JP2016181464A - リチウムイオン二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】リチウムイオン二次電池において、耐熱性セパレータを使用する場合に、耐熱性セパレータに起因する性能劣化を抑制すること。
【解決手段】このリチウムイオン二次電池の電極積層体に積層されている複数のセパレータは、端部の突出量が大きい第１のセパレータと、第１のセパレータより内側にあって、かつ第１のセパレータよりも端部の突出量が小さい第２のセパレータと、を含む。第１のセパレータの端部は、電極積層体を覆う外装フィルムの内面に接触し、または、第１のセパレータよりも外側にあるセパレータの内面に接触し、それによって第２のセパレータの主面のうち第１のセパレータ側の主面の仮想延長面よりも内側に曲がる曲部が形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池およびその製造技術に関する。

一般にリチウムイオン二次電池では、正極と負極の間に介在させるセパレータは、セパレータの各電極に対する位置ずれやセパレータの熱収縮が生じた場合でも正負極間が短絡することを確実に防止するために、正極および負極よりも大きくなるように設計されている。
他方、耐熱性の高いセパレータ（以下、適宜「耐熱性セパレータ」という。）を備えたリチウムイオン二次電池が知られている。例えば特許文献１には、熱可塑性樹脂を主体とする微孔性フィルム層と、耐熱温度が１５０℃以上のフィラーを主体として含む多孔質層とを少なくとも含むセパレータを介して、正極と負極とが積層されたリチウムイオン二次電池が記載されている。耐熱性セパレータは高熱時の熱収縮量が少なく、正極と負極の内部短絡の可能性を低下させることができるために比較的安全性が高い、とされている。

特開２００９−２７７３９７号公報

ところで、発明者が耐熱性セパレータを備えたリチウムイオン二次電池を製造するために、複数の正極と複数の負極とが、耐熱性のセパレータを介して積層された構造を有する電極積層体を外装フィルムで加熱封止したところ、耐熱性セパレータの端部によって外装フィルムの内面が損傷することを見出した。外装フィルムは、熱融着性樹脂層である内層と、バリア層としての金属層と、保護層である外層とが積層された構造である。外装フィルムの内面が損傷し、耐熱性セパレータが金属層に到達した場合、外装フィルム内部の金属層の絶縁性が失われ、リチウムイオン二次電池が所望の性能を発揮できない虞がある。また、一定の電池サイズを想定した場合（つまり、一定の外装フィルムによる外形を想定した場合）、耐熱性セパレータの端部が外装フィルムに接触しないようにするためには、正極、耐熱性セパレータ、および、負極を全体的に小さくせざるを得ないが、これは容量低下を招来するため好ましくない。

そこで、本発明は、リチウムイオン二次電池において、耐熱性セパレータを使用する場合に、耐熱性セパレータに起因する性能劣化を抑制することを目的とする。

本発明の一の態様は、複数の正極と複数の負極とが、耐熱性のセパレータを介して積層された構造を有し、セパレータの端部が正極および負極から突出している電極積層体と、電極積層体を積層方向の両側から挟んで包囲する外装フィルムからなり、電極積層体の周囲において外装フィルムにより電極積層体を封止する領域が形成された外装体と、を備えたリチウムイオン二次電池である。電極積層体に積層されている複数のセパレータは、端部の突出量が大きい第１のセパレータと、第１のセパレータより内側にあって、かつ第１のセパレータよりも端部の突出量が小さい第２のセパレータと、を含む。第１のセパレータの端部は、外装フィルムの内面に接触し、または、第１のセパレータよりも外側にあるセパレータの内面に接触し、それによって第２のセパレータの主面のうち第１のセパレータ側の主面の仮想延長面よりも内側に曲がる曲部が形成されている。

上記リチウムイオン二次電池において、好ましくは、前記曲部が前記外装フィルムの内面、または、第１のセパレータよりも外側にあるセパレータの内面に面接触している。

本発明に係るリチウムイオン二次電池によれば、耐熱性セパレータを使用する場合に、耐熱性セパレータに起因する性能劣化を抑制することができる。

実施形態に係るリチウムイオン二次電池の分解斜視図。 実施形態に係るリチウムイオン二次電池の平面図。 図２のＡ−Ａ断面を、加熱ヘッドとともに示す断面図。 従来のリチウムイオン二次電池について、図３と同様の断面を示す図。 実施形態に係るリチウムイオン二次電池の変形例について、図３と同様の断面を示す図。 実施形態に係るリチウムイオン二次電池の変形例について、図３と同様の断面を示す図。 実施形態に係るリチウムイオン二次電池の変形例について、図３と同様の断面を示す図。

以下、本発明の一実施形態について説明する。
（１）実施形態に係るリチウムイオン二次電池
以下、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池について、図１〜３を参照して説明する。図１は、実施形態に係るリチウムイオン二次電池１の分解斜視図である。図２は、実施形態に係るリチウムイオン二次電池１の平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面を、加熱ヘッドとともに示す断面図である。後述するが、加熱ヘッドは、リチウムイオン二次電池１の電極積層体１０の周囲において外装フィルム同士を融着させるための加熱装置を構成する。

図１を参照すると、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１は、複数の正極および負極をセパレータを介して積層した構造を有する略直方体状の電極積層体１０と、電極積層体１０の正極および負極から引き出される正極リード１０Ａおよび負極リード１０Ｂに接続された正極タブ１２Ａおよび負極タブ１２Ｂと、正極タブ１２Ａおよび負極タブ１２Ｂの一部を延出させた状態で電極積層体１０の周囲を封止する外装体２０とを有する。
図１に示す例では、正極タブ１２Ａおよび負極タブ１２Ｂは、電極積層体１０の同一の辺から引き出されている。

本実施形態のリチウムイオン二次電池１の電極積層体１０は、正極活物質を含む正極合剤層が塗布された集電体からなる正極と、負極活物質層を含む負極合剤層が塗布された集電体からなる負極とを、セパレータを介して積層することで、形成されている。正極の集電体は、例えばアルミニウム箔よりなり、負極の集電体は、例えば銅箔よりなる。
正極合剤層は、例えば、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４等のリチウム−遷移金属複合酸化物からなる正極活物質、導電助剤、バインダ等を含む。負極合剤層は、負極活物質、導電助剤、バインダ等を含んでいる。負極活物質は、例えば、ハードカーボン（難黒鉛化炭素材料）、黒鉛系炭素材料や、リチウム−遷移金属複合酸化物である。

電極積層体１０に含まれるセパレータは、耐熱性セパレータ（以下、適宜単に「セパレータ」という。）である。耐熱性セパレータは、加熱したときに溶融あるいは収縮し難い性質を持つ材料であり、例えば、少なくとも１５０℃において軟化等の変形が見られない材料からなるセパレータである。
耐熱性セパレータの例として、樹脂を架橋した材料からなる微孔質フィルム（「マイクロポーラスフィルム」ともいう。）が挙げられる。ここで、架橋する樹脂材料は特に限定されるものではないが、例えばポリプロピレンが挙げられる。
また、耐熱性セパレータの別の例として、耐熱性のフィラーを含む材料からなる微孔質フィルムが挙げられる。ここで、耐熱性のフィラーとして、酸化鉄、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）等の無機粒子や、ポリイミド、メラミン樹脂、フェノール樹脂等の有機粒子が挙げられる。

図１に示すように、外装体２０は、電極積層体１０をその厚み方向の両側から挟んで包囲する２枚の外装フィルム２１，２２からなる。外装フィルム２１はカップ部２１ａおよびつば状の周縁部２１ｂ（斜線で示す。）を含み、外装フィルム２２はカップ部２２ａおよびつば状の周縁部２２ｂ（斜線で示す。）を含む。電極積層体１０をその厚さ方向の両側から外装フィルム２１，２２により挟んで包囲し、電極積層体１０の周囲において外装フィルム２１，２２の重複領域（以下、「外装体２０の重複領域」ともいう。）が形成されている。当該重複領域は、外装フィルム２１の周縁部２１ｂと外装フィルム２２の周縁部２２ｂとが重なった領域である。外装フィルム２１，２２の重複領域は、平面視において外形が矩形形状となっており、当該矩形形状の四辺は端Ｅ１〜Ｅ４（図２参照）に相当する。
なお、外装フィルム２１のカップ部２１ａおよび外装フィルム２２のカップ部２２ａは、電極積層体１０を包囲する空間を形成するように構成されている。カップ部２１ａ，２２ａは、深絞り成形によって形成することができる。

外装フィルム２１，２２としては、柔軟性を有しており、かつ電解液が漏洩しないように電極積層体１０を封止できるものであれば如何なる材料を使用してもよい。外装フィルム２１，２２の代表的な層構成としては、熱融着性樹脂層および金属層を積層した構成、または、熱融着性樹脂層、金属層、および保護層をこの順に積層した構成が挙げられる。保護層は、例えば、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステルやナイロン等のフィルムからなる。

金属層としては、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔｉ合金、Ｆｅ、ステンレス、Ｍｇ合金などの箔を用いることができる。熱融着性樹脂層に用いられる樹脂としては、熱融着が可能な樹脂であれば特に制限はなく、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、これらの酸変成物、ポリエチレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル等、ポリアミド、エチレン−酢酸ビニル共重合体などが使用できる。
電極積層体１０が外装体２０によって封止された状態では、外装体２０内に液体電解質（電解液）が注液されている。電解液は、有機溶媒、支持塩等を含んでいる。有機溶媒は、例えば、プロピレンカーボネート（ＰＣ）やエチレンカーボネート（ＥＣ）等の環状カーボネート類、ジメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類、テトラヒドロフラン等のエーテル類である。支持塩は、リチウム塩（ＬｉＰＦ_６）等の無機酸陰イオン塩、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃等の有機酸陰イオン塩である。

後述するように、外装フィルム２１，２２の重複領域では、加熱による熱融着を行うために外装フィルム２１，２２の熱融着性樹脂層同士を対向させるようにして、外装フィルム２１，２２が重ねられている。
図２に示すように、外装フィルム２１，２２の重複領域の矩形の外形の四辺に相当する端Ｅ１〜Ｅ４の近傍には、外装フィルム２１，２２の熱融着性樹脂層同士の熱融着によって電極積層体１０を封止する熱融着領域（図２において斜線で示す。）が電極積層体１０の周囲に形成されている。すなわち、電極積層体１０は、正極タブ１２Ａおよび負極タブ１２Ｂを外装体２０から突出させた状態で、外装体２０の外部から密封された状態となっている。

次に、図３を参照して、電極積層体１０の構造について説明する。図３は、図２のＡ−Ａ断面を、加熱ヘッド５１とともに示す断面図である。
図３に例示する電極積層体１０は、負極１０１−１〜１０１−４、正極１０２−１〜１０２−３、および、セパレータ１１０−１〜１１０−６を含む。つまり、電極積層体１０は、複数の正極と複数の負極とが、セパレータを介して積層された構造となっている。
本実施形態の電極積層体１０に含まれる複数のセパレータの大きさはそれぞれ同一ではない。すなわち、電極積層体１０の各セパレータの端部の突出量が同じではない。本実施形態の説明において、セパレータの「端部の突出量」とは、電極積層体１０に含まれる複数の負極または正極のうち最も外側（つまり、図３において右側）に位置する電極の端を基準として、当該端からさらに外側に突出している部分の長さとして定義する。例えば、図３に示す例では、負極が正極よりも外側に位置しており、複数の負極の端が同一の平面ＮＰ上にある（つまり、当該複数の負極が同一のサイズである）場合を示している。このときの各セパレータの端部の突出量とは、負極の端を含む平面ＮＰから外側に突出している部分（図３において平面ＮＰよりも右側の部分）の長さとなる。

電極積層体１０は、端部の突出量が大きいセパレータ１１０−１，１１０−６と、これらのセパレータよりも内側（つまり、電極積層体１０の積層方向において中心側）にあって、かつセパレータ１１０−１，１１０−６よりも端部の突出量が小さいセパレータ１１０−２，１１０−５と、を含む。ここで、端部の突出量が大きいセパレータ１１０−１，１１０−６は、それぞれ第１のセパレータの一例である。端部の突出量が小さいセパレータ１１０−２，１１０−５は、それぞれ第２のセパレータの一例である。

セパレータ１１０−１はその端部が外装フィルム２１の内面２１ｉに接触し、それによってセパレータ１１０−２の主面のうちセパレータ１１０−１側の主面の仮想延長面（図３においてＶＰで示す。）よりも内側（つまり、電極積層体１０の積層方向において中心側）に曲がる曲部１１０−１ａが形成されている。ここで、セパレータ１１０−２は、電極積層体１０に含まれる複数のセパレータのうちセパレータ１１０−１に最も近い位置にあるセパレータであるが、端部の突出量が小さいため、セパレータ１１０−１の曲部１１０−１ａの先端と干渉することはない。
同様にして、セパレータ１１０−６はその端部が外装フィルム２２の内面２２ｉに接触し、それによってセパレータ１１０−５の主面のうちセパレータ１１０−６側の主面の仮想延長面（図３においてＶＰで示す。）よりも内側に曲がる曲部１１０−６ａが形成されている。ここで、セパレータ１１０−５は、電極積層体１０に含まれる複数のセパレータのうちセパレータ１１０−６に最も近い位置にあるセパレータであるが、端部の突出量が小さいため、セパレータ１１０−６の曲部１１０−６ａの先端と干渉することはない。

なお、図３では、セパレータ１１０−２の端部の突出量が十分に小さいために、セパレータ１１０−２の先端がセパレータ１１０−１のセパレータ１１０−２側の主面に接触していない場合を示した。セパレータ１１０−２の端部の突出量が図３に示した場合よりも大きくセパレータ１１０−２の先端がセパレータ１１０−１のセパレータ１１０−２側の主面と接触する場合も考えられるが、その場合であっても、セパレータ１１０−１の先端に直接圧力を加えていないため、セパレータ１１０−１の先端が外装フィルム２１の内面２１ｉに与える接触圧力が大きくならない。特に、セパレータ１１０−２の先端とセパレータ１１０−１の曲部１１０−１ａとが接触した場合でも、セパレータ１１０−２の主面の仮想延長面ＶＰ上において、セパレータ１１０−１の曲部１１０−６ａと外装フィルム２１の内面２１ｉとの間に間隙がある場合には、セパレータ１１０−１の先端の外装フィルム２１の内面２１ｉに対する接触圧力は大きくならない。
同様に、セパレータ１１０−５の端部の突出量が図３に示した場合よりも大きい場合も同様に、セパレータ１１０−６の先端の外装フィルム２２の内面２２ｉに対する接触圧力は大きくならない。

（２）本実施形態の電池の製造方法
次に、本実施形態のリチウムイオン二次電池１の製造方法について順に説明する。

（２−１）外装フィルムの重複領域の形成工程
先ず、複数の正極と複数の負極とを、セパレータを介して交互に積層して、電極積層体１０を形成する。複数の正極の集電体の端部（正極合剤層が形成されていない部分）から引き出されている正極リード１０Ａと、正極タブ１２Ａとを一括して超音波溶接により接合する。複数の負極の集電体の端部（負極合剤層が形成されていない部分）から引き出されている負極リード１０Ｂと、負極タブ１２Ｂとを一括して超音波溶接により接合する。
次いで、電極積層体１０を２枚の外装フィルム２１，２２で包囲して重複領域を形成する。本実施形態の例では、外装フィルム２１の周縁部２１ｂと外装フィルム２２の周縁部２２ｂとが、熱融着性樹脂層同士が対向するようにして重ねられて重複領域を形成する。このとき、図２に示すように、正極タブ１２Ａおよび負極タブ１２Ｂのそれぞれの一部が外装フィルム２１，２２のいずれかの端（図２では端Ｅ４）から外側へ突出した状態となる。

図３に示すように、外装フィルム２１，２２によって重複領域が形成されると、外装フィルム２１のカップ部２１ａから重複領域を構成する周縁部２１ｂにかけて、積層方向の中心側に向かって傾斜しているため、その傾斜部分にセパレータ１１０−１の端部が接触する。それによって、セパレータ１１０−１の端部が外装フィルム２１の傾斜に沿って曲がり、曲部１１０−１ａが形成される。ここで、セパレータ１１０−１の曲部１１０−１ａの先端は、セパレータ１１０−２のセパレータ１１０−１側の主面の仮想延長面ＶＰよりも内側（つまり、電極積層体１０の積層方向において中心側）に位置するが、セパレータ１１０−１の曲部１１０−１ａが端部の突出量の小さいセパレータ１１０−２の先端と干渉することはない。そのため、セパレータ１１０−１の曲部１１０−１ａの先端と外装フィルム２１の内面２１ｉとの間の接触圧力は比較的小さいものとなる。

同様にして、カップ部２２ａから重複領域を構成する周縁部２２ｂにかけて、積層方向の中心側に向かって傾斜しているため、その傾斜部分にセパレータ１１０−６の端部が接触する。それによって、セパレータ１１０−６の端部が外装フィルム２２の傾斜に沿って曲がり、曲部１１０−６ａが形成される。ここで、セパレータ１１０−６の曲部１１０−６ａの先端は、セパレータ１１０−５のセパレータ１１０−６側の主面の仮想延長面ＶＰよりも内側（つまり、電極積層体１０の積層方向において中心側）に位置するが、セパレータ１１０−６の曲部１１０−６ａが端部の突出量の小さいセパレータ１１０−５の先端と干渉することはない。そのため、セパレータ１１０−６の曲部１１０−６ａの先端と外装フィルム２２の内面２２ｉとの間の接触圧力は比較的小さいものとなる。

（２−２）外装フィルム同士の融着工程
次いで、本実施形態に係る電池を製造するときの外装フィルム同士の融着工程について、図３を参照して説明する。
図３は、一例として、電極積層体１０の周囲に形成される外装体２０の重複領域のうち端Ｅ２に沿って熱融着領域Ｓ２を形成する場合について示している。

図３に示すように、加熱装置は、第１の加熱ヘッド５１Ａおよび第２の加熱ヘッド５１Ｂからなる加熱ヘッド５１を備える。第１の加熱ヘッド５１Ａは、外装フィルム２１の周縁部２１ｂの直上に設けられ、第２の加熱ヘッド５１Ｂは、外装フィルム２２の周縁部２２ｂの直下に設けられる。例えば、第１の加熱ヘッド５１Ａおよび第２の加熱ヘッド５１Ｂの外側の端が、外装体２０の端Ｅ２と一致するように、外装体２０の端が位置決めされる。この位置決めは、外装体２０の融着対象となる端の位置を画像処理によって特定し、当該位置に各加熱ヘッド５１Ａ，５１Ｂの外側の端が一致するように、外装体２０を把持する把持部材（不図示）をアクチュエータによって移動させることで行われてもよい。

前述したように、外装フィルム２１，２２はそれぞれ、例えば、熱融着性樹脂層と、バリア層としての金属層と、保護層とが積層された構造である。外装体２０の重複領域では、外装フィルム２１，２２の内面同士（つまり、熱融着性樹脂層同士）が接触するようにして重ねられている。外装フィルム２１，２２を熱融着させる場合には、第１の加熱ヘッド５１Ａを外装フィルム２１の外面（保護層）に接触させるとともに、第２の加熱ヘッド５１Ｂを外装フィルム２２の外面（保護層）に接触させる。要するに、第１の加熱ヘッド５１Ａおよび第２の加熱ヘッド５１Ｂによって両側から外装フィルム２１，２２を挟み込む。それによって、外装フィルム２１，２２の重複領域の一部において、外装フィルム２１の内面２１ｉ（熱融着性樹脂層）と外装フィルム２２の内面２２ｉ（熱融着性樹脂層）とが加熱によって融着し、内面２１ｉ，２２ｉが一体となった熱融着層が形成される。熱融着層が形成された領域が、図２の平面視で熱融着領域Ｓ２に相当する。

以上、図３を参照して、電極積層体１０の周囲に形成される外装体２０の重複領域のうち端Ｅ２に沿って熱融着領域Ｓ２を形成する場合を例について説明したが、電極積層体１０の各辺に相当する外装体２０の各端について、同様にして加熱装置を用いて熱融着を行うことができる。

具体的には、融着工程では先ず、電極積層体１０の四辺に対応する外装体２０の四辺のうち正極タブ１２Ａおよび負極タブ１２Ｂが突出している辺（つまり端Ｅ４）を、加熱装置を用いて熱融着して熱融着領域Ｓ４を形成する。次いで、外装体２０の四辺のうち正極タブ１２Ａおよび負極タブ１２Ｂが突出している辺と反対側の辺（つまり端Ｅ２）を同様にして熱融着して熱融着領域Ｓ２を形成する。さらに、外装体２０の端Ｅ３を同様にして熱融着して熱融着領域Ｓ３を形成する。
外装体２０の端Ｅ２〜Ｅ４を封止することによって、外装体２０は、端Ｅ１が開放状態である袋体となる。

（２−３）電解液の注液工程
次いで、袋体となった外装体２０の端Ｅ１から電解液を注液する。電解液の注入方法は、特に限定されず、チューブやノズルを端Ｅ１から袋体となった外装体２０の内部に差し込んで直接注入する方法、あるいは袋体となった外装体２０を電解質槽に浸漬することで電解質を外装体２０の内部に注入する方法を採ってもよい。

（２−４）封止工程
電解液の注液後に、電極積層体１０の残りの一辺に対応する外装体２０の端（つまり端Ｅ１）に相当する重複領域の部分を熱融着して熱融着領域Ｓ１を形成する。これによって、電極積層体１０の周囲が外装体２０によって封止され、電解液が外装体２０の内部に注入されたリチウムイオン二次電池１が得られる。

上述したように、融着工程および封止工程では、電極積層体１０の周囲の各辺に対応する外装フィルム２１，２２の重複領域を、加熱装置（図３の加熱ヘッド５１）を用いて加熱して熱融着層を形成する。このとき、加熱ヘッド５１によって重複領域のみならず、重複領域の近傍の外装フィルム２１，２２の部分まで高温になる。例えば、図３において、カップ部２１ａから周縁部２１ｂにかけて傾斜している外装フィルム２１の部分まで高温となり、当該部分の内面２１ｉを構成する熱融着性樹脂層が軟化する。同様に、カップ部２２ａから周縁部２２ｂにかけて傾斜している外装フィルム２２の部分まで高温となり、当該部分の内面２２ｉを構成する熱融着性樹脂層が軟化する。

ここで、特に電極積層体１０に含まれるセパレータは耐熱性セパレータであり、高温になった外装フィルム２２の内面２２iから熱を受けても軟化し難い材料からなる。しかし、前述したように、セパレータ１１０−１の曲部１１０−１ａの先端と外装フィルム２１の内面２１ｉとの間の接触圧力、および、セパレータ１１０−６の曲部１１０−６ａの先端と外装フィルム２２の内面２２ｉとの間の接触圧力は小さいため、耐熱性セパレータであるセパレータ１１０−１，セパレータ１１０−６が、軟化した外装フィルム２１，２２の熱融着性樹脂層にセパレータ１１０−１，１１０−６の先端が食い込むことが抑制される。

（３）比較例
次に、本実施形態のリチウムイオン二次電池１とは異なる構造のリチウムイオン二次電池を、比較例として図４を参照して説明する。この比較例は、従来の構造のリチウムイオン二次電池である。図４は、比較例に係るリチウムイオン二次電池において、図３と同様の断面を示す図である。なお、図４に示すリチウムイオン二次電池において、図３に示す本実施形態のリチウムイオン二次電池１と同一の構成要素については、同一の符号を付して重複説明を省略する。

比較例に係るリチウムイオン二次電池は、本実施形態のリチウムイオン二次電池１とは異なり、電極積層体１５に積層されているセパレータ２１０−１〜２１０−６の端部の突出量は等しいものとなっている。そのため、外装フィルムに接触するセパレータの端部が積層方向において中心側に曲げられる場合に、当該セパレータよりも内側にある他のセパレータの主面よりも内側に位置することはない。

具体的には、図４に示すように、外装フィルム２１，２２によって重複領域が形成されると、外装フィルム２１のカップ部２１ａから重複領域を構成する周縁部２１ｂにかけて、積層方向の中心側に向かって傾斜しているため、その傾斜部分にセパレータ２１０−１の端部が接触する。それによって、セパレータ２１０−１の端部が外装フィルム２１の傾斜に沿って曲がり、曲部２１０−１ａが形成される。ここで、セパレータ２１０−１の曲部２１０−１ａの先端は、セパレータ２１０−２のセパレータ２１０−１側の主面ＰＰと干渉するため、当該主面ＰＰよりも内側に位置することはない。このとき、セパレータ２１０−１は、外装フィルム２１の内面２１ｉとセパレータ２１０−２の主面ＰＰに挟まれた状態となるため、セパレータ２１０−１の曲部２１０−１ａの先端と外装フィルム２１の内面２１ｉとの間の接触圧力は比較的大きいものとなる。

同様にして、セパレータ２１０−６の端部が外装フィルム２２の傾斜に沿って曲がり、曲部２１０−６ａが形成される。ここで、セパレータ２１０−６の曲部２１０−６ａの先端は、セパレータ２１０−５のセパレータ２１０−６側の主面ＰＰと干渉するため、当該主面ＰＰよりも内側に位置することはない。このとき、セパレータ２１０−６は、外装フィルム２２の内面２２ｉとセパレータ２１０−５の主面ＰＰに挟まれた状態となるため、セパレータ２１０−６の曲部２１０−６ａの先端と外装フィルム２２の内面２２ｉとの間の接触圧力は比較的大きいものとなる。

比較例に係るリチウムイオン二次電池の電極積層体１５の周囲の各辺に対応する外装フィルム２１，２２の重複領域を、加熱装置（図４の加熱ヘッド５１）を用いて加熱する場合、前述したように、重複領域の近傍の外装フィルム２１，２２の部分まで高温になる。すなわち、図４において、カップ部２１ａから周縁部２１ｂにかけて傾斜している外装フィルム２１の部分や、カップ部２２ａから周縁部２２ｂにかけて傾斜している外装フィルム２２の部分まで高温となる。

ここで、比較例に係るリチウムイオン二次電池では、前述したように、セパレータ２１０−１の曲部２１０−１ａの先端と外装フィルム２１の内面２１ｉとの間の接触圧力、および、セパレータ２１０−６の曲部２１０−６ａの先端と外装フィルム２２の内面２２ｉとの間の接触圧力が大きいため、融着工程および封止工程において軟化した外装フィルム２１，２２の熱融着性樹脂層にセパレータ２１０−１，２１０−６の先端が食い込む虞がある（図４のＥ部参照）。特に電極積層体１５に含まれるセパレータが耐熱性セパレータの場合、高温になった外装フィルム２２の内面２２iから熱を受けても軟化し難いことも相俟って、セパレータ２１０−１，２１０−６の先端がそれぞれ外装フィルム２１，２２の熱融着性樹脂層に食い込みやすい状態となっている。そして、セパレータ２１０−１，２１０−６がそれぞれ、外装フィルム２１，２２の金属層に到達した場合、外装フィルム内部の金属層の絶縁性が失われ、リチウムイオン二次電池が所望の性能を発揮できない虞がある。なお、より大きな容積を備えた外装フィルムを採用することで、比較例に係るリチウムイオン二次電池の場合であっても上記接触圧力を抑制することはできるが、これは電池の大型化を招来し、好ましくない。

本実施形態のリチウムイオン二次電池１は、上述した比較例に係るリチウムイオン二次電池とは異なり、融着工程および封止工程において軟化した外装フィルム２１，２２の熱融着性樹脂層に耐熱性セパレータが食い込むことが抑制されるため、電池の大型化を抑制しつつ電池の所望の性能が発揮できない可能性を低減させることができる。

（４）変形例
（４−１）変形例１
図５に示すように、上述した実施形態のリチウムイオン二次電池１において、外装フィルム２１の内面２１ｉと接触するセパレータ１１０−１の曲部１１０−１ａの先端は、内面２１ｉと面接触していることが好ましい。同様に、外装フィルム２２の内面２２ｉと接触するセパレータ１１０−６の曲部１１０−６ａの先端は、内面２２ｉと面接触していることが好ましい。それによって、セパレータ１１０−１の曲部１１０−１ａの先端と外装フィルム２１の内面２１ｉとの間の接触圧力、および、セパレータ１１０−６の曲部１１０−６ａの先端と外装フィルム２２の内面２２ｉとの間の接触圧力をより一層小さくすることができる。そして、軟化した外装フィルム２１，２２の熱融着性樹脂層にセパレータ１１０−１，１１０−６の先端が食い込むことがより一層抑制される。
なお、セパレータ１１０−１，１１０−６を外装フィルム２１，２２の内面２１ｉ，２２ｉと面接触させるためには、セパレータ１１０−１，１１０−６の端部の突出量を適宜調整すればよい。

（４−２）変形例２
図３および図５に示した例では、電極積層体に積層されている複数のセパレータのうち、積層方向において中心位置から最も離れた位置にあるセパレータ（図３のセパレータ１１０−１，１１０−６）の端部が、外装フィルム２１，２２の内面に接触する場合について説明したが、この場合に限られない。図６に、上述した実施形態で参照した図３とは異なるセパレータの構成を備えた電極積層体１０’を示す。図６に示す電極積層体１０’では、積層方向において中心位置から最も離れた位置にあるセパレータ１１０’−１，１１０’−６の端部は、それぞれ外装フィルム２１，２２の内面２１ｉ，２２ｉに接触しない。図６の場合、端部の突出量が大きいセパレータ１１０’−２，１１０’−５は、それぞれ第１のセパレータの一例であり、端部の突出量が小さいセパレータ１１０’−３，１１０’−４は、それぞれ第２のセパレータの一例である。

セパレータ１１０’−２はその端部が外装フィルム２１の内面２１ｉに接触し、それによってセパレータ１１０’−３の主面のうちセパレータ１１０’−２側の主面の仮想延長面（図６においてＶＰで示す。）よりも内側（つまり、電極積層体１０’の積層方向において中心側）に曲がる曲部１１０’−２ａが形成されている。ここで、セパレータ１１０’−３は、電極積層体１０’に含まれる複数のセパレータのうちセパレータ１１０’−２に最も近い位置にあるセパレータであるが、端部の突出量が小さいため、セパレータ１１０’−３の先端がセパレータ１１０’−２の曲部１１０’−２ａと干渉することはない。
同様にして、セパレータ１１０’−５はその端部が外装フィルム２２の内面２２ｉに接触し、それによってセパレータ１１０’−４の主面のうちセパレータ１１０’−５側の主面の仮想延長面（図６においてＶＰで示す。）よりも内側（つまり、電極積層体１０’の積層方向において中心側）に曲がる曲部１１０’−５ａが形成されている。ここで、セパレータ１１０’−４は、電極積層体に含まれる複数のセパレータのうちセパレータ１１０’−５に最も近い位置にあるセパレータであるが、端部の突出量が小さいため、セパレータ１１０’−４の先端がセパレータ１１０’−５の曲部１１０’−５ａと干渉することはない。
図６に示すセパレータ構成の場合においても、上述した実施形態の場合と同様に、融着工程および封止工程において軟化した外装フィルム２１，２２の熱融着性樹脂層に耐熱性セパレータが食い込むことが抑制される。

（４−３）変形例３
上述した実施形態および変形例では、第１のセパレータの一例として外装フィルム２１，２２の内面２１ｉ，２２ｉにセパレータ（図３では、セパレータ１１０−１，１１０−６）の端部が接触する場合を例として挙げたが、第１のセパレータは、その端部が外装フィルムの内面に接触するセパレータに限られない。第１のセパレータは、その端部が第１のセパレータよりも外側にあるセパレータの内面に接触するセパレータであってもよい。その場合の例を図７に示す。図７は、実施形態に係るリチウムイオン二次電池の変形例について、図３と同様の断面を示す図である。
図７に例示するリチウムイオン二次電池の電極積層体は、最も外側のセパレータから順に、セパレータ３１０−１，３１０−２，３１０−３，…が積層されている。セパレータ３１０−１，３１０−２の端部の突出量は大きく、セパレータ３１０−３の端部の突出量は小さい。このとき、セパレータ３１０−１はその端部が外装フィルム２１の内面２１ｉに接触し、セパレータ３１０−２はその端部がセパレータ３１０−１の内面（つまり、内側の主面）に接触している。セパレータ３１０−１の端部およびセパレータ３１０−２の端部は、外装フィルム２１の内面２１ｉの傾斜に沿って全体的に内側へ曲がり、それによって曲部３１０−１ａ，３１０−２ａが形成されている。このとき、第１のセパレータとしてのセパレータ３１０−２の曲部３１０−２ａは、第２のセパレータとしてのセパレータ３１０−３の主面のうちセパレータ３１０−２側の主面の仮想延長面（ＶＰで示す。）よりも内側に曲がっている。ここで、セパレータ３１０−１は、第１のセパレータよりも外側にあるセパレータの一例である。
図７に示す例では、セパレータ３１０−１はセパレータ３１０−２と外装フィルム２１の内面２１ｉに挟まれた状態となっているが、セパレータ３１０−２の端部は、他のセパレータと干渉せずに内側に自由に曲がるように構成されているため、セパレータ３１０−１の曲部３１０−１ａの先端の外装フィルム２１の内面２１ｉに対する接触圧力が抑制される。
図７において、セパレータ３１０−１の曲部３１０−１ａの端部が外装フィルム２１の内面２１ｉに面接触し、セパレータ３１０−２の曲部３１０−２ａの端部がセパレータ３１０−１の内面に面接触していることが、上記接触圧力を低減する上で好ましい。
なお、図７では、端部の突出量が大きく曲部が形成されたセパレータが２枚である場合を例として示したが、それに限られず、３枚以上であってもよい。

１…リチウムイオン二次電池
１０…電極積層体
１０Ａ…正極リード
１０Ｂ…負極リード
１２Ａ…正極タブ
１２Ｂ…負極タブ
２０…外装体
２１，２２…外装フィルム
２１ａ，２２ａ…カップ部
２１ｂ，２２ｂ…周縁部
１０１−１〜１０１−４…負極
１０２−１〜１０２−３…正極
１１０−１〜１１０−６…セパレータ
１１０−１ａ，１１０−６ａ…曲部
５１…加熱ヘッド
５１Ａ…第１の加熱ヘッド
５１Ｂ…第２の加熱ヘッド
Ｅ１〜Ｅ４…端
Ｓ１〜Ｓ４…熱融着領域

Claims (2)

1. 複数の正極と複数の負極とが、耐熱性のセパレータを介して積層された構造を有し、セパレータの端部が正極および負極から突出している電極積層体と、
   前記電極積層体を積層方向の両側から挟んで包囲する外装フィルムからなり、前記電極積層体の周囲において前記外装フィルムにより前記電極積層体を封止する領域が形成された外装体と、
   を備え、
   前記電極積層体に積層されている複数のセパレータは、端部の突出量が大きい第１のセパレータと、前記第１のセパレータより内側にあって、かつ前記第１のセパレータよりも端部の突出量が小さい第２のセパレータと、を含み、
   前記第１のセパレータの端部は、前記外装フィルムの内面に接触し、または、第１のセパレータよりも外側にあるセパレータの内面に接触し、それによって前記第２のセパレータの主面のうち前記第１のセパレータ側の主面の仮想延長面よりも内側に曲がる曲部が形成されていることを特徴とする、
   リチウムイオン二次電池。
2. 前記曲部が前記外装フィルムの内面、または、第１のセパレータよりも外側にあるセパレータの内面に面接触していることを特徴とする、
   請求項１に記載されたリチウムイオン二次電池。

Images