特許 7088869 リチウムイオン二次電池

(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】2022-06-13

(45)【発行日】2022-06-21

(54)【発明の名称】リチウムイオン二次電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/0587 20100101AFI20220614BHJP

   H01M 10/052 20100101ALI20220614BHJP

   H01M 4/13 20100101ALI20220614BHJP

   H01M 10/0585 20100101ALI20220614BHJP

【ＦＩ】

H01M10/0587

H01M10/052

H01M4/13

H01M10/0585

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019058524

(22)【出願日】2019-03-26

(65)【公開番号】P2020161293

(43)【公開日】2020-10-01

【審査請求日】2021-03-10

(73)【特許権者】

【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

(74)【代理人】

【識別番号】100107249

【弁理士】

【氏名又は名称】中嶋 恭久

(72)【発明者】

【氏名】小岩 永明

【審査官】松嶋 秀忠

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１２９２９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－３００１４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１２１７３４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００５－１６６３５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／０５－０５８７

Ｈ０１Ｍ ４／１３－６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

正極基材、前記正極基材の両面に設けられた正極合剤層、前記正極基材の前記両面に前記正極合剤層が設けられていない部分である接続部を有する正極板と、
負極基材、前記負極基材の一面に設けられた第１負極合剤層、前記負極基材の他面に設けられた第２負極合剤層、前記第１負極合剤層及び前記第２負極合剤層が設けられていない部分である接続部を有する負極板と、
前記正極板及び前記負極板の間に設けられたセパレータと、を備え、
前記正極板、前記負極板及び前記セパレータを積層した積層体又は当該積層体を捲回した捲回体の一方の端部に前記正極板の前記接続部からなる正極側集電部が設けられ、他方の端部に前記負極板の前記接続部からなる負極側集電部が設けられた電極体を有するリチウムイオン二次電池であって、
前記負極板は、
前記セパレータを介して前記正極板の前記正極合剤層と対向する対向部と、前記正極合剤層と対向しない未対向部とを有し、
前記正極板の前記接続部の間に挟まれている前記未対向部における前記第１負極合剤層の先端及び前記第２負極合剤層の先端は、前記未対向部の先端に向かう方向においてずれており、前記未対向部の基端及び前記第１負極合剤層の先端の最短距離である第１相対距離は、前記未対向部の基端及び前記第２負極合剤層の先端の最短距離である第２相対距離よりも短く、
前記第１相対距離と前記第２相対距離との差は、３０μｍ以上３００μｍ未満の範囲であって、前記第１相対距離及び前記第２相対距離は、０ｍｍよりも大きく２．９ｍｍよりも小さい範囲内であり、
前記未対向部の基端から前記負極基材の先端までの第３相対距離は、０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ未満である
リチウムイオン二次電池。

【請求項2】

前記負極基材の先端は、前記第１負極合剤層及び前記第２負極合剤層よりも突出している
請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。

【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に関する。

【背景技術】

【0002】

リチウムイオン二次電池は、高いエネルギー密度を有し、高容量であることから、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド自動車（ＨＶ）等の駆動用電源として用いられている。
図７に示すように、特許文献１に記載されたリチウムイオン二次電池は、正極基材１０１の両面に正極合剤層１０２を備えた正極板１００と、負極基材１１１の両面に負極合剤層１１２を備えた負極板１１０とを、セパレータ１２０を介して重ねた電極体を有する。また、正極板１００は、正極合剤層１０２を有していない接続部１１６を有している。負極板１１０は、負極合剤層１１２を有していない接続部１１７を備えている。これらの接続部１１６，１１７は、正極板及び負極板から電気を取り出す集電部として機能する。複数の正極板１００の接続部１１６は、互いに圧接されて束状にされ、正極側集電部材と電気的に接続される。また、複数の負極板１１０の接続部１１７も互いに圧接されて束状にされ、負極側集電部材と電気的に接続される。

【0003】

また、電極体に設けられる負極合剤層１１２の長さは、正極合剤層１０２の長さよりも大きいため、負極板１１０には、正極合剤層１０２にセパレータ１２０を介して対向する対向部１１８に加え、正極合剤層１０２と対向しない部分である未対向部１１９が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１５－９９７００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載された電池のように、負極板１１０の未対向部１１９の一部が正極板１００の接続部１１６に挟まれた状態で、接続部１１６が集められて正極側の集電部が形成される場合には、接続部１１６の間に介在する負極板１１０の未対向部１１９が押圧力を受ける。このとき、未対向部１１９が、押圧力の方向に沿って曲がらない等の場合、電池の内部構造によっては隣接するセパレータ１２０を損傷する可能性がある。

【0006】

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、リチウムイオン二次電池のセパレータの損傷を抑制することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するリチウムイオン二次電池は、正極基材、前記正極基材の両面に設けられた正極合剤層、前記正極基材の前記両面に前記正極合剤層が設けられていない部分である接続部を有する正極板と、負極基材、前記負極基材の一面に設けられた第１負極合剤層、前記負極基材の他面に設けられた第２負極合剤層、前記第１負極合剤層及び前記第２負極合剤層が設けられていない部分である接続部を有する負極板と、前記正極板及び前記負極板の間に設けられたセパレータと、を備え、前記正極板、前記負極板及び前記セパレータを積層した積層体又は当該積層体を捲回した捲回体の一方の端部に前記正極板の前記接続部からなる正極側集電部が設けられ、他方の端部に前記負極板の前記接続部からなる負極側集電部が設けられた電極体を有するリチウムイオン二次電池であって、前記負極板は、前記セパレータを介して前記正極板の前記正極合剤層と対向する対向部と、前記正極合剤層と対向しない未対向部とを有し、前記正極板の接続部の間に挟まれている前記未対向部における前記第１負極合剤層の先端及び前記第２負極合剤層の先端は、前記未対向部の先端に向かう方向においてずれており、前記未対向部の基端及び前記第１負極合剤層の先端の最短距離である第１相対距離は、前記未対向部の基端及び前記第２負極合剤層の先端の最短距離である第２相対距離よりも短く、前記第１相対距離と前記第２相対距離との差は、３０μｍ以上３００μｍ未満の範囲であって、前記第１相対距離及び前記第２相対距離は、０ｍｍよりも大きく２．９ｍｍよりも小さい範囲内である。

【0008】

上記構成によれば、正極板の接続部に挟まれる未対向部のうち、第１負極合剤層の先端及び第２負極合剤層の先端は、未対向部の先端に向かう方向にずれている。また、未対向部の基端から第１負極合剤層の先端までの第１相対距離は、未対向部の基端から第２負極合剤層の先端までの第２相対距離よりも短い。正極側集電部が形成されることにより、セパレータを介して正極板に挟まれた負極板の未対向部は、両側から押圧力を受けて圧縮されるが、第１負極合剤層が短くなるように設けられることで、両側から受ける押圧力のうち大きい方の押圧力の方向に曲がりやすくなる。このように負極板の未対向部が、押圧力に逆らったり折れたりせず、押圧力の方向に沿って適度な曲率で曲がることで、負極基材や負極合剤層がセパレータに強く押し付けられることによるセパレータの損傷を抑制することができる。

【0009】

また、第１相対距離及び第２相対距離の差が過小であると、正極側集電部を形成する際に負極板の未対向部が曲がりにくくなるため、電極体の構成によっては、セパレータが損傷する可能性がある。また、第１相対距離及び第２相対距離の差が過大であると、負極基材に皺が発生し、皺におけるリチウムイオン濃度が局所的に高くなるので、正極板でリチウムが析出しやすくなる。また、電池の製造工程において、負極基材に発生した皺の影響で、セパレータにも皺が発生して、セパレータが損傷する可能性がある。上記構成によれば、第１相対距離及び第２相対距離の差が３０μｍ以上であるため、セパレータの損傷を抑制することができる。また、第１相対距離及び第２相対距離の差が３００μｍ未満であるため、リチウムの析出を抑制するとともに、セパレータの損傷を抑制することができる。

【0010】

さらに、未対向部の基端から第１負極合剤層の先端までの第１相対距離及び未対向部の基端から第２負極合剤層の先端までの第２相対距離が長くなると、未対向部が増えることになるので、放電時に未対向部から正極合剤層の端部へ移動するリチウムイオンの濃度も高くなる。この端部におけるリチウムイオンの濃度が高くなると、この部分でリチウムが析出しやすくなる。上記構成によれば、第１相対距離及び第２相対距離との差が３０μｍ以上３００μｍ未満の範囲である条件の下、第１相対距離及び第２相対距離が０ｍｍよりも大きいため、未対向部を確保することができる。また、第１相対距離及び第２相対距離が２．９ｍｍよりも小さいため、未対向部に含まれるリチウムイオンの濃度を適正な範囲とし、正極板におけるリチウムの析出を抑制することができる。

【0011】

上記リチウムイオン二次電池について、前記負極基材の先端は、前記第１負極合剤層及び前記第２負極合剤層よりも突出していることが好ましい。
上記構成によれば、負極基材の先端は、第１負極合剤層及び第２負極合剤層よりも突出することでセパレータを介して正極板からうける押圧力の方向に曲がりやすくなる。これにより、正極板の接続部の間で、未対向部が適度な曲率で曲がるため、負極板及びセパレータの接触によるセパレータの損傷を抑制することができる。

【0012】

上記リチウムイオン二次電池について、前記未対向部の基端から前記負極基材の先端までの第３相対距離は、０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ未満であることが好ましい。
未対向部の基端から負極基材の先端までの第３相対距離、つまり未対向部の負極基材が短すぎると、第１負極合剤層の先端及び第２負極合剤層の先端をずらすことが困難となる。また、未対向部の負極基材が長すぎると、正極側集電部を形成する際に、セパレータを損傷しやすくなる。上記構成によれば、負極基材における第３相対距離を０．３ｍｍ以上としたので、第１負極合剤層の先端及び第２負極合剤層の先端を十分な差を設けてずらすことができる。また、第３相対距離を３．０ｍｍ未満としたので、セパレータの損傷を抑制することができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、リチウムイオン二次電池のセパレータの損傷を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】リチウムイオン二次電池を具体化した一実施形態について、その斜視構造の概略を示す図。

【図2】同実施形態の電極体であって、その一部を展開した図。

【図3】図２の電極体の３－３位置における断面図であって、その一部を模式的に示す図。

【図4】図３の電極体の一部であって、負極板の未対向部を拡大した図。

【図5】同実施形態における電極体の組立時又は電極体が組み立てられた後の未対向部の模式図であって、（ａ）は本実施形態の未対向部、（ｂ）は従来の未対向部を示す。

【図6】リチウムイオン二次電池の未対向部の構成を変更した実施例及び比較例の表。

【図7】従来のリチウムイオン二次電池の一部であって、負極板の未対向部を拡大した図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

図１～図６に従って、リチウムイオン二次電池の一実施形態を説明する。
図１に示すように、リチウムイオン二次電池１０は、上側に開口部を有する直方体形状の電池ケース１１と、電池ケース１１を封止する蓋部１２と、電池ケース１１の内部に収容される電極体２０とを備えている。また、電池ケース１１内には非水電解質が収容されている。リチウムイオン二次電池１０は、電池ケース１１に蓋部１２を取り付けることで密閉された電槽が構成される。またリチウムイオン二次電池１０は、蓋部１２に、電力の充放電に用いられる２つの外部端子１３を備えている。

【0016】

電極体２０は、一方の端部に正極側集電部２０Ａを備え、他方の端部に負極側集電部２０Ｂを備える。正極側集電部２０Ａは、正極側集電部材５１に電気的に接続され、負極側集電部２０Ｂは、負極側集電部材５２に電気的に接続されている。正極側集電部材５１は、正極の外部端子１３に電気的に接続され、負極側集電部材５２は、負極の外部端子１３に電気的に接続される。

【0017】

図２を参照して、電極体２０の構成について説明する。電極体２０は、正極板１５と、負極板１６とをセパレータ１７を介して積層した積層体を捲回した捲回体である。セパレータ１７を介して捲回された積層体である。正極板１５は、長尺状に形成され、シート状の正極基材１８と、正極基材１８の両面に設けられた正極合剤層１９とを備える。負極板１６は、長尺状に形成され、シート状の負極基材２３と、負極基材２３の両面に設けられた負極合剤層２１とを備える。捲回前の積層体は、正極板１５及び負極板１６の長手方向が一致するように、正極板１５、セパレータ１７、負極板１６、セパレータ１７の順に積層されている。

【0018】

電極体２０は、正極板１５及び負極板１６の長尺方向に捲回され、捲回された積層体をその周面から押圧することによって扁平形状に成形されている。正極板１５の短手方向の一方の端部には、正極合剤層１９が形成されずに正極基材１８が露出した接続部１５Ａが設けられている。接続部１５Ａは、正極側集電部２０Ａを構成する。正極側集電部２０Ａは、複数の接続部１５Ａのうち向かい合う面が互いに圧接されている。

【0019】

負極板１６の短手方向の一方の端部には、負極合剤層２１が形成されずに負極基材２３が露出した接続部１６Ａが設けられている。接続部１６Ａは、負極側集電部２０Ｂを構成する。負極側集電部２０Ｂは、複数の接続部１６Ａのうち向かい合う面が互いに圧接されている。

【0020】

図３を参照して、正極板１５及び負極板１６の構成について説明する。図３は、図２中、３－３位置における断面を模式的に示す図である。正極基材１８は、金属箔（又は薄い金属板）から形成されている。正極基材１８を構成する材料は、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金を含む。なお、正極基材１８の接続部１５Ａ側において、正極合剤層１９の先端を先細り形状としているが、正極合剤層１９の先端は先細り形状ではなく、それ以外の部分と同じ厚みを有していてもよい。

【0021】

正極合剤に含まれる正極活物質は、リチウムイオン二次電池の正極活物質として使用し得ることが知られている各種の材料の１種類または複数種類を使用することができる。好適例として、層状系、スピネル系等のリチウム複合金属酸化物（例えば、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＦｅＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＮｉ_０．５Ｍｎ_１．５Ｏ_４，ＬｉＣｒＭｎＯ_４、ＬｉＦｅＰＯ_４）が挙げられる。導電材としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラックやその他（グラファイト等）の粉末状カーボン材料が例示される。バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレンブタジエンラバー（ＳＢＲ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が例示される。正極合剤は、正極活物質の他に、導電剤やバインダ等を含む。

【0022】

負極板１６は、負極基材２３の一面に設けられた第１負極合剤層２１Ａと、他面に設けられた第２負極合剤層２１Ｂとを備える。なお、第１負極合剤層２１Ａ及び第２負極合剤層２１Ｂを互いに区別しないで説明する場合には、単に負極合剤層２１として説明する。負極基材２３は、金属箔から形成されている。負極基材２３を構成する材料は、例えば、銅又はニッケルを含む。

【0023】

負極合剤に含まれる負極活物質は、リチウムイオン二次電池の負極活物質として使用し得ることが知られている各種の材料の１種類または複数種類を使用することができる。例えば、黒鉛（グラファイト）、難黒鉛化炭素（ハードカーボン）、易黒鉛化炭素（ソフトカーボン）、カーボンナノチューブ等の炭素材料が挙げられる。負極合剤は、負極活物質の他に、導電剤やバインダ等を含む。

【0024】

セパレータ１７は、ポリオレフィン系樹脂等の樹脂からなるシートである。また、セパレータ１７の表面には絶縁層が設けられていてもよい。絶縁層としては、絶縁性を有する無機フィラー、絶縁性を有する樹脂等である。セパレータ１７は、正極基材１８及び負極基材２３よりも剛性が小さい。

【0025】

また、負極合剤層２１の幅方向の長さＬ２は、正極合剤層１９の幅方向の長さＬ１よりも長くなっている。これにより、負極板１６の負極合剤層２１には、正極合剤層１９とセパレータ１７を介して対向する対向部１６Ｄと、正極合剤層１９とセパレータ１７を介して対向していない未対向部１６Ｂ，１６Ｃが設けられる。電極体２０の形成後、未対向部１６Ｃは、図３中上側の正極板１５の接続部１５Ａと、下側の正極板１５（図示略）の接続部１５Ａとに挟まれる。

【0026】

図４は、図２に示す負極板１６の未対向部１６Ｃを含む領域Ｚを拡大した図である。破線で示す基端５０は、未対向部１６Ｃの基端であって、対向部１６Ｄと未対向部１６Ｃとの境界を示している。また、第１負極合剤層２１Ａの基端５０からの長さを「長さＡ」、第２負極合剤層２１Ｂの基端５０からの長さを「長さＢ」、負極基材２３の基端５０からの長さを「長さＣ」とする。

【0027】

長さＡ、長さＢ、長さＣのうち、負極基材２３の長さＣが最も大きい。つまり、負極板１６の先端においては、負極基材２３が最も突出している（Ｃ＞Ａ，Ｃ＞Ｂ）。また、第２負極合剤層２１Ｂの長さＢは、第１負極合剤層２１Ａの長さＡよりも長い（Ｂ＞Ａ）。

【0028】

図５を参照して、本実施形態のリチウムイオン二次電池の作用について説明する。図５（ａ）は、本実施形態の負極板１６の未対向部１６Ｃを含む先端部を示す。正極側集電部２０Ａが形成されると、正極板１５の接続部１５Ａが押圧されて所定の厚さにされることにより、接続部１５Ａの間に挟まれた負極板１６の先端部は、セパレータ１７を介してそれらの接続部１５Ａから押圧力を受ける。その結果、負極板１６の先端部は、押圧力が大きい方に曲がる。第１負極合剤層２１Ａ、第２負極合剤層２１Ｂ及び負極基材２３は剛性を有するため、負極板１６の先端部は、片側に第１負極合剤層２１Ａが設けられていない部分を有する分、押圧力に沿って曲がりやすくなる。

【0029】

また、負極基材２３のうち、第１負極合剤層２１Ａよりも長い突出部分は、第１負極合剤層２１Ａの先端位置１０３と、第２負極合剤層２１Ｂの先端位置１０４とにおいて図中左側からの押圧力及び右側からの押圧力を受けて、段階的に曲がる。このため、負極基材２３の未対向部１６Ｃは、途中で折れたりすることなく、適度な曲率で曲がることができる。なお、図５（ａ）では、未対向部１６Ｃが第１負極合剤層２１Ａ側に屈曲している状態を示しているが、未対向部１６Ｃが第２負極合剤層２１Ｂ側に屈曲する場合も、負極基材２３が段階的に曲がり、その作用は同様である。

【0030】

図５（ｂ）は、従来の負極板１６の未対向部１６Ｚを示す。未対向部１６Ｚでは、第１負極合剤層２１Ａの先端及び第２負極合剤層２１Ｂの先端は、ずらされることなく同じ位置に設けられている。未対向部１６Ｚは、本実施形態の未対向部１６Ｃに比べ、第１負極合剤層２１Ａ及び第２負極合剤層２１Ｂが長い分、全体として剛性が大きくなり、曲がりにくい。このように負極板１６の先端部の曲がり具合が小さい状態で、その両側からの押圧力が大きくなると、第２負極合剤層２１Ｂとセパレータ１７との接点Ｐ１、及び第１負極合剤層２１Ａとセパレータ１７との接点Ｐ２に加わる力が特に大きくなる。その結果、セパレータ１７が損傷する可能性がある。また、第１負極合剤層２１Ａの先端及び第２負極合剤層２１Ｂの先端をずらさず、負極基材２３の先端だけを突出させる場合には、負極基材２３の先端は曲がりやすくなるものの、本実施形態の未対向部１６Ｃのように段階的に曲がらない。このため、負極基材２３の突出部分が、基端から折れるか、又は曲率が大きすぎてセパレータ１７側に突出してセパレータ１７を損傷させやすい。

【0031】

次に、未対向部１６Ｃにおける第１負極合剤層２１Ａの長さＡ、第２負極合剤層２１Ｂの長さＢ、負極基材２３の長さＣの好適な範囲について説明する。上述したように、第２負極合剤層２１Ｂの長さＢは第１負極合剤層２１Ａの長さＡよりも長く、負極基材２３の長さＣは、第１負極合剤層２１Ａの長さＡ及び第２負極合剤層２１Ｂの長さＢよりも長い（Ｃ＞Ｂ＞Ａ）ことを前提とする。

【0032】

第１負極合剤層２１Ａの長さＡ及び第２負極合剤層２１Ｂの長さＢとの差（「Ｂ－Ａ」）は、３０μｍ以上３００μｍ未満であることが好ましい（条件１）。長さＡ及び長さＢの差が３０μｍ未満であると、正極側集電部２０Ａを形成する際に負極板１６の未対向部１６Ｃを含む先端部が曲がりにくくなるため、セパレータ１７が損傷する可能性がある。また、第１負極合剤層２１Ａの長さＡ及び第２負極合剤層２１Ｂの長さＢの差が３００μｍ以上であると、負極基材２３に皺が発生しやすくなる。つまり、負極合剤は負極基材２３に塗布される際はペースト状であるが乾燥すると、負極合剤層２１が負極基材２３を引っ張る力が生じる。第１負極合剤層２１Ａの長さＡ及び第２負極合剤層２１Ｂの長さＢの差が３００μｍ以上となって、負極基材２３の両面における引張力の差が大きくなると、負極基材２３に引張力の差に起因する皺が生じる。負極基材２３に皺が生じると、リチウムイオン二次電池の充放電において、皺にリチウムイオンが滞留しやすくなる。そして、皺に滞留したリチウムイオンが正極合剤層１９の端部に集中すると、その端部においてリチウムが析出しやすくなる。また、このように負極基材２３に皺が生じると、正極板１５、負極板１６及びセパレータ１７を捲回する過程で、セパレータ１７にも皺が発生し、セパレータ１７が損傷する可能性がある。第１負極合剤層２１Ａの長さＡ及び第２負極合剤層２１Ｂの長さＢとの差を上記の範囲にすることにより、リチウムの析出を抑制するとともに、セパレータ１７の損傷を抑制する効果が高められる。

【0033】

また、負極基材２３の長さＣは、０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ未満であることが好ましい（条件２）。長さＣが０．３ｍｍ未満の場合、第１負極合剤層２１Ａの先端及び第２負極合剤層２１Ｂの先端をずらすスペースが十分確保できない。また、未対向部１６Ｃの負極基材２３が３．０ｍｍ以上となると、正極側集電部２０Ａを形成する際に、負極基材２３の先端がセパレータ１７に接触しやすくなり、セパレータ１７を損傷する可能性がある。負極基材２３の長さＣを上記範囲にすることにより、セパレータ１７の損傷を抑制する効果が高められる。

【0034】

さらに、第１負極合剤層２１Ａの長さＡ及び第２負極合剤層２１Ｂの長さＢは、０ｍｍよりも大きく２．９ｍｍよりも小さい範囲内であることが好ましい（条件３）。第１負極合剤層２１Ａの長さＡ及び第２負極合剤層２１Ｂの長さＢが２．９ｍｍ以上となると、未対向部１６Ｃが増えることになるので、放電時に未対向部１６Ｃから正極合剤層１９の端部へ移動するリチウムイオンが多くなる。正極合剤層１９の端部において、リチウムイオンの濃度が高くなると、リチウムが析出しやすくなる。第１負極合剤層２１Ａの長さＡ及び第２負極合剤層２１Ｂの長さＢを上記範囲にすることにより、負極容量を確保するとともに、リチウムの析出を抑制することができる。なお、この「条件３」は、「条件１（３０μｍ≦Ｂ－Ａ＜３００μｍ）」を前提とすることが好ましい。

【0035】

本実施形態の効果について説明する。
（１）上記構成によれば、正極板１５の接続部１５Ａに挟まれる負極板１６の先端部のうち、第１負極合剤層２１Ａの先端及び第２負極合剤層２１Ｂの先端は、負極板１６の先端に向かう方向にずれている。また、未対向部１６Ｃの基端５０から第１負極合剤層２１Ａの先端までの長さＡは、未対向部１６Ｃの基端５０から第２負極合剤層２１Ｂの先端までの長さＢよりも短い。正極側集電部２０Ａが形成されることにより、セパレータ１７を介して正極板１５に挟まれた負極板１６の先端部は、両側から押圧力を受けるが、第１負極合剤層２１Ａが短くなるように設けられることで、両側から受ける押圧力のうち大きい方の押圧力の方向に曲がりやすくなる。このように負極板１６の未対向部１６Ｃが、押圧力に逆らったり折れたりせず、押圧力の方向に沿って適度な曲率で曲がることで、負極板１６及びセパレータ１７の接触によるセパレータ１７の損傷を抑制することができる。

【0036】

また、長さＡ及び長さＢの差が過小であると、正極側集電部２０Ａを形成する際に負極板１６の未対向部１６Ｃが曲がりにくくなるため、電極体２０の構成によっては、セパレータ１７が損傷する可能性がある。また、長さＡ及び長さＢの差が過大であると、負極基材２３に皺が発生し、皺にリチウムイオンが滞留しやすくなるため、それらのリチウムイオンが移動する正極板１５の端部でリチウムが析出しやすくなる。また、電池の製造工程において、負極基材２３に発生した皺の影響で、セパレータ１７にも皺が発生して、セパレータ１７が損傷する可能性がある。上記実施形態では、長さＡ及び長さＢの差が３０μｍ以上であるため、セパレータ１７の損傷を抑制することができる。また、長さＡ及び長さＢの差が３００μｍ未満であるため、リチウムの析出を抑制するとともに、セパレータ１７の損傷を抑制することができる。

【0037】

（２）負極基材２３の先端は、第１負極合剤層２１Ａ及び第２負極合剤層２１Ｂよりも突出することでセパレータ１７を介して正極板１５からうける押圧力の方向に曲がりやすくなる。これにより、正極板１５の接続部１５Ａの間で、未対向部１６Ｃが適度な曲率で曲がるため、負極板１６及びセパレータ１７の接触によるセパレータ１７の損傷を抑制することができる。

【0038】

（３）未対向部１６Ｃの基端５０から第１負極合剤層２１Ａの先端までの長さＡ及び未対向部１６Ｃの基端５０から第２負極合剤層２１Ｂの先端までの長さＢが長くなると、未対向部１６Ｃが増えることになるので、放電時に未対向部１６Ｃから正極合剤層１９の端部へ移動するリチウムイオンの濃度も高くなる。この端部におけるリチウムイオンの濃度が高くなると、この部分でリチウムが析出しやすくなる。上記実施形態では、長さＡ及び長さＢを０ｍｍよりも大きくしたので、未対向部１６Ｃを確保することができる。また、長さＡ及び長さＢを２．９ｍｍよりも小さくしたので、未対向部１６Ｃに含まれるリチウムイオンの濃度を適正な範囲とし、正極板１５におけるリチウムの析出を抑制することができる。

【0039】

（４）未対向部１６Ｃの基端５０から負極基材２３の先端までの長さＣ、つまり負極基材２３の長さＣが短すぎると、第１負極合剤層２１Ａの先端及び第２負極合剤層２１Ｂの先端をずらすことが困難となる。また、未対向部１６Ｃの負極基材２３が長すぎると、正極側集電部２０Ａを形成する際に、セパレータ１７を損傷しやすくなる。負極基材２３の長さを０．３ｍｍ以上とすることで、第１負極合剤層２１Ａの先端及び第２負極合剤層２１Ｂの先端を十分な差を設けてずらすことができる。また、長さＣを３．０ｍｍ未満としたので、セパレータ１７の損傷を抑制することができる。

【実施例】

【0040】

以下、図６を参照して、実施例１～１１、比較例１～５について説明する。なお、実施例は本発明を限定するものではない。なお、実施例１～１１は、上記した条件１～３をいずれも満たす。

【0041】

（実施例１）
黒鉛を負極活物質として含む負極合剤ペーストを形成し、負極合剤ペーストを、銅箔からなる長尺状の負極基材２３の両面に、接続部１６Ａ、未対向部１６Ｂ，１６Ｃを設けて塗布した。さらに、負極基材に負極合剤ペーストを塗布したものを、乾燥させ、プレスすることによって負極板１６を作成した。なお、接続部１６Ａと反対側の未対向部１６Ｃにおいて、基端５０からの第１負極合剤層２１Ａの長さＡ、基端５０からの第２負極合剤層２１Ｂの長さＢ、基端５０からの負極基材２３の長さＣを、９５０μｍ、９８０μｍ、１ｍｍとした。この場合、長さＡ及び長さＢの差は、３０μｍである。

【0042】

また、長尺状のアルミニウム箔からなる正極基材１８の両面に、接続部１５Ａを設けた状態で正極合剤層１９を形成し、正極板１５を作成した。そして、正極板１５の接続部１５Ａが片側に突出し、負極板１６の接続部１６Ａがもう一方の片側に突出するように、正極板１５、セパレータ１７、負極板１６、セパレータ１７の順で積層した。セパレータ１７は、ポリオレフィン系樹脂からなるシートを用いた。そして、その積層体を長手方向の端部から捲回して捲回体を作成し、その断面が扁平な形状となるように両側から押圧した。さらにその捲回体の片側に正極側集電部２０Ａを形成し、正極側集電部材５１を溶接した。また、捲回体のもう一方の片側に突出する接続部１６Ａを押圧して、負極側集電部２０Ｂを形成し、負極側集電部材５２を溶接した。

【0043】

そして、電極体２０を、電池ケース１１に収容し、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）を含む溶媒に、ヘキサフルオロリン酸リチウムを溶解した非水電解質を収容し、電池ケース１１に蓋部１２を取り付けてリチウムイオン二次電池１０を作成した。また、電極体２０を電池ケース１１に収容し蓋部１２を取り付けて、非水電解質無しのリチウムイオン二次電池を作成した。

【0044】

（実施例２）
基端５０からの第１負極合剤層２１Ａの長さＡ、基端５０からの第２負極合剤層２１Ｂの長さＢ、基端５０からの負極基材２３の長さＣを、それぞれ９００μｍ、９５０μｍ、１ｍｍとした。それ以外は実施例１と同様にリチウムイオン二次電池を作成した。

【0045】

（実施例３）
基端５０からの第１負極合剤層２１Ａの長さＡ、基端５０からの第２負極合剤層２１Ｂの長さＢ、基端５０からの負極基材２３の長さＣを、それぞれ２００μｍ、２５０μｍ、０．３ｍｍとした。それ以外は実施例１と同様にリチウムイオン二次電池を作成した。

【0046】

（実施例４）
基端５０からの第１負極合剤層２１Ａの長さＡ、基端５０からの第２負極合剤層２１Ｂの長さＢ、基端５０からの負極基材２３の長さＣを、それぞれ２００μｍ、２５０μｍ、１ｍｍとした。それ以外は実施例１と同様に二次電池を作成した。

【0047】

（実施例５）
基端５０からの第１負極合剤層２１Ａの長さＡ、基端５０からの第２負極合剤層２１Ｂの長さＢ、基端５０からの負極基材２３の長さＣを、それぞれ９００μｍ、９５０μｍ、１ｍｍとした。それ以外は実施例１と同様に二次電池を作成した。

【0048】

（実施例６）
基端５０からの第１負極合剤層２１Ａの長さＡ、基端５０からの第２負極合剤層２１Ｂの長さＢ、基端５０からの負極基材２３の長さＣを、それぞれ２８００μｍ、２８５０μｍ、２．９ｍｍとした。それ以外は実施例１と同様にリチウムイオン二次電池を作成した。

【0049】

（実施例７）
基端５０からの第１負極合剤層２１Ａの長さＡ、基端５０からの第２負極合剤層２１Ｂの長さＢ、基端５０からの負極基材２３の長さＣを、それぞれ１００μｍ、２００μｍ、０．３ｍｍとした。それ以外は実施例１と同様にリチウムイオン二次電池を作成した。

【0050】

（実施例８）
基端５０からの第１負極合剤層２１Ａの長さＡ、基端５０からの第２負極合剤層２１Ｂの長さＢ、基端５０からの負極基材２３の長さＣを、それぞれ８５０μｍ、９５０μｍ、１ｍｍとした。それ以外は実施例１と同様にリチウムイオン二次電池を作成した。

【0051】

（実施例９）
基端５０からの第１負極合剤層２１Ａの長さＡ、基端５０からの第２負極合剤層２１Ｂの長さＢ、基端５０からの負極基材２３の長さＣを、それぞれ７００μｍ、８５０μｍ、１ｍｍとした。それ以外は実施例１と同様にリチウムイオン二次電池を作成した。

【0052】

（実施例１０）
基端５０からの第１負極合剤層２１Ａの長さＡ、基端５０からの第２負極合剤層２１Ｂの長さＢ、基端５０からの負極基材２３の長さＣを、それぞれ７００μｍ、８００μｍ、１ｍｍとした。それ以外は実施例１と同様にリチウムイオン二次電池を作成した。

【0053】

（実施例１１）
基端５０からの第１負極合剤層２１Ａの長さＡ、基端５０からの第２負極合剤層２１Ｂの長さＢ、基端５０からの負極基材２３の長さＣを、それぞれ２６００μｍ、２７５０μｍ、２．９ｍｍとした。それ以外は実施例１と同様にリチウムイオン二次電池を作成した。

【0054】

（比較例１）
基端５０からの第１負極合剤層２１Ａの長さＡ、基端５０からの第２負極合剤層２１Ｂの長さＢ、基端５０からの負極基材２３の長さＣを、それぞれ９５０μｍ、９５０μｍ、１ｍｍとした。それ以外は実施例１と同様にリチウムイオン二次電池を作成した。第１負極合剤層２１Ａの長さＡ及び第２負極合剤層２１Ｂの長さＢとの差（「Ｂ－Ａ」）は、０μｍであり、条件１の長さＡと長さＢとの差の好適な範囲を満たさない。

【0055】

（比較例２）
基端５０からの第１負極合剤層２１Ａの長さＡ、基端５０からの第２負極合剤層２１Ｂの長さＢ、基端５０からの負極基材２３の長さＣを、それぞれ９５０μｍ、９７０μｍ、１ｍｍとした。それ以外は実施例１と同様にリチウムイオン二次電池を作成した。第１負極合剤層２１Ａの長さＡ及び第２負極合剤層２１Ｂの長さＢとの差（「Ｂ－Ａ」）は、２０μｍであり、条件１の長さＡと長さＢとの差の好適な範囲を満たさない。

【0056】

（比較例３）
基端５０からの第１負極合剤層２１Ａの長さＡ、基端５０からの第２負極合剤層２１Ｂの長さＢ、基端５０からの負極基材２３の長さＣを、それぞれ２９００μｍ、２９５０μｍ、３ｍｍとした。それ以外は実施例１と同様にリチウムイオン二次電池を作成した。負極基材２３の長さＣは、３ｍｍであり、条件２の長さＣの好適な範囲及び条件３の長さＡ，Ｂの好適な範囲を満たさない。

【0057】

（比較例４）
基端５０からの第１負極合剤層２１Ａの長さＡ、基端５０からの第２負極合剤層２１Ｂの長さＢ、基端５０からの負極基材２３の長さＣを、それぞれ２７００μｍ、２８５０μｍ、３ｍｍとした。それ以外は実施例１と同様にリチウムイオン二次電池を作成した。負極基材２３の長さＣは、３ｍｍであり、条件２の長さＣの好適な範囲を満たさない。

【0058】

（比較例５）
基端５０からの第１負極合剤層２１Ａの長さＡ、基端５０からの第２負極合剤層２１Ｂの長さＢ、基端５０からの負極基材２３の長さＣを、それぞれ６５０μｍ、９５０μｍ、１ｍｍとした。それ以外は実施例１と同様にリチウムイオン二次電池を作成した。第１負極合剤層２１Ａの長さＡ及び第２負極合剤層２１Ｂの長さＢとの差（「Ｂ－Ａ」）は、条件１の長さＡと長さＢとの差の好適な範囲を満たさない。

【0059】

（評価）
実施例１～１１及び比較例１～５の非水電解質を収容したリチウムイオン二次電池について、３０Ｃで充電を行った後、３０Ｃで放電を行った。これを１サイクルとして、充放電を１０００サイクル繰り返し、正極板１５の端部におけるリチウムの析出の有無を目視及び電子顕微鏡で観察した。また、セパレータ１７の絶縁機能を確認するため、非水電解質無しのリチウムイオン二次電池に４００Ｖの高電圧を印加して、電流が流れるか否かを観察する高電圧絶縁試験を行った。リチウムの析出を確認した場合を「×」、析出が無かった場合を「〇」とした。また、高電圧絶縁試験で電流が流れなかった場合を「〇」、電流が流れた場合を「×」とした。

【0060】

実施例１～１１の二次電池は、いずれもリチウムの析出が確認されず、高電圧絶縁試験において電流が流れなかったため、評価を「〇」とした。一方、比較例１，２は、リチウムの析出は無いが、高電圧絶縁試験で電流が流れたため、高電圧絶縁試験の評価を「×」とした。

【0061】

比較例３は、リチウムの析出が確認されるとともに、高電圧絶縁試験において電流が流れたため、リチウムの析出及び高電圧絶縁試験の評価を「×」とした。比較例４は、リチウムの析出は無いが、高電圧絶縁試験で電流が流れたため、高電圧絶縁試験の評価を「×」とした。比較例５は、リチウムの析出が確認されるとともに、高電圧絶縁試験で電流が流れたため、リチウムの析出及び高電圧絶縁試験の評価を「×」とした。

【0062】

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。
・上記実施形態では、リチウムイオン二次電池１０の電極体２０は、条件１～３をいずれも満たすものとしたが、少なくとも一つを満たせばよい。条件１～３の少なくとも一つが満たされた場合、その条件によっては、セパレータ１７の損傷の抑制効果又はリチウムの析出の抑制効果を得ることが可能である。

【0063】

・上記実施形態では、負極板１６の未対向部１６Ｃにおいて、負極基材２３を、第１負極合剤層２１Ａ及び第２負極合剤層２１Ｂよりも突出させた。しかし、これに限らず、第２負極合剤層２１Ｂの長さＢを負極基材２３の長さＣと同じとし、第１負極合剤層２１Ａの長さＡをそれらの長さよりも短くするようにしてもよい。

【0064】

・上記実施形態では、リチウムイオン二次電池を、電極体２０が、長尺の正極板及び長尺の負極板を長尺のセパレータを介して扁平に捲回した捲回型の構造である電池として説明した。しかし、これに限らず、複数の正極板及び複数の負極板を、セパレータを介して交互に積層した積層体にしてもよい。積層体であっても、電極体の一方の端部が押圧されて正極側集電部２０Ａが形成され、電極体の他方の端部が押圧されて負極側集電部２０Ｂが形成されるので、各負極板のうち、正極板の接続部１５Ａに挟まれる先端部において第１負極合剤層及び第２負極合剤層の先端をずらすことにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0065】

・リチウムイオン二次電池１０は、電気自動車、ハイブリッド自動車、ガソリン自動車やディーゼル自動車等の車両やその他の移動体に用いられてもよい。又は、固定設置されてもよい。

【符号の説明】

【0066】

１０…リチウムイオン二次電池、１１…電池ケース、１２…蓋部、１３…外部端子、１５…正極板、１５Ａ…接続部、１６…負極板、１６Ａ…接続部、１６Ｂ，１６Ｃ…未対向部、１６Ｄ…対向部、１６Ｚ…未対向部、１７…セパレータ、１８…正極基材、１９…正極合剤層、２０…電極体、２０Ａ…正極側集電部、２０Ｂ…負極側集電部、２１Ａ…第１負極合剤層、２１Ｂ…第２負極合剤層、２３…負極基材、５０…基端、５１…正極側集電部材、５２…負極側集電部材。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】