JP2014075335A - 電極体、電極体の製造方法、及び電極体を備えた蓄電素子 - Google Patents

電極体、電極体の製造方法、及び電極体を備えた蓄電素子 Download PDF

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Abstract

【課題】 本発明は、負極活物質層の周縁部付近の負極活物質層と正極集電体との間で短絡が生じた場合にも短絡電流を抑制でき、さらに容易に製造することができる電極体などを提供することを課題とする。
【解決手段】 本発明の電極体は、負極集電体と負極集電体の少なくとも一面側に配置された負極活物質層とを含む負極と、正極集電体と正極集電体の少なくとも一面側に配置された正極活物質層と正極集電体及び正極活物質層の間に配置され正極集電体よりも抵抗値が高いアンダーコート層とを含む正極と、正極と負極との間に配置されたセパレーターとを備え、負極活物質層及び正極活物質層が対向するように負極と正極とがセパレーターを挟んで積層されており、負極活物質層の周縁部の少なくとも一部において、負極活物質層の端縁が、対向する位置の正極における正極活物質層の端縁よりも外側に配置されており、且つ、アンダーコート層の端縁が、負極活物質層の端縁よりも外側に配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電極体、電極体の製造方法、及び電極体を備えた蓄電素子に関する。
近年、非水電解質電池等の電池、又は、電気二重層キャパシタ等のキャパシタなどの蓄電素子は、種々の用途に多用されている。
特に、リチウムイオン電池に代表される非水電解質電池は、小型軽量化が進むパーソナルコンピュータや携帯電話等の通信機器などの電子機器の電池、又は、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）、若しくは電気自動車（ＥＶ）などの自動車の電池など、民生用途向けの電池として多用されている。
このような蓄電素子としては、正極及び負極を積層してなる電極体が広く用いられている。
斯かる蓄電素子の電極体においては、正極及び負極が、それぞれ集電板と該集電板の片面側または両面側に配された正極活物質層あるいは負極活物質層を備える。そして、正極及び負極が、それぞれの正極活物質層と負極活物質層とが対向するようにセパレーターを介して積層されている。さらに、斯かる蓄電素子の電極体においては、正極活物質層または負極活物質層と集電板との間の密着性を高めるために、導電性物質を含むアンダーコート層が、正極活物質層または負極活物質層と集電板との間に配されている。このような電極体は、例えば、特許文献１または２に記載されている。
このような電極体としては、特許文献３及び４に記載されているように、正極活物質層と負極活物質層とを対向するように積層した際に、正極活物質層よりも負極活物質層の面積が大きくなるように構成されたものが提案されている。即ち、正極活物質層の端縁よりも負極活物質層の端縁が外側になるように、正極活物質層と負極活物質層とを配置するように構成されたものが提案されている。
斯かる構成の電極体においては、正極活物質層から放出されたリチウムイオンが負極活物質層の存在しない負極集電体上に析出して、短絡の原因になることを防止できる。
しかしながら、正極活物質層よりも、負極活物質層の面積が大きくなるように各活物質層を配置した電極体であっても、負極活物質層の周縁部において負極活物質層と正極集電体とが対向する部分が存在する。
斯かる電極体においては、通常、正極と負極との間にセパレーターが配置されているため、負極活物質の周縁部においても負極活物質層と正極集電体とが直接接触することはない。ところが、斯かる電極体においては、なんらかの異常により電極体が発熱することによってセパレーターが収縮したり、あるいは、電極体に衝撃等が加わることによってセパレーターが電極体内でずれたりすると、負極活物質層と正極集電体とがセパレーターを介すことなく直接対向することがある。斯かる場合には、負極活物質層と正極集電体とが直接接触すると、又は、電極体内に導電性異物等が存在し該導電性異物を介して負極活物質層と正極集電体とが接触すると、負極活物質層と正極集電体との間に短絡が生じるおそれがある。
また、斯かる電極体においては、セパレーターが存在していても、導電性の異物がセパレーターを貫通して、負極活物質層と正極集電体との間に短絡が生じるおそれがある。
負極活物質層と正極集電体との間で起きる短絡においては、比較的大きい電流が流れることがある。従って、電極体としては、安全対策として、万が一、負極活物質層と正極集電体との間で短絡が起きた場合でも、短絡電流を小さくできるものが望まれている。
特許文献３には、正極活物質層よりも、負極活物質層の面積が大きくなるように形成された電極体であって、正極活物質層が形成されていない正極集電体の露出部に絶縁層を設けた電極体が記載されている。
斯かる電極体においては、絶縁層によって負極活物質層と正極集電体との間の短絡が防止されうる。しかしながら、特許文献３に記載された電極体の絶縁層は、電解液中のカチオンの負極活物質へのインターカレーションを防止するために設けられる絶縁層であるため、露出部以外の箇所に存在すると、電極内のイオンの移動を阻害するおそれがある。
従って、斯かる電極体においては、電極体における必要なイオン導電性を阻害しないように、露出部にのみ絶縁層を設ける必要がある。このような狭い露出部のみに絶縁層を設けることは、煩雑な作業であり、製造工程が増える。従って、斯かる電極体においては、製造に手間がかかるという問題がある。
特開昭６２−１６０６５６号公報 特開２００８−６００６０号公報 特開２００９−１９９９６０号公報 特開２００１−３２７９０６号公報
本発明は、上記問題点に鑑み、負極活物質層の周縁部付近の負極活物質層と正極集電体との間で短絡が生じても短絡電流を抑制することができ、しかも、容易に製造することができる電極体を提供することを課題とする。また、斯かる電極体を備えた蓄電素子を提供することを課題とする。
本発明は、周縁部付近の負極活物質層と正極集電体との間で短絡が生じても短絡電流を抑制することができる電極体を容易に製造できる電極体の製造方法を提供することを課題とする。
本発明に係る電極体は、
負極集電体と、負極集電体の少なくとも一面側に配置された負極活物質層とを含む負極と、
正極集電体と、正極集電体の少なくとも一面側に配置された正極活物質層と、正極集電体と正極活物質層との間に配置され正極集電体よりも抵抗値が高いアンダーコート層とを含む正極と、
負極と正極との間に配置されたセパレーターとを備え、
負極活物質層及び正極活物質層が対向するように、負極と正極とがセパレーターを挟んで積層されており、
負極活物質層の周縁部の少なくとも一部において、負極活物質層の端縁が、対向する位置の正極における正極活物質層の端縁よりも外側に配置されており、且つ、アンダーコート層の端縁が、負極活物質層の端縁よりも外側に配置されている。
本発明によれば、電極体の周縁部において、負極活物質層と対向する正極の一部に、正極活物質層が存在しない箇所が存在する。斯かる箇所では、正極集電体の表面に配置されたアンダーコート層の端縁が、正極活物質層の端縁よりも外側に配置されている。
即ち、斯かる箇所においては負極活物質層と正極集電体とが正極集電体よりも抵抗値の高いアンダーコート層を介して対向している。従って、例えば、斯かる箇所において負極と正極とが変形等によって接触したり、あるいは、導電性のある異物が負極及び正極との間に混入したりしても、負極活物質層はアンダーコート層を介して正極集電体と接続されることになる。これにより、負極活物質と正極集電体との間に短絡が生じても、アンダーコート層の存在によって短絡電流を抑制することができる。
また、斯かる箇所においては、アンダーコート層の端縁が負極活物質層の端縁よりも外側になるように、アンダーコート層が配置されている。従って、正極活物質が存在しない斯かる箇所の正極においては、アンダーコート層が存在する分、抵抗値が高くなる。
さらに、斯かる箇所において、アンダーコート層の端縁が、負極活物質層の端縁よりも外側に配置されているため、正極と負極とがわずかに位置ずれを起こしたとしても、位置ずれが外側に配置された長さ分の範囲内であれば、負極活物質層の端縁と対向する位置にアンダーコート層を配置させることができる。
なお、本発明において「アンダーコート層」とは、正極集電体と正極活物質層との間の導電性を阻害しない程度の抵抗値を有するものである。
本発明においては、アンダーコート層の抵抗値が５Ω／ｓｑｕａｒｅ以上２００Ω／ｓｑｕａｒｅ以下であってもよい。
アンダーコート層の抵抗値が上記範囲であることにより、正極集電体と正極活物質層との導電性を阻害することなく、短絡時における負極活物質と正極集電体との間の電流をより確実に抑制するこことができる。
本発明に係る蓄電素子は、負極と正極と負極及び正極の間に配置されたセパレーターとを有する電極体を備え、
負極が、負極集電体と、負極集電体の少なくとも一面側に配置された負極活物質層とを含み、
正極が、正極集電体と、正極集電体の少なくとも一面側に配置された正極活物質層と、正極集電体と正極活物質層との間に配置され正極集電体よりも抵抗値が高いアンダーコート層とを含み、
電極体では、負極活物質層及び正極活物質層が対向するように、負極と正極とがセパレーターを挟んで積層されており、
電極体では、負極活物質層の周縁部の少なくとも一部において、負極活物質層の端縁が、対向する位置の正極における正極活物質層の端縁よりも外側に配置されており、且つ、アンダーコート層の端縁が、負極活物質層の端縁よりも外側に配置されている。
本発明に係る電極体の製造方法は、
負極集電体の少なくとも一面側に負極活物質層を配置して負極を形成すること、及び、正極集電体の少なくとも一面側に正極活物質層を配置し、正極集電体と正極活物質層の間に正極集電体よりも抵抗値が高いアンダーコート層を配置して正極を形成すること、を有する極板形成工程と、
負極と正極との間にセパレーターを配置し、負極活物質層及び正極活物質層が対向するように、セパレーターを介して負極と正極とを積層する積層工程とを備え、
極板形成工程では、負極活物質層の周縁部の少なくとも一部において、負極活物質層の端縁が、積層された際に対向する位置の正極における正極活物質層の端縁よりも外側になるように負極活物質層及び正極活物質層を配置し、且つ、アンダーコート層の端縁が負極活物質層の端縁よりも外側になるようにアンダーコート層を配置するものである。
本発明によれば、負極活物質層の周縁部付近の負極活物質層と正極集電体との間で短絡が生じても短絡電流を抑制することができ、しかも、容易に製造することができる電極体が提供される。また、該電極体を備えた蓄電素子が提供される。
さらに、本発明によれば、周縁部付近の負極活物質層と正極集電体との間で短絡が生じても短絡電流が抑制される電極体を容易に製造することができる電極体の製造方法が提供される。
本実施形態の電極体の断面図の一部を模式的に示す模式図。 本実施形態の電極体を正極側から見た様子の一部を模式的に示す模式図。 本実施形態の電極体の外観を示す概略図。 本実施形態の蓄電素子の外観を示す概略図。 本実施形態の蓄電素子の内部を示す概略図。 図５におけるＺ−Ｚ断面を模式的に表す断面図。
以下、本発明の電極体、蓄電素子、及び電極体の製造方法の一実施形態について詳しく説明する。
まず、本実施形態の電極体について、図１〜図３を参照しつつ、説明する。
本実施形態の電極体１０は、図３に示すように、負極１と、正極２と、負極１と正極２との間に配置されたセパレーター３とを備えている。
負極１は、負極集電体１１と、負極集電体１１の少なくとも一面側に配置された負極活物質層１２とを含む。
正極２は、正極集電体２１と、正極集電体２１の少なくとも一面側に配置された正極活物質層２２と、正極集電体２１と正極活物質層２２との間に配置され正極集電体２１よりも抵抗値が高いアンダーコート層２３とを含む。
詳しくは、本実施形態の電極体１０は、図１及び図２に示すように、負極集電体１１、及び、負極集電体１１の少なくとも一面側に配置された負極活物質層１２を含む負極１と、
正極集電体２１、正極集電体２１の少なくとも一面側に配置された正極活物質層２２、及び、正極集電体２１と正極活物質層２２との間に配置され正極集電体２１よりも抵抗値が高いアンダーコート層２３を含む正極２と、
負極１及び正極２の間に配置されたセパレーター３とを備え、
負極活物質層１２及び正極活物質層２２が互いに対向するように、負極１と正極２とがセパレーター３を挟んで積層されており、
対向する負極１及び正極２の周縁部の少なくとも一部において、負極活物質層１２の端縁１２ａが、対向する正極２における正極活物質層２２の端縁２２ａよりも外側に配置されており、且つ、正極２におけるアンダーコート層２３の端縁２３ａが、負極活物質層１２の端縁１２ａよりも外側に配置されている電極体である。
本実施形態の電極体１０は、例えば、蓄電素子用の電極体として用いられる。本実施形態の電極体１０は、非水電解二次電池用の電極体として適している。特に、リチウムイオン電池用の電極体として適している。
電極体１０は、シート状の正極２と、シート状のセパレーター３と、シート状の負極１とを含む。
電極体１０は、例えば、正極２上にセパレーター３が配置され、このセパレーター３上に負極１が配置され、この負極１上にセパレーター３が配置された状態で巻回され、筒状に形成され得る。
電極体１０においては、正極２及び負極１の間に絶縁性のセパレーター３が配置されているため、正極２と負極１とが電気的に接続されていない。
負極１は、シート状の負極集電体１１と、負極集電体１１の少なくとも一面側に配置されたシート状の負極活物質層１２とを含む。
負極活物質層２１は、例えば図１に示すように、負極集電体１１の両面側に配置されている。
負極集電体１１としては、例えば、銅箔等の帯状の金属箔等が挙げられる。
負極集電体１１の厚みは、４〜２０μｍであることが好ましい。
負極集電体１１の負極活物質層１２が配置される面（本実施形態の場合には両面）には、負極活物質層１２との接着性を向上させるために、カップリング処理やその他の表面処理が施されていてもよい。
負極集電体１１は、斯かる面側に、負極集電体と負極活物質層との接着性を向上させる接着層を有していてもよい。
負極活物質層１２は、粉状の負極活物質を含む。
負極活物質層１２は、例えば、粉状の負極活物質と、必要に応じて結着剤、導電剤、増粘剤、フィラー等の任意の成分とを混合したペースト状の合剤を、負極集電体１１に塗布すること等によって形成されている。
負極活物質としては、電極体がリチウムイオン電池用であれば、例えば、金属リチウム、リチウム合金（リチウム―アルミニウム、リチウム−鉛、リチウム−錫、リチウム−アルミニウム−錫、リチウム−ガリウム、及びウッド合金等のリチウム金属含有合金）などが挙げられる。
また、負極活物質としては、リチウムを吸蔵・放出可能な合金、炭素材料（例えば、グラファイト、ハードカーボン、低温焼成炭素、非晶質カーボン等）、金属酸化物、リチウム金属酸化物（Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12等）、ポリリン酸化合物等が挙げられる。
負極活物質としては、合剤が負極集電体上に塗布しやすいものになるという点で、グラファイト、ハードカーボン、低温焼成炭素、非晶質カーボン等の炭素材料、金属酸化物、リチウム金属酸化物（Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12等）、ポリリン酸化合物等が好ましい。
粉状の負極活物質の平均粒径ｄ５０は、１〜２０μｍであることが好ましい。所定の平均粒径の粉体、所定形状の粉体を得るためには、公知の粉砕機や分級機等を用いることができる。
正極２は、シート状の正極集電体２１と、正極集電体２１の少なくとも一面側に配置されたシート状の正極活物質層２２と、正極集電体２１と正極活物質層２２との間に配置され正極集電体２１よりも抵抗値が高いシート状のアンダーコート層２３とを含む。
正極活物質層２２は、例えば図１に示すように、正極集電体２１の両面側に配置されている。
正極集電体２１としては、例えば、アルミニウム箔等の帯状の金属箔が挙げられる。正極集電体２１の厚みは、５〜３０μｍであることが好ましい。
アンダーコート層２３は、アンダーコート剤を正極集電体２１の表面に塗布すること等によって形成されている。
アンダーコート剤としては、正極集電体２１よりも抵抗値が高いものであって、正極集電体２１と正極活物質層２２との密着性を向上させうるような性質のアンダーコート剤であれば、特に限定されない。
アンダーコート剤としては、例えば、バインダーと導電助剤とを含むもの等が挙げられる。
バインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、スチレンブタジエンゴム、キトサン等が挙げられる。
導電助剤としては、導電性の材質ものであれば特に限定されず、例えば、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどのカーボンブラック(炭素質微粒子)、又は、炭素繊維等の導電性炭素材料が挙げられる。
アンダーコート層２３の抵抗値は、５Ω／ｓｑｕａｒｅ以上２００Ω／ｓｑｕａｒｅ以下であることが好ましい。斯かる抵抗値の範囲であれば、正極集電体２１と正極活物質層２２との間で導電性を保ちつつ、負極活物質層１２と正極集電体２１との間で短絡が生じても短絡電流をより確実に抑制できる。
アンダーコート層２３の抵抗値は、上記の範囲であって、且つ、正極集電体２１の抵抗値の１０倍から１００００倍であることが好ましく、１０倍から１０００倍であることがより好ましい。
アンダーコート層２３の厚みは、好ましくは１〜３μｍである。斯かる厚みの範囲であれば、正極集電体２１と正極活物質層２２との密着性を向上させることができる。しかも、正極活物質層２２が存在しない箇所において短絡が生じても、短絡電流をより確実に抑制できる。
正極集電体２１のアンダーコート層２３が配置される面には、カップリング処理やその他の表面処理が施されていてもよい。
正極活物質層２２は、粉状の正極活物質を含む。
正極活物質層２２は、例えば、粉状の正極活物質と、必要に応じて結着剤、導電剤、増粘剤、フィラー等の任意の成分とを混合したペースト状の合剤を塗布すること等によって形成されている。
正極活物質は、電極体がリチウムイオン電池用である場合には、リチウムを吸蔵・放出可能な化合物であれば、特に限定されるものではない。
正極活物質としては、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、ＬｉxＮｉyＭｎzＣｏ(1-y-z)Ｏ2、ＬｉxＮｉyＭｎ(2-y)Ｏ4等）が挙げられる。
また、正極活物質としては、例えば、ＬｉwＭｅx（ＸＯy）z（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を表す）で表されるポリアニオン化合物（ＬｉＦｅＰＯ4、ＬｉＭｎＰＯ4、ＬｉＮｉＰＯ4、ＬｉＣｏＰＯ4、Ｌｉ3Ｖ2（ＰＯ4）3、Ｌｉ2ＭｎＳｉＯ4、Ｌｉ2ＣｏＰＯ4Ｆ等）が挙げられる。
これらの化合物中の元素又はポリアニオンは、他の元素又はアニオン種で一部が置換されていてもよい。
正極活物質としては、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も挙げられる。
正極活物質においては、これら化合物の１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
本実施形態の電極体１０においては、負極１と正極２との間にセパレーター３が配置されている。セパレーター３は、負極１と正極２とを絶縁している。
セパレーター３は、公知のセパレーターの中から適宜選択されて用いられる。
セパレーターとしては、例えば、織布、不織布、合成樹脂微多孔膜等が挙げられる。
セパレーターを構成する材料としては、電極体が非水電解質電池用の電極体の場合には、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等に代表されるポリオレフィン系樹脂；ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等に代表されるポリエステル系樹脂；ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロビニルエーテル共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−フルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロアセトン共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン共重合体、フッ化ビニリデン−プロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体等のフッ素系樹脂などが挙げられる。
本実施形態の電極体１０においては、負極活物質層１２及び正極活物質層２２がセパレーター３を介して対向するように、負極１と正極２とがセパレーター３を介して積層されている。
詳しくは、帯状の負極１及び帯状の正極２が互いに対向した電極体１０の周縁部においては、図１及び図２に示すように、幅方向の一端側（即ち、長尺矩形状の負極集電体１１及び正極集電体２１の一辺Ｓ側）において、負極活物質層１２の端縁１２ａが、対向する正極２における正極活物質層２２の端縁２２ａよりも長さＸ分、外側に配置されている。しかも、アンダーコート層２３の端縁２３ａは、負極活物質層１２の端縁１２ａよりも長さＹ分、外側に配置されている。
即ち、正極２において、アンダーコート層２３の端縁２３ａは、正極活物質層２２の端縁２２ａよりもＸ＋Ｙの長さ分外側に配置されている。
負極活物質層１２の端縁１２ａから正極活物質層２２の端縁２２ａまでの長さＸは、なるべく短くなるように設定することが好ましい。
同様に、アンダーコート層２３の端縁２３ａから負極活物質層１２の端縁１２ａまでの長さＹは、なるべく短くなるように設定することが好ましい。
本実施形態の電極体１０においては、上述したように、負極活物質層１２の端縁１２ａが、対向する正極２における正極活物質層２２の端縁２２ａよりも、長さＸ分外側に配置されている。従って、負極活物質層１２の端縁１２ａと正極活物質層２２の端縁２２ａとの間においては、負極活物質層１２と、正極集電体２１上に配置されたアンダーコート層２３とが、セパレーター３を介して対向している。
従って、例えば、電極体１０内で異常な発熱が生じてセパレーター３が収縮することなどによって、負極活物質層１２の端縁１２ａと正極活物質層２２の端縁２２ａとの間にセパレーター３が存在しない状態になったとしても、アンダーコート層２３によって、負極活物質層１２と正極集電体２１とが直接接触することが阻止される。よって、負極活物質層１２と正極集電体２１との間で短絡が生じたとしても、短絡電流が抑制される。
また、なんらかの理由で電極体１０内に導電性異物Ｃが混入した場合に、該導電性異物Ｃ等を介して負極活物質層１２と正極集電体２１とがつながり得る状態になったとしても、アンダーコート層２３が介在することによって、短絡電流が抑制される。
なお、セパレーター３が存在していても、導電性異物Ｃがセパレーター３を貫通することにより、導電性異物Ｃが負極活物質層１２と正極集電体２１とがつながり得るような異常事態が生じ得る。ところが、負極活物質層１２と正極集電体２１との間にアンダーコート層２３が介在することによって、負極活物質層１２と正極集電体２１との間の短絡電流が抑制される。
また、本実施形態の電極体１０は、巻回前の幅方向の一方側（長尺矩形状の一辺Ｓ側）において、アンダーコート層２３の端縁２３ａが、負極活物質層１２の端縁１２ａより長さＹ分外側に配置された構成となっている。
斯かる構成であるため、本実施形態の電極体１０は、例えば、負極と正極とがわずかに位置ずれを起こしたとしても、位置ずれが、アンダーコート層２３の端縁２３ａから負極活物質層１２の端縁１２ａまでの距離Ｙよりも小さければ、負極活物質層１２と正極集電体２１との直接の接続がアンダーコート層２３によって阻止される。
なお、上記の位置ずれは、例えば、製造時において負極と正極とを積層するとき、製造時において負極と正極とを巻回するとき、又は、製造後において積層された負極と正極とに何らかの力が加わったときに、生じ得る。
次に、本実施形態の蓄電素子について説明する。本実施形態の蓄電素子は、上記の電極体１０を備える。
即ち、本実施形態の蓄電素子は、
負極と正極と負極及び正極の間に配置されたセパレーターとを有する電極体を備え、
負極が、負極集電体と、負極集電体の少なくとも一面側に配置された負極活物質層とを含み、
正極が、正極集電体と、正極集電体の少なくとも一面側に配置された正極活物質層と、正極集電体と正極活物質層との間に配置され正極集電体よりも抵抗値が高いアンダーコート層とを含み、
電極体では、負極活物質層及び正極活物質層が対向するように、負極と正極とがセパレーターを挟んで積層されており、
電極体では、負極活物質層の周縁部の少なくとも一部において、負極活物質層の端縁が、対向する位置の正極における正極活物質層の端縁よりも外側に配置されており、且つ、アンダーコート層の端縁が、負極活物質層の端縁よりも外側に配置されている。
蓄電素子としては、電池又はキャパシタなどが挙げられる。以下では、蓄電素子の一例として非水電解質二次電池を挙げ、斯かる非水電解質二次電池について、図面を参照しつつ説明する。
非水電解質二次電池３０は、図４〜６に示すように、容器３１と、この容器３１に収容された電解液（電解質）３４と、容器３１に取り付けられた外部ガスケット３３と、この容器３１に収容された上記の電極体１０と、この電極体１０と電気的に接続された外部端子３２とを備えている。
図４に示すように、容器３１は、一方向に向けて開口し電極体１０を収容する本体部３１ａと、容器本体部３１ａの開口を塞ぐ蓋部３１ｂとを有する。
本体部３１ａ及び蓋部３１ｂは、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料、ステンレス鋼板で形成され、互いに溶接されている。
蓋部３１ｂには、２つの開口が形成されている。また、蓋部３１ｂの外面には、絶縁材料で形成され開口が形成された外部ガスケット３３が取り付けられている。
蓋部３１ｂの開口と外部ガスケット３３の開口とは、それぞれ連なっている。この外部ガスケット３３の開口の内側に外部端子３２の一部が配されている。
外部端子３２は、外部ガスケット３３の開口及び蓋部３１ｂの開口を貫通し本体部３１ａの内部に突出した突出部を有する。斯かる外部端子３２は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料で形成されている。
外部端子３２は、容器３１内に配された集電部と接続されている。該集電部は、電極体１０と接続されている。即ち、外部端子３２と電極体１０とは、容器３１内の集電部を介して接続されている。なお、集電部の形状は、特に限定されないが、例えば板状である。
外部ガスケット３３及び外部端子３２は、正極用と負極用とが設けられている。
図４等に示すように、正極用の外部ガスケット３３及び外部端子３２は、蓋部３１ｂの長手方向における一端側に配置されている。また、負極用の外部ガスケット３３及び外部端子３２は、蓋部３１ｂの長手方向における他端側に配置されている。
図５に示すように、本体部３１ａの内部には、電解液３４が収容され、電解液３４に電極体１０が浸されている。即ち、本体部３１ａの内部に、電極体１０と電解液３４とが封入されている。
非水電解質としての電解液３４は、有機溶媒に電解質塩が溶解されてなる。
有機溶媒としては、例えば、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、トリフルオロプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、スルホラン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、２−メチル−１，３−ジオキソラン、ジオキソラン、フルオロエチルメチルエーテル、エチレングリコールジアセテート、プロピレングリコールジアセテート、エチレングリコールジプロピオネート、プロピレングリコールジプロピオネート、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、エチルイソプロピルカーボネート、ジイソプロピルカーボネート、ジブチルカーボネート、アセトニトリル、フルオロアセトニトリル、エトキシペンタフルオロシクロトリホスファゼン、ジエトキシテトラフルオロシクロトリホスファゼン、フェノキシペンタフルオロシクロトリホスファゼンなどのアルコキシ及びハロゲン置換環状ホスファゼン類または鎖状ホスファゼン類、リン酸トリエチル、リン酸トリメチル、リン酸トリオクチルなどのリン酸エステル類、ホウ酸トリエチル、ホウ酸トリブチルなどのホウ酸エステル類、Ｎ−メチルオキサゾリジノン、Ｎ−エチルオキサゾリジノン等の非水溶媒が挙げられる。
電解質として固体電解質を用いる場合は、固体電解質としての高分子固体電解質を用い、高分子固体電解質として有孔性高分子固体電解質膜を用いることができる。そして、高分子固体電解質にさらに電解液を含有させることができる。
また、電解質としてゲル状の高分子固体電解質を用いる場合には、ゲルを構成する電解液と、細孔中等に含有されている電解液とは異なっていてもよい。但し、ＨＥＶ用途のように高い出力が要求される場合は、固体電解質や高分子固体電解質を用いるよりも非水電解質を単独で用いるほうがより好ましい。
電解質塩としては、特に制限はなく、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＰＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＮ（ＳＯ2ＣＦ3）2、ＬｉＮ（ＳＯ2Ｃ2Ｆ5）2、ＬｉＮ（ＳＯ2ＣＦ3）（ＳＯ2Ｃ4Ｆ9）、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、Ｌｉ2ＳＯ4、Ｌｉ2Ｂ10Ｃｌ10、ＮａＣｌＯ4、ＮａＩ、ＮａＳＣＮ、ＮａＢｒ、ＫＣｌＯ4、ＫＳＣＮ等のイオン性化合物及びそれらの２種類以上の混合物などが挙げられる。
非水電解質は、さらに、公知の添加剤を含んでいてもよい。
非水電解質二次電池３０においては、上記の有機溶媒と電解質塩とを組み合わせてなる非水電解質が採用され得る。
なお、非水電解質としては、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネートを混合したものが、リチウムイオンの伝導度が高くなるという点で好ましい。
図５及び図６に示すように、本体部３１ａの内部には、電極体１０が収容されている。容器３１内には、１つの電極体が収容されていてもよく、複数の電極体が収容されていてもよい。後者の場合には、複数の電極体１０は、電気的に並列に接続されている。
続いて、本実施形態の電極体の製造方法について説明する。
本実施形態の電極体の製造方法は、
負極集電体の少なくとも一面側に負極活物質層を配置して負極を形成すること、及び、正極集電体の少なくとも一面側に正極活物質層を配置し、正極集電体と正極活物質層の間に正極集電体よりも抵抗値が高いアンダーコート層を配置して正極を形成すること、を有する極板形成工程と、
負極と正極との間にセパレーターを配置し、負極活物質層及び正極活物質層が互いに対向するように、セパレーターを介して負極と正極とを積層する積層工程とを備え、
極板形成工程では、対向する負極及び正極の周縁部の少なくとも一部において、負極活物質層の端縁が、積層された際に対向する正極における正極活物質層の端縁よりも外側になるように負極活物質層及び正極活物質層を配置し、且つ、アンダーコート層の端縁が負極活物質層の端縁よりも外側になるようにアンダーコート層を配置する方法である。
（極板形成工程）
極板形成工程においては、負極と正極とを形成する。
負極の形成においては、例えば、負極集電体の表面（本実施形態においては両面）に、負極活物質とバインダーとを混合した合剤を、ダイヘッドコーター等の公知の塗布手段によって塗布する。その後、乾燥、プレスなど公知の手段によって負極活物質層を作製する。このようにして、負極を形成する。
正極の形成においては、例えば、まず、正極集電体の表面（本実施形態においては両面）に、アンダーコート剤をグラビアコート等の公知の塗布方法で塗布する。その後、塗布したものを乾燥させることによってアンダーコート層を作製する。さらに、正極活物質、バインダー、導電助剤等を混合した合剤を、アンダーコート層の表面に、ダイヘッドコーター等の公知の塗布手段によって塗布する。続いて、乾燥、プレスなど公知の手段によって正極活物質層を作製する。このようにして、正極を形成する。
極板形成工程においては、後述する積層工程において負極と正極とが積層されたときに、負極活物質層、正極活物質層、及び、アンダーコート層を以下のように配置する。
即ち、電極体の周縁部の少なくとも一部において、負極活物質層の端縁が、積層時に該端縁と対向する正極における正極活物質層の端縁よりも外側になるように、負極活物質層及び正極活物質層を配置する。しかも、アンダーコート層の端縁が負極活物質層の端縁よりも外側になるようにアンダーコート層を配置する。
具体的には、極板形成工程においては、例えば、帯状（矩形状）の負極集電体に負極活物質層用の合剤を塗布するときに、負極集電体の一辺側の負極活物質層の端縁が、積層時に対向する正極の正極活物質層の端縁よりも所定長さ分外側になるように、即ち、図１における長さＸ分外側になるように、負極活物質用の合剤を塗布する。
一方、正極集電体にアンダーコート剤を塗布するときには、負極と正極との積層時に負極と対向するアンダーコート層の端縁が、負極活物質層の端縁より所定長さ分、外側になるように、即ち、図１における長さＹ分、外側になるようにアンダーコート剤を塗布する。そして、アンダーコート層の表面にさらに正極活物質用合剤を塗布する。この時、正極活物質層の端部からアンダーコート層が、所定長さ分露出するように、即ち、図１に示す長さＸ＋Ｙ分露出するように、正極活物質層用の合剤を塗布する。
極板形成工程においては、負極活物質層用合剤、正極活物質層用合剤、及び、アンダーコート剤の塗布面積や塗布部分を予め設定しておくことが好ましい。即ち、負極活物質層の端縁、正極活物質層の端縁、及び、アンダーコート層の端縁が、上記の位置関係となるように、各剤の塗布面積や塗布部分を予め設定しておくことが好ましい。
（積層工程）
積層工程においては、負極と正極との間に、負極と正極とを絶縁するようにセパレーターを配置する。そして、負極活物質層及び正極活物質層がセパレーターを介して対向するように、負極と正極とを積層する。
本実施形態の電極体の製造方法においては、負極と正極とを積層した後に、さらに、積層したものを巻回してもよい。
積層した負極と正極とを巻回するときに、製造される電極体の周縁部において、負極と正極とがわずかにずれる巻回ずれが生じ得る。斯かる巻回ずれが生じた場合であっても、アンダーコート層の端縁から負極活物質層の端縁まで所定の長さＹがあるため、ずれの長さがＹ未満であれば、負極活物質層と正極集電体との間にアンダーコート層が介在することになる。
従って、上記のごとき短絡が発生したとしても、短絡時の電流増大がアンダーコート層によって抑制される。
上記のようにして製造された本実施形態の電極体は、例えば、さらに電池ケースに収容される。そして、電池ケースには、非水電解質がさらに入れられる。このようにして、蓄電素子としての非水電解質電池（例えば、リチウムイオン電池）が製造される。
本実施形態の電極体の製造方法によれば、正極集電体と正極活物質層との間にアンダーコート層が配置されているため、正極集電体と正極活物質層との密着性を向上させることができる。
また、該製造方法によれば、アンダーコート剤を正極活物質層から露出するように塗布することによって、アンダーコート層を作ることができる。また、アンダーコート層によって、正極集電体の表面に、抵抗値が比較的高い部分を作ることができる。従って、比較的単純な製造工程によって、短絡時における電流の増大が抑制され得る電極体を容易に製造することができる。
なお、本実施形態においては、帯状（矩形状）の電極体の一辺側のみにおいて各端縁（負極活物質層の端縁、正極活物質層の端縁、アンダーコート層の端縁）が上記のごとく配置された態様を例に挙げて説明したが、本発明は、このような態様に限定されるものではない。
例えば、電極体の全周縁部において、負極活物質層の端縁が、該端縁に対向する正極における正極活物質層の端縁よりも外側に配置されており、且つ、アンダーコート層の端縁が、負極活物質層の端縁よりも外側に配置されている態様も本発明に含まれる。
また、本実施形態の電極体、蓄電素子、及び、電極体の製造方法は以上のとおりであるが、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及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。
１：負極、２：正極、１０：電極体、１１：負極集電体、１２:負極活物質層、２１:正極集電体、２２：正極活物質層、２３：アンダーコート層、３０：蓄電素子、３１：容器、３１ａ：本体部、３１ｂ：蓋部、３２：外部端子、３３：外部ガスケット、３４：電解質。

Claims (4)

  1. 負極集電体と、前記負極集電体の少なくとも一面側に配置された負極活物質層とを含む負極と、
    正極集電体と、前記正極集電体の少なくとも一面側に配置された正極活物質層と、前記正極集電体と前記正極活物質層との間に配置され前記正極集電体よりも抵抗値が高いアンダーコート層とを含む正極と、
    前記負極と前記正極との間に配置されたセパレーターとを備え、
    前記負極活物質層及び前記正極活物質層が対向するように、前記負極と前記正極とが前記セパレーターを挟んで積層されており、
    前記負極活物質層の周縁部の少なくとも一部において、前記負極活物質層の端縁が、対向する位置の前記正極における前記正極活物質層の端縁よりも外側に配置されており、且つ、前記アンダーコート層の端縁が、前記負極活物質層の端縁よりも外側に配置されている電極体。
  2. 前記アンダーコート層の抵抗値が５Ω／ｓｑｕａｒｅ以上２００Ω／ｓｑｕａｒｅ以下である請求項１に記載の電極体。
  3. 負極と正極と前記負極及び前記正極の間に配置されたセパレーターとを有する電極体を備え、
    前記負極が、負極集電体と、前記負極集電体の少なくとも一面側に配置された負極活物質層とを含み、
    前記正極が、正極集電体と、前記正極集電体の少なくとも一面側に配置された正極活物質層と、前記正極集電体と前記正極活物質層との間に配置され前記正極集電体よりも抵抗値が高いアンダーコート層とを含み、
    前記電極体では、前記負極活物質層及び前記正極活物質層が対向するように、前記負極と前記正極とが前記セパレーターを挟んで積層されており、
    前記電極体では、前記負極活物質層の周縁部の少なくとも一部において、前記負極活物質層の端縁が、対向する位置の前記正極における前記正極活物質層の端縁よりも外側に配置されており、且つ、前記アンダーコート層の端縁が、前記負極活物質層の端縁よりも外側に配置されている蓄電素子。
  4. 負極集電体の少なくとも一面側に負極活物質層を配置して負極を形成すること、及び、正極集電体の少なくとも一面側に正極活物質層を配置し、前記正極集電体と前記正極活物質層の間に前記正極集電体よりも抵抗値が高いアンダーコート層を配置して正極を形成すること、を有する極板形成工程と、
    前記負極と前記正極との間にセパレーターを配置し、前記負極活物質層及び前記正極活物質層が対向するように、前記セパレーターを介して前記負極と前記正極とを積層する積層工程とを備え、
    前記極板形成工程では、前記負極活物質層の周縁部の少なくとも一部において、前記負極活物質層の端縁が、積層された際に対向する位置の前記正極における前記正極活物質層の端縁よりも外側になるように前記負極活物質層及び前記正極活物質層を配置し、且つ、前記アンダーコート層の端縁が前記負極活物質層の端縁よりも外側になるように前記アンダーコート層を配置する電極体の製造方法。
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