安全性が向上した二次電池
【課題】釘の貫通時に電流が包装材をなすアルミニウム層または包装材の外側の金属箔へと流れ、電池の内部における発熱を抑制し、安全性を向上した電池を提供する。
【解決手段】二次電池を構成する正極／負極の外郭の全体及び正極／負極の各電極端子の一部分を包む電池包装材は、外側から高分子層６、アルミニウム層５、接着層４を含むラミネートフィルム形態からなり、アルミニウム層５は、正極端子１または負極端子２と、前記正極または負極を通ることなく、通電可能に接続され、そして、前記アルミニウム層５は前記の正極または負極と電気的に絶縁されてなり、前記電池包装材のアルミニウム層５と正極端子１または負極端子２とが、直接に接続される構造を有するか、または電気伝導性物質が介在して接続される構造を有することを特徴とする二次電池。
【解決手段】二次電池を構成する正極／負極の外郭の全体及び正極／負極の各電極端子の一部分を包む電池包装材は、外側から高分子層６、アルミニウム層５、接着層４を含むラミネートフィルム形態からなり、アルミニウム層５は、正極端子１または負極端子２と、前記正極または負極を通ることなく、通電可能に接続され、そして、前記アルミニウム層５は前記の正極または負極と電気的に絶縁されてなり、前記電池包装材のアルミニウム層５と正極端子１または負極端子２とが、直接に接続される構造を有するか、または電気伝導性物質が介在して接続される構造を有することを特徴とする二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、安全性が向上した新規構造の包装材で包まれた二次電池に係る。特に、本発明の包装材は、リチウム二次電池、特にリチウムポリマー電池に使用可能である。
【背景技術】
【０００２】
非水溶性電解質を使用するリチウム二次電池は、高電圧、高容量、高出力、軽量性であることからポータブル電子機器の動力源として、最近、その需要が拡大している。しかしながら、この種のリチウム二次電池は、安全性に問題があるため、これを解決するための研究が盛んに行われている。リチウム二次電池が過充電すると、正極から過剰のリチウムイオンが放出され負極へ移動して吸蔵されつつ、負極の表面から反応性の非常に大きいリチウム金属が析出され、正極も熱的に不安定な状態になり、電解液として使用する有機溶媒の分解反応による急激な発熱反応により電池が発火、爆発する等の安全性の問題が生じる。
【０００３】
また、釘のように電気伝導性を有する物質が電池を貫通すると、電池内部の電気化学的エネルギーが熱エネルギーに変わりながら急激な発熱を引き起こし、これに伴う熱により正極または負極物質が化学反応を引き起こすことで急激な発熱反応を引き起こし、電池が発火、爆発する等の安全性の問題が生じる。
【０００４】
更に、釘の貫通、圧着、衝撃、高温への露出等の場合、電池の内部における正極と負極との間に局部的にショートが生じる。この時、局部的に過度な電流が流れ、この電流により発熱が生じる。局部的なショートによるショート電流の大きさは抵抗に反比例するため、ショート電流は抵抗の低い方に多く流れ、主に集電体として使用する金属箔を介して電流が流れるようになり、この時の発熱を計算してみると、図１に示すように、釘が貫通した部分を中心に局部的に非常に高い発熱が生じることが分かる。
【０００５】
電池の内部において発熱が生じると、電池の内部を構成している正極、負極及び電解液が相互反応したり燃焼し、この反応は、非常に大きな発熱反応であるため、結局として電池が発火するか爆発してしまう。よって、電池の内部における発熱は、極力生じないようにする必要がある。
【０００６】
また、電池が重い物体で圧着されたり、強い衝撃を受けたり、電池が高温に曝される場合にもこのような安全性の問題が生じる。このような安全性の問題は、リチウム二次電池の高容量化に伴い、エネルギー密度が増大するにつれて一層重要な問題になる。
【０００７】
一般に、リチウム二次電池は、正極活物質として含リチウム転移金属酸化物を使用し、例えば、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＭｎＯ２及びＬｉＮｉ１−ＸＣｏＸＯ２（ここで、０＜Ｘ＜１）よりなる群から選ばれた少なくとも１種である。また、負極活物質として炭素、リチウム金属または合金を使用し、その他、リチウムイオンを吸蔵・放出でき、リチウムに対する電位が２Ｖ未満であるＴｉＯ２、ＳｎＯ２のような金属酸化物も使用可能である。また、非水電解液として環状カーボネートと鎖状カーボネートを使用する。非水電解液には、リチウム塩を含み、具体的に例を挙げると、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、及びＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２よりなる群から選ばれる。
【０００８】
このようにして製造されたリチウム二次電池は、特に充電された状態で正極または負極と非水電解液とが高温で反応し合って大きな反応熱を発生し、このような熱による連鎖的な発熱反応が電池の安全性の問題を引き起こす原因になる。
【０００９】
過充電時の安全性を向上するために、非水電解液に添加剤を添加することで該問題を解決しているが、前述したような釘の貫通、圧着、衝撃、高温への露出等の状況下において安全性を確保するには、非水電解液に添加剤を添加することだけでは解決することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前記のような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであって、釘の貫通、圧着、衝撃、高温への露出等の状況下においても安全性が確保されたリチウム二次電池を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、釘の貫通、圧着、衝撃、高温への露出等により電池の内部における正極と負極との間に局部的ショートが生じ、これにより集電体を介して局部的に過度な電流が流れることを抑制するために、前記ショート電流を電池包装材を構成するアルミニウム層または電池包装材の表側に別に備えた金属箔の方に分散させることで電池の安全性を確保しようとする。
【００１２】
このために、本発明者は、リチウム二次電池、特に、リチウムポリマー電池において多く使用されているアルミニウムラミネート包装材のアルミニウム層と正極端子または負極端子とを電気が流れるように接続しようとする。
【００１３】
また、このために、本発明者は、アルミニウムラミネート包装材の内側にアルミニウム、銅等の電気伝導性及び／または熱伝導性を有する金属箔を少なくとも１種備え、この金属箔を正極及び／または負極端子に１つまたは２つ以上複合的に接続することで電気が流れるようにする。
【００１４】
本発明は、二次電池において、二次電池を構成する正極／負極の外郭の全体及び正極／負極の各電極端子の一部分を包む電池包装材が備えられ、電池包装材は、外側に高分子層、内側にアルミニウム層及びアルミニウム層の内側の一部分に接着層を含むラミネートフィルム形態からなり、電池包装材のアルミニウム層は、電池の正極端子と負極端子のいずれか一方と通電可能に接続されたことを特徴とする二次電池を提供する。
【００１５】
また、本発明は、外側に高分子層、内側にアルミニウム層及びアルミニウム層の内側の一部分に接着層を含むラミネートフィルム形態からなる電池包装材であって、正極端子または負極端子と接する電池包装材の接着層の一部が除去され、該除去された部分に電気伝導性物質からなる切片が挿入されたことを特徴とする電池包装材を提供する。
【００１６】
更に、本発明は、外側に高分子層、内側にアルミニウム層及びアルミニウム層の内側の一部分に接着層を含むラミネートフィルム形態からなる電池包装材であって、電池包装材の外側の高分子層の少なくとも一部が除去され、該除去された部分に電気伝導性物質からなる切片が挿入されたことを特徴とする電池包装材を提供する。
【００１７】
一方、本発明は、二次電池において、二次電池を構成する正極／負極の外郭の全体及び正極／負極の各電極端子の一部分を包む電池包装材が備えられ、電池包装材は、外側に高分子層、内側にアルミニウム層及びアルミニウム層の内側の一部分に接着層を含むラミネートフィルム形態からなり、前記電池包装材の外側の上面と底面の少なくとも一面に電気伝導性の金属箔が更に備えられ、電気伝導性箔は、正極端子と負極端子のいずれか一方と通電可能に接続されたことを特徴とする二次電池を提供する。
【００１８】
また、本発明は、外側に高分子層、内側にアルミニウム層及びアルミニウム層の内側の一部分に接着層を含むラミネートフィルム形態からなる電池包装材であって、前記電池包装材の外側の上面と底面の少なくとも一面に電気伝導性の金属箔が更に備えられていることを特徴とする電池包装材を提供する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、包装材のアルミニウム層と正極端子または負極端子とを電気的に接続することにより、釘の貫通、圧着、衝撃、高温への露出等の状況下においてショート電流が包装材のアルミニウム層に流れるようにすることで電池の内部における発熱を抑制し、電池の安全性を向上することができる。また、本発明によれば、包装材の外側に設けた電気伝導性の金属箔と正極端子との接続、または包装材の外側に設けた電気伝導性の金属箔と負極端子との接続により、釘の貫通、圧着、衝撃、高温への露出等の状況下においてショート電流が包装材の外側の金属箔に流れるようにすることで電池の内部における発熱を抑制し、電池の安全性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】電池に釘が貫通した時における、釘の貫通部分を中心にした温度の変化を示すグラフである。
【図２】一般の包装材で包装されたリチウム二次電池の斜視図である。
【図３】図２中の点線部分の断面図である。
【図４】本発明の一実施態様であって、電気伝導性の金属切片を包装材の内部に挿入して包装材のアルミニウム層と正極端子とを接続した電池の断面図である。
【図５】本発明の一実施態様であって、電気伝導性の金属切片を包装材の内部に挿入して包装材のアルミニウム層と負極端子とを接続した電池の断面図である。
【図６】図３に示す包装材から高分子層６の全部を除去した電池の断面図である。
【図７】図３に示す包装材から正極端子側の高分子層６の一部を除去した電池の断面図である。
【図８】図３に示す包装材から負極端子側の高分子層６の一部を除去した電池の断面図である。
【図９】本発明の一実施態様であって、包装材の高分子層を除去し包装材の外側に設けた電気伝導性物質を介してアルミニウム層５と正極端子１または負極端子２とを電気が流れるように接続したリチウム二次電池の斜視図である。
【図１０】図９中の点線部分の断面図の一例として、本発明の一実施態様であって包装材の高分子層を全部除去し包装材の外側に設けた電気伝導性物質を介してアルミニウム層５と正極端子１とを接続したリチウム二次電池の断面図である。
【図１１】図９中の点線部分の断面図の一例として、本発明の一実施態様であって包装材の高分子層を全部除去し包装材の外側に設けた電気伝導性物質を介してアルミニウム層５と負極端子２とを接続したリチウム二次電池の断面図である。
【図１２】本発明の一実施態様であって、包装材の外側に付着した単一の金属箔を電池の端子に接続したリチウム二次電池の斜視図である。
【図１３】本発明の一実施態様であって、包装材の外側に付着した２つの金属箔を使用し、それぞれ電池の上面、底面に付着し金属箔を電池の端子に接続したリチウム二次電池の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明により製造可能な二次電池は、リチウム二次電池が好ましく、リチウム二次電池は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極、多孔性セパレーター膜、及び電解液を含む。
【００２２】
図２は、一般の包装材により包装されたリチウム二次電池を示す図であり、電池包装材は、外側に高分子層、内側にアルミニウム層及びアルミニウム層の内側の一部分に接着層を含むラミネートフィルム形態からなる。図３は、図２中の点線部分、即ち、正極／負極端子を包んだ包装材部分の断面図である。図３中、正極／負極端子を包んだ電池包装材の部分は、内側をなす接着層４、中間側をなすアルミニウム層５、外側をなす高分子層６からなり、内側の接着層の間から正極端子１または負極端子２が外部に接続されている。この時、端子は、端子フィルム３で塗布してもよい。
【００２３】
端子フィルム３は、接着層４と端子１、２との接着性を向上するために使用される特殊な高分子である。一般に、接着層は、接着層同士の接着力には優れているものの、アルミニウムやニッケル、銅等からなる端子との接着力には優れていない。従って、金属端子と接着層の高分子との接着力を向上するために端子フィルムを使用することが好ましい。
【００２４】
端子フィルム３は、電気的に絶縁性を有する高分子を使用し、一般に接着層において使用されるポリオレフィン系の高分子に添加剤を混ぜ込んで作製する。
【００２５】
接着層４は、電池の包装時、包装材の両面を貼り合わせることで外部から水分や異物が電池の内部に侵入しないようにし、電池の内部の電解液等が外部へと漏れないようにする役割を果たすものであって、電解液のような有機物に対して耐久性を有し、熱融着時における円滑な貼り合わせのために熱可塑性樹脂からなり、電気的に絶縁性を有する材料からなる。現に使用されている接着層は、主にポリオレフィン系樹脂のポリエチレンやポリプロピレン、またはこれらの共重合体等から作製されている。
【００２６】
アルミニウム層５は、包装材を成形する時における成形を可能にし、水分等の浸透や電解液の漏液等を防止する役割を果たす。アルミニウム層は、電気伝導性と熱伝導性に非常に優れているアルミニウム金属からなる。
【００２７】
最表側の高分子層６は、外部からの電池の保護及び印刷を可能にし、電池の両端子が同時に接触してもショートしないように電気伝導性のない材料からなる。現に使用されている高分子は、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙ Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）やナイロン系である。
【００２８】
従って、従来の電池は、包装材のアルミニウム層と端子とが端子フィルムや接着層により電気的に絶縁されており、電流が流れないようになっている。
【００２９】
本発明の一実施態様は、電池の安全性を確保するために正極端子１とアルミニウム層５とまたは負極端子２とアルミニウム層５とが電気伝導するようにまたは電気が流れるように、正極端子１とアルミニウム層５とまたは負極端子２とアルミニウム層５とを接続することを特徴とする。
【００３０】
本発明により包装材のアルミニウム層と正極端子とが電気が流れるように接続されるか、または包装材のアルミニウム層と負極端子とが電気が流れるように接続されると、釘の貫通等のような状況下において電流が包装材のアルミニウム層へと流れ、包装材において発熱が生じるため、電池の内部における発熱が生じなくなるかまたは小さい発熱が生じるようになる。
【００３１】
しかし、釘の貫通等の特殊な状況が生じていない平常時には、包装材のアルミニウム層の電圧が部位を問わず同一であるため電流が流れない。そして、包装材は、電気的に絶縁性を有する高分子層で被覆されているため、他の端子が包装材の外側に接触しても電流が流れない。従って、このような包装材を使用すれば、平常時には、包装材のアルミニウム層へと電流が流れず、釘の貫通等の危険な状況になると、包装材のアルミニウム層へと電流が流れ、電池の内部への電流の流れを抑制し、この結果、電池の安全性を確保することができる。
【００３２】
本発明は、金属製の端子と金属製の包装材のアルミニウム層とを直接に接続するか、または電気伝導性物質を介在して接続することにより電流が流れるようにしたものである。
【００３３】
前記電池包装材のアルミニウム層と両電極端子のいずれか一方とが直接に接続された構造は、電池の外郭を電池包装材で包んだ状態で当該端子と接する部分を他の部分より強く押して熱融着することで接続する方法、電池包装材の接着層４の一部を除去することで接続する方法、当該端子に端子フィルムが被覆された場合、該端子フィルム３の一部を除去することで接続する方法、または電池包装材の接着層４と電極端子を被覆する端子フィルム３の対応部分を除去することで接続する方法等により提供することができる。
【００３４】
アルミニウム層と端子とを直接に接続すると、アルミニウム層は、電気伝導性と熱伝導性に非常に優れているアルミニウム金属製であることから、平常時または如何なる特殊な状況下においても電池の内部の熱を端子を介してアルミニウム層へと分散することができる。
【００３５】
一方、電池包装材のアルミニウム層と両電極端子のいずれか一方とを電気伝導性物質を介在して接続した構造は、当該端子と接する電池包装材の接着層の一部を除去し、該除去された部分と当該端子との間に電気伝導性物質からなる切片を挿入することで接続する方法、電池包装材の外側の高分子層の少なくとも一部を除去し、該除去された部分と当該端子との間に電気伝導性物質からなる切片または層を挿入することで接続する方法等により提供することができる。
【００３６】
図４、図５には、正極端子または負極端子に接着される接着層の部分に電気伝導性物質からなる切片７を挿入する方法が例示されている。
【００３７】
図６乃至図１１には、アルミニウムラミネート包装材の外側の高分子層を一部または全部除去し、外部に露出されたアルミニウム層と正極端子または負極端子とを電気伝導性物質からなる切片または層の挿入により接続する方法が例示されている。
【００３８】
即ち、図６は、包装材の高分子層６を全部除去した状態を示し、図７、図８は、高分子層６を一部除去した状態を示している。前記のように包装材の高分子層が除去されると、アルミニウム層５が外部に露出され、その表側に電気伝導性物質からなる切片または層を導入することで前記電気伝導性物質を介してアルミニウム層５と正極端子１または負極端子２とを接続する。金属と金属とを接続する方法としては、アーク溶接と抵抗溶接があり、包装材のアルミニウム層と前記電気伝導性物質とは、抵抗溶接を用いて接続し、電気伝導性物質と正極端子または負極端子とは、アーク溶接を用いて接続することができる。
【００３９】
図９には、本発明の一例として包装材の外側に配される電気伝導性物質を介してアルミニウム層５と正極端子１または負極端子２とを電気が流れるように接続したリチウム二次電池の斜視図が示されており、図９中の点線部分の断面を図１０、図１１に示している。
【００４０】
本発明において使用可能な電気伝導性物質としては、電気伝導性を有する金属であればよく、例えば、アルミニウム金属、銅金属、ニッケル金属等が挙げられる。
【００４１】
前記電気伝導性物質としては、熱伝導性にも優れているものであることが好ましく、この場合、平常時または如何なる特殊な状況下においても電池の内部の熱を、端子及び熱伝導性を有する電気伝導性物質を順次に経てアルミニウム層へと分散することができる。
【００４２】
この他にも、各種の方法で端子と包装材のアルミニウム層とを接続し、電気が流れるようにすることができる。
【００４３】
一方、包装材をなすアルミニウム層と端子とを接続すると、空間の活用面において有利である。
【００４４】
本発明の他の一実施態様は、電池の安全性を確保するために電池包装材の外側の上面または底面（図１２）、または両面（図１３）に電気伝導性及び／または熱伝導性を有する金属箔８を付着し、前記金属箔を正極端子１、負極端子２、または両端子に接続することを特徴とする。
【００４５】
本発明により包装材の外側に配される金属箔と正極端子とが電気が流れるように接続されるか、または包装材の外側に配される金属箔と負極端子とが電気が流れるように接続されると、釘の貫通等のような状況下において電流が包装材の外側に配される金属箔へと流れ、そこから発熱が生じるため、電池の内部における発熱が生じなくなるか、または小さい発熱が生じるようになる。
【００４６】
しかし、釘の貫通等の特殊な状況が生じていない平常時には、包装材の外側に配されている金属箔の電圧が部位を問わず同一であるため電流が流れない。
【００４７】
従って、このような包装材を使用すれば、平常時には、包装材の外側の金属箔へと電流が流れず、釘の貫通等の危険な状況になると、包装材の外側の金属箔へと電流が流れ、電池の内部への電流の流れを抑制し、この結果、電池の安全性を確保することができる。
【００４８】
包装材の外側に配されている金属箔は、露出された状態で使用してもよく、また、電気的に絶縁性を有する高分子層で被覆して使用してもよい。
【００４９】
本発明は、図１２、図１３に示すように電気伝導性及び／または熱伝導性を有する金属箔を電池の上面または底面、または両面に単一金属として付着し、正極端子または負極端子と接続する。２つ以上の金属箔を複合的に使用する場合には、金属箔との間にセパレータ膜のような非伝導性物質を挿入して複合的に片面または両面に付着し、正極または負極端子と接続する方法等がある。この時、セパレータ膜のような非伝導性物質は、両箔の間に挿入され、ショート防止の役割を果たす。
【００５０】
正極または負極端子と包装材の外側の金属箔とを接続する方法の非制限的な例としては、超音波溶接、アーク溶接と抵抗溶接がある。この他にも、各種の方法で端子と包装材の外側の金属箔とを接続することで電気が流れるようにすることができる。
【００５１】
本発明において使用可能な電気伝導性金属箔の材料としては、電気伝導性を有するいずれの金属、金属酸化物またはこれらの合金が使用可能である。例えば、アルミニウム金属、銅金属、ニッケル金属等がある。
【００５２】
金属箔がアルミニウム箔である場合、アルミニウム箔と正極端子とが接続されたことが好ましく、金属箔が銅箔である場合、銅箔と負極端子とが接続されたことが好ましい。しかし、金属箔が電気伝導性に優れている限り、金属箔の材料種によらず金属箔を正極端子または負極端子に接続してもよい。
【００５３】
また、前記電気伝導性金属箔は、熱伝導性にも優れていることが好ましく、この場合、平常時または如何なる特殊な状況下においても電池の内部の熱を端子を介して熱伝導性を有する金属箔へと分散することができる。
【００５４】
金属箔の間に挿入するセパレータ膜として使用される非伝導性物質の非制限的な例としては、電池の多孔性セパレータ膜と同様にＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ＰＥ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）等があり、非伝導性高分子物質であればよい。
【００５５】
包装材の内側に金属箔を付着する場合は、金属箔から生じた熱が外へと発散され難いという不具合があるのに対し、本発明により包装材の外側に金属箔を付着する場合は、熱発散が容易であるという長所がある。また、電池の内部には、熱が加えられると非常に不安定になり急激な化学反応を引き起こす正極材料、負極材料、電解質等があるため、包装材の内側に金属箔を付着する場合、金属箔から熱が発生すると、周りにある正極材料、負極材料、電解質等を加熱し急激な化学反応を引き起こしかねなく、これは、電池の発火や爆発等の安全性の問題につながり得る。
【００５６】
一方、本発明に係る電池の包装材は、アルミニウム層を含むが、このアルミニウム層に取って代わって、電気伝導性を有し包装材に成形性が与えられる所定の他の材料からなる層を含んでもよく、かかる層を含む包装材で包まれた電池も本発明の均等範囲に属する。
【００５７】
本発明が使用可能な電池の例として、ａ）リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極；ｂ）リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極；ｃ）多孔性セパレータ膜；及びｄ）リチウム塩と電解液の化合物を含む非水電解液を含むリチウム二次電池がある。
【００５８】
前記非水電解液は、環状カーボネートと鎖状カーボネートを含む。前記環状カーボネートの例を挙げると、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、γ-ブチルラクトン（ＧＢＬ）等がある。前記鎖状カーボネートの例を挙げると、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）及びメチルプロピルカーボネート（ＭＰＣ）よりなる群から選ばれた少なくとも１種であることが好ましい。
【００５９】
前記非水電解液に含まれるリチウム塩としては、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、及びＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２よりなる群から選ばれることが好ましい。
【００６０】
前記負極活物質としては、炭素、リチウム金属または合金を使用することが好ましい。その他、リチウムイオンを吸蔵・放出でき、リチウムに対する電位が２Ｖ未満であるＴｉＯ２、ＳｎＯ２のような金属酸化物も使用可能である。
【００６１】
前記正極活物質としては、含リチウム転移金属酸化物が好ましく、例えば、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＭｎＯ２及びＬｉＮｉ１−ＸＣｏＸＯ２（ここで、０＜Ｘ＜１）よりなる群から選ばれた少なくとも１種であることが好ましい。ＭｎＯ２のような金属酸化物或いはこれらの組合わせからなる正極でもよい。
【００６２】
また、前記多孔性セパレータ膜の例としてポリオレフィン系多孔性セパレータ膜がある。
【００６３】
本発明のリチウムイオン二次電池は、通常の方法で負極と正極との間に多孔性のセパレータ膜を挿入し、前記ＬｉＰＦ６等のリチウム塩と添加剤を含む非水電解液を投入して製造することができる。
【００６４】
本発明に係る二次電池の外形は、アルミニウムラミネートフィルムからなるポーチ状電池に適用され得る。
【００６５】
以下の実施例に基づき、本発明をより詳しく説明する。なお、以下の実施例は、本発明を例示するためのものであるに過ぎず、本発明を限定するものではない。
【実施例】
【００６６】
実施例１
電解液としてＥＣ：ＥＭＣ＝１：２の組成を有する１Ｍ ＬｉＰＦ６溶液を使用し、負極には人造黒鉛を使用し、正極にはＬｉＣｏＯ２を使用した。これらを用いて、通常の方法で３８３５６２型リチウムポリマー電池を製造し、これをアルミニウムラミネート包装材を用いて包装し、包装材のアルミニウム層と正極端子とを接続するために正極端子側の端子フィルムの一部を除去した後、この部分にアルミニウム金属切片を挿入し熱融着して電池を製造した。
【００６７】
実施例２
前記実施例１と同様な方法で製造し、包装材のアルミニウム層と負極端子とを接続するためにニッケル金属切片を挿入して電池を製造した。
【００６８】
実施例３
電解液としてＥＣ：ＥＭＣ＝１：２の組成を有する１Ｍ ＬｉＰＦ６溶液を使用し、負極には人造黒鉛を使用し、正極にはＬｉＣｏＯ２を使用した。これらを用いて、通常の方法で３８３５６２型リチウムポリマー電池を製造し、これをアルミニウムラミネート包装材を用いて包装し、包装材の外側の高分子層を一部除去してアルミニウム層を外部に露出させた後、アルミニウム切片を包装材のアルミニウム層、正極端子のそれぞれと溶接を行い、包装材のアルミニウム層と正極端子とを電気が流れるように接続して電池を製造した。
【００６９】
実施例４
前記実施例３と同様な方法で製造し、アルミニウム切片を包装材のアルミニウム層、負極端子のそれぞれと溶接を行い、包装材のアルミニウム層と負極端子とを電気が流れるように接続して電池を製造した。
【００７０】
実施例５
電解液としてＥＣ：ＥＭＣ＝１：２の組成を有する１Ｍ ＬｉＰＦ６溶液を使用し、負極には人造黒鉛を使用し、正極にはＬｉＣｏＯ２を使用した。これらを用いて、通常の方法で３８３５６２型リチウムポリマー電池を製造し、これをアルミニウムラミネート包装材を用いて包装し、包装材の外側の両面にアルミニウム箔を付着し、これを正極端子と超音波溶接にて接続して電池を製造した。
【００７１】
実施例６
前記実施例５と同様な方法で製造し、包装材の外側の両面に銅箔を付着し、これを負極端子と接続して電池を製造した。
【００７２】
実施例７
前記実施例５と同様な方法で製造し、包装材の外側の両面にアルミニウム箔と銅箔を共に付着し、それぞれを正極端子と負極端子と接続して電池を製造した。この時、両箔の間にセパレータ膜のような非伝導性物質を挿入してショートを防止した。
【００７３】
比較例１
前記実施例１と同様な方法で製造し、正極または負極端子と包装材のアルミニウム層とを接続せず、また包装材の外側に金属箔を付着せずに電池を製造した。
【００７４】
（釘の貫通試験）
実施例１乃至４、実施例５乃至７、比較例１で製造した電池をフル充電した状態の電池を用意した。釘の貫通試験機を使用して鉄製の直径２．５ｍｍの釘を上方から電池の中央に貫通した。
【００７５】
釘の貫通速度によって電池の安全性が変わってくるため、貫通速度が調節できる装置を使用して一定の速度で釘が貫通するようにした。電池の安全性の度合いを把握するために釘の貫通速度を様々に変えて試験を行った。前記比較例１の場合、秒当たりに１ｃｍの速度で釘を貫通させる場合にも電池が発火したが、実施例１乃至４、実施例５乃至７の場合には、秒当たりに１０ｃｍの速度で釘を貫通させる場合にも電池が発火しなかった。
【００７６】
釘の貫通試験の結果を、次の表１にまとめた。
【表１】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、安全性が向上した新規構造の包装材で包まれた二次電池に係る。特に、本発明の包装材は、リチウム二次電池、特にリチウムポリマー電池に使用可能である。
【背景技術】
【０００２】
非水溶性電解質を使用するリチウム二次電池は、高電圧、高容量、高出力、軽量性であることからポータブル電子機器の動力源として、最近、その需要が拡大している。しかしながら、この種のリチウム二次電池は、安全性に問題があるため、これを解決するための研究が盛んに行われている。リチウム二次電池が過充電すると、正極から過剰のリチウムイオンが放出され負極へ移動して吸蔵されつつ、負極の表面から反応性の非常に大きいリチウム金属が析出され、正極も熱的に不安定な状態になり、電解液として使用する有機溶媒の分解反応による急激な発熱反応により電池が発火、爆発する等の安全性の問題が生じる。
【０００３】
また、釘のように電気伝導性を有する物質が電池を貫通すると、電池内部の電気化学的エネルギーが熱エネルギーに変わりながら急激な発熱を引き起こし、これに伴う熱により正極または負極物質が化学反応を引き起こすことで急激な発熱反応を引き起こし、電池が発火、爆発する等の安全性の問題が生じる。
【０００４】
更に、釘の貫通、圧着、衝撃、高温への露出等の場合、電池の内部における正極と負極との間に局部的にショートが生じる。この時、局部的に過度な電流が流れ、この電流により発熱が生じる。局部的なショートによるショート電流の大きさは抵抗に反比例するため、ショート電流は抵抗の低い方に多く流れ、主に集電体として使用する金属箔を介して電流が流れるようになり、この時の発熱を計算してみると、図１に示すように、釘が貫通した部分を中心に局部的に非常に高い発熱が生じることが分かる。
【０００５】
電池の内部において発熱が生じると、電池の内部を構成している正極、負極及び電解液が相互反応したり燃焼し、この反応は、非常に大きな発熱反応であるため、結局として電池が発火するか爆発してしまう。よって、電池の内部における発熱は、極力生じないようにする必要がある。
【０００６】
また、電池が重い物体で圧着されたり、強い衝撃を受けたり、電池が高温に曝される場合にもこのような安全性の問題が生じる。このような安全性の問題は、リチウム二次電池の高容量化に伴い、エネルギー密度が増大するにつれて一層重要な問題になる。
【０００７】
一般に、リチウム二次電池は、正極活物質として含リチウム転移金属酸化物を使用し、例えば、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＭｎＯ２及びＬｉＮｉ１−ＸＣｏＸＯ２（ここで、０＜Ｘ＜１）よりなる群から選ばれた少なくとも１種である。また、負極活物質として炭素、リチウム金属または合金を使用し、その他、リチウムイオンを吸蔵・放出でき、リチウムに対する電位が２Ｖ未満であるＴｉＯ２、ＳｎＯ２のような金属酸化物も使用可能である。また、非水電解液として環状カーボネートと鎖状カーボネートを使用する。非水電解液には、リチウム塩を含み、具体的に例を挙げると、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、及びＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２よりなる群から選ばれる。
【０００８】
このようにして製造されたリチウム二次電池は、特に充電された状態で正極または負極と非水電解液とが高温で反応し合って大きな反応熱を発生し、このような熱による連鎖的な発熱反応が電池の安全性の問題を引き起こす原因になる。
【０００９】
過充電時の安全性を向上するために、非水電解液に添加剤を添加することで該問題を解決しているが、前述したような釘の貫通、圧着、衝撃、高温への露出等の状況下において安全性を確保するには、非水電解液に添加剤を添加することだけでは解決することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前記のような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであって、釘の貫通、圧着、衝撃、高温への露出等の状況下においても安全性が確保されたリチウム二次電池を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、釘の貫通、圧着、衝撃、高温への露出等により電池の内部における正極と負極との間に局部的ショートが生じ、これにより集電体を介して局部的に過度な電流が流れることを抑制するために、前記ショート電流を電池包装材を構成するアルミニウム層または電池包装材の表側に別に備えた金属箔の方に分散させることで電池の安全性を確保しようとする。
【００１２】
このために、本発明者は、リチウム二次電池、特に、リチウムポリマー電池において多く使用されているアルミニウムラミネート包装材のアルミニウム層と正極端子または負極端子とを電気が流れるように接続しようとする。
【００１３】
また、このために、本発明者は、アルミニウムラミネート包装材の内側にアルミニウム、銅等の電気伝導性及び／または熱伝導性を有する金属箔を少なくとも１種備え、この金属箔を正極及び／または負極端子に１つまたは２つ以上複合的に接続することで電気が流れるようにする。
【００１４】
本発明は、二次電池において、二次電池を構成する正極／負極の外郭の全体及び正極／負極の各電極端子の一部分を包む電池包装材が備えられ、電池包装材は、外側に高分子層、内側にアルミニウム層及びアルミニウム層の内側の一部分に接着層を含むラミネートフィルム形態からなり、電池包装材のアルミニウム層は、電池の正極端子と負極端子のいずれか一方と通電可能に接続されたことを特徴とする二次電池を提供する。
【００１５】
また、本発明は、外側に高分子層、内側にアルミニウム層及びアルミニウム層の内側の一部分に接着層を含むラミネートフィルム形態からなる電池包装材であって、正極端子または負極端子と接する電池包装材の接着層の一部が除去され、該除去された部分に電気伝導性物質からなる切片が挿入されたことを特徴とする電池包装材を提供する。
【００１６】
更に、本発明は、外側に高分子層、内側にアルミニウム層及びアルミニウム層の内側の一部分に接着層を含むラミネートフィルム形態からなる電池包装材であって、電池包装材の外側の高分子層の少なくとも一部が除去され、該除去された部分に電気伝導性物質からなる切片が挿入されたことを特徴とする電池包装材を提供する。
【００１７】
一方、本発明は、二次電池において、二次電池を構成する正極／負極の外郭の全体及び正極／負極の各電極端子の一部分を包む電池包装材が備えられ、電池包装材は、外側に高分子層、内側にアルミニウム層及びアルミニウム層の内側の一部分に接着層を含むラミネートフィルム形態からなり、前記電池包装材の外側の上面と底面の少なくとも一面に電気伝導性の金属箔が更に備えられ、電気伝導性箔は、正極端子と負極端子のいずれか一方と通電可能に接続されたことを特徴とする二次電池を提供する。
【００１８】
また、本発明は、外側に高分子層、内側にアルミニウム層及びアルミニウム層の内側の一部分に接着層を含むラミネートフィルム形態からなる電池包装材であって、前記電池包装材の外側の上面と底面の少なくとも一面に電気伝導性の金属箔が更に備えられていることを特徴とする電池包装材を提供する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、包装材のアルミニウム層と正極端子または負極端子とを電気的に接続することにより、釘の貫通、圧着、衝撃、高温への露出等の状況下においてショート電流が包装材のアルミニウム層に流れるようにすることで電池の内部における発熱を抑制し、電池の安全性を向上することができる。また、本発明によれば、包装材の外側に設けた電気伝導性の金属箔と正極端子との接続、または包装材の外側に設けた電気伝導性の金属箔と負極端子との接続により、釘の貫通、圧着、衝撃、高温への露出等の状況下においてショート電流が包装材の外側の金属箔に流れるようにすることで電池の内部における発熱を抑制し、電池の安全性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】電池に釘が貫通した時における、釘の貫通部分を中心にした温度の変化を示すグラフである。
【図２】一般の包装材で包装されたリチウム二次電池の斜視図である。
【図３】図２中の点線部分の断面図である。
【図４】本発明の一実施態様であって、電気伝導性の金属切片を包装材の内部に挿入して包装材のアルミニウム層と正極端子とを接続した電池の断面図である。
【図５】本発明の一実施態様であって、電気伝導性の金属切片を包装材の内部に挿入して包装材のアルミニウム層と負極端子とを接続した電池の断面図である。
【図６】図３に示す包装材から高分子層６の全部を除去した電池の断面図である。
【図７】図３に示す包装材から正極端子側の高分子層６の一部を除去した電池の断面図である。
【図８】図３に示す包装材から負極端子側の高分子層６の一部を除去した電池の断面図である。
【図９】本発明の一実施態様であって、包装材の高分子層を除去し包装材の外側に設けた電気伝導性物質を介してアルミニウム層５と正極端子１または負極端子２とを電気が流れるように接続したリチウム二次電池の斜視図である。
【図１０】図９中の点線部分の断面図の一例として、本発明の一実施態様であって包装材の高分子層を全部除去し包装材の外側に設けた電気伝導性物質を介してアルミニウム層５と正極端子１とを接続したリチウム二次電池の断面図である。
【図１１】図９中の点線部分の断面図の一例として、本発明の一実施態様であって包装材の高分子層を全部除去し包装材の外側に設けた電気伝導性物質を介してアルミニウム層５と負極端子２とを接続したリチウム二次電池の断面図である。
【図１２】本発明の一実施態様であって、包装材の外側に付着した単一の金属箔を電池の端子に接続したリチウム二次電池の斜視図である。
【図１３】本発明の一実施態様であって、包装材の外側に付着した２つの金属箔を使用し、それぞれ電池の上面、底面に付着し金属箔を電池の端子に接続したリチウム二次電池の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明により製造可能な二次電池は、リチウム二次電池が好ましく、リチウム二次電池は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極、多孔性セパレーター膜、及び電解液を含む。
【００２２】
図２は、一般の包装材により包装されたリチウム二次電池を示す図であり、電池包装材は、外側に高分子層、内側にアルミニウム層及びアルミニウム層の内側の一部分に接着層を含むラミネートフィルム形態からなる。図３は、図２中の点線部分、即ち、正極／負極端子を包んだ包装材部分の断面図である。図３中、正極／負極端子を包んだ電池包装材の部分は、内側をなす接着層４、中間側をなすアルミニウム層５、外側をなす高分子層６からなり、内側の接着層の間から正極端子１または負極端子２が外部に接続されている。この時、端子は、端子フィルム３で塗布してもよい。
【００２３】
端子フィルム３は、接着層４と端子１、２との接着性を向上するために使用される特殊な高分子である。一般に、接着層は、接着層同士の接着力には優れているものの、アルミニウムやニッケル、銅等からなる端子との接着力には優れていない。従って、金属端子と接着層の高分子との接着力を向上するために端子フィルムを使用することが好ましい。
【００２４】
端子フィルム３は、電気的に絶縁性を有する高分子を使用し、一般に接着層において使用されるポリオレフィン系の高分子に添加剤を混ぜ込んで作製する。
【００２５】
接着層４は、電池の包装時、包装材の両面を貼り合わせることで外部から水分や異物が電池の内部に侵入しないようにし、電池の内部の電解液等が外部へと漏れないようにする役割を果たすものであって、電解液のような有機物に対して耐久性を有し、熱融着時における円滑な貼り合わせのために熱可塑性樹脂からなり、電気的に絶縁性を有する材料からなる。現に使用されている接着層は、主にポリオレフィン系樹脂のポリエチレンやポリプロピレン、またはこれらの共重合体等から作製されている。
【００２６】
アルミニウム層５は、包装材を成形する時における成形を可能にし、水分等の浸透や電解液の漏液等を防止する役割を果たす。アルミニウム層は、電気伝導性と熱伝導性に非常に優れているアルミニウム金属からなる。
【００２７】
最表側の高分子層６は、外部からの電池の保護及び印刷を可能にし、電池の両端子が同時に接触してもショートしないように電気伝導性のない材料からなる。現に使用されている高分子は、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙ Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）やナイロン系である。
【００２８】
従って、従来の電池は、包装材のアルミニウム層と端子とが端子フィルムや接着層により電気的に絶縁されており、電流が流れないようになっている。
【００２９】
本発明の一実施態様は、電池の安全性を確保するために正極端子１とアルミニウム層５とまたは負極端子２とアルミニウム層５とが電気伝導するようにまたは電気が流れるように、正極端子１とアルミニウム層５とまたは負極端子２とアルミニウム層５とを接続することを特徴とする。
【００３０】
本発明により包装材のアルミニウム層と正極端子とが電気が流れるように接続されるか、または包装材のアルミニウム層と負極端子とが電気が流れるように接続されると、釘の貫通等のような状況下において電流が包装材のアルミニウム層へと流れ、包装材において発熱が生じるため、電池の内部における発熱が生じなくなるかまたは小さい発熱が生じるようになる。
【００３１】
しかし、釘の貫通等の特殊な状況が生じていない平常時には、包装材のアルミニウム層の電圧が部位を問わず同一であるため電流が流れない。そして、包装材は、電気的に絶縁性を有する高分子層で被覆されているため、他の端子が包装材の外側に接触しても電流が流れない。従って、このような包装材を使用すれば、平常時には、包装材のアルミニウム層へと電流が流れず、釘の貫通等の危険な状況になると、包装材のアルミニウム層へと電流が流れ、電池の内部への電流の流れを抑制し、この結果、電池の安全性を確保することができる。
【００３２】
本発明は、金属製の端子と金属製の包装材のアルミニウム層とを直接に接続するか、または電気伝導性物質を介在して接続することにより電流が流れるようにしたものである。
【００３３】
前記電池包装材のアルミニウム層と両電極端子のいずれか一方とが直接に接続された構造は、電池の外郭を電池包装材で包んだ状態で当該端子と接する部分を他の部分より強く押して熱融着することで接続する方法、電池包装材の接着層４の一部を除去することで接続する方法、当該端子に端子フィルムが被覆された場合、該端子フィルム３の一部を除去することで接続する方法、または電池包装材の接着層４と電極端子を被覆する端子フィルム３の対応部分を除去することで接続する方法等により提供することができる。
【００３４】
アルミニウム層と端子とを直接に接続すると、アルミニウム層は、電気伝導性と熱伝導性に非常に優れているアルミニウム金属製であることから、平常時または如何なる特殊な状況下においても電池の内部の熱を端子を介してアルミニウム層へと分散することができる。
【００３５】
一方、電池包装材のアルミニウム層と両電極端子のいずれか一方とを電気伝導性物質を介在して接続した構造は、当該端子と接する電池包装材の接着層の一部を除去し、該除去された部分と当該端子との間に電気伝導性物質からなる切片を挿入することで接続する方法、電池包装材の外側の高分子層の少なくとも一部を除去し、該除去された部分と当該端子との間に電気伝導性物質からなる切片または層を挿入することで接続する方法等により提供することができる。
【００３６】
図４、図５には、正極端子または負極端子に接着される接着層の部分に電気伝導性物質からなる切片７を挿入する方法が例示されている。
【００３７】
図６乃至図１１には、アルミニウムラミネート包装材の外側の高分子層を一部または全部除去し、外部に露出されたアルミニウム層と正極端子または負極端子とを電気伝導性物質からなる切片または層の挿入により接続する方法が例示されている。
【００３８】
即ち、図６は、包装材の高分子層６を全部除去した状態を示し、図７、図８は、高分子層６を一部除去した状態を示している。前記のように包装材の高分子層が除去されると、アルミニウム層５が外部に露出され、その表側に電気伝導性物質からなる切片または層を導入することで前記電気伝導性物質を介してアルミニウム層５と正極端子１または負極端子２とを接続する。金属と金属とを接続する方法としては、アーク溶接と抵抗溶接があり、包装材のアルミニウム層と前記電気伝導性物質とは、抵抗溶接を用いて接続し、電気伝導性物質と正極端子または負極端子とは、アーク溶接を用いて接続することができる。
【００３９】
図９には、本発明の一例として包装材の外側に配される電気伝導性物質を介してアルミニウム層５と正極端子１または負極端子２とを電気が流れるように接続したリチウム二次電池の斜視図が示されており、図９中の点線部分の断面を図１０、図１１に示している。
【００４０】
本発明において使用可能な電気伝導性物質としては、電気伝導性を有する金属であればよく、例えば、アルミニウム金属、銅金属、ニッケル金属等が挙げられる。
【００４１】
前記電気伝導性物質としては、熱伝導性にも優れているものであることが好ましく、この場合、平常時または如何なる特殊な状況下においても電池の内部の熱を、端子及び熱伝導性を有する電気伝導性物質を順次に経てアルミニウム層へと分散することができる。
【００４２】
この他にも、各種の方法で端子と包装材のアルミニウム層とを接続し、電気が流れるようにすることができる。
【００４３】
一方、包装材をなすアルミニウム層と端子とを接続すると、空間の活用面において有利である。
【００４４】
本発明の他の一実施態様は、電池の安全性を確保するために電池包装材の外側の上面または底面（図１２）、または両面（図１３）に電気伝導性及び／または熱伝導性を有する金属箔８を付着し、前記金属箔を正極端子１、負極端子２、または両端子に接続することを特徴とする。
【００４５】
本発明により包装材の外側に配される金属箔と正極端子とが電気が流れるように接続されるか、または包装材の外側に配される金属箔と負極端子とが電気が流れるように接続されると、釘の貫通等のような状況下において電流が包装材の外側に配される金属箔へと流れ、そこから発熱が生じるため、電池の内部における発熱が生じなくなるか、または小さい発熱が生じるようになる。
【００４６】
しかし、釘の貫通等の特殊な状況が生じていない平常時には、包装材の外側に配されている金属箔の電圧が部位を問わず同一であるため電流が流れない。
【００４７】
従って、このような包装材を使用すれば、平常時には、包装材の外側の金属箔へと電流が流れず、釘の貫通等の危険な状況になると、包装材の外側の金属箔へと電流が流れ、電池の内部への電流の流れを抑制し、この結果、電池の安全性を確保することができる。
【００４８】
包装材の外側に配されている金属箔は、露出された状態で使用してもよく、また、電気的に絶縁性を有する高分子層で被覆して使用してもよい。
【００４９】
本発明は、図１２、図１３に示すように電気伝導性及び／または熱伝導性を有する金属箔を電池の上面または底面、または両面に単一金属として付着し、正極端子または負極端子と接続する。２つ以上の金属箔を複合的に使用する場合には、金属箔との間にセパレータ膜のような非伝導性物質を挿入して複合的に片面または両面に付着し、正極または負極端子と接続する方法等がある。この時、セパレータ膜のような非伝導性物質は、両箔の間に挿入され、ショート防止の役割を果たす。
【００５０】
正極または負極端子と包装材の外側の金属箔とを接続する方法の非制限的な例としては、超音波溶接、アーク溶接と抵抗溶接がある。この他にも、各種の方法で端子と包装材の外側の金属箔とを接続することで電気が流れるようにすることができる。
【００５１】
本発明において使用可能な電気伝導性金属箔の材料としては、電気伝導性を有するいずれの金属、金属酸化物またはこれらの合金が使用可能である。例えば、アルミニウム金属、銅金属、ニッケル金属等がある。
【００５２】
金属箔がアルミニウム箔である場合、アルミニウム箔と正極端子とが接続されたことが好ましく、金属箔が銅箔である場合、銅箔と負極端子とが接続されたことが好ましい。しかし、金属箔が電気伝導性に優れている限り、金属箔の材料種によらず金属箔を正極端子または負極端子に接続してもよい。
【００５３】
また、前記電気伝導性金属箔は、熱伝導性にも優れていることが好ましく、この場合、平常時または如何なる特殊な状況下においても電池の内部の熱を端子を介して熱伝導性を有する金属箔へと分散することができる。
【００５４】
金属箔の間に挿入するセパレータ膜として使用される非伝導性物質の非制限的な例としては、電池の多孔性セパレータ膜と同様にＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ＰＥ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）等があり、非伝導性高分子物質であればよい。
【００５５】
包装材の内側に金属箔を付着する場合は、金属箔から生じた熱が外へと発散され難いという不具合があるのに対し、本発明により包装材の外側に金属箔を付着する場合は、熱発散が容易であるという長所がある。また、電池の内部には、熱が加えられると非常に不安定になり急激な化学反応を引き起こす正極材料、負極材料、電解質等があるため、包装材の内側に金属箔を付着する場合、金属箔から熱が発生すると、周りにある正極材料、負極材料、電解質等を加熱し急激な化学反応を引き起こしかねなく、これは、電池の発火や爆発等の安全性の問題につながり得る。
【００５６】
一方、本発明に係る電池の包装材は、アルミニウム層を含むが、このアルミニウム層に取って代わって、電気伝導性を有し包装材に成形性が与えられる所定の他の材料からなる層を含んでもよく、かかる層を含む包装材で包まれた電池も本発明の均等範囲に属する。
【００５７】
本発明が使用可能な電池の例として、ａ）リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極；ｂ）リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極；ｃ）多孔性セパレータ膜；及びｄ）リチウム塩と電解液の化合物を含む非水電解液を含むリチウム二次電池がある。
【００５８】
前記非水電解液は、環状カーボネートと鎖状カーボネートを含む。前記環状カーボネートの例を挙げると、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、γ-ブチルラクトン（ＧＢＬ）等がある。前記鎖状カーボネートの例を挙げると、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）及びメチルプロピルカーボネート（ＭＰＣ）よりなる群から選ばれた少なくとも１種であることが好ましい。
【００５９】
前記非水電解液に含まれるリチウム塩としては、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、及びＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２よりなる群から選ばれることが好ましい。
【００６０】
前記負極活物質としては、炭素、リチウム金属または合金を使用することが好ましい。その他、リチウムイオンを吸蔵・放出でき、リチウムに対する電位が２Ｖ未満であるＴｉＯ２、ＳｎＯ２のような金属酸化物も使用可能である。
【００６１】
前記正極活物質としては、含リチウム転移金属酸化物が好ましく、例えば、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＭｎＯ２及びＬｉＮｉ１−ＸＣｏＸＯ２（ここで、０＜Ｘ＜１）よりなる群から選ばれた少なくとも１種であることが好ましい。ＭｎＯ２のような金属酸化物或いはこれらの組合わせからなる正極でもよい。
【００６２】
また、前記多孔性セパレータ膜の例としてポリオレフィン系多孔性セパレータ膜がある。
【００６３】
本発明のリチウムイオン二次電池は、通常の方法で負極と正極との間に多孔性のセパレータ膜を挿入し、前記ＬｉＰＦ６等のリチウム塩と添加剤を含む非水電解液を投入して製造することができる。
【００６４】
本発明に係る二次電池の外形は、アルミニウムラミネートフィルムからなるポーチ状電池に適用され得る。
【００６５】
以下の実施例に基づき、本発明をより詳しく説明する。なお、以下の実施例は、本発明を例示するためのものであるに過ぎず、本発明を限定するものではない。
【実施例】
【００６６】
実施例１
電解液としてＥＣ：ＥＭＣ＝１：２の組成を有する１Ｍ ＬｉＰＦ６溶液を使用し、負極には人造黒鉛を使用し、正極にはＬｉＣｏＯ２を使用した。これらを用いて、通常の方法で３８３５６２型リチウムポリマー電池を製造し、これをアルミニウムラミネート包装材を用いて包装し、包装材のアルミニウム層と正極端子とを接続するために正極端子側の端子フィルムの一部を除去した後、この部分にアルミニウム金属切片を挿入し熱融着して電池を製造した。
【００６７】
実施例２
前記実施例１と同様な方法で製造し、包装材のアルミニウム層と負極端子とを接続するためにニッケル金属切片を挿入して電池を製造した。
【００６８】
実施例３
電解液としてＥＣ：ＥＭＣ＝１：２の組成を有する１Ｍ ＬｉＰＦ６溶液を使用し、負極には人造黒鉛を使用し、正極にはＬｉＣｏＯ２を使用した。これらを用いて、通常の方法で３８３５６２型リチウムポリマー電池を製造し、これをアルミニウムラミネート包装材を用いて包装し、包装材の外側の高分子層を一部除去してアルミニウム層を外部に露出させた後、アルミニウム切片を包装材のアルミニウム層、正極端子のそれぞれと溶接を行い、包装材のアルミニウム層と正極端子とを電気が流れるように接続して電池を製造した。
【００６９】
実施例４
前記実施例３と同様な方法で製造し、アルミニウム切片を包装材のアルミニウム層、負極端子のそれぞれと溶接を行い、包装材のアルミニウム層と負極端子とを電気が流れるように接続して電池を製造した。
【００７０】
実施例５
電解液としてＥＣ：ＥＭＣ＝１：２の組成を有する１Ｍ ＬｉＰＦ６溶液を使用し、負極には人造黒鉛を使用し、正極にはＬｉＣｏＯ２を使用した。これらを用いて、通常の方法で３８３５６２型リチウムポリマー電池を製造し、これをアルミニウムラミネート包装材を用いて包装し、包装材の外側の両面にアルミニウム箔を付着し、これを正極端子と超音波溶接にて接続して電池を製造した。
【００７１】
実施例６
前記実施例５と同様な方法で製造し、包装材の外側の両面に銅箔を付着し、これを負極端子と接続して電池を製造した。
【００７２】
実施例７
前記実施例５と同様な方法で製造し、包装材の外側の両面にアルミニウム箔と銅箔を共に付着し、それぞれを正極端子と負極端子と接続して電池を製造した。この時、両箔の間にセパレータ膜のような非伝導性物質を挿入してショートを防止した。
【００７３】
比較例１
前記実施例１と同様な方法で製造し、正極または負極端子と包装材のアルミニウム層とを接続せず、また包装材の外側に金属箔を付着せずに電池を製造した。
【００７４】
（釘の貫通試験）
実施例１乃至４、実施例５乃至７、比較例１で製造した電池をフル充電した状態の電池を用意した。釘の貫通試験機を使用して鉄製の直径２．５ｍｍの釘を上方から電池の中央に貫通した。
【００７５】
釘の貫通速度によって電池の安全性が変わってくるため、貫通速度が調節できる装置を使用して一定の速度で釘が貫通するようにした。電池の安全性の度合いを把握するために釘の貫通速度を様々に変えて試験を行った。前記比較例１の場合、秒当たりに１ｃｍの速度で釘を貫通させる場合にも電池が発火したが、実施例１乃至４、実施例５乃至７の場合には、秒当たりに１０ｃｍの速度で釘を貫通させる場合にも電池が発火しなかった。
【００７６】
釘の貫通試験の結果を、次の表１にまとめた。
【表１】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池において、
当該二次電池を構成する正極／負極の外郭の全体及び正極／負極の各電極端子の一部分を包む電池包装材が備えられ、
前記電池包装材は、外側に高分子層、内側に電気伝導性を有するアルミニウム層、及びアルミニウム層の内側の一部分に接着層を含むラミネートフィルム形態からなり、
前記電池包装材のアルミニウム層は、正極端子または負極端子と、前記正極または負極を通ることなく、通電可能に接続され、そして、前記アルミニウム層は前記の正極または負極と電気的に絶縁されてなり、
前記電池包装材のアルミニウム層と正極端子または負極端子とが、直接に接続される構造を有するか、または電気伝導性物質が介在して接続される構造を有することを特徴とする、二次電池。
【請求項２】
前記電池包装材のアルミニウム層と正極端子または負極端子とが、直接に接続される構造が、電池の外郭を電池包装材で包んだ状態で当該端子と接する部分を他の部分より強く押して熱融着することで接続した構造と、電池包装材の接着層の一部を除去することで接続した構造と、当該端子に端子フィルムが被覆された場合、該端子フィルムの一部を除去することで接続した構造と、電池包装材の接着層と電極端子を被覆する端子フィルムの対応部分を除去することで接続した構造のいずれかである、請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記電池包装材のアルミニウム層と正極端子または負極端子とが、電気伝導性物質が介在して接続される構造が、当該端子と接する電池包装材の接着層の一部を除去し、該除去された部分と当該端子との間に電気伝導性物質からなる切片を挿入することで接続される構造と、電池包装材の外側の高分子層の少なくとも一部を除去し、該除去された部分と当該端子との間に電気伝導性物質からなる切片を挿入することで接続される構造のいずれかである、請求項１に記載の二次電池。
【請求項１】
二次電池において、
当該二次電池を構成する正極／負極の外郭の全体及び正極／負極の各電極端子の一部分を包む電池包装材が備えられ、
前記電池包装材は、外側に高分子層、内側に電気伝導性を有するアルミニウム層、及びアルミニウム層の内側の一部分に接着層を含むラミネートフィルム形態からなり、
前記電池包装材のアルミニウム層は、正極端子または負極端子と、前記正極または負極を通ることなく、通電可能に接続され、そして、前記アルミニウム層は前記の正極または負極と電気的に絶縁されてなり、
前記電池包装材のアルミニウム層と正極端子または負極端子とが、直接に接続される構造を有するか、または電気伝導性物質が介在して接続される構造を有することを特徴とする、二次電池。
【請求項２】
前記電池包装材のアルミニウム層と正極端子または負極端子とが、直接に接続される構造が、電池の外郭を電池包装材で包んだ状態で当該端子と接する部分を他の部分より強く押して熱融着することで接続した構造と、電池包装材の接着層の一部を除去することで接続した構造と、当該端子に端子フィルムが被覆された場合、該端子フィルムの一部を除去することで接続した構造と、電池包装材の接着層と電極端子を被覆する端子フィルムの対応部分を除去することで接続した構造のいずれかである、請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記電池包装材のアルミニウム層と正極端子または負極端子とが、電気伝導性物質が介在して接続される構造が、当該端子と接する電池包装材の接着層の一部を除去し、該除去された部分と当該端子との間に電気伝導性物質からなる切片を挿入することで接続される構造と、電池包装材の外側の高分子層の少なくとも一部を除去し、該除去された部分と当該端子との間に電気伝導性物質からなる切片を挿入することで接続される構造のいずれかである、請求項１に記載の二次電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−４９１３５（Ｐ２０１２−４９１３５Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９６２７２（Ｐ２０１１−１９６２７２）
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【分割の表示】特願２００６−５１６９６４（Ｐ２００６−５１６９６４）の分割
【原出願日】平成１６年７月９日（２００４．７．９）
【出願人】（５００２３９８２３）エルジー・ケム・リミテッド (1,221)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【分割の表示】特願２００６−５１６９６４（Ｐ２００６−５１６９６４）の分割
【原出願日】平成１６年７月９日（２００４．７．９）
【出願人】（５００２３９８２３）エルジー・ケム・リミテッド (1,221)
【Ｆターム（参考）】
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