JP2018018646A

JP2018018646A - リチウムイオン二次電池

Info

Publication number: JP2018018646A
Application number: JP2016146967A
Authority: JP
Inventors: 崇志丹光; Takashi TAMMITSU; 優子松木; Yuko Matsuki; 服部　浩; Hiroshi Hattori; 浩服部
Original assignee: Maxell Holdings Ltd
Current assignee: Maxell Ltd
Priority date: 2016-07-27
Filing date: 2016-07-27
Publication date: 2018-02-01

Abstract

【課題】負荷特性が良好で、生産効率の良いリチウムイオン二次電池を提供する。【解決手段】扁平形状の電極体は、長尺の正極と負極とがセパレータを介して積層されて渦巻き状に巻回されており、前記負極の少なくとも片面の一部に、負極集電体上に負極合剤層を設けていない負極集電体露出部を有し、前記負極集電タブは、前記負極の負極集電体露出部に接合されており、前記負極集電体露出部は、平面視で第１の負極合剤層形成部と第２の負極合剤層形成部とに隣接しており、巻回した時に前記負極集電体露出部と前記セパレータを介して対向する正極合剤層部分には、前記正極の短手方向の寸法よりも大きいテープが接着層を介して貼り付けられており、前記テープは、リチウムイオンが透過せず、また、正極短手方向の両端部で平面視で正極の短手方向寸法を超えた部分には接着層を有さないことを特徴とする。【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。

非水電解質二次電池であるリチウムイオン二次電池において、高出力および急速充電が求められるために、充電時および放電時両方での負荷特性の向上が求められている。

特許文献１では正負極の集電タブの配置構成を適正化することによって、高エネルギー密度、高い放電レート特性を併せて得ることが開示されている。

特許文献２では高容量化・高出力化された場合であっても、異常時に電池内で内部短絡が生じた場合も高い安全性を確保することが可能な非水電解質二次電池が開示されている。

特開２００９−２４５８３９号公報特開２０１４−２２５３２６号公報

このように、種々の特性を向上させるために集電タブの配置を工夫する技術は従来から行われている。本発明は、特定箇所に負極集電タブを配置した時の課題を解決し、その目的は負荷特性が良好で生産性の高いリチウムイオン二次電池を提供することである。

本発明は、リチウムイオン二次電池であって、外装体内に一対の幅広面を持つ扁平形状の電極体が収納されており、前記扁平形状の電極体は、長尺の正極と負極とがセパレータを介して積層されて渦巻き状に巻回されており、前記正極および前記負極は、それぞれ正極集電タブ、負極集電タブを有しており、前記負極は、負極集電体上の少なくとも一部に負極合剤層を設けており、
前記負極の少なくとも片面の一部に、負極集電体上に負極合剤層を設けていない負極集電体露出部を有し、前記負極集電タブは、前記負極の負極集電体露出部に接合されており、前記負極集電体露出部は、平面視で第１の負極合剤層形成部と第２の負極合剤層形成部とに隣接しており、
巻回した時に前記負極集電体露出部と前記セパレータを介して対向する正極合剤層部分には、前記正極の短手方向の寸法よりも大きいテープが接着層を介して貼り付けられており、前記テープは、リチウムイオンが透過せず、且つ正極短手方向の両端部で、平面視で正極の短手方向寸法を超えた部分には接着層を有さないことを特徴とする。

本発明によれば、負荷特性が良好で、生産効率の良いリチウムイオン二次電池が提供できる。

本発明の実施態様の一例である扁平形状の電極体を表す。本発明の実施態様の一例である負極を表す。本発明の実施態様の一例である正極を表す。本発明の実施態様の一例である。

本発明のリチウムイオン二次電池では長尺の負極の長手方向中央部に負極集電タブを配置する。これにより、集電時の電子の移動の最大距離を短くすることが出来るので、負極を低抵抗化することが出来、負荷特性を向上させることが出来る。負極集電タブは、確実に負極に接合するために、負極集電体上の負極合剤層を設けていない負極集電体露出部に接合される。つまり、負極は長手方向中央部に負極集電体露出部を有している。

一般にリチウムイオン二次電池ではセパレータを介して正極合剤層と負極合剤層とを対向させる。そして、正極からのLiイオンを確実に吸蔵しLiデンドライトの発生を防止するために、負極合剤層は正極合剤層よりも大きい面積を確保する。

負極長手方向中央部の負極集電体露出部に正極合剤層を対向させると、当該箇所の正極合剤層から放出されたLiイオンは吸蔵する負極合剤層が無いことになる。そこで、本発明では負極集電体露出部とセパレータを介して対向する正極合剤層には接着層を介してテープを貼り付ける。その際、テープはリチウムイオンを透過しない。加えて、テープは正極の短手方向の寸法よりも大きいものを使用し、正極の短手方向からはみ出したテープ部分には、接着層が存在しない。これにより、電極体の巻回時も作業性良く行うことが出来る。

以下、図面を用いて説明を行う。尚、図面は簡略化した図になっており、実際の寸法および寸法比とは異なる。

図１は本発明の実施形態に係る電極体１の概略構成を示す。電極体１は長尺の正極と負極とがセパレータを介して積層されて渦巻き状に巻回され、巻止めテープ２で留めている。電極体１は巻回後、巻回体を押しつぶして、一対の幅広面を持つ扁平形状となっている。電極体１の巻回軸方向には正極集電タブ２３と負極集電タブ１３が突出している。この時、正極集電タブ２３と負極集電タブ１３は、電極体を幅広面側から側面視した時に重ならないように配置されている。これにより、外装缶の封口体へのタブ溶接を容易にしたり、外部接続端子への接続を容易にすることが出来る。

本発明のリチウムイオン二次電池は、この扁平形状の電極体を従来公知の外装体内に収納し、非水電解質を注入して密閉して製造される。外装体は缶でもフイルムでも適用可能である。

図２は本発明の実施形態に係る長尺の負極１０の表面および裏面の平面視を表している。負極１１は、長尺の負極集電体１２上に負極集電体の短手方向全長に渡って負極合剤層を形成する負極合剤層形成部Ａ１〜Ａ４を有している。

負極表面の長手方向中央部には負極集電体露出部１４があり、負極集電体露出部１４は第１の負極合剤層形成部Ａ１と第２の負極合剤層形成部Ａ２とに隣接している。負極集電体露出部１４には、負極集電タブ１３が抵抗溶接により溶接されている。

負極集電体露出部がある長手方向中央部とは、正確に負極長手方向寸法の中央でなくてもよく、負極を低抵抗化し、負極の負荷特性が向上するよう負極集電体露出部が平面視で第１の負極合剤層形成部Ａ１と第２の負極合剤層形成部Ａ２とに隣接していればよい。そして、第１の負極合剤層形成部Ａ１の長手方向寸法Ｌ１（ｍｍ）と第２の負極合剤層形成部Ａ２の長手方向寸法Ｌ２（ｍｍ）が、Ｌ１／Ｌ２が０．８〜１．２の関係にあるのが好ましい。この範囲であれば集電効率を向上させ、負荷特性を改善することが出来るからである。

負極裏面の長手方向中央部には負極集電体露出部１５があり、負極集電体露出部１５は第３の負極合剤層形成部Ａ３と第４の負極合剤層形成部Ａ４とに隣接している。

本実施形態では負極裏面は負極表面とで同期させて負極合剤層形成部を設けている。つまり、第１の負極合剤層形成部Ａ１の長手方向寸法Ｌ１（ｍｍ）と第３の負極合剤層形成部Ａ３の長手方向寸法Ｌ３（ｍｍ）は同一であり、第２の負極合剤層形成部Ａ２の長手方向寸法Ｌ２（ｍｍ）と第４の負極合剤層形成部Ａ４の長手方向寸法Ｌ４（ｍｍ）は同一である。更に、表面の負極集電体露出部１４の長手方向寸法１４Ｗ（ｍｍ）と裏面の負極集電体露出部１５の長手方向寸法１５Ｗ（ｍｍ）とは同一寸法である。

本実施形態では負極の表面および裏面の両方に負極合剤層を設けたが、表面だけに負極合剤層があっても構わない。また、必ずしも負極の表面と裏面とを同期させる必要はなく、ずれがあっても構わない。また、負極の長手方向中央部以外にも負極集電体上に負極合剤層を設けない箇所があっても良い。

図３は本発明の実施形態に係る長尺の正極２１の表面および裏面の平面視を表している。正極２１は、長尺の正極集電体２２上に正極集電体の短手方向全長に渡って正極合剤層を形成する正極合剤層形成部Ｃ１およびＣ２を有している。また、正極２１は、巻回した時に負極集電体露出部１４および１５とセパレータを介して対向する正極合剤層部分に、テープ２４、２５を有する。テープ２４、２５の正極短手方向寸法ＴＨは、正極の短手方向寸法Ｈよりも大きく、絶縁テープは正極短手方向両端で正極からはみ出す、テープエッジ部２４ｅ、２５ｅを有している。また、絶縁テープ２４、２５の正極長手方向寸法ＴＷは、負極が有する負極集電体露出部１４、１５の長手方向寸法１４Ｗ、１５Ｗよりも大きい。これにより、巻回した時に、正極上のテープはセパレータを介して負極集電体露出部を覆うことになる。本実施態様ではテープは２４、２５の２つを備えているが、負極合剤層が片面のみであれば、正極も片面のみでテープ２５は不要となる。

正極集電体の長手方向両端部には両面に正極合剤層を設けない正極集電体露出部を有し、両端部の正極集電体露出部にはそれぞれ１本ずつ正極集電タブ２３ａと２３ｂを接合している。尚、正極集電体の一方の端部に１本だけ正極集電タブを接合しても良い。外装体に扁平形状の有底筒状の缶を用いた場合、つまり、いわゆる角形電池とする場合は、外装缶が正電極を帯びているのが一般的であるため、正極集電タブを正極長手方向両端部にそれぞれ正極集電タブを接合すると、電子の最長移動距離が短くなって集電効率が上がり、負荷特性が良好になるため好ましい。さらに、外装缶にアルミを採用できるため、重量エネルギー密度的にも好ましい。

図４は本発明の実施形態に係るテープ２４を示す。テープ２４は基材２４１と、基材２４１の片面に接着層２４２を設けている。接着層２４２の正極短手方向寸法ＡＨ（ｍｍ）は、２４、２５の正極短手方向寸法ＴＨ（ｍｍ）よりも小さく、且つ正極の短手寸法Ｈ（ｍｍ）と同じかこれより小さい。つまり、ＡＨ＜ＴＨ、ＡＨ≦Ｈの関係が成り立つ。基材２４１の正極短手方向の両端部には、接着層を設けない箇所の基材露出部２４３を有する。これにより、絶縁テープは平面視で正極の短手方向寸法を超えた部分（テープエッジ部２４ｅ、２５ｅ）には接着層を有さないようにすることが出来る。

絶縁テープが平面視で正極の短手方向寸法を超えた部分に接着層を有すると、超えた部分が巻回時に負極やセパレータ等の部材に張り付いて巻回不良が起きることがあり、著しく生産効率が下がる。本発明によると、負荷特性が良好で、且つ生産効率を下げることなく、確実にＬｉ析出を防止することが出来る。

以下に、本発明で取りうるその他のリチウムイオン二次電池の構成について説明する。

〔正極〕
本発明のリチウムイオン二次電池に係る正極には、例えば、正極活物質、導電助剤、バインダ等を含有する正極合剤層を、集電体の片面又は両面に有する構造のものが使用できる。

＜正極活物質＞
上記正極に用いる正極活物質は、特に限定されず、リチウム含有遷移金属酸化物等の一般に用いることのできる活物質を使用すればよい。リチウム含有遷移金属酸化物の具体例としては、例えば、Ｌｉ_ｘＣｏＯ_２、Ｌｉ_ｘＮｉＯ_２、Ｌｉ_ｘＭｎＯ_２、Ｌｉ_ｘＣｏ_ｙＮｉ_１-ｙＯ_２、Ｌｉ_ｘＣｏ_ｙＭ_１-ｙＯ_２、Ｌｉ_ｘＮｉ_１−ｙＭ_yＯ_２、Ｌｉ_ｘＭｎ_ｙＮｉ_ｚＣｏ_{１−ｙ−ｚ}Ｏ_２、Ｌｉ_ｘＭｎ_２Ｏ_４、Ｌｉ_ｘＭｎ_２−ｙＭ_ｙＯ_４等が例示される。但し、上記の各構造式中において、Ｍは、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｇｅ及びＣｒよりなる群から選ばれる少なくとも１種の金属元素であり、０≦ｘ≦１．１、０＜ｙ＜１．０、２．０＜ｚ＜１．０である。

＜バインダ＞
上記正極に用いるバインダとしては、電池内で化学的に安定なものであれば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれも使用できる。例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリヘキサフルオロプロピレン（ＰＨＦＰ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロエチレン共重合体、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（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、プロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、又は、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸メチル共重合体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体及びそれら共重合体のＮａイオン架橋体等の１種又は２種以上を使用できる。

＜導電助剤＞
上記正極に用いる導電助剤としては、電池内で化学的に安定なものであればよい。例えば、天然黒鉛、人造黒鉛等のグラファイト；アセチレンブラック、ケッチェンブラック（商品名）、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック；炭素繊維、金属繊維等の導電性繊維；アルミニウム粉等の金属粉末；フッ化炭素；酸化亜鉛；チタン酸カリウム等からなる導電性ウィスカー；酸化チタン等の導電性金属酸化物；ポリフェニレン誘導体等の有機導電性材料等が挙げられ、これらを１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、導電性の高いグラファイトと、吸液性に優れたカーボンブラックが好ましい。また、導電助剤の形態としては、一次粒子に限定されず、二次凝集体や、チェーンストラクチャー等の集合体の形態のものも用いることができる。このような集合体の方が、取り扱いが容易であり、生産性が良好となる。

＜集電体＞
上記正極に用いる集電体としては、従来から知られているリチウムイオン二次電池の正極に使用されているものと同様のものが使用でき、例えば、厚さが１０〜３０μｍのアルミニウム箔が好ましい。

＜正極の製造方法＞
上記正極は、例えば、前述した正極活物質、導電助剤及びバインダを、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等の溶剤に分散させたペースト状やスラリー状の正極合剤含有組成物を調製し（但し、バインダは溶剤に溶解していてもよい。）、これを集電体の片面又は両面に塗布し、乾燥した後に、必要に応じてカレンダ処理を施す工程を経て製造することができる。正極の製造方法は、上記の方法に制限されるわけではなく、他の製造方法で製造することもできる。

＜正極合剤層＞
上記正極合剤層においては、正極活物質の総量を９２〜９５重量％とし、導電助剤の量を３〜６重量％とし、バインダの量を３〜６重量％とすることが好ましい。

高負荷での放電特性を向上させるために、正極合剤層の厚みは片面あたり２０〜７０μｍであることが好ましい。正極合剤層を薄くすると、充放電時にリチウムイオンが移動する最大距離を短くすることが出来るため、内部抵抗が低く抑えられるからである。

＜テープ＞
本発明の負極集電体露出部とセパレータを介して対向する正極合剤層部分に貼るテープは、基材と基材上に設けた接着層とを有する。テープの厚み（基材厚みと接着層厚みの合計）は、５μm〜４０μmのものを使用することが出来る。この厚さであれば、Ｌｉイオンの不透過性と絶縁性を維持でき、且つ体積エネルギー密度を低下させない。

基材２４１はＬｉイオンが不透過で絶縁性の材料、且つリチウムイオン二次電池内の非水電解質と反応しない材料で構成することが出来、例えばＰＰやＰＰＳ,ＰＥＴ,イミドテープ等を用いることが出来る。

接着層２４２はリチウムイオン二次電池内の非水電解質と反応しない材料で構成することが出来、アクリル系樹脂や、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、ゴム系粘着剤等で構成することが出来る。

〔負極〕
本発明のリチウムイオン二次電池に用いる負極には、例えば、負極活物質、バインダ及び必要に応じて導電助剤等を含む負極合剤層を、集電体の片面又は両面に有する構造のものが使用できる。

＜負極活物質＞
上記負極活物質には、従来から知られているリチウムイオン二次電池に用いられている負極活物質、即ち、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な材料であれば特に制限はない。例えば、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、炭素繊維等の、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素系材料の１種又は２種以上の混合物が負極活物質として用いられる。また、シリコン（Ｓｉ）、スズ（Ｓｎ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）、インジウム（Ｉｎ）等の元素及びその合金、リチウム含有窒化物又はリチウム含有酸化物等のリチウム金属に近い低電圧で充放電できる化合物、もしくはリチウム金属やリチウム／アルミニウム合金も負極活物質として用いることができる。中でも、負極活物質としては、シリコンと酸素とを構成元素に含むＳｉＯ_ｘで表される材料が好ましい。

ＳｉＯ_ｘは、Ｓｉの微結晶又は非晶質相を含んでいてもよく、この場合、ＳｉとＯの原子比は、Ｓｉの微結晶又は非晶質相のＳｉを含めた比率となる。即ち、ＳｉＯ_ｘには、非晶質のＳｉＯ_２マトリックス中に、Ｓｉ（例えば、微結晶Ｓｉ）が分散した構造のものが含まれ、この非晶質のＳｉＯ_２と、その中に分散しているＳｉを合わせて、上記原子比ｘが０．５≦ｘ≦１．５を満足していればよい。例えば、非晶質のＳｉＯ_２マトリックス中に、Ｓｉが分散した構造で、ＳｉＯ_２とＳｉのモル比が１：１の材料の場合、ｘ＝１であるので、構造式としてはＳｉＯで表記される。このような構造の材料の場合、例えば、Ｘ線回折分析では、Ｓｉ（微結晶Ｓｉ）の存在に起因するピークが観察されない場合もあるが、透過型電子顕微鏡で観察すると、微細なＳｉの存在が確認できる。

上記ＳｉＯ_ｘは、炭素材料と複合化した複合体であることが好ましく、例えば、ＳｉＯ_ｘの表面が炭素材料で被覆されていることが望ましい。通常、ＳｉＯ_ｘは導電性が乏しいため、これを負極活物質として用いる際には、良好な電池特性確保の観点から、導電性材料（導電助剤）を使用し、負極内におけるＳｉＯ_ｘと導電性材料との混合・分散を良好にして、優れた導電ネットワークを形成する必要がある。ＳｉＯ_ｘを炭素材料と複合化した複合体であれば、例えば、単にＳｉＯ_ｘと炭素材料等の導電性材料とを混合して得られた材料を用いた場合よりも、負極における導電ネットワークが良好に形成される。

＜バインダ＞
上記バインダとしては、例えば、でんぷん、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ジアセチルセルロース等の多糖類やそれらの変成体；ポリビニルクロリド、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミドイミド、ポリアミド等の熱可塑性樹脂やそれらの変成体；ポリイミド；エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム、ポリブタジエン、フッ素ゴム、ポリエチレンオキシド等のゴム状弾性を有するポリマーやそれらの変成体；などが挙げられ、これらの１種又は２種以上を用いることができる。"

＜導電助剤＞
上記負極合剤層には、更に導電助剤として導電性材料を添加してもよい。このような導電性材料としては、電池内において化学変化を起こさないものであれば特に限定されず、例えば、カーボンブラック（サーマルブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等）、炭素繊維、金属粉（銅、ニッケル、アルミニウム、銀等の粉末）、金属繊維、ポリフェニレン誘導体（特開昭５９−２０９７１号公報に記載のもの）等の材料を、１種又は２種以上用いることができる。これらの中でも、カーボンブラックを用いることが好ましく、ケッチェンブラックやアセチレンブラックがより好ましい。

＜集電体＞
上記集電体としては、銅製やニッケル製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタル等を用い得るが、通常、銅箔が用いられる。この負極集電体は、高エネルギー密度の電池を得るために負極全体の厚みを薄くする場合、厚みの上限は３０μｍであることが好ましく、機械的強度を確保するために下限は５μｍであることが望ましい。

＜負極の製造方法＞
上記負極は、例えば、前述した負極活物質及びバインダ、更には必要に応じて導電助剤を、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）や水等の溶剤に分散させたペースト状やスラリー状の負極合剤含有組成物を調製し、これを集電体の片面又は両面に塗布し、乾燥した後に、必要に応じてカレンダ処理を施す工程を経て製造することができる。負極の製造方法は、上記の製法に制限されるわけではなく、他の製造方法で製造することもできる。

＜負極合剤層＞
上記負極合剤層においては、負極活物質の総量を８０〜９９質量％とし、バインダの量を１〜２０質量％とすることが好ましい。また、別途導電助剤として導電性材料を使用する場合には、負極合剤層におけるこれらの導電性材料は、負極活物質の総量及びバインダ量が、上記の好適値を満足する範囲で使用することが好ましい。

高負荷での放電特性を向上させるために、負極合剤層の厚みは片面あたり２０〜７０μｍであることが好ましい。
負極合剤層を薄くすると、充放電時にリチウムイオンが移動する最大距離を短くすることが出来るため、内部抵抗が低く抑えられるからである。ＳｉＯ_ｘで表される材料は負極活物質として最も一般的な黒鉛と比較して、高容量化が可能となる。その為、ＳｉＯ_ｘで表される材料を負極活物質に用いると、負極活物質の合計量を少なくすることが出来るため、負極合剤層の薄膜化が容易になる。

〔非水電解質〕
本発明のリチウムイオン二次電池に係る非水電解質としては、リチウム塩を有機溶媒に溶解した非水電解液を使用できる。

上記非水電解液に用いるリチウム塩としては、溶媒中で解離してリチウムイオンを形成し、電池として使用される電圧範囲で分解等の副反応を起こしにくいものであれば特に制限はない。例えば、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＳｂＦ_６等の無機リチウム塩、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（２≦ｎ≦７）、ＬｉＮ（ＲｆＯＳＯ_２）_２〔ここで、Ｒｆはフルオロアルキル基〕等の有機リチウム塩等を用いることができる。

このリチウム塩の非水電解液中の濃度としては、０．５〜１．５ｍｏｌ／Ｌとすることが好ましく、０．９〜１．２５ｍｏｌ／Ｌとすることがより好ましい。

上記非水電解液に用いる有機溶媒としては、上記のリチウム塩を溶解し、電池として使用される電圧範囲で分解等の副反応を起こさないものであれば特に限定されない。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等の環状カーボネート；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等の鎖状カーボネート；プロピオン酸メチル等の鎖状エステル；γ−ブチロラクトン等の環状エステル；ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、１，３−ジオキソラン、ジグライム、トリグライム、テトラグライム等の鎖状エーテル；ジオキサン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン等の環状エーテル；アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリル等のニトリル類；エチレングリコールサルファイト等の亜硫酸エステル類等が挙げられ、これらは２種以上混合して用いることもできる。より良好な特性の電池とするためには、エチレンカーボネートと鎖状カーボネートの混合溶媒等、高い導電率を得ることができる組み合わせで用いることが望ましい。

〔セパレータ〕
本発明に係るセパレータには、８０℃以上（より好ましくは１００℃以上）１７０℃以下（より好ましくは１５０℃以下）において、その孔が閉塞する性質（すなわちシャットダウン機能）を有していることが好ましく、通常のリチウムイオン二次電池などで使用されているセパレータ、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン製の微多孔膜を用いることができる。セパレータを構成する微多孔膜は、例えば、ＰＥのみを使用したものやＰＰのみを使用したものであってもよく、また、ＰＥ製の微多孔膜とＰＰ製の微多孔膜との積層体であってもよい。

本発明のセパレータは、厚みが６〜２０μｍのものが好ましい。体積エネルギー密度を向上させる観点から、１６μｍより小さいのが更に好ましく、より好ましくは１４μｍ以下である。
従来では、正極集電タブ部分への電流の集中による顕著な発熱が起こるため、当該箇所でのセパレータの熱収縮による内部短絡を懸念し、セパレータの厚みを大きくすることで熱収縮を防止していた。本発明においては正極集電タブを２以上設けているので、１つの正極集電タブに熱が集中するのを防止することが出来る。その為従来よりも薄いセパレータを用いることができ、更に体積エネルギー密度の向上に寄与することが可能となった。
また、取扱いやすさから８μｍ以上が更に好ましい。

本発明に係るセパレータには、融点が１４０℃以下の樹脂を主体とした多孔質層（Ｉ）と、１５０℃以下の温度で溶融しない樹脂または耐熱温度が１５０℃以上の無機フィラーを主体として含む多孔質層（ＩＩ）とを有する積層型のセパレータを使用することが好ましい。ここで、「融点」とはＪＩＳＫ７１２１の規定に準じて、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて測定される融解温度を意味している。また、「１５０℃以下の温度で溶融しない」とは、ＪＩＳＫ７１２１の規定に準じて、ＤＳＣを用いて測定される融解温度が１５０℃を超えているなど、前記融解温度測定時に１５０℃以下の温度で融解挙動を示さないことを意味している。更に、「耐熱温度が１５０℃以上」とは、少なくとも１５０℃において軟化などの変形が見られないことを意味している。

前記積層型のセパレータに係る多孔質層（Ｉ）は、主にシャットダウン機能を確保するためのものであり、リチウムイオン二次電池が多孔質層（Ｉ）の主体となる成分である樹脂の融点以上に達したときには、多孔質層（Ｉ）に係る樹脂が溶融してセパレータの空孔を塞ぎ、電気化学反応の進行を抑制するシャットダウンを生じる。

多孔質層（Ｉ）の主体となる融点が１４０℃以下の樹脂としては、例えばＰＥが挙げられ、その形態としては、前述のリチウムイオン二次電池に用いられる微多孔膜や、不織布などの基材にＰＥの粒子を含む分散液を塗布し、乾燥するなどして得られるものが挙げられる。ここで、多孔質層（Ｉ）の全構成成分中において、主体となる融点が１４０℃以下の樹脂の体積は、５０体積％以上であり、７０体積％以上であることがより好ましい。例えば、多孔質層（Ｉ）を前記ＰＥの微多孔膜で形成する場合は、融点が１４０℃以下の樹脂の体積が１００体積％となる。

前記積層型のセパレータに係る多孔質層（ＩＩ）は、リチウムイオン二次電池の内部温度が上昇した際にも正極と負極との直接の接触による短絡を防止する機能を備えたものであり、１５０℃以下の温度で溶融しない樹脂（ＰＰ，ポリイミド等）または耐熱温度が１５０℃以上の無機フィラー（シリカ、アルミナ、ベーマイト等）によって、その機能を確保している。すなわち、電池が高温となった場合には、喩え多孔質層（Ｉ）が収縮しても、収縮し難い多孔質層（ＩＩ）によって、セパレータが熱収縮した場合に発生し得る正負極の直接の接触による短絡を防止することができる。また、この耐熱性の多孔質層（ＩＩ）がセパレータの骨格として作用するため、多孔質層（Ｉ）の熱収縮、すなわちセパレータ全体の熱収縮自体も抑制できる。

前記積層型セパレータを用いる場合においては、熱収縮を抑える作用が非常に高いため、更にセパレータの厚みを小さくすることが可能となる。具体的には、多孔質層（Ｉ）の厚みが５〜１４μｍ、多孔質層（ＩＩ）の厚みが１〜５μｍとすることができ、厚みの合計は６〜１５μｍとすることが出来る。これにより、更にセパレータの全体の厚みを小さくすることが可能になり、正負極間距離を短くすることができるので、電池の内部抵抗を低く抑えることができる。

本発明のリチウムイオン二次電池は、従来のリチウムイオン二次電池と同様に充電の上限電圧を４．２Ｖ程度として使用することもできるが、充電の上限電圧を、これよりも高い４．４Ｖ以上に設定して使用することも可能であり、これにより高容量化を図りつつ、長期にわたって繰り返し使用しても、安定して優れた特性を発揮することが可能である。なお、リチウムイオン二次電池の充電の上限電圧は、４．７Ｖ以下であることが好ましい。

本発明のリチウムイオン二次電池は、従来から知られているリチウムイオン二次電池と同様の用途に適用することができる。本発明は電池内の部品点数の増加を最小限に抑えられるので、特に、限られた体積に対して高容量が求められるような機器、例えばモバイル機器や小型機器など体積エネルギー密度が３５０〜８００Ｗｈ／Ｌのように場合に特に効果を発揮する。

この発明は、リチウムイオン二次電池に適用される。

１電極体
１１負極
１２負極集電体
１３負極集電タブ
１４、１５負極集電体露出部
Ａ１〜Ａ４負極合剤層形成部
２１正極
２２正極集電体
２３ａ、２３ｂ正極集電タブ
２４、２５テープ
Ｃ１，Ｃ２正極合剤層形成部
２４１基材
２４２接着層
２４３基材露出部

Claims

リチウムイオン二次電池であって、
外装体内に一対の幅広面を持つ扁平形状の電極体が収納されており、
前記扁平形状の電極体は、長尺の正極と負極とがセパレータを介して積層されて渦巻き状に巻回されており、
前記正極および前記負極は、それぞれ正極集電タブ、負極集電タブを有しており、
前記負極は、負極集電体上の少なくとも一部に負極合剤層を設けており、
前記負極の少なくとも片面の一部に、負極集電体上に負極合剤層を設けていない負極集電体露出部を有し、
前記負極集電タブは、前記負極の負極集電体露出部に接合されており、
前記負極集電体露出部は、平面視で第１の負極合剤層形成部と第２の負極合剤層形成部とに隣接しており、
巻回した時に前記負極集電体露出部と前記セパレータを介して対向する正極合剤層部分には、前記正極の短手方向の寸法よりも大きいテープが接着層を介して貼り付けられており、
前記テープは、リチウムイオンが透過せず、且つ正極短手方向の両端部で、平面視で正極の短手方向寸法を超えた部分には接着層を有さないことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
前記正極は、正極集電体上の少なくとも一部に正極合剤層を設けており、
前記正極の少なくとも片面の長手方向両端部は、正極集電体上に正極合剤層を設けていない正極集電体露出部を有し、
前記正極集電タブは、前記正極の長手方向両端部の正極集電体露出部にそれぞれ接合されている請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
第１の負極合剤層形成部の長手方向寸法Ｌ１（ｍｍ）と第２の負極合剤層形成部の長手方向寸法Ｌ２（ｍｍ）が、Ｌ１／Ｌ２が０．８〜１．２である請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
前記負極合剤層形成部は両面で同期している請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
前記テープの正極長手方向寸法は、前記セパレータを介して対応する前記負極集電体露出部の負極長手方向寸法よりも大きい請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
前記正極集電タブおよび前記負極集電タブは、前記電極体を幅広面側から側面視した時に重ならないように配置されている請求項１又は２に記載のリチウムイオン二次電池。