JP2016126889A - リチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】リチウム化合物の析出に起因する電池性能の低下を防止するリチウムイオン二次電池の提供。【解決手段】正極集電体１２１の主面１２１ａのうち正極合剤層１２０が設けられていない部分から、正極合剤層１２０の厚みが漸減する漸減部の表面１２０ｂの一部までの領域を覆う絶縁体１２２を備え、主面１２１ａに直交する平面でリチウムイオン二次電池を切った断面において、正極合剤層１２０の漸減部の表面１２０ｂと絶縁体１２２の端１２２ａとが接する点を通り、かつ、正極集電体１２１の主面１２１ａと直交する垂線Ｖ１と、正極集電体１２１の主面１２１ａと、漸減部の表面１２０ｂと、によって囲まれる第１領域Ａ１の面積Ｓ１が、正極合剤層１２０の上面１２０ａを通り、かつ、垂線Ｖ１に直交する直交線Ｈと、垂線Ｖ１と、漸減部の表面１２０ｂと、によって囲まれる第２領域Ａ２の面積Ｓ２より小さいリチウムイオン二次電池。【選択図】図３
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。
リチウムイオン二次電池において、正極と負極の短絡を防止するために、正極および／または負極の一部に絶縁性のテープ（以下「絶縁テープ」という）が設けられる場合がある。例えば特許文献１には、絶縁テープが、正極に含まれる正極集電体の主面の一部と、正極に含まれる正極合剤層の厚みが傾斜して減少している塗着終端の表面の一部と、を覆うように設けられている構成が開示されている。
しかしながら、特許文献１の構成において、リチウムイオン二次電池を最初に充電するときに、正極合剤層に含まれるリチウムイオンのうち、正極合剤層の厚みが傾斜して減少している塗着終端の表面（以下「漸減部」ともいう）のうち絶縁テープによって覆われた部分（以下「被覆表面」という）の下方の領域に含まれるリチウムイオンは、リチウムイオン二次電池を最初に充電するときに、絶縁テープによって覆われていない漸減部の表面（以下「非被覆表面」という）の下方の領域に含まれるリチウムイオンと合流するので、非被覆表面の下方の領域では、リチウムイオンの流れが集中する。その結果、非被覆表面からは、非被覆表面の下方の領域に含まれるリチウムイオンだけでなく、被覆表面の下方の領域に含まれるリチウムイオンも放出する。
ところが、特許文献１に挙げられているような従来の構成では、正極合剤層に対向する負極合剤層は、非被覆表面の下方の領域に含まれるリチウムイオン、および、被覆表面の下方の領域に含まれるリチウムイオンのすべてを吸蔵できるように設計されていない。したがって、負極合剤層が吸蔵できなかったリチウムイオンが金属リチウムあるいはリチウム化合物（以下、まとめて「リチウム化合物」ともいう）となって負極の表面に析出する場合がある。負極の表面に析出したリチウム化合物は、電池性能を低下させる要因になる。
本発明の目的は、上記課題を解決するものであり、リチウム化合物の析出に起因するリチウムイオン二次電池の電池性能の低下を防ぐことである。
本発明の一態様は、
正極集電体の主面に設けられ、かつ、リチウムイオンを吸蔵または放出する正極活物質を含む正極合剤層と、
負極集電体の主面に設けられ、かつ、リチウムイオンを吸蔵または放出する負極活物質を含む負極合剤層と、
前記正極合剤層と前記負極合剤層との間に設けられた電解質層と、
前記正極集電体の主面のうち前記正極合剤層が設けられていない部分から、前記正極合剤層の厚みが漸減する漸減部の表面の一部までの領域を覆う絶縁体と、を備え、
前記正極集電体の主面に直交する平面でリチウムイオン二次電池を切った断面において、前記正極合剤層の漸減部の表面と前記絶縁体の端とが接する点を通り、かつ、前記正極集電体の主面と直交する垂線と、前記正極集電体の主面と、前記漸減部の表面と、によって囲まれる第１領域の面積が、前記正極合剤層の上面を通り、かつ、前記垂線に直交する直交線と、前記垂線と、前記漸減部の表面と、によって囲まれる第２領域の面積より小さい、
リチウムイオン二次電池。
正極集電体の主面に設けられ、かつ、リチウムイオンを吸蔵または放出する正極活物質を含む正極合剤層と、
負極集電体の主面に設けられ、かつ、リチウムイオンを吸蔵または放出する負極活物質を含む負極合剤層と、
前記正極合剤層と前記負極合剤層との間に設けられた電解質層と、
前記正極集電体の主面のうち前記正極合剤層が設けられていない部分から、前記正極合剤層の厚みが漸減する漸減部の表面の一部までの領域を覆う絶縁体と、を備え、
前記正極集電体の主面に直交する平面でリチウムイオン二次電池を切った断面において、前記正極合剤層の漸減部の表面と前記絶縁体の端とが接する点を通り、かつ、前記正極集電体の主面と直交する垂線と、前記正極集電体の主面と、前記漸減部の表面と、によって囲まれる第１領域の面積が、前記正極合剤層の上面を通り、かつ、前記垂線に直交する直交線と、前記垂線と、前記漸減部の表面と、によって囲まれる第２領域の面積より小さい、
リチウムイオン二次電池。
本発明によれば、リチウム化合物の析出に起因するリチウムイオン二次電池の電池性能の低下を防ぐことができる。
以下、本発明のリチウムイオン二次電池について詳細に説明する。
（１）リチウムイオン二次電池
図１は、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の一例の概略を示す斜視図である。図２は、図１に示したリチウムイオン二次電池のＩ−Ｉ線に沿った模式的な断面図である。本実施形態は、ラミネートフィルムで外装されたリチウムイオン二次電池である。
図１は、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の一例の概略を示す斜視図である。図２は、図１に示したリチウムイオン二次電池のＩ−Ｉ線に沿った模式的な断面図である。本実施形態は、ラミネートフィルムで外装されたリチウムイオン二次電池である。
図１および図２に示すように、本実施形態のリチウムイオン二次電池１は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素１０が、電池外装材であるラミネートフィルム２２の内部に封止された構造を有する。詳しくは、高分子−金属複合ラミネートフィルムを電池外装材として用いて、その周辺部の全部を熱融着にて接合することにより、発電要素１０を収納し密封した構成を有している。
発電要素１０は、負極集電体１１１の両主面（発電要素の最下層用および最上層用は片面のみ）に負極合剤層１１０が配置された負極と、電解質層１３と、正極集電体１２１の両主面に正極合剤層１２０が配置された正極１２とを積層した構成を有している。具体的には、１つの負極合剤層１１０とこれに隣接する正極合剤層１２０とが、電解質層１３を介して対向するようにして、負極１１、電解質層１３、正極１２がこの順に積層されている。
これにより、隣接する負極１１、電解質層１３および正極１２は、１つの単電池層を構成する。したがって、本実施形態のリチウムイオン二次電池１は、単電池層が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。発電要素１０の両最外層には、負極が設けられている。
負極集電体１１１および正極集電体１２１には、各電極（負極１１および正極１２）と導通される負極タブ１８および正極タブ１９がそれぞれ取り付けられ、ラミネートフィルム２２の端部に挟まれるようにラミネートフィルム２２の外部に導出される構造を有している。負極タブ１８および正極タブ１９は、必要に応じて負極端子リード２０および正極端子リード２１を介して、各電極の負極集電体１１１および正極集電体１２１に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられていてもよい（図２にはこの形態を示す）。ただし、負極集電体１１１が延長されて負極タブ１８とされ、ラミネートフィルム２２から導出されていてもよい。同様に、正極集電体１２１が延長されて正極タブ１９とされ、同様に電池外装材から導出される構造としてもよい。
以下、本形態のリチウムイオン二次電池を構成する部材について簡単に説明するが、下記の形態のみに制限されることはなく、従来公知の形態も同様に採用されうる。
（１−１）正極または負極
（１−１−１）集電体
集電体は導電性材料から構成され、その両面に活物質層が配置されて電池の電極を構成する。
（１−１−１）集電体
集電体は導電性材料から構成され、その両面に活物質層が配置されて電池の電極を構成する。
集電体を構成する材料に特に制限はないが、金属からなるものが好ましい。具体的には、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、銅等が挙げられる。これらのほか、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、あるいはこれらの金属を組み合わせためっき材等が好ましく用いられうる。また、金属表面にアルミニウムが被覆されてなる箔であってもよい。なかでも、電子伝導性や電池作動電位の観点からは、アルミニウム、ステンレス鋼、銅が好ましい。
集電体の大きさは、電池の使用用途に応じて決定される。例えば、高エネルギー密度が要求される大型の電池に用いられるのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。集電体の厚さについても特に制限はないが、通常は１〜１００μｍ程度である。
（１−１−２）正極合剤層
正極合剤層は正極活物質を含む。正極活物質は、放電時にイオンを吸蔵し、充電時にイオンを放出する組成を有する。好ましい一例としては、遷移金属とリチウムとの複合酸化物であるリチウム−遷移金属複合酸化物が挙げられる。具体的には、ＬｉＣｏＯ２等のＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物、ＬｉＮｉＯ２等のＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物、スピネル構造を有するＬｉＭｎ２Ｏ４等のＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物、ＬｉＦｅＯ２等のＬｉ・Ｆｅ系複合酸化物およびこれらの遷移金属の一部を他の元素により置換したもの等が使用できる。これらリチウム−遷移金属複合酸化物は、反応性、サイクル特性に優れ、低コストな材料である。そのためこれらの材料を電極に用いることにより、出力特性に優れた電池を形成することが可能である。この他、前記正極活物質としては、ＬｉＦｅＰＯ４等の遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物；Ｖ２Ｏ５、ＭｎＯ２、ＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＭｏＯ３等の遷移金属酸化物や硫化物；ＰｂＯ２、ＡｇＯ、ＮｉＯＯＨ等、を用いることもできる。上記正極活物質は、単独で使用されてもあるいは２種以上の混合物の形態で使用されてもよい。
正極合剤層は正極活物質を含む。正極活物質は、放電時にイオンを吸蔵し、充電時にイオンを放出する組成を有する。好ましい一例としては、遷移金属とリチウムとの複合酸化物であるリチウム−遷移金属複合酸化物が挙げられる。具体的には、ＬｉＣｏＯ２等のＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物、ＬｉＮｉＯ２等のＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物、スピネル構造を有するＬｉＭｎ２Ｏ４等のＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物、ＬｉＦｅＯ２等のＬｉ・Ｆｅ系複合酸化物およびこれらの遷移金属の一部を他の元素により置換したもの等が使用できる。これらリチウム−遷移金属複合酸化物は、反応性、サイクル特性に優れ、低コストな材料である。そのためこれらの材料を電極に用いることにより、出力特性に優れた電池を形成することが可能である。この他、前記正極活物質としては、ＬｉＦｅＰＯ４等の遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物；Ｖ２Ｏ５、ＭｎＯ２、ＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＭｏＯ３等の遷移金属酸化物や硫化物；ＰｂＯ２、ＡｇＯ、ＮｉＯＯＨ等、を用いることもできる。上記正極活物質は、単独で使用されてもあるいは２種以上の混合物の形態で使用されてもよい。
正極活物質の平均粒子径は、特に制限されないが、正極活物質の高容量化、反応性、サイクル耐久性の観点からは、好ましくは１〜１００μｍ、より好ましくは１〜２０μｍである。このような範囲であれば、二次電池は、高出力条件下での充放電時における電池の内部抵抗の増大が抑制され、充分な電流を取り出しうる。なお、正極活物質が２次粒子である場合には該２次粒子を構成する１次粒子の平均粒子径が１０ｎｍ〜１μｍの範囲であるのが望ましいといえるが、本発明では、必ずしも上記範囲に制限されるものではない。ただし、製造方法にもよるが、正極活物質が凝集、塊状等により２次粒子化したものでなくても良いことはいうまでもない。かかる正極活物質の粒径および１次粒子の粒径は、レーザー回折法を用いて得られたメディアン径が使用できる。なお、正極活物質の形状は、その種類や製造方法等によって取り得る形状が異なり、例えば、球状（粉末状）、板状、針状、柱状、角状等が挙げられるがこれらに限定されるものではなく、いずれの形状であれ問題なく使用できる。好ましくは、充放電特性等の電池特性を向上し得る最適の形状を適宜選択するのが望ましい。
（１−１−３）負極合剤層
負極合剤層は負極活物質を含む。負極活物質は、放電時にイオンを放出し、充電時にイオンを吸蔵できる組成を有する。負極活物質は、リチウムを可逆的に吸蔵および放出できるものであれば特に制限されないが、負極活物質の例としては、ＳｉやＳｎ等の金属、あるいはＴｉＯ、Ｔｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、もしくはＳｉＯ２、ＳｉＯ、ＳｎＯ２等の金属酸化物、Ｌｉ４／３Ｔｉ５／３Ｏ４もしくはＬｉ７ＭｎＮ等のリチウムと遷移金属との複合酸化物、Ｌｉ−Ｐｂ系合金、Ｌｉ−Ａｌ系合金、Ｌｉ、または天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、もしくはハードカーボン等の炭素材料等が好ましく挙げられる。上記負極活物質は、単独で使用されてもあるいは２種以上の混合物の形態で使用されてもよい。
負極合剤層は負極活物質を含む。負極活物質は、放電時にイオンを放出し、充電時にイオンを吸蔵できる組成を有する。負極活物質は、リチウムを可逆的に吸蔵および放出できるものであれば特に制限されないが、負極活物質の例としては、ＳｉやＳｎ等の金属、あるいはＴｉＯ、Ｔｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、もしくはＳｉＯ２、ＳｉＯ、ＳｎＯ２等の金属酸化物、Ｌｉ４／３Ｔｉ５／３Ｏ４もしくはＬｉ７ＭｎＮ等のリチウムと遷移金属との複合酸化物、Ｌｉ−Ｐｂ系合金、Ｌｉ−Ａｌ系合金、Ｌｉ、または天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、もしくはハードカーボン等の炭素材料等が好ましく挙げられる。上記負極活物質は、単独で使用されてもあるいは２種以上の混合物の形態で使用されてもよい。
なお、負極活物質の粒子径や形状は、特に制限されず、様々な形態が可能である。
活物質層には、必要であれば、その他の物質が含まれてもよい。例えば、導電助剤、バインダ等が含まれうる。また、イオン伝導性ポリマーが含まれる場合には、前記ポリマーを重合させるための重合開始剤が含まれてもよい。
導電助剤とは、活物質層の導電性を向上させるために配合される添加物をいう。導電助剤としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、グラファイト等のカーボン粉末や、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ；登録商標）等の種々の炭素繊維、膨張黒鉛等が挙げられる。しかし、導電助剤がこれらに限定されないことはいうまでもない。
バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリイミド、ＰＴＦＥ、ＳＢＲ、合成ゴム系バインダ等が挙げられる。しかし、バインダがこれらに限定されないことはいうまでもない。
活物質層に含まれる成分の配合比は、特に限定されない。配合比は、リチウムイオン二次電池についての公知の知見を適宜参照することにより調整されうる。活物質層の厚さについても特に制限はなく、リチウムイオン二次電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。一例を挙げると、活物質層の厚さは、好ましくは１０〜１００μｍ程度であり、より好ましくは２０〜５０μｍである。活物質層が１０μｍ程度以上であれば、電池容量が充分に確保されうる。一方、活物質層が１００μｍ程度以下であれば、電極深部（集電体側）にリチウムイオンが拡散しにくくなることに伴う内部抵抗の増大という問題の発生が抑制されうる。
（１−１−４）電解質層
本形態に係る電解質層は、セパレータに液体電解質または高分子ゲル電解質が保持されてなる。
本形態に係る電解質層は、セパレータに液体電解質または高分子ゲル電解質が保持されてなる。
（１−１−５）セパレータ
セパレータは、電解液を保持して正極と負極との間のリチウムイオン伝導性を確保する機能、および正極と負極との間の隔壁としての機能を有する。本形態のセパレータを構成する材料は、特に制限はなく、従来公知のものを用いることができる。例えば、電解質（特に電解液）を吸収、保持、または担持することができる高分子材料からなる多孔性シートセパレータや、不織布セパレータ等が好適に用いられうる。また、これ以外にも、セルロースやセラミックからなるセパレータを用いてもよい。
セパレータは、電解液を保持して正極と負極との間のリチウムイオン伝導性を確保する機能、および正極と負極との間の隔壁としての機能を有する。本形態のセパレータを構成する材料は、特に制限はなく、従来公知のものを用いることができる。例えば、電解質（特に電解液）を吸収、保持、または担持することができる高分子材料からなる多孔性シートセパレータや、不織布セパレータ等が好適に用いられうる。また、これ以外にも、セルロースやセラミックからなるセパレータを用いてもよい。
多孔性シートセパレータに用いられる高分子材料としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、およびポリイミド等が挙げられる。また、不織布セパレータに用いられる材料としては、例えば、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステル、ポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフィン、ポリイミド、ならびにアラミド樹脂等が挙げられる。
セパレータの製造方法も特に制限はなく、従来公知の手法を適宜参照して製造することができる。例えば、高分子材料からなる多孔性シートセパレータの場合は、高分子材料を一軸または二軸延伸することにより、微多孔を作製することができる。
（１−１−６）電解質
液体電解質は、溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解したものである。溶媒としては、例えば、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、プロピオン酸メチル（ＭＰ）、酢酸メチル（ＭＡ）、ギ酸メチル（ＭＦ）、４−メチルジオキソラン（４ＭｅＤＯＬ）、ジオキソラン（ＤＯＬ）、２−メチルテトラヒドロフラン（２ＭｅＴＨＦ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、およびγ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）等が挙げられる。これらの溶媒は、１種を単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせた混合物として使用してもよい。
液体電解質は、溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解したものである。溶媒としては、例えば、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、プロピオン酸メチル（ＭＰ）、酢酸メチル（ＭＡ）、ギ酸メチル（ＭＦ）、４−メチルジオキソラン（４ＭｅＤＯＬ）、ジオキソラン（ＤＯＬ）、２−メチルテトラヒドロフラン（２ＭｅＴＨＦ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、およびγ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）等が挙げられる。これらの溶媒は、１種を単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせた混合物として使用してもよい。
また、支持塩（リチウム塩）としては、特に制限はないが、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＴａＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、Ｌｉ２Ｂ１０Ｃｌ１０、ＬｉＩ、ＬｉＢｒ、ＬｉＣｌ、ＬｉＡｌＣｌ、ＬｉＨＦ２、ＬｉＳＣＮ等の無機酸陰イオン塩、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ、ＬｉＢＯＢ（リチウムビスオキサイドボレート）、ＬｉＢＥＴＩ（リチウムビス（パーフルオロエチレンスルホニルイミド）；Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎとも記載）等の有機酸陰イオン塩等が挙げられる。これらの電解質塩は、単独で使用されてもあるいは２種以上の混合物の形態で使用されてもよい。
高分子ゲル電解質は、リチウムイオン伝導性を有するマトリックスポリマーに、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。リチウムイオン伝導性を有するマトリックスポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシドを主鎖または側鎖に持つポリマー（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシドを主鎖または側鎖に持つポリマー（ＰＰＯ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメタクリル酸エステル、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体（ＰＶｄＦ−ＨＦＰ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリ（メチルアクリレート）（ＰＭＡ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）等が挙げられる。また、上記のポリマー等の混合物、変成体、誘導体、ランダム共重合体、交互共重合体、グラフト共重合体、ブロック共重合体等も使用できる。これらのうち、ＰＥＯ、ＰＰＯおよびそれらの共重合体、ＰＶｄＦ、ＰＶｄＦ−ＨＦＰを用いることが望ましい。かようなマトリックスポリマーには、リチウム塩等の電解質塩がよく溶解しうる。また、マトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発揮しうる。
（１−２）タブ
図１および図２に示すリチウムイオン二次電池においては、電池外部に電流を取り出す目的で、集電体に電気的に接続されたタブ（正極タブおよび負極タブ）が外装材であるラミネートフィルムの外部に取り出されている。
図１および図２に示すリチウムイオン二次電池においては、電池外部に電流を取り出す目的で、集電体に電気的に接続されたタブ（正極タブおよび負極タブ）が外装材であるラミネートフィルムの外部に取り出されている。
タブを構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用のタブとして従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。タブの構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、これらの合金等の金属材料が好ましい。軽量、耐食性、高導電性の観点から、より好ましくはアルミニウム、銅であり、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極タブと負極タブとでは、同一の材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。
（１−３）正極端子リードおよび負極端子リード
図１および図２に示すリチウムイオン二次電池１においては、負極端子リード２０および正極端子リード２１をそれぞれ介して、集電体はタブと電気的に接続されている。
図１および図２に示すリチウムイオン二次電池１においては、負極端子リード２０および正極端子リード２１をそれぞれ介して、集電体はタブと電気的に接続されている。
正極および負極端子リードの材料は、公知のリチウムイオン二次電池で用いられるリードを用いることができる。
（１−４）外装材
外装材としては、図１に示すようなラミネートフィルム２２を外装材として用いて、発電要素１０をパックしてもよい。ラミネートフィルムは、例えば、ポリプロピレン、アルミニウム、ナイロンがこの順に積層されてなる３層構造として構成されうる。そのほか、従来公知の金属缶ケースを用いてもよい。
外装材としては、図１に示すようなラミネートフィルム２２を外装材として用いて、発電要素１０をパックしてもよい。ラミネートフィルムは、例えば、ポリプロピレン、アルミニウム、ナイロンがこの順に積層されてなる３層構造として構成されうる。そのほか、従来公知の金属缶ケースを用いてもよい。
（２）正極の端部
次に、本実施形態のリチウムイオン二次電池の断面視における正極の端部について説明する。
次に、本実施形態のリチウムイオン二次電池の断面視における正極の端部について説明する。
（２−１）正極の端部の形状
まず、本実施形態の正極の端部の形状について、図３を参照して説明する。図３は、図２のＩＩ線で囲まれた部分の拡大図である。
まず、本実施形態の正極の端部の形状について、図３を参照して説明する。図３は、図２のＩＩ線で囲まれた部分の拡大図である。
図３に示すように、本実施形態の正極１２の端部では、正極集電体１２１の両方の主面１２１ａ上に形成された正極合剤層１２０は、正極合剤層１２０の上面１２０ａから正極集電体１２１の主面１２１ａに向かって厚みが漸減する部分（以下「漸減部」という）を有する。
正極合剤層１２０は、正極集電体１２１の主面１２１ａに正極活物質を含む正極合剤のペーストを吐出するコーターを用いて塗着することで形成することができる。漸減部の断面形状は、コーターのノズルから吐出されるペーストの量を調節するバルブを開閉すること（例えば、当該バルブを閉じる速度を調整すること等）によって形成される。
正極合剤層１２０は、正極集電体１２１の主面１２１ａに正極活物質を含む正極合剤のペーストを吐出するコーターを用いて塗着することで形成することができる。漸減部の断面形状は、コーターのノズルから吐出されるペーストの量を調節するバルブを開閉すること（例えば、当該バルブを閉じる速度を調整すること等）によって形成される。
以下、正極合剤層１２０の厚みが漸減し始める点Ｐｓを「漸減始点」といい、正極合剤層１２０の漸減部の表面（以下「漸減面」という）１２０ｂと正極集電体１２１の主面１２１ａとの交点（つまり、正極合剤層１２０の厚みが０になる点）Ｐｅを「漸減終点」という。
正極集電体１２１の主面１２１ａのうち、正極合剤層１２０が設けられていない部分（つまり、漸減終点Ｐｅに対して、正極合剤層１２０とは反対側の部分）から、正極合剤層１２０の漸減面１２０ｂの一部までの領域は、絶縁体１２２によって覆われている。
以下、絶縁体１２２の正極集電体１２１の主面１２１ａ上の両端１２２ａ及び１２２ｂのうち、正極合剤層１２０の漸減面１２０ｂ側の端１２２ａを「第１端」といい、正極集電体１２１の主面１２１ａ側の端１２２ｂを「第２端」という。
正極合剤層１２０の漸減面１２０ｂのうち、絶縁体１２２の第１端１２２ａから漸減終点Ｐｅまでの領域は、絶縁体１２２によって覆われた面（以下「被覆面」という）である。
一方、正極合剤層１２０の漸減面１２０ｂのうち、漸減始点Ｐｓから絶縁体１２２の第１端１２２ａまでの領域は、絶縁体１２２によって覆われた面（以下「非被覆面」という）である。
一方、正極合剤層１２０の漸減面１２０ｂのうち、漸減始点Ｐｓから絶縁体１２２の第１端１２２ａまでの領域は、絶縁体１２２によって覆われた面（以下「非被覆面」という）である。
（２−２）正極の端部におけるリチウムイオンの動き
次に、本実施形態の正極の端部におけるリチウムイオンの動きについて、図３を参照して説明する。
次に、本実施形態の正極の端部におけるリチウムイオンの動きについて、図３を参照して説明する。
以下、正極合剤層１２０のうち、第１端１２２ａから正極集電体１２１の主面１２１ａに下ろした垂線Ｖ１と、正極集電体１２１の主面１２１ａと、正極合剤層１２０の漸減面１２０ｂと、によって囲まれる領域Ａ１を「第１領域」という。正極合剤層１２０の第１領域Ａ１は、被覆面に対応する。つまり、正極合剤層１２０の漸減面１２０ｂのうち、第１領域Ａ１に対応する部分は絶縁体１２２によって覆われている。
また、正極合剤層１２０の上面１２０ａを通り、かつ、垂線Ｖ１に直交する線（以下「直交線」という）Ｈと、垂線Ｖ１と、漸減面１２０ｂと、によって囲まれる領域Ａ２を「第２領域」という。
また、正極合剤層１２０のうち、垂線Ｖ１と、漸減始点Ｐｓから正極集電体１２１の主面１２１ａに下ろした垂線Ｖ２と、正極集電体１２１の主面１２１ａと、正極合剤層１２０の漸減面１２０ｂと、によって囲まれる領域Ａ３を「第３領域」という。正極合剤層１２０の第３領域Ａ３は、非被覆面に対応する。つまり、正極合剤層１２０の漸減面１２０ｂのうち、第３領域Ａ３に対応する部分は絶縁体１２２によって覆われていない。
また、正極合剤層１２０のうち、正極合剤層１２０の上面１２０ａと主面１２１ａとの間の領域Ａ４を「第４領域」という。正極合剤層１２０の第４領域Ａ４の表面、つまり、正極合剤層１２０の上面１２０ａは絶縁体１２２によって覆われていない。
また、正極合剤層１２０の上面１２０ａを通り、かつ、垂線Ｖ１に直交する線（以下「直交線」という）Ｈと、垂線Ｖ１と、漸減面１２０ｂと、によって囲まれる領域Ａ２を「第２領域」という。
また、正極合剤層１２０のうち、垂線Ｖ１と、漸減始点Ｐｓから正極集電体１２１の主面１２１ａに下ろした垂線Ｖ２と、正極集電体１２１の主面１２１ａと、正極合剤層１２０の漸減面１２０ｂと、によって囲まれる領域Ａ３を「第３領域」という。正極合剤層１２０の第３領域Ａ３は、非被覆面に対応する。つまり、正極合剤層１２０の漸減面１２０ｂのうち、第３領域Ａ３に対応する部分は絶縁体１２２によって覆われていない。
また、正極合剤層１２０のうち、正極合剤層１２０の上面１２０ａと主面１２１ａとの間の領域Ａ４を「第４領域」という。正極合剤層１２０の第４領域Ａ４の表面、つまり、正極合剤層１２０の上面１２０ａは絶縁体１２２によって覆われていない。
以下の説明では、第１領域Ａ１〜第４領域Ａ４が占める面積を、それぞれＳ１〜Ｓ４という。
第１領域Ａ１の面積Ｓ１および第２領域Ａ２の面積Ｓ２は、垂線Ｖ１の位置によって決まる。垂線Ｖ１の位置は、絶縁体１２２の第１端１２２ａの位置によって決まる。つまり、第１領域Ａ１の面積Ｓ１および第２領域Ａ２の面積Ｓ２は、絶縁体１２２の第１端１２２ａの位置によって決まる。
本実施形態では、絶縁体１２２の第１端１２２ａは、第１領域Ａ１の面積Ｓ１が第２領域Ａ２の面積Ｓ２より小さくなる位置に配置される。
第１領域Ａ１の面積Ｓ１および第２領域Ａ２の面積Ｓ２は、垂線Ｖ１の位置によって決まる。垂線Ｖ１の位置は、絶縁体１２２の第１端１２２ａの位置によって決まる。つまり、第１領域Ａ１の面積Ｓ１および第２領域Ａ２の面積Ｓ２は、絶縁体１２２の第１端１２２ａの位置によって決まる。
本実施形態では、絶縁体１２２の第１端１２２ａは、第１領域Ａ１の面積Ｓ１が第２領域Ａ２の面積Ｓ２より小さくなる位置に配置される。
正極合剤層１２０の第１領域Ａ１、第３領域Ａ３、および、第４領域Ａ４には、それぞれ、正極合剤層１２０の厚さに応じた量の正極活物質が含まれている。換言すると、第１領域Ａ１、第３領域Ａ３、および、第４領域Ａ４には、それぞれ、面積Ｓ１、面積Ｓ３、および、面積Ｓ４に相当する量の正極活物質が含まれている。
正極合剤層１２０の第１領域Ａ１に含まれる正極活物質が放出するリチウムイオンは、第１領域Ａ１の表面上に絶縁体１２２が設けられているため、正極合剤層１２０の漸減面１２０ｂのうち第１領域Ａ１に対応する部分（つまり、被覆面）からは放出されず、第３領域Ａ３に移動する。
一方、正極合剤層１２０の第３領域Ａ３に含まれる正極活物質が放出するリチウムイオンは、正極合剤層１２０の漸減面１２０ｂのうち第３領域Ａ３に対応する部分（つまり、非被覆面）から放出される。また、第１領域Ａ１から第３領域Ａ３に移動したリチウムイオンも、正極合剤層１２０の漸減面１２０ｂのうち第３領域Ａ３に対応する非被覆面の一部から放出される。
換言すると、正極合剤層１２０の漸減面１２０ｂのうち第３領域Ａ３に対応する部分（つまり、非被覆面）からは、第３領域Ａ３に含まれる正極活物質からリチウムイオンが放出されるだけでなく、第１領域Ａ１に含まれる正極活物質から移動したリチウムイオンも放出される。
一方、正極合剤層１２０の第３領域Ａ３に含まれる正極活物質が放出するリチウムイオンは、正極合剤層１２０の漸減面１２０ｂのうち第３領域Ａ３に対応する部分（つまり、非被覆面）から放出される。また、第１領域Ａ１から第３領域Ａ３に移動したリチウムイオンも、正極合剤層１２０の漸減面１２０ｂのうち第３領域Ａ３に対応する非被覆面の一部から放出される。
換言すると、正極合剤層１２０の漸減面１２０ｂのうち第３領域Ａ３に対応する部分（つまり、非被覆面）からは、第３領域Ａ３に含まれる正極活物質からリチウムイオンが放出されるだけでなく、第１領域Ａ１に含まれる正極活物質から移動したリチウムイオンも放出される。
（３）本実施形態の比較例および本実施形態の効果
次に、本実施形態の比較例および本実施形態の効果について、図４を参照して説明する。図４は、本実施形態の比較例の正極活物質層の端部の拡大図である。
次に、本実施形態の比較例および本実施形態の効果について、図４を参照して説明する。図４は、本実施形態の比較例の正極活物質層の端部の拡大図である。
図４に示すように、本実施形態の比較例の正極１２の端部は、絶縁体１２２の第１端１２２ａは、第１領域Ａ１の面積Ｓ１が第２領域Ａ２の面積Ｓ２より大きくなる位置に配置される点において、図３に示す本実施形態の正極１２の端部と異なる。
一般に、正極合剤層１２０から放出されたリチウムイオンは、正極合剤層１２０に対向する負極合剤層１１０に含まれる負極活物質によって吸蔵される。そのため、負極活物質が吸蔵できるリチウムイオン量の上限（以下「上限吸蔵量」という）は、正極合剤層１２０の最も厚い部分（つまり、上面１２０ａ）から放出されるリチウムイオンの量を基準として決められている。換言すると、負極活物質の上限吸蔵量は、領域Ａ４の単位面積あたりの正極活物質から放出されるリチウムイオンの量を基準として決められている。
本実施形態（図３）および本実施形態の比較例（図４）では、領域Ａ４の単位面積は、面積Ｓ２および面積Ｓ３の合計の単位面積と同一である。したがって、負極活物質の上限吸蔵量は、面積Ｓ２および面積Ｓ３の合計の単位面積あたりの正極活物質から放出されるリチウムイオンの量に相当する。
しかし、本実施形態の比較例では、面積Ｓ１が面積Ｓ２より大きいので、正極合剤層１２０の漸減面１２０ｂのうち第３領域Ａ３に対応する部分から放出される単位面積あたりのリチウムイオン（つまり、第１面積Ｓ１および第３面積Ｓ３の合計に相当する量の正極活物質から放出されるリチウムイオン）の量は、面積Ｓ２および面積Ｓ３の合計の単位面積あたりの正極活物質から放出されるリチウムイオンの量（つまり、負極活物質の上限吸蔵量）を超える場合がある。
正極合剤層１２０から放出されたリチウムイオンの量が負極活物質の上限吸蔵量を超えた場合、当該リチウムイオンは、金属リチウムあるいはリチウム化合物となって負極の表面に析出する場合がある。負極の表面に析出した金属リチウムあるいはリチウム化合物は、電池性能を低下させる要因になる。すなわち、比較例のリチウムイオン二次電池は、絶縁体１２２の第１端１２２ａの位置次第では、その電池性能が低下する可能性がある。
本実施形態（図３）および本実施形態の比較例（図４）では、領域Ａ４の単位面積は、面積Ｓ２および面積Ｓ３の合計の単位面積と同一である。したがって、負極活物質の上限吸蔵量は、面積Ｓ２および面積Ｓ３の合計の単位面積あたりの正極活物質から放出されるリチウムイオンの量に相当する。
しかし、本実施形態の比較例では、面積Ｓ１が面積Ｓ２より大きいので、正極合剤層１２０の漸減面１２０ｂのうち第３領域Ａ３に対応する部分から放出される単位面積あたりのリチウムイオン（つまり、第１面積Ｓ１および第３面積Ｓ３の合計に相当する量の正極活物質から放出されるリチウムイオン）の量は、面積Ｓ２および面積Ｓ３の合計の単位面積あたりの正極活物質から放出されるリチウムイオンの量（つまり、負極活物質の上限吸蔵量）を超える場合がある。
正極合剤層１２０から放出されたリチウムイオンの量が負極活物質の上限吸蔵量を超えた場合、当該リチウムイオンは、金属リチウムあるいはリチウム化合物となって負極の表面に析出する場合がある。負極の表面に析出した金属リチウムあるいはリチウム化合物は、電池性能を低下させる要因になる。すなわち、比較例のリチウムイオン二次電池は、絶縁体１２２の第１端１２２ａの位置次第では、その電池性能が低下する可能性がある。
本実施形態の比較例の場合とは異なり、本実施形態では、面積Ｓ１が面積Ｓ２より小さいので、正極合剤層１２０の漸減面１２０ｂのうち第３領域Ａ３に対応する部分から放出されるリチウムイオンの量は、面積Ｓ２および面積Ｓ３の合計の単位面積あたりの正極活物質から放出されるリチウムイオンの量（つまり、負極活物質の上限吸蔵量）より少ない。
これにより、正極合剤層１２０から放出されるリチウムイオンの量が負極合剤層１１０に含まれる負極活物質の上限吸蔵量を超える現象を抑制することができる。したがって、負極合剤層１１０が吸蔵できなかったリチウムイオンが金属リチウムあるいはリチウム化合物となって負極１１の表面に析出する現象を抑制することができる。その結果、負極１１の表面に析出したリチウム化合物に起因する電池性能の低下を回避することができる。
これにより、正極合剤層１２０から放出されるリチウムイオンの量が負極合剤層１１０に含まれる負極活物質の上限吸蔵量を超える現象を抑制することができる。したがって、負極合剤層１１０が吸蔵できなかったリチウムイオンが金属リチウムあるいはリチウム化合物となって負極１１の表面に析出する現象を抑制することができる。その結果、負極１１の表面に析出したリチウム化合物に起因する電池性能の低下を回避することができる。
（４）本実施形態の変形例
以下、本実施形態の変形例の正極の端部の形状について、図５を参照して説明する。なお、本実施形態の変形例の正極の端部におけるリチウムイオンの動きについては、本実施形態と同様であるので、説明を省略する。
図５は、本実施形態の変形例における図２のＩＩ線で囲まれた部分の拡大図である。
以下、本実施形態の変形例の正極の端部の形状について、図５を参照して説明する。なお、本実施形態の変形例の正極の端部におけるリチウムイオンの動きについては、本実施形態と同様であるので、説明を省略する。
図５は、本実施形態の変形例における図２のＩＩ線で囲まれた部分の拡大図である。
図５に示すように、本実施形態の変形例の正極１２の端部は、次の点において本実施形態（図３）と異なる。
・正極合剤層１２０の漸減面１２０ｂに対して接線Ｔを引いた場合に２点と接するように漸減面１２０ｂが形成されている点
・正極合剤層１２０の漸減面１２０ｂは、第１接点Ｐ１と第２接点Ｐ２との間において凹んだ形状を有する点
・絶縁体１２２の第１端１２２ａは、第１接点Ｐ１と第２接点Ｐ２との間に位置する点
・正極合剤層１２０の漸減面１２０ｂに対して接線Ｔを引いた場合に２点と接するように漸減面１２０ｂが形成されている点
・正極合剤層１２０の漸減面１２０ｂは、第１接点Ｐ１と第２接点Ｐ２との間において凹んだ形状を有する点
・絶縁体１２２の第１端１２２ａは、第１接点Ｐ１と第２接点Ｐ２との間に位置する点
本実施形態の変形例では、第１面積Ｓ１および第３面積Ｓ３が、それぞれ、本実施形態（図３）の第１面積Ｓ１および第３面積Ｓ３より小さいので、正極合剤層１２０の漸減面１２０ｂのうち第３領域Ａ３に対応する部分から放出されるリチウムイオンの量が、本実施形態より少ない。
これにより、本実施形態と比べて、負極１１の表面に析出したリチウム化合物に起因する電池性能の低下を確実に回避することができる。本変形例に示すように、正極合剤層１２０の漸減面１２０ｂの形態に関わらず、第１領域Ａ１の面積Ｓ１が第２領域Ａ２の面積Ｓ２よりも小さい限り、負極１１の表面へのリチウム化合物の析出を抑制することができる、という効果が得られる。
これにより、本実施形態と比べて、負極１１の表面に析出したリチウム化合物に起因する電池性能の低下を確実に回避することができる。本変形例に示すように、正極合剤層１２０の漸減面１２０ｂの形態に関わらず、第１領域Ａ１の面積Ｓ１が第２領域Ａ２の面積Ｓ２よりも小さい限り、負極１１の表面へのリチウム化合物の析出を抑制することができる、という効果が得られる。
（５）本実施形態の小括
以下、本実施形態について小括する。
以下、本実施形態について小括する。
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、正極集電体１２１の主面１２１ａに設けられ、かつ、リチウムイオンを吸蔵または放出する正極活物質を含む正極合剤層１２０と、負極集電体１１１の主面に設けられ、かつ、リチウムイオンを吸蔵または放出する負極活物質を含む負極合剤層１１０と、正極合剤層１２０と負極合剤層１１０との間に設けられた電解質層１３と、正極集電体１２１の主面１２１ａのうち正極合剤層１２０が設けられていない部分から、正極合剤層１２０の厚みが漸減する漸減部の表面の一部までの領域を覆う絶縁体１２２と、を備えている。正極集電体１２１の主面１２１ａに直交する平面でリチウムイオン二次電池を切った断面において、正極合剤層１２０の漸減部の表面１２０ｂと絶縁体１２２の端１２２ａとが接する点を通り、かつ、正極集電体１２１の主面１２１ａと直交する垂線Ｖ１と、正極集電体１２１の主面１２１ａと、漸減部の表面１２０ｂと、によって囲まれる第１領域Ａ１の面積Ｓ１が、正極合剤層１２０の上面１２０ａを通り、かつ、垂線Ｖ１に直交する直交線Ｈと、垂線Ｖ１と、漸減部の表面１２０ｂと、によって囲まれる第２領域Ａ２の面積Ｓ２より小さい。
本実施形態によれば、上記の構成により、リチウム化合物の析出に起因するリチウムイオン二次電池の電池性能の低下を防ぐことができる。
好ましくは、正極合剤層１２０の漸減部の表面１２０ｂは、当該表面に引かれた接線Ｔと接する少なくとも２つの第１接点Ｐ１および第２接点Ｐ２の間において凹んだ形状を有し、絶縁体の端は、第１接点Ｐ１と第２接点Ｐ２との間に位置してもよい。
上記の構成により、負極１１の表面に析出したリチウム化合物に起因する電池性能の低下を確実に回避することができる。特に、正極合剤層１２０の漸減面１２０ｂの形態に関わらず、第１領域Ａ１の面積Ｓ１が第２領域Ａ２の面積Ｓ２よりも小さい限り、負極１１の表面へのリチウム化合物の析出を抑制することができる、という効果が得られる。
以上、本発明の実施例について説明したが、上記実施例は本発明の実施形態の一例を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
例えば、集電体の一方の面に正極活物質層、他方の面に負極活物質層を形成し、電解質層を介して交互に積層した双極型電池に適用してもよい。
例えば、集電体の一方の面に正極活物質層、他方の面に負極活物質層を形成し、電解質層を介して交互に積層した双極型電池に適用してもよい。
１ ：リチウムイオン二次電池
１０ ：発電要素
１１ ：負極
１２ ：正極
１３ ：電解質層
１８ ：負極タブ
１９ ：正極タブ
２０ ：負極端子リード
２１ ：正極端子リード
２２ ：ラミネートフィルム
１１０ ：負極合剤層
１１１ ：負極集電体
１２０ ：正極合剤層
１２１ ：正極集電体
１２２ ：絶縁体
１０ ：発電要素
１１ ：負極
１２ ：正極
１３ ：電解質層
１８ ：負極タブ
１９ ：正極タブ
２０ ：負極端子リード
２１ ：正極端子リード
２２ ：ラミネートフィルム
１１０ ：負極合剤層
１１１ ：負極集電体
１２０ ：正極合剤層
１２１ ：正極集電体
１２２ ：絶縁体
Claims (2)
- 正極集電体の主面に設けられ、かつ、リチウムイオンを吸蔵または放出する正極活物質を含む正極合剤層と、
負極集電体の主面に設けられ、かつ、リチウムイオンを吸蔵または放出する負極活物質を含む負極合剤層と、
前記正極合剤層と前記負極合剤層との間に設けられた電解質層と、
前記正極集電体の主面のうち前記正極合剤層が設けられていない部分から、前記正極合剤層の厚みが漸減する漸減部の表面の一部までの領域を覆う絶縁体と、を備え、
前記正極集電体の主面に直交する平面でリチウムイオン二次電池を切った断面において、前記正極合剤層の漸減部の表面と前記絶縁体の端とが接する点を通り、かつ、前記正極集電体の主面と直交する垂線と、前記正極集電体の主面と、前記漸減部の表面と、によって囲まれる第１領域の面積が、前記正極合剤層の上面を通り、かつ、前記垂線に直交する直交線と、前記垂線と、前記漸減部の表面と、によって囲まれる第２領域の面積より小さい、
リチウムイオン二次電池。 - 前記正極合剤層の漸減部の表面は、当該表面に引かれた接線と接する少なくとも２つの接点の間において凹んだ形状を有し、
前記絶縁体の端は、前記２つの接点の間に位置する、
請求項１記載のリチウムイオン二次電池。
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