JP2000353501A

JP2000353501A - 非水電解質二次電池

Info

Publication number: JP2000353501A
Application number: JP11165300A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakahara; 浩中原
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 1999-06-11
Filing date: 1999-06-11
Publication date: 2000-12-19

Abstract

(57)【要約】【課題】軽くしかも安全な非水電解質電池を提供する。【解決手段】袋状単電池ケースに正極板と隔離体と負極
板とを有する発電要素を収納した非水電解質二次電池に
おいて、前記袋状単電池ケースが機械的強度の異なる複
数の樹脂層と少なくとも一層の金属層を積層した多層構
造からなり、前記樹脂層のうち機械的強度の大きい樹脂
層の一部が他の部分よりも薄いことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、単電池が袋状ケー
スに収納された非水電解質二次電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯用無線電話、携帯用パソコ
ン、携帯用ビデオカメラ等の電子機器が開発され、各種
電子機器が携帯可能な程度に小型化されている。それに
伴って、内蔵される電池としても、高エネルギー密度を
有し、且つ軽量なものが採用されている。そのような要
求を満たす典型的な電池は、特にリチウム金属やリチウ
ム合金等の活物質、又はリチウムイオンをホスト物質
（ここでホスト物質とは、リチウムイオンを吸蔵及び放
出できる物質をいう。）である炭素に吸蔵させたリチウ
ムインターカレーション化合物を負極材料とし、ＬｉＣ
ｌＯ₄、ＬｉＰＦ₆等のリチウム塩を溶解した非プロトン
性の有機溶媒を電解液とする非水電解質二次電池であ
る。

【０００３】この非水電解質二次電池は、上記の負極材
料をその支持体である負極集電体に保持してなる負極
板、リチウムコバルト複合酸化物のようにリチウムイオ
ンと可逆的に電気化学反応をする正極活物質をその支持
体である正極集電体に保持してなる正極板、電解液を保
持するとともに負極板と正極板との間に介在して両極の
短絡を防止するセパレータからなっている。

【０００４】そして、上記正極板、セパレータ及び負極
板はいずれも薄いシートないし箔状のものであり、これ
らを順に積層、又は螺旋状に巻いて発電要素を形成し、
気密構造を有する金属ラミネート樹脂フィルムからなる
電池容器に収納される。このようにして、ラミネート非
水電解質電池を製造することができる。

【０００５】この非水電解質二次電池を電子機器に用い
る場合、単電池又は複数個の直列接続したものとして所
望の電圧を得るようにする。この単数又は複数個の電池
は、充放電制御回路とともに樹脂もしくは金属と樹脂か
らなる筐体に収納され、内容物を取り出せないよう封口
して電池パックとして用いられる。

【０００６】また、近年の携帯機器の小形、軽量化が急
速に進む中、非水電解質電池に限らず電池を電源とする
機器の場合、電池の軽量化及び安全化、低価格化が望ま
れている。電池の小形、軽量化を実現するためには、ラ
ミネート非水電解質単電池が好適であり、高い安全性を
備えたものであることが望ましい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】非水電解質二次電池に
おいて、電解液の溶媒として可燃性有機化合物が用いら
れることが多い。従来、正極活物質として用いられてい
るコバルト酸リチウムの充電は、Ｌｉ／Ｌｉ⁺の平衡電
位に対して約４．２〜４．３Vの範囲としているが、こ
れは、充放電時にコバルト酸リチウムの結晶構造が可逆
的に維持できることと電解液の電位窓の上限で規定され
るものである。

【０００８】正極の電位が前記の電位を越えて充電され
つづけると、有機電解液の分解反応や正極活物質の分解
反応などによって、発生した気体による電池内圧の上昇
や反応熱による電池温度の上昇を引き起こし、電池の破
裂、発火に至ってしまうことがある。

【０００９】このため、非水電解質電池においては、電
池が破裂、発火に至る前に、正極電位が規定電位を越え
ないように、保護回路を設けることで電池の安全性を確
保している。しかしながら、何らかの原因によって保護
回路が故障することを想定すると、電池が過充電状態と
なった場合においても、その安全性を確保できることが
望ましい。

【００１０】非水電解質二次電池の過充電時における破
裂、発火を引き起こす原因の一つとして、電池内部にお
いて連鎖的に発生する種々の発熱反応が考えられる。す
なわち、電池が過充電状態となった場合、電解液分解反
応によって生じる熱によって電池温度が上昇する。電池
温度が約１２０℃に達すると、負極に用いられているグ
ラファイト表面の皮膜と電解質の反応による発熱によっ
て、電池温度がさらに上昇する。これらの反応が電解液
の沸騰や既に電池内部に存在する気体の膨張を引き起こ
し、その結果、電池内の内圧を急激に上昇させるという
問題があった。

【００１１】ここで、金属ラミネート樹脂フィルムを熱
溶着してなる電池ケースを用いた単電池（以下、「ラミ
ネート単電池」と略す）は、従来の金属製電池ケースを
用いた単電池と比較して電池ケース自体に剛性が小さい
ため、電池内で気体が発生すると電池の膨張変形を生じ
やすいという問題があった。

【００１２】ここで、本願発明者は、図２に外観を示し
たような、発電要素が長円形巻回型で、その巻回中心軸
が袋状単電池ケースの開口面に垂直であるように収納さ
れた非水電解質二次電池Ｘを試作した。図２において、
２１は非水電解質二次電池、２２は金属ラミネート樹脂
フィルムケース、２３は正極端子、２４は負極端子、２
５は金属ラミネート樹脂フィルムケースの熱溶着部であ
る。

【００１３】図３は、金属ラミネート樹脂フィルムケー
ス２２の内部に収納された長円形巻回型発電要素の外観
である。図３において、２３は正極端子、２４は負極端
子、２６は長円形巻回型発電要素、２７は長円形巻回型
発電要素の巻回中心軸である。

【００１４】図４は、図２に示した非水電解質二次電池
ＸのＡ−Ａ′断面、すなわち発電要素の巻回中心軸に垂
直な断面を示したもので、図４において、４１は金属ラ
ミネート樹脂フィルムケース、４２は発電要素、４３は
発電要素の巻回中心軸、４４は発電要素断面の短軸、４
５は発電要素断面の長軸である。

【００１５】非水電解質二次電池Ｘにおいては、発電要
素の断面の短軸４４は金属ラミネート樹脂フィルムケー
ス断面の内径の短軸と一致し、また、金属ラミネート樹
脂フィルムケース断面の内径の長軸の長さ（Ｌ）と発電
要素断面の長軸の長さ（２ｒ）も等しい。また、４６は
金属ラミネート樹脂フィルムケースの最大面、４７は金
属ラミネート樹脂フィルムケースの発電要素の巻回中心
軸に平行で湾曲した辺である。

【００１６】この非水電解質二次電池Ｘを用いて、３Ｃ
Ａ／１０Ｖの条件で過充電試験をおこなった。この時の
電池の観察をおこない、電池が膨張変形した時の金属ラ
ミネート樹脂フィルムケースが発電要素に与える影響に
ついて検討した。過充電状態において、電池内で発生し
た気体が、図４の黒矢印で示したように、金属ラミネー
ト樹脂フィルムケースの最大面４６を電池内部から押し
上げる方向に力が加わる。これによって、金属ラミネー
ト樹脂フィルムケース４１は短軸方向に円筒形になろう
として膨張変形する。この時、金属ラミネート樹脂フィ
ルムケースの発電要素の巻回中心軸に平行で湾曲した辺
４７付近において、図４の白矢印で示したように、金属
ラミネート樹脂フィルムケースが電池内部の方向へ引っ
張られる力が加わり、発電要素４２は中心部の方向に圧
迫を受ける。その結果、相対的に、電極間距離は、発電
要素の短軸方向に長くなり、長軸方向は短くなる。

【００１７】すなわち、一定電流で過充電をおこなった
場合、電池の膨張変形が著しくなった時、相対的に電極
間距離が短くなった発電要素の長軸方向において、高率
で充電されるものと考えられる。その結果、負極表面に
多量の樹枝状金属リチウムを生じたり、さらに発電要素
に強い力が加わって電極が変形してしまい、内部短絡を
起こして、電池の破裂や発火を引き起こしてしまうもの
と考えられる。

【００１８】このように、過充電時に電池内部に気体が
発生した時、金属製ケースを用いた単電池と比較して、
電池厚さが増加しやすいラミネート単電池の方が安全性
が劣るものとなる。

【００１９】したがって、金属ラミネート樹脂フィルム
ケースを用いた非水電解質二次電池の過充電時の破裂や
発火などの問題を解決するための手段として、電池内で
気体が発生した場合、金属ラミネート樹脂フィルムケー
スの応力によって発電要素が変形して短絡しないように
しなければならない。そのためには、上記のように発電
要素が変形して短絡してしまう前に、電池内の気体を系
外へ放出しなければならない。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明になる非水電解質
二次電池は、上記問題を鑑みてなされたものである。

【００２１】本願第一の発明になる非水電解質二次電池
は、袋状単電池ケースに正極板と隔離体と負極板とを有
する発電要素を収納した非水電解質二次電池において、
前記袋状単電池ケースが機械的強度の異なる複数の樹脂
層と少なくとも一層の金属層を積層した多層構造からな
り、前記樹脂層のうち機械的強度の大きい樹脂層の一部
が他の部分よりも薄いことを特徴とする。

【００２２】第二の発明になる非水電解質二次電池は、
袋状単電池ケースに正極板と隔離体と負極板とを有する
発電要素を収納した非水電解質二次電池において、前記
袋状単電池ケースが機械的強度の異なる複数の樹脂層と
少なくとも一層の金属層を積層した多層構造からなり、
前記樹脂層のうち機械的強度の大きい樹脂層の一部に切
れ込み部を備えたことを特徴とする第三の発明になる非
水電解質二次電池は、袋状単電池ケースが、樹脂フィル
ム／金属箔／樹脂フィルムを積層した三層構造であり、
外層の樹脂フィルムの機械的強度が内層の樹脂フィルム
の機械的強度よりも大きいことを特徴とする第四の発明
になる非水電解質二次電池は、機械的強度の大きい樹脂
フィルムの一部に電池の外部方向に開口部をもつ凹部を
備え、前記凹部の開口部形状が円形、長円形、楕円形、
多角形の群から選択される少なくとも１種の形状であ
り、かつ、前記凹部の電池外部から内部方向の断面形状
がＶ字形、Ｕ字形、多角形、弓形の群から選択される少
なくとも１種の形状であることを特徴とする第五の発明
になる非水電解質二次電池は、発電要素が、その巻回中
心軸が袋状単電池ケースの開口面に垂直であるように収
納され、樹脂層の厚さが他の部分より薄い部分を袋状単
電池ケースの巻回中心軸に平行で湾曲した辺に設けたこ
とを特徴とする第六の発明になる非水電解質二次電池
は、上記単電池ケースの樹脂層が、ポリエステル、ポリ
オレフィン、ポリイミド、ポリカーボネートの群から選
択される少なくとも１種の高分子材料であることを特徴
とする本発明による手法によって、金属ラミネート樹脂
フィルムケースを用いた非水電解質二次電池は、従来の
金属製ケースを用いた場合と比較して重量エネルギー密
度を向上させることができ、しかも、金属ラミネート樹
脂フィルムケースの一部に樹脂層の厚さが他の部分より
薄い部分を設けることにより、電池の内圧が高くなった
場合に、樹脂層の厚さが他の部分より薄い部分が簡単に
破れて、電池内部のガスを放出し、電池の破裂や発火を
防止することができ、ラミネート単電池を安全化するこ
とができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図面を参
照して説明する。本発明になる非水電解質二次電池の外
観は図２に示したものと同一であり、発電要素を袋状単
電池ケースに収納したものである。発電要素の形状とし
ては、図３に示した長円形巻回型以外にも、円形巻回型
や平板積層型などの種々の形状を使用することができ
る。

【００２４】発電要素は、その巻回中心軸が袋状単電池
ケースの開口面に垂直であるように収納されている。な
お、発電要素の巻回中心軸とは、発電要素が長円形巻回
型の場合には図３に示した２７であり、また、発電要素
が平板型極板をセパレータを介して積層するスタック型
やシート状極板を折りたたんでセパレータを介して積層
する形状の場合には、発電要素の外形は概略直方体とな
り、この直方体のリード端子が取り出されている面の中
心とリード端子が取り出されている面に対向する面の中
心を結ぶ軸をさす。

【００２５】また、本発明においては、袋状単電池ケー
スの材質として、金属ラミネート樹脂フィルムを使用す
るものである。

【００２６】そして、袋状単電池ケースとしては、金属
ラミネート樹脂フィルムを熱溶着することによって封筒
状に成形したラミネートケースや、２枚の金属ラミネー
ト樹脂シートの４辺を熱溶着したものや、一枚のシート
を二つ折りにして３辺を熱溶着したもの、金属ラミネー
ト樹脂シートをプレス成形してカップ状にしたものに発
電要素を入れるようなラミネートケースなど、あらゆる
形状の金属ラミネート樹脂フィルムケースを用いること
ができる。

【００２７】また、金属ラミネート樹脂フィルムは、機
械的強度の異なる複数の樹脂層と少なくとも一層の金属
層を積層した多層構造からなっている。なお、ここで機
械的強度とは「引張り強さ（ｋｇ／ｃｍ²）」をさすも
のとする。

【００２８】さらに、金属ラミネート樹脂フィルムは、
外層から樹脂フィルム／金属箔／樹脂フィルムを積層し
た三層構造であり、外層の樹脂フィルムの機械的強度が
内層の樹脂フィルムの機械的強度よりも大きいことが好
ましい。

【００２９】そして、本発明においては、図１に示した
ように、金属ラミネート樹脂フィルムを構成する樹脂層
のうち、機械的強度の大きい樹脂層の一部を他の部分よ
りも薄くするものである。図１は、図２に示した本発明
になる非水電解質二次電池のＡ−Ａ′断面の一部を示し
たものである。図１において、１１は袋状単電池ケー
ス、１２は発電要素、１３は外層の樹脂フィルム、１４
は金属箔層、１５は内層の樹脂フィルム、１７は外層の
樹脂フィルムの一部の他の部分よりも薄い部分である。

【００３０】なお、図１で示した外層の樹脂フィルムの
一部の他の部分よりも薄い部分１７の形状としては、図
５に示した切れ込み１６や、図６に示したような、電池
の外部方向に開口部をもつ凹部で、凹部の開口部形状が
円形（図６のａ１）、長円形（図６のａ２）、楕円形
（図６のａ３）、多角形（図６のａ４、ａ５）の少なく
とも１種の形状であり、かつ、凹部の電池外部から内部
方向の断面形状がＶ字形（図６のｂ１）、Ｕ字形（図６
のｂ２）、多角形（図６のｂ３）、弓形（図６のｂ４）
の少なくとも１種の形状であればよい。

【００３１】また、発電要素が、その巻回中心軸が袋状
単電池ケースの開口面に垂直であるように収納された形
状の電池の場合には、樹脂層の厚さが他の部分より薄い
部分を袋状単電池ケースの巻回中心軸に平行で湾曲した
辺（図４の４７）に設けることにより、電池の内圧が高
くなった場合に、金属ラミネート樹脂フィルムシートの
樹脂層の厚さが他の部分より薄い部分が簡単に破れて、
電池内部のガスを放出し、電池の破裂や発火を防止する
ことができる。

【００３２】金属ラミネート樹脂フィルムを構成する樹
脂フィルムの材質としては、ポリエチレンテレフタレー
ト（引張り強度約７３０ｋｇ／ｃｍ²）などのポリエス
テル、ポリイミド（引張り強度約９４０ｋｇ／ｃ
ｍ²）、ポリカーボネート（引張り強度約５６０〜６７
０ｋｇ／ｃｍ²）、ポリプロピレン（引張り強度約３２
０〜３６０ｋｇ／ｃｍ²）、ポリエチレン（引張り強度
約７０〜３９０ｋｇ／ｃｍ²）などを使用することがで
き、それぞれの機械的強度を考慮して、外層と内層に使
用する樹脂フィルムを選択すればよい。

【００３３】また、外層と内層には、重合度などにより
機械的強度が異なっていれば、同じ材質の樹脂フィルム
を使用してもよい。また、この樹脂フィルム層には電池
性能に悪影響を及ぼす水分や酸などの汚染物質を吸着す
る材料やフィルムの機械的強度を補強する無機粉体など
を含有させたものも使用可能である。

【００３４】本発明になる非水電解質二次電池に使用す
る電解質の溶媒としては、エチレンカーボネート、プロ
ピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチル
カーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、ジメ
チルスルホキシド、アセトニトリル、ジメチルホルムア
ミド、ジメチルアセトアミド、１，２−ジメトキシエタ
ン、１，２−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、
２−メチルテトラヒドロフラン、ジオキソラン、メチル
アセテート等の極性溶媒、もしくはこれらの混合物が使
用できるが、これに限定するものではない。

【００３５】また、前記溶媒に溶解するリチウム塩とし
ては、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＡｓ
Ｆ₆、ＬｉＣＦ₃ＣＯ₂、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＮ（ＳＯ₂
ＣＦ₃）₂、ＬｉＮ（ＳＯ₂ＣＦ₂ＣＦ₃）₂、ＬｉＮ（ＣＯ
ＣＦ₃）₂およびＬｉＮ（ＣＯＣＦ₂ＣＦ₃）₂などの塩も
しくはこれらの混合物が使用できるが、これに限定する
ものではない。

【００３６】また、本発明になる非水電解質二次電池の
隔離体としては、絶縁性のポリエチレン微多孔膜に電解
液を含浸したものや、高分子固体電解質、高分子固体電
解質に電解液を含有させたゲル状電解質等が使用でき
る。また、絶縁性の微多孔膜と高分子固体電解質等を組
み合わせて使用してもよい。さらに、高分子固体電解質
として有孔性高分子固体電解質膜を使用する場合、高分
子中に含有させる電解液と、細孔中に含有させる電解液
とが異なっていてもよい。

【００３７】さらに、正極材料たるリチウムを吸蔵放出
可能な化合物としては、無機化合物としては、組成式Ｌ
ｉ_xＭＯ₂、またはＬｉ_yＭ₂Ｏ₄（ただしＭは遷移金属、
０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦２）で表される、複合酸化物、
トンネル状の空孔を有する酸化物、層状構造の金属カル
コゲン化物を用いることができる。その具体例として
は、ＬｉＣｏＯ₂ 、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄ 、Ｌｉ
₂Ｍｎ₂Ｏ₄ 、ＭｎＯ₂、ＦｅＯ₂、Ｖ₂Ｏ₅、Ｖ₆Ｏ₁₃、Ｔ
ｉＯ₂、ＴｉＳ₂等が挙げられる。また、有機化合物とし
ては、例えばポリアニリン等の導電性ポリマー等が挙げ
られる。さらに、無機化合物、有機化合物を問わず、上
記各種活物質を混合して用いてもよい。

【００３８】さらに、負極材料たる化合物としては、Ａ
ｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｄ等とリチウムとの合
金、ＬｉＦｅ₂Ｏ₃、ＷＯ₂、ＭｏＯ₂等の遷移金属酸化
物、グラファイト、カーボン等の炭素質材料、Ｌｉ
₅（Ｌｉ₃Ｎ）等の窒化リチウム、もしくは金属リチウム
箔、又はこれらの混合物を用いてもよい。

【００３９】

【実施例】次に、本発明を好適な実施例にもとづき説明
する。

【００４０】［実施例１］本発明になる非水電解質二次
電池Ｙ１の外観は図２と同じであり、正極板と隔離体と
負極板とからなる長円形巻回形発電要素が非水系の電解
液（図示省略）とともに金属ラミネート樹脂フィルムを
熱溶着してなる金属ラミネート樹脂フィルムケース２２
に収納されている。

【００４１】正極活物質にはリチウムコバルト複合酸化
物を用いた。正極板は集電体に上記のリチウムコバルト
複合酸化物が活物質として保持したものである。集電体
は厚さ２０μｍのアルミニウム箔である。正極板は、結
着剤であるポリフッ化ビニリデン６部と導電剤であるア
セチレンブラック３部とを活物質９１部とともに混合
し、適宜Ｎ−メチルピロリドンを加えてペースト状に調
製した後、その集電体材料の両面に塗布、乾燥すること
によって製作した。

【００４２】負極板は、集電体の両面に、ホスト物質と
してのグラファイト（黒鉛）９２部と結着剤としてのポ
リフッ化ビニリデン８部とを混合し、適宜Ｎ−メチルピ
ロリドンを加えてペースト状に調製したものを塗布、乾
燥することによって製作した。負極板の集電体は厚さ１
４μｍの銅を用いた。

【００４３】隔離体はポリエチレン微多孔膜とし、ま
た、電解液は、ＬｉＰＦ₆を１ｍｏｌ／ｌ含むエチレン
カーボネート：ジエチルカーボネート＝４：６（体積
比）の混合液とした。

【００４４】極板の寸法は、正極板が厚さ１８０μｍ、
幅４９ｍｍ、セパレータが厚さ２５μｍ、幅５３ｍｍ、
負極板が厚さ１７０μｍ、幅５１ｍｍであり、順に重ね
合わせてポリエチレンの長方形状の巻芯を中心として、
その周囲に長円渦状に巻回して、５２×３５×４ｍｍの
大きさの発電要素とした。これを金属ラミネート樹脂フ
ィルムケース５に収納した。

【００４５】図１は、図２に示した本発明になる非水電
解質二次電池Ｙ１のＡ−Ａ′断面の一部を示したもので
ある。図１において、１１は金属ラミネート樹脂フィル
ムケース、１２は発電要素、１３はポリエチレンテレフ
タレート（ＰＥＴ）からなる表面保護層（外層）、１４
はアルミニウム箔からなる金属箔層、１５は電池内に侵
入あるいは生成した水分や酸分を吸収する化合物を含有
したポリエチレンからなる熱可塑性樹脂層（内層）であ
る。また、単電池ケースの外層のポリエチレンテレフタ
レート層１３は、他の部分よりも厚さが薄い部分１７を
備えている。

【００４６】図７は、図２に示した本発明になる非水電
解質二次電池ＹのＢ−Ｂ’断面を拡大図を示したもので
ある。図７において、５１は最外層の表面保護用の１２
μｍのＰＥＴフィルム、５２はバリア層として９μｍの
アルミニウム箔、５３は熱溶着層として１００μｍの酸
変性ポリエチレン層であり、気密封口用の袋状単電池ケ
ースとしての金属ラミネート樹脂フィルムケースは５１
と５２と５３とからなり、最外層の表面保護用ＰＥＴフ
ィルム５１とバリア層としてのアルミニウム箔５２はウ
レタン系接着剤で接着している。

【００４７】正極リード端子５４および負極リード端子
５５は、厚み５０〜１００μｍの銅、アルミニウム、ニ
ッケルなどの金属導体である。

【００４８】このようにして、公称容量５００ｍＡｈの
ラミネート単電池を試作した。

【００４９】［実施例２］単電池ケースの最外層のＰＥ
Ｔフィルムの少なくとも一か所に、図５に示したような
切れ込み部１６を備えているものを用いた以外は実施例
１と同様の、非水電解質二次電池Ｙ２を製作した。

【００５０】［実施例３］単電池ケースの最外層のＰＥ
Ｔフィルムの少なくとも一か所に凹部を設け、この凹部
の開口部形状が円形（図６−ａ１）であり、凹部の電池
外部から内部方向の断面形状がＶ字形（図６−ｂ１）に
切削されて他の部分よりも厚さが薄い部分を備えている
ものを用いた以外は実施例１と同様の、非水電解質二次
電池Ｙ３を製作した。

【００５１】［実施例４］単電池ケースの最外層のＰＥ
Ｔフィルムの少なくとも一か所に凹部を設け、この凹部
の開口部形状が円形（図６−ａ１）であり、凹部の電池
外部から内部方向の断面形状がＵ字形（図６−ｂ２）に
切削されて他の部分よりも厚さが薄い部分を備えている
ものを用いた以外は実施例１と同様の、非水電解質二次
電池Ｙ４を製作した。

【００５２】［実施例５］単電池ケースの最外層のＰＥ
Ｔフィルムの少なくとも一か所に凹部を設け、この凹部
の開口部形状が多角形（図６−ａ５）であり、凹部の電
池外部から内部方向の断面形状が多角形（図６−ｂ３）
に切削されて他の部分よりも厚さが薄い部分を備えてい
るものを用いた以外は実施例１と同様の、非水電解質二
次電池Ｙ５を製作した。

【００５３】［実施例６］単電池ケースの最外層のＰＥ
Ｔフィルムの少なくとも一か所に凹部を設け、この凹部
の開口部形状が円形（図６−ａ１）であり、凹部の電池
外部から内部方向の断面形状が多角形（図６−ｂ３）に
切削されて他の部分よりも厚さが薄い部分を備えている
ものを用いた以外は実施例１と同様の、非水電解質二次
電池Ｙ６を製作した。

【００５４】［実施例７］単電池ケースの最外層のＰＥ
Ｔフィルムの少なくとも一か所に凹部を設け、この凹部
の開口部形状が円形（図６−ａ１）であり、凹部の電池
外部から内部方向の断面形状が弓形（図６−ｂ４）に切
削されて他の部分よりも厚さが薄い部分を備えているも
のを用いた以外は実施例１と同様の、非水電解質二次電
池Ｙ７を製作した。

【００５５】［比較例］単電池ケースの最外層のＰＥＴ
フィルムが切れ込みを備えていないものを用いた以外は
実施例１と同様の、非水電解質二次電池Ｘを製作した。

【００５６】実施例１〜７の電池と比較例の電池を、３
ＣｍＡ／１０Ｖの条件で過充電試験をおこなった。試験
結果を表１に示す。［表１］

【００５７】表１より、比較例の電池（電池Ｘ）と比べ
て、本発明の実施例１〜７になる電池（電池Ｙ１〜Ｙ
７）は、過充電をおこなっても発煙・発火せず、安全性
が高いことがわかった。

【００５８】また、過充電時の電池を目視にて観察した
ところ、どの電池においても正極容量に対して約９０％
まで充電した時に、電池内部で発生した気体によって電
池が膨らみはじめた。その後、実施例１〜７になる電池
（電池Ｙ１〜Ｙ７）は、袋状単電池ケースの最外層の一
部が薄いところで金属ラミネート樹脂フィルムが裂け、
前述のような単電池ケースの膨張変形にともなう発電要
素の変形、座屈はなかった。

【００５９】一方、比較例になる電池（電池Ｘ）は、過
充電中に電池内圧が上昇して単電池ケースが膨張変形し
ても開封することなく、発火に至った。発火に至る直前
の電池寸法は、過充電前の寸法に対して、長辺で約１０
％、短辺で約１４％小さくなっていた。

【００６０】次に、実施例１〜７と比較例の電池を３Ｃ
Ａで６Ｖまで充電して、充電を停止して、解体調査をお
こなった。

【００６１】その結果、比較例の電池は、充電を停止し
た時に電池厚さが充電前の３００〜３２０％に増加して
いた。また、流動パラフィン中で電池内の気体を採取し
て、測定した気体の体積と充電終了時の電池の体積から
電池内圧を測定すると、６〜８ｋｇｆ／ｃｍ²であっ
た。比較例の電池の発電要素は、長辺の外側から金属ラ
ミネート樹脂フィルムケースによる外力を受けて変形し
ており、電極が座屈している箇所も見られた。また、発
電要素の長辺部近傍の負極板において、樹枝状の金属リ
チウムが多量に析出しており、それに対向するセパレー
タにも多量の金属リチウムが付着していた。

【００６２】上記の結果から、比較例の電池を充電し続
けると、さらに電池厚さが増加して、前述のような電極
の変形が大きくなり、電極がセパレータを貫通して短絡
を起こしたり、負極板上に生成した樹枝状の金属リチウ
ムがセパレータを貫通して短絡を起こすものと推察さ
れ、これらは発火に至る原因の一つになるものと推察さ
れる。

【００６３】一方、本発明の実施例１〜７の場合、電池
の厚さは、充電前と比較して過充電後に２００〜２５０
％に増加したとき、袋状単電池ケースの最外層のＰＥＴ
フィルムの厚さが薄くなった部位で、金属ラミネート樹
脂フィルムが断絶して、袋状単電池ケースが開封した。
この時、比較例の電池で見られたような発電要素の変形
は見られなかった。また、負極板上において、樹枝状金
属リチウムが負極板全面に観察され、局部的に生成した
箇所は見られなかった。

【００６４】すなわち、本発明実施例の電池では、過充
電時に発生する気体によって電池の膨張変形が起きた時
に、袋状単電池ケースが開口して内圧を開放し、発電要
素の変形や座屈を抑制し、かつ負極板上における局所的
な金属リチウムの電析を抑制できたものと推察される。
したがって、袋状単電池ケースの最外層のＰＥＴフィル
ムの厚さが薄くなった部位は、従来の金属缶ケースに用
いられている安全弁の役割をするものである。

【００６５】

【発明の効果】このように、本発明になる非水電解質二
次電池は、金属ラミネート樹脂フィルムケースの一部に
樹脂層の厚さが他の部分より薄い部分を設けることによ
り、電池の内圧が高くなった場合に、樹脂層の厚さが他
の部分より薄い部分が簡単に破れて、電池内部のガスを
放出し、電池の破裂や発火を防止することができ、過充
電時の安全性を確保できることがわかった。

【００６６】また、本発明は、発電要素をたとえば薄い
シート状のソフトケースに収納しているので、気密性に
優れかつシーリング工程の煩雑さを解消することがで
き、もって安価な製造、軽量化が可能となる。

【００６７】加えて、単電池が気密性に優れるため、従
来のようにハードケース自体の気密性は問題にならな
い。それゆえに、ワンタッチ式の組立構造とすることが
できるため、電池パックの製造を極めて容易にすること
ができる。さらに、電池収納容器には、インサート成形
された外部機器接続用の端子が形成されているので、製
造工程が容易となる。

【００６８】本発明に使用する発電要素としては、実施
例で述べた正極板・セパレータ・負極板を巻回した形状
に限定されるものではなく、箔状に成形した平板状の極
板を積層した形状等も使用可能である。

【００６９】本発明は、軽量化および薄型化を可能とす
る金属ラミネート樹脂フィルムケースを用いた非水電解
質二次電池において、電池の過充電状態における安全化
を確保できるので、携帯用電子機器の部品として極めて
有益である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる非水電解質二次電池の、発電要素
の巻回中心軸に垂直な面で切断した断面（図２のＡ−
Ａ′断面）の一部拡大図。

【図２】非水電解質二次電池の外観図。

【図３】長円形巻回型発電要素の外観図。

【図４】非水電解質二次電池のＡ−Ａ′断面図。

【図５】外層の樹脂フィルムの一部の他の部分よりも薄
い部分の形状が切れ込みである場合の一部拡大断面図。

【図６】外層の樹脂フィルムの一部の他の部分よりも薄
い部分が電池の外部方向に開口部をもつ凹部の場合の、
凹部の開口部形状と、凹部の電池外部から内部方向の断
面形状を示す図。

【図７】本発明になる非水電解質二次電池のリード端子
部分（図２のＢ−Ｂ′断面）を示す図。

【符号の説明】

１１袋状単電池ケース１２発電要素１３外層の樹脂フィルム１４金属箔層１５内層の樹脂フィルム１７外層の樹脂フィルムの一部の他の部分よりも薄い
部分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】袋状単電池ケースに正極板と隔離体と負
極板とを有する発電要素を収納した非水電解質二次電池
において、前記袋状単電池ケースが機械的強度の異なる
複数の樹脂層と少なくとも一層の金属層を積層した多層
構造からなり、前記樹脂層のうち機械的強度の大きい樹
脂層の一部が他の部分よりも薄いことを特徴とする非水
電解質二次電池。
【請求項２】袋状単電池ケースに正極板と隔離体と負
極板とを有する発電要素を収納した非水電解質二次電池
において、前記袋状単電池ケースが機械的強度の異なる
複数の樹脂層と少なくとも一層の金属層を積層した多層
構造からなり、前記樹脂層のうち機械的強度の大きい樹
脂層の一部に切れ込み部を備えたことを特徴とする非水
電解質二次電池。
【請求項３】袋状単電池ケースが、樹脂フィルム／金
属箔／樹脂フィルムを積層した三層構造であり、外層の
樹脂フィルムの機械的強度が内層の樹脂フィルムの機械
的強度よりも大きいことを特徴とする請求項１または２
記載の非水電解質二次電池。
【請求項４】機械的強度の大きい樹脂フィルムの一部
に電池の外部方向に開口部をもつ凹部を備え、前記凹部
の開口部形状が円形、長円形、楕円形、多角形の群から
選択される少なくとも１種の形状であり、かつ、前記凹
部の電池外部から内部方向の断面形状がＶ字形、Ｕ字
形、多角形、弓形の群から選択される少なくとも１種の
形状であることを特徴とする請求項１または３記載の非
水電解質二次電池。
【請求項５】発電要素が、その巻回中心軸が袋状単電
池ケースの開口面に垂直であるように収納され、樹脂層
の厚さが他の部分より薄い部分を袋状単電池ケースの巻
回中心軸に平行で湾曲した辺に設けたことを特徴とする
請求項１〜４記載の非水電解質電池。
【請求項６】上記単電池ケースの樹脂層が、ポリエステ
ル、ポリオレフィン、ポリイミド、ポリカーボネートの
群から選択される少なくとも１種の高分子材料であるこ
とを特徴とする請求項１〜５記載の非水電解質電池。