JP2018073644A - 二次電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】積層型電極体を備えた二次電池であって、車両搭載時においても良好な構造安定性を有し且つハイレート充放電特性に優れる集電構造を有する二次電池を提供すること。【解決手段】本発明により提供される二次電池に備えられる積層型電極体（５０）では、積層された正極集電体露出部（５２Ａ）および負極集電体露出部（５６Ａ）は、それぞれ、積層方向に２つ以上に分割されて束ねられた複数の集電束（８０Ａ，８０Ｂ，９０Ａ，９０Ｂ）を構成しており、且つ、該複数の集電束のそれぞれは、個々別々に同じ極側の前記集電部と接合されており、ここで正負極間セパレータ（５８）のいずれもが正極集電体露出部側の複数の集電束のいずれか及び／又は負極集電体露出部側の複数の集電束のいずれかに内包されている。【選択図】図４

Description

本発明は、二次電池に関する。詳しくは、複数の正負極シートが交互に積層された構造の積層電極体を備える密閉構造の二次電池に関する。
リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池等の二次電池は、パソコンや携帯端末等のいわゆるポータブル電源用途のみならず、近年は車両駆動用電源として好ましく用いられている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池は、電気自動車（ＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）等の車両の駆動用高出力電源として好ましく、今後も需要が拡大するものと期待されている。
この種の二次電池の典型的な形態として、正負極を構成する電極体と電解質とを所定の電池ケース内に収容し、当該ケースの開口部を封止した形態の密閉構造の電池（密閉型電池ともいう。）が挙げられる。かかる密閉型二次電池に収容される電極体の一典型例として、矩形シート状の正極および負極（以下、それぞれ「正極シート」および「負極シート」ともいう。）を、セパレータを間に介在させつつ交互に積層した構造のいわゆる積層型電極体が挙げられる。
積層型電極体は、単位容積当たりの電池容量が比較的大きいため、高容量、高出力が望まれる車両駆動用電源として好適であり、積層する正負極シート数の増減によって、電池サイズ或いは電池容量の調整を容易に行うことができる。例えば、特許文献１には、セパレータを間に介在させつつ正極シートおよび負極シートを交互に積層した積層型電極体を、ラミネートフィルムからなる袋体に収容し、電解液を注入後にフィルム開口部を封止することにより作製されたラミネートフィルム封止タイプの密閉型二次電池の一例が開示されている。
また、積層型電極体を採用した二次電池における上記ラミネートフィルム封止タイプとは異なる他の一形態として、典型的には金属製である角型（箱型）ハードケース内に積層型電極体を収容し、当該ケースの開口部を溶接等によって封止し密閉した構造の二次電池が挙げられる。かかる構成の二次電池は、当該電極体がハードケース内に収容されていることから、上記ラミネートフィルム封止タイプと比較して、電池自体が外部からの衝撃に強い物理的強度を有しており、保安上の観点から好ましい形態の電池といえる。
また、使用する角型（箱形）ケースのサイズや容量を変更することによって、収容する電極体のサイズや容量も容易に変更することができる。このため、高容量の二次電池を容易に提供することができる。例えば、特許文献２には、この種の角型（箱形）ハードケースに積層型電極体を収容してなる密閉構造の二次電池が記載されている。
特開２０１５−１１５２６８号公報 特開２０１５−２１０９２２号公報
ところで、積層型電極体を角型ハードケースに収容した構成の二次電池では、上記ラミネートフィルム封止タイプの電池と比較して、当該ケース内における積層型電極体自体の構造安定性をより向上させる工夫が必要である。即ち、積層型電極体は、セパレータを間に介在させつつ正極シートと負極シートとが交互に積層する構造であるため、金属製その他の硬い材質および形状の電池ケース内における構造安定性は比較的低い。このため、車両駆動用電源として好適なハイレート充放電を長期にわたって維持するには、電池ケース内で当該積層型電極体の構造が安定的に保持されていることが重要である。
特に、積層された正負極シート間において位置ずれを生じさせないため、積層型電極体の積層方向における正負極シートとセパレータとの間で高い保持力を実現する必要がある。例えば、上述の特許文献２に開示される電極体では、積層された正負極シート間において位置ずれを生じさせないため、積層型電極体の積層面（積層型電極体における正負極シート積層方向の側面をいう。以下同じ。）をわたるようにして一方の幅広面（正負極シートの形状に対応する積層型電極体の積層方向の両端のいずれか一方の外表面をいう。以下同じ。）から他方の幅広面にかけて保持テープが貼り付けられている。
さらには、特許文献１や特許文献２に記載されるような態様の積層型電極体の集電構造（具体的には、電極体の周縁の一部から張り出された集電タップ構造）は、振動をともなう走行時に比較的大電流で急速なハイレート充放電を行う必要のある車両駆動用電源として十分とはいえず、かかる集電構造にも改良の余地がある。
本発明は、積層型電極体を備える二次電池に関する上記課題を解決するべく創出されたものであり、特に車両駆動用電源（車両搭載用二次電池）として適する、高容量化を実現し得る積層型電極体を備えた密閉構造の二次電池であって、車両搭載時においても良好な構造安定性を有し、且つ、ハイレート充放電特性に優れる集電構造を有する二次電池を提供することを目的とする。
上記目的を実現するべく、本発明は、矩形シート状の正極集電体と該集電体上に形成された正極活物質層とを有する正極と、矩形シート状の負極集電体と該集電体上に形成された負極活物質層とを有する負極とが、矩形シート状のセパレータを間に介在させつつ交互に積層された構造の積層型電極体と、電解質と、角型ケースと、を備えた二次電池を提供する。
そして、ここで開示される二次電池の一態様では、上記ケースの内部に、外部接続端子（二次電池の外面側に設けられた正極端子および負極端子の総称である。）と電気的に接続された正極集電部および負極集電部がそれぞれ設けられている。
また、ここで開示される二次電池では、上記正極および負極それぞれの長辺方向の一方の端部に、上記活物質層を有しない正極集電体露出部および負極集電体露出部が、それぞれ短辺方向に沿って形成されている。そして、ここで開示される積層型電極体は、長辺方向の一方の端部に正極集電体露出部が積層され、且つ、長辺方向の他方の端部に負極集電体露出部が積層された状態で構成されている。
また、ここで開示される二次電池では、上記積層された正極集電体露出部および負極集電体露出部は、それぞれ、その積層方向に２つ以上に分割されて束ねられた複数の集電束を構成しており、且つ、該複数の集電束のそれぞれは、個々別々に同じ極側の上記集電部と接合されている。
そして、上記積層型電極体に含まれる上記正極および負極のうちの積層方向の一方の端にある正負極のいずれかと該積層方向の他方の端にある正負極のいずれかとの間に存在する上記セパレータのいずれもが、上記正極集電体露出部側の複数の集電束のいずれか及び／又は上記負極集電体露出部側の複数の集電束のいずれかに内包されている（即ち、集電束の内側に配置されている）ことを特徴とする。
かかる構成の二次電池では、上記積層型電極体の正極集電体露出部および負極集電体露出部が、それぞれ、上記ケース内部に設けられた正極集電部および負極集電部に接合（典型的には溶接により接合）されている。このことによって、ケース内部においての積層型電極体の位置、姿勢を固定することができ、当該ケース内での積層型電極体のがたつきを防止することができる。
また、上記のとおり、ここで開示される二次電池では、正極集電体露出部および負極集電体露出部が、それぞれ、積層方向に２つ以上に分割されて束ねられた複数の集電束を構成し、それら複数の集電束は、それぞれの束が個々別々に同じ極側の集電部と接合されている。
このように本構成の積層型電極体の集電構造は、長辺方向の両端にある正極集電体露出部および負極集電体露出部に形成された複数の集電束が個々別々に同極側の集電部と導電経路を形成することができるため、比較的大電流での充放電（ハイレート充放電）を好適に行うことができる。
さらに、ここで開示される二次電池では、積層型電極体に含まれる正負極のうちの積層方向の一方の端にある正負極のいずれかと該積層方向の他方の端にある正負極のいずれかとの間に存在するセパレータ、換言すれば、セパレータの両面側において正負極が対向しているセパレータ（以下、「正負極間セパレータ」ともいう。）の全てについて、それらセパレータのいずれもが正極集電体露出部側の複数の集電束のいずれか、及び／又は、負極集電体露出部側の複数の集電束のいずれか、に内包された状態で配置されていることを特徴とする。
かかる集電束の内部、より具体的に説明すれば、ある一つの集電束を構成する複数の正極集電体露出部（または複数の負極集電体露出部）のうち、積層方向の両端の集電体露出部、即ち当該集電束の外表面を構成する２つの集電体露出部に挟まれた状態の正負極およびセパレータには、当該集電束の形成のために複数の集電体（露出部）を束ねることによって生じる応力として正負極積層方向に圧力を生じさせる。かかる圧力は、当該集電束の内部に積層する正負極およびセパレータの保持力を高め、結果、当該集電束の内部に積層する正負極およびセパレータの積層方向に対する横方向への位置ずれを抑制することができる。
そして上述のとおり、ここで開示される二次電池では、全ての正負極間セパレータのそれぞれが、少なくとも正負いずれかの集電束に内包される。この結果、ここで開示される二次電池では、角型電池ケース内に収容された積層型電極体について、積層方向の全体にわたって途切れることなく上記保持力を生じさせることができる。これにより、積層型電極体の全体にわたって、積層方向に対する横方向への正極、負極およびセパレータの位置ずれを抑制することができ、より高い構造安定性を実現することができる。
ここで開示される二次電池の好適な一態様では、上記積層された正極集電体露出部および負極集電体露出部のうちの少なくともいずれか一方において、上記集電束は３つ以上構成されていることを特徴とする。
さらに好ましくは、正極集電体露出部および負極集電体露出部の両方において、上記集電束は３つ以上構成されていることを特徴とする。
３つ以上の集電束となるように正極（負極）集電体露出部を分割することによって、ハイレート充放電に好ましい集電構造と、積層方向に対する横方向への正極、負極およびセパレータの位置ずれをより好適に抑制し得る構造安定性とを高レベルに両立させることができる。
好ましくは、ここで開示される積層型電極体のセパレータは、対向する正極または負極との接着性を向上させ得る接着材を有することを特徴とする。
積層型電極体を矩形シート状の正負極とともに構成するための矩形シート状のセパレータとして、接着材を有するセパレータを採用することにより、積層された正負極シート間における位置ずれをさらに好適に抑制することができる。このため、ケース内における積層型電極体の構造安定性をより好適に高めることができる。
一実施形態に係る密閉構造の二次電池（リチウムイオン二次電池）の外形を模式的に示す斜視図である。 一実施形態に係る積層型電極体を構成する各部材を模式的に示す説明図である。 一実施形態に係る積層型電極体の構成を模式的に示す斜視図である。 一実施形態に係る積層型電極体の正負極側それぞれの集電構造（複数の集電束）を模式的に示す断面図である。 一実施形態に係る積層型電極体を角型ケース内に収容した状態を模式的に示す正面図である。 他の一実施形態に係る積層型電極体の正負極側それぞれの集電構造（複数の集電束）を模式的に説明する図である。
以下、ここで開示される二次電池の一例として、リチウムイオン二次電池の好適な一実施形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。以下の実施形態は、リチウムイオン二次電池についてのものであるが、本発明の実施態様は、リチウムイオン二次電池に限られず、積層型電極体を装備し得る他の二次電池、例えば電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、ナトリウムイオン二次電池、等においても好適に本発明を実施することができる。
本明細書において「活物質」とは、正極側または負極側において電荷担体（例えばリチウムイオン二次電池においてはリチウムイオン）の吸蔵および放出に関与する物質をいう。なお、本明細書中の数値範囲Ａ〜Ｂ（Ａ、Ｂは任意の数）は、Ａ以上Ｂ以下を示すものとする。
以下、ここで開示される二次電池の一例として、積層型電極体と電解質（本実施形態では非水電解液）とを角型（即ち直方体の箱形形状）のケースに収容した形態のリチウムイオン二次電池を例として説明する。各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は、説明の理解しやすさを重視しているため、実際の寸法関係を正確に反映するものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化する。
図１に示すように、本実施形態に係るリチウムイオン電池１０は、後述する扁平形状の積層型電極体５０（図３参照）が、図示しない電解質（ここでは非水電解液）とともに、当該積層型電極体５０の形状に対応する扁平な角型のケース１２（即ち電池１０の外装容器）に収容されて構成される密閉構造の二次電池である。
角型ケース１２は、一端（電池１０の通常の使用状態において上面に相当する。）が開口部となっている箱形（即ち有底直方体状）のケース本体１４と、その開口部に取り付けられて該開口部を塞ぐ矩形プレート部材からなる蓋体１６とから構成される。かかる蓋体１６がケース本体１４の開口部周縁に溶接されることにより、扁平形状の積層型電極体の幅広面に対向する一対のケース幅広面と、該ケース幅広面に隣接する４つの矩形状の側面（即ち、そのうちの一つの上面は、蓋体１６により構成される。）との六面体形状の密閉構造の角型ケース１２が構成される。
特に制限するものではないが、この種の電池の角型ケースの好適なサイズとして、ケース本体１４および蓋体１６の長辺側の長さ：８０ｍｍ〜２００ｍｍ、ケース本体１４および蓋体１６の短辺側の長さ（即ちケース１２の厚み）：８ｍｍ〜４０ｍｍ、ケース１２の高さ：７０ｍｍ〜１５０ｍｍを例示することができる。積層型電極体のサイズは、使用する角型ケースに収容できるサイズに規定されればよく、特に限定されない。
角型ケース１２（ケース本体１４および蓋体１６）の材質は、従来のこの種の二次電池で使用されるものと同じであればよく、特に制限はない。軽量で熱伝導性の良い金属材料を主体に構成されたケース１２が好ましく、このような金属製材料としてアルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼等が例示される。
図１に示すように、蓋体１６の外面側には外部接続用の負極端子１８および正極端子２０が一体に形成されている。なお、蓋体１６の両端子１８，２０間には、ケース１２の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に該内圧を開放するように構成された薄肉の安全弁４０、および、非水電解液を供給するための注液口４２が形成されている。図１は注液完了後の状態であり、注液口４２は封止材４３により封止されている。なお、安全弁４０の機構、注液口の封止形態は、従来のこの種の電池と同様でよく、特別な構成は要しない。
図２に示すように、本実施形態に係る積層型電極体５０は、矩形状の正極シート５１と、該正極シート５１と同様の矩形状の負極シート５５とを、同様の矩形シート状のセパレータ５８を間に介在させつつ交互に積層することにより構成されている。
正極シート５１は、長尺なシート状の正極集電体５２の両面に正極活物質層５３が形成されており、一方、負極シート５５は、長尺なシート状の負極集電体５６の両面に負極活物質層５７が形成されている。しかし、図示されるように、矩形状の正極集電体５２の長辺方向の一方の端部には、短辺方向に沿って帯状に正極活物質層５３を有しない正極集電体露出部５２Ａが形成されている。同様に、矩形状の負極集電体５６の長辺方向の他方の端部には、短辺方向に沿って帯状に負極活物質層５７を有しない負極集電体露出部５６Ａが形成されている。
図２および図３に示すように、正極シート５１と負極シート５５とは、長辺方向に位置をややずらしてセパレータ５８の長辺方向の一方の端部から正極集電体露出部５２Ａがはみ出し、且つ、他方の端部から負極集電体露出部５６Ａがはみ出すように積層される。その結果として、図３に示すように、積層型電極体５０の長辺方向の一方の端部および他方の端部に、それぞれ、正極集電体露出部５２Ａが積層された部分および負極集電体露出部５６Ａが積層された部分が形成される。これら正極集電体露出部５２Ａおよび負極集電体露出部５６Ａのそれぞれにおいて上述した複数の集電束を形成するのであるが、このことに関しては後述する。
なお、本実施形態に係る積層型電極体５０において、良好で安定した電荷担体の吸蔵および放出を考慮し、負極活物質層５７の長辺方向のサイズが正極活物質層５３の長辺方向のサイズよりも大きくなるように形成されることが好ましい。また、セパレータ５８の長辺方向のサイズは、正極活物質層５３と負極活物質層５７との間を確実に絶縁するため、これらの長辺方向のサイズよりも大きくなるように形成されている。以下、各構成部材について、より詳細に説明する。
積層型電極体５０の正負極を構成する材料、部材は、従来の一般的なリチウムイオン二次電池に用いられるものと同様のものを制限なく使用可能である。
例えば、正極集電体５２は、この種のリチウムイオン二次電池の正極集電体として用いられるものを特に制限なく使用し得る。典型的には、良好な導電性を有する金属製の正極集電体が好ましく、例えば、アルミニウム、ニッケル、チタン、ステンレス鋼等の金属材から構成される。特にアルミニウム（例えばアルミニウム箔）が好ましい。正極集電体５２の厚みは特に限定されないが、電池の容量密度と集電体の強度との兼ね合いから、５μｍ〜５０μｍ程度が適当であり、８μｍ〜３０μｍ程度がより好ましい。
正極活物質としては、例えば層状構造やスピネル構造等のリチウム複合金属酸化物（例えば、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＦｅＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４，ＬｉＣｒＭｎＯ４、ＬｉＦｅＰＯ４等）が挙げられる。例えば、ＬｉＮｉＣｏＭｎ複合酸化物（例えばＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２）は熱安定性に優れ高いエネルギー密度を有するため好ましい一例である。
或いは、スピネル構造のリチウムマンガン複合酸化物が好適例として挙げられる。ＬｉＭｎ２Ｏ４，ＬｉＣｒＭｎＯ４、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４等が例示される。このような正極活物質は、リチウム金属基準（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）での開回路電圧（ＯＣＶ）が４．３Ｖ以上となることを実現し得る高電位正極活物質となり得るため、好適な正極活物質である。
正極活物質層５３は、正極活物質以外の成分、例えば導電材やバインダ等を含み得る。導電材としては、アセチレンブラック（ＡＢ）等のカーボンブラックやその他（グラファイト等）の炭素材料を好適に使用し得る。バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等を使用し得る。
正極活物質層５４の厚みは、典型的には１０μｍ以上（例えば５０μｍ以上）であって、２００μｍ以下（例えば１００μｍ以下）とすることができる。また、正極活物質層５４の密度は特に限定されないが、典型的には１．５ｇ／ｃｍ３以上（例えば２ｇ／ｃｍ３以上）であって、４．５ｇ／ｃｍ３以下（例えば４．２ｇ／ｃｍ３以下）とすることができる。このような形態の正極活物質層５４は、高い電池性能（例えば、高いエネルギー密度や出力密度）を実現することができる。
このような正極活物質層５４は、正極活物質と必要に応じて用いられる材料（導電材、バインダ等）とを適当な溶媒（例えばＮ−メチル−２−ピロリドン：ＮＭＰ）に分散させ、ペースト状（またはスラリー状）の組成物を調製し、該組成物の適当量を正極集電体５２の表面に付与し、乾燥することによって形成することができる。また、必要に応じて適当なプレス処理を施すことによって正極活物質層５４の性状（例えば、平均厚み、密度、空孔率等）を調整することができる。
一方、負極集電体５６は、この種のリチウムイオン二次電池の負極集電体として用いられるものを特に制限なく使用し得る。典型的には、良好な導電性を有する金属製の負極集電体が好ましく、例えば、銅（例えば銅箔）や銅を主体とする合金を用いることができる。負極集電体５６の厚みは特に限定されないが、電池の容量密度と集電体の強度との兼ね合いから、５μｍ〜５０μｍ程度が適当であり、８μｍ〜３０μｍ程度がより好ましい。
負極活物質としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる材料の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。例えば、少なくとも一部にグラファイト
構造（層状構造）を含む粒子状（或いは球状、鱗片状）の炭素材料、リチウム遷移金属複合酸化物（例えば、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２等のリチウムチタン複合酸化物）、リチウム遷移金属複合窒化物等が挙げられる。炭素材料としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛（人工黒鉛）、難黒鉛化炭素（ハードカーボン）、易黒鉛化炭素（ソフトカーボン）等が挙げられる。或いはまた、コアとしての黒鉛粒子が非晶質（アモルファス）な炭素素材で被覆（コート）された形態のカーボン粒子であってもよい。
負極活物質層５７は、上記負極活物質の他に、結着材（バインダ）や増粘剤等の任意の成分を必要に応じて含有することができる。
上記バインダおよび増粘剤としては、従来この種のリチウムイオン二次電池の負極で用いられているものを適宜採用することができる。例えば、バインダとしてはスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等を、また増粘剤としてはカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等を好適に使用し得る。
負極活物質層５７の厚みは、典型的には２０μｍ以上（例えば５０μｍ以上）であって、２００μｍ以下（例えば１００μｍ以下）が好ましい。また、負極活物質層６４の密度は特に限定されないが、典型的には０．５ｇ／ｃｍ３以上（例えば１ｇ／ｃｍ３以上）であって、２ｇ／ｃｍ３以下（例えば１．５ｇ／ｃｍ３以下）程度とすることが好ましい。
このような負極活物質層５７は、負極活物質と必要に応じて用いられる材料（バインダ等）とを適当な溶媒（例えばイオン交換水）に分散させ、ペースト状（またはスラリー状）の組成物を調製し、該組成物の適当量を負極集電体５６の表面に付与し、乾燥することによって形成することができる。また、必要に応じて適当なプレス処理を施すことによって負極活物質層５７の性状（例えば、平均厚み、密度、空孔率等）を調整することができる。
セパレータ５８としては、従来公知の多孔質シートからなるセパレータを特に制限なく使用することができる。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樹脂から成る多孔質シート（フィルム、不織布等）が挙げられる。かかる多孔質シートは、単層構造であってもよく、二層以上の複数構造（例えば、ＰＥ層の両面にＰＰ層が積層された三層構造）であってもよい。また、多孔質シートの片面または両面に、多孔質の耐熱層を備える構成のものであってもよい。この耐熱層は、例えば、無機フィラーとバインダとを含む層（フィラー層ともいう。）であり得る。無機フィラーとしては、例えばアルミナ、ベーマイト、シリカ等を好ましく採用し得る。かかるセパレータの厚みは限定されないが、例えば１０μｍ〜４０μｍの範囲内で設定することが好ましい。
使用するセパレータ５８としては、対向する正極シート５１（大部分は正極活物質層５３）または負極シート５５（大部分は負極活物質層５７）との接着性を向上させ得る接着材付きセパレータが特に好ましい。かかる接着材を有することにより、積層する正極シート５１および負極シート５５の少なくともいずれか一方（または両方）との接着力を増大させることできる。その結果、積層する正負極シート５１，５５の位置ずれを抑制し、積層型電極体５０の構造安定性を向上することができる。
接着材付きセパレータの形態は特に限定されず、種々の形態のものを使用することができる。例えば、ポリオレフィン製の多孔質シートからなる基材の表面に、フッ素系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、等の接着性（若しくは粘着性）の樹脂組成物からなる接着成分を有する接着材層を有するセパレータが挙げられる。このような接着材層の厚みは特に限定されないが、０．２μｍ〜１．０μｍ程度が適当である。
図３および図４に示すように、積層型電極体５０は、上述したような構成の正極シート５１、負極シート５５およびセパレータ５８（好ましくは接着材付きセパレータ）を所望するセット数だけ積層することにより構築される。本実施形態では、リチウムイオン二次電池の特性を考慮し、積層方向の両端がいずれも負極シート５５Ａ，５５Ｚ（図４参照）となるように、正極シート５１よりも負極シート５５の方が１枚多く積層される。また、ケース１２内での絶縁性をより高めるべく、積層方向の一方の端にある負極５５Ａの外表面側にさらにセパレータ５９を配置し、同様に、他方の端にある負極５５Ｚの外表面側にもさらにセパレータ５９を配置してもよい（図４にのみ表示）。或いはまた、かかるセパレータ５９に代えて、絶縁性合成樹脂製のフィルムを、積層型電極体５０とケース１２の内壁との間に配置してもよい。
所定数の正極シート５１、負極シート５５およびセパレータ５８を積層した後、当該積層方向に適当な圧でプレスする。このとき、必要に応じて所望する温度で加熱プレスを行うことにより、セパレータ（特には接着材付きセパレータ）と、対向する正負極との密着性を向上させることができる。電極体５０のサイズは、特に限定されない。上述したケースのサイズに対応する形状とすることができる。
積層型電極体５０とともに、角型ケース１２に収容される非水電解液は、適当な非水溶媒に支持塩を含有するものであり、リチウムイオン二次電池用途のものとして従来公知の非水電解液を特に制限なく採用することができる。例えば、非水溶媒として、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）等を用いることができる。また、支持塩としては、例えば、ＬｉＰＦ６等のリチウム塩を好適に用いることができる。
非水電解液には、上記非水溶媒および支持塩に加えて各種添加剤（例えば、被膜形成材等）を添加し得る。例えば、リチウムビス（オキサラト）ボレート（ＬｉＢ（Ｃ２Ｏ４）２）、ＬｉＢＦ２（Ｃ２Ｏ４）、ＬｉＰＦ２（Ｃ２Ｏ４）等のオキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩や、ジフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＯ２Ｆ２）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、ビニルエチレンカーボネート（ＶＥＣ）、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）、エチレンサルファイト（ＥＳ）、プロパンサルトン（ＰＳ）、リチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（ＬｉＴＦＳＩ）等が挙げられる。これらの添加剤は、一種のみを単独でまたは二種以上を組み合わせて使用することができる。上記添加剤の非水電解液中の濃度は、使用する非水溶媒における各添加剤の限界溶解量を１００％とした場合に、その５〜９０％を非水電解液中に溶解させた濃度が好ましい。典型的には、（ＬｉＢ（Ｃ２Ｏ４）２）やＬｉＰＯ２Ｆ２を用いる場合であれば、各々０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上０．２ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲内となるように調整することが好ましい。例えば、上記添加剤は、非水電解液中の濃度が各々０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上０．１ｍｏｌ／Ｌ以下となるように添加することができる。
そして、上記構成の積層型電極体５０および非水電解液を用いて本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１０を構築する。先ず、積層型電極体５０の集電構造について説明する。
図４に示すように、本実施形態に係る積層型電極体５０の集電構造は、図面右側に示す積層された正極集電体露出部５２Ａについては、積層方向にほぼ２：１の数量割合で２つに分割されて束ねられた２つの正極集電束８０Ａ，８０Ｂが形成されている。他方、図面左側に示す積層された負極集電体露出部５６Ａについては、積層方向にほぼ３：４の数量割合で２つに分割されて束ねられた２つの負極集電束９０Ａ，９０Ｂが形成されている。
図示される正極集電束８０Ａ，８０Ｂおよび負極集電束９０Ａ，９０Ｂの収束部分は、それぞれ、溶接によって後述する正極集電部３２および負極集電部３６（図５参照）に接合されている。このように複数の集電束８０Ａ，８０Ｂ，９０Ａ，９０Ｂが個々別々に同極側の集電部３２，３６に接合して導電経路を形成することができるため、比較的大電流での充放電（ハイレート充放電）を好適に行うことができる。
そして、図４に示すように、本実施形態に係る積層型電極体５０では、積層方向の一方の端にある負極５５Ａと該積層方向の他方の端にある負極５５Ｚとの間に存在する正負極間セパレータ５８のいずれもが、正極集電束８０Ａ，８０Ｂのいずれか、及び／又は、負極集電束９０Ａ，９０Ｂのいずれかに内包された状態で配置されている。
このため、本実施形態に係る積層型電極体５０では、図４中の縦向き矢印で示すように、積層方向の全体にわたって途切れることなく上述した保持力を生じさせることができる。これにより、積層型電極体５０の全体にわたって、積層方向に対する横方向への正極シート５１、負極シート５５およびセパレータ５８の位置ずれを抑制することができる。
次に、本実施形態に係る積層型電極体５０と角型ケース１２との組み付けについて説明する。
図５に模式的に示すように、本実施形態に係る蓋体１６の内面側には、上記正極端子２０および負極端子１８とそれぞれ電気的に接続される正極集電部３２および負極集電部３６が蓋体１６から下方に突き出すように設けられている。正負極集電部３２，３６の材質は、対応する正負極集電体と同じまたは類似の金属種でよく、特に制限されない。
蓋体１６と、正負極端子２０，１８と、長板状正負極集電部３２，３６とが一体となった蓋体一体型集電アセンブリ３０を構成している。
したがって、かかる蓋体一体型集電アセンブリ３０に積層型電極体５０を溶接等の接合手段によって取り付けることにより、ケース１２内における積層型電極体５０が蓋体１６と一体となって固定化され、積層型電極体５０の姿勢や構造を高レベルに維持することができる。
具体的には、図示されるように、本実施形態に係る正極集電部３２および負極集電部３６は、それぞれ、ケース１２内に配置された状態の積層型電極体５０の短辺方向にパラレルに延びる長板状の集電板として形成されている。詳しい形状は図示していないが、正極集電部３２および負極集電部３６は、対応する集電束８０Ａ，８０Ｂ，９０Ａ，９０Ｂの数に応じて分岐した構造（本実施形態では、正負極側いずれも２つに分岐した構造）であり、分岐した集電部の先端側は、各集電束８０Ａ，８０Ｂ，９０Ａ，９０Ｂの収束部分の側面にそれぞれ配置され、スポット溶接を行う。このことにより、積層型電極体５０は、正極側および負極側の所定の接合部位（本実施形態においては正負極両側の各集電束８０Ａ，８０Ｂ，９０Ａ，９０Ｂの収束部分）で、蓋体一体型集電アセンブリ３０と導電可能な状態で接合される。スポット溶接の手段は、従来と同様でよく、特別な溶接手段に限定されない。例えば、超音波溶接、抵抗溶接、レーザ溶接、等によって接合することができる。
溶接後、接合された積層型電極体５０および蓋体一体型集電アセンブリ３０を、積層型電極体５０がケース内部に収容される状態でケース本体１４に装着する。そして、ケース本体１４の開口周縁部と蓋体１６の周縁部を溶接して角型ケース１２を密閉した後、蓋体１６に設けられた注液口４２から非水電解液を注入し、次いでかかる注液口４２を所定の封止材４３で塞ぐことによって、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１０が構築される。構築後、所定の条件で初期充電処理、エージング処理等を施すことによって、使用可能状態のリチウムイオン二次電池１０が提供される。
以上、本発明の好適な一実施形態の二次電池を図面を参照しつつ詳細に説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されない。
例えば、積層型電極体５０の構造安定性をより向上させるために、積層型電極体５０の積層面を橋渡しするようにして幅広面に保持テープを貼り付けてもよい。
また、形成する正極集電束８０Ａ，８０Ｂおよび負極集電束９０Ａ，９０Ｂの数（換言すれば、正極集電体露出部５２Ａおよび負極集電体露出部５６Ａの分割数）は、２つに限定されない。
例えば、図６に示す実施形態の積層型電極体１５０のように、３つまたは４つまたはそれ以上の集電束１８０Ａ，１９０Ａを設けてもよい。また、正負極間セパレータのいずれもが正極集電束のいずれか及び／又は負極集電束のいずれかに内包された状態で配置され、積層型電極体１５０の全体にわたって上述した保持力を生じさせることができる限りにおいて、正極集電束１８０Ａと負極集電束１９０Ａを同数に揃えてもよく揃えなくてもよい。
上記のとおり、ここで開示されるリチウムイオン二次電池等の二次電池は、高容量化を実現し得る積層型電極体を備えるとともに、良好な構造安定性とハイレート充放電特性に優れる集電構造とを有する。このため、車両駆動用電源（車両搭載用二次電池）として好適に利用することができる。
１０ 二次電池（リチウムイオン二次電池）
１２ 角型ケース
１４ ケース本体
１６ 蓋体
１８ 負極端子
２０ 正極端子
３０ 蓋体一体型集電アセンブリ
３２ 正極集電部
３６ 負極集電部
４０ 安全弁
４２ 注液口
４３ 封止材
５０ 積層型電極体
５１ 正極シート
５２ 正極集電体
５２Ａ 正極集電体露出部
５３ 正極活物質層
５５ 負極シート
５６ 負極集電体
５６Ａ 負極集電体露出部
５７ 負極活物質層
５８ セパレータ（正負極間セパレータ）
５９ セパレータ
８０Ａ，８０Ｂ，１８０Ａ 正極集電束
９０Ａ，９０Ｂ，１９０Ａ 負極集電束

Claims (4)

  1. 矩形シート状の正極集電体と該集電体上に形成された正極活物質層とを有する正極と、矩形シート状の負極集電体と該集電体上に形成された負極活物質層とを有する負極とが、矩形シート状のセパレータを間に介在させつつ交互に積層された構造の積層型電極体と、
    電解質と、
    角型ケースと、
    を備えた二次電池であって、
    前記ケースの内部には、外部接続端子と電気的に接続された正極集電部および負極集電部がそれぞれ設けられており、
    前記正極および前記負極それぞれの長辺方向の一方の端部には、前記活物質層を有しない正極集電体露出部および負極集電体露出部が、それぞれ短辺方向に沿って形成されており、
    前記積層型電極体は、長辺方向の一方の端部に前記正極集電体露出部が積層され、且つ、長辺方向の他方の端部に前記負極集電体露出部が積層された状態で構成されており、
    前記積層された正極集電体露出部および負極集電体露出部は、それぞれ、その積層方向に２つ以上に分割されて束ねられた複数の集電束を構成しており、且つ、該複数の集電束のそれぞれは、個々別々に同じ極側の前記集電部と接合されており、
    ここで、前記積層型電極体に含まれる前記正極および負極のうちの積層方向の一方の端にある正負極のいずれかと該積層方向の他方の端にある正負極のいずれかとの間に存在する前記セパレータのいずれもが、前記正極集電体露出部側の複数の集電束のいずれか及び／又は前記負極集電体露出部側の複数の集電束のいずれかに内包されていることを特徴とする、二次電池。
  2. 前記積層された正極集電体露出部および負極集電体露出部のうちの少なくともいずれか一方において、前記集電束は３つ以上構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
  3. 前記積層された正極集電体露出部および負極集電体露出部の両方において、前記集電束は３つ以上構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の二次電池。
  4. 前記セパレータは、対向する前記正極または前記負極との接着性を向上させ得る接着材を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の二次電池。
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