material. The carbon peak and the carbon peak in the SnCoC-containing material are separated. In waveform analysis, the position of the main peak existing on the lowest bound energy side is used as the energy standard (284.8 eV).
  • negative electrode active materials include, for example, metal oxides or polymer compounds that are capable of intercalating and deintercalating lithium.
  • metal oxide include lithium titanium oxide containing titanium and lithium such as lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ), iron oxide, ruthenium oxide, and molybdenum oxide.
  • the polymer compound include polyacetylene, polyaniline, and polypyrrole.
  • the binder for example, at least one selected from resin materials such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyacrylonitrile, styrene butadiene rubber, and carboxymethyl cellulose, or copolymers mainly composed of the above resin materials. is used.
  • the conductive agent the same carbon material as the positive electrode active material layer 31B can be used.
  • the separator 33 isolates the positive electrode 31 and the negative electrode 32, and allows lithium ions to pass therethrough while preventing current short-circuiting due to contact between the two electrodes.
  • the separator 33 is made of, for example, a porous membrane made of resin such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, or polyethylene.
  • the separator 33 may have a structure in which two or more of the above-mentioned porous membranes are laminated. Among these, a porous membrane made of polyolefin is preferable because it has an excellent short-circuit prevention effect and can improve the safety of the battery 100 through a shutdown effect.
  • polyethylene is preferable as a material constituting the separator 33 because it can obtain a shutdown effect within a temperature range of 100° C. or higher and 160° C. or lower, and also has excellent electrochemical stability.
  • a material obtained by copolymerizing or blending a chemically stable resin with polyethylene or polypropylene can be used as a material for the separator 33.
  • the porous membrane may have a three or more layer structure in which a polypropylene layer, a polyethylene layer, and a polypropylene layer are sequentially laminated.
  • the separator 33 may have a resin layer provided on one or both sides of a porous membrane that is a base material.
  • the resin layer is a porous matrix resin layer on which an inorganic substance is supported. With such a structure, oxidation resistance can be obtained and deterioration of the separator 33 can be suppressed.
  • the matrix resin for example, polyvinylidene fluoride, hexafluoropropylene (HFP), polytetrafluoroethylene, etc., and copolymers thereof can be used.
  • examples of inorganic substances include metals, semiconductors, and oxides or nitrides thereof.
  • examples of metals include aluminum, titanium, etc.
  • examples of semiconductors include silicon, boron, etc.
  • the inorganic substance has substantially no conductivity and has a large heat capacity. This is because a large heat capacity is useful as a heat sink when current is generated, and it becomes possible to further suppress thermal runaway of the battery 100.
  • Such inorganic substances include alumina (Al 2 O 3 ), boehmite (alumina monohydrate), talc, boron nitride (BN), aluminum nitride (AlN), titanium dioxide (TiO 2 ), silicon oxide (SiO x ) and other oxides or nitrides.
  • the particle size of the inorganic substance is preferably within the range of 1 nm to 10 ⁇ m. If the particle size of the inorganic material is smaller than 1 nm, it will be difficult to obtain, and even if it can be obtained, it will not be worth the cost. When the particle size of the inorganic material is larger than 10 ⁇ m, the distance between the electrodes becomes large, and a sufficient amount of active material cannot be filled in a limited space, resulting in a low battery capacity.
  • the resin layer of the separator 33 is formed by, for example, applying a slurry consisting of a matrix resin, a solvent, and an inorganic substance onto a base material (porous membrane), and passing the slurry through a bath of a poor solvent for the matrix resin and a parent solvent for the above solvent to separate the phases. It can be formed by drying and then drying.
  • the puncture strength of the separator 33 is preferably within the range of 100 gf or more and 1000 gf or less.
  • the puncture strength of the separator 33 is more preferably 100 gf or more and 480 gf or less. This is because if the puncture strength is low, a short circuit may occur, and if it is high, the ionic conductivity will decrease.
  • the air permeability of the separator 33 is preferably within the range of 30 sec/100 cc or more and 1000 sec/100 cc or less.
  • the air permeability of the separator 33 is more preferably 30 sec/100 cc or more and 680 sec/100 cc or less. This is because if the air permeability of the separator 33 is low, a short circuit may occur, and if it is high, the ionic conductivity will decrease.
  • the above-mentioned inorganic substance may be contained in a porous membrane as a base material.
  • the separator 33 is impregnated with an electrolytic solution that is a liquid electrolyte.
  • the electrolytic solution includes a solvent and an electrolyte salt dissolved in the solvent.
  • the electrolyte may contain known additives.
  • a cyclic carbonate such as ethylene carbonate or propylene carbonate can be used, and it is preferable to use one of ethylene carbonate and propylene carbonate, especially a mixture of both. This is because in that case, cycle characteristics can be improved.
  • a solvent in addition to the above-mentioned cyclic carbonate ester, it is preferable to use a mixture of a chain carbonate ester such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, or methylpropyl carbonate. This is because in that case, high ionic conductivity can be obtained.
  • a chain carbonate ester such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, or methylpropyl carbonate.
  • 2,4-difluoroanisole or vinylene carbonate is also preferable to include 2,4-difluoroanisole or vinylene carbonate as a solvent. This is because 2,4-difluoroanisole can improve discharge capacity, and vinylene carbonate can improve cycle characteristics. Therefore, it is more preferable to use a mixture of 2,4-difluoroanisole and vinylene carbonate because the discharge capacity and cycle characteristics can be improved.
  • solvents include butylene carbonate, ⁇ -butyrolactone, ⁇ -valerolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, methyl acetate, Methyl propionate, acetonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile, 3-methoxypropylonitrile, N,N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidinone, N-methyloxazolidinone, N,N-dimethylimidazolidinone, nitromethane , nitroethane, sulfolane, dimethyl sulfoxide or trimethyl phosphate.
  • Examples of electrolyte salts include lithium salts.
  • One type of lithium salt may be used alone, or two or more types may be used in combination.
  • Lithium salts include LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiB(C 6 H 5 ) 4 , LiCH 3 SO 3 , LiCF 3 SO 3 , LiN(SO 2 CF 3 ) 2 , LiC(SO 2 CF 3 ) 3 , LiAlCl 4 , LiSiF 6 , LiCl, lithium difluoro[oxolato-O,O']borate, lithium bisoxalate borate, or LiBr.
  • LiPF 6 is preferable because it can obtain high ionic conductivity and improve cycle characteristics.
  • a positive electrode material that can be doped and dedoped with lithium, a conductive agent, and a binder are mixed to prepare a positive electrode mixture, and this positive electrode mixture is dispersed in a mixed solvent to form a positive electrode mixture slurry.
  • the positive electrode mixture slurry is applied to the positive electrode current collector 31A, dried, and then compression molded to produce the positive electrode 31.
  • the positive electrode lead 36 is connected to the positive electrode current collector 31A by ultrasonic welding, spot welding, or the like.
  • a negative electrode material that can be doped and dedoped with lithium and a binder are mixed to prepare a negative electrode mixture, and this negative electrode mixture is dispersed in a mixed solvent to obtain a negative electrode mixture slurry.
  • the negative electrode mixture slurry is applied to the negative electrode current collector 32A, dried, and then compression molded to produce the negative electrode 32.
  • the negative electrode lead 37 is connected to the negative electrode current collector 32A by ultrasonic welding, spot welding, or the like.
  • the positive electrode 31 and the negative electrode 32 are laminated with the separator 33 in between and are wound many times to produce the electrode body 30. Thereafter, the electrode body 30 is sandwiched between a pair of insulating plates 34 and 35 and housed inside the battery can 20. Further, the positive electrode lead 36 is connected to the current interrupting member 3 of the safety mechanism 10, and the negative electrode lead 37 is connected to the battery can 20.
  • an electrolyte solution is prepared by dissolving an electrolyte salt in a solvent. Thereafter, the electrolytic solution is injected into the battery can 20 to impregnate the separator 33. Subsequently, the safety mechanism 10 is attached to the open end of the battery can 20 via the gasket 11 by caulking.
  • the battery 100 is completed by the method described above. Note that a resin ring washer may be attached to the lid 1, or the entire battery 100 may be covered with a resin tube.
  • the current interrupting member 3 has a convex portion 3b for connecting with the pressure release member 2 and a flat plate portion 3a having a flat plate shape.
  • 2 has a flat plate shape.
  • the pressure release member 2 has a convex portion 2b for connection with the current interrupting member 3 and a flat plate portion 2a having a flat plate shape, and the current interrupting member 3 It may be configured to have a flat plate shape.
  • the battery safety mechanism 10 can be made thin. Thereby, for example, when the size of the battery 100 is determined, the sizes of the positive electrode 31, the negative electrode 32, etc. can be increased, so that the capacity of the battery 100 can be further increased.
  • the pressure release member 2 has a flat plate shape, but is bent toward the current interrupting member 3 like the disk plate of the battery described in Patent Document 1. It may have a part that has been removed.
  • the flat plate portion 3a which is a portion other than the convex portion 3b, has a flat plate shape. It may have a bent portion.

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Abstract

電池の安全機構１０は、蓋１と、蓋１と接しており、電池内圧の上昇時に変形して、電池内部のガスを外部に解放するための圧力解放部材２と、圧力解放部材２に対して蓋１とは反対側に配置されて、圧力解放部材２と接続されており、電池内圧の上昇時に圧力解放部材２へと流れる電流を遮断するための電流遮断部材３と、圧力解放部材２と電流遮断部材３との間に介在する絶縁層４とを備える。圧力解放部材２は、蓋１、圧力解放部材２、電流遮断部材３、および、絶縁層４の積層方向と直交する方向において、圧力解放部材２と電流遮断部材３が接続される位置と、圧力解放部材２と蓋１が接している位置との間に、電流遮断部材３側に開口した少なくとも１つの溝２１，２２を有する。

Description

電池の安全機構および電池
　本発明は、電池の安全機構および電池に関する。
　携帯電話機および携帯情報端末機器（ＰＤＡ）等の多様な電子機器が広く普及しており、その電子機器の小型化、軽量化および長寿命化が要望されている。そこで、電源として、電池、特に小型かつ軽量で高エネルギー密度を得ることが可能な二次電池の開発が進められている。また、電解液の分解等によって発生したガスを電池の外部に放出するための安全機構を備えた二次電池が知られている。
　特許文献１には、そのような安全機構を備えた電池が開示されている。図１０は、特許文献１に開示されている電池のうち、安全機構２００とその周囲の構成を模式的に示す図である。
　図１０に示すように、特許文献１に開示されている電池の安全機構２００は、電池蓋２０１と、電池内圧の上昇時に変形して、電池内部のガスを外部に解放するための圧力解放機能を有するディスク板２０２と、電池内圧の上昇時に電流を遮断する電流遮断部材２０３と、ディスク板２０２と電流遮断部材２０３との間に介在する絶縁性のディスクホルダ２０４とを備える。電流遮断部材２０３は、遮断ディスク２０３ａとサブディスク２０３ｂとを有する。ディスク板２０２は、電流遮断部材２０３側に突出した突出部２０２ａを有している。突出部２０２ａは、遮断ディスク２０３ａに設けられた孔２０３ｃを介してサブディスク２０３ｂと接続されている。また、ディスク板２０２には、電池内圧の上昇時に壊れるように、電池蓋２０１側に開口した溝が設けられている。
　この電池の安全機構２００では、電池内圧が上昇すると、ディスク板２０２が電池蓋２０１側に持ち上げられ、正極リード２１０と接続されているサブディスク２０３ｂから突出部２０２ａが外れることによって、ディスク板２０２および電池蓋２０１へと流れる電流が遮断される。また、ディスク板２０２が電池蓋２０１側へと押されて、溝が設けられている位置で壊れることによって、電池の内部で発生したガスが電池蓋２０１側へと流れ、電池蓋２０１に設けられている孔から外部へと排出されるように構成されている。
国際公開第２０１８／０４２７７７号
　特許文献１に記載の安全機構２００では、上述したように、電池内圧の上昇時にディスク板２０２が電池蓋２０１側に持ち上げられて壊れる構成を実現するため、ディスク板２０２と電池蓋２０１との間に空間２２０が設けられている。具体的には、電池蓋２０１の中心部は、外側に向かって突出した構造をしており、ディスク板２０２は、遮断ディスク２０３ａ側に曲げられた曲げ部２０２ｒを有することによって、ディスク板２０２が壊れるために必要な空間２２０を構成している。
　ここで、電池内圧が上昇して、ディスク板２０２が電池蓋２０１側へと押されたときに、より少ない変位量で壊れるのであれば、上記空間２２０を小さくすることができ、それにより安全機構２００を薄型化することができる。安全機構２００を薄型化することができれば、例えば、電池のサイズが決まっている場合に、正極および負極等のサイズを大きくすることができるので、容量をより大きくすることができる。
　本発明は、上記課題を解決するものであり、電池内圧の上昇時に、より少ない変位量で壊れることが可能な圧力解放部材を有する電池の安全機構、および、そのような電池の安全機構を備えた電池を提供することを目的とする。
　本発明の電池の安全機構は、
　蓋と、
　前記蓋と接しており、電池内圧の上昇時に変形して、電池内部のガスを外部に解放するための圧力解放部材と、
　前記圧力解放部材に対して前記蓋とは反対側に配置されて、前記圧力解放部材と接続されており、電池内圧の上昇時に前記圧力解放部材へと流れる電流を遮断するための電流遮断部材と、
　前記圧力解放部材と前記電流遮断部材との間に介在する絶縁層と、
を備え、
　前記圧力解放部材は、前記蓋、前記圧力解放部材、前記電流遮断部材、および、前記絶縁層の積層方向と直交する方向において、前記圧力解放部材と前記電流遮断部材が接続される位置と、前記圧力解放部材と前記蓋が接している位置との間に、前記電流遮断部材側に開口した少なくとも１つの溝を有する。
　本発明の電池の安全機構によれば、圧力解放部材には、電池内圧の上昇時に変形して壊れやすくするために、蓋、圧力解放部材、電流遮断部材および絶縁層の積層方向と直交する方向において、圧力解放部材と電流遮断部材が接続される位置と、圧力解放部材と蓋が接している位置との間に、電流遮断部材側に開口した少なくとも１つの溝を有する。溝が電流遮断部材側に開口していることにより、蓋側に開口している構成と比べて、電池内圧の上昇時に、より少ない変位量で壊れることが可能である。したがって、蓋と圧力解放部材との間の空間を小さくすることができるので、電池の安全機構を薄型化することができる。
本発明の一実施形態における電池の安全機構を備えた電池の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態における電池の安全機構の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態における電池の安全機構の分解斜視図である。 電流遮断部材側から積層方向に圧力解放部材を見たときの平面図である。 第１の溝および第２の溝の形状が円弧状の形状である場合の圧力解放部材を、電流遮断部材側から積層方向に見たときの平面図である。 （ａ）～（ｆ）は、第１の溝の延伸方向と直交する方向で切断したときの第１の溝の断面の形状の様々な例を示す図である。 （ａ）は、電流遮断部材の電流遮断機能を模式的に説明するための図であり、（ｂ）は、圧力解放部材の圧力解放機能を模式的に説明するための図である。 電極体の構成を説明するための図である。 圧力解放部材が凸部と平板部とを有しており、電流遮断部材が平板状の形状を有する場合の電池の安全機構の構成を模式的に示す断面図である。 特許文献１に開示されている電池のうち、安全機構とその周囲の構成を模式的に示す断面図である。
　以下に本発明の実施形態を示して、本発明の特徴を具体的に説明する。
　図１は、本発明の一実施形態における電池の安全機構１０を備えた電池１００の構成を模式的に示す断面図である。図２は、本発明の一実施形態における電池の安全機構１０の構成を模式的に示す断面図である。図３は、電池の安全機構１０の分解図である。
　ここでは、電池１００が円筒形のリチウムイオン二次電池であるものとして説明する。ただし、電池１００の種類がリチウムイオン電池に限定されることはなく、マンガン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等、他の種類の電池であってもよい。また、電池１００が二次電池に限定されることはなく、一次電池でもよい。さらに、電池１００の形状が円筒形に限定されることはなく、角型やボタン型等の他の形状であってもよい。
　電池の安全機構１０は、蓋１と、圧力解放部材２と、電流遮断部材３と、絶縁層４とを備える。
　蓋１は、後述する電池缶２０の開口部を封じるための部材である。図２に示すように、蓋１は、平板状の平板部１ａと、平板部１ａに囲まれる態様で蓋１の中心部に位置し、電池１００の外側に突出した突出部１ｂとを有する。蓋１の突出部１ｂは、電池１００の外側に突出した形状を有するため、突出部１ｂには、平板部１ａから電池１００の外側に向かって伸びる曲げ部１ｂ１が含まれる。蓋１の突出部１ｂのうち、曲げ部１ｂ１以外の部分は、平板部１ａと同様に、平板状の形状を有している。
　蓋１の厚みは、例えば、１．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。本実施形態における電池１００では、蓋１が電池１００の正極端子として機能し、電池缶２０が負極端子として機能する。蓋１と電池缶２０とは、互いに絶縁されている。蓋１には、電池１００の内部で発生したガスを電池１００の外に排出するための排出孔１ｃが設けられている。蓋１は、例えば、ＳＰＣＣ等の鋼、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４等のステンレス（ＳＵＳ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）等の導電性の材料からなる。
　圧力解放部材２は、蓋１と接しており、電池内圧の上昇時に変形して、電池内部のガスを外部に解放するための部材である。図３に示すように、圧力解放部材２は、平板状の形状を有し、その厚みは、例えば、０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。蓋１、圧力解放部材２、絶縁層４、および、電流遮断部材３の積層方向（以下、単に積層方向と呼ぶ）に見たときの圧力解放部材２の形状は、円形である。ただし、圧力解放部材２の形状が円形に限定されることはない。
　圧力解放部材２は、例えば、Ａ１０５０、Ａ３２０３、Ａ５０５２等のアルミニウム、チタン、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）等の導電性の材料からなる。圧力解放部材２がアルミニウム、チタン、白金および金のうちの少なくとも１つからなることにより、リチウムイオン二次電池内での反応分解を防ぐことができる。
　圧力解放部材２は、電池内圧の上昇時に変形するように、積層方向と直交する方向において、圧力解放部材２と電流遮断部材３が接続される位置と、圧力解放部材２と蓋１が接している位置との間に、電流遮断部材３側に開口した少なくとも１つの溝を有する。溝の深さは、例えば、０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下である。溝は、積層方向に沿った断面の断面視で、溝が設けられている位置の圧力解放部材２の最小厚みが、例えば、０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下となるように設けてもよい。好ましくは、溝が設けられている位置の圧力解放部材２の最小厚みが、例えば、０．１２ｍｍ以上０．１８ｍｍ以下となるように溝を設けてもよい。
　そのような溝として、本実施形態における圧力解放部材２は、電流遮断部材３側に開口した第１の溝２１と、電流遮断部材３側に開口し、第１の溝２１より径方向の外側に位置する第２の溝２２とを有する。第１の溝２１および第２の溝２２がそれぞれ、電流遮断部材３側に開口していることにより、蓋１側に開口している構成と比べて、電池内圧の上昇時に、圧力解放部材２は、より少ない変位量で壊れることが可能である。
　ただし、圧力解放部材２に設けられた、電流遮断部材３側に開口した溝は１つだけでもよいし、３つ以上の複数設けられていてもよい。
　図４は、電流遮断部材３側から積層方向に圧力解放部材２を見たときの平面図である。図４に示すように、本実施形態において、積層方向に見たときの第１の溝２１および第２の溝２２の形状は、ともに円形である。また、第１の溝２１および第２の溝２２は、同心円を構成する。
　ただし、積層方向に見たときの第１の溝２１および第２の溝２２の形状が円形に限定されることはない。例えば、図５に示すように、積層方向に見たときの第１の溝２１および第２の溝２２の形状は、円弧状の形状であってもよい。図５では、円弧状の形状の第１の溝２１および第２の溝２２がそれぞれ３つずつ設けられている例を示しているが、数が３つに限定されることはない。
　第１の溝２１と第２の溝２２の深さは異なる。具体的には、第１の溝２１は、第２の溝２２よりも深い。第１の溝２１が第２の溝２２よりも深いことにより、電池内圧の上昇時に、圧力解放部材２は、第１の溝２１が設けられている位置で壊れる。第１の溝２１が設けられている位置の圧力解放部材２の最小厚みは、例えば、０．１ｍｍ以上０．１９ｍｍ以下であり、第２の溝２２が設けられている位置の圧力解放部材２の最小厚みは、例えば、０．１１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であってもよい。第１の溝２１が設けられている位置の圧力解放部材２の最小厚みは、例えば、０．１２ｍｍ以上０．１７ｍｍ以下であり、第２の溝２２が設けられている位置の圧力解放部材２の最小厚みは、例えば、０．１５ｍｍ以上０．１８ｍｍ以下であってもよい。例えば、圧力解放部材２の厚みが０．３ｍｍの場合、第１の溝２１の深さは、０．１１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であり、好ましくは、０．１３ｍｍ以上０．１８ｍｍ以下である。第２の溝２２の深さは、例えば、０．１ｍｍ以上０．１９ｍｍ以下であり、好ましくは、０．１２ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下である。なお、第１の溝２１と第２の溝２２の深さの差は、例えば、０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下であり、好ましくは、０．０１ｍｍ以上０．０６ｍｍ以下である。
　図２に示すように、圧力解放部材２の第２の溝２２は、蓋１と圧力解放部材２とが接している領域のうちの内側の接触端の近傍に位置する。「接触端の近傍」とは、上記接触端から、径方向（積層方向と直交する方向）の内側に向かって１．５ｍｍ以内の範囲のことである。図２に示すように、圧力解放部材２は、蓋１の平板部１ａと接しており、曲げ部１ｂ１とは接していない。好ましくは、圧力解放部材２の第２の溝２２は、積層方向において、蓋１の突出部１ｂの曲げ部１ｂ１と重なる位置に設けられているとよい。
　圧力解放部材２の第２の溝２２が、蓋１と圧力解放部材２とが接している領域のうちの内側の接触端の近傍に位置することにより、後述するように、電池内圧の上昇時に、圧力解放部材２は、第２の溝２２が設けられている位置で、蓋１の曲げ部１ｂ１に沿って変形しにくくなる。これにより、蓋１の位置ずれなどを抑制できる。また、蓋１の加工ばらつきへの影響を抑制できる。圧力解放部材２は、第１の溝２１が設けられている位置で壊れやすくなる。
　図２に示すように、本実施形態において、第１の溝２１の延伸方向と直交する方向で切断したときの第１の溝２１の断面の形状は、台形である。同様に、第２の溝２２の延伸方向と直交する方向で切断したときの第２の溝２２の形状は、台形である。なお、本実施形態において、積層方向に見たときの第１の溝２１の形状は円形であるため、第１の溝２１の延伸方向と直交する方向とは、円形である第１の溝２１の接線と直交する方向である。第２の溝２２の延伸方向と直交する方向についても同様である。
　ただし、第１の溝２１の延伸方向と直交する方向で切断したときの第１の溝２１の断面の形状、および、第２の溝２２の延伸方向と直交する方向で切断したときの第２の溝２２の形状が台形に限定されることはない。図６（ａ）～（ｆ）は、第１の溝２１の延伸方向と直交する方向で切断したときの第１の溝２１の断面の形状の様々な例を示す図である。第１の溝２１の断面の形状は、図６（ｂ）に示すように、半円の形状でもよいし、図６（ｃ）に示すように、矩形の形状でもよいし、図６（ｄ）に示すように、三角形の形状でもよい。また、第１の溝２１の断面の形状は、図６（ａ）に示すように、矩形に対して、溝の底を円弧形状としたような形状でもよい。さらに、第１の溝２１の断面の形状は、図６（ｅ）に示すように、幅が異なる２つの矩形を組み合わせた形状でもよいし、図６（ｆ）に示すように、底辺の長さが異なる２つの台形を組み合わせた形状でもよい。同様に、第２の溝２２の断面の形状も、図６（ａ）～（ｆ）に示す形状とすることができる。なお、第１の溝２１および第２の溝２２の断面の形状を、図２および図６（ａ）～（ｆ）に示す形状以外の形状としてもよい。また、第１の溝２１および第２の溝２２の断面の形状は同一の形状でもよいし、異なる形状としてもよい。
　電流遮断部材３は、後述する電池１００の電極体３０から導出された正極リード３６と接続されている。電流遮断部材３は、圧力解放部材２に対して蓋１とは反対側に配置されて、圧力解放部材２と接続されており、電池内圧の上昇時に圧力解放部材２へと流れる電流を遮断するための部材である。電流遮断部材３は、全体として平板状の形状を有する。具体的には、電流遮断部材３は、図２および図３に示すように、平板状の形状を有する平板部３ａと、平板部３ａによって囲まれる態様で電流遮断部材３の中心部に位置し、平板部３ａに対して圧力解放部材２側に突出して圧力解放部材２と接続するための凸部３ｂとを有する。
　本実施形態では、積層方向に見たときに、電流遮断部材３の外周端の形状は、円形である。また、積層方向に見たときに、電流遮断部材３の凸部３ｂの形状は、円形である。電流遮断部材３の平板部３ａおよび凸部３ｂの厚みは、例えば、０．２５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。凸部３ｂの厚みは、後述する絶縁層４の厚みと略同じであり、例えば、０．０５ｍｍ以上０．４ｍｍ以下である。電流遮断部材３は、凸部３ｂを有しているため、完全な平板ではないが、凸部３ｂの厚みが薄いため、全体として平板状の形状ととらえることが可能である。
　本実施形態において、電流遮断部材３の凸部３ｂは、圧力解放部材２と接続されている。本実施形態では、電流遮断部材３の凸部３ｂは、圧力解放部材２と接合されている。
　図３に示すように、電流遮断部材３の平板部３ａには、電池内部で発生したガスを通すための複数の孔３ｃが設けられていてもよい。本実施形態では、６個の孔３ｃが凸部３ｂの周囲に設けられている。ただし、孔３ｃの数が６個に限定されることはないし、その形状が図３に示す形状に限定されることもない。孔３ｃは、積層方向において、圧力解放部材２の第１の溝２１および第２の溝２２と重ならない位置に設けられている。
　なお、電流遮断部材３の形状によっては、孔３ｃを設けない構成とすることも可能である。孔３ｃは、積層方向において、圧力解放部材２の第１の溝２１および/または第２の溝２２と重なる位置に設けられていてもよい。
　電流遮断部材３は、例えば、Ａ１０５０、Ａ３２０３、Ａ５０５２等のアルミニウム、チタン、白金、金等の導電性の材料からなる。電流遮断部材３がアルミニウム、チタン、白金および金のうちの少なくとも１つからなることにより、リチウムイオン二次電池内での反応分解を防ぐことができる。
　電流遮断部材３は、積層方向と直交する方向において、電流遮断部材３と圧力解放部材２が接続される位置と、電流遮断部材３と絶縁層４が接している位置との間に、圧力解放部材２側に開口した溝３ｄを有する。溝３ｄの深さは、例えば、０．２ｍｍ以上０．４６ｍｍ以下である。本実施形態では、電流遮断部材３の凸部３ｂの近傍に、凸部３ｂを取り囲むように溝３ｄが設けられている。積層方向に見たときの溝３ｄの形状は、円形である。ただし、溝３ｄの形状が円形に限定されることはなく、円弧状の形状等、他の形状であってもよい。
　図７（ａ）は、電流遮断部材３の電流遮断機能を模式的に説明するための図であり、図７（ｂ）は、圧力解放部材２の圧力解放機能を模式的に説明するための図である。電池１００の内部短絡または電池１００の外部からの加熱等によって電池１００の内圧が上昇すると、図７（ａ）に示すように、電流遮断部材３の溝３ｄが形成されている位置で、凸部３ｂを含む部位が平板部３ａから切り離される。これにより、平板部３ａから切り離された凸部３ｂを含む部位は、正極リード３６（図１参照）からも切り離されるため、正極リード３６から電流遮断部材３を介して圧力解放部材２へと流れる電流が遮断される。また、図７（ａ）に示すように、電流遮断部材３の凸部３ｂと接続されている圧力解放部材２のうち、蓋１と接していない部分は、蓋１側へと膨らむように変形する。
　また、電池１００の内部で発生したガス等に起因して、電池内圧がさらに上昇すると、圧力解放部材２が蓋１側へと押される力が強まり、図７（ｂ）に示すように、第１の溝２１が設けられている位置で圧力解放部材２が切断される。すなわち、圧力解放部材２は、第２の溝２２が設けられている位置付近が蓋１の曲げ部１ｂ１に沿うように変形し、第２の溝２２より深さが深い第１の溝２１が設けられている位置で切断される。これにより、電池１００の内部で発生したガスは、蓋１側へと流れ、蓋１に設けられている図示しない孔から外部へと排出される。
　上述したように、圧力解放部材２の第１の溝２１および第２の溝２２はそれぞれ、電流遮断部材３側に開口しているので、蓋１側に開口している構成と比べて、電池内圧の上昇時に、圧力解放部材２は、より少ない変位量で壊れる。このことは、発明者が実験により確認済みである。したがって、蓋１と圧力解放部材２との間の空間を小さくすることが可能なので、圧力解放部材２を平板状の形状とすることができる。これにより、電池の安全機構１０を薄型化することができる。
　絶縁性を有する絶縁層４は、圧力解放部材２と電流遮断部材３との間に介在する。より具体的には、絶縁層４は、圧力解放部材２と電流遮断部材３との間であって、圧力解放部材２の第２の溝２２よりも径方向の外側に配置されている。圧力解放部材２と電流遮断部材３との間に絶縁層４が介在していることにより、電流遮断部材３の電流遮断機能の発揮時（図７（ａ）参照）に、正極リード３６と接続されている圧力解放部材２と、電流遮断部材３との間を絶縁することができる。
　本実施形態において、絶縁層４は、圧力解放部材２と電流遮断部材３とを接着する接着層である。その場合、絶縁層４は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、ＵＶ硬化性樹脂、および、嫌気性接着剤のうちのいずれか１つからなる。具体的には、絶縁層４として、エポキシ樹脂を主成分とするエポキシ樹脂系接着剤、アクリル樹脂を主成分とするアクリル樹脂系接着剤、フッ素樹脂を主成分とするフッ素樹脂系接着剤、シリコーン樹脂を主成分とするシリコーン樹脂系接着剤、合成樹脂を主成分とする合成樹脂系接着剤、ウレタン樹脂を主成分とするウレタン樹脂系接着剤等を用いることが可能である。
　絶縁層４として熱硬化性樹脂を用いる場合、ガラス転移温度Ｔｇが１００℃以上であることが好ましく、１７０℃以上であることがより好ましい。ガラス転移温度Ｔｇが１００℃以上の熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂が挙げられる。また、絶縁層４として熱可塑性樹脂を用いる場合、融点Ｔｍが２００℃以上であることが好ましく、２７０℃以上であることがより好ましい。絶縁層４が、ガラス転移温度Ｔｇが１００℃以上の熱硬化性樹脂からなる場合、または、融点Ｔｍが２００℃以上である熱可塑性樹脂からなる場合、電池の温度が数百℃のような高温になった場合でも、圧力解放部材２と電流遮断部材３との間に絶縁性の絶縁層４が介在し続ける。したがって、電流遮断部材３の電流遮断機能の発揮時（図７（ａ）参照）に、正極リード３６と接続されている圧力解放部材２と、電流遮断部材３との間の絶縁状態を維持することができ、ショートの発生を防ぐことができる。
　本実施形態では、積層方向に見たときに、絶縁層４は、図３に示すように、円環状の形状を有する。ただし、積層方向に見たときの絶縁層４の形状が円環状の形状に限定されることはない。絶縁層４は、例えば、ディスペンサを用いて形成することが可能である。絶縁層４の厚みは、例えば、０．０５ｍｍ以上０．４ｍｍ以下である。また、絶縁層４の面積は、例えば、０．６ｍｍ2以上１００ｍｍ2以下である。
　ただし、絶縁層４が接着剤からなる接着層に限定されることはなく、成形樹脂等、他の材料によって構成されていてもよい。
　［安全機構の製造方法］
　上述した安全機構１０の製造方法の一例について説明する。
　まず、蓋１と圧力解放部材２とを接合する。具体的には、蓋１の平板部１ａと、圧力解放部材２とを接合する。接合方法は任意であり、例えば、超音波溶接等の溶接により行うことが可能である。
　続いて、圧力解放部材２の蓋１とは反対側の面と、電流遮断部材３の凸部３ｂ側の面のうちの少なくとも一方の面に接着剤を塗布し、塗布した接着剤を間に挟むようにして、圧力解放部材２と電流遮断部材３とを接着する。上述したように、接着剤として、エポキシ樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤、フッ素樹脂系接着剤、シリコーン樹脂系接着剤、合成樹脂系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤等を用いることが可能である。塗布する接着剤の厚みは、例えば、０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下であり、塗布する面積は、例えば、０．６ｍｍ2以上１００ｍｍ2以下である。これにより、圧力解放部材２と電流遮断部材３との間に絶縁層４が形成される。
　最後に、電流遮断部材３の凸部３ｂと、圧力解放部材２とを接続する。接続方法は任意であり、例えば、レーザ溶接等の溶接により行うことが可能である。
　なお、初めに圧力解放部材２と電流遮断部材３とを接着剤を介して接着してから、電流遮断部材３の凸部３ｂと圧力解放部材２とを接合し、最後に、蓋１と圧力解放部材２とを接合するようにしてもよい。
　［電池］
　続いて、本発明の安全機構１０を備える電池１００の構造の一例について説明する。電池１００は、安全機構１０と、電池缶２０と、電極体３０とを備えている。
　本実施形態において、電池缶２０は、一端が開口した中空円柱状の形状を有しており、電極体３０を収容する。電池缶２０は、例えば、ニッケルのめっきが施された鉄（Ｆｅ）により構成されている。電池缶２０の材料として、ニッケル、ステンレス、アルミニウム、チタン等が使用されてもよい。電池缶２０の表面には、非水電解質電池の充放電に伴う電気化学的な非水電解液による腐食を防止するために、例えばニッケル等のめっきが施されていてもよい。
　電池缶２０の解放端部には、蓋１が外側を向くように安全機構１０が取り付けられている。具体的には、安全機構１０は、絶縁封口のためのガスケット１１を介して電池缶２０にかしめられることにより取り付けられている。これにより、電池缶２０の内部が密閉されている。
　電池缶２０の内部には、正極３１、負極３２、および、正極３１と負極３２の間に設けられたセパレータ３３を含む電極体３０が収容されている。本実施形態において、電極体３０は、一対の帯状の正極３１と帯状の負極３２とがセパレータ３３を介して積層された状態で、センターピン３８を中心に巻回された巻回電極体である。ただし、電極体３０が巻回電極体に限定されることはない。本発明の電池１００において、電極体３０の構成は、任意の構成とすることが可能である。
　正極３１には、正極リード３６が接続され、負極３２には、負極リード３７が接続されている。上述したように、正極リード３６は、電池の安全機構１０の電流遮断部材３と接続され、圧力解放部材２を介して蓋１と電気的に接続されている。負極リード３７は、電池缶２０に溶接されて、電池缶２０と電気的に接続されている。
　電池缶２０の内部には、液状の電解質としての電解液が注入されている。電解液は、正極３１、負極３２およびセパレータ３３に含浸されている。また、電極体３０を挟むように、巻回周面に対して垂直に、一対の絶縁板３４、３５が配置されている。
　以下、図８を参照しながら、電極体３０を構成する正極３１、負極３２、セパレータ３３、および、電解液について順次説明する。
　（正極）
　正極３１は、例えば、正極集電体３１Ａの両面に正極活物質層３１Ｂが設けられた構造を有している。ただし、正極集電体３１Ａの片面のみに、正極活物質層３１Ｂを設けるようにしてもよい。正極集電体３１Ａは、例えば、アルミニウム箔、ニッケル箔またはステンレス箔等の金属箔により構成されている。正極活物質層３１Ｂは、例えば、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出することが可能な正極活物質を含んでいる。正極活物質層３１Ｂは、必要に応じて添加剤をさらに含んでいてもよい。添加剤としては、例えば、導電剤および結着剤のうちの少なくとも１種を用いることができる。
　リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、リチウム酸化物、リチウムリン酸化物、リチウム硫化物あるいはリチウムを含む層間化合物等のリチウム含有化合物が適当であり、これらの２種以上を混合して用いてもよい。エネルギー密度を高くするには、リチウムと遷移金属元素と酸素（Ｏ）とを含むリチウム含有化合物を用いることが好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、式（Ａ）に示す層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物、式（Ｂ）に示すオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩等が挙げられる。リチウム含有化合物としては、遷移金属元素として、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル、マンガン（Ｍｎ）および鉄からなる群のうちの少なくとも１種を含むものであればより好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、式（Ｃ）、式（Ｄ）または式（Ｅ）に示す層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物、式（Ｆ）に示すスピネル型の構造を有するリチウム複合酸化物、または式（Ｇ）に示すオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩等が挙げられ、具体的には、ＬｉＮｉ0.50Ｃｏ0.20Ｍｎ0.30Ｏ2、ＬｉaＣｏＯ2（ａ≒１）、ＬｉbＮｉＯ2（ｂ≒１）、Ｌｉc1Ｎｉc2Ｃｏ1-c2Ｏ2（ｃ１≒１，０＜ｃ２＜１）、ＬｉdＭｎ2Ｏ4（ｄ≒１）またはＬｉeＦｅＰＯ4（ｅ≒１）等がある。
　ＬｉpＮｉ(1-q-r)ＭｎqＭ１rＯ(2-y)Ｘz　　　…（Ａ）
（ただし、式（Ａ）中、Ｍ１は、ニッケル、マンガンを除く２族～１５族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を示す。Ｘは、酸素以外の１６族元素および１７族元素のうち少なくとも１種を示す。ｐ、ｑ、ｙ、ｚは、０≦ｐ≦１．５、０≦ｑ≦１．０、０≦ｒ≦１．０、－０．１０≦ｙ≦０．２０、０≦ｚ≦０．２の範囲内の値である。）
　ＬｉaＭ２bＰＯ4　　　…（Ｂ）
（ただし、式（Ｂ）中、Ｍ２は、２族～１５族から選ばれる元素のうち少なくとも一種を示す。ａ、ｂは、０≦ａ≦２．０、０．５≦ｂ≦２．０の範囲内の値である。）
　ＬｉfＭｎ(1-g-h)ＮｉgＭ３hＯ(2-j)Ｆk　　　…（Ｃ）
（ただし、式（Ｃ）中、Ｍ３は、コバルト、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、スズ（Ｓｎ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）およびタングステン（Ｗ）からなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｆ、ｇ、ｈ、ｊおよびｋは、０．８≦ｆ≦１．２、０＜ｇ＜０．５、０≦ｈ≦０．５、ｇ＋ｈ＜１、－０．１≦ｊ≦０．２、０≦ｋ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｆの値は、完全放電状態における値を表している。）
　ＬｉmＮｉ(1-n)Ｍ４nＯ(2-p)Ｆq　　　…（Ｄ）
（ただし、式（Ｄ）中、Ｍ４は、コバルト、マンガン、マグネシウム、アルミニウム、ホウ素、チタン、バナジウム、クロム、鉄、銅、亜鉛、モリブデン、スズ、カルシウム、ストロンチウムおよびタングステンからなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｍ、ｎ、ｐおよびｑは、０．８≦ｍ≦１．２、０．００５≦ｎ≦０．５、－０．１≦ｐ≦０．２、０≦ｑ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｍの値は、完全放電状態における値を表している。）
　ＬｉrＣｏ(1-s)Ｍ５sＯ(2-t)Ｆu　　　…（Ｅ）
（ただし、式（Ｅ）中、Ｍ５は、ニッケル、マンガン、マグネシウム、アルミニウム、ホウ素、チタン、バナジウム、クロム、鉄、銅、亜鉛、モリブデン、スズ、カルシウム、ストロンチウムおよびタングステンからなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｒ、ｓ、ｔおよびｕは、０．８≦ｒ≦１．２、０≦ｓ＜０．５、－０．１≦ｔ≦０．２、０≦ｕ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｒの値は、完全放電状態における値を表している。）
　ＬｉvＭｎ2-wＭ６wＯxＦy　　　…（Ｆ）
（ただし、式（Ｆ）中、Ｍ６は、コバルト、ニッケル、マグネシウム、アルミニウム、ホウ素、チタン、バナジウム、クロム、鉄、銅、亜鉛、モリブデン、スズ、カルシウム、ストロンチウムおよびタングステンからなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｖ、ｗ、ｘおよびｙは、０．９≦ｖ≦１．１、０≦ｗ≦０．６、３．７≦ｘ≦４．１、０≦ｙ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｖの値は、完全放電状態における値を表している。）
　ＬｉzＭ７ＰＯ4　　　…（Ｇ）
（ただし、式（Ｇ）中、Ｍ７は、コバルト、マンガン、鉄、ニッケル、マグネシウム、アルミニウム、ホウ素、チタン、バナジウム、ニオブ（Ｎｂ）、銅、亜鉛、モリブデン、カルシウム、ストロンチウム、タングステンおよびジルコニウムからなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｚは、０．９≦ｚ≦１．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｚの値は、完全放電状態における値を表している。）
　リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、これらの他にも、ＭｎＯ2、Ｖ2Ｏ5、Ｖ6Ｏ13、ＮｉＳ、ＭＯＳ等のリチウムを含まない無機化合物も挙げられる。
　リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料は、上記以外のものであってもよい。また、上記で例示した正極材料は、任意の組み合わせで２種以上混合されてもよい。
　結着材としては、例えば、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）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）およびカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等の樹脂材料、ならびにこれら樹脂材料を主体とする共重合体等から選択される少なくとも１種を用いることが可能である。
　導電剤としては、例えば、黒鉛、カーボンブラックまたはケッチェンブラック等の炭素材料が挙げられ、それらのうちの１種または２種以上を混合して用いることが可能である。また、導電剤として、炭素材料の他にも、金属材料または導電性高分子材料等の導電性を有する材料を用いることが可能である。
　（負極）
　負極３２は、例えば、負極集電体３２Ａの両面に負極活物質層３２Ｂが設けられた構造を有している。ただし、負極集電体３２Ａの片面のみに負極活物質層３２Ｂを設けるようにしてもよい。負極集電体３２Ａは、例えば、銅箔、ニッケル箔またはステンレス箔等の金属箔により構成されている。
　負極活物質層３２Ｂは、リチウムを吸蔵および放出することが可能な１種または２種以上の負極活物質を含んでいる。負極活物質層３２Ｂは、必要に応じて結着剤や導電剤等の添加剤をさらに含んでいてもよい。
　なお、非水電解質電池である電池１００では、負極３２または負極活物質の電気化学当量が、正極３１の電気化学当量よりも大きくなっており、理論上、充電の途中において負極３２にリチウム金属が析出しないようになっていることが好ましい。
　負極活物質としては、例えば、難黒鉛化性炭素、易黒鉛化性炭素、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維あるいは活性炭等の炭素材料が挙げられる。コークス類として、ピッチコークス、ニードルコークスあるいは石油コークス等が挙げられる。有機高分子化合物焼成体は、フェノール樹脂やフラン樹脂等の高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいい、一部には、難黒鉛化性炭素または易黒鉛化性炭素に分類されるものもある。これら炭素材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少なく、高い充放電容量を得ることができると共に、良好なサイクル特性を得ることができるので好ましい。特に黒鉛は、電気化学当量が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるので好ましい。難黒鉛化性炭素は、優れたサイクル特性が得られるので好ましい。また、充放電電位が低いもの、具体的には、充放電電位がリチウム金属に近いものは、電池１００の高エネルギー密度化を容易に実現することができるので好ましい。
　高容量化が可能な他の負極活物質として、金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を構成元素（例えば、合金、化合物または混合物）として含む材料も挙げられる。そのような材料を用いれば、高いエネルギー密度を得ることができるからである。特に、炭素材料と共に用いるようにすれば、高エネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるのでより好ましい。なお、合金には、２種以上の金属元素からなるものに加えて、１種以上の金属元素と１種以上の半金属元素とを含むものも含まれる。負極活物質の材料に非金属元素が含まれていてもよい。その組織には、固溶体、共晶（共融混合物）、金属間化合物あるいはそれらのうちの２種以上が共存するものがある。
　上述した負極活物質としては、例えば、リチウムと合金を形成することが可能な金属元素または半金属元素が挙げられる。具体的には、マグネシウム、ホウ素、アルミニウム、チタン、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ、鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、カドミウム（Ｃｄ）、銀（Ａｇ）、亜鉛、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム、イットリウム（Ｙ）、パラジウム（Ｐｄ）または白金等が挙げられる。これらは、結晶質のものでもアモルファスのものでもよい。
　負極活物質としては、短周期型周期表における４Ｂ族の金属元素あるいは半金属元素を構成元素として含むものが好ましく、ケイ素およびスズのうちの少なくとも一方を構成元素として含むものがより好ましい。ケイ素およびスズは、リチウムを吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。そのような負極活物質として、例えば、ケイ素の単体、合金または化合物や、スズの単体、合金または化合物や、それらの１種または２種以上の相を少なくとも一部に有する材料が挙げられる。
　ケイ素の合金を構成するケイ素以外の第２の構成元素として、例えば、スズ、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモン（Ｓｂ）およびクロムからなる群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。スズの合金を構成するスズ以外の第２の構成元素として、例えば、ケイ素、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモンおよびクロムからなる群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。
　スズの化合物あるいはケイ素の化合物として、例えば、酸素または炭素を含むものが挙げられる。スズまたはケイ素に加えて、上述した第２の構成元素を含んでいてもよい。
　中でも、Ｓｎ系の負極活物質として、コバルトと、スズと、炭素とを構成元素として含み、炭素の含有量が９．９質量％以上２９．７質量％以下であり、かつスズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合が３０質量％以上７０質量％以下であるＳｎＣｏＣ含有材料が好ましい。上記組成範囲において高いエネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるからである。
　上述したＳｎＣｏＣ含有材料は、必要に応じて更に他の構成元素を含んでいてもよい。他の構成元素としては、例えば、ケイ素、鉄、ニッケル、クロム、インジウム、ニオブ、ゲルマニウム、チタン、モリブデン、アルミニウム、リン（Ｐ）、ガリウムまたはビスマスが好ましく、上記元素を２種以上含んでいてもよい。他の構成元素に上記元素が含まれることにより、容量またはサイクル特性をさらに向上させることができるからである。
　なお、上述したＳｎＣｏＣ含有材料は、スズと、コバルトと、炭素とを含む相を有しており、この相は、結晶性の低いまたは非晶質な構造を有していることが好ましい。また、このＳｎＣｏＣ含有材料では、構成元素である炭素の少なくとも一部が、他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合していることが好ましい。サイクル特性の低下は、スズ等が凝集あるいは結晶化することによるものであると考えられるが、炭素が他の元素と結合することにより、そのような凝集あるいは結晶化を抑制することができるからである。
　元素の結合状態を調べる測定方法としては、例えばＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）が挙げられる。ＸＰＳでは、グラファイトの場合、金原子の４ｆ軌道（Ａｕ４ｆ）のピークが８４．０ｅＶに得られるようにエネルギー較正された装置において、炭素の１ｓ軌道（Ｃ１ｓ）のピークは、２８４．５ｅＶに現れる。また、表面汚染炭素の場合、ピークは、２８４．８ｅＶに現れる。これに対して、炭素元素の電荷密度が高くなる場合、例えば炭素が金属元素または半金属元素と結合している場合には、Ｃ１ｓのピークは、２８４．５ｅＶよりも低い領域に現れる。すなわち、ＳｎＣｏＣ含有材料について得られるＣ１ｓの合成波のピークが２８４．５ｅＶよりも低い領域に現れる場合には、ＳｎＣｏＣ含有材料に含まれる炭素の少なくとも一部が他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合している。
　なお、ＸＰＳ測定では、スペクトルのエネルギー軸の補正に、例えばＣ１ｓのピークを用いる。通常、表面には表面汚染炭素が存在しているので、表面汚染炭素のＣ１ｓのピークを２８４．８ｅＶとし、これをエネルギー基準とする。ＸＰＳ測定では、Ｃ１ｓのピークの波形は、表面汚染炭素のピークとＳｎＣｏＣ含有材料中の炭素のピークとを含んだ形として得られるので、例えば市販のソフトウエアを用いて解析することにより、表面汚染炭素のピークと、ＳｎＣｏＣ含有材料中の炭素のピークとを分離する。波形の解析では、最低束縛エネルギー側に存在する主ピークの位置をエネルギー基準（２８４．８ｅＶ）とする。
　その他の負極活物質としては、例えば、リチウムを吸蔵および放出することが可能な金属酸化物または高分子化合物等も挙げられる。金属酸化物としては、例えば、チタン酸リチウム（Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12）などのチタンとリチウムとを含むリチウムチタン酸化物、酸化鉄、酸化ルテニウムまたは酸化モリブデン等が挙げられる。高分子化合物としては、例えば、ポリアセチレン、ポリアニリンまたはポリピロール等が挙げられる。
　結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、スチレンブタジエンゴムおよびカルボキシメチルセルロース等の樹脂材料、または上記樹脂材料を主体とする共重合体等から選択される少なくとも１種が用いられる。導電剤としては、正極活物質層３１Ｂと同様の炭素材料等を用いることができる。
　（セパレータ）
　セパレータ３３は、正極３１と負極３２とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。セパレータ３３は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンまたはポリエチレン等の樹脂製の多孔質膜によって構成されている。セパレータ３３は、上述した２種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリオレフィン製の多孔質膜は短絡防止効果に優れ、かつシャットダウン効果による電池１００の安全性向上を図ることができるので好ましい。特にポリエチレンは、１００℃以上１６０℃以下の範囲内においてシャットダウン効果を得ることができ、かつ電気化学的安定性にも優れているので、セパレータ３３を構成する材料として好ましい。他にも、セパレータ３３の材料として、化学的安定性を備えた樹脂を、ポリエチレンあるいはポリプロピレンと共重合またはブレンド化した材料を用いることができる。多孔質膜は、ポリプロピレン層と、ポリエチレン層と、ポリプロピレン層とを順次に積層した３層以上の構造を有していてもよい。
　セパレータ３３は、基材である多孔質膜の片面または両面に樹脂層が設けられていてもよい。樹脂層は、無機物が担持された多孔性のマトリックス樹脂層である。そのような構造により、耐酸化性を得ることができ、セパレータ３３の劣化を抑制することができる。マトリックス樹脂としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）、ポリテトラフルオロエチレン等や、それらの共重合体を用いることが可能である。
　無機物としては、金属、半導体、またはそれらの酸化物または窒化物を挙げることができる。その場合、金属としては、例えば、アルミニウム、チタン等を挙げることができ、半導体としては、ケイ素、ホウ素等を挙げることができる。無機物としては、実質的に導電性がなく、熱容量の大きいものが好ましい。熱容量が大きいと、電流発熱時のヒートシンクとして有用であり、電池１００の熱暴走をより抑制することが可能になるからである。そのような無機物としては、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、ベーマイト（アルミナの一水和物）、タルク、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、二酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）等の酸化物または窒化物が挙げられる。
　無機物の粒径は、１ｎｍ～１０μｍの範囲内が好ましい。無機物の粒径が１ｎｍより小さいと、入手が困難となり、また入手できたとしてもコスト的に見合わない。無機物の粒径が１０μｍより大きいと電極間距離が大きくなり、限られたスペースで活物質充填量が十分得られず、電池容量が低くなる。
　セパレータ３３の樹脂層は、例えば、マトリックス樹脂、溶媒および無機物からなるスラリーを基材（多孔質膜）上に塗布し、マトリックス樹脂の貧溶媒かつ上記溶媒の親溶媒浴中を通過させて相分離させ、その後、乾燥させることによって形成することができる。
　セパレータ３３の突き刺し強度は、１００ｇｆ以上１０００ｇｆ以下の範囲内であることが好ましい。セパレータ３３の突き刺し強度は、１００ｇｆ以上４８０ｇｆ以下であることがより好ましい。突き刺し強度が低いとショートが発生することがあり、高いとイオン伝導性が低下してしまうからである。
　セパレータ３３の透気度は、３０ｓｅｃ／１００ｃｃ以上１０００ｓｅｃ／１００ｃｃ以下の範囲内であることが好ましい。セパレータ３３の透気度は、３０ｓｅｃ／１００ｃｃ以上６８０ｓｅｃ／１００ｃｃ以下であることがより好ましい。セパレータ３３の透気度が低いとショートが発生することがあり、高いとイオン伝導性が低下してしまうからである。
　なお、上述した無機物は、基材としての多孔質膜に含有されていてもよい。
　（電解液）
　セパレータ３３には、液状の電解質である電解液が含浸されている。電解液は、溶媒と、この溶媒に溶解された電解質塩とを含んでいる。電池１００の特性を向上させるため、電解液は、公知の添加剤を含んでいてもよい。
　溶媒として、炭酸エチレンまたは炭酸プロピレン等の環状の炭酸エステルを用いることができ、炭酸エチレンおよび炭酸プロピレンのうちの一方、特に両方を混合して用いることが好ましい。その場合、サイクル特性を向上させることができるからである。
　また、溶媒として、上述した環状の炭酸エステルに加えて、炭酸ジエチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチルまたは炭酸メチルプロピル等の鎖状の炭酸エステルを混合して用いることが好ましい。その場合、高いイオン伝導性を得ることができるからである。
　また、溶媒として、２，４－ジフルオロアニソールまたは炭酸ビニレンを含むこと好ましい。２，４－ジフルオロアニソールは、放電容量を向上させることができ、炭酸ビニレンは、サイクル特性を向上させることができるからである。したがって、２，４－ジフルオロアニソールと炭酸ビニレンを混合して用いれば、放電容量およびサイクル特性を向上させることができるので、より好ましい。
　その他、溶媒として、炭酸ブチレン、γ－ブチロラクトン、γ－バレロラクトン、１，２－ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、２－メチルテトラヒドロフラン、１，３－ジオキソラン、４－メチル－１，３－ジオキソラン、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、３－メトキシプロピロニトリル、Ｎ，Ｎ－ジメチルフォルムアミド、Ｎ－メチルピロリジノン、Ｎ－メチルオキサゾリジノン、Ｎ，Ｎ－ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、ジメチルスルフォキシドまたはリン酸トリメチル等が挙げられる。
　なお、それらの非水溶媒の少なくとも一部の水素をフッ素で置換した化合物は、組み合わせる電極の種類によっては、電極反応の可逆性を向上させることができる場合があるので、好ましい場合もある。
　電解質塩としては、例えばリチウム塩が挙げられる。リチウム塩は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。リチウム塩としては、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢ（Ｃ6Ｈ5）4、ＬｉＣＨ3ＳＯ3、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＮ（ＳＯ2ＣＦ3）2、ＬｉＣ（ＳＯ2ＣＦ3）3、ＬｉＡｌＣｌ4、ＬｉＳｉＦ6、ＬｉＣｌ、ジフルオロ［オキソラト－Ｏ，Ｏ'］ホウ酸リチウム、リチウムビスオキサレートボレート、またはＬｉＢｒ等が挙げられる。中でも、ＬｉＰＦ6は、高いイオン伝導性を得ることができるとともに、サイクル特性を向上させることができるので好ましい。
　［電池の動作］
　上述の構成を有する電池１００では、充電を行うと、例えば、正極活物質層３１Ｂからリチウムイオンが放出され、電解液を介して負極活物質層３２Ｂに吸蔵される。また、放電を行うと、例えば、負極活物質層３２Ｂからリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極活物質層３１Ｂに吸蔵される。
　［電池の製造方法］
　上述の電池１００の製造方法の一例を以下で説明する。
　まず、リチウムをドープおよび脱ドープ可能な正極材料と導電剤と結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤を混合溶媒に分散させて正極合剤スラリーとする。次に、正極合剤スラリーを正極集電体３１Ａに塗布して乾燥させた後、圧縮成型して正極３１を作製する。その後、超音波溶接あるいはスポット溶接等により、正極集電体３１Ａに正極リード３６を接続する。
　また、リチウムをドープおよび脱ドープ可能な負極材料と結着剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤を混合溶媒に分散させて負極合剤スラリーとする。次に、負極合剤スラリーを負極集電体３２Ａに塗布して乾燥させた後、圧縮成型して負極３２を作製する。その後、超音波溶接あるいはスポット溶接等により、負極集電体３２Ａに負極リード３７を接続する。
　続いて、正極３１と負極３２とをセパレータ３３を介して積層した状態で多数回巻回し、電極体３０を作製する。その後、電極体３０を一対の絶縁板３４，３５で挟み、電池缶２０の内部に収容する。また、安全機構１０の電流遮断部材３に正極リード３６を接続するとともに、負極リード３７を電池缶２０に接続する。
　続いて、溶媒に電解質塩を溶解させて電解液を調製する。その後、電解液を電池缶２０の内部に注入し、セパレータ３３に含浸させる。続いて、ガスケット１１を介して、電池缶２０の解放端に安全機構１０をかしめることによって取り付ける。
　上述した方法により、電池１００が完成する。なお、蓋１に対して樹脂製のリングワッシャを装着してもよいし、電池１００の全体を樹脂チューブで被覆してもよい。
　本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
　例えば、上述した一実施形態における電池１００において、電流遮断部材３は、圧力解放部材２と接続するための凸部３ｂと、平板状の形状の平板部３ａとを有しており、圧力解放部材２は、平板状の形状を有している。しかしながら、図９に示すように、圧力解放部材２は、電流遮断部材３と接続するための凸部２ｂと、平板状の形状の平板部２ａとを有しており、電流遮断部材３は、平板状の形状を有するように構成されていてもよい。いずれの場合も、圧力解放部材２および電流遮断部材３はともに、平板状または略平板状の薄い形状であるため、電池の安全機構１０を薄型化することができる。これにより、例えば、電池１００のサイズが決まっている場合において、正極３１および負極３２等のサイズを大きくすることができるので、電池１００の容量をより大きくすることができる。
　また、上述した一実施形態における電池１００において、圧力解放部材２は、平板状の形状を有しているが、特許文献１に記載の電池のディスク板のように、電流遮断部材３側に曲げられた部位を有していてもよい。同様に、電流遮断部材３のうち、凸部３ｂ以外の部位である平板部３ａは、平板状の形状を有しているが、特許文献１に記載の電池の遮断ディスクのように、電極体側に曲げられた部位を有していてもよい。
１　　　蓋
１ａ　　蓋の平板部
１ｂ　　蓋の突出部
１ｃ　　蓋の排出孔
２　　　圧力解放部材
２ａ　　圧力解放部材の平板部
２ｂ　　圧力解放部材の凸部
３　　　電流遮断部材
３ａ　　電流遮断部材の平板部
３ｂ　　電流遮断部材の凸部
３ｃ　　孔
３ｄ　　電流遮断部材の溝
４　　　絶縁層
１０　　電池の安全機構
１１　　ガスケット
２０　　電池缶
２１　　第１の溝
２２　　第２の溝
３０　　電極体
３１　　正極
３２　　負極
３３　　セパレータ
３４，３５　絶縁板
３６　　正極リード
３７　　負極リード
３８　　センターピン
１００　電池

Claims (18)

  1. 　蓋と、
    　前記蓋と接しており、電池内圧の上昇時に変形して、電池内部のガスを外部に解放するための圧力解放部材と、
    　前記圧力解放部材に対して前記蓋とは反対側に配置されて、前記圧力解放部材と接続されており、電池内圧の上昇時に前記圧力解放部材へと流れる電流を遮断するための電流遮断部材と、
    　前記圧力解放部材と前記電流遮断部材との間に介在する絶縁層と、
    を備え、
    　前記圧力解放部材は、前記蓋、前記圧力解放部材、前記電流遮断部材、および、前記絶縁層の積層方向と直交する方向において、前記圧力解放部材と前記電流遮断部材が接続される位置と、前記圧力解放部材と前記蓋が接している位置との間に、前記電流遮断部材側に開口した少なくとも１つの溝を有することを特徴とする電池の安全機構。
  2. 　前記積層方向に沿った断面の断面視で、前記溝が設けられている位置の前記圧力解放部材の最小厚みは、０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電池の安全機構。
  3. 　前記溝の深さは、０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の電池の安全機構。
  4. 　前記圧力解放部材は、前記溝を複数有することを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の電池の安全機構。
  5. 　前記溝には、第１の溝と、前記第１の溝よりも外側に位置する第２の溝が含まれており、
    　前記第１の溝と前記第２の溝の深さは異なることを特徴とする請求項４に記載の電池の安全機構。
  6. 　前記第１の溝は、前記第２の溝よりも深いことを特徴とする請求項５に記載の電池の安全機構。
  7. 　前記積層方向に沿った断面の断面視で、前記第１の溝が設けられている位置の前記圧力解放部材の最小厚みは、０．１ｍｍ以上０．１９ｍｍ以下であり、前記第２の溝が設けられている位置の前記圧力解放部材の最小厚みは、０．１１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の電池の安全機構。
  8. 　前記第１の溝の深さは、０．１１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であり、前記第２の溝の深さは、０．１ｍｍ以上０．１９ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６または７に記載の電池の安全機構。
  9. 　前記第２の溝は、前記蓋と前記圧力解放部材とが接している領域のうちの内側の接触端の近傍に位置することを特徴とする請求項５～８のいずれか一項に記載の電池の安全機構。
  10. 　前記積層方向に見たときの前記溝の形状は、円形または円弧状の形状であることを特徴とする請求項１～９のいずれか一項に記載の電池の安全機構。
  11. 　前記電流遮断部材は、前記圧力解放部材と接続するための凸部と、平板状の形状の平板部とを有しており、
    　前記圧力解放部材は、平板状の形状を有することを特徴とする請求項１～１０のいずれか一項に記載の電池の安全機構。
  12. 　前記圧力解放部材は、前記電流遮断部材と接続するための凸部と、平板状の形状の平板部とを有しており、
    　前記電流遮断部材は、平板状の形状を有することを特徴とする請求項１～１０のいずれか一項に記載の電池の安全機構。
  13. 　前記電流遮断部材は、前記積層方向と直交する方向において、前記電流遮断部材と前記圧力解放部材が接続される位置と、前記電流遮断部材と前記絶縁層が接している位置との間に、前記圧力解放部材側に開口した溝を有することを特徴とする請求項１～１２のいずれか一項に記載の電池の安全機構。
  14. 　前記圧力解放部材は、アルミニウム、チタン、白金および金のうちの少なくとも１つからなることを特徴とする請求項１～１３のいずれか一項に記載の電池の安全機構。
  15. 　前記電流遮断部材は、アルミニウム、チタン、白金および金のうちの少なくとも１つからなることを特徴とする請求項１～１４のいずれか一項に記載の電池の安全機構。
  16. 　前記絶縁層は、前記圧力解放部材と前記電流遮断部材とを接着する接着層であることを特徴とする請求項１～１５のいずれか一項に記載の電池の安全機構。
  17. 　正極、負極、および、前記正極と前記負極の間に設けられたセパレータを含む電極体と、
    　前記電極体を収容する電池缶と、
    　前記電池缶に取り付けられた請求項１～１６のいずれか一項に記載の電池の安全機構と、
    を備えることを特徴とする電池。
  18. 　円筒形のリチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項１７に記載の電池。
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