JP2012022792A

JP2012022792A - 非水電解質蓄電デバイス

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Publication number: JP2012022792A
Application number: JP2010157680A
Authority: JP
Inventors: Masanori Yoshida; 雅憲吉田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-07-12
Filing date: 2010-07-12
Publication date: 2012-02-02

Abstract

【課題】正極と負極とセパレータと非水電解質とを備え、正極および／または負極が備える集電体を多孔としながらも、蓄電デバイスにおいて電子の伝導経路となる、集電体およびリードを含む部分の抵抗（集電抵抗）を低下させた蓄電デバイスを提供する。
【解決手段】正極および負極の少なくとも一方が、多孔かつ帯状の集電体と、集電体に接続された２以上のリードとを備え、当該リードは、集電体の長さ方向に互いに間隔を置いて配置され、集電体の幅Ｗに対する長さ方向について隣り合うリードの中心間距離Ｌの比が２≦Ｌ／Ｗ≦６の関係を満たし、集電体における長さ方向の体積抵抗率Ｒ_Lに対する幅方向の体積抵抗率Ｒ_Tの比が４．５≦_T／Ｒ_L≦６．５の関係を満たし、集電体の幅Ｗに対する幅方向についてのリードと集電体との接続部分の長さＹの比が０．５≦Ｙ／Ｗ≦０．８の関係を満たす蓄電デバイスとする。
【選択図】図２

Description

本発明は、非水電解質を電解質に用いた蓄電デバイス（非水電解質蓄電デバイス）に関し、特に、リチウムイオン電池およびリチウムイオンキャパシタに代表されるリチウムイオン蓄電デバイスに関する。

リチウムイオン電池およびリチウムイオンキャパシタに代表される非水電解質蓄電デバイスは高容量かつ軽量である。この特長に着目して、電気自動車およびハイブリッド自動車に使用する車両用電源あるいは住宅のエネルギーマネジメントシステム用電源への非水電解質蓄電デバイスの利用が検討されている。従来、小型のリチウムイオン電池が、デジタルビデオカメラ、パソコンなどの電子機器に広く使用されている。しかし、車両用電源および住宅用電源への使用に際しては、蓄電デバイスのさらなる大型化および高容量化が必要である。特に車両用電源に用いる場合、数秒程度の短い時間の間に大電力の充放電が繰り返されるため、高出力化も併せて要求される。

高出力を実現する技術の一つは、集電抵抗の低減である。

特許文献１には、集電抵抗の低減によって高出力を得るために、帯状の正極集電体および負極集電体に接続するリードの本数を定めた非水電解質二次電池が開示されている。

特許文献２には、集電抵抗の分布を平坦化させるために、正極集電体に接続するリードの位置と、負極集電体に接続するリードの位置との関係を、正極板および負極板が重なり合った状態（二次電池としての使用のために巻回された極板群を展開した状態）において定めたリチウム二次電池が開示されている。

特許文献３には、巻回した極板群の内周から外周へ一列となるようにリードが配置された円筒形二次電池であって、極板群の巻き終わり側の電気抵抗を低下させ、活物質の利用の均一化を図るために、空隙を有する集電体であって巻き終わり側の空隙率が巻き始め側よりも小さい集電体を備える二次電池を開示する。

特許文献４には、炭素材料を負極活物質として用いた非水電解質二次電池であって、充放電に伴う炭素層のひび割れおよび集電体からの剥離を防ぎ、高エネルギー密度および安定した電池特性を確保するために、特定の形状を有するエキスパンドメタルを負極集電体に用いた二次電池を開示する。エキスパンドメタルは、エキスパンデッドメタルあるいはラスメタルともいう。

特許文献５には、活物質層の脱落を抑制し、集電効果を改善するために、極板芯体に菱形開孔を有したラス板を用いるとともに、当該開孔の長径方向に電流導出部を設けた電池用電極板が開示されている。

特許文献６には、正極と負極とを短絡させた後の正極および負極電位が２．０Ｖ以下となるように、予め、負極および／または正極に対してリチウムイオンがドープされたリチウムイオンキャパシタであって、電極の生産性を向上させ、エネルギー密度および内部抵抗を改善するために、内接円の平均直径が１００μｍ以下である多数の貫通孔を有する集電体を用いたキャパシタが開示されている。

特開平11-233148号公報特開2000-182656号公報特開2001-143712号公報特開平10-50319号公報実願昭59-140501号（実開昭61-54670号）のマイクロフィルム国際公開第2007/055358号パンフレット

集電体と活物質層との良好な接合は、蓄電デバイスにおける集電抵抗の低減に寄与する。両者の良好な接合は、例えば、エキスパンドメタルあるいはパンチングメタルに代表される、貫通孔が無数に形成された多孔の集電体により実現される。しかし一方で、集電体を多孔とすることによる集電体自体の電気抵抗の増加が問題となる。このため、多孔の集電体を用いながらも、蓄電デバイスにおいて電子の伝導経路となる、集電体およびリードを含む部分の抵抗（集電抵抗）を低下させることが望まれる。

本発明者らは、まず、集電体に接続するリードの数を増やすことに着目した。リードの数を増やすことで、集電抵抗の低下が期待される。しかし、過度にリードを増やすことは、集電体におけるリードの接続部分に活物質が配置されないことから、蓄電デバイスの容量低下に繋がる。また、蓄電デバイスの製造コストが増大する。本発明では、これらのバランスから、２以上のリードを集電体に接続するとともに、当該リードを帯状の集電体の長さ方向に互いに間隔を置いて配置し、集電体の幅Ｗに対する、上記長さ方向に隣り合うリードの中心間距離Ｌの比Ｌ／Ｗを２以上６以下とした。

本発明者らは、これに加えてさらに、集電体における抵抗の異方性に着目し、従来になく大きな抵抗異方性を有する多孔集電体を採用するとともに、集電体の幅に対する、リードと集電体との接続部分の長さの比の設定によって、集電抵抗が低下することを見出した。

すなわち、本発明の蓄電デバイスは、正極と、負極と、セパレータと、非水電解質とを備える非水電解質蓄電デバイスであって、前記正極および負極から選ばれる少なくとも一方の電極が、多孔かつ帯状の集電体と、前記集電体に接続された２以上のリードとを備える。前記２以上のリードは、前記帯状の集電体の長さ方向に互いに間隔を置いて配置される。前記集電体の幅Ｗに対する、前記長さ方向について隣り合うリードの中心間距離Ｌの比Ｌ／Ｗが２≦Ｌ／Ｗ≦６の関係を満たす。前記集電体における長さ方向の体積抵抗率Ｒ_Lに対する幅方向の体積抵抗率Ｒ_Tの比Ｒ_T／Ｒ_Lが４．５≦Ｒ_T／Ｒ_L≦６．５の関係を満たす。前記集電体の幅Ｗに対する前記集電体の幅方向についての前記リードと前記集電体との接続部分の長さＹの比Ｙ／Ｗが０．５≦Ｙ／Ｗ≦０．８の関係を満たす。

本発明は、隣り合うリード間の距離と集電体の幅との比を規定するとともに、多孔集電体の抵抗異方性の制御および集電体の幅に対するリードと集電体との接続部分の長さの比を規定することによって、集電抵抗が低く、高出力化が可能な非水電解質蓄電デバイス、例えばリチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタに代表されるリチウムイオン蓄電デバイス、を実現する。

本発明の非水電解質蓄電デバイスの一例を示す断面図である。図１に示す非水電解質蓄電デバイスの極板群を展開した状態を示す平面図である。本発明の非水電解質蓄電デバイスの集電体に使用可能なエキスパンドメタルの構造の一例を示す模式図である。実施例において作製した、蓄電デバイスにおいて電子の伝導経路となる、集電体およびリードを含む部分の抵抗（集電抵抗）を評価するための評価用試料を示す模式図である。

本発明の蓄電デバイスの一例を図１に示す。図１に示す蓄電デバイス１００は、正極３と負極４とセパレータ５とを備える。正極３、負極４およびセパレータ５は、いずれも帯状であり、典型的には矩形のシートである。正極３および負極４は、セパレータ５を介して積層されている。すなわち、正極３および負極４は、セパレータ５を挟んで互いに対向する。正極３、負極４およびセパレータ５の積層体は、その長手方向に巻回され、極板群５０を構成している。極板群５０は、非水電解質（図示せず）が含浸された状態で筒状の本体部１３と、その両端部に溶接等により固定された蓋体１１，１２とから構成されるケースに収容されている。

正極３に接続された複数の正極リード１は上方のリード集電板２１に接続されている。蓋体１１にはガスケット５１を介して正極端子６１が取り付けられている。正極端子６１は蓋体１１の外部においてナット６１ｂと螺合されている。正極端子６１とナット６１ｂとが螺合されることにより、リード集電板２１が、正極端子６１の端部に設置されたフランジ部６１ａと蓋体１１とに、ガスケット５１を介して挟まれる。このような構成により、正極３と正極端子６１は電気的に接続されている。

負極４に接続された複数の負極リード２は下方のリード集電板２２に接続されている。蓋体１２にはガスケット５２を介して負極端子６２が取り付けられている。負極端子６２は蓋体１２の外部においてナット６２ｂと螺合されている。負極端子６２とナット６２ｂとが螺合されることにより、リード集電板２２が、負極端子６２の端部に設置されたフランジ部６２ａと蓋体１２とに、ガスケット５２を介して挟まれる。このような構成により、負極４と負極端子６２は電気的に接続されている。

極板群５０を展開した状態を図２に示す。ただし、図２では、セパレータ５の図示は省略する。また、実際は積層されている正極３および負極４を、それぞれの集電体に対するリードの接続状態がわかるように、その幅方向に分離して示す。

正極３および負極４は、それぞれ、帯状の集電体３１，４１と、集電体３１，４１の表面に形成された活物質層（合剤層）３２，４２と、集電体３１，４１に電気的に接続されたリード１，２とを有する。集電体３１，４１は、典型的には矩形のシートである。集電体３１，４１には、それぞれ、２以上のリード１，２が接続されている。なお、図２には、複数の正極リード１のうち正極リード１ａ，１ｂ，１ｃが示され、複数の負極リード２のうち負極リード２ａ，２ｂが示されている。集電体３１，４１は、その厚さ方向に貫通する多数の孔を有する、すなわち多孔である。

図２に示すように、正極３では、帯状の集電体３１の長さ方向に対して、２以上のリード１ａ，１ｂ，１ｃが互いに間隔を置いて配置されている。リード１ａ，１ｂ，１ｃは、帯状の集電体３１の一方の長辺から突出するように、集電体３１における当該長辺の近傍に接続されている。リード１ａ、１ｂ，１ｃが集電体３１に接続されている部分の周囲には、活物質層３２が形成されず、集電体３１が露出している部分がある。リード１ａ，１ｂ，１ｃの形状は短冊状であり、その長辺が集電体３１の幅方向となるように各リードが配置されている。リード１ａ，１ｂ，１ｃの長辺の方向は、互いに平行である。

同様に、負極４では、帯状の集電体４１の長さ方向に対して、２以上のリード２ａ，２ｂが互いに間隔を置いて配置されている。リード２ａ，２ｂは、集電体４１の長さ方向における同一の辺側から集電体４１に接続されている。リード２ａ，２ｂが集電体４１に接続されている部分の周囲には、活物質層４２が形成されず、集電体４１が露出している部分がある。リード２ａ，２ｂの形状は短冊状であり、その長辺が集電体４１の幅方向となるように各リードが配置されている。リード２ａ，２ｂの長辺の方向は、互いに平行である。正極のリード１ａ，１ｂ，１ｃと、負極のリード２ａ，２ｂとは、集電体の長さ方向に交互に配置されている。一方の極のリードは、正極３および負極４が積層された状態でその主面に垂直な方向から見て、それぞれ、他方の極における隣り合うリード間の中間に位置する。集電体３１においてリード１ａ，１ｂ，１ｃが突出されている辺と、集電体４１においてリード２ａ，２ｂが突出されている辺とは、集電体３１，４１の幅方向に対向する。これにより、正極リード１および負極リード２は、それぞれ、極板群５０を中心にして上下反対の方向に導出される。このように、リード１を極板群５０の上端側に、リード２を極板群５０の下端側に位置させることで、蓄電デバイスとしての構成をシンプルなものとすることができる。

ここで、正極３および負極４は、ともに、集電体の幅Ｗ（図２のＷｃ，Ｗａ）に対する、集電体の長さ方向に隣り合うリードの中心間距離Ｌ（図２のＬｃ１，Ｌｃ２，Ｌａ１）の比Ｌ／Ｗが、２≦Ｌ／Ｗ≦６の関係を満たす。図２に示すように、短冊状のリードが、その長辺を集電体の幅方向として当該集電体に接続されている場合、隣り合うリードの中心線間の距離を中心間距離Ｌとすることができる。

図２に示す例では、隣り合う各リードの中心間距離Ｌｃ１，Ｌｃ２，Ｌａ１は一定である（Ｌｃ１＝Ｌｃ２＝Ｌａ１）。本発明の蓄電デバイスでは、隣り合うリードの中心間距離Ｌが、集電体上の場所によって異なっていてもよい。

本発明の蓄電デバイスにおけるリードおよび集電体の形状ならびにリードと集電体との接続の状態は、図２に示す例に限られない。しかし、本発明の蓄電デバイスでは、図２に示すように、正極３および負極４の双方の電極において、リードと集電体との間に上述した関係が成立することが好ましい。この場合、集電抵抗が低く、高出力化が可能な蓄電デバイスの構築がより確実となる。

集電体に接続するリードの数は、２以上である限り限定されない。接続するリードの数が多いほど集電抵抗が低くなる一方で容量が小さくなるため、両者のバランスおよびＬ／Ｗの値を考慮して定めればよい。

図２に示す例において、集電体３１，４１は、強い抵抗異方性を有する。そして、リードが接続される方向と当該異方性の方向とが特定の状態に保持されている。具体的には、帯状の集電体３１，４１における幅方向の体積抵抗率Ｒ_Tに対する長さ方向（当該方向に、２以上のリードが互いに間隔を置いて接続される）の体積抵抗率Ｒ_Lの比Ｒ_T／Ｒ_Lが４．５≦Ｒ_T／Ｒ_L≦６．５の関係を満たす。この異方性は、例えば、多孔である集電体３１，４１における孔の形状、サイズおよび配置の状態を制御して実現される。

Ｒ_T／Ｒ_L≧４．５の場合に本発明の効果が得られる。

Ｒ_T／Ｒ_Lは、５．５以上が好ましい。この場合、集電抵抗が低く、高出力化が可能な蓄電デバイスの構築がより確実となる。

集電体の幅Ｗ（図２では、正極３についてＷｃ、負極４についてＷａ）に対する、集電体の幅方向についてのリードと集電体との接続部分の長さＹ（図２では、正極３についてＹｃ、負極４についてＹａ）の比Ｙ／Ｗが、０．５≦Ｙ／Ｗ≦０．８の関係を満たすことが好ましい。この場合、集電抵抗が低く、高出力化が可能な蓄電デバイスの構築がより確実となる。なお、リードと集電体との「接続部分」とは、実際に両者が電気的に接続されている部分をいう。

集電体を構成する材料は、特に限定されない。当該材料は、例えば、エキスパンドメタル、パンチングメタル、網、織布、不織布のような繊維状メタルである。集電体は、エキスパンドメタルまたはパンチングメタルから構成されることが好ましい。集電抵抗のさらなる低減の観点からは、厚さ方向に波打ちがなく、活物質層からの導電経路を短くできるパンチングメタルが好ましい。集電体と活物質層との接合を良好に保ち、両者の接合面における抵抗を低減させる観点からは、エキスパンドメタルが好ましい。

エキスパンドメタルの構造の一例を図３に示す。図３に示すエキスパンドメタル１０は、菱形の開孔形状を有する。開孔を囲む格子点間の周期のうち、長い方の周期をＬＷ、短い方の周期をＳＷとする。ＳＷに対するＬＷの比ＬＷ／ＳＷを変化させることにより、比Ｒ_T／Ｒ_Lを制御できる。具体的には、ＳＷの方向を集電体の幅方向にするとともに、比ＬＷ／ＳＷを大きくすると、比Ｒ_T／Ｒ_Lが大きくなる。

本発明の蓄電デバイスでは、正極および負極から選ばれる少なくとも一方の電極において、２以上のリードが多孔かつ帯状の集電体に接続され、当該２以上のリードが集電体の長さ方向に対して間隔を置いて互いに配置され、比Ｌ／Ｗが２≦Ｌ／Ｗ≦６の関係を満たし、比Ｒ_T／Ｒ_Lが４．５≦Ｒ_T／Ｒ_L≦６．５の関係を満たし、比Ｙ／Ｗが、０．５≦Ｙ／Ｗ≦０．８の関係を満たせばよい。図２に示すように、正極３および負極４の双方の電極において、リードと集電体とのこのような関係が満たされることが好ましい。すなわち、正極３および負極４の双方の電極が、上記説明した集電体と、２以上のリードとを備えることが好ましい。

正極３および負極４の集電体３１，４１に接続されるリードは、例えば、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金（アルミニウム合金）により構成される。なお、主成分とは、合金中において最も含有率が大きい成分のことである。負極４の集電体４１に接続されるリードは、銅またはニッケルにより構成されていてもよい。

正極３および負極４の集電体３１，４１は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金および銅から選ばれる少なくとも１種から構成される。アルミニウム合金は、例えば、合金番号１Ｎ３０の合金である。集電体を構成する材料は、集電体全体としての平均の体積抵抗率が、１Ｎ３０を用いた場合の１．５倍未満程度であることが好ましい。集電体３１，４１は、体積抵抗率が小さい、純アルミニウムまたは高純アルミニウムにより構成されることが好ましい。負極４の集電体４１は、さらに、銅により構成されることが好ましい。

本発明の蓄電デバイスを構成する各部材について述べる。

［負極］
負極４は、集電体４１の片面または両面に活物質層４２が形成された構造を有する。

活物質層４２は、一般に、負極活物質、導電剤および結着剤を含む。

負極活物質は、例えば、リチウムを吸蔵／放出する物質である。この場合、正極活物質もリチウムを吸蔵／放出する物質であれば、本発明の蓄電デバイスはリチウムイオン蓄電デバイスとなる。当該物質は公知の負極活物質であり、例えば、金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物または合金ならびにカーボン材料である。負極活物質となる金属酸化物は、例えば、ＷＯ₃のようなタングステン酸化物、ＳｉＯのような酸化ケイ素、およびＬｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂のようなスピネル構造を有するチタン酸リチウムである。蓄電デバイスとしてのサイクル性能の観点からは、チタン酸リチウムの負極活物質が好ましい。なお、チタン酸リチウムは、リチウム吸蔵電位が約１．５Ｖであるため、アルミニウムまたはアルミニウム合金に対して電気化学的に安定である。

負極活物質のリチウム吸蔵電位は、リチウム金属の開回路電位に対して、開回路電位で０．４Ｖ以上３Ｖ以下が好ましい。このような負極活物質により、負極集電体を構成するアルミニウム成分とリチウムとの合金化反応の進行ならびに負極集電体の微粉化が抑制される。

導電剤は、例えば、炭素材料である。より具体的な例は、アセチレンブラック、カーボンブラック、コークス、炭素繊維、黒鉛である。

結着剤は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴム、スチレンブタジエンゴムである。

活物質層４２における負極活物質、導電剤および結着剤の配合比は特に限定されない。８０重量％以上９６重量％以下の負極活物質、２重量％以上１０重量％以下の導電剤、２重量％以上１０重量％以下の結着剤が好ましい。この範囲において、本発明の効果がより確実となりながら、高温保存下における導電剤表面での非水電解質の分解の抑制、ならびに十分な電極強度の確保を達成できる。

負極４は、公知の方法により製造できる。例えば、負極活物質、導電剤および結着剤を適切な溶媒と混合し、得られた混合物を集電体の表面に塗布、乾燥した後に、全体をプレスして製造される。

［正極］
正極３は、集電体３１の片面または両面に活物質層３２が形成された構造を有する。

活物質層３２は、一般に、正極活物質、導電剤および結着剤を含む。

正極活物質は、例えば、リチウムを吸蔵／放出する物質である。この場合、負極活物質もリチウムを吸蔵／放出する物質であれば、本発明の蓄電デバイスはリチウムイオン蓄電デバイスとなる。当該物質は公知の正極活物質であり、例えば、酸化物、硫化物およびポリマーである。正極活物質となる酸化物は、例えば、二酸化マンガン（ＭｎＯ₂）、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、Ｌｉ_xＭｎ₂Ｏ₄およびＬｉ_xＭｎＯ₂などのリチウムマンガン複合酸化物、Ｌｉ_xＮｉＯ₂などのリチウムニッケル複合酸化物、Ｌｉ_xＣｏＯ₂などのリチウムコバルト複合酸化物、ＬｉＮｉ_1-yＣｏ_yＯ₂などのリチウムニッケルコバルト複合酸化物、ＬｉＭｎ_yＣｏ_1-yＯ₂などのリチウムマンガンコバルト複合酸化物、Ｌｉ_xＭｎ_2-yＮｉ_yＯ₄などのスピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、Ｌｉ_xＦｅＰＯ₄、Ｌｉ_xＦｅ_1-yＭｎ_yＰＯ₄およびＬｉ_xＣｏＰＯ₄などのオリピン構造を有するリチウムリン酸化物である。なお、上記各化学式におけるｘおよびｙは、それぞれ０〜１の範囲が好ましい。正極活物質となるポリマーは、例えば、ポリアニリンおよびポリピロールなどの導電性ポリマー材料、ジスルフィド系ポリマー材料である。

導電剤は、例えば、炭素材料である。より具体的な例は、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛である。

結着剤は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴムである。

活物質層３２における正極活物質、導電剤および結着剤の配合比は特に限定されない。８０重量％以上９８重量％以下の正極活物質、１重量％以上１０重量％以下の導電剤、１重量％以上１０重量％以下の結着剤が好ましい。

正極３は、公知の方法により製造できる。例えば、正極活物質、導電剤および結着剤を適切な溶媒と混合し、得られた混合物を集電体の表面に塗布、乾燥した後に、全体をプレスして製造される。

［非水電解質］
非水電解質は公知のものを利用できる。非水電解質は、例えば、電解質を有機溶媒に溶解して調製される液状電解質、液状電解質および高分子材料を複合化したゲル状電解質、ならびにリチウム塩電解質および高分子材料を複合化した固体電解質である。リチウムイオンを含有する常温溶融塩（イオン性液体）を使用してもよい。

液状電解質は、例えば、０．５〜２ｍｏｌ／Ｌの濃度で電解質を有機溶媒に溶解して調製される。

電解質は、例えば、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、ＬｉＮ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂、ＬｉＣ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃、ＬｉＢ［（ＯＣＯ）₂］₂である。２種以上の電解質を使用してもよい。

有機溶媒は、例えば、プロピレンカーボネート（ＰＣ）およびエチレンカーボネート（ＥＣ）などの環状カーボネート；ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）およびメチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）などの鎖状カーボネート；ジメトキシエタン（ＤＭＥ）およびジエトキシエタン（ＤＥＥ）などの鎖状エーテル；テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジオキソラン（ＤＯＸ）などの環状エーテル；γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、アセトニトリル（ＡＮ）、スルホラン（ＳＬ）である。２種以上の有機溶媒を使用してもよい。

ゲル状電解質および固体電解質に用いる高分子材料は、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）である。

常温溶融塩（イオン性液体）は、リチウムイオン、有機物カチオンおよび有機物アニオンから構成されることが好ましい。常温溶融塩は、１００℃以下、より好ましくは室温以下、で液体であることが好ましい。

［セパレータ］
セパレータは公知のものを利用できる。セパレータは、例えば、ポリエチレンテレフタレートおよびポリプロピレンなどの合成繊維の不織布、セルロースなどの天然繊維の不織布、ポリエチレンおよびポリプロピレンなどの合成樹脂から構成される多孔質フィルムである。

［ケース］
極板群および非水電解質を収容するケースは、限定されない。当該ケースは、例えば、肉厚が０．５ｍｍ以下である、アルミニウムなどの金属から構成されるケースである。ケースの形状は、望む蓄電デバイスの形状に応じて設定できる。形状は、例えば、角形、円筒型である。

本発明の蓄電デバイスは、本発明の効果が得られる限り、上記説明した各部材以外の任意の部材を備えていてもよい。

本発明の蓄電デバイスは、典型的には、正極、セパレータおよび負極の積層体である極板群が巻回された巻回型の蓄電デバイスである。しかし、上記説明した構成が満たされるとともに本発明の効果が得られる限り、極板群は必ずしも巻回されていなくてもよい。

以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。本発明は、以下の実施例に限定されない。

（実施例１）
［集電体の作製］
最初に、集電体に用いるエキスパンドメタルを作製した。

アルミニウム合金箔（厚さ１００μｍ、合金番号１Ｎ３０）に対して、同一方向に多数の切り込み（線幅２００μｍ、同一長さ）をいれ、当該切り込みの伸長方向に垂直な面内方向に合金箔を引き伸ばして、図３に示すような菱形の開孔形状を有するエキスパンドメタルを作製した。このとき、引き伸ばす程度を調整することによって、比Ｒ_T／Ｒ_Lが異なる８種類のエキスパンドメタル（試料No.Ａ〜Ｈ）を得た。なお、エキスパンドメタルのＳＷ方向の体積抵抗率をＲ_T、ＬＷ方向の体積抵抗率をＲ_Lとする。

作製したエキスパンドメタルにおけるＲ_TおよびＲ_Lの測定は以下のように行った。最初に、ＳＷ方向を幅として当該幅を３ｃｍに固定し、ＬＷ方向を長さとして当該長さを５ｃｍ、１０ｃｍ、１５ｃｍ、２０ｃｍとするＲ_L測定用の４種類の測定試料を、試料No.Ａ〜Ｈのそれぞれについて作製した。次に、作製した測定試料の長さ方向における両端部の近傍に、それぞれ抵抗測定用端子を取り付け、長さ方向（ＬＷ方向）の抵抗を測定した。試料No.Ａ〜Ｈの各試料につき、測定試料の長さが異なる４つの抵抗値が得られるが、長さを横軸としてこれら抵抗値をプロットして得られた「長さに対する抵抗変化のグラフ」の傾きから、Ｒ_Lを算出した。この方法では、端子自身が有する抵抗ならびに端子と測定試料との間の接続抵抗を相殺させて、より精度良くＲ_Lを求めることができる。Ｒ_Tの測定は、ＬＷ方向を幅とし、ＳＷ方向を長さとして各試料No.Ａ〜Ｈにつき４種類の測定試料を作製した以外は、Ｒ_Lの測定と同様に行った。

作製したエキスパンドメタルの特性を以下の表１に示す。

［特性評価試料の作製］
電子の伝導経路となる、集電体およびリードを含む部分の抵抗（集電抵抗）を評価するために、図４に示す評価用試料を作製した。

図２に示す正極３および負極４における電子伝導の経路を、蓄電デバイスの放電時を例に説明する。正極３上の点Ｚｃおよび負極４上の点Ｚａは、正極３と負極４との間に配置されるセパレータの主面に垂直な方向に互いに対向しており、Ｚｃでは還元反応が、Ｚａでは酸化反応が進行する。Ｚａにおいて発生した電子の経路は、簡易的に、『Ｚａ→負極４の集電体４１→リード２ａ→リード１ａおよび１ｂ→正極３の集電体３１→Ｚｃ』と説明される。すなわち、活物質層３２，４２を除いた電子伝導性の評価、すなわち集電抵抗の評価は、簡易的に、図４に示す試料により評価できることになる。図４に示す試料は、幅Ｗ（＝（Ｗｃ＋Ｗａ）／２）の集電体における一方の主面に、リード１ａ，１ｂ，２ａが接続された構成を有する。リード１ａ，１ｂ，２ａは短冊状である。リード１ａ，１ｂの幅は、図２に示すリード１ａ，１ｂの半分である。リード１ａ，１ｂは、集電体の両端部に、集電体における一方の長辺から突出するように、当該一方の長辺の近傍に接続されている。リード１ａ，１ｂは、集電体の長さ方向に対して互いに間隔を置いて配置されている。リード２ａは、集電体の長さ方向における中央部に、集電体における他方の長辺から突出するように、当該他方の長辺の近傍に配置、接続されている。集電体の長さは、リード１ａ，１ｂの中心間距離Ｌｃ１に等しい。集電体には、上記作製したエキスパンドメタル１０を使用する。

正極または負極のリードの配置間隔が均一でない場合は、均一でないことにより生じるリードの位置ずれに応じて、図４に示す試料においてリードの位置をずらして集電抵抗を測定すればよい。

本実施例では、集電体の幅Ｗを７５ｍｍとし、集電体の幅方向に対する各リードと集電体との接続部分の長さＹを３７．５ｍｍとした。各リードには、合金番号１Ｎ３０のアルミニウム合金箔（厚さ１００μｍ）を用い、その幅を、リード１ａ，１ｂについて２．５ｍｍ、リード２ａについて５ｍｍとした。各リードと集電体とは超音波溶接により接続した。本実施例では、Ｌｃ１を変化させることで比Ｌ／Ｗを１から１２の間で変化させるとともに、集電体の比Ｒ_T／Ｒ_Lを変化させたときの、リード１ａ，１ｂとリード２ａとの間のインピーダンス（１ｋＨｚ）を評価した。インピーダンスの評価には、ＹＨＰ製４２９４Ａインピーダンスアナライザを用いた。用いた集電体の長さＬおよび幅Ｗの値を以下の表２に、インピーダンスの評価結果を以下の表３に示す。表３の単位はｍΩである。なお、Ｒ_T／Ｒ_L＝０．１７、０．１８、０．２２および０．２７の集電体には、表１に示すエキスパンドメタルを面内方向に９０°回転させたもの（すなわち、ＳＷの方向の体積抵抗率がＲ_L、ＬＷの方向の体積抵抗率がＲ_T）を用いた。

表３に示すように、２≦Ｌ/Ｗ≦６かつ４．５≦Ｒ_T／Ｒ_L≦６．５の範囲において、インピーダンスが１ｍΩ未満、すなわち集電抵抗が特に低くなった。蓄電デバイスの製造においては、同一の集電体、すなわちＲ_T／Ｒ_Lが同じ集電体を用いてＬ／Ｗが異なる蓄電デバイスを製造することがある。また、巻回させた極板群を備える蓄電デバイスでは、極板群の外周部分と内周部分とで、同一の集電体を用いながらＬ／Ｗを変化させることが多い。Ｌ／Ｗを変化させる範囲は、上述した容量低下およびコストの問題、ならびに１２＝Ｌ／Ｗの場合に集電抵抗が大きく上昇したために２≦Ｌ／Ｗ≦６とするが、Ｒ_T／Ｒ_L≦４．３では、Ｌ／Ｗの値によってはインピーダンスが１ｍΩを超えるため、このような蓄電デバイスの製造に対応できない。よって、４．５≦Ｒ_T／Ｒ_Lが好ましいことがわかった。６．５＜Ｒ_T／Ｒ_Lである集電体は作製が困難であった。

（実施例２）
実施例２では、実施例１において集電抵抗低減の効果が確認された２≦Ｌ／Ｗ≦６かつ４．５≦Ｒ_T／Ｒ_L≦６．５の範囲において、集電体の幅Ｗに対する、リードと集電体との接続部分の長さＹの比Ｙ／Ｗを０．４から１．０の範囲で変化させたときのリード１ａおよび１ｂとリード２ａとの間のインピーダンス（１ｋＨｚ）を、実施例１と同様に評価した。

変化させたＹおよびＷの値を以下の表４に示す。

Ｙ／Ｗを０．４としたときのインピーダンスの変化を表５に、Ｙ／Ｗを０．６としたときのインピーダンスの変化を表６に、Ｙ／Ｗを０．８としたときのインピーダンスの変化を表７、Ｙ／Ｗを１としたときのインピーダンスの変化を表８に、それぞれ示す。表５〜８の単位は「ｍΩ」である。

表５〜８に示すように、Ｙ／Ｗが大きくなるに従い、同じＬ／ＷおよびＲ_T／Ｒ_Lのときのインピーダンスは減少、すなわち集電抵抗は減少した。また、Ｙ／Ｗが０．４では、Ｌ／Ｗが６のときにインピーダンスが１ｍΩをわずかに超えるため、Ｙ／Ｗを０．５以上とすることで集電抵抗を特に低くできることがわかった。一方、Ｙ／Ｗが０．８の場合と１．０の場合とでは、測定されたインピーダンスの値にほとんど差が見られなかった。したがって、Ｙ／Ｗを０．５以上０．８以下とすることで、リードの小型化による容量の確保および低コスト化が可能である。

本発明の蓄電デバイスは、従来の非水電解質蓄電デバイスと同様の用途に使用できる。本発明の蓄電デバイスは、例えば、電気二重層コンデンサ、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタである。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ（正極の）リード
２、２ａ、２ｂ（負極の）リード
３正極
４負極
５セパレータ
１０エキスパンドメタル
３１（正極）集電体
３２（正極）活物質層
４１（負極）集電体
４２（負極）活物質層
１００蓄電デバイス

Claims

正極と、負極と、セパレータと、非水電解質とを備える非水電解質蓄電デバイスであって、
前記正極および前記負極から選ばれる少なくとも一方の電極が、多孔かつ帯状の集電体と、前記集電体に接続された２以上のリードと、を備え、
前記２以上のリードは、前記帯状の集電体の長さ方向に互いに間隔を置いて配置され、
前記集電体の幅Ｗに対する、前記長さ方向について隣り合うリードの中心間距離Ｌの比Ｌ／Ｗが２≦Ｌ／Ｗ≦６の関係を満たし、
前記集電体における長さ方向の体積抵抗率Ｒ_Lに対する幅方向の体積抵抗率Ｒ_Tの比Ｒ_T／Ｒ_Lが４．５≦Ｒ_T／Ｒ_L≦６．５の関係を満たし、
前記集電体の幅Ｗに対する前記集電体の幅方向についての前記リードと前記集電体との接続部分の長さＹの比Ｙ／Ｗが０．５≦Ｙ／Ｗ≦０．８の関係を満たす蓄電デバイス。
前記集電体が、アルミニウム、アルミニウム合金および銅から選ばれる少なくとも１種から構成される請求項１に記載の蓄電デバイス。
前記集電体が、エキスパンドメタルまたはパンチングメタルから構成される請求項１に記載の蓄電デバイス。
前記正極および前記負極が、前記集電体と、前記２以上のリードとを備える請求項１に記載の蓄電デバイス。