JP2012146549A - リチウムイオン二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電極の曲がりを防止可能なリチウムイオン二次電池を提供する。
【解決手段】リチウムイオン二次電池は、電極積層体１を備える。電極積層体１は、電極１１〜１ｎを含む。電極１１，１ｎは、電極積層体１の最外層に配置される。電極１１，１ｎの各々は、金属支持体１１１と、電極活物質層１１２と、集電体１１３と、リード１１４とを含む。電極活物質層１１２は、金属支持体１１１の両面および貫通孔の内部に形成される。集電体１１３は、電極１１，１ｎの外側で電極活物質層１１２に接して配置される。金属支持体１１１は、リード１１４によって集電体１１３に電気的に接続される。電極１２〜１ｎ−１は、電極１１と電極１ｎとの間に配置される。電極１２〜１ｎ−１の各々は、集電体１２１と電極活物質層１２２とを含む。電極活物質層１２２は、集電体１２１の両面に形成される。
【選択図】図３

Description

この発明は、リチウムイオン二次電池に関するものである。

従来、貫通孔を有する支持体の両面に正極活物質層を形成した正極と、貫通孔を有する支持体の両面に負極活物質層を形成した負極とをセパレータを介して積層した積層体を備える非水系二次電池が知られている（特許文献１）。

そして、非水系二次電池においては、積層体の最外層側には、支持体の片面に活物質層が形成された電極が配置されている。

特開２００８−０５９７６５号公報

しかし、従来の非水系二次電池においては、積層体の最外層に配置された電極は、支持体の片面に活物質層が形成された構造からなるので、プレス時に電極が曲がるという問題がある。

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、電極の曲がりを防止可能なリチウムイオン二次電池を提供することである。

この発明の実施の形態によるリチウムイオン二次電池は、電極積層体を備える。電極積層体は、正極と負極とを少なくとも１枚づつ積層させた構造からなる。電極積層体の最外層に配置された２つの電極の各々は、金属支持体と、電極活物質層と、集電体とを含む。金属支持体は、複数の貫通孔を有する。電極活物質層は、金属支持体の両面および貫通孔の内部に形成される。集電体は、電極積層体の最外層側で電極活物質層に接して形成される。

この発明の実施の形態によるリチウムイオン二次電池の電極積層体において、最外層に配置される２つの電極の各々は、電極活物質層が金属支持体の両面および貫通孔の内部に形成され、集電体が電極積層体の最外層側で電極活物質層に接した構造からなる。その結果、２つの電極の各々は、電極活物質層の材料となる塗料を金属支持体の両面に塗布して乾燥し、その後、電極活物質層に接して集電体を配置した状態で金属支持体、電極活物質層および集電体を加圧成形して作製される。つまり、電極活物質層は、金属支持体の両面に塗布された状態で加圧成形される。

従って、電極の曲がりを防止できる。

図１は、この発明の実施の形態によるリチウムイオン二次電池の平面図である。 図２は、図１に示す線ＩＩ−ＩＩ間におけるリチウムイオン二次電池の断面図である。 図３は、図１および図２に示す電極積層体の構成図である。 図４は、図１および図２に示すリチウムイオン二次電池の製造方法を示す工程図である。 図５は、図４に示すステップＳ１における電極の作製方法の詳細を示す工程図である。 図６は、実施例１，２および比較例１，２のリチウムイオン二次電池の出力測定結果を示す図である。 図７は、実施例１，２および比較例１，２のリチウムイオン二次電池のサイクル測定結果を示す図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態によるリチウムイオン二次電池の平面図である。また、図２は、図１に示す線ＩＩ−ＩＩ間におけるリチウムイオン二次電池の断面図である。

図１および図２を参照して、この発明の実施の形態によるリチウムイオン二次電池１０は、電極積層体１、ラミネートフィルム２と、正極タブ３と、負極タブ４とを備える。

電極積層体１は、ラミネートフィルム２によってラミネートされる。ラミネートフィルム２は、略四角形の平面形状を有し、電極積層体１、正極タブ３の一部および負極タブ４の一部を収納する。そして、ラミネートフィルム２は、その縁部にシール部２１を有する。

正極タブ３は、リード体５を介して電極積層体１の正極に接続される。そして、正極タブ３は、その一部がラミネートフィルム２によってラミネートされ、その他の部分がラミネートフィルム２の外部に引き出される。負極タブ４は、リード体（図示せず）によって電極積層体１の負極に接続される。そして、負極タブ４は、その一部がラミネートフィルム２によってラミネートされ、その他の部分がラミネートフィルム２の外部に引き出される。

図３は、図１および図２に示す電極積層体１の構成図である。なお、図３においては、セパレータが省略されている。

図３を参照して、電極積層体１は、電極１１〜１ｎ（ｎは２以上の整数）を含む。２つの電極１１，１ｎは、電極積層体１の最外層に配置される。

電極１１，１ｎの各々は、金属支持体１１１と、電極活物質層１１２と、集電体１１３と、リード１１４とを含む。金属支持体１１１は、例えば、エキスパンドルメタル、パンチングメタル、網および発泡体からなり、複数の貫通孔１１１１を有する。そして、金属支持体１１１の材料は、アルミニウム、ステンレス、銅およびニッケル等からなり、金属支持体１１１の開孔率は、３０％以上７０％以下であり、好ましくは、４０％以上６０％以下である。また、金属支持体１１１における貫通孔１１１１の形成方法は、特に制限されることはなく、公知のパンチングメタルのように、金属支持体１１１の材料となる箔に打ち抜きにより形成してもよく、公知のエキスパンドメタルのように、金属支持体１１１の材料となる箔に切り込みを入れつつ押し広げて形成してもよい。更に、金属支持体１１１として金網または発泡体を使用してもよい。

なお、この発明の実施の形態においては、金属支持体の開孔率とは、平面視による金属支持体の面積に対する貫通孔の合計面積の割合を百分率で表したものを言う。

電極活物質層１１２は、金属支持体１１１の両面および貫通孔１１１１の内部に形成される。集電体１１３は、アルミニウム、ステンレス、銅およびニッケル等からなる。そして、集電体１１３は、電極積層体１の最外層側から電極活物質層１１２に接して配置される。また、集電体１１３の面積は、電極活物質層１１２の面積以上である。集電体１１３の面積を電極活物質層１１２の面積以上に設定することによって、電極活物質層１１２のうち、金属支持体１１１と集電体１１３との間に配置された電極活物質層も充放電に利用できる。

リード１１４は、金属支持体１１１を集電体１１３に電気的に接続する。そして、リード１１４は、電極１１，１ｎが正極である場合、正極タブ３に接続され、電極１１，１ｎが負極である場合、負極タブ４に接続される。

なお、この発明の実施の形態においては、リード１１４を設けなくてもよい。この場合、集電体１１３は、電極１１，１ｎが正極であれば、正極タブ３に接続され、電極１１，１ｎが負極であれば、負極タブ４に接続される。

電極１２〜１ｎ−１は、電極１１と電極１ｎとの間に積層される。電極１２〜１ｎ−１の各々は、集電体１２１と、電極活物質層１２２とを含む。

集電体１２１は、金属箔からなる。より具体的には、集電体１２１は、電極１２〜１ｎ−１が正極である場合、アルミニウム箔およびステンレス箔等からなり、電極１２〜１ｎ−１が負極である場合、銅箔およびニッケル箔等からなる。また、負極活物質の電位が１．５Ｖ（対Ｌｉ／Ｌｉ^＋）に位置する場合（例えば、負極活物質がチタン酸リチウムである場合）、集電体１２１は、アルミニウム箔とすることも可能である。

電極活物質層１２２は、集電体１２１の両面に形成される。

電極積層体１は、少なくとも電極１１，１ｎを含んでいればよい。そして、電極積層体１は、２つの電極１１，１ｎのみからなる場合、電極１１，１ｎの一方が正極であり、電極１１，１ｎの他方が負極である。

また、電極積層体１が４以上の偶数枚の電極を含んでいる場合（即ち、ｎが４以上の偶数である場合）、電極１１，１ｎの一方が正極であり、電極１１，１ｎの他方が負極である。

従って、電極積層体１が偶数枚の電極を含んでいる場合（即ち、ｎが２以上の偶数である場合）、電極１１，１ｎの一方が正極であり、電極１１，１ｎの他方が負極である。

一方、電極積層体１が奇数枚の電極を含んでいる場合（即ち、ｎが３以上の奇数である場合）、電極１１，１ｎは、相互に同じ極性を有する。即ち、電極積層体１が奇数枚の電極を含んでいる場合、電極１１，１ｎの両方は、負極または正極である。

電極１２〜１ｎ−１の各々は、電極の総枚数（＝ｎ）および電極１１，１ｎの極性に応じて、正極または負極からなる。

そして、電極１１〜１ｎは、電極１１，１ｎが最外層に配置されるようにセパレータを介して積層される。この場合、電極１１，１ｎの集電体１１３は、電極１１，１ｎの外側に配置される。

電極１１，１ｎは、負極である場合、負極活物質、導電助剤となる導電性粉末およびバインダーを含有する塗料を金属支持体１１１の両面に塗布し、乾燥させることにより負極合剤層を形成し、集電体１１３を負極合剤層に接して配置した状態で加圧成形することにより作製される。

また、電極１１，１ｎは、正極である場合、正極活物質、導電助剤となる導電性粉末およびバインダーを含有する塗料を金属支持体１１１の両面に塗布し、乾燥させることにより正極合剤層を形成し、集電体１１３を正極合剤層に接して配置した状態で加圧成形することにより作製される。

更に、電極１２〜１ｎ−１は、負極である場合、負極活物質、導電助剤となる導電性粉末およびバインダーを含有する塗料を集電体１２１の両面に塗布し、乾燥させることにより負極合剤層を形成し、加圧成形することにより作製される。

更に、電極１２〜１ｎ−１は、正極である場合、正極活物質、導電助剤となる導電性粉末およびバインダーを含有する塗料を集電体１２１の両面に塗布し、乾燥させることにより正極合剤層を形成し、加圧成形することにより作製される。

本発明は、主に電池構造に関するものであり、電極活物質に対する制限がない。本発明の実施の形態および実施例を説明するために、負極活物質には、チタン酸リチウム材料を用いる。負極活物質（チタン酸リチウム）のＢＥＴ比表面積は、３．０ｍ^２／ｇ以上２０．０ｍ^２／ｇ以下であることが好ましい。

チタン酸リチウム材料は、導電性は乏しいので、負極合剤層の導電性向上などのために、チタン酸リチウム材料と共に導電助剤として炭素材料あるいは他の材料を共存させる必要がある。この場合、負極合剤層全体におけるチタン酸リチウム材料の割合を８５質量％以上とすればよい。

導電助剤となる導電性粉末として、カーボンブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、繊維状炭素、黒鉛などの炭素粉末やニッケル粉末などの金属粉末を利用することができる。

バインダー材としては、ポリエチレン、ポリオレフィン及びそれらの誘導体、ポリエチレンオキサイドおよびアクリルポリマー（ポリメタクリレートを含む）等のポリマー、合成ゴム等がある。バインダーは、更に、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ（フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン）コポリマー（ＰＶＤＦ−ＨＥＰ）等も含む。バインダーは、ＰＥＯ（ポリエチレンオキサイド）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）、ＳＢＲ（スチレン−ブタジエンゴム）、または複合材、コポリマー等を含む化合物の混合物を含むことができる。

前述のように、本発明は、主に電池構造に関するものであり、電極活物質に対する制限がない。本発明の実施の形態および実施例を説明するために、正極活物質には、リチウムが９０％まで脱離しても安定性を持つスピネル構造のリチウム含有複合酸化物を用いる。そして、正極活物質としては、一般式ＬｉＭｎ_２Ｏ_４に代表されるリチウムマンガン酸化物が好ましい。

スピネル構造のリチウムマンガン酸化物としては、Ｌｉ_１＋ｘＭｎ_{２−ｘ−ｙ}Ｍ^３ _ｙＯ_４（ただし、Ｍ^３は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｍｇ、ＺｒおよびＴｉより選択される少なくとも１種の元素を含む置換元素であり、−０．０５≦ｘ≦０．１、０≦ｙ≦０．３）等が好ましい。

導電助剤は、正極合剤層の導電性向上などの目的で必要に応じて添加すればよく、導電助剤となる導電性粉末として、カーボンブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、繊維状炭素、および黒鉛などの炭素粉末を利用することができる。

バインダー材としては、ポリエチレン、ポリオレフィン及びそれらの誘導体、ポリエチレンオキサイドおよびアクリルポリマー（ポリメタクリレートを含む）等のポリマー、合成ゴム等がある。バインダーは、更にポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ（フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン）コポリマー（ＰＶＤＦ−ＨＥＰ）等も含む。バインダーは、ＰＥＯ（ポリエチレンオキサイド）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）、ＳＢＲ（スチレン−ブタジエンゴム）、または複合材、コポリマー等を含む化合物の混合物を含むことができる。

リチウムイオン二次電池１０に用いるセパレータとしては、充分な強度を有し、電解液を多く保持できるものが良く、この点から、１０〜５０μｍの厚み、および３０〜７０％の空孔率を有するポリプロピレン製、ポリエチレン製、またはポリプロピレンとポリエチレンのコポリマー製のセパレーターや不織布などが好ましい。

リチウムイオン二次電池に用いられる非水電解液としては、特に限定されるものではなく、有機溶媒などの非水溶媒にリチウム塩などの電解質塩を溶解させた汎用の非水電解液が一般に用いられる。

非水溶媒としては、例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、プロピオン酸メチル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ガンマーブチロラクトン、エチレングリコールサルファイト、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジオキソラン、テトラヒドロフラン、２−メチル−テトラヒドロフラン、ジエチルエーテルなどの溶媒を単独あるいは数種類混合した混合溶媒を用いることができる。

電解質塩としては、例えば、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＳｂＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣＦ_３ＣＯ_２、Ｌｉ_２Ｃ_２Ｆ_４（ＳＯ_３）_２、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＣ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_３、ＬｉＣ_ｎＦ_２ｎ＋１ＳＯ_３（ｎ≧２）、ＬｉＮ（ＲｆＯＳＯ_２）_２（ここでＲｆはフルオロアルキル基）などが挙げられる。電解液中の電解質塩の濃度としては、０．３〜１．７ｍｏｌ／ｌ、特に０．５〜１．５ｍｏｌ／ｌが好ましい。

上述した電解液に、充放電サイクル特性の更なる向上や貯蔵特性の向上のために、ビニレンカーボネートまたはその誘導体、シクロヘキシルベンゼンやターシャリーブチルベンゼンなどのアルキルベンゼン類、ビフェニル、プロパンスルトンなどの環状スルトン、ジフェニルジスルフィドなどのスルフィド類などの添加剤を含有させてもよい。添加量は、電解液中で０．１〜１０質量％とすればよく、０．５質量％以上がより好ましく、５質量％以下がより好ましい。

図４は、図１および図２に示すリチウムイオン二次電池１０の製造方法を示す工程図である。図４を参照して、リチウムイオン二次電池１０の製造が開始されると、電極積層体１の最外層に配置される電極１１，１ｎを作製する（ステップＳ１）。

そして、上述した方法によって電極１２〜１ｎ−１を作製し（ステップＳ２）、セパレータを作製する（ステップＳ３）。

その後、電極１１，１ｎが最外層に配置されるように電極１１〜１ｎをセパレータを介して積層し、電極積層体１を作製する（ステップＳ４）。

引き続いて、電極積層体１の正極に正極タブ３を接続し、電極積層体１の負極に負極タブ４を接続する（ステップＳ５）。この場合、正極タブ３を接続する電極積層体１の正極が電極１１，１ｎである場合、正極タブ３は、リード１１４に接続される。また、負極タブ４を接続する電極積層体１の負極が電極１１，１ｎである場合、負極タブ４は、リード１１４に接続される。また、リード１１４が設けられない場合、正極タブ３を接続する電極積層体１の正極が電極１１，１ｎであれば、正極タブ３は、集電体１１３に接続される。また、負極タブ４を接続する電極積層体１の負極が電極１１，１ｎであれば、負極タブ４は、集電体１１３に接続される。

そして、二つ折にしたラミネートフィルム２によって電極積層体１、正極タブ３の一部および負極タブ４の一部を挟み込み、二つ折にしたラミネートフィルム２の３辺のうち、２辺をシールする（ステップＳ６）。

そして、二つ折にしたラミネートフィルム２の残りの１辺から電解液を電極積層体１に注入する（ステップＳ７）。

そうすると、二つ折にしたラミネートフィルム２の残りの１辺をシールする（ステップＳ８）。これによって、リチウムイオン二次電池１０が完成する。

図５は、図４に示すステップＳ１における電極１１，１ｎの作製方法の詳細を示す工程図である。

図５を参照して、電極１１，１ｎが正極である場合、正極活物質、導電助剤となる導電性粉末およびバインダーを含有する塗料を金属支持体１１１の両面に塗布し、乾燥して電極活物質層１１２を金属支持体１１１の両面および貫通孔１１１１内に形成する。

また、電極１１，１ｎが負極である場合、負極活物質、導電助剤となる導電性粉末およびバインダーを含有する塗料を金属支持体１１１の両面に塗布し、乾燥して電極活物質層１１２を金属支持体１１１の両面および貫通孔１１１１内に形成する（工程（ａ）参照）。

そして、集電体１１３を電極活物質層１１２の一方の面に接するように配置し（工程（ｂ）参照）、電極活物質層１１２の厚み方向（図５の矢印参照）から加圧して電極活物質層１１２を成形する（工程（ｃ）参照）。その後、リード１１４を金属支持体１１１および集電体１１３に接続する（工程（ｄ）参照）。これによって、電極１１，１ｎが作製される。

このように、この発明の実施の形態においては、金属支持体１１１の両面および貫通孔１１１１内に電極活物質層１１２を形成した後に、集電体１１３を電極活物質層１１２に接した状態で加圧成形して電極１１，１ｎを作製するので、電極１１，１ｎの曲がりを防止できる。つまり、電極活物質層１１２は、金属支持体１１１の両面に形成された状態で加圧成形されるので、電極１１，１ｎの曲がりを防止できる。また、曲がりを防止して集電体１１３の片面に電極活物質層１１２を形成できる。

更に、図２に示すように、電極１１，１ｎにおいては、集電体１１３は、電極１１，１ｎの外側に配置されるので、電極活物質層１１２のうち、金属支持体１１１と集電体１１３との間に配置された電極活物質層も充放電に利用できる。その結果、電極１１，１ｎの活物質量を内側の電極１２〜１ｎ−１の活物質量の約半分にすることができる。従って、電極１１，１ｎの厚みを薄くできる。

更に、リード１１４によって金属支持体１１１と集電体１１３とを電気的に接続することによって、集電性を向上できる。

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。

（実施例）
実施例１
負極活物質として、ＢＥＴ比表面積が１１.０ｍ^２／ｇのチタン酸リチウム粉末Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２を用い、導電助剤としてデンカブラックを用い、バインダーとしてポリフッ化ビニリデンを用い、溶媒としてのＮ−メチル−２−ピロリドンと共に負極活物質と導電助剤とバインダーとの質量比を８５：７：８の割合で混合し、スラリー状の負極合剤含有ペーストを調製した。得られた負極合剤含有ペーストを厚さ２４０μｍ（気孔率８８％）のアルミニウムエキスパンドメタル(ＬＷ：２ｍｍ，ＳＷ：１ｍｍ)の両面に成形し(両面合計の塗布量は、電極積層体の最外層以外の負極の片面の塗布量と同じ)、乾燥して最外層の負極を得た。また、同じペーストを厚さ１５μｍのアルミ箔からなる負極集電体の両面に塗布し、乾燥して負極合剤層を形成し、電極積層体の最外層以外の負極を得た。両者をローラーで加圧成形した後、１５０℃で真空乾燥し、所定の幅および長さになるように切断して負極を作製した。

正極活物質として、ＢＥＴ比表面積が３．０ｍ^２／ｇのスピネルマンガン酸リチウム粉末ＬｉＭｎ_２Ｏ_４を用い、導電助剤としてデンカブラックを用い、バインダーとしてポリフッ化ビニリデンを用い、溶媒としてのＮ−メチル−２−ピロリドンと共に正極活物質と導電助剤とバインダーとの質量比を８５：７：８の割合で混合し、スラリー状の正極合剤含有ペーストを調製した。得られた正極合剤含有ペーストを厚さ１５μｍのアルミ箔からなる正極集電体の両面に塗布し、乾燥して正極合剤層を形成し、ローラーで加圧成形した後、１５０℃で真空乾燥し、所定の幅および長さになるように切断して正極を作製した。

負極合剤層の面積寸法と正極合剤層の面積寸法をそれぞれ１０４ｍｍ×１１７ｍｍと９８ｍｍ×１０９ｍｍにして、負極の合計枚数を１２枚とし、正極の合計枚数を１１枚とした。負極および正極の間にポリプロピレンからなるセパレーターを配置して電極積層体を作製し、その作製した電極積層体を外装のラミネート袋内に挿入した。

非水電解液に、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを体積比で１：２の割合で混合した溶媒中に、ＬｉＰＦ_６を１．２モル／リットルの割合で溶解し、さらに、ビニレンカーボネートを２質量％添加した溶液を用い、これをラミネート袋内に注入した後、ラミネート袋を封止して、ラミネート積層型リチウムイオン二次電池を作製した。作製しらリチウムイオン二次電池の容量は、１０３０ｍＡｈである。

実施例２
電池の作製方法は、実施例１と同様であり、正極と負極の枚数は、各１枚である。また、正極と負極の金属支持体は、共に厚さ２４０μｍ（気孔率８８％）のアルミニウムエキスパンドメタル(ＬＷ：２ｍｍ，ＳＷ：１ｍｍ)を使用して、９３．６４ｍＡｈの容量を有するリチウムイオン二次電池を得た。

比較例１
最外層の負極の集電体としてアルミ箔を使用すること以外は、実施例１のリチウムイオン二次電池と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。

比較例２
正極および負極の集電体は、アルミ箔を使用すること以外は、実施例２のリチウムイオン二次電池と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。

上述した実施例１，２と比較例１，２の電池について、化成後、出力の測定を行った。

０．２Ｃの定電流定電圧充電を６時間（終止電圧２．６５Ｖ）行ったの後、０．２Ｃの定電流放電（終止電圧１．０Ｖ）を行った。その後、０．２Ｃの定電流定電圧で充電を６時間（終止電圧２．６５Ｖ）行い、１０Ｃの定電流放電（終止電圧１．０Ｖ）を行った。

図６は、実施例１，２および比較例１，２のリチウムイオン二次電池の出力測定結果を示す図である。

図６において、縦軸は、電圧を表し、横軸は、１０Ｃの放電容量を初回０．２Ｃ放電容量で除算した結果を表す。

サイクル測定の場合、１０Ｃの定電流充電（終止電圧２．９Ｖ）を行った後、１０Ｃの定電流放電（終止電圧１．０Ｖ）を行った。

図７は、実施例１，２および比較例１，２のリチウムイオン二次電池のサイクル測定結果を示す図である。

図７において、縦軸は、放電維持率を表し、横軸は、サイクルを表す。

以下、測定結果について説明する。

図６を参照して、出力に関しては、実施例１＝実施例２＞比較例１＞比較例２である。比較例２の場合、正負極の集電体は、箔なので、電解液中のリチウムイオンは、電力線に沿って移動し、両極外側にある活物質への出入りはできない。従って、充電末期に、正負極の両極内側にある活物質共に過充電の状態にある。放電初期に正負極共に電位は、充電状態ＳＯＣ＝約５０％の電位を持つので、出力にかなりのマイナスの影響を与えた。

比較例１の場合、すべての集電体は、箔である。特に最外層の負極の集電体は、箔なので、電解液中のリチウムイオンは、電力線に沿って移動し、最外層の負極の外側にある活物質への出入りはできない。従って、充電末期に、最外層の負極の内側にある活物質は、過充電の状態にある。放電初期に負極の電位は、ＳＯＣ＝（１−１／１２）×１００％の電位を持つので、出力にマイナスの影響を与えた。その影響の程度は、比較例２より小さい。

実施例１および実施例２の場合、それぞれ、最外層の負極の集電体、または、ただ１枚の負極の集電体は、アルミニウムエキスパンドメタルであるので、電解液中のリチウムイオンは、最外層の負極(またはただ１枚の負極)の外側にある活物質への出入りはでき、比較例１および比較例２のような問題は無いので、出力を向上できた。

図７を参照して、サイクル特性に関しては、実施例１＝実施例２＞比較例１＞比較例２である。比較例２の場合、正負極の集電体は、箔なので、電解液中のリチウムイオンは、電力線に沿って移動し、両極外側にある活物質への出入りはできない。従って、充電末期に、正負極の両極内側にある活物質共に過充電の状態にある。放電初期に、正負極共に電位は、ＳＯＣ＝約５０％の電位を持つので、出力にだけではなく、サイクル特性にもかなりのマイナスの影響を与えた。

比較例１の場合、すべての集電体は、箔である。特に最外層の負極の集電体は、箔なので、電解液中のリチウムイオンは、電力線に沿って移動し、最外層の負極の外側にある活物質への出入りはできない。従って、充電末期に、最外層の負極の内側にある活物質は、過充電の状態にある。放電初期に、負極の電位は、ＳＯＣ＝（１−１／１２）×１００％の電位を持つので、出力にだけではなく、サイクル特性にもマイナスの影響を与えた。その影響の程度は、比較例２より小さい。

実施例１および実施例２の場合、それぞれ、最外層の負極の集電体、または、ただ１枚の負極の集電体は、アルミニウムエキスパンドメタルであるので、電解液中のリチウムイオンは、最外層の負極(またはただ１枚の負極)の外側にある活物質への出入りはでき、比較例１および比較例２のような問題は無いので、サイクル特性を向上できた。

なお、上記においては、ラミネート型のリチウムイオン二次電池について説明したが、これに限らず、この発明の実施の形態によるリチウムイオン二次電池は、電極積層体１を電池缶に収納したものであってもよく、一般的には、電極積層体１を備えているものであれば、どのようなものであってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、リチウムイオン二次電池に適用される。

１ 電極積層体、２ ラミネートフィルム、３ 正極タブ、４ 負極タブ、５ リード体、１０ リチウムイオン二次電池、１１〜１ｎ 電極、２１ シール部、１１１ 金属支持体、１１２，１２２ 電極活物質層、１１３，１２１ 集電体、１１４ リード。

Claims (6)

1. 正極と負極とを少なくとも１枚づつ積層させた電極積層体を備え、
   前記電極積層体の最外層に配置された２つの電極の各々は、
   複数の貫通孔を有する金属支持体と、
   前記金属支持体の両面および前記貫通孔の内部に形成された電極活物質層と、
   前記電極積層体の最外層側で前記電極活物質層に接して形成された集電体とを含む、リチウムイオン二次電池。
2. 前記集電体の面積は、前記最外層に位置する電極の電極活物質層の面積以上である、請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
3. 前記金属支持体は、前記集電体に電気的に接続されている、請求項１または請求項２に記載のリチウムイオン二次電池。
4. 前記電極積層体は、前記２つの電極の内側に、金属箔の両面に電極活物質層を形成した電極を更に含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池。
5. 前記２つの電極は、前記電極積層体が奇数枚の電極を含む場合、相互に同じ極性を有する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池。
6. 前記２つの電極は、前記電極積層体が偶数枚の電極を含む場合、相互に異なる極性を有する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池。

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