JP6880488B2

JP6880488B2 - リチウムイオン二次電池

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Publication number: JP6880488B2
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Inventors: 翼松好; 貴葉荒木
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Filing date: 2017-03-03
Publication date: 2021-06-02
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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子に関する。

従来、リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質を有する正極と、リチウムイオンを吸蔵放出可能な負極活物質を有する負極と、正極と負極とを隔離するセパレータとを備えたリチウムイオン二次電池であって、正極は、正極集電体と、正極集電体上に形成され且つ正極活物質を含む正極合剤層とを有し、正極活物質は、層状固溶体化合物である、リチウムイオン二次電池が知られている（例えば、特許文献１）。

特許文献１に記載の電池では、層状固溶体化合物の二次粒子内の空隙率は、２％以上１０％以下であり、正極合剤層の空隙率は、３０％以上４０％以下である。

特許文献１に記載の電池では、高温保管後に出力性能が低下する場合があることから、高温保管後に出力性能が低下することが抑制された蓄電素子が要望されている。

特開２０１６−０５４１０１号公報

本実施形態は、高温保管後に出力性能が低下することが抑制された蓄電素子を提供することを課題とする。

本実施形態の蓄電素子は、活物質層を有する電極を備え、活物質層は、活物質粒子と導電助剤とを含み、活物質層の比表面積をｓ［ｍ^２／ｇ］とし、活物質粒子に対する導電助剤の質量比をｒ［質量%］としたときに、下記の関係式（１）が満たされる。
ｓ＞０．２６３ｒ＋１．６２関係式（１）
斯かる構成により、高温保管後に出力性能が低下することが抑制された蓄電素子を提供できる。

本実施形態によれば、高温保管後に出力性能が低下することが抑制された蓄電素子を提供できる。

図１は、本実施形態に係る蓄電素子の斜視図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線位置の断面図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線位置の断面図である。図４は、同実施形態に係る蓄電素子の電極体の構成を説明するための図である。図５は、重ね合わされた正極、負極、及びセパレータの断面図（図４のＶ−Ｖ断面）である。図６は、同実施形態に係る蓄電素子を含む蓄電装置の斜視図である。図７は、正極活物質層の比表面積と、高温保管後の出力維持率との関係を表すグラフである。図８は、正極活物質粒子に対する導電助剤の質量比と、正極活物質層の比表面積との関係を表すグラフである。

以下、本発明に係る蓄電素子の一実施形態について、図１〜図５を参照しつつ説明する。蓄電素子には、二次電池、キャパシタ等がある。本実施形態では、蓄電素子の一例として、充放電可能な二次電池について説明する。尚、本実施形態の各構成部材（各構成要素）の名称は、本実施形態におけるものであり、背景技術における各構成部材（各構成要素）の名称と異なる場合がある。

本実施形態の蓄電素子１は、非水電解質二次電池である。より詳しくは、蓄電素子１は、リチウムイオンの移動に伴って生じる電子移動を利用したリチウムイオン二次電池である。この種の蓄電素子１は、電気エネルギーを供給する。蓄電素子１は、単一又は複数で使用される。具体的に、蓄電素子１は、要求される出力及び要求される電圧が小さいときには、単一で使用される。一方、蓄電素子１は、要求される出力及び要求される電圧の少なくとも一方が大きいときには、他の蓄電素子１と組み合わされて蓄電装置１００に用いられる。前記蓄電装置１００では、該蓄電装置１００に用いられる蓄電素子１が電気エネルギーを供給する。

蓄電素子１は、図１〜図５に示すように、正極１１と負極１２とを含む電極体２と、電極体２を収容するケース３と、ケース３の外側に配置される外部端子７であって電極体２と導通する外部端子７と、を備える。また、蓄電素子１は、電極体２、ケース３、及び外部端子７の他に、電極体２と外部端子７とを導通させる集電体５等を有する。

電極体２は、正極１１と負極１２とがセパレータ４によって互いに絶縁された状態で積層された積層体２２が巻回されることによって形成される。

正極１１は、金属箔１１１（集電箔）と、金属箔１１１の表面に接し且つ活物質を含む活物質層１１２と、を有する。本実施形態では、活物質層１１２は、金属箔１１１の両面にそれぞれ重なる。なお、正極１１の厚さは、通常、６５μｍ以上１２０μｍ以下である。

金属箔１１１は帯状である。本実施形態の正極１１の金属箔１１１は、例えば、アルミニウム箔である。正極１１は、帯形状の短手方向である幅方向の一方の端縁部に、正極活物質層１１２が形成されていない非被覆部１１５を有する。

正極活物質層１１２は、粒子状の活物質（活物質粒子）と、粒子状の導電助剤と、バインダとを含む。正極活物質層１１２（１層分）の厚さは、通常、３０μｍ以上５０μｍ以下である。正極活物質層１１２（１層分）の目付量は、通常、８ｍｇ／ｃｍ^２以上１２ｍｇ／ｃｍ^２以下である。正極活物質層１１２の密度は、通常、２．０ｇ／ｃｍ^３以上３．０ｇ／ｃｍ^３以下である。目付量及び密度は、金属箔１１１の一方の面を覆うように配置された１層分におけるものである。

正極活物質層１１２において、正極活物質層１１２の比表面積をｓ［ｍ^２／ｇ］とし、活物質粒子に対する導電助剤の質量比をｒ［質量%］としたときに、下記の関係式（１）が満たされる。
ｓ＞０．２６３ｒ＋１．６２関係式（１）

本実施形態の正極活物質層１１２において、下記の関係式（２）がさらに満たされることが好ましい。
ｓ＜０．２６３ｒ＋２．００関係式（２）
すなわち、下記関係式（３）が満たされることが好ましい。
０．２６３ｒ＋１．６２＜ｓ＜０．２６３ｒ＋２．００関係式（３）

正極活物質層１１２の比表面積は、ＢＥＴ法によって測定する。具体的に、斯かる比表面積は、（例えばJIS R 5201 JIS Z 8830 JIS R 1626）に準じた方法によって測定する。より具体的に、斯かる比表面積は、実施例に記載された方法によって測定する。
正極活物質層１１２の比表面積ｓ［ｍ^２／ｇ］は、通常、２．５ｍ^２／ｇ以上４．０ｍ^２／ｇ以下である。

正極活物質層１１２の比表面積は、例えば、活物質層を形成するときのプレス圧を変化させること、活物質の平均粒径Ｄ５０を変化させること、又は、活物質の比表面積を変化させること、によって調整できる。具体的に、プレス圧を大きくすること、活物質の平均粒径Ｄ５０を小さくすること、又は、活物質の比表面積を大きくすること、によって、正極活物質層１１２の比表面積を大きくすることができる。一方、プレス圧を小さくすること、活物質の平均粒径Ｄ５０を大きくすること、又は、活物質の比表面積を小さくすることによって、正極活物質層１１２の比表面積を小さくすることができる。

正極活物質層１１２において、活物質粒子に対する導電助剤の質量比ｒ［質量%］は、通常、４％以上７％以下である。活物質粒子に対する導電助剤の質量比ｒ［質量%］は、５％以上であるとよい。活物質粒子に対するバインダの質量比は、通常、２％以上６％以下である。

正極活物質層１１２の活物質粒子の比表面積は、通常、０．５ｍ^２／ｇ以上２．０ｍ^２／ｇ以下である。正極活物質層１１２の活物質粒子の比表面積は、１．２ｍ^２／ｇ以上であるとよい。正極活物質層１１２の活物質粒子の比表面積を大きくすることによって、正極活物質層１１２の比表面積ｓを２．５ｍ^２／ｇ以上とすることが容易になる。正極活物質層１１２の活物質粒子の平均粒径Ｄ５０は、通常、２．０μｍ以上５．０μｍ以下である。活物質粒子の平均粒径Ｄ５０は、下記のようにして粒度分布を測定することによって求める。

粒度分布は、レーザ回折・散乱式の粒度分布測定装置を用いた測定によって求められる。粒度分布は、粒子の体積基準によって求められる。測定条件は、実施例において詳しく説明されている。

正極１１の活物質は、リチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物である。正極１１の活物質は、例えば、リチウム金属酸化物である。具体的に、正極の活物質は、例えば、Ｌｉ_ｐＭｅＯ_ｔ（Ｍｅは、１又は２以上の遷移金属を表す）によって表される複合酸化物（Ｌｉ_ｐＣｏ_ｓＯ_２、Ｌｉ_ｐＮｉ_ｑＯ_２、Ｌｉ_ｐＭｎ_ｒＯ_４、Ｌｉ_ｐＮｉ_ｑＣｏ_ｓＭｎ_ｒＯ_２等）、又は、Ｌｉ_ｐＭｅ_ｕ（ＸＯ_ｖ）_ｗ（Ｍｅは、１又は２以上の遷移金属を表し、Ｘは例えばＰ、Ｓｉ、Ｂ、Ｖを表す）によって表されるポリアニオン化合物（Ｌｉ_ｐＦｅ_ｕＰＯ_４、Ｌｉ_ｐＭｎ_ｕＰＯ_４、Ｌｉ_ｐＭｎ_ｕＳｉＯ_４、Ｌｉ_ｐＣｏ_ｕＰＯ_４Ｆ等）である。

正極１１の活物質は、Ｌｉ_１−ｘＮｉ_ａＭｎ_ｂＣｏ_ｃＭ_ｄＯ_２−δの化学組成で表されるリチウム金属複合酸化物であってもよい。ただし、０＜ｘ＜１であり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１であり、０≦ａ≦１であり、０≦ｂ≦１であり、０≦ｃ≦１であり、０≦ｄ≦１であり、０≦δ≦０．５であり、Ｍは、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｗからなる群より選択された少なくとも１種である。

本実施形態では、正極１１の活物質は、Ｌｉ_ｐＮｉ_ｑＭｎ_ｒＣｏ_ｓＯ_ｔの化学組成で表されるリチウム金属複合酸化物（ただし、０＜ｐ≦１．３であり、ｑ＋ｒ＋ｓ＝１であり、０≦ｑ≦１であり、０≦ｒ≦１であり、０≦ｓ≦１であり、１．７≦ｔ≦２．３である）である。なお、０＜ｑ＜１であり、０＜ｒ＜１であり、０＜ｓ＜１であってもよい。

上記のごときＬｉ_ｐＮｉ_ｑＭｎ_ｒＣｏ_ｓＯ_ｔの化学組成で表されるリチウム金属複合酸化物は、例えば、ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２、ＬｉＮｉ_１／６Ｃｏ_１／６Ｍｎ_２／３Ｏ_２、ＬｉＣｏＯ_２などである。このとき、リチウム金属複合酸化物は、当該化学組成で示される以外の微量元素が含まれてもよい。

正極活物質層１１２に用いられるバインダは、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリエチレンのフルオロ化物、エチレンとビニルアルコールとの共重合体、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）である。本実施形態のバインダは、ポリエチレンのフルオロ化物及びポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）のうち少なくとも一方を含む。本実施形態のバインダは、通常、電解液によって膨潤する。

正極活物質層１１２の導電助剤は、炭素を９８質量％以上含む炭素質材料である。炭素質材料は、例えば、ケッチェンブラック（登録商標）、アセチレンブラック、黒鉛等である。本実施形態の正極活物質層１１２は、導電助剤としてアセチレンブラックを有する。

正極活物質層１１２は、通常、活物質粒子を８５質量％以上９５質量％以下含む。正極活物質層１１２は、通常、導電助剤を４質量％以上７質量％以下含む。正極活物質層１１２は、通常、バインダを１質量％以上８質量％以下含む。

負極１２は、金属箔１２１（集電箔）と、金属箔１２１の上に形成された負極活物質層１２２と、を有する。本実施形態では、負極活物質層１２２は、金属箔１２１の両面にそれぞれ重ねられる。金属箔１２１は帯状である。本実施形態の負極の金属箔１２１は、例えば、銅箔である。負極１２は、帯形状の短手方向である幅方向の一方の端縁部に、負極活物質層１２２が形成されていない非被覆部１２５を有する。負極１２の厚さは、通常、６５μｍ以上１２０μｍ以下である。

負極活物質層１２２は、粒子状の活物質（活物質粒子）と、バインダと、を含む。負極活物質層１２２は、セパレータ４を介して正極１１と向き合うように配置される。負極活物質層１２２の幅は、正極活物質層１１２の幅よりも大きい。

負極１２の活物質は、負極１２において充電反応及び放電反応の電極反応に寄与し得るものである。例えば、負極１２の活物質は、グラファイト、非晶質炭素（難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素）などの炭素材料、又は、ケイ素（Ｓｉ）及び錫（Ｓｎ）などリチウムイオンと合金化反応を生じる材料である。本実施形態の負極の活物質は、非晶質炭素である。より具体的には、負極の活物質は、難黒鉛化炭素である。

負極活物質層１２２（１層分）の厚さは、通常、３０μｍ以上５０μｍ以下である。負極活物質層１２２の目付量（１層分）は、通常、３．０ｍｇ／ｃｍ^２以上５．０ｍｇ／ｃｍ^２以下である。負極活物質層１２２の密度（１層分）は、通常、０．８ｇ／ｃｍ^３以上１．２ｇ／ｃｍ^３以下である。

負極活物質層に用いられるバインダは、正極活物質層に用いられるバインダと同様のものであってもよい。本実施形態のバインダは、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）である。

負極活物質層１２２では、バインダの割合は、活物質粒子とバインダとの合計質量に対して、３質量％以上８質量％以下であってもよい。

負極活物質層１２２は、ケッチェンブラック（登録商標）、アセチレンブラック、黒鉛等の導電助剤をさらに有してもよい。本実施形態の負極活物質層１２２は、導電助剤を有していない。

本実施形態の電極体２では、以上のように構成される正極１１と負極１２とがセパレータ４によって絶縁された状態で巻回される。即ち、本実施形態の電極体２では、正極１１、負極１２、及びセパレータ４の積層体２２が巻回される。セパレータ４は、絶縁性を有する部材である。セパレータ４は、正極１１と負極１２との間に配置される。これにより、電極体２（詳しくは、積層体２２）において、正極１１と負極１２とが互いに絶縁される。また、セパレータ４は、ケース３内において、電解液を保持する。これにより、蓄電素子１の充放電時において、リチウムイオンが、セパレータ４を挟んで交互に積層される正極１１と負極１２との間を移動する。

セパレータ４は、帯状である。セパレータ４は、多孔質なセパレータ基材４１を有する。セパレータ４は、正極１１及び負極１２間の短絡を防ぐために正極１１及び負極１２の間に配置されている。本実施形態のセパレータ４は、セパレータ基材４１のみを有する。

セパレータ基材４１は、多孔質に構成される。セパレータ基材４１は、例えば、織物、不織布、又は多孔膜である。セパレータ基材の材質としては、高分子化合物、ガラス、セラミックなどが挙げられる。高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリエステル、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン（ＰＯ）、及び、セルロースからなる群より選択された少なくとも１種が挙げられる。

セパレータ４の幅（帯形状の短手方向の寸法）は、負極活物質層１２２の幅より僅かに大きい。セパレータ４は、正極活物質層１１２及び負極活物質層１２２が重なるように幅方向に位置ずれした状態で重ね合わされた正極１１と負極１２との間に配置される。このとき、図４に示すように、正極１１の非被覆部１１５と負極１２の非被覆部１２５とは重なっていない。即ち、正極１１の非被覆部１１５が、正極１１と負極１２との重なる領域から幅方向に突出し、且つ、負極１２の非被覆部１２５が、正極１１と負極１２との重なる領域から幅方向（正極１１の非被覆部１１５の突出方向と反対の方向）に突出する。積層された状態の正極１１、負極１２、及びセパレータ４、即ち、積層体２２が巻回されることによって、電極体２が形成される。正極１１の非被覆部１１５又は負極１２の非被覆部１２５のみが積層された部位によって、電極体２における非被覆積層部２６が構成される。

非被覆積層部２６は、電極体２における集電体５と導通される部位である。非被覆積層部２６は、巻回された正極１１、負極１２、及びセパレータ４の巻回中心方向視において、中空部２７（図４参照）を挟んで二つの部位（二分された非被覆積層部）２６１に区分けされる。

以上のように構成される非被覆積層部２６は、電極体２の各極に設けられる。即ち、正極１１の非被覆部１１５のみが積層された非被覆積層部２６が電極体２における正極１１の非被覆積層部を構成し、負極１２の非被覆部１２５のみが積層された非被覆積層部２６が電極体２における負極１２の非被覆積層部を構成する。

ケース３は、開口を有するケース本体３１と、ケース本体３１の開口を塞ぐ（閉じる）蓋板３２と、を有する。ケース３は、電極体２及び集電体５等と共に、電解液を内部空間に収容する。ケース３は、電解液に耐性を有する金属によって形成される。ケース３は、例えば、アルミニウム、又は、アルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料によって形成される。ケース３は、ステンレス鋼及びニッケル等の金属材料、又は、アルミニウムにナイロン等の樹脂を接着した複合材料等によって形成されてもよい。

電解液は、非水溶液系電解液である。電解液は、有機溶媒に電解質塩を溶解させることによって得られる。有機溶媒は、例えば、プロピレンカーボネート及びエチレンカーボネートなどの環状炭酸エステル類、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートなどの鎖状カーボネート類である。電解質塩は、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、及びＬｉＰＦ_６等である。有機溶媒として、環状炭酸エステル類と鎖状カーボネート類とを混合した混合溶媒を用いるとよい。本実施形態の電解液は、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、及びエチルメチルカーボネートを所定の割合で混合した混合溶媒に、０．５ｍｏｌ／Ｌ以上１．５ｍｏｌ／Ｌ以下のＬｉＰＦ_６を溶解させたものである。

ケース３は、ケース本体３１の開口周縁部と、長方形状の蓋板３２の周縁部とを重ね合わせた状態で接合することによって形成される。また、ケース３は、ケース本体３１と蓋板３２とによって画定される内部空間を有する。本実施形態では、ケース本体３１の開口周縁部と蓋板３２の周縁部とは、溶接によって接合される。

以下では、図１に示すように、蓋板３２の長辺方向をＸ軸方向とし、蓋板３２の短辺方向をＹ軸方向とし、蓋板３２の法線方向をＺ軸方向とする。ケース本体３１は、開口方向（Ｚ軸方向）における一方の端部が塞がれた角筒形状（即ち、有底角筒形状）を有する。蓋板３２は、ケース本体３１の開口を塞ぐ板状の部材である。

蓋板３２は、ケース３内のガスを外部に排出可能なガス排出弁３２１を有する。ガス排出弁３２１は、ケース３の内部圧力が所定の圧力まで上昇したときに、該ケース３内から外部にガスを排出する。ガス排出弁３２１は、Ｘ軸方向における蓋板３２の中央部に設けられる。

ケース３には、電解液を注入するための注液孔が設けられる。注液孔は、ケース３の内部と外部とを連通する。注液孔は、蓋板３２に設けられる。注液孔は、注液栓３２６によって密閉される（塞がれる）。注液栓３２６は、溶接によってケース３（本実施形態の例では蓋板３２）に固定される。

外部端子７は、他の蓄電素子１の外部端子７又は外部機器等と電気的に接続される部位である。外部端子７は、導電性を有する部材によって形成される。例えば、外部端子７は、アルミニウム又はアルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料、銅又は銅合金等の銅系金属材料等の溶接性の高い金属材料によって形成される。

外部端子７は、バスバ等が溶接可能な面７１を有する。面７１は、平面である。外部端子７は、蓋板３２に沿って拡がる板状である。詳しくは、外部端子７は、Ｚ軸方向視において矩形状の板状である。

集電体５は、ケース３内に配置され、電極体２と通電可能に直接又は間接に接続される。本実施形態の集電体５は、クリップ部材５０を介して電極体２と通電可能に接続される。即ち、蓄電素子１は、電極体２と集電体５とを通電可能に接続するクリップ部材５０を備える。

集電体５は、導電性を有する部材によって形成される。図２に示すように、集電体５は、ケース３の内面に沿って配置される。集電体５は、蓄電素子１の正極１１と負極１２とにそれぞれ配置される。本実施形態の蓄電素子１では、集電体５は、ケース３内において、電極体２の正極１１の非被覆積層部２６と、負極１２の非被覆積層部２６とにそれぞれ配置される。

正極１１の集電体５と負極１２の集電体５とは、異なる材料によって形成される。具体的に、正極１１の集電体５は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成され、負極１２の集電体５は、例えば、銅又は銅合金によって形成される。

本実施形態の蓄電素子１では、電極体２とケース３とを絶縁する袋状の絶縁カバー６に収容された状態の電極体２（詳しくは、電極体２及び集電体５）がケース３内に収容される。

次に、上記実施形態の蓄電素子１の製造方法について説明する。

例えば、蓄電素子１の製造方法では、まず、金属箔（電極基材）に活物質を含む合剤を塗布し、活物質層を形成し、正極１１及び負極１２をそれぞれ作製する。次に、正極１１、セパレータ４、及び負極１２を重ね合わせて電極体２を形成する。続いて、電極体２をケース３に入れ、ケース３に電解液を入れることによって蓄電素子１を組み立てる。

正極１１の作製では、例えば、金属箔の両面に、活物質と、バインダと、導電助剤と、溶媒と、を含む合剤をそれぞれ塗布することによって正極活物質層１１２を形成する。正極活物質層１１２を形成するための塗布方法としては、一般的な方法が採用される。塗布された正極活物質層１１２を所定の圧力でロールプレスする。このとき、ロールプレスのプレス圧を大きくすることによって、上記の正極活物質層１１２の比表面積を上げることができる。また、プレス圧を調整することにより、正極活物質層１１２の厚さや密度を調整できる。なお、負極１２も同様にして作製する。

電極体２の形成では、正極１１と負極１２との間にセパレータ４を挟み込んだ積層体２２を巻回することにより、電極体２を形成する。詳しくは、正極活物質層１１２と負極活物質層１２２とがセパレータ４を介して互いに向き合うように、正極１１とセパレータ４と負極１２とを重ね合わせ、積層体２２を作る。積層体２２を巻回して、電極体２を形成する。なお、積層体２２を巻回するときに、正極１１又は負極１２の外側に、さらなるもう１つのセパレータ４を配置する。

蓄電素子１の組み立てでは、ケース３のケース本体３１に電極体２を入れ、ケース本体３１の開口を蓋板３２で塞ぎ、電解液をケース３内に注入する。ケース本体３１の開口を蓋板３２で塞ぐときには、ケース本体３１の内部に電極体２を入れ、正極１１と一方の外部端子７とを導通させ、且つ、負極１２と他方の外部端子７とを導通させた状態で、ケース本体３１の開口を蓋板３２で塞ぐ。電解液をケース３内へ注入するときには、ケース３の蓋板３２の注入孔から電解液をケース３内に注入する。

上記のように構成された本実施形態の蓄電素子１は、正極活物質層１１２を有する正極１１を備える。正極活物質層１１２は、活物質粒子と導電助剤とを含む。正極活物質層１１２の比表面積をｓ［ｍ^２／ｇ］とし、活物質粒子に対する導電助剤の質量比をｒ［質量%］としたときに、下記の関係式（１）が満たされる。
ｓ＞０．２６３ｒ＋１．６２関係式（１）
斯かる構成により、高温保管後に出力性能が低下することが抑制された蓄電素子を提供できる。

尚、本発明の蓄電素子は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。

上記の実施形態では、上記関係式（１）が満たされる正極活物質層１１２について詳しく説明したが、本発明では、負極活物質層１２２において上記関係式（１）が満たされてもよい。

上記の実施形態では、活物質を含む活物質層が金属箔に直接接した正極について詳しく説明したが、本発明では、正極が、バインダと導電助剤とを含む導電層であって活物質層と金属箔との間に配置された導電層を有してもよい。

上記実施形態では、活物質層が各電極の金属箔の両面側にそれぞれ配置された電極について説明したが、本発明の蓄電素子では、正極１１又は負極１２は、活物質層を金属箔の片面側にのみ備えてもよい。

上記実施形態では、積層体２２が巻回されてなる電極体２を備えた蓄電素子１について詳しく説明したが、本発明の蓄電素子は、巻回されない積層体２２を備えてもよい。詳しくは、それぞれ矩形状に形成された正極、セパレータ、負極、及びセパレータが、この順序で複数回積み重ねられてなる電極体を蓄電素子が備えてもよい。

上記実施形態では、蓄電素子１が充放電可能な非水電解質二次電池（例えばリチウムイオン二次電池）として用いられる場合について説明したが、蓄電素子１の種類や大きさ（容量）は任意である。また、上記実施形態では、蓄電素子１の一例として、リチウムイオン二次電池について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、本発明は、種々の二次電池、その他、電気二重層キャパシタ等のキャパシタの蓄電素子にも適用可能である。

蓄電素子１（例えば電池）は、図６に示すような蓄電装置１００（蓄電素子が電池の場合は電池モジュール）に用いられてもよい。蓄電装置１００は、少なくとも二つの蓄電素子１と、二つの（異なる）蓄電素子１同士を電気的に接続するバスバ部材９１と、を有する。この場合、本発明の技術が少なくとも一つの蓄電素子に適用されていればよい。

以下に示すようにして、非水電解質二次電池（リチウムイオン二次電池）を製造した。

（試験例１）
（１）正極の作製
溶剤としてＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）と、導電助剤（アセチレンブラック）と、バインダ（ＰＶｄＦ）と、活物質（ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２）の粒子とを、混合し、混練することで、正極用の合剤を調製した。導電助剤、バインダ、活物質の配合量は、それぞれ５．０質量％、４．５質量％、９０．５質量％とした。従って、活物質粒子に対する導電助剤の質量比（ｒ）は、５．５２［質量%］であった。調製した正極用の合剤を、金属箔に、乾燥後の目付量が９．５３ｍｇ／ｃｍ^２となるようにそれぞれ塗布した。乾燥後、ロールプレスを行った。その後、真空乾燥して、水分等を除去した。プレス後の活物質層（１層分）の厚さは、３４．８μｍであった。活物質層の密度は、２．７ｇ／ｃｍ^３であった。
・正極活物質層の比表面積について
後述する測定方法によって測定した正極活物質層の比表面積ｓは、３．２０［ｍ^２／ｇ］であった。
・活物質粒子の平均粒子径Ｄ５０について
後述するレーザー回折式粒度分布測定装置によって測定した活物質の粒子の平均粒子径Ｄ５０（体積基準）は、４．０μｍであった。
・正極の活物質粒子の比表面積について
後述する測定方法によって測定した正極の活物質粒子の比表面積は、１．４８［ｍ^２／ｇ］であった。

（２）負極の作製
活物質としては、平均粒径Ｄ５０が３．３μｍの粒子状の非晶質炭素（難黒鉛化炭素）を用いた。また、バインダとしては、ＰＶｄＦを用いた。負極用の合剤は、溶剤としてＮＭＰと、バインダと、活物質とを混合、混練することで調製した。バインダは、５質量％となるように配合し、活物質は、９５質量％となるように配合した。調製した負極用の合剤を、乾燥後の目付量が４．２５ｍｇ／ｃｍ^２となるように、銅箔（厚さ８μｍ）の両面にそれぞれ塗布した。乾燥後、ロールプレスを行い、真空乾燥して、水分等を除去した。活物質層（１層分）の厚さは、３７μｍであった。活物質層の密度は、１．１ｇ／ｃｍ^３であった。

（３）セパレータ
セパレータとして厚さが２１μｍのポリエチレン製微多孔膜を用いた。

（４）電解液の調製
電解液としては、以下の方法で調製したものを用いた。非水溶媒として、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートを、いずれも１容量部ずつ混合した溶媒を用い、この非水溶媒に、塩濃度が１．２ｍｏｌ／ＬとなるようにＬｉＰＦ_６を溶解させ、電解液を調製した。

（５）ケース内への電極体の配置
上記の正極、上記の負極、上記の電解液、セパレータ、及びケースを用いて、一般的な方法によって電池を製造した。
まず、セパレータが上記の正極および負極の間に配されて積層されてなるシート状物を巻回した。次に、巻回されてなる電極体を、ケースとしてのアルミニウム製の角形電槽缶のケース本体内に配置した。続いて、正極及び負極を２つの外部端子それぞれに電気的に接続させた。さらに、ケース本体に蓋板を取り付けた。上記の電解液を、ケースの蓋板に形成された注液口からケース内に注入した。最後に、ケースの注液口を封止することにより、ケースを密閉した。

・正極活物質層の比表面積について
正極活物質層の比表面積は、ＢＥＴ一点法により測定した。
まず、１．０Ｃレートで４．２Ｖに達するまで電池を充電した後、さらに４．２Ｖの定電圧で電池を１時間充電し、その後、１．０Ｃレートで２．０Ｖまで定電流放電した。続いて、２．０Ｖで５時間の定電圧放電を行った。そして、電池を乾燥雰囲気下で解体した。解体した電池から、２ｃｍ×５ｃｍの正極１１を４枚切り出した。切り出した正極１１の活物質層１１２をジメチルカーボネートで洗浄し、その後、２時間以上真空乾燥を行った。乾燥後の正極１１を測定試料とし、ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ社製比表面積測定装置（商品名：フローソーブIII２３１０）を用いて、一点法により、測定試料に対する窒素吸着量［ｍ^２］を求めた。予備加熱は１１０℃９０分とした。液体窒素を用いて冷却を行い、冷却過程の窒素ガス吸着量を測定した。測定された吸着量（ｍ^２）を活物質質量（ｇ）で除した値を活物質粒子の比表面積とした。

・正極活物質層に含まれる活物質粒子の平均粒径Ｄ５０について
まず、活物質粒子の測定試料及び分散溶媒を含む分散液を調製した。測定試料の粒度分布の測定では、測定装置としてレーザー回折式粒度分布測定装置（堀場製作所製「ＬＡ−９１０Ｗ」）を用いた。具体的な測定手法としては、散乱式の測定モードを採用し、上記分散液が循環する湿式セルを、２分間超音波環境下に置いた後に、レーザー光を照射し、測定試料から散乱光分布を得た。そして、散乱光分布を対数正規分布により近似し、その粒度分布（横軸、σ）において最小を０．０２１μｍ、最大を２０００μｍに設定した範囲で測定を行った。活物質粒子の体積基準による平均粒径Ｄ５０は、４．０μｍであった。

・正極活物質層に含まれる活物質粒子の比表面積について
活物質粒子の比表面積の測定は、次の条件で行うものとする。活物質粒子を測定試料とし、ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ社製の比表面積測定装置（商品名：フローソーブIII２３１０）を用いて、一点法により、測定試料に対する窒素吸着量［ｍ^２］を求めた。測定試料の投入量は、０．５ｇ±０．０１ｇとした。予備加熱は１１０℃９０ｍｉｎとした。液体窒素を用いて冷却を行い、冷却過程の窒素ガス吸着量を測定した。測定された吸着量（ｍ^２）を活物質質量（ｇ）で除した値を活物質粒子の比表面積とした。

（試験例２〜１４）
正極を作製するときのロールプレスのプレス圧を変えること、また、活物質粒子及び導電助剤の配合％を変えること等によって、電池を表１に示す構成に変更した点以外は、試験例１と同様にしてリチウムイオン二次電池を製造した。なお、試験例２〜１４において、正極の活物質粒子はいずれも同じものであることから、活物質粒子の比表面積は、いずれの試験例１でも同じである。

＜高温保管後（サイクル試験後）の出力（２５℃）の評価＞
・放電容量の確認
各電池について、２５℃の恒温槽中で５Ａの充電電流、４．２Ｖの定電流定電圧充電を３時間行い、１０分の休止後、５Ａの放電電流にて２．４Ｖまで定電流放電を行うことで、電池の放電容量を測定した。
・初期の出力確認試験
放電容量を測定した電池を、２５℃の恒温槽中でＳＯＣ（充電状態、ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）５５％に調整し、６０Ａの電流値で１２秒間放電した。６０秒間の休止後、５．０Ａの電流値で斯かる放電による電気量と同じ電気量を充電した。３００秒間の休止後、放電電流値を９０Ａ、１２０Ａ、１５０Ａ、２３０Ａ、２８０Ａ、３００Ａと変化させた点以外、同じ条件で各電流値での放電を実施した。その後、各放電電流値を横軸に、各電流値の１秒目の電圧を縦軸に、それぞれプロットし、最小二乗法により、直線線形による近似直線を作成した。その直線の傾きを電池の抵抗Ｒとした。算出したＲに基づいて、電池の出力Ｐを以下の式により算出した。
Ｐ［Ｗ］＝
２．５Ｖ × （５０％ＳＯＣの開回路電圧（３．６５Ｖ）−２．４Ｖ）／Ｒ
・高温保管試験
ＳＯＣ９５％に調整した電池を８５℃にて３０日間保管した後、２５℃で３日間保管した。その後、前述の出力確認試験を行った。出力維持率は、高温保管試験前の出力（初期出力）をＰ１、高温保管試験後の出力（試験後出力）をＰ２としたとき、出力維持率＝−Ｐ２／Ｐ１×１００の式から算出した。

各試験例の電池の構成、及び、上記の高温保管後の出力の結果を表１に示す。また、正極活物質層の比表面積を横軸に、また、出力の維持率を縦軸にとり、上記の高温保管後の出力の維持率をプロットしたグラフを図７に示す。また、活物質粒子に対する導電助剤の質量比（ｒ）を横軸に、正極活物質層の比表面積（ｓ）を縦軸にとり、各試験例をプロットしたグラフを図８に示す。なお、図８に示すグラフにおいて、出力の維持率が８０％よりも大きくなる範囲の境界を表す直線を一次関数式で示す。

図７から認識されるように、正極活物質層の比表面積が所定の値より小さくなった場合、出力維持率が急に小さくなることが認識できる。このとき、導電助剤の質量比が小さいほど、正極活物質層の比表面積が比較的小さい値であっても出力維持率が小さくなっていないことが認識できる。また、図８から認識されるように、図８のグラフに示す一次関数式の直線よりも上側の範囲において、高温保管後に出力が低下することが十分に抑制されることが認識できる。

活物質層において、導電助剤が活物質粒子に対して比較的少ない場合、導電助剤と接触できていない活物質粒子が存在する確率が上がるため、出力の維持率が小さくなると推測される。しかし、本発明の発明者らは、導電助剤の質量比（活物質粒子に対する導電助剤の質量比）と、活物質層の比表面積との間に相関性があることを見出した。そして、導電助剤の質量比が比較的少ない場合でも、活物質層の比表面積をより小さくすることで、出力の維持率がより大きくなることを見出したのである。

活物質粒子に対する導電助剤の質量比が大きくなるほど、導電助剤の一部がポリフッ化ビニリデン等のバインダと凝集して凝集体を形成しやすくなり、当該凝集体が活物質粒子の細孔を部分的に覆いやすくなる可能性がある。これにより、活物質粒子における反応に寄与できない細孔が多くなり、出力の維持率が小さくなる傾向があると推測される。

１：蓄電素子（非水電解質二次電池）、
２：電極体、
２６：非被覆積層部、
３：ケース、３１：ケース本体、３２：蓋板、
４：セパレータ、
５：集電体、５０：クリップ部材、
６：絶縁カバー、
７：外部端子、７１：面、
１１：正極、
１１１：正極の金属箔（集電箔）、１１２：正極活物質層、
１２：負極、
１２１：負極の金属箔（集電箔）、１２２：負極活物質層、
９１：バスバ部材、
１００：蓄電装置。

Claims

活物質層を有する正極を備え、
前記活物質層は、活物質粒子と導電助剤とを含み、
前記活物質層の比表面積をｓ［ｍ^２／ｇ］とし、前記活物質粒子に対する前記導電助剤の質量比をｒ［質量%］としたときに、
前記比表面積ｓが２．５ｍ ^２／ｇ以上４．０ｍ ^２／ｇ以下であり、且つ、前記質量比ｒが５％以上７％以下であり、
さらに、下記の関係式（１）が満たされる、リチウムイオン二次電池。
ｓ＞０．２６３ｒ＋１．６２関係式（１）
前記活物質層は、前記活物質粒子を８５質量％以上９５質量％以下含み、前記導電助剤を４質量％以上７質量％以下含み、バインダを１質量％以下８質量％以下含む、請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
前記活物質層は、
前記活物質粒子としてＬｉ _ｐＮｉ _ｑＭｎ _ｒＣｏ _ｓＯ _ｔの化学組成で表されるリチウム金属複合酸化物（ただし、０＜ｐ≦１．３であり、ｑ＋ｒ＋ｓ＝１であり、０＜ｑ＜１であり、０＜ｒ＜１であり、０＜ｓ＜１であり、１．７≦ｔ≦２．３である）を含み、
前記導電助剤としてアセチレンブラックを含み、
バインダとしてポリエチレンのフルオロ化物及びポリフッ化ビニリデンのうち少なくとも一方を含む、請求項１又は２に記載のリチウムイオン二次電池。
前記比表面積ｓ及び前記質量比ｒが、下記の関係性（３）を満たす、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池。
０．２６３ｒ＋１．６２＜ｓ＜０．２６３ｒ＋２．００関係式（３）