電池用セパレータ、これを用いた電池、及びこれを用いた車両及び電池搭載機器
【課題】負極板からセパレータにまで延びたデンドライトの成長を抑制し、また、金属Ｌｉの増加を抑制することができる電池用セパレータ及び、この電池用セパレータを用いた、安全性の高い電池を提供すると共に、電池を搭載した車両、電池搭載機器を提供する。
【解決手段】電池用セパレータ10は、表面と裏面とを有する板状で、電池に使用した場合に、正極板側の電解液と負極板30側の電解液とを隔離しつつ、上記表面と裏面との間で、リチウムイオンの流通を可能としてなり、絶縁性樹脂からなる絶縁樹脂材11,13と、絶縁樹脂材11,13の内部に配置され、導電性を有し、リチウム原子を吸蔵可能なＬｉ吸蔵材12BGと、を備える。
【解決手段】電池用セパレータ10は、表面と裏面とを有する板状で、電池に使用した場合に、正極板側の電解液と負極板30側の電解液とを隔離しつつ、上記表面と裏面との間で、リチウムイオンの流通を可能としてなり、絶縁性樹脂からなる絶縁樹脂材11,13と、絶縁樹脂材11,13の内部に配置され、導電性を有し、リチウム原子を吸蔵可能なＬｉ吸蔵材12BGと、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池（以下、単に電池ともいう。）の発電要素に用いる電池用セパレータに関し、さらには、これを用いた電池、これを用いた車両及び電池搭載機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、リチウムイオン二次電池では、正極板と負極板との間に電池用セパレータを介在させた発電要素に、電解液を含浸させている。
ところで、低温下で大きな電流で充電するなどの条件下では、負極板にＬｉが析出して、この負極板から金属Ｌｉがデンドライト（樹枝状結晶）として成長することがある。このようなデンドライトが成長し続けると、セパレータを突き破って正極板にまで届く、あるいは、正極板に接近することで、自身が経路となって短絡する不具合を生じることがある。
【０００３】
また、このほか、析出したデンドライト（金属Ｌｉ）が折れると、負極板との導通しない状態で、反応性の高い金属Ｌｉが存在することもある。このように、デンドライトあるいはこれに起因する金属Ｌｉが多く存在すると、他の部位が短絡したり過充電により発熱した場合に、周囲にある反応性の高い金属Ｌｉまでもが反応して、さらに発熱が生じる不具合に繋がりやすい。
【０００４】
これに対して、特許文献１には、熱可塑性樹脂を含む第１の層と、熱硬化性樹脂を含む第２の層とを備える多層構造を有するセパレータが開示されている。このものでは、短絡を生じても、熱硬化性樹脂を含む第２の層が、一定の厚さを一定の時間維持するために、熱可塑性樹脂のみで形成されているセパレータとは異なり、内部短絡面積の拡大を抑制でき、その結果、熱暴走を抑制できると記載されている（特許文献１：(００２０)参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３８７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この特許文献１に記載のセパレータでは、デンドライトの成長を抑制することも、反応性の高い金属Ｌｉが増加することを抑制することもできなかった。
かかる問題点に鑑みて、負極板からセパレータにまで延びたデンドライトの成長を抑制し、また、金属Ｌｉの増加を抑制することができる電池用セパレータを提供することを課題とする。また、この電池用セパレータを用いた、安全性の高い電池を提供することを課題とする。また、このような電池を搭載した車両、及び、このような電池を用いた電池搭載機器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、表面と裏面とを有する板状で、電池に使用した場合に、正極板側の電解液と負極板側の電解液とを隔離しつつ、上記表面と裏面との間で、リチウムイオンの流通を可能としてなる電池用セパレータであって、絶縁性樹脂からなる絶縁樹脂材と、上記絶縁樹脂材の内部に配置され、導電性を有し、リチウム原子を吸蔵可能なＬｉ吸蔵材と、を備える電池用セパレータである。
【０００８】
前述したように、リチウムイオン二次電池では、負極板に金属Ｌｉが析出して、デンドライトが形成されるため、このデンドライトあるいはこれに起因する金属Ｌｉの存在により、短絡の発生や、短絡時の発熱量増加が生じることがある。
【０００９】
これに対し、上述の電池用セパレータは、絶縁樹脂材の内部にＬｉ吸蔵材を含んでいる。このため、このセパレータをリチウムイオン二次電池の発電要素に用いれば、金属Ｌｉが析出して負極板からデンドライトが成長しても、これがセパレータ内のＬｉ吸蔵材に届くと、この吸蔵材がデンドライトを介して負極板と導通すると共に、さらに析出しようとする金属Ｌｉを吸蔵する。これにより、デンドライトがこれ以上延びて、セパレータを突き抜けて、正極板と短絡する危険性を減少させることができる。
【００１０】
また、Ｌｉ吸蔵材に吸蔵されたＬｉは、金属Ｌｉで存在する場合よりも安定であるので、金属Ｌｉのように反応しない。このため、他の部位で短絡等が生じて、デンドライトをなす金属Ｌｉが反応して、発熱した場合でも、その反応に与る金属Ｌｉの量を従来よりも抑えることができる。かくして、万一電池に短絡が生じても、これに伴う金属Ｌｉの反応による発熱を抑え、安全に電池機能を終了することができる、安全性の高いリチウムイオン二次電池とすることができる。
【００１１】
その一方で、このＬｉ吸蔵材の外側には、絶縁樹脂材が存在している。このため、内部に導電性を有するＬｉ吸蔵材を含んでいても、この電池用セパレータが正極板と短絡し、あるいはデンドライトがない状態で負極板と短絡することも無い。従って、この電池用セパレータは、通常のセパレータと同じように、電池に使用することができる。
【００１２】
なお、電池用セパレータは、電池に使用した場合に、全体として、正極板側の電解液と負極板側の電解液とを隔離しつつ、表面と裏面との間で、リチウムイオンの流通を可能としてなるものである。
従って、例えば、絶縁樹脂材を、セパレータ本来の機能を果たす、リチウムイオンが透過できる微孔を有する材質からなるものとし、その内部に、Ｌｉ吸蔵材を配置したものが挙げられる。この場合、Ｌｉ吸蔵材も、リチウムイオンの流通を可能なものとすると良い。あるいは、Ｃｕ箔などの金属箔や樹脂フィルムにＬｉ吸蔵材を担持させ、これを絶縁樹脂材内に配置しても良い。但し、後者の場合には、担持する金属箔や樹脂フィルムについても、リチウムイオンの流通を確保するため、孔を多数開けておく（パンチングメタル状に）、あるいはセパレータ本来の機能を果たす微孔を有する樹脂フィルムを用いることが考えられる。
【００１３】
また、絶縁性樹脂としては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ＰＥ／ＰＰ／ＰＥの複層構造の樹脂が挙げられる。
【００１４】
また、Ｌｉ吸蔵材としては、導電性を有し、リチウム原子を自身の構造内に吸蔵しうる特性を有するものである。
例えば、リチウムイオン二次電池における負極活物質として用いられる材料が挙げられ、具体的には、グラファイト等の炭素系材料が挙げられる。また、Ｌｉ吸蔵特性を有するＳｉやＳｎの合金も挙げられる。また、Ｌｉ吸蔵特性を有する導電性の有機高分子、例えばポリチオフェンやポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリイソチアラフテンが挙げられる。
【００１５】
さらに、Ｌｉ吸蔵材は、絶縁樹脂材の内部に配置する手法としては、Ｌｉ吸蔵材単体を絶縁樹脂材内に配置しても良いし、銅箔や樹脂フィルムなどの担持体にＬｉ吸蔵材を担持させ、これを絶縁樹脂材の内部に配置しても良い。
【００１６】
さらに、上述の電池用セパレータであって、層構造をなし、絶縁性樹脂からなり、外部に面する外部層と、上記外部層に挟まれて、上記電池用セパレータの積層方向の内部に位置し、前記Ｌｉ吸蔵材を含む内部層と、を備える電池用セパレータとすると良い。
【００１７】
このセパレータは、層構造としているので、層に沿う方向（平面方向）について、均一な特性とすることができ、平面的な拡がりを持つ正極板と負極板との間で、場所によらず、前述のようにして、デンドライトの成長を抑制し、また、Ｌｉの反応に伴う温度上昇を抑えることができる。
【００１８】
なお、内部層としては、Ｌｉ吸蔵材のみからなるものとすることもできるし、Ｌｉ吸蔵材を銅箔の金属箔や樹脂フィルム等に担持させたものとすることもできる。また、外部層をなす絶縁樹脂材を同様の絶縁樹脂材に、Ｌｉ吸蔵材を被着したものとすることもできる。
【００１９】
本発明の他の態様は、正極板、負極板、及び、上記正極板と上記負極板との間に介在する、上述の電池用セパレータ、からなる発電要素を備えるリチウムイオン二次電池である。
【００２０】
このリチウムイオン二次電池の発電要素は、正極板と上記負極板との間に、前述の電池用セパレータを有する。このため、析出する金属Ｌｉの量を抑制し、短絡等に不具合時にも、金属Ｌｉの反応による発熱を抑制できる。
【００２１】
本発明の他の態様は、上述のリチウムイオン二次電池を搭載し、上記リチウムイオン二次電池の電気エネルギーを動力源の全部または一部に使用する車両である。
【００２２】
この車両では、使用するリチウムイオン二次電池の安全性が高く、車両全体としても安全性の高い車両となし得る。
【００２３】
なお、車両としては、その動力源の全部あるいは一部に電池による電気エネルギを使用している車両であれば良く、例えば、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、電気自動車、プラグイン電気自動車、ハイブリッド鉄道車両、フォークリフト、電気車いす、電動アシスト自転車、電動スクータが挙げられる。
【００２４】
さらに、本発明の他の態様は、前述のリチウムイオン二次電池を搭載し、上記リチウムイオン二次電池の電気エネルギーを使用して作動する電池搭載機器である。
【００２５】
この電池搭載機器では、使用するリチウムイオン二次電池の安全性が高い。このため、電池搭載機器全体としても安全性の高い電池搭載機器となし得る。
【００２６】
なお、このような電池機器としては、電池を搭載しこれをエネルギー源の少なくとも１つとして利用する機器であれば良く、例えば、パーソナルコンピュータ、携帯電話、電池駆動の電動工具、無停電電源装置など、電池で駆動される各種の家電製品、オフィス機器、産業機器が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態に係るセパレータの説明図である。
【図２】実施形態にかかる電池の説明図である。
【図３】実施形態にかかる電池における、正極板及び負極板と、セパレータとの関係を示す拡大断面図である。
【図４】変形形態にかかるセパレータの説明図である。
【図５】実施形態２に係る車両の説明図である。
【図６】実施形態３にかかるハンマドリルの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
（実施形態）
次に、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
まず、本実施形態にかかるセパレータ１０、及び、これを用いた電池４０について説明する。図１に本実施形態のセパレータ１０の構造を、図２に本実施形態の電池４０の構造を、図３に発電要素４１の断面構造を示す。
【００２９】
まず、セパレータ１０について説明する（図１参照）。このセパレータ１０は、帯状で、積層方向ＳＴに、第１層１１、第２層１２、及び第３層１３がこの順に積層された、３層構造を有している。
このうち、第１層１１及び第３層１３は、ＰＥ／ＰＰ／ＰＥの３重構造からなり、通常のセパレータとして用いうる構造、即ち、電池に使用した場合に、正極板側の電解液と負極板側の電解液とを隔離しつつ、表面と裏面との間で、リチウムイオンの透過できる微孔を多数有する、絶縁性の材質からなっている。
【００３０】
一方、第１層１１及び第３層１３に挟まれて、これらの内側に位置する第２層１２は、後述する負極板３０に近似の構造を有している。即ち、第２層１２は、銅箔１２Ａの両面に、グラファイト１２ＢＧと結着剤のＰＶＤＦとの混合体からなるＬｉ吸蔵材層１２Ｂを塗着してなる。このＬｉ吸蔵材層１２Ｂのうち、負極活物質にとしても使用されるグラファイト１２ＢＧが、析出したＬｉ（金属Ｌｉ）をその構造中に吸蔵して、Ｌｉを安定化させるＬｉ吸蔵材である。
なお、第２層１２には、各所に多数の透孔１２Ｈが形成されている。このため、セパレータ１０を電池４０（発電要素４１）に使用した場合に、この透孔１２Ｈを通じて、電解液４５中のリチウムイオンが流通可能となっている。
【００３１】
次いで、このセパレータ１０を用いた電池４０について説明する（図２参照）。この電池４０は、電池ケース本体４７Ａを蓋体４７Ｂで封着した矩形箱形の電池ケース４７内に、破線で示すように、捲回型の発電要素４１及びこれに含浸された電解液４５を収容している。
【００３２】
このうち、発電要素４１は、帯状の正極板２０と同じく帯状の負極板３０とを、上述の帯状のセパレータ１０を介して捲回したものであり、図３に示すように、正極板２０と負極板３０との間に、セパレータ１０が交互に介在する構造とされている。なお、図示しないが、正極板２０と負極板３０との間、つまり、セパレータ１０及びその周囲には、電解液４５が含浸されている。
【００３３】
この発電要素４１のうち正極板２０は、アルミニウムからなる帯状の正極箔２１と、この正極箔２１の一方の長辺付近を残して、この両面に塗着された正極活物質層２２とを有している。この正極活物質層２２は、正極活物質としてＬｉＮｉＯ2を含むと共に、導電化材としてアセチレンブラック（ＡＢ）、結着剤としてＰＶＤＦを含んでいる。
【００３４】
一方、負極板３０は、銅からなる帯状の負極箔３１と、この負極箔３１の一方の長辺付近を残して、この両面に塗着された負極活物質層３２とを有している。この負極活物質層３２は、負極活物質としてグラファイトを含むと共に、結着剤としてＰＶＤＦを含んでいる。
【００３５】
また、発電要素４１の捲回軸に沿う方向（図２中、左右方向）の端部は、一方が、正極箔２１が露出して捲回された正極リード部２０Ｌとされ、他方が、負極箔３１が露出して捲回された負極リード部３０Ｌとされている。
そして、この正極リード部２０Ｌには正極集電部材４２が、負極リード部３０Ｌには負極集電部材４３が、接続されている。この正極集電部材４２の一部は、電池ケース４７の蓋体４７Ｂから突出して、正極端子部４２Ａをなしている。また、同様に、負極集電部材４３の一部は、電池ケース４７の蓋体４７Ｂから突出して、負極端子部４３Ａをなしている。
電解液４５は、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との混合有機溶媒に溶質（ＬｉＰＦ6）を添加した有機電解液である。
【００３６】
この電池４０では、セパレータ１０を介して、電解液４５中のリチウムイオンが移動して、電池反応を生じ、充電及び放電が可能となる。このうち、充電に当たっては、通常、リチウムイオンが負極板３０でリチウム原子となると共に、その負極活物質層３２（負極活物質であるグラファイト）に吸蔵される。
【００３７】
しかしながら、例えば、０℃以下などの低温下で、大きな充電電流（例えば、１０Ｃなど）で充電した場合、負極活物質層３２に吸蔵されることなく、この負極板３０（負極活物質層３２）で金属Ｌｉとして析出することがある。この場合、析出した金属Ｌｉは、デンドライト（樹枝状結晶）ＤＬとして、正極板２０の方向に向けて成長する（図１参照）。
このデンドライトＤＬは、従来の電池であれば、セパレータ内を突き破って成長する。そしてついに、正極板に達すると、電池が短絡ということになる。
また、デンドライトＤＬが成長する段階で、金属ＬｉからなるデンドライトＤＬが折れて、負極板３０と導通しない状態で、セパレータ１０内、あるいは、負極板３０とセパレータ１０との間などに、貯まった状態となる。
【００３８】
しかしながら、本実施形態の電池４０では、前述のセパレータ１０を用いているので、デンドライトＤＬが、そのうちの第３層１３内で成長して、第２層１２にまで届くと、第２層１２の電位は、負極板３０の電位となる。第２層１２が、デンドライトＤＬを通じて、負極板３０と導通するからである。そしてこの状態では、デンドライトＤＬを成長させるはずの金属Ｌｉは、第２層１２に含まれるＬｉ吸蔵材、具体的にはグラファイト１２ＢＧに吸蔵される。
このため、これ以上、正極板２０に向けて、デンドライトＤＬが成長することが防止される。また、第２層１２に含まれるグラファイト（Ｌｉ吸蔵材）１２ＢＧに吸蔵されたＬｉは、金属Ｌｉよりも安定である。このため、デンドライトＤＬ、あるいはこれが折れたものが、セパレータ１０内などに存在していたとしても、その量（金属Ｌｉの量）も抑えられる。
【００３９】
かくして、電池４０において、デンドライトＤＬによって、正極板２０と負極板３０とが短絡することを、効果的に防止することができる。
さらに、万一、短絡等によって電池４０が発熱した場合、従来であれば、発熱部位の付近の金属Ｌｉである、デンドライト及びこれが折れたものが反応して、さらに発熱することになる。
これに対し、本実施形態の電池４０では、グラファイト（Ｌｉ吸蔵材）１２ＢＧに吸蔵されたＬｉは安定であるので、発熱により反応する金属Ｌｉの量が抑制されることから、電池４０の不具合時の発熱量をも抑制することができる。
【００４０】
なお、第１層１１、及び、第３層１３により、第２層１２と正極板２０及び負極板３０との絶縁を図ることができる。また、第１層１１、及び、第３層１３により、セパレータ１０は、セパレータ本来の役割をも、果たすことができる。
さらに、第２層１２には、透孔１２Ｈが多数形成されていることから、第１層１１、この透孔１２Ｈ、及び第３層１３を通じて、通常のセパレータと同じく、リチウムイオンの流通を行わせることができる。
【００４１】
このように、本実施形態のセパレータ１０は、絶縁性樹脂からなる第１層１１及び第３層１３と、この内部に配置されたグラファイト１２ＢＧと、を備える。
このため、万一、電池４０に短絡が生じても、これに伴う金属Ｌｉの反応による発熱を抑え、安全に電池機能を終了することができる、安全性の高い電池４０とすることができる。
【００４２】
さらに、本実施形態のセパレータ１０は、層構造をなし、絶縁性樹脂からなり、外部に面する第１層１１及び第３層１３と、これらに挟まれて、積層方向ＳＴの内部に位置し、グラファイト１２ＢＧを含む第２層１２と、を備える。
【００４３】
このようにセパレータ１０は、層構造としているので、層に沿う方向（平面方向）について、均一な特性とすることができ、平面的な拡がりを持つ正極板２０と負極板３０との間で、場所によらず、前述のようにして、デンドライトＤＬの成長を抑制し、金属Ｌｉの増加を抑制し、短絡やＬｉの反応に伴う温度上昇を抑えることができる。
【００４４】
（実験例）
これを確かめるため、上述の正極板２０，セパレータ１０，負極板３０，及び電解液４５を用いて、図２とは異なる形態である、１８６５０型の試験用電池（図示しない）を作製した。また、比較例として、上述のセパレータ１０に代えて、ＰＥ／ＰＰ／ＰＥの３重構造の樹脂フィルム１層のみをセパレータとして用いた電池を作製した。次いで、これら試験用電池及び比較例の電池について、Ｌｉ析出操作を行った後、過充電試験を行い、温度上昇の大きさを測定した。以下に説明する。
【００４５】
まず、Ｌｉ析出操作として、環境温度を０℃とした恒温槽中で、上述の試験用電池に、充放電パターンを、充電３０Ｃ×２０秒、休止１５分、放電３０Ｃ×２０秒、休止１５分のサイクルとしたパターンで、５００サイクルに亘って、充放電を行った。この充放電パターンは、Ｌｉが析出し、デンドライトが成長しやすいパターンである。
なお、この充放電の前後における電池容量を測定したところ、試験用電池の容量維持率は５２％、比較例電池の容量維持率は５４％であった。
【００４６】
次いで、過充電試験として、ＳＯＣを１００％とした試験用電池及び比較例電池について、環境温度２５℃において、電流値５Ｃの過充電を行ったところ、両者とも異常昇温した。但し、上記実施形態に準ずる試験用電池については、最高温度が２００℃にとどまったのに対し、比較例電池では、最高温度が４４２℃にまで上昇した。
この様に差異が生じたのは、試験用電池では、セパレータに、前述の構成を有するセパレータ１０を用いたため、前述したように、セパレータ１０のうちの第２層１２に含まれるＬｉ吸蔵材（グラファイト）にＬｉ金属が吸蔵されたために、デンドライトＤＬの成長が妨げられたためであると考えられる。従って、セパレータ１０による効果が確認できたと言える。
【００４７】
本実施形態のセパレータ１０は、以下のようにして作成する。帯状の銅箔１２Ａの表裏面１２Ａ１，１２Ａ２に、それぞれ、グラファイト１２ＢＧおよびＰＶＤＦを溶媒と共に分散、混練したペーストを塗布し乾燥させ、第２層１２を形成する。これを、絶縁樹脂材からなる帯状の第１層１１と第３層１３との間に挟むように、三者を積層する。これによりセパレータ１０を得ることができる。
【００４８】
また、電池４０は、以下のようにして形成する。即ち、帯状の正極板２０及び帯状の負極板を、帯状のセパレータ１０を介して捲回して、発電要素４１を形成する。別途、蓋体４７Ｂに、正極集電部材４２及び負極集電部材４３を取り付けたものを形成しておく。この発電要素４１の正極リード部２０Ｌに正極集電部材４２を取り付ける。同様に、この発電要素４１の負極リード部３０Ｌに負極集電部材４３を取り付ける。その後、発電要素４１を、ケース本体４７Ａに収容し、ケース本体４７Ａと蓋体４７Ｂとをレーザ溶接により封止し、電池４０を完成する。
【００４９】
（変形形態）
次いで、変形形態にかかるセパレータ３１０について、図４を参照して説明する。
前述した実施形態のセパレータ１０は、銅箔１２Ａの両面にグラファイト１２Ｂを含むＬｉ吸蔵層１２Ｂを設けたものを第２層１２とし、これを第１層１１及び第３層１３で挟んだ形態とした。
【００５０】
これに対し、本変形形態のセパレータ３１０は、第１層１１及び第３層１３は同様であるが、第２層３１２層の構成が異なっている。即ち、この第２層３１２は、具体的には、ポリエチレンからなり、通常のセパレータとして用いうる、リチウムイオンの透過可能な微孔を多数有する、絶縁性の樹脂材からなる絶縁樹脂層３１２Ａと、この表裏面３１２Ａ１，３１２Ａ２にそれぞれ形成された、ポリチオフェンからなる有機導電膜３１２Ｂとからなる。
【００５１】
このポリチオフェンからなる有機導電膜３１２Ｂも、前述したグラファイトと同様、自身に接触した金属Ｌｉを、その構造内にＬｉを吸蔵しうる特性を有するものである。
従って、実施形態と同様、負極板３０から延びたデンドライトＤＬが、第１層１１あるいは第３層１３を突き抜けて、有機導電膜３１２Ｂに届くと、デンドライトＤＬを成長させるはずの金属Ｌｉは、第２層３１２の有機導電膜３１２Ｂに吸蔵される。
このため、これ以上、正極板２０に向けて、デンドライトＤＬが成長することが防止される。また、有機導電膜３１２はＬｉ吸蔵材であるため、これに吸蔵されたＬｉは、金属Ｌｉよりも安定である。このため、デンドライトＤＬ、あるいはこれが折れたものが、セパレータ３１０内などに存在していたとしても、その量（金属Ｌｉの量）も抑えられる。
【００５２】
かくして、これを用いた電池３４０（図２参照）において、実施形態と同様、デンドライトＤＬによって、正極板２０と負極板３０とが短絡することを、効果的に防止することができる。
さらに、短絡等で電池３４０が発熱した場合でも、発熱により反応する金属Ｌｉの量を抑制して、電池３４０の不具合時の発熱量をも抑制することができる。
【００５３】
なお、第１層１１、及び、第３層１３により、第２層３１２（有機導電膜３１２Ｂ）と正極板２０及び負極板３０との絶縁を図ることができる。第１層１１、絶縁樹脂層３１２Ａ、及び、第３層１３により、セパレータ３１０は、セパレータ本来の役割をも、果たすことができる。
【００５４】
このように、本変形形態のセパレータ３１０も、絶縁性樹脂からなる第１層１１及び第３層１３と、この内部に配置された有機導電膜３１２Ｂと、を備える。
このため、万一、電池３４０に短絡が生じても、これに伴う金属Ｌｉの反応による発熱を抑え、安全に電池機能を終了することができる、安全性の高い電池３４０とすることができる。
【００５５】
さらに、本変形形態のセパレータ３１０も、層構造をなし、絶縁性樹脂からなり、外部に面する第１層１１及び第３層１３と、これらに挟まれて、積層方向ＳＴの内部に位置し、有機導電膜３１２Ｂを含む第２層３１２と、を備える。
【００５６】
このようにセパレータ３１０は、層構造としているので、層に沿う方向（平面方向）について、均一な特性とすることができ、平面的な拡がりを持つ正極板２０と負極板３０との間で、場所によらず、前述のようにして、デンドライトＤＬの成長を抑制し、金属Ｌｉの増加を抑制し、短絡やＬｉの反応に伴う温度上昇を抑えることができる。
【００５７】
本変形形態のセパレータ３１０は、以下のようにして作成する。
まず、３ｗｔ％のポリチオフェンを溶解させたＴＨＦ溶液（導電性高分子溶液）を用意し、これに、帯状の絶縁樹脂層３１２Ａを浸漬し、溶液から引き上げて乾燥する。これにより、絶縁樹脂層３１２Ａの表裏面３１２Ａ１，３１２Ａ２に、それぞれ、ポロチオフェンからなる有機導電膜３１２Ｂを形成する。これを、絶縁樹脂材からなる帯状の第１層１１と第３層１３との間に挟むように、三者を積層する。これによりセパレータ３１０を得ることができる。
電池については、実施形態と同様である。
【００５８】
（実施形態２）
本実施形態２にかかる車両１００は、前述した電池４０（３４０）を複数搭載したものである。具体的には、図５に示すように、車両１００は、エンジン１４０、フロントモータ１２０およびリアモータ１３０を併用して駆動するハイブリッド自動車である。この車両１００は、車体１９０、エンジン１４０、これに取り付けられたフロントモータ１２０、リアモータ１３０、ケーブル１５０、インバータ１６０、及び、複数の電池４０（３４０）を自身の内部に有する組電池１１０を有している。
【００５９】
本実施形態２にかかる車両１００は電池４０（３４０）を搭載しているので、電池４０（３４０）に短絡が発生した場合でも、使用している電池４０（３４０）の安全性が高く、車両全体としても安全性の高い車両となる。
【００６０】
（実施形態３）
本実施形態３のハンマードリル２００は、図６に示すように、ドリル本体２１０の収容部２１１に、前述した電池４０（３４０）からなるバッテリパック２２０を搭載した電池搭載機器である。
【００６１】
本実施形態３にかかるハンマードリル２００は電池４０（３４０）を搭載しているので、
電池４０（３４０）に短絡が発生した場合でも、使用している電池４０（３４０）の安全性が高く、ハンマドリル全体としても安全性を高くできる。
【００６２】
以上において、本発明を実施形態及び変形形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、Ｌｉ吸蔵材として、実施形態ではグラファイトを、変形形態ではポリチオフェンを例示した。しかし、Ｌｉ吸蔵材はこれらに限定されず、例えば、負極活物質として用いるＳｉ、Ｓｎ等の合金、を用いることもできる。
また、実施形態では、銅箔１２Ａの両面にＬｉ吸蔵材層１２Ｂを形成した例を示したが、銅箔１２Ａのうち、負極板３０側とする片面（裏面１２Ａ２）にのみ、Ｌｉ吸蔵材層１２Ｂを形成しても良い。変形形態における、有機導電膜３１２Ｂについても同様である。
【符号の説明】
【００６３】
１０，３１０，４１０ セパレータ（電池用セパレータ）
１１，４１１ 第１層（絶縁樹脂材、外部層）
１２，３１２ 第２層（内部層）
１２Ａ 銅箔
１２Ａ１ （銅箔の）表面
１２Ａ２ （銅箔の）裏面
１２Ｂ Ｌｉ吸蔵材層
１２ＢＧ グラファイト（Ｌｉ吸蔵材）
１２Ｈ 透孔
３１２Ａ 絶縁樹脂層
３１２Ａ１ （絶縁樹脂層の）表面
３１２Ａ２ （絶縁樹脂層の）裏面
３１２Ｂ 有機導電膜（Ｌｉ吸蔵材）
１３，４１３ 第３層（絶縁樹脂材、外部層）
ＳＴ 積層方向
２０ 正極板
４０，３４０，４４０ 電池（リチウムイオン二次電池）
４１，３４１，４４１ 発電要素
４５ 電解液
１００ 車両
１１０ 組電池
１２０ 第１モータ
１３０ 第２モータ
１４０ エンジン
１５０ ケーブル
１６０ インバータ
１９０ 車体
２００ ハンマードリル（電池搭載機器）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池（以下、単に電池ともいう。）の発電要素に用いる電池用セパレータに関し、さらには、これを用いた電池、これを用いた車両及び電池搭載機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、リチウムイオン二次電池では、正極板と負極板との間に電池用セパレータを介在させた発電要素に、電解液を含浸させている。
ところで、低温下で大きな電流で充電するなどの条件下では、負極板にＬｉが析出して、この負極板から金属Ｌｉがデンドライト（樹枝状結晶）として成長することがある。このようなデンドライトが成長し続けると、セパレータを突き破って正極板にまで届く、あるいは、正極板に接近することで、自身が経路となって短絡する不具合を生じることがある。
【０００３】
また、このほか、析出したデンドライト（金属Ｌｉ）が折れると、負極板との導通しない状態で、反応性の高い金属Ｌｉが存在することもある。このように、デンドライトあるいはこれに起因する金属Ｌｉが多く存在すると、他の部位が短絡したり過充電により発熱した場合に、周囲にある反応性の高い金属Ｌｉまでもが反応して、さらに発熱が生じる不具合に繋がりやすい。
【０００４】
これに対して、特許文献１には、熱可塑性樹脂を含む第１の層と、熱硬化性樹脂を含む第２の層とを備える多層構造を有するセパレータが開示されている。このものでは、短絡を生じても、熱硬化性樹脂を含む第２の層が、一定の厚さを一定の時間維持するために、熱可塑性樹脂のみで形成されているセパレータとは異なり、内部短絡面積の拡大を抑制でき、その結果、熱暴走を抑制できると記載されている（特許文献１：(００２０)参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３８７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この特許文献１に記載のセパレータでは、デンドライトの成長を抑制することも、反応性の高い金属Ｌｉが増加することを抑制することもできなかった。
かかる問題点に鑑みて、負極板からセパレータにまで延びたデンドライトの成長を抑制し、また、金属Ｌｉの増加を抑制することができる電池用セパレータを提供することを課題とする。また、この電池用セパレータを用いた、安全性の高い電池を提供することを課題とする。また、このような電池を搭載した車両、及び、このような電池を用いた電池搭載機器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、表面と裏面とを有する板状で、電池に使用した場合に、正極板側の電解液と負極板側の電解液とを隔離しつつ、上記表面と裏面との間で、リチウムイオンの流通を可能としてなる電池用セパレータであって、絶縁性樹脂からなる絶縁樹脂材と、上記絶縁樹脂材の内部に配置され、導電性を有し、リチウム原子を吸蔵可能なＬｉ吸蔵材と、を備える電池用セパレータである。
【０００８】
前述したように、リチウムイオン二次電池では、負極板に金属Ｌｉが析出して、デンドライトが形成されるため、このデンドライトあるいはこれに起因する金属Ｌｉの存在により、短絡の発生や、短絡時の発熱量増加が生じることがある。
【０００９】
これに対し、上述の電池用セパレータは、絶縁樹脂材の内部にＬｉ吸蔵材を含んでいる。このため、このセパレータをリチウムイオン二次電池の発電要素に用いれば、金属Ｌｉが析出して負極板からデンドライトが成長しても、これがセパレータ内のＬｉ吸蔵材に届くと、この吸蔵材がデンドライトを介して負極板と導通すると共に、さらに析出しようとする金属Ｌｉを吸蔵する。これにより、デンドライトがこれ以上延びて、セパレータを突き抜けて、正極板と短絡する危険性を減少させることができる。
【００１０】
また、Ｌｉ吸蔵材に吸蔵されたＬｉは、金属Ｌｉで存在する場合よりも安定であるので、金属Ｌｉのように反応しない。このため、他の部位で短絡等が生じて、デンドライトをなす金属Ｌｉが反応して、発熱した場合でも、その反応に与る金属Ｌｉの量を従来よりも抑えることができる。かくして、万一電池に短絡が生じても、これに伴う金属Ｌｉの反応による発熱を抑え、安全に電池機能を終了することができる、安全性の高いリチウムイオン二次電池とすることができる。
【００１１】
その一方で、このＬｉ吸蔵材の外側には、絶縁樹脂材が存在している。このため、内部に導電性を有するＬｉ吸蔵材を含んでいても、この電池用セパレータが正極板と短絡し、あるいはデンドライトがない状態で負極板と短絡することも無い。従って、この電池用セパレータは、通常のセパレータと同じように、電池に使用することができる。
【００１２】
なお、電池用セパレータは、電池に使用した場合に、全体として、正極板側の電解液と負極板側の電解液とを隔離しつつ、表面と裏面との間で、リチウムイオンの流通を可能としてなるものである。
従って、例えば、絶縁樹脂材を、セパレータ本来の機能を果たす、リチウムイオンが透過できる微孔を有する材質からなるものとし、その内部に、Ｌｉ吸蔵材を配置したものが挙げられる。この場合、Ｌｉ吸蔵材も、リチウムイオンの流通を可能なものとすると良い。あるいは、Ｃｕ箔などの金属箔や樹脂フィルムにＬｉ吸蔵材を担持させ、これを絶縁樹脂材内に配置しても良い。但し、後者の場合には、担持する金属箔や樹脂フィルムについても、リチウムイオンの流通を確保するため、孔を多数開けておく（パンチングメタル状に）、あるいはセパレータ本来の機能を果たす微孔を有する樹脂フィルムを用いることが考えられる。
【００１３】
また、絶縁性樹脂としては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ＰＥ／ＰＰ／ＰＥの複層構造の樹脂が挙げられる。
【００１４】
また、Ｌｉ吸蔵材としては、導電性を有し、リチウム原子を自身の構造内に吸蔵しうる特性を有するものである。
例えば、リチウムイオン二次電池における負極活物質として用いられる材料が挙げられ、具体的には、グラファイト等の炭素系材料が挙げられる。また、Ｌｉ吸蔵特性を有するＳｉやＳｎの合金も挙げられる。また、Ｌｉ吸蔵特性を有する導電性の有機高分子、例えばポリチオフェンやポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリイソチアラフテンが挙げられる。
【００１５】
さらに、Ｌｉ吸蔵材は、絶縁樹脂材の内部に配置する手法としては、Ｌｉ吸蔵材単体を絶縁樹脂材内に配置しても良いし、銅箔や樹脂フィルムなどの担持体にＬｉ吸蔵材を担持させ、これを絶縁樹脂材の内部に配置しても良い。
【００１６】
さらに、上述の電池用セパレータであって、層構造をなし、絶縁性樹脂からなり、外部に面する外部層と、上記外部層に挟まれて、上記電池用セパレータの積層方向の内部に位置し、前記Ｌｉ吸蔵材を含む内部層と、を備える電池用セパレータとすると良い。
【００１７】
このセパレータは、層構造としているので、層に沿う方向（平面方向）について、均一な特性とすることができ、平面的な拡がりを持つ正極板と負極板との間で、場所によらず、前述のようにして、デンドライトの成長を抑制し、また、Ｌｉの反応に伴う温度上昇を抑えることができる。
【００１８】
なお、内部層としては、Ｌｉ吸蔵材のみからなるものとすることもできるし、Ｌｉ吸蔵材を銅箔の金属箔や樹脂フィルム等に担持させたものとすることもできる。また、外部層をなす絶縁樹脂材を同様の絶縁樹脂材に、Ｌｉ吸蔵材を被着したものとすることもできる。
【００１９】
本発明の他の態様は、正極板、負極板、及び、上記正極板と上記負極板との間に介在する、上述の電池用セパレータ、からなる発電要素を備えるリチウムイオン二次電池である。
【００２０】
このリチウムイオン二次電池の発電要素は、正極板と上記負極板との間に、前述の電池用セパレータを有する。このため、析出する金属Ｌｉの量を抑制し、短絡等に不具合時にも、金属Ｌｉの反応による発熱を抑制できる。
【００２１】
本発明の他の態様は、上述のリチウムイオン二次電池を搭載し、上記リチウムイオン二次電池の電気エネルギーを動力源の全部または一部に使用する車両である。
【００２２】
この車両では、使用するリチウムイオン二次電池の安全性が高く、車両全体としても安全性の高い車両となし得る。
【００２３】
なお、車両としては、その動力源の全部あるいは一部に電池による電気エネルギを使用している車両であれば良く、例えば、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、電気自動車、プラグイン電気自動車、ハイブリッド鉄道車両、フォークリフト、電気車いす、電動アシスト自転車、電動スクータが挙げられる。
【００２４】
さらに、本発明の他の態様は、前述のリチウムイオン二次電池を搭載し、上記リチウムイオン二次電池の電気エネルギーを使用して作動する電池搭載機器である。
【００２５】
この電池搭載機器では、使用するリチウムイオン二次電池の安全性が高い。このため、電池搭載機器全体としても安全性の高い電池搭載機器となし得る。
【００２６】
なお、このような電池機器としては、電池を搭載しこれをエネルギー源の少なくとも１つとして利用する機器であれば良く、例えば、パーソナルコンピュータ、携帯電話、電池駆動の電動工具、無停電電源装置など、電池で駆動される各種の家電製品、オフィス機器、産業機器が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態に係るセパレータの説明図である。
【図２】実施形態にかかる電池の説明図である。
【図３】実施形態にかかる電池における、正極板及び負極板と、セパレータとの関係を示す拡大断面図である。
【図４】変形形態にかかるセパレータの説明図である。
【図５】実施形態２に係る車両の説明図である。
【図６】実施形態３にかかるハンマドリルの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
（実施形態）
次に、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
まず、本実施形態にかかるセパレータ１０、及び、これを用いた電池４０について説明する。図１に本実施形態のセパレータ１０の構造を、図２に本実施形態の電池４０の構造を、図３に発電要素４１の断面構造を示す。
【００２９】
まず、セパレータ１０について説明する（図１参照）。このセパレータ１０は、帯状で、積層方向ＳＴに、第１層１１、第２層１２、及び第３層１３がこの順に積層された、３層構造を有している。
このうち、第１層１１及び第３層１３は、ＰＥ／ＰＰ／ＰＥの３重構造からなり、通常のセパレータとして用いうる構造、即ち、電池に使用した場合に、正極板側の電解液と負極板側の電解液とを隔離しつつ、表面と裏面との間で、リチウムイオンの透過できる微孔を多数有する、絶縁性の材質からなっている。
【００３０】
一方、第１層１１及び第３層１３に挟まれて、これらの内側に位置する第２層１２は、後述する負極板３０に近似の構造を有している。即ち、第２層１２は、銅箔１２Ａの両面に、グラファイト１２ＢＧと結着剤のＰＶＤＦとの混合体からなるＬｉ吸蔵材層１２Ｂを塗着してなる。このＬｉ吸蔵材層１２Ｂのうち、負極活物質にとしても使用されるグラファイト１２ＢＧが、析出したＬｉ（金属Ｌｉ）をその構造中に吸蔵して、Ｌｉを安定化させるＬｉ吸蔵材である。
なお、第２層１２には、各所に多数の透孔１２Ｈが形成されている。このため、セパレータ１０を電池４０（発電要素４１）に使用した場合に、この透孔１２Ｈを通じて、電解液４５中のリチウムイオンが流通可能となっている。
【００３１】
次いで、このセパレータ１０を用いた電池４０について説明する（図２参照）。この電池４０は、電池ケース本体４７Ａを蓋体４７Ｂで封着した矩形箱形の電池ケース４７内に、破線で示すように、捲回型の発電要素４１及びこれに含浸された電解液４５を収容している。
【００３２】
このうち、発電要素４１は、帯状の正極板２０と同じく帯状の負極板３０とを、上述の帯状のセパレータ１０を介して捲回したものであり、図３に示すように、正極板２０と負極板３０との間に、セパレータ１０が交互に介在する構造とされている。なお、図示しないが、正極板２０と負極板３０との間、つまり、セパレータ１０及びその周囲には、電解液４５が含浸されている。
【００３３】
この発電要素４１のうち正極板２０は、アルミニウムからなる帯状の正極箔２１と、この正極箔２１の一方の長辺付近を残して、この両面に塗着された正極活物質層２２とを有している。この正極活物質層２２は、正極活物質としてＬｉＮｉＯ2を含むと共に、導電化材としてアセチレンブラック（ＡＢ）、結着剤としてＰＶＤＦを含んでいる。
【００３４】
一方、負極板３０は、銅からなる帯状の負極箔３１と、この負極箔３１の一方の長辺付近を残して、この両面に塗着された負極活物質層３２とを有している。この負極活物質層３２は、負極活物質としてグラファイトを含むと共に、結着剤としてＰＶＤＦを含んでいる。
【００３５】
また、発電要素４１の捲回軸に沿う方向（図２中、左右方向）の端部は、一方が、正極箔２１が露出して捲回された正極リード部２０Ｌとされ、他方が、負極箔３１が露出して捲回された負極リード部３０Ｌとされている。
そして、この正極リード部２０Ｌには正極集電部材４２が、負極リード部３０Ｌには負極集電部材４３が、接続されている。この正極集電部材４２の一部は、電池ケース４７の蓋体４７Ｂから突出して、正極端子部４２Ａをなしている。また、同様に、負極集電部材４３の一部は、電池ケース４７の蓋体４７Ｂから突出して、負極端子部４３Ａをなしている。
電解液４５は、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との混合有機溶媒に溶質（ＬｉＰＦ6）を添加した有機電解液である。
【００３６】
この電池４０では、セパレータ１０を介して、電解液４５中のリチウムイオンが移動して、電池反応を生じ、充電及び放電が可能となる。このうち、充電に当たっては、通常、リチウムイオンが負極板３０でリチウム原子となると共に、その負極活物質層３２（負極活物質であるグラファイト）に吸蔵される。
【００３７】
しかしながら、例えば、０℃以下などの低温下で、大きな充電電流（例えば、１０Ｃなど）で充電した場合、負極活物質層３２に吸蔵されることなく、この負極板３０（負極活物質層３２）で金属Ｌｉとして析出することがある。この場合、析出した金属Ｌｉは、デンドライト（樹枝状結晶）ＤＬとして、正極板２０の方向に向けて成長する（図１参照）。
このデンドライトＤＬは、従来の電池であれば、セパレータ内を突き破って成長する。そしてついに、正極板に達すると、電池が短絡ということになる。
また、デンドライトＤＬが成長する段階で、金属ＬｉからなるデンドライトＤＬが折れて、負極板３０と導通しない状態で、セパレータ１０内、あるいは、負極板３０とセパレータ１０との間などに、貯まった状態となる。
【００３８】
しかしながら、本実施形態の電池４０では、前述のセパレータ１０を用いているので、デンドライトＤＬが、そのうちの第３層１３内で成長して、第２層１２にまで届くと、第２層１２の電位は、負極板３０の電位となる。第２層１２が、デンドライトＤＬを通じて、負極板３０と導通するからである。そしてこの状態では、デンドライトＤＬを成長させるはずの金属Ｌｉは、第２層１２に含まれるＬｉ吸蔵材、具体的にはグラファイト１２ＢＧに吸蔵される。
このため、これ以上、正極板２０に向けて、デンドライトＤＬが成長することが防止される。また、第２層１２に含まれるグラファイト（Ｌｉ吸蔵材）１２ＢＧに吸蔵されたＬｉは、金属Ｌｉよりも安定である。このため、デンドライトＤＬ、あるいはこれが折れたものが、セパレータ１０内などに存在していたとしても、その量（金属Ｌｉの量）も抑えられる。
【００３９】
かくして、電池４０において、デンドライトＤＬによって、正極板２０と負極板３０とが短絡することを、効果的に防止することができる。
さらに、万一、短絡等によって電池４０が発熱した場合、従来であれば、発熱部位の付近の金属Ｌｉである、デンドライト及びこれが折れたものが反応して、さらに発熱することになる。
これに対し、本実施形態の電池４０では、グラファイト（Ｌｉ吸蔵材）１２ＢＧに吸蔵されたＬｉは安定であるので、発熱により反応する金属Ｌｉの量が抑制されることから、電池４０の不具合時の発熱量をも抑制することができる。
【００４０】
なお、第１層１１、及び、第３層１３により、第２層１２と正極板２０及び負極板３０との絶縁を図ることができる。また、第１層１１、及び、第３層１３により、セパレータ１０は、セパレータ本来の役割をも、果たすことができる。
さらに、第２層１２には、透孔１２Ｈが多数形成されていることから、第１層１１、この透孔１２Ｈ、及び第３層１３を通じて、通常のセパレータと同じく、リチウムイオンの流通を行わせることができる。
【００４１】
このように、本実施形態のセパレータ１０は、絶縁性樹脂からなる第１層１１及び第３層１３と、この内部に配置されたグラファイト１２ＢＧと、を備える。
このため、万一、電池４０に短絡が生じても、これに伴う金属Ｌｉの反応による発熱を抑え、安全に電池機能を終了することができる、安全性の高い電池４０とすることができる。
【００４２】
さらに、本実施形態のセパレータ１０は、層構造をなし、絶縁性樹脂からなり、外部に面する第１層１１及び第３層１３と、これらに挟まれて、積層方向ＳＴの内部に位置し、グラファイト１２ＢＧを含む第２層１２と、を備える。
【００４３】
このようにセパレータ１０は、層構造としているので、層に沿う方向（平面方向）について、均一な特性とすることができ、平面的な拡がりを持つ正極板２０と負極板３０との間で、場所によらず、前述のようにして、デンドライトＤＬの成長を抑制し、金属Ｌｉの増加を抑制し、短絡やＬｉの反応に伴う温度上昇を抑えることができる。
【００４４】
（実験例）
これを確かめるため、上述の正極板２０，セパレータ１０，負極板３０，及び電解液４５を用いて、図２とは異なる形態である、１８６５０型の試験用電池（図示しない）を作製した。また、比較例として、上述のセパレータ１０に代えて、ＰＥ／ＰＰ／ＰＥの３重構造の樹脂フィルム１層のみをセパレータとして用いた電池を作製した。次いで、これら試験用電池及び比較例の電池について、Ｌｉ析出操作を行った後、過充電試験を行い、温度上昇の大きさを測定した。以下に説明する。
【００４５】
まず、Ｌｉ析出操作として、環境温度を０℃とした恒温槽中で、上述の試験用電池に、充放電パターンを、充電３０Ｃ×２０秒、休止１５分、放電３０Ｃ×２０秒、休止１５分のサイクルとしたパターンで、５００サイクルに亘って、充放電を行った。この充放電パターンは、Ｌｉが析出し、デンドライトが成長しやすいパターンである。
なお、この充放電の前後における電池容量を測定したところ、試験用電池の容量維持率は５２％、比較例電池の容量維持率は５４％であった。
【００４６】
次いで、過充電試験として、ＳＯＣを１００％とした試験用電池及び比較例電池について、環境温度２５℃において、電流値５Ｃの過充電を行ったところ、両者とも異常昇温した。但し、上記実施形態に準ずる試験用電池については、最高温度が２００℃にとどまったのに対し、比較例電池では、最高温度が４４２℃にまで上昇した。
この様に差異が生じたのは、試験用電池では、セパレータに、前述の構成を有するセパレータ１０を用いたため、前述したように、セパレータ１０のうちの第２層１２に含まれるＬｉ吸蔵材（グラファイト）にＬｉ金属が吸蔵されたために、デンドライトＤＬの成長が妨げられたためであると考えられる。従って、セパレータ１０による効果が確認できたと言える。
【００４７】
本実施形態のセパレータ１０は、以下のようにして作成する。帯状の銅箔１２Ａの表裏面１２Ａ１，１２Ａ２に、それぞれ、グラファイト１２ＢＧおよびＰＶＤＦを溶媒と共に分散、混練したペーストを塗布し乾燥させ、第２層１２を形成する。これを、絶縁樹脂材からなる帯状の第１層１１と第３層１３との間に挟むように、三者を積層する。これによりセパレータ１０を得ることができる。
【００４８】
また、電池４０は、以下のようにして形成する。即ち、帯状の正極板２０及び帯状の負極板を、帯状のセパレータ１０を介して捲回して、発電要素４１を形成する。別途、蓋体４７Ｂに、正極集電部材４２及び負極集電部材４３を取り付けたものを形成しておく。この発電要素４１の正極リード部２０Ｌに正極集電部材４２を取り付ける。同様に、この発電要素４１の負極リード部３０Ｌに負極集電部材４３を取り付ける。その後、発電要素４１を、ケース本体４７Ａに収容し、ケース本体４７Ａと蓋体４７Ｂとをレーザ溶接により封止し、電池４０を完成する。
【００４９】
（変形形態）
次いで、変形形態にかかるセパレータ３１０について、図４を参照して説明する。
前述した実施形態のセパレータ１０は、銅箔１２Ａの両面にグラファイト１２Ｂを含むＬｉ吸蔵層１２Ｂを設けたものを第２層１２とし、これを第１層１１及び第３層１３で挟んだ形態とした。
【００５０】
これに対し、本変形形態のセパレータ３１０は、第１層１１及び第３層１３は同様であるが、第２層３１２層の構成が異なっている。即ち、この第２層３１２は、具体的には、ポリエチレンからなり、通常のセパレータとして用いうる、リチウムイオンの透過可能な微孔を多数有する、絶縁性の樹脂材からなる絶縁樹脂層３１２Ａと、この表裏面３１２Ａ１，３１２Ａ２にそれぞれ形成された、ポリチオフェンからなる有機導電膜３１２Ｂとからなる。
【００５１】
このポリチオフェンからなる有機導電膜３１２Ｂも、前述したグラファイトと同様、自身に接触した金属Ｌｉを、その構造内にＬｉを吸蔵しうる特性を有するものである。
従って、実施形態と同様、負極板３０から延びたデンドライトＤＬが、第１層１１あるいは第３層１３を突き抜けて、有機導電膜３１２Ｂに届くと、デンドライトＤＬを成長させるはずの金属Ｌｉは、第２層３１２の有機導電膜３１２Ｂに吸蔵される。
このため、これ以上、正極板２０に向けて、デンドライトＤＬが成長することが防止される。また、有機導電膜３１２はＬｉ吸蔵材であるため、これに吸蔵されたＬｉは、金属Ｌｉよりも安定である。このため、デンドライトＤＬ、あるいはこれが折れたものが、セパレータ３１０内などに存在していたとしても、その量（金属Ｌｉの量）も抑えられる。
【００５２】
かくして、これを用いた電池３４０（図２参照）において、実施形態と同様、デンドライトＤＬによって、正極板２０と負極板３０とが短絡することを、効果的に防止することができる。
さらに、短絡等で電池３４０が発熱した場合でも、発熱により反応する金属Ｌｉの量を抑制して、電池３４０の不具合時の発熱量をも抑制することができる。
【００５３】
なお、第１層１１、及び、第３層１３により、第２層３１２（有機導電膜３１２Ｂ）と正極板２０及び負極板３０との絶縁を図ることができる。第１層１１、絶縁樹脂層３１２Ａ、及び、第３層１３により、セパレータ３１０は、セパレータ本来の役割をも、果たすことができる。
【００５４】
このように、本変形形態のセパレータ３１０も、絶縁性樹脂からなる第１層１１及び第３層１３と、この内部に配置された有機導電膜３１２Ｂと、を備える。
このため、万一、電池３４０に短絡が生じても、これに伴う金属Ｌｉの反応による発熱を抑え、安全に電池機能を終了することができる、安全性の高い電池３４０とすることができる。
【００５５】
さらに、本変形形態のセパレータ３１０も、層構造をなし、絶縁性樹脂からなり、外部に面する第１層１１及び第３層１３と、これらに挟まれて、積層方向ＳＴの内部に位置し、有機導電膜３１２Ｂを含む第２層３１２と、を備える。
【００５６】
このようにセパレータ３１０は、層構造としているので、層に沿う方向（平面方向）について、均一な特性とすることができ、平面的な拡がりを持つ正極板２０と負極板３０との間で、場所によらず、前述のようにして、デンドライトＤＬの成長を抑制し、金属Ｌｉの増加を抑制し、短絡やＬｉの反応に伴う温度上昇を抑えることができる。
【００５７】
本変形形態のセパレータ３１０は、以下のようにして作成する。
まず、３ｗｔ％のポリチオフェンを溶解させたＴＨＦ溶液（導電性高分子溶液）を用意し、これに、帯状の絶縁樹脂層３１２Ａを浸漬し、溶液から引き上げて乾燥する。これにより、絶縁樹脂層３１２Ａの表裏面３１２Ａ１，３１２Ａ２に、それぞれ、ポロチオフェンからなる有機導電膜３１２Ｂを形成する。これを、絶縁樹脂材からなる帯状の第１層１１と第３層１３との間に挟むように、三者を積層する。これによりセパレータ３１０を得ることができる。
電池については、実施形態と同様である。
【００５８】
（実施形態２）
本実施形態２にかかる車両１００は、前述した電池４０（３４０）を複数搭載したものである。具体的には、図５に示すように、車両１００は、エンジン１４０、フロントモータ１２０およびリアモータ１３０を併用して駆動するハイブリッド自動車である。この車両１００は、車体１９０、エンジン１４０、これに取り付けられたフロントモータ１２０、リアモータ１３０、ケーブル１５０、インバータ１６０、及び、複数の電池４０（３４０）を自身の内部に有する組電池１１０を有している。
【００５９】
本実施形態２にかかる車両１００は電池４０（３４０）を搭載しているので、電池４０（３４０）に短絡が発生した場合でも、使用している電池４０（３４０）の安全性が高く、車両全体としても安全性の高い車両となる。
【００６０】
（実施形態３）
本実施形態３のハンマードリル２００は、図６に示すように、ドリル本体２１０の収容部２１１に、前述した電池４０（３４０）からなるバッテリパック２２０を搭載した電池搭載機器である。
【００６１】
本実施形態３にかかるハンマードリル２００は電池４０（３４０）を搭載しているので、
電池４０（３４０）に短絡が発生した場合でも、使用している電池４０（３４０）の安全性が高く、ハンマドリル全体としても安全性を高くできる。
【００６２】
以上において、本発明を実施形態及び変形形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、Ｌｉ吸蔵材として、実施形態ではグラファイトを、変形形態ではポリチオフェンを例示した。しかし、Ｌｉ吸蔵材はこれらに限定されず、例えば、負極活物質として用いるＳｉ、Ｓｎ等の合金、を用いることもできる。
また、実施形態では、銅箔１２Ａの両面にＬｉ吸蔵材層１２Ｂを形成した例を示したが、銅箔１２Ａのうち、負極板３０側とする片面（裏面１２Ａ２）にのみ、Ｌｉ吸蔵材層１２Ｂを形成しても良い。変形形態における、有機導電膜３１２Ｂについても同様である。
【符号の説明】
【００６３】
１０，３１０，４１０ セパレータ（電池用セパレータ）
１１，４１１ 第１層（絶縁樹脂材、外部層）
１２，３１２ 第２層（内部層）
１２Ａ 銅箔
１２Ａ１ （銅箔の）表面
１２Ａ２ （銅箔の）裏面
１２Ｂ Ｌｉ吸蔵材層
１２ＢＧ グラファイト（Ｌｉ吸蔵材）
１２Ｈ 透孔
３１２Ａ 絶縁樹脂層
３１２Ａ１ （絶縁樹脂層の）表面
３１２Ａ２ （絶縁樹脂層の）裏面
３１２Ｂ 有機導電膜（Ｌｉ吸蔵材）
１３，４１３ 第３層（絶縁樹脂材、外部層）
ＳＴ 積層方向
２０ 正極板
４０，３４０，４４０ 電池（リチウムイオン二次電池）
４１，３４１，４４１ 発電要素
４５ 電解液
１００ 車両
１１０ 組電池
１２０ 第１モータ
１３０ 第２モータ
１４０ エンジン
１５０ ケーブル
１６０ インバータ
１９０ 車体
２００ ハンマードリル（電池搭載機器）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面と裏面とを有する板状で、
電池に使用した場合に、正極板側の電解液と負極板側の電解液とを隔離しつつ、上記表面と裏面との間で、リチウムイオンの流通を可能としてなる
電池用セパレータであって、
絶縁性樹脂からなる絶縁樹脂材と、
上記絶縁樹脂材の内部に配置され、導電性を有し、リチウム原子を吸蔵可能なＬｉ吸蔵材と、を備える
電池用セパレータ。
【請求項２】
請求項１に記載の電池用セパレータであって、
層構造をなし、
絶縁性樹脂からなり、外部に面する外部層と、
上記外部層に挟まれて、上記電池用セパレータの積層方向の内部に位置し、前記Ｌｉ吸蔵材を含む内部層と、を備える
電池用セパレータ。
【請求項３】
正極板、負極板、及び、上記正極板と上記負極板との間に介在する、請求項１または請求項２に記載の電池用セパレータ、からなる発電要素を備える
リチウムイオン二次電池。
【請求項４】
請求項３に記載のリチウムイオン二次電池を搭載し、
上記リチウムイオン二次電池の電気エネルギーを動力源の全部または一部に使用する
車両。
【請求項５】
請求項３に記載のリチウムイオン二次電池を搭載し、
上記リチウムイオン二次電池の電気エネルギーを使用して作動する
電池搭載機器。
【請求項１】
表面と裏面とを有する板状で、
電池に使用した場合に、正極板側の電解液と負極板側の電解液とを隔離しつつ、上記表面と裏面との間で、リチウムイオンの流通を可能としてなる
電池用セパレータであって、
絶縁性樹脂からなる絶縁樹脂材と、
上記絶縁樹脂材の内部に配置され、導電性を有し、リチウム原子を吸蔵可能なＬｉ吸蔵材と、を備える
電池用セパレータ。
【請求項２】
請求項１に記載の電池用セパレータであって、
層構造をなし、
絶縁性樹脂からなり、外部に面する外部層と、
上記外部層に挟まれて、上記電池用セパレータの積層方向の内部に位置し、前記Ｌｉ吸蔵材を含む内部層と、を備える
電池用セパレータ。
【請求項３】
正極板、負極板、及び、上記正極板と上記負極板との間に介在する、請求項１または請求項２に記載の電池用セパレータ、からなる発電要素を備える
リチウムイオン二次電池。
【請求項４】
請求項３に記載のリチウムイオン二次電池を搭載し、
上記リチウムイオン二次電池の電気エネルギーを動力源の全部または一部に使用する
車両。
【請求項５】
請求項３に記載のリチウムイオン二次電池を搭載し、
上記リチウムイオン二次電池の電気エネルギーを使用して作動する
電池搭載機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２１９０１２（Ｐ２０１０−２１９０１２Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６７６５７（Ｐ２００９−６７６５７）
【出願日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]