特許 7170576 電気化学素子及び電気化学素子の製造方法

(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】2022-11-04

(45)【発行日】2022-11-14

(54)【発明の名称】電気化学素子及び電気化学素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 6/16 20060101AFI20221107BHJP

   H01M 50/497 20210101ALI20221107BHJP

   H01M 50/491 20210101ALI20221107BHJP

   H01M 50/457 20210101ALI20221107BHJP

   H01M 50/417 20210101ALI20221107BHJP

   H01M 50/489 20210101ALI20221107BHJP

【ＦＩ】

H01M6/16 B

H01M50/497

H01M50/491

H01M50/457

H01M50/417

H01M50/489

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019065451

(22)【出願日】2019-03-29

(65)【公開番号】P2020167006

(43)【公開日】2020-10-08

【審査請求日】2022-02-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000237721

【氏名又は名称】ＦＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】桑村 俊行

【審査官】前田 寛之

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－１６８４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００８－５００７０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１５５７０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ６／００－ ６／２２

Ｈ０１Ｍ１０／００－１０／３９

Ｈ０１Ｍ５０／４０－５０／４９７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

筒と前記筒の両端を塞ぐ２つの底とを有する外装体と、
前記筒の内側に接し前記筒の一端側に第１空間を設けて配置されたイオンの吸蔵が可能な筒形の正極と、
前記正極の中空内に設けられ、前記一端側に第２空間を設けて配置された筒形の負極と、
前記正極の中空内と前記負極の外周との間に設けた第１部材と、前記第１部材に接し前記第１空間と前記第２空間とを仕切る、前記第１部材よりもイオン電導特性が低い第２部材とを有するセパレータと、
前記正極、前記負極及び前記セパレータとともに前記外装体に封入される電解液と、
を備えたことを特徴とする電気化学素子。

【請求項2】

前記負極は、前記筒の前記一端に向けて前記正極より短い長さを有し、
前記セパレータは、前記第２部材が前記一端に向かう前記負極の先端から前記一端に向けて延びる
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学素子。

【請求項3】

前記セパレータは、前記第１部材に前記イオンが通過可能な複数の孔を備え、前記第２部材には前記イオンが通過可能な孔の数が前記第１部材よりも少ないことを特徴とする請求項１又は２に記載の電気化学素子。

【請求項4】

前記第２部材は、前記第１部材と接し前記イオンの通過を許容する第１層、及び、前記第１層の前記筒に近い側の表面に設けられ前記第１部材よりも低いイオン電導特性を有する第２層を有することを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の電気化学素子。

【請求項5】

前記セパレータの前記第１部材は、ポリエチレン又はポリプロピレンのうちの１つ又はその組み合わせで生成されることを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載の電気化学素子。

【請求項6】

前記セパレータは、前記第２部材が前記電解液の吸液性が低い素材で生成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気化学素子。

【請求項7】

一端が有底の筒の内側に接し該筒の他端側に第１空間を設けて配置されたイオンの吸蔵が可能な筒形の正極と、前記正極の中空内に設けられ前記他端側に第２空間を設けて配置された筒形の負極との間に、前記正極の中空内と前記負極の外周との間に設けた第１部材と、前記第１部材に接し前記第１空間と前記第２空間とを仕切る、前記第１部材よりもイオン電導特性が低い第２部材とを有するセパレータを配置する配置工程と、
前記筒に電解液を注液する注液工程と、
前記筒の前記他端を塞いで封止する封止工程と
を含むことを特徴とする電気化学素子の製造方法。

【請求項8】

前記第１部材となるセパレータ材のシートの内、一部のイオン電導特性を低減させて前記第２部材を生成する生成工程をさらに有することを特徴とする請求項７に記載の電気化学素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気化学素子及び電気化学素子の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電気化学素子であるリチウム電池は、例えば、二酸化マンガンを正極活物質とし、リチウム金属やリチウム合金（以下、負極リチウムとも言う）を負極活物質とする。正極は、電池缶やラミネートフィルムなどの外装体内に、正極活物質を含むスラリー状の正極材料をシート状の集電体上に塗布して生成される。また、負極は、シート状の集電体上に平板状の負極リチウムが配置されることで生成される。そして、リチウム電池は、セパレータを介して正極と負極とが対向配置された電極体を有する。リチウム電池は、その電極体が非水系の有機電解液とともに外層体内に密閉された構造を有する。

【0003】

セパレータは、電解液を通過させ、リチウムイオンの移動を生じさせることを可能にして、電気的な短絡が起こらないように電極間を分離するような物質で構成される。リチウム電池の放電は、リチウムイオンが電解液中で負極と正極との間を移動することによって行われる。すなわち、放電時には、負極側から電解液中に抜け出したリチウムイオンが正極側に移動して吸収される。放電は、外部接続の抵抗（負荷）を介して行われる。

【0004】

このようなリチウム電池に関して、正極板と負極板とセパレータとを渦巻き状にしたスパイラル型のリチウム電池であって、負極側のリード線接続部近傍のセパレータに穴の開いていない材料を用いる従来技術がある。また、正極の上部に合剤押えリングを設けたリチウム電池の従来技術がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平１１－３０７１２８号公報

【文献】特開２００１－２７３９１１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、放電時に正極にリチウムイオンが入り込むことで、正極が膨張する。正極が膨張すると、体積が大きくなることから電解液を吸い込む量が増大し、電解液が不足する場合がある。この場合、電解液が不足してリチウム電池の放電容量が低下するおそれがある。

【0007】

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、放電容量の低下を軽減する電気化学素子及び電気化学素子の製造方法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】

本願の開示する電気化学素子及び電気化学素子の製造方法の一つの態様において、外装体は、筒と上記筒の両端を塞ぐ２つの底とを有する。正極は、上記筒の内側に接し上記筒の一端側に第１空間を設けて配置されたイオンの吸蔵が可能な筒形の部材である。負極は、上記正極の中空内に設けられ、上記一端側に第２空間を設けて配置された筒形の部材である。セパレータは、上記正極の中空内と上記負極の外周との間に設けた第１部材と、上記第１部材に接し上記第１空間と上記第２空間とを仕切る、上記第１部材よりもイオン電導特性が低い第２部材とを有する。電解液は、上記正極、上記負極及び上記セパレータとともに上記外装体に封入される。

【発明の効果】

【0009】

１つの側面では、本発明は、放電容量の低下を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、実施例１に係るリチウム電池の概略構成を示す断面図である。

【図2】図２は、実施例１に係るリチウム電池におけるリチウムイオンの移動を説明するための図である。

【図3】図３は、実施例１に係るリチウム電池の製造工程のフローチャートである。

【図4】図４は、実施例１に係るリチウム電池と従来型リチウム電池との比較を説明するための図である。

【図5】図５は、実施例２に係るリチウム電池の概略構成を示す断面図である。

【図6】図６は、実施例３に係るリチウム電池の概略構成を示す断面図である。

【図7】図７は、実施例４に係るリチウム電池の概略構成を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に、本願の開示する電気化学素子及び電気化学素子の製造方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施例により本願の開示する電気化学素子及び電気化学素子の製造方法が限定されるものではない。

【実施例1】

【0012】

図１は、実施例１に係るリチウム電池の概略構成を示す断面図である。図１に示されるように、本実施例に係る電気化学素子であるリチウム電池１０は、ボビン型の乾電池であり、一次電池である。リチウム電池１０は、外径Φ１４ｍｍであり、高さ２５ｍｍである。リチウム電池１０は、外装に正極缶１１を有する。

【0013】

正極缶１１は、例えばＳＵＳ３０４などのステンレス鋼材をプレス加工することで製造されたプレス加工品である。正極缶１１は、開口部、胴部及び底部を有する有底円筒形に形成される。正極缶１１の底部の中央に正極端子１８が突設されている。正極缶１１のビッカース硬度Ｈｖは、３００～４００程度である。以下の説明では、正極缶１１の開口が開く方向を上方向とし、開口から底部に向かう方向を下方向とする。正極缶１１の内部に、円筒形の正極合剤１２が装填される。

【0014】

正極合剤１２は、例えば、熱処理済みマンガン、導電性黒鉛、及びバインダとしての粉末フッ素樹脂であるＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）を混合した正極合剤粉を円筒形にプレス成形することで作製される。正極合剤１２の材料としては、例えば、二酸化マンガン、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム又はリン酸鉄リチウムなどを用いることができる。正極合剤１２は、リチウムイオンを吸収して蓄積する。

【0015】

正極合剤１２の外周は、正極缶１１の内周に接するように配設される。そして、正極合剤１２は、金属製の負極端子２０、金属製の封口板２１、樹脂製の封止ガスケット２２及びワッシャ２３を有する封口体により封口された正極缶１１における封口板２１との間に空間Ａ１を有する。空間Ａ１は、「第１空間」の一例にあたる。

【0016】

本実施例では、正極合剤１２の組成は、熱処理済みマンガンが９０ｗｔ％であり、導電性黒鉛が８ｗｔ％であり、ＰＴＦＥが２ｗｔ％である。また、本実施例における正極合剤１２の厚さは、４．２ｍｍである。この正極合剤１２の内部に、セパレータ１３及びリチウム負極１５が配置される。

【0017】

リチウム負極１５は、リチウム金属の金属板を円筒形にロール加工（曲げ加工）して作製される。リチウム負極１５の材料としては、例えば、リチウム金属、リチウムアルミ合金、黒鉛及びチタン酸リチウムを用いることができる。

【0018】

リチウム負極１５の外周は、セパレータ１３を介して正極合剤１２の内周に対向するように配置される。また、リチウム負極１５は、封口された正極缶１１における金属製の負極端子２０、金属製の封口板２１、樹脂製の封止ガスケット２２及びワッシャ２３を有する封口体との間に空間Ａ２を有する。空間Ａ２は、「第２空間」の一例にあたる。空間Ａ２は、正極缶１１の両端の円の中心を貫通する軸方向に開口部からの距離が空間Ａ１よりも長い。すなわち、リチウム負極１５の上端は、正極合剤１２の上端よりも低い位置にある。

【0019】

また、リチウム負極１５の内周には、負極集電体１７が設けられる。負極集電体１７は、リチウム負極１５の上端から突出し、負極端子２０に溶接により接続される。

【0020】

セパレータ１３は、樹脂を材料とした膜状の部材である。例えば、セパレータ１３は、ポリプロピレン製のフィルムを延伸することで生成される。本実施例では、セパレータ１３の厚み、すなわち、図１においてセパレータ１３の水平方向の大きさｄは、０．１７５ｍｍである。セパレータ１３としては、例えば、ポリエチレン又はポリプロピレンの不織布やガーレー値７．０以上であり空孔率５５％の単層微細孔ポリプロピレンなどを用いることができる。ここで、ガーレー値とは、１２．２インチの水圧下で１０ｃｃの空気が当該等製品１インチ四方を通過するのに要する秒数をいう。

【0021】

ここで、本実施例では、正極合剤１２の厚みとセパレータ１３との厚みとの比は、１７～２５である。例えば、セパレータ１３の厚みは０．０２０ｍｍ～０．２ｍｍとすることができ、正極合剤１２の厚みは３．０ｍｍ～７．５ｍｍとすることができる。

【0022】

セパレータ１３は、リチウム負極１５に巻きつけられる。すなわち、セパレータ１３は、正極合剤１２とリチウム負極１５とに挟まれるように配置される。内周側に負極集電体１７が設けられたリチウム負極１５にセパレータ１３を巻きつけた部材が負極ユニットである。

【0023】

絶縁テープ１４は、セパレータ１３と比較して低いイオン電導特性を有する部材もしくは調和電解液（図示せず）の吸液性が低い材質の部材であり、リチウムイオンの透過が困難な部材である。ここで、調和電解液の吸液性とは、単位体積当たりの調和電解液の吸収量を指す。本実施例では、１０ｍｍ２のセパレータ１３及びセパレータ１４を、調和電解液に１０秒間浸した場合の、セパレータ１３の吸液性が０．７ｍｇ／ｍｍ^２であるのに対して、絶縁テープ１４の吸液性は、０．２ｍｇ／ｍｍ^２である。

【0024】

絶縁テープ１４は、例えば、電気絶縁用ポリエステルを素材とするテープである。絶縁テープ１４は、リチウムイオンが通過可能な孔を有さない。ここで、絶縁テープ１４は、リチウムイオンが通過可能な孔を有さないもしくはセパレータ１３の孔よりも少ない、又は、セパレータ１３よりもリチウムイオンを通しにくいなどの低いイオン電導特性を有する材質であれば他の素材を用いてもよい。絶縁テープ１４の材料としては、ポリフェニレンスルファイド、ポリフェニレンエーテル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン又はポリプロピレン等の電気絶縁性材料を用いることができる。

【0025】

絶縁テープ１４は、セパレータ１３の外周において、リチウム負極１５と正極合剤１２とに対向しない領域であり、リチウム負極１５の上端よりも上側の領域に設置される。これにより、正極合剤１２のリチウム負極１５の上端より上方にある部分及び正極合剤１２の上部の空間Ａ１と、リチウム負極１５の上部の空間Ａ２とが絶縁テープ１４により分離され、その間のリチウムイオンの移動が抑制される。すなわち、絶縁テープ１４及びセパレータ１３の絶縁テープ１４が配置された部分により、空間Ａ１及びＡ２が仕切られる。

【0026】

本実施例では、セパレータ１３に絶縁テープ１４を配設した部材が、「リチウム電池１０のセパレータ」にあたる。そして、絶縁テープ１４及びセパレータ１３の絶縁テープ１４にあたる部分が、「第２部材」の一例にあたる。この部分におけるセパレータ１３が「第１層」の一例にあたり、絶縁テープ１４が「第２層」の一例にあたる。また、セパレータ１３の絶縁テープ１４が配置されていない領域が、「第１部材」の一例にあたる。

【0027】

また、正極缶１１の内部には、図示されない調和電解液が注液される。調和電解液は、例えば、過塩素酸リチウムを溶質とし、プロピレンカーボネート（ＰＣ：Propylene Carbonate）及び１，２－ジメトキシタエン（ＤＭＥ：Dimethoxyethane）を溶媒とした溶液からなる。

【0028】

正極缶１１の開口部は、金属製の負極端子２０、金属製の封口板２１、樹脂製の封止ガスケット２２及びワッシャ２３を有する封口体によって封口される。封口板２１は、中央に開口を有する円盤状で、円盤の外周部分が正極缶１１の開口が開く向きに向かって屈曲する。封口板２１の開口には負極端子２０とワッシャ２３とが封止ガスケット２２を介してかしめられている。さらに、封口板２１の外周端と正極缶１１の開口端とが溶接される。これにより、正極缶１１の開口が封口体により封口され、正極缶１１が密封される。正極缶１１に封口体を接続した部材が、「外装体」の一例にあたる。

【0029】

ここで、図２を参照して、リチウムイオンの移動について説明する。図２は、実施例１に係るリチウム電池におけるリチウムイオンの移動を説明するための図である。

【0030】

リチウム負極１５から調和電解液に抜け出したリチウムイオンは、セパレータ１３に移動しセパレータ１３の全体に行きわたる。セパレータ１３のリチウム負極１５と正極合剤１２とが対向する領域は、リチウムイオンが正極合剤１２に移動可能である。そこで、例えば図２の矢印Ｐで示される方向において、セパレータ１３のリチウム負極１５と正極合剤１２とが対向する領域では、リチウム負極１５から正極合剤１２へのリチウムイオンの移動が発生する。

【0031】

これに対して、セパレータ１３のリチウム負極１５の上端より上の領域には、絶縁テープ１４が貼られている。これにより、例えば図２の矢印Ｑで示される方向において、放電時にリチウムイオンが正極合剤１２に入り込む方向が絶縁テープ１４により制限され、リチウム負極１５の上端よりも上の位置におけるセパレータ１３から正極合剤１２へのリチウムイオンの移動Ｑが抑制される。

【0032】

正極合剤１２は、リチウムイオンが入り込むことで上部の空間Ａ１に向けて膨張する。例えば、絶縁テープ１４が配置されていない従来型リチウム電池では、正極合剤１２の膨張した部分にリチウムイオンがさらに入り込むことで、正極合剤１２は上部の空間Ａ１に向けてより大きく膨張する。このように正極合剤１２が膨張することにより、調和電解液の吸収量が増加して、吸収されずに残る調和電解液の量が少なくなる。例えば、本実施例では、セパレータ１３の厚みと正極合剤１２の厚みの比は、０．０４であり、正極合剤１２はセパレータ１３などに比べて非常に厚い。正極合剤１２の膨張による嵩の増大量はリチウム電池１０全体で見たときに大きい割合を占めるので、正極合剤１２の膨張を抑えることは調和電解液の減少を軽減するために大きな役割を果たすといえる。

【0033】

本実施例に係るリチウム電池１０は、上述したようにリチウム負極１５の上端よりも上の位置での正極合剤１２へのリチウムイオンの移動が抑制されるため、正極合剤１２の膨張した部分へのリチウムイオンの進入を抑止できる。したがって、正極合剤１２の上部の空間Ａ１に向けての膨張を低減することができ、正極合剤１２の膨張による調和電解液の減少を抑制することができる。

【0034】

また、正極合剤１２においてリチウム負極１５と対向しない部分は、電池としての機能が低い。そのため、その部分におけるリチウムイオンの移動を抑制しても、リチウムイオン電池１０の機能への影響は少ない。すなわち、正極合剤１２においてリチウム負極１５と対向しない領域に絶縁テープ１４を配置したリチウム電池１０は、電池としての機能の低下を抑えつつ、調和電解液の減少を抑制することでリチウム電池１０の放電容量の低下を軽減することができる。

【0035】

次に、図３を参照して、本実施例におけるリチウム電池１０の製造方法を説明する。図３は、実施例１に係るリチウム電池の製造工程のフローチャートである。

【0036】

まず、正極合剤１２、リチウム負極１５、調和電解液、負極端子２０を予め作製して準備する。また、封口板２１の開口に負極端子２０とワッシャ２３とが封止ガスケット２２を介してかしめられた封口体を用意する。

【0037】

セパレータ１３は、ポリエチレン又はポリプロピレンなどから選択される１つ又はその組み合わせを材料として生成されたフィルムを延伸することで薄い膜状のシートとして生成される（ステップＳ１）。

【0038】

次に、生成したセパレータ１３において、リチウム電池１０が完成した状態でのリチウム負極１５の上端よりも上の部分にあたる領域に、電気絶縁用のポリエステルを材質とする絶縁テープ１４を貼り付ける（ステップＳ２）。

【0039】

また、板状のステンレス鋼材を用意し、段階的に深絞りを行う多段絞り加工によって有底円筒形の正極缶１１を製造する（ステップＳ３）。

【0040】

その後、円筒形に成形された正極合剤１２を有底円筒形の正極缶１１の内側に挿入し加圧成形して、正極缶１１内に正極合剤１２を配置する（ステップＳ４）。さらに、正極合剤１２が配設された正極缶１１の中に、調和電解液を１．４０ｇ注液する。

【0041】

また、リチウム負極１５の内側に負極集電体１７を圧着する。次に、負極集電体１７のリチウム負極１５に接続された側とは逆の先端部に封口体の負極端子２０を溶接する。さらに、絶縁テープ１４が接着されたセパレータ１３をリチウム負極１５に巻きつけて負極ユニットを作製する（ステップＳ５）。この時、セパレータ１３に貼り付けられた絶縁テープ１４の軸方向の下側端部がリチウム負極１５の上端面と同じ高さに位置するように、セパレータ１３を巻きつける。

【0042】

次に、負極ユニットを正極合剤１２の中空部分に挿入して嵌合させて正極缶１１の内部に配置する（ステップＳ６）。この時、リチウム負極１５の上端面が、正極合剤１２の上端面よりも下側に位置するように負極ユニットを配置する。

【0043】

さらに、封口体における封口板２１の外周端と正極缶１１の開口端とをレーザー溶接して封止する（ステップＳ７）。

【0044】

ここで、図４を参照して、本実施例に係るリチウム電池１０と従来型リチウム電池との放電容量を比較する。図４は、実施例１に係るリチウム電池と比較例のリチウム電池との比較を説明するための図である。図４は、２．７Ω放電容量の比較を表す。図４の縦軸は電圧を表し、横軸は放電時間を表す。

【0045】

図４におけるグラフ１０１は、実施例１に係るリチウム電池１０の放電容量を示すグラフである。また、グラフ１０２は、絶縁テープ１４が設けられていないことを除き、実施例１に係るリチウム電池と同様の構成を有する第１比較例のリチウム電池の放電容量を示すグラフである。また、グラフ１０３は、絶縁テープ１４を配置する位置を、正極合剤１２とリチウム負極１５とが対向する領域の一部に変更したことを除き実施例１に係るリチウム電池と同様の構成を有する、第２比較例のリチウム電池の放電容量を示すグラフである。

【0046】

グラフ１０１及び１０２を比較して分かるように、実施例１に係るリチウム電池１０は、第１比較例のリチウム電池に比べて放電容量が大きい。すなわち、実施例１に係るリチウム電池１０は、正極合剤１２の膨張を改善でき、放電容量の低下を軽減する効果がある。

【0047】

また、第２比較例のリチウム電池は、グラフ１０３に示されるように、実施例１に係るリチウム電池１０に比べて放電容量が下がる。これは、第２比較例のリチウム電池では、リチウムイオンの利用率が減少したためと考えられる。このことから、実施例１に係るリチウム電池１０は、絶縁テープ１４を正極合剤１２がリチウム負極１５と対向しない領域に配置することで、利用率を維持しつつ放電容量の低下を軽減することができることが分かる。

【0048】

以上に説明したように、本実施例に係る電気化学素子であるリチウム電池は、セパレータのリチウム負極と正極合剤とが対向しない領域に絶縁テープが貼られる。これにより、放電時にリチウムイオンが正極合剤に入り込む方向が制限され、リチウム負極に対向しない位置での正極合剤へのリチウムイオンの進入が抑制される。リチウム負極に対向しない位置での正極合剤へのリチウムイオンの進入が抑制されることで、正極合剤の膨張が抑えられ、正極合剤による調和電解液の吸収量を低減でき、電解液不足を抑制することができる。そして、電解液不足が抑制されることで、放電容量の低下を抑えることができる。さらに、リチウム負極と正極合剤とが対向する領域以外に絶縁テープを配置することで、電荷移動抵抗の上昇を回避することができる。

【実施例2】

【0049】

図５は、実施例２に係るリチウム電池の概略構成を示す断面図である。本実施例に係るリチウム電池１０は、セパレータ１３のリチウム負極１５の上端より上にあたる部分がそれ以外の部分よりもイオン導電性が低い又は調和電解液の吸液性が低い材料で形成されることが実施例１と異なる。以下の説明では、実施例１と同様の各部については説明を省略する。

【0050】

本実施例に係るセパレータ１３は、リチウム負極１５の上端より下の部材１３１が、イオン導電性が高い又は吸液性が高い材料で生成される。例えば、部材１３１は、ポリエチレン又はポリプロピレンなどの不織布や単層微細孔ポリプロピレンを用いて生成される。

【0051】

一方、セパレータ１３は、リチウム負極１５の上端より上の部材１３２が、部材１３１に比べてイオン電導性が低い又は吸液性が低い材料で生成される。部材１３２は、空間Ａ１及びＡ２を仕切る。この部材１３２が、「第２部材」の一例にあたる。

【0052】

この場合、放電時にリチウム負極１５から調和電解液に抜け出したリチウムイオンがセパレータ１３の吸液性が高い部材１３１に入り込む。そして、部材１３１に入り込んだリチウムイオンは、セパレータ１３の全体に広がる。

【0053】

ただし、部材１３２は、吸液性が低い。そのため、部材１３１から広がってきたリチウムイオンは、部材１３２への進入を阻害される。これにより、部材１３２にリチウムイオンが入り込まないため、リチウムイオンは、セパレータ１３の部材１３２を経由して正極合剤１２に侵入することが困難となる。

【0054】

ここで、本実施例では、リチウムイオンの通過を許容しない素材でセパレータ１３の部材１３２を生成することでリチウムイオンの通過を抑制したが、これ以外の方法でリチウムイオンの移動を抑制してもよい。例えば、貫通孔を有しリチウムイオンの通過を許容する素材で生成されたセパレータ１３のリチウム負極１５の上端より上にあたる領域を加熱して貫通孔を潰してリチウムイオンの通過を抑制してもよい。

【0055】

以上に説明したように、本実施例に係るリチウム電池のセパレータは、リチウム負極の上端より上の領域の部材が他の領域の部材よりもイオン導電性が低い又は吸液性の低い材料で生成される。これにより、リチウム負極の上端より上の領域から正極合剤にリチウムイオンが流れ込むことを防止することができ、正極合剤の膨張を低減して電解液不足を回避することができる。そして、電解液不足を回避することで、リチウム電池の放電容量の低下を軽減することができる。

【実施例3】

【0056】

図６は、実施例３に係るリチウム電池の概略構成を示す断面図である。本実施例に係るリチウム電池１０は、正極合剤１２の上端面とリチウム負極１５の上端面とが同じ高さであることが実施例１と異なる。以下の説明では、実施例１と同様の各部については説明を省略する。

【0057】

図６に示すように、本実施例に係る正極合剤１２は、正極缶１１の開口部側の端部の面である上端面の軸方向の位置が、リチウム負極１５の上端面の軸方向の位置と一致する。

【0058】

セパレータ１３に接着された絶縁テープ１４は、セパレータ１３の正極合剤１２及びリチウム負極１５の上端面より上の領域に配置される。

【0059】

本実施例に係るリチウム電池１０は、放電時にリチウム負極１５から調和電解液に抜け出したリチウムイオンがセパレータ１３の絶縁テープ１４が配置されていない領域を通過して正極合剤１２に移動し吸収される。これにより正極合剤１２は、空間Ａ１内に膨張して絶縁テープ１４と対向する位置まで延びる。この状態で、絶縁テープ１４は、正極合剤１２の膨張により絶縁テープ１４と対向する位置に伸びた部分へのリチウムイオンの移動を抑制する。これにより、正極合剤１２の膨張により絶縁テープ１４と対向する位置に伸びた部分の膨張が抑制され、リチウム電池１０の放電容量の低下を軽減することができる。

【実施例4】

【0060】

図７は、実施例４に係るリチウム電池の概略構成を示す断面図である。本実施例に係るリチウム電池１０は、正極合剤１２の上端面が、リチウム負極１５の上端面よりも低い位置にあることが実施例１と異なる。以下の説明では、実施例１と同様の各部については説明を省略する。

【0061】

図７に示すように、本実施例に係る正極合剤１２は、正極缶１１の開口部側の端部の面である上端面の軸方向の位置が、リチウム負極１５の上端面の軸方向の位置より、開口部から離れた場所にある。すなわち、正極合剤１２の上端面が、リチウム負極１５の上端面よりも下方に位置する。

【0062】

セパレータ１３に接着された絶縁テープ１４は、セパレータ１３の正極合剤１２の上端面より上の領域に配置される。

【0063】

本実施例に係るリチウム電池１０は、放電時にリチウム負極１５から調和電解液に抜け出したリチウムイオンがセパレータ１３の絶縁テープ１４が配置されていない領域を通過して正極合剤１２に移動し吸収される。これにより正極合剤１２は、空間Ａ１内に膨張して絶縁テープ１４と対向する位置まで伸びる。この状態で、絶縁テープ１４は、正極合剤１２の膨張により絶縁テープ１４と対向する位置に伸びた部分へのリチウムイオンの移動を抑制する。これにより、正極合剤１２の膨張により絶縁テープ１４と対向する位置に伸びた部分の膨張が抑制され、リチウム電池１０の放電容量の低下を低減することができる。

【0064】

この場合、正極合剤１２の絶縁テープ１４と対向する位置に伸びた部分は、セパレータ１３を介してリチウム負極１５に対向する位置にある。そのため、正極合剤１２の絶縁テープ１４と対向する位置に伸びた部分であっても、電池の機能の向上に寄与するとも考えられる。ただし、リチウム負極１５と膨張する前の正極合剤１２とのセパレータ１３を介して対向する領域によるリチウムイオンの移動による電池の機能が設計時に想定された利用率である。そして、リチウム電池１０は、設計時に期待された以上の利用率は得られなくてもよい。そのため、正極合剤１２の膨張により新たにリチウム負極１５と対向する位置に伸びた部分の電池としての利用は行われなくてもよく、それ以上に調和電解液の不足を抑えることが重要である。そのため、絶縁テープ１４は、セパレータ１３の正極合剤１２の上端面より上の領域に配置されることが好ましい。

【符号の説明】

【0065】

１０ リチウム電池
１１ 正極缶
１２ 正極合剤
１３ セパレータ（第１層）
１４ 絶縁テープ（第２層）
１５ リチウム負極
１７ 負極集電体
１８ 正極端子
２０ 負極端子
２１ 封口板
２２ 封止ガスケット
２３ ワッシャ
１３１ イオン電導性又は吸液性が高い材料
１３２ イオン電導性又は吸液性が低い材料
Ａ１ 外装缶と封口板との間の空間
Ａ２ 封口体と負極リチウムとの間の空間
Ｐ リチウムイオンの移動の方向
Ｑ 絶縁テープによって抑制できるリチウムイオンの移動の方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】