JP6408137B2 - 電極、電極群及び非水電解質電池 - Google Patents

電極、電極群及び非水電解質電池 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、電極、電極群及び非水電解質電池に関する。
近年、急速に普及しているハイブリッド電気自動車及びプラグイン電気自動車等の電気自動車の電源には、充放電可能な非水電解質電池、例えばリチウムイオン二次電池が主として用いられている。リチウムイオン二次電池は、例えば、以下の方法で製造される。正極及び負極がセパレータを介して捲回された電極群を作製した後、この電極群をアルミニウムやアルミニウム合金のような金属製ケースに収納する。次いで、ケースの開口部に蓋を溶接し、蓋に設けられた注液口から非水電解液をケース内に注液した後、注液口に封止部材を溶接して電池ユニットを作製する。その後、この電池ユニットに対して初充電やエージング処理を施すことにより、リチウムイオン二次電池が得られる。
この非水電解質電池では、電気自動車の航続距離を伸ばすため、高エネルギー密度化が必要である。また、加速性能も必要となるため、大電流を充放電でき、優れた入出力特性となるよう、低抵抗化も必要となる。エネルギー密度及び抵抗という両特性を向上させるため、セパレータの薄膜化及び空隙率の向上が行われている。
自立型の薄いセパレータは、十分な引張強度を確保するために、密度を高くしており、その結果、空隙率が小さくなってしまう。
薄いセパレータを形成する他の方法として、電極上に塗布等の方法で直接セパレータを形成する方法がある。グラビアロールを使った塗布を行えば、薄膜化が可能であるが、空隙率が低くなってしまうという課題があった。また、メルトブロー法及びエレクトロスピニング法等で電極上に不織繊維を形成して得られたセパレータは、電池作製の際の傷つきに対する耐性を高めるため、不織繊維を形成した後に加熱プレスに供されて、密度が高められ得る。このような高密度化も、やはり、セパレータの空隙率を低めてしまう。
そのため、セパレータの薄膜化と空隙率の向上を両立させる手法の確立が要望されている。
特開平１０−１２２２０号公報 特開２０１４−４１８１７号公報
高いエネルギー密度及び優れた入出力特性を示すことができる非水電解質電池を実現することができる電極、この電極を具備する電極群、及びこの電極群を具備する非水電解質電池を提供することを目的とする。
第１の実施形態によると、電極が提供される。この電極は、電極層と、有機繊維含有層とを具備する。有機繊維含有層は、電極層上に形成されている。有機繊維含有層は、有機繊維を含んでいる。有機繊維含有層は、湿潤状態での厚さｔＷ［μｍ］の乾燥した状態での厚さｔＤ［μｍ］に対する比ｔＷ／ｔＤが、１．１以上２．５５以下の範囲内にある。湿潤状態にある有機繊維含有層は、１ｃｍ3あたり５００ｍｇ以上の電解液を含浸している。乾燥した状態にある有機繊維含有層は、電解液の含浸量が１ｃｍ3あたり１０ｍｇ以下である。湿潤状態にある有機繊維含有層に含まれる有機繊維の平均繊維径ｄＷ［ｎｍ］の、乾燥した状態にある有機繊維含有層に含まれる有機繊維の平均繊維径ｄＤ［ｎｍ］に対する比ｄＷ／ｄＤが、０．９５以上１．０５以下の範囲内にある。
第２の実施形態によると、電極群が提供される。この電極群は、正極層を含んだ正極と、負極層を含んだ負極とを具備する。正極又は負極が、第１の実施形態に係る電極である。第１の実施形態に係る電極が具備する有機繊維含有層は、正極層と負極層との間に位置している。
第３の実施形態によると、非水電解質電池が提供される。この非水電解質電池は、第２の実施形態に係る電極群と、電極群に含浸された非水電解質とを具備する。
図１は、第１の実施形態に係る一例の電極の１つの概略断面図である。 図２は、図１に示す電極の乾燥した状態の拡大概略断面図である。 図３は、図１に示す電極の湿潤状態の拡大概略断面図である。 図４は、第２の実施形態に係る一例の電極群の概略分解斜視図である。 図５は、第３の実施形態に係る一例の非水電解質電池の概略斜視図である。 図６は、図５に示す非水電解質電池の１つの概略分解斜視図である。 図７は、図５に示す非水電解質電池のもう１つの概略分解斜視図である。 図８は、第１の実施形態に係る一例の電極が具備する有機繊維含有層の乾燥した状態の拡大概略断面図である。 図９は、図８に示す有機繊維含有層が電解液を含浸した状態を示す概略拡大断面図である。
以下に、実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施の形態の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術とを参酌して、適宜設計変更することができる。
（第１の実施形態）
第１の実施形態によると、電極が提供される。この電極は、電極層と、有機繊維含有層とを具備する。有機繊維含有層は、電極層上に形成されている。有機繊維含有層は、有機繊維を含んでいる。有機繊維含有層は、湿潤状態での厚さｔＷ［μｍ］の乾燥した状態での厚さｔＤ［μｍ］に対する比ｔＷ／ｔＤが、１．１以上２．５５以下の範囲内にある。湿潤状態にある有機繊維含有層は、１ｃｍ3あたり５００ｍｇ以上の電解液を含浸している。乾燥した状態にある有機繊維含有層は、電解液の含浸量が１ｃｍ3あたり１０ｍｇ以下である。湿潤状態にある有機繊維含有層に含まれる有機繊維の平均繊維径ｄＷ［ｎｍ］の、乾燥した状態にある有機繊維含有層に含まれる有機繊維の平均繊維径ｄＤ［ｎｍ］に対する比ｄＷ／ｄＤが、０．９５以上１．０５以下の範囲内にある。
セパレータとして無機材料を使用する例としては、無機材料と結着剤とを溶媒に溶かしてスラリーとして、電極上に直接塗布し、乾燥させる方法がある。この場合に得られたセパレータは、空隙率が低くなりやすい。セパレータの空隙率が低い非水電解質電池は、充放電時にＬｉイオンの動きが阻害されやすく、大電流特性が劣ってしまう。その結果、例えば電気自動車では加速性能の低下を招く。
一方、セパレータとして有機繊維を使用する例として、メルトブロー法やエレクトロスピニング法により、有機材料を繊維化して、電極上に塗布する方法がある。この場合には、高い空隙率を示すセパレータを得ることができる。かくして得られたセパレータは、しばしば、電極群の作製の際の傷つけに対する耐性を高めるために更なる処理に供されて、正極と負極とが短絡することを防ぐことができるセパレータにされ得る。例えば、有機繊維を電極に塗布した後に加熱ロールプレス等でセパレータを圧縮し、繊維同士を繋げたり、繊維に結着剤を混ぜロールプレス等でセパレータを圧縮したりすることで、剥がれにくいセパレータを得ることができる。しかしながら、この場合にも、セパレータの空隙率が低くなりやすい。
第１の実施形態に係る電極が具備する有機繊維含有層は、湿潤状態での厚さｔＷ［μｍ］の、乾燥した状態での厚さｔＤ［μｍ］に対する比ｔＷ／ｔＤが、１．１以上２．５５以下の範囲内にある。ここで、湿潤状態にある有機繊維含有層は、１ｃｍ3あたり５００ｍｇ以上の電解液を含浸している。また、乾燥した状態にある有機繊維含有層は、電解液の含浸量が１ｃｍ3あたり１０ｍｇ以下である。すなわち、第１の実施形態に係る電極が具備する有機繊維含有層は、１ｃｍ3あたり５００ｍｇ以上の電解液を含浸することにより、乾燥した状態に比べて、厚さ及びそれにより見掛けの体積を増やすことができる。また、湿潤状態にある有機繊維含有層に含まれる有機繊維の平均繊維径ｄＷ［ｎｍ］の、乾燥した状態にある有機繊維含有層に含まれる有機繊維の平均繊維径ｄＤ［ｎｍ］に対する比ｄＷ／ｄＤが、０．９５以上１．０５以下の範囲内にある。つまり、第１の実施形態に係る電極が具備する有機繊維含有層は、１ｃｍ3あたり５００ｍｇ以上の電解液を含浸することにより見掛けの体積を増やすことができる一方で、電解液の含浸による有機繊維の繊維径が大きくなることを抑えることができる。見掛けの体積が増える一方で有機繊維の繊維径が殆ど変わらないことにより、有機繊維含有層は、密度を低下させることができる。その結果、第１の実施形態に係る電極が具備する有機繊維含有層は、湿潤状態では、乾燥した状態よりも高い空隙率を有することができる。すなわち、第１の実施形態に係る電極が具備する有機繊維含有層は、乾燥した状態では低い空隙率を有することができ、湿潤状態では高い空隙率を有することができる。
第１の実施形態に係る電極を用いて電極群を作製する際、第１の実施形態に係る電極は、有機繊維含有層が乾燥した状態で用いられ得る。先に説明したように、第１の実施形態に係る電極が具備する有機繊維含有層は、乾燥した状態では、低い空隙率を有することができる。低い空隙率を有する有機繊維含有層は、高い強度を示すことができる。そのため、第１の実施形態に係る電極は、これを用いて電極群を作製する際、有機繊維含有層が傷付くのを防ぐことができ、例えば正極と負極とが短絡することを防ぐことができる。その結果、第１の実施形態に係る電極は、有機繊維含有層を薄くすることができ、ひいてはエネルギー密度の高い非水電解質電池を実現することができる。
また、有機繊維含有層を薄くすることができると、リチウムイオンが有機繊維含有層を通過する際に受ける抵抗を小さくすることができる。そのため、有機繊維含有層を薄くできる第１の実施形態に係る電極は、優れた入出力特性を示すこともできる。
一方、第１の実施形態に係る電極を具備する電極群を用いて非水電解質電池を作製する際、電極群は電解液を含浸することができる。電解液を含浸した電極群においては、第１の実施形態に係る電極の有機繊維含有層が電解液を含浸することができる。先に説明したように、第１の実施形態に係る電極は、湿潤状態では高い空隙率を示すことができる。よって、第１の実施形態に係る電極は、空隙率が高いセパレータを有する非水電解質電池を実現することができる。
このように、第１の実施形態に係る電極は、薄く且つ空隙率の高いセパレータを有することができ、その結果、高いエネルギー密度及び優れた入出力特性を示すことができる非水電解質電池を実現することができる。
一方、第１の実施形態に係る電極における有機繊維含有層についての厚さの比ｔＷ／ｔＤが１．１よりも小さい有機繊維含有層は、極度に低い荷重のプレスにより得られるため、電池作製の際に有機繊維を傷つけやすく、電池作製の歩留まりが低下する。更に、このような有機繊維含有層は、電解液が含浸した際に、有機繊維が電極層から剥がれやすくなることがわかった。また、発明者らの研究の結果、有機繊維含有層についての厚さの比ｔＷ／ｔＤが２．５５より大きい有機繊維含有層は、過度な荷重のプレスにより得られるため、湿潤した場合でも空隙率が４０％以下となり、抵抗が高くなり過ぎることがわかった。
第１の実施形態に係る電極における有機繊維含有層についての厚さの比ｔＷ／ｔＤは、１．２以上２．３以下であることが好ましく、１．３以上２．１以下であることがより好ましい。
そして、有機繊維についての平均繊維径の比ｄＷ／ｄＤが０．９５よりも小さいと、湿潤状態で繊維径が細くなる、すなわち有機繊維が電解液に溶け出すため、電解液の物性変化による抵抗増大、または有機繊維含有層が溶けることによる電池の内部短絡を引き起こしやすくなる。一方、有機繊維についての平均繊維径の比ｄＷ／ｄＤが１．０５より大きいと、有機繊維含有層についての厚さの比ｔＷ／ｔＤが１．１以上２．５５以下の範囲内にあっても、電解液の含浸により有機繊維の繊維径が大きくなり過ぎるため、有機繊維含有層は、湿潤状態でも高い空隙率を有することが困難である。
第１の実施形態に係る電極における有機繊維についての平均繊維径の比ｄＷ／ｄＤは、０．９６以上１．０４以下であることが好ましく、０．９８以上１．０２以下であることがより好ましい。
有機繊維含有層は、乾燥した状態での空隙率が４０％以上８２％以下の範囲内にあることが望ましい。このような有機繊維含有層は、乾燥している状態、すなわち電池作製の際に傷付くのを更に防ぐことができるので、正極と負極との間の短絡を更に抑えることができる。更に、第１の実施形態に係る電極の有機繊維含有層は、乾燥した状態での空隙率が４０％以上８２％以下の範囲内にあっても、湿潤状態では、高い空隙率を示すことができる。その結果、このような電極は、有機繊維含有層の厚さを更に薄くすることができ、より高いエネルギー密度及びより優れた入出力特性を示す非水電解質電池を実現することができる。
第１の実施形態に係る有機繊維含有層を有する電極において、乾燥した状態での有機繊維含有層の目付は、０．５ｇ／ｍ2以上４ｇ／ｍ2以下であることが望ましく、１ｇ／ｍ2以上４ｇ／ｍ2以下であることがより望ましい。このような有機繊維含有層は、厚さを更に薄くすることができるため、より高いエネルギー密度及びより優れた入出力特性を示す非水電解質電池を実現することができる。
第１の実施形態に係る電極は、電解液を含浸した状態の有機繊維含有層を加圧して厚さをｔＤとするのに必要な圧力が４０Ｎ／ｃｍ2以上であることが望ましい。このような有機繊維含有層は、外部応力に耐性があるため、振動等による正極と負極との間の短絡を更に抑えることができる。その結果、このような有機繊維含有層は、厚さを更に薄くすることができ、より高いエネルギー密度及びより優れた入出力特性を示す非水電解質電池を実現することができる。
以下に、第１の実施形態に係る電極をより詳細に説明する。
第１の実施形態に係る電極は、正極であってもよいし、又は負極であってもよい。或いは、第１の実施形態に係る電極は、正極及び負極の両方であってもよい。
正極は、例えば、正極集電体と、正極集電体上に形成された正極層とを含むことができる。正極層は、正極集電体の片面に担持されてもよいし、又は両面に担持されてもよい。正極集電体は、正極層を担持していない部分を含むこともできる。第１の実施形態に係る電極が正極である場合、有機繊維含有層は、電極層である正極層上に形成される。また、有機繊維含有層は、正極集電体のうち正極層を担持していない部分に更に担持されてもよい。正極は、正極タブを含むこともできる。例えば、正極集電体のうち、正極層及び有機繊維含有層のいずれも担持していない部分が正極タブとして働くこともできる。或いは、正極は、正極集電体とは別体の正極タブを含むこともできる。
正極層は、正極活物質を含むことができる。正極層は、必要に応じて、導電剤及び結着剤を更に含むこともできる。
負極は、例えば、負極集電体と、負極集電体上に形成された負極層とを含むことができる。負極集電体は、負極層を担持していない部分を含むこともできる。第１の実施形態に係る電極が負極である場合、有機繊維含有層は、電極層である負極層上に形成される。また、有機繊維含有層は、負極集電体のうち負極層を担持していない部分に更に担持されてもよい。負極は、負極タブを含むこともできる。例えば、負極集電体のうち、負極層及び有機繊維含有層のいずれも担持していない部分が負極タブとして働くことができる。或いは、負極層は、負極集電体とは別体の負極タブを含むこともできる。
第１の実施形態に係る電極は、例えば、以下の手順により作製することができる。
まず、一枚の電極を用意する。電極の製造方法は、特に限定されない。電極の製造方法の例については、後述する。
次に、電極の両面に、例えば、エレクトロスピニング法、インクジェット法、メルトブロー法などを用いて、有機繊維を直接形成する。
次に、得られた有機繊維を、例えば以下に示す実施例に記載した条件でロールプレスする。ロールプレス時のロールの温度は、有機繊維の軟化点、及び融点によって、適宜選択することが好ましい。すなわち、繊維が融着しない程度の温度でロールプレスすることが望ましい。かくして、第１の実施形態に係る電極を得ることができる。なお、以上の例の方法によると、正極及び負極のいずれの電極も作製することができる。
次に、有機繊維含有層についての、湿潤状態での厚さｔＷ［μｍ］、乾燥した状態での厚さｔＤ［μｍ］、乾燥した状態での空隙率、及び乾燥した状態での目付、並びに湿潤状態にある有機繊維含有層に含まれる有機繊維の平均繊維径ｄＷ［ｎｍ］及び乾燥した状態にある有機繊維含有層に含まれる有機繊維の平均繊維径ｄＤ［ｎｍ］の測定方法を説明する。
［有機繊維含有層についての、電解液を含浸した状態での厚さｔＷ［μｍ］、乾燥した状態での厚さｔＤ［μｍ］、乾燥した状態での空隙率、及び乾燥した状態での目付］
まず、非水電解質電池を分解して、電極群を取り出す。次に、取り出した電極群を遠心分離機に供し、電極群から電解液を抽出する。電解液はこの後の測定で用いるので、保管しておく。その後、電極群から有機繊維含有層を有する電極を取り出し、５ｃｍ四方の正方形の平面形状を有する試料に裁断する。
得られた試料を、先に抽出した電解液１ｇと共に、厚さの均一な薄い保護膜で挟む。この保護膜は、電解液の揮発を防ぐ役割がある。なお、薄い保護膜は予め厚さを測定しておくが、１５μｍ以下の薄い膜であることが好ましい。保護膜は、アラミド樹脂、ポリオレフィン樹脂など電解液に溶けにくい材料からなる膜であることが好ましい。保護膜の大きさは、７ｃｍ四方以上あることが好ましい。なお、保護膜で挟んだ際に、電解液の一部が保護膜の周縁部から出てくることがある。その場合、出てきた電解液はキムタオルなどによってふき取ってもよい。
その後、保護膜で挟んだ試料を、気温２５℃及び露点−５０℃以下の環境下で、Ａｌラミネート袋に封入し、５日間貯蔵する。このことにより、電解液が電極層及び有機繊維含有層に含浸される。すなわち、試料が含んだ有機繊維含有層が１ｃｍ3あたり５００ｍｇ以上の電解液を含浸した湿潤状態になる。その後、Ａｌラミネート袋から試料を取り出し、保護膜で挟んだままで試料の厚さ測定を１０点行い、平均値ｔ1を算出する。
次に、試料からこれを挟んでいた保護膜を除去し、試料をエチルメチルカーボネートに１０分間浸す。これにより、試料から電解質を除去することができる。次に、試料をエチルメチルカーボネートから取り出し、９０℃で溶媒を真空乾燥させる。この乾燥により、試料に含まれている有機繊維含有層の電解液の含浸量を１ｃｍ3あたり１０ｍｇ以下にすることができる。この乾燥させた試料に対して、厚さ測定を厚さｔ1の測定と同様にして１０点行い、平均値ｔ2を算出する。この際、試料の重さｗ1を測定する。
次に、試料から、日本製紙クレシア製キムタオル等のウエスで有機繊維含有層を両面とも擦り落とす。この際、電極層を擦り落とさないようにすることが好ましい。その後、先と同様に試料の厚さ測定を１０点行い、平均値ｔ3を算出する。この際、試料の重さｗ2を測定する。
一方、擦り落とした有機繊維含有層は、有機繊維の試料とする。この有機繊維の試料については、Ｈｅガス置換法で真密度Ｄ1を測定する。
次に、有機繊維の試料を擦り落としたあと残った試料を、先に抽出した電解液１ｇと共に、先ほど同様、厚さの均一な薄い保護膜で挟む。この保護膜は、先に説明した保護膜と同様に、電解液の揮発を防ぐ役割がある。なお、保護膜で挟んだ際に、電解液の一部が保護膜の周縁部から出てくることがある。その場合、出てきた電解液はキムタオルなどによってふき取ってもよい。その後、試料を、気温２５℃及び露点−５０℃以下の環境下でＡｌラミネート袋に封入し、５日間貯蔵する。このことにより、電解液が電極に含浸される。その後、Ａｌラミネート袋から試料を取り出し、試料を保護膜で挟んだまま、厚さ測定を１０点行い、平均値ｔ4を算出する。
以上のようにして得られた厚さｔ1から厚さｔ4を減ずることにより、湿潤状態での有機繊維含有層の厚さｔＷを求められる。また、以上のようにして得られた厚さｔ2から厚さｔ3を減ずることにより、乾燥した状態での有機繊維含有層の厚さｔＤを求めることができる。
乾燥した状態での片面当たりの有機繊維含有層の目付［ｇ／ｍ2］は、以上のようにして得られた重さｗ1から重さｗ2を減じて得られた差を試料の面積で除算し、２で割ることで求められる。
乾燥した状態での有機繊維含有層の空隙率［％］は、以下のようにして求めることができる。まず、先のようにして求められた目付を、先のようにして求められた厚さｔＤで除算する。かくして得られた値を有機繊維含有層の見かけ上の密度Ｄ2とする。この密度Ｄ2を測定した有機繊維含有層の真密度Ｄ1で除することにより、有機繊維含有層において有機繊維が占める割合を算出することができる。この割合を１から減ずることにより、有機繊維含有層の空隙率を求めることができる。すなわち、式：（１−Ｄ2／Ｄ1）に見かけの密度Ｄ2の値及び真密度Ｄ1の値を代入することにより、有機繊維含有層の空隙率が求められる。以上の手順を、異なる箇所から取り出した１０サンプルについて行い、平均化する。
［湿潤状態にある有機繊維含有層に含まれる有機繊維の平均繊維径ｄＷ［ｎｍ］及び乾燥した状態にある有機繊維含有層に含まれる有機繊維の平均繊維径ｄＤ［ｎｍ］］
先と同様にして、非水電解質電池から、測定対象たる電極の試料を得る。また、先と同様に、電極群から抽出した電解液を、この後の測定で使用するので、抽出後に保管しておく。
次に、得られた試料を、先に抽出した電解液１ｇと共に、厚さの均一な薄い保護膜で挟む。保護膜の厚さは１５μｍ以下が好ましい。ここで用いる保護膜は、先に説明した保護膜と同様のものを用いることができる。なお、保護膜で挟んだ際に、電解液の一部が保護膜の周縁部から出てくることがある。その場合、出てきた電解液はキムタオルなどによってふき取ってもよい。
その後、保護膜で挟んだ試料を、気温２５℃及び露点−５０℃以下の環境下でＡｌラミネート袋に封入し、５日間貯蔵する。この操作により、電解液が有機繊維含有層に含浸される。すなわち、試料が含んだ有機繊維含有層が１ｃｍ3あたり５００ｍｇ以上の電解液を含浸した湿潤状態になる。
その後、Ａｌラミネート袋から試料を取り出し、取り出した試料を保護膜で挟んだまま共焦点式レーザー顕微鏡で観察する。観察に際し、有機繊維含有層に含まれる繊維５０本の径を測定し、平均値ｄＷを求める。この平均値ｄＷが、湿潤状態にある有機繊維含有層に含まれる有機繊維の平均径である。
次に、試料からこれを挟んだ保護膜を除去する。次いで、試料をエチルメチルカーボネート等の溶媒で洗浄し、試料から電解質を洗い落とす。次に、試料を９０℃の真空乾燥機に入れて、溶媒を乾燥させる。なお、電極上に残った電解質は洗い落とさなくても良いが、洗い落としたほうが測定の邪魔にならず好ましい。次に、乾燥させた試料を共焦点式レーザー顕微鏡で観察する。観察に際し、有機繊維含有層に含まれる繊維５０本の径を測定し、平均値ｄＤを求める。この平均値ｄＤが、乾燥した状態にある有機繊維含有層に含まれる有機繊維の平均径である。なお、保護膜の影響を少なくするため、観察の際には、先ほどと同様に、試料を保護膜で挟むことが好ましい。
次に、湿潤状態の有機繊維含有層を加圧して厚さをｔＤとするのに必要な圧力の測定方法を説明する。
先と同様にして、非水電解質電池から、測定対象たる電極の試料を得る。また、先と同様に、電極群から抽出した電解液を、この後の測定で使用するので、抽出後に保管しておく。
次に、得られた試料を、先に抽出した電解液１ｇと共に、厚さの均一な薄い保護膜で挟む。保護膜の厚さは１５μｍ以下が好ましい。ここで用いる保護膜は、先に説明した保護膜と同様のものを用いることができる。なお、保護膜で挟んだ際に、電解液の一部が保護膜の周縁部から出てくることがある。その場合、出てきた電解液はキムタオルなどによってふき取ってもよい。
その後、保護膜で挟んだ試料を、気温２５℃及び露点−５０℃以下の環境下でＡｌラミネート袋に封入し、５日間貯蔵する。このことにより、電解液が有機繊維含有層に含浸される。
その後、試料をＡｌラミネート袋から取り出す。次いで、取り出した試料を、保護層で挟んだまま、樹脂性のブロックで押しつぶす。ブロックの加圧面積は試料の面積と同じかそれ以上の面積であることが好ましい。また、ブロックの重さは５００ｇ以内であることが好ましい。有機繊維含有層の厚さが先に説明したようにして測定した乾燥した状態での厚さｔＤとなるまで押しつぶすのに要した荷重を、電極の面積で除算する。かくして、湿潤状態の有機繊維含有層を加圧して厚さをｔＤとするのに必要な圧力が求められる。
［有機繊維含有層における電解液の含浸量の測定方法］
次に、有機繊維含有層における電解液の含浸量の測定方法を説明する。
まず、測定対象たる電極を用意する。非水電解質電池に組み込まれている電極については、電極群を電池から取り出し、取り出した電極群から、有機繊維含有層を有する電極を取り出す。取り出した電極を測定対象とする。
次に、用意した電極群から、１ｃｍ角の平面形状を有する２０個の電極試料を切り出す。
次に、切り出した電極試料のうちの１０個の体積を調べる。電極試料の体積は、以下の手順で算出することができる。まず、それぞれの電極試料を先に説明したのと同様の厚さが既知である保護膜で挟む。次いで、保護膜で挟んだままで、試料の厚さ測定を１０点行い、平均値を算出する。算出した結果を試料の厚さとする。この試料の厚さに電極試料の底面積を掛けることにより、それぞれの電極試料の体積を算出することができる。１０個の電極試料の体積の平均を、電極試料の体積とする。
次に、これらの電極試料のそれぞれをアセトン溶媒に浸漬し、一昼夜保存する。これにより、電極試料に含浸されていた電解液をアセトン溶媒中に抽出することができる。次いで、アセトン溶媒の成分をガスクロマトグラフ法により定量する。１０個の電極試料についての電解液成分の量の平均を、電極試料が含侵する電解液量（ｍｇ）とする。
次に、電極試料のうちの他の１０個から、それぞれ、先に説明した方法と同様にして、有機繊維含有層を擦り落とす。次に、有機繊維含有層を擦り落とした試料について、体積を測定する。それぞれの試料の体積は先と同様の方法により調べることができる。１０個の試料の体積の平均を、電極層試料の体積とする。次に、この試料を、先に説明したのと同様にして、アセトン溶媒に浸漬し、一昼夜保存する。これにより、試料に含浸されていた電解液をアセトン溶媒中に抽出することができる。次いで、アセトン溶媒に含まれている成分をガスクロマトグラフ法により定量する。１０個の試料についての電解液成分の量の平均を、電極層試料が含浸する電解液量（ｍｇ）とする。
次に、電極試料が含浸する電解液量から電極層試料が含浸する電解液量を減じて、有機繊維含有層が含浸する電解液量を求める。一方で、電極試料の平均体積から電極層試料の平均体積を減じて、有機繊維含有層の体積を求める。このようにして得られた有機繊維含有層が含浸する電解液量を有機繊維含有層の体積（単位はｃｍ3とする）で除することにより、有機繊維含有量の１ｃｍ3あたりの電解液の含浸量を得ることができる。
各測定の際の電極が含む有機繊維含有層についての電解液の含浸量は、以下の手順で確認することができる。
遠心分離により電解液を除去した電極群から、測定に供する試料以外に、１ｃｍ角の平面形状を有する４０個の確認用試料を切り出す。
これらの確認用試料のそれぞれに、厚さｔ1又は繊維径ｄＷの測定に供する試料と同様の手順で、Ａｌラミネート袋内で電解液を含浸させる。
電解液を含浸した確認用試料のうちの２０個を用いて、以上に説明した手順で、電解液含浸量を測定する。この含浸量は、厚さｔ1又は繊維径ｄＷの測定に供される試料が含む有機繊維含有層についての電解液含浸量と同様であるとみなすことができる。
残りの２０個の確認用試料のそれぞれから、厚さｔ2又は繊維径ｄＤの測定に供する試料と同様の手順で電解質を除去し、それぞれの確認用試料を、厚さｔ2又は繊維径ｄＤの測定に供する試料と同様の手順で真空乾燥させる。真空乾燥させた２０個の確認用試料を用いて、以上に説明した手順で、電解液含浸量を測定する。この含浸量は、厚さｔ2又は繊維径ｄＤの測定に供する試料が含む有機繊維含有層についての電解液含浸量と同様であるとみなすことができる。
次に、第１の実施形態で用いることができる材料について説明する。
（１）正極
第１の実施形態に係る電極が正極である場合、以下の材料を用いることができる。
正極集電体は、例えば、金属箔で形成することができる。正極集電体を形成し得る金属箔の材料としては、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金を使用することができる。
先に説明したように、正極層は、正極活物質を含むことができる。
正極活物質は、特に限定されるものではなく、例えば、種々の酸化物、例えば、リチウム含有コバルト酸化物（例えば、ＬｉＣｏＯ2）、二酸化マンガン、リチウムマンガン複合酸化物（例えば、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＭｎＯ2）、リチウム含有ニッケル酸化物（例えば、ＬｉＮｉＯ2）、リチウム含有ニッケルコバルト酸化物（例えば、ＬｉＮｉ0.8Ｃｏ0. 2Ｏ2）、リチウム含有鉄酸化物、リチウムを含むバナジウム酸化物や、二硫化チタン、二硫化モリブデンなどのカルコゲン化合物などを含んでいてもよい。使用する正極活物質の種類は１種類または２種類以上にすることができる。
先に説明したように、正極層は、必要に応じて、導電剤及び結着剤を更に含むことができる。
導電剤は、集電性能を高め、且つ正極活物質と正極集電体との接触抵抗を抑えるために必要に応じて配合される。正極層における導電剤としては、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、人工黒鉛、天然黒鉛等を用いることができる。
結着剤は、正極活物質と正極集電体とを結着させる働きを有する。正極層における結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ＰＶｄＦの水素もしくはフッ素のうち、少なくとも１つを他の置換基で置換した変性ＰＶｄＦ、フッ化ビニリデン−６フッ化プロピレンの共重合体、ポリフッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−６フッ化プロピレンの３元共重合体等を用いることができる。
正極は、例えば以下のようにして製造することができる。
まず、適当な溶媒、例えばＮ−メチルピロリドン中に正極活物質、任意に導電剤、及び結着剤を投入して懸濁させ、正極スラリーを調製する。
正極スラリーの調製の際、正極活物質、導電剤及び結着剤の配合割合は、正極活物質７５〜９６質量％、導電剤３〜２０質量％、結着剤１〜７質量％の範囲内にすることが好ましい。
上記のようにして得られたスラリーを、正極集電体上に塗布する。その後、塗布したスラリーを乾燥させ、次いで例えばロールプレスなどの圧延をする。
かくして、正極集電体と、正極集電体上に形成された正極層とを含む正極が得られる。
（２）負極
第１の実施形態に係る電極が負極である場合、以下の材料を用いることができる。
負極集電体としては、負極層においてリチウムイオンの吸蔵及び放出が生じる電位範囲で電気化学的に安定である材料から形成されることが好ましい。そのような材料の例には、銅、ニッケル、ステンレス、アルミニウム、及びアルミニウム合金が含まれる。アルミニウム合金は、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、及びＳｉから選択される１種以上の元素を含むことが好ましい。
先に説明したように、負極層は、負極活物質を含むことができる。
負極活物質は、特に限定されるものではなく、例えば、黒鉛質材料もしくは炭素質材料（例えば、黒鉛、コークス、炭素繊維、球状炭素、熱分解気相炭素質物、樹脂焼成体など）、カルコゲン化合物（例えば、二硫化チタン、二硫化モリブデン、セレン化ニオブなど）、軽金属（例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、リチウム、リチウム合金など）、チタン酸化物、リチウムチタン複合酸化物（例えば、スピネル型のチタン酸リチウム）などのチタン含有複合酸化物等を挙げることができる。
先に説明したように、負極層は、必要に応じて、導電剤及び結着剤を更に含むことができる。
導電剤は、集電性能を高め、且つ負極活物質と負極集電体との接触抵抗を抑えるために必要に応じて配合される。負極層における導電剤としては、例えば炭素材料を用いることができる。炭素材料の例としては、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、コークス、炭素繊維、黒鉛等を挙げることができる。
結着剤は、負極活物質と負極集電体とを結着させる働きを有する。負極材料層における結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）、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）等を用いることができる。
負極は、例えば、以下のようにして作製することができる。
まず、負極活物質、結着剤及び必要な場合には導電剤を、汎用されている溶媒、例えばＮ−メチルピロリドン中で懸濁させ、負極作製用スラリーを調製する。
スラリーの調製の際、負極活物質、導電剤及び結着剤は、それぞれ７０質量％以上９６質量％以下、２質量％以上２０質量％以下及び２質量％以上１０質量％以下の割合で配合することが好ましい。導電剤の量を２質量％以上とすることにより、負極合剤層の集電性能を向上させることができる。また、結着剤の量を１質量％以上とすることにより、負極層と負極集電体との結着性を高めることができ、優れたサイクル特性を期待できる。一方、導電剤及び結着剤はそれぞれ１６質量％以下にすることが高容量化を図る上で好ましい。
上記のようにして得られたスラリーを、負極集電体上に塗布する。その後、負極集電体の塗布したスラリーを乾燥させ、次いで、例えばロールプレスなどのプレスをする。
かくして、負極集電体と、負極集電体上に形成された負極層とを含む負極が得られる。
（３）有機繊維含有層
有機繊維含有層は、有機材料からなる繊維を含むことができる。有機材料は、特に限定されるものではなく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンの他に、エチレン−プロピレン共重合ポリマー、エチレン−ブテン共重合ポリマー、セルロース、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテル、ポリケトン、ポリスルホン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）などを挙げることができる。
有機繊維は、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリオレフィン、セルロース、ポリビニルアルコール、及びポリアクリロニトリルからなる群より選ばれる少なくとも１種の有機化合物を含むことが望ましい。
次に、図面を参照しながら、第１の実施形態に係る電極をより具体的に説明する。
図１は、第１の実施形態に係る一例の電極の１つの概略断面図である。図２は、図１に示す電極の乾燥した状態の拡大断面図である。図３は、図１に示す電極の湿潤状態の拡大断面図である。
図１に示す電極１は、帯状の集電体２を含む。集電体２は、両面に電極層３を担持している。集電体２は、電極層３を担持していない部分２Ａを含んでいる。
図１に示す電極１は、有機繊維含有層４を更に含んでいる。有機繊維含有層４は、電極層３の端面３Ｅを含む電極層３の表面上に形成されている。また、有機繊維含有層４は、集電体２の電極層３の担持していない部分２Ａの一部上にも担持されている。
図２に示すように、電極１は、有機繊維含有層が乾燥した状態にある場合には、有機繊維含有層の厚さがそれぞれｔＤ1及びｔＤ2である。また、図３に示すように、電極１は、有機繊維含有層が湿潤状態にある場合には、有機繊維含有層の厚さがそれぞれｔＷ1及びｔＷ2である。
厚さｔＷ1及び厚さｔＷ2の平均値が、有機繊維含有層４の湿潤状態での厚さｔＷである。また、厚さｔＤ1及び厚さｔＤ2の平均値が、有機繊維含有層４の乾燥した状態での厚さｔＤである。
第１の実施形態によると、有機繊維含有層を含んだ電極が提供される。有機繊維含有層は、湿潤状態での厚さｔＷ［μｍ］の、乾燥した状態での厚さｔＤ［μｍ］に対する比ｔＷ／ｔＤが、１．１以上２．５５以下の範囲内にある。湿潤状態にある有機繊維含有層に含まれる有機繊維の平均繊維径ｄＷ［ｎｍ］の、乾燥した状態にある有機繊維含有層に含まれる有機繊維の平均繊維径ｄＤ［ｎｍ］に対する比ｄＷ／ｄＤが、０．９５以上１．０５以下の範囲内にある。そのおかげで、第１の実施形態に係る電極は、薄く且つ空隙率が高い有機繊維含有層を有すことができる。その結果、第１の実施形態に係る電極は、高いエネルギー密度及び優れた入出力特性を示す非水電解質電池を実現することができる。
（第２の実施形態）
第２の実施形態によると、電極群が提供される。この電極群は、正極層を含んだ正極と、負極層を含んだ負極とを具備する。正極及び負極の少なくとも一方が、第１の実施形態に係る電極である。第１の実施形態に係る電極が具備する有機繊維含有層は、正極層と負極層との間に位置している。
第２の実施形態に係る電極群は、第１の実施形態に係る電極を具備するので、高いエネルギー密度及び優れた入出力特性を示す非水電解質電池を実現することができる。
第２の実施形態に係る電極群が具備する正極及び負極は、少なくとも一方が第１の実施形態に係る電極であればよい。そのため、第２の実施形態に係る電極群は、正極及び負極の両方が第１の実施形態に係る電極であってもよい。
第２の実施形態に係る電極群は、例えば、捲回型の構造を有することができる。捲回型の電極群は、正極と負極とが、正極層と負極層とが有機繊維含有層を間に挟んだ状態で積層して形成された積層体が捲回された構造を有する。例えば、捲回型電極群は、断面が長径及び短径を有する扁平形状であってもよい。
或いは、第２の実施形態に係る電極群は、積層型の構造を有することもできる。積層型の電極群は、複数の正極と複数の負極とが交互に積層された構造を有している。
第２の実施形態に係る電極群において、有機繊維含有層は加圧に対して厚さが殆ど変化しないことが望ましい。具体的には、電極群は、有機繊維含有層が湿潤状態にある状態で１０１．３ｋＰａで加圧した際の厚さＴＬ［ｍｍ］、有機繊維含有層が湿潤状態にある状態で２０２．６ｋＰａで加圧した際の厚さＴＨ［ｍｍ］、及び電極群の厚さ方向の有機繊維含有層数ｎが、関係式：０＜（ＴＬ−ＴＨ）／（ｔＷ×ｎ）≦０．１を満たすことが望ましい。第２の実施形態に係る電極群のうち上記関係式を満足するものは、振動等による正極と負極との間の短絡を更に抑えることができる。そのおかげで、有機繊維含有層の厚さを更に薄くすることができる。その結果、このような電極群は、より高いエネルギー密度及びより優れた入出力特性を示す非水電解質電池を実現することができる。
ここで、電極群の厚さ方向とは、電極群が扁平形状の捲回型電極群である場合、断面の短径の方向である。或いは、電極群が積層型の構造を有する場合、電極群の厚さ方向は、正極及び負極が積層された積層方向である。また、加圧方向は、電極群の厚さ方向である。
以下に、先に説明した電極群の厚さＴＨ及びＴＬの測定方法、並びに有機繊維含有層の層数の判定方法を説明する。
まず、非水電解質電池を分解して、電極群を取り出す。次に、気温２５℃及び露点−５０℃以下の環境下で、電極群を電解液と共にＡｌラミネート製の袋に入れ、ゲージ圧−７０ｋＰａで封止する。このとき、袋は電極群の大きさに近い方が好ましい。また、袋の厚さを事前に測定しておく。電極群とともに封入する電解液の量は、１Ａｈ当たり１ｍｇ以上２ｍｇ以下が好ましい。
その後、５日間貯蔵する。これにより、電解液が有機繊維含有層に含浸される。すなわち、試料が含んだ有機繊維含有層が１ｃｍ3あたり５００ｍｇ以上の電解液を含浸した湿潤状態になる。
その後、樹脂性のブロックで電極群を厚さ方向に挟み、樹脂性ブロックと電極群の接触面積に対して１０１．３ｋＰａで加圧し、袋に入れた電極群の厚さを測定する。測定した厚さから袋の厚さを差し引くことで、厚さＴＬが求められる。ここで、加圧に使用するブロックの大きさは、電極群と同じかそれ以上の面積であることが好ましく、ブロックの重さは５００ｇ以内であることが好ましい。
次いで、圧力を２０２．６ｋＰａに上げて、先と同様に電極群の厚さを測定する。測定した厚さから袋の厚さを差し引くことで、厚さＴＨが求められる。
その後、Ａｌラミネート袋から電極群を取り出す。取り出した電極群を樹脂に埋め、断面を切って、電極群の厚さ方向の有機繊維層を数える。かくして判定した層数が、有機繊維含有層数ｎである。ここで、電極群の厚さ方向とは、先に説明したように、電極群が扁平形状の捲回型電極群である場合、電極群の断面の短径の方向である。また、この場合、有機繊維含有層の数ｎ1は、捲回中心から数えた有機繊維含有層の数を２倍することによって求めることができる。或いは、電極群が積層型の構造を有する場合、電極群の厚さ方向は、正極及び負極が積層された方向である。よって、この場合の有機繊維含有層の数ｎ2は、電極群の積層方向における有機繊維含有層の数である。
第２の実施形態に係る電極群が具備する正極、負極及び有機繊維含有層の材料は、例えば第１の実施形態で説明したものを使用することができる。
次に、第２の実施形態に係る電極群を、図面を参照しながらより具体的に説明する。
図４は、第２の実施形態に係る一例の電極群の概略分解斜視図である。
図４に示す電極群１０は、正極１１及び負極１２を具備する。
正極１１は、帯状の正極集電体１１ａと、正極集電体の両面に形成された正極層１１ｂ（一方は図示せず）とを具備している。正極集電体１１ａは、正極層１１ｂを担持していない部分１１ｃを含む。この部分１１ｃは、電極群１０の正極タブとして働く。
負極１２は、帯状の負極集電体１２ａを含む。負極１２は、図示しない負極層を更に含んでいる。負極層は、負極集電体１２ａの両面に形成されている。負極集電体１２ａは、負極層を担持していない部分１２ｃを含む。この部分１２ｃは、電極群１０の負極タブとして働く。負極１２は、有機繊維含有層１３を更に含んでいる。有機繊維含有層１３は、負極層上に形成されている。有機繊維含有層１３は、負極層の端面上にも形成されている
正極１１及び負極１２は、正極層１１ｂと負極層との間に有機繊維含有層を挟んだ状態で積層されて、積層体を形成している。また、正極タブ１１ｃ及び負極タブ１２ｃは、互いに反対の方向に積層体から突出している。正極１１及び負極１２を含んだ積層体は、図４に示すように扁平形状に捲回されて、電極群１０を成している。
第２の実施形態に係る電極群は、第１の実施形態に係る電極を具備しているので、高いエネルギー密度及び優れた入出力特性を示す非水電解質電池を実現することができる。
（第３の実施形態）
第３の実施形態によると、非水電解質電池が提供される。この非水電解質電池は、第２の実施形態に係る電極群と、電極群に含浸された非水電解質とを具備する。
第３の実施形態に係る非水電解質電池は、電極群と非水電解質とを収容した外装部材を更に具備することができる。
第３の実施形態に係る非水電解質電池は、電極群の正極に電気的に接続された正極端子と、電極群の負極に電気的に接続された負極端子とを更に具備することができる。正極端子及び負極端子のそれぞれは、例えば絶縁部材を間に挟んで、外装部材に取り付けることができる。或いは、外装部材が、正極端子又は負極端子の何れかであってもよい。
次に、第３の実施形態に係る非水電解質電池で用いることができる非水電解質、外装部材、正極端子及び負極端子、並びに絶縁部材について説明する。
（１）非水電解質
非水電解質としては、非水溶媒に電解質（例えば、リチウム塩）を溶解させることにより調製されるものを用いることができる。
非水溶媒としては、例えば、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）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、スルホラン、アセトニトリル、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジメトキシプロパン、ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２−メチルテトラヒドロフランなどを挙げることができる。非水溶媒は、単独で使用しても、２種以上混合して使用してもよい。
電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）、六フッ化砒酸リチウム（ＬｉＡｓＦ6）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3ＳＯ3）などのリチウム塩を挙げることができる。電解質は単独で使用しても、２種以上混合して使用してもよい。電解質の非水溶媒に対する溶解量は、０．２ｍｏｌ／Ｌ〜３ｍｏｌ／Ｌとすることが望ましい。電解質の濃度が低過ぎると十分なイオン導電性を得ることができない場合がある。一方、非水溶媒への電解質の投入量が高すぎると、電解質が非水溶媒中に完全には溶解できない場合がある。
（２）外装部材
第３の実施形態に係る非水電解質電池において、外装部材は有底の角形容器であることが好ましい。しかしながら、第３の実施形態に係る非水電解質電池が具備することができる外装部材は、特に限定されず、用途に応じて様々な形状のものを使用することができる。
外装部材としては、例えば、金属製の外装部材を用いることができる。外装部材の材料としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）めっきした鉄、ステンレス（ＳＵＳ）などを用いることができる。
或いは、外装部材は、例えばラミネートフィルム製であっても良い。ラミネートフィルムとしては、金属層と、この金属層を挟み込む２枚の樹脂層とからなるフィルムを用いることができる。
（３）正極端子及び負極端子
正極端子及び負極端子は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金から形成することが望ましい。
正極端子と正極との接続は、例えば正極リードを介して行うことができる。同様に、負極端子と負極との接続は、例えば負極リードを介して行うことができる。正極リード及び負極リードは、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金から形成することが望ましい。
（３）絶縁部材
絶縁部材の材料としては、例えば、樹脂を使用することができる。絶縁部材に使用される樹脂としては、電解液に侵されにくい樹脂であればいかなる樹脂でも使用可能であるが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレン酢酸ビニルアルコール共重合体、エチレン・アクリル酸共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体、エチレン・メチルアクリレート共重合体、エチレンメタクリルアクリレート共重合体、エチレン・メチルメタクリル酸共重合体、アイオノマー、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレンなどを用いることができ、上記樹脂は、１種類を単独で使用してもよく、また、複数の種類を混合して使用してもよい。中でも、ポリプロピレンまたはポリエチレンを用いることが好ましい。
次に、第３の実施形態に係る非水電解質電池の一例を、図５〜図７を参照しながら詳細に説明する。
図５は、第３の実施形態に係る一例の非水電解質電池の概略斜視図である。図６は、図５に示す非水電解質電池の１つの分解斜視図である。図７は、図５に示す非水電解質電池の更なる分解斜視図である。
この例の非水電解質電池１００は、図５〜図７に示すように、外装部材１１１と、外装部材１１１内に収納された電極群１０と、電極群１０に含浸された非水電解液（図示せず）とを具備する角形非水電解質電池である。
電極群１０は、図４を参照しながら説明した、扁平形状の捲回型電極群１０である。電極群１０の正極タブ１１ｃ及び負極タブ１２ｃを除いた部分は、絶縁テープ１４で被覆されている。
図５〜図７に示すように、外装部材１１１は、開口部を有する有底矩形筒状の金属製容器１１１ａと、容器１１１ａの開口部に配置された矩形板状の封口体１１１ｂとを含む。封口体１１１ｂは、容器１１１ａの開口部に、例えばレーザー溶接等の溶接により接合されている。封口体１１１ｂには、２つの貫通孔（図示しない）と、注入口（図示しない）とが開口されている。
図６及び図７に示すように、この例の非水電解質電池１００は、正極リード６及び負極リード７を更に具備する。
正極リード６は、貫通孔６ｂを有する接続プレート６ａと、接続プレート６ａから二又に分岐して下方に延出した集電部６ｃとを有する。負極リード７も同様に、貫通孔７ｂを有する接続プレート７ａと、接続プレート７ａから二又に分岐して下方に延出した集電部７ｃとを有する。
図６及び図７に示すように、絶縁体８が、封口体１１１ｂの裏面に配置されている。絶縁体８は、裏面に第１の凹部８ａ及び第２の凹部８ｂを有する。第１の凹部８ａ及び第２の凹部８ｂには、それぞれ、貫通孔８ａ’及び貫通孔８ｂ’が開口されており、各貫通孔８ａ’及び８ｂ’は、封口体１１１ｂの貫通孔にそれぞれ連通している。第１の凹部８ａ内には正極リード６の接続プレート６ａが配置されており、第２の凹部８ｂ内には負極リード７の接続プレート７ａが配置されている。また、絶縁体８には、封口体１１１ｂの注入口と連通する貫通孔８ｃが開口されている。
正極リード６は、二又の集電部６ｃの間に、電極群１０の正極タブ１１ｃの外周を挟んでこれと接合されている。また、負極リード７は、二又の集電部７ｃの間に、電極群１０の負極タブ１２ｃの外周を挟んでこれと接合されている。こうして、正極リード６と電極群１０の正極タブ１１ｃとが電気的に接続されており、負極リード７と電極群１０の負極タブ１２ｃとが電気的に接続されている。
図６及び図７に示すように、この例の非水電解質電池１００は、２つの絶縁部材９ａを具備している。一方の絶縁部材９ａは、正極リード６と正極タブ１１ｃとの接合部分を被覆している。他方の絶縁部材９ａは、負極リード７と負極タブ１２ｃとの接合部分を被覆している。２つの絶縁部材９ａは、それぞれ、二つ折りにした絶縁テープ９ｂによって電極群１０に固定されている。
図５〜図７に示すように、この例の非水電解質電池１００は、正極端子１１３及び負極端子１１４を更に具備する。
正極端子１１３は、矩形状の頭部１１３ａと、頭部１１３ａの裏面から下方に延出した軸部１１３ｂとを含む。同様に、負極端子１１４は、矩形状の頭部１１４ａと、頭部１１４ａの裏面から下方に延出した軸部１１４ｂとを含む。正極端子１１３及び負極端子１１４は、それぞれ、封口体１１１ｂの上面に絶縁ガスケット１１５を介して配置されている。正極端子１１３の軸部１１３ｂは、絶縁ガスケット１１５の貫通孔１１５ａ、封口体１１１ｂの貫通孔、絶縁体８の貫通孔８ａ’、正極リード６の接続プレート６ａの貫通孔６ｂに挿入され、これらにかしめ固定されている。また、負極端子１１４の軸部１１４ｂは、絶縁ガスケット１１５の貫通孔１１５ａ、封口体１１１ｂの貫通孔、絶縁体８の貫通孔８ｂ’、負極リード７の接続プレート７ａの貫通孔７ｂに挿入され、これらにかしめ固定されている。これにより、正極端子１１３と正極リード６が電気的に接続され、負極端子１１４と負極リード７が電気的に接続されている。
上述した構成の非水電解質電池１００において、非水電解質の注入は、容器１１１ａ内に電極群１０を収容して容器１１１ａの開口部に封口体１１１ｂを接合した後、封口体１１１ｂに開口された注入口を通して行うことができる。非水電解質注入後、図５に示すように、注入口に金属製の封止部材１２３をはめ込み、これを溶接することによって、外装部材１１１を密封することができる。
第３の実施形態に係る非水電解質電池は、第２の実施形態に係る電極群を具備するので、高いエネルギー密度及び優れた入出力特性を示す非水電解質電池を実現することができる。
［実施例］
以下に例を挙げ、本発明をさらに詳しく説明するが、発明の主旨を超えない限り本発明は以下に掲載される実施例に限定されるものでない。
（実施例１）
実施例１では、以下に説明する手順により、図４に示す捲回型電極群１０を具備する、図５〜図７に示す非水電解質二次電池１００と同様の構造を有する非水電解質電池１００を作製した。
［正極１１の作製］
まず、正極活物質として、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物ＬｉＮｉ1/3Ｃｏ1/3Ｍｎ1/3Ｏ2とリチウムコバルト複合酸化物ＬｉＣｏＯ2とを用意した。これらを、ＬｉＮｉ1/3Ｃｏ1/3Ｍｎ1/3Ｏ2とＬｉＣｏＯ2とが２：１となるように混合して、活物質混合物を得た。この活物質混合物と、導電剤としてのアセチレンブラックと、更なる導電剤としてのグラファイトと、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンとを、質量比１００：２：３：３の割合で混合した。かくして得られた混合物を溶媒としてのＮ−メチル−２−ピロリドンに投入し、これをプラネタリミキサで混練及び攪拌し、正極スラリーを作製した。
次に、正極集電体１１ａとしての厚さが２０μｍである帯状のアルミニウム箔を準備した。このアルミニウム箔１１ａの両面に、塗工装置において、単位面積当たりの塗布量が７０ｇ／ｍ2となるように、先に作製した正極スラリーを塗布した。この際、アルミニウム箔１１ａの１つの長辺に沿って、正極スラリーを塗布しない部分１１ｃを残した。
次いで、かくして得られた塗膜を乾燥させた。続いて、乾燥させた塗膜及びアルミニウム箔１１ａをロールプレス機において電極密度（アルミニウム箔を含まず）が３．４ｇ／ｃｍ3となるように圧延した。かくして、正極タブ１１ｃを含む正極集電体１１ａと、正極集電体１１ａの表面上に形成された正極層１１ｂとを含む正極１１が得られた。
［負極１２の作製］
まず、負極活物質として、チタン酸リチウムＬｉ4Ｔｉ5Ｏ12を準備した。この活物質と、導電剤としてのグラファイトと、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンとを、質量比１００：１５：４の割合で混合した。かくして得られた混合物を溶媒としてのＮ−メチル−２−ピロリドンに投入し、これをプラネタリミキサで混練及び攪拌し、負極スラリーを作製した。
次に、負極集電体１２ａとしての厚さが２０μｍである帯状のアルミニウム箔を準備した。このアルミニウム箔１２ａの両面に、塗工装置において、単位面積当たりの塗布量が６５ｇ／ｍ2となるように、先に作製した負極スラリーを塗布した。この際、アルミニウム箔の１つの長辺に沿って、負極スラリーを塗布しない部分１２ｃを残した。
次いで、かくして得られた塗膜を乾燥させた。続いて、乾燥させた塗膜及びアルミニウム箔１２ａをロールプレス機において電極密度（アルミニウム箔を含まず）が２．４ｇ／ｃｍ3となるように圧延した。かくして、負極タブ１２ｃを含む負極集電体１２ａと、負極集電体１２ａの表面上に形成された負極層とを含む負極１２が得られた。
［有機繊維含有層１３の作製］
有機材料としては、ポリフッ化ビニリデンＰＶｄＦを用いた。このＰＶｄＦを、溶媒としてのＮ−メチルピロリドンＮＭＰに２０質量％の濃度で溶解して、材料溶液を調整した。この材料溶液を、定量ポンプを使用して、６ｍＬ／ｈの供給速度で紡糸ノズルから先に作製した負極１２の表面に供給した。この際、高電圧発生器を用いて紡糸ノズルに３０ｋＶの電圧を印加しながら、端部を含む負極層の表面及び負極タブ１２ｃの一部に繊維の供給を行った。かくして、目付が４ｇ／ｍ2であり、ＰＶｄＦの繊維を含む有機繊維含有層１３を、エレクトロスピニング法で形成した。
次いで、有機繊維含有層１３を、空隙率が６０％となるように、ロールプレスに供した。プレス圧力は２０ｋＮ／ｍであった。この際、プレスロールの加熱は行わず、２５℃環境下でロールプレスをした。
かくして、負極層とこの負極層上に形成された有機繊維含有層１３とを具備した実施例１の負極１２が得られた。
［捲回型電極群１０の作製］
有機繊維含有層１３を表面に形成した負極１２と、先に作製した正極１１とをこの順で積層して、積層体を得た。次いで、この積層体を捲回装置に移し、積層体全体を折り曲げて、渦巻き状に捲回した。かくして得られた捲回体をプレスし、図４に示す構造を有する扁平形状の捲回型電極群１０を得た。プレスは、２５℃、５０ｋＮ、１２０秒で行った。
［電池ユニット１００の組立］
図６及び図７を参照しながら説明した各部材を準備して、以下の手順により図５〜図７に示す非水電解質電池１００と同様の構造を有する電池ユニットを作製した。
まず、アルミニウム製の封口体１１１ｂの裏面に絶縁体８を配置した。次いで、正極端子１１３の頭部１１３ａを封口体１１１ｂの上面に絶縁ガスケット１１５を介して配置すると共に、正極端子１１３の軸部１１３ｂを封口体１１１ｂの一方の貫通孔及び絶縁体８の貫通孔８ａ’に挿入した。同様に、負極端子１１４の頭部１１４ａを封口体１１１ｂの上面に絶縁ガスケット１１５を介して配置すると共に、軸部１１４ｂを封口体１１１ｂの他方の貫通孔及び絶縁体８の貫通孔８ｂ’に挿入した。かくして、図６及び図７に示すような封口体１１１ｂが得られた。
次に、先に作製した捲回型電極群１０の正極タブ１１ｃを、正極リード６の二又の集電部６ｃの間に挟み、この状態で正極タブ１１ｃと正極リード６とを溶接した。同様に、捲回型電極群１０の負極タブ１２ｃを、負極リード７の二又の集電部７ｃの間に挟み、この状態で負極タブ１２ｃと負極リード７とを溶接した。次いで、正極リード６の接続プレート６ａに正極端子１１３をかしめ固定した。同様に、負極リード７の接続プレート７ａに負極端子１１４をかしめ固定した。このようにして電極群１０と封口体１１１ｂとを一体にした。
次に、１つの絶縁部材９ａを、正極リード６及び正極タブ１１ｃに、これらを固定するように被せた。同様に、もう１つの絶縁部材９ａを、負極リード７及び負極タブ１２ｃに、これらを固定するように被せた。ついで、これらの絶縁部材９ａを絶縁テープ９ｂでそれぞれ固定した。
このようにして固定された絶縁部材９ａ、正極リード６及び正極タブ１１ｃのユニットと、絶縁部材９ａ、負極リード７及び負極タブ１２ｃのユニットとを、アルミニウム製の容器１１１ａ内に挿入した。次いで、容器１１１ａの開口部に封口体１１１ｂをレーザーにより溶接し、電池ユニット１００を作製した。作製した電池ユニット１００は、幅１０ｃｍ、高さ１０ｃｍ、厚さ２.５ｃｍの直方体の形状を有していた。
［非水電解質の調製］
エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを１：１で混合して、非水溶媒を調整した。この非水溶媒に、電解質としての六フッ化リン酸リチウムＬｉＰＦ6を１ｍｏｌ／Ｌの濃度となるように溶解させた。かくして、非水電解質が得られた。
［非水電解質の注入及び非水電解質電池１００の完成］
調製した非水電解質を、封口体１１１ｂの注液口から電池ユニット１００内に注入した。注入後、注液口にアルミニウム製の封止部材１２３をはめ込み、封止部材１２３の周囲を封口体１１１ｂに溶接した。かくして、実施例１の非水電解質電池１００が完成した。この非水電解質電池を２０個作製したところ、２０個すべてが異常無く充放電できた。つまり、実施例１の歩留まりは１００％であった。
［電池抵抗値の測定］
実施例１の非水電解質電池１００をＳＯＣ５０％に調整した。ＳＯＣを調整した非水電解質電池１００について、２５℃雰囲気で１ｋＨｚでの交流抵抗を測定したところ、１．２５ｍΩであった。この抵抗値を、実施例１の非水電解質電池の抵抗値とした。
［自己放電量の測定］
実施例１の非水電解質電池１００に対して、１Ｃで２．８Ｖまで定電流充電を行い、その後定電圧充電を電流値が０．０１Ｃとなるまで行い、次いで０．３３Ｃで電圧が１．３Ｖになるまで定電流放電を行った。１Ｃは２１Ａとした。このときの放電容量は、２２．５２Ａｈであった。
次いで、非水電解質電池１００に対して、２５℃で２．８Ｖまで０．２Ｃで定電流充電を行い、その後、定電圧充電で電流値が０．０１Ｃとなるまで充電を行った。その後、この非水電解質電池１００を、２５℃雰囲気で、１ヶ月間貯蔵した。
次いで、貯蔵後の非水電解質電池１００を、２５℃雰囲気において、０．３３Ｃで電圧値が１．３Ｖになるまで放電して、放電容量を測定した。ここで得られた放電容量を、実施例１の非水電解質電池１００の貯蔵後容量とした。実施例１の非水電解質電池１００の貯蔵後放電容量は２１．４１Ａｈであった。すなわち、実施例１の非水電解質電池１００の貯蔵による自己放電量は、１．１１Ａｈであった。
［電極群の厚さの測定］
評価後の実施例１の非水電解質電池１００を解体し、電極群１０を取り出した。解体の際、電解液は別途保管した。その後、この電極群１０を先に保管しておいた電解液と共に、気温２５℃及び露点−５０℃以下の環境下でＡｌラミネート袋に入れ、ゲージ圧−７０ｋＰａで封入し、５日間貯蔵した。このことにより、電解液を有機繊維含有層１３に含浸させた。
その後、樹脂性のブロックで電極群１０を厚さ方向に挟み、１０１．３ｋＰａで加圧し、袋に入れた電極群の厚さＴＬを測定した。測定した電極群１０の厚さＴＬは２３．２６ｍｍであった。その後、圧力を２０２．３ｋＰａに上げ、同様に電極群１０の厚さＴＨを測定した。測定した電極群１０の厚さＴＨは２３．００ｍｍであった。その後、電極群１０を解体したところ、電極群１０の厚さ方向（短径の方向）の有機繊維含有層の層数ｎは、２８０層であった。
［有機繊維含有層１３の厚さｔＷ及びｔＤ、有機繊維含有層１３に含まれる繊維の繊維径ｄＷ及びｄＤ、電解液を含浸した状態での有機繊維含有層１３の目付、並びに電解液を含浸した状態での有機繊維含有層１３の空隙率の測定］
評価後の実施例１の非水電解質電池１００を解体し、電極群１０を取り出した。解体の際、電解液は別途保管した。次いで、電極群１０から、有機繊維含有層が形成された負極１２を取り出し、ここから５ｃｍ四方の正方形の平面形状を有する試料を裁断して、負極１２の試料とした。その後、この試料を先に保管しておいた電解液１ｇと共に、厚さ１２μｍ、７ｃｍ四方のポリエチレン保護膜で挟んだ。なお、保護膜で挟んだ際に、電解液の一部が保護膜の周縁部から出てくることがある。その場合、出てきた電解液はキムタオルなどによってふき取ってもよい。その後、この試料を、気温２５℃露点−５０℃以下の環境下でＡｌラミネート袋に封入し、５日間貯蔵した。かくして、電解液を有機繊維含有層１３に含浸させた。その後、Ａｌラミネート袋から試料を取り出し、試料を保護膜で挟んだまま厚さ測定を行ったところ、１０点平均ｔ1は１０２．２４μｍであった。
更に、キーエンス製共焦点式レーザー顕微鏡ＶＫ-Ｘ１００で、湿潤状態の有機繊維含有層１３に含まれる繊維の繊維径ｄＷを測定した。繊維径ｄＷは、５０点平均で５０２ｎｍであった。
次に、保護膜を除去し、有機繊維含有層１３を有する試料をエチルメチルカーボネートに１０分浸し、電解質を除去し、９０℃で溶媒を真空乾燥させた。その後、同様に試料の厚さ測定を行ったところ、１０点平均ｔ2は８８．１３μｍであった。このとき、試料の重さｗ1を測定した。試料の重さｗ1は、０．９９３１ｇであった。更に、試料を先ほど同様に保護膜で挟んで、キーエンス製共焦点式レーザー顕微鏡ＶＫ-Ｘ１００で、乾燥した状態の有機繊維含有層１３に含まれる繊維の繊維径ｄＤを測定した。繊維径ｄＤは、５０点平均で４９５ｎｍであった。
次に、負極１２の試料から、負極層を擦り落とさないように、有機繊維含有層１３を両面擦り落とした。その後、同様に試料の厚さ測定を１０点行った。試料の厚さの１０点平均ｔ3は７３．８９μｍであった。この際、試料の重さｗ2を測定した。試料の重さｗ2は、０．９６３４ｇであった。重さｗ1及び重さｗ2から、乾燥した状態での有機繊維含有層１３の目付を算出したところ、両面の平均値は５．９ｇ／ｍ2であった。
次いで、擦り落とした有機繊維含有層１３について、島津製作所製アキュピック１３４０−１０ｃｃを用いて真密度Ｄ１を測定した。真密度Ｄ1は、２．８５ｇ／ｃｍ3であった。
乾燥した状態での有機繊維含有層１３の目付と有機繊維含有層１３の真密度Ｄ1とから、乾燥した状態での有機繊維含有層１３の空隙率を計算した。乾燥した状態での有機繊維含有層１３の空隙率は、７１％であった。
次に、有機繊維含有層１３を擦り落とした負極１２の試料を、先に保管していた電解液１ｇと共に、先ほどと同様に、厚さ１２μｍ、７ｃｍ四方のポリエチレン保護膜で挟んだ。なお、保護膜で挟んだ際に、電解液の一部が保護膜の周縁部から出てくることがある。その場合、出てきた電解液はキムタオルなどによってふき取ってもよい。その後、試料を気温２５℃及び露点−５０℃以下の環境下でＡｌラミネート袋に封入し、５日間貯蔵し、電解液を負極層に含浸させた。その後、Ａｌラミネート袋から試料を取り出し、試料を保護膜で挟んだまま厚さ測定を行ったところ、１０点平均ｔ4は７４．０２μｍであった。
測定した厚さｔ1〜ｔ4を用いて先に説明した手順で、実施例１の非水電解質電池１００の有機繊維含有層１３についての、湿潤状態での厚さｔＷ及び乾燥した状態での厚さｔＤを算出した。厚さｔＷは１４．１１μｍであり、乾燥した状態での厚さｔＤは７．１２であった。
（比ｔＷ／ｔＤ、比ｄＷ／ｄＤ及び比（ＴＬ−ＴＨ）／（ｔＷ×ｎ）の算出）
以上のようにして得られた結果から算出すると、実施例１の非水電解質電池１００の有機繊維含有層１３についての、比ｔＷ／ｔＤが１．９８であることが分かった。また、湿潤状態にある有機繊維含有層１３に含まれる有機繊維の平均繊維径ｄＷの、乾燥した状態にある有機繊維含有層１３に含まれる有機繊維の平均繊維径ｄＤに対する比ｄＷ／ｄＤが１．０１であることが分かった。また、実施例１の非水電解質電池１００の電極群１０についての比（ＴＬ−ＴＨ）／（ｔＷ×ｎ）は、０．０６６であることが分かった。
（実施例２）
実施例２では、有機繊維含有層１３を、空隙率が３６％となるようにロールプレスに供した以外は上記実施例１と同様の手順によって、実施例２の負極１２を作成し、この負極１２を用いて実施例２の非水電解質電池１００を作製した。ロールプレスの圧力は、４３ｋＮ／ｍとした。
実施例２の非水電解質電池１００について、実施例１と同様の手順で各種測定を行った。その結果、実施例２の比ｔＷ／ｔＤは２．５５であった。実施例２の比ｄＷ／ｄＤは０．９８であった。実施例２において、乾燥した状態での有機繊維含有層１３の空隙率は、４０％であった。実施例２の比（ＴＬ−ＴＨ）／（ｔＷ×ｎ）は０．０５５であった。実施例２の歩留まりは１００％であった。実施例２の非水電解質電池１００の貯蔵による自己放電量は１．２９Ａｈであった。実施例２の非水電解質電池１００の抵抗値は、１．１２ｍΩであった。
（実施例３）
実施例３では、有機繊維含有層１３を、空隙率が７８％となるようにロールプレスに供した以外は上記実施例１と同様の手順により、実施例３の負極１２を作成し、この負極１２を用いて実施例３の非水電解質電池１００を作製した。ロールプレスの圧力は、１２ｋＮ／ｍとした。
実施例３の非水電解質電池１００について、実施例１と同様の手順で各種測定を行った。その結果、実施例３の比ｔＷ／ｔＤは１．１０であった。実施例３の比ｄＷ／ｄＤは０．９５であった。実施例３において、乾燥した状態での有機繊維含有層１３の空隙率は７９％であった。実施例３の比（ＴＬ−ＴＨ）／（ｔＷ×ｎ）は０．１００であった。実施例３の歩留まりは１００％であった。実施例３の非水電解質電池１００の貯蔵による自己放電量は１．４１Ａｈであった。実施例３の非水電解質電池１００の抵抗値は、１．０１ｍΩであった。
（実施例４）
実施例４では、繊維材料としてポリイミドを使用した以外は上記実施例１と同様の手順により、実施例４の負極１２を作成し、この負極１２を用いて実施例４の非水電解質電池１００を作製した。
実施例４の非水電解質電池１００について、実施例１と同様の手順で各種測定を行った。その結果、実施例４の比ｔＷ／ｔＤは１．１７であった。実施例４の比ｄＷ／ｄＤは１．０５であった。実施例４において、乾燥した状態での有機繊維含有層１３の空隙率は８２％であった。実施例４の比（ＴＬ−ＴＨ）／（ｔＷ×ｎ）は０．０３８であった。実施例４の歩留まりは１００％であった。実施例４の非水電解質電池１００の貯蔵による自己放電量は、１．３１Ａｈであった。実施例４の非水電解質電池１００の抵抗値は、１．１３ｍΩであった。
（実施例５）
実施例５では、繊維材料としてポリアミドを使用した以外は上記実施例１と同様の手順により、実施例５の負極１２を作成し、この負極１２を用いて実施例５の非水電解質電池１００を作製した。
実施例５の非水電解質電池１００について、実施例１と同様の手順で各種測定を行った。その結果、実施例５の比ｔＷ／ｔＤは１．８９であった。実施例５の比ｄＷ／ｄＤは１．０２であった。実施例５において、乾燥した状態での有機繊維含有層１３の空隙率は６２％であった。実施例５の比（ＴＬ−ＴＨ）／（ｔＷ×ｎ）は０．００２であった。実施例５の歩留まりは１００％であった。実施例５の非水電解質電池１００の貯蔵による自己放電量は、１．１４Ａｈであった。実施例５の非水電解質電池１００の抵抗値は１．２７ｍΩであった。
（実施例６）
実施例６では、繊維材料としてポリアミドイミドを使用した以外は上記実施例１と同様の手順により、実施例６の負極１２を作成し、この負極１２を用いて実施例６の非水電解質電池１００を作製した。
実施例６の非水電解質電池１００について、実施例１と同様の手順で各種測定を行った。その結果、実施例６の比ｔＷ／ｔＤは１．９６であった。実施例６の比ｄＷ／ｄＤは０．９８であった。実施例６において、乾燥した状態での有機繊維含有層１３の空隙率は６０％であった。実施例６の比（ＴＬ−ＴＨ）／（ｔＷ×ｎ）は０．０３３であった。実施例６の歩留まりは１００％であった。実施例６の非水電解質電池１００の貯蔵による自己放電量は、１．１３Ａｈであった。実施例６の非水電解質電池１００の抵抗値は１．２４ｍΩであった。
（比較例１）
比較例１では、有機繊維含有層１３のロールプレスに供する際、プレスロールを１４０℃に加熱しながら行った以外は上記実施例１と同様の手順により、比較例１の負極を作成し、この負極を用いて比較例１の非水電解質電池を作製した。
比較例１の非水電解質電池について、実施例１と同様の手順で各種測定を行った。その結果、比較例１の比ｔＷ／ｔＤは１．００であった。比較例１の比ｄＷ／ｄＤは１．０７であった。比較例１において、乾燥した状態での有機繊維含有層１３の空隙率は８０％であった。比較例１の比（ＴＬ−ＴＨ）／（ｔＷ×ｎ）は０．０００であった。比較例１の歩留まりは１００％であった。比較例１の非水電解質電池の貯蔵による自己放電量は、０．９２Ａｈであった。比較例１の抵抗値は１．６７ｍΩであった。
（比較例２）
比較例２では、有機繊維含有層を形成する時に、繊維材料としてポリアミドを使用し、結着材としてＰＶｄＦを使用した以外は上記実施例１と同様の手順により、比較例２の負極を作成し、この負極を用いて比較例２の非水電解質電池を作製した。
比較例２の非水電解質電池について、実施例１と同様の手順で各種測定を行った。その結果、比較例２の比ｔＷ／ｔＤは１．００であった。比較例２のｄＷ／ｄＤは１．０６であった。比較例２において、乾燥した状態での有機繊維含有層１３の空隙率は、８０％であった。比較例２の比（ＴＬ−ＴＨ）／（ｔＷ×ｎ）は０．０４０であった。比較例２の歩留まりは１００％であった。比較例２の非水電解質電池の貯蔵による自己放電量は、０．９７Ａｈであった。比較例２の抵抗値は１．７３ｍΩであった。
（比較例３）
比較例３では、有機繊維含有層１３を、空隙率が９１％となるようにロールプレスに供した以外は上記実施例１と同様の手順により、比較例３の負極を作成し、この負極を用いて比較例３の非水電解質電池１００を作製した。ロールプレスの圧力は、３ｋＮ／ｍとした。比較例３において、乾燥した状態での有機繊維含有層１３の空隙率は、９１％であった。
２０個の非水電解質電池を作製後、充放電を行ったところ、１７個は充放電できなかった。充放電できなかった電池を解体したところ、有機繊維含有層１３が負極１２から剥離しており、正極１１と負極１２とが接触した箇所が複数あった。
充放電できた３個の非水電解質電池について、実施例１と同様の手順で各種測定を行った。その結果、比較例３の非水電解質電池の貯蔵による自己放電量は、１０．３８Ａｈであった。
（比較例４）
比較例４では、有機繊維含有層１３を、空隙率が２８％となるようにロールプレスに供した以外は上記実施例１と同様の手順により、比較例４の負極を作成し、この負極を用いて比較例４の非水電解質電池を作製した。ロールプレスの圧力は、６０ｋＮ／ｍとした。
比較例４の非水電解質電池について、実施例１と同様の手順で各種測定を行った。その結果、比較例４の比ｔＷ／ｔＤは３．２６であった。比較例４の比ｄＷ／ｄＤは１．０２であった。比較例４において、乾燥した状態での有機繊維含有層の空隙率は３８％であった。比較例４の比（ＴＬ−ＴＨ）／（ｔＷ×ｎ）は０．０４５であった。比較例４の歩留まりは１００％であった。比較例４の非水電解質電池の貯蔵による自己放電量は、０．７６Ａｈであった。比較例４の非水電解質電池の抵抗値は２．０２ｍΩであった。
（比較例５）
比較例５では、繊維材料としてポリエチレンオキシドを使用した以外は上記実施例１と同様の手順により、比較例５の負極１２を作成し、この負極１２を用いて実施例５の非水電解質電池１００を作製した。
比較例５の非水電解質電池について、実施例１と同様の手順で各種測定を行った。その結果、比較例５の比ｔＷ／ｔＤは２．４４であった。比較例５の比ｄＷ／ｄＤは１．８５であった。比較例５において、乾燥した状態での有機繊維含有層の空隙率は６９％であった。比較例５の比（ＴＬ−ＴＨ）／（ｔＷ×ｎ）は０．１６２であった。比較例５の歩留まりは１００％であった。比較例５の非水電解質電池の貯蔵による自己放電量は、０．５６Ａｈであった。比較例５の非水電解質電池の抵抗値は２．１５ｍΩであった。
［結果］
実施例１〜６及び比較例１〜５の結果を、以下の表１〜４に改めて示す。
Figure 0006408137
Figure 0006408137
Figure 0006408137
Figure 0006408137
［考察］
表４に示した結果から、実施例１〜実施例６の非水電解質電池１００は、抵抗値が低く、貯蔵による自己放電を抑えることができたことが分かる。
また、表２に示したように、実施例１〜実施例６の非水電解質電池１００では、有機繊維含有層１３が、湿潤状態でも、１４．５５μｍ以下の厚さｔＷを有する。そして、実施例１〜実施例６の非水電解質電池１００は、このように薄い有機繊維含有層を用いても、表４に示したように優れた歩留まりを達成することができた。
つまり、実施例１〜実施例６の負極１２を用いることにより、高いエネルギー密度及び優れた入出力特性を示すことができる非水電解質電池１００を実現することができた。
具体的には、表４に示した結果から、実施例１〜実施例６の非水電解質電池１００は、比較例１、２、４及び５の非水電解質電池よりも低抵抗であったことが分かる。比較例１の非水電解質電池の抵抗が実施例１〜６の非水電解質電池１００のそれよりも高かったのは、有機繊維含有層１３を加熱ロールプレスに供したために、有機繊維含有層１３の空隙率が電解液の含浸によっても大きくならなかったことが原因であると考えられる。比較例２の非水電解質電池が実施例１〜６の非水電解質電池１００のそれよりも高かったのは、有機繊維含有層１３の形成の際に結着剤を使用したために、有機繊維含有層１３の空隙率が電解液の含浸によっても大きくならなかったことが原因であると考えられる。比較例４では、比ｔＷ／ｔＤが２．５５よりも大きかった。これは、６０ｋＮ／ｍという比較的大きな荷重で有機繊維含有層１３をプレスしたからであると考えられる。このように過度な荷重でプレスした有機繊維含有層１３は、湿潤状態でも高い空隙率を示すことができなかった。その結果、比較例４の非水電解質電池は、Ｌｉイオンの拡散が阻害され、抵抗が高くなったと考えられる。比較例５の非水電解質電池の抵抗が高かったのは、比ｄＷ／ｄＤが１．０５よりも大きかったため、電解液の含浸により有機繊維含有層１３に含まれる有機繊維の繊維径が大きくなり過ぎ、有機繊維含有層１３が湿潤状態でも高い空隙率を示すことができなかったことが原因であると考えられる。
また、表４に示した結果から、実施例１〜実施例６の非水電解質電池１００は、比較例３の非水電解質電池よりも歩留まりに優れており、比較例３の非水電解質電池よりも貯蔵による自己放電を抑えることができたことが分かる。比較例３の非水電解質電池は、有機繊維含有層１３のロールプレス時の圧力が弱すぎたために、電池作製の際に有機繊維含有層１３を傷つけやすく、歩留まりが低くなったと考えらえる。また、比較例３の非水電解質電池では、電解液の含浸によって有機繊維が負極から離れて電解液中に解けだしたことが原因で、正極と負極とが接触し、自己放電量が大きくなったと考えられる。
（実施例７）
実施例７では、有機繊維含有層１３の目付の両面の平均値を０．５ｇ／ｍ2としたこと以外は、上記実施例６と同様の手順により、実施例７の負極１２を作成し、この負極１２を用いて実施例６の非水電解質電池１００を作製した。
実施例７の非水電解質電池１００について、実施例１と同様の手順で各種測定を行った。その結果、実施例７の比ｔＷ／ｔＤは２．３６であった。実施例７の比ｄＷ／ｄＤは０．９９であった。実施例７において、乾燥した状態での有機繊維含有層１３の空隙率は８１％であった。実施例７の比（ＴＬ−ＴＨ）／（ｔＷ×ｎ）は０．０８６であった。実施例７の歩留まりは１００％であった。実施例７の非水電解質電池１００の貯蔵による自己放電量は、１．５４Ａｈであった。実施例７の非水電解質電池１００の抵抗値は１．１６ｍΩであった。
（実施例８）
実施例８では、有機繊維含有層１３のロールプレスに供する際、プレスロールを６０℃に加熱しながら行った以外は上記実施例１と同様の手順により、実施例８の負極を作成し、この負極を用いて実施例８の非水電解質電池を作製した。
実施例８の非水電解質電池１００について、実施例１と同様の手順で各種測定を行った。その結果、実施例８の比ｔＷ／ｔＤは１．１１であった。実施例８の比ｄＷ／ｄＤは０．９６であった。実施例８において、乾燥した状態での有機繊維含有層１３の空隙率は７９％であった。実施例８の比（ＴＬ−ＴＨ）／（ｔＷ×ｎ）は０．０９８であった。実施例８の歩留まりは１００％であった。実施例８の非水電解質電池１００の貯蔵による自己放電量は、１．３９Ａｈであった。実施例８の非水電解質電池１００の抵抗値は１．０２ｍΩであった。
（比較例６）
比較例６では、有機繊維含有層１３を形成した後、ロールプレスを行わなかったこと以外は上記実施例１と同様の手順により、比較例６の負極を作成し、この負極を用いて比較例６の非水電解質電池１００を作製した。
比較例６では、実施例１と同様に複数の非水電解質電池を作製した。しかしながら、比較例６の歩留まりは、実施例１よりも悪かった。
充放電できた比較例６の非水電解質電池について、実施例１と同様の手順で各種測定を行った。その結果、比較例６の非水電解質電池の貯蔵による自己放電量は、１３．２６Ａｈであった。
［結果］
実施例７及び実施例８並びに比較例６について行った各種測定の結果を、以下の表５〜表８に示す。
Figure 0006408137
Figure 0006408137
Figure 0006408137
Figure 0006408137
［考察］
表４及び表８に示した結果から、実施例７及び８の非水電解質電池は、実施例１〜６の非水電解質電池１００と同様に、抵抗値が低く、貯蔵による自己放電を抑えることができたことが分かる。
また、表６に示したように、実施例７及び実施例８の非水電解質電池１００では、有機繊維含有層１３が湿潤状態でも４．５６μｍ及び５．１９μｍの厚さｔＷをそれぞれ有する。実施例７及び８の非水電解質電池は、このように薄い有機繊維含有層を用いても、先に示したように優れた歩留まりを達成することができた。
つまり、実施例７及び８のそれぞれの負極１２を用いることにより、高いエネルギー密度及び優れた入出力特性を示すことができる非水電解質電池１００を実現することができた。
比較例６の歩留まりが低かった理由、及び比較例６の非水電解質電池１００の自己放電量が高かったのは、先に説明したように有機繊維含有層１３が負極１２から剥離したことが原因であると考えられる。
以下に、先に説明した実施例に記載した方法によって第１の実施形態に係る電極が得られる理由を、図８及び図９を参照しながら説明する。
図８は、第１の実施形態に係る一例の電極が具備する有機繊維含有層の乾燥した状態の拡大概略断面図である。図９は、図８に示す有機繊維含有層が電解液を含浸した状態を示す概略拡大断面図である。
図８に示すように、エレクトスピニング法により電極層３の表面に形成した有機繊維含有層４では、有機繊維４０が絡み合って堆積している。このような有機繊維含有層４を有機繊維の材料の軟化点よりも低い温度でロールプレスすることにより、有機繊維４０同士の摩擦力が働き、例えば図８に示すように、有機繊維含有層４が圧縮された状態になる。また、ここでの有機繊維の材料の軟化点よりも低い温度でのロールプレスは、有機繊維４０同士の融着を防ぐことができる。ロールプレスは、常温から６０℃までの温度で行うことが好ましく、常温で行うことがより好ましい。常温は、例えば、２０〜３０℃の範囲内の温度である。
このように圧縮された状態にある有機繊維含有層４は、電解液５を含浸して湿潤状態になると、有機繊維４０の表面が電解液５で濡れ、有機繊維４０同士の摩擦力が弱くなる。そして、有機繊維４０は、それ自体の剛性により、反りが小さくなるように変形する力が働く。これらの結果、例えば図９において矢印で示すように、有機繊維含有層４に含まれる有機繊維４０の絡み合いが解かれる力が発現し、有機繊維含有層４の見掛けの体積が増える。一方で、有機繊維４０の平均繊維径は、電解液５の含浸によってはあまり変化しない。これらの結果、有機繊維含有層４の空隙率及び膜厚が増加する。以上のような挙動を示す有機繊維含有層４は、厚さについての比ｔＷ／ｔＤが１．１以上２．２５以下の範囲内にあり、有機繊維４０の平均繊維径についての比ｄＷ／ｄＤが、０．９５以上１．０５以下の範囲内にある。
一方、有機繊維含有層を有機繊維の材料の軟化点よりも高い温度で加熱しながらロールプレスに供すると、有機繊維同士が融着する。このようにして圧縮された有機繊維含有層は、電解液を含浸しても有機繊維の絡み合いが解けない又はほとんど解けない。有機繊維同士を結着剤で結着した場合も、有機繊維同士が絡み合った状態で結着しているため、電解液を含浸しても有機繊維の絡み合いが解けない又はほとんど解けない。比較例１及び２の比ｔＷ／ｔＤが１．１未満であったのは、これが理由であると考えられる。
また、ロールプレスをしなかったり、ロールプレスの際の圧力が小さいと、電解液を含浸した際に、有機繊維含有層が電極層から剥がれ易くなる。これは、電解液によって、有機繊維と電極層との接着力が弱まるため、及び有機繊維同士の接着力が弱まるためであると考えられる。
また、各実施例で行った有機繊維含有層のロールプレスは、１０ｋＮ／ｍ以上の線圧で有機繊維含有層を圧縮するものである。他方、負極及び正極を用いて作製した積層体を捲回して得られた捲回体に対して行うプレスは、面で押すプレスである。そのため、捲回体のプレスにより有機繊維含有層にかかる荷重は、ロールプレスにより有機繊維含有層にかかる荷重よりも小さい。
例えば、比較例３では、有機繊維含有層１３のロールプレス時の圧力が低過ぎた。また、比較例６では、負極上に形成した有機繊維含有層をロールプレスに供さずに、捲回体を作成し、これをプレスに供した。そのため、比較例３及び比較例６では、有機繊維含有層の十分なプレスが行われなかった。その結果、比較例３及び比較例６の非水電解質電池１００では、電解液により有機繊維含有層の一部が負極から剥がれ、その部分が原因で自己放電が大きくなったと考えられる。
以上に説明した少なくとも一つの実施形態及び実施例に係る電極は、電極層と、有機繊維含有層とを具備する。有機繊維含有層は、電極層上に形成されている。有機繊維含有層は、有機繊維を含んでいる。有機繊維含有層は、湿潤状態での厚さｔＷ［μｍ］の、乾燥した状態での厚さｔＤ［μｍ］に対する比ｔＷ／ｔＤが、１．１以上２．５５以下の範囲内にある。湿潤状態にある有機繊維含有層に含まれる有機繊維の平均繊維径ｄＷ［ｎｍ］の、乾燥した状態にある有機繊維含有層に含まれる有機繊維の平均繊維径ｄＤ［ｎｍ］に対する比ｄＷ／ｄＤが、０．９５以上１．０５以下の範囲内にある。これらのおかげで、この電極は、薄く且つ空隙率が高い有機繊維含有層を有すことができる。その結果、この電極は、高いエネルギー密度及び優れた入出力特性を示す非水電解質電池を実現することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１…電極、２…集電体、２Ａ…電極層を担持していない部分、３…電極層、３Ｅ…電極層の端面、４…有機繊維含有層、４０…有機繊維、５…電解液、６…正極リード、６ａ…接続プレート、６ｂ…貫通孔、６ｃ…集電部、７…負極リード、７ａ…接続プレート、７ｂ…貫通孔、７ｃ…集電部、８…絶縁体、８ａ…第１の凹部、８ｂ…第２の凹部、８ａ’…貫通孔、８ｂ’…貫通孔、８ｃ…貫通孔、９ａ…絶縁部材、９ｂ…絶縁テープ、１０…電極群、１１…正極、１１ａ…正極集電体、１１ｂ…正極層、１１ｃ…正極タブ、１２…負極、１２ａ…負極集電体、１２ｃ…負極タブ、１３…有機繊維含有層、１４…絶縁テープ、１００…非水電解質電池、１１１…外装部材、１１１ａ…金属製容器、１１１ｂ…封口体、１１３…正極端子、１１３ａ…正極端子の頭部、１１３ｂ…正極端子の軸部、１１４…負極端子、１１４ａ…負極端子の頭部、１１４ｂ…負極端子の軸部、１１５…絶縁ガスケット、１１５ａ…貫通孔。

Claims (14)

  1. 電極層と、
    前記電極層上に形成され且つ有機繊維を含んだ有機繊維含有層とを具備し、
    前記有機繊維含有層は、１ｃｍ3あたり５００ｍｇ以上の電解液を含浸した湿潤状態での厚さｔＷ［μｍ］の、電解液の含浸量が１ｃｍ3あたり１０ｍｇ以下である乾燥した状態での厚さｔＤ［μｍ］に対する比ｔＷ／ｔＤが、１．１以上２．５５以下の範囲内にあり、
    前記湿潤状態にある前記有機繊維含有層に含まれる前記有機繊維の平均繊維径ｄＷ［ｎｍ］の、前記乾燥した状態にある前記有機繊維含有層に含まれる前記有機繊維の平均繊維径ｄＤ［ｎｍ］に対する比ｄＷ／ｄＤが、０．９５以上１．０５以下の範囲内にあることを特徴とする電極。
  2. 前記有機繊維含有層は、前記乾燥した状態での空隙率が４０％以上８２％以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の電極。
  3. 前記有機繊維含有層は、前記乾燥した状態での目付が０．５ｇ／ｍ2以上４ｇ／ｍ2以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の電極。
  4. 前記有機繊維含有層は、前記乾燥した状態での目付が１ｇ／ｍ2以上４ｇ／ｍ2以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電極。
  5. 前記厚さの比ｔＷ／ｔＤが１．２以上２．３以下であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電極。
  6. 前記厚さの比ｔＷ／ｔＤが１．３以上２．１以下であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の電極。
  7. 前記平均繊維径の比ｄＷ／ｄＤが０．９６以上１．０４以下であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の電極。
  8. 前記平均繊維径の比ｄＷ／ｄＤが０．９８以上１．０２以下であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の電極。
  9. 前記有機繊維は、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリオレフィン、セルロース、ポリビニルアルコール、及びポリアクリロニトリルからなる群より選ばれる少なくとも１種の有機化合物を含むことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の電極。
  10. 正極層を含んだ正極と、
    負極層を含んだ負極と
    を具備し、
    前記正極及び前記負極の少なくとも一方が請求項１〜９の何れか１項に記載の電極であり、
    前記有機繊維含有層は、前記正極層と前記負極層との間に位置していることを特徴とする電極群。
  11. 前記電極群は、断面が長径及び短径を有する扁平形状の捲回型電極群であり、
    前記電極群は、前記有機繊維含有層が前記湿潤状態にある状態で１０１．３ｋＰａで加圧した際の厚さがＴＬ［ｍｍ］であり、前記有機繊維含有層が前記湿潤状態にある状態で２０２．６ｋＰａで加圧した際の厚さがＴＨ［ｍｍ］であり、前記電極群の前記短径の方向の前記有機繊維含有層の層数がｎ1であり、
    前記厚さＴＨ、前記厚さＴＬ、前記厚さｔＷ及び前記有機繊維含有層の層数ｎ1が下記式：
    ０＜（ＴＬ−ＴＨ）／（ｔＷ×ｎ1）≦０．１
    を満たすことを特徴とする請求項１０に記載の電極群。
  12. 前記電極群は、複数の前記正極と複数の前記負極とが交互に積層方向に積層された構造を有し、
    前記電極群は、前記有機繊維含有層が前記湿潤状態にある状態で１０１．３ｋＰａで加圧した際の厚さがＴＬ［ｍｍ］であり、前記有機繊維含有層が前記湿潤状態にある状態で２０２．６ｋＰａで加圧した際の厚さがＴＨ［ｍｍ］であり、前記積層方向の前記有機繊維含有層の層数がｎ2であり、
    前記厚さＴＨ、前記厚さＴＬ、前記厚さｔＷ及び前記有機繊維含有層の層数ｎ2が下記式：
    ０＜（ＴＬ−ＴＨ）／（ｔＷ×ｎ2）≦０．１
    を満たすことを特徴とする請求項１０に記載の電極群。
  13. 前記負極層は、リチウムチタン複合酸化物を含むことを特徴とする請求項１０〜１２の何れか１項に記載の電極群。
  14. 請求項１０〜１３の何れか１項に記載の電極群と、
    前記電極群に含浸された非水電解質と
    を具備したことを特徴とする非水電解質電池。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6924047B2 (ja) * 2017-03-10 2021-08-25 株式会社東芝 二次電池
EP3609014B1 (en) * 2017-03-28 2024-04-03 Kabushiki Kaisha Toshiba Electrode structure and secondary battery
JP2019153434A (ja) * 2018-03-01 2019-09-12 株式会社東芝 積層体及び二次電池
JP6847893B2 (ja) * 2018-07-02 2021-03-24 株式会社東芝 電極構造体および二次電池
US11121408B2 (en) 2019-03-14 2021-09-14 Medtronic, Inc. Lithium-ion battery
CN113224297A (zh) * 2020-02-06 2021-08-06 宁德新能源科技有限公司 负极极片、应用所述负极极片的电池以及电子装置
WO2023182509A1 (ja) * 2022-03-25 2023-09-28 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電解コンデンサ用セパレータの製造方法、電解コンデンサの製造方法、電解コンデンサ用セパレータ、および電解コンデンサ

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3614984B2 (ja) 1996-06-19 2005-01-26 株式会社東芝 シート状極板の製造方法およびこれを用いた非水電解質電池
US6727017B1 (en) * 2001-04-06 2004-04-27 Changs Ascending Enterprise Co., Ltd. Methods of fabricating binding layers for a Li-ion polymer battery
DE10238944A1 (de) * 2002-08-24 2004-03-04 Creavis Gesellschaft Für Technologie Und Innovation Mbh Separator zur Verwendung in Hochenergiebatterien sowie Verfahren zu dessen Herstellung
WO2007054707A1 (en) * 2005-11-11 2007-05-18 Freudenberg Nonwovens Lp Electrode separator
JP5403857B2 (ja) * 2006-05-18 2014-01-29 日立マクセル株式会社 電池用セパレータ、その製造方法およびリチウム二次電池
US8865336B2 (en) * 2006-12-20 2014-10-21 Kuraray Co., Ltd. Separator for alkaline battery, method for producing the same, and battery
WO2010123686A1 (en) * 2009-04-23 2010-10-28 Toray Tonen Specialty Separator Company Polymeric film, methods for making such film, and the use of such film as battery separator film
JP2012033498A (ja) * 2010-04-08 2012-02-16 Hitachi Maxell Energy Ltd 電気化学素子
KR101117126B1 (ko) * 2010-04-19 2012-02-24 한국과학기술연구원 금속산화물 초극세 섬유-기반 내열성 복합 분리막 및 이를 이용한 이차전지
JP2012059486A (ja) * 2010-09-08 2012-03-22 Konica Minolta Holdings Inc リチウムイオン二次電池及びリチウムイオン二次電池用多孔質絶縁層
EP2688123B1 (en) * 2012-07-16 2017-07-05 Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives Process for manufacturing a Li-ion battery comprising a fluoropolymeric separator
JP5624653B2 (ja) 2012-07-24 2014-11-12 株式会社東芝 二次電池
IN2014MN02250A (ja) * 2012-11-30 2015-07-24 Lg Chemical Ltd
US9577235B2 (en) * 2012-12-18 2017-02-21 Sabic Global Technologies B.V. High temperature melt integrity battery separators via spinning
JP2014139903A (ja) * 2013-01-21 2014-07-31 Daicel Corp 蓄電素子用積層体の製造方法及びリチウムイオン電池
JP6219113B2 (ja) * 2013-09-30 2017-10-25 株式会社東芝 二次電池
JP6471097B2 (ja) * 2013-12-03 2019-02-13 株式会社バルカー 電気化学素子用複合膜
US10186716B2 (en) * 2014-11-10 2019-01-22 Lanxess Solutions Us Inc. Non-aqueous flow cell comprising a polyurethane separator
US10333173B2 (en) * 2014-11-14 2019-06-25 Medtronic, Inc. Composite separator and electrolyte for solid state batteries
US10177360B2 (en) * 2014-11-21 2019-01-08 Hollingsworth & Vose Company Battery separators with controlled pore structure
WO2017180264A2 (en) * 2016-03-08 2017-10-19 Giner, Inc. Separator for use in electrochemical cells and method of fabrication thereof
US10490843B2 (en) * 2017-04-10 2019-11-26 Nano And Advanced Materials Institute Limited Flexible battery with 180 degree operational bend radius
US10734673B2 (en) * 2017-06-23 2020-08-04 GM Global Technology Operations LLC Ionically-conductive reinforced glass ceramic separators/solid electrolytes
JP6805102B2 (ja) * 2017-09-19 2020-12-23 株式会社東芝 二次電池用電極構造体、二次電池、電池パック及び車両

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