特許 7551200 ２次電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-06

(45)【発行日】2024-09-17

(54)【発明の名称】２次電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/04 20060101AFI20240909BHJP

   H01M 10/0585 20100101ALI20240909BHJP

   H01M 4/02 20060101ALI20240909BHJP

   H01M 4/13 20100101ALI20240909BHJP

   H01M 4/66 20060101ALI20240909BHJP

   H01M 50/54 20210101ALI20240909BHJP

   H01M 50/533 20210101ALI20240909BHJP

   H01M 4/134 20100101ALI20240909BHJP

【ＦＩ】

H01M10/04 Z

H01M10/0585

H01M4/02 Z

H01M4/13

H01M4/66 A

H01M50/54

H01M50/533

H01M4/134

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2024523603

(86)(22)【出願日】2024-01-10

(86)【国際出願番号】 JP2024000248

【審査請求日】2024-04-19

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】522369728

【氏名又は名称】ＴｅｒａＷａｔｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】秋元 雄大

(72)【発明者】

【氏名】三宅 実

(72)【発明者】

【氏名】大山 剛輔

【審査官】松嶋 秀忠

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０３１３１９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－１２９１１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１５５９７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２３－０００６００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／０４－３９

Ｈ０１Ｍ ４／０２－６２

Ｈ０１Ｍ ５０／５０－５９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１電極シートと、前記第１電極シートと同一の極性を有する第２電極シートとを含む２次電池であって、
前記第１電極シートは、樹脂層と、当該樹脂層の両面のそれぞれに設けられる一対の金属層とを有する第１集電体であって、前記一対の金属層が露出される第１端部を有する、第１集電体を含み、
前記第２電極シートは、金属を含んで構成され樹脂層を含まない第２集電体であって、前記金属が露出される第２端部を有する、第２集電体を含み、
前記第１端部と前記第２端部とが積層されて接合されている、２次電池。

【請求項2】

前記第１電極シートは、活物質を含む第１活物質層を含み、前記第１活物質層は、前記第１集電体の少なくとも一方の面に設けられ、
前記第２電極シートは、前記活物質を含む第２活物質層を含み、前記第２活物質層は、前記第２集電体の少なくとも一方の面に設けられる、請求項１に記載の２次電池。

【請求項3】

前記第１電極シートの前記第１活物質層の目付重量は、前記第２電極シートの前記第２活物質層の目付重量より小さい、請求項２に記載の２次電池。

【請求項4】

前記第１端部の面積は、前記第２端部の面積より大きい、請求項１に記載の２次電池。

【請求項5】

前記第１端部と前記第２端部とは、積層方向の一側から他側に向かって窪む接合痕を備える、請求項１に記載の２次電池。

【請求項6】

前記樹脂層の前記一側に設けられる金属層の厚みは、前記樹脂層の前記他側に設けられる金属層の厚みよりも大きい、請求項５に記載の２次電池。

【請求項7】

前記接合痕は、溶接痕である、請求項６に記載の２次電池。

【請求項8】

複数の前記第１電極シートと複数の前記第２電極シートとを含む、請求項１に記載の２次電池。

【請求項9】

１つの前記第１端部と１つの前記第２端部とが互いに交互に積層される、請求項８に記載の２次電池。

【請求項10】

複数の前記第１端部と複数の前記第１端部との間に複数の前記第２端部が積層される、請求項８に記載の２次電池。

【請求項11】

前記第２電極シートの数は、前記第１電極シートの数の１／４以上、かつ、３／４以下である、請求項８に記載の２次電池。

【請求項12】

前記一対の金属層のそれぞれの厚みは、０．３μｍ以上である、請求項１に記載の２次電池。

【請求項13】

前記第２集電体の厚みは、４μｍ以上である、請求項１に記載の２次電池。

【請求項14】

前記一対の金属層のそれぞれの厚みは、前記第２集電体の厚みの１／３０以上である、請求項１に記載の２次電池。

【請求項15】

前記一対の金属層のそれぞれの厚みは、前記第２集電体の厚みの１／２以下である、請求項１に記載の２次電池。

【請求項16】

前記第１電極シート及び前記第２電極シートは、正極の電極シートである、請求項１に記載の２次電池。

【請求項17】

前記一対の金属層及び前記第２集電体は、アルミニウムを含んで構成される、請求項１６に記載の２次電池。

【請求項18】

前記第１電極シート及び前記第２電極シートは、負極の電極シートである、請求項１に記載の２次電池。

【請求項19】

前記一対の金属層及び前記第２集電体は、銅を含んで構成される、請求項１８に記載の２次電池。

【請求項20】

前記第１電極シート及び前記第２電極シートは、負極活物質を実質的に有しない、請求項１８に記載の２次電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の例示的実施形態は、２次電池に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、太陽光又は風力等の自然エネルギーを電気エネルギーに変換する技術が注目されている。これに伴い、安全性が高く、かつ多くの電気エネルギーを蓄えることができる蓄電デバイスとして、様々な２次電池が開発されている。

【0003】

その中でも、正極及び負極の間をリチウムイオンが移動することで充放電を行うリチウム２次電池は、高電圧及び高エネルギー密度を示すことが知られている。典型的なリチウム２次電池として、正極及び負極がリチウム元素を保持するための活物質を有するリチウムイオン２次電池（ＬＩＢ）が知られている。リチウムイオン２次電池では、正極活物質及び負極活物質の間でリチウムイオンが授受されることで充放電が行われる。

【0004】

また、リチウムイオン２次電池の安全性を高めることを目的とする集電体が開発されている。例えば、特許文献１には、電気抵抗は従来と同等レベルを維持しつつ、過充電時や高温下で発生する異常発熱の際に発火を防止する正・負極構成を提供することを目的とするリチウムイオン２次電池が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平１１－１０２７１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本開示は、２次電池の有用性を向上させる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一つの例示的実施形態において、第１電極シートと、第１電極シートと同一の極性を有する第２電極シートとを含む２次電池であって、第１電極シートは、樹脂層と、当該樹脂層の両面のそれぞれに設けられる一対の金属層とを有する第１集電体であって、一対の金属層が露出される第１端部を有する、第１集電体を含み、第２電極シートは、金属を含んで構成され樹脂層を含まない第２集電体であって、金属が露出される第２端部を有する、第２集電体を含み、第１端部と第２端部とが積層されて接合されている、２次電池が提供される。

【発明の効果】

【0008】

本開示の一つの例示的実施形態によれば、２次電池の有用性を向上させる技術を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】クラッド電極１の構成例について説明するための図である。

【図2】単一金属層電極２の構成例について説明するための図である。

【図3】２次電池Ｂａの構成例について説明するための図である。

【図4】２次電池Ｂａの構成例について説明するための図である。

【図5】２次電池Ｂａの構成例について説明するための図である。

【図6】２次電池Ｂａの構成例について説明するための図である。

【図7】接合痕ｗの作用を説明するための参考図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示の各実施形態について説明する。

【0011】

一つの例示的実施形態において、第１電極シートと、第１電極シートと同一の極性を有する第２電極シートとを含む２次電池であって、第１電極シートは、樹脂層と、当該樹脂層の両面のそれぞれに設けられる一対の金属層とを有する第１集電体であって、一対の金属層が露出される第１端部を有する、第１集電体を含み、第２電極シートは、金属を含んで構成され樹脂層を含まない第２集電体であって、金属が露出される第２端部を有する、第２集電体を含み、第１端部と第２端部とが積層されて接合されている、２次電池が提供される。

【0012】

一つの例示的実施形態において、第１電極シートは、活物質を含む第１活物質層を含み、第１活物質層は、第１集電体の少なくとも一方の面に設けられ、第２電極シートは、活物質を含む第２活物質層を含み、第２活物質層は、第２集電体の少なくとも一方の面に設けられる。

【0013】

一つの例示的実施形態において、第１電極シートの第１活物質層の目付重量は、第２電極シートの第２活物質層の目付重量より小さい。

【0014】

一つの例示的実施形態において、第１端部の面積は、第２端部の面積より大きい。

【0015】

一つの例示的実施形態において、第１端部と第２端部とは、積層方向の一側から他側に向かって窪む接合痕を備える。

【0016】

一つの例示的実施形態において、樹脂層の一側に設けられる金属層の厚みは、樹脂層の他側に設けられる金属層の厚みよりも大きい。

【0017】

一つの例示的実施形態において、接合痕は、溶接痕である。

【0018】

一つの例示的実施形態において、複数の第１電極シートと複数の第２電極シートとを含む。

【0019】

一つの例示的実施形態において、１つの第１端部と１つの第２端部とが互いに交互に積層される。

【0020】

一つの例示的実施形態において、複数の第１端部と複数の第１端部との間に複数の第２端部が積層される。

【0021】

一つの例示的実施形態において、第２電極シートの数は、第１電極シートの数の１／４以上、かつ、３／４以下である。

【0022】

一つの例示的実施形態において、一対の金属層のそれぞれの厚みは、０．３μｍ以上である。

【0023】

一つの例示的実施形態において、第２集電体の厚みは、４μｍ以上である。

【0024】

一つの例示的実施形態において、一対の金属層のそれぞれの厚みは、第２集電体の厚みの１／３０以上である。

【0025】

一つの例示的実施形態において、一対の金属層のそれぞれの厚みは、第２集電体の厚みの１／２以下である。

【0026】

一つの例示的実施形態において、第１電極シート及び第２電極シートは、正極の電極シートである。

【0027】

一つの例示的実施形態において、一対の金属層及び第２集電体は、アルミニウムを含んで構成される。

【0028】

一つの例示的実施形態において、第１電極シート及び第２電極シートは、負極の電極シートである。

【0029】

一つの例示的実施形態において、一対の金属層及び第２集電体は、銅を含んで構成される。

【0030】

一つの例示的実施形態において、第１電極シート及び第２電極シートは、負極活物質を実質的に有しない。

【0031】

以下、図面を参照して、本開示の各実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一または同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づいて上下左右等の位置関係を説明する。図面の寸法比率は実際の比率を示すものではなく、また、実際の比率は図示の比率に限られるものではない。

【0032】

本開示において、２次電池の有用性とは、２次電池のエネルギー密度、安全性、製造に要する金銭的なコスト及び製造の効率等の少なくとも一部を含む。

【0033】

また、本開示において、２次電池Ｂａは典型的にはリチウムイオン２次電池であるとして説明するが、他の種類の２次電池に対しても適用可能である。

【0034】

＜１．クラッド電極１及び単一金属層電極２の構成例＞
図１は、本開示に係るクラッド電極１の構成例について説明するための図である。図２は、単一金属層電極２の構成例について説明するための図である。

【0035】

［クラッド電極１］
図１は、クラッド電極１の構成例を説明するための立体斜視図である。一実施形態において、クラッド電極１は、ｘｚ平面に沿ったシート状の電極である。クラッド電極１は、クラッド集電体１０と、一対の活物質層１２ａ、１２ｂとを含む。

【0036】

～クラッド集電体１０～
クラッド集電体１０は、樹脂層１００と、一対の金属層１０２ａ，１０２ｂとを含む。また、クラッド集電体１０の一部は、クラッド端部１２０として一対の金属層１０２ａ，１０２ｂから露出する。

【0037】

（樹脂層１００）
樹脂層１００は、例えば、シート状（フィルム状）又は繊維状の樹脂で構成されてよい。樹脂は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド及びポリ塩化ビニル等の熱可塑性樹脂であってよい。樹脂層１００は、当該樹脂の少なくとも１つ以上を複数積層することによって構成されてもよい。一実施形態において、樹脂層１００は、融点が１３０℃以上３００℃以下の樹脂により構成される。一実施形態において、樹脂層１００の平均厚みは、２μｍ以上１５μｍ以下、又は、３μｍ以上１０μｍ以下でよい。

【0038】

（一対の金属層１０２ａ，１０２ｂ）
一対の金属層１０２ａ，１０２ｂは、樹脂層１００の両面に設けられる。具体的には、金属層１０２ａは、樹脂層１００のｙ軸正方向の面に設けられ、金属層１０２ｂは、樹脂層１００のｙ軸負方向の面に設けられている。

【0039】

一対の金属層１０２ａ，１０２ｂは、リチウムイオンと反応しない、又は十分に反応性が低い導電体から構成される。一実施形態において、一対の金属層１０２ａ，１０２ｂは、共通の種類の金属を含んで構成される。一実施形態において、一対の金属層１０２ａ，１０２ｂは、アルミニウム、銅、チタン、ステンレス、ニッケル及びこれらの合金からなる群から選択される少なくとも一種の材料から構成される。一実施形態において、一対の金属層１０２ａ，１０２ｂは、上記材料を樹脂層１００の表面に、蒸着、スパタリング、電解めっき又は貼り合わせすることで形成される。一実施形態において、一対の金属層１０２ａ，１０２ｂのそれぞれの平均厚みは、０．３μｍ以上１５μｍ以下、０．５μｍ以上１２μｍ以下、２．０μｍ以上１０μｍ以下、又は、３．０μｍ以上６．０μｍ以下でよい。

【0040】

なお、本開示において、「クラッド」とは、金属同士を直接接着（接合）したものに限らず、クラッド集電体１０のように、金属同士が、間に樹脂層を設けられた状態で接着（接合）されたものも含む。

【0041】

（クラッド端部１２０）
クラッド端部１２０は、クラッド集電体１０のうち、一対の金属層１０２ａ，１０２ｂが露出される部分を含む。クラッド端部１２０は、クラッド集電体１０のうち、活物質が設けられていない部分ということもできる。クラッド端部１２０はクラッド集電体１０の一部であり、クラッド集電体１０と同様に、樹脂層１００と、当該樹脂層１００の両面に設けられた一対の金属層１０２ａ，１０２ｂとを含む。

【0042】

～一対の活物質層１２ａ，１２ｂ～
クラッド電極１の一対の活物質層１２ａ，１２ｂは、クラッド集電体１０の両面に設けられる。具体的には、活物質層１２ａは、クラッド集電体１０のｙ軸正方向の面に設けられ、活物質層１２ｂは、クラッド集電体１０のｙ軸負方向の面に設けられている。一実施形態において、クラッド電極１の一対の活物質層１２ａ，１２ｂは、共通の組成により構成される。例えば、活物質層１２ａが正極活物質により構成される場合、活物質層１２ｂも同様に正極活物質により構成される。また、活物質層１２ａが負極活物質により構成される場合、活物質層１２ｂも同様に負極活物質により構成される。クラッド電極１の一対の活物質層１２ａ，１２ｂがクラッド集電体１０の両面に設けられることは、当該一対の活物質層１２ａ，１２ｂが当該クラッド集電体１０の両面に塗布されるということもできる。

【0043】

［単一金属層電極２］
図２は、単一金属層電極２の構成例を説明するための立体斜視図である。単一金属層電極２は、ｘｚ平面に沿ったシート状の電極である。単一金属層電極２は、単一層集電体２０と、一対の活物質層２２ａ、２２ｂとを含む。

【0044】

～単一層集電体２０～
単一層集電体２０は、金属を含んで構成される。単一層集電体２０は、クラッド電極１のクラッド集電体１０とは異なり、樹脂層を含まない。単一層集電体２０は、クラッド電極１の一対の金属層１０２ａ，１０２ｂと同様に、リチウムイオンと反応しない、又は十分に反応性が低い導電体から構成される。一実施形態において、単一層集電体２０は、アルミニウム、銅、チタン、ステンレス、ニッケル及びこれらの合金からなる群から選択される少なくとも一種の材料から構成される。一実施形態において、単一層集電体２０の平均厚みは、４μｍ以上３０μｍ以下、５μｍ以上２５μｍ以下、７μｍ以上２０μｍ以下、又は、１０μｍ以上１５μｍ以下でよい。

【0045】

一実施形態において、単一層集電体２０の平均厚みは、クラッド集電体１０の一対の金属層１０２ａ，１０２ｂのそれぞれの平均厚みの３０倍以下である。すなわち、一実施形態において、クラッド集電体１０の一対の金属層１０２ａ，１０２ｂのそれぞれの平均厚みは、単一層集電体２０の平均厚みの１／３０以上である。

【0046】

一実施形態において、単一層集電体２０の平均厚みは、クラッド集電体１０の一対の金属層１０２ａ，１０２ｂのそれぞれの平均厚みの２倍以上である。すなわち、一実施形態において、クラッド集電体１０の一対の金属層１０２ａ，１０２ｂのそれぞれの平均厚みは、単一層集電体２０の平均厚みの１／２以下である。

【0047】

一実施形態において、単一層集電体２０の平均厚みは、クラッド集電体１０の一対の金属層１０２ａ，１０２ｂのそれぞれの平均厚みの２倍以上、かつ、３０倍以下である。すなわち、一実施形態において、クラッド集電体１０の一対の金属層１０２ａ，１０２ｂのそれぞれの平均厚みは、単一層集電体２０の平均厚みの１／３０以上、かつ、１／２以下である。

【0048】

（単一層端部２２０）
単一層集電体２０は、金属が露出される単一層端部２２０を含む。単一層端部２２０は、単一層集電体２０のうち、活物質が設けられていない部分ということもできる。一実施形態において、単一層端部２２０のｘｚ平面に並行な面の面積は、クラッド端部１２０のｘｚ平面に並行な面の面積より小さい。すなわち、単一層端部２２０をｙ軸正方向からｙ軸負方向に向かって見た場合の面積は、クラッド端部１２０をｙ軸正方向からｙ軸負方向に向かって見た場合の面積より小さい。

【0049】

～一対の活物質層２２ａ，２２ｂ～
単一金属層電極２に含まれる一対の活物質層２２ａ，２２ｂは、単一層集電体２０の両面に設けられる。具体的には、活物質層２２ａは、単一層集電体２０のｙ軸正方向に設けられ、活物質層２２ｂは、単一層集電体２０のｙ軸負方向に設けられている。一実施形態において、単一金属層電極２に含まれる一対の活物質層２２ａ，２２ｂは、共通の組成により構成される。例えば、活物質層２２ａが正極活物質により構成される場合、活物質層２２ｂも同様に正極活物質により構成される。他にも、例えば、活物質層２２ａが負極活物質により構成される場合、活物質層２２ｂも同様に負極活物質により構成される。単一金属層電極２に含まれる一対の活物質層２２ａ，２２ｂが単一層集電体２０の両面に設けられることは、当該一対の活物質層２２ａ，２２ｂが当該単一層集電体２０の両面に塗布されるということもできる。

【0050】

一実施形態において、単一金属層電極２の一対の活物質層２２ａ，２２ｂの活物質の目付重量は、クラッド電極１の一対の活物質層１２ａ，１２ｂの活物質の目付重量より大きい。すなわち、単一金属層電極２には、クラッド電極１と比較して、単位面積あたりにより多くの活物質が設けられてよい。

【0051】

［クラッド正極１ｐ／クラッド負極１ｎ］
上述したクラッド電極１は、一対の活物質層１２ａ，１２ｂの組成、及び、クラッド集電体１０の一対の金属層１０２ａ，１０２ｂの金属の種類を適宜選択することにより、正極及び負極のいずれかとして利用される。以下では、正極としてのクラッド電極１を「クラッド正極１ｐ」と称し、負極としてのクラッド電極１を「クラッド負極１ｎ」と称する。

【0052】

具体的には、クラッド電極１において、一対の活物質層１２ａ，１２ｂの活物質として正極活物質を使用し、一対の金属層１０２ａ，１０２ｂの金属として例えばアルミニウム等を使用することにより、クラッド電極１をクラッド正極１ｐとして利用することができる。以下では、活物質として正極活物質を含む一対の活物質層１２ａ，１２ｂを、「一対の正極活物質層１２ｐａ，１２ｐｂ」と称する。また、以下では、アルミニウム等の正極用の金属を含む一対の金属層１０２ａ，１０２ｂを、「一対の正極金属層１０２ｐａ，１０２ｐｂ」と称する。また、以下では、樹脂層１００と、一対の正極金属層１０２ｐａ，１０２ｐｂとにより構成されたクラッド集電体１０を、「クラッド正極集電体１０ｐ」と称する。また、以下では、クラッド正極集電体１０ｐのクラッド端部１２０に相当する部分を「クラッド正極端部１２０ｐ」と称する。

【0053】

また、クラッド電極１において、一対の活物質層１２ａ，１２ｂの活物質として負極活物質を使用し、一対の金属層１０２ａ，１０２ｂの金属として例えば銅等を使用することにより、クラッド電極１をクラッド負極１ｎとして利用することができる。以下では、活物質として負極活物質を含む一対の活物質層１２ａ，１２ｂを、「一対の負極活物質層１２ｎａ，１２ｎｂ」と称する。また、以下では、銅等の負極用の金属を含む一対の金属層１０２ａ，１０２ｂを、「一対の負極金属層１０２ｎａ，１０２ｎｂ」と称する。以下では、樹脂層１００と、一対の負極金属層１０２ｎａ，１０２ｎｂとにより構成されたクラッド集電体１０を、「クラッド負極集電体１０ｎ」と称する。また、以下では、クラッド負極集電体１０ｎのクラッド端部１２０に相当する部分を「クラッド負極端部１２０ｎ」と称する。

【0054】

（一対の正極活物質層１２ｐａ，１２ｐｂの構成例）
正極活物質は、キャリア金属を電極に保持するための物質であり、キャリア金属のホスト物質ということもできる。正極活物質は、リチウムイオンを電極に保持するための物質でよく、この場合、電池の充放電により正極活物質にリチウムイオンが充填及び脱離される。これにより、電池の安定性及び出力電圧が向上され得る。一実施形態において、正極活物質は、金属酸化物又は金属リン酸塩である。金属酸化物は、例えば、酸化コバルト系化合物、酸化マンガン系化合物、又は、酸化ニッケル系化合物でよい。金属リン酸塩は、例えば、リン酸鉄系化合物、又はリン酸コバルト系化合物でよい。一実施形態において、正極活物質は、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉ_ｘＣｏ_ｙＭｎ_ｚＯ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、ＬｉＮｉ_ｘＣｏ_ｙＡｌ_ｚＯ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、ＬｉＮｉ_ｘＭｎ_ｙＯ（ｘ＋ｙ＝１）、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＦｅＰＯ、ＬｉＣｏＰＯ、ＬｉＦｅＯＦ、ＬｉＮｉＯＦ、及びＬｉＴｉＳ_２からなる群から選択される少なくとも１つでよい。正極活物質は、１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いられてよい。一実施形態において、正極活物質層１２ｐａ，１２ｐｂにおける正極活物質の含有量は、正極活物質層１２ｐａ，１２ｐｂの全体に対して５０質量％～１００質量％以下でよい。

【0055】

一実施形態において、一対の正極活物質層１２ｐａ，１２ｐｂの少なくとも一方は、正極活物質以外の成分を１つ以上含んでよい。

【0056】

一実施形態において、一対の正極活物質層１２ｐａ，１２ｐｂの少なくとも一方は犠牲正極材を含んでよい。犠牲正極材は、正極活物質の充放電電位範囲において酸化反応を生じ、かつ、還元反応を実質的に生じないリチウム含有化合物である。

【0057】

一実施形態において、一対の正極活物質層１２ｐａ，１２ｐｂの少なくとも一方はゲル電解質を含んでよい。ゲル電解質は、一対の正極活物質層１２ｐａ，１２ｐｂとクラッド正極集電体１０ｐとの接着力を向上させうる。一例では、ゲル電解質は、高分子と、有機溶媒と、リチウム塩とを含む。ゲル電解質における高分子は、例えば、ポリエチレン及び／又はポリエチレンオキシドの共重合体、ポリビニリデンフロライド、並びにポリビニリデンフロライド及びヘキサフロロプロピレンの共重合体等でよい。

【0058】

一実施形態において、一対の正極活物質層１２ｐａ，１２ｐｂの少なくとも一方は導電助剤及び／又はバインダーを含んでよい。一例では、導電助剤は、カーボンブラック、シングルウォールカーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）、マルチウォールカーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）、カーボンナノファイバー（ＣＮＦ）等である。一例では、バインダーは、ポリビニリデンフロライド、ポリテトラフルオロエチレン、スチレンブタジエンゴム、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等である。一実施形態において、導電助剤の含有量は、一対の正極活物質層１２ｐａ，１２ｐｂ全体に対して０．５質量％～３０質量％以下である。一実施形態において、バインダーの含有量は、一対の正極活物質層１２ｐａ，１２ｐｂ全体に対して０．５質量％～３０質量％以下でよい。

【0059】

一実施形態において、一対の正極活物質層１２ｐａ，１２ｐｂの少なくとも一方はポリマー電解質を含んでよい。一例では、ポリマー電解質は、高分子及び電解質を主に含む固体ポリマー電解質、並びに高分子、電解質、及び可塑剤を主に含む半固体ポリマー電解質である。一実施形態において、ポリマー電解質の含有量の合計は、一対の正極活物質層１２ｐａ，１２ｐｂ全体に対して、０．５質量％～３０質量％以下でよい。

【0060】

（一対の負極活物質層１２ｎａ，１２ｎｂの構成例）
負極活物質は、負極において電極反応、すなわち酸化反応及び還元反応を生じる物質である。負極活物質は、例えば、リチウム金属及びリチウム金属を含む合金、炭素系物質、金属酸化物、並びにリチウムと合金化する金属及び該金属を含む合金等でよい。上記炭素系物質は、例えば、グラフェン、グラファイト、ハードカーボン、カーボンナノチューブ等でよい。上記金属酸化物は、例えば、酸化チタン系化合物、酸化コバルト系化合物等でよい。上記リチウムと合金化する金属は、例えば、ケイ素、ゲルマニウム、スズ、鉛、アルミニウム、及びガリウムでよい。

【0061】

一実施形態において、一対の負極活物質層１２ｎａ，１２ｎｂの少なくとも一方はゲル電解質を含んでよい。ゲル電解質は、一対の負極活物質層１２ｎａ，１２ｎｂとクラッド負極集電体１０ｎとの接着力を向上させうる。一例では、ゲル電解質は、高分子と、有機溶媒と、リチウム塩とを含む。ゲル電解質における高分子は、例えば、ポリエチレン及び／又はポリエチレンオキシドの共重合体、ポリビニリデンフロライド、並びにポリビニリデンフロライド及びヘキサフロロプロピレンの共重合体等でよい。

【0062】

一実施形態において、一対の負極活物質層１２ｎａ，１２ｎｂの少なくとも一方はバインダーを含んでよい。一例では、バインダーは、ポリビニリデンフロライド、ポリテトラフルオロエチレン、スチレンブタジエンゴム、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等である。一実施形態において、導電助剤の含有量は、一対の負極活物質層１２ｎａ，１２ｎｂ全体に対して０．５質量％～３０質量％以下である。一実施形態において、バインダーの含有量は、一対の負極活物質層１２ｎａ，１２ｎｂ全体に対して０．５質量％～３０質量％以下でよい。

【0063】

一実施形態において、一対の負極活物質層１２ｎａ，１２ｎｂの少なくとも一方はポリマー電解質を含んでよい。一例では、ポリマー電解質は、高分子及び電解質を主に含む固体ポリマー電解質、並びに高分子、電解質、及び可塑剤を主に含む半固体ポリマー電解質である。一実施形態において、ポリマー電解質の含有量の合計は、一対の負極活物質層１２ｎａ，１２ｎｂ全体に対して、０．５質量％～３０質量％以下でよい。

【0064】

［単一金属層正極２ｐ／単一金属層負極２ｎ］
上述した単一金属層電極２は、一対の活物質層２２ａ，２２ｂの組成、及び、単一層集電体２０を構成する金属の種類を適宜選択することで、正極及び負極のいずれかとして利用される。以下では、正極としての単一金属層電極２を「単一金属層正極２ｐ」と称し、負極としての単一金属層電極２を「単一金属層負極２ｎ」と称する。

【0065】

具体的には、単一金属層電極２において、一対の活物質層２２ａ，２２ｂの活物質として正極活物質を使用し、単一層集電体２０を構成する金属として例えばアルミニウム等を使用することにより、単一金属層電極２を単一金属層正極２ｐとして利用することができる。以下では、活物質として正極活物質を含む一対の活物質層２２ａ，２２ｂを、「一対の正極活物質層２２ｐａ，２２ｐｂ」と称する。また、以下では、アルミニウム等の正極用の金属を含む単一層集電体２０を、「単一層正極集電体２０ｐ」と称する。また、以下では、単一層正極集電体２０ｐの単一層端部２２０に相当する部分を「単一層正極端部２２０ｐ」と称する。

【0066】

また、単一金属層電極２において、一対の活物質層２２ａ，２２ｂの活物質として負極活物質を使用し、単一層集電体２０を構成する金属として例えば銅等を使用することにより、単一金属層電極２を単一金属層負極２ｎとして利用することができる。以下では、活物質として負極活物質を含む一対の活物質層２２ａ，２２ｂを、「一対の負極活物質層２２ｎａ，２２ｎｂ」と称する。また、以下では、銅等の負極用の金属を含む単一層集電体２０を、「単一層負極集電体２０ｎ」と称する。また、以下では、単一層負極集電体２０ｎの単一層端部２２０に相当する部分を「単一層負極端部２２０ｎ」と称する。

【0067】

単一金属層正極２ｐの一対の正極活物質層２２ｐａ，２２ｐｂは、クラッド正極１ｐの一対の正極活物質層１２ｐａ，１２ｐｂと共通の構成であってよい。また、単一金属層負極２ｎの一対の負極活物質層２２ｎａ，２２ｎｂは、クラッド負極１ｎの一対の負極活物質層１２ｎａ，１２ｎｂと共通の構成であってよい。

【0068】

＜２．２次電池Ｂａの構成例＞
［クラッド電極１及び単一金属層電極２の積層］
図３から図６は、２次電池Ｂａの構成例について説明するための図である。以下、図３から図６を参照して、上述したクラッド電極１及び単一金属層電極２を使用した２次電池Ｂａの構成例について説明する。

【0069】

図３は、複数のクラッド電極１及び複数の単一金属層電極２を積層することにより２次電池Ｂａを構成する場合におけるｘｙ平面に平行な断面図を示す図である。具体的には、図３の２次電池Ｂａは、ｙ軸正方向から順に、（１）単一金属層正極２ｐ、（２）単一金属層負極２ｎ、（３）クラッド正極１ｐ、（４）クラッド負極１ｎが周期的に積層されることにより構成されている。なお、図３は２次電池Ｂａの積層の一部を示す図であり、各電極は図３に示されている以上の数が積層されてよい。以下では、上記（１）～（４）について順に説明する。

【0070】

（１）まず、図３のｙ軸正方向の端には、単一金属層正極２ｐが設けられている。単一金属層正極２ｐは、ｙ軸正方向から順に、正極活物質層２２ｐａ、単一層正極集電体２０ｐ及び正極活物質層２２ｐｂが積層されることにより構成されている。このうち、単一層正極集電体２０ｐは、ｘ軸正方向に延出する単一層正極端部２２０ｐを含む。

【0071】

（２）次に、上記（１）の単一金属層正極２ｐとはセパレータ３０を挟んで、単一金属層負極２ｎが設けられている。単一金属層負極２ｎは、ｙ軸正方向から順に、負極活物質層２２ｎａ、単一層負極集電体２０ｎ及び負極活物質層２２ｎｂが積層されることにより構成されている。このうち、単一層負極集電体２０ｎは、ｘ軸負方向（すなわち、単一層正極端部２２０ｐとは逆の方向）に延出する単一層負極端部２２０ｎを含む。なお、セパレータ３０については後述する。

【0072】

（３）次に、上記（２）の単一金属層負極２ｎとはセパレータ３０を挟んで、クラッド正極１ｐが設けられている。クラッド正極１ｐは、ｙ軸正方向から順に、正極活物質層１２ｐａ、クラッド正極集電体１０ｐ及び正極活物質層１２ｐｂが積層されることにより構成されている。このうち、クラッド正極集電体１０ｐは、ｘ軸正方向（すなわち、単一層正極端部２２０ｐと同じ方向）に延出するクラッド正極端部１２０ｐを含む。

【0073】

（４）次に、上記（３）のクラッド正極１ｐとはセパレータ３０を挟んで、クラッド負極１ｎが設けられている。クラッド負極１ｎは、ｙ軸正方向から順に、負極活物質層１２ｎａ、クラッド負極集電体１０ｎ及び負極活物質層１２ｎｂが積層されることにより構成されている。このうち、クラッド負極集電体１０ｎは、ｘ軸負方向（すなわち、単一層負極端部２２０ｎと同じ方向）に延出するクラッド負極端部１２０ｎを含む。

【0074】

一実施形態において、２次電池Ｂａは、上記（１）～（４）を繰り返し単位として、複数回積層することにより構成される。

【0075】

一実施形態において、２次電池Ｂａは、単一金属層正極２ｐと同数、単一金属層正極２ｐより１つ多い数、又は、単一金属層正極２ｐより１つ少ない数のクラッド正極１ｐを含む。一実施形態において、２次電池Ｂａは、単一金属層負極２ｎと同数、単一金属層負極２ｎより１つ多い数、又は、単一金属層負極２ｎより１つ少ない数のクラッド負極１ｎを含む。

【0076】

［クラッド端部１２０及び単一層端部２２０の接合］
図４は、図３のように電極が積層された後に、複数の単一層正極端部２２０ｐと複数のクラッド正極端部１２０ｐとが導通可能に接合され、かつ、複数の単一層負極端部２２０ｎと複数のクラッド負極端部１２０ｎとが導通可能に接合された状態を示す図である。

【0077】

一実施形態において、複数の単一層正極端部２２０ｐと複数のクラッド正極端部１２０ｐとが接合された箇所には正極接合痕Ｐｗが形成される。また、一実施形態において、複数の単一層負極端部２２０ｎと複数のクラッド負極端部１２０ｎとが接合された箇所には負極接合痕Ｎｗが形成される。以下では、正極接合痕Ｐｗ及び負極接合痕Ｎｗを特に区別しない場合、これらをまとめて「接合痕ｗ」と称する。

【0078】

一実施形態において、複数の単一層正極端部２２０ｐと複数のクラッド正極端部１２０ｐとの接合、及び、複数の単一層負極端部２２０ｎと複数のクラッド負極端部１２０ｎとの接合は、いずれも溶接によって行われる。すなわち、接合痕ｗは、溶接痕であってよい。一実施形態において、溶接は、超音波接合により行われる。

【0079】

以下では、２次電池Ｂａのうち、複数の単一層正極端部２２０ｐと複数のクラッド正極端部１２０ｐとが積層された部分を「正極端部Ｐｅ」と称する。また、２次電池Ｂａのうち、複数の単一層負極端部２２０ｎと複数のクラッド負極端部１２０ｎとが積層された部分を「負極端部Ｎｅ」と称する。また、２次電池Ｂａのうち、クラッド正極１ｐ、クラッド負極１ｎ、単一金属層正極２ｐ及び単一金属層負極２ｎのそれぞれの活物質層と、セパレータ３０とが積層された部分（すなわち、正極端部Ｐｅ及び負極端部Ｎｅ以外の部分）を「活物質積層領域Ａｍ」と称する。正極端部Ｐｅには、正極接合痕Ｐｗが含まれる。また、負極端部Ｎｅには、負極接合痕Ｎｗが含まれる。

【0080】

２次電池Ｂａの使用者は、正極端部Ｐｅ及び負極端部Ｎｅのそれぞれに電極タブを接合することにより、当該電極タブを介して２次電池Ｂａを充放電することができる。この際、少なくとも活物質積層領域Ａｍは筐体（パウチ）に格納されてよい。

【0081】

一実施形態において、単一層正極端部２２０ｐとクラッド正極端部１２０ｐとは、正極端部Ｐｅにおいて互いに交互に積層される。同様に、単一層負極端部２２０ｎとクラッド負極端部１２０ｎとは、負極端部Ｎｅにおいて互いに交互に積層される。

【0082】

図５は、図４の２次電池Ｂａをｙ軸正方向からｙ軸負方向に向かって見た場合の図である。図５では、活物質積層領域Ａｍからｘ軸正方向に向かって正極端部Ｐｅが延出している。正極端部Ｐｅにおいて、単一層正極端部２２０ｐをｙ軸正方向（すなわち、紙面手前側）からｙ軸負方向（すなわち、紙面奥側）に向かって見た場合の面積は、クラッド正極端部１２０ｐをｙ軸正方向からｙ軸負方向に向かって見た場合の面積より小さい。また、正極端部Ｐｅにおいて、正極接合痕Ｐｗは、クラッド正極端部１２０ｐ及び単一層正極端部２２０ｐをｙ軸正方向からｙ軸負方向に向かって貫くように接合する。

【0083】

また、図５では、活物質積層領域Ａｍからｘ軸負方向に向かって負極端部Ｎｅが延出している。負極端部Ｎｅにおいて、単一層負極端部２２０ｎをｙ軸正方向（すなわち、紙面手前側）からｙ軸負方向（すなわち、紙面奥側）に向かって見た場合の面積は、クラッド負極端部１２０ｎをｙ軸正方向からｙ軸負方向に向かって見た場合の面積より小さい。また、負極端部Ｎｅにおいて、負極接合痕Ｎｗは、クラッド負極端部１２０ｎ及び単一層負極端部２２０ｎをｙ軸正方向からｙ軸負方向に向かって貫くように接合する。

【0084】

［接合痕ｗの詳細］
図６は、正極端部Ｐｅのうち、２つの単一層正極端部２２０ｐと、それに挟まれた１つのクラッド正極端部１２０ｐに着目した拡大断面図である。

【0085】

ところで、図７に示すように、樹脂層１００は絶縁性を有するため、複数の単一層正極端部２２０ｐ及び複数のクラッド正極端部１２０ｐが単純に積層された時点では、単一層正極端部２２０ｐは、樹脂層１００を含むクラッド正極端部１２０ｐを挟んで設けられた他の単一層正極端部２２０ｐとは導通しない。

【0086】

これに対して、図６に示された２つの単一層正極端部２２０ｐは互いに導通する。これは、複数の単一層正極端部２２０ｐと複数のクラッド正極端部１２０ｐとが接合されることにより、正極接合痕Ｐｗの全部又は少なくとも一部から樹脂層１００が除去されるからである。例えば、接合が溶接により行われる場合には、正極接合痕Ｐｗの樹脂層１００は溶融しつつ他の部分に押しのけられる。他にも、接合が圧着により行われる場合には、正極接合痕Ｐｗの樹脂層１００は他の部分に押しのけられる。正極接合痕Ｐｗの全部又は少なくとも一部に樹脂が存在しない箇所が形成されることにより、正極金属層１０２ｐａと正極金属層１０２ｐｂとが導通する。これにより、正極金属層１０２ｐａに接する単一層正極端部２２０ｐと、正極金属層１０２ｐｂに接する単一層正極端部２２０ｐとも導通することになる。

【0087】

図６は、２つの単一層正極端部２２０ｐと１つのクラッド正極端部１２０ｐに着目した状態を示しているが、３つ以上の単一層正極端部２２０ｐと、２つ以上のクラッド正極端部１２０ｐが積層された場合であっても同様である。すなわち、図４における複数の単一層正極端部２２０ｐ及び複数のクラッド正極端部１２０ｐは、正極接合痕Ｐｗにおいて導通する。すなわち、正極接合痕Ｐｗを介して、正極端部Ｐｅ全体の導通が実現する。

【0088】

一実施形態において、樹脂層１００に対してｙ軸正方向の面に設けられた正極金属層１０２ｐａの厚みと、樹脂層１００に対してｙ軸負方向の面に設けられた正極金属層１０２ｐｂの厚みは異なる。具体的には、図６に示すように正極接合痕Ｐｗがｙ軸正方向からｙ軸負方向に窪む形状である場合において、正極金属層１０２ｐａの厚みは、正極金属層１０２ｐｂの厚みよりも大きい。すなわち、正極接合痕Ｐｗは、厚みの大きい正極金属層１０２ｐａから厚みの小さい正極金属層１０２ｐｂに向かって窪むように形成されてよい。このような正極接合痕Ｐｗは、例えば、ｙ軸負方向の面にアンビルを設けた上で、ｙ軸正方向から超音波接合用のホーンを当てることによって形成される。なお、正極金属層１０２ｐｂも、製造上の理由（例えば、ホーンに対応するアンビルによって圧力がかかること等）により変形することがあってよい。

【0089】

なお、図６は概念図を示しているにすぎず、実際には、単一層正極端部２２０ｐ及びクラッド正極端部１２０ｐは正極接合痕Ｐｗにおいて一体となっており、図６に示すように層を区別することは困難である場合がある。

【0090】

図６では正極接合痕Ｐｗを含む正極端部Ｐｅに着目して説明したが、負極接合痕Ｎｗを含む負極端部Ｎｅも同様の構成であってよい。

【0091】

＜３．効果＞
本開示の一態様に係る２次電池Ｂａは、クラッド電極１と、クラッド電極１と同一の極性を有する単一金属層電極２とを含み、以下の（１）～（３）の構成を備える。
（１）クラッド電極１は、樹脂層１００と、当該樹脂層１００の両面のそれぞれに設けられる一対の金属層１０２ａ，１０２ｂとを有するクラッド集電体１０を含む。クラッド集電体１０は、一対の金属層１０２ａ，１０２ｂが露出されるクラッド端部１２０を有する。
（２）単一金属層電極２は、金属を含んで構成され樹脂層１００を含まない単一層集電体２０を含む。単一層集電体２０は、金属が露出される単一層端部２２０を有する。
（３）クラッド端部１２０と単一層端部２２０とは積層されて接合されている。

【0092】

仮に、単一金属層電極２を用いずにクラッド電極１を積層し、複数のクラッド電極１のそれぞれのクラッド端部１２０を接合することにより２次電池Ｂａを構成した場合には、接合痕ｗ（すなわち、複数のクラッド電極１が互いに導通する箇所）における抵抗値が高まり得る。これは、接合痕ｗに、絶縁性を有する樹脂層１００の成分が比較的多く含まれることになるからである。電極タブは接合痕ｗを介して２次電池Ｂａに電力を入出力するため、接合痕ｗにおける抵抗値が高まることにより、２次電池Ｂａの充放電の効率は低下し得る。

【0093】

一方で、仮に、クラッド電極１を用いずに単一金属層電極２を積層し、複数の単一金属層電極２のそれぞれの単一層端部２２０を接合することにより２次電池Ｂａを構成した場合には、２次電池Ｂａの安全性が低下し得る。これは、２次電池Ｂａが過充電等により異常発熱した際に、発火等を抑制することができなくなるからである（特許文献１参照）。

【0094】

本開示の２次電池Ｂａによれば、２次電池Ｂａの安全性と、充放電の効率とを両立することができる。２次電池Ｂａは、クラッド電極１と単一金属層電極２とを備え、クラッド電極１のクラッド端部１２０と、単一金属層電極２の単一層端部２２０とが接合される。これにより、単一金属層電極２を用いない場合と比較して、接合痕ｗに含まれることになる樹脂層１００の成分が減少するため、接合痕ｗの抵抗値が低下し得る。また、２次電池Ｂａが異常発熱した場合には、クラッド電極１の樹脂層１００が溶融することによりクラッド電極１が破損するため、電池内部の電流が遮断され、電池の発火等が抑制され得る。これらの結果、２次電池Ｂａの安全性と、充放電の効率とが両立される。

【0095】

一実施形態において、クラッド電極１は、活物質を含む活物質層１２ａ，１２ｂを含み、活物質層１２ａ，１２ｂは、クラッド集電体１０の少なくとも一方の面に設けられ、単一金属層電極２は、活物質を含む活物質層２２ａ，２２ｂを含み、活物質層２２ａ，２２ｂは、単一層集電体２０の少なくとも一方の面に設けられる。また、一実施形態において、クラッド電極１の活物質層１２ａ，１２ｂの目付重量は、単一金属層電極２の活物質層２２ａ，２２ｂの目付重量より小さい。また、一実施形態において、クラッド端部１２０の面積は、単一層端部２２０の面積より大きい。

【0096】

クラッド電極１は樹脂層１００を含むため、クラッド電極１の活物質層１２ａ，１２ｂと、単一金属層電極２の活物質層２２ａ，２２ｂとの活物質の目付重量が同様である場合、及び、クラッド電極１のクラッド端部１２０と、単一金属層電極２の単一層端部２２０との面積が同様である場合には、クラッド電極１の抵抗値は、単一金属層電極２の抵抗値より大きくなる。クラッド電極１及び単一金属層電極２の抵抗値の差は、２次電池Ｂａのエネルギー密度の低下を招く。これら構成によれば、クラッド電極１と単一金属層電極２との抵抗値を均一化することができる。これにより、２次電池Ｂａのエネルギー密度を向上させることができる。

【0097】

一実施形態において、クラッド端部１２０と単一層端部２２０とは、積層方向の一側から他側に向かって窪む接合痕ｗを備える。また、一実施形態において、樹脂層１００の当該一側に設けられる金属層１０２ａの厚みは、樹脂層１００の当該他側に設けられる金属層１０２ｂの厚みよりも大きい。

【0098】

一側から他側に向かって窪む接合痕ｗは、当該一側から当該他側に向かって力を作用させることにより形成される。この際、力を作用させる側の金属層（すなわち、当該一側の金属層１０２ａ）は、力が作用される側の金属層（すなわち、当該他側の金属層１０２ｂ）と比較して、他の金属層との接合が剥離しやすい傾向にある。この構成によれば、力を作用させる側の金属層は、より多くの金属を含むことにより、強力に単一層端部２２０と接合されるため、他の金属層との剥離が抑制される。

【0099】

一実施形態において、接合痕ｗは、溶接痕である。この構成によれば、接合痕ｗにおける抵抗値を低下させることができるため、２次電池Ｂａの充放電の効率が向上し得る。

【0100】

一実施形態において、複数のクラッド電極１と複数の単一金属層電極２とを含む。この構成によれば、２次電池Ｂａのエネルギー密度が向上し得る。

【0101】

一実施形態において、１つのクラッド端部１２０と１つの単一層端部２２０とが互いに交互に積層される。この構成によれば、２次電池Ｂａの安全性と、充放電の効率とがより両立しやすくなる。

【0102】

一実施形態において、一対の金属層１０２ａ，１０２ｂのそれぞれの厚みは、０．３μｍ以上である。一実施形態において、単一層集電体２０の厚みは、４μｍ以上である。一実施形態において、一対の金属層１０２ａ，１０２ｂのそれぞれの厚みは、単一層集電体２０の厚みの１／３０以上である。一実施形態において、一対の金属層１０２ａ，１０２ｂのそれぞれの厚みは、単一層集電体２０の厚みの１／２以下である。これらのパラメータによれば、２次電池Ｂａの安全性と、充放電の効率とがより両立しやすくなる。

【0103】

＜４．２次電池の使用方法＞
２次電池Ｂａは、正極端部Ｐｅに接続した正極用の電極タブを外部回路の一端にさらに接続し、負極端部Ｎｅに接続した負極用の電極タブを外部回路の他端にさらに接続することで充放電される。外部回路は、例えば抵抗、電源、装置、デバイス、別の電池、又はポテンショスタット等でよい。

【0104】

正極用の電極タブと負極用の電極タブとの間に、負極用の電極タブから外部回路を通り正極用の電極タブへの電流が流れるような電圧を印加すると、２次電池Ｂａが充電される。充電後の２次電池Ｂａについて、所望の外部回路を介して正極用の電極タブ及び負極用の電極タブを接続すると、２次電池Ｂａが放電される。

【0105】

＜５．その他の構成＞
２次電池Ｂａは、以下の構成をさらに備えてよい。

【0106】

［電解液］
一実施形態において、２次電池Ｂａは電解液を含んでよい。電解液は、溶媒及び電解質を含む液体であり、イオン伝導性を有する。電解液は、液体電解質と換言してもよく、リチウムイオンの導電経路として作用する。このため、２次電池Ｂａが電解液を有する場合、内部抵抗が低下し、エネルギー密度、容量、及びサイクル特性が向上し得る。

【0107】

電解液は、例えば、２次電池Ｂａの筐体（パウチ）を充填する溶液であってよい。また例えば、電解液は、セパレータ３０に浸潤されてよく、また高分子に保持されることでポリマー電解質又はゲル電解質を構成していてもよい。

【0108】

電解液に含まれる電解質は、例えば、リチウム塩でよい。リチウム塩は、例えば、ＬｉＩ、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＦ、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＳＯ_３ＣＦ_３、ＬｉＮ（ＳＯ_２Ｆ）_２、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３ＣＦ_３）_２、ＬｉＢ（Ｏ_２Ｃ_２Ｈ_４）_２、ＬｉＢ（Ｃ_２Ｏ_４）_２、ＬｉＢ（Ｏ_２Ｃ_２Ｈ_４）Ｆ_２、ＬｉＢ（ＯＣＯＣＦ_３）_４、ＬｉＮＯ_３、Ｌｉ_２ＳＯ_４及びＬｉＦＳＩからなる群から選択される１種又は２種以上の組み合わせであってよい。

【0109】

電解液に含まれる溶媒は、例えばフッ素原子を有する非水溶媒（以下、「フッ素化溶媒」という。）及びフッ素原子を有しない非水溶媒（以下、「非フッ素溶媒」という。）でよい。

【0110】

フッ素化溶媒は、例えば、１，１，２，２－テトラフルオロエチル－２，２，３，３－テトラフルオロプロピルエーテル、１，１，２，２－テトラフルオロエチル－２，２，２－トリフルオロエチルエーテル、及び１Ｈ，１Ｈ，５Ｈ－オクタフルオロペンチル－１，１，２，２－テトラフルオロエチルエーテル等でよい。

【0111】

非フッ素溶媒は、例えば、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、１，２－ジメトキシエタン、ジメトキシエタン、ジメトキシプロパン、ジメトキシブタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、アセトニトリル、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、メチルアセテート、エチルアセテート、プロピルアセテート、メチルプロピオネート、エチルプロピオネート、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、及び１２－クラウン－４でよい。

【0112】

上記フッ素化溶媒及び／又は非フッ素溶媒は１種を単独で、又は２種以上を任意の割合で自由に組み合わせて用いてよい。フッ素化溶媒と非フッ素溶媒の含有量は特に限定されず、溶媒全体に対するフッ素化溶媒の割合が０～１００体積％であってよく、溶媒全体に対する非フッ素溶媒の割合が０～１００体積％であってもよい。

【0113】

［セパレータ３０］
セパレータ３０は、クラッド正極１ｐ及び／又は単一金属層正極２ｐと、クラッド負極１ｎ及び／又は単一金属層負極２ｎとを物理的及び／又は電気的に隔離するとともに、リチウムイオンのイオン伝導性を確保する。一実施形態において、セパレータ３０は、絶縁性の多孔質部材、ポリマー電解質、ゲル電解質、及び、無機固体電解質からなる群より選択される少なくとも１種でよい。セパレータ３０は、１種の部材を単独で用いてよく、２種以上の部材を組み合わせて用いてもよい。

【0114】

セパレータ３０が絶縁性の多孔質部材を含む場合、多孔質部材の細孔にイオン伝導性を有する物質（電解液、ポリマー電解質、及び／又はゲル電解質等）が充填される。これによりセパレータ３０はイオン伝導性を発揮する。絶縁性の多孔質部材を構成する材料としては、特に限定されず、例えば絶縁性高分子材料が挙げられ、具体的には、ポリエチレン（ＰＥ）、及びポリプロピレン（ＰＰ）が挙げられる。すなわち、セパレータ３０は、多孔質のポリエチレン（ＰＥ）膜、多孔質のポリプロピレン（ＰＰ）膜、又はこれらの積層構造であってよい。

【0115】

一実施形態において、セパレータ３０は、一面又は両面がセパレータ被覆層によりコーティングされてよい。これにより、２次電池Ｂａのサイクル特性が向上し得る。一実施形態において、セパレータ被覆層は、セパレータ３０の表面の５０％以上の面積において均一の厚みで連続する膜でよい。一実施形態において、セパレータ被覆層は、ポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）、スチレンブタジエンゴムとカルボキシメチルセルロースの合材（ＳＢＲ－ＣＭＣ）、及びポリアクリル酸（ＰＡＡ）のようなバインダーを含むものでよい。一実施形態において、セパレータ被覆層は、上記バインダーにシリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア又は水酸化マグネシウム等の無機粒子が添加されて構成されてよい。

【0116】

一実施形態において、セパレータ３０の平均厚み（セパレータ３０が被覆層を含む場合当該被覆層を含む）は、３．０μｍ以上４０μｍ以下でよい。これにより、クラッド正極１ｐ及び／又は単一金属層正極２ｐと、クラッド負極１ｎ及び／又は単一金属層負極２ｎとを隔離しつつ、セパレータ３０の占める体積を減少させ得る。一実施形態において、セパレータ３０の平均厚みは、５．０μｍ以上３０μｍ以下、７．０μｍ以上１０μｍ以下、又は、１０μｍ以上２０μｍ以下でよい。

【0117】

＜６．変形例＞

【0118】

［クラッド負極１ｎ／単一金属層負極２ｎに関する変形例］
上記実施形態において、クラッド負極１ｎは負極活物質層１２ｎａ，１２ｎｂを含み、単一金属層電極２は負極活物質層２２ｎａ，２２ｎｂを含むものとして説明したが、これに限られない。クラッド負極１ｎ及び／又は単一金属層負極２ｎは負極活物質を実質的に有しなくてよい。

【0119】

一実施形態において、クラッド負極１ｎ及び／又は単一金属層負極２ｎは、電池の初期充電前（電池が組み立てられてから第１回目の充電をするまでの状態）に負極活物質を有しない。２次電池Ｂａは、初期充電後に、リチウム金属が負極上に析出し、及び、その析出したリチウム金属が電解溶出することにより充放電が行われてよい。この場合、負極活物質が占める体積及び質量が抑制され、電池全体の体積及び質量が小さくなり、エネルギー密度が原理的に高くなる。なお、「リチウム金属が負極上に析出」することは、負極の表面にリチウム金属が析出することだけでなく、後述する固体電解質界面（ＳＥＩ）層の表面や緩衝機能層の表面又は内部にリチウム金属が析出することも包む。

【0120】

一実施形態において、放電終了時（例えば電池の開回路電圧が２．５Ｖ以上３．６Ｖ以下である状態）にクラッド負極１ｎ及び／又は単一金属層負極２ｎに析出する負極活物質の層厚は、２５μｍ以下である。一実施形態において、放電終了時の負極活物質の層厚は、２０μｍ以下、１５μｍ以下、１０μｍ以下、又は、５μｍ以下であってよく、また０μｍであってもよい。クラッド負極１ｎ及び／又は単一金属層負極２ｎが負極活物質を実質的に有しないことにより、重量エネルギー密度に加え、体積当たりのエネルギー密度が向上し得る。なお、この場合、２次電池Ｂａは、「アノードフリーリチウム電池」、「ゼロアノードリチウム電池」、又は「アノードレスリチウム電池」ということもできる。

【0121】

一実施形態において、電圧が４．２Ｖの状態において負極上に析出しているリチウム金属の質量をＭ_４．２とし、電圧が３．０Ｖの同質量をＭ_３．０とした場合、Ｍ_３．０／Ｍ_４．２は、４０％以下又は３５％以下であってよい。一実施形態において、比Ｍ_３．０／Ｍ_４．２は、１．０％以上、２．０％以上、３．０％以上、又は、４．０％以上であってよい。

【0122】

［クラッド電極１と単一金属層電極２の積層方法に関する変形例］
～クラッド電極１と単一金属層電極２の数の違い～
上記実施形態では、クラッド電極１と略同数の単一金属層電極２を積層することにより２次電池Ｂａを構成する例について説明したが、これに限られない。具体的には、２次電池Ｂａは、単一金属層正極２ｐの数に対して１／４以上、かつ、３／４以下のクラッド正極１ｐを積層することにより構成されてよい。また、２次電池Ｂａは、単一金属層負極２ｎの数に対して１／４以上、かつ、３／４以下の数のクラッド負極１ｎを積層することにより構成されてよい。この構成によれば、２次電池Ｂａの安全性と、充放電の効率とを両立した上で、さまざまな性能の要求に応じることができる。

【0123】

上記実施形態では、クラッド端部１２０及び単一層端部２２０が交互に積層される例について説明したが、これに限られない。２次電池Ｂａは、クラッド端部１２０と、他のクラッド端部１２０との間に複数の単一層端部２２０が積層されることによって構成されよい。なお、当該複数の単一層端部２２０の間には、クラッド端部１２０は積層されていなくてよい。すなわち、当該複数の単一層端部２２０は、連続的に積層されてよい。２次電池Ｂａは、例えば、以下の（１）又は（２）の積層により構成されてよい。

【0124】

（１）単一金属層正極２ｐ及び単一金属層負極２ｎの対を２つと、クラッド正極１ｐ及びクラッド負極１ｎの対を１つとを周期的に積層する。すなわち、単一金属層正極２ｐ、単一金属層負極２ｎ、単一金属層正極２ｐ、単一金属層負極２ｎ、クラッド正極１ｐ及びクラッド負極１ｎを順に、かつ周期的に積層する。

【0125】

この場合において、単一金属層正極２ｐの単一層正極端部２２０ｐと、クラッド正極１ｐのクラッド正極端部１２０ｐとが一側に延出され、単一金属層負極２ｎの単一層負極端部２２０ｎと、クラッド負極１ｎのクラッド負極端部１２０ｎとが他側に延出されるとした場合には、当該一側において、２つの単一層正極端部２２０ｐが、クラッド正極端部１２０ｐと、他のクラッド正極端部１２０ｐとの間に積層される。また、当該他側において、２つの単一層負極端部２２０ｎが、クラッド負極端部１２０ｎと、他のクラッド負極端部１２０ｎとの間に積層される。

【0126】

（２）単一金属層正極２ｐ及び単一金属層負極２ｎの対を３つと、クラッド正極１ｐ及びクラッド負極１ｎの対を１つとを周期的に積層する。すなわち、単一金属層正極２ｐ、単一金属層負極２ｎ、単一金属層正極２ｐ、単一金属層負極２ｎ、単一金属層正極２ｐ、単一金属層負極２ｎ、クラッド正極１ｐ及びクラッド負極１ｎを順に、かつ周期的に積層する。

【0127】

この場合において、単一金属層正極２ｐの単一層正極端部２２０ｐと、クラッド正極１ｐのクラッド正極端部１２０ｐとが一側に延出され、単一金属層負極２ｎの単一層負極端部２２０ｎと、クラッド負極１ｎのクラッド負極端部１２０ｎとが他側に延出されるとした場合には、当該一側において、３つの単一層正極端部２２０ｐが、クラッド正極端部１２０ｐと、他のクラッド正極端部１２０ｐとの間に積層される。また、当該他側において、３つの単一層負極端部２２０ｎが、クラッド負極端部１２０ｎと、他のクラッド負極端部１２０ｎとの間に積層される。

【0128】

同様に、２次電池Ｂａは、単一層端部２２０と、他の単一層端部２２０との間に複数のクラッド端部１２０が積層されることによって構成されてよい。なお、当該複数のクラッド端部１２０の間には、単一層端部２２０は積層されていなくてよい。すなわち、当該複数のクラッド端部１２０は、連続的に積層されてよい。

【0129】

～クラッド電極１と単一金属層電極２を対にした積層～
上記実施形態では、主には、クラッド正極１ｐ及びクラッド負極１ｎと、単一金属層正極２ｐ及び単一金属層負極２ｎをそれぞれ対として積層する例について説明したが、これに限られない。２次電池Ｂａは、クラッド正極１ｐ及び単一金属層負極２ｎと、クラッド負極１ｎ及び単一金属層正極２ｐとが対として積層されることによって構成されてよい。例えば、単一金属層正極２ｐ及び単一金属層負極２ｎの対を３つと、クラッド正極１ｐ及びクラッド負極１ｎの対を１つとを周期的に積層することに代わって、クラッド正極１ｐ及び単一金属層負極２ｎの対を３つと、単一金属層正極２ｐ及びクラッド負極１ｎの対を１つとを積層してよい。

【0130】

～複数の積層構成～
上記実施形態では、主には、２次電池Ｂａが、全体を通して共通の積層構成を有する例について説明した。なお、本開示において、「積層構成」とは、クラッド電極１及び単一金属層電極２の積層の態様を示し、例えば、クラッド電極１及び単一金属層電極２のそれぞれの枚数、積層の順序、及び、繰り返しの周期等を含む。例えば、上記実施形態の図３では、２次電池Ｂａが、単一金属層正極２ｐ、単一金属層負極２ｎ、クラッド正極１ｐ及びクラッド負極１ｎを順に、かつ周期的に積層される積層構成を有する例について説明した。これに対して、２次電池Ｂａは、第１の積層構成を有する部分と、第２の積層構成を有する部分とを有してよい。２次電池Ｂａは、例えば、以下の（１）及び（２）のいずれの積層構成も有してよい。
（１）単一金属層正極２ｐ及び単一金属層負極２ｎの対を１つと、クラッド正極１ｐ及びクラッド負極１ｎの対を１つとを周期的に積層した第１の積層構成を有する部分。
（２）単一金属層正極２ｐ及び単一金属層負極２ｎの対を４つと、クラッド正極１ｐ及びクラッド負極１ｎの対を１つとを周期的に積層した第２の積層構成を有する部分。

【0131】

この場合において、第２の積層構成を有する部分は、第１の積層構成を有する部分と、第１の積層構成を有する他の部分との間に設けられてよい。２次電池Ｂａは、例えば、以下の（１）～（３）の部分を積層方向にしたがって順に有するものであってよい。
（１）単一金属層正極２ｐ及び単一金属層負極２ｎの対を１つと、クラッド正極１ｐ及びクラッド負極１ｎの対を１つとを周期的に積層した第１の積層構成を有する部分。
（２）単一金属層正極２ｐ及び単一金属層負極２ｎの対を４つと、クラッド正極１ｐ及びクラッド負極１ｎの対を１つとを周期的に積層した第２の積層構成を有する部分。
（３）単一金属層正極２ｐ及び単一金属層負極２ｎの対を１つと、クラッド正極１ｐ及びクラッド負極１ｎの対を１つとを周期的に積層した第１の積層構成を有する部分。

【0132】

＜７．本開示の実施形態＞
本開示の実施形態は、以下の態様をさらに含む。なお、括弧内に上記実施形態における用語との対応関係を示す。

【0133】

［付記１］
第１電極シート（クラッド電極１）と、第１電極シート（クラッド電極１）と同一の極性を有する第２電極シート（単一金属層電極２）とを含む２次電池Ｂａであって、第１電極シート（クラッド電極１）は、樹脂層１００と、当該樹脂層１００の両面のそれぞれに設けられる一対の金属層１０２ａ，１０２ｂとを有する第１集電体（クラッド集電体１０）であって、一対の金属層１０２ａ，１０２ｂが露出される第１端部（クラッド端部１２０）を有する、第１集電体（クラッド集電体１０）を含み、第２電極シート（単一金属層電極２）は、金属を含んで構成され樹脂層１００を含まない第２集電体（単一層集電体２０）であって、金属が露出される第２端部（単一層端部２２０）を有する、第２集電体（単一層集電体２０）を含み、第１端部（クラッド端部１２０）と第２端部（単一層端部２２０）とが積層されて接合されている、２次電池Ｂａ。

【0134】

［付記２］
第１電極シート（クラッド電極１）は、活物質を含む第１活物質層（活物質層１２ａ，１２ｂ）を含み、第１活物質層（活物質層１２ａ，１２ｂ）は、第１集電体（クラッド集電体１０）の少なくとも一方の面に設けられ、
第２電極シート（単一金属層電極２）は、活物質を含む第２活物質層（活物質層２２ａ，２２ｂ）を含み、第２活物質層（活物質層２２ａ，２２ｂ）は、第２集電体（単一層集電体２０）の少なくとも一方の面に設けられる、付記１に記載の２次電池Ｂａ。

【0135】

［付記３］
第１電極シート（クラッド電極１）の第１活物質層（活物質層１２ａ，１２ｂ）の目付重量は、第２電極シート（単一金属層電極２）の第２活物質層（活物質層２２ａ，２２ｂ）の目付重量より小さい、付記２に記載の２次電池Ｂａ。

【0136】

［付記４］
第１端部（クラッド端部１２０）の面積は、第２端部（単一層端部２２０）の面積より大きい、付記１から付記３のいずれか一つに記載の２次電池Ｂａ。

【0137】

［付記５］
第１端部（クラッド端部１２０）と第２端部（単一層端部２２０）とは、積層方向の一側から他側に向かって窪む接合痕（正極接合痕Ｐｗ、負極接合痕Ｎｗ）を備える、付記１から付記４のいずれか一つに記載の２次電池Ｂａ。

【0138】

［付記６］
樹脂層１００の一側に設けられる金属層１０２ａの厚みは、樹脂層１００の他側に設けられる金属層１０２ｂの厚みよりも大きい、付記５に記載の２次電池Ｂａ。

【0139】

［付記７］
接合痕（正極接合痕Ｐｗ、負極接合痕Ｎｗ）は、溶接痕である、付記６に記載の２次電池Ｂａ。

【0140】

［付記８］
複数の第１電極シート（クラッド電極１）と複数の第２電極シート（単一金属層電極２）とを含む、付記１から付記７のいずれか一つに記載の２次電池Ｂａ。

【0141】

［付記９］
１つの第１端部（クラッド端部１２０）と１つの第２端部（単一層端部２２０）とが互いに交互に積層される、付記８に記載の２次電池Ｂａ。

【0142】

［付記１０］
複数の第１端部（クラッド端部１２０）と複数の第１端部（クラッド端部１２０）との間に複数の第２端部（単一層端部２２０）が積層される、付記８に記載の２次電池Ｂａ。

【0143】

［付記１１］
第２電極シート（単一金属層電極２）の数は、第１電極シート（クラッド電極１）の数の１／４以上、かつ、３／４以下である、付記８に記載の２次電池Ｂａ。

【0144】

［付記１２］
一対の金属層１０２ａ，１０２ｂのそれぞれの厚みは、０．３μｍ以上である、付記１から付記１１のいずれか一つに記載の２次電池Ｂａ。

【0145】

［付記１３］
第２集電体（単一層集電体２０）の厚みは、４μｍ以上である、付記１から付記１２のいずれか一つに記載の２次電池Ｂａ。

【0146】

［付記１４］
一対の金属層１０２ａ，１０２ｂのそれぞれの厚みは、第２集電体（単一層集電体２０）の厚みの１／３０以上である、付記１から付記１４のいずれか一つに記載の２次電池Ｂａ。

【0147】

［付記１５］
一対の金属層１０２ａ，１０２ｂのそれぞれの厚みは、第２集電体（単一層集電体２０）の厚みの１／２以下である、付記１から付記１４のいずれか一つに記載の２次電池Ｂａ。

【0148】

［付記１６］
第１電極シート（クラッド電極１）及び第２電極シート（単一金属層電極２）は、正極の電極シートである、付記１から付記１５のいずれか一つに記載の２次電池Ｂａ。

【0149】

［付記１７］
一対の金属層１０２ａ，１０２ｂ及び第２集電体（単一層集電体２０）は、アルミニウムを含んで構成される、付記１６に記載の２次電池Ｂａ。

【0150】

［付記１８］
第１電極シート（クラッド電極１）及び第２電極シート（単一金属層電極２）は、負極の電極シートである、付記１から付記１７のいずれか一つに記載の２次電池Ｂａ。

【0151】

［付記１９］
一対の金属層１０２ａ，１０２ｂ及び第２集電体（単一層集電体２０）は、銅を含んで構成される、付記１８に記載の２次電池Ｂａ。

【0152】

［付記２０］
第１電極シート（クラッド電極１）及び第２電極シート（単一金属層電極２）は、負極活物質を実質的に有しない、付記１８に記載の２次電池Ｂａ。

【符号の説明】

【0153】

Ｂａ…２次電池、１…クラッド電極、１ｎ…クラッド負極、１ｐ…クラッド正極、２…単一金属層電極、２…単一金属層正極、２ｎ…単一金属層負極、２ｐ…単一金属層正極、３…単一金属層負極、４…クラッド正極、１０…クラッド集電体、１０ｎ…クラッド負極集電体、１０ｐ…クラッド正極集電体、１２ａ、１２ｂ…活物質層、１２ｎａ、１２ｎｂ…負極活物質層、１２ｐａ、１２ｐｂ…正極活物質層、１６ａ…第１活物質層、１６ｂ…第２活物質層、２０…単一層集電体、２０ｎ、２０ｐ…単一層負極集電体、２２ａ、２２ｂ…活物質層、２２ｎａ、２２ｎｂ…負極活物質層、２２ｐａ、２２ｐｂ…正極活物質層、３０…セパレータ、１００…樹脂層、１０２ａ、１０２ｂ…金属層、１０２ｎａ、１０２ｎｂ…負極金属層、１０２ｐａ、１０２ｐｂ…正極金属層、１２０…クラッド端部、１２０ｎ…クラッド負極端部、１２０ｐ…クラッド正極端部、２２０…単一層端部、２２０ｎ…単一層負極端部、２２０ｐ…単一層正極端部、Ａｍ…活物質積層領域、Ｎｅ…負極端部、Ｎｗ…負極接合痕、Ｐｅ…正極端部、Ｐｗ…正極接合痕、ｗ…接合痕

【要約】

リチウム２次電池の有用性を向上させる技術を提供する。本開示の一態様に係る２次電池Ｂａは、第１電極シート（クラッド電極１）と、第１電極シート（クラッド電極１）と同一の極性を有する第２電極シート（単一金属層電極２）とを含む２次電池Ｂａであって、第１電極シート（クラッド電極１）は、樹脂層１００と、当該樹脂層１００の両面のそれぞれに設けられる一対の金属層１０２ａ，１０２ｂとを有する第１集電体（クラッド集電体１０）であって、一対の金属層１０２ａ，１０２ｂが露出される第１端部（クラッド端部１２０）を有する、第１集電体（クラッド集電体１０）を含み、第２電極シート（単一金属層電極２）は、金属を含んで構成され樹脂層１００を含まない第２集電体（単一層集電体２０）であって、金属が露出される第２端部（単一層端部２２０）を有する、第２集電体（単一層集電体２０）を含み、第１端部（クラッド端部１２０）と第２端部（単一層端部２２０）とが積層されて接合されている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】