JP3700683B2

JP3700683B2 - 非水電解液二次電池

Info

Publication number: JP3700683B2
Application number: JP2002180987A
Authority: JP
Inventors: 敦大塚; 始小西; 正明金田; 周作後藤; 順哉西森; 照久石川; 勝久和田崎; 喜治小柿
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2022-06-21
Also published as: JP2004030938A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非水電解液二次電池に関し、特に安全性に優れた非水電解液二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＡＶ機器、ノート型パソコン、或いは携帯型通信機器などの駆動用電源として、ニッケルカドミウム蓄電池やニッケル水素蓄電池が主に用いられていたが、近年では、電子機器のポータブル化やコードレス化が進展して定着するに従って、駆動用電源となる二次電池の高エネルギー密度化や小型軽量化の要望が、ますます強くなっている。このような要望に応える電池として、小型・軽量でありながら急速充電が可能で、高エネルギー密度を有するという極めて顕著な特徴を有するリチウムイオン二次電池に代表される非水電解液二次電池が、開発され主流になっている。
【０００３】
この非水電解液二次電池は、図３（ａ）に示すように、アルミニウム製の集電体にリチウム含有遷移金属化合物、例えばＬｉＣｏＯ₂を正極活物質とする正極合剤層を形成した正極板１１と、銅製の集電体に炭素材料を負極活物質とする負極合剤層を形成した負極板１２とをセパレータ１３を介して絶縁した状態で捲回してなる極板群、非水電解液、ならびに前記極板群と非水電解液とを電池ケース１４に収納し、リチウムイオンの挿入、離脱を利用した電池であり、効率充放電を可能にするため、正極板１１と負極板１２とを電池ケース１４内において化学反応に寄与する電極板の面積を可及的に大きくする工夫がなされている。
【０００４】
しかしながら、電子機器の高機能化等に伴う消費電力の増加に伴い、さらなる高容量化、高エネルギー密度化が強く要望されており、容量に寄与しないセパレータや集電体を薄くし、極板の充填密度を上げているため正負極間の距離が狭くなり、電池内の空間体積も減少している。また、電子機器の小型化に伴い各構成要素が高密度で実装されていることから、発熱が大きく電池が使用される使用環境は６０℃程度の過酷な条件になることがある。このような現状において、ファンヒーター、ストーブ等の暖房器具、ホットプレート等の発熱器具の上や近傍に置かれ高温加熱状態に陥った場合の電池の安全性を確保することが重要になっている。
【０００５】
高温加熱時の安全性を向上させることを目的として、セパレータのシャットダウン機能を用いる方法があり、高温加熱状態が進んでセパレータが所定の温度に達すると、セパレータが溶融して微孔を閉塞する。これによって電池内部の異常反応を抑制し、電池の急速な温度上昇を防ぎ、安全性を確保するものである。
【０００６】
円筒形電池ケースを用いた場合、高温加熱時の温度上昇による電池内圧は均等にかかり、変形しにくい上、通常電池ケースにはステンレス鋼鈑を用い負極板と同電位になる為、負極板より幅寸法が短い正極板と電池ケースが短絡する可能性が低い。
【０００７】
ところが、長辺と短辺を有する角形や扁平形の電池ケース、特にアルミニウム合金製等を用い、正極と同電位となる場合、図３（ｂ）に示すように、電池ケース１４の長辺側の側面が膨れやすく、負極板１２と正極板１１および電池ケース１４とを絶縁しているセパレータ１３がシャットダウンする前にセパレータが収縮し、内部短絡が発生し、正極板１１から放出されるリチウムイオンの受け入れ性を良くする為に、幅方向（捲回方向と垂直）の寸法が正極板１１の寸法より、数ｍｍ程度大きくなるように設定されている負極板１２の上端部と電池ケース１４との短絡を招き電池の発火に至る場合があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題点を解決するために、例えば、特開平８−８７９９５号公報、特開平８−２５００９７号公報、特開平１１−１４４６９７号公報には、シャットダウン機能を有する低融点のポリオレフィン樹脂製のセパレータの片側または両側に耐熱性のあるポリフェニレンサルファイド樹脂、高融点のポリオレフィン樹脂、ポリイミド樹脂等を積層したセパレータを用いる提案や、特開２０００−２５１８６６号公報には、外装缶と発電要素の間にセパレータよりも耐熱温度の高い絶縁部材を介挿し、セパレータが熱収縮しても内部短絡の発生を抑制する方法が提案されているが、最外周の負極板と正極合剤層が無く正極集電体とが対抗している領域では、負極板と正極集電体が短絡し、電池の発火に至る場合があった。
【０００９】
本発明はこのような課題に鑑みなされたもので、高温加熱状態に陥り、セパレータが熱収縮しても、正極板と負極板とが内部短絡するのを防止し、電池の安全性を確保することが可能な非水電解液二次電池を提供することを主たる目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題を解決するための本発明は、正極板と負極板とをセパレータを介して絶縁した状態で捲回してなる極板群、非水電解液、ならびに前記極板群と非水電解液とを収納する電池ケースからなる非水電解液二次電池であって、少なくとも前記負極板の上端部より突出した絶縁部材が、前記負極板の最外周と前記正極板の正極合剤層とが対向する領域では前記電池ケースと正極板との間に配設されていると共に、前記負極板の最外周と前記正極板の正極合剤層が無く正極集電体とが対向する領域では負極板と正極集電体との間に配設されていることを特徴とする非水電解液二次電池であり、前記絶縁部材は前記セパレータよりも耐熱温度が高い基材と糊剤からなる絶縁テープが好ましい。
【００１１】
この絶縁テープを正極板と電池ケースとの間に配設する場合は、正極板に貼着し、負極板と正極集電体との間に配設する場合は、正極集電体またはセパレータに貼着するのが好ましい。
【００１２】
絶縁テープをこれらに貼着する位置は、上端部から５〜１０ｍｍの範囲に貼着し、その幅は負極上端部からの突出量が０．５〜５ｍｍになる長さで、貼着部分以外には絶縁テープの糊剤がないものが作業性の観点から好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１に角形の非水電解液二次電池の主要構成を示す概略構成図、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にその一部縦断面図を示す。正極板１と負極板２とがセパレータ３を介して絶縁された状態で捲回してなる極板群と非水電解液（図示せず）とが電池ケース４に収納されている。
【００１５】
正極板１は、アルミニウム製の箔やラス加工やエッチング処理された箔からなる集電体の片側または両面に正極活物質、結着剤、導電剤、必要に応じて増粘剤を溶剤に混練分散させたペースト状の正極合剤を塗布、乾燥、圧延して正極合剤層を形成することができ、その厚みは１００μｍ〜２００μｍの厚みで、柔軟性があることが好ましい。
【００１６】
正極活物質としては、例えば、リチウムイオンをゲストとして受け入れ得るリチウム含有遷移金属化合物が使用される。例えば、コバルト、マンガン、ニッケル、クロム、鉄およびバナジウムから選ばれる少なくとも一種類の金属とリチウムとの複合金属酸化物、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＭｎＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＣｏ_xＮｉ_(1-x)Ｏ₂（０＜ｘ＜１）、ＬｉＣｒＯ₂、αＬｉＦｅＯ₂、ＬｉＶＯ₂等が好ましい。
【００１７】
結着剤としては、使用する溶剤や電解液に対して安定な材料であれば、特に限定されないが、例えば、フッ素系結着材やアクリルゴム、変性アクリルゴム、スチレンーブタジエンゴム（ＳＢＲ）、イソプロピレンゴム、ブタジエンゴム、アクリル系重合体、ビニル系重合体等を単独、或いは二種類以上の混合物または共重合体として用いることができる。フッ素系結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）の共重合体（Ｐ（ＶＤＦ−ＨＦＰ））やポリテトラフルオロエチレン樹脂のディスパージョン等が好ましい。
【００１８】
増粘剤としては、カルボシキメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、ガゼイン等が好ましい。
【００１９】
導電剤としては、アセチレンブラック、グラファイト、黒鉛、炭素繊維等を単独、或いは二種類以上の混合物が好ましい。
【００２０】
溶剤としては、結着剤が溶解可能な溶剤が適切で、有機系結着剤の場合は、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルスルホルアミド、テトラメチル尿素、アセトン、メチルエチルケトン等の有機溶剤を単独またはこれらを混合した混合溶剤が好ましく、水系結着剤の場合は水や温水が好ましい。
【００２１】
また、負極板２は、集電体の片側または両面に負極活物質と結着剤、必要に応じて増粘剤、導電助剤を溶剤に混練分散させたペースト状の負極合剤を塗布、乾燥、圧延して負極合剤層を形成することができ、その厚みは１００μｍ〜２１０μｍの厚みで、柔軟性があることが好ましい。
【００２２】
負極活物質としては、特に限定されるものではないが、例えば、有機高分子化合物（フェノール樹脂、ポリアクリロニトリル、セルロース等）を焼成することにより得られる炭素材料、コークスやピッチを焼成することにより得られる炭素材料、或いは人造グラファイト、天然グラファイト等が好ましく、その形状としては、球状、鱗片状、塊状のものを用いることができる。
【００２３】
負極集電体として用いる銅または銅合金は、特に限定されるものではなく、圧延箔、電解箔などが挙げられ、その形状も箔、孔開き箔、エキスパンド材、ラス材等であっても構わないが、その厚みは引張り強度が強いほど好ましいが、厚くなると電池内部の空隙体積が少なくなり、エネルギー密度が低下するので２０μｍ以下が好ましく、８〜１５μｍの範囲がより好ましい。
【００２４】
結着剤、溶剤および必要に応じて加えることができる導電助剤は正極の導電剤と同様のものを使用することができる。
【００２５】
ところで、正極および負極の活物質、結着剤、必要に応じて加える導電剤、導電助剤を溶剤に混練分散させてペースト状合剤を作製する方法は、特に限定されるものではなく、例えば、プラネタリーミキサー、ホモミキサー、ピンミキサー、ニーダー、ホモジナイザー等を用いることができる。これらを単独、或いは組み合わせて使用することも可能である。
【００２６】
また、上記ペースト状合剤の混練分散時に、各種分散剤、界面活性剤、安定剤等を必要に応じて添加することも可能である。
【００２７】
塗着乾燥は、特に限定されるものではなく、上記のように混錬分散させたペースト状の合剤を、例えば、スリットダイコーター、リバースロールコーター、リップコーター、ブレードコーター、ナイフコーター、グラビアコーター、ディップコーター等を用いて、容易に塗着することができ、自然乾燥に近い乾燥が好ましいが、生産性を考慮すると７０℃〜２００℃の温度で乾燥させるのが好ましい。
【００２８】
圧延は、ロールプレス機によって所定の厚みになるまで、線圧１０００〜２０００ｋｇ／ｃｍで数回圧延を行うか、線圧を変えて圧延するのが好ましい。
【００２９】
セパレータ３としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂などのポリオレフィン樹脂の微多孔膜や不織布からなる単層または多層構造で構成されており、ポリエチレン樹脂とポリプロピレン樹脂の２層または両端がポリプロピレン樹脂で中間層がポリエチレン樹脂の３層構造でシャットダウン機能を有するセパレータが好ましく、セパレータの厚みは１０〜３０μｍの範囲が好ましい。
【００３０】
このようにして得られる正極１と負極２とをセパレータ３を介して絶縁された状態で捲回して作製する極板群の最外周に絶縁部材を配設する位置が重要である。
【００３１】
すなわち、図１に示す負極板２の最外周と正極板１の正極合剤層とが対向する領域Ａでは、図２（ａ）に示す電池ケース４と正極板１との間に少なくとも負極板２の上端部より突出した絶縁部材５ａを配設することにより、セパレータ３が熱収縮しても負極板２が正極板１と同電位である電池ケース４と短絡することを防止できる。図１に示す負極板２の最外周と正極板１の正極合剤層が無く正極集電体とが対向する領域Ｂでは、図２（ｂ）に示す負極板２と正極集電体との間に少なくとも負極板２の上端部より突出した絶縁部材５ｂを配設することにより、セパレータ３が熱収縮しても負極板２が正極集電体と短絡することを防止できる。
【００３２】
ここで、負極板２の最外周と正極板１の正極合剤層が無く正極集電体とが対向する領域Ｂでは、負極板２と正極集電体との間に少なくとも負極板２の上端部より突出した絶縁部材５を配設することが重要であり、電池ケース４と正極板１の正極合剤がなく正極集電体との間に配設した場合には、セパレータ３が熱収縮すると、負極板２と正極集電体とが短絡し、電池の発火に至ることがある。
【００３３】
この理由は、負極板２と正極板１の正極合剤層とが短絡した場合の短絡電流よりも、負極板２と正極集電体または正極板１と同電位である電池ケース４が短絡した場合の短絡電流は、正極集電体または正極板１と同電位である電池ケース４の抵抗が非常に低い為に、はるかに大きな短絡電流が流れ、ジュール熱による温度上昇により、電池の発火に至る為である。
【００３４】
なお、図１に示す最外周の負極板２がなく、正極板１と対向しない領域、すなわち、負極板２の捲回が終わり、正極合剤層が無く正極集電体とセパレータ３または正極集電体のみの領域ｃでは、隣接する極板が同極の正極板の為、セパレータが熱収縮しても短絡の危険性は低いが、この領域に絶縁テープで被覆された正極リードが溶接されており、図２（ｃ）に示す正極集電体とセパレータ３の間に図２（ｂ）と同じ絶縁部材５ｂを配設することにより、正極リード６と負極板との短絡をより防止することができる。
【００３５】
絶縁部材としては、セパレータよりも耐熱温度が高い基材と糊剤からなる絶縁テープを用いる。ここでいうセパレータよりも耐熱温度が高いとは、セパレータより軟化点の高い材料だけでなく、同様の軟化点の材料であっても、微多孔性を付与する為に延伸しているセパレータが熱収縮しても、緻密構造の材料は熱収縮しないので用いることができる。
【００３６】
基材の厚みとしては、２０μｍ〜６０μｍの範囲、糊剤の厚みとしては２０μｍ〜８０μｍの範囲が、絶縁性、貼着性、作業性の観点から好ましい。
【００３７】
そして、基材の材質としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂などのポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂などを挙げることができ、これらを単独またはブレンドした樹脂、変性した樹脂を用いることができる。そして、ガラス繊維、タルク、シリカなどの充填材を添加しても良い。
【００３８】
糊剤としては、天然ゴム、イソブチルゴム、スチレンブタジエンゴム、シリコンゴム、ウレタンゴム、アクリル樹脂などを挙げることができる。これらを単独や積層したものや、変性したものを用いることができる。
【００３９】
ところで、正負極板と一体化されていないセパレータが熱収縮した場合、高温加熱下でガス発生し、これによる内圧上昇によって電池ケースに膨れが生じるが、この膨れは電池ケースの端部程小さく、中央部が最も大きくなる。一方、極板群は、リードが接続されている方を上側にした場合、電池ケースに対し下側に寄った状態で収納されているので、極板群の下側の方が電池ケースの膨れは小さく、内圧が極板群にかかっている為、セパレータの収縮は抑制される。従って、極板群の下端部は従来から用いられている極板群の最外周に保護テープを貼着する方法を採用しても良いが、この保護テープも上記の本発明による領域毎に保護部材を配設する位置を変える方法を用いることにより、さらに安全性の高い電池を得ることができる。この保護テープも上記絶縁部材と同様の基材と糊剤を用いることができる。
【００４０】
電池ケース４としては、上部が開放している有底の円筒形や角形および長円状のものを挙げることができるが、高温加熱時の温度上昇によりガス発生しても、電池内圧が均等にかからない為に膨れやすい角形や扁平形の電池ケースで、正極板から放出されるリチウムイオンの受け入れ性を良くする為に、幅方向の寸法が正極板の寸法より、数ｍｍ程度大きくなるように設定されている負極板と電池ケースとの極性が異なるアルミニウム合金製の場合に、本発明は顕著な効果を発揮することができる。
【００４１】
非水電解液としては、非水溶媒と電解質からなり、非水溶媒としては、主成分として環状カーボネートおよび鎖状カーボネートが含有される。前記環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、およびブチレンカーボネート（ＢＣ）から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。また、前記鎖状カーボネートとしては、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、およびエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）等から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。
【００４２】
電解質としては、例えば、電子吸引性の強いリチウム塩を使用し、例えば、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＮ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₂、ＬｉＮ（ＳＯ₂Ｃ₂Ｆ₅）₂、ＬｉＣ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₃等が挙げられる。これらの電解質は、一種類で使用しても良く、二種類以上組み合わせて使用しても良い。これらの電解質は、前記非水溶媒に対して０．５〜１．５Ｍの濃度で溶解させることが好ましい。
【００４３】
【実施例】
以下、実施例および比較例を用いて詳細に説明するが、これらは、本発明を何ら限定するものではない。
【００４４】
（実施例１）
正極板１は、正極活物質としてコバルト酸リチウムを１００重量部、導電剤としてアセチレンブラックの炭素粉末を３重量部、結着剤としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂ディスパージョンを固形分で４重量部、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース水溶液を固形分で０．８重量部を混練分散させてペースト状合剤を作製した。このペースト状合剤を、厚さ２０μｍの帯状のアルミニウム箔からなる正極集電体に連続的に間欠塗着を行い乾燥して、厚み２９０μｍの正極板１を作製し、線圧１０００Ｋｇ／ｃｍで３回圧延を行うことにより、正極板厚みを１８０μｍに圧延した。この正極板１の最外周で正極合剤層が無く正極集電体が露出している部分に正極リード６をスポット溶接して取り付けた後、１２０℃で１５分間の正極板乾燥を行った。
【００４５】
次に、負極板は負極活物質としてリチウム箔を吸蔵、放出可能な鱗片状黒鉛１００重量部、結着剤としてスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）の水溶性ディスパージョンを固形分として４重量部、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース水溶液を０．８重量部を混練分散させて、ペースト状合剤を作製した。このペースト状合剤を厚さ１４μｍの帯状の銅箔からなる負極集電体に連続的に間欠塗着を行い乾燥して、厚さ３００μｍの負極板２を作製し、線圧１１０Ｋｇ／ｃｍで３回圧延を行うことにより、負極板厚みを１９６μｍに圧延した。この負極板３の最内周で負極合剤層が無く負極集電体が露出している部分にスポット溶接して負極リード７を取り付けた後、１１０℃で１０分間の負極板乾燥を行った。
【００４６】
このようにして得られた正極板１と負極板２とを耐熱温度が１３８℃で、厚さ２０μｍのポリプロピレン製セパレータ３を介して絶縁した状態で長円状に捲回してなる極板群を作製した。
【００４７】
この極板群の図１に示す負極板２の最外周と正極板１の正極合剤層とが対向する領域Ａでは、図２（ａ）に示す電池ケース４と正極板１との間に少なくとも負極板２の上端部より５ｍｍ突出するように絶縁部材５ａを正極板の上端部１０ｍｍの範囲で貼着して配設した。図１に示す負極板２の最外周と正極板１の正極合剤層が無く正極集電体とが対向する領域Ｂでは、図２（ｂ）に示す負極板２と正極集電体との間に少なくとも負極板２の上端部より５ｍｍ突出するように絶縁部材５ｂを正極集電体の上端部１０ｍｍの範囲で貼着して配設した。図１に示す負極板がなく、正極板と対向しない領域、すなわち、負極板２の捲回が終わり、正極合剤層が無く正極集電体とセパレータ３または正極集電体のみの領域ｃでは、図２（ｃ）に示す正極集電体とセパレータ３の間に少なくとも負極板２の上端部より５ｍｍ突出するように絶縁部材５ｂを正極集電体の上端部１０ｍｍの範囲で貼着して配設した。
【００４８】
なお、この絶縁部材５ａは耐熱温度が２００℃で厚さ４０μｍのポリフェニレンサルファイド樹脂の基材と厚さ２０μｍのウレタン樹脂の糊剤からなる絶縁テープを用い、絶縁部材５ｂは厚さ４０μｍのポリエチレンテレフタレート樹脂の基材と厚さ２０μｍのシリコーン樹脂の糊剤からなる絶縁テープを用い、貼着部分以外には糊剤がないものを用い、領域Ａと領域Ｂ及び領域Ａと領域Ｃの境界では隙間が生じないようにオーバーラップさせた。
【００４９】
また、この極板群の下端部も同様に耐熱温度が１４０℃で厚さ３５μｍのポリポロピレン樹脂の基材と厚さ２０μｍのスチレンブタジエンゴムの糊剤からなる保護テープを配設した。図１に示す領域Ａでは、図２（ｄ）に示す電池ケース４と正極板１との間に少なくとも負極板２の下端部より３ｍｍ突出するように保護テープ８ａを正極板の下端部５ｍｍの範囲で貼着して配設した。図１に示す領域Ｂでは、図２（ｅ）に示す負極板２と正極集電体との間に少なくとも負極板２の下端部より３ｍｍ突出するように保護テープ８ｂを正極集電体の下端部５ｍｍの範囲で貼着して配設した。図１に示す領域ｃでは、図２（ｆ）に示す正極集電体とセパレータ３の間に少なくとも負極板２の下端部より８ｍｍ突出するように保護テープ８ｂを正極集電体の下端部５ｍｍの範囲で貼着して配設した。
【００５０】
この極板群の長辺側を０．４ＭＰａの圧力条件で１．５秒間熱プレスして扁平形にした後、厚みが０．２０ｍｍでマンガン、銅を微量含有する合金Ｎｏ．３０００系のアルミニウム合金からなる角形電池ケース４内に収容し、正極板１に接続された正極リード６の他端部を防爆機構を有する封口板に接続し、負極板２に接続された負極リード７の他端部を、封口板の負極端子に接続した後、封口板と電池ケース４とをレーザー溶接した。
【００５１】
さらに、封口板の注液孔から電池ケース４内に、エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネートの混合溶媒中に、電解質としてヘキサフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＦ₆）を１．２５モル／ｌ溶かした電解液を所定量注液した後、この注液孔に封栓を挿入し、封栓の周囲と封口板とをレーザー溶接することによって、幅１０．５ｍｍ、長さ３４ｍｍ、総高５０ｍｍで、電池容量１８００ｍＡｈの角形リチウムイオン二次電池を作製した。
【００５２】
（実施例２）
実施例１と同様にして作製した極板群の図１に示す領域Ａでは、図２（ａ）に示す電池ケース４と正極板１との間に少なくとも負極板２の上端部より５ｍｍ突出するように絶縁部材５ａを正極板の上端部５ｍｍの範囲で貼着して配設した。領域Ｂでは、図２（ｂ）に示す負極板２と正極集電体との間に少なくとも負極板２の上端部より０．５ｍｍ突出するように絶縁部材５ｂをセパレータ３の上端部１０ｍｍの範囲で貼着して配設した。領域ｃでは、図２（ｃ）に示す正極集電体とセパレータ３の間に少なくとも負極板２の上端部より５ｍｍ突出するように絶縁部材５ｂをセパレータ３の上端部５ｍｍの範囲で貼着して配設した。
【００５３】
なお、絶縁部材５ａは耐熱温度が２００℃で厚さ４０μｍのポリフェニレンサルファイド樹脂の基材と厚さ２０μｍのウレタン樹脂の糊剤からなる絶縁テープを用い、絶縁部材５ｂは厚さ４０μｍのポリエチレンテレフタレート樹脂の基材と厚さ２０μｍのシリコーン樹脂の糊剤からなる絶縁テープを用い、貼着部分以外には糊剤がないものを用い、領域Ａと領域Ｂ及び領域Ａと領域Ｃの境界では隙間が生じないようにオーバーラップさせた。
【００５４】
極板群の下端部には、極板群の最外周である正極板に耐熱温度が２００℃で厚さ２０μｍのポリイミド樹脂の基材と厚さ４０μｍのイソブチルゴムの糊剤からなる保護テープを貼着した。
【００５５】
これ以外は実施例１と同様にして幅１０．５ｍｍ、長さ３４ｍｍ、総高５０ｍｍで、電池容量１８００ｍＡｈの角形リチウムイオン二次電池を作製した。
【００５６】
（比較例１）
実施例１と同様にして作製した極板群の図１に示す領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃの全周に渡って、図２（ａ）に示す電池ケース４と正極板１との間に少なくとも負極板２の上端部より５ｍｍ突出するように絶縁部材５ａを正極板の上端部５ｍｍの範囲で貼着して配設した。なお、絶縁部材５ａは耐熱温度が１８０℃で厚さ３０μｍのフッ素樹脂の基材と厚さ２５μｍのシリコンゴムの糊剤からなる絶縁テープを用い、貼着部分以外には糊剤がないものを用い、領域Ａと領域Ｃの境界では隙間が生じないようにオーバーラップさせた。
【００５７】
これ以外は実施例２と同様にして幅１０．５ｍｍ、長さ３４ｍｍ、総高５０ｍｍで、電池容量１８００ｍＡｈの角形リチウムイオン二次電池を作製した。
【００５８】
（比較例２）
実施例１と同様にして作製した極板群の上端部には何も絶縁部材を貼着せず、極板群の下端部のみに実施例２と同様の保護テープを貼着した以外は、実施例２と同様にして幅１０．５ｍｍ、長さ３４ｍｍ、総高５０ｍｍで、電池容量１８００ｍＡｈの角形リチウムイオン二次電池を作製した。
【００５９】
このようにして得られた実施例１〜実施例２、比較例１〜比較例２の電池各２０個について、高温加熱試験を行い、評価した結果を表１に示す。
【００６０】
高温加熱試験は、２０℃の環境下で３．０Ｖの終止電圧まで１８００ｍＡ（１．０ＩｔＡ）の定電流で残存放電した後、電池電圧が４．２Ｖに達するまで１２６０ｍＡ（０．７ＩｔＡ）の定電流充電を行なった満充電状態の電池を、５℃／ｍｉｎの昇温速度で１５０℃まで昇温させ、１５０℃で３０分間保持させた場合、電池が発火する発生率を調べた。
【００６１】
【表１】

【００６２】
表１より、実施例の電池は、負極板２の最外周と正極板１の正極合剤層とが対向する領域Ａでは、電池ケース４と正極板１との間に少なくとも負極板２の上端部より突出した絶縁部材５ａを配設することにより、セパレータ３が熱収縮しても負極板２が正極板１と同電位である電池ケース４と短絡することを防止でき、負極板２の最外周と正極板１の正極合剤層が無く正極集電体とが対向する領域Ｂでは、負極板２と正極集電体との間に少なくとも負極板２の上端部より突出した絶縁部材５ｂを配設することにより、セパレータ３が熱収縮しても負極板２が正極集電体と短絡することを防止できるので、発火することのない安全性に優れた電池が得られることがわかった。
【００６３】
これに対して、負極板２の最外周と正極板１の正極合剤層が無く正極集電体とが対向する領域Ｂにおいて、電池ケース４と正極板１との間に配設した比較例１の場合には、負極板２と正極集電体とが短絡し、電池の発火に至る場合があることがわかった。
【００６４】
そして、極板群の上端部には何も絶縁部材を貼着せず、極板群の下端部のみに実施例２と同様の保護テープを貼着した比較例２の場合には、極板群の上端部で短絡し、電池の発火に至る割合が非常に高いことがわかった。
【００６５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかのように、本発明によれば、極板群の最外周に絶縁部材を配設する位置を最適化することにより、高温加熱状態に陥った場合でも非水電解液二次電池の信頼性を大幅に向上させることができ、その工業的価値は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る主要構成を示す概略構成図
【図２】本発明の極板群に係る一部縦断面図
（ａ）電池ケースと正極板との間に絶縁部材を配設した極板群上端部の一部縦断面図
（ｂ）負極板と正極集電体との間に絶縁部材を配設した極板群上端部の一部縦断面図
（ｃ）セパレータと正極集電体との間に絶縁部材を配設した極板群上端部の一部縦断面図
（ｄ）電池ケースと正極板との間に絶縁部材を配設した極板群下端部の一部縦断面図
（ｅ）負極板と正極集電体との間に絶縁部材を配設した極板群下端部の一部縦断面図
（ｆ）セパレータと正極集電体との間に絶縁部材を配設した極板群下端部の一部縦断面図
【図３】従来の極板群に係る一部縦断面図
（ａ）高温加熱試験前の極板群の一部縦断面図
（ｂ）高温加熱試験後の極板群の一部縦断面図
【符号の説明】
１，１１正極板
２，１２負極板
３，１３セパレータ
４，１４電池ケース
５ａ電池ケースと正極板との間に配設した絶縁部材
５ｂ正極集電体と負極板およびセパレータとの間に配設した絶縁部材
Ａ負極板と正極板の正極合剤層とが対向する領域
Ｂ負極板と正極板の正極集電体とが対向する領域
Ｃ負極板がなく、正極板と対向しない領域

Claims

正極板と負極板とをセパレータを介して絶縁した状態で捲回してなる極板群、非水電解液、ならびに前記極板群と非水電解液とを収納する電池ケースからなる非水電解液二次電池であって、
少なくとも前記負極板の上端部より突出した絶縁部材が、前記負極板の最外周と前記正極板の正極合剤層とが対向する領域では前記電池ケースと正極板との間に配設されていると共に、前記負極板の最外周と前記正極板の正極合剤層が無く正極集電体とが対向する領域では負極板と正極集電体との間に配設されていることを特徴とする非水電解液二次電池。
前記絶縁部材は、前記セパレータよりも耐熱温度が高い請求項１に記載の非水電解液二次電池。
前記電池ケースと正極板との間に配設されている絶縁部材が正極板に貼着されている請求項１または請求項２のいずれかに記載の非水電解液二次電池。
前記負極板と正極集電体との間に配設されている絶縁部材が正極集電体に貼着されている請求項１または請求項２のいずれかに記載の非水電解液二次電池。
前記負極板と正極集電体との間に配設されている絶縁部材が前記セパレータに貼着されている請求項１または請求項２のいずれかに記載の非水電解液二次電池。
前記絶縁部材は基材と糊剤からなる絶縁テープであり、貼着部分以外には糊剤がない絶縁テープである請求項１〜請求項５のいずれかに記載の非水電解液二次電池。
前記電池ケースが角形または扁平形の電池ケースである請求項１または請求項３のいずれかに記載の非水電解液二次電池。