JP2012190714A - 非水電解質二次電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】 充放電に伴う電気容量の低下を抑えつつ内部短絡等の原因となる電析の発生を抑えることのできる非水電解質二次電池を提供する。
【解決手段】 導電性基材上に正極活物質層の形成された正極板と、導電性基材上に負極活物質層の形成された負極板とが、電気絶縁性を有するセパレータを挟んで交互に積層された発電要素を備えた非水電解質二次電池において、少なくとも一部の正極板に負極板の負極活物質層と非対向状態の正極活物質層が形成されるとともに該非対向状態の正極活物質層と対向する絶縁部材を備えていることを特徴とする。
【選択図】図４
【解決手段】 導電性基材上に正極活物質層の形成された正極板と、導電性基材上に負極活物質層の形成された負極板とが、電気絶縁性を有するセパレータを挟んで交互に積層された発電要素を備えた非水電解質二次電池において、少なくとも一部の正極板に負極板の負極活物質層と非対向状態の正極活物質層が形成されるとともに該非対向状態の正極活物質層と対向する絶縁部材を備えていることを特徴とする。
【選択図】図４
Description
本発明は、充放電可能な非水電解質二次電池に関する。
従来から、充放電可能な二次電池として、種々タイプのものが提供されているが、近年、携帯電話等の携帯電気機器や、電気自動車、ハイブリッド電気自動車等の各種機器の高出力化や高性能化に伴って大容量の電力を供給する必要があるとして、電気容量の大きなリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池が普及している。
この種の非水電解質二次電池は、発電要素と、発電要素を収容した箱状の電池ケースと、該電池ケースの外側に配設された出力端子とを備えており、発電要素と出力端子との間で通電可能になっている。
前記発電要素は、導電性基材上に正極活物質層が形成された正極板と導電性基材上に負極活物質層が形成された負極板とが電気絶縁性を有するセパレータを挟んで交互に積層されたもので、正極板（正極活物質層）と負極板（負極活物質層）との間で電荷（金属系イオン）が移動することで充放電可能になっている。すなわち、前記発電要素は、帯状の正極板及び負極板がセパレータを挟んで長手方向に巻回されたり、枚葉状の正極板及び負極板がセパレータを挟んで重合配置されたりすることで、正極板と負極板とがセパレータを挟んで交互に積層されたもので、充電時に正極板（正極活物質層）から放出された電荷を負極板（負極活物質層）が吸収し、放電時に負極板（負極活物質層）が電荷を放出して正極板に戻すようになっている。
そして、この種の発電要素は、一般的に、負極板（負極活物質層）の面積が正極板（正極活物質層）の面積よりも大きく設定されており、正極板（正極活物質層）から放出される電荷の全量又は略全量を負極板（負極活物質層）で吸収できるように構成されている。
しかしながら、上述の如く、負極板（負極活物質層）の面積を正極板（正極活物質層）の面積よりも大きく設定すると、充放電を繰り返し行うことで電気容量が低下するといった問題がある。
すなわち、この種の非水電解質二次電池は、上述の如く、充電時に正極板（正極活物質層）から放出された電荷を負極板（負極活物質層）が吸収し、放電時に負極板（負極活物質層）が電荷を放出して正極板に戻すように構成されているが、放電時に負極板内に電荷が残る（負極板から電荷の全量が放出されない）傾向にあり、充放電を繰り返すことで正極板と負極板との間で移動する電荷量（充放電に寄与する電荷）が減少してしまう。その結果、この種の非水電解質二次電池は、充放電を繰り返し行うことで電気容量が当初よりも減少してしまうといった問題がある。
このような問題に鑑み、正極板の正極活物質層の面積が負極板の負極活物質層の面積よりも大きく設定され、負極活物質層と非対向状態の正極活物質層が形成された非水電解質二次電池が提供されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
かかる非水電解質二次電池は、正極板（正極活物質層）の面積が負極板（負極活物質層）の面積よりも大きく設定されているため、正極板から放出される電荷が多く、充放電に伴って電荷が減少しても後の充放電に寄与する電荷を十分に補うことができ、電気容量の減少を抑制できるとされている。
しかしながら、上記構成の非水電解質二次電池は、充放電すると正極板（正極活物質層）近傍にある導電性を有する部分に電解析出（電析）が発生して内部短絡等が発生するといった問題がある。すなわち、正極板の正極活物質層から放出される電荷は、当該正極板の近傍にある導電性を有する部分に向けて最短距離で移動しようとするため、充電時において負極板の負極活物質層と非対向状態にある正極活物質層（電荷を吸収すべく対向した負極活物質層の存在しない正極活物質層）からの電荷が近傍にある導電性を有する部分（負極板のエッジ（負極活物質層の境界）や電池ケースが金属製である場合には電池ケースの内面）に向けて一斉に移動する結果、当該部分で電荷を吸収できずに電析が発生してしまう。そのため、上記構成の非水電解質二次電池は、電析による析出物が針状に成長し、該析出物が正極板等と接触して内部短絡等が発生する虞がある。
そこで、本発明は、充放電に伴う電気容量の低下を抑えつつ内部短絡等の原因となる電析の発生を抑えることのできる非水電解質二次電池を提供することを課題とする。
本発明に係る非水電解質二次電池は、導電性基材上に正極活物質層の形成された正極板と、導電性基材上に負極活物質層の形成された負極板とが、電気絶縁性を有するセパレータを挟んで交互に積層された発電要素を備えた非水電解質二次電池において、少なくとも一部の正極板に負極板の負極活物質層と非対向状態の正極活物質層が形成され、該非対向状態の正極活物質層と対向する絶縁部材を備えていることを特徴とする。
上記構成の非水電解質二次電池によれば、少なくとも一部の正極板に負極板の負極活物質層と非対向状態の正極活物質層が形成されているため、負極活物質層と非対向状態の正極活物質層は、電荷の吸収及び放出する相手方となる負極活物質層が存在しないことになる。
従って、上記構成の非水電解質二次電池は、重ね合わされた正極板（正極活物質層）と負極板（負極活物質層）との間で電荷が移動する際に、負極板に吸収された電荷の全量が放出されずに正極板と負極板との間で移動する電荷量（充放電に寄与する電荷）が減少しても、負極活物質層と非対向状態にある正極活物質層から放出される電荷で減少した電荷を補うことができる。これにより、上記構成の非水電解質二次電池は、充放電を繰り返し行っても電気容量の減少が抑えられ、初期の電気容量と同等の電気容量で充放電することができる。
そして、上記構成の非水電解質二次電池は、負極活物質層と非対向状態の正極活物質層と対向する絶縁部材を備えているため、充放電に伴う電析の発生を防止することができる。
より具体的に説明すると、この種の非水電解質二次電池は、充電時に正極板（正極活物質層）から放出された電荷が導電性を有する部分に向けて最短距離で移動することになる。従って、セパレータを介して負極板に重ね合わされた正極板（正極活物質層）から放出された電荷は、セパレータを通過して負極活物質層に向けて移動し、負極活物質層と非対向状態の正極活物質層（対応する負極活物質層が存在しない正極活物質層）から放出された電荷については、移動距離が最短となる位置（直近の位置）にある導電性を有する部分に向けて移動しようとする。
そのため、負極活物質層と非対向状態の正極活物質層（対応する負極板が存在しない正極板）から放出される電荷の移動を規制しなければ、その電荷が近傍にある導電性を有する部分（例えば、負極活物質層や集電部材、電池ケースが金属製である場合には電池ケースの内面）に集中して電析が発生する虞がある。
しかしながら、上記構成の非水電解質二次電池は、負極活物質層と非対向状態の正極活物質層に対して絶縁部材が対向配置されているため、当該正極活物質層（負極活物質層と非対向状態の正極活物質層）から放出される電荷の移動が絶縁部材によって規制される（電荷の移動経路が制限される）結果、当該正極活物質層から放出される電荷が負極活物質層に到達するまでの時間を長期化させることができる。すなわち、負極活物質層と非対向状態の正極活物質層から放出された電荷が一カ所に短時間で集中することを防止することができる。これにより、上記構成の非水電解質二次電池は、内部短絡等の原因となる電析の発生を抑えることもできる。
本発明に係る非水電解質二次電池の一態様として、前記発電要素は、帯状の導電性基材上に正極活物質層の形成された正極板と、帯状の導電性基材上に負極活物質層の形成された負極板とが、電気絶縁性を有する帯状のセパレータを介して重ね合わされた状態で長手方向に巻回されて構成されるとともに、最内周及び最外周の少なくとも何れか一方の正極板に前記負極板の負極活物質層と非対向状態の正極活物質層が形成され、前記絶縁部材は、発電要素の最内周及び最外周に少なくとも何れか一方にある正極板の前記非対向状態の正極活物質層に沿って配置されていることが好ましい。
上記構成の非水電解質二次電池によれば、前記発電要素は、最内周及び最外周の少なくとも何れか一方の正極板に前記負極板の負極活物質層と非対向状態の正極活物質層が形成されているため、最内周及び最外周の少なくとも何れか一方に配置された正極板の正極活物質層は、対応する負極活物質層（当該正極活物質との関係で電荷を吸収及び放出する負極活物質層）が存在しないことになる。
従って、上記構成の非水電解質二次電池は、重ね合わされた正極板（正極活物質層）と負極板（負極活物質層）との間で電荷が移動する際に、負極板に吸収された電荷の全量が放出されずに正極板と負極板との間で移動する電荷量（充放電に寄与する電荷）が減少しても、最内周及び最外周の少なくとも何れか一方で負極活物質層と非対向状態にある正極活物質層から放出される電荷で減少した電荷を補うことができる。これにより、上記構成の非水電解質二次電池は、充放電を繰り返し行っても電気容量の減少が抑えられ、初期の電気容量と同等の電気容量で充放電することができる。
そして、上記構成の非水電解質二次電池は、前記絶縁部材が発電要素の最内周及び最外周に少なくとも何れか一方にある正極板の前記非対向状態の正極活物質層に沿って配置されるため、充放電に伴う電析の発生を防止することができる。
より具体的に説明すると、この種の非水電解質二次電池は、充電時に正極板（正極活物質層）から放出された電荷が導電性を有する部分に向けて最短距離で移動することになる。従って、セパレータを介して負極板に重ね合わされた正極板（正極活物質層）から放出された電荷は、セパレータを通過して負極活物質層に向けて移動し、最内周及び最外周にある正極板の正極活物質層（対応する負極活物質層が存在しない正極活物質層）から放出された電荷については、移動距離が最短となる位置（直近の位置）にある導電性を有する部分に向けて移動しようとする。
そのため、最内周及び最外周にある正極板の正極活物質層（対応する負極板が存在しない正極板）から放出される電荷の移動を規制しなければ、その電荷が近傍にある導電性を有する部分（例えば、負極活物質層や集電部材、電池ケースが金属製である場合には電池ケースの内面）に集中して電析が発生する虞がある。
しかしながら、上記構成の非水電解質二次電池は、発電要素の最内周及び最外周に少なくとも何れか一方で負極活物質層と非対向状態にある正極活物質層に対して絶縁部材が対向配置されているため、当該正極活物質層（負極活物質層と非対向状態の正極活物質層）から放出される電荷の移動が絶縁部材によって規制される（電荷の移動経路が制限される）結果、当該正極活物質層から放出される電荷が負極活物質層に到達するまでの時間を長期化させることができる。すなわち、最内周及び最外周の少なくとも何れか一方にある正極板の正極活物質層から放出された電荷が一カ所に短時間で集中することを防止することができる。これにより、上記構成の非水電解質二次電池は、内部短絡等の原因となる電析の発生を抑えることもできる。
本発明の他態様として、前記発電要素は、最内周に正極活物質層を内側に向けた正極板が配置され、前記絶縁部材は、重ね合わされた正極板及び負極板の巻回中心となる芯材で構成されてもよい。このようにすれば、正極板及び負極板の巻回中心となる芯材が正極板（正極活物質層）から放出される電荷の移動を規制する絶縁部材に兼用されるため、新たな構成を追加することなく（構造を複雑化させることなく）、最内周の正極板（正極活物質層）から放出される電荷の移動を規制することができる。
本発明の別の態様として、前記発電要素は、最外周に正極活物質層を外側に向けた正極板が配置され、前記絶縁部材は、発電要素全体を包囲するシート又は袋で構成されてもよい。このようにすれば、発電要素全体の電気絶縁を図りつつ電荷の移動を規制することができる。
本発明のさらに別の態様として、前記セパレータは、電気絶縁性を有する基層と、該基層上に積層された無機質層とで構成され、前記無機質層を正極活物質層に対向させて配置されてもよい。このようにすれば、正極活物質層から放出される電荷が無機質層に沿って移動するようになる。そのため、正極活物質層から放出された電荷は、拡散されつつ負極板に向けて移動することになり、正極活物質層からの電荷を負極板が均一に吸収（保持）することができる。従って、最内周及び最外周の少なくとも何れか一方にある正極板（正極活物質層）から放出された電荷の移動時間が長期化して該電荷の負極板への供給が間に合わないような状況になることがなく、必要な電気容量で維持させることができる。
また、本発明のさらに別の態様として、前記絶縁部材は、正極板側と反対側とに貫通した多数の微孔が穿設されていてもよい。このようにすれば、最内周及び最外周にある正極板の正極活物質層から放出された電荷の移動速度を適正なものにすることができる。すなわち、絶縁部材に多数の微孔を穿設すると、正極活物質層から放出された電荷が絶縁部材の微孔を通過して直近の負極活物質層に向けて移動することになるが、その絶縁部材の微孔の孔径を適宜設定することで、絶縁部材に沿って移動する電荷と絶縁部材の微孔を通過して移動する電荷との割合（電荷の拡散）を調整することができ、最内周及び最外周の少なくとも何れか一方にある正極板（正極活物質層）から放出された電荷が負極活物質層に到達する時間を適正時間に設定することができる。これにより、内部短絡等の原因となる電析の発生を確実に抑えることができる。また、上述の如く、絶縁部材に多数の微孔が穿設されることで、電解液が浸透し易くなり、また、充放電によって発生するガスが発電要素の外側に抜け易くなる。特に、負極板に対向しない正極活物質層が存在する場合、正極板上で電解液が分解されることでガスの発生量が多くなるため、充放電によって発生するガスが発電要素の外側に抜け易くなることは有用である。
本発明のさらに別の態様として、前記絶縁部材は、正極活物質層と対向する面が凹凸面で構成されてもよい。このようにすれば、正極活物質層から放出される電荷が絶縁部材の凹凸面に沿って移動するようになる。そのため、正極活物質層から放出された電荷は、拡散されつつ負極活物質層（電荷が移動できる経路での最短距離の位置にある負極活物質層）に向けて移動することになる。従って、最内周及び最外周の少なくとも何れか一方にある正極板（正極活物質層）から放出された電荷の全量が負極活物質層に到達する時間を適正時間に設定することができる。これにより、内部短絡等の原因となる電析の発生を確実に抑えることができる。また、上述の如く、絶縁部材の正極活物質層と対向する面が凹凸面で構成されることで、電解液が浸透し易くなり、また、充放電によって発生するガスが発電要素の外側に抜け易くなる。特に、負極板に対向しない正極活物質層が存在する場合、正極板上で電解液が分解されることでガスの発生量が多くなるため、充放電によって発生するガスが発電要素の外側に抜け易くなることは有用である。
以上のように、本発明の非水電解質二次電池によれば、充放電に伴う電気容量の低下を抑えつつ内部短絡等の原因となる電析の発生を抑えることができるという優れた効果を奏し得る。
以下、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池（以下、単に二次電池という）について、添付図面を参照して説明する。
かかる二次電池は、ロッキングチェア型電池であり、本実施形態においては、リチウムイオン二次電池を対象としている。本実施形態に係る二次電池は、図１乃至図３に示す如く、発電要素２を備えている。より具体的には、本実施形態に係る二次電池１は、前記発電要素２と、該発電要素２を収容する電池ケース３と、電池ケース３の外側に配置された一対の出力端子４，５と、各出力端子４，５を発電要素２に対して電気的に接続するための一対の集電部材６，７とを備えている。
前記発電要素２は、図４に示す如く、帯状の正極板２０と帯状の負極板２１とが電気絶縁性を有するセパレータ２２を介して重ね合わされた状態で長手方向に渦巻き状に巻回されて形成されている。すなわち、正極板２０、負極板２１、及びセパレータ２２は、何れも帯状に形成されており、長手方向を一致させた状態で、正極板２０、セパレータ２２、負極板２１、セパレータ２２の順に積層した上で渦巻き状に巻回されることで発電要素２が形成されている。本実施形態に係る発電要素２は、電気絶縁性を有する芯材２３を備えており、該芯材２３を中心にして前記正極板２０、負極板２１、及びセパレータ２２が渦巻き状に巻回されている。
前記正極板２０は、図５に示す如く、帯状の導電性基材（以下、正極基材という）２０ａと、該正極基材２０ａ上に形成された正極活物質層２０ｂとで構成されている。本実施形態に係る正極板２０は、正極基材２０ａの両面に正極活物質層２０ｂが形成されている。そして、該正極板２０は、正極基材２０ａの長手方向の全長又は略全長に亘って正極活物質層２０ｂが形成され、長手方向と直交する幅方向の一端部に正極活物質層２０ｂの非形成領域（正極基材２０ａ）からなる正極リード部Ｌ１が形成されている（図３参照）。
前記正極基材２０ａは、導電性を有する材質であれば特に制限がなく、公知のものを任意に採用することができる。具体的には、前記正極基材２０ａには、アルミニウム、ニッケルメッキ銅、チタン、タンタル、銅、ニッケル、ステンレス鋼等の金属材料、カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素質材料、導電性ポリマー、又は、導電性物質層を形成した樹脂等を採用することができ、中でもアルミニウムは、正極基材２０ａに好適である。また、前記正極基材２０ａの形態としては、箔等のシート体、発泡体、焼結多孔体、エキスパンド格子等を採用することができる。さらに、前記正極基材２０ａは、任意の形状の孔をあけたものも用いることもできる。
本実施形態に係る二次電池１は、上述の如く、リチウムイオン二次電池であるため、前記正極活物質層２０ｂは、リチウムイオンを吸蔵・放出できるものであれば特に制限はなく、任意の活物質層を適宜使用することができ、例えば、ＬｉxＭＯy（Ｍは少なくとも一種の遷移金属を表す）で表される複合酸化物（ＬｉxＣｏＯ2、ＬｉxＮｉＯ2、ＬｉxＭｎ2Ｏ4、ＬｉxＭｎＯ3、ＬｉxＮｉyＣｏ(1-y)Ｏ2、ＬｉxＮｉy'Ｍｎy"Ｃｏ(1-y'-y")Ｏ2、ＬｉxＮｉyＭｎ(2-y)Ｏ4等）、或いは、ＬｉwＭｅx（ＸＯy）x（Ｍｅは少なくとも一種の遷移金属を表し、Ｘは例えば、Ｐ、Ｓｉ、Ｂ、Ｖ）で表されるポリアニオン化合物（ＬｉＮｉＰＯ4、ＬｉＣｏＰＯ4、Ｌｉ3Ｖ2（ＰＯ4）3、Ｌｉ2ＭｎＳｉＯ4、Ｌｉ2ＣｏＰＯ4Ｆ等）から選択することができる。また、これらの化合物中の元素又はポリアニオンは、一部他の元素又はアニオン種で置換されていてもよい。さらに、ジスルフィド、ポリピロール、ポリアニリン、ポリパラスチレン、ポリアセチレン、ポリアセン系材料等の導電性高分子化合物、擬グラファイト構造炭素質材料等が挙げられるが、これに限定されるものではない。また、これらの化合物は単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。
前記負極板２１は、帯状の導電性基材（以下、負極基材という）２１ａと、該負極基材２１ａ上に形成された負極活物質層２１ｂとで構成されている。本実施形態に係る負極板２１は、負極基材２１ａの両面に負極活物質層２１ｂが形成されている。そして、負極板２１は、負極基材２１ａの長手方向の全長又は略全長に亘って負極活物質層２１ｂが形成され、長手方向と直交する幅方向の他端部に負極活物質層２１ｂの非形成領域（負極基材２１ａ）からなる負極リード部Ｌ２が形成されている（図３参照）。
前記負極基材２１ａは、導電性を有する材質であれば特に制限がなく、公知のものを任意に採用することができる。具体的には、前記負極基材２１ａには、アルミニウム、ニッケルメッキ銅、チタン、タンタル、銅、ニッケル、ステンレス鋼等の金属材料、カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素質材料、導電性ポリマー、又は、導電性物質層を形成した樹脂等を採用することができ、中でも銅は負極基材２１ａに好適である。また、前記負極基材２１ａの形態としては、箔等のシート体、発泡体、焼結多孔体、エキスパンド格子等を採用することができる。さらに、前記負極基材２１ａは、任意の形状の孔をあけたものも用いることもできる。
前記負極活物質層２１ｂは、金属イオンを吸蔵・放出する活物質層で構成される。本実施形態に係る二次電池１に用いる負極活物質層２１ｂとしては、電気化学的に金属イオンを吸蔵・放出可能なものであれば、特に制限はなく、例えば、リチウムイオンを吸蔵・放出する負極活物質層２１ｂとしては、黒鉛や、易黒鉛化炭素、難黒鉛化炭素等の炭素質材料、ＳｎＯやＳｉＯ等の金属酸化物、チタン酸リチウム等のリチウム複合酸化物、ＳｎやＳｉ等のリチウムと合金形成可能な金属等が挙げられる。これらは、一種を単独で用いても、二種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。なかでも炭素質材料又はリチウム複合酸化物を用いることが安全性の観点から好ましい。
前記セパレータ２２は、電気絶縁性を有する基層２２ａと、該基層２２ａ上に積層された無機質層２２ｂとを備えている。
前記基層２２ａは、樹脂シートであり、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−メチルアクリレート共重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合体、塩素化ポリエチレン等のポリオレフィン誘導体、エチレン−プロピレン共重合体等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレートや共重合ポリエステル等のポリエステル等を採用でき、耐電解液性や耐久性等の観点から、ポリエチレンや、ポリプロピレンを採用することが好ましい。
本実施形態に係るセパレータ２２の基層２２ａは、表裏に貫通した多数の微孔が穿設されている。すなわち、本実施形態に係る基層２２ａは、多孔質な樹脂シートで構成されている。そして、本実施形態に係る基層２２ａは、０．５μｍ〜５０μｍの厚みに設定されている。
前記無機質層２２ｂは、多数の無機粒子（図示しない）と、無機粒子を基層２２ａに結着するバインダ（図示しない）とを含んでいる。
前記無機粒子は、アルミナ、ジルコニア、シリカ、マグネシア、チタニア、アルミナシリケート等を採用することができ、平均粒子径が０．１μｍ〜１μｍに設定される。すなわち、無機粒子が細かすぎる（０．１μｍよりも小さい）と、無機粒子間の隙間が狭くなりすぎて電解液の供給が遅くなり、無機粒子が大きすぎる（１μｍよりも大きい）と、無機質層２２ｂの厚みを薄くすることが困難になるため、電解液の供給と無機質層２２ｂの厚みを考慮すると、前記無機粒子の平均粒子径は、０．１μｍ〜１μｍに設定されることが好ましい。そして、本実施形態において、無機粒子は、球状又は塊状に形成されている。すなわち、無機粒子が薄片等のように扁平状に形成されると、隣り合う無機粒子同士が面接触する機会が増えて無機粒子間に電解液を供給するための隙間が形成しにくくなるため、本実施形態に係る無機粒子は、隣り合う無機粒子と点接触するような形態に形成されている。これにより、前記無機質層２２ｂは、平均細孔径（無機粒子間の平均間隔）が基層２２ａよりも大きな多孔質層になっている。従って、本実施形態に係るセパレータ２２（無機質層２２ｂ）は、リチウムイオン（電荷）が拡散し易い形態に形成されている。
前記バインダは、樹脂材料で構成されるが、電解液に対して不溶であり、且つ当該二次電池１の使用範囲で電気科学的に安定なものを用いることが好ましい。より具体的には、前記バインダは、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリフッ化ビニリデン、アクリロニトリル、酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ＳＢＲ等を採用することができる。
本実施形態に係るセパレータ２２は、無機粒子の平均粒子径が０．１〜１μｍであることを前提に、無機質層２２ｂの厚みが０．５μｍ〜５０μｍに設定される。無機質層２２ｂの厚みは、電解液の供給促進の観点から、１μｍ以上であることが好ましく、当該二次電池１のエネルギー密度を確保する観点から、１０μｍ以下であることが好ましい。
そして、本実施形態に係るセパレータ２２は、無機粒子間に基層２２ａの微孔と連通した微小隙間が形成され、正極板２０と負極板２１との間での電荷の移動を許容できるようになっている。
図４に戻り、発電要素２は、最内周及び最外周の少なくとも何れか一方に正極板２０が配置される。そして、該発電要素２は、最内周及び最外周の少なくとも何れか一方の正極板２０に負極板の負極活物質層２１ｂと非対向状態の正極活物質層２０ｂが形成される。
より具体的に説明すると、本実施形態に係る発電要素２は、正極板２０の長手方向の長さが負極板２１の長手方向の長さよりも長く設定されている。すなわち、正極板２０は、長手方向の一端側及び他端側の少なくとも何れか一方側が負極板２１の長手方向の一端及び他端の少なくとも何れか一方からはみ出るように長さ設定されている。本実施形態に係る発電要素２は、正極板２０の長手方向の長さが負極板２１の長手方向の長さよりも巻回状態における一周分の長さだけ長く設定されている。これにより、該発電要素２は、負極活物質層２１ｂよりも正極活物質層２０ｂが広く形成されている。そして、該発電要素２は、正極活物質層２０ｂと負極活物質層２１ｂとが向かい合わせになるように、正極板２０と負極板２１とがセパレータ２２を介して重ね合わされている。すなわち、正極板２０及び負極板２１は、セパレータ２２を挟んで互いの活物質層２０ｂ，２１ｂを対向させるように配置されている（図５参照）。そして、本実施形態に係る発電要素２は、セパレータ２２に無機質層２２ｂが設けられているため、セパレータ２２は無機質層２２ｂを正極活物質層２０と対向させた状態で配置されている。なお、図４において正極板２０、負極板２１、及びセパレータ２２が間隔を開けて示されているが、実際にはこれらは互いに密接した状態で積層されている。
本実施形態に係る発電要素２は、正極板２０が最内周で負極板２１よりも余分に巻回されている。すなわち、本実施形態に係る発電要素２は、正極板２０の長手方向の長さが負極板２１の長手方向の長さよりも長く設定されているため、巻き初め（巻回中心）で正極板２０が負極板２１よりも多く巻回され、正極板２０と負極板２１との巻き終わり（終端）が一致している。
本実施形態に係る発電要素２は、長尺な正極板２０（所定長さに裁断される前の正極板２０）、長尺な負極板２１（所定長さに裁断される前の負極板２１）、及び長尺なセパレータ２２（所定長さに裁断される前のセパレータ２２）が長手方向を一致させた状態で重ね合わされ、積層状態にある正極板２０、負極板２１及びセパレータ２２が先端側から芯材２３を中心にして所定の巻き数で巻回された後に切断されることで形成される。
本実施形態に係る発電要素２は、長尺な正極板２０と負極板２１とを重ね合わせるときに、正極板２０の先端側が負極板２１の先端から突出した状態になるように正極板２０と負極板２１とを重ね合わせ、重ね合わされた正極板２０と負極板２１とを該正極板２０が内側になるように巻回した後に両者を同じ位置で切断することで形成することができる。また、本実施形態に係る発電要素２は、長尺な正極板２０と負極板２１とを重ね合わせるときに、正極板２０及び負極板２１の先端を一致させるように正極板２０と負極板２１とを重ね合わせ、重ね合わされた正極板２０と負極板２１とを巻回した後に両者を異なる位置で切断することで形成することもできる。
そして、本実施形態に係る発電要素２は、上述の如く、正極基材２０ａの両面に正極活物質層２０ｂ，２０ｂが形成されているため、最内周にある正極板２０が正極基材２０ａの両面に形成された正極活物質層２０ｂ，２０ｂのうちの一方の正極活物質層２０ｂを巻回中心側に向けて配置され、最外周にある正極板２０が正極基材２０ａの両面に形成された正極活物質層２０ｂ，２０ｂのうちの他方の正極活物質層２０ｂを外側に向けて配置されている（図５参照）。これにより、本実施形態に係る発電要素２は、最内周及び最外周に負極板２１の負極活物質２１ｂと非対向状態の正極活物質層２０ｂが配置されている。
そして、該二次電池１は、発電要素２の最内周及び最外周に少なくとも何れか一方に対応する負極板２１（負極活物質層２１ｂ）が存在しない正極板２０（正極活物質層２０ｂ）が配置されることを前提に、発電要素２の最内周及び最外周に少なくとも何れか一方に沿って配置された絶縁部材９，１０を備えている。
本実施形態に係る二次電池１は、対応する負極板２１の存在しない正極板２０が発電要素２の最内周及び最外周に配置される（負極活物質層２１ｂと向かい合うことのない正極活物質層２０ｂが発電要素２の最内周及び最外周に配置される）ため、発電要素２の最内周にある正極板２０に沿って配置された絶縁部材（以下、内側絶縁部材という）９と、発電要素２の最外周にある正極板２０に沿って配置された絶縁部材（以下、外側絶縁部材という）１０とを備えている。
本実施形態に係る二次電池１は、上述の如く、正極板２０及び負極板２１が芯材２３を中心にして巻回されるため、該芯材２３が発電要素２の最内周（正極板２０）に沿って配置される内側絶縁部材９として兼用されている。かかる内側絶縁部材９（芯材２３）は、最内周にある正極板２０の正極活物質層２０ｂと対向配置されることで、該最内周の正極板２０（正極活物質層２０ｂ）から放出される電荷の移動を規制するようになっている。すなわち、本実施形態に係る二次電池１は、対応する負極板２１が存在しない正極板２０（正極活物質層２０ｂ）に対して内側絶縁部材９を対向配置することで、最内周にある正極活物質層２０ｂから放出された電荷が直近にある導電性を有する部分（電池ケースの内面や負極板２１）に向けて最短距離で到達するのを規制するようになっている。
内側絶縁部材９（芯材２３）は、電気絶縁性を有し、且つイオン導電性の低い素材又は電解液の濡れ性が低い素材が採用される。より具体的には、前記内側絶縁部材９は、電気絶縁性を有し且つ電解液に耐えられる樹脂材料であって、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビリニデン）等で構成される。
本実施形態に係る内側絶縁部材９は、樹脂シートを扁平筒状にしたもので両端が開放している。そして、本実施形態に係る内側絶縁部材９（樹脂シート）は、正極板２０側と反対側とに貫通した多数の微孔（図示しない）が穿設されている。すなわち、該内側絶縁部材９は、多孔質樹脂シートが採用されている。
内側絶縁部材９を構成する樹脂シートにおける微孔の孔径は、電荷の拡散効率を考慮して設定される。具体的には、内側絶縁部材９を構成する樹脂シートの微孔の孔径は、電荷の拡散効率と周囲との電気絶縁性を考慮すれば、１μｍ〜１００μｍに設定することが好ましい。なお、電荷の拡散効率のみを考慮すれば、内側絶縁部材９の微孔の孔径は、１ｍｍ程度であってもよい。該内側絶縁部材９（芯材２３）を構成する樹脂シートを多孔質にするには、例えば、レーザー加工や、溶孔、熱針加工等の溶融加工の他、発泡成形で形成したり、樹脂シートを溶融不織布で構成したりしてもよい。
前記外側絶縁部材１０は、絶縁袋と言われるもので、発電要素２全体を包み込めるように形成されている。該外側絶縁部材１０は、電気絶縁性を有する樹脂シートを折り畳んで袋状にされたり、前記樹脂シートを袋状に予め成型されたりしている。
本実施形態に係る外側絶縁部材１０は、最外周にある正極板２０の正極活物質層２０ｂと対向配置されることで、該最外周の正極板２０（正極活物質層２０ｂ）から放出される電荷の移動を規制するようになっている。すなわち、本実施形態に係る外側絶縁部材１０は、内側絶縁部材９と同様に、電気絶縁性を有し、且つイオン導電性の低い素材又は電解液の濡れ性が低い素材が採用される。より具体的には、電気絶縁性を有し且つ電解液に耐えられる樹脂材料（例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビリニデン）等）で構成される。
また、本実施形態に係る外側絶縁部材１０（樹脂シート）は、発電要素２側と反対側とに貫通した多数の微孔（図示しない）が穿設されている。すなわち、該外側絶縁部材１０についても、多孔質樹脂シートが採用されている。外側絶縁部材１０を構成する樹脂シートにおける微孔の孔径は、電荷の拡散効率を考慮して設定される。具体的には、外側絶縁部材１０を構成する樹脂シートの微孔の孔径は、電荷の拡散効率と周囲との電気絶縁性を考慮すれば、１μｍ〜１００μｍに設定することが好ましい。なお、電荷の拡散効率のみを考慮すれば、外側絶縁部材１０の微孔の孔径は、１ｍｍ程度であってもよい。該外側絶縁部材１０を構成する樹脂シートを多孔質にするには、例えば、レーザー加工や、溶孔、熱針加工等の溶融加工の他、発泡成形で形成したり、樹脂シートを溶融不織布で構成したりしてもよい。
そして、発電要素２は、前記外側絶縁部材１０に全体が覆われた上で電池ケース３内に収容されている。なお、図３及び図４において、外側絶縁部材１０が発電要素２の外周に対して隙間をあけた状態で配置されているが、実際には外側絶縁部材１０は、発電要素２の外周や電池ケース３の内面に対して密接した状態になっている。
図３に戻り、本実施形態に係る発電要素２は、幅方向（正極板２０及び負極板２１の長手方向と直交する幅方向と対応する方向）の一端部に正極板２０（正極リード部Ｌ１）のみの積層部分が形成され、幅方向（正極板２０及び負極板２１が長手方向と直交する幅方向と対応する方向）の他端部に負極板２１（負極リード部Ｌ２）のみの積層部分が形成されている。そして、該二次電池１は、正極板２０（正極リード部Ｌ１）のみの積層部分に一方の集電部材６が電気的に接続され、負極板２１（負極リード部Ｌ２）のみの積層部分に他方の集電部材７が電気的に接続されている（図２参照）。
前記電池ケース３は、一面を開放させた角形の箱状をなすケース本体３０と、ケース本体３０の開放部分を封止する蓋板３１とを備えている。そして、該電池ケース３は、上述の如く、発電要素２以外に一対の集電部材６，７が収容されて電解液が充填されている。
本実施形態に係る二次電池１は、電池ケース３（ケース本体３０及び蓋板３１）が金属（例えば、アルミニウム合金やステンレス合金）で構成されている。これに伴い、前記外側絶縁部材１０は、電池ケース３と該電池ケース３に収容される発電要素２との電気絶縁を図るようにもなっている。
一対の出力端子４，５は、それぞれ共通した構成であり、ケーブルやバスバー等の接続対象物（図示しない）を電気的に接続可能に形成されている。そして、一方の出力端子４は、一方の集電部材６に電気的に接続され、他方の出力端子５は、他方の集電部材７に電気的に接続されている。
一対の集電部材６，７は、それぞれ共通した構成であり、蓋板３１に固定されるベース６０，７０と、該ベース６０，７０の一端に連設されて発電要素２の幅方向の端部（正極リード部Ｌ１、負極リード部Ｌ２）に沿って配置される発電要素添設部６１，７１とを備えている。そして、一方の集電部材６は、発電要素２の一端部（正極リード部Ｌ１）に沿わせた発電要素添設部６１が該発電要素２の一端部（正極リード部Ｌ１）とともにクリップ部材６２に挟み込まれた状態で溶接され、他方の集電部材７は、発電要素２の他端部（負極リード部Ｌ２）に沿わせた発電要素添設部７１が該発電要素２の他端部（負極リード部Ｌ２）とともにクリップ部材７２に挟み込まれた状態で溶接される。
そして、本実施形態に係る二次電池１は、図１乃至図３に示す如く、一対の出力端子４，５が電池ケース３（蓋板３１）の外側で互いに対称的に配置されるとともに、一対の集電部材６，７が電池ケース３（ケース本体３０）の内側で互いに対称的に配置され、一方の出力端子４が一方の集電部材６に対して間接的に接続されるとともに、他方の出力端子５が他方の集電部材７に間接的に接続されている。
本実施形態に係る二次電池１は、一対の出力端子４，５のそれぞれの配置に対応した二カ所に蓋板３１を内外から挟み込む絶縁パッキンＧ，Ｇを備えており、絶縁パッキンＧ，Ｇ及び蓋板３１を貫通したリベット８を介して集電部材６，７と出力端子４，５とが電気的に接続されている。
より具体的に説明すると、本実施形態に係る二次電池１は、短冊状の金属板からなる接続杆４１，５１を備えており、該接続杆４１，５１の長手方向の一端部に出力端子４，５が挿通されている。そして、該二次電池１は、蓋板３１の外面上に重ね合わされた絶縁パッキンＧ上に接続杆４１、５１が配置されるとともに、蓋板３１の内面に重ね合わされた絶縁パッキンＧ上に集電部材６，７のベース６０，７０が配置され、前記リベット８を接続杆４１，５１、絶縁パッキンＧ，Ｇ、蓋板３１、及び集電部材６，７（ベース６０，７０）に貫通させて該リベット８をカシメ処理することで、リベット８及び接続杆４１，５１を介して出力端子４，５と集電部材６，７とが電池ケース３に固定されつつ互いに電気的に接続されている。
以上のように、本実施形態に係る二次電池１の発電要素２は、正極板２０が最内周及び最外周に配置されるとともに、該最内周及び最外周の正極板２０に負極板２１の負極活物質２１ｂと非対向状態の正極活物質層２１ｂが形成されているため、最内周及び最外周の正極活物質層２０ｂは、対応する負極活物質層２１ｂ（電荷を直接吸収及び放出する負極活物質層２１ｂ）が存在しないことになる。
従って、本実施形態に係る二次電池１は、重ね合わされた正極板２０（正極活物質層２０ｂ）と負極板２１（負極活物質層２１ｂ）との間で電荷が移動する際に、負極板２１に吸収された電荷の全量が放出されずに正極板２０と負極板２１との間で移動する電荷量（充放電に寄与する電荷）が減少しても、最内周及び最外周の少なくとも何れか一方で負極活物質層２１ｂと非対向状態にある正極活物質層２０ｂから放出される電荷で減少した電荷（充放電に寄与しなくなる電荷）を補うことができる。
これにより、本実施形態に係る二次電池１は、充放電を繰り返し行っても電気容量の低下が抑えられ、初期の電気容量と同等の電気容量で充放電することができる。
そして、本実施形態に係る二次電池１は、発電要素２の最内周に沿って配置された内側絶縁部材９（芯材２３）を備え、該内側絶縁部材９（芯材２３）が発電要素２の最内周にある正極板２０の正極活物質層２０ｂと対向しているため、充放電に伴う電析の発生を防止することができる。
より具体的に説明すると、この種の二次電池１は、充電時に正極板２０（正極活物質層２０ｂ）から放出された電荷が負極活物質層２１ｂ（負極板２１）に向けて導電性を有する部分に向けて最短距離で移動することになる。従って、セパレータ２２を介して負極板２１に重ね合わされた正極板２０（正極活物質層２０ｂ）から放出された電荷は、セパレータ２２を通過して負極活物質層２１ｂに向けて移動し、最内周にある正極板２０の正極活物質層２０ｂ（対応する負極板２１が存在しない正極活物質層２０ｂ）から放出された電荷については、移動距離が最短となる位置（直近の位置）にある導電性を有する部分に向けて移動しようとする。
そのため、最内周にある正極板２０の正極活物質層２０ｂ（対応する負極板２１が存在しない正極板２０）から放出される電荷の移動を規制しなければ、その電荷が近傍にある導電性を有する部分（負極板２１のエッジ（負極活物質層２１ｂの境界）や電池ケース３の内面）に短時間で集中して電析が発生する虞がある。
しかしながら、本実施形態に係る二次電池１は、発電要素２の最内周にある正極板２０の正極活物質層２０ｂに対して内側絶縁部材９が対向配置され、発電要素２の最外周にある正極板２０の正極活物質層２０ｂに対して外側絶縁部材１０が対向配置されているため、最内周にある正極板２０（正極活物質層２０ｂ）から放出される電荷の移動が内側絶縁部材９によって規制され、最外周にある正極板２０（正極活物質層２０ｂ）から放出される電荷の移動が外側絶縁部材１０によって規制される。その結果、最内周及び最外周にある正極板２０の正極活物質層２０ｂから放出される電荷が導電性を有する位置に到達するまでの時間を長期化させることができる。すなわち、最内周及び最外周にある正極板２０の正極活物質層２０ｂから放出された電荷が一カ所に短時間で集中することを防止することができる。これにより、本実施形態に係る二次電池１は、電気容量の減少を抑えつつ電析の発生も抑えることができる。
また、本実施形態に係る二次電池１は、発電要素２の最内周に正極板２０が配置され、内側絶縁部材９が重ね合わされた正極板２０及び負極板２１の巻回中心となる芯材２３で構成されるため、正極板２０及び負極板２１の巻回中心となる芯材２３が正極板２０（正極活物質層２０ｂ）から放出される電荷の移動を規制する内側絶縁部材９に兼用されることになる。従って、新たな構成を追加することなく（構造を複雑化させることなく）電荷の移動を規制することができる。
さらに、本実施形態に係る発電要素２は、最外周に正極活物質層２０ｂを外側に向けた正極板２０が配置され、外側絶縁部材１０は、発電要素２全体を包囲するシート又は袋で構成されているため、発電要素２全体の電気絶縁を図りつつ電荷の移動を規制することができる。
また、本実施形態に係る二次電池１において、前記セパレータ２２は、電気絶縁性を有する基層２２ａと、該基層２２ａ上に積層された無機質層２２ｂとで構成され、前記無機質層２２ｂを正極活物質層２０ｂに対向させて配置されているため、正極活物質層２０ｂから放出される電荷が無機質層２２ｂに沿って移動するようになる。そのため、正極活物質層２０ｂから放出された電荷は、拡散されつつ負極板２１に向けて移動することになり、正極活物質層２０ｂからの電荷を負極板２１が均一に吸収（保持）することができる。従って、最内周にある正極板２０（正極活物質層２０ｂ）から放出された電荷の移動時間が長期化して該電荷の負極板２１への供給が間に合わないような状況になることがなく、必要な電気容量で維持させることができる。
さらに、内側絶縁部材９に正極板２０側と反対側とを貫通した多数の微孔が穿設されているため、最内周にある正極板２０の正極活物質層２０ｂから放出された電荷を拡散させて電荷の移動速度を適正にすることができる。すなわち、内側絶縁部材９を多孔質に形成すると、正極活物質層２０ｂから放出された電荷が内側絶縁部材９の微孔を通過して直近の導電性を有する部分に向けて移動することになるが、内側絶縁部材９の微孔の孔径を適切に設定することで、内側絶縁部材９に沿って移動する電荷と内側絶縁部材９の微孔を通過して移動する電荷との割合（電荷の拡散）を調整することができ、最内周にある正極板２０（正極活物質層２０ｂ）から放出された電荷が導電性を有する部分に到達する時間を適正時間に設定することができる。これにより、内部短絡等の原因となる電析の発生を確実に抑えることができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更可能である。
上記実施形態において、正極基板２０ａの両面に正極活物質層２０ｂが形成された正極板２０と負極基板２１ｂの両面に負極活物質層２１ｂが形成された負極板２１とで発電要素２を構成したが、これに限定されるものではなく、発電要素２は、例えば、正極基板２０ａの一方の面に正極活物質層２０ｂを形成した正極板２０と負極基板２１ｂの一方の面に負極活物質層２１ｂを形成した負極板２１とを互いの活物質層２０ｂ，２１ｂ同士を対向させた状態でこれらを一括して巻回したものであってもよい。
この場合、発電要素２の最内周に正極活物質層２０ｂが内側に向いて対応する負極板２１（負極活物質層２１ｂ）が存在しない正極板２０を配置し、内側絶縁部材９（芯材２３）を最内周の正極板２０における正極活物質層２０ｂと対向配置したり、発電要素２の最内周に正極活物質層２０ｂが外側に向いて対応する負極板２１（負極活物質層２１ｂ）が存在しない正極板２０を配置し、芯材２３と異なる内側絶縁部材（電気絶縁性を有し、且つイオン導電性の低い素材又は電解液の濡れ性が低い素材からなる絶縁部材）９を最内周の正極板２０における正極活物質層２０ｂと対向配置したりしてもよい。また、発電要素２の最外周に正極活物質層２０ｂが外側に向いて対応する負極板２１（負極活物質層２１ｂ）が存在しない正極板２０を配置し、外側絶縁部材（絶縁袋）１０を最外周の正極板２０における正極活物質層２０ｂと対向配置したり、発電要素２の最外周に正極活物質層２０ｂが内側に向いて対応する負極板２１（負極活物質層２１ｂ）が存在しない正極板２０を配置し、絶縁袋と異なる外側絶縁部材（電気絶縁性を有し、且つイオン導電性の低い素材又は電解液の濡れ性が低い素材からなる絶縁部材）１０を最外周の正極板２０における正極活物質層２０ｂと対向配置したりしてもよい。
これらの何れの場合においても、重ね合わされた正極板２０（正極活物質層２０ｂ）と負極板２１（負極活物質層２１ｂ）との間で電荷が移動する際に、負極板２１に保持された電荷の全量が放出されずに負極板２１内に残って正極板２０と負極板２１との間で移動する電荷量（充放電に寄与する電荷）が減少しても、負極活物質層２１ｂと非対向状態の正極活物質層２０ｂから放出される電荷で減少した電荷（充放電に寄与しなくなる電荷）を補うことができる。従って、上記何れの場合においても、上記実施形態と同様に、充放電を繰り返し行っても電気容量の低下が抑えられ、初期の電気容量と同等の電気容量で充放電することができる。また、該二次電池１は、負極活物質層２１ｂと非対向状態の正極活物質層２０ｂに絶縁部材（内側絶縁部材、外側絶縁部材）９，１０が対向配置されることで、正極活物質層２０ｂから放出される電荷の移動が絶縁部材９，１０によって規制されるため、負極活物質層２１ｂと非対向状態にある正極活物質層２０ｂから放出される電荷が導電性を有する位置に到達するまでの時間を長期化させることができる。これにより、本実施形態に係る二次電池１においても、電気容量の減少を抑えつつ電析の発生も抑えることができる。
上記実施形態において、発電要素２の最内周及び最外周の何れにも正極板２０が配置されたが、これに限定されるものではなく、例えば、発電要素２の最内周又は最外周の何れか一方に正極板２０が配置され、当該正極板２０に負極活物質層２１ｂと非対向状態の正極活物質層２０ｂが形成されたものであってもよい。すなわち、発電要素２の最内周に正極板２０が配置されるとともに最外周に負極板２１が配置され、最内周にある正極板２０に負極活物質層２１ｂと非対向状態の正極活物質層２０ｂが形成されたものや、発電要素２の最内周に負極板２１が配置されるとともに最外周に正極板２０が配置され、最外周にある正極板２０に負極活物質層２１ｂと非対向状態の正極活物質層２０ｂが形成されたものであってもよい。発電要素２をこのような態様に形成するには、正極板２０と負極板２１との積層態様（正極板２０を内側又は外側の何れにするか）や、正極板２０及び負極板２１の巻き取り態様（正極板２０を負極板２１よりも余分に巻き取るか否かや、正極板２０を内側又は外側の何れか一方で余分に巻き取るか否か等）を決定すればよい。
より具体的には、正極板２０及び負極板２１の長手方向の長さが同一又は略同一に設定されることを前提に、正極板２０が内側にされて巻回されることで、最内周に正極活物質層２０ｂが負極活物質層２１ｂと非対向状態の正極板２０が配置された発電要素２を形成することができ、正極板２０が外側にされて巻回されることで、最外周に正極活物質層２０ｂが負極活物質層２１ｂと非対向状態の正極板２０が配置された発電要素２を形成することができる。
このように正極板２０及び負極板２１の長手方向の長さを同一又は略同一に設定した場合、正極板２０の全長に亘って正極活物質層２０ｂを形成し、負極板２１の全長に亘って負極活物質層２１ｂを形成すると、正極活物質層２０ｂの面積と負極活物質層２１ｂの面積とが同一になるため、この場合においては、正極活物質層２０ｂから放出される電荷量が負極活物質層２１ｂで吸収可能な電荷量よりも多くなるように、負極活物質層２１ｂの総面積が正極活物質層２０ｂの総面積よりも小さく設定される。
より具体的には、最内周に負極活物質層２１ｂと非対向状態の正極活物質層２０ｂを形する場合、最外周となる領域にある負極板２１の負極活物質層２１ｂ（両面に負極活物質層２１ｂの形成された負極板２１が採用される場合には外向きの負極活物質層２１ｂ）が予め削り取られて正極活物質層２０ｂの面積が負極活物質層２１ｂよりも広くされ、最外周に負極活物質層２１ｂと非対向状態の正極活物質層２０ｂを形成する場合、最内周となる領域にある負極板２１の負極活物質層２１ｂ（両面に負極活物質層２１ｂの形成された負極板２１が採用される場合には内向きの負極活物質層２１ｂ）が予め削り取られて正極活物質層２０ｂの面積が負極活物質層２１ｂよりも広くされる。
かかる発電要素２は、最内周又は最外周の何れか一方にある正極板２０の正極活物質層２０ｂが負極活物質層２１ｂと非対向状態になるため、負極活物質層２１ｂと非対向状態の正極活物質層２０ｂから放出される電荷によって、負極活物質層２１から放出されない電荷を補うことができ、電気容量の低下を抑制することができる。また、負極活物質層２１ｂと非対向状態の正極活物質層２０ｂに対して絶縁部材９，１０を対向配置することで、正極活物質層２０ｂから放出される電荷の移動を規制でき、電析の発生も抑制することができる。
また、発電要素２は、正極板２０を最外周に配置すべく正極板２０を負極板２１に対して外側に積層した状態で巻回されたものや、正極板２０を最内周に配置すべく正極板２０を負極板２１に対して内側に積層した状態で巻回されたものに限定されるものではなく、例えば、正極板２０を発電要素２の最内周又は最外周に配置するに当たり、発電要素２における正極板２０及び負極板２１の積層順序を内周側又は外周側で入れ替えるべく、発電要素２の巻き始め又は巻き終わり部分において、正極板２０を負極板２１よりも余分に巻回されたものであってもよい。すなわち、負極板２１よりも長く設定された正極板２０が負極板２１よりも余分に巻回されることで正極板２０が最内周又は最外周に配置されるようにしてもよい。このようにすれば、最内周及び最外周の少なくとも何れか一方にある正極板２０の正極活物質層２０ｂが負極活物質層２１ｂと非対向状態になるため、上記実施形態と同様に、電池容量の低下を抑制することができる。また、この場合においても、最内周及び最外周の少なくとも何れか一方にある正極板２０の正極活物質層２０ｂと対向する絶縁部材９，１０を設けることで、最内周又は最外周の何れか一方にある正極板２０の正極活物質層２０ｂから放出される電荷の移動を規制することができ、電析の発生を抑制することができる。
上記実施形態において、正極板２０の長手方向の長さを負極板２１の長手方向の長さよりも一周分の長さだけ長く設定したが、これに限定されるものではなく、例えば、図６に示す如く、正極板２０の長手方向の長さを負極板２１の長手方向の長さよりも巻回状態における一周分以上長く設定してもよい。なお、図６において、発電要素２の外周側で正極板２０が負極板２１よりも余分に巻回されているが、正極板２０の負極板２１よりも長い部分を発電要素２の最内周に配置するか最外周に配置するかによって、正極板２０の長手方向の一端側を巻回中心にするか他端側を巻回中心にするかを決定すればよい。この場合においても、最内周及び最外周にある正極活物質２０ｂ（負極活物質層２１ｂと非対向状態にある正極活物質層２０ｂ）に対して絶縁部材９，１０を対向させて配置することは言うまでもない。
上記実施形態において、重ね合わされた長尺な正極板２０及び負極板２１を一括して所定巻き数で巻回した後に、これらを切断することで発電要素２を形成したが、これに限定されるものではなく、例えば、長尺な正極板２０及び負極板２１のそれぞれを所定長さに切断した後に、これらを重ね合わせて巻回することで発電要素２を形成するようにしてもよい。そして、最内周で正極板２０が負極板２１よりも余分に巻回された発電要素を形成する場合には、予め所定長さに切断された正極板２０及び負極板２１の長手方向の一端同士を一致させるように該正極板２０と負極板２１とを重ね合わせた上で、正極板２０及び負極板２１の他端側から巻回されればよく、最外周で正極板２０が負極板２１よりも余分に巻回された発電要素を形成する場合には、予め所定長さに切断された正極板２０及び負極板２１の長手方向の一端同士を一致させるように該正極板２０と負極板２１とを重ね合わせた上で、正極板２０及び負極板２１の一端側から巻回されればよい。また、最内周及び最外周で正極板２０が負極板２１よりも余分に巻回された発電要素を形成する場合には、負極板２１の長手方向の両端から正極板２０の両端が突出するように正極板２０と負極板２１とを重ね合わせた上で、正極板２０及び負極板２１を何れか一端側から巻回されればよい。
そして、上記実施形態において、発電要素２の巻回中心である芯材２３を内側絶縁部材９に兼用したが、これに限定されるものではなく、例えば、芯材２３に加えて又は芯材２３に換えて別の絶縁部材を最内周にある正極板２０の正極活物質層２０ｂに対して対向配置してもよい。従って、最内周の正極板２０と対向配置される内側絶縁部材９は薄肉の樹脂シートで構成されたものに限定されず、板状又は塊状の樹脂材料で構成してもよい。また、上述の如く、対応する負極板２１が存在しない最外周の正極板２０と対向配置される絶縁部材についても、絶縁袋としての外側絶縁部材１０に加えて又は外側絶縁部材１０に換えて別の絶縁部材を最外周にある正極板２０の正極活物質層２０ｂと対向配置するようにしてもよい
上記実施形態において、帯状の正極板２０と帯状の負極板２１とが帯状のセパレータ２２を介して重ね合わされた状態で長手方向に巻回されることで、正極板２０と負極板２１とがセパレータ２２を挟んで交互に積層された状態になった巻回型の発電要素２を備えた二次電池１について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、枚葉状のセパレータを挟んで枚葉状の正極板及び負極板を重合配置することで、正極板と負極板とがセパレータを挟んで交互に積層された積層型の発電要素を備えた二次電池であってもよい。
この場合、何れかの正極板（好ましくは、最外層の正極板）の正極活物質層に負極板の負極活物質層と非対向状態の領域を形成し、負極活物質層と非対向状態の正極活物質層に対して絶縁部材を対向配置すれば、上記実施形態と同様の作用及び効果を奏することができる。
すなわち、発電要素は巻回型であっても積層型であってもよく、該発電要素を構成する少なくとも一部の正極板に負極板の負極活物質層と非対向状態の正極活物質層を形成し、負極活物質層と非対向状態の正極活物質層に絶縁部材を対向させて配置すればよい。このようにすることで、上記実施形態と同様、正極板と負極板との間で移動する電荷量（充放電に寄与する電荷）が減少しても、負極活物質層と非対向状態にある正極活物質層から放出される電荷で減少した電荷を補うことができ、初期の電気容量と同等の電気容量で充放電することができる。また、負極活物質層と非対向状態の正極活物質層から放出される電荷の移動が絶縁部材によって規制されるため、当該正極活物質層から放出される電荷が負極活物質層に到達するまでの時間を長期化させることができ、内部短絡等の原因となる電析の発生を抑えることもできる。
上記実施形態において、内側絶縁部材９に多数の微孔を穿設したものを採用したが、これに限定されるものではなく、例えば、内側絶縁部材９は微孔が形成されていないものであってもよい。但し、電荷の拡散や電荷の移動速度を制御するには、内側絶縁部材９を多孔質に形成することが好ましい。また、上述の如く、最外周の正極板２０と対向配置される絶縁部材（外側絶縁部材１０）も同様である。
上記実施形態において、電荷の拡散や電荷の移動速度を制御するために、内側絶縁部材９に多数の微孔を穿設したものを採用したが、電荷の拡散や電荷の移動速度を制御する場合、例えば、内側絶縁部材９の正極板２０と対向する面を凹凸面にしてもよい。また、最外周の正極板２０と対向配置される絶縁部材（外側絶縁部材１０）も同様である。この場合、発電要素２の幅方向に延びる複数の凹条及び凸条を交互に形成して正極板２０（正極活物質層２０ｂと対向する面を凹凸面に形成し、各凹条を幅方向の少なくとも一方の端縁で開放させることが好ましい。
このようにすれば、正極活物質層２０ｂから放出される電荷が絶縁部材９，１０の凹凸面（凹条）に沿って移動するようになる。そのため、正極活物質層２０ｂから放出された電荷は、拡散されつつ導電性を有する部分（電荷が移動できる経路での最短距離の位置にある導電性を有する部分）に向けて移動することになる。従って、最内周及び最外周の何れか一方にある正極板２０（正極活物質層２０ｂ）から放出された電荷の全量が導電性を有する部分に到達する時間を適正時間に設定することができる。
また、正極板２０と対向する面を複数の凹条及び凸条を形成して凹凸面にする場合、凹条及び凸条のそれぞれの幅（発電要素２の幅方向と直交する方向の広さ）を１μｍ〜１ｍｍに設定することが好ましい。また、該凹条を発電要素２の幅方向の少なくとも何れか一端側から中央部に向けて徐々に幅広になるように形成すれば、電荷の移動速度（供給速度）を均一化させることができる。
上記実施形態において、電気絶縁性を有する基層２２ａと、該基層２２ａ上に積層された無機質層２２ｂとを備えたセパレータ２２を採用したが、これに限定されるものではなく、例えば、多孔質樹脂シートでセパレータ２２を構成してもよい。但し、電荷の拡散を向上させるには、上記実施形態と同様にすることが好ましいことは言うまでもない。
上記実施形態において、外側絶縁部材１０を内側絶縁部材９と同様の樹脂シートで構成したが、上記実施形態のように、発電要素２の最外周において、正極板２０及び負極板２１が互いの活物質層２０ｂ，２１ｂ同士を対向させている場合には、外側絶縁部材１０は、内側絶縁部材９と同様の素材にする必要はなく、単に電気絶縁性を有する素材で構成してもよい。
上記実施形態において、リチウムイオン二次電池を一例に説明したが、例えば、ナトリウムイオン二次電池や、マグネシウムイオン二次電池、カルシウムイオン二次電池等のロッキングチェア型の二次電池、すなわち、正極板２０と負極板２１との間で電荷（金属系イオン）が移動することで充放電できる非水電解質二次電池であればよい。
１…非水電解質二次電池、２…発電要素、３…電池ケース、４，５…出力端子、６，７…集電部材、８…リベット、９…内側絶縁部材（絶縁部材）、１０…外側絶縁部材（絶縁部材）、２０…正極板、２０ａ…正極基材（導電性基材）、２０ｂ…正極活物質層、２１…負極板、２１ａ…負極基材（導電性基材）、２１ｂ…負極活物質層、２２…セパレータ、２２ａ…基層、２２ｂ…無機質層、２３…芯材、３０…ケース本体、３１…蓋板、４１，５１…接続杆、６０，７０…ベース、６１，７１…発電要素添設部、６２，７２…クリップ部材、Ｇ…絶縁パッキン、Ｌ１…正極リード部、Ｌ２…負極リード部
Claims (7)
- 導電性基材上に正極活物質層の形成された正極板と、導電性基材上に負極活物質層の形成された負極板とが、電気絶縁性を有するセパレータを挟んで交互に積層された発電要素を備えた非水電解質二次電池において、少なくとも一部の正極板に負極板の負極活物質層と非対向状態の正極活物質層が形成され、該非対向状態の正極活物質層と対向する絶縁部材を備えていることを特徴とする非水電解質二次電池。
- 前記発電要素は、帯状の導電性基材上に正極活物質層の形成された正極板と、帯状の導電性基材上に負極活物質層の形成された負極板とが、電気絶縁性を有する帯状のセパレータを介して重ね合わされた状態で長手方向に巻回されて構成されるとともに、最内周及び最外周の少なくとも何れか一方の正極板に前記負極板の負極活物質層と非対向状態の正極活物質層が形成され、前記絶縁部材は、発電要素の最内周及び最外周に少なくとも何れか一方にある正極板の前記非対向状態の正極活物質層に沿って配置されている請求項１に記載の非水電解質二次電池。
- 前記発電要素は、最内周に正極活物質層を内側に向けた正極板が配置され、前記絶縁部材は、重ね合わされた正極板及び負極板の巻回中心となる芯材で構成されている請求項２に記載の非水電解質二次電池。
- 前記発電要素は、最外周に正極活物質層を外側に向けた正極板が配置され、前記絶縁部材は、発電要素全体を包囲するシート又は袋で構成されている請求項２又は３に記載の非水電解質二次電池。
- 前記セパレータは、電気絶縁性を有する基層と、該基層上に積層された無機質層とで構成され、前記無機質層を正極活物質層に対向させて配置されている請求項１乃至４の何れか１項に記載の非水電解質二次電池。
- 前記絶縁部材は、正極板側と反対側とに貫通した多数の微孔が穿設されている請求項１乃至５の何れか１項に記載の非水電解質二次電池。
- 前記絶縁部材は、正極活物質層と対向する面が凹凸面で構成されている請求項１乃至５の何れか１項に記載の非水電解質二次電池。
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