JP2008117614A - 電極用集電体及び非水電解質二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】小型・軽量化や高容量化に貢献し得る電極集電体、及びこれを用いた非水電解質二次電池を提供すること。
【解決手段】電極用集電体は、非水電解質電池の電極に用いられる帯状をなす集電体である。一端が帯状集電体の長辺又は短辺に達している切り込みを有する。
非水電解質二次電池は、帯状をなす集電体の両面に電極活物質層が形成されて成る帯状の電極間にセパレータを介在させて巻回した巻回電池素子と、巻回電池素子が収納される外装部材と、を備える。帯状電極は活物質層未形成部を有する。帯状集電体は一端が帯状集電体の長辺又は短辺に達している切り込みと、折り返し部を有する。折り返し部は、帯状集電体が部分的に重畳している重畳部と、先端部から成る。折り返し部の先端部が帯状集電体の長辺から突出している。切り込み及び折り返し部が活物質層未形成部に形成されている。
【選択図】なし

Description

本発明は、電極用集電体及び非水電解質二次電池に係り、更に詳細には、帯状をなし電池の小型・軽量化及び高容量化に寄与し得る電極用集電体、並びにこれを用いた巻回構造を有する非水電解質二次電池に関する。

近年、カメラ一体型ビデオテープレコーダや携帯電話、携帯用コンピュータ等のポータブル電子機器が数多く登場し、その小型化や軽量化が図られている。この電子機器の小型、軽量化に伴って、これらのポータブル電源として用いられる電池に対しても、高エネルギーを有することや、小型、軽量化が求められている。また、自動車及び電動ドリルなどの需要に従い瞬間的に大電流で充電放電する高出力特性がますます重要視されている。

かかる高容量高出力用途の電池としては、高容量を有するリチウムイオン二次電池がある。このようなリチウムイオン二次電池は、従来、帯状をなす電極１の長尺方向には集電リードを設けることができず、図７に示すように、短尺方向に集電タブ２を設けるのが通例であった。

しかし、電極１の両面（表裏面）に形成する電極活物質層の厚みは１層当たり１００〜１５０μｍ程度であるのに対し、集電タブ２の厚みは７０〜１２０μｍ程度、絶縁テープ３は４０〜８０μｍ程度の厚みを持つので、これらを巻回した巻回構造を有する電池では、その内周部分に電極活物質層の１層以上の厚みを持つ硬いタブが存在してしまうことになる。
また、このような巻回構造では最厚部分の厚みによりサイズが規定されてしまうが、約２００μｍ厚の集電タブ周辺は、電池の最厚部分につき電極２層分程度の厚みをもたらし、得られる電池の軽薄化に悪影響を及ぼしてしまう。

なお、各電極、即ち正負極の集電タブをかかる巻回構造の内周部において上下にずらして配置したものでは、正負極の電極がタブ位置の影響を大きく受けるために、断面形状がＳ字に近い歪んだ構造を採って巻回されてしまう。
この歪みは、初期には問題にならなくても充放電サイクルを繰り返すことにより益々助長されてゆき、最終的には正極タブ側は出っ張り、負極タブ側は逆に引っ込むという形状に変形する虞があった。

ところで、従来、電極の最厚部分を重ねないように集電タブの位置をずらしながら配置することにより、予想される設計での容量ロス及びサイクル時の劣化を抑制することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、こうした工夫も集電タブ周辺の厚みを本質的に抑制できるものではなかった。

また、集電タブを使用せずに、帯状電極に用いられている集電体箔をそのまま集電リードとすることも知られている（例えば、特許文献２参照）。
ところが、電極活物質を含む電極合剤の空隙率が低い（充填率が高い）場合には、電極合剤を圧縮する工程において、金属製の集電体箔のダメージが問題となるために、限定された活物質及び限定された集電体箔を用いなければ、この手法は実施できなかった。

これ以外に、特許文献３及び特許文献４に記載の技術も提案されているが、これらはやはり１．４ｇ／ｃｍ^３という極めて低い体積密度でのプレス加工を必要とし、しかも電極活物質を含む合剤の塗布後に未塗布部分を形成するのに、超音波や物理的なブラシなどによって活物質を除去する必要もあり、実際に製造に導入するにはコストと手間がかかりすぎ、また現在の１０μｍ程度の薄さまで薄型化が進んだ集電体金属箔は、このような物理的なダメージには耐えられなくなってきている。
特開２００６−１２８０８号公報 特許第３４７３３９７号公報 特開２０００−２９４２２２号公報 特開２００３−６８２７１号公報

上述のように、従来技術では、電極の巻回構造を有する非水電解質電池を簡易に小型・軽量化でき、体積当たりのエネルギー密度を増大して高容量化を実現し得る電極集電体、及びそのような特性を有する非水電解質二次電池は見当たらなかった。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、小型・軽量化や高容量化に貢献し得る電極集電体、及びこれを用いた非水電解質二次電池を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、帯状の電極集電体に特定の切り込みを設けることなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の非水電解質電池の電極用集電体は、非水電解質電池の電極に用いられる帯状をなす集電体において、
一端が上記帯状集電体の長辺又は短辺に達している少なくとも１つの切り込みを有することを特徴とする。

また、本発明の非水電解質電池の電極用集電体の好適形態は、上記切り込みを利用して上記帯状集電体の一部が折り返されて、折り返し部を形成しており、
この折り返し部は、上記帯状集電体が部分的に重畳している重畳部と、重畳していない先端部から成り、
上記折り返し部の先端部が、上記帯状集電体の長辺から突出していることを特徴とする。

また、本発明の非水電解質二次電池は、帯状をなす集電体の両面に電極活物質層が形成されて成る帯状の電極間にセパレータを介在させて巻回した巻回電池素子と、この巻回電池素子が収納される外装部材と、を備えた非水電解質二次電池において、
上記帯状電極は、上記電極活物質層が両面とも形成されていない活物質層未形成部を有し、
上記帯状集電体は、その一端がこの帯状集電体の長辺又は短辺に達している少なくとも１つの切り込みを有するとともに、その一部が上記切り込みを利用して折り返された折り返し部を有し、
この折り返し部は、上記帯状集電体が部分的に重畳している重畳部と、重畳していない先端部から成るとともに、上記折り返し部の先端部が上記帯状集電体の長辺から突出しており、
上記帯状集電体の切り込み及び折り返し部が、上記活物質層未形成部に形成されている、
ことを特徴とする。

本発明によれば、帯状の電極集電体に特定の切り込みを設けることなどにしたため、小型・軽量化や高容量化に貢献し得る電極集電体、及びこれを用いた非水電解質電池を提供することができる。

以下、本発明の電極用集電体につき詳細に説明する。なお、本明細書において、濃度、含有量及び配合量などのついての「％」は、特記しない限り質量百分率を表すものとする。

（実施形態１）
図１は、本発明の電極用集電体を用いた非水電解質二次電池用の負極の一実施形態を示す平面図である。
図１（Ａ）において、この負極１は、帯状をなす金属箔から成る集電体４の両面（表裏面）に負極活物質を含む負極活物質１ａを有しているが、その一端部には、活物質層が形成されずに集電体４が露出した活物質層未形成部４ａが形成されている。
また、この活物質層未形成部４ａには、帯状をなす集電体４の長辺方向とほぼ垂直をなす方向に切り込み５が設けられており、この切り込み５の一端は集電体４の長辺に達している。

図１（Ｂ）は、上記負極１に集電タブ２を取り付けた状態を示す平面図である。
集電タブ２を取り付ける際には、活物質層未形成部４ａに設けた切り込み５を利用し、集電体４を部分的にその短辺方向（図示の上方向）に折り返し、その先端部６ｔを集電体４の長辺から突出させる。これにより形成される折り返し部６は、集電体部分同士が重なる重畳部６ｓと、そのような重なりが無く上述のように突出させた先端部６ｔと、で構成されることになる。

次いで、上述のように突出させた折り返し部の先端部６ｔと集電タブ２とを接触させ、この先端部６ｔを接合片として機能させ、両者を溶接する。
更に、保護シートの一例である絶縁テープ３を折り返し部６、即ち先端部６ｔと重畳部６ｓに被覆し、得られる負極に適切な機械的強度を付与し、図１（Ｂ）に示すような集電タブ付き負極を得る。

このようにして得られた集電タブ付き負極では、集電タブ２の厚みが通常の７０μｍ程度であっても、この集電タブ２は、集電体４の長辺から突出した上記先端部６ｓで溶接されているため、帯状をなす負極を巻回して巻回電池素子を作製する際には、巻回構造に関与せず、その厚みが巻回電池素子の出来上がりの厚みに直接影響を及ぼすことがない。
従って、本実施形態に示すような負極１（集電体４）を用いれば、小型・軽量化及び高容量化を実現した非水電解質二次電池を得ることができる。

（実施形態２）
図２は、本発明の集電体を用いた負極の他の実施形態を示す平面図である。
同図（Ａ）に示すように、本実施形態では、切り込み５’が集電体４の長辺方向と平行に延在している。これ以外は実施形態１と同様の構成を有する。
図２（Ｂ）に示すように、本実施形態では、切り込み５’を利用し、集電体の一部を図示の左上方向に折り返し、先端部６ｔと重畳部６ｓから成る折り返し部６を形成する。

次いで、実施形態１と同様に、集電体４の長辺から突出した先端部６ｔに集電タブ２を溶接し、折り返し部６を絶縁テープで被覆して、本実施形態の集電タブ付き負極を作製することができる。
本実施形態の集電タブ付き負極も、実施形態１の負極と同様に、非水電解質二次電池の小型・軽量化及び高容量化に貢献し得るものである。

（実施形態３）
図３に、本発明の集電体を用いた負極の更に他の実施形態を示す。
本実施形態では、切り込み５Ｌが実施形態１の切り込みよりも長く形成されており、これ以外は実施形態１と同様の構成を有する。
本実施形態では、切り込み５Ｌを利用して集電体４の一部を図示上方に折り返し、折り返し部の先端部６ｔ自体を集電タブとして機能するようにしている。よって、集電タブとして特別な部品を用いる必要がなく、その溶接も不要なので製造工数も低減している。

また、本実施形態では、集電タブとして機能する上記先端部６ｔの厚みは、集電体４の厚みと同じで例えば８μｍ程度であり、集電タブが巻回構造の出来上がりの厚みに関与することは実質的にあり得ない。
よって、本実施形態の負極（集電体）は、非水電解質二次電池の小型・軽量化及び高容量化にいっそう貢献し得るものであるとともに、その製造も簡易且つ迅速に行うことができる。

（実施形態４）
図４に、本発明の集電体を用いた負極の他の実施形態を示す。
本実施形態では、折り返し部の重畳部６ｓは、この重畳部を構成している集電体の部分同士を溶接することにより接合されている。よって、折り返し部の集電体を固定し、製造時の取り回し及び落下などの衝撃に対しての信頼性を増すという利点がある。
これ以外については、実施形態３と同様の構成を有するものであり、上記同様の利点を得ることができる。

以上、本発明の集電体を若干の実施形態により説明したが、このような構成以外にも種々の変形が可能である。
例えば、本発明の集電体は正極にも適用することができる。また、切り込み５の延在方向は集電体４の長辺方向と短辺方向に限定されるものではなく、斜め方向に延在させることもでき、更に切り込み５は直線状のみならず曲線状であってもよい。
更に、切り込み５等は集電体４の端部だけではなく、活物質層未形成部である限り中途部に設けることも可能であり、例えば、短辺方向に延在する２本の切り込みを集電体４の中途部に並設し、これにより形成される短冊状の部分を上方に折り返してもよい。

また、切り込み５等の長さは、折り返し部の先端部６ｔが集電体４の集電体から突出可能な限り特に限定されるものではなく、適宜変更することができる。なお、集電タブとの接合片として機能させる場合、代表的には、上記長辺から１ｍｍ程度以上突出していれば十分である。

更にまた、保護シートとして機能する絶縁テープ３は、必ずしも折り返し部全体を覆っている必要はなく、また、集電体４の片面だけではなく両面（表面及び裏面）に被着させることも可能である。
通常、負極については折り返し部が形成される側の片面だけの被着で十分であるが、正極の場合には、塗布時に本来は活物質層未形成部として設定した部分にごく少量の正極活物質層が形成されると、リチウムの析出やコバルトの溶出などの虞がある、という理由から、集電体の表面側と裏面側の両面に絶縁テープを被着させることが好ましい。
また、折り返し部の重畳部６ｓの溶接と、絶縁テープ３の被着を併用することができるのは勿論である。

なお、上記実施形態において、集電体４や電極活物質、活物質層などの電極を構成する材料については従来公知の材料を用いることができ、特殊な材料を用いる必要がないので、上記実施形態の負極や集電体は汎用性に富むものである。
また、上記実施形態では、特別なプレス加工や超音波処理などの特殊な処理を必要としておらず、集電体４を構成する金属箔にかかる負担も無視できるほど小さい。
よって、これら実施形態の負極や集電体は、製造効率や信頼性に優れるものであり、これらを用いて作製した非水電解質二次電池も製造効率や製品信頼性に優れるものである。

次に、本発明の非水電解質二次電池について詳細に説明する。
上述のように、本発明の非水電解質二次電池は、以上に説明した本発明の集電体を用いて形成されるものである。

（実施形態５）
図５は、本発明の非水電解質二次電池の一実施形態であって、ラミネート材を用いた巻回型電池の一例を示す分解斜視図である。
同図において、この二次電池は、正極端子１１と負極端子１２が取り付けられた巻回電池素子２０をフィルム状の外装部材３０（３０Ａ，３０Ｂ）の内部に封入して構成されている。正極端子１１及び負極端子１２は、外装部材３０の内部から外部に向かって、例えば同一方向にそれぞれ導出されている。正極端子１１及び負極端子１２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）又はステンレスなどの金属材料によりそれぞれ構成される。なお、本実施形態の非水電解質二次電池において、正極端子１１や負極端子１２が上述の集電タブ２に相当する。

外装部材３０は、例えばナイロンフィルム、アルミニウム箔及びポリエチレンフィルムをこの順に張り合わせた矩形状のラミネートフィルムにより構成されている。外装部材３０は、例えばポリエチレンフィルム側と電池素子２０とが対向するように配設されており、各外縁部が融着又は接着剤により互いに接合されている。
外装部材３０と正極端子１１及び負極端子１２との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム３１が挿入されている。密着フィルム３１は、正極端子１１及び負極端子１２に対して密着性を有する材料により構成され、例えば正極端子１１及び負極端子１２が上述した金属材料から構成される場合には、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレン又は変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂により構成されることが好ましい。

なお、外装部材３０は、上述したラミネートフィルムに代えて、他の構造、例えば金属材料を有さないラミネートフィルム、ポリプロピレンなどの高分子フィルム又は金属フィルムなどにより構成してもよい。
ここで、外装部材の一般的な構成は、外装層／金属箔／シーラント層の積層構造で表すことができ（但し、外装層及びシーラント層は複数層で構成されることがある。）、上記の例では、ナイロンフィルムが外装層、アルミニウム箔が金属箔、ポリエチレンフィルムがシーラント層に相当する。
なお、金属箔としては、耐透湿性のバリア膜として機能すれば十分であり、アルミニウム箔のみならず、ステンレス箔、ニッケル箔及びメッキを施した鉄箔などを使用することができるが、薄く軽量で加工性に優れるアルミニウム箔を好適に用いることができる。

外装部材として、使用可能な構成を（外装層／金属箔／シーラント層）の形式で列挙すると、Ｎｙ（ナイロン）／Ａｌ（アルミ）／ＣＰＰ（無延伸ポリプロピレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）／Ａｌ／ＣＰＰ、ＰＥＴ／Ａｌ／ＰＥＴ／ＣＰＰ、ＰＥＴ／Ｎｙ／Ａｌ／ＣＰＰ、ＰＥＴ／Ｎｙ／Ａｌ／Ｎｙ／ＣＰＰ、ＰＥＴ／Ｎｙ／Ａｌ／Ｎｙ／ＰＥ（ポリエチレン）、Ｎｙ／ＰＥ／Ａｌ／ＬＬＤＰＥ（直鎖状低密度ポリエチレン）、ＰＥＴ／ＰＥ／Ａｌ／ＰＥＴ／ＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）、及びＰＥＴ／Ｎｙ／Ａｌ／ＬＤＰＥ／ＣＰＰなどがある。

図６は、図５に示した電池素子２０のＶＩ−ＶＩ線に沿った模式的な断面図である。
同図において、電池素子２０は、上記実施形態１〜４に示したような構成を有する正極２１と負極２２とがゲル状をなす非水電解質組成物層２３及びセパレータ２４を介して対向して位置し、巻回されているものであり、最外周部は保護テープ２５により保護されている。

図６に示すように、正極２１は、帯状をなし、例えば対向する一対の面（表面及び裏面）を有する正極集電体２１Ａの両面又は片面に正極活物質層２１Ｂが被覆された構造を有している。
正極集電体２１Ａには、長辺方向における一方の端部に正極活物質層２１Ｂが被覆されずに露出している部分（活物質未形成部）があり、この露出部分に正極端子１１が取り付けられている。
正極集電体２１Ａは、例えばアルミニウム箔、ニッケル箔又はステンレス箔などの金属箔により構成される。

正極活物質層２１Ｂは、正極活物質として、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な正極材料のいずれか１種又は２種以上を含んでおり、必要に応じて導電材及び結着剤を含んでいてもよい。
リチウムを吸蔵及び放出することが可能な正極材料としては、例えば硫黄（Ｓ）や、二硫化鉄（ＦｅＳ_２）、二硫化チタン（ＴｉＳ_２）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）、二セレン化ニオブ（ＮｂＳｅ_２）、酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）及び二酸化マンガン（ＭｎＯ_２）などのリチウムを含有しないカルコゲン化物（特に層状化合物やスピネル型化合物）、リチウムを含有するリチウム含有化合物、並びに、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリアセチレン及びポリピロールなどの導電性高分子化合物が挙げられる。

これらの中でも、リチウム含有化合物は、高電圧及び高エネルギー密度を得ることができるものがあるので好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えばリチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物や、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物が挙げられるが、より高い電圧を得る観点からは、特にコバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、チタン（Ｔｉ）又はこれらの任意の混合物を含むものが好ましい。

かかるリチウム含有化合物は、代表的には、次の一般式（１）又は（２）
Ｌｉ_ｘＭ^ＩＯ_２…（１）
Ｌｉ_ｙＭ^ＩＩＰＯ_４…（２）
（式中のＭ^Ｉ及びＭ^ＩＩは１種類以上の遷移金属元素を示し、ｘ及びｙの値は電池の充放電状態によって異なるが、通常０．０５≦ｘ≦１．１０、０．０５≦ｙ≦１．１０である。）で表され、（１）式の化合物は一般に層状構造を有し、（２）式の化合物は一般にオリビン構造を有する。

また、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物の具体例としては、リチウムコバルト複合酸化物（Ｌｉ_ｘＣｏＯ_２）、リチウムニッケル複合酸化物（Ｌｉ_ｘＮｉＯ_２）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（Ｌｉ_ｘＮｉ_１−ｚＣｏ_ｚＯ_２（０＜ｚ＜１）、スピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）などが挙げられる。
リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物の具体例としては、例えばオリビン構造を有するリチウム鉄リン酸化合物（ＬｉＦｅＰＯ_４）又はリチウム鉄マンガンリン酸化合物（ＬｉＦｅ_１−ｖＭｎ_ｖＰＯ_４（ｖ＜１））が挙げられる。
これらの複合酸化物において、構造を安定化させる等の目的から、遷移金属の一部をＡｌやＭｇその他の遷移金属元素で置換したり結晶粒界に含ませたもの、酸素の一部をフッ素等で置換したもの等も挙げることができる。更に、正極活物質表面の少なくとも一部に他の正極活物質を被覆したものとしてもよい。また、正極活物質は、複数種類を混合して用いてもよい。

一方、負極２２は、正極２１と同様に帯状をなし、例えば対向する一対の面を有する負極集電体２２Ａの両面又は片面に負極活物質層２２Ｂが設けられた構造を有している。負極集電体２２Ａには、長辺方向における一方の端部に負極活物質層２２Ｂが設けられず露出している部分があり、この露出部分に負極端子１２が取り付けられている。
負極集電体２２Ａは、例えば銅箔、ニッケル箔又はステンレス箔などの金属箔により構成される。

負極活物質層２２Ｂは、負極活物質として、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な負極材料、金属リチウムのいずれか１種又は２種以上を含んでおり、必要に応じて導電材や結着剤を含んでいてもよい。
リチウムを吸蔵及び放出することが可能な負極材料としては、例えば炭素材料、金属酸化物及び高分子化合物が挙げられる。炭素材料としては、難黒鉛化炭素材料、人造黒鉛材料や黒鉛系材料などが挙げられ、より具体的には、熱分解炭素類、コークス類、黒鉛類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭及びカーボンブラックなどがある。
このうち、コークス類にはピッチコークス、ニードルコークス及び石油コークスなどがあり、有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール樹脂やフラン樹脂などの高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいう。また、金属酸化物としては、酸化鉄、酸化ルテニウム及び酸化モリブテンなどが挙げられ、高分子化合物としてはポリアセチレンやポリピロールなどが挙げられる。

更に、リチウムを吸蔵及び放出することが可能な負極材料としては、リチウムと合金を形成可能な金属元素及び半金属元素のうちの少なくとも１種を構成元素として含む材料も挙げられる。この負極材料は金属元素又は半金属元素の単体でも合金でも化合物でもよく、またこれらの１種又は２種以上の相を少なくとも一部に有するようなものでもよい。
なお、本発明において、合金には２種以上の金属元素からなるものに加えて、１種以上の金属元素と１種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体、共晶（共融混合物）、金属間化合物又はこれらのうちの２種以上が共存するものがある。

このような金属元素又は半金属元素としては、例えばスズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、アルミニウム、インジウム（Ｉｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ヒ素（Ａｓ）、銀（Ａｇ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びイットリウム（Ｙ）が挙げられる。
中でも、長周期型周期表における１４族の金属元素又は半金属元素が好ましく、特に好ましいのはケイ素又はスズである。ケイ素及びスズは、リチウムを吸蔵及び放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。

スズの合金としては、例えばスズ以外の第２の構成元素として、ケイ素、マグネシウム（Ｍｇ）、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン（Ｔｉ）、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモン及びクロム（Ｃｒ）から成る群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。
ケイ素の合金としては、例えばケイ素以外の第２の構成元素として、スズ、マグネシウム、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモン及びクロムから成る群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。

スズの化合物又はケイ素の化合物としては、例えば酸素（Ｏ）又は炭素（Ｃ）を含むものが挙げられ、スズまたはケイ素に加えて、上述した第２の構成元素を含んでいてもよい。

次に、非水電解質組成物層２３を構成する非水電解質組成物としては、電解質塩を含有させた固体電解質、有機高分子に非水溶媒と電解質塩を含浸させたゲル状電解質のいずれをも用いることができる。
また、固体電解質やゲル状電解質では、正極・負極それぞれに成分が異なる電解質を使用できるが、１種類の電解質を使用する場合には、非水溶媒に電解質塩を溶解させた非水電解液も使用することが可能である。

非水電解液は、非水溶媒と電解質とを適宜組合わせて調製できるが、非水溶媒としては、各種の高誘電率溶媒や低粘度溶媒を挙げることができる。
高誘電率溶媒としては、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネート等を好適に用いることができるが、これに限定されるものではなく、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン（フルオロエチレンカーボネート）、４−クロロ−１，３−ジオキソラン−２−オン（クロロエチレンカーボネート）、及びトリフルオロメチルエチレンカーボネートなどの環状炭酸エステルを用いることができる。

また、高誘電率溶媒として、環状炭酸エステルの代わりに又はこれと併用して、γ−ブチロラクトン及びγ−バレロラクトン等のラクトン、Ｎ−メチルピロリドン等のラクタム、Ｎ−メチルオキサゾリジノン等の環状カルバミン酸エステル、テトラメチレンスルホン等のスルホン化合物なども使用可能である。

一方、低粘度溶媒としては、ジエチルカーボネートを好適に使用することができるが、これ以外にも、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート及びメチルプロピルカーボネート等の鎖状炭酸エステル、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、イソ酪酸メチル、トリメチル酢酸メチル及びトリメチル酢酸エチル等の鎖状カルボン酸エステル、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド等の鎖状アミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルカルバミン酸メチル及びＮ，Ｎ−ジエチルカルバミン酸エチル等の鎖状カルバミン酸エステル、並びに１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン及び１，３−ジオキソラン等のエーテルを用いることができる。

なお、非水電解質組成物において、上述の高誘電率溶媒及び低粘度溶媒は、その１種を単独で又は２種以上を任意に混合して用いることができる。
また、上述の非水溶媒の含有量は、７０〜９５％とすることが好ましい。７０％未満では、粘度が上昇し過ぎることがあり、９５％を超えると、十分な電導度が得られないことがある。

ゲル状電解質のマトリックスとしては、上記非水電解液を吸収してゲル化するものでさえあれば、種々の高分子材料が利用でき、例えば、（ポリ）ビニリデンフルオロライドや（ポリ）ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレンなどのフッ素系高分子材料、（ポリ）エチレンオキサイドや同架橋体などのエーテル系高分子材料、また、（ポリ）アクリロニトリルなどを使用することができる。
これらのうち、酸化還元安定性の観点から、特にフッ素系高分子材料を用いることが望ましい。

また、電解質塩としては、上述の非水溶媒に溶解ないしは分散してイオンを生ずるものであればよく、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を好適に使用することができるが、これに限定されないことはいうまでもない。
即ち、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ_４）、六フッ化ヒ酸リチウム（ＬｉＡｓＦ_６）、六フッ化アンチモン酸リチウム（ＬｉＳｂＦ_６）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ_４）、四塩化アルミニウム酸リチウム（ＬｉＡｌＣｌ_４）等の無機リチウム塩や、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３）、リチウムビス（トリフルオロメタンスルホン）イミド（ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２）、リチウムビス（ペンタフルオロメタンスルホン）メチド（ＬｉＮ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２）、及びリチウムトリス（トリフルオロメタンスルホン）メチド（ＬｉＣ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_３）等のパーフルオロアルカンスルホン酸誘導体のリチウム塩なども使用可能であり、これらを１種単独で又は２種以上を組み合わせて使用することも可能である。

なお、このような電解質塩の含有量は、５〜３０％とすることが好ましい。５％未満では、十分な電導度が得られないことがあり、３０％を超えると、粘度が上昇し過ぎることがある。

また、セパレータ２４は、例えばポリプロピレン若しくはポリエチレンなどのポリオレフィン系の合成樹脂から成る多孔質膜、又はセラミック製の不織布などの無機材料から成る多孔質膜など、イオン透過度が大きく、所定の機械的強度を有する絶縁性の薄膜から構成されており、これら２種以上の多孔質膜を積層した構造としてもよい。特に、ポリオレフィン系の多孔質膜を含むものは、正極２１と負極２２との分離性に優れ、内部短絡や開回路電圧の低下をいっそう低減できるので好適である。

次に、上述した二次電池の製造方法の一例につき説明する。
上記ラミネート型二次電池は、以下のようにして製造することができる。
まず、正極２１を作製する。例えば粒子状の正極活物質を用いる場合には、正極活物質と必要に応じて導電材及び結着剤とを混合して正極合剤を調製し、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどの分散媒に分散させて正極合剤スラリーを作製する。
次いで、この正極合剤スラリーを正極集電体２１Ａに塗布し乾燥させ、圧縮成型して正極活物質層２１Ｂを形成する。この際、活物質未形成部も形成しておく。

また、負極２２を作製する。例えば粒子状の負極活物質を用いる場合には、負極活物質と必要に応じて導電材及び結着剤とを混合して負極合剤を調製し、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどの分散媒に分散させて負極合剤スラリーを作製する。この後、この負極合剤スラリーを負極集電体２２Ａに塗布し乾燥させ、圧縮成型して負極活物質層２２Ｂを形成する。この際、活物質未形成部も形成しておく。

次いで、上述の活物質未形成部に切り込みを設け、実施形態１〜４で説明したように、正極２１に正極端子１１を取り付けるとともに、負極２２に負極端子１２を取り付けた後、セパレータ２４、正極２１、セパレータ２４及び負極２２を順次積層して巻回し、最外周部に保護テープ２５を接着して巻回電池素子を形成する。更に、この巻回電池素子を外装部材３０で挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状とする。

しかる後、六フッ化リン酸リチウムなどの電解質塩と、エチレンカーボネートなどの非水溶媒を含む非水電解質組成物を準備し、外装部材３０の開口部から巻回電池素子の内部に注入して、外装部材３０の開口部を熱融着し封入する。これにより、非水電解質組成物層２３が形成され、図５及び図６に示した二次電池が完成する。

なお、この二次電池は次のようにして製造してもよい。
例えば、巻回電池素子を作製してから非水電解質組成物を注入するのではなく、正極２１及び負極２２の上、又はセパレータ２４に非水電解質組成物を塗布した後に巻回し、外装部材３０の内部に封入するようにしてもよい。

この二次電池では、充電を行うと、正極活物質層２１Ｂからリチウムイオンが放出され、非水電解質組成物層２３を介して負極活物質層２２Ｂに吸蔵される。放電を行うと、負極活物質層２２Ｂからリチウムイオンが放出され、非水電解質組成物層２３を介して正極活物質層２１Ｂに吸蔵される。

以上に説明した非水電解質二次電池は、本発明の集電体を用いて巻回電池素子を構成しているので、この集電体に起因する上記の効果を享受することができる。
例えば、本実施形態の非水電解質二次電池においては、従来の厚み１００μｍの集電タブ（金属タブ）の厚みが集電体箔の正極集電体アルミニウム箔の１２μｍ及び負極集電体銅箔の８μｍと圧倒的に薄くなり、帯状電極を１層分多く電池体積内に詰め込むことができるので、高容量化が実現される。
また、巻回時の電池素子の内周部分の段差を、従来の３５０μｍ（正負極タブ１００×２＋テープ正極５０×２＋テープ負極片面５０μｍ）から１２０μｍ（正負極箔タブ８＋１２＋テープ正極５０×２）にまで、１／３程度に小さくすることができる。よって、充放電サイクル時に生じ得る電池素子の歪みを抑制することもできる。

以下、本発明を若干の実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

（実施例１〜８）
以下、正極活物質としてコバルト酸リチウム、負極活物質としてメソフェーズカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）を用い、実施形態５に示したようなリチウムイオン二次電池を例に採って説明する。

［電極の作製］
活物質であるコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）粉末１００重量部に、導電剤として１重量部のケッチェンブラックと、結着剤として２重量部のポリフッ化ビニリデンを添加し、これに分散溶媒のＮ−メチルピロリドンを添加、混練した合材スラリを厚み１２μｍのアルミニウム箔の両面に塗布した。この塗布の際、幅３０ｍｍの合材スラリ未塗布部を残した。次いで、乾燥し、活物質層を厚さ方向に圧縮、裁断した。これにより、活物質層の密度は約３．５ｇ／ｃｍ^３となった。

上記合材スラリ未塗布部に起因する活物質未形成部に、電極の長辺方向に対して垂直又は平行に切り込みを入れた。ここで、切り込み部を長辺に対して垂直に折り曲げると、集電タブとの接合片となる。
切り込み部を長くした場合には、集電体箔自体を集電タブとして用いることができる。一方、切り込み部を短く集電体箔からのはみ出し部を短くした場合には、通常の集電タブを溶接する（実施形態１〜４参照）。

得られた電極を用い、実施形態５に示したような手順により、各例のリチウムイオン二次を作製した。各実施例の電池では、溶接箇所が巻回電池素子の最厚部にかからないため、通常のセルよりも薄型化できたとともに、通常と同様に溶接箇所を絶縁テープで補強することができた。表１に、各例の電池における電極や集電体タブなどの仕様を示す。

（比較例１）
正極電極の正極活物質層未形成部に、電極長辺方向に対して垂直方向にアルミニウム金属製の直方体タブ（厚み１００μｍ×幅５ｍｍ×長さ３０ｍｍ）を超音波溶接し、活物質層未形成部の全面を覆うように厚み５０μｍのＰＥＴテープを貼着して保護した。
また同様に、負極電極の活物質層未形成部に、電極長辺方向に対して垂直方向にニッケル金属製の直方体タブ（厚み１００μｍ×幅５ｍｍ×長さ３０ｍｍ）を超音波溶接し、溶接部を覆うように厚み５０μｍのＰＥＴテープを貼着して保護した。
上記の操作以外は、実施例１〜８と同様の操作を繰り返し、本例のリチウムイオン二次電池を得た。表１に、本例の電池における電極や集電タブなどの仕様を示す。

（性能評価）
上述のようにして得られた各例の電池を下記の性能評価に供した。得られた結果を表１に併記する。

［定格エネルギー密度Ｗｈ／ｌ］
各例の電池について、２３℃で充放電を行い、定格容量及び３００サイクル目の放電容量維持率を求めた。充電は、１００ｍＡの定電流定電圧充電を上限４．２Ｖまで１５時間行い、放電は１００ｍＡの定電流放電を終止電圧２．５Ｖまで行った。定格容量は１サイクル目の放電容量とし、次式
定格エネルギー密度＝平均放電電圧（Ｖ）×定格容量（ｍＡｈ）／電池体積（ｌ）
により求めた。

［負荷特性］
各例の電池において、それぞれ充電して所定の電圧とした後、２５℃の雰囲気下で１０Ｃ放電を行い、次式に従って１０Ｃ維持率を測定した。なお、終止電圧は２．５Ｖとした。
維持率＝１０Ｃ放電容量（ｍＡｈ）／定格容量×１００
定格エネルギー密度は５７０Ｗｈ／ｌ以上を良品とした。また、サイクル容量維持率は７０％以上を良品とした。

以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、本発明は二次電池に限らず一次電池についても適用可能である。
更に、上記実施形態及び実施例においては、電極反応物質としてリチウムを用いる電池を例に採って説明した、本発明の技術的思想は、ナトリウム（Ｎａ）若しくはカリウム（Ｋ）などの他のアルカリ金属、マグネシウム（Ｍｇ）若しくはカルシウム（Ｃａ）などのアルカリ土類金属、又はアルミニウムなどの他の軽金属を用いる場合についても適用することが可能である。

本発明の電極用集電体を用いた非水電解質二次電池用の負極の一実施形態を示す平面図である。 本発明の集電体を用いた負極の他の実施形態を示す平面図である。 本発明の集電体を用いた負極の更に他の実施形態を示す平面図である。 本発明の集電体を用いた負極の他の実施形態を示す平面図である。 本発明の非水電解質二次電池の一実施形態であって、ラミネート型電池の一例を示す分解斜視図である。 図５に示した電池素子のＶＩ−ＶＩ線に沿った模式的断面図である。 従来の非水電解質二次電池用の電極の一例を示す平面図である。

符号の説明

１…電極、１ａ…活物質層、２…集電タブ、３…絶縁テープ、４…集電体、４ａ…活物質層未形成部、５，５’，５Ｌ…切り込み、６…折り返し部、６ｔ…先端部、６ｓ…重畳部、１１…正極端子、１２…負極端子、２０…巻回電池素子、２１…正極、２１Ａ…正極集電体、２１Ｂ…正極活物質層、２２…負極、２２Ａ…負極集電体、２２Ｂ…負極活物質層、２３…高分子支持体層、２４…セパレータ、２５…保護テープ、３０…外装部材、３１…密着フィルム。

Claims (9)

1. 非水電解質電池の電極に用いられる帯状をなす集電体において、
   一端が上記帯状集電体の長辺又は短辺に達している少なくとも１つの切り込みを有することを特徴とする非水電解質電池の電極用集電体。
2. 上記切り込みが、上記帯状集電体の長辺方向における端部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質電池の電極用集電体。
3. 上記切り込みが、上記帯状集電体の長辺方向に対して垂直又は平行に延在していることを特徴とする請求項２に記載の非水電解質電池の電極用集電体。
4. 上記切り込みを利用して上記帯状集電体の一部が折り返されて、折り返し部を形成しており、
   この折り返し部は、上記帯状集電体が部分的に重畳している重畳部と、重畳していない先端部から成り、
   上記折り返し部の先端部が、上記帯状集電体の長辺から突出していることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質電池の電極用集電体。
5. 上記折り返し部の先端部と重畳部を覆うように、保護シート材が被覆されていることを特徴とする請求項４に記載の非水電解質電池の電極用集電体。
6. 上記折り返し部の重畳部を形成している集電体部分同士が接合されていることを特徴とする請求項４に記載の非水電解質電池の電極用集電体。
7. 帯状をなす集電体の両面に電極活物質層が形成されて成る帯状の電極間にセパレータを介在させて巻回した巻回電池素子と、この巻回電池素子が収納される外装部材と、を備えた非水電解質二次電池において、
   上記帯状電極は、上記電極活物質層が両面とも形成されていない活物質層未形成部を有し、
   上記帯状集電体は、その一端がこの帯状集電体の長辺又は短辺に達している少なくとも１つの切り込みを有するとともに、その一部が上記切り込みを利用して折り返された折り返し部を有し、
   この折り返し部は、上記帯状集電体が部分的に重畳している重畳部と、重畳していない先端部から成るとともに、上記折り返し部の先端部が上記帯状集電体の長辺から突出しており、
   上記帯状集電体の切り込み及び折り返し部が、上記活物質層未形成部に形成されている、
   ことを特徴とする非水電解質二次電池。
8. 上記折り返し部の先端部に集電タブが接合されていることを特徴とする請求項７に記載の非水電解質二次電池。
9. 上記折り返し部の先端部がそれ自体で集電タブとして機能することを特徴とする請求項８に記載の非水電解質二次電池。

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