JP2023043469A

JP2023043469A - 二次電池

Info

Publication number: JP2023043469A
Application number: JP2021151126A
Authority: JP
Inventors: 一郎村田; Ichiro Murata
Original assignee: Prime Planet Energy and Solutions Inc
Current assignee: Prime Planet Energy and Solutions Inc
Priority date: 2021-09-16
Filing date: 2021-09-16
Publication date: 2023-03-29
Anticipated expiration: 2041-09-16
Also published as: JP7426363B2

Abstract

【課題】電極タブの損傷を抑制する。
【解決手段】ここで開示される二次電池１００は、第１電極板１０と、第１電極板１０と極性が異なる第２電極板２０とを含む電極体４０を備えている。第１電極板１０は、本体部１０ｍと、本体部１０ｍから突出するタブ部１０ｔを有している。第１電極板１０は、芯体１２と、芯体１２上に形成された塗布層１４と、を含んでいる。タブ部１０ｔは、芯体１２の露出部１２ｅと塗布層１４の形成部との境界部１１と、タブ部１０ｔの突出方向において、タブ部１０ｔの根元側に、境界部１１の幅よりも小さな幅を有する第１領域Ｒ１と、タブ部１０ｔの突出方向において、タブ部１０ｔの先端側に、境界部１１の幅よりも大きな幅を有する第２領域Ｒ２と、を有する。
【選択図】図７

Description

本発明は、二次電池に関する。

特開２０１７－５００６９号公報には、集電体上に活物質層が形成された正極と負極とが、セパレータが間に存在する状態で積層された電極組立体が、ケース本体と、ケース本体の開口部を覆う蓋とを有するケース内に収容された蓄電装置が開示されている。かかる蓄電装置は、電極タブが、ケース本体の幅方向における側壁に沿って延びるように折り曲げられた折り曲げ部を備えている。電極タブには、導電部材が接続されている。導電部材は、側壁に沿って延びるタブ接続部において、電極タブの折り曲げ部と電気的に接続されている。かかる蓄電装置は、組み立て性が良いとされている。また、かかる蓄電装置によると、エネルギー密度の向上を図ることができるとされている。

特開２０１７－５００６９号公報

ところで、二次電池に振動や衝撃が加わると、振動や衝撃は、集電部材を介して電池ケース内の電極体にも伝わりうる。その際、電極体のうち、電極集電体と接続されている電極タブにも負荷が加わりうる。本発明者は、電極タブの損傷を抑制したいと考えている。

ここで開示される二次電池は、第１電極板と、第１電極板と極性が異なる第２電極板とを含む電極体を備えている。第１電極板は、本体部と、本体部から突出するタブ部を有している。第１電極板は、芯体と、芯体上に形成された塗布層と、を含んでいる。タブ部は、芯体の露出部と塗布層の形成部との境界部と、タブ部の突出方向において、タブ部の根元側に、境界部の幅よりも小さな幅を有する第１領域と、タブ部の突出方向において、タブ部の先端側に、境界部の幅よりも大きな幅を有する第２領域と、を有している。
かかる構成によると、タブの損傷が抑制された二次電池が提供される。

タブ部が積層され、湾曲された状態で集電体に接合されていてもよい。
第１領域には、塗布層として、活物質層が配置されていてもよい。
第１領域には、塗布層として、保護層が配置されていてもよい。
境界部における幅をＷ０、第１領域において最も幅が小さい部分の幅をＷ１、としたとき、Ｗ１／Ｗ０は、０．５以上１未満であってもよい。
境界部における幅をＷ０、第２領域において最も幅が大きい部分の幅をＷ２、としたとき、Ｗ２／Ｗ０は、１より大きく１．５以下であってもよい。

図１は、本実施形態に係る二次電池１００を模式的に示す斜視図である。図２は、図１中のＩＩ－ＩＩ線に沿う模式的な縦断面図である。図３は、図１中のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う模式的な横断面図である。図４は、封口板５４に取り付けられた電極体４０を模式的に示す斜視図である。図５は、正極第２集電体７２と負極第２集電体７７が取り付けられた電極体４０を模式的に示す斜視図である。図６は、本実施形態に係る二次電池１００の電極体４０の構成を示す模式図である。図７は、タブ部１０ｔの構成を示す平面図である。

以下、ここで開示される技術の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、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、ここで開示される技術の実施に必要な事柄（例えば、電池の一般的な構成および製造プロセス）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。ここで開示される技術は、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。本明細書において数値範囲を示す「Ｘ～Ｙ」の表記は、特に言及されない限りにおいて「Ｘ以上Ｙ以下」を意味する。

なお、本明細書において「二次電池」とは、電解質を介して一対の電極（正極と負極）の間で電荷担体が移動することによって充放電反応が生じる蓄電デバイス一般をいう。かかる二次電池は、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等のいわゆる蓄電池の他に、電気二重層キャパシタ等のキャパシタなども包含する。以下では、上述した二次電池のうち、巻回電極体を備える扁平角型のリチウムイオン二次電池を対象とした場合の実施形態について説明する。

また、本明細書において参照する各図における符号Ｘは「奥行方向」を示し、符号Ｙは「幅方向」を示し、符号Ｚは「高さ方向」を示す。また、奥行方向ＸにおけるＦは「前」を示し、Ｒｒは「後」を示す。幅方向ＹにおけるＬは「左」を示し、Ｒは「右」を示す。そして、高さ方向ＺにおけるＵは「上」を示し、「Ｄ」は下を示す。但し、これらの方向は説明の便宜上の定めたものであり、ここに開示される二次電池を使用する際の設置形態を限定することを意図したものではない。

＜二次電池の構造＞
以下、ここに開示される二次電池の一実施形態について図１～図７を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る二次電池１００を模式的に示す斜視図である。図２は、図１中のＩＩ－ＩＩ線に沿う模式的な縦断面図である。図３は、図１中のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う模式的な横断面図である。図４は、封口板５４に取り付けられた電極体４０を模式的に示す斜視図である。図５は、正極第２集電体７２と負極第２集電体７７が取り付けられた電極体４０を模式的に示す斜視図である。図２に示すように、本実施形態に係る二次電池１００は、巻回電極体４０と、巻回電極体４０を収容する電池ケース５０を備えている。

＜電池ケース＞
電池ケース５０は、巻回電極体４０を収容する筐体である。図示は省略するが、電池ケース５０の内部には非水電解液も収容されている。図１に示すように、本実施形態における電池ケース５０は、扁平かつ有底の直方体形状（角形）の外形を有する。なお、電池ケース５０には、従来公知の材料を特に制限なく使用できる。例えば、電池ケース５０は、金属製であるとよい。かかる電池ケース５０の材料の一例として、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金等が挙げられる。

電池ケース５０は、外装体５２と、封口板５４とを備えている。外装体５２は、上面に開口５２ｈ（図２参照）を有する扁平な有底角型の容器である。外装体５２は、平面略矩形の底壁５２ａと、底壁５２ａの長辺から高さ方向Ｚの上方に延びる一対の長側壁５２ｂと、底壁５２ａの短辺から高さ方向Ｚの上方に延びる一対の短側壁５２ｃとを備えている。一方、封口板５４は、図２に示すように、外装体５２の開口５２ｈを塞ぐ、平面略矩形の板状部材である。そして、封口板５４の外周縁部は、外装体５２の開口５２ｈの外周縁部と接合（例えば溶接）されている。これによって、内部が気密に密閉された電池ケース５０が作製される。また、封口板５４には、注液孔５５とガス排出弁５７が設けられている。注液孔５５は、密閉後の電池ケース５０の内部に非水電解液を注液するために設けられた貫通孔である。なお、注液孔５５は、非水電解液の注液後に封止部材５６によって封止される。また、ガス排出弁５７は、電池ケース５０内で大量のガスが発生した際に破断（開口）し、当該ガスを排出するように設計された薄肉部である。

＜電解液＞
上述の通り、電池ケース５０の内部には、巻回電極体４０の他に、電解液（図示省略）も収容されている。電解液には、従来公知の二次電池において使用されているものを特に制限なく使用できる。例えば、電解液には、非水系溶媒に支持塩を溶解させた非水電解液を使用できる。この非水系溶媒の一例として、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等のカーボネート系溶媒が挙げられる。支持塩の一例として、ＬｉＰＦ_６等のフッ素含有リチウム塩が挙げられる。

＜電極端子＞
また、封口板５４の幅方向Ｙの一方（図１、図２中の左側）の端部には、正極端子６０が取り付けられている。かかる正極端子６０は、電池ケース５０の外側において、板状の正極外部導電部材６２と接続されている。一方、封口板５４の幅方向Ｙの他方（図１、図２中の右側）の端部には、負極端子６５が取り付けられている。かかる負極端子６５には、板状の負極外部導電部材６７が取り付けられている。これらの外部導電部材（正極外部導電部材６２および負極外部導電部材６７）は、外部接続部材（バスバー等）を介して、他の二次電池や外部機器と接続される。なお、外部導電部材は、導電性に優れた金属（アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等）で構成されていることが好ましい。

＜電極集電体＞
図３および図４に示すように、本実施形態に係る二次電池１００では、電池ケース５０内に複数個（３個）の巻回電極体４０が収容されている。詳しい構造は後述するが、各々の巻回電極体４０には、正極タブ群４２と負極タブ群４４とが設けられている。これらの電極タブ群（正極タブ群４２と負極タブ群４４）は、電極集電体（正極集電体７０と負極集電体７５）が接合された状態で折り曲げられている。

具体的には、複数の巻回電極体４０の各々の正極タブ群４２は、正極集電体７０を介して正極端子６０と接続されている。この正極集電体７０は、電池ケース５０の内部に収容されている。図２に示すように、この正極集電体７０は、封口板５４の内側面に沿って幅方向Ｙに延びる板状の導電部材である正極第１集電体７１と、高さ方向Ｚに沿って延びる板状の導電部材である複数の正極第２集電体７２とを備えている。そして、正極端子６０の下端部６０ｃは、封口板５４の端子挿通孔５８を通って電池ケース５０の内部に挿入され、正極第１集電体７１と接続されている。一方で、図４および図５に示すように、この二次電池１００では、複数の巻回電極体４０に対応した数の正極第２集電体７２が設けられている。それぞれの正極第２集電体７２は、巻回電極体４０の正極タブ群４２に接続される。そして、巻回電極体４０の正極タブ群４２は、正極第２集電体７２と巻回電極体４０の一方の側面とが対向するように折り曲げられる（図３参照）。これによって、正極第２集電体７２の上端部と正極第１集電体７１とが電気的に接続される。正極集電体７０には、導電性に優れた金属を好適に使用できる。正極集電体７０としては、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金等を好適に使用できる。

一方、図２に示すように、複数の巻回電極体４０の各々の負極タブ群４４は、負極集電体７５を介して負極端子６５と接続される。かかる負極側の接続構造は、上述した正極側の接続構造と略同一である。具体的には、負極集電体７５は、封口板５４の内側面に沿って幅方向Ｙに延びる板状の導電部材である負極第１集電体７６と、高さ方向Ｚに沿って延びる板状の導電部材である複数の負極第２集電体７７とを備えている。そして、負極端子６５の下端部６５ｃは、端子挿通孔５９を通って電池ケース５０の内部に挿入され、負極第１集電体７６と接続される。一方、複数の負極第２集電体７７の各々は、巻回電極体４０の負極タブ群４４と接続される。そして、負極タブ群４４は、負極第２集電体７７と巻回電極体４０の他方の側面とが対向するように折り曲げられる（図３参照）。これによって、負極第２集電体７７の上端部と負極第１集電体７６とが電気的に接続される。負極集電体７５には、導電性に優れた金属を好適に使用できる。負極集電体７５には、銅や銅合金等を好適に使用できる。

＜絶縁部材＞
また、この二次電池１００では、巻回電極体４０と電池ケース５０との導通を防止するために、種々の絶縁部材が取り付けられている。具体的には、正極外部導電部材６２（負極外部導電部材６７）と封口板５４の外側面との間には、外部絶縁部材９２が介在している（図１参照）。これによって、正極外部導電部材６２や負極外部導電部材６７が封口板５４と導通することを防止できる。また、封口板５４の端子挿通孔５８、５９の各々にはガスケット９０が装着されている。これによって、端子挿通孔５８、５９に挿通された正極端子６０（または負極端子６５）が封口板５４と導通することを防止できる。また、正極第１集電体７１（または負極第１集電体７６）と封口板５４の内側面との間には、内部絶縁部材９４が配置されている。この内部絶縁部材９４は、正極第１集電体７１（または負極第１集電体７６）と封口板５４の内側面との間に介在する板状のベース部９４ａを備えている。これによって、正極第１集電体７１や負極第１集電体７６が封口板５４と導通することを防止できる。さらに、内部絶縁部材９４は、封口板５４の内側面から巻回電極体４０に向かって突出する突出部９４ｂを備えている。これによって、高さ方向Ｚにおける巻回電極体４０の移動を規制し、巻回電極体４０と封口板５４が直接接触することを防止できる。加えて、複数の巻回電極体４０は、絶縁性の樹脂シートからなる図示しない電極体ホルダに覆われた状態で電池ケース５０の内部に収容される。これによって、巻回電極体４０と外装体５２が直接接触することを防止できる。なお、上述した各々の絶縁部材の材料は、所定の絶縁性を有していれば特に限定されない。一例として、ポリオレフィン系樹脂（例、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ））、フッ素系樹脂（例、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ））等の合成樹脂材料を使用できる。

＜電極体＞
図６は、本実施形態に係る二次電池１００の電極体４０の構成を示す模式図である。図６に示すように、二次電池１００（図２参照）は、第１電極板（この実施形態では、正極板１０）と、第１電極板と極性が異なる第２電極板（この実施形態では、負極板２０）とを含む電極体４０を備えている。本実施形態に係る二次電池１００において使用される電極体４０は、セパレータ３０を介して正極板１０と負極板２０とが巻回された扁平形状の巻回電極体４０である。なお、この二次電池１００では、巻回電極体４０の巻回軸ＷＬと二次電池１００の幅方向Ｙとが略一致するように、電池ケース５０内に巻回電極体４０が収容される（図２および図３参照）。すなわち、以下の説明における「巻回軸方向」は、図中の幅方向Ｙと略同一の方向である。なお、ここに開示される二次電池に使用される電極体は、巻回電極体に限られない。ここに開示される二次電池に使用される電極体は、例えば、複数の略矩形状の正極板と負極板とがセパレータを介して交互に積層された、いわゆる積層電極体であってもよい。電極体を構成する正極板、負極板およびセパレータの角部には、例えば、Ｒ加工等が施されていてもよい。

＜セパレータ＞
巻回電極体４０は、正極板１０と負極板２０との間に介在する２枚のセパレータ３０を備えている。各々のセパレータ３０は、電荷担体が通過し得る微細な貫通孔が複数形成された絶縁シートである。このセパレータ３０を正極板１０と負極板２０との間に介在させることによって、正極板１０と負極板２０との接触を防止すると共に、正極板１０と負極板２０との間で電荷担体（例えばリチウムイオン）を移動させることができる。

セパレータ３０としては、従来公知の二次電池のセパレータにおいて用いられるものを特に制限なく使用できる。セパレータ３０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樹脂からなる樹脂製の多孔性シートを使用することができる。セパレータ３０は、樹脂製の多孔性シートからなる基材部と、基材部の少なくとも一方の表面上に設けられ、無機フィラーを含む耐熱層（ＨｅａｔＲｅｓｉｓｔａｎｃｅＬａｙｅｒ：ＨＲＬ）と、を有していてもよい。無機フィラーとしては、例えば、アルミナ、ベーマイト、水酸化アルミニウム、チタニア等を使用し得る。

＜負極板＞
負極板２０は、長尺な帯状の部材である。負極板２０は、芯体２２と、芯体２２上に形成された塗布層２４と、を含んでいる。芯体２２は、帯状の金属箔である。この実施形態では、塗布層２４は、負極芯体２２の表面に付与された負極活物質層２４である。電池性能の観点から、負極活物質層２４は、負極芯体２２の両面に付与されていることが好ましい。また、負極板２０は、負極活物質層２４が形成されておらず、負極芯体２２が露出した露出部２２ｅが設けられている。さらに、この負極板２０には、巻回軸方向（幅方向Ｙ）の一方の端辺から外側（図５中の右側）に向かって突出する負極タブ２２ｔが設けられている。この負極タブ２２ｔは、負極板２０の長手方向において所定の間隔を空けて複数設けられている。この負極タブ２２ｔには、負極活物質層２４が付与されておらず、負極芯体２２が露出した領域（露出部２２ｅ）が設けられている。

負極板２０を構成する各部材には、一般的な二次電池（例えば、リチウムイオン二次電池）で使用され得る従来公知の材料を特に制限なく使用できる。例えば、負極芯体２２には、所定の導電性を有した金属材料を好ましく使用できる。かかる負極芯体２２は、例えば、銅や銅合金等から構成されていることが好ましい。特に限定されないが、負極芯体２２の厚みは、例えば、５μｍ以上であり、１５μｍ以下であることが好ましい。

負極活物質層２４は、負極活物質を含む層である。負極活物質には、後述する正極活物質との関係において電荷担体を可逆的に吸蔵・放出できれば特に限定されず、従来の一般的な二次電池で使用され得る材料を特に制限なく使用できる。かかる負極活物質としては、例えば、炭素系負極活物質を使用できる。炭素系負極活物質としては、例えば、炭素材料、シリコン系材料などが挙げられる。炭素材料としては、例えば、黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン、非晶質炭素等を使用し得る。また、黒鉛の表面が非晶質炭素で被覆された非晶質炭素被覆黒鉛などを使用することもできる。一方、シリコン系材料としては、シリコン、シリコン酸化物（シリカ）などが挙げられる。また、シリコン系材料は、他の金属元素（例えばアルカリ土類金属）や、その酸化物を含有していてもよい。また、負極活物質層２４は、負極活物質以外の添加剤を含んでいてもよい。かかる添加剤の一例として、バインダ、増粘剤等が挙げられる。バインダの具体例として、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等のゴム系のバインダが挙げられる。また、増粘剤の具体例としては、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等が挙げられる。なお、負極活物質層２４の固形分全体を１００質量％としたときの負極活物質の含有量は、概ね３０質量％以上であり、典型的には５０質量％以上である。なお、負極活物質は、負極活物質層２４の８０質量％以上を占めていてもよいし、９０質量％以上を占めていてもよい。特に限定されないが、負極活物質層２４の厚みは、片面あたり、例えば、７０μｍ以上であり、１００μｍ以下であることが好ましい。

＜正極板＞
正極板１０は、長尺な帯状の部材である。正極板１０は、芯体１２と、芯体１２上に形成された塗布層１４と、を含んでいる。芯体１２は、帯状の金属箔である。この実施形態では、塗布層１４は、正極芯体１２の表面に付与された正極活物質層１５と、正極板１０の長手方向に正極活物質層１５の端部に沿って延びる保護層１６と、を含んでいる。電池性能の観点から、正極活物質層１５は、正極芯体１２の両面に付与されていることが好ましい。また、正極板１０には、塗布層１４が形成されておらず、正極芯体１２が露出した露出部１２ｅが設けられている。

正極板１０は、本体部１０ｍと、本体部１０ｍから突出するタブ部１０ｔを有している。本体部１０ｍは、タブ部１０ｔを除いて芯体１２に応じた形状である。この正極板１０では、タブ部１０ｔは、巻回軸方向（幅方向Ｙ）の一方の端辺から外側（図６中の左側）に向かって突出した部位である。この正極タブ部１０ｔは、長尺な帯状の正極板１０の長手方向において所定の間隔を空けて複数形成されている。露出部１２ｅは、タブ部１０ｔに設けられている。

正極板１０を構成する各部材には、一般的な二次電池（例えば、リチウムイオン二次電池）で使用され得る従来公知の材料を特に制限なく使用できる。例えば、正極芯体１２には、所定の導電性を有した金属材料を好ましく使用できる。かかる正極芯体１２は、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金等から構成されていることが好ましい。特に限定されないが、正極芯体１２の厚みは、例えば、５μｍ以上であり、１５μｍ以下であることが好ましい。

正極活物質層１５は、正極活物質を含む層である。正極活物質は、上述した負極活物質との関係において電荷担体を可逆的に吸蔵・放出できる粒子状の材料である。高性能の正極板１０を安定的に作製するという観点から、正極活物質は、リチウム遷移金属複合酸化物が好適である。上記リチウム遷移金属複合酸化物の中でも、遷移金属として、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）およびマンガン（Ｍｎ）からなる群の少なくとも一種を含むリチウム遷移金属複合酸化物は特に好適である。具体例としては、リチウムニッケルコバルトマンガン系複合酸化物（ＮＣＭ）、リチウムニッケル系複合酸化物、リチウムコバルト系複合酸化物、リチウムマンガン系複合酸化物、リチウムニッケルマンガン系複合酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム系複合酸化物（ＮＣＡ）、リチウム鉄ニッケルマンガン系複合酸化物等が挙げられる。また、Ｎｉ、ＣｏおよびＭｎを含まないリチウム遷移金属複合酸化物の好適例として、リチウムリン酸鉄系複合酸化物（ＬＦＰ）等が挙げられる。なお、本明細書における「リチウムニッケルコバルトマンガン系複合酸化物」とは、主要構成元素（Ｌｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｏ）の他に、添加的な元素を含む酸化物を包含する用語である。かかる添加的な元素の例としては、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｎａ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ等の遷移金属元素や典型金属元素等が挙げられる。また、添加的な元素は、Ｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｐ等の半金属元素や、Ｓ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ等の非金属元素であってもよい。詳しい説明は省略するが、このことは「～系複合酸化物」と記載した他のリチウム遷移金属複合酸化物についても同様である。また、正極活物質層１５は、正極活物質以外の添加剤を含んでいてもよい。かかる添加剤の一例として、導電材、バインダ等が挙げられる。導電材の具体例としては、アセチレンブラック（ＡＢ）等の炭素材料が挙げられる。バインダの具体例としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等の樹脂バインダが挙げられる。なお、正極活物質層１５の固形分全体を１００質量％としたときの正極活物質の含有量は、概ね８０質量％以上であり、典型的には９０質量％以上である。特に限定されないが、正極活物質層１５の厚みは、片面あたり、例えば、５０μｍ以上であり、９０μｍ以下であることが好ましい。

保護層１６は、正極活物質層１５よりも電気伝導性が低くなるように構成された層である。この実施形態では、保護層１６は、正極活物質層１５の端部に沿って形成されている。保護層１６は、正極芯体１２上において、セパレータ３０を介して負極活物質層２４と対向する位置に設けられている。正極活物質層１５が正極芯体１２の両面に付与されている場合、保護層１６も正極芯体１２の両面に付与されていることが好ましい。

保護層１６の構成は特に限定されないが、例えば、樹脂が塗布された層、無機粒子やバインダを含んだ層でありうる。無機粒子としては、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、マグネシア（ＭｇＯ）、シリカ（ＳｉＯ_２）、チタニア（ＴｉＯ_２）等の無機酸化物や、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の窒化物、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム等の金属水酸化物や、マイカ、タルク、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン等の粘土鉱物や、ガラス繊維などが挙げられる。絶縁性や耐熱性を考慮すると、上述の中でも、アルミナ、ベーマイト、水酸化アルミニウム、シリカおよびチタニアが好適である。また、保護層１６は、上記セラミック粒子を正極芯体１２の表面に定着させるためのバインダを含有していてもよい。かかるバインダとしては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等の樹脂バインダが挙げられる。また、保護層１６には、種々の添加剤が含まれていてもよい。添加剤の一例として、炭素材料等の導電材が挙げられる。

保護層１６は、正極活物質層１５よりも厚みが薄くなるように形成されていることが好ましい。特に限定されないが、保護層１６の厚みは、片面あたり、例えば、１０μｍ以上であり、２０μｍ以下であることが好ましい。なお、保護層は、正極板の必須の構成要素ではない。ここに開示される二次電池では、保護層が形成されていない正極板を使用することもできる。

このような保護層１６が正極活物質層１５の端部に沿って設けられていることによって、内部短絡のおそれが低減される。例えば、正極板１０と負極板２０との間を介在するセパレータ３０が破損した際に、保護層１６は、正極芯体１２と負極活物質層２４とが直接接触することを防止しうる。また、保護層１６は、タブ部１０ｔに加わる負荷からタブ部１０ｔを保護しうる。

正極板１０のタブ部１０ｔの構成を説明する。図７は、タブ部１０ｔの構成を示す平面図である。図７に示されているように、タブ部１０ｔには、タブ部１０ｔの根元側に、部分的に塗布層１４が形成されている。なお、この実施形態では、タブ部１０ｔの突出方向は、巻回軸ＷＬと平行な方向に設定されている。ここで、タブ部１０ｔの幅とは、タブ部１０ｔの突出方向に直行する方向の長さのことをいう。タブ部１０ｔの寸法は特に限定されないが、例えば、タブ部１０ｔの幅は、最も大きい部分で２５ｍｍ～３５ｍｍ程度でありうる。タブ部１０ｔの長さは、例えば、１５ｍｍ～２５ｍｍ程度でありうる。

タブ部１０ｔは、芯体１２の露出部１２ｅと塗布層１４の形成部との境界部１１を有している。タブ部１０ｔは、タブ部１０ｔの突出方向において、タブ部１０ｔの根元側に、境界部１１の幅よりも小さな幅を有する第１領域Ｒ１と、タブ部１０ｔの突出方向において、タブ部１０ｔの先端側に、境界部１１の幅よりも大きな幅を有する第２領域Ｒ２と、を有している。この実施形態では、第１領域Ｒ１には、塗布層１４として、保護層１６が配置されている。

タブ部１０ｔの形状は特に限定されない。この実施形態では、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２において、タブ部１０ｔは、平面視において曲線状に湾曲した外形形状を有している。境界部１１からタブ部１０ｔの根元側に向かって、タブ部１０ｔの幅方向の両端にはくびれ部１０ｔ１が形成されている。くびれ部１０ｔ１は、平面視においてタブ部１０ｔの縁が円弧状に凹んだ部位である。くびれ部１０ｔ１は、第１領域Ｒ１に形成されている。また、境界部１１からタブ部１０ｔの先端側に向かって、タブ部１０ｔの幅方向の両端には膨出部１０ｔ２が形成されている。膨出部１０ｔ２は、平面視においてタブ部１０ｔの縁が円弧状に出っ張った部位である。膨出部１０ｔ２は、第２領域Ｒ２に形成されている。膨出部１０ｔ２よりも先端の領域において、タブ部１０ｔの幅は徐々に小さくなっている。膨出部１０ｔ２よりも先端の領域において、面取りされている角部を除いてタブ部１０ｔの幅方向の縁は直線状である。タブ部１０ｔの先端は、正極板１０の長尺方向と平行な直線状である。

タブ部１０ｔは、露出部１２ｅで集約され、正極タブ群４２を構成している。正極タブ群４２は、正極第２集電体７２に接続されている（図５参照）。正極タブ群４２は、正極第２集電体７２に接続された後に折り曲げられ、正極第１集電体７１を介して二次電池１００と接続されている（図２参照）。換言すると、タブ部１０ｔが積層され、湾曲された状態で集電体（ここでは、正極集電体７０）に接合されている。ここでは、積層されたタブ部１０ｔ（正極タブ群４２）が湾曲されて電池ケース５０（図２参照）に収容される。それによって、正極タブ群が延びた状態で電池ケースに収容される正極活物質層１５の幅をより広くとることができる。その結果、体積エネルギー密度を大きくすることによる電池性能を向上や、電池の小型化を図ることができる。

積層されたタブ部１０ｔ（正極タブ群４２）の折り曲げの程度は特に限定されない。例えば、タブ部１０ｔの根元１０ｂから接続された正極集電体７０までの間隔をＳ１（図３参照）、タブ部１０ｔの根元１０ｂから境界部１１までの長さをＳ２（図７参照）としたときに、Ｓ２／Ｓ１は、０．６以下であることが好ましく、０．２～０．４であることがより好ましい。

ところで、二次電池１００に振動や衝撃が加わると、正極集電体７０を介して正極タブ群４２と、正極タブ群４２を構成するタブ部１０ｔにも曲げ、引張、ねじり、剪断等の負荷がかかる。また、上述した実施形態では、正極タブ群４２が折り曲げられて電池ケース５０に収容されているため、タブ部１０ｔの折り曲げられている部分にも負荷がかかる。本発明者の知見では、タブ部１０ｔにおいては、剛性が変わる部分や根元１０ｂに特に応力が集中しやすい。上述した実施形態では、タブ部１０ｔの中で、塗布層１４（保護層１６）が形成されている部分と、露出部１２ｅとの境界部１１で剛性が変わっている。そのため、境界部１１付近に、特に応力が集中しやすい。境界部１１付近に応力が集中すると、境界部１１の両端を起点としてタブ部１０ｔが裂けたり損傷したりする懸念がある。

上述した実施形態では、タブ部１０ｔは、タブ部１０ｔの突出方向において、タブ部１０ｔの根元側に、境界部１１の幅よりも小さな幅を有する第１領域Ｒ１と、タブ部１０ｔの突出方向において、タブ部１０ｔの先端側に、境界部１１の幅よりも大きな幅を有する第２領域Ｒ２と、を有している。つまり、第１領域Ｒ１から第２領域Ｒ２にかけてタブ部１０ｔの幅が大きくなるように構成されている。かかる構成によって、境界部１１において、露出部１２ｅの両端の応力集中を緩和することができる。その結果、タブ部１０ｔを損傷しにくくすることができる。

上述した実施形態では、タブ部１０ｔは積層され、湾曲された状態で正極集電体７０に接合されている。積層されたタブ部１０ｔは、湾曲されることによって拘束され自由度が減少することにより応力の集中と偏りがより発生しやすくなる。タブ部１０ｔが上述の構成を有することによって、応力集中を緩和する効果がより発揮されうる。

なお、タブ部１０ｔの各部分の寸法は特に限定されないが、境界部１１と第１領域Ｒ１の寸法は以下のように例示される。例えば、境界部１１における幅をＷ０、第１領域Ｒ１において最も幅が小さい部分の幅をＷ１、としたとき、Ｗ１／Ｗ０は、０．５以上１未満でありうる。境界部１１に応力が集中することを緩和する観点からは、Ｗ１／Ｗ０が小さいほど効果が大きい。Ｗ１／Ｗ０は、０．９８以下であることが好ましく、０．９５以下であることがより好ましい。また、正極板１０の巻回前など、タブ部１０ｔの搬送時の損傷を防ぐ観点や、正極板１０から正極集電体７０への導通を確保する観点などからは、Ｗ１／Ｗ０は、０．５以上であることが好ましく、０．７以上であることがより好ましい。

境界部１１と第２領域Ｒ２の寸法は以下のように例示される。例えば、境界部１１における幅をＷ０、第２領域Ｒ２において最も幅が大きい部分の幅をＷ２、としたとき、Ｗ２／Ｗ０は、１より大きく１．５以下でありうる。境界部１１に応力が集中することを緩和する観点からは、Ｗ２／Ｗ０が大きいほど効果が大きい。Ｗ２／Ｗ０は、例えば、１．０５以上であることが好ましく、１．１以上であることがより好ましい。正極板１０の巻回前など、タブ部１０ｔの搬送時の損傷を防ぐ観点からは、Ｗ２／Ｗ０は、例えば、１．５以下であることが好ましく、１．３以下であることがより好ましい。

上述した実施形態では、タブ部１０ｔの縁には、平面視において、円弧状に凹んだくびれ部１０ｔ１と、円弧状に出っ張った膨出部１０ｔ２が形成されている。このように、タブ部１０ｔの縁が曲線状に形成されていることによって、タブ部１０ｔの一部（この実施形態では、境界部１１）に応力が集中することがより緩和されうる。また、タブ部１０ｔの縁が曲線状に形成されていることによって、タブ部１０ｔが裂ける起点ができにくい。
この実施形態では、膨出部１０ｔ２よりも先端の領域では、先端に向かうに従ってタブ部１０ｔの幅は徐々に小さくなっている。まず先端部の幅については正極第２集電体７２とタブ部１０ｔの接合幅を基準に決定される。根元部が幅広である理由については、衝撃を受けた場合、先端部は全タブが接合されているため各タブへの負荷は均等に作用するが、根元部は各タブに負荷の偏りが生じる。更に、電極体が衝撃により動くことによるタブ部の変位は根元１０ｂにおいて最大となる。そのため強度の観点から先端部より根元部を幅広にすることが好ましく台形を基本とした形状となる。

上述した実施形態では、第１領域Ｒ１には、塗布層１４として、保護層１６が配置されている。この実施形態では、タブ部１０ｔの根元１０ｂは、保護層１６に覆われている（図７参照）。例えば、二次電池１００に振動や衝撃が加わると、タブ部１０ｔにも負荷がかかる。その際、タブ部１０ｔの根元１０ｂに近い部分に大きな負荷がかかりうる。保護層１６が設けられていることによって、タブ部１０ｔの根元１０ｂの剛性が向上する。また、保護層１６は、正極活物質層１５よりも厚みが薄くなるように形成されている。そのため、境界部１１での剛性の変化が比較的小さく、境界部１１における応力集中が小さくなりうる。

上述した実施形態では、芯体１２の露出部１２ｅと境界をなす塗布層１４として、保護層１６が配置されている。しかしながら、かかる形態に限定されない。例えば、芯体の露出部と境界をなす塗布層として、正極活物質層が配置されていてもよい。例えば、タブ部の突出方向において、タブ部の根元側に、境界部の幅よりも小さな幅を有する第１領域には、塗布層として、活物質層（ここでは、正極活物質層）が配置されていてもよい。この場合、正極活物質層の端部に保護層は配置されない。正極活物質層は、保護層と比較して厚みが厚く形成されうる。そのため、境界部での剛性の変化が比較的大きい。このような場合には、タブ部が上述した構成を有することによって、露出部の両端の応力集中を緩和する効果がより発揮されうる。その結果、タブ部を損傷しにくくすることができる。

ここで開示される技術は、正極板だけでなく、負極板にも適用可能である。タブ部の突出方向において、タブ部の根元側に、境界部の幅よりも小さな幅を有する第１領域には、塗布層として、負極活物質層が配置されていてもよい。また、正極板と負極板の両方が上述したタブ部の構成を有していてもよい。ここで開示される技術の効果は、例えば、芯体として使用される材料の強度が低い場合により効果的に発揮される。例えば、アルミニウムは、銅と比較して強度が低い。正極芯体としてアルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられ、負極芯体として銅または銅合金が用いられている場合には、正極板のタブ部が上記構成を有している場合の方が、タブ部を損傷しにくくする効果がより効果的に発揮されうる。

以上、ここで開示される技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。ここで開示される技術には上記の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

１０正極板（第１電極板）
１０ｍ本体部
１０ｂ根元
１０ｔタブ部
１０ｔ１くびれ部
１０ｔ２膨出部
１１境界部
１２正極芯体（芯体）
１２ｅ露出部
１４塗布層
１５正極活物質層
１６保護層
２０負極板（第２電極板）
２２負極芯体
２２ｅ露出部
２２ｔ負極タブ
２４塗布層（負極活物質層）
３０セパレータ
４０巻回電極体（電極体）
４２正極タブ群
４４負極タブ群
５０電池ケース
６０正極端子
６５負極端子
７０正極集電体
７５負極集電体
１００二次電池

Claims

第１電極板と、前記第１電極板と極性が異なる第２電極板とを含む電極体を備えた二次電池であって、
前記第１電極板は、
本体部と、
前記本体部から突出するタブ部を有し、
前記第１電極板は、
芯体と、
前記芯体上に形成された塗布層と、
を含み、
前記タブ部は、
前記芯体の露出部と前記塗布層の形成部との境界部と、
前記タブ部の突出方向において、前記タブ部の根元側に、前記境界部の幅よりも小さな幅を有する第１領域と、
前記タブ部の突出方向において、前記タブ部の先端側に、前記境界部の幅よりも大きな幅を有する第２領域と、
を有する、二次電池。
前記タブ部が積層され、湾曲された状態で集電体に接合されている、請求項１に記載の二次電池。
前記第１領域には、前記塗布層として、活物質層が配置されている、請求項１または２に記載の二次電池。
前記第１領域には、前記塗布層として、保護層が配置されている、請求項１または２に記載の二次電池。
前記境界部における幅をＷ０、前記第１領域において最も幅が小さい部分の幅をＷ１、としたとき、Ｗ１／Ｗ０は、０．５以上１未満である、請求項１～４のいずれか一項に記載の二次電池。
前記境界部における幅をＷ０、前記第２領域において最も幅が大きい部分の幅をＷ２、としたとき、Ｗ２／Ｗ０は、１より大きく１．５以下である、請求項１～５のいずれか一項に記載の二次電池。