JP2022056148A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】サイズの大型化や体積エネルギー密度の低下を招くことなく、大電流での充放電も可能とする二次電池の提供。【解決手段】正極と負極とがセパレータを介して積層された電池素子２０と、電池素子を収容する外装部材１０と、正極と接続される正極リード３１Ａ、３１Ｂと、負極と接続される負極リード３２Ａ、３２Ｂと、を有し、正極リードおよび負極リードの少なくとも一方は、複数であり、複数のリードのそれぞれは、結束されない状態で、外装部材の外部に導出されている、二次電池である。【選択図】図２

Description

本発明は、二次電池に関する。

リチウムイオン二次電池は、様々な用途に利用されている。この分野では、大電流での充放電を可能とするためにリチウムイオン二次電池のセル抵抗を小さくする構造が望まれている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３－１８７０７７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、外装ケースの内部で、正極側の複数のタブを正極リードに溶接し、負極側の複数のタブを負極リードに溶接している。このため、溶接スペースが必要となり、リチウムイオン二次電池の大型化や体積エネルギー密度の低下を招く。

従って、本発明は、サイズの大型化や体積エネルギー密度の低下を招くことなく、大電流での充放電も可能とする電池を提供することを目的の一つとする。

上述した課題を解決するために、本発明は、
正極と負極とがセパレータを介して積層された電池素子と、
電池素子を収容する外装部材と、
正極と接続される正極リードと、
負極と接続される負極リードと、
を有し、
正極リードおよび負極リードの少なくとも一方は、複数であり、
複数のリードのそれぞれは、結束されない状態で、外装部材の外部に導出されている、
二次電池である。

本発明の少なくとも実施形態によれば、サイズの大型化や体積エネルギー密度の低下を招くことなく、大電流での充放電も可能とする電池を提供できる。なお、本明細書で例示された効果により本発明の内容が限定して解釈されるものではない。

図１は、一実施形態に係る電池の平面図である。 図２は、一実施形態に係る電池の分解斜視図である。 図３は、一実施形態に係る電池素子をＡ－Ａ線で断面した場合の概略断面図である。 図４Ａおよび図４Ｂは、一実施形態に係る正極および負極についての説明がなされる際に参照される図である。 図５Ａおよび図５Ｂは、一実施形態の効果についての説明がなされる際に参照される図である。 図６Ａおよび図６Ｂは、実施例２を説明するための図である。 図７Ａおよび図７Ｂは、実施例３を説明するための図である。 図８Ａおよび図８Ｂは、実施例４を説明するための図である。 図９Ａおよび図９Ｂは、実施例５を説明するための図である。 図１０Ａおよび図１０Ｂは、比較例１を説明するための図である。 図１１Ａおよび図１１Ｂは、比較例２を説明するための図である。 図１２Ａおよび図１２Ｂは、比較例３を説明するための図である。 図１３Ａおよび図１３Ｂは、比較例４を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態等について図面を参照しながら説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
＜一実施形態＞
＜変形例＞
以下に説明する実施形態等は本発明の好適な具体例であり、本発明の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。

＜１．一実施形態＞
［電池の全体構成例］
図１～図４を参照しつつ、一実施形態に係る電池（電池１）の構成例について説明する。図１は、一実施形態に係る電池１の平面図である。図２は、一実施形態に係る電池１の分解斜視図である。図３は、一実施形態に係る電池１が有する電池素子を、図２に示す切断線Ａ－Ａ線で切断した場合の概略断面図である。図４Ａおよび図４Ｂは、一実施形態に係る正極および負極についての説明がなされる際に参照される図である。なお、図３では、正極リードおよび負極リードの図示を省略している。また、図４等では、セパレータや密着フィルムに関する図示を適宜、省略している。

一実施形態に係る電池１は、リチウムイオン二次電池であり、より具体的には、正極と負極とがセパレータを介して積層され巻回された巻回型電池である。電池１は、全体としては概略薄い直方体状の形状であって、上面から視ると略矩形状の形状である（図１参照）。

電池１は、概略、外装部材１０と、外装部材１０内に収容される電池素子２０と、正極リード３１と、負極リード３２とを有している。

（外装部材）
外装部材１０は、外装部材１０Ａおよび外装部材１０Ｂを有している。なお、外装部材１０Ａおよび外装部材１０Ｂを区別する必要がない場合は、外装部材１０と総称する。外装部材１０は、例えば、ナイロンフィルム、アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に張り合わせた矩形状のラミネートフィルムにより構成されている。外装部材１０は、例えばポリエチレンフィルム側と電池素子２０とが対向するように配置される。そして、外装部材１０Ａおよび外装部材１０Ｂのそれぞれの周縁付近が融着または接着剤により互いに接合されることで、外装部材１０Ａおよび外装部材１０Ｂが一体化されるとともに、外装部材１０内に電池素子２０が収容される。

なお、外装部材１０は、上述したラミネートフィルムに代えて、他の構造、例えば金属材料を有さないラミネートフィルム、ポリプロピレンなどの高分子フィルムまたは金属フィルムなどにより構成してもよい。ここで、外装部材の一般的な構成は、外装層／金属箔／シーラント層の積層構造で表すことができ（但し、外装層およびシーラント層は複数層で構成されることがある。）、上記の例では、ナイロンフィルムが外装層、アルミニウム箔が金属箔、ポリエチレンフィルムがシーラント層に相当する。なお、金属箔としては、耐透湿性のバリア膜として機能すれば十分であり、アルミニウム箔のみならず、ステンレス箔、ニッケル箔およびメッキを施した鉄箔などを使用することができるが、薄く軽量で加工性に優れるアルミニウム箔を好適に用いることができる。

外装部材として、使用可能な構成を（外装層／金属箔／シーラント層）の形式で列挙すると、Ｎｙ（ナイロン）／Ａｌ（アルミ）／ＣＰＰ（無延伸ポリプロピレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）／Ａｌ／ＣＰＰ、ＰＥＴ／Ａｌ／ＰＥＴ／ＣＰＰ、ＰＥＴ／Ｎｙ／Ａｌ／ＣＰＰ、ＰＥＴ／Ｎｙ／Ａｌ／Ｎｙ／ＣＰＰ、ＰＥＴ／Ｎｙ／Ａｌ／Ｎｙ／ＰＥ（ポリエチレン）、Ｎｙ／ＰＥ／Ａｌ／ＬＬＤＰＥ（直鎖状低密度ポリエチレン）、ＰＥＴ／ＰＥ／Ａｌ／ＰＥＴ／ＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）、およびＰＥＴ／Ｎｙ／Ａｌ／ＬＤＰＥ／ＣＰＰなどがある。

（電池素子）
図３に示すように、電池素子２０は、帯状の正極２１と帯状の負極２２とが帯状のセパレータ２３を介して対向して位置し、巻回されているものである。電池素子２０の最外周部は、保護テープ２４が貼付されていることにより保護されている。電池素子２０内には非水電解液（不図示）が満たされており、正極２１、負極２２およびセパレータ２３が非水電解液に含浸されている。

正極２１は、帯状の正極集電体２１Ａを有している。正極集電体２１Ａは、両面または片面に正極活物質層２１Ｂが被覆された構造を有している。すなわち、図４Ａに示すように、正極２１は、正極活物質層２１Ｂが被覆された正極活物質被覆部２１Ｃと、正極活物質層２１Ｂが被覆されていない正極集電体露出部とを有している。本実施形態では、正極集電体２１Ａの両端に、正極集電体露出部２１Ｄ、２１Ｅが形成されている。

正極集電体２１Ａは、例えばアルミニウム箔、ニッケル箔またはステンレス箔などの金属箔により構成される。正極活物質層２１Ｂは、正極活物質（または正極合材と称する）として、リチウムイオンを吸蔵および放出することが可能な正極材料のいずれか１種または２種以上を含んでおり、必要に応じて導電材および結着剤を含んでいてもよい。

これらの中でも、リチウム含有化合物は、高電圧および高エネルギー密度を得ることができるものがあるので好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えばリチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物や、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物が挙げられるが、より高い電圧を得る観点からは、特にコバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、チタン（Ｔｉ）、またはこれらの任意の混合物を含むものが好ましい。

かかるリチウム含有化合物は、代表的には、次の一般式（１）または（２）
Ｌｉ_xＭ^IＯ₂・・・（１）
Ｌｉ_yＭ^IIＰＯ₄・・・（２）
（式中のＭ^IおよびＭ^IIは１種類以上の遷移金属元素を示し、ｘおよびｙの値は電池の充放電状態によって異なるが、通常０．０５≦ｘ≦１．１０、０．０５≦ｙ≦１．１０である。）で表され、（１）式の化合物は一般に層状構造を有し、（２）式の化合物は一般にオリビン構造を有する。

また、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物の具体例としては、リチウムコバルト複合酸化物（Ｌｉ_xＣｏＯ₂）、リチウムニッケル複合酸化物（ＬｉｘＮｉＯ₂）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（Ｌｉ_xＮｉ_1-zＣｏ_zＯ₂（０＜ｚ＜１）、スピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物（ＬｉＭｎ₂Ｏ₄）などが挙げられる。

リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物の具体例としては、例えばオリビン構造を有するリチウム鉄リン酸化合物（ＬｉＦｅＰＯ₄）またはリチウム鉄マンガンリン酸化合物（ＬｉＦｅ_1-vＭｎ_vＰＯ₄（ｖ＜１））が挙げられる。これらの複合酸化物において、構造を安定化させる等の目的から、遷移金属の一部をＡｌやＭｇその他の遷移金属元素で置換したり結晶粒界に含ませたもの、酸素の一部をフッ素等で置換したもの等も挙げることができる。更に、正極活物質表面の少なくとも一部に他の正極活物質を被覆したものとしてもよい。また、正極活物質は、複数種類を混合して用いてもよい。

一方、負極２２は、正極２１と同様に、帯状の負極集電体２２Ａを有している。負極集電体２２Ａは、両面または片面に負極活物質層２２Ｂが被覆された構造を有している。すなわち、図４Ａに示すように、負極２２は、負極活物質層２２Ｂが被覆された負極活物質被覆部２２Ｃと、負極活物質層２２Ｂが被覆されていない負極集電体露出部とを有している。本実施形態では、負極集電体２２Ａの両端に、負極集電体露出部２２Ｄ、２２Ｅが形成されている。

負極集電体２２Ａは、例えば銅箔、ニッケル箔またはステンレス箔などの金属箔により構成される。負極活物質層２２Ｂは、負極活物質（または負極合材と称する。）として、リチウムイオンを吸蔵および放出することが可能な負極材料、金属リチウムのいずれか１種または２種以上を含んでおり、必要に応じて導電材や結着剤を含んでいてもよい。リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば炭素材料、金属酸化物および高分子化合物が挙げられる。炭素材料としては、難黒鉛化炭素材料、人造黒鉛材料や黒鉛系材料などが挙げられ、より具体的には、熱分解炭素類、コークス類、黒鉛類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭およびカーボンブラックなどがある。

このうち、コークス類にはピッチコークス、ニードルコークスおよび石油コークスなどがあり、有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール樹脂やフラン樹脂などの高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいう。また、金属酸化物としては、酸化鉄、酸化ルテニウムおよび酸化モリブデンなどが挙げられ、高分子化合物としてはポリアセチレンやポリピロールなどが挙げられる。

更に、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、リチウムと合金を形成可能な金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を構成元素として含む材料も挙げられる。この負極材料は金属元素または半金属元素の単体でも合金でも化合物でもよく、またこれらの１種または２種以上の相を少なくとも一部に有するようなものでもよい。なお、本発明において、合金には２種以上の金属元素からなるものに加えて、１種以上の金属元素と１種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体、共晶（共融混合物）、金属間化合物またはこれらのうちの２種以上が共存するものがある。

このような金属元素または半金属元素としては、例えばスズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、アルミニウム、インジウム（Ｉｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ヒ素（Ａｓ）、銀（Ａｇ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびイットリウム（Ｙ）が挙げられる。中でも、長周期型周期表における１４族の金属元素または半金属元素が好ましく、特に好ましいのはケイ素またはスズである。ケイ素およびスズは、リチウムを吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。

ケイ素の合金としては、例えばケイ素以外の第２の構成元素として、スズ、マグネシウム、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモンおよびクロムから成る群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。

スズの化合物またはケイ素の化合物としては、例えば酸素（Ｏ）または炭素（Ｃ）を含むものが挙げられ、スズまたはケイ素に加えて、上述した第２の構成元素を含んでいてもよい。

また、セパレータ２３は、例えばポリプロピレン（融点：１６５℃前後）若しくはポリエチレン（融点：１３５℃前後）などのポリオレフィン系の合成樹脂から成る多孔質膜、またはセラミック製の不織布などの無機材料から成る多孔質膜など、イオン透過度が大きく、所定の機械的強度を有する絶縁性の薄膜から構成されており、これら２種以上の多孔質膜を積層した構造としてもよい。特に、ポリオレフィン系の多孔質膜を含むものは、正極２１と負極２２との分離性に優れ、内部短絡や開回路電圧の低下をいっそう低減できるので好適である。

非水電解液としては、電解質塩と非水溶媒を含むものであればよい。ここで、電解質塩としては、後述する非水溶媒に溶解ないしは分散してイオンを生ずるものであればよく、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ₆）を好適に使用することができるが、これに限定されないことはいうまでもない。

すなわち、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ₄）、六フッ化ヒ酸リチウム（ＬｉＡｓＦ₆）、六フッ化アンチモン酸リチウム（ＬｉＳｂＦ₆）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ₄）、四塩化アルミニウム酸リチウム（ＬｉＡｌＣｌ₄）等の無機リチウム塩や、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃）、リチウムビス（トリフルオロメタンスルホン）イミド（ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ２）₂）、リチウムビス（ペンタフルオロメタンスルホン）メチド（ＬｉＮ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂）、およびリチウムトリス（トリフルオロメタンスルホン）メチド（ＬｉＣ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃）等のパーフルオロアルカンスルホン酸誘導体のリチウム塩なども使用可能であり、これらを１種単独でまたは２種以上を組み合わせて使用することも可能である。

なお、このような電解質塩の含有量は、溶媒１リットル（ｌ）に対して０．１ｍｏｌ～３．０ｍｏｌの範囲内が好ましく、０．５ｍｏｌ～２．０ｍｏｌの範囲内であればより好ましい。この範囲内においてより高いイオン伝導性を得ることができるからである。

また、非水溶媒としては、各種の高誘電率溶媒や低粘度溶媒を挙げることができる。高誘電率溶媒としては、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネート等を好適に用いることができるが、これに限定されるものではなく、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、４－フルオロ－１，３－ジオキソラン－２－オン（フルオロエチレンカーボネート）、４－クロロ－１，３－ジオキソラン－２－オン（クロロエチレンカーボネート）、およびトリフルオロメチルエチレンカーボネートなどの環状カーボネートを用いることができる。

また、高誘電率溶媒として、環状カーボネートの代わりにまたはこれと併用して、γ－ブチロラクトンおよびγ－バレロラクトン等のラクトン、Ｎ－メチルピロリドン等のラクタム、Ｎ－メチルオキサゾリジノン等の環状カルバミン酸エステル、テトラメチレンスルホン等のスルホン化合物なども使用可能である。

一方、低粘度溶媒としては、ジエチルカーボネートを好適に使用することができるが、これ以外にも、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートおよびメチルプロピルカーボネート等の鎖状カーボネート、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、酪酸メチル、イソ酪酸メチル、トリメチル酢酸メチルおよびトリメチル酢酸エチル等の鎖状カルボン酸エステル、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド等の鎖状アミド、Ｎ，Ｎ－ジエチルカルバミン酸メチルおよびＮ，Ｎ－ジエチルカルバミン酸エチル等の鎖状カルバミン酸エステル、並びに１，２－ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピランおよび１，３－ジオキソラン等のエーテルを用いることができる。

なお、本発明の電池に用いる非水電解液としては、上述の高誘電率溶媒および低粘度溶媒は、その１種を単独でまたは２種以上を任意に混合して用いることができるが、２０～５０％の環状カーボネートと５０～８０％の低粘度溶媒（低粘度非水溶媒）を含むものが好ましく、特に低粘度溶媒として沸点が１３０℃以下の鎖状カーボネートであるものが望ましい。

環状カーボネートと低粘度溶媒との比率が上述の範囲を逸脱すると、低粘度溶媒が多すぎる場合には誘電率が低くなり、逆に低粘度溶媒が少なすぎる場合には粘度が低くなってしまい、どちらの場合にも十分な伝導度が得られず、良好な電池特性が得られなくなるおそれがある。

本発明の電池内への非水電解液の充填量については、電池容量１ｃｍ³あたり０．１４～０．３５ｇの範囲とすることが望ましい。すなわち、非水電解液の充填量が単位容量あたり０．１４ｇに満たないと、所期の電池性能が得られず、０．３５ｇを超えると耐漏液性が劣化する傾向がある。

（正極リードおよび負極リード）
正極リード３１および負極リード３２のうち少なくとも一方は、複数であり、複数のリードのそれぞれは、結束されない状態で、外装部材１０の外部に導出されている。本実施形態では、正極リード３１は、２個の正極リード３１Ａ、３１Ｂを含み、負極リード３２は、２個の負極リード３２Ａ、３２Ｂを含む。なお、以下の説明において、２個の正極リード３１Ａ、３１Ｂを区別する必要がない場合は、正極リード３１と適宜、総称する。また、以下の説明において、２個の負極リード３２Ａ、３２Ｂを区別する必要がない場合は、負極リード３２と適宜、総称する。

正極リード３１は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、またはステンレスなどの金属材料によりそれぞれ構成されており、薄板状の形状を有している。正極リード３１の一端側は外装部材１０の外部に導出されている。図１、図２および図４Ｂに示すように、個々の正極リード３１Ａ、３１Ｂは、互いに結束されない状態で外装部材１０の外部に導出されている。なお、本明細書で結束されないとは、溶接や結束部材を用いた方法等によって複数のリードが結束（集約）されないことを意味する。

正極リード３１の一端側とは反対側である他端側は、電池素子２０内で延在している。正極リード３１の他端側は、正極集電体露出部に溶接等によって取り付けられている。図４Ａに示すように、例えば、正極リード３１Ａの他端側が正極集電体露出部２１Ｄに溶接されており、正極リード３１Ｂの他端側が正極集電体露出部２１Ｅに溶接されている。このように、個々の正極集電体露出部のそれぞれに１個の正極リードが取り付けられている。

負極リード３２は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、またはステンレスなどの金属材料によりそれぞれ構成されており、薄板状の形状を有している。負極リード３２の一端側は外装部材１０の外部に導出されている。図１、図２および図４Ｂに示すように、個々の負極リード３２Ａ、３２Ｂは、互いに結束されない状態で外装部材１０の外部に導出されている。

負極リード３２の一端側とは反対側である他端側は、電池素子２０内で延在している。負極リード３２の他端側は、負極集電体露出部に溶接等によって取り付けられている。図４Ａに示すように、例えば、負極リード３２Ａの他端側が負極集電体露出部２２Ｄに溶接されており、負極リード３２Ｂの他端側が負極集電体露出部２２Ｅに溶接されている。このように、個々の負極集電体露出部のそれぞれに１個の負極リードが取り付けられている。

電池１は、電池１の保護動作等を行う制御基板の端子に取り付けられる。制御基板には、例えば、４個の端子が設けられている。４個の端子は、２個の正極用端子と２個の負極用端子とを含む。正極リード３１Ａの一端側が一方の正極用端子に接続され、正極リード３１Ｂの一端側が他方の正極用端子に接続される。負極リード３２Ａの一端側が一方の負極用端子に接続され、負極リード３２Ｂの一端側が他方の負極用端子に接続される。

（密着フィルム）
外装部材１０と正極リード３１との間には、外装部材１０内への外気の侵入や漏液等を防止するための密着フィルム４１が挿入されている。密着フィルム４１は、正極リード３１に対して密着性を有する材料により構成され、正極リード３１が上述した金属材料から構成される場合には、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレンまたは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂により構成されることが好ましい。正極リード３１が、複数のリードを含む場合には、個々のリード毎に密着フィルム４１が取り付けられる。図１に示すように、本実施形態では、正極リード３１Ａに密着フィルム４１Ａが取り付けられており、正極リード３１Ｂに密着フィルム４１Ｂが取り付けられている。

外装部材１０と負極リード３２との間には、外装部材１０内への外気の侵入や漏液等を防止するための密着フィルム４１が挿入されている。負極リード３２には、外気の侵入を防止するための密着フィルム４２が接着されている。なお、密着フィルム４２は、負極リード３２に対して密着性を有する材料により構成され、負極リード３２が上述した金属材料から構成される場合には、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレンまたは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂により構成されることが好ましい。負極リード３２が、複数のリードを含む場合には、個々のリード毎に密着フィルム４２が取り付けられている。図１に示すように、本実施形態では、負極リード３２Ａに密着フィルム４２Ａが取り付けられており、負極リード３２Ｂに密着フィルム４２Ｂが取り付けられている。なお、密着フィルムは、シーラントとも称される。

［作用］
以上に説明した電池１では、充電を行うと、正極活物質層２１Ｂからリチウムイオンが放出され、非水電解液を介して負極活物質層２２Ｂに吸蔵される。放電を行うと、負極活物質層２２Ｂからリチウムイオンが放出され、非水電解液を介して正極活物質層２１Ｂに吸蔵される。

［電池の製造方法］
次に、電池１の製造方法の一例について説明する。

（正極の作製）
コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ₂）９２重量％と、粉状ポリフッ化ビニリデン３重量％と、粉状黒鉛５重量％とを均一に混合し、これをＮ－メチルピロリドンに分散させてスラリー状の正極合剤を調製した。この正極合剤を正極集電体となるアルミニウム箔の両面に均一に被覆し、１００℃で２４時間減圧乾燥することにより正極活物質層を形成した。この際、正極合材の被覆位置を調整することで、正極集電体露出部も形成した。
次いで、これをロールプレス機で加圧成形することにより正極シートとし、当該正極シートを帯状に切り出して正極とした。アルミニウム箔からなる正極リードの他端側を、当該正極シートの両端の正極集電体露出部に各１個ずつ溶接した。さらに、正極リードのうち、ラミネートフィルムで外装される際に熱融着層に対向する部分には、ポリプロピレン製樹脂フィルムからなる密着フィルムを接着した。

（負極の作製）
人造黒鉛９１重量％と、粉状ポリフッ化ビニリデン９重量％とを均一に混合し、Ｎ－メチルピロリドンに分散させてスラリー状の負極合剤を調製した。次に、この負極合剤を負極集電体となる銅箔の両面に均一に被覆し、１２０℃で２４時間減圧乾燥することにより負極活物質層を形成した。この際、負極合材の被覆位置を調整することで、負極集電体露出部も形成した。
次いで、これをロールプレス機で加圧成形することにより負極シートとし、当該負極シートを帯状に切り出して負極とした。ニッケル箔からなる負極リードの他端側を、当該負極シートの両端の負極集電体露出部に各１個ずつ溶接した。さらに、負極リードのうち、ラミネートフィルムで外装される際に熱融着層に対向する部分には、ポリプロピレン製樹脂フィルムからなる密着フィルムを接着した。

（電解液の作製）
エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）を６：４の重量比で混合し、０．８ｍｏｌ／ｋｇのＬｉＰＦ６を溶解して電解液を作製した。

（ラミネートフィルムの作製）
外層フィルム／接着層／金属箔／接着層／内層フィルムのような構成となるラミネートフィルムを作製した。このとき、金属箔としては、厚さ４０μｍのアルミニウム箔を、内層フィルムとしては、厚さ３０μｍのポリプロピレン（ＰＰ）を、外層フィルムとしては、厚さ３０μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を用いた。

（非水電解質電池の組み立て）
正極および負極を、多孔質ポリエチレンセパレータを介して積層することで積層体を作製した。この積層体を、長手方向の一方端を巻回開始端として巻回することで扁平型の電池素子を作製した。このとき、電池素子は、厚さ４ｍｍ、幅６０ｍｍ、リードを除いた高さ５０ｍｍとし、満充電電圧４．２Ｖ、放電終止電圧を３．０Ｖとした場合の放電容量が約１５００ｍＡｈとなるように作製した。
この電池素子を、上述のアルミラミネートフィルムからなる外装部材で外装した。電池素子は、アルミラミネートフィルムに形成した凹部に収容して外装し、真空下で電池素子の周囲の各辺を熱融着で貼り合わせることで真空封止した。そして、外装部材の開口部から電池素子の内部に電解液を注入して試験用電池を作製した。このとき、正負極２個ずつ計４個のリードを取り出す構造とした。

［本実施形態により得られる効果］
・本実施形態によれば、正極集電体２１Ａの両端に正極集電体露出部２１Ｄ、２１Ｅを設け、正極リード３１Ａを正極集電体露出部２１Ｄに、正極リード３１Ｂを正極集電体露出部２１Ｅに取り付けている。一般に、放電の際には、負極リードに近い位置の活物質層から電子が取り出される。負極集電体露出部を負極集電体の一方のみに設ける構成では、放電が進んで電子が取り出される負極活物質の箇所が負極リードから離れてくると、電子の移動に対する抵抗が大きくなる。特に、大電流の放電が行われた際に、負極リードに近い負極活物質からしか電子を取り出すことができず、電子の取り出しが間に合わなくなり電圧降下が進む。これにより、電池の放電禁止電圧に達することで放電が停止してしまい、大電流での放電が行うことができなくなる。
しかしながら、本実施形態によれば、負極集電体２２Ａの両端に負極集電体露出部２２Ｄ、２２Ｅを設けてそれぞれに１個の負極リードを接続してので、負極リードから最も遠い負極活物質層の位置が負極活物質被覆部２２Ｃの中央付近となる。従って、電子の移動距離が短くできるので抵抗を小さくすることができ、大電流の放電にも対応することが可能となる。
・個々のリードが結束されずに外装部材１０外に導出されている。これにより外装部材１０内で複数のタブとリードと結束する必要がないため、結束するためのスペースを設ける必要がなく、電池１の大型化や体積エネルギー密度の低下を防止できる。
・同じ極性のリードが隣接するように同方向から導出されているので、複数のリードがある場合でもリードを引き回すことなく、制御基板に接続することが可能となる。リードを引き回す必要がないので、電池１が大型化してしまうことがない。
・本実施形態によれば、図５Ａに示すように、個々のリードに密着フィルムを接続している。これにより、シール性が低下してしまうことを防止できる。例えば、図５Ｂに示すように２個の正極リード３１Ａ、３１Ｂの両方に１個の密着フィルム４１を接続すると、リードと密着フィルムを接合する際に各リードを出しにくく、２個のリードが平行でないと密着フィルムの接合不良が発生し、漏液等が生じる虞がある。本実施形態では、個々のリードに密着フィルムを接続しているので係る問題が生じてしまうことを回避できる。負極リード３２についても同様である。
・本実施形態のように、各リードが厚み方向（図２に示すＺ軸方向）で重ならない構成が好ましい。リードが厚み方向で重なると、リードとリードの間の密着フィルムに熱がかかりにくくなり、密着フィルムの溶解が不十分となることでシール不良が発生しやすくなるからである。係る問題を回避するために、温度を高くしたり熱をかける時間を長くすると、シールヘッドに近い外側のシーラントに熱がかかりすぎて溶解し、リードと外装部材のアルミニウム層との絶縁不良が発生しやすくなり、制御が難しくなる。従って、各リードが厚み方向で重ならない構成が好ましい。

以下、本発明を、実施例に基づいて具体的に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
上述した製造方法により電池１を作製した。図４Ａに示すように、正極集電体露出部２１Ｄに正極リード３１Ａを溶接し、正極集電体露出部２１Ｅに正極リード３１Ｂを溶接した。また、負極集電体露出部２２Ｄに負極リード３２Ａを溶接し、負極集電体露出部２２Ｅに負極リード３２Ｂを溶接した。

（実施例２）
図６Ａおよび図６Ｂに示すように、負極集電体露出部２２Ｄに負極リード３２Ａを取り付けなかった以外は、実施例１と同様に電池１を作製した。

（実施例３）
図７Ａおよび図７Ｂに示すように、正極集電体露出部２１Ｄに正極リード３１Ａを取り付けなかった以外は、実施例１と同様に電池１を作製した。

（実施例４）
図８Ａおよび図８Ｂに示すように、正極集電体２１Ａの中央付近に正極集電体露出部２１Ｆを形成した。そして、正極リード３１Ａの取り付け箇所を正極集電体露出部２１Ｄではなく、正極集電体露出部２１Ｆにした。また、正極集電体露出部２１Ｅには、正極リード３１Ｂを取り付けなかった。それ以外は、実施例１と同様に電池１を作製した。

（実施例５）
図９Ａおよび図９Ｂに示すように、正極集電体２１Ａの中央付近に正極集電体露出部２１Ｆを形成した。そして、正極集電体露出部２１Ｆに正極リード３１Ｃを取り付けた。また、負極集電体２２Ａの中央付近に負極集電体露出部２２Ｆを形成した。そして、負極集電体露出部２２Ｆに負極リード３２Ｃを取り付けた。それ以外は、実施例１と同様に電池１を作製した。

（比較例１）
図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、集電体の一方側（巻回内側）の集電体露出部のみにリードを取り付けた。具体的には、正極集電体露出部２１Ｄに正極リード３１Ａを取り付けず、正極集電体露出部２１Ｅのみに正極リード３１Ｂを取り付けた。また、負極集電体露出部２２Ｄに負極リード３２Ａを取り付けず、負極集電体露出部２２Ｅのみに負極リード３２Ｂを取り付けた。それ以外は、実施例１と同様に電池１を作製した。

（比較例２）
図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、集電体の一方側（巻回外側）の集電体露出部のみにリードを取り付けた。具体的には、正極集電体露出部２１Ｄのみに正極リード３１Ａを取り付け、正極集電体露出部２１Ｅに正極リード３１Ｂを取り付けなかった。また、負極集電体露出部２２Ｄのみに負極リード３２Ａを取り付け、負極集電体露出部２２Ｅに負極リード３２Ｂを取り付けなかった。それ以外は、実施例１と同様に電池１を作製した。

（比較例３）
図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、正極集電体２１Ａの中央付近に正極集電体露出部２１Ｆを形成した。そして、正極リード３１Ａの取り付け箇所を正極集電体露出部２１Ｄではなく、正極集電体露出部２１Ｆにした。正極集電体露出部２１Ｄ、２１Ｅには、正極リードを取り付けなかった。また、負極集電体２２Ａの中央付近に負極集電体露出部２２Ｆを形成した。そして、負極リード３２Ａの取り付け箇所を負極集電体露出部２２Ｄではなく、負極集電体露出部２２Ｆにした。負極集電体露出部２２Ｄ、２２Ｅには、負極リードを取り付けなかった。それ以外は、実施例１と同様に電池１を作製した。

（比較例４）
図１３Ａに示すように、正極集電体２１Ａに１周毎に重なるように配置された複数のタブ５１を作製し、負極集電体２２Ａに１周毎に重なるように配置された複数のタブ５２を作製した。そして、図１３Ｂに示すように、電池素子２０内で、複数のタブ５１を正極リード３１に溶接し、複数のタブ５２を負極リード３２に溶接した。正極および負極とも、集電体露出部にはリードを取り付けなかった。それ以外は、実施例１と同様に電池１を作製した。

（評価）
上述した実施例１～５、および、比較例１～４のそれぞれの方法で作製した電池を以下の方法により評価した。
・（ａ）０．２ＩｔＡ容量検査
電池を３００ｍＡ，４．２Ｖにて８ｈ充電したあと、３００ｍＡにて３．０Ｖまで放電することにより０．２ＩｔＡ放電容量を測定した。
・（ｂ）エネルギー密度比
実施例１の体積エネルギー密度を１００とした場合の、各実施例、比較例で得られた電池の体積エネルギー密度をエネルギー密度比として規定した。
・（ｃ）大電流での容量検査
電池を３００ｍＡ，４．２Ｖにて８ｈ充電したあと、６０００ｍＡにて３．０Ｖまで放電することにより、大電流での放電容量を測定した。
セルサイズは、完成後の電池１のサイズであり、図２において、正極リードおよび負極リードの延在方向（Ｘ軸方向）を高さ、Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向を幅、電池の厚みであるＺ軸方向を厚みとして規定した。
結果を表１に示す。

比較例１～２は、実施例１～５と同等の０．２ＩｔＡ容量およびエネルギー密度比となるが、正負極のリードが１個しかないため、大電流を流した場合、電流分布が不均一となり、容量が大きく低下してしまう。また、比較例３では中央付近にリードが取り付けられているため、比較例１～２と比べると大電流を流した場合の容量が改善しているが、実施例と比較すると、大電流を流した場合の容量低下が大きい。従って、複数の正極リードおよび／または複数の負極リードが設けられていることが好ましい。
比較例４では、多数のタブから集電されるため大電流での放電容量は実施例１と同等である。しかしながら、タブとリードとを接合する空間が必要となるため高さが大きくなり、セルサイズが大きくなる。このため、実施例と比較してエネルギー密度が顕著に小さくなる。従って、多数のタブをリードと接合することなく、リードが外装部材外に導出されることが好ましい。
以上のように、実施例１～５によれば、高いエネルギー密度と高い大電流での放電容量を両立することができる。
また、実施例１および５のように、正極および負極に複数本のリードが取り付けられている場合は、実施例２～４のように正負極どちらかの電極に１個のリードが取り付けられている場合に比べて電流分布がさらに均一になり、大電流での放電容量がさらに改善する。従って、正極および負極に複数本のリードが取り付けられている構成がより好ましい。
また、実施例１は、実施例５に比べて、正極活物質被覆部および負極活物質被覆部の領域を大きくすることができる。従って、実施例１は実施例５に比べて０．２ＩｔＡ容量の値を大きくすることができる。また、実施例１の場合は、正極集電体および負極集電体の両端以外に活物質層を連続的に被覆できるので、実施例５に比べて工程を簡素化することができる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について具体的に説明したが、本発明の内容は上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

図１３に示した、タブ５１およびタブ５２の少なくとも一方が、正極リードや負極リードと溶接されずにそのまま外装部材１０外に導出されてもよい。この場合、導出されたタブ５１が正極リードとして機能し、導出されたタブ５２が負極リードとして機能する。また、積層型電池において、個々の正極に接続されるリードが結束されずに外装部材１０外に導出され、個々の負極に接続されるリードが結束されずに外装部材１０外に導出されてもよい。個々のリードは、溶接ではなく、接着等によって集電体露出部に取り付けられてもよい。本発明は、リチウムイオン二次電池以外の他の電池に対しても適用可能である。また、本発明に係る電池は、ウエアラブル機器、電動工具等の各種の電子機器に適用可能である。

上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。上述した実施形態および変形例は、適宜組み合わせることができる。

１・・・電池
１０・・・外装部材
２０・・・電池素子
２１・・・正極
２１Ａ・・・正極集電体
２１Ｂ・・・正極活物質層
２１Ｃ・・・正極活物質被覆部
２１Ｄ，２１Ｅ・・・正極集電体露出部
２２・・・負極
２２Ａ・・・負極集電体
２２Ｂ・・・負極活物質層
２２Ｃ・・・負極活物質被覆部
２２Ｄ，２２Ｅ・・・負極集電体露出部
３１，３１Ａ，３１Ｂ・・・正極リード
３２，３２Ａ，３２Ｂ・・・負極リード
４１，４１Ａ，４１Ｂ，４２，４２Ａ，４２Ｂ・・・密着フィルム

Claims (4)

1. 正極と負極とがセパレータを介して積層された電池素子と、
   前記電池素子を収容する外装部材と、
   前記正極と接続される正極リードと、
   前記負極と接続される負極リードと、
   を有し、
   前記正極リードおよび前記負極リードの少なくとも一方は、複数であり、
   前記複数のリードのそれぞれは、結束されない状態で、前記外装部材の外部に導出されている、
   二次電池。
2. 複数の前記正極リードおよび複数の前記負極リードが、同じ極性のリードが隣接するようにして前記外装部材の外部に導出されている、
   請求項１に記載の二次電池。
3. 前記正極集電体には、複数の正極集電体露出部が形成されており、
   前記負極集電体には、複数の負極集電体露出部が形成されており、
   個々の前記正極集電体露出部に１個の正極リードが取り付けられ、個々の前記負極集電体露出部に１個の負極リードが取り付けられている、
   請求項２に記載の二次電池。
4. 前記複数の正極リードおよび前記複数の負極リードのそれぞれに、密着フィルムが取り付けられている、
   請求項２から４までの何れかに記載の二次電池。

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