特開 2024-89889 非水二次電池用電極体、非水二次電池、非水二次電池用電極体の製造方法及び非水二次電池の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024089889

(43)【公開日】2024-07-04

(54)【発明の名称】非水二次電池用電極体、非水二次電池、非水二次電池用電極体の製造方法及び非水二次電池の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/13 20100101AFI20240627BHJP

   H01M 4/139 20100101ALI20240627BHJP

   H01M 4/62 20060101ALI20240627BHJP

【ＦＩ】

H01M4/13

H01M4/139

H01M4/62 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022205405

(22)【出願日】2022-12-22

(71)【出願人】

【識別番号】399107063

【氏名又は名称】プライムアースＥＶエナジー株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】520184767

【氏名又は名称】プライムプラネットエナジー＆ソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】坂井 遼太郎

【テーマコード（参考）】

5H050

【Ｆターム（参考）】

5H050AA08

5H050BA16

5H050BA17

5H050CA08

5H050CA09

5H050CB08

5H050DA02

5H050DA10

5H050EA08

5H050FA16

5H050HA00

5H050HA07

5H050HA08

(57)【要約】

【課題】非水二次電池の特性を向上させることができる非水二次電池用電極体、非水二次電池、非水二次電池用電極体の製造方法及び非水二次電池の製造方法を提供する。
【解決手段】非水二次電池用電極体の製造方法は、正極合材層の密度に対する正極板の比表面積の割合が１．０以上２．０以下であり、正極板の比表面積に対する非水二次電池用電極体のばね定数の割合が３０以上８０以下である。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

正極基材と正極合材層とを有する正極板を備える非水二次電池用電極体であって、
前記正極合材層の密度に対する前記正極板の比表面積の割合が１．０以上２．０以下であり、
前記正極板の比表面積に対する前記非水二次電池用電極体のばね定数の割合が３０以上８０以下である、
非水二次電池用電極体。

【請求項2】

正極基材と正極合材層とを有する正極板を含む電極体を備える非水二次電池であって、
前記正極合材層の密度に対する前記正極板の比表面積の割合が１．０以上２．０以下であり、
前記正極板の比表面積に対する前記電極体のばね定数の割合が３０以上８０以下である、
非水二次電池。

【請求項3】

正極基材と正極合材層とを有する正極板を備える非水二次電池用電極体の製造方法であって、
前記正極合材層の密度に対する前記正極板の比表面積の割合が１．０以上２．０以下であり、
前記正極板の比表面積に対する前記非水二次電池用電極体のばね定数の割合が３０以上８０以下である、
非水二次電池用電極体の製造方法。

【請求項4】

請求項３に記載の非水二次電池用電極体の製造方法において、
前記正極板の比表面積が２．５ｍ^２／ｇ以上４．０ｍ^２／ｇ以下であり、
前記正極合材層の密度が２．０ｍｇ／ｃｍ^３以上３．５ｍｇ／ｃｍ^３以下であり、
前記非水二次電池用電極体のばね定数は、１２０ｋＮ／ｍｍ以上２４０ｋＮ／ｍｍ以下である、
非水二次電池用電極体の製造方法。

【請求項5】

請求項３又は請求項４に記載の非水二次電池用電極体の製造方法において、
前記正極合材層は、正極導電材を含み、
前記正極導電材は、比表面積が１５０ｍ^２／ｇ以上３００ｍ^２／ｇ以下であるカーボンナノチューブ及びカーボンナノファイバーのうち何れかである、
非水二次電池用電極体の製造方法。

【請求項6】

正極基材と正極合材層とを有する正極板を含む電極体を備える非水二次電池の製造方法であって、
前記正極合材層の密度に対する前記正極板の比表面積の割合が１．０以上２．０以下であり、
前記正極板の比表面積に対する前記電極体のばね定数の割合が３０以上８０以下である、
非水二次電池の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、非水二次電池用電極体、非水二次電池、非水二次電池用電極体の製造方法及び非水二次電池の製造方法に係り、詳しくは、非水二次電池の特性を向上させることができる非水二次電池用電極体、非水二次電池、非水二次電池用電極体の製造方法及び非水二次電池の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より非水二次電池は、負極板、正極板及びセパレータを有する電極体を備える。このような電極体は、負極板、正極板及びセパレータが積層方向に積層された状態で非水電解液とともに電池ケースに収容されている。各極板においては、電極基材に電極合材層が形成されており、その電極合材層には、少なくとも活物質が含まれている。各電極板として製造されたときに、電極板の比表面積は、例えば非水二次電池の容量などの非水二次電池の特性に影響を与える。

【0003】

このような非水二次電池の製造方法としては、例えば特許文献１のように、非水二次電池の特性を向上させるために、正極板の比表面積を大きくすることによって、電解液と活物質との接触面積を向上させる方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第ＷＯ２０１４／０１７５８３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載された発明において、正極板の比表面積を大きくすることによって一概に非水二次電池の特性が向上するものではなかった。このため、正極板の比表面積について新たな指標を用いることにより、非水二次電池の特性を向上させることが望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決する非水二次電池用電極体の態様を記載する。
［態様１］正極基材と正極合材層とを有する正極板を備える非水二次電池用電極体であって、前記正極合材層の密度に対する前記正極板の比表面積の割合が１．０以上２．０以下であり、前記正極板の比表面積に対する前記非水二次電池用電極体のばね定数の割合が３０以上８０以下である、非水二次電池用電極体。

【0007】

上記構成によれば、正極板の比表面積が大きくなっても、正極合材層の密度及び非水二次電池用電極体のばね定数が適切な範囲内となり、正極密度が過剰に大きくなることと、ばね定数が過剰に小さくなることとの両方を抑制することができる。これにより、正極板の比表面積を大きくすることによって、電解液と正極活物質との接触面積を向上させつつも、正極密度及びばね定数を適切な範囲に収めることによって、非水二次電池の内部抵抗の悪化を抑制することができる。したがって、非水二次電池の特性を向上させることができる。

【0008】

上記課題を解決する非水二次電池の態様を記載する。
［態様２］正極基材と正極合材層とを有する正極板を含む電極体を備える非水二次電池であって、前記正極合材層の密度に対する前記正極板の比表面積の割合が１．０以上２．０以下であり、前記正極板の比表面積に対する前記電極体のばね定数の割合が３０以上８０以下である、非水二次電池。

【0009】

上記課題を解決する非水二次電池用電極体の製造方法の各態様を記載する。
［態様３］正極基材と正極合材層とを有する正極板を備える非水二次電池用電極体の製造方法であって、前記正極合材層の密度に対する前記正極板の比表面積の割合が１．０以上２．０以下であり、前記正極板の比表面積に対する前記非水二次電池用電極体のばね定数の割合が３０以上８０以下である、非水二次電池用電極体の製造方法。

【0010】

［態様４］［態様３］に記載の非水二次電池用電極体の製造方法において、前記正極板の比表面積が２．５ｍ^２／ｇ以上４．０ｍ^２／ｇ以下であり、前記正極合材層の密度が２．０ｍｇ／ｃｍ^３以上３．５ｍｇ／ｃｍ^３以下であり、前記非水二次電池用電極体のばね定数は、１２０ｋＮ／ｍｍ以上２４０ｋＮ／ｍｍ以下である、非水二次電池用電極体の製造方法。

【0011】

上記構成によれば、正極板の比表面積を大きくすることによって、電解液と正極活物質との接触面積を向上させつつも、非水二次電池の内部抵抗の悪化を抑制することができる。したがって、非水二次電池の特性を向上させることができる。

【0012】

［態様５］［態様３］又は［態様４］に記載の非水二次電池用電極体の製造方法において、前記正極合材層は、正極導電材を含み、前記正極導電材は、比表面積が１５０ｍ^２／ｇ以上３００ｍ^２／ｇ以下であるカーボンナノチューブ及びカーボンナノファイバーのうち何れかである、非水二次電池用電極体の製造方法。

【0013】

上記構成によれば、導電性の高い正極導電材を用いることにより、非水二次電池用の内部抵抗の悪化を抑制することができる。したがって、非水二次電池用の特性を向上させることができる。

【0014】

上記課題を解決する非水二次電池の製造方法の態様を記載する。
［態様６］正極基材と正極合材層とを有する正極板を含む電極体を備える非水二次電池の製造方法であって、前記正極合材層の密度に対する前記正極板の比表面積の割合が１．０以上２．０以下であり、前記正極板の比表面積に対する前記電極体のばね定数の割合が３０以上８０以下である、非水二次電池の製造方法。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、非水二次電池の特性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本実施形態のリチウムイオン二次電池の斜視図である。

【図2】リチウムイオン二次電池の電極体の積層体の構成を示す模式図である。

【図3】リチウムイオン二次電池用電極板の源泉工程を示すフローチャートである。

【図4】リチウムイオン二次電池の実施例及び比較例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

［本実施形態］
以下、非水二次電池用電極体、非水二次電池、非水二次電池用電極体の製造方法及び非水二次電池の製造方法の一実施形態について説明する。

【0018】

＜リチウムイオン二次電池１０＞
非水二次電池の一例としてリチウムイオン二次電池の構成を説明する。
図１に示すように、リチウムイオン二次電池１０は、セル電池として構成される。リチウムイオン二次電池１０は、電池ケース１１を備える。電池ケース１１は、蓋体１２を備える。電池ケース１１は、上側に図示しない開口部を備える。蓋体１２は、開口部を封止する。電池ケース１１は、アルミニウム合金等の金属で構成されている。蓋体１２は、電力の充放電に用いられる負極外部端子１３及び正極外部端子１４を備える。負極外部端子１３及び正極外部端子１４は、任意の形状であればよい。

【0019】

リチウムイオン二次電池１０は、電極体１５を備える。電極体１５は、電池ケース１１の内部に収容される。リチウムイオン二次電池１０は、負極集電体１６と、正極集電体１７と、を備える。負極集電体１６は、電極体１５の負極と負極外部端子１３とを接続する。正極集電体１７は、電極体１５の正極と正極外部端子１４とを接続する。

【0020】

リチウムイオン二次電池１０は、非水電解液１８を備える。非水電解液１８は、図示しない注液孔から電池ケース１１内に注入される。リチウムイオン二次電池１０は、電池ケース１１において開口部に蓋体１２を取り付けることで密閉された電槽が構成される。このように、電池ケース１１は、電極体１５及び非水電解液１８を収容する。

【0021】

＜非水電解液１８＞
非水電解液１８は、非水溶媒に支持塩が含有された組成物である。本実施形態では、非水溶媒としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）を用いることができる。非水溶媒としては、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）等からなる群から選択された一種または二種以上の材料でもよい。

【0022】

また、支持塩としては、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣ_４Ｆ_９ＳＯ_３、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＣ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_３、ＬｉＩ等を用いることができる。またこれらから選択される一種または二種以上のリチウム化合物（リチウム塩）を用いることができる。このように、非水電解液１８は、リチウム化合物を含む。

【0023】

＜電極体１５＞
図２に示すように、電極体１５は、負極板２０と、正極板３０と、セパレータ４０と、を備える。電極体１５の長手の方向を「長さ方向Ｚ」という。電極体１５の厚さの方向を「厚み方向Ｄ」という。電極体１５の長さ方向Ｚ及び厚み方向Ｄに交わる方向を「幅方向Ｗ」という。幅方向Ｗのうち一方の方向を「第１幅方向Ｗ１」といい、幅方向Ｗのうち他方の方向を「第２幅方向Ｗ２」という。つまり、第２幅方向Ｗ２は、第１幅方向Ｗ１の反対の方向である。

【0024】

電極体１５は、負極板２０と、正極板３０と、セパレータ４０とが厚み方向Ｄに積層される。セパレータ４０は、負極板２０と正極板３０との間に設けられる。詳しくは、電極体１５は、セパレータ４０、正極板３０、セパレータ４０、負極板２０の順に積層される。

【0025】

電極体１５は、負極板２０と、正極板３０と、セパレータ４０とが厚み方向Ｄに積層された状態で長さ方向Ｚに捲回される。電極体１５は、長さ方向Ｚの中央において厚み方向Ｄに扁平形状である。

【0026】

このように、負極板２０と、正極板３０と、セパレータ４０とが積層される厚み方向Ｄは、積層方向ともいえる。また、負極板２０と、正極板３０と、セパレータ４０とが捲回される長さ方向Ｚは、捲回方向ともいえる。電極体１５は、厚み方向Ｄにおいて扁平形状を呈する。

【0027】

＜負極板２０＞
負極板２０は、リチウムイオン二次電池１０の負極の一例として機能する。負極板２０は、負極基材２１と、負極合材層２２とを備える。負極基材２１は、負極の電極基材である。負極合材層２２は、負極の電極合材層であり、負極基材２１の両面に設けられる。

【0028】

負極基材２１は、負極接続部２３を備える。負極接続部２３は、負極基材２１の両面に負極合材層２２が設けられていない領域である。負極接続部２３は、電極体１５の第１幅方向Ｗ１における端部に設けられる。負極接続部２３は、第１幅方向Ｗ１において正極板３０及びセパレータ４０から露出する。

【0029】

本実施形態では、負極基材２１は、Ｃｕ箔から構成されている。負極基材２１は、負極合材層２２の骨材としてのベースとなる。負極基材２１は、負極合材層２２から電気を集電する集電部材の機能を有している。

【0030】

負極合材層２２は、負極活物質と、負極添加物とを有する。負極板２０は、例えば、負極活物質と負極添加物とを混練し、混練後の負極合材ペーストを負極基材２１に塗布した状態で乾燥させることで作製される。

【0031】

本実施形態では、負極活物質は、負極の活物質であり、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な材料である。負極活物質としては、例えば黒鉛（グラファイト）等からなる粉末状の炭素材料を用いることができる。

【0032】

負極添加物は、負極の添加物であり、負極溶媒、負極結着材（バインダー）及び負極増粘材を含む。負極溶媒としては、例えば水等を用いることができる。負極結着材としては、例えばスチレンブタジエンラバー（ＳＢＲ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等を用いることができる。負極増粘材としては、例えばカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等を用いることができる。負極添加物は、例えば負極導電材等を更に含んでもよい。

【0033】

＜正極板３０＞
正極板３０は、リチウムイオン二次電池１０の正極の一例として機能する。正極板３０は、正極基材３１と、正極合材層３２とを備える。正極基材３１は、正極の電極基材である。正極合材層３２は、正極の電極合材層であり、正極基材３１の両面に設けられる。

【0034】

正極基材３１は、正極接続部３３を備える。正極接続部３３は、正極基材３１の両面に正極合材層３２が設けられていない領域である。正極接続部３３は、電極体１５の第２幅方向Ｗ２における端部に設けられる。正極接続部３３は、第２幅方向Ｗ２において負極板２０及びセパレータ４０から露出する。

【0035】

本実施形態では、正極基材３１は、Ａｌ箔やＡｌ合金箔から構成されている。正極基材３１は、正極合材層３２の骨材としてのベースとなる。正極基材３１は、正極合材層３２から電気を集電する集電部材の機能を有している。

【0036】

正極合材層３２は、正極活物質と、正極添加物とを有する。正極板３０は、例えば、正極活物質と正極添加物とを混練し、混練後の正極合材ペーストを正極基材３１に塗布した状態で乾燥することで作製される。

【0037】

正極活物質は、正極の活物質であり、リチウムを吸蔵・放出可能な材料である。正極活物質としては、例えば、ニッケル、マンガン及びコバルトを含有する三元系（ＮＭＣ）リチウム含有複合酸化物であり、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム（ＬｉＮｉＣｏＭｎＯ_２）を用いることができる。正極活物質としては、例えば、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）の何れか一つを用いてもよい。正極活物質としては、例えば、ニッケル、コバルト及びアルミニウム（ＮＣＡ）を含有するリチウム含有複合酸化物を用いてもよい。

【0038】

正極添加物は、正極の添加物であり、正極溶媒、正極導電材及び正極結着材（バインダー）を含む。正極溶媒としては、例えばＮＭＰ（Ｎ－メチル－２－ピロリドン）溶液等、非水溶媒を用いることができる。正極導電材としては、例えばカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）やカーボンナノファイバ（ＣＮＦ）等の炭素繊維等を用いることができるが、黒鉛（グラファイト）、アセチレンブラック（ＡＢ）、ケッチェンブラック等のカーボンブラック等を用いてもよい。正極結着材としては、例えば負極結着材と同様のものを用いることができる。正極添加物は、例えば正極増粘材等を更に含んでもよい。

【0039】

＜セパレータ４０＞
セパレータ４０は、負極板２０と正極板３０との間に設けられる。セパレータ４０は、非水電解液１８を保持する。セパレータ４０は、多孔性樹脂であるポリプロピレン製等の不織布である。セパレータ４０としては、多孔性ポリエチレン膜、多孔性ポリオレフィン膜、および多孔性ポリ塩化ビニル膜等の多孔性ポリマー膜、又は、リチウムイオンもしくはイオン導電性ポリマー電解質膜を、単独、又は組み合わせて使用することもできる。非水電解液１８に電極体１５に浸漬させるとセパレータ４０の端部から中央部に向けて非水電解液１８が浸透する。

【0040】

＜リチウムイオン二次電池１０の製造工程＞
ここで、本実施形態のリチウムイオン二次電池１０の製造工程について説明する。
本実施形態では、源泉工程が行われる。詳しく後述するが、源泉工程は、リチウムイオン二次電池１０の電池要素の作製の工程である。具体的に、源泉工程は、リチウムイオン二次電池１０の電池要素を構成する負極板２０及び正極板３０をそれぞれ作製する工程である。

【0041】

源泉工程が終了すると、組立工程が行われる。組立工程は、リチウムイオン二次電池１０を組み立てる組立工程である。組立工程では、初めに電極体１５を製造する。具体的に、まず、正極板３０と負極板２０とをセパレータ４０を介して積層した後、捲回し、さらに、偏平に押圧する。その後、負極接続部２３を圧接するとともに、正極接続部３３を圧接する。以上の手順により、電極体１５が製造される。

【0042】

次いで、電極体１５を電池ケース１１内に収容する。このとき、正極接続部３３は、正極集電体１７を介して正極外部端子１４と電気的に接続される。負極接続部２３は、負極集電体１６を介して負極外部端子１３と電気的に接続される。電池ケース１１において開口部が蓋体１２によって塞がれる。そして、電池ケース１１内に非水電解液１８が注入される。電池ケース１１内への非水電解液１８の注入が完了したら、電池ケース１１を密封する。以上の手順により、リチウムイオン二次電池１０が組み立てられる。

【0043】

＜源泉工程＞
ここで、図３を参照して、本実施形態の源泉工程について説明する。以降、正極板３０を作製する工程について説明し、負極板２０を作製する工程については説明を省略する。

【0044】

図３に示すように、ステップＳ１１において、調合工程を行う。調合工程は、正極合材層３２の原材料である正極活物質及び正極添加物の調合を行う工程を含む。これにより、正極合材ペーストが生成される。そして、ステップＳ１２において、混練工程が行われる。混練工程は、正極合材ペーストを混練する工程を含む。

【0045】

混練工程が終了すると、ステップＳ１３において、塗工工程が行われる。塗工工程は、正極基材３１の両面において、幅方向Ｗの両端に正極接続部３３を構成するように正極合材ペーストを塗工する。そして、ステップＳ１４において、乾燥工程が行われる。乾燥工程は、正極基材３１に塗工された正極合材ペーストを乾燥させて正極合材層３２を形成する。

【0046】

乾燥工程が終了すると、ステップＳ１５において、プレス工程が行われる。プレス工程は、正極基材３１の両面に形成された正極合材層３２を押圧することで、正極基材３１に対する正極合材層３２の密着強度を高め、正極合材層３２の厚みを調整する。

【0047】

プレス工程が終了すると、ステップＳ１６において、裁断工程が行われる。裁断工程は、正極板３０を幅方向Ｗの中央で切断する。以上の工程によって、一度に２条の正極板３０が製造される。

【0048】

＜正極板３０の製造方法＞
ここで、正極板３０の製造方法について詳しく説明する。
正極板３０は、正極板３０の比表面積に基づいて作製される。なお、比表面積は、例えば、ＢＥＴ式を用いた気体吸着測定法、つまりはＢＥＴ法により測定される。正極板３０の比表面積は、正極板３０の製造前における正極活物質粒子の比表面積ではく、正極板３０の製造後における比表面積である。正極板３０の製造後とは、源泉工程が行われた後である。以降、正極板３０の製造後における正極板３０の比表面積を「正極板比表面積」と示す場合がある。

【0049】

正極板比表面積は、プレス工程において調整される。正極板比表面積は、プレス工程が行われた後における正極板３０の比表面積と等しい。つまり、正極板比表面積は、プレス工程においてプレスされた後の正極板３０の比表面積といえる。

【0050】

また、正極板３０は、正極合材層３２の密度に基づいても作製される。正極合材層３２の密度は、正極板３０の製造後における密度である。以降、正極板３０の製造後における正極合材層３２の密度を「正極密度」と示す場合がある。

【0051】

また、正極板３０は、正極板３０を含む電極体１５のばね定数に基づいても作製される。電極体１５のばね定数は、電極体１５の製造後における定数である。つまり、電極体１５のばね定数は、セル電池として構成されるリチウムイオン二次電池１０のばね定数であるといえる。電極体１５の製造後における電極体１５のばね定数は、正極板３０の製造後における正極板３０のばね定数に依存する。以降、電極体１５のばね定数を単に「ばね定数」と示す場合がある。

【0052】

具体的に、正極密度に対する正極板比表面積の割合が１．０以上となるように正極板３０が作製される。また、正極密度に対する正極板比表面積の割合が２．０以下となるように正極板３０が作製されることが好ましい。

【0053】

正極板比表面積に対するばね定数の割合が８０以下となるように正極板３０が作製される。また、正極板比表面積に対するばね定数の割合が３０以上となるように正極板３０が作製されることが好ましい。

【0054】

これに加えて、正極板比表面積が２．５ｍ^２／ｇ以上４．０ｍ^２／ｇ以下であることが好ましい。この場合、正極の比容量は、１４０ｍＡｈ／ｇ以上１６０ｍＡｈ／ｇ以下となる。また、正極密度が２．０ｍｇ／ｃｍ^３以上３．５ｍｇ／ｃｍ^３以下であることが好ましい。また、ばね定数は、１２０ｋＮ／ｍｍ以上２４０ｋＮ／ｍｍ以下であることが好ましい。

【0055】

＜実施例及び比較例＞
ここで、図４を参照して、リチウムイオン二次電池１０についての実施例及び比較例について説明する。なお、実施例及び比較例においては、以下のような条件下において判定が行われたが、一例に過ぎず、これに限定されるものではない。

【0056】

実施例及び比較例において、正極活物質としては、三元系リチウム含有複合酸化物、又は、ニッケルコバルトアルミニウム（ＮＣＡ）を含有するリチウム含有複合酸化物が用いられる。また、実施例及び比較例において、正極導電材は、比表面積が１５０ｍ^２／ｇ以上３００ｍ^２／ｇ以下であるカーボンナノチューブ及びカーボンナノファイバーのうち何れかである。実施例及び比較例において、正極板比表面積は、プレス工程におけるプレスにより調整される。プレス工程におけるプレスについては、プレス圧として５０ｋＮ以上１９６ｋＮ以下が、プレス速度として６ｍ／ｍｉｎ以上１２０ｍ／ｍｉｎ以下がそれぞれ採用される。また、実施例及び比較例において、電極体１５として一般的な負極板２０及びセパレータ４０が採用される。

【0057】

図４に示すように、実施例及び比較例では、上記のような条件下において、正極板比表面積と、正極密度と、ばね定数とを変化させて各種特性に対する判定結果を検証している。実施例及び比較例では、正極板比表面積と、正極密度と、ばね定数と、正極密度に対する正極板比表面積の割合と、正極板比表面積に対するばね定数の割合と、各種特性に対する判定結果との関係が示される。

【0058】

各種特性としては、リチウムイオン二次電池１０の低温出力特性、常温出力特性及びハイレート特性が含まれており、判定結果の指標と判定結果とがそれぞれに対応している。低温出力特性としては、低温時におけるリチウムイオン二次電池１０出力特性であり、リチウムイオン二次電池１０の反応抵抗の指標となる特性である。常温出力特性としては、常温時におけるリチウムイオン二次電池１０出力特性であり、リチウムイオン二次電池１０の拡散抵抗の指標となる特性である。ハイレート特性としては、リチウムイオン二次電池１０の急速放充電時における特性であり、リチウムイオン二次電池１０の直流抵抗の指標となる特性である。判定結果の指標としては、適正な範囲を１以下の数値として指標化したものであり、図中において指標と示す。また、判定結果は、図中において判定と示す。

【0059】

最初に、第１比較例としては、正極密度に対する正極板比表面積の割合が１．０未満であり、１．０以上ではない。また、正極板比表面積に対するばね定数の割合が８０より大きく、８０以下ではない。このような状況において、第１比較例では、低温出力特性、常温出力特性及びハイレート特性の全てについて適正な範囲として判定されなかった。

【0060】

第２比較例は、正極板比表面積に対するばね定数の割合が８０以下であるものの、正極密度に対する正極板比表面積の割合が１．０未満であり、１．０以上ではない。このような状況において、第２比較例では、常温出力特性及びハイレート特性については適正な範囲として判定されたが、低温出力特性については適正な範囲として判定されなかった。

【0061】

その一方で、第１～第７実施例としては、正極密度に対する正極板比表面積の割合が１．０以上２．０以下であり、正極板比表面積に対するばね定数の割合が３０以上８０以下である。このような状況において、第１～第７実施例では、低温出力特性、常温出力特性及びハイレート特性の全てについて適正な範囲として判定された。

【0062】

＜実施例及び比較例の検証＞
このように、比較例１及び比較例２では、低温出力特性については適正な範囲として判定されなかった。これは、正極板比表面積を大きくすることに伴って、正極密度が適切な範囲よりも大きくなってしまい、反応抵抗及び拡散抵抗の悪化を招いていると考えられる。特に、正極密度が適切な範囲よりも大きくなると、正極板３０において空隙が十分に確保できず、リチウムイオンの移動速度が低くなることが、反応抵抗及び拡散抵抗が悪化する一因と考えられる。

【0063】

また、比較例１では、常温出力特性及びハイレート特性についても適正な範囲として判定されなかった。これは、正極板比表面積を大きくすることに伴って、ばね定数が適切な範囲よりも大きくなってしまい、直流抵抗及びハイレート特性の悪化を招いていると考えられる。特に、ばね定数が適切な範囲よりも大きくなると、放充電時における電極膨張収縮現象の効率が悪化し、非水電解液１８の移動効率が悪化してしまうことが、直流抵抗及びハイレート特性が悪化する一因と考えられる。

【0064】

このようなことから、正極板比表面積を大きくすることに伴って、正極密度を適切な範囲内に収めることにより、反応抵抗及び拡散抵抗の悪化を抑制することができる。また、これに加えて、正極板比表面積を大きくすることに伴って、ばね定数を適切な範囲内に収めることにより、直流抵抗及びハイレート特性の悪化を抑制することができる。

【0065】

＜本実施形態の作用及び効果＞
実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）正極密度に対する正極板比表面積の割合が１．０以上２．０以下であり、正極板比表面積に対するばね定数の割合が３０以上８０以下である。このため、正極板比表面積が大きくなっても、正極密度及びばね定数が適切な範囲内となり、正極密度が過剰に大きくなることと、ばね定数が過剰に小さくなることとの両方を抑制することができる。これにより、正極板比表面積を大きくすることによって、非水電解液１８と正極活物質との接触面積を向上させつつも、正極密度及びばね定数を適切な範囲に収めることによって、リチウムイオン二次電池１０の内部抵抗の悪化を抑制することができる。したがって、リチウムイオン二次電池１０の特性を向上させることができる。

【0066】

（２）正極板比表面積が２．５ｍ^２／ｇ以上４．０ｍ^２／ｇ以下であり、正極密度が２．０ｍｇ／ｃｍ^３以上３．５ｍｇ／ｃｍ^３以下である。このため、正極板比表面積を大きくすることによって、非水電解液１８と正極活物質との接触面積を向上させつつも、リチウムイオン二次電池１０の内部抵抗の悪化を抑制することができる。したがって、リチウムイオン二次電池１０の特性を向上させることができる。

【0067】

（３）正極導電材は、比表面積が１５０ｍ^２／ｇ以上３００ｍ^２／ｇ以下であるカーボンナノチューブ及びカーボンナノファイバーのうち何れかである。このため、導電性の高い正極導電材を用いることにより、リチウムイオン二次電池１０の内部抵抗の悪化を抑制することができる。したがって、リチウムイオン二次電池１０の特性を向上させることができる。

【0068】

［変更例］
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

【0069】

○本実施形態において、例えば、正極活物質、正極導電材、正極溶媒及び正極結着材については任意の種類であってもよい。
○本実施形態において、リチウムイオン二次電池１０を例に本発明を説明したが、他の二次電池にも適用できる。

【0070】

○本実施形態において、車載用の薄板状のリチウムイオン二次電池１０を例示したが、円柱形の電池などにも適用できる。また、車載用に限らず、船舶用、航空機用、さらに定置用の電池にも適用できる。

【0071】

○本発明は、特許請求の範囲の記載を逸脱しない範囲で、当業者によりその構成を付加し削除し変更し、順序を変えて実施することができることは言うまでもない。

【符号の説明】

【0072】

Ｄ…厚み方向
Ｗ…幅方向
Ｚ…長さ方向
１０…リチウムイオン二次電池
１１…電池ケース
１２…蓋体
１３…負極外部端子
１４…正極外部端子
１５…電極体
１６…負極集電体
１７…正極集電体
１８…非水電解液
２０…負極板
２１…負極基材
２２…負極合材層
２３…負極接続部
３０…正極板
３１…正極基材
３２…正極合材層
３３…正極接続部
３４…正極活物質
３４Ａ…新生面
３５…正極導電材
４０…セパレータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】