JP2020095836A - 電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電極体への金属異物の混入の可能性が低減されている電池を提供する。【解決手段】ケース本体と蓋部材とを備える角型電池ケースと、電池ケース内に収容された電極体と、電池ケースと電極体との間に配置された絶縁フィルムとを備える電池である。絶縁フィルムは、一枚のシート状であって、少なくとも電極体と電池ケースの底面および一対の長側面との間にわたって配置されているとともに、高さ方向における当該絶縁フィルムの一対の端部は、電極体よりも蓋部材の側に位置している。ここで、絶縁フィルムには、電極体の蓋部材の側の端部に対応する位置と一対の端部との間であって、高さ方向に直交する幅方向に沿う少なくとも一部に、当該絶縁フィルムの厚み方向に切込みが設けられており、切込みよりも端部の側の領域は電極体の側に向かって傾斜する傾斜面を構成している。【選択図】図２

Description

本発明は、電池に関する。

従来より、正極と負極とを捲回または積層して電極体とし、この電極体を外装ケースに収納してなる二次電池が使用されている。電極体と電池ケースとの間には、電極体の収容性を高める目的で、また、電池ケースが金属製の場合には電極体と電池ケースとの間の電気的絶縁を高める目的等で、樹脂フィルムを介在させる構成が採用されている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２０１４／００２６４７号公報

ここで、角型の電池ケースは、一般的に、開口を有する筐体からなるケース本体と蓋部材とにより構成されている。この種の電池は、ケース本体に電極体を収容したのち、ケース本体の開口を蓋部材で蓋して接合することで組み立てられている。ところで、この電池組立工程において、異物が電池ケース内に侵入する場合があることが確認されている。とりわけ金属異物が電極体内に混入した電池は、電池の組立直後には異常が見られないものの、電池の使用に伴って微小な短絡が誘起される場合がある。微小短絡は、電池のサイクル特性や過充電時の安全性等に悪影響を及ぼし得ることから、組立後の電池に対しては微小短絡試験が行われ、良品と判断された電池のみが出荷されている。電池品質および生産性の観点から、電極体への金属異物の混入が抑制された電池であることが望ましい。

そこで本発明の目的は、電極体への金属異物の混入の可能性が低減されている電池を提供することにある。

ここに開示される電池は、角型電池ケースと、上記電池ケース内に収容された電極体と、上記電池ケースと上記電極体との間に配置された絶縁フィルムとを備えている。電池ケースは、開口を有するケース本体と、上記開口を蓋する蓋部材とを備え、ケース本体は、上記開口とは反対側の底面と、上記底面に連続して立設される一対の長側面とを備えている。絶縁フィルムは、一枚のシート状であって、少なくとも上記電極体と上記底面および上記一対の長側面との間にわたって配置されているとともに、上記底面と上記蓋部材とを結ぶ高さ方向における当該絶縁フィルムの一対の端部は、上記電極体よりも上記蓋部材の側に位置している。そして、上記絶縁フィルムには、上記電極体の蓋部材の側の端部に対応する位置と上記一対の端部との間であって、上記高さ方向に直交しかつ上記長側面に沿う幅方向の少なくとも一部に、当該絶縁フィルムの厚み方向に切込みが設けられており、この切込みよりも上記一対の端部の側の領域は上記電極体の側に向かって傾斜する傾斜面を構成している。

電池組立て工程において、電池ケース内には不可避的に金属異物が混入し得る。このような金属異物は、電池製造装置や電池構成材料等の様々な物品に由来し得るが、本発明者らの検討によると、例えば、金属異物は、電池ケースへの電極体の挿入時に、ケース本体と蓋部材との隙間から混入することが多い。そこで、上記のように絶縁フィルムの蓋部材の側に切込みを入れて端部を内側に向けて傾斜させておくことで、ケース本体と蓋部材との隙間から混入した異物を絶縁フィルムの外側に好適にトラップすることができる。これにより、たとえ金属異物が電池ケース内に導入されたとしても、この金属異物が電極体内に混入して、微小短絡を誘起するのを抑制することができる。また、絶縁フィルムに切込みを入れることで、絶縁フィルムの端部を安定して傾斜させることができる。換言すれば、安定した傾斜面を構成することができる。

ここに開示される電池の一態様において、上記傾斜面の傾斜角度は、０°を超えて３０°以下である。また、上記高さ方向と上記幅方向とに直交する厚み方向における上記電極体の寸法をＴ_０としたとき、上記傾斜面を構成する上記一対の端部の間の距離Ｔ_１は、０．５３×Ｔ_０以上１×Ｔ_０未満である。
このような構成によれば、傾斜面が電池ケースの内側に向かって入り込みすぎないようにその割合を適切に制御することができる。これにより、例えば、蓋部材に注液孔を備え、ケース本体と蓋部材とを接合したのち電池ケース内に非水電解液を注液する構成の電池において、非水電解液の注液を妨げることなく上記の効果を得ることができるために好ましい。

ここに開示される電池の一態様において、上記切込みの深さは、上記絶縁フィルムの厚みの１／２．５以上１／１．２５以下である。
このような構成によれば、絶縁フィルムの傾斜面を傾斜させる際に、絶縁フィルムが切込み部分において破損するのを抑制することができる。これにより、安全性を維持したまま上記効果を得ることができるために好ましい。

ここに開示される電池の一態様において、上記切込みは、上記絶縁フィルムの上記ケース本体に面する側の表面に設けられている。
このような構成によれば、絶縁フィルムの傾斜面を傾斜させやすくなるために好ましい。

ここに開示される電池の一態様において、上記電池ケースは金属製であり、上記ケース本体と上記蓋部材とは溶接されている。
電池ケースが金属製である場合、ケース本体と蓋部材とを嵌め合わせるときに、ケース本体と蓋部材とが擦れて金属異物が発生し、電池ケース内に混入し得る。ケース本体や蓋部材の端部にバリが存在する場合は、擦れによって金属異物が発生する確率が高められる。また、ケース本体と蓋部材とを溶接により接合する場合、溶接スパッタ（溶融金属の微小液滴）が発生して電池ケース内に混入し得る。このように金属異物の混入の可能性が高い電池において本技術の構成を採用することで、当該金属異物に起因する微小短絡がより効果的に抑制されるために好ましい。

一実施形態に係る電池の構造を模式的に示す縦断面図である。 一実施形態に係る電池の構造を模式的に示す横断面図である。 一実施形態に係る絶縁フィルムに設けた切込みについて模式的に説明する要部正面図である。 図３Ａの絶縁フィルムに設けた切込みについて模式的に説明する要部断面図である。 他の実施形態に係る電池の構造を模式的に示す横断面図である。 一実施形態に係る電池の傾斜面の傾斜角度と不良品発生率との関係を示すグラフである。 （ａ）〜（ｄ）は絶縁フィルムに折り畳み形態について例示する斜視図である。 一実施形態に係る絶縁フィルムに設けた切込みについて模式的に説明する展開図である。

以下、ここに開示される技術による実施の形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本技術の実施に必要な事柄（例えば、本技術を特徴付けない電池の一般的な構成および製造プロセス）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本技術は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、本明細書において、数値範囲を示す「Ａ〜Ｂ」との表記は、Ａ以上Ｂ以下を意味する。

本技術における電池は、一次電池であってもよいし、二次電池であってもよい。本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、いわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子等を包含する用語である。以下、電池がリチウムイオン二次電池である場合を例に、本技術について説明する。なお、本明細書において「リチウムイオン二次電池」とは、電荷担体としてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウムイオンに伴う電荷の移動により充放電が実現される二次電池をいう。

図１は一実施形態に係る電池１の縦断面図であり、図２はその横断面図である。図中の符号Ｘ、Ｙ、およびＺは、それぞれ電池１の厚み方向、幅方向、および高さ方向を示している。また、符号Ｕ、Ｄは、それぞれ電池１の高さ方向の上と下とを示している。本実施形態において、厚み方向Ｘ、幅方向Ｙおよび高さ方向Ｚはそれぞれ直交している。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、本電池の構成、配置、使用等の態様を何ら限定するものではない。

本実施形態の電池ケース１０は、厚みの薄い（扁平な）直方体形状を有している。電池ケース１０は、ケース本体１２と、蓋部材１４とを備えている。ケース本体１２は、有底の角筒形であり、一つの面が開口した筐体である。蓋部材１４は、ケース本体１２の開口に装着されて、ケース本体１２の開口を密閉する。なお、以下の説明では、ケース本体１２の開口がある側を上、ケース本体１２の底のある側を下と呼ぶ場合がある。電池ケース１０の材質は特に制限されない。一例として、電池ケース１０は、高強度であり比較的軽量で熱伝導性が良好な金属材料であることが好ましく、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼等であってよい。

ケース本体１２は、一対の長側面１２ａと、底面１２ｂと、一対の短側面１２ｃとを有している。底面１２ｂは、高さ方向Ｚに直交する。一対の長側面１２ａは、厚み方向Ｘに直交し、底面１２ｂに連続して立設されている。一対の短側面１２ｃは、幅方向Ｙに直交し、底面１２ｂおよび一対の長側面１２ａに連続して立設されている。ケース本体１２は、これら一対の長側面１２ａ、底面１２ｂ、および一対の短側面１２ｃにより囲まれることで構成される内部空間（キャビティ）を有する。ケース本体１２は、その上部の開口を通して絶縁フィルム３０および電極体２０を内部空間に収容する。

蓋部材１４には、外部接続用の正極端子４２および負極端子４４が、蓋部材１４とは絶縁された状態で取り付けられている。正極端子４２および負極端子４４は、電池ケース１０（蓋部材１４）を貫通して電池ケース１０の外部に突出している。正極端子４２および負極端子４４は、電池ケース１０内で、正極集電端子４２ａおよび負極集電端子４４ａに電気的に接続されるとともに機械的に固定されている。なお、これらの正極集電端子４２ａおよび負極集電端子４４ａは、銅、ニッケル、アルミニウム合金等の電気伝導性の良好な金属により構成することができる。本実施形態における蓋部材１４には電池ケース１０内の内圧を開放するように設定された薄肉の安全弁１６と、非水電解液を注入するための注液孔１８ａとが設けられている。注液孔１８ａは、注液栓１８ｂによって気密に封止されている。絶縁フィルム３０および電極体２０を収容したケース本体１２は、蓋部材１４が溶接等により接合されている。

電極体２０は、電池１の蓄電要素である。本実施形態における電極体２０は、捲回型電極体である。電極体２０は、長尺のシート状の正極２２と、長尺のシート状の負極２４とを、２枚の長尺シート状のセパレータ２６を介して互いに絶縁して重ね合わせた状態で、正・負極２２、２４の長手方向に直交する幅方向を捲回軸として捲回され、断面が長円形となるように成形されている。この電極体２０は、正・負極２２、２４の幅方向（すなわち捲回軸方向）が電池ケース１０の幅方向Ｙに、断面の長円形の長軸が高さ方向Ｚとなるように、電池ケース１０内に収容されている。ここで、電極体２０の正極２２は正極集電端子４２ａに、負極２４は負極集電端子４４ａに溶接されている。正極集電端子４２ａおよび負極集電端子４４ａは、それぞれ幅方向Ｙの両端において電極体２０に固定され、電極体２０を蓋部材１４から離間した位置に安定的に支持している。これにより、電極体２０は、電池ケース１０内での位置が規定されるとともに、電池ケース１０とは離間されつつ、正極端子４２と負極端子４４とにそれぞれ電気的に接続される。

電極体２０と電池ケース１０の内壁との間には、当該電極体２０と電池ケース１０とを隔離する絶縁フィルム３０が配置されている。絶縁フィルム３０は、例えば、体積抵抗率が１×１０^１３Ωｃｍ以上の絶縁性を備える樹脂材料により構成されている。絶縁フィルム３０は、一枚のシート状である。絶縁フィルム３０は、少なくとも電極体２０とケース本体１２の底面１２ｂおよび一対の長側面１２ａとの間にわたって、電極体２０を下から覆うように配置されている。そしてこの絶縁フィルム３０の一対の端部３０ａは、高さ方向Ｚにおいて、電極体２０よりも蓋部材１４の側、すなわち電極体２０よりも上方に位置している。絶縁フィルム３０はまた、幅方向Ｙの端部が折曲げられるなどして、電極体２０とケース本体１２の一対の短側面１２ｃとの間にも配置されている。この絶縁フィルム３０によって、電極体２０と長側面１２ａ、延いては電極体２０と電池ケース１０との直接的な接触が回避され、かつ、電極体２０と電池ケース１０とが電気的に絶縁される。

絶縁フィルム３０には、図３Ａに示すように、幅方向Ｙに沿って切込みＮが設けられている。換言すると、切込みＮは、高さ方向Ｚに直交しかつ長側面１２ａに沿う幅方向Ｙの少なくとも一部に設けられている。また、切込みＮは、高さ方向Ｚにおいて、電極体２０の上方の端部２０ａに対応する位置と、絶縁フィルム３０の上方の端部３０ａとの間に設けられている。切込みＮは、絶縁フィルム３０の表面のうち、電池ケース１０の長側面１２ａに面する側の表面に設けられている。そして、切込みＮよりも端部３０ａの側（すなわち上方）の領域は、電極体２０の側に向かって傾斜する傾斜面３２を構成している。傾斜面３２は、端部３０ａに向かうにつれて、その位置が電池ケース１０の幅方向Ｘの中心の側に徐々に向かうように傾斜している。絶縁フィルム３０の一対の端部３０ａに傾斜面３２が設けられていることで、絶縁フィルム３０の上端部は、横断面視でハの字状であって、端部３０ａに向かうほど間隔が狭くなっている。このことにより、蓋部材１４とケース本体１２との隙間から侵入した金属異物をトラップすることができる。また、傾斜面３２によってトラップした金属異物を電池ケース１０と絶縁フィルム３０との隙間に滑り込ませて、この金属異物が電極体２０内に入り込むのを抑制し、無害化することができる。また、絶縁フィルム３０に切込みＮが設けられていることで、切込みＮよりも上方の傾斜面３２が可能となるとともに、この傾斜面３２を安定して傾斜させることができる。なお、これに限定されるものではないが、傾斜面３２は、図２に示されるように概ね平坦な板状であることが好ましい。しかしながら、傾斜面３２は、金属異物をトラップするとの目的を損ねない範囲において、曲面を含んでいてもよい。

なお、長側面１２ａに対する傾斜面３２の傾斜角度（折れ曲りの角度）θは、０°よりも大きいことで、傾斜面３２がない場合（傾斜角度０°）と比較して、蓋部材１４とケース本体１２との隙間から侵入する金属異物をトラップする作用が発現する。また、傾斜面３２は、傾斜角度θが大きくなるほど金属異物をトラップする効果が高められる。傾斜面３２の傾斜角度θは、絶縁フィルム３０の上方の端部３０ａから切込みＮまでの寸法にもよるため一概には言えないものの、１°以上であることが好ましく、５°以上がより好ましく、例えば１０°以上であるとよい。なお、金属異物は蓋部材１４とケース本体１２との隙間から侵入するため、電極体２０よりも上方の領域では、金属異物がケース本体１２の厚み方向Ｘで中央に近い距離まで奥に侵入する可能性は低い。このことに伴い、傾斜面３２が金属異物をトラップする効果は、傾斜角度θが３０°程度を越えると概ね飽和し得る。かかる観点から、例えば、傾斜面３２の傾斜角度θは、例えば、３０°程度を上限の目安として設定することが例示される。傾斜面３２の傾斜角度θの上限を３０°程度とすることで、傾斜面３２が一つの金属異物をトラップする差異の衝撃を好適に緩和することができる。これにより、傾斜面３２が一つの金属異物をトラップした後にも、傾斜角度θを増大させたりすることなく、ひきつづき金属異物をトラップする作用を維持することができる。なお、他の側面において、電池１が非水電解液を備える構成であって、蓋部材１４の注液孔１８ａから電池ケース１０内に非水電解液を注液する場合は、傾斜面３２がケース本体１２の厚み方向Ｘで中央付近まで及ぶことは注液性の面において好ましくない。すなわち、注液孔１８ａから供給された非水電解液をも傾斜面３２がトラップし、非水電解液が電極体２０に直接供給されるのを阻害し得るために好ましくない。かかる観点においても、傾斜面３２の傾斜角度θは、例えば、３０°程度を上限の目安として設定するとよい。

傾斜面３２を構成する一対の端部３０ａの間の距離Ｔ_１は、例えば、厚み方向Ｘにおける電極体２０の寸法をＴ_０としたとき、１×Ｔ_０未満であるとよい。これにより、傾斜面３２がない場合（傾斜角度０°）と比較して、蓋部材１４とケース本体１２との隙間から侵入する金属異物をトラップする作用が発現する。距離Ｔ_１は、０．９８×Ｔ_０以下であってよく、０．９５×Ｔ_０以下であるとよく、例えば０．９×Ｔ_０以下、０．８５×Ｔ_０以下、０．８×Ｔ_０以下、０．７５×Ｔ_０以下、０．７×Ｔ_０以下等であってよい。また距離Ｔ_１は、例えば、０．５３×Ｔ_０以上であるとよい。これにより、過剰に広い傾斜面３２を設けることなく効率的に金属異物をトラップすることができる。また、非水電解液を蓋部材１４の注液孔１８ａから注液する構成の電池１では、非水電解液の注液性を損なう虞がない点においても好ましい。距離Ｔ_１は、０．５５×Ｔ_０以上であってよく、０．６×Ｔ_０以上であるとよく、例えば０．６５×Ｔ_０以上等であってよい。

また、傾斜面３２を構成する一対の端部３０ａの間の折曲げ前の高さ寸法Ｈは、これに限定されるものではないが、例えば、ケース本体１２の長側面１２ａの部分の板厚をＴ_４としたとき、１３５×Ｔ_４以上とするとよい。これにより、上記端部間距離を好適に実現しうる傾斜面３２を形成することができる。高さ寸法Ｈは、１３６．２５×Ｔ_４以上であってよく、１３７×Ｔ_４以下であってよい。また高さ寸法Ｈは、例えば、１５０×Ｔ_４以下であるとよい。これにより、過剰に広い傾斜面３２を設けることなく上記端部間距離を好適に実現しうる傾斜面３２を形成することができる。高さ寸法Ｈはは、１４９．７５×Ｔ_４以下であってよく、１４８×Ｔ_４以下であるとよく、例えば１４５×Ｔ_４以下等であってよい。

このような切込みＮは、上述のとおり、高さ方向Ｚにおいて、電極体２０の上方の端部２０ａに対応する位置と、絶縁フィルム３０の上方の端部３０ａとの間に設けられている。高さ方向Ｚにおける切込みＮの位置と電極体２０の端部２０ａ位置との差Ｔ_３は、例えば、０〜３ｍｍ程度であってよい。電極体２０が捲回型電極体である場合は、図２に示すように、電極体２０は横断面において上方の端部２０ａが湾曲していて角がない。そのため、切込みＮを端部３０ａよりも下方（例えば、０〜−３ｍｍ程度の範囲）に設けても、電極体２０と傾斜面３２とが接触する可能性が低いと考えられる。しかしながら、傾斜面３２を折曲げ加工する際や、電池使用時の振動発生時などに、絶縁フィルム３０が電極体２０に接触して電極体２０が損傷する虞がある。かかる観点で、差Ｔ_３は、例えば、０〜３ｍｍの範囲で設定するとよい。また、電極体２０が後述する積層型電極体である場合は、図４に示すように、電極体２０は横断面において上方の端部２０ａに角張る。そのため、電極体２０の角部と絶縁フィルム３０とが接触して絶縁フィルム３０が破損する可能性がある。したがって、電極体２０が後述する積層型電極体である場合は、切込みＮを端部３０ａよりも上方、例えば、差Ｔ_３が０．５〜３ｍｍ程度の範囲に設けるとよい。

また、切込みＮは、幅方向Ｙの少なくとも一部に設けられている。金属異物をより高い確率でトラップするとの観点からは、切込みＮは、電極体２０の幅方向Ｙの寸法を１００％としたとき、５０％以上の長さにわたって設けられていることが好ましい。切込みＮの幅方向Ｙの寸法は、６０％以上が好ましく、７０％以上、８０％以上、９０％以上、例えば１００％であることが好ましい。なお、正極集電端子４２ａおよび負極集電端子４４ａの形状や取り付け位置によっては、傾斜面３２が、正極集電端子４２ａおよび負極集電端子４４ａと干渉する場合があり得る。このような場合は、正極集電端子４２ａおよび負極集電端子４４ａと干渉する可能性がある位置について、傾斜面３２は設けなくてもよい。なぜならば、正極集電端子４２ａおよび負極集電端子４４ａの存在により、金属異物が電極体２０の内部にまで侵入することが抑制され得るためである。例えば、正極集電端子４２ａおよび負極集電端子４４ａがともに、電極体２０の幅方向（厚み方向）Ｘの一の面において電極体２０と接合されているとき、電極体２０の当該一の面の側に配置される絶縁フィルム３０は、正極集電端子４２ａおよび負極集電端子４４ａに面する位置において傾斜面３２を設けず、その他の位置において傾斜面３２を設けるとよい。また、電極体２０の上記一の面とは反対側の他の面の側に配置される絶縁フィルム３０は、例えば、幅方向Ｙで電極体２０の寸法の１００％にわたって傾斜面３２を設けるとよい。

なお、ここに開示される絶縁フィルム３０は、蓋部材１４とケース本体１２との隙間から侵入する金属異物を積極的にトラップするように構成されている。そこで、絶縁フィルム３０とケース本体１２との間には、トラップした金属異物がケース本体１２の下方に通過できるように隙間Ｔ_２が設けられているとよい。このような隙間Ｔ_２は、ターゲットとする金属異物の大きさに応じて、例えば、０．１ｍｍ以上であってよく、０．２ｍｍ以上、０．３ｍｍ以上、０．４ｍｍ以上とするとよい。しかしながら、電池１は体積エネルギー密度を高くすることも求められる。かかる観点から、隙間Ｔ_２は、例えば０．８ｍｍ以下程度、０．７ｍｍ以下程度とするとよい。なお、この隙間Ｔ_２は、電極体２０が充電操作等により膨潤していない状態を基準として考慮するとよい。これにより、トラップした金属異物が、その後の電池使用時に電極体２０の内部へ侵入することを好適に抑制することが可能な構成が実現される。

切込みＮは、図３Ｂに示すように、絶縁フィルム３０の総厚みｔ_０よりも浅い深さｔ_Ｃで設けられている。切込みＮは、例えば、いわゆるハーフカット加工により形成されている。絶縁フィルム３０の切込みＮの深さｔ_Ｃは、例えば、絶縁フィルム３０の総厚みｔ_０に対する比ｔ_Ｃ／ｔ_０が１／２．５以上程度となるように設定するとよい。これにより、切込みＮの深さを十分に深くとることができ、切込みＮよりも端部３０ａ側を傾斜させて傾斜面３２を構成したときに、切込みＮ部分で絶縁フィルム３０に亀裂が発生したり割れたりして破損するのを好適に抑制することができる。比は、例えば１／２．３以上であってよく、１／２以上であるとよい。また、比（ｔ_Ｃ／ｔ_０）は、１／１．２５以下程度となるように設定するとよい。これにより、切込みＮ部分の残肉量を十分にとることができ、切込み部分の絶縁フィルム３０の強度を確保して、切込みＮ部分で絶縁フィルム３０が避けたり亀裂が発生して破損するのを好適に抑制することができる。比（ｔ_Ｃ／ｔ_０）は、例えば１／１．２５超過がより好ましく、１／１．５以上であってよく、１／１．７５以上であるとよい。なお、図３Ｂにおいて、切込みＮは、断面がＶ字形となるように設けられているがこれに限定されない。切込みＮの断面形状は、Ｖ字形の他に、Ｕ字形（角無し）、コの字形（角有り）、１本または複数本のスリット（ライン状）等のいずれの形態であってもよい。

以上のような絶縁フィルム３０を構成する材料は特に制限されず、上記のとおりの電気的絶縁性を有する各種の材料で構成される。絶縁フィルム３０の体積抵抗率は、例えば、１×１０^１５Ωｃｍ以上であってよく、１×１０^１８Ωｃｍ以上であってよい。また、自動車の駆動用電源などとして用いられる電池１については、ハイレートで高い出力が要求され、また使用時に電池に対して振動が付与され得る。このような用途で用いられる電池１に使用される絶縁フィルム３０は、電池の蓄熱に対する耐熱性を有するべく、例えば、融点が１２０℃以上であるとよい。また、例えば、上記の傾斜面３２の傾斜角度を好適に維持するとの観点からは、２５℃における引張強度が２０Ｎ／１０ｍｍ以上程度であるとよい。このような絶縁フィルム３０としては、これに制限されるものではないが、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等のポリオレフィン系樹脂からなる延伸又は無延伸のシート状樹脂を好ましく用いることができる。例えば、ポリプロピレンのホモポリマーからなる絶縁フィルム３０が好ましい例としてあげられる。絶縁フィルム３０の厚みは厳密には制限されないものの、例えば平均厚みが１００μｍ以上程度であるとよく、所望の電池構成等にあわせて適宜変更することができる。例えば、絶縁フィルム３０の平均厚みは、１１０μｍ以上２００μｍ以下程度とすることができる。

なお、図６に、絶縁フィルム３０の代表的な構成例について、電池１から絶縁フィルム３０のみを抽出して示した。図６（ａ）に示す絶縁フィルム３０は、長方形の一枚の絶縁フィルム３０を折曲げ加工することにより構成されている。絶縁フィルム３０は、例えば、長手方向の中心にケース本体１２の底面１２ｂに対応する底面部分を有する。また、底面部分に連続しこの底面部分を長手方向で挟むように、ケース本体１２の長側面１２ａに対応する一対の長側面部分を有する。絶縁フィルム３０は、さらに、長側面部分に連続しこれらの長側面部分を長手方向で挟むように、一対の傾斜面３２を有する。絶縁フィルム３０は、底面部分と一対の長側面部分および傾斜面３２とにより、電極体を下方から覆うように構成されている。一対の長側面部分の両端には、ケース本体１２の短側面１２ｃに対応する計４つの短側面部分を有する。底面部分の両端には、それぞれ、短側面部分と協働してケース本体１２の短側面１２ｃに対応する部分を構成したり、短側面部分と重複する重なり部分となったりする計２つのマチ部分を有する。短側面部分とマチ部分とを適切に折畳むことで、例えば絶縁フィルム３０を溶着したりテープ等の固定手段で貼着しなくても、絶縁フィルム３０を電極体を覆った形状に維持することができる。長方形の絶縁フィルム３０のうち、ケース本体１２の短側面１２ｃに対応する部分と傾斜面３２との両方に連続する４つの角部では、短側面１２ｃに対応する部分と傾斜面３２との接点から斜め上方に谷折りしている。これにより傾斜面３２の角度が安定される。図６（ｂ）に示す絶縁フィルム３０は、（ａ）の長方形の絶縁フィルム３０から、上記の４つの角部と、正極集電端子４２ａおよび負極集電端子４４ａに干渉する部分の傾斜面３２とを取り除いている。これにより、折畳み加工が簡略化される。図６（ｃ）に示す絶縁フィルム３０は、（ａ）の長方形の絶縁フィルム３０から、底面１２ｂに対応する部分と短側面１２ｃに対応する部分との両方に連続する部分（上記マチ部分）に、幅方向Ｙ（または厚み方向Ｘ）に沿ってスリットを入れている。これにより、絶縁フィルム３０の下方の端部を、例えば捲回型電極体の湾曲部に沿って湾曲させることができる。図６（ｄ）に示す絶縁フィルム３０は、折曲げ後の形状は（ｂ）の絶縁フィルム３０と同じであるが、長手方向の中心に一つの短側面部分が配置され、これを長手方向で挟むように、一対の長側面部分および他の短側面部分が配置されて構成されている。底面部分および傾斜面は、例えば長側面部分に連続してその側方に設けられている。このように、絶縁フィルム３０の展開パターンは特に限定されず、任意の展開パターンを折曲げ加工することによって構成することができる。

なお、電極体２０について、正極２２および負極２４には、従来のリチウムイオン二次電池に用いられているものと同様のものを特に制限なく使用することができる。典型的な一態様を以下に示す。

正極２２を構成する正極集電体としては、例えばアルミニウム箔等が挙げられる。正極活物質層に含まれる正極活物質としては、例えばリチウム遷移金属酸化物（例、ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＦｅＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＮｉ_０．５Ｍｎ_１．５Ｏ_４等）、リチウム遷移金属リン酸化合物（例、ＬｉＦｅＰＯ_４等）等が挙げられる。正極活物質層は、活物質以外の成分、例えば導電材やバインダ等を含み得る。導電材としては、例えばアセチレンブラック（ＡＢ）等のカーボンブラックやその他（例、グラファイト等）の炭素材料を好適に使用し得る。バインダとしては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等を使用し得る。

負極２４を構成する負極集電体としては、例えば銅箔等が挙げられる。負極活物質層に含まれる負極活物質としては、例えば黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素材料；チタン酸リチウム（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２：ＬＴＯ）；Ｓｉ；Ｓｎ等を使用し得る。負極活物質層は、活物質以外の成分、例えばバインダや増粘剤等を含み得る。バインダとしては、例えばスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等を使用し得る。増粘剤としては、例えばカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等を使用し得る。

セパレータ２６としては、例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエステル、セルロース、ポリアミド等の樹脂から成る多孔性シートが挙げられる。かかる多孔性シートは、単層構造であってもよく、二層以上の積層構造（例えば、ＰＥ層の両面にＰＰ層が積層された三層構造）であってもよい。セパレータ２６の表面には、耐熱層（ＨＲＬ）が設けられていてもよい。

非水電解液は、非水溶媒に、電解質塩を溶解したものを好ましく用いることができる。電解質塩としては、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、Ｌｉ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３等のリチウム塩が挙げられる。非水溶媒としては、電解質塩を溶解可能な限り特に制限はなく、カーボネート類、エーテル類、エステル類、ニトリル類、スルホン類等を用いることができる。なかでも、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、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）等のカーボネート類の使用が好ましい。これらは単独で、または２種以上を組み合わせて用いることができる。電解質塩の濃度は、電解質塩の種類によって適宜決定すればよく、典型的には０．５ｍｏｌ／Ｌ以上５ｍｏｌ／Ｌ以下であり、好ましくは０．７ｍｏｌ／Ｌ以上２．５ｍｏｌ／Ｌ以下である。なお、非水電解液には、本技術の効果を著しく損なわない限りにおいて、例えば、ビフェニル（ＢＰ）、シクロヘキシルベンゼン（ＣＨＢ）等のガス発生剤；その他の被膜形成剤；分散剤；増粘剤等を含んでいてもよい。

以上のようにして構成されるリチウムイオン二次電池１は、各種用途に利用可能である。好適な用途としては、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）等の車両に搭載される駆動用電源が挙げられる。リチウムイオン二次電池１は、典型的には複数個を直列および／または並列に接続してなる組電池の形態でも使用され得る。

なお、上記説明では、扁平捲回型の電極体２０を備える角形のリチウムイオン二次電池１について説明した。しかしながら、電池１は、複数の板状の正極２２および負極２４がセパレータ２６を介して積層された積層型電極体２０を備えていてもよい。また、電池１は、非水電解液に代えて、固体電解質やゲル状電解質を備えていてもよい。この場合、電池ケース１０の蓋部材１４には、注液孔１８ａおよび注液栓１８ｂが備えられていなくてもよい。

以下、本技術に関する実施例を説明するが、本技術をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。

〔評価用リチウムイオン二次電池の作製〕
電池ケースとして、角型のケース本体と蓋部材とからなるアルミニウム合金製の電池缶を用意した。蓋部材には、予め正極集電端子および負極集電端子を溶接した。絶縁フィルムとして、厚みが約０．１５ｍｍのポリプロピレン製のフィルムを用意した。また、電解質として、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）とをＥＣ：ＤＭＣ：ＥＭＣ＝３０：４０：３０の体積比で混合した混合溶媒に、ＬｉＰＦ_６を１．０ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させた非水電解液を用意した。なお、蓋部材には、電解液を電池ケース内に注液するための注液孔と、この注液孔を封止する封口部材とが備えられている。

正極活物質粉末としてのＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２（ＬＮＣＭ）と、導電材としてのアセチレンブラック（ＡＢ）と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを、ＬＮＣＭ：ＡＢ：ＰＶｄＦ＝８７：１０：３の質量比でＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）と混合し、正極活物質層形成用スラリーを調製した。このスラリーを、長尺状のアルミニウム箔の幅方向の一端に沿って非塗工部を残し、その他の領域に帯状に両面に塗布して乾燥した後、ロールプレスすることにより、正極シートを作製した。
負極活物質として、天然黒鉛系炭素材料（Ｃ）と、バインダとしてのスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）とを、Ｃ：ＳＢＲ：ＣＭＣ＝９８：１：１の質量比でイオン交換水と混合して、負極活物質層形成用スラリーを調製した。このスラリーを、長尺状の銅箔の幅方向の一端に沿って非塗工部を残し、その他の領域に帯状に両面に塗布して乾燥した後、ロールプレスすることにより、負極シートを作製した。

セパレータシートとして、ＰＰ／ＰＥ／ＰＰの三層構造の多孔質ポリオレフィンシートを２枚用意した。そして、正極シートと負極シートとをセパレータシートを介して互いに絶縁させた状態で積層し、断面が略長円形となるように捲回することで電極体を作製した。正極シートと負極シートとは、負極活物質層が正極活物質層の両端から幅方向で突出するように、また、正極シートおよび負極シートの非塗工部（集電箔）が幅方向の異なる方向に突出するように重ね合わせた。この電極体の捲回の軸方向の両端に突出している正極および負極の非塗工部に、正極集電端子および負極集電端子をそれぞれ溶接することで、電極体を蓋部材に取り付けた。

次いで、蓋部材に固定された電極体を絶縁フィルムで覆った。具体的には、長方形の絶縁フィルムの一方の面に、予め、図７に示すようにハーフカット加工を施し、折曲げ加工のための切込線を設けた。なお、２本の切込線Ｎについては、切込深さを０．０５ｍｍ、０．０６ｍｍ、０．１２ｍｍ、０．１３ｍｍの４通りに変化させ、その他の切込線については切込深さを０．１ｍｍで一定とした。図７の切込線は、その後の折畳み加工にて、点線が山折、一点鎖線が（最終的に）谷折となることを示している。

そして、切込線を入れた面が外側（つまり、電極体に触れない側）となるように、絶縁フィルムの底面部分Ｂを電極体の底部（蓋部材とは反対の側の端部）に当接させ、まず絶縁フィルムの前長側面部分Ｆと後長側面部分Ｒｅとを上方に折り上げた。次に、絶縁フィルムの左マチ部分Ｓ_Ｌと右マチ部分Ｓ_Ｒとを上方に折り上げたのち、左短側面部分Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２と、右短側面部分Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２とを厚み方向Ｘの中心に向けてそれぞれ折畳んだ。ここで、マチ部分Ｓ_Ｌ、Ｓ_Ｒと短側面部分Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２、Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２との境界近傍は、切込線にしたがって折畳むことで重なり部分を収めた。次いで、短側面部分Ｓ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２、Ｓ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２の上方に位置する角部Ｃ_Ｌ１、Ｃ_Ｌ２、Ｃ_Ｒ１、Ｃ_Ｒ２を幅方向の中心側に折曲げるとともに、後傾斜面Ｕ_Ｂを前方に、前傾斜面Ｕ_Ｆを後方に傾斜するように折曲げた。なお、前傾斜面Ｕ_Ｆおよび後傾斜面Ｕ_Ｂの側面視における傾斜角度は、下記表１に示すとおり０°〜３１°の間で様々に変化させた。本実施形態では、切込線Ｎを設けることで、絶縁フィルムの残留応力により前傾斜面Ｕ_Ｆおよび後傾斜面Ｕ_Ｂが若干傾斜することが確認されたため、傾斜角度０°とするサンプルについては切込線Ｎを設けなかった。なお、この絶縁フィルムは、切込みを入れない箇所では折り曲がらない性状のものである。

蓋部材に固定し絶縁フィルムで覆った各例の電極体について、絶縁フィルムの前傾斜面Ｕ_Ｆおよび後傾斜面Ｕ_Ｂの折曲げ加工部分の様子を確認した。切込線の深さを０．０６ｍｍ（厚みの１／２．５）、０．１２ｍｍ（厚みの１／１．２５）とした例では、前傾斜面Ｕ_Ｆおよび後傾斜面Ｕ_Ｂの折曲げ加工部分で特に異常は確認されなかった。しかしながら、絶縁フィルムの切込線の深さを０．０５ｍｍ（絶縁フィルムの厚みの１／３）と浅くしたサンプルでは、絶縁フィルムの残肉量が比較的厚く、折曲げ加工の際の傾斜角度によっては切込頂部に応力が集中して亀裂が発生したり、絶縁フィルムの破れに至る場合があることが確認された。一方、切込線の深さを０．１３ｍｍ（絶縁フィルムの厚みの１／１．１４）と深くしたサンプルでは、絶縁フィルムの残肉量が比較的薄く、折曲げ加工の際の傾斜角度によっては絶縁フィルムの端部において深さ方向に切込が進展したり、絶縁フィルムに破れが発生する場合があることが確認された。使用する絶縁フィルムの物性や傾斜角度等にもよるものの、切込深さは、絶縁フィルムの厚みのおおよそ１／３より深くしたり、また、絶縁フィルムの厚みのおおよそ１／１．１４より浅くしたりすると安心できる。より信頼性の高い電池を得るとの観点から、以下の評価は、切込線の深さを０．０５ｍｍとしたサンプルについてのみ実施した。

〔注液性の評価〕
蓋部材に固定し絶縁フィルムで覆った各例の電極体の一部を、非水電解液の注液性の確認用のサンプルとし、注液性の評価を行った。すなわち、蓋部材に固定し絶縁フィルムで覆った各例の電極体を、ケース本体の上部の開口からケース本体に挿入し、蓋部材をケース本体に嵌め合わせた。次いで、ケース本体と蓋部材とを溶接することなく、蓋部材の注液孔から所定量（４２ｇ）の非水電解液を、注液ノズルを介して注液速度４５ｇ／ｍｉｎで電池ケース内に注液した。そして、ケース本体から蓋部材をゆっくりと持ち上げ、絶縁フィルム内の電極体に非水電解液が供給されているかどうかを確認した。具体的には、注液した電解液が全て絶縁フィルム内に供給されているかどうかを確認し、絶縁フィルム内に非水電解液が全て供給された場合を「○」、非水電解液が絶縁フィルムから外部に溢れてしまった場合を「×」として、下記の表１の「注液性」の欄に示した。

〔微小短絡による不良品発生率〕
絶縁フィルムで覆った各例の電極体の残りの一部を、金属異物の混入の有無の確認用のサンプルとし、微小短絡による不良品発生率を調べた。すなわち、まず、蓋部材に固定し絶縁フィルムで覆った電極体を、ケース本体の上部の開口からケース本体に挿入し、蓋部材をケース本体に嵌め合わせた。その後、蓋部材とケース本体とをレーザー溶接することで電池ケースを封止した。次いで、蓋部材の注液孔から所定量の非水電解液を電池ケース内に注液し、注液孔を封口部材で塞いだのち、注液孔と封口部材とをレーザー溶接することで電池ケースを気密に封止した。これにより、評価用のリチウムイオン二次電池（電池組立体）を得た。なお、絶縁フィルムの前傾斜面Ｕ_Ｆおよび後傾斜面Ｕ_Ｂの傾斜角度および切込深さを変えた電池は、各条件ごとに４０個以上ずつ用意した。

用意した各評価用リチウムイオン二次電池を２５℃の恒温槽内にて安定させたのち、活性化処理を施した。活性化処理としては、各リチウムイオン二次電池に対し、０．３Ｃの電流値で４．１Ｖまで定電流充電し、０．３Ｃの電流値で３．０Ｖまで定電流放電する充放電処理を３回繰り返すものとした。
次いで、各リチウムイオン二次電池に対し、０．２Ｃの電流値で３．５Ｖまで定電流充電した後、電流値が１／５０Ｃになるまで定電圧充電を行い、初期充電状態とした。その後、各リチウムイオン二次電池を２５℃の恒温槽内にて保管し、７日間にわたってセル電圧の推移を確認した。そして保管期間中にセル電圧が０．１Ｖにまで低下したものを、微小短絡が発生していると判断し、不良品と評価した。そして、次式：不良品発生率（％）＝各条件で発生した不良品セル数／各条件で用意したセル数×１００；にて不良品発生率を算出し、その結果を下記の表１の「不良品発生率」の欄と、図５とに示した。

図５に示すように、絶縁フィルムの上端を切込みＮにより傾斜させて前傾斜面Ｕ_Ｆおよび後傾斜面Ｕ_Ｂとすることで、微小短絡試験による不良品発生率を低減できることが判った。不良品発生率は、傾斜角度が増えるにつれてきれいに低減する傾向にあることが判った。このことから、絶縁フィルムをケースの内側に向けて傾斜させることで、電池組立時に不可避的に混入する金属異物が電極体内に混入して微小短絡に至る割合を効果的に抑制できることが判った。換言すると、絶縁フィルムの上端が内側に傾斜していることで、金属製の電池ケースの蓋部材とケースと本体との嵌め合わせ時にケース内に混入する金属異物や、溶接時に発生する溶接スパッタに由来する金属異物を絶縁フィルムの外側に好適にトラップし、これらの金属異物が微小短絡の原因となるのを抑制できることが確認された。なお、具体的なデータは示していないが、切込深さを０．１２ｍｍとしたサンプルについても、概ね同様の結果が得られている。

ただし、表１に示されるように、絶縁フィルム切込深さに依らず、前傾斜面Ｕ_Ｆおよび後傾斜面Ｕ_Ｂの傾斜角度が３０°を超えると、非水電解液の注液性が良好でないことが確認された。前傾斜面Ｕ_Ｆおよび後傾斜面Ｕ_Ｂの傾斜角度が３０°を超えると、非水電解液が絶縁フィルムの内部に注液され難くなる可能性があり、延いては、非水電解液が電極体に含浸され難くなる可能性が生じるといえる。したがって、前傾斜面Ｕ_Ｆおよび後傾斜面Ｕ_Ｂの高さ方向の寸法にも依るものの、非水電解液を注液するタイプの電池においては、前傾斜面Ｕ_Ｆおよび後傾斜面Ｕ_Ｂの傾斜角度はおおよそ３０°以下程度に抑えることが好適であるといえる。

以上のことから、上記した本実施形態に係る電池によれば、不可避的に電池ケース内に入り込む金属異物が電極体に混入するのを抑制し、この金属異物に起因する微小短絡の発生を抑制できることがわかる。以上、本技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

１ 電池
１０ 電池ケース
１２ ケース本体
１４ 蓋部材
２０ 電極体
３０ 絶縁フィルム
３２ 傾斜面
Ｎ 切込み

Claims (6)

1. 角型の電池ケースと、前記電池ケース内に収容された電極体と、前記電池ケースと前記電極体との間に配置された絶縁フィルムとを備え、
   前記電池ケースは、開口を有するケース本体と、前記開口を蓋する蓋部材とを備え、
   前記ケース本体は、前記開口とは反対側の底面と、前記底面に連続して立設される一対の長側面とを備え、
   前記絶縁フィルムは、一枚のシート状であって、少なくとも前記電極体と前記底面および前記一対の長側面との間にわたって配置されているとともに、前記底面と前記蓋部材とを結ぶ高さ方向における当該絶縁フィルムの一対の端部は、前記電極体よりも前記蓋部材の側に位置しており、
   ここで、前記絶縁フィルムには、前記電極体の蓋部材の側の端部に対応する位置と前記一対の端部との間であって、前記高さ方向に直交しかつ前記長側面に沿う幅方向の少なくとも一部に、当該絶縁フィルムの厚み方向に切込みが設けられており、
   前記切込みよりも前記一対の端部の側の領域は前記電極体の側に向かって傾斜する傾斜面を構成している、電池。
2. 前記傾斜面の傾斜角度は、０°を超えて３０°以下である、請求項１に記載の電池。
3. 前記高さ方向と前記幅方向とに直交する厚み方向における前記電極体の寸法をＴ_０としたとき、前記傾斜面を構成する前記一対の端部の間の距離Ｔ_１は、０．５３×Ｔ_０以上１×Ｔ_０未満である、請求項１または２に記載の電池。
4. 前記切込みの深さは、前記絶縁フィルムの厚みの１／２．５以上１／１．２５以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。
5. 前記切込みは、前記絶縁フィルムの前記ケース本体に面する側の表面に設けられている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池。
6. 前記電池ケースは金属製であり、前記ケース本体と前記蓋部材とは溶接されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電池。

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