JP5994977B2

JP5994977B2 - 二次電池

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Publication number: JP5994977B2
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Inventors: 嘉夫田川
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Description

本発明は二次電池に関する。

従来、電気自動車やプラグインハイブリッド自動車等の電動車両に搭載されているモーター駆動用のバッテリとして、リチウムイオン二次電池等の二次電池が用いられている。電動車両に搭載される二次電池には、車両を登坂、加速及び低温駆動させるための大電流出力に応える優れた出力特性や、急速充電や回生時の大電流入力に応える優れた入力特性に加え、長時間駆動可能な高いエネルギー容量特性が求められる。

このような二次電池の入出力特性やエネルギー容量特性を向上させるために、正極板と負極板の抵抗比が所定範囲になるように電極材料を調整した二次電池や、スパイラル状に巻回した電極の曲率に基づき電極材料の塗布量を調整した二次電池が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２０１１−１８７１８６号公報特開平９−１８０７０４号公報

しかしながら、二次電池の入出力特性とエネルギー容量特性とは相反する関係にあるため、上述したような二次電池であっても、瞬時に大電流を出し入れできる優れた入出力特性や、長時間駆動可能な高いエネルギー容量特性を同時に兼ね備えた二次電池を実現することができないという問題がある。

そこで、本発明はこのような事情に鑑み、優れた入出力特性及び高いエネルギー容量特性を同時に兼ね備えた二次電池を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、電解液と、該電解液に浸漬されて用いられる電極部材とを具備する二次電池であって、前記電極部材は、正極集電箔の表面に形成された正極活物質層を有する正極と、負極集電箔の表面に形成された負極活物質層を有する負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータとが積層されて、前記セパレータを介して相対向する前記正極活物質層と前記負極活物質層とで電極対を構成し、前記正極及び前記負極は、それぞれ集電箔の両面に活物質層を具備し、前記正極及び負極の少なくとも一方は、前記集電箔の一方の面に相対的に高出力且つ低容量の第１の特性を有する第１の活物質層を具備すると共に他方の面に相対的に低出力且つ高容量の第２の特性を有する第２の活物質層を具備し、前記電極対は、前記第１の特性を具備する第１の活物質層からなる第１の電極対と、前記第２の特性を具備する第２の活物質層からなる第２の電極対とを備え、前記第１の電極対の前記第１の活物質層と、前記第２の電極対の前記第２の活物質層とは、層を形成する活物質の種類が異なることにより、前記第１の特性及び前記第２の特性を有することを特徴とする二次電池にある。

かかる本発明によれば、１つの電極部材内に、相対的に高出力且つ低容量の第１の特性を具備する第１の電極対と、相対的に低出力且つ高容量の第２の特性を具備する第２の電極対とを具備するので、これを電極として用いることにより、全体として、優れた入出力特性と高いエネルギー容量特性を同時に兼ね備えた二次電池を実現することができる。また、正極及び負極の少なくとも一方の集電箔の両面に入出力特性及び容量特性の異なる活物質層がそれぞれ形成されるので、１つの電極部材内には、入出力特性及び容量特性の異なる活物質層がそれぞれ複数設けられる。このため、全体として、優れた入出力特性と高いエネルギー容量特性を同時に兼ね備えた二次電池を実現することができる。

また、活物質の種類の違いにより、前記第１の特性と前記第２の特性とを発現することにより、１つの電極部材内に、相対的に高出力且つ低容量の第１の特性を具備する第１の電極対と、相対的に低出力且つ高容量の第２の特性を具備する第２の電極対とを具備するので、これを電極として用いることにより、全体として、優れた入出力特性と高いエネルギー容量特性を同時に兼ね備えた二次電池を実現することができる。

ここで、前記正極及び前記負極の集電箔には複数の孔が形成されていることが好ましい。

これによれば、集電箔に孔を設けることで、充電及び放電後における活物質層の電位が異なる状態となった際に、リチウムイオンが集電箔の孔を介しても活物質層中を移動できるので、電位の緩和が促進される。

また、前記第１の電極対と前記第２の電極対とが複数積層され又は巻回されて構成されていることが好ましい。

これによれば、電極対を複数積層して又は巻回することにより、活物質層のそれぞれの表面積を大きくすることができるので、二次電池の入出力特性及びエネルギー容量特性をさらに高めることができる。

本発明の二次電池によれば、優れた入出力特性及び高いエネルギー容量特性を同時に兼ね備えた二次電池を実現することができる。

実施形態１に係る二次電池の斜視図である。図１の二次電池のＸ−Ｘ′線断面模式図である。実施形態１に係る二次電池用電極部材の一部拡大断面模式図である。実施形態１に係る二次電池の第１の特性と第２の特性を示す各電極対の出力時間と電流値との関係図である。実施形態１に係る二次電池の充電状態を示す図である。実施形態２に係る集電箔の斜視図である。実施形態３に係る二次電池用電極部材の一部拡大断面模式図である。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。

（実施形態１）
本実施形態に係る二次電池は、ラミネート型リチウムイオン二次電池であり、例えば、電気自動車である電動車両の底部（フロア下）に搭載され、電動車両の走行用モーター等に電力を供給するものである。

本発明の実施形態１に係る二次電池及びそれに用いられる電極部材について、図１〜図３を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るラミネート型リチウムイオン二次電池の斜視図であり、図２は、図１のＸ−Ｘ′線断面模式図であり、図３は、図２に示す二次電池の電極部材の一部拡大断面模式図である。

図１及び図２に示すように、ラミネート型リチウムイオン二次電池１は、電極部材２が収納された矩形平板状のラミネート外装体３と、該ラミネート外装体３の長手方向両側の短辺側から突出して設けられ、電極部材２から電力を取り出す正極端子４と負極端子５とから構成される。電極部材２は、複数の正極１０と、複数の負極２０とがセパレータ３０を介して積層されたものであり、複数の正極１０は正極端子４に、複数の負極２０は、負極端子５に電気的に接続されている。また、電極部材２は、ラミネート外装体３内で電解液６に浸漬されている。

図３に示すように、電極部材２の正極１０は、正極集電箔１１の両面にそれぞれ正極活物質層が形成されたものであり、相対的に薄い第１の正極活物質層１２が両面に形成された正極１０ａと、相対的に厚い第２の正極活物質層１３が両面に形成された正極１０ｂとを具備する。一方、負極２０は、負極集電箔２１の一方面に相対的に薄い第１の負極活物質層２２が形成され、他方面には相対的に厚い第２の負極活物質層２３が形成されたものである。これら正極１０ａ、１０ｂと負極２０とは、間にセパレータ３０を挟んで交互に積層され、正極１０ａの第１の正極活物質層１２と負極２０の第１の負極活物質層２２とがセパレータ３０を介して対向し、また、正極１０ｂの第２の正極活物質層１３と負極２０の第２の負極活物質層２３とがセパレータ３０を介して対向するようになっている。そして、セパレータ３０を介して第１の正極活物質層１２と第１の負極活物質層２２とが対向した部分が第１の電極対４１となり、セパレータ３０を介して第２の正極活物質層１３と第２の負極活物質層２３とが対向した部分が第２の電極対４２となり、本実施形態では、２つの第１の電極対４１と２つの第２の電極対４２とが交互に積層された構成となっている。

ここで、セパレータ３０を介して第１の正極活物質層１２と第１の負極活物質層２２とが対向した第１の電極対４１は、相対的に高出力且つ低容量の第１の特性を具備するものであり、セパレータ３０を介して第２の正極活物質層１３と第２の負極活物質層２３とが対向した第２の電極対４２は相対的に低出力且つ高容量の第２の特性を具備するものとなる。

本実施形態では、相対的に厚さの異なる活物質層、すなわち、相対的に薄い第１の正極活物質層１２と第１の負極活物質層２２とからなる第１の電極対４１と、相対的に厚い第２の正極活物質層１３と第２の負極活物質層２３とからなる第２の電極対４２とを具備する電極部材２とすることにより、相反する２つの電池特性を具備する二次電池としている。

ここで、相対的に高出力且つ低容量の第１の特性とは、この場合、第２の特性と比較して入出力特性が高く且つエネルギー容量特性が低いという意味であり、相対的に低出力且つ高容量の第２の特性とは、第１の特性と比較して入出力特性が低く且つエネルギー容量特性が高いという意味である。

このような第１の特性と第２の特性を図４を参照しながら説明する。図４は、二次電池の出力する時間と出力する電流値との関係を示すものである。

図４に示すように、第１の電極対４１の部分では、第１の正極活物質層１２及び第１の負極活物質層２２が薄い分、活物質層の内部抵抗が小さくなるため、大電流の入出力が可能だが、全体の活物質量が少ないので持続時間（容量）は小さくなる。一方、厚い正極活物質層１３及び負極活物質層２３を有する第２の電極対４２の部分は、活物質層が厚いので第１の電極対４１と比較して内部抵抗が大きくなり、第１の電極対４１ほど大電流は流せないが、活物質層が厚い分、エネルギー容量は高いため、より大きな容量を得ることができる。本実施形態では、前者を第１の特性、後者を第２の特性としている。

ここで、相対的に薄い第１の正極活物質層１２と相対的に薄い第１の負極活物質層２２とからなる第１の電極対４１についてさらに説明する。リチウムイオン二次電池の充電や放電は、正極と負極間をリチウムイオンが移動（拡散）することで進行するため、リチウムイオンの移動する距離が短い、即ち、活物質層の厚さが薄い方が内部抵抗を下げることができ、入出力特性が向上するが、一方、容量は低下する。すなわち、第１の正極活物質層１２と第１の負極活物質層２２とからなる第１の電極対４１は、大電流の入出力に対して応答性が速く、迅速に電位変化する優れた入出力特性を有するが、低容量であり、高出力且つ低容量の第１の特性を具備することになる。

一方、相対的に厚い第２の正極活物質層１３と第２の負極活物質層２３とからなる第２の電極対４２について説明する。リチウムイオン二次電池のエネルギー容量を向上させるためには、活物質層のエネルギー密度を高くすることが必要であり、このためには、例えば、活物質層の厚さを厚くすればよいが、逆にリチウムイオンの移動距離が大きくなるので、入出力特性については不利となる。このため、第２の正極活物質層１３と第２の負極活物質層２３とからなる第２の電極対４２は、長時間駆動可能な高いエネルギー容量特性を有するが、低入出力特性となり、低出力且つ高容量の第２の特性を具備することになる。

このような第１の特性及び第２の特性の両方を具備する二次電池とするためには、例えば、厚さの異なる第１の負極活物質層２２と第２の負極活物質層２３とを具備するようにすればよく、本実施形態では、負極集電箔２１の両面に相対的に薄い第１の負極活物質層２２と相対的に厚い負極活物質層２３とを設け、第１の特性及び第２の特性の両方を兼ね備えるようにしている。本実施形態では、第１の負極活物質層２２の厚さが１〜１０μｍの場合、第２の負極活物質層２３の厚さは１０〜１００μｍが好ましく、第１の負極活物質層２２の厚さが１０〜５０μｍの場合、第２の負極活物質層２３の厚さが５０〜２００μｍであるのが好ましい。

また、相対的に薄い第１の負極活物質層２２及び相対的に厚い第２の負極活物質層２３には、それぞれに対応するリチウム移動量を具備する正極活物質層が必要であり、それぞれ第１の正極活物質層１２及び第２の正極活物質層１３を対応させて、第１の電極対４１及び第２の電極対４２を構成するようにしている。すなわち、第１の正極活物質層１２と第１の負極活物質層２２との間、また、第２の正極活物質層１３と第２の負極活物質層２３との間で、充電時及び放電時におけるリチウムイオンの一方の活物質層から他方の活物質層への移動を対等にし、電位変化を安定させ、二次電池の制御を容易にし、二次電池の信頼性を高めている。

なお、本実施形態では、正極１０として、正極集電箔１１の両面に相対的に薄い第１の正極活物質層１２を有する正極１０ａと、正極集電箔１１の両面に相対的に厚い第２の正極活物質層１３を有する正極１０ｂとを用いることで、第１の負極活物質層２２及び第２の負極活物質層２３に対応するようにしている。これは、表裏で異なる厚さの正極を形成するよりも、表裏で同じ厚さの正極を形成する方が容易であることに鑑みて、厚さの異なる二種類の正極１０ａ、１０ｂを用いている。勿論、正極集電箔１１の一方面に薄い正極活物質層１２、他方面に厚い正極活物質層１３を設けた正極を用いてもよいことは言うまでもない。

以上説明したように、本実施形態に係る電極部材２は、１つの電極部材２内に異なる厚さの活物質層を形成することにより、相対的に高出力且つ低容量の第１の特性を具備する第１の電極対４１と、相対的に低出力且つ高容量の第２の特性を具備する第２の電極対４２とがそれぞれ複数形成される。これを電極として用いることにより、全体として優れた入出力特性及び高いエネルギー容量特性を同時に兼ね備えた二次電池を実現することができる。

ここで、第１の正極活物質層１２及び第２の正極活物質層１３を形成する正極活物質としては、例えば層状構造型の金属酸化物、スピネル型の金属酸化物及び金属化合物、リン酸塩型の金属酸化物などが挙げられる。層状構造型の金属酸化物としては、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、三元系複合酸化物（ＬｉＣｏ_１／３Ｎｉ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２）が挙げられる。リチウムニッケル系複合酸化物としては、好ましくはニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）が挙げられる。リチウムコバルト系複合酸化物としては、好ましくはコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）が挙げられる。スピネル型の金属酸化物としては、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）等のリチウムマンガン系複合酸化物が挙げられる。リン酸塩型の金属酸化物としては、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ_４）、リン酸マンガンリチウム（ＬｉＭｎＰＯ_４）等が挙げられる。本実施形態では、正極の活物質としてＬｉＣｏ_１／３Ｎｉ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２を用いているが、本発明に適用可能な正極活物質はこれに限定されず、また例示した正極活物質に限定されるものでもなく、正極における電池反応を生じるものであれば他にも用いることができる。

また、第１の負極活物質層２２及び第２の負極活物質層２３を形成する負極活物質としては、通常用いられる活物質、例えば黒鉛、ソフトカーボン又はハードカーボン等の非晶質炭素材料を挙げることができる。また、黒鉛は人造黒鉛であっても天然黒鉛であっても良い。また、金属リチウム、金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物等を挙げることができる。金属酸化物としては、例えばスズ酸化物やケイ素酸化物などが挙げられる。本実施形態では、負極の活物質としては黒鉛を用いているが、本発明に適用可能な負極活物質はこれに限定されず、また例示した負極活物質に限定されるものでもなく、負極における電池反応を生じるものであれば他にも用いることができる。

なお、正極活物質層及び負極活物質層を形成する場合、正極活物質又は負極活物質に、それぞれさらにバインダーが含有されていてもよく、例えばポリフッ化ビニリデンを用いることができる。なお、正極又は負極活物質層にはアセチレンブラック等の導電性向上剤が含まれていてもよい。

また、電解液６は、通常用いられる溶媒、例えば環状炭酸エステルであるエチレンカーボネートやプロピレンカーボネートと、また、鎖状炭酸エステルであるジメチルカーボネートやエチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネートとの混合溶液に六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を１リットル当たり１モル濃度程度溶解した有機電解液が挙げられる。

次に、図５（ａ）〜（ｃ）に、本実施形態の二次電池の充電状態（以下「ＳＯＣ」と言う。）を示す図を示す。なお、図５中のＡは、相対的に薄い活物質層により構成された第１の電極対４１の充電状態に対応し、図５中のＢは、相対的に厚い活物質層により構成された第２の電極対４２の充電状態に対応する。

図５（ａ）は、充電が開始された時の電圧を示す図である。充電が開始された時は、相対的に薄い第１の負極活物質層２２を具備する第１の電極対４１（Ａ）の方が内部抵抗が小さいため、電圧は急速に上昇し、これに伴い充電も急速に進行する。一方、相対的に厚い第２の負極活物質層２３を具備する第２の電極対４２（Ｂ）は、第１の電極対４１と比べて内部抵抗が大きいため、充電は緩やかに進行していく。すなわち、充電は、正極活物質層から脱離したリチウムイオンが電解液を通り、セパレータを介して負極活物質層に移動することにより進行する。このため、リチウムイオンの移動距離が短い、即ち、第１の負極活物質層２２を具備する第１の電極対４１の方が充電が速く進行し、第２の負極活物質層２３を具備する第２の電極対４２の方は遅く進行する。

図５（ｂ）は、充電が終了し、相対的に薄い第１の負極活物質層２２を具備する第１の電極対４１と相対的に厚い第２の負極活物質層２３を具備する第２の電極対４２の電位状態が緩和される時の電圧を示す図である。充電が終了した時は、第１の電極対４１（Ａ）のＳＯＣが高く、第２の電極対４２（Ｂ）のＳＯＣは低い。これは、上記の充電速度の相違から、相対的に薄い第１の負極活物質層２２では、容量が相対的に低いので充電量が許容範囲内で最大に満たされたからであり、相対的に厚い第２の負極活物質層２３では、容量が相対的に大きいので、同時間で充電量が許容範囲を下回っているからである。この充電量の差（電位差）を緩和するために、リチウムイオンは相対的に薄い第１の負極活物質層２２から相対的に厚い第２の負極活物質層２３へ電解液を介して移動し、平衡状態へと移行していく。

図５（ｃ）は、緩和が終了した時の電圧を示す図である。緩和が終了すると、相対的に薄い第１の負極活物質層２２を具備する第１の電極対４１と相対的に厚い第２の負極活物質層２３を具備する第２の電極対４２の電圧は同一となる。

このように、相対的に薄い第１の負極活物質層２２を具備する第１の電極対４１では、充電、特に急速充電のような大電流入力に対する応答性が速いので、入力特性に優れるが、厚さが薄い分、充電量がすぐに満たされてしまい、エネルギー容量特性は低くなる。一方、相対的に厚い第２の負極活物質層２３を具備する第２の電極対４２では、充電に対する応答性は遅いが、厚い分、高いエネルギー容量を確保することができる。なお、図５では、相対的に薄い活物質層により構成された第１の電極対４１と相対的に厚い活物質層により構成された第２の電極対４２の充電に対する入力特性及びエネルギー容量特性について説明したが、放電に対しても同様の出力特性及びエネルギー容量特性であることは言うまでもない。

したがって、１つの電極部材２内に、異なる厚さの活物質層からなる第１の電極対４１と第２の電極対４２を設けることにより、入出力特性に優れた部分及び高いエネルギー容量特性を有する部分とが共存することになる。これを電極として用いることにより、全体として優れた入出力特性及び高いエネルギー容量特性を同時に兼ね備えた二次電池を実現することができる。

なお、上述した実施形態では、集電箔の両面に活物質層を設けて正極又は負極を形成したが、集電箔の片面のみに活物質層を設けた正極及び負極を用いて上述した電極部材を構成することもできる。

（実施形態２）
本実施形態は、実施形態１の電極部材の変形例であり、図６に示すように、全面に複数の貫通孔５０を具備する正極集電箔１１Ａ及び負極集電箔２１Ａを用いて、実施形態１と同様の活物質層を設けた正極及び負極とした以外は、実施形態１と同様なものである。

このような正極集電箔１１Ａ及び負極集電箔２１Ａを用いるのは、上述した図５（ｂ）の電位状態の緩和を促進するためである。すなわち、電位状態の緩和の際に、例えば、リチウムイオンは相対的に薄い第１の負極活物質層２２から相対的に厚い第２の負極活物質層２３へ貫通孔５０を介しても移動するようになり、平衡状態への移行が促進される。

なお、貫通孔５０の形成位置は図示のものに限定されず、例えば、貫通孔５０の形成密度を場所によって変更してもよく、例えば、各集電箔の短手方向の中央部が短手方向の端部よりも密となるようにしてもよい。また、貫通孔５０の形状についても円形状に限定されず、例えば略矩形状であってもよい。

（実施形態３）
本発明の実施形態３について、図７を用いて説明する。実施形態３は、電極部材の構成の変形例であり、実施形態１と同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

実施形態１では、第１の特性を有する第１の電極対４１と第２の特性を有する第２の電極対４２とを設けるために、相対的に薄い第１の正極活物質層１２及び第１の負極活物質層２２と、相対的に厚い第２の正極活物質層１３及び第２の負極活物質層２３とを形成したが、本実施形態では、活性物質層を形成する正極活性物質の種類を異なるものとすることにより、相対的に異なる第１の特性と第２の特性とを設けたものである。

図７は、本実施形態に係る電極部材の一部拡大断面模式図である。同図に示すように、電極部材２Ａは、正極集電箔１１の一方面に第１の正極活物質層１２Ａを、他方面に第２の正極活物質層１３Ａをそれぞれ形成した正極１０Ａを具備する。ここで、第１の正極活物質層１２Ａと、第２の正極活物質層１３Ａとは、詳細は後述するが、異なる活物質を用いて形成されて、異なる特性を具備するものである。

具体的には、第１の正極活物質層１２Ａは、相対的に高出力且つ低容量の第１の特性を有する活物質の種類から構成され、第２の正極活物質層１３Ａは、相対的に低出力且つ高容量の第２の特性を有する活物質の種類から構成される。そのため、第１の正極活物質層１２Ａと第２の正極活物質層１３Ａの厚さはほぼ同等であるが、それぞれ異なる特性を具備するものである。勿論、活物質の種類と同時に厚さを変えて第１の正極活物質層１２Ａを薄くし、第２の正極活物質層１３Ａを厚くしてもよい。

一方、正極１０Ａに対応する負極としては、第１の正極活物質層１２Ａに対向する位置には、負極集電箔２１の両面に相対的に薄い第１の負極活物質層２２を形成した負極２０ａを設け、第２の正極活物質層１３Ａに対向する位置には、負極集電箔２１の両面に相対的に厚い第２の負極活物質層２３を形成した負極２０ｂを設けたものである。そして、第１の正極活物質層１２Ａと第１の負極活物質層２２とで第１の特性を有する第１の電極対４１Ａを構成し、第２の正極活物質層１３Ａと第２の負極活物質層２３とで第２の特性を有する第２の電極対４２Ａを構成している。

なお、第１の特性とは、実施形態１と同様に、相対的に高出力且つ低容量という意味であり、第２の特性とは、相対的に低出力且つ高容量という意味である。

このように、実施形態１では、第１の特性を具備する第１の電極対４１と、第２の特性を具備する第２の電極対４２との特性の差を、各電極対を構成する活物質層の厚さを異なるものとすることにより設けたが、本実施形態では、活物質層の厚さではなく、正極活物質の種類を異なるものとし、正極活物質層と対向する負極活物質層の厚さを正極活物質の特性に対応させることで、第１と第２の特性の差を設けた。

例えば、高出力且つ低容量の第１の特性を具備する第１の電極対４１Ａについては、電子伝導性の高い活物質を適用する。すなわち、リチウムイオン二次電池の入出力特性を向上させるためには、例えば、活物質層の内部抵抗を下げればよいが、電子伝導性が高ければ、充電時及び放電時における活物質の表面及び活物質間での電子の伝導が迅速に進行し、活物質層の内部抵抗を下げることができる。そして、このような活性層は高い入出力特性を維持することができる。

一方、低出力且つ高容量の第２の特性を具備する第２の電極対４２Ａについては、高いエネルギー容量を備えた活物質を適用する。リチウムイオン二次電池のエネルギー容量を向上させるためには、活物質自体のエネルギー密度（容量）を高くすることが必要だからである。

ここで、高出力且つ低容量の第１の特性を有する正極活物質と、低出力且つ高容量の第２の特性を有する正極活物質について説明する。

高出力特性を有するか否かは、各種活物質の種類及びその粒子径や添加される導電助剤量により判断できる。

一方、高容量特性を有するか否かは、例えば、活物質の理論容量に基づき判断することができる。ＬｉＣｏＯ_２の理論容量は２７４ｍＡｈ／ｇ、ＬｉＮｉＯ_２の理論容量は２７４ｍＡｈ／ｇ、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４の理論容量は１４８ｍＡｈ／ｇ、ＬｉＦｅＰＯ_４の理論容量は１７０ｍＡｈ／ｇである。よって、ここではＬｉＣｏＯ_２及びＬｉＮｉＯ_２は、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４及びＬｉＦｅＰＯ_４と比較して相対的に高容量の特性を有するものと判断でき、ＬｉＦｅＰＯ_４は、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４と比較して相対的に高容量の特性を有するものと判断できる。

このように、活物質の種類及びその粒子径や添加される導電助剤量や、理論容量、好ましくは実容量の値を相対的に比較することにより、高出力且つ低容量の第１の特性を有する活物質と低出力且つ高容量の第２の特性を有する活物質との組み合わせを選択することができ、本実施形態では、第１の正極活物質層１２Ａを形成する正極活物質としては、相対的に高出力低容量のＬｉＭｎ_２Ｏ_４を用い、第２の正極活物質層１３Ａを形成する正極活物質としては、相対的に低出力で高容量のＬｉＦｅＰＯ_４を用いた。

勿論、活物質層の入出力特性や実容量の値は、活物質の粒子サイズを変えたり、導電材料を添加したり、表面処理を施したり、結晶構造やバルク改質等を行うことにより変動する値であるため、これらを同時に変更することにより、第１の正極活物質層１２Ａと第２の正極活物質層１３Ａとの入出力特性及び容量特性を変更するようにしてもよい。

また、このような活物質の改質により、極めて優れた高出力且つ低容量の第１の特性を有する活物質と、これと相反する低出力且つ極めて優れた高容量の第２の特性を有する活物質を形成することは可能であり、これらを組み合わせた電極部材を用いれば、さらに優れた入出力特性及び高いエネルギー容量特性を同時に兼ね備えた二次電池を実現することができる。

なお、第１及び第２の負極活物質層２２，２３を形成する負極活物質としては、実施形態１に例示した活物質から適宜選択して、厚さを変更して設ければよいが、上述した正極活物質と同様に、活物質の特性を検討して第１の特性に対応する負極活物質と第２の特性に対応する負極活物質とを異なるようにしてもよく、活物質の種類と同時に厚さを変更するようにしてもよい。

以上のように、本実施形態に係る電極部材２Ａも、実施形態１と同様に、相対的に高出力且つ低容量の第１の特性を具備する第１の電極対４１Ａと、相対的に低出力且つ高容量の第２の特性を具備する第２の電極対４２Ａを具備するので、これを電極として用いることにより、全体として優れた入出力特性及び高いエネルギー容量特性を同時に兼ね備えた二次電池を実現することができる。

（他の実施形態）
上述した実施形態では、正極及び負極が厚さ方向に積層された積層型の電極を例示したが、長尺の正極及び負極を巻回した巻回型の電極としてもよい。例えば、実施形態１の例では、図３に示すような、正極を構成する３層及び負極を構成する４層の計７層の積層体を巻回すれば、巻回型の電極部材とすることができる。

また、上述した実施形態では、リチウムイオン二次電池用電極部材を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、電解質にゲル状のポリマーを利用したリチウムポリマー二次電池にも適用することができる。また、携帯電話やノート型パソコン等の小型ポータブル電子機器に搭載されるニッケルカドミニウム電池やニッケル水素電池等のアルカリ二次電池にも適用することができる。

また、本実施形態に係る二次電池の容器、形状は、ラミネート型又は缶型であるが、これに限定されない。例えばコイン型、円筒型、ボタン型、シート型、角型等であってもよい。また、これらの二次電池は、複数個を直列に接続したものでもよいし、並列に接続したものでもよい。

１ラミネート型リチウムイオン二次電池
２電極部材
３ラミネート外装体
４正極端子
５負極端子
６電解液
１０正極
１１正極集電箔
１２第１の正極活物質層
１３第２の正極活物質層
２０負極
２１負極集電箔
２２第１の負極活物質層
２３第２の負極活物質層
３０セパレータ
４１第１の電極対
４２第２の電極対
５０貫通孔

Claims

電解液と、該電解液に浸漬されて用いられる電極部材とを具備する二次電池であって、
前記電極部材は、正極集電箔の表面に形成された正極活物質層を有する正極と、負極集電箔の表面に形成された負極活物質層を有する負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータとが積層されて、前記セパレータを介して相対向する前記正極活物質層と前記負極活物質層とで電極対を構成し、
前記正極及び前記負極は、それぞれ集電箔の両面に活物質層を具備し、前記正極及び負極の少なくとも一方は、前記集電箔の一方の面に相対的に高出力且つ低容量の第１の特性を有する第１の活物質層を具備すると共に他方の面に相対的に低出力且つ高容量の第２の特性を有する第２の活物質層を具備し、
前記電極対は、前記第１の特性を具備する第１の活物質層からなる第１の電極対と、前記第２の特性を具備する第２の活物質層からなる第２の電極対とを備え、前記第１の電極対の前記第１の活物質層と、前記第２の電極対の前記第２の活物質層とは、層を形成する活物質の種類が異なることにより、前記第１の特性及び前記第２の特性を有することを特徴とする二次電池。
前記正極及び前記負極の集電箔には複数の孔が形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。
前記第１の電極対と前記第２の電極対とが複数積層され又は巻回されて構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の二次電池。