JP2018181507A - 電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】高分子接着剤によらず、極板とセパレータとが互いに固定され得る電池を提供すること。【解決手段】電池は、少なくとも極板群５０を含む。極板群５０は、極板１０，２０とセパレータ３０とを含む。極板群５０は、極板１０，２０が複数積層されることにより構成されている。セパレータ３０は、極板１０，２０同士の間に配置されている。極板１０，２０は、少なくともその表面に粒子層５を含む。セパレータ３０は、少なくともその表面に不織布層３２を含む。粒子層５は、繊維状粒子を含む。粒子層５および不織布層３２は、互いに接している。【選択図】図３

Description

本開示は電池に関する。
特開２０００−１４９９９７号公報（特許文献１）は、極板とセパレータとの間に接着剤層を介在させた電池を開示している。
特開２０００−１４９９９７号公報
特許文献１では、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等の高分子接着剤により、極板とセパレータとが互いに固定されている。これにより、極板の位置ずれの抑制が期待される。ただし高分子接着剤は、電荷キャリア（たとえばリチウムイオン等）の移動を阻害する可能性がある。すなわち高分子接着剤の使用により、電池抵抗が増加する可能性がある。
本開示の目的は、高分子接着剤によらず、極板とセパレータとが互いに固定され得る電池を提供することである。
以下、本開示の技術的構成および作用効果が説明される。ただし本開示の作用メカニズムは推定を含んでいる。作用メカニズムの正否により特許請求の範囲が限定されるべきではない。
［１］電池は、少なくとも極板群を含む。極板群は、極板とセパレータとを含む。極板群は、極板が複数積層されることにより構成されている。セパレータは、極板同士の間に配置されている。極板は、少なくともその表面に粒子層を含む。セパレータは、少なくともその表面に不織布層を含む。粒子層は、繊維状粒子を含む。粒子層および不織布層は、互いに接している。
上記の電池において、粒子層および不織布層は、いわゆる「面ファスナー」として機能し得る。粒子層は面ファスナーの「フック」に相当し、不織布層は面ファスナーの「ループ」に相当する。粒子層および不織布層が互いに接することにより、繊維状粒子と不織布層とが絡み合うと考えられる。これにより極板とセパレータとが互いに固定され得る。高分子接着剤によらず、極板とセパレータとが固定されることにより、電池抵抗の低減が期待される。
［２］繊維状粒子は、粒子層の厚さ以上の平均繊維長を有してもよい。これにより繊維状粒子の先端が、粒子層の表面に露出しやすくなる。その結果、繊維状粒子が不織布層と絡みやすくなり、固定強度（剥離強度）の向上が期待される。
［３］繊維状粒子は、不織布層の平均細孔径以上の平均繊維径を有してもよい。これにより不織布層に絡み付いた繊維状粒子が抜け難くなる。すなわち剥離強度の向上が期待される。
［４］繊維状粒子は、不織布層の厚さ以下の平均繊維長を有してもよい。これにより繊維状粒子が不織布層を貫通することが抑制され得る。繊維状粒子が不織布層を貫通しないことにより、電圧不良の抑制が期待される。
［５］繊維状粒子は、窒化珪素粒子、炭化珪素粒子およびチタン酸カリウム粒子からなる群より選択される少なくとも１種であってもよい。これらの繊維状粒子は耐熱性に優れる。耐熱性に優れる繊維状粒子を含む粒子層は、耐熱層としても機能し得る。
図１は、本実施形態の電池の構成の一例を示す概略図である。 図２は、本実施形態の極板群の構成の一例を示す概略図である。 図３は、本実施形態の極板群の構成の一例を示す断面概念図である。
以下、本開示の実施形態（本明細書では「本実施形態」とも記される）が説明される。ただし以下の説明は、特許請求の範囲を限定するものではない。本明細書の図面では、説明の便宜上、寸法関係が適宜変更されている。本開示の図面の寸法関係は、実際の寸法関係を示すものではない。本明細書において、たとえば「ＡおよびＢの少なくとも一方」は、「Ａのみ」、「Ｂのみ」ならびに「ＡおよびＢの両方」を含むものとする。
本明細書では、電池の一例としてリチウムイオン二次電池が説明される。ただしリチウムイオン二次電池はあくまで一例であり、電池はリチウムイオン二次電池に限定されるべきではない。本実施形態の電池は、極板群を含む限り、たとえばニッケル水素二次電池であってもよいし、リチウム一次電池であってもよいし、ナトリウムイオン二次電池であってもよい。
＜電池＞
図１は、本実施形態の電池の構成の一例を示す概略図である。電池１００は、筐体８０を含む。筐体８０は角形（扁平直方体形）である。ただし筐体は円筒形であってもよいし、袋状であってもよい。筐体８０は、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）合金、ステンレス（ＳＵＳ）、鉄（Ｆｅ）等の金属材料により構成され得る。筐体は、たとえば、金属材料と樹脂材料との複合材料（たとえばアルミラミネートフィルム等）により構成されていてもよい。
筐体８０はケース８１と蓋８２とを含む。筐体８０は密閉されている。蓋８２は、たとえばレーザ溶接により、ケース８１に接合されている。蓋８２には端子８３が設けられている。筐体８０には、注液孔、ガス排出弁、電流遮断機構（ＣＩＤ）等が設けられていてもよい。筐体８０には、極板群５０および電解液（図示されず）が収納されている。すなわち電池１００は、少なくとも極板群５０を含む。極板群５０は、端子８３と電気的に接続されている。
《極板群》
図２は、本実施形態の極板群の構成の一例を示す概略図である。極板群５０は、極板とセパレータ３０とを含む。極板群５０は、極板が複数積層されることにより構成されている。セパレータ３０は、極板同士の間に配置されている。セパレータ３０を挟んで隣接する２つの極板は、互いに異なる極性を有する。すなわち、セパレータ３０を挟んで隣接する２つの極板のうち一方は正極板１０であり、他方は負極板２０である。
極板群５０に含まれる極板の枚数は２枚以上である限り、特に限定されるべきではない。極板の枚数は、たとえば、２〜１００枚であってもよいし、３〜１００枚であってもよいし、８〜８０枚であってもよい。
図３は、本実施形態の極板群の構成の一例を示す断面概念図である。極板すなわち正極板１０および負極板２０の少なくとも一方は、その表面に粒子層５を含む。セパレータ３０は、少なくともその表面に不織布層３２を含む。粒子層５は、繊維状粒子を含む。粒子層５および不織布層３２は、互いに接している。これにより、粒子層５と不織布層３２とが接する界面の少なくとも一部において、繊維状粒子と不織布層３２とが絡み合うと考えられる。繊維状粒子と不織布層３２とが絡み合うことにより、正極板１０とセパレータ３０とが互いに固定され得る。繊維状粒子と不織布層３２とが絡み合うことにより、負極板２０とセパレータ３０とが互いに固定され得る。
極板とセパレータ３０との固定が十分でないと、極板の積層過程で、極板の位置ずれが発生する可能性がある。極板の位置ずれが発生すると、極性の異なる極板同士が接触することにより、電圧不良が発生すると考えられる。
本実施形態では、たとえば、０．３Ｎ／ｍ以上の剥離強度を有するように、極板とセパレータ３０とが固定され得る。剥離強度が高い程、極板の位置ずれの抑制が期待される。極板とセパレータ３０との剥離強度は、たとえば、０．４Ｎ／ｍ以上であってもよいし、０．５Ｎ／ｍ以上であってもよいし、０．６Ｎ／ｍ以上であってもよいし、０．７Ｎ／ｍ以上であってもよいし、０．８Ｎ／ｍ以上であってもよい。極板とセパレータ３０の剥離強度は、たとえば、０．９Ｎ／ｍ以下であってもよい。剥離強度は、「ＪＩＳ Ｚ ０２３７（２００９）粘着テープ・粘着シート試験方法」に準拠した９０°剥離強度によって測定され得る。
《粒子層》
粒子層５は、面ファスナーのフックとして機能し得る。粒子層５は、極板（正極板１０および負極板２０の少なくとも一方）の表面に形成されている。粒子層５は、極板の片面のみに形成されていてもよいし、極板の両面に形成されていてもよい。粒子層５は、たとえば、２μｍ以上７μｍ以下の厚さを有してもよい。この厚さ範囲で剥離強度の向上が期待される。本明細書の各構成の「厚さ」は、各構成の断面顕微鏡画像において測定され得る。顕微鏡は、光学顕微鏡であってもよいし、電子顕微鏡であってもよい。厚さは、断面顕微鏡画像内の少なくとも３箇所で測定される。少なくとも３箇所の算術平均が測定結果として採用される。
粒子層は、繊維状粒子を含む。本明細書の「繊維状粒子」は、アスペクト比（＝平均繊維長÷平均繊維径）が４以上である粒子を示す。平均繊維長および平均繊維径は、粒子の投影像の画像解析により測定される。平均繊維長および平均繊維径は、たとえば、シスメックス社製のフロー式粒子像分析装置「ＦＰＩＡ−２０００」等、またはこれと同等品によって測定され得る。測定は、湿式測定（粒子が溶媒に分散された状態での測定）とされる。溶媒は、たとえば、水等でよい。少なくとも１００個の粒子の繊維長および繊維径が測定される。少なくとも１００個の繊維長の算術平均が平均繊維長とされ得る。少なくとも１００個の繊維径の算術平均が平均繊維径とされ得る。
繊維状粒子は、たとえば、粒子層５の厚さの０．８倍以上６倍以下の平均繊維長を有してもよい。これにより剥離強度の向上が期待される。さらに繊維状粒子は、粒子層５の厚さ以上の平均繊維長を有してもよい。これにより繊維状粒子の先端が、粒子層の表面に露出しやすくなる。その結果、繊維状粒子が不織布層３２と絡みやすくなり、剥離強度の向上が期待される。繊維状粒子は、たとえば、粒子層５の厚さの２倍以上の平均繊維長を有してもよいし、３倍以上の平均繊維長を有してもよい。繊維状粒子は、たとえば、粒子層５の厚さの５倍以下の平均繊維長を有してもよい。
繊維状粒子は、不織布層３２の厚さ以下の平均繊維長を有してもよい。これにより繊維状粒子が不織布層３２を貫通することが抑制され得る。繊維状粒子が不織布層３２を貫通しないことにより、電圧不良の抑制が期待される。繊維状粒子は、たとえば、不織布層３２の厚さの０．６倍以下の平均繊維長を有してもよいし、０．４倍以下の平均繊維長を有してもよい。繊維状粒子は、たとえば、不織布層３２の厚さの０．１６倍以上の平均繊維長を有してもよいし、０．２倍以上の平均繊維長を有してもよい。
繊維状粒子は、たとえば、４μｍ以上の平均繊維長を有してもよいし、５μｍ以上の平均繊維長を有してもよいし、１０μｍ以上の平均繊維長を有してもよい。繊維状粒子は、たとえば、３０μｍ以下の平均繊維長を有してもよいし、２５μｍ以下の平均繊維長を有してもよいし、１５μｍ以下の平均繊維長を有してもよい。
繊維状粒子は、たとえば、不織布層３２の平均細孔径の０．２倍以上２倍以下の平均繊維径を有してもよい。これにより剥離強度の向上が期待される。さらに繊維状粒子は、たとえば、不織布層３２の平均細孔径以上の平均繊維径を有してもよい。これにより不織布層に絡み付いた繊維状粒子が抜け難くなる。すなわち剥離強度の向上が期待される。繊維状粒子は、たとえば、０．５μｍ以上の平均繊維径を有してもよいし、１μｍ以上の平均繊維径を有してもよい。
平均繊維径が過度に大きくなると、繊維状粒子が剛直になり、繊維状粒子が不織布層３２に絡み難くなる可能性がある。繊維状粒子は、たとえば、不織布層３２の平均細孔径の１．５倍以下の平均繊維径を有してもよい。繊維状粒子は、たとえば、１．５μｍ以下の平均繊維径を有してもよい。
繊維状粒子は、たとえば、４以上８３．３以下のアスペクト比を有してもよい。繊維状粒子のアスペクト比が過度に大きいと、繊維状粒子同士が絡まり合い、繊維状粒子と不織布層３２とが絡み合う機会が減少する可能性がある。繊維状粒子のアスペクト比が過度に小さいと、繊維状粒子と不織布層３２との絡み合いが弱くなる可能性がある。繊維状粒子は、たとえば、５以上のアスペクト比を有してもよいし、１０以上のアスペクト比を有してもよいし、１５以上のアスペクト比を有してもよい。繊維状粒子は、たとえば、３０以下のアスペクト比を有してもよいし、２５以下のアスペクト比を有してもよい。
繊維状粒子は、絶縁性であることが望ましい。繊維状粒子は、無機粒子であってもよいし、樹脂粒子であってもよい。樹脂粒子は、たとえば、ポリイミド（ＰＩ）粒子等であり得る。繊維状粒子が無機粒子であることにより、たとえば、耐熱性の向上が期待される。粒子層５が耐熱性に優れる繊維状粒子を含むことにより、粒子層５が耐熱層としても機能し得る。すなわち電池１００の温度が上昇することにより、セパレータ３０が溶融した場合にも、粒子層５が正極板１０と負極板２０との物理的な接触を抑制することが期待される。繊維状粒子は、たとえば、窒化珪素粒子、炭化珪素粒子およびチタン酸カリウム粒子からなる群より選択される少なくとも１種であってもよい。これらの粒子は耐熱性に優れる。
粒子層５は、繊維状粒子を含む限り、その他の成分を含んでもよい。粒子層５は、たとえば、バインダをさらに含んでもよい。粒子層５は、たとえば、８０〜９９質量％の繊維状粒子と、その残部のバインダとを含んでもよい。バインダは特に限定されるべきではない。バインダは、たとえば、ＰＶｄＦ、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＰＶｄＦ−ＨＦＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、スチレン−アクリル酸共重合体、アクリル酸−アクリル酸エステル共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、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）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）等であってもよい。１種のバインダが単独で使用されてもよいし、２種以上のバインダが組み合わされて使用されてもよい。
《正極板》
正極板１０は、正の極性を有する極板である。正極板１０の平面形状は、たとえば、矩形状であり得る。正極板１０は、典型的には正極集電体１１と、正極活物質層１２とを含む。粒子層５は、正極活物質層１２の表面の少なくとも一部に形成され得る。粒子層５は、不織布層３２と接する限り、正極活物質層１２の表面の一部に形成されていてもよいし、正極活物質層１２の全面に形成されていてもよい。ただし粒子層５と不織布層３２との接触面積が広い程、剥離強度の向上が期待される。
正極集電体１１は、たとえば、１０〜３０μｍの厚さを有してもよい。正極集電体１１は、たとえば、Ａｌ箔等であってもよい。Ａｌ箔は、純Ａｌ箔であってもよいし、Ａｌ合金箔であってもよい。正極板１０は、端子８３との接続位置として、正極集電体１１が正極活物質層１２から露出した部分を有していてもよい。
正極活物質層１２は、正極集電体１１の表面に形成されている。正極活物質層１２は、正極集電体１１の片面のみに形成されていてもよいし、両面に形成されていてもよい。正極活物質層１２は、たとえば、１０〜２００μｍの厚さを有してもよい。
正極活物質層１２は、たとえば、８０〜９８質量％の正極活物質粒子と、１〜１５質量％の導電性粒子と、その残部のバインダとを含んでもよい。正極活物質粒子は特に限定されるべきではない。正極活物質粒子は、たとえば、ＬｉＣｏＯ2粒子、ＬｉＮｉＯ2粒子、ＬｉＭｎＯ2粒子、ＬｉＮｉ1/3Ｃｏ1/3Ｍｎ1/3Ｏ2粒子、ＬｉＮｉ0.82Ｃｏ0.15Ａｌ0.03Ｏ2粒子、ＬｉＦｅＰＯ4粒子等であってもよい。１種の正極活物質粒子が単独で使用されてもよいし、２種以上の正極活物質粒子が組み合わされて使用されてもよい。正極活物質粒子は、たとえば、１〜３０μｍの平均粒径を有してもよい。本明細書の平均粒径は、レーザ回折散乱法によって測定される粒度分布において、累積体積が全体積の５０％となる粒径を示すものとする。
導電性粒子は特に限定されるべきではない。導電性粒子は、たとえば、アセチレンブラック、サーマルブラック、ファーネスブラック、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）、黒鉛、グラフェンフレーク等であってもよい。１種の導電性粒子が単独で使用されてもよいし、２種以上の導電性粒子が組み合わされて使用されてもよい。バインダも特に限定されるべきではない。バインダは、たとえば、ＰＶｄＦ、ＰＴＦＥ等であってもよい。１種のバインダが単独で使用されてもよいし、２種以上のバインダが組み合わされて使用されてもよい。
《負極板》
負極板２０は、負の極性を有する極板である。負極板２０の平面形状は、たとえば、矩形状であり得る。負極板２０は、典型的には負極集電体２１と、負極活物質層２２とを含む。粒子層５は、負極活物質層２２の表面の少なくとも一部に形成され得る。粒子層５は、不織布層３２と接する限り、負極活物質層２２の表面の一部に形成されていてもよいし、負極活物質層２２の全面に形成されていてもよい。ただし粒子層５と不織布層３２との接触面積が広い程、剥離強度の向上が期待される。
負極集電体２１は、たとえば、１０〜３０μｍの厚さを有してもよい。負極集電体２１は、たとえば、銅（Ｃｕ）箔等であってもよい。Ｃｕ箔は、純Ｃｕ箔であってもよいし、Ｃｕ合金箔であってもよい。負極板２０は、端子８３との接続位置として、負極集電体２１が負極活物質層２２から露出した部分を有していてもよい。
負極活物質層２２は、負極集電体２１の表面に形成されている。負極活物質層２２は、負極集電体２１の片面のみに形成されていてもよいし、両面に形成されていてもよい。負極活物質層２２は、たとえば、１０〜２００μｍの厚さを有してもよい。
負極活物質層２２は、たとえば、９５〜９９．５質量％の負極活物質粒子と、その残部のバインダとを含んでもよい。負極活物質粒子は特に限定されるべきではない。負極活物質粒子は、たとえば、黒鉛粒子、易黒鉛化炭素粒子、難黒鉛化炭素粒子、珪素粒子、酸化珪素粒子、錫粒子、酸化錫粒子等であってもよい。１種の負極活物質粒子が単独で使用されてもよいし、２種以上の負極活物質粒子が組み合わされて使用されてもよい。バインダも特に限定されるべきではない。バインダは、たとえば、ＣＭＣ、ＳＢＲ等であってもよい。１種のバインダが単独で使用されてもよいし、２種以上のバインダが組み合わされて使用されてもよい。
《セパレータ》
セパレータ３０は、電気絶縁性であり、かつ多孔質である。セパレータ３０の平面形状は、たとえば、矩形状であり得る。セパレータ３０は、たとえば、１０〜５０μｍの厚さを有してもよい。セパレータ３０は、少なくともその表面に不織布層３２を含む。不織布層３２は、面ファスナーのループとして機能し得る。
たとえば、セパレータ３０は、基材層３１の表面に、不織布層３２が積層されたものであってもよい。基材層３１は、たとえば、ポリエチレン（ＰＥ）製の多孔質膜等であってもよい。基材層３１がＰＥ製の多孔質膜であることにより、セパレータ３０にシャットダウン機能が付与され得る。シャットダウン機能とは、電池１００の温度が上昇した際に、セパレータ３０内の細孔を閉塞し、リチウムイオンの移動を制限する機能である。基材層３１は、たとえば５〜３０μｍの厚さを有してもよい。
セパレータ３０は、実質的に不織布層３２のみを含むものであってもよい。不織布層３２は、たとえば、５〜５０μｍの厚さを有してもよい。不織布層３２は、不織布により構成される層である。不織布層３２は、実質的に不織布のみにより構成され得る。本明細書の「不織布」は、織物、編み物ではない布状の部材を示す。不織布において、繊維は一方向に配向していてもよいし、ランダムに配向していてもよい。繊維間は、交絡、融着および接着の少なくともいずれかによって結合され得る。
不織布層３２は、たとえば、合成繊維により構成され得る。合成繊維は、たとえば、ポリプロピレン（ＰＰ）繊維、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）繊維、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）繊維、ポリアミド（ＰＡ）繊維等であってもよい。１種の合成繊維が単独で使用されてもよいし、２種以上の合成繊維が組み合わされて使用されてもよい。
不織布は、たとえば、０．５μｍ以上５μｍ以下の平均細孔径を有してもよい。この範囲において高い剥離強度が期待される。本明細書の「平均細孔径」は、水銀圧入法により測定される細孔分布において、累積細孔容積が全細孔容積の５０％となる細孔径を示すものとする。平均細孔径は、一般的な水銀圧入式ポロシメータ等によって測定され得る。
《電解液》
電解液は、液体電解質である。電解液は、溶媒と支持電解質とを含む。支持電解質は溶媒に溶解している。電解液は、たとえば、０．５〜２ｍоｌ／ｌの支持電解質を含んでもよい。支持電解質は、たとえば、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、Ｌｉ［Ｎ（ＦＳＯ2）2］、Ｌｉ［Ｎ（ＣＦ3ＳＯ2）2］等であってもよい。１種の支持電解質が単独で使用されてもよいし、２種以上の支持電解質が組み合わされて使用されてもよい。
溶媒は、たとえば、環状カーボネートと鎖状カーボネートとの混合溶媒でよい。混合比は、たとえば、体積比で「環状カーボネート：鎖状カーボネート＝１：９〜５：５」でよい。環状カーボネートとしては、たとえば、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）、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）等が挙げられる。鎖状カーボネートとしては、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）等が挙げられる。環状カーボネートおよび鎖状カーボネートは、それぞれ、１種単独で使用されてもよいし、２種以上が組み合わされて使用されてもよい。
溶媒は、たとえば、ラクトン、環状エーテル、鎖状エーテル、カルボン酸エステル等を含んでもよい。ラクトンとしては、たとえば、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、δ−バレロラクトン等が挙げられる。環状エーテルとしては、たとえば、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、１，３−ジオキソラン、１，４−ジオキサン等が挙げられる。鎖状エーテルとしては、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）等が挙げられる。カルボン酸エステルとしては、たとえば、メチルホルメート（ＭＦ）、メチルアセテート（ＭＡ）、メチルプロピオネート（ＭＰ）等が挙げられる。
電解液は、支持電解質および溶媒に加えて、各種の機能性添加剤を含み得る。電解液は、たとえば、１〜５質量％の機能性添加剤を含んでもよい。機能性添加剤としては、たとえば、ガス発生剤（過充電添加剤）、被膜形成剤等が挙げられる。ガス発生剤としては、たとえば、シクロヘキシルベンゼン（ＣＨＢ）、ビフェニル（ＢＰ）等が挙げられる。被膜形成剤としては、たとえば、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）、Ｌｉ［Ｂ（Ｃ2Ｏ4）2］、ＬｉＰＯ2Ｆ2、プロパンサルトン（ＰＳ）、エチレンサルファイト（ＥＳ）等が挙げられる。
＜用途等＞
本実施形態によれば、従来極板の固定に使用されてきた高分子接着剤の低減あるいは撤廃が可能である。これにより電池抵抗の低減が期待される。すなわち本実施形態の電池は高出力を有し得る。本実施形態は、積層型電池に適する。積層型電池とは、極板群が巻回されていない電池を示す。積層型電池は、筐体８０内のデットスペースが少ないため、高容量を有し得る。すなわち本実施形態の電池は、高出力かつ高容量を有し得る。
高出力および高容量が求められる用途しては、たとえば、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）等の動力用電池が挙げられる。ただし本実施形態の電池は、動力用に限定されるべきではない。本実施形態の電池はあらゆる用途に適用可能である。
以下、本開示の実施例が説明される。ただし以下の例は特許請求の範囲を限定するものではない。
＜電池の製造＞
以下のように、試料Ｎｏ．１〜２３が製造された。試料Ｎｏ．２２および２３が比較例であり、それら以外の試料が実施例である。
《試料Ｎｏ．１》
１．極板の製造
以下の材料が準備された。
正極活物質粒子：ＬｉＮｉ0.82Ｃｏ0.15Ｍｎ0.03Ｏ2粒子
導電性粒子：アセチレンブラック
バインダ：ＰＶｄＦ
溶媒：Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）
正極集電体：Ａｌ箔
正極活物質粒子、導電性粒子、バインダおよび溶媒が混合されることにより、正極スラリーが調製された。正極スラリーの固形分組成は、質量比で「正極活物質粒子：導電性粒子：バインダ＝９７：１．５：１．５」とされた。コンマコータ（登録商標）により、正極スラリーが正極集電体の表面（表裏両面）に塗布され、乾燥された。これにより正極活物質層が形成された。正極活物質層が３．５ｇ／ｃｍ3の密度を有するように圧縮された。これにより正極板が製造された。正極板が、矩形状の平面形状を有するように裁断された。
以下の材料が準備された。
負極活物質粒子：黒鉛粒子
バインダ：ＣＭＣ、ＳＢＲ
溶媒：水
負極集電体：Ｃｕ箔
負極活物質粒子、バインダおよび溶媒が混合されることにより、負極スラリーが調製された。負極スラリーの固形分組成は、質量比で「負極活物質粒子：ＣＭＣ：ＳＢＲ＝９８：１：１」とされた。コンマコータ（登録商標）により、負極スラリーが負極集電体の表面（表裏両面）に塗布され、乾燥された。これにより負極活物質層が形成された。負極活物質層が１．６ｇ／ｃｍ3の密度を有するように圧縮された。これにより負極板が製造された。負極板が、矩形状の平面形状を有するように裁断された。
以下の材料が準備された。
繊維状粒子：窒化珪素粒子（平均繊維長＝４μｍ、平均繊維径＝０．５μｍ）
バインダ：ＰＶｄＦ
溶媒：ＮＭＰ
繊維状粒子、バインダおよび溶媒が混合されることにより、スラリーが調製された。グラビアコータにより、スラリーが正極活物質層および負極活物質層の表面に塗布され、乾燥された。これにより５μｍの厚さを有する粒子層が形成された。以上より、表面に粒子層を含む極板（正極板および負極板）が製造された。
２．極板群の製造
不織布層（ＰＰ繊維製、平均細孔径＝１．０μｍ、厚さ＝２５μｍ）のみを含むセパレータが準備された。極板が複数積層された。セパレータが極板同士の間に配置された。これにより極板群が製造された。この極板群において、極板の合計枚数は８枚である。
３．電池の製造
以下の組成を有する電解液が準備された。
溶媒：［ＥＣ：ＤＭＣ：ＥＭＣ＝３：４：３（体積比）］
支持電解質：ＬｉＰＦ6（１．０ｍоｌ／ｌ）
極板群に端子が接続された。筐体としてアルミラミネートフィルム製の袋が準備された。極板群が筐体に収納された。筐体に電解液が注入された。筐体が密閉された。以上より電池（ラミネートタイプリチウムイオン二次電池）が製造された。この電池は、８００ｍＡｈの定格容量を有するように設計されている。
《試料Ｎｏ．２〜１５》
下記表１に示される平均繊維長および平均繊維径を有する繊維状粒子（窒化珪素粒子）が使用されることを除いては、試料Ｎｏ．１と同様に、電池が製造された。なお下記表１中の平均繊維長および平均繊維径は、いずれもシスメックス社製のフロー式粒子像分析装置「ＦＰＩＡ−２０００」により測定された値である。
《試料Ｎｏ．１６、１７》
窒化珪素粒子に代えて、下記表１に示される炭化珪素粒子およびチタン酸カリウム粒子が使用されることを除いては、試料Ｎｏ．１と同様に、電池が製造された。
《試料Ｎｏ．１８、１９》
下記表１に示される平均細孔径を有する不織布層（セパレータ）が使用されることを除いては、試料Ｎｏ．１と同様に、電池が製造された。
《試料Ｎｏ．２０、２１》
下記表１に示される厚さを有する粒子層が形成されることを除いては、試料Ｎｏ．１と同様に、電池が製造された。
《試料Ｎｏ．２２》
高分子接着剤（ＰＶｄＦ接着剤）が準備された。正極板および負極板の表面（表裏両面）に、高分子接着剤が塗布され、乾燥された。これにより５μｍの厚さを有する接着剤層が形成された。こうして得られた接着剤層を含む極板が使用されることを除いては、試料Ｎｏ．１と同様に、電池が製造された。
《試料Ｎｏ．２３》
不織布層（セパレータ）の表面に、ＰＶｄＦ接着剤が塗布され、乾燥された。これにより５μｍの厚さを有する接着剤層が形成された。こうして得られた接着剤層を含むセパレータと、粒子層を含まない極板とが使用されることを除いては、試料Ｎｏ．１と同様に、電池が製造された。
＜評価＞
１．剥離強度
「ＪＩＳ Ｚ ０２３７（２００９）粘着テープ・粘着シート試験方法」に準拠した９０°剥離強度により、極板からセパレータを引き剥がす際の剥離強度が測定された。結果は下記表１の「剥離強度」の欄に示されている。剥離強度が高い程、極板とセパレータとが強く固定されていることを示している。
２．ＯＣＶ不良率
各試料は５０個ずつ製造された。個々の電池の開路電圧（ＯＣＶ）が測定された。５０個の平均開路電圧が算出された。平均開路電圧よりも、０．２ｍＶ以上低い開路電圧を有する電池が不良品とされた。不良品数が全数（５０個）で除されることにより、不良率が算出された。結果は下記表１の「ＯＣＶ不良率」の欄に示されている。ＯＣＶ不良は、主に極板の位置ずれにより生じると考えられる。
３．直流抵抗
電池の電圧が３．７Ｖに調整された。２５℃環境において、０．８Ａの電流により電池が１０秒間放電された。放電開始から１０秒後の電圧降下量が測定された。電圧降下量が電流で除されることにより、直流抵抗が算出された。結果は下記表１の「直流抵抗」の欄に示されている。直流抵抗が低い程、電池抵抗が低減されていることを示している。
Figure 2018181507
＜結果＞
１．平均繊維長、平均繊維径およびアスペクト比について
平均繊維長が粒子層の厚さ未満であると、剥離強度が低い傾向が認められる（試料Ｎｏ．１、２）。繊維状粒子の先端が、粒子層の表面に露出し難くなるためと考えられる。よって繊維状粒子は、粒子層の厚さ以上の平均繊維長を有してもよい。アスペクト比が小さくなると、剥離強度が低くなる傾向も認められる（試料Ｎｏ．１、２）。
繊維状粒子の平均繊維径が、不織布層の平均細孔径よりも小さいと、剥離強度が低くなる傾向が認められる（試料Ｎｏ．３、Ｎｏ．１２）。繊維状粒子が不織布層から抜けやすいためと考えられる。よって繊維状粒子は、不織布層の平均細孔径以上の平均繊維径を有してもよい。試料Ｎｏ．１２では、繊維状粒子のアスペクト比が大きすぎるために、繊維状粒子同士が絡まり合い、繊維状粒子と不織布層とが絡み合う機会が減少しているとも考えられる。
試料Ｎｏ．９は、その他の試料に比し、剥離強度が低い。平均繊維径が大きすぎるために、繊維状粒子が剛直になり、繊維状粒子が不織布層に絡み難くなっていると考えられる。
試料Ｎｏ．１５は、その他の試料に比し、ＯＣＶ不良率が高い。繊維状粒子の平均繊維長が不織布層の厚さを超えているため、不織布層を貫通する繊維状粒子があるものと考えられる。よって繊維状粒子は、不織布層の厚さ以下の平均繊維長を有してもよい。
２．繊維状粒子の種類について
繊維状粒子が、窒化珪素粒子、炭化珪素粒子およびチタン酸カリウム粒子のいずれであっても、略同様の剥離強度が得られた（試料Ｎｏ．１０、１６、１７）。窒化珪素、炭化珪素およびチタン酸カリウムは、モース硬度が近似している。そのため粒子形状が近似していれば、同様の剥離強度になると考えられる。
３．高分子接着剤について
Ｎｏ．２２および２３は、直流抵抗が高い。高分子接着剤がリチウムイオンの移動を阻害するためと考えられる。
上記の実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではない。特許請求の範囲の記載によって確定される技術的範囲は、特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含む。
５ 粒子層、１０ 正極板（極板）、１１ 正極集電体、１２ 正極活物質層、２０ 負極板（極板）、２１ 負極集電体、２２ 負極活物質層、３０ セパレータ、３１ 基材層、３２ 不織布層、５０ 板群、８０ 筐体、８１ ケース、８２ 蓋、８３ 端子、１００ 電池。

Claims (5)

  1. 少なくとも極板群
    を含み、
    前記極板群は、極板とセパレータとを含み、
    前記極板群は、前記極板が複数積層されることにより構成されており、
    前記セパレータは、前記極板同士の間に配置されており、
    前記極板は、少なくともその表面に粒子層を含み、
    前記セパレータは、少なくともその表面に不織布層を含み、
    前記粒子層は、繊維状粒子を含み、
    前記粒子層および前記不織布層は、互いに接している、
    電池。
  2. 前記繊維状粒子は、前記粒子層の厚さ以上の平均繊維長を有する、
    請求項１に記載の電池。
  3. 前記繊維状粒子は、前記不織布層の平均細孔径以上の平均繊維径を有する、
    請求項１または請求項２に記載の電池。
  4. 前記繊維状粒子は、前記不織布層の厚さ以下の平均繊維長を有する、
    請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電池。
  5. 前記繊維状粒子は、窒化珪素粒子、炭化珪素粒子およびチタン酸カリウム粒子からなる群より選択される少なくとも１種である、
    請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電池。
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