JP2014167890A - 電池 - Google Patents

Abstract

【課題】サイクル寿命に優れた電池を提供すること。
【解決手段】実施形態によると電池10が提供される。電池10は捲回型電極群1を具備する。捲回型電極群1は、負極集電体21及びその上に形成された負極活物質含有層22を備える負極2と、正極活物質含有層32を備える正極3と、正極活物質含有層32と負極活物質含有層22との間に配置されたセパレータ4とが捲回されている。負極活物質含有層22はチタン酸リチウムを含む。負極集電体21は複数の負極集電タブ23を備える。負極集電タブ23は幅がWT(mm)である。負極集電タブ23間のピッチはLA(mm)以下である。負極活物質含有層22は幅がWA(mm)である。負極活物質含有層22は、正極活物質含有層32から突出した第1の部分22_Aを含む。第1の部分22_Aは幅がd(mm)である。WT、LA、WA及びdは関係式:(LA×WA)/(WT×d)≦350を満たす。
【選択図】 図３

Description

本発明の実施形態は、電池に関する。

近年、非水電解質二次電池は、高性能化が進み、広範な用途に適用されている。特に、自動車用の電池としては、電気自動車を駆動するための大容量電池だけでなく、ハイブリッド型電気自動車やアイドリングストップ車用電池などのように、比較的小型で大電流充放電を行う高出力電池が開発されている。非水電解質二次電池は、一般に水溶液系の二次電池と比較すると、電解質の抵抗が大きいため、高出力を得るためには電極を薄くして、電極面積を大きくすることが求められる。そのような場合、薄く、大面積の電極から低抵抗で効率よく電流を取り出すためのタブ構造が必要となる。このようなタブ構造をもった電極の一例として、帯状の電極担持部の片側長辺から複数の集電タブを突出させた電極及び、これらを捲回して構成した電極群を備えた非水電解液電池が開示されている。このように複数の集電タブを設けた電池では、集電タブ１本が電流の取り出しを担当する電極面積及び活物質量が小さくなるため、集電タブ１本あたりの充放電電流が小さくなり、集電タブ部分での発熱を比較的小さくすることができる。また、電池抵抗も抑制することができる。

しかしながら、活物質担持部から集電タブに至る電流経路の断面積はそれでも集電タブ部分が最も小さく、集電タブ上には電極活物質が担持されておらず熱容量も小さいため、大電流で充放電すると集電タブ部の発熱は他の部分と比較すると大きくなる。

また、活物質担持部と集電タブの境界部分では、活物質担持部から集電タブへの電流集中が起こるため、活物質担持部の集電タブ近傍は、他の部分と比較すると発熱が大きくなる。

チタン酸リチウムを負極活物質として用いた非水電解質二次電池は、負極電位がＬｉ金属の析出電位よりも１．５Ｖ程度貴であるため、急速充電を行っても負極上にＬｉデンドライトが析出することがなく、安全に急速充電可能であることが特徴である。しかしながら、チタン酸リチウムはＬｉ濃度が高くなるとＬｉの拡散係数が低下するため、満充電に近づいた際に大電流での充電を行うと、負極活物質含有層の発熱が大きくなるという特徴がある。

従って、負極にチタン酸リチウムを含み、帯状の負極集電体の片側の長辺から複数の集電タブを突出させた負極と正極とこれらの間に挟んだセパレータとを捲回して構成した電極群を備えた非水電解質二次電池は、大電流で充電を行う際、負極集電タブ周辺の負極活物質部分が最も高温となり、セル内に温度むらが生じることになる。

このような電池は、大電流充電を繰り返し行うと、小さな電流で充電を繰り返した場合と比較してサイクル寿命が劣るという問題があった。

特開２０１１−７０９１６号公報

本発明が解決しようとする課題は、サイクル寿命に優れた電池を提供することにある。

実施形態によれば、電池が提供される。この電池は、捲回型電極群を具備する。この捲回型電極群は、負極と、正極と、正極及び負極の間に配置されたセパレータとが捲回されている。負極は、主部を含む負極集電体と、負極集電体の主部上に形成された負極活物質含有層とを備える。負極集電体の主部は、第１の方向に延びた第１の長辺及び第２の長辺を有し且つ第１の方向に直交する第２の方向に幅を有する帯状である。負極活物質含有層はチタン酸リチウムを含む。負極集電体は、主部の第１の長辺から突出した複数の負極集電タブを備える。複数の負極集電タブは幅がＷＴ（ｍｍ）である。複数の負極集電タブのうち隣り合う２つの間のピッチはＬＡ（ｍｍ）以下である。負極活物質含有層は、第２の方向における幅がＷＡ（ｍｍ）である。正極は、第１の方向に延びた一対の長辺を有する主部を含む正極集電体と、正極集電体の主部上に形成された正極活物質含有層とを備える。正極集電体は、主部の１つの長辺から負極集電タブと同じ向きに突出した複数の正極集電タブを備える。負極活物質含有層は、負極集電タブが突出している向きにおいて正極活物質含有層から突出している第１の部分を含む。負極活物質含有層の第１の部分は、第２の方向における幅がｄ（ｍｍ）である。ＷＴ、ＬＡ、ＷＡ及びｄは関係式：（ＬＡ×ＷＡ）／（ＷＴ×ｄ）≦３５０を満たす。

図１は、実施形態に係る一例の電池の概略斜視図である。 図２は、図１の電池のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図３は、図１及び図２に示す電池が具備する捲回型電極群の概略斜視図である。 図４は、図３に示した捲回型電極群を一部展開して示す概略斜視図である。 図５は、図３及び図４に示した捲回型電極群が備える負極及び正極の一部を概略的に示す一部切欠き平面図である。 図６は、図５に示す負極のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。 図７は、図５に示す負極の負極集電体の一部を展開して示す概略平面図である。

以下、実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には全ての図面を通じて同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。なお、各図は実施形態の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる点があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜設計変更することができる。

（実施形態）
実施形態によれば、電池が提供される。この電池は、捲回型電極群を具備する。この捲回型電極群は、負極と、正極と、正極及び負極の間に配置されたセパレータとが捲回されている。負極は、主部を含む負極集電体と、負極集電体の主部上に形成された負極活物質含有層とを備える。負極集電体の主部は、第１の方向に延びた第１の長辺及び第２の長辺を有し且つ第１の方向に直交する第２の方向に幅を有する帯状である。負極活物質含有層はチタン酸リチウムを含む。負極集電体は、主部の第１の長辺から突出した複数の負極集電タブを備える。複数の負極集電タブは幅がＷＴ（ｍｍ）である。複数の負極集電タブのうち隣り合う２つの間のピッチはＬＡ（ｍｍ）以下である。負極活物質含有層は、第２の方向における幅がＷＡ（ｍｍ）である。正極は、第１の方向に延びた一対の長辺を有する主部を含む正極集電体と、正極集電体の主部上に形成された正極活物質含有層とを備える。正極集電体は、主部の１つの長辺から負極集電タブと同じ向きに突出した複数の正極集電タブを備える。負極活物質含有層は、負極集電タブが突出している向きにおいて正極活物質含有層から突出している第１の部分を含む。負極活物質含有層の第１の部分は、第２の方向における幅がｄ（ｍｍ）である。ＷＴ、ＬＡ、ＷＡ及びｄは関係式：（ＬＡ×ＷＡ）／（ＷＴ×ｄ）≦３５０を満たす。

ここで、隣り合う２つの負極集電タブの間のピッチは、一方の負極集電タブの突出方向に延びた端部のうち他方の負極集電タブと対向する端部と、他方の負極集電タブの突出方向に延びた端部のうち前記一方の負極集電タブと対向しない端部との間の間隔を指す。

捲回型の電極群を構成し且つ複数の負極集電タブが帯状の負極集電体の片側長辺から突出した負極では、通常、隣り合う２つの負極集電タブ間のピッチは、互いに異なり、負極集電体のうち捲回された場合に最も外側に位置する部分から突出する負極集電タブとそれに隣り合う負極集電タブとの間のピッチを最も大きくしている。これは、負極を、正極及びセパレータと共に捲回した際に、複数の負極集電タブの位置合わせを容易にするためである。負極集電タブが等ピッチで負極集電体から突出していると、負極、正極及びこれらの間に挟まれたセパレータの各々厚みため、捲回した際に、負極集電タブの位置がずれ、互いに対向させることが困難である。

そのため、上記ＬＡは、負極集電体のうち捲回された際に最も外側に位置する部分から突出する負極集電タブとそれに隣り合う負極集電タブとの間のピッチであり得る。

負極集電タブの幅ＷＴは、負極集電タブが少なくとも２つの幅が互いに異なる負極集電タブを含んでいる場合、複数の負極集電タブの幅の最小値を指す。或いは、負極集電タブの幅ＷＴは、複数の負極集電タブの幅が略一定である場合、その略一定の幅を指す。

負極活物質含有層の幅ＷＡは、負極活物質含有層の第２の方向における幅を複数点において測定して得た値の平均値である。

負極活物質含有層の第１の部分は、負極集電体の主部の第１の長辺に沿って形成することができる。すなわち、負極活物質含有層の第１の部分は、負極集電体の主部の第１の長辺を含む帯状の端部上に形成されていてもよい。或いは、負極集電体の主部の第１の長辺を含む帯状の端部には、負極活物質含有層が形成されていなくてもよい。すなわち、負極集電体の主部は、複数の負極集電タブと負極活物質含有層の第１の部分との間に、負極活物質含有層が形成されていない部分を含んでいてもよい。

負極活物質含有層の第１の部分の第２の方向における幅ｄは、捲回型電極群のうち、最内周、中央及び最外周の３箇所において、複数の負極集電タブに近い方の負極活物質含有層端部と複数の正極集電タブに近い方の正極活物質含有層層端部との間の第２の方向における距離を測定して得られた測定値の平均値である。距離の測定方法は、正極と負極との位置関係を維持したまま測定できる方法であれば限定はされない。測定方法の例としては、Ｘ線ＣＴなどの非破壊検査によって測定する方法、電池を分解して正極と負極とが互いにずれないように電極群を取り出し、捲き戻しながら測定する方法、電池の一部に穴を開けて乾燥後に樹脂を含浸させて硬化させた後に切断して得られた断面において第２の方向における負極活物質含有層端部と正極活物質層端部との間の距離を測定する方法などが挙げられる。

電池は、例えば、２５℃環境で０．２Ｃの電流で放電した後、Ａｒグローブボックス内で分解することができる。

実施形態に係る電池は、ＷＴ、ＬＡ、ＷＡ及びｄが関係式：（ＬＡ×ＷＡ）／（ＷＴ×ｄ）≦３５０を満たすため、以下に詳細に説明する理由により、負極活物質含有層における温度むらを防ぐことができる。

まず、上記式における「ＬＡ×ＷＡ」は、１本の負極集電タブが電流の取り出しを担当する負極活物質含有層の面積の最大値に対応する。なぜなら、最大ピッチＬＡは、第１の方向において隣り合う２つ負極集電タブ間のピッチの最大値であり、幅ＷＡは、第１の方向に直交する第２の方向における負極活物質層の幅であるからである。そのため、「ＬＡ×ＷＡ」が小さいほど、１本の負極集電タブが電流の取り出しを担当する負極活物質含有層の面積が小さくなり、１本の負極集電タブが取り出す電流が小さくなる。取り出す電流が小さくなれば電気抵抗による発熱量が低くなるので、「ＬＡ×ＷＡ」が小さいほど、負極集電体の負極集電タブが延出する部分における発熱を抑えることができる。負極集電タブにおける発熱を抑えることができれば、負極活物質含有層のうち負極集電タブに近くに位置し且つ正極活物質含有層と対向している部分の温度上昇を抑えることができ、ひいては負極活物質層の温度むらを抑えることができる。

また、負極活物質含有層の第１の部分の幅ｄが大きいほど、負極活物質含有層のうち正極活物質含有層と対向していない部分が大きくなる。

負極活物質含有層の第１の部分は、第２の方向において正極活物質含有層から突出しているので、正極活物質含有層と対向していない。そのため、負極活物質含有層の第１の部分は、電池反応、すなわちチタン酸リチウムによるリチウムの吸蔵及び放出反応が起き難く、大電流で充電を行う際に発熱が起き難い。また、負極活物質含有層は、通常金属製である負極集電体よりも熱容量が高い。このように、第１の部分は、自身が発熱し難く且つ熱容量が高いため、この第１の部分及びこれに隣接する部分の温度上昇を抑えることができる。そして、このような第１の部分の幅ｄが大きいほど、温度上昇を抑える効果を高めることができる。

さらに、第１の部分の幅ｄが大きいほど、負極集電タブと負極活物質含有層のうち正極活物質含有層に対向する部分との距離が大きくなるため、負極集電タブで発生した熱が負極活物質含有層のうち正極活物質含有層に対向する部分へと移動するのを防ぐことができる。

少なくとも上記２つの理由により、負極活物質含有層の第１の部分の幅ｄが大きいほど、第１の部分に隣接する部分であって、負極活物質含有層のうち正極活物質含有層に対向する部分の温度上昇を防ぐことができ、ひいては負極活物質含有層の温度むらを抑えることができる。

そして、負極集電タブの幅ＷＴが大きいほど、負極集電タブが取り出す電流の経路の断面積が大きくなり、その結果、負極集電タブにおける発熱を抑えることができる。負極集電タブにおける発熱を抑えることができれば、負極活物質含有層のうち、負極集電タブの近くに位置し且つ正極活物質含有層と対向している部分の温度上昇を抑えることができ、ひいては負極活物質含有層の温度むらを抑えることができる。

つまり、上記関係式における「ＷＴ×ｄ」が大きいほど、負極活物質含有層の温度むらを抑えることができる。

以上説明したように、上記関係式における「ＬＡ×ＷＡ」が小さいほど、及び「ＷＴ×ｄ」が大きいほど、負極活物質含有層の温度むらを抑えることができる。従って、上記関係式：（ＬＡ×ＷＡ）／（ＷＴ×ｄ）の値が小さいほど、負極活物質含有層の温度むらを抑えることができる。

（ＬＡ×ＷＡ）／（ＷＴ×ｄ）の値が３５０以下である電池は、大電流での充放電を繰り返した際の負極活物質含有層の温度むらを十分に抑えることができる。そのおかげで、（ＬＡ×ＷＡ）／（ＷＴ×ｄ）の値が３５０以下である電池は、大電流での充放電を繰り返した際の電極群の劣化を防ぐことができ、ひいては優れたサイクル寿命を示すことができる。つまり、実施形態によれば、サイクル寿命に優れた電池を提供することができる。

（ＬＡ×ＷＡ）／（ＷＴ×ｄ）の値が３５０より大きい電池では、負極活物質含有層の温度むらを十分に抑えることができず、大電流での充放電を繰り返すと電極群が劣化し、容量が低下し得る。すなわち、このような非水電解質二次電池は、サイクル寿命に乏しい。

ＷＴ、ＬＡ、ＷＡ及びｄが関係式：１００≦（ＬＡ×ＷＡ）／（ＷＴ×ｄ）≦３５０を満たすことが好ましい。実施形態に係る電池のうち上記関係式を満たす電池は、より優れた電池容量を有することができる。

実施形態に係る電池のうち、負極集電体の厚さがｔ（μｍ）であり、負極活物質含有層の厚さがｔＡ（μｍ）であり、厚さｔ及び厚さｔＡが関係式：ｔＡ／ｔ≦２．２を満たす電池は、負極活物質含有層のうち正極活物質含有層に対向する部分の発熱を抑えることができる。このような電池は、大電流での充放電を繰り返した際の電極群の劣化を更に防ぐことができ、ひいてはより優れたサイクル寿命を示すことができる。

ここで、負極活物質含有層の「厚さｔＡ」は、負極活物質含有層が負極集電体の両面に形成されている場合には、２つの負極活物質含有層の厚さの合計を指し、負極活物質含有層が負極集電体の片面に形成されている場合にはこの負極活物質含有層の厚さを指す。

電池が具備する負極の負極集電体の厚さｔ及び負極活物質含有層の厚さｔＡは、例えば以下に説明する手順（１）〜（５）に従って得ることができる。

（１）まず、電池を先に説明したように分解して、電極群を取り出す。
（２）電池が非水電解質を更に具備している場合、例えば以下の方法によって非水電解質を除去する。
分解した電池から電極群を取り出して、これを、例えば、ジメチルカーボネートなどの有機溶媒に１分間浸し、例えば１ｋＰａの減圧下で１０分間乾燥させる。この処理によって、捲回型電極群の表面に付着した非水電解質及び捲回型電極群に含浸された非水電解質を除去することができる。
（３）次に、負極の厚さを測定する。負極の厚さは例えば以下の方法によって測定することができる。
電極群のうち平坦部の負極を切り出して試料とする。その後、厚さゲージを用いて直径１０ｍｍの測定子に０．５〜１．０Ｎの測定力を加えることで測定した測定した値を測定値とする。
試料は、電極群の最内周、中央、最外周に位置し且つそれぞれ第２の方向における中点に位置する３箇所から取り出す。それぞれの箇所から得られた測定値を平均して、負極の厚さとする。
（４）次に、負極集電体の厚さを、例えば以下の方法により測定する。
厚さを測定した３つの負極試料を、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）溶媒で試料を表面処理し、表面に担持していた活物質含有層を溶解させ、その後、試料を１５０℃に加熱・乾燥することで、負極集電体単体が得られる。
得られた３つの負極集電体に対して、厚さゲージを用いて直径１０ｍｍの測定子に０．５〜１．０Ｎの測定力を加えることで測定した値を測定値とする。
３つの測定値を平均して、負極集電体の厚さｔとする。
（５）負極活物質含有層の厚さｔＡは、上記のようにして得られた負極の厚さから負極集電体の厚さｔを減ずることによって得ることができる。

実施形態に係る電池は、負極活物質含有層が、第１の部分の他に、第１の部分が突出した向きとは反対の向きに正極活物質含有層から突出した第２の部分を更に含むことができる。この第２の部分は、正極集電タブに対向していない部分であり得る。また、この第２の部分は、負極集電体の主部の第１の方向に延び得る。また、この第２の部分は、第２の方向における幅ｄ₂が第１の部分のそれよりも小さくてもよい。負極活物質含有層の第２の部分の幅ｄ₂は、第１の部分の幅ｄと同様の方法によって測定することができる。負極活物質含有層の第２の部分は、負極集電体の主部の第２の長辺に沿って形成することができる。すなわち、負極活物質含有層の第２の部分は、負極集電体の主部の第２の長辺を含む帯状の端部上に形成されていてもよい。或いは、負極集電体の主部の第２の長辺を含む帯状の端部には、負極活物質含有層が形成されていなくてもよい。すなわち、負極集電体の主部は、第２の長辺と負極活物質含有層の第２の部分が形成された部分との間に、負極活物質含有層が形成されていない部分を含んでいてもよい。

実施形態に係る電池において、負極活物質含有層の面積は、正極活物質含有層の面積よりも大きい。ここで、負極活物質含有層の面積は、負極活物質含有層が負極集電体の両面に形成されている場合には、２つの負極活物質含有層の面積の合計を指し、負極活物質含有層が負極集電体の片面に形成されている場合にはこの負極活物質含有層の面積を指す。正極活物質含有層の面積も同様である。

実施形態に係る電池が具備する捲回型電極群は、扁平構造を有することができる。扁平構造は、負極、正極及びこれらの間に配置されたセパレータを、捲回した後にプレスすることによって得ることができる。或いは、実施形態に係る電池が具備する捲回型電極群は、捲回後のプレスが為されていなくてもよい。

セパレータは、正極活物質含有層と負極活物質含有層との間に配置されていればよく、その大きさは限定されない。例えば、セパレータは、負極集電体及び正極集電体よりも大きくてもよい。

実施形態に係る電池は、非水電解質を更に具備することができる。すなわち、実施形態に係る電池は、非水電解質電池であり得る。非水電解質は、捲回型電極群に保持され得る。

実施形態に係る電池は、ケースを更に具備することもできる。ケースは、捲回型電極群を収納することができる。

実施形態に係る電池は、負極端子と正極端子とを更に具備することもできる。負極端子は、捲回型電極群の複数の負極集電タブに電気的に接続され得る。正極端子は、捲回型電極群の複数の正極集電タブに電気的に接続され得る。

［構成部材］
次に、実施形態に係る電池が具備する電極群が備える負極、正極及びセパレータ、並びに実施形態に係る電池で使用できる非水電解質及びケースについて説明する。

（１）負極
先に説明したように、負極は、負極集電体と、この負極集電体上に形成された負極活物質含有層とを備える。負極活物質含有層は、負極集電体の両面に形成されていてもよいし、又は片面に形成されていてもよい。

負極集電体としては、負極活物質であるチタン酸リチウムのリチウムイオン吸蔵及び放出電位において電気化学的に安定である材料を用いることができる。負極集電体は、例えば、金属箔で形成することができる。負極集電体を形成し得る金属箔の材料としては、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金を使用することができる。

負極活物質含有層は、先に述べたように、チタン酸リチウムを含む。チタン酸リチウムは、静電引力が大きい負極活物質として働くことができる。また、チタン酸リチウムは、非水電解質の保持力を高めることができるので、高出力の非水電解質二次電池を実現することができる。

チタン酸リチウムは、スピネル構造を有するチタン酸リチウムであることが好ましい。スピネル構造を有するチタン酸リチウムは、Ｌｉ_4+xＴｉ₅Ｏ₁₂（ｘは充放電反応により−１≦ｘ≦３の範囲内で変化する）で表すことができる。スピネル構造を有するチタン酸リチウムを含む負極活物質を含む負極は、非水電解質電池において用いた際、より優れたサイクル寿命を示すことができる。

負極活物質含有層は、スピネル構造を有するチタン酸リチウムに加え、リチウムイオンを吸蔵及び放出することができる他の負極活物質を含むことができる。他の負極活物質としては、例えば、リチウムイオンを吸蔵及び放出することができる金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、金属合金、炭素材料との混合物が挙げられる。前記金属酸化物としては、チタン酸化物、リチウムチタン酸化物（リチウムチタン含有複合酸化物）、タングステン酸化物（例えばＷＯ₃）、アモルファススズ酸化物（例えばＳｎＢ_0.4Ｐ_0.6Ｏ_3.1）、スズ珪素酸化物（例えばＳｎＳｉＯ₃）、酸化珪素（ＳｉＯ）などが挙げられる。

リチウムチタン酸化物としては、ラムスデライト構造のチタン酸リチウム｛例えばＬｉ_2+ｙＴｉ₃Ｏ₇（ｙは充放電反応により-１≦ｙ≦３の範囲で変化し得る）｝等を挙げることができる。

チタン酸化物としては、充放電前からＬｉを含むもの、含まないもの、いずれも使用可能である。充放電前すなわち合成時にＬｉを含まないチタン酸化物としては、例えば、酸化チタン（例えばＴｉＯ₂）、ＴｉとＰ、Ｖ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素を含有するチタン複合酸化物などが挙げられる。ＴｉＯ2はアナターゼ型で熱処理温度が３００〜５００℃の低結晶性のものが好ましい。チタン複合酸化物には、例えば、ＴｉＯ₂−Ｐ₂Ｏ₅、ＴｉＯ₂−Ｖ₂Ｏ₅、ＴｉＯ₂−Ｐ₂Ｏ₅−ＳｎＯ₂、ＴｉＯ₂−Ｐ₂Ｏ₅−ＭｅＯ（ＭｅはＣｕ、Ｎｉ及びＦｅよりなる群から選択される少なくとも１種類の元素）などを挙げることができる。前記チタン複合酸化物は、結晶性が低く、結晶相とアモルファス相が共存もしくは、アモルファス相単独で存在したミクロ構造であることが好ましい。このようなミクロ構造であることによりサイクル性能が大幅に向上することができる。

充放電前からＬｉを含むもの、すなわち合成時からリチウムを含むチタン酸化物としては、例えば、Ｌｉ_aＴｉＯ₂（ａは０≦ａ≦１．１）を挙げることができる。

金属硫化物としては、例えば、硫化チタン（例えばＴｉＳ₂）、硫化モリブデン（例えばＭｏＳ₂）、硫化鉄（例えば、ＦｅＳ、ＦｅＳ₂、Ｌｉ₂ＦｅＳ₂）などが挙げられる。

金属窒化物としては、例えば、リチウムコバルト窒化物（例えば、Ｌｉ_xＣｏ_yＮ、０＜ｘ＜４，０＜ｙ＜０．５）などが挙げられる。

金属化合物の平均粒径は１μｍ以下にすることが望ましい。平均粒径が１μｍを超えると、非水電解質電池において高い出力性能を得られない恐れがある。但し、平均粒径が小さいと、粒子の凝集が起こりやすくなり、非水電解質の分布が負極に偏って正極での電解質の枯渇を招く恐れがあることから、下限値は０．００１μｍにすることが望ましい。

金属化合物は、その平均粒径が１μｍ以下で、かつＮ₂吸着によるＢＥＴ法での比表面積が３〜２００ｍ²／ｇの範囲であることが望ましい。これにより、負極の非水電解質との親和性をさらに高くすることができる。

負極の比表面積は、３〜５０ｍ2／ｇの範囲にすることが望ましい。比表面積のより好ましい範囲は、５〜５０ｍ2／ｇである。ここで、負極の比表面積とは、負極層（集電体重量を除く）１ｇ当りの表面積を意味する。なお、負極層とは、集電体上に担持された負極活物質、導電剤及び結着剤を含む多孔質の層である。

負極の多孔度（集電体を除く）は、２０〜５０％の範囲にすることが望ましい。これにより、負極と非水電解質との親和性に優れ、かつ高密度な負極を得ることができる。多孔度のさらに好ましい範囲は、２５〜４０％である。

負極活物質含有層は、導電剤と、結着剤とを更に含むことができる。導電剤は、集電性能を高め、且つ、負極活物質と負極集電体との接触抵抗を抑えるために配合することができる。結着剤は、分散された負極活物質の間隙を埋め、また、負極活物質と負極集電体とを結着させるために配合することができる。

導電剤としては、炭素材料を用いることができる。炭素材料の例としては、例えば、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、黒鉛等を挙げることができる。

結着剤としては、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）、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等を用いることができる。

負極は、例えば、以下のようにして作製することができる。

まず、負極活物質、結着剤及び必要な場合には導電剤を、汎用されている溶媒、例えばＮ−メチルピロリドン中で懸濁させ、負極作製用ペーストを調製する。

ペーストの調製の際、負極活物質、導電剤及び結着剤は、それぞれ７０質量％以上９６質量％以下、２質量％以上２０質量％以下及び２質量％以上１０質量％以下の割合で配合することが好ましい。導電剤の量を２質量％以上とすることにより、負極合剤層の集電性能を向上させることができる。また、結着剤の量を２質量％以上とすることにより、負極合剤層と負極集電体との結着性を高めることができ、優れたサイクル特性を期待できる。一方、導電剤及び結着剤はそれぞれ１６質量％以下にすることが高容量化を図る上で好ましい。

上記のようにして得られたペーストを、一対の長辺を有する帯状の負極集電体上に塗布する。この際、一方の長辺に沿って、ペーストが塗布されていない部分を残す。

次に、負極集電体の塗布したペーストを乾燥させ、例えばロールプレスなどのプレスをする。

その後、負極集電体のペースト未塗布部を打ち抜き成形して、前記一方の長辺から突出した複数の負極集電タブを形成する。

かくして、第１の方向に延びた長辺を有し且つ第１の方向に直交する第２の方向に幅を有する帯状の主部及び一方の長辺から突出した複数の負極集電タブを含む負極集電体と、この負極集電体の主部上に形成された負極活物質含有層とを備えた負極を得ることができる。

（２）正極
先に説明したように、正極は、正極集電体と、この正極集電体上に形成された正極活物質含有層とを備える。正極活物質含有層は、正極集電体の両面に形成されていてもよいし、又は片面に形成されていてもよい。

正極集電体は、例えば、金属箔で形成することができる。正極集電体を形成し得る金属箔の材料としては、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金を使用することができる。

正極活物質含有層は、正極活物質を含むことができる。

正極活物質としては、種々の酸化物、硫化物などが挙げられる。例えば、二酸化マンガン（ＭｎＯ₂）、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、リチウムマンガン複合酸化物（例えばＬｉ_x+yＭｎ_2-yＯ₄またはＬｉ_xＭｎＯ₂）（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．２）、リチウムニッケル複合酸化物（例えばＬｉ_xＮｉＯ₂）（０≦ｘ≦１）、リチウムコバルト複合酸化物（Ｌｉ_xＣｏＯ₂）（０≦ｘ≦１）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（例えばＬｉ_xＮｉ_1-yＣｏ_yＯ₂)（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（例えばＬｉ_xＭｎ_yＣｏ_1-yＯ₂）（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物（Ｌｉ_xＭｎ_2-yＮｉ_yＯ₄）（０≦ｘ≦１、０．３≦ｙ≦０．８）、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物（例えばＬｉ_xＦｅＰＯ₄、Ｌｉ_xＦｅ_1-yＭｎ_yＰＯ₄、Ｌｉ_xＣｏＰＯ₄など）（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）、硫酸鉄（Ｆｅ₂（ＳＯ₄）₃）、バナジウム酸化物（例えばＶ₂Ｏ₅）などが挙げられる。また、他の例としては、ポリアニリンや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、イオウ（Ｓ）、フッ化カーボンなどの有機材料および無機材料も挙げられる。より好ましい正極活物質は、電池電圧が高いリチウムマンガン複合酸化物（Ｌｉ_x+yＭｎ_2-yＯ₄）（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．２）、リチウムニッケル複合酸化物（Ｌｉ_xＮｉＯ₂）（０≦ｘ≦１）、リチウムコバルト複合酸化物（Ｌｉ_xＣｏＯ₂）（０≦ｘ≦１）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（Ｌｉ_xＮｉ_1-yＣｏ_yＯ₂）（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物（Ｌｉ_xＭｎ_2-yＮｉ_yＯ₄）（０≦ｘ≦１、０．３≦ｙ≦０．８）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（Ｌｉ_xＭｎ_yＣｏ_1-yＯ₂）（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）、リチウムリン酸鉄（Ｌｉ_xＦｅＰＯ₄）（０≦ｘ≦１）など及び、これらの混合物が挙げられる。特に、リチウムマンガン複合酸化物を含む正極活物質は、コストや安全性の面において好ましい。

正極活物質含有層は、導電剤と、結着剤とを更に含むことができる。導電剤は、集電性能を高め、且つ、正極活物質と正極集電体との接触抵抗を抑えるために配合することができる。結着剤は、分散された正極活物質の間隙を埋め、また、正極活物質と正極集電体とを結着させるために配合することができる。

導電剤としては、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、人工黒鉛、天然黒鉛等を用いることができる。

結着剤としては、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）、ＰＶｄＦの水素もしくはフッ素のうち、少なくとも１つを他の置換基で置換した変性ＰＶｄＦ、フッ化ビニリデン−６フッ化プロピレンの共重合体、ポリフッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−６フッ化プロピレンの３元共重合体等を用いることができる。

正極は、例えば以下のようにして製造することができる。

まず、適当な溶媒、例えばＮ−メチルピロリドン中に正極活物質、任意に導電剤、及び結着剤を投入して懸濁させ、正極ペーストを調製する。

正極ペーストの調製の際、正極活物質、導電剤及び結着剤の配合割合は、正極活物質７５〜９６重量％、導電剤３〜２０重量％、結着剤１〜７重量％の範囲内にすることが好ましい。

上記のようにして得られたペーストを、正極集電体上に塗布する。この際、一方の長辺に沿って、ペーストが塗布されていない部分を残す。

その後、塗布したペーストを乾燥させ、例えばロールプレスなどのプレスをする。

その後、正極集電体のペースト未塗布部を打ち抜き成形して、前記一方の長辺から突出した複数の正極集電タブを形成する。

かくして、第１の方向に延びた一対の長辺を有する帯状の主部及び一方の長辺から突出した複数の正極集電タブを含む正極集電体と、この正極集電体の主部上に形成された正極活物質含有層とを備えた正極を得ることができる。

（３）セパレータ
セパレータとしては、イオン透過性を有しているものを使用することができる。セパレータを形成する材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を含む多孔質フィルム、不織布等を挙げることができる。不織布は、気孔率、液保持性及び透気度が高く、高出力が得られる点で、好ましい。セパレータの気孔率は、３０％から７０％であることが好ましい。

（４）非水電解質
非水電解質としては、例えばＬｉＢＦ₄、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、ＬｉＮ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂、Ｌｉ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃Ｃ、ＬｉＢ［（ＯＣＯ）₂］₂などから選ばれる一種以上のリチウム塩を０．５〜２ｍｏｌ／ｌの範囲内にある濃度で有機溶媒に溶解した有機電解液を使用することができる。前記有機溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）などの環状カーボネートや、ジエチレルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）などの鎖状カーボネートや、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、ジエトキシエタン（ＤＥＥ）などの鎖状エーテルや、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や、γ-ブチロラクトン（ＧＢＬ）、アセトニトリル（ＡＮ）、スルホラン（ＳＬ）などの単独もしくは混合溶媒を用いることが好ましい。

或いは、非水電解質として、リチウムイオンを含有した常温溶融塩（イオン性融体）を用いることもできる。リチウムイオンと有機物カチオンとアニオンから構成されるイオン性融体であり、１００℃以下、好ましくは室温以下でも液状である。

（５）ケース
ケースとしては、例えば、金属製の有底容器を用いることができる。ケースは、例えば、アルミニウム製の容器を用いることができる。

或いは、ラミネートフィルム製の容器を用いることもできる。

ケースの形状は、その中に捲回型電極群が収納できるものであれば、特に限定はされない。

実施形態に係る電池が具備する捲回型電極群は、例えば、以下に説明する方法により製造できる。

まず、先に説明した方法で作製した負極及び正極を、負極合剤層と正極合剤層との間にセパレータを挟んだ状態で重ね合わせて電極群アセンブリを作製する。この際、負極集電体の長辺の方向（第１の方向）と正極集電体の長辺の方向とが略一致するようにする。また、複数の負極集電タブと複数の正極集電タブとが突出する方向が略一致するようにする。そして、負極合剤層のうち、複数の負極集電タブが突出している長辺に沿って形成され且つ該長辺の方向と直交する方向における幅がｄ（ｍｍ）である部分が、正極合剤層に対向しないようにする。

次に、かくして作製した電極群アセンブリを、負極集電体の幅方向、すなわち第２の方向に平行な方向に延びた軸を中心にして、負極が外側を向くように捲回する。捲回した電極群アセンブリは、プレス成型して扁平型にすることもできる。

電極群アセンブリがプレス成型された状態において、複数の負極集電タブは互いに重なり合っていることが好ましい。同様に、電極群アセンブリがプレス成型された状態において、複数の正極集電タブは互いに重なり合っていることが好ましい。

例えば１周毎、２周毎、などのように、一定捲回数毎に負極集電タブを設ける場合、捲回の外周側に近いほど負極集電タブ間の間隔を広くなるように適切に負極集電タブ間隔を設定することにより、捲回された電極群での複数の負極集電タブを互いに重なり合った状態にすることができる。正極集電タブに関しても同様である。

以下、図面を参照しながら、実施形態に係る電池をより詳細に説明する。

図１は、実施形態に係る一例の電池の概略斜視図である。図２は、図１の電池のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図３は、図１及び図２に示す電池が具備する捲回型電極群の概略斜視図である。図４は、図３に示した捲回型電極群を一部展開して示す概略斜視図である。図５は、図３及び図４に示した捲回型電極群が備える負極及び正極の一部を概略的に示す一部切欠き平面図である。図６は、図５に示す負極のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。図７は、図５に示す負極の負極集電体の一部を展開して示す概略平面図である。

図１及び図２に示す電池１０は、捲回型電極群１と、捲回型電極群１に保持された非水電解質（図示しない）を具備する。すなわち、図１及び図２に示す電池１０は、非水電解質電池である。

捲回型電極群１及び非水電解質は、アルミニウム製のケース１１に収納されている。ケース１１は、有底矩形筒状に成形されている。また、ケース１１は、一端が開口しており、他端が閉塞されている。

ケース１１の開口端は、矩形の封口体１２により、例えばレーザ溶接により気密に接合されている。

封口体１２は、ケース１１の開口を閉塞（封止）するものである。そのため、封口体１２は、ケース１１の開口に対応したサイズに形成されている。封口体１２は、アルミ二ウムで形成されている。

封口体１２は、一部が開口してなる注入口１３を有している。この注入口１３を介して、ケース１１内に非水電解質を注入することができる。なお、非水電解質を注入した後、注入口１３は、図２に示す封止材１４により封止されている。

封口体１２には、正極端子１５及び負極端子１６が取付けられている。

正極端子１５は、樹脂等の絶縁材１７を介してかしめにより封口体１２に取付けられている。そのため、正極端子１５は、封口体１２と電気的に絶縁されている。正極端子１５には、後に詳細に説明する捲回型電極群１の複数の正極集電タブ３３が束ねられた状態で電気的に接続されている。接続は、例えば溶接などによって行うことができる。なお、正極端子１５は、封口体１２にガラス等の絶縁材を介在するハーメチックシールにより取付けられていてもよい。

負極端子１６は、樹脂等の絶縁材１７を介してかしめにより封口体１２に取付けられている。そのため、負極端子１６は、封口体１２と電気的に絶縁されている。負極端子１６には、後に詳細に説明する捲回型電極群１の複数の負極集電タブ２３が束ねられた状態で電気的に接続されている。接続は、例えば溶接などによって行うことができる。なお、負極端子１６は、封口体１２にガラス等の絶縁材を介在するハーメチックシールにより取付けられていてもよい。

封口体１２には、安全弁１８が更に形成されている。安全弁１８は、封口体１２の一部を薄くして形成されている。安全弁１８は、非水電解質二次電池１０内部（ケース１１及び封口体１２で密閉された領域）の圧力によって作動するものである。具体的には、非水電解質二次電池１０内部の圧力が上昇して、安全弁１８の特定値を超えたとき、安全弁１８は、開裂することにより、非水電解質二次電池１０の破裂を防止することができる。

捲回型電極群１は、図３〜図７に詳細を記載した構造を有する。

図３〜図７に示す捲回型電極群１は、１枚の負極２、１枚の正極３、及び２枚のセパレータ４を備える。捲回型電極群１は、以下に詳細に説明する負極２、正極３及びセパレータ４を、負極２、セパレータ４、正極３及びセパレータ４の順で積層させて電極群アセンブリ１を形成し、かくして得られた電極群アセンブリ１を捲回して形成されている。負極２、セパレータ４、正極３及びセパレータ４の順で積層させて形成した電極群アセンブリ１は、図３に示すように、厚さＴｍｍを有する。また、この電極群アセンブリ１は、負極集電体２１の第２の方向（ＩＩ）に延びた軸を中心にして、正極３が内側に向くように捲回されている。

図７は、任意のｎ周目、ｎ＋１周目及びｎ＋２周目の捲回型電極群１が備える負極集電体２１の概略展開図である。負極２は、図７に示すように、長辺が第１の方向（Ｉ）に延び且つ第１の方向（Ｉ）に直交する第２の方向（ＩＩ）に幅を有する長方形状の主面を有する帯状の主部を含む負極集電体２１を備える。また、図６に示すように、負極集電体２１は、主面に略垂直な方向における厚さがｔμｍである。

負極２は、先の説明から明らかであり得るが、電極群アセンブリ１の中で、負極集電体２１の第２の方向（ＩＩ）に平行な方向に延びた軸を中心に捲回されている。負極集電体２１は、負極集電体２１の主部の一方の長辺から突出した複数の負極集電タブ２３を備えている。複数の負極集電タブ２３は、短冊状の主面を有しており、負極集電体２１の第１の方向（Ｉ）における幅がＷＴｍｍである。

また、捲回軸の最も近くに位置する負極集電タブ２３から順に「１周目の負極集電タブ２３」、「２周目の負極集電タブ２３」…と名付けた場合、ｎ周目の負極集電タブ２３とｎ＋１周目の負極集電タブ２３との間のピッチＰ_nはＸ_a＋２πＴα_aｎに等しく、ｎ＋１周目の負極集電タブ２３とｎ＋２周目の負極集電タブ２３との間のピッチＰ_n+1はＸ_a＋２πＴα_a（ｎ＋１）に等しい。

ここで、２つの負極集電タブ２３間のピッチは、該２つの負極集電タブの互い向き合う端部間の距離に負極集電タブ２３の幅ＷＴを加えたものである。また、Ｘ_aは、任意の定数である。πは円周率である。Ｔは、先に説明したように、電極群アセンブリ３の厚さである。α_aは、補正定数であり、捲回後の負極集電タブ２３の位置が揃うように適切な値を設定する。

２つの負極集電タブ２３間のピッチP_nは、先に示した式Ｘ_a＋２πＴα_aｎから明らかなように、周回数ｎの関数であり、捲回型電極群１の外側に存在する負極集電タブ２３についてのピッチほど大きくなる。つまり、この例においては、２つの負極集電タブ２３間の「ピッチ」の最大値ＬＡは、第１の負極集電タブ２３₁と第２の負極集電タブ２３₂との間のピッチである。

さて、図５に示すように、負極集電体２１の主部には、その両面全面に、負極活物質含有層２２が形成されている。負極活物質含有層２２はチタン酸リチウムを含む。負極活物質含有層２２は、負極集電体２１の第２の方向（ＩＩ）における幅がＷＡｍｍである。また、図６に示すように、負極集電体２１の一方の主面上に形成された負極活物質含有層２２は、負極集電体２１の主面に略垂直な方向における厚さがｔＡ₁μｍであり、他方の負極活物質含有層２２はその厚さがｔＡ₂μｍである。すなわち、負極活物質含有層２２の合計の厚さは、（ｔＡ₁＋ｔＡ₂）μｍである。この負極活物質含有層２２の合計の厚さをｔＡμｍとすると、負極集電体の厚さｔと負極活物質含有層２２の合計の厚さｔＡとは、関係式：ｔＡ／ｔ≦２．２を満たす。

正極３は、負極２と同様の構造を有する。すなわち、正極３は、図３に示すように、帯状の主面を有する主部を含む正極集電体３１と、正極集電体３１の主面の両面に形成された正極活物質含有層３２とを備える。正極集電体３１の主部は、負極集電体２１の第１の方向（Ｉ）に平行な方向に延びた一対の長辺を有する。正極活物質含有層３２は、負極集電体２１の第２の方向（ＩＩ）における幅がＷＣｍｍである。また、正極集電体３１は、正極集電体３１の主部の一方の長辺から突出した複数の正極集電タブ３３を備える。複数の正極集電タブ３３が突出している向きは、複数の負極集電タブ２３が突出している向きと同じである。

そして、正極３が備える正極集電タブ３３間のピッチも、負極集電タブ２３間のピッチと同様である。すなわち、捲回軸の最も近くに位置する正極集電タブ３３から順に「１周目の正極集電タブ３３」、「２周目の正極集電タブ３３」…と名付けた場合、ｎ周目の正極集電タブ３３とｎ＋１周目の正極集電タブ３３との間のピッチはＸ_c＋２πＴα_cｎに等しく、ｎ＋１周目の負極集電タブ２３とｎ＋２周目の負極集電タブ２３との間のピッチはＸ_c＋２πＴα_c（ｎ＋１）に等しい。ここで、Ｔ及びπは、負極２におけるそれと同じである。また、Ｘ_cは、任意の定数である。α_cは、補正定数であり、捲回後の正極集電タブ３３の位置が揃うように適切な値に設定することができる。

捲回型電極群１では、図４に示すように、２枚のセパレータ４が、正極３を挟み込んでいる。２枚のセパレータ４は、負極２及び正極３から突出している。しかしながら、図３〜図５では、負極２と正極３との位置及び大きさの関係を明確に把握できるように、敢えて、セパレータ４と負極２とが同様の面積を有するように記載している。

負極活物質含有層２２の幅ＷＡｍｍは、正極活物質含有層３２の幅ＷＣｍｍよりも大きい。そして、図５に示すように、捲回された電極群アセンブリ１、すなわち捲回型電極群１において、負極２は、第２の方向（ＩＩ）において、正極３から突出している。そのため、負極活物質含有層２２は、正極活物質含有層３２に対向していない部分を含む。具体的には、負極活物質含有層２２は、負極集電体２１の主部の一方の長辺に沿って形成された第１の部分２２_Aと、負極集電体２１の主部の他方の長辺に沿って形成された第２の部分２２_Bとを含み、該第１の部分２２_Aと該第２の部分２２_Bとは、正極活物質含有層３２に対向していない。

図５に示すように、負極活物質含有層２２の第１の部分２２_Aは、負極集電体２１の第２の方向（ＩＩ）における幅がｄｍｍである。負極活物質含有層２２の第２の部分２２_Bは、負極集電体２１の第２の方向（ＩＩ）における幅がｄ₂ｍｍである。負極活物質含有層２２の第１の部分２２_Aの幅ｄは、第２の部分２２_Bの幅ｄ₂よりも大きい。

図３〜図７に示す捲回型電極群１において、先に説明した負極集電タブ２３の幅ＷＴ、負極活物質含有層２２の幅ＷＡ、第１の負極集電タブ２３₁と第２の負極集電タブ２３₂との間のピッチＬＡ、及び負極活物質含有層２２の第１の部分２２_Aの幅ｄは、関係式：（ＬＡ×ＷＡ）／（ＷＴ×ｄ）≦３５０を満たしている。

先に説明したように、関係式：（ＬＡ×ＷＡ）／（ＷＴ×ｄ）≦３５０を満たしている電池は、大電流での充放電を繰り返した際の負極活物質含有層の温度むらを十分に抑えることができる。そのため、上記関係式を満たす図１〜図７に示す電池１０は、大電流での充放電を繰り返した際の電極群の劣化を防ぐことができ、ひいては優れたサイクル寿命を示すことができる。

以上に説明した実施形態に係る電池は、複数の正極集電タブ及び複数の負極集電タブが同じ向きに突出しており、ＷＴ、ＬＡ、ＷＡ及びｄが関係式：（ＬＡ×ＷＡ）／（ＷＴ×ｄ）≦３５０を満たす捲回型電極群を具備するため、大電流での充放電を繰り返した際の負極活物質含有層の温度むらを十分に抑えることができる。そのため、実施形態に係る電池は、大電流での充放電を繰り返した際の電極群の劣化を防ぐことができ、ひいては優れたサイクル寿命を示すことができる。

つまり、実施形態によれば、サイクル寿命に優れた電池を提供することができる。

［実施例］
以下に例を挙げ、本発明をさらに詳しく説明するが、発明の主旨を超えない限り本発明は以下に掲載される実施例に限定されるものでない。

（実施例１）
実施例１では、以下に説明する手順により、図１〜図７に示す電池１０と同様の電池を作製した。

［１］正極３の作製
まず、正極活物質としてのリチウムマンガン複合酸化物（ＬｉＭｎ₂Ｏ₄）及びリチウムコバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ₂）を４：１の重量比となるように混合した混合物を用意した。続いて、用意した混合物と、導電剤としてのアセチレンブラックと、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを、１００：５：４の重量比となるように混合し、これらをＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶媒中に分散させた。かくして、混合ペーストを得た。

次いで、正極集電体３１として、厚さが２０μｍであり、第１の方向及び第２の方向に延びた帯状のアルミニウム箔を用意した。この正極集電体３１の両面に、先に用意した混合ペーストを、第２の方向における幅を５０ｍｍとして帯状に塗布し、乾燥させた。塗布の際、正極集電体３１の第１の方向に延びた一方の長辺に沿ってペーストの未塗布部を残した。ペーストの塗布量（正極目付）は、片面あたり１１１ｇ／ｍ²とした。

塗布した混合ペーストを乾燥させた後、ペースト部の密度が３ｇ／ｃｃとなるようにロールプレスにて圧延して、正極集電体３１上に正極活物質含有層３２を形成した。

続いて、第２の方向における正極活物質含有層３２の幅ＷＣが４４ｍｍになるように正極集電体３１及び正極活物質含有層３２を帯状に裁断した。また、正極集電体３１のペースト未塗布部を打ち抜き成形し、第２の方向における幅が１０ｍｍである短冊状の１６枚の正極集電タブ３３を形成した。このとき、正極集電タブ３３の間隔を、ｎ周目及びｎ＋１周目の正極集電タブ３３間のピッチが（Ｘ_c＋２πＴα_cｎ）ｍｍとなるように設定し、Ｘ_c＝９６．３ｍｍ、Ｔ＝０．２０６ｍｍ、α_c＝１．００４とした。例えば、１１周目の正極集電タブ３３と１２周目の正極集電タブ３３との間のピッチを１１１ｍｍとした。

かくして、帯状の主部及び主部の一方の長辺から突出した１６枚の正極集電タブ３３を含む正極集電体３１と、正極集電体３１の主部の両面に形成された正極活物質含有層３２とを備えた正極３を作製した。

［２］負極２の作製
まず、負極活物質としての０．５μｍのメジアン径を持つチタン酸リチウム（Ｌｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂）を用意した。続いて、用意したチタン酸リチウムと、導電剤としての粉末状のグラファイトと、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを、１００：５：３の重量比となるように混合し、これらをＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶媒中に分散させた。かくして混合ペーストを用意した。

次いで、負極集電体２１として、厚さｔが２０μｍであり、第１の方向（Ｉ）及び第２の方向（ＩＩ）に延びた帯状のアルミニウム箔を用意した。この負極集電体２１の両面に、先に用意した混合ペーストを、第２の方向（ＩＩ）における幅を５０ｍｍとして帯状に塗布し、乾燥させた。塗布の際、負極集電体２１の第１の方向（Ｉ）に延びた一方の長辺に沿ってペーストの未塗布部を残した。ペーストの塗布量（負極目付）は、片面あたり６０ｇ／ｍ²とした。

塗布した混合ペーストを乾燥させた後、ペースト部の密度が２．３ｇ／ｃｃとなるようにロールプレスにて圧延した。このようにして、負極集電体２１上に負極活物質含有層２２を形成した。負極活物質含有層２２の合計の厚さｔＡは５２μｍであった。

続いて、第２の方向（ＩＩ）における負極活物質含有層３２の幅ＷＡが５０ｍｍになるように負極集電体２１及び負極活物質含有層３２を帯状に裁断した。また、負極集電体２１のペースト未塗布部を打ち抜き成形し、第１の方向（ＩＩ）における幅ＷＴが１０ｍｍである短冊状の１６枚の負極集電タブ２３を形成した。このとき、負極集電タブ２３の間隔を、ｎ周目及びｎ＋１周目の負極集電タブ２３間のピッチが（Ｘ_a＋２πＴα_aｎ）ｍｍとなるように設定し、Ｘ_a＝９６．1ｍｍ、Ｔ＝０．２０６ｍｍ、α_a＝１．００４とした。例えば、１１周目の負極集電タブ２３と１２周目の負極集電タブ２３との間のピッチを１１０ｍｍとした。第１の負極集電タブ２３₁と第２の負極集電タブ２３₂との間のピッチＬＡは１１４ｍｍであった。

かくして、帯状の主部及び主部の一方の長辺から突出した１６枚の負極集電タブ２３を含む負極集電体２１と、負極集電体２１の主部の両面に形成された負極活物質含有層２２とを備えた負極２を作製した。

［３］捲回型電極群１の作製
上記のように作製した正極３及び負極２、並びにセパレータ４としての２０μｍの厚みを有する２枚のポリエチレン製微多孔膜を用意した。セパレータ４は、負極活物質含有層２２の面積よりも大きな面積を有していていた。

次に、正極３及び負極２を、間に１枚のセパレータを挟んで積層させた。この際、正極３の第１の方向と負極２の第１の方向（Ｉ）を合わせた。また、１６枚の正極集電タブ３３と１６枚の負極集電タブ２３とが同じ向きに突出するようにした。そして、第２の方向（ＩＩ）においては、負極活物質含有層２２の第１の方向（Ｉ）に延びた一方の端部であって、負極集電タブ２３に隣接する端部と、正極活物質含有層３２の第１の方向（Ｉ）に延びた一方の端部であって、正極集電タブ３３に隣接する端部との距離ｄが３ｍｍになるようにした。また、負極活物質含有層２２の第１の方向（Ｉ）に延びた他方の端部と、正極活物質含有層３２の第１の方向（Ｉ）に延びた他方の端部との距離ｄ₂が３ｍｍになるようにした。かくして、負極活物質含有層２２が、負極集電体２１の主部の一方の長辺上に沿って形成された幅ｄ（３ｍｍ）の第１の部分２２_Aと、負極集電体２１の主部の他方の長辺上に沿って形成された幅ｄ₂（３ｍｍ）の第２の部分２２_Bとを含み、該第１の部分２２_A及び第２の部分２２_Bが正極活物質含有層３２に対向しないようにした。

次に、負極２の正極３と向き合っていない面に、もう１枚のセパレータ４を重ね合わせた。かくして、正極３、負極２及びセパレータ４が積層して形成された電極群アセンブリ１を得た。

次に、電極群アセンブリ１を直径３０．６ｍｍの捲き芯の周囲に正極３が内側になるように捲き付けることによって、電極群アセンブリ１を捲回した。捲回は、１６枚の負極集電タブ２３が互いに向き合うように且つ１６枚の正極集電タブ３３が互いに向き合うように行った。

次に、捲回した電極群アセンブリ１から捲き芯を引き抜き、その後アセンブリ１に対して加熱プレスを施し、その後テープで固定した。かくして、捲回型電極群１を作製した。

［４］電池１０の組み立て
まず、長方形状の主面を有するアルミニウム製の封口体１２を用意した。封口体１２には、アルミニウム製の正極端子１５及び負極端子１６が取付けられていた。

正極端子１５は、絶縁材１７を介して、かしめにより封口体１２に取り付けられていた。負極端子１６は、絶縁材１７を介して、かしめにより封口体１２に取り付けられていた。

また、封口体１２には、注入口１３及び安全弁１８が設けられていた。

続いて、先に説明したように作製した捲回型電極群１の正極集電タブ３３を束ねて、レーザ溶接により、正極端子１５の一端に固定した。それにより、正極端子１５と正極集電タブ３３とを電気的に接続した。同様に、捲回型電極群１の負極集電タブ２３を束ねて、レーザ溶接により、負極端子１６の一端に固定した。それにより、負極端子１６と負極集電タブ２３とを電気的に接続した。

次に、矩形の有底筒状のアルミニウム製のケース１１を用意した。ケース１１は、一端が開口端であった。

用意したケース１１に、封口体１２に接続した捲回型電極群１を挿入した。その後、ケース１１の開口に封口体１２をレーザ溶接することによって、ケース１１の開口を封口した。

その後、封口体１２の注入口１３からケース１１内に非水電解質を注入した。非水電解質は、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）の混合溶媒（体積比率２５体積％：７５体積％）に電解質としての六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ₆）を１．０ｍｏｌ／Ｌ溶解したものとした。注入により、非水電解質は、捲回型電極群１に浸透し、これに含浸された。非水電解質を注入した後、封止材３２により注入口３１を封止した。

かくして、厚さが７ｍｍであり、高さが６０ｍｍであり、幅が５８ｍｍである電池１０を作製した。

次に、この電池１０の容量を測定した。容量は、以下の方法によって測定した。

２５℃環境下で２．８Ｖ１Ａの定電流で電池電圧が２．８Ｖになるまで充電し、その後２．８Ｖの定電圧で１時間充電した後、１Ａの定電流で電池電圧が１．８Ｖになるまで放電した際の放電容量（Ａｈ）を1時間で割った電流値を１Ｃ（Ａ）と決めた。

次に、１Ｃの電流で電池電圧が２．８Ｖになるまで定電流で充電し、その後２．８Ｖの定電圧で充電電流が０．０５Ｃになるまで充電し、その後１Ｃの定電流で電池電圧が１．８Ｖになるまで放電した際の放電容量をこの電池の容量とした。

この電池１０の容量は１．１５Ａｈであった。

この電池１０の（ＬＡ×ＷＡ）／（ＷＴ×ｄ）の値は１９０であった。また、この電池１０のｔＡ／ｔの値は２．６であった。

（実施例２から６並びに比較例１及び比較例２）
「負極集電タブ２３の負極集電体２１の第１の方向（Ｉ）における幅ＷＴ」、「負極活物質含有層２２の第１の部分２２_Aの幅ｄ」、「負極活物質含有層２２の第２の部分２２_Bの幅ｄ₂」、「負極活物質含有層２２の合計の厚さｔＡ」、「第２の方向における正極活物質含有層３２の幅ＷＣ」、「負極目付」、「正極目付」及び電極群アセンブリ１の「捲回数」を以下の表１に示すように変更したこと以外、実施例１で説明した方法と同様の方法で電池１０を作製した。捲回の際のタブ位置に関しては、Ｘc＝９６．３ｍｍ、Ｔ＝０．１６４ｍｍ、α_c＝１．００６、Ｘ_a＝９６．１ｍｍ、Ｔ＝０．１６４ｍｍ、α_a＝１．００６とした。各電池１０に対し、実施例１と同様の方法で、容量測定を行った。

（比較例３）
以下の点を除いては実施例２と同様の方法で、電池１０を作製した：
・負極活物質として、チタン酸リチウムの代わりに黒鉛を用いた；
・黒鉛と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを１００：５の重量比となるように混合してＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶媒中に分散させ、混合ペーストを作製した；
・負極目付を２５ｇ／ｍ²とした；
・ペースト部の密度を１．５ｇ／ｃｃとした；
・負極活物質含有層２２の合計の厚さｔＡを３３μｍとした；
・捲回の際のタブ位置に関しては、Ｘ_c＝９６．３ｍｍ、Ｔ＝０．１６３ｍｍ、α_c＝１．０１、Ｘ_a＝９６．１ｍｍ、Ｔ＝０．１６３ｍｍ、α_a＝１．０１とした。

作製した電池１０に対し、容量測定を行った。容量測定方法は、以下のようにした。

２５℃環境下で４．２Ｖ１Ａの定電流で電池電圧が４．２Ｖになるまで充電し、その後４．２Ｖの定電圧で１時間充電した後、１Ａの定電流で電池電圧が３．０Ｖになるまで放電した際の放電容量（Ａｈ）を1時間で割った電流値を１Ｃ（Ａ）と決めた。

次に１Ｃの電流で電池電圧が４．２Ｖになるまで定電流で充電し、その後４．２Ｖの定電圧で充電電流が０．０５Ｃになるまで充電し、その後１Ｃの定電流で電池電圧が３．０Ｖになるまで放電した際の放電容量をこの電池の容量とした。

（比較例４）
「負極活物質含有層２２の第１の部分２２_Aの幅ｄ」、「負極活物質含有層２２の第２の部分２２_Bの幅ｄ₂」、及び「第２の方向における正極活物質含有層３２の幅ＷＣ」を以下の表１に示すように変更したこと以外、比較例１と同様の方法で電池１０を作製した。

作製した電池１０に対し、比較例３と同様の方法で、容量測定を行った。

実施例２から６並びに比較例１から４の電池１０の（ＬＡ×ＷＡ）／（ＷＴ×ｄ）の値、ｔＡ／ｔの値及び容量の値を以下の表２に示す。

［サイクル寿命試験］
実施例１から６並びに比較例１から２の電池１０に対して、以下の手順により、サイクル寿命試験を行った。

まず、各電池１０を、２５℃環境下で、電池電圧が２．８Ｖになるまで１０Ｃの定電流で充電した。その後、各電池１０を、充電電流が０．１Ｃになるまで２．８Ｖの定電圧で充電した。その後、１０分間休止し、続いて各電池１０を、１０Ｃの定電流で電池電圧が１．８Ｖになるまで放電した。その後、１０分間休止した。ここまでを１サイクルとして、各電池１０を５０００サイクルの充放電サイクルに供した。

比較例３及び４の電池１０に対しては、充電電圧を２．８Ｖではなく４．２Ｖとし、放電電圧を１．８Ｖでなく３．０Ｖとした他は上記方法と同様にサイクル寿命試験を行った。

各電池１０の５０００サイクル後の容量維持率を上記表２に示す。

［評価］
実施例１から６の電池１０は、比較例１から４の電池１０に比べ、高い容量維持率を示した。実施例１から６の電池１０は、（ＬＡ×ＷＡ）／（ＷＴ×ｄ）の値が３５０以下であったため、大電流で充電する際に電池内の温度むらを抑えることができ、それにより大電流での充電を繰り返した際の捲回型電極群１の劣化を防ぐことができた。これが、実施例１から６の電池１０が高い容量維持率を示すことができた理由である。

実施例２は、実施例１と比べ、より高い容量維持率を示した。実施例２は、ｔＡ／ｔの値が２．１以下であったため、更に温度むらが生じにくく、それにより捲回型電極群１の劣化をさらに抑制することができた。これが、実施例２の電池１０がより高い容量維持率を示すことができた理由である。

実施例２、３及び５を結果を比較すると、（ＬＡ×ＷＡ）／（ＷＴ×ｄ）の値が小さいほど高い容量維持率を示した。すなわち、容量維持率は、実施例５＞実施例２＞実施例３の順であった。また、実施例２及び３は、実施例５よりも容量が大きかった。これは、実施例２及び３の電池１０は、（ＬＡ×ＷＡ）／（ＷＴ×ｄ）の値が１００以上であり、正極活物質含有層３２の幅ＷＣを十分にとることができたからである。

実施例６は負極集電タブ２３の幅ＷＴを２０ｍｍと大きくすることで、（ＬＡ×ＷＡ）／（ＷＴ×ｄ）の値を１００より小さくし、高い容量維持率が得られた。また、実施例６では、１０個の電極群１を作製したが、そのうち良品は２個であった。一方、実施例１から５は、実施例６よりも容量維持率が低かったが、正極集電タブ３３及び負極集電タブ２３を別々に揃えて容易に捲回することができた。実施例１から５では、それぞれ１０個の電極群１を作製したが、全ての電極群１が良品であった。ここでは、夫々そろえた正極集電タブ３３と負極集電タブ２２とが、厚さ方向に重ならないものを良品とみなした。

比較例１及び２の電池１０は、実施例１から６の電池１０よりも低い容量維持率を示した。これは、比較例１及び２の電池１０は、（ＬＡ×ＷＡ）／（ＷＴ×ｄ）の値が３５０より大きかったため、大電流で充電する際に電池内の温度むらが生じ、その結果、捲回型電極群１が劣化したせいであると考えられる。

比較例３の電池１０は、実施例１から６の電池１０よりも低い容量維持率を示した。比較例４の電池１０も、同様に、実施例１から６の電池１０よりも低い容量維持率を示した。

比較例３の電池１０は、（ＬＡ×ＷＡ）／（ＷＴ×ｄ）の値が３５０以下であった。一方、比較例４の電池１０は、（ＬＡ×ＷＡ）／（ＷＴ×ｄ）の値が３５０より大きかった。しかしながら、表２の結果から明らかなように、比較例３及び比較例４の電池１０は、同程度の低い容量維持率を示した。この結果から、負極活物質を黒鉛とした場合、（ＬＡ×ＷＡ）／（ＷＴ×ｄ）の値を３５０以下としても、実施例１から６のような効果を得ることができないことが分かる。

比較例３及び４の電池１０が低い容量維持率を示した原因は、電池内に生じる温度むらよりはむしろ、大電流で充電した際に負極上にＬｉデンドライトが析出して、電極が劣化したことにあると考えられる。

以上に説明した少なくとも一つの実施形態及び実施例に係る電池は、複数の正極集電タブ及び複数の負極集電タブが同じ向きに突出しており、ＷＴ、ＬＡ、ＷＡ及びｄが関係式：（ＬＡ×ＷＡ）／（ＷＴ×ｄ）≦３５０を満たす捲回型電極群を具備するため、大電流での充放電を繰り返した際の負極活物質含有層の温度むらを十分に抑えることができる。そのため、この電池は、大電流での充放電を繰り返した際の電極群の劣化を防ぐことができ、ひいては優れたサイクル寿命を示すことができる。

つまり、以上に説明した少なくとも一つの実施形態および実施例によれば、サイクル寿命に優れた電池を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…捲回型電極群（電極群アセンブリ）、２…負極、２１…負極集電体、２２…負極活物質含有層、２３…負極集電タブ、３…正極、３１…正極集電体、３２…正極活物質含有層、３３…正極集電タブ、４…セパレータ、１０…非水電解質二次電池、１１…ケース、１２…封口体、１３…注入口、１４…封止材、１５…正極端子、１６…負極端子、１７…絶縁材、１８…安全弁。

Claims (6)

1. 第１の方向に延びた第１の長辺及び第２の長辺を有し且つ前記第１の方向に直交する第２の方向に幅を有する帯状の主部を含む負極集電体と、前記負極集電体の前記主部上に形成された負極活物質含有層とを備え、前記負極活物質含有層はチタン酸リチウムを含み、前記負極集電体は、前記主部の前記第１の長辺から突出した複数の負極集電タブを備え、前記複数の負極集電タブは幅がＷＴ（ｍｍ）であり、前記複数の負極集電タブのうち隣り合う２つの間のピッチがＬＡ（ｍｍ）以下であり、前記負極活物質含有層は、前記第２の方向における幅がＷＡ（ｍｍ）である負極と、
   前記第１の方向に延びた一対の長辺を有する帯状の主部を含む正極集電体と、前記正極集電体の前記主部上に形成された正極活物質含有層とを備え、前記正極集電体は、前記主部の１つの長辺から前記負極集電タブと同じ向きに突出した複数の正極集電タブを備える正極と、
   前記正極活物質含有層と前記負極活物質含有層との間に配置されたセパレータと
   が捲回されており、
   前記負極活物質含有層は、前記負極集電タブが突出している向きにおいて前記正極活物質含有層から突出している第１の部分を含み、前記負極活物質含有層の前記第１の部分は、前記第２の方向における幅がｄ（ｍｍ）であり、
   前記ＷＴ、前記ＬＡ、前記ＷＡ及び前記ｄは関係式：
   （ＬＡ×ＷＡ）／（ＷＴ×ｄ）≦３５０
   を満たす捲回型電極群を具備することを特徴とする電池。
2. 前記ＷＴ、前記ＬＡ、前記ＷＡ及び前記ｄが関係式：
   １００≦（ＬＡ×ＷＡ）／（ＷＴ×ｄ）≦３５０
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載の電池。
3. 前記負極集電体は厚さがｔ（μｍ）であり、前記負極活物質含有層は厚さがｔＡ（μｍ）であり、前記厚さｔ及び前記厚さｔＡは関係式：
   ｔＡ／ｔ≦２．２
   を満たすことを特徴とする請求項２に記載の電池。
4. 前記負極活物質含有層は、前記第１の部分が突出した向きとは反対の向きに前記正極活物質含有層から突出している第２の部分を更に含み、前記負極活物質含有層の前記第２の部分は、前記第２の方向における幅がｄ₂（ｍｍ）であり、前記ｄ及び前記ｄ₂は、関係式：ｄ＞ｄ₂を満たすことを特徴とする請求項２に記載の電池。
5. 前記負極活物質含有層の面積は、前記正極活物質含有層の面積よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の電池。
6. 前記電極群に保持された非水電解質を更に具備することを特徴とする請求項２に記載の電池。

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