JP2016062645A

JP2016062645A - 電池

Info

Publication number: JP2016062645A
Application number: JP2014186795A
Authority: JP
Inventors: 圭一郎小林; Keiichiro Kobayashi; 幸志郎米田; Koshiro Yoneda
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2016-04-25

Abstract

【課題】熱衝撃耐性に優れた、信頼性の高い電池を提供すること。【解決手段】本発明によって提供される電池は、電極体２０と電池ケース３０との間に該電極体２０と該電池ケース３０の内壁面とを隔離する絶縁性のフィルム９０を有する。かかる絶縁フィルム９０は偏光フィルムであり、当該絶縁フィルム９０は該フィルムの延伸方向に直交する方向と上記電池ケース３０の幅広面の長辺方向とが一致する方向に配置されていることを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、電池に関する。詳しくは、電極体と該電極体を収容する電池ケースと、当該電極体と当該電池ケースの内壁とを隔離する絶縁フィルムを備える電池の構造に関する。

リチウムイオン二次電池（リチウム二次電池）、ナトリウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池は、既存の電池に比べて軽量且つエネルギー密度が高いことから、近年、パソコンや携帯端末等のいわゆるポータブル電源や車両駆動用電源として用いられている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池は、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）等の車両の駆動用高出力電源として好ましく用いられている。

かかる電池は、一般に電極体と電池ケースとを別々に製造し、その後電極体を電池ケースに収容して構築される。電池ケースとしては、物理的強度が大きいという観点から金属製のパッケージを使用することが多い。この場合には、金属製の電池ケースと電極体とを絶縁するために、例えば絶縁性のフィルムを用いて電極体と電池ケース内壁とを隔離する手法が用いられている。例えば、特許文献１〜４には、かかる絶縁フィルムを備える電池および該電池の製造方法について記載されている。

特開２００６−１００２１３号公報特開２０１０―１９８９４６号公報特開２００８−２３４８６８号公報特開２０１３―０８０６１７号公報

ところで、車両駆動用電源として用いられる二次電池には、高容量化と小型化が求められている。高容量のリチウムイオン二次電池等は、一回の充電による走行距離（航続距離）を延長することができるため、ＨＶやＰＨＶでの使用に好ましい。また、小型の電池は種々の車両への搭載が可能となるため好ましい。電池の高容量化および小型化を実現する一つの方策として、電池を構成する部材の小型化と薄肉化が挙げられる。例えば、上記絶縁フィルムの薄肉化が進められている。しかしながら、膜厚の薄いフィルムは、厚いフィルムと比べて力学的な強度、特に熱衝撃耐性が低下する虞があった。

電池、特に車両駆動用電源として用いられる電池は、電池の周辺温度（延いては電池の温度）の変化が大きく、また急激なものとなりやすい。例えば、車両駆動時の電池や炎天下に駐車された車両の電池の周囲の温度は高温となる場合があり、また、夜間や冬（特に寒冷地）などには車両に搭載された電池の周辺温度は氷点下の低温になる場合がある。特に、車両の駆動開始時や駆動終了直後には電池の周辺温度（延いては電池の温度）の変化が急激なものとなりやすい。したがって、電池（特に車両駆動用電源として用いられる電池）には熱衝撃耐性が求められており、かかる電池に用いられる絶縁フィルムにも同様に熱衝撃耐性（例えば、熱衝撃を受けた際の破れにくさ等）が要求される。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、絶縁フィルムの熱衝撃耐性を向上させることで、信頼性の高い電池を提供することである。

本発明者らは、絶縁フィルムに一般的に使用される樹脂フィルムにおいて、成形方向と該方向に直交する方向とで力学的強度に差を有することに着目した。特に一軸方向（単軸方向）に延伸された一軸延伸フィルムは、延伸方向と延伸方向に直交する方向とで力学的強度の差が大きい場合が多い。例えば、一般的に、延伸方向の引張強度の方が、延伸方向に直交する方向の引張強度より大きい。そして、鋭意検討の結果、本発明者らは、一軸延伸フィルムの延伸方向と直交する方向が延伸方向と比較して熱衝撃耐性に優れることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、上記課題を解決するものとして、扁平形状で長方形状の幅広面を有する電極体と、該電極体が収容される長辺形状の幅広面を有する角型の電池ケースとを備える角型電池が提供される。そして、上記電極体と上記電池ケースとの間には、該電極体と電池ケースの内壁面とを隔離する絶縁性のフィルムが備えられている。上記絶縁フィルムは偏光フィルムからなるフィルムである。そしてまた、上記絶縁フィルムは、該フィルムの延伸方向と直交する方向と上記電池ケースの幅広面の長辺方向とが一致する方向に配置されている。

かかる構成によると、熱衝撃耐性に優れた電池を提供することができる。角型電池ケースの幅広面の長辺方向と絶縁フィルムの熱衝撃耐性に優れた方向とを一致させることで、当該幅広面に対向する絶縁フィルムの熱衝撃耐性を向上することができる。かかる幅広面は電池ケースを構成する各面の内で最も面積の大きい面であるので、当該幅広面に対向する絶縁フィルムの熱衝撃耐性の向上は、絶縁フィルム全体の熱衝撃耐性の向上に貢献する。したがって、絶縁フィルムを、当該絶縁フィルムの延伸方向と直交する方向が電池ケースの幅広面の長辺方向に一致する方向になるように、電極体と電池ケースとの間に配置することで、該フィルムを備えた電池の熱衝撃耐性を向上することができる。さらに、偏光フィルムは延伸方向を肉眼で容易に判別可能である。そのため、一軸延伸フィルムの中でも偏光フィルムを用いることで、本発明にかかる電池を高効率に製造可能である。
好ましくは、角型電池ケースは、幅広面の長辺の長さａと該幅広面の短辺の長さｂの比（ａ／ｂ）が１．１≦ａ／ｂである。このような長方形状の幅広面（ａ／ｂが１．１以上、より好適には１．３以上）を備える角型電池ケースを用いる場合において特に良く本発明の効果（熱衝撃耐性）を発揮させることができる。

本明細書において「熱衝撃耐性」とは、周囲温度の急激な変化に耐える能力をいう。具体的には、電池が晒され得る環境温度範囲内において、高温環境下と低温環境下とに短時間で交互に繰り返し晒す熱衝撃試験に対する耐久性により評価することができる。例えば、上記熱衝撃試験の条件として、低温環境として−４０℃の環境、高温環境として６０℃の環境、そして晒し時間を３０分間、高温環境と低温環境との移し替え時間を１０分として１００サイクル繰り返す条件が挙げられる。絶縁フィルムの熱衝撃耐性は、上述のような熱衝撃試験に供した後の絶縁フィルムについて、ヒビ、ワレ、裂け等の発生の有無等により評価することができる。

なお、本明細書において、「絶縁フィルム」はフィルム状のものに限定されず、シート状の絶縁シートも含み得るものとする。

また、ここで開示される電池の好適な一態様では、上記絶縁フィルムは、ポリプロピレン、熱可塑性ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタラート、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネートおよびエチレン酢酸ビニル共重合体からなる群から選択される少なくとも一種の高分子材料を含む樹脂フィルムからなる。
上記に挙げた材料は、何れも偏光フィルムの作製に好適な材料である。また、上記材料を原料とするフィルムはいずれも比較的安価で入手が容易な汎用の樹脂フィルムである。かかるフィルムを絶縁フィルムとして用いることで、電池の製造コストを低減することができる。

また、ここで開示される電池の好適な一態様では、上記絶縁フィルムは、上記電極体が挿入される袋状に形成されている。
袋状に形成した絶縁フィルム内部に電極体を挿入することで、絶縁フィルムのズレ等を防止することが可能であり、容易且つ適切に電極体と電池ケースとを絶縁することができる。また、予め（電池ケース内に電極を挿入するより前に）電極体を袋状の絶縁フィルム内に収容しておくことで、電極体および絶縁フィルムを電池ケース内に効率よく収容することが可能となる。さらに、予め電極体を袋状の絶縁フィルム中に収容しておくことで、電極体を電池ケース内へ挿入する際に生じ得る電極体の破損を防止することができる。

また、ここで開示される電池の好適な一態様では、上記電池ケースの幅広面の長辺側に、上記扁平形状の電極体を幅広面の長辺側から挿入するための開口部が形成されている。
かかる構成とすることで、電極体の挿入方向が電池ケースの幅広面の短辺と一致するため、電極体を電池ケース内へ挿入する挿入距離が短くなる。これにより、電池ケース内への電極体の挿入が容易となり、電池の生産性を向上することができる。また、電極体および絶縁フィルムを電池ケース内に挿入する際に生じ得る電極体および絶縁フィルムの破損（破れ等）のリスクを低減することができる。

ここで開示される電池の好適な一態様では、上記電池ケースの幅広面の短辺側に、上記扁平形状の電極体を幅広面の短辺側から挿入するための開口部が形成されている。
かかる構成とすることで、電極体の挿入方向が、電池ケースの幅広面の長辺方向、即ち絶縁フィルムの延伸方向に直交する方向と一致する。なお、電池ケースの二つの幅広面と底部の三面は、典型的に、一連の絶縁フィルムにより電極体から絶縁される場合が多い。上記構成とすることで、電池ケースの一の幅広面の開口部端から他の幅広面の開口部端までを、絶縁フィルムの延伸方向に直交する方向に沿った一連の絶縁フィルムが絶縁することが可能となり、本発明の効果を高レベルで発揮することができる。

本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の外形を模式的に示す斜視図である。図１中のII−II線に沿う断面構造を模式的に示す縦断面図である。一実施形態に係る絶縁フィルムと捲回電極体と電池ケースとの関係を示す模式図である。なお、図中の白抜きした双方向矢印は、絶縁フィルムの延伸方向と直交する方向を示す。一実施形態に係る絶縁フィルムと捲回電極体と電池ケースとの関係を示す模式図である。なお、図中の白抜きした双方向矢印は、絶縁フィルムの延伸方向と直交する方向を示す。一実施形態に係る絶縁フィルムと捲回電極体とを示す模式図である。なお、図中の白抜きした双方向矢印は、絶縁フィルムの延伸方向と直交する方向を示す。一実施形態に係る絶縁フィルムと捲回電極体とを示す模式図である。なお、図中の白抜きした双方向矢印は、絶縁フィルムの延伸方向と直交する方向を示す。

以下、適宜図面を参照しながら、本発明の好適な一実施形態（第一の実施形態）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発明の実施に必要な事柄（例えば、本発明を特徴付けない電池の一般的な製造プロセス等）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。本発明は、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、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位に同じ符号を付して説明し、重複する説明は省略または簡略化することがある。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は必ずしも実際の寸法関係を反映するものではない。

以下、特に限定することを意図したものではないが、本発明の電池の構成を、図１〜３に示すリチウムイオン二次電池（リチウム二次電池）１００を例にして詳細に説明する。

図１、２に示すリチウムイオン二次電池１００は、大まかにいって、扁平形状の捲回電極体２０と絶縁フィルム９０と非水電解液（図示せず）とが扁平な角形の電池ケース（即ち外装容器）３０に収容されている。

本実施形態に係る電池ケース３０は、一端（電池の通常の使用状態における上端部に相当する。）に開口部を有する箱形（すなわち有底直方体状）の角型ケース本体３２と、該ケース本体３２の開口部を封止する長方形状の蓋体３４とから構成される。この開口部より、絶縁フィルム９０と電極体２０を電池ケース内に収容することができる。上記電池ケース３０（電池ケース本体３２）は、その内壁面で囲まれた空間（内部空間）が扁平な電極体の形状に対応した扁平な箱型形状（角型）に形成されている。電池ケース３０（電池ケース本体３２）の上記内壁面は、略長方形の底面と、該底面の長手方向に沿う両端から直立した互いに対向する２枚の幅広面と、該底面の短手方向に沿う両端から直立した互いに対向する２枚の幅狭面とから構成されている。
また、図１および図２に示すように、蓋体３４には外部接続用の正極端子４２および負極端子４４と、電池ケース３０の内圧が所定レベル（例えば設定開弁圧０．３ＭＰａ〜１．０ＭＰａ程度）以上に上昇した場合に該内圧を開放するように設定された薄肉の安全弁３６と、非水電解液を注入するための注入口（図示せず）が設けられている。また、電池ケース３０の内部には、電池ケース３０の内圧上昇により作動する電流遮断機構（Current Interrupt Device、ＣＩＤ）が設けられてもよい（図示せず）。

電池ケース３０の材質は、高強度であり軽量で熱伝導性の良い金属材料が好ましく用いられ得る。このような金属製材料としては、例えばアルミニウム（アルミニウム合金を含む）、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼等が挙げられ、典型的にはアルミニウムが用いられる。

電池ケース３０（電池ケース本体３２）の形状は、図１〜図４に示すように長方形状の幅広面を有する角型であり、典型的には、かかる長方形状幅広面の長辺の長さａと該幅広面の短辺の長さｂとの比（ａ／ｂ）が１．１≦ａ／ｂを満たすような箱形（直方体形状）の角型ケースである。本実施形態では、図１〜図３に示すとおり、電池ケース３０（電池ケース本体３２）の幅広面の長辺側に開口部が形成されている。或いは、図４に示すように、電池ケース３０（電池ケース本体３２）の幅広面の短辺側に開口部が形成されてもよい。かかる開口部から、電極体２０を電池ケース３０（電池ケース本体３２）内に挿入（収容）することができる。また、電池ケース３０の各寸法は、電極体２０、絶縁フィルム９０、非水電解液といった電池ケース内に収容される部材が収容可能であれば、特に限定されない。電極体２０および絶縁フィルム９０等を収容可能であり、かつデッドスペースが小さい電池ケース３０（電池ケース本体３２）が好ましい。

捲回電極体２０は、図２に示すように、長尺なシート状の正極（正極シート）５０と長尺なシート状の負極（負極シート）６０と当該正負極シートの間に介在された２枚のセパレータ（セパレータシート）７０とが長手方向に積層された状態で捲回されて形成されている。かかる電極体２０は、扁平形状で長方形状の幅広面を有する。図示されるように、正極シート５０は、正極集電体５２の片面または両面（ここでは両面）に、少なくとも正極活物質（図示せず）を含む正極活物質層５４が形成されている。また、負極シート６０は、負極集電体６２の片面または両面（ここでは両面）に、少なくとも負極活物質（図示せず）を含む負極活物質層６４が形成されている。

また、図２に示すように、上記積層の際には、正極シート５０は、捲回電極体２０の一方（図では左側）の端部に正極シート５０の正極活物質層非形成部分（即ち、正極活物質層５４が形成されずに正極集電体５２が露出した部分）５２ａの一部が突出するように、負極シート６０は他方（図では右側）の端部に負極シート６０の負極活物質層非形成部分（即ち、負極活物質層６４が形成されずに負極集電体６２が露出した部分）６２ａの一部が突出するように、幅方向で互いにずらして重ね合わされている。その結果、捲回電極体２０の中央部には正極シート５０と負極シート６０とセパレータシート７０とが積層されて捲回された積層部が形成される一方で、捲回電極体２０の捲回軸方向の両端には、上記正負極の活物質層非形成部分（５２ａ、６２ａ）の一部がそれぞれ積層部から外方にはみ出した正極活物質層非形成部分５２ａおよび負極活物質層非形成部分６２ａが形成される。そして、図示するように、かかる正極活物質層非形成部分５２ａおよび負極活物質層非形成部分６２ａには、正極集電板４２ａおよび負極集電板４４ａが超音波溶接、抵抗溶接等によりそれぞれ接合されている。そして図示されるように、正極集電板４２ａおよび負極集電板４４ａは、それぞれ、上記正極端子４２および負極端子４４と電気的に接続されている。

本実施形態にかかる捲回電極体２０は、図２および図３に示すように、捲回軸方向の長さが捲回軸方向に直交する方向の長さよりも長い形状の捲回電極体２０（本明細書では横長形状の捲回電極体と呼ぶこととする）であり得るが、捲回電極体２０の形状はこれに限定されない。例えば、図４に示すように、捲回軸方向の長さが捲回軸方向に直交する方向の長さより短い形状の捲回電極体２０（本明細書では縦長形状の捲回電極体と呼称することとする）であってもよい。上述のように捲回軸方向の両端部にそれぞれ正負極活物質層非形成部５２ａ、６２ａの一部が外方にはみ出した形態の捲回電極体２０は、典型的に、図３および図４に示すように電極体２０の挿入方向と捲回軸方向に直交する方向（捲回方向に沿う方向）とが一致するようにして電池ケース３０（電池ケース本体３２）内に電極体２０を挿入することができる。即ち、横長形状の捲回電極体２０を収容する電池ケース３０（電池ケース本体３２）としては、電池ケース３０の幅広面の長辺側に開口部が形成された電池ケース（電池ケース本体）が適しており、縦長形状の捲回電極体２０を収容する電池ケース３０（電池ケース本体３２）としては、電池ケースの幅広面の短辺側に開口部が形成された電池ケース（電池ケース本体）が適している。

絶縁フィルム９０は、図２に示すように、電池ケース３０（電池ケース本体３２）と電極体２０とを隔離するように、当該電池ケース３０と電極体２０の間に配置されている。かかる絶縁フィルム９０によって発電要素である電極体２０と電池ケース３０（電池ケース本体３２）との接触が回避され、電極体２０と電池ケース３０との絶縁を確保することができる。

絶縁フィルム９０は、図３および図４に示すように、絶縁フィルムの延伸方向と直交する方向（図中の白抜きした双方向矢印で示す方向）が電池ケース３０（電池ケース本体３２）の幅広面の長辺方向と一致する方向となるように電池ケース３０内に配置されている。本実施形態（開口部が電池ケース３０の幅広面の長辺側に形成された電池ケース３０を用いる場合）では、図３に示すとおり、絶縁フィルムの延伸方向と直交するする方向と電極体２０の挿入方向とが直交するように絶縁フィルム９０が電池ケース３０（電池ケース本体３２）内に配置されている。換言すれば、横長形状の捲回電極体２０の捲回軸方向と絶縁フィルムの延伸方向と直交する方向とが一致するように絶縁フィルム９０が電池ケース３０（電池ケース本体３２）内に配置されていると把握することもできる。

或いは、図４に示すように、開口部が電池ケース３０の幅広面の短辺側に形成された電池ケース３０（電池ケース本体３２）を用いる場合であれば、絶縁フィルムの延伸方向に直交する方向と電極体２０の挿入方向とが一致するように絶縁フィルム９０が電池ケース３０（電池ケース本体３２）内に配置されている。換言すれば、縦長形状の捲回電極体２０の捲回軸方向と直交する方向と絶縁フィルムの延伸方向と直交する方向とが一致するように絶縁フィルム９０が電池ケース３０（電池ケース本体３２）内に配置されていると把握することもできる。

絶縁フィルム９０の形状は、電極体２０と電池ケース３０（電池ケース本体３２）とを絶縁可能であれば特に限定されない。本実施形態に係る絶縁フィルム９０は、図３および図４に示すように、長方形状の絶縁フィルム９０が、電極体２０の底部（電極体２０を電池ケース内に挿入した時に電池ケースの底面に対向する部分）で屈曲した状態（或いは折り曲げられた状態）で電極体２０の両扁平面と底部とを覆う構成であり得る。
なお、上記絶縁フィルム９０は、上記電極体２０と電池ケース３０（電池ケース本体３２）との絶縁性が確保される限りにおいて、例えばその一部に、位置決め用の切欠き部や端子を取り出すための端子取り出し孔等を備えた構成であってもよい。

かかる形状の絶縁フィルム９０は、大まかにいって、電池ケース３０（電池ケース本体３２）の幅広面（電極体２０の扁平面）に対向する一対の幅広面を形成する幅広面形成部と、該一対の幅広面形成部の間に存在する部分であって、電池ケース３０（電池ケース本体３２）の底面（電極体２０の底部）に対向する絶縁フィルムの底面を形成する底面形成部とにより構成される。ここで、かかる絶縁フィルム９０は、上記幅広面形成部の長辺方向が、絶縁フィルムの延伸方向と直交する方向と一致するように構成されている。
なお、上記幅広面形成部および底面形成部の大きさおよび形状等は、電極体２０の大きさおよび形状等に対応して適宜設定することができる。

かかる形状の絶縁フィルム９０について、底面形成部の形状は特に限定されず、例えば、Ｕ字状、Ｖ字状、コの字状であり得る。好ましくは、図３および図４に示すように、絶縁フィルム９０は上記底面形成部を湾曲させた緩やかな曲面形状（Ｕ字形状）に形成されている。これにより、当該絶縁フィルム９０の底面の形状が捲回電極体２０の形状により近い形状、即ち、捲回方向に沿う方向の両端部に形成される湾曲部の形状と同様の形状に形成され得るため、電極体２０と絶縁フィルム９０の底面との間に生じ得る隙間を最小限にすることが可能である。その結果、電極体２０および絶縁フィルム９０を電池ケース３０（電池ケース本体３２）内に収容する際に起こり得る絶縁フィルム９０のズレ等を防止することができるので、電極体２０と電池ケース３０（電池ケース本体３２）との絶縁を高レベルに確保することができる。

かかる形状の絶縁フィルム９０は、例えば、所定形状に切り取った絶縁フィルムを上述の形状に折り曲げることにより形成することができる。具体的には、所定形状に切り取った絶縁フィルム９０の所定の位置に電極体２０を配置した後で屈曲させる（折り曲げる）ことで上記の形状に成形することができる。或いは、所定形状に切り取った絶縁フィルム９０を予め屈曲させておき（折り曲げておき）、当該絶縁フィルム９０の幅広面形成部の間に電極体２０を挿入してもよい。このようにして、電極体２０を絶縁フィルム９０にて覆うことができる。このとき、絶縁フィルム９０の電池ケース３０内への挿入方向と、電極体２０の電池ケース３０内への挿入方向が一致するように配置する。

上述のようにして電極体２０を絶縁フィルム９０にて覆った後に、電極体２０を絶縁フィルム９０と共に電池ケース３０（電池ケース本体３２）内に挿入することで、電極体２０および絶縁フィルム９０を電池ケース３０内に収容することができる。或いは、絶縁フィルム９０を電池ケース３０（電池ケース本体３２）の開口部の上部に張架し、該張架した絶縁フィルム９０を電極体２０で押下しつつ絶縁フィルム９０および電極体２０を電池ケース３０（電池ケース本体３２）内に収容してもよい。

本発明にかかる絶縁フィルム９０は、偏光フィルムにより形成される。偏光フィルムは、あらゆる方向に振動している光（自然光）から一方向にのみ振動する光（直線偏光）を取り出すことができるもの（即ち偏光能を有するもの）であれば、従来公知のものを制限なく用いることができる。典型的には、偏光フィルムは、樹脂フィルムにヨウ素等の二色性色素を均一方向に配向させたフィルムとして把握され得る。例えば、樹脂フィルムに二色性色素を吸着させ、該樹脂フィルムを一軸方向に延伸することにより、二色性色素を一方向に均一方向に配向させた偏光フィルムを製造することができる。二色性色素とは細長い分子形状をした色素であり、該分子の長手方向に振動する光は吸収し、これと直交する方向の光は透過する性質を有する色素として把握することができる。このような二色性色素は、吸着した樹脂の延伸方向と当該樹脂の長手方向とが沿う方向となるように配向される。したがって、偏光フィルムは延伸方向に振動する光は吸収し、延伸方向と直交する方向の光は透過する性質を有する。

偏光フィルムは上述の性質を有するため、該偏光フィルムの延伸方向を容易に確認することができる。例えば、延伸方向が既知の偏光フィルムに使用する偏光フィルムを重ねて光を透過させたときの明るさにより、当該偏光フィルムの延伸方向を容易に確認することができる。具体的にいうと、二枚の偏光フィルムの延伸方向が一致するときは、当該重ねたフィルムを透過し得る光の量は最大となるため最も明るくなり、二枚の偏光フィルムの延伸方向が直交するときは、光は二枚の偏光フィルムに吸収されるため最も暗くなることを利用して使用する偏光フィルムの延伸方向を判別することが可能である。

偏光フィルム（絶縁フィルム９０）の材質としては、絶縁材料として機能し且つ偏光フィルムを作製可能な樹脂材料を使用することができる。具体的には、ポリプロピレン、熱可塑性ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタラート、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネートおよびエチレン酢酸ビニル共重合体からなる群から選択される少なくとも一種の高分子材料等を含む樹脂材料を使用することができる。偏光フィルム（絶縁フィルム９０）の構成成分に占める上記高分子材料の割合は偏光フィルムを作製可能であれば特に限定されないが、例えば、５０質量％以上（好ましくは７５質量％以上、より好ましくは９０質量％以上）とすることができる。偏光フィルム（絶縁フィルム９０）が実質的にこれらの高分子材料からなる樹脂材料であってもよい。特にポリビニルアルコールは偏光フィルムとして一般的に使用される材質であり、本発明に好適に使用することができる。なお、偏光フィルム（絶縁フィルム９０）に用いられる二色性色素としては、例えば、ヨウ素（ポリヨウ素を含む）や二色性有機染料等が挙げられ、電池性能に悪影響（内部短絡等）を与えない限りにおいて制限なく使用できる。

偏光フィルム（絶縁フィルム９０）を作製する方法は、従来公知の方法を制限なく採用することができる。例えば、一般的なフィルム（シート）形成方法、例えば押し出し成形法（Ｔダイ成形法等）や、インフレーション成形法等で作製した樹脂フィルムを二色性色素で染色し、乾燥した後で一方向に延伸することで、偏光フィルム（絶縁フィルム９０）を作製することができる。かかる二色性色素での染色は、例えば、二色性色素の分散液中に上記樹脂フィルムを浸漬することによって行うことができる。また、上記乾燥は二色性色素を分散している溶媒を除去することが可能であれば特に限定されず、通常の方法（典型的には加熱乾燥や真空乾燥等）により行うことができる。あるいは、予めフィルムの構成材料中に二色性色素を混合しておき、当該材料を用いてフィルムを形成した後で、一方向に延伸してもよい。上記樹脂フィルムの延伸は、一般的な延伸方法、例えばロール延伸法やテンター延伸法等により行うことができる。なお、偏光フィルム（絶縁フィルム９０）は、一般に市販されているものを適宜購入して用いてもよい。

絶縁フィルムの厚みは、例えば２０μｍ以上（好ましくは５０μｍ以上）２００μｍ以下（好ましくは１００μｍ以下）とすることができる。厚みの薄い絶縁フィルム９０は、電池ケース３０内に電極体２０とともに収容された際に、電池ケース３０内において当該絶縁フィルム９０が占めるスペースを最小限に抑えることができるので、好ましい。なお、絶縁フィルム９０は、本発明の効果を発揮し得る限りにおいて、単層構造であってもよく、二層以上の積層構造であってもよい。単層構造の絶縁フィルム９０は、延伸方向に直交する方向が熱衝撃耐性に強いという本発明の効果を高レベルで発揮し得るため好ましい。

次に、本実施形態に係る捲回電極体２０を構成する各部材について簡単に説明するが、本発明は捲回電極体を構成する各部材の構造や組成によって限定されるものではない。従来のリチウムイオン電池の電極体と同様のものを使用できる。

本実施形態に係る正極５０は特に限定されず、従来公知のリチウムイオン電池に使用し得るものを好適に使用し得る。例えば、正極５０を構成する正極集電体５２としては、アルミニウム箔等が挙げられる。正極活物質としては、例えば層状構造やスピネル構造等のリチウム複合金属酸化物（例えば、ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＦｅＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＮｉ_０．５Ｍｎ_１．５Ｏ_４、ＬｉＦｅＰＯ_４等）が挙げられる。正極活物質層５４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、アセチレンブラック（ＡＢ）等のカーボンブラックやその他（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、ＰＶＤＦ等を使用し得る。
このような正極５０は、例えば、適当な粒径の正極活物質と導電材とバインダとを適当な溶媒（例えばＮ−メチル−２−ピロリドン）に分散させ、ペースト状（スラリー状）の組成物を調製し、次に、該組成物の適当量を正極集電体５２の表面に付与した後、乾燥によって溶媒を除去することによって形成することができる。また、必要に応じて適当なプレス処理を施すことによって正極活物質層５４の性状を調整し得る。

本実施形態に係る負極６０は特に限定されず、従来公知のリチウムイオン電池に使用し得るものを好適に使用し得る。例えば、負極６０を構成する負極集電体６２としては、銅箔等が挙げられる。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を使用し得る。負極活物質層６４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、スチレンブタジエンラバー（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。
このような負極６０は、例えば、上述の正極５０の場合と同様にして形成することができる。即ち、適当な粒径の負極活物質とバインダとを適当な溶媒（例えばイオン交換水）に分散させ、ペースト状（スラリー状）の組成物を調製し、次に、該組成物の適当量を負極集電体６２の表面に付与した後、乾燥によって溶媒を除去することによって形成することができる。また、必要に応じて適当なプレス処理を施すことによって負極活物質層６４の性状を調整し得る。

本実施形態に係るセパレータ７０は特に限定されず、正極５０と負極６０とを電気的に隔離（絶縁）するとともに非水電解液の保持機能やシャットダウン機能を有するものであれば従来のリチウムイオン二次電池に備えられるのと同様でよい。好適例として、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（フィルム）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。

また、本実施形態に係る非水電解質としては、例えば、典型的には有機溶媒（非水溶媒）中に少なくとも支持塩を含有させたもの（非水電解液）を好適に用いることができる。非水電解液は常温（例えば２５℃）で液状を呈し、好ましい一態様では、電池の使用環境下（例えば−３０℃〜６０℃の温度環境下）で常に液状を呈する。有機溶媒としては特に限定されず、一般的なリチウムイオン二次電池の電解液に用いられ得ることが知られている各種有機溶媒を、１種または２種以上使用することができる。例えば、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、ラクトン類等が挙げられる。好適例として、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）等が挙げられる。
支持塩としては、電荷担体（典型的にはリチウムイオン）を含むものであれば特に限定されず、一般的なリチウムイオン二次電池と同様のものを、１種または２種以上使用することができる。例えば、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。特に好ましい支持塩としてＬｉＰＦ_６が挙げられる。また、非水電解液は上記支持塩の濃度が０．７ｍｏｌ／Ｌ〜１．３ｍｏｌ／Ｌの範囲内となるように調製することが好ましい。

他の好適な実施形態（第二の実施形態）として、電極体２０の形状に対応した袋状に形成された絶縁フィルム９０中に電極体２０を収容し、該袋状の絶縁フィルム９０で覆われた電極体２０を電池ケース３０内に収容（挿入）することにより、電池ケース３０（電池ケース本体３２）と電極体２０とを絶縁する形態が挙げられる（図５および図６参照）。以下に、かかる第二の実施形態における絶縁フィルム９０の形状について説明する。なお本実施形態において、特に言及する事項以外は上述の第一の実施形態の場合と同様の構成とし得るため、詳細は割愛する。

本実施形態にかかる絶縁フィルム９０は、例えば、電極体２０の形状に対応し且つ上端部が開口した有底の袋状に形成された形状であり得、当該開口部を介して電極体２０をその内部に収容する形状であり得る。

袋状の絶縁フィルム９０は、例えば図５に示すような形状であり得る。かかる形状の絶縁フィルム９０は、大まかにいって、電池ケース３０（電池ケース本体３２）の幅広面（電極体２０の扁平面）に対向する一対の幅広面を形成する幅広面形成部と、該一対の幅広面形成部の間に存在する部分であって、電池ケース３０（電池ケース本体３２）の底面（電極体２０の底部）に対向する絶縁フィルム９０の底面を形成する底面形成部と、上記一対の幅広面形成部の両側にそれぞれ存在する部分であって、電池ケース３０（電池ケース本体３２）の幅狭面に対向する一対の幅狭面を形成する幅狭面形成部とにより構成される。ここで、かかる絶縁フィルム９０は、上記幅広面形成部の長辺方向が、絶縁フィルムの延伸方向と直交する方向と一致するように構成されている。

上述するような袋状の絶縁フィルム９０の底面形成部の形状は、上記第一の実施形態と同様に特に限定されず、例えば、Ｕ字状、Ｖ字状、コの字状（好ましくはＵ字状）であり得る。

かかる袋状の絶縁フィルム９０は、例えば、所定形状に切り取った絶縁フィルムを上述の形状に折り曲げ、袋状に組み立てることにより形成することができる。このとき、重なり合う幅狭面形成部の一部を貼りあわせる（固定する）とよい。或いは、複数枚のシート（パーツ）を組み合わせて（貼りあわせて）上記袋状に形成してもよい。なお、上記絶縁フィルムどうしを貼りあわせる場合には、スポット融着や熱融着の他、超音波溶接やレーザー溶接等の溶接手段を適宜使用することができる。或いは、十分な固定が可能であり電池性能に悪影響（内部短絡、電解液組成の変化等）を与えない限りにおいて、テープまたは接着剤等を用いて固定してもよい。

袋状の絶縁フィルム９０は、例えば図６に示すような形状であってもよい。かかる絶縁フィルム９０は、大まかにいって、折り返した一枚の絶縁フィルムから成り、当該折り返しによって相互に対向した面同士を接合することによって袋状に形成された形状である。上記対向面の接合には、スポット融着や熱融着の他、超音波溶接やレーザー溶接等の溶接手段を適宜使用することができる。或いは、十分な固定が可能であり電池性能に悪影響（内部短絡、電解液組成の変化等）を与えない限りにおいて、テープまたは接着剤等を用いて固定してもよい。

上記袋状の絶縁フィルム９０を形成した後で、該袋状の絶縁フィルム９０内へ電極体２０を挿入することで、電極体２０を袋状の絶縁フィルム９０内へ収容する（電極体２０を絶縁フィルム９０で覆う）ことができる。或いは、所定形状に切り抜かれた絶縁フィルム９０の所定の位置に電極体２０を配置し、該電極体２０を配置した状態で絶縁フィルム９０を袋状に組み立てても（成形しても）よい。この場合、扁平な袋状の絶縁フィルム９０中に電極体２０を挿入するという操作を要しないため、電極体２０が絶縁フィルム９０を傷つける（破る、裂く）等の虞が無い。

また、他の好適な実施形態として、捲回電極体の挿入方向と捲回軸方向とが一致するようにして、捲回電極体を電池ケース（電池ケース本体）内に収容した電池を挙げることができる。このとき、正極集電板および負極集電板がいずれも捲回軸方向の一端（電池ケース内に電極体を収容したときの上部、即ち開口部側）にくるように配置された捲回電極体を好適に使用することができる。上述の第一の実施形態或いは第二の実施形態における捲回電極体の「捲回軸方向」を、本実施形態における捲回電極体の「捲回軸方向と直交する方向」と読み替えることで、絶縁フィルムを配置する方向および電極体の挿入方向等を適切に把握して本発明を実施することができる。

或いは、他の好適な実施形態として、捲回タイプの電極体（捲回電極体）に替えて、複数の正極シートと複数の負極シートとが互いに絶縁された状態で積層されてなる積層タイプの電極体（積層電極体）を電極体（発電要素）として電池ケース内に収容した電池を挙げることもできる。

上述のような、捲回電極体の捲回軸方向と捲回電極体の挿入方向とが一致するようにして捲回電極体を電池ケース内に挿入する形態、或いは積層電極体を用いる形態等であっても、絶縁フィルムを、当該絶縁フィルムの延伸方向と直交する方向と電池ケースの幅広面の長辺方向とが一致するように電池ケースと電極体との間に配置することで、本発明を好適に実施することが可能である。なお、本実施形態において、上記の事項は上述の第一の実施形態或いは第二の実施形態の場合と同様の構成とし得るため、詳細は割愛する。

以上、本発明をいくつかの好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、電池の種類は上述したリチウムイオン二次電池に限られず、電極体構成材料や電解質が異なる種々の内容の電池、例えばニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、或いは電気二重層キャパシタのようないわゆる物理電池であってもよい。また、電解質の種類も、上述した非水電解液に限定されず、水系電解液や、固体又はゲル状の電解質等であってもよい。

ここに開示される電池によると、上述のとおり、信頼性の高い電池（例えばリチウムイオン二次電池）を提供することができる。したがって、ここに開示される電池は、例えば、自動車等の車両に搭載される駆動用電源として好適に用いることができる。特にプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）、等の駆動用電源として好適である。また、本発明によれば、ここに開示される電池（例えばリチウムイオン二次電池）を、好ましくは動力源（典型的には複数個の二次電池が相互に電気的に接続されてなる組電池）として備えた車両が提供される。

２０捲回電極体
３０電池ケース
３２電池ケース本体
３４蓋体
３６安全弁
４２正極端子
４２ａ正極集電板
４４負極端子
４４ａ負極集電板
５０正極
５２正極集電体
５２ａ正極活物質層非形成部分
５４正極活物質層
６０負極
６２負極集電体
６２ａ負極活物質層非形成部分
６４負極活物質層
７０セパレータ
９０絶縁フィルム
１００非水電解質二次電池（リチウムイオン二次電池）

Claims

扁平形状で長方形状の幅広面を有する電極体と、該電極体が収容される長方形状の幅広面を有する角型の電池ケースとを備える角型電池であって、
前記電極体と前記電池ケースとの間には、該電極体と電池ケースの内壁面とを隔離する絶縁性のフィルムが備えられており、
前記絶縁フィルムは偏光フィルムであり、且つ、該フィルムの延伸方向と直交する方向と前記電池ケースの幅広面の長辺方向とが一致する方向に配置されている電池。
前記絶縁フィルムが、ポリプロピレン、熱可塑性ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタラート、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネートおよびエチレン酢酸ビニル共重合体からなる群から選択される少なくとも一種の高分子材料を含む樹脂フィルムからなる、請求項１に記載の電池。
前記絶縁フィルムは、前記電極体が挿入される袋状に形成されている、請求項１又は２に記載の電池。
前記電池ケースの幅広面の長辺側に、前記扁平形状電極体を幅広面の長辺側から挿入するための開口部が形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池。
前記電池ケースの幅広面の短辺側に、前記扁平形状電極体を幅広面の短辺側から挿入するための開口部が形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池。