特許 7380463 非水電解質二次電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-07

(45)【発行日】2023-11-15

(54)【発明の名称】非水電解質二次電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/0585 20100101AFI20231108BHJP

   H01M 4/74 20060101ALI20231108BHJP

   H01M 50/583 20210101ALI20231108BHJP

【ＦＩ】

H01M10/0585

H01M4/74 A

H01M50/583

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020121156

(22)【出願日】2020-07-15

(65)【公開番号】P2022018213

(43)【公開日】2022-01-27

【審査請求日】2022-08-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】木山 明

(72)【発明者】

【氏名】安藤 翔

(72)【発明者】

【氏名】山本 邦光

(72)【発明者】

【氏名】加藤 大樹

(72)【発明者】

【氏名】米田 幸志郎

(72)【発明者】

【氏名】宮澤 健作

【審査官】山下 裕久

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０７５２７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１０３１２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１０８６４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／０５８５

Ｈ０１Ｍ ５０／５７２

Ｈ０１Ｍ ４／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

各々シート状の正極と負極とがセパレータを介して積層された積層型の電極体と、
前記電極体を収容する電池ケースとを備え、
前記電極体は、
前記電極体の最も外側に配置された正極およびセパレータからなる最外層を含む外側層と、
前記外側層よりも内側に配置された内側層とを有し、
前記外側層は、前記電極体の短絡に起因する前記電極体の発熱により溶断するように構成された溶断部材を含み、
前記内側層は、前記溶断部材を含まない、非水電解質二次電池。

【請求項2】

前記正極は、正極集電体と、正極合材層とを含み、
前記外側層に配置された前記正極集電体は、前記内側層に配置された前記正極集電体よりも薄く、
前記溶断部材は、前記外側層に配置された前記正極集電体を含む、請求項１に記載の非水電解質二次電池。

【請求項3】

前記正極は、正極集電体と、正極合材層とを含み、
前記外側層に配置された前記正極集電体は、複数の貫通孔が設けられた有孔金属箔であり、
前記溶断部材は、前記有孔金属箔を含む、請求項１に記載の非水電解質二次電池。

【請求項4】

前記有孔金属箔は、パンチングメタル、エキスパンドメタルおよびラスメタルのうちのいずれかである、請求項３に記載の非水電解質二次電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、非水電解質二次電池に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ハイブリッド車両、プラグインハイブリッド車両および電気自動車等の走行用電源として、リチウムイオン二次電池の需要が増している。車載用の典型的なリチウムイオン二次電池は、正極と負極とがセパレータを介して巻回された電極体と、電極体を収容する電池ケースとを備える（たとえば特開２０１９－１８６１５６号公報：特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１８６１５６号公報

【文献】特開２００５－０５０７７１号公報

【文献】特開２０１２－１３４１０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池の製造工程においては、金属異物（導電性を有する異物）が電池ケースの内部に混入し得る。金属異物が混入すると、電極体が短絡して発熱し、ひいては電極体が熱暴走する可能性がある。よって、発熱を抑制するための対策を講じることが考えられる。一方で、過度な対策を講じた場合、非水電解質二次電池池のエネルギー密度が低下したり、非水電解質二次電池のサイズが大型化したりするなどの弊害が生じる可能性がある。

【0005】

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、エネルギー密度の低下または大型化などの弊害を防止しつつ電極体の短絡に伴う発熱（特に熱暴走）を抑制することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

（１）本開示のある局面に従う非水電解質二次電池は、各々シート状の正極と負極とがセパレータを介して積層された電極体と、電極体を収容する電池ケースとを備える。電極体は、電極体の最も外側に配置された正極およびセパレータからなる最外層を含む外側層と、外側層よりも内側に配置された内側層とを有する。外側層は、電極体の短絡に起因する電極体の発熱により溶断するように構成された溶断部材を含む。内側層は、溶断部材を含まない。

【0007】

上記（１）の構成においては外側層が溶断部材を含む。溶断部材は、金属異物により電極体が短絡して短絡電流が流れた場合、速やかに溶断する。そうすると、電極体の内部における金属異物を介した短絡経路（正極－金属異物－負極との経路）が遮断される。その結果、それ以上の短絡電流が流れなくなり、電極体の発熱を抑制できる。また、溶断部材は、電極体全体ではなく外側層に局所的に設けられているため、エネルギー密度の低下または大型化などの弊害を防止できる。よって、上記（１）の構成によれば、エネルギー密度の低下または大型化などの弊害を防止しつつ電極体の短絡に伴う発熱を抑制できる。

【0008】

（２）正極は、正極集電体と、正極合材層とを含む。外側層に配置された正極集電体は、内側層に配置された正極集電体よりも薄い。溶断部材は、外側層に配置された正極集電体を含む。

【0009】

上記（２）の構成においては、外側層に含まれる正極集電体を薄くすることで、電極体の短絡に伴い正極集電体が溶融または蒸発がしやすくなる。よって、上記（２）の構成によれば、正極集電体の短時間での溶断を実現できる。

【0010】

（３）正極は、正極集電体と、正極合材層とを含む。外側層に配置された正極集電体は、複数の貫通孔が設けられた有孔金属箔である。溶断部材は、有孔金属箔を含む。

【0011】

（４）有孔金属箔は、パンチングメタル、エキスパンドメタルおよびラスメタルのうちのいずれかである。

【0012】

上記（３），（４）の構成においては、正極集電体を有孔金属箔とすることで、電極体の短絡に伴い正極集電体が溶融または蒸発がしやすくなる。よって、上記（３），（４）の構成によれば、正極集電体の短時間での溶断を実現できる。

【0013】

（５）電極体は、積層型である。
上記（５）の構成によれば、非水電解質二次電池の製造を容易にすることができる。

【発明の効果】

【0014】

本開示によれば、エネルギー密度の低下または大型化などの弊害を防止しつつ電極体の短絡に伴う発熱（特に熱暴走）を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施の形態１の形態に係るリチウムイオン二次電池の構成の一例を概略的に示す斜視図である。

【図2】実施の形態１に係るリチウムイオン二次電池の構成の他の一例を概略的に示す斜視図である。

【図3】実施の形態１における電極体の構成の一例を示す図である。

【図4】図３のＩＶ－ＩＶ線に沿う電極体の断面を模式的に示す図である。

【図5】正極集電体の薄型化により得られる効果を説明するための概念図である。

【図6】実施の形態２における電極体の断面を模式的に示す図である。

【図7】実施の形態２における正極集電体の構造を示す上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

【0017】

以下の実施の形態では、本開示に係る非水電解質二次電池の例示的形態として、リチウムイオン二次電池を採用する。ただし、本開示に係る非水電解質二次電池は、これに限定されず、たとえばナトリウムイオン二次電池であってもよい。

【0018】

［実施の形態１］
＜リチウムイオン二次電池の全体構成＞
図１は、実施の形態１の形態に係るリチウムイオン二次電池の構成の一例を概略的に示す斜視図である。以下では、実施の形態１に係るリチウムイオン二次電池をセル５と記載する。理解を容易にするため、図１にはセル５の内部を透視した図が示されている。

【0019】

セル５は、この例では密閉型の角型電池ある。ただし、セル５の形状は角型に限定されず、たとえば円筒型であってもよい。セル５は、電極体６と、電解液７と、電池ケース８とを備える。

【0020】

図１に示す電極体６は積層型（スタック型）である。すなわち、電極体６は、正極１と負極２とが、その間にセパレータ３（いずれも図３参照）を挟みつつ交互に積層されることにより形成されている。

【0021】

電解液７は、電池ケース８に注入され、電極体６に含浸している。なお、図１では電解液７の液面を一点鎖線で示している。電極体６（正極１、負極２、セパレータ３）および電解液７に用いられる材料等、詳細な構成については後述する。

【0022】

電池ケース８は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）合金等により構成され得る。ただし、電池ケース８が密閉され得る限り、電池ケース８は、たとえばＡｌラミネートフィルム製のパウチ等であってもよい。電池ケース８は、ケース本体８１と、蓋体８２とを含む。

【0023】

ケース本体８１は、電極体６および電解液７を収容する。ケース本体８１は、扁平直方体の外形形状を有する。ケース本体８１と蓋体８２とは、たとえばレーザ溶接により接合されている。蓋体８２には、正極端子９１および負極端子９２が設けられている。図示しないが、蓋体８２には、注液口、ガス排出弁、電流遮断機構（ＣＩＤ：Current Interrupt Device）等がさらに設けられていてもよい。

【0024】

図２は、実施の形態１に係るリチウムイオン二次電池の構成の他の一例を概略的に示す斜視図である。図２を参照して、セル５Ａは、積層型の電極体６に代えて巻回型の電極体６Ａを備える点において、図１に示したセル５と異なる。巻回型の電極体６Ａは、正極１と負極２とが、その間にセパレータ３を挟みつつ交互に積層され、さらに、その積層体が筒状に巻回されることにより成型されている。

【0025】

以下では、積層型の電極体６を例に説明するが、以下の説明と同様の構成を巻回型の電極体６Ａに適用してもよい。一般に、積層型の電極体の製造の方が巻回型の電極体の製造よりも容易であるため、電極体６を積層型とすることにより、生産効率を向上させることができる。

【0026】

＜電極体の形状＞
図３は、実施の形態１における電極体６の構成の一例を示す図である。図３に示すように、電極体６は、電池ケース８（ケース本体８１）と同様に、扁平直方体の外径形状を有する。電極体６は、扁平直方体の長辺（図中、左右方向（ｙ方向）の辺）が電池ケース８の長辺方向（図２参照）に延在するように電池ケース８に収容されている。

【0027】

＜正極＞
正極１は帯状のシートである。正極１は、正極集電体１１と、正極合材層１２とを含む。正極集電体１１は、正極端子９１（図１参照）に電気的に接続されている。正極集電体１１は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）箔、Ａｌ合金箔等であり得る。

【0028】

正極合材層１２は、この例では正極集電体１１の表面および裏面の両面に形成されている。しかし、正極合材層１２は、正極集電体１１の表面（いずれか一方の面）にのみ形成されていてもよい。正極合材層１２は、正極活物質、導電材、バインダおよび難燃剤（いずれも図示せず）を含む。

【0029】

正極活物質は、たとえばＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２（ＮＣＭ）、ＬｉＮｉ_０．８Ｃｏ_０．１５Ａｌ_０．０５Ｏ_２（ＮＣＡ）、ＬｉＭｎＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＦｅＰＯ_４であり得る。２種以上の正極活物質が組み合わされて使用されてもよい。

【0030】

導電材は、たとえばアセチレンブラック（ＡＢ）、ファーネスブラック、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）、黒鉛であり得る。

【0031】

バインダは、たとえばポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）であり得る。

【0032】

難燃剤は、リン（Ｐ）または硫黄（Ｓ）を含む難燃剤であり、かつ、難燃剤の熱分解温度が８０℃以上２１０℃以下である限り、特に限定されない。難燃剤は、たとえばスルファミン酸グアニジン、リン酸グアニジン、リン酸グアニル尿素、リン酸二アンモニウム、ポリリン酸アンモニウム、スルファミン酸アンモニウム、メラミンシアヌレート、ビスフェノールＡビス（ジフェニルリン酸エステル）、レゾルシノールビス（ジフェニルリン酸エステル）、トリイソピルフェニルリン酸エステル、トリフェニルリン酸エステル、トリメチルリン酸エステル、トリエチルリン酸エステル、トリクレジルリン酸エステル、トリス（クロロイソプロピル）リン酸エステル、（Ｃ_４Ｈ_９）_３ＰＯ）、（ＨＯ-Ｃ_３Ｈ_６）_３ＰＯ、ホスファゼン化合物、五酸化二リン、ポリリン酸、メラミン等であり得る。これらの難燃剤は単独で使用されてもよいし、２種以上の難燃剤が組み合わされて使用されてもよい。

【0033】

＜負極＞
負極２は帯状のシートである。負極２は、負極合材層２２および負極集電体２１を含む。負極集電体２１は、負極端子９２（図１参照）に電気的に接続されている。負極集電体２１は、たとえば銅（Ｃｕ）箔であり得る。

【0034】

負極合材層２２は、この例では負極集電体２１の表面および裏面の両面に形成されている。しかし、負極合材層２２は、負極集電体２１の表面（いずれか一方の面）にのみ形成されていてもよい。負極合材層２２は、負極活物質およびバインダ（いずれも図示せず）を含む。

【0035】

負極活物質は黒鉛系材料である。具体的には、負極活物質は、アモルファスコートグラファイト（黒鉛粒子の表面にアモルファスカーボンがコートされた形態のもの）、黒鉛、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素であり得る。

【0036】

バインダは、たとえば、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）であり得る。

【0037】

＜セパレータ＞
セパレータ３は帯状のフィルムである。セパレータ３は、正極１と負極２との間に配置され、正極１と負極２とを電気的に絶縁する。セパレータ３の材料は、多孔質材料であって、たとえばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）であり得る。

【0038】

セパレータ３は単層構造を有していてもよい。セパレータ３は、たとえばポリエチレン（ＰＥ）製の多孔質フィルムのみから形成されていてもよい。一方で、セパレータ３は多層構造を有していてもよい。たとえば、セパレータ３は、第１ポリプロピレン（ＰＰ）製の多孔質フィルムと、ポリエチレン（ＰＥ）製の多孔質フィルムと、第２ポリプロピレン（ＰＰ）製の多孔質フィルムとからなる３層構造を有していてもよい。

【0039】

＜電解液＞
電解液７は、リチウム（Ｌｉ）塩および溶媒を少なくとも含む。Ｌｉ塩は、溶媒に溶解した支持電解質である。Ｌｉ塩は、たとえば、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、Ｌｉ［Ｎ（ＦＳＯ_２）_２］、Ｌｉ［Ｎ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２］であり得る。１種のＬｉ塩が単独で使用されてもよいし、２種以上のＬｉ塩が組み合わされて使用されてもよい。

【0040】

溶媒は非プロトン性である。溶媒は、たとえば環状カーボネートおよび鎖状カーボネートの混合物であり得る。

【0041】

環状カーボネートは、たとえば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）等であってもよい。１種の環状カーボネートが単独で使用されてもよい。２種以上の環状カーボネートが組み合わされて使用されてもよい。

【0042】

鎖状カーボネートは、たとえば、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）等であってもよい。１種の鎖状カーボネートが単独で使用されてもよい。２種以上の鎖状カーボネートが組み合わされて使用されてもよい。

【0043】

溶媒は、たとえば、ラクトン、環状エーテル、鎖状エーテル、カルボン酸エステル等を含んでもよい。ラクトンは、たとえば、γ－ブチロラクトン（ＧＢＬ）、δ－バレロラクトン等であってもよい。環状エーテルは、たとえば、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、１，３－ジオキソラン、１，４－ジオキサン等であってもよい。鎖状エーテルは、１，２－ジメトキシエタン（ＤＭＥ）等であってもよい。カルボン酸エステルは、たとえば、メチルホルメート（ＭＦ）、メチルアセテート（ＭＡ）、メチルプロピオネート（ＭＰ）等であってもよい。

【0044】

電解液７は、Ｌｉ塩および溶媒に加えて、各種の機能性添加剤をさらに含んでもよい。機能性添加剤としては、たとえば、ガス発生剤（過充電添加剤）、ＳＥＩ（Solid Electrolyte Interface）膜形成剤等が挙げられる。ガス発生剤は、たとえば、シクロヘキシルベンゼン（ＣＨＢ）、ビフェニル（ＢＰ）であり得る。ＳＥＩ膜形成剤は、たとえば、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、ビニルエチレンカーボネート（ＶＥＣ）、Ｌｉ［Ｂ（Ｃ_２Ｏ_４）_２］、ＬｉＰＯ_２Ｆ_２、プロパンサルトン（ＰＳ）、エチレンサルファイト（ＥＳ）であり得る。

【0045】

＜金属異物の混入＞
リチウムイオン二次電池の製造工程において電池ケースの内部に金属異物が混入し得ることが知られている。セル５を用いて具体例を挙げて説明すると、たとえば、正極集電体１１および負極集電体２１の端部をレーザ溶接により接合する際に金属片（スパッタ）が発生する可能性がある。また、電極体６をケース本体８１に収容した後、ケース本体８１と蓋体８２とをレーザ溶接する際にも金属片が発生する可能性がある。さらに、セル５の製造工程以外にも、たとえばセル５を搭載した車両の衝突等により衝撃がセル５に印加されることで金属片が発生する可能性も考えられる。

【0046】

金属異物が混入すると、その金属異物が電極体６に付着することで電極体６が短絡し得る。そうすると、電極体６が発熱し、場合によっては熱暴走する可能性がある（詳細については図５参照）。よって、発熱、特に熱暴走を抑制するための対策を講じることが考えられる。その一方で、過度な対策を講じた場合には、セル５のエネルギー密度が低下したり、セル５のサイズが大型化したりするなどの弊害が生じる可能性がある。

【0047】

本発明者らは、金属異物が電極体６に短絡を生じさせる場合、その短絡が電極体６の最外周部分で生じやすい点に着目した。実施の形態１においては、電極体６の最外周に配置された正極１について、正極集電体１１の厚みを薄くすることによって正極集電体１１の耐熱性を意図的に低下させる。これにより、金属異物の混入等に起因して電極体６の短絡が生じた場合、正極集電体１１が溶断しやすくなる。正極集電体１１が溶断すると、金属異物を介した正極集電体１１と負極集電体２１との間の電気的接続（内部短絡経路）が遮断されるため、短絡電流が流れにくくなる。よって、熱暴走につながり得る電極体６の発熱を抑制できる。また、正極集電体１１の薄型化では、セル５の大型化などの弊害も起こらない。

【0048】

＜電極体の構成＞
図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線に沿う電極体６の断面を模式的に示す図である。図４には、電極体６を構成する正極１、負極２およびセパレータ３の積層構造が電極体６の外側から内側に向けて図示されている。電極体６の外側とは電池ケース８に近い側である。

【0049】

複数の負極２のうち最も外側に配置された負極２と、その負極２の内側に配置されたセパレータ３とを「第１層」と記載する。外側から２番目に配置された層、すなわち、第１層の内側に配置された正極１と、その正極１の内側に配置されたセパレータ３とを「第２層」（すなわち、電極体の最も外側に配置された正極およびセパレータからなる最外層）と記載する。外側から３番目に配置された負極２およびセパレータ３を「第３層」と記載する。外側から４番目に配置された正極１およびセパレータ３を「第４層」と記載する。第５層以降についても同様である。

【0050】

第２層に配置された正極１Ａの正極集電体１１Ａは、第４層および第６層（他の偶数番号の層）に配置された正極１の正極集電体１１よりも薄い（Ｄ２＜Ｄ４）。具体的には、正極集電体１１Ａの厚みＤ２は、正極集電体１１の厚みＤ４の半分程度とすることができる。一例として、正極集電体１１の厚みＤ４が１５μｍであるのに対し、正極集電体１１Ａの厚みＤ２は８μｍである。このように、実施の形態１においては第２層に配置された正極１Ａの正極集電体１１Ａが薄型化されている。

【0051】

図５は、正極集電体１１Ａの薄型化により得られる効果を説明するための概念図である。図５を参照して、金属異物Ｍは、電極体６の最外周に位置する第１層付近に混入する可能性が高い。図５には、第１層に配置された負極２の負極集電体２１と第２層に配置された正極１Ａの正極集電体１１Ａとが金属異物Ｍを介して内部短絡した様子が図示されている。

【0052】

金属異物Ｍによる内部短絡が生じた場合、電極体６全体から内部短絡が生じた箇所に向けて短絡電流が流れることで短絡箇所が局所的に発熱して高温になる。そうすると、短絡箇所で電極材料の発熱反応（分解反応、酸化反応等）が起こり、短絡箇所がさらに発熱する。この発熱が連続することで電極体６の熱暴走が引き起こされ得る。

【0053】

本実施の形態においては、正極集電体１１Ａの厚みＤ２が薄く、正極集電体１１の厚みＤ４の半分程度である。そのため、短絡電流の伝搬に伴う発熱により正極集電体１１Ａが短時間で溶断する。具体的には、前述のように正極集電体１１Ａの厚みを８μｍにした場合、正極集電体の厚みが１５μｍである場合と比べて、溶断時間を約半分に短縮できる。正極集電体１１Ａが溶断すると、内部短絡経路の電気抵抗が増大し、短絡電流が流れにくくなる（理想的には短絡電流が流れなくなる）。その結果、短絡箇所における短絡電流による発熱量が小さくなり、短絡箇所における電極材料の発熱反応も起こりにくくなる。したがって、電極体６の熱暴走を抑制できる。

【0054】

なお、図４および図５では、薄型化した正極集電体１１Ａが第２層（複数の正極１のうち最も外層の正極が位置する層）のみに設けられている例を図示して説明した。薄型化された正極集電体１１Ａは、本開示に係る「溶断部材」に相当する。そして、第２層が本開示に係る「外側層」に相当し、第３層またはそれよりも内側に配置された層が「内側層」に相当する。

【0055】

しかし、薄型化した正極集電体１１Ａは、少なくとも電極体６の最も外側に配置された正極１Ａに設けられていればよく、電極体６の外側から数層に亘って設けられていてもよい。正極集電体１１Ａは、たとえば第２層および第４層の２層に設けられていてもよい。その場合には、第２および第４層が本開示に係る「外側層」に相当し、第５層またはそれよりも内側に配置された層が「内側層」に相当する。また、正極集電体１１Ａは、たとえば第２層、第４層および第６層の３層に設けられていていてもよい。その場合には、第２、第４層および第６層が本開示に係る「外側層」に相当し、第７層またはそれよりも内側に配置された層が「内側層」に相当する。ただし、すべての偶数番号の層に薄型化した正極集電体１１Ａが設けられていることは好ましくない。

【0056】

以上のように、実施の形態１においては、積層された複数の正極１のうち最も外側に配置された正極１Ａの正極集電体１１Ａを、電極体６の内側に配置された正極１の正極集電体１１よりも薄型化する。これにより、金属異物Ｍの混入により電極体６が短絡した場合、短絡電流による発熱を利用して正極集電体１１Ａを速やかに溶断させ、正極集電体１１Ａのうちの残りの部分を短絡先（負極集電体２１）から電気的に切り離すことが可能になる。よって、実施の形態１によれば、エネルギー密度の低下または大型化などの弊害を防止しつつ、電極体６が短絡しても電極体６の熱暴走を抑制できる。

【0057】

［実施の形態２］
正極集電体の薄型化以外の構成によって正極集電体の溶断を促進することも可能である。実施の形態２においては、正極集電体に貫通孔を設けることで、正極集電体を熱的に脆弱にする構成について説明する。なお、実施の形態２に係るリチウムイオン二次電池（セル）の全体構成は、図１および図２に示した構成と同様であるため、詳細な説明は繰り返さない。

【0058】

図６は、実施の形態２における電極体の断面を模式的に示す図である。図６を参照して、電極体６Ｂの第２層に配置された正極１Ｂは、正極集電体１１に代えて正極集電体１１Ｂを含む点において、第４層などの他の偶数番号の層に配置された正極１と異なる。

【0059】

図７は、実施の形態２における正極集電体１１Ｂの構造を示す上面図である。図７を参照して、正極集電体１１Ｂは、正極集電体１１の基材１１０（アルミニウム箔等）に対して打ち抜き加工を行ったパンチングメタルである。基材１１０に配列する貫通孔ＴＨが正極集電体１１Ｂの全面積に対して占める比率は、正極集電体１１Ｂの厚み等に応じて適宜設定され得るが、たとえば５０％である。

【0060】

正極集電体１１Ｂの基材１１０の体積は、貫通孔ＴＨの体積の分だけ、貫通孔ＴＨが設けられていない正極集電体１１の基材の体積よりも小さい。そのため、正極集電体１１Ｂの熱容量は、正極集電体１１の熱容量よりも小さい。したがって、実施の形態２においても実施の形態１（図５参照）と同様に、短絡電流の伝搬に伴う発熱によって正極集電体１１Ｂが短時間で溶断する。たとえば貫通孔ＴＨの比率を５０％にした場合、貫通孔ＴＨを設けない場合と比べて、溶断時間を約半分に短縮できる。正極集電体１１Ｂが溶断すると、負極２の負極集電体２１と正極１Ｂの正極集電体１１Ｂとの間の電気抵抗が増大し、短絡電流が流れにくくなる。その結果、短絡箇所における短絡電流による発熱量が小さくなり、短絡箇所における電極材料の発熱反応も起こりにくくなる。よって、電極体６Ｂの熱暴走を抑制できる。

【0061】

なお、正極集電体１１Ｂは、複数の貫通孔ＴＨが設けられた平板状の金属箔であれば、パンチングメタルに限定されるものではない。正極集電体１１Ｂは、エキスパンドメタル、ラスメタルなどであってもよい。

【0062】

以上のように、実施の形態２においては、電極体６Ｂの最も外側に配置された正極１Ｂの正極集電体１１Ｂに複数の貫通孔ＴＨが設けられる。これにより、金属異物Ｍの混入により電極体６Ｂが短絡した場合、短絡電流による発熱を利用して正極集電体１１Ｂを速やかに溶断させ、正極集電体１１Ｂのうちの残りの部分を短絡先（負極集電体２１）から電気的に切り離すことが可能になる。よって、実施の形態２によれば、エネルギー密度の低下または大型化などの弊害を防止しつつ、電極体６Ｂが短絡しても電極体６Ｂの熱暴走を抑制できる。

【0063】

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0064】

１，１Ａ，１Ｂ 正極、１１，１１Ａ，１１Ｂ 正極集電体、１１０ 基材、１２ 正極合材層、２ 負極、２１ 負極集電体、２２，２９ 負極合材層、３ セパレータ、５，５Ａ セル、７ 電解液、６，６Ａ，６Ｂ 電極体、８ 電池ケース、８１ ケース本体、８２ 蓋体、９１ 正極端子、９２ 負極端子、Ｍ 金属異物。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】