特許 6606341 電極および電池

(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】6606341

(24)【登録日】2019年10月25日

(45)【発行日】2019年11月13日

(54)【発明の名称】電極および電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/13 20100101AFI20191031BHJP

   H01M 4/02 20060101ALI20191031BHJP

   H01M 10/0585 20100101ALI20191031BHJP

   H01M 10/04 20060101ALI20191031BHJP

【ＦＩ】

   H01M4/13

   H01M4/02 Z

   H01M10/0585

   H01M10/04 Z

【請求項の数】8

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-83534(P2015-83534)

(22)【出願日】2015年4月15日

(65)【公開番号】特開2016-207286(P2016-207286A)

(43)【公開日】2016年12月8日

【審査請求日】2018年1月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】507357232

【氏名又は名称】株式会社エンビジョンＡＥＳＣジャパン

(74)【代理人】

【識別番号】110000671

【氏名又は名称】八田国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 裕介

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 雅信

【審査官】 宮田 透

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−１５１５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１４９５２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１１６０８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／０８７６５７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／１７６１６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１４／１３３０６３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０２８０２７０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ４／００− ４／６２

Ｈ０１Ｍ １０／０５−１０／０５８７

Ｈ０１Ｍ １０／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

面方向に延在する集電体と、
前記集電体の両面に、前記集電体の一部を露出させた露出部を残すように配置された一対の活物質層と、
前記集電体を挟んで対向して配置され、前記活物質層から前記露出部にかけて境界を覆うように配置された一対の絶縁部材と、を有する電極であって、
前記活物質層は、前記露出部に向かって厚さが薄くなるように傾斜する傾斜部を有し、
前記一対の絶縁部材に覆われた部位の電極厚みの最大値をＬ１、前記一対の絶縁部材に覆われていない前記活物質層部位の電極厚みの最大値をＬ２としたときに、１＜Ｌ１／Ｌ２≦１．２５を満たし、
前記絶縁部材の前記面方向の内側の内側端部は、前記傾斜部上に配置される電極。

【請求項2】

前記傾斜部が前記集電体に対して傾斜する傾斜角をθとしたときに、０．０３３＜ｔａｎθ＜０．０７５を満たす請求項１に記載の電極。

【請求項3】

前記絶縁部材の厚みは、１５〜２７μｍである請求項１または２に記載の電極。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか１項に記載の電極を積層し、外装体で封止した扁平形状の電池であって、
前記一対の絶縁部材に覆われた部位の電池厚みの最大値をＬ３、前記一対の絶縁部材に覆われていない前記活物質層部位の電池厚みの最小値をＬ４としたときに、１＜Ｌ３／Ｌ４≦１．１６を満たす電池。

【請求項5】

定格容量に対する前記電池の面積（前記外装体まで含めた前記電池の投影面積）の比の値は、５ｃｍ^２／Ａｈ以上であり、かつ、前記定格容量は、３Ａｈ以上である、請求項４に記載の電池。

【請求項6】

矩形状の前記活物質層の縦横比として定義される前記電極のアスペクト比は、１〜３である、請求項４または５に記載の電池。

【請求項7】

積層された前記電極間に配置されるセパレータをさらに有し、
前記セパレータは、前記絶縁部材よりも面方向外方に延在して設けられる、請求項４〜６のいずれか１項に記載の電池。

【請求項8】

前記絶縁部材は、当該絶縁部材が覆われる前記集電体および前記活物質層の極とは異なる極における前記集電体または前記活物質層の面方向の端部よりも面方向外方に延在して設けられる、請求項４〜７のいずれか１項に記載の電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電極および電池に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、自動車産業や先端電子産業などの分野において、自動車用電池や電子機器用電池への需要が増大しており、特に小型・薄型化や、高容量化などが要求されている。中でも、他の電池に比べて高エネルギー密度である非水電解質二次電池が注目されている。

【0003】

非水電解質二次電池は、負極活物質層が負極集電体上に塗布された負極と、正極活物質層が正極集電体上に塗布された正極と、負極および正極の間に配置されるセパレータと、を有する。電池内における負極と正極との内部短絡を防止するために、正極の活物質層の端部に絶縁性の被覆材（絶縁部材）を設けることが提案されている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４−２５９６２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、特許文献１に示す絶縁部材は、電極の集電体上の活物質層から集電体の露出部にかけて設けられている。露出部のみを覆うように絶縁部材を設けるのでは、活物質層および露出部の境界に微小な隙間が形成されてしまい、製造時に混入した異物が当該隙間に接触して、内部短絡が発生する可能性があるためである。活物質層から露出部にかけて絶縁部材を形成することによって、上記のような内部短絡を防止できる。

【0006】

しかしながら、このように構成された絶縁部材を備える電極をセパレータを介して積層して積層体を形成し外装体によって封止して電池を形成した場合、絶縁部材の厚さ分だけ、電池の高さが局所的に厚み方向に大きくなってしまう。

【0007】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、電池の高さが局所的に厚み方向に大きくなってしまうことを抑制できる電極および電池を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成する本発明に係る電極は、面方向に延在する集電体と、前記集電体の両面に、前記集電体の一部を露出させた露出部を残すように配置された一対の活物質層と、を有する。電極は、前記集電体を挟んで対向して配置され、前記活物質層から前記露出部にかけて境界を覆うように配置された一対の絶縁部材を有する。前記活物質層は、前記露出部に向かって厚さが薄くなるように傾斜する傾斜部を有する。また、前記一対の絶縁部材に覆われた部位の電極厚みの最大値をＬ１、前記一対の絶縁部材に覆われていない前記活物質層部位の電極厚みの最大値をＬ２としたときに、１＜Ｌ１／Ｌ２≦１．２５を満たし、前記絶縁部材の前記面方向の内側の内側端部は、前記傾斜部上に配置される。

【0009】

また、上記目的を達成する本発明に係る電池は、上述の電極を積層し、外装体で封止した扁平形状の電池である。前記一対の絶縁部材に覆われた部位の電池厚みの最大値をＬ３、前記一対の絶縁部材に覆われていない前記活物質層部位の電池厚みの最小値をＬ４としたときに、１＜Ｌ３／Ｌ４≦１．１６を満たす。

【発明の効果】

【0010】

このように構成された電極および電池によれば、電池を複数積層して形成されるセルユニットをケースによって適切にケーシングできる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】電池モジュールを示す斜視図である。

【図2】電池モジュールのケースの内部のセルユニットを示す斜視図である。

【図3】リチウムイオン二次電池の外観を模式的に示す斜視図である。

【図4】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図であって、リチウムイオン二次電池の基本構成を模式的に示す断面図である。

【図5】電極の構成を模式的に示す断面図である。

【図6】変形例に係る電極の構成を模式的に示す断面図である。

【図7】変形例に係る電極の構成を模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。また、以下の説明において、活物質層が配置される方向を「厚み方向」、集電体が延在する方向を「面方向」と称する。

【0013】

本実施形態は、二次電池に含まれる電極に適用される。二次電池は電池モジュールに含まれる。したがって、以下では、まず電池モジュールおよび二次電池の概要を説明する。その後、二次電池に含まれる電極について説明する。

【0014】

図１は、電池モジュール１を示す斜視図である。

【0015】

電池モジュール１は、図１に示すように、ケース１１０と、ケース１１０から引き出される外部出力負極端子１２１および外部出力正極端子１２２とを有する。

【0016】

ケース１１０は、略矩形の箱形状をなすロアケース１１２と、蓋体をなすアッパーケース１１４と、を有する。ロアケース１１２およびアッパーケース１１４は、比較的薄肉の鋼板またはアルミ板から形成されている。ロアケース１１２およびアッパーケース１１４は、隅部の４箇所に配置された貫通孔１１６を有する。貫通孔１１６は、ケース１１０内に収容されるセルユニットに設けられる貫通孔と位置合わせされ、締結部品を挿入するために用いられる。

【0017】

外部出力負極端子１２１は、ケース１１０内のセルユニットの負極タブに接続される。外部出力正極端子１２２は、ケース１１０内のセルユニットの正極タブに接続される。

【0018】

図２は、電池モジュール１のケース１１０の内部のセルユニット１３０を示す斜視図である。

【0019】

セルユニット１３０は、複数の二次電池１００と、複数の二次電池１００を支持するスペーサ１４０、１４２と、を有する。本実施形態において、複数の二次電池１００は、非水電解質二次電池である。特に、本実施形態では、非水電解質二次電池として、リチウムイオン二次電池１００を例示して説明する。

【0020】

複数のリチウムイオン二次電池１００は、それぞれ扁平形に形成され、積層されて、相互に直列または並列に電気的に接続されている。本実施形態では、セルユニット１３０が４つのリチウムイオン二次電池１００Ａ〜１００Ｄを含む場合について説明するが、これに限定されない。セルユニット１３０は、より多いまたは少ないリチウムイオン二次電池１００を含んでもよい。

【0021】

スペーサ１４０、１４２は、積層されたリチウムイオン二次電池１００を両端から支持し、リチウムイオン二次電池１００の積層間隔を維持する。スペーサ１４０、１４２は、電気絶縁性の樹脂材料により形成される。スペーサ１４０、１４２は、ケース１１０の４隅に対応する位置に貫通孔１４６を有する。貫通孔１４６は、上述したように、ロアケース１１２およびアッパーケース１１４の貫通孔１１６とともに位置合わせされて、締結部品を挿入するために使用される。

【0022】

片側のスペーサ１４０は、後述するリチウムイオン二次電池１００の負極タブおよび正極タブを保持しつつ、外部出力負極端子１２１および外部出力正極端子１２２との接続を許容する。

【0023】

電池モジュール１は、単独で使用することが可能であるが、例えば、複数の電池モジュール１を更に直列化および／または並列化することによって、所望の電流、電圧、容量に対応した組電池を形成することができる。

【0024】

次にリチウムイオン二次電池１００の構成について説明する。

【0025】

図３は、リチウムイオン二次電池１００の外観を模式的に示す斜視図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図であって、リチウムイオン二次電池１００の基本構成を模式的に示す断面図である。

【0026】

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００は、図３に示すように、扁平形の外装体１０から、負極タブ２０および正極タブ２２が引き出されている。外装体１０は、周囲が熱融着され、内部の発電要素（積層体）を密封している。

【0027】

なお、電極タブ２０，２２の取り出し位置については図示した位置に制限されない。例えば、負極タブ２０および正極タブ２２を同じ辺から引き出すようにしてもよいし、負極タブ２０および正極タブ２２をそれぞれ複数個に分けて、各辺から引き出すようにしてもよい。

【0028】

図４に示すように、外装体１０内の積層体３０は、電極である負極４０と、セパレータ５０と、電極である正極６０と、を積層した構成を有する。

【0029】

負極４０は、負極集電体４１と、当該負極集電体４１の両面に形成される負極活物質層４２と、を有する。複数の負極４０の各負極集電体４１は、所定の方向に伸延し、先端で相互に束ねられ、負極タブ２０と電気的に接続される。負極タブ２０は、外装体１０による内部の密閉を損なうことなく、外装体１０の外部に引き出される。

【0030】

セパレータ５０は、ポーラス形状によって構成され、通気性を有する。またセパレータ５０は、電解質が含浸されることによって電解質層を構成する。

【0031】

正極６０は、正極集電体６１と、当該正極集電体６１の両面に形成される正極活物質層６２と、を有する。複数の正極６０の各正極集電体６１は、所定の方向に伸延し、先端で相互に束ねられ、正極タブ２２と電気的に接続される。正極タブ２２は、外装体１０による内部の密閉を損なうことなく、外装体１０の外部に引き出される。正極６０には、所定の条件に従って、絶縁部材８０が取り付けられている。絶縁部材８０の詳細については、後述する。

【0032】

１つの負極活物質層４２と１つの正極活物質層６２とが、セパレータ５０を介して対向するように、負極４０、セパレータ５０、および正極６０がこの順に積層されている。セパレータ５０と、当該セパレータ５０を介して対向する負極活物質層４２および正極活物質層６２とによって、１つの単電池層７０が形成される。このような単電池層７０が複数積層されることによって、単電池層７０が電気的に並列接続されてなる積層体３０が構成される。

【0033】

本実施形態では、正極６０には後述するように絶縁部材８０が形成されるため、外装体１０には厚み方向に膨出する膨出部１０Ａが形成される。図４において、厚み方向に沿って視て正極活物質層６２が設けられる範囲において、リチウムイオン二次電池１００の厚み方向に沿う最大長さ（一対の絶縁部材８０に覆われた部位の電池厚みの最大値）をＬ３とする。また、最小長さ（一対の絶縁部材８０に覆われていない活物質層部位の電池厚みの最小値）をＬ４とする。Ｌ３、Ｌ４の好ましい数値については後述の実施例において説明する。

【0034】

なお、図４に示す例では、両最外層に負極４０が位置するが、これに限定されない。両最外層が正極６０であってもよいし、一方の最外層が負極４０で他方の最外層が正極６０であってもよい。

【0035】

次に図５を参照して、本実施形態に係る正極６０の構成、特に、絶縁部材８０についてさらに詳述する。

【0036】

正極６０は、図５に示すように、正極集電体６１と、正極活物質層６２と、絶縁部材８０と、を有する。

【0037】

正極活物質層６２は、正極集電体６１上に正極集電体６１の一部を露出させた露出部６１ａが残るように配置される。また、正極活物質層６２は、露出部６１ａに向かって厚さが薄くなるように傾斜する傾斜部６３を形成するように配置される。

【0038】

なお、正極６０の正極集電体６１上に配置されている正極活物質層６２は、負極４０の負極集電体４１上に配置されている負極活物質層４２よりも面方向内方に形成される。

【0039】

絶縁部材８０は、正極集電体６１を挟んで対向して配置される。絶縁部材８０は、正極活物質層６２および露出部６１ａの境界６１ｂを覆い、露出部６１ａから傾斜部６３にかけて、配置される。絶縁部材８０は、負極４０、セパレータ５０、正極６０を積層してリチウムイオン二次電池１００を構成するとき、負極４０と正極６０とがずれてセパレータ５０を越えて直接両極が接触することを防止する。結果として、絶縁部材８０は、内部短絡の発生を防止する。

【0040】

また、絶縁部材８０は、負極４０の負極集電体４１または負極活物質層４２の面方向の端部４５よりも面方向外方に延在して設けられる。この構成によれば、より好適に負極４０が正極６０に接触することを防止でき、内部短絡の発生を防止できる。

【0041】

一対の絶縁部材８０の厚み方向に沿う一端８０ａから他端８０ｂまでの長さをＬ１（一対の絶縁部材８０に覆われた部位の電極厚みの最大値）とする。また、一対の正極活物質層６２の厚み方向に沿う一端６２ａから６２ｂまでの長さをＬ２（一対の絶縁部材８０に覆われていない活物質層部位の電極厚み）とする。このとき、本実施形態に係る正極６０は、１＜Ｌ１／Ｌ２≦１．２５を満たす。

【0042】

本実施形態に係る絶縁部材８０の面方向の内側の内側端部８０ｃは、傾斜部６３上に配置される。このとき以下に示す関係式を満たす。

【0043】

絶縁部材８０の厚みをＴ、正極活物質層６２の厚み方向に沿う高さをＨ、境界６１ｂから絶縁部材８０の配置開始位置までの距離をＬ、傾斜部６３の正極集電体６１に対する傾斜角をθとする（図５参照）。

【0044】

絶縁部材８０の面方向の内側の内側端部８０ｃは、傾斜部６３上に配置され、Ｌｔａｎθ＋Ｔｃｏｓθ＜Ｈ＋Ｔを満たす。絶縁部材８０の厚みＴは、例えば、１５〜２７μｍである。また、境界６１ｂから絶縁部材８０の配置開始位置までの距離Ｌは、例えば、２．８ｍｍである。

【0045】

絶縁部材の長さが例えば７ｍｍである場合、０．０３３＜ｔａｎθ＜０．０７５を満たすことが好ましい。

【実施例】

【0046】

以下に示す実施例により、１＜Ｌ１／Ｌ２≦１．２５を満たす正極６０を用いることによって、ケース１１０がセルユニット１３０を適切にケーシングできることを実証した。以下、実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。

【0047】

まず、負極４０の形成方法について説明する。負極４０の負極集電体４１は、厚さ１０μｍのＣｕ箔である。負極４０の負極活物質層４２（負極スラリー）は、Ｇｒ粉末（活物質）、ＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン、結着材）をそれぞれ９５：５（重量比）でＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）に分散させて形成した。その後、厚さ１０μｍのＣｕ箔の両面にダイコーターにて負極スラリーを塗布し、乾燥させ、乾燥後にプレスすることにより、厚さ１３０μｍの負極４０を形成した。負極４０の負極活物質層４２は、大きさが２００ｍｍ×２００ｍｍの矩形状に形成した。

【0048】

次に、正極６０の形成方法について説明する。正極６０の正極集電体６１は、厚さ２０μｍのＡｌ箔である。正極６０の正極活物質層６２（正極スラリー）は、ニッケル酸リチウム粉末（活物質）、ＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン、結着材）、カーボン粉末（導電助剤）をそれぞれ９０：５：５（重量比）でＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）に分散させて形成した。その後、厚さ２０μｍのＡｌ箔の両面にダイコーターにて正極スラリーを塗布し、乾燥させ、乾燥後にプレスした。また、正極活物質層６２は、正極活物質層６２と露出部６１ａとの境界６１ｂから４ｍｍ内側の位置から露出部６１ａに向かって厚さが薄くなるように傾斜する傾斜部６３を設けた。絶縁部材８０には、幅１２ｍｍのポリプロプレン製のテープを用いた。正極活物質層６２と露出部６１ａとの境界６１ｂを覆うように、絶縁部材８０を配置することによって、正極６０を形成した。正極６０の正極活物質層６２は、大きさが１９０ｍｍ×１９０ｍｍの矩形状に形成した。このように、正極６０は、アスペクト比が１：１になるように設けた。絶縁部材８０の厚さ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ１／Ｌ２、ｔａｎθの数値については、後述の表１に示す。

【0049】

次に、リチウムイオン二次電池１００の形成方法について説明する。セパレータ５０として、ポリエチレン製微多孔質膜（厚さ＝２５μｍ）を準備した。また、電解液として、１Ｍ ＬｉＰＦ_６ ＥＣ：ＤＥＣ＝１：１（体積比）を用いた。

【0050】

上述のように形成した正極６０を２０枚、負極４０を２１枚、セパレータ５０を２０枚用意し、正極６０／セパレータ５０／負極４０／セパレータ５０／正極６０・・・の順に積層して、積層体３０を作製した。得られた積層体３０を厚さ１５０μｍのアルミラミネートシート製の外装体１０中に載置し、電解液を注液した。真空条件下において、負極４０および正極６０に接続された電流取り出し用の負極タブ２０、正極タブ２２が導出するようにアルミラミネートシート製外装体の開口部を封止し、試験用セルを完成させた。Ｌ３／Ｌ４の数値については、後述の表１に示す。

【0051】

そして、この試験用セルを８セル積層したセルユニット１３０を、ケース１１０によってケーシングすることで、電池モジュール１を完成させた。

【0052】

ケース１１０の材質は、Ｆｅ、Ａｌ、ＳＵＳの３種を使用し、ケースの内寸は６４ｍｍとした。８セル積層時の最大厚みについては、後述の表１に示す。

【0053】

次に、評価方法について説明する。不都合なくケーシングできた場合を○、突起部分が盛り上がるがケースの加圧力で吸収できた場合を△、ケースが閉じられずケーシング不可であった場合を×とする。

【0054】

表１にＬ１／Ｌ２の比、およびケースの材質を適宜変更した場合における試験結果をまとめて示す。

【0055】

【表1】

【0056】

＜比較結果＞
Ｌ１／Ｌ２を１．２５以下とすることで、ケース１１０が、セルユニット１３０を適切にケーシングできることが分かった。

【0057】

また、１＜Ｌ１／Ｌ２≦１．２５を満たす正極６０、セパレータ５０、および負極４０を積層して積層体３０を構成し、リチウムイオン二次電池１００を構成した。このとき、１＜Ｌ３／Ｌ４≦１．１６を満たすことが分かった。

【0058】

以上説明したように、本実施形態に係る正極６０は、面方向に延在する正極集電体６１を有する。また正極６０は、正極集電体６１の両面に、正極集電体６１の一部を露出させた露出部６１ａを残すように配置された一対の正極活物質層６２を有する。また正極６０は、正極集電体６１を挟んで対向して配置され、正極活物質層６２から前記露出部６１ａにかけて境界を覆うように配置された一対の絶縁部材８０を有する。また、一対の絶縁部材８０の厚み方向に沿う一端８０ａから他端８０ｂまでの長さをＬ１（一対の絶縁部材８０に覆われた部位の電極厚みの最大値）、一対の正極活物質層６２の厚み方向に沿う一端６２ａから他端６２ｂまでの長さをＬ２（一対の絶縁部材８０に覆われていない活物質層部位の電極厚みの最大値）としたときに、正極６０は、Ｌ１／Ｌ２≦１．２５を満たす。このため、リチウムイオン二次電池１００を複数積層して形成されるセルユニット１３０をケース１１０によって適切にケーシングできる。また、１＜Ｌ１／Ｌ２を満たす。このとき、図５に示すように、絶縁部材８０の厚み方向に沿う一端８０ａは、厚み方向において正極活物質層６２よりも高く配置される。したがって、絶縁部材８０は、正極活物質層６２の傾斜部６３のうち、境界６１ｂから所定の距離離間した位置に亘って形成される始端部６１ｃを覆う。始端部６１ｃは、一般的に密度が高いため割れが発生しやすく、始端部６１ｃの割れに起因して熱耐性が低下する場合がある。本実施形態に係る正極６０であれば、１＜Ｌ１／Ｌ２を満たすことで絶縁部材８０が始端部６１ｃを覆うために、上述の熱耐性の低下を好適に防止することができる。

【0059】

また、正極活物質層６２は、露出部６１ａに向かって厚さが薄くなるように傾斜する傾斜部６３を有する。このため、境界６１ｂにおける正極活物質層６２の傾斜がなだらかになる。したがって、絶縁部材８０を境界６１ｂに対してより好適に配置することができる。

【0060】

また、絶縁部材８０の面方向の内側の内側端部８０ｃは、傾斜部６３上に配置される。このため、図５に示すように、Ｌｔａｎθ＋Ｔｃｏｓθ＜Ｈ＋Ｔを満たし、Ｌ１／Ｌ２の値をより小さい値とすることができる。したがって、セルユニット１３０をケース１１０によってより確実にケーシングできる。

【0061】

また、傾斜部６３が正極集電体６１に対して傾斜する傾斜角をθとしたときに、０．０３３＜ｔａｎθ＜０．０７５を満たす。ここで、０．０３３＜ｔａｎθを満たすとき、リチウムイオン二次電池１００全体として所望の容量を有することができる。また、ｔａｎθ＜０．０７５を満たすとき、絶縁部材８０の面方向の内側の内側端部８０ｃは、傾斜部６３上に配置される。したがって、セルユニット１３０をケース１１０によってより確実にケーシングできる。

【0062】

また、絶縁部材８０の厚みは、１５〜２７μｍである。このような厚さの絶縁部材８０を用いることによって、膨出部１０Ａの膨出を抑制することができ、ケース１１０は、より好適にセルユニット１３０をケーシングできる。

【0063】

また、以上説明したように本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００は、上述の正極６０を積層し、外装体１０で封止した扁平形状の電池である。また、厚み方向に沿って視て正極活物質層６２が設けられる範囲において、リチウムイオン二次電池１００の厚み方向に沿う最大長さ（一対の絶縁部材８０に覆われた部位の電池厚みの最大値）をＬ３とする。また、最小長さをＬ４（一対の絶縁部材８０に覆われていない活物質層部位の電池厚みの最小値）とする。このとき、１＜Ｌ３／Ｌ４≦１．１６を満たす。このため、リチウムイオン二次電池１００を複数積層して形成されるセルユニット１３０をケース１１０によって適切にケーシングできる。

【0064】

そのほか、本発明は、特許請求の範囲に記載された構成に基づき様々な改変が可能であり、それらについても本発明の範疇である。

【0065】

例えば、上述した実施形態では、絶縁部材８０の面方向の内側の内側端部８０ｃは、図５に示すように、傾斜部６３上に配置された。しかしながら、図６に示すように、絶縁部材８０の面方向の内側の内側端部８０ｃは、傾斜部６３を越えて、正極活物質層６２の平坦部６６に配置されてもよい。

【0066】

また、上述した実施形態では、絶縁部材８０が正極６０に配置される場合を説明した。しかしながら、絶縁部材８０が負極４０に配置されてよい。あるいは、絶縁部材８０は、負極４０および正極６０の両者に配置されてもよい。

【0067】

また、上述した実施形態では、正極活物質層６２は傾斜部６３を有した。しかしがら、図７に示すように、正極１６０の正極活物質層１６２は、傾斜部６３が設けられない構成であってもよい。

【0068】

なお、自動車用途などにおいては、昨今、大型化されたリチウムイオン二次電池１００が求められている。大型化電池の観点として、電池面積や電池容量の関係からリチウムイオン二次電池１００の大型化を規定することもできる。例えば、扁平積層型ラミネート電池の場合には、定格容量に対するリチウムイオン二次電池１００の面積（外装体まで含めた電池の投影面積）の比の値は、５ｃｍ^２／Ａｈ以上であり、かつ、定格容量は、３Ａｈ以上とすることができる。このように、電極の物理的な大きさの観点とは異なる、大型化電池の観点として、電池面積や電池容量の関係からリチウムイオン二次電池１００の大型化を規定することもできる。

【0069】

さらに、矩形状の正極６０のアスペクト比は１〜３であることが好ましく、１〜２であることがより好ましい。なお、正極６０のアスペクト比は、矩形状の正極６０の正極活物質層６２の縦横比として定義される。アスペクト比をこのような範囲とすることで、面方向に均一に反応ガスを排出することが可能となる。

【0070】

リチウムイオン二次電池１００の定格容量は、以下により求められる。

【0071】

定格容量は、試験用電池について、電解液を注入した後で、１０時間程度放置し、初期充電を行う。その後、温度２５℃、３．０Ｖから４．１５Ｖの電圧範囲で、次の手順１〜５によって測定される。

【0072】

手順１：０．２Ｃの定電流充電にて４．１５Ｖに到達した後、５分間休止する。

【0073】

手順２：手順１の後、定電圧充電にて１．５時間充電し、５分間休止する。

【0074】

手順３：０．２Ｃの定電流放電によって３．０Ｖに到達後、定電圧放電にて２時間放電し、その後、１０秒間休止する。

【0075】

手順４：０．２Ｃの定電流充電によって４．１Ｖに到達後、定電圧充電にて２．５時間充電し、その後、１０秒間休止する。

【0076】

手順５：０．２Ｃの定電流放電によって３．０Ｖに到達後、定電圧放電にて２時間放電し、その後、１０秒間停止する。

【0077】

定格容量：手順５における定電流放電から定電圧放電に至る放電における放電容量（ＣＣＣＶ放電容量）を定格容量とする。

【0078】

また、リチウムイオン二次電池１００の構成は、一般的なリチウムイオン二次電池１００に用いられている公知の材料を用いればよく、特に限定されるものではない。リチウムイオン二次電池１００に使用することのできる負極集電体４１、正極集電体６１、負極活物質層４２、正極活物質層６２、セパレータ５０、および絶縁部材８０等について参考までに説明する。

【0079】

負極集電体４１および正極集電体６１は、例えば、ステンレススチール箔である。しかし、これに特に限定されず、アルミニウム箔、ニッケルとアルミニウムのクラッド材、銅とアルミニウムのクラッド材、あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材を利用することも可能である。

【0080】

負極４０の負極活物質層４２は、例えば、ハードカーボン（難黒鉛化炭素材料）である。しかし、これに特に限定されず、黒鉛系炭素材料や、リチウム−遷移金属複合酸化物を利用することも可能である。特に、カーボンおよびリチウム−遷移金属複合酸化物からなる負極活物質は、容量および出力特性の観点から好ましい。

【0081】

正極６０の正極活物質層６２は、例えば、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４である。しかし、これに特に限定されない。なお、容量および出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物を適用することが好ましい。

【0082】

負極４０および正極６０の厚さは、特に限定されず、電池の使用目的（例えば、出力重視、エネルギー重視）や、イオン伝導性を考慮して設定する。

【0083】

セパレータ５０の素材は、例えば、電解質を浸透し得る通気性を有するポーラス状のＰＥ（ポリエチレン）である。しかし、これに特に限定されず、ＰＰ（ポリプロピレン）などの他のポリオレフィン、ＰＰ／ＰＥ／ＰＰの３層構造をした積層体、ポリアミド、ポリイミド、アラミド、不織布を、利用することも可能である。不織布は、例えば、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステルである。

【0084】

ホストポリマーに保持される電解液は、例えば、ＰＣ（プロピレンカーボネート）およびＥＣ（エチレンカーボネート）からなる有機溶媒、支持塩としてのリチウム塩（ＬｉＰＦ_６）を含んでいる。有機溶媒は、ＰＣおよびＥＣに特に限定されず、その他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を適用することが可能である。リチウム塩は、ＬｉＰＦ_６に特に限定されず、その他の無機酸陰イオン塩、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３等の有機酸陰イオン塩を、適用することが可能である。

【0085】

なお、下記の電解質のホストポリマーを含んでもよい。電解質のホストポリマーは、例えば、ＨＦＰ（ヘキサフルオロプロピレン）コポリマーを１０％含むＰＶＤＦ−ＨＦＰ（ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体）である。しかし、これに特に限定されず、その他のリチウムイオン伝導性を持たない高分子や、イオン伝導性を有する高分子（固体高分子電解質）を適用することも可能である。その他のリチウムイオン伝導性を持たない高分子は、例えば、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）である。イオン伝導性を有する高分子は、例えば、ＰＥＯ（ポリエチレンオキシド）やＰＰＯ（ポリプロピレンオキシド）である。

【0086】

絶縁部材８０の基材の材料は、熱可塑性樹脂である。絶縁部材８０の基材は例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、アクリロニトリルスチレン樹脂（ＡＳ樹脂）、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、グラスファイバー強化ポリエチレンテレフタレート（ＧＦ−ＰＥＴ）、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリサルフォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、非晶ポリアリレート（ＰＡＲ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、熱可塑性ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等である。

【0087】

絶縁部材８０の基材に塗布する図示しない接着材は、例えば有機溶剤系バインダ（非水系バインダ）でも、水分散系バインダ（水系バインダ）のいずれも用いることができるなど、特に限定されない。例えば、以下の材料が挙げられる。ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフクレート、ポリエーテルニトリル、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、カルポキシメチルセルロース、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物などの熱可塑性高分子、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニル等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム、ビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、エポキシ樹脂等が挙げられる。中でも、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、スチレン・ブタジエンゴム、カルポキシメチルセルロース、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミドであることがより好ましい。これらの好適なバインダは、耐熱性に優れ、電解液との反応性が低く、さらに耐溶性に優れており、正極および負極のそれぞれの活物質層上に塗布して使用することが可能である。これらのバインダは、１種単独で用いてもよいし、２種併用してもよい。

【符号の説明】

【0088】

１ 電池モジュール、
１０ 外装体、
２０ 負極タブ、
２２ 正極タブ、
３０ 積層体、
４０ 負極、
４１ 負極集電体、
４２ 負極活物質層、
５０ セパレータ、
６０、１６０ 正極（電極）、
６１ 正極集電体、
６１ａ 露出部、
６１ｂ 境界、
６２、１６２ 正極活物質層、
６２ａ 一対の正極活物質層の厚み方向に沿う一端、
６２ｂ 一対の正極活物質層の厚み方向に沿う他端、
６３ 傾斜部、
７０ 単電池層、
８０ 絶縁部材、
８０ａ 一対の絶縁部材の厚み方向に沿う一端、
８０ｂ 一対の絶縁部材の厚み方向に沿う他端、
８０ｃ 内側端部、
１００ リチウムイオン二次電池（電池）、
Ｌ１ 一対の絶縁部材の厚み方向に沿う一端から他端までの長さ、
Ｌ２ 一対の活物質層の厚み方向に沿う一端から他端までの長さ、
Ｌ３ リチウムイオン二次電池の厚み方向に沿う最大長さ、
Ｌ４ リチウムイオン二次電池の厚み方向に沿う最小長さ、
θ 傾斜部が集電体に対して傾斜する傾斜角。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】