JP6887010B2 - 二次電池 - Google Patents

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Description

本発明は、二次電池に関する。
二次電池は、電池本体部および束縛部を有する。電池本体部は、積層された複数の発電要素を有する。発電要素は、表面に正極活物質層が配置された正極集電体を有する正極と、電解質を保持する電解質層と、表面に負極活物質層が配置された負極集電体を有する負極と、を有する。正極活物質層および負極活物質層は、電解質層を介して対向している。
束縛部は、電池本体部の構成材料の位置ズレを防止するために設けられた粘着テープから構成される（例えば、特許文献１参照。）。粘着テープは、発電要素の積層方向に関する電池本体部の最外層の一方から、電池本体部の側方を経由して電池本体部の最外層の他方に延長し、電池本体部の最外層の一方および他方に束縛力を付与している。
国際公開第２０１４／１８８６０７号
近年、電池容量の増大を目的として、シリコンを含有する負極活物質が、負極活物質層に適用されている。
しかし、シリコンは、二次電池の充放電によって体積が変化が大きく変化する性質を有し、発電要素の積層方向と交差する平面方向の伸縮が大きい。そのため、電池本体部の最外層の少なくとも一方に位置する負極集電体に、問題が生じる。
例えば、粘着テープが接している負極集電体の接触領域は、その伸縮が規制されるため、接触領域と、非接触領域とで伸縮の大きさが顕著に異なる。そのため、接触領域と非接触領域との境界（接触領域の周囲）において負極集電体に裂けが発生する可能性がある。
負極集電体の局所的な裂けは、電池出力および／又は電池容量を低下させ、また、二次電池の充放電が繰り返されることによって成長し、サイクル特性（寿命）を悪化させる可能性がある。
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、シリコンを含有する負極活物質層の膨張収縮に起因する負極集電体の裂けを抑制し得る二次電池を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための本発明は、積層された複数の発電要素を有する電池本体部と、前記発電要素の積層方向に関し、前記電池本体部を束縛するための束縛部と、を有する二次電池であって、前記電池本体部の最外層の一方の表面に束縛力を付与する前記束縛部の第１接触部は、前記第１接触部の接触領域と非接触領域との境界において発生する応力が前記負極集電体の破断強度未満となるように、構成されており、前記応力は、前記束縛力と、充放電による負極活物質層の体積変化による負極の膨張収縮と、に基づいており、前記束縛部は、前記第１接触部と前記第２接触部とを接続する接続部を有し、前記接続部は、前記積層方向に沿って前記電池本体部の側方を延長しており、前記負極活物質層は、前記電解質層を介して前記正極活物質層と対向する対向部と、前記対向部の外周に位置しかつ前記正極活物質層と対向しない非対向部と、を有し、前記第１接触部は、略矩形であり、前記接続部と連結される基部と、前記基部の逆側に位置する端面と、前記端面と前記基部とを連結している側面と、スリットと、を有し、前記スリットは、前記端面から前記基部に向かって延長し、少なくとも前記対向部と前記非対向部との境界に相対する位置まで到達している。
本発明においては、第１接触部の接触領域と非接触領域との境界において発生する応力が、負極集電体の破断強度未満となるように構成されており、前記応力が緩和されているため、接触領域と非接触領域との境界（接触領域の周囲）における負極集電体の裂けが抑制される。つまり、シリコンを含有する負極活物質層の膨張収縮に起因する負極集電体の裂けを抑制し得る二次電池を提供することが可能である。
本発明のさらに他の目的、特徴および特質は、以後の説明および添付図面に例示される好ましい実施の形態を参照することによって、明らかになるであろう。
本発明の実施の形態に係る二次電池を説明するための斜視図である。 図１に示される二次電池の断面図である。 図２に示される電池本体部および発電要素を説明するための断面図である。 図３に示される負極を説明するための平面図である。 図３に示される正極を説明するための平面図である。 電池本体部を束縛するための束縛部を説明するための断面図である。 図６に示される第１接触部を説明するための平面図である。 第１接触部によって束縛力が付与される負極集電体を説明するための平面図である。 図７に示されるスリットを説明するための拡大図である。 本発明の実施の形態に係る変形例１を説明するための平面図である。 本発明の実施の形態に係る変形例２を説明するための平面図である。 本発明の実施の形態に係る変形例３を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係る変形例４を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係る変形例５を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態に係る変形例５を説明するための平面図である。 本発明の実施の形態に係る変形例６を説明するための断面図である。 図１６に示される電池本体部および発電要素を説明するための断面図である。 電池本体部を束縛するための束縛部を説明するための断面図である。
以下、本発明の実施の形態が、図面を参照しつつ説明される。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
図１は、本発明の実施の形態に係る二次電池を説明するための斜視図、図２は、図１に示される二次電池の断面図である。
本発明の実施の形態に係る二次電池１０は、非双極型のリチウムイオン二次電池であり、図１に示されるように、負極タブ１２、正極タブ１４および外装体１６を有する。二次電池１０は、例えば、組電池化されて、車両の電源装置として使用される。車両は、例えば、電気自動車、ハイブリッド電気自動車である。
負極タブ１２および正極タブ１４は、高導電性部材からなる電極端子であり、外装体１６の内部から外部に向かって延長しており、電流を引き出すために使用される。負極タブ１２および正極タブ１４は、例えば、耐熱絶縁性の熱収縮チューブにより被覆することで、周辺機器や配線などへの電気的接触を確実に防止することが好ましい。
外装体１６は、図２に示されるように、内部に電池本体部２０および束縛部８０（不図示）が配置されており、外部からの衝撃や環境劣化を防止するために使用される。外装体１６は、シート材の外周部の一部または全部を接合することで形成される。接合方法は、例えば、熱融着である。
電池本体部２０は、複数の発電要素（単電池）２２を有する。発電要素２２は、積層されており、電気的に並列接続されている。束縛部８０（不図示）は、後述するように、発電要素２２の積層方向Ｓに関し、電池本体部２０を束縛するために使用される。
負極タブ１２および正極タブ１４を構成する高導電性部材は、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼、これらの合金である。
外装体１６を構成するシート材は、軽量化および熱伝導性の観点から、高分子−金属複合ラミネートフィルムから構成されることが好ましい。高分子は、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂材料である。金属は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、銅など（合金を含む）である。外装体１６は、一対のラミネートフィルム（シート材）によって構成される形態に限定されず、例えば、予め袋状に形成されているラミネートフィルムを適用することも可能である。
次に、電池本体部および発電要素が詳述される。
図３は、図２に示される電池本体部および発電要素を説明するための断面図である。
電池本体部２０は、図３に示されるように、負極３０、セパレーター５０および正極６０を有する。
負極３０は、負極集電体３２および略矩形の負極活物質層３４を有する。負極活物質層３４は、積層方向Ｓに関する負極集電体３２の両面に配置されている。つまり、負極集電体３２は、隣接する負極３０によって共有されている。負極集電体３２は、例えば、１μｍ〜１００μｍ程度の厚さを有する銅箔から構成される。
負極活物質層３４は、負極活物質および添加剤を含有し、例えば、１μｍ〜１００μｍ程度の厚さを有する。負極活物質は、放電時にリチウムイオンを脱離し、充電時にリチウムイオンを吸蔵できる組成を有する。添加剤は、バインダーおよび導電助剤である。バインダーは、負極構造を維持する目的で添加され、負極活物質層３４の構成材料同士を結着する機能、および、負極活物質層３４を負極集電体３２に結着させる機能を有する。バインダーは、例えば、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）およびスチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）から構成される。導電助剤は、良好な導電性を有する炭素材料等から構成され、負極活物質層３４の導電性を向上させるために配合される。例えば、炭素材料は、アセチレンブラックである。
本実施の形態においては、負極活物質は、シリコン系材料を含んでいる。シリコンは、単位体積当たりのリチウムイオンの吸蔵能力が、黒鉛等と比較して良好であり、二次電池を高容量化することが可能である。特に、本実施の形態においては、後述するように、負極活物質層３４の膨張収縮に起因する負極集電体３２の裂けが抑制されるため、膨張性が大きいシリコンを含有する負極活物質を適用することが容易である。
正極６０は、正極集電体６２および略矩形の正極活物質層６４を有する。正極活物質層６４は、積層方向Ｓに関する正極集電体６２の両面に配置されている。つまり、正極集電体６２は、隣接する正極６０によって共有されている。
正極集電体６２は、例えば、１μｍ〜１００μｍ程度の厚さを有する。正極集電体６２の構成材料は、負極集電体３２の構成材料と同様である。
正極活物質層６４は、正極活物質および添加剤を含有し、例えば、１μｍ〜１００μｍ程度の厚さを有する。正極活物質は、充電時にリチウムイオンを放出し、放電時にリチウムイオンを吸蔵できる組成を有する。正極活物質は、例えば、ＬｉＮｉＣｏＡｌＯ２である。添加剤は、バインダーおよび導電助剤である。バインダーは、正極構造を維持する目的で添加され、正極活物質層６４の構成材料同士を結着する機能、および、正極活物質層６４を正極集電体６２に結着させる機能を有する。バインダーは、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）である。導電助剤は、正極活物質層６４の導電性を向上させるために配合され、負極３０の導電助剤と同様である。
セパレーター５０は、例えば、１μｍ〜５０μｍ程度の厚さを有するポリプロピレンから形成される略矩形の微多孔質（微多孔膜）シートである。セパレーター５０は、負極活物質層３４と正極活物質層６４との間に配置されており、負極活物質層３４および正極活物質層６４は、セパレーター５０を介して対向している。
セパレーター５０は、電解質が含浸されており、電解質を保持する電解質層を構成している。電解質は、例えば、液体電解質である。つまり、セパレーター５０は、正極６０と負極３０との間のリチウムイオン（キャリアーイオン）の伝導性を確保する機能、および、正極６０と負極３０との間の隔壁としての機能を有する。
発電要素２２は、負極集電体３２、負極活物質層３４、セパレーター５０、正極活物質層６４および正極集電体６２によって構成される。
負極活物質層３４の面積は、正極活物質層６４の面積よりも大きくなるように構成されている。これにより、負極活物質層３４に対して正極活物質層６４の位置ずれが生じる場合であっても、負極活物質層３４と正極活物質層６４との間の対向面積の減少が抑制される。したがって、対向面積の減少に起因する発電容量の変動が防止される。
次に、負極集電体、正極集電体、負極活物質のシリコン系材料、負極バインダー、正極活物質、正極バインダー、導電助剤、セパレーターおよび電解質の構成等が、順次説明される。
負極集電体および正極集電体の構成材料は、銅に限定されず、その他の金属や導電性樹脂を適用することが可能である。その他の金属は、例えば、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、ニッケルとアルミニウムとのクラッド材、銅とアルミニウムとのクラッド材、これらの金属の組合せのめっき材である。導電性樹脂は、例えば、導電性高分子材料、導電性フィラーが添加された導電性高分子材料、導電性フィラーが添加された非導電性高分子材料である。
負極活物質のシリコン系材料は、例えば、シリコン金属（Ｓｉ単体）、シリコン合金、シリコン酸化物、シリコン化合物、シリコン半導体である。シリコン合金は、アルミニウム、スズ、亜鉛、ニッケル、銅、チタン、バナジウム、マグネシウム、リチウム等のシリコンと合金化する金属を含んでいる。シリコン合金は、Ｓｉ−Ｓｎ−Ｔｉ系合金などの３元系合金以上が好ましい。シリコン酸化物は、ＳｉＯ２、ＳｉＯ、ＳｉＯｘ等である。ＳｉＯｘは、アモルファスＳｉＯ２粒子とＳｉ粒子との混合体である（ｘはＳｉの原子価を満足する酸素数を表す）。シリコン化合物は、例えば、リチウム、炭素、アルミニウム、スズ、亜鉛、ニッケル、銅、チタン、バナジウムおよびマグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の成分を含有する。負極活物質は、シリコン系材料を１種単独で含む形態に限定されない。
負極バインダーは、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）およびカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を含む形態に限定されない。例えば、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）以外のゴム系バインダーや、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）以外の水溶性高分子を適用することも可能である。負極バインダーは、必要に応じて、１種単独あるいは３種以上併用することも可能である。
正極活物質は、ＬｉＮｉＣｏＡｌＯ２を含む形態に限定されず、例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＭｎＣｏＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４等を適宜適用することが可能である。
正極バインダーは、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）から構成される形態に限定されない。
導電助剤は、アセチレンブラックから構成される形態に限定されない。例えば、アセチレンブラック以外のカーボン粉末、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ；登録商標）等の炭素繊維、膨張黒鉛等を適用することが可能である。
セパレーターを構成する微多孔質シートは、ポリプロピレンから形成される形態に限定されない。例えば、微多孔質シートは、ポリエチレンなどのポリプロピレン以外のポリオレフィン、ポリオレフィンを複数積層した積層体、ポリイミド、アラミド、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン（ＰＶｄＦ−ＨＦＰ）、ガラス繊維等から形成することも可能である。セパレーターは、不織布シートから構成することも可能である。不織布シートは、例えば、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン（登録商標）、ポリエステル、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリイミド、アラミド等から形成される。
セパレーターに保持される液体電解質は、溶媒と、溶媒に溶解された支持塩であるリチウム塩とを有する。リチウム塩は、例えば、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＴａＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３である。溶媒は、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）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、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）、メチルプロピルカーボネート（ＭＰＣ）である。
セパレーターが保持する電解質は、液体電解質に限定されない。例えば、セパレーターは、ゲルポリマー電解質を保持することも可能である。ゲルポリマー電解質は、液体電解質が注入されているマトリックスポリマー（ホストポリマー）から構成される。マトリックスポリマーは、イオン伝導性ポリマーである。イオン伝導性ポリマーは、例えば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、および、これらの共重合体である。
次に、負極および正極の構造が説明される。
図４および図５は、図３に示される負極および正極を説明するための平面図である。
負極３０の負極集電体３２は、図４に示されるように、活物質領域４０および非活物質領域４６を有する。活物質領域４０は、表面に負極活物質層３４が配置される領域であり、対向部４２および非対向部４４を有する。
対向部４２は、セパレーター５０を介して正極活物質層６４と対向する領域であり、非対向部４４は、対向部４２の外周に（対向部４２を取り囲むように）位置しかつ正極活物質層６４と対向しない領域である（図３参照）。
非活物質領域４６は、略矩形の活物質領域４０の一辺４１から突出しており、外部に向かって電流を引き出すための負極タブ１２に接合（固定）されている。
正極６０の正極集電体６２は、図５に示されるように、活物質領域７０および非活物質領域７６を有する。活物質領域７０は、表面に正極活物質層６４が配置される領域であり、かつ、セパレーター５０を介して負極活物質層３４と対向する対向部７２である。
非活物質領域７６は、略矩形の活物質領域７０の一辺７１から突出しており、外部に向かって電流を引き出すための正極タブ１４に接合（固定）されている。
非活物質領域７６は、積層方向Ｓに関し、負極集電体３２の非活物質領域４６と重複しないように位置決めされている。負極３０の非活物質領域４６と負極タブ１２との接合および正極６０の非活物質領域７６と正極タブ１４との接合は、例えば、超音波溶接や抵抗溶接が適用される。
次に、束縛部が説明される。
図６は、電池本体部を束縛するための束縛部を説明するための断面図である。
束縛部８０は、図６に示されるように、断面が略Ｕ字状であり、第１接触部８１、第２接触部８８および接続部８９を有し、積層方向Ｓに関し、電池本体部２０を束縛するために使用される。本実施の形態においては、二次電池１０は、電池本体部２０の周囲に沿って配置された４つの束縛部８０を有する。なお、束縛部８０配置数および配置位置は、上記構成に限定されない。
第１接触部８１および第２接触部８８は、積層方向Ｓに関する電池本体部２０の最外層の一方および他方に、束縛力を付与するために使用される。束縛力は、接着材層９２が発生させる接着力に基づいている。
本実施の形態では、電池本体部２０の最外層の一方および他方には、負極集電体３２が位置している。したがって、第１接触部８１および第２接触部８８は、電池本体部２０の最外層の一方および他方に位置する負極集電体３２に束縛力を付与する。なお、電池本体部２０の最外層の一方および他方には、負極集電体３２表面に配置された負極活物質層３４であっても良いが、一例として以下の実施例では、電池本体部２０の最外層の一方および他方が負極集電体３２である場合を例に挙げて説明する。
接続部８９は、積層方向Ｓに沿って電池本体部２０の側方を延長し、第１接触部８１と第２接触部８８とを接続している。
束縛部８０は、基材層９０と、基材層９０によって支持されている接着材層９２とを有する粘着フィルムから形成される。粘着フィルムは、例えば、カプトン（登録商標）テープである。基材層９０は、ポリイミドフィルム等から構成される。接着材層９２は、シリコン系接着材、アクリル系接着材等から構成される。接続部８９を構成する粘着フィルムは、接着材層９２を有していないが、必要に応じて、接着材層９２を有するように構成することも可能である。
次に、第１接触部８１が詳述される。第２接触部８８は、第１接触部８１の構成と同様の構成を有するため、重複を避けるため、以下において、その説明は省略される。
図７は、図６に示される第１接触部を説明するための平面図、図８は、第１接触部によって束縛力が付与される負極集電体を説明するための平面図、図９は、図７に示されるスリットを説明するための拡大図である。
図７に示される第１接触部８１は、図８に示される接触領域３３Ａと非接触領域３３Ｂとの境界Ｂ１において発生する応力が負極集電体３２の破断強度未満となるように、構成されている。接触領域３３Ａは、電池本体部２０の最外層表面（本実施例では負極集電体３２）において、第１接触部８１が接している領域である。非接触領域３３Ｂは、第１接触部８１が接していない領域である。前記応力は、第１接触部８１の束縛力と、充放電による負極活物質層の体積変化による負極３０の膨張収縮と、に基づいている。
具体的には、第１接触部８１は、図９に示されるように、略矩形であり、端面８２、基部８３、端面８２、側面８４，８５およびスリット８６を有する。
基部８３は、電池本体部２０の側方を延長する接続部８９と連結される。端面８２は、基部８３の逆側に位置する先端であり、対向部４２に相対するように位置決めされている。側面８４，８５は、端面８２と基部８３とを連結している。
スリット８６は、端面８２から基部８３に向かって延長し、少なくとも対向部４２と非対向部４４との境界Ｂ２に相対する位置まで到達している。スリット８６は、端面８２に沿って（端面８２の延長方向に）伸縮することにより、境界（接触領域３３Ａの周囲）Ｂ１において発生する応力を、分散させる（緩和する）。
つまり、第１接触部８１を負極３０の膨張収縮に応じて伸縮するように構成することにより、境界（接触領域３３Ａの周囲）Ｂ１において発生する応力を、負極集電体３２の破断強度未満としている。
したがって、シリコンを含有する負極活物質層の膨張収縮に起因する負極集電体３２の裂けが、境界（接触領域３３Ａの周囲）Ｂ１において生じることを抑制することが可能である。その結果、負極集電体３２の局所的な裂けに基づく電池出力および／又は電池容量の低下が抑制され、また、負極集電体３２の局所的な裂けが二次電池の充放電が繰り返されることによって成長することが避けられ、サイクル特性（寿命）の悪化が抑制される。
スリット８６の形成方法は、特に限定されず、例えば、カッターを利用することが可能である。
次に、変形例１〜６が順次説明される。
図１０は、本発明の実施の形態に係る変形例１を説明するための平面図である。
束縛部８０は、図１０に示される第１接触部８１Ａを有することも可能である。第１接触部８１Ａは、端面８２から基部８３に向かって延長するスリット８６に加えて、側面８４から側面８５に向かって延長するスリット８７Ａおよび側面８５から側面８４に向かって延長するスリット８７Ｂを、さらに有する。スリット８７Ａ，８７Ｂは、側面８４，８５に沿って（側面８４，８５の延長方向に）伸縮することにより、境界（接触領域３３Ａの周囲）Ｂ１において発生する応力を、分散させる（緩和する）。
図１１は、本発明の実施の形態に係る変形例２を説明するための平面図である。
束縛部８０は、図１１に示される第１接触部８１Ｂを有することも可能である。第１接触部８１Ｂは、端面８２から基部８３に向かって延長するスリット８６を有しておらず、側面８４から側面８５に向かって延長するスリット８７Ａおよび側面８５から側面８４に向かって延長するスリット８７Ｂを有する。
図１２は、本発明の実施の形態に係る変形例３を説明するための断面図である。
二次電池１０は、図１２に示される束縛部８０Ｃを有することも可能である。束縛部８０Ｃは、負極３０の膨張収縮に追従し得る伸縮性を有する接着材から構成されており、第１接触部８１Ｃ、第２接触部８８Ｃおよび接続部８９Ｃは、一体化されている。第１接触部８１Ｃの束縛力は、接着材が発生させる接着力に基づいている。接着材は、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリイミド、ポリアクリル酸等の接着用ゴム材である。
この場合、第１接触部８１Ｃ自体の伸縮により、境界（接触領域３３Ａの周囲）Ｂ１において発生する応力を、分散させる（緩和する）。すなわち、電池１０の実際の使用環境下において、負極３０の膨張収縮によって境界Ｂ１に発生する応力が負極集電体３２の破断強度未満となるように、接着材の伸縮性（ヤング率）を予め調整しておく。なお、束縛部８０Ｃは、例えば、液状の接着材を所定の領域に塗布後、硬化させて形成することが可能である。
図１３は、本発明の実施の形態に係る変形例４を説明するための断面図である。
二次電池１０は、図１３に示される束縛部８０Ｄを有することも可能である。束縛部８０Ｄは、基材層９０Ｄと、基材層９０Ｄによって支持されている接着材層９２Ｄとを有する粘着フィルムから形成されており、第１接触部８１Ｄ、第２接触部８８Ｄおよび接続部８９Ｄは、一体化されている。第１接触部８１Ｄの束縛力は、接着材層９２Ｄが発生させる接着力に基づいている。
接着材層９２Ｄは、変形例３の場合と同様に、負極３０の膨張収縮に追従し得る伸縮性を有する接着材から構成されている。つまり、第１接触部８１Ｄは、第１接触部８１Ｃに基材層９０Ｄを組み合わせた構成に対応しており、接着材層９２Ｄ自体の伸縮により、境界（接触領域３３Ａの周囲）Ｂ１において発生する応力を、分散させる（緩和する）。
図１４および図１５は、本発明の実施の形態に係る変形例５を説明するための断面図および平面図である。
二次電池１０は、図１４に示される束縛部８０Ｅを有することも可能である。束縛部８０Ｅは、基材層９０と接着材層９２Ｅとを有する粘着フィルムから形成されており、第１接触部８１Ｅ、第２接触部８８Ｅおよび接続部８９は、一体化されている。接着材層９２Ｅは、図１５に示されるように、基材層９０に間欠的に配置される接着材９３から構成されている。第１接触部８１Ｅの束縛力は、接着材９３（接着材層９２Ｅ）が発生させる接着力に基づいている。
接着材層９２Ｅが発生させる接着力は、接着材９３の配置構成を調整することによって、負極集電体３２の破断強度未満となるように、設定されている。したがって、第１接触部８１Ｅは、境界（接触領域３３Ａの周囲）Ｂ１において発生する応力を、分散させる（緩和する）。つまり、応力を負極集電体３２の破断強度未満にすることが可能である。接着材層９２Ｅが発生させる接着力を設定する構成は、上記構成に特に限定されない。
図１６は、本発明の実施の形態に係る変形例６を説明するための断面図、図１７は、図１６に示される電池本体部および発電要素を説明するための断面図、図１８は、電池本体部を束縛するための束縛部を説明するための断面図である。
束縛部８０は、図１６に示される二次電池１０Ｆの電池本体部２０Ｆに適用することも可能である。なお、二次電池１０の部材と同様の機能を有する部材については、重複を避けるため、その説明が省略される。
具体的には、二次電池１０Ｆは、双極型のリチウムイオン二次電池であり、負極タブ１２Ｆ、正極タブ１４Ｆおよび外装体１６を有する。外装体１６は、電池本体部２０Ｆ、束縛部８０（図１８参照）およびシール部（不図示）が配置されている。負極タブ１２Ｆおよび正極タブ１４Ｆは、電池本体部２０Ｆの外側に配置され、電極投影面の全てを、少なくとも覆うように構成されている。
電池本体部２０Ｆは、図１７に示されるように、負極活物質層３４、セパレーター５０、正極活物質層６４および集電体９６を有する。負極活物質層３４は、シリコン系材料を含んでおり、集電体９６の一方の面に配置されている。正極活物質層６４は、集電体９６の他方の面に配置されている。負極活物質層３４と集電体９６は、負極３０Ｆを構成し、正極活物質層６４と集電体９６は、正極６０Ｆを構成している。つまり、集電体９６は、負極３０Ｆおよび正極６０Ｆによって共有されている双極型集電体である（負極集電体および正極集電体を兼ねている）。
セパレーター５０は、負極活物質層３４と正極活物質層６４との間に配置されている。したがって、集電体９６、負極活物質層３４、セパレーター５０、正極活物質層６４および集電体９６は、発電要素（単電池）２２Ｆを構成する。発電要素２２Ｆは、積層されており、電気的に直列接続されている。
負極活物質層３４の面積は、正極活物質層６４の面積よりも大きくなるように構成されている。したがって、集電体９６における負極活物質層３４が配置される活物質領域４０は、セパレーター５０を介して正極活物質層６４と対向する対向部４２と、対向部４２の外周に（対向部４２を取り囲むように）位置しかつ正極活物質層６４と対向しない非対向部４４とを有する（図１７参照）。
シール部は、正極活物質層６４および負極活物質層３４の周囲を各々取り囲むように配置されており、発電要素２２の外周部の少なくとも一部を封止するために設けられている。シール部は、電解質（電解液）の構成に応じて、適宜省略することも可能である。
束縛部８０は、図１８に示されるように、断面が略Ｕ字状であり、第１接触部８１、第２接触部８８および接続部８９を有し、積層方向Ｓに関し、電池本体部２０Ｆを束縛するために使用される。１接触部８１および第２接触部８８は、電池本体部２０Ｆの最外層の一方および他方に位置する集電体９６に束縛力を付与する。
変形例６では、電池本体部２０Ｆの最外層の一方および他方には、負極集電体として機能する集電体９６および正極集電体として機能する集電体９６が位置している。したがって、第１接触部８１は、負極集電体として機能する集電体９６に接している。
そのため、第１接触部８１は、接触領域３３Ａと非接触領域３３Ｂとの境界Ｂ１（図８参照）において発生する応力が、集電体９６の破断強度未満となるように、構成されている。つまり、境界（接触領域３３Ａの周囲）Ｂ１において発生する応力を、集電体９６の破断強度未満としている。したがって、シリコンを含有する負極活物質層の膨張収縮に起因する集電体９６の裂けが、境界（接触領域３３Ａの周囲）Ｂ１において生じることを抑制することが可能である。
なお、図１６において、最上層に位置する集電体９６は、正極活物質層６４を有しておらず、最下層に位置する集電体９６は、負極活物質層３４を有していない。これは、最上層および最下層に位置する集電体９６の外側に位置する正極活物質層６４および負極活物質層３４は、電池反応に関与しないためである。しかし、必要に応じ、双極型電極構造を有するように構成することも可能である。
以上のように本実施の形態に係るシリコンを含有する負極活物質層が適用された二次電池においては、第１接触部の接触領域と非接触領域との境界において発生する応力が、負極集電体の破断強度未満となるように構成されており、前記応力が緩和されているため、接触領域と非接触領域との境界（接触領域の周囲）における負極集電体の裂けが抑制される。つまり、シリコンを含有する負極活物質層の膨張収縮に起因する負極集電体の裂けが生じることを抑制し得る二次電池を提供することが可能である。
第１接触部が負極の膨張収縮に応じて伸縮するように構成される場合、第１接触部の伸縮により、第１接触部の接触領域と非接触領域との境界において発生する応力を緩和することが可能である。つまり、応力を負極集電体の破断強度未満にすることが可能である。
第１接触部に、端面から基部に向かって延長し、少なくとも対向部と非対向部との境界に相対する位置まで到達するスリットを設ける場合、第１接触部の端面に沿った（端面の延長方向に）スリットが伸縮することにより、第１接触部の端面に位置する第１接触部の接触領域と非接触領域との境界において発生する応力を、分散させる（緩和する）ことが可能である。
第１接触部に、側面から他方に側面に向かって延長するスリットを設ける場合、第１接触部の側面に沿った（側面の延長方向に）スリットが伸縮することにより、第１接触部の端面に位置する第１接触部の接触領域と非接触領域との境界において発生する応力を、分散させる（緩和する）ことが可能である。
第１接触部が、負極の膨張収縮に追従し得る伸縮性を有する接着材から形成される場合、第１接触部自体の伸縮により、第１接触部の端面に位置する第１接触部の接触領域と非接触領域との境界において発生する応力を、分散させる（緩和する）ことが可能である。また、束縛部全体が前記接着材から形成される場合、束縛部の構成を単純化することが可能である。
第１接触部が、負極の膨張収縮に追従し得る伸縮性を有する接着材から形成される接着材層と、接着材層を支持している基材層とを有する場合、接着材（接着材層）のハンドリングが容易である。
第１接触部が、接着材層と接着材層を支持している基材層とを有し、接着材層が発生させる接着力が、負極集電体の破断強度未満となるように設定される場合、第１接触部の接触領域と非接触領域との境界において発生する応力は、緩和され、負極集電体の破断強度未満にすることが可能である。接着材層を構成する接着材が、基材層に間欠的に配置されている場合、接着材層が発生させる接着力を容易に設定することが可能である。
束縛部が粘着フィルムから形成される場合、束縛部の構成を単純化することが可能である。
負極活物質層の面積が、前記正極活物質層の面積よりも大きい場合、対向面積に対する位置ずれの影響を抑制し、発電容量の変動を防止することが可能である。
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で種々改変することができる。例えば、二次電池は、直列化および／又は並列化した組電池の形態で利用することも可能である。また、負極の膨張収縮に応じて伸縮するように第１接触部を構成する方法は、スリットや、負極の膨張収縮に追従し得る伸縮性を有する接着材を利用する形態に限定されない。さらに、変形例６に、変形例１〜５を適宜適用することも可能である。
１０，１０Ｆ 二次電池、
１２，１２Ｆ 負極タブ、
１４，１４Ｆ 正極タブ、
１６ 外装体、
２０ 電池本体部、
２２，２２Ｆ 発電要素、
２４ 束縛部、
３０，３０Ｆ 負極、
３２ 負極集電体、
３３Ａ 接触領域、
３３Ｂ 非接触領域、
３４ 負極活物質層、
４１ 一辺、
４０ 活物質領域、
４２ 対向部、
４４ 非対向部、
４６ 非活物質領域、
５０ セパレーター（電解質層）、
６０，６０Ｆ 正極、
６２ 正極集電体、
６４ 正極活物質層、
７０ 活物質領域、
７１ 一辺、
７２ 対向部、
７６ 非活物質領域、
８０，８０Ｃ〜８０Ｅ 束縛部、
８１，８１Ａ〜８０Ｅ 第１接触部、
８２ 端面、
８３ 基部、
８４，８５ 側面、
８６，８７Ａ，８７Ｂ スリット、
８８，８７Ｃ〜８７Ｅ 第２接触部、
８９，８９Ｃ，８９Ｄ 接続部、
９０，９０Ｄ 基材層、
９２，９２Ｄ，９２Ｅ 接着材層、
９３ 接着材、
９６ 集電体、
Ｂ１，Ｂ２ 境界、
Ｓ 積層方向。

Claims (11)

  1. 積層された複数の発電要素を有する電池本体部と、
    前記発電要素の積層方向に関し、前記電池本体部を束縛するための束縛部と、を有し、
    前記発電要素は、正極活物質層が配置された正極集電体を有する正極と、電解質を保持する電解質層と、シリコンを含有する負極活物質層が配置された負極集電体を有する負極と、を有し、
    前記正極活物質層および前記負極活物質層は、前記電解質層を介して対向し、
    前記束縛部は、前記積層方向に関する前記電池本体部の最外層の一方および他方の表面に接触して、束縛力を付与するための第１接触部および第２接触部を有し、
    前記最外層の一方は、前記負極が位置し、前記負極表面は、前記第１接触部が接している接触領域と、前記第１接触部が接していない非接触領域と、を有し、
    前記第１接触部は、前記接触領域と前記非接触領域との境界において発生する応力が前記負極集電体の破断強度未満となるように、構成されており、
    前記応力は、前記第１接触部の前記束縛力と、充放電による前記負極活物質層の体積変化による前記負極の膨張収縮と、に基づいており、
    前記束縛部は、前記第１接触部と前記第２接触部とを接続する接続部を有し、
    前記接続部は、前記積層方向に沿って前記電池本体部の側方を延長しており、
    前記負極活物質層は、前記電解質層を介して前記正極活物質層と対向する対向部と、前記対向部の外周に位置しかつ前記正極活物質層と対向しない非対向部と、を有し、
    前記第１接触部は、略矩形であり、前記接続部と連結される基部と、前記基部の逆側に位置する端面と、前記端面と前記基部とを連結している側面と、スリットと、を有し、
    前記スリットは、前記端面から前記基部に向かって延長し、少なくとも前記対向部と前記非対向部との境界に相対する位置まで到達している、二次電池。
  2. 前記第１接触部は、前記側面の一方から前記側面の他方に向かって延長するスリットを、さらに有する、請求項１に記載の二次電池。
  3. 積層された複数の発電要素を有する電池本体部と、
    前記発電要素の積層方向に関し、前記電池本体部を束縛するための束縛部と、を有し、
    前記発電要素は、正極活物質層が配置された正極集電体を有する正極と、電解質を保持する電解質層と、シリコンを含有する負極活物質層が配置された負極集電体を有する負極と、を有し、
    前記正極活物質層および前記負極活物質層は、前記電解質層を介して対向し、
    前記束縛部は、前記積層方向に関する前記電池本体部の最外層の一方および他方の表面に接触して、束縛力を付与するための第１接触部および第２接触部を有し、
    前記最外層の一方は、前記負極が位置し、前記負極表面は、前記第１接触部が接している接触領域と、前記第１接触部が接していない非接触領域と、を有し、
    前記第１接触部は、前記接触領域と前記非接触領域との境界において発生する応力が前記負極集電体の破断強度未満となるように、構成されており、
    前記応力は、前記第１接触部の前記束縛力と、充放電による前記負極活物質層の体積変化による前記負極の膨張収縮と、に基づいており、
    前記束縛部は、前記第１接触部と前記第２接触部とを接続する接続部を有し、
    前記接続部は、前記積層方向に沿って前記電池本体部の側方を延長しており、
    前記第１接触部は、略矩形であり、前記接続部と連結される基部と、前記基部の逆側に位置する端面と、前記端面と前記基部とを連結している側面と、スリットと、を有し、
    前記スリットは、前記側面の一方から前記側面の他方に向かって延長している、二次電池。
  4. 前記束縛部は、接着材層と前記接着材層を支持している基材層とを有する粘着フィルムから形成されており、
    前記第１接触部の前記束縛力は、前記接着材層が発生させる接着力に基づいている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の二次電池。
  5. 積層された複数の発電要素を有する電池本体部と、
    前記発電要素の積層方向に関し、前記電池本体部を束縛するための束縛部と、を有し、
    前記発電要素は、正極活物質層が配置された正極集電体を有する正極と、電解質を保持する電解質層と、シリコンを含有する負極活物質層が配置された負極集電体を有する負極と、を有し、
    前記正極活物質層および前記負極活物質層は、前記電解質層を介して対向し、
    前記束縛部は、前記積層方向に関する前記電池本体部の最外層の一方および他方の表面に接触して、束縛力を付与するための第１接触部および第２接触部を有し、
    前記最外層の一方は、前記負極が位置し、前記負極表面は、前記第１接触部が接している接触領域と、前記第１接触部が接していない非接触領域と、を有し、
    前記第１接触部は、前記接触領域と前記非接触領域との境界において発生する応力が前記負極集電体の破断強度未満となるように、構成されており、
    前記応力は、前記第１接触部の前記束縛力と、充放電による前記負極活物質層の体積変化による前記負極の膨張収縮と、に基づいており、
    前記第１接触部は、前記負極の膨張収縮に追従し得る伸縮性を有する接着材から形成されており、
    前記第１接触部の前記束縛力は、前記接着材が発生させる接着力に基づいている、二次電池。
  6. 前記第１接触部と前記第２接触部とを接続する接続部を有し、
    前記接続部および前記第２接触部は、前記接着材から形成されている、請求項５に記載の二次電池。
  7. 積層された複数の発電要素を有する電池本体部と、
    前記発電要素の積層方向に関し、前記電池本体部を束縛するための束縛部と、を有し、
    前記発電要素は、正極活物質層が配置された正極集電体を有する正極と、電解質を保持する電解質層と、シリコンを含有する負極活物質層が配置された負極集電体を有する負極と、を有し、
    前記正極活物質層および前記負極活物質層は、前記電解質層を介して対向し、
    前記束縛部は、前記積層方向に関する前記電池本体部の最外層の一方および他方の表面に接触して、束縛力を付与するための第１接触部および第２接触部を有し、
    前記最外層の一方は、前記負極が位置し、前記負極表面は、前記第１接触部が接している接触領域と、前記第１接触部が接していない非接触領域と、を有し、
    前記第１接触部は、前記接触領域と前記非接触領域との境界において発生する応力が前記負極集電体の破断強度未満となるように、構成されており、
    前記応力は、前記第１接触部の前記束縛力と、充放電による前記負極活物質層の体積変化による前記負極の膨張収縮と、に基づいており、
    前記第１接触部は、接着材層と前記接着材層を支持している基材層とを有し、
    前記第１接触部の前記束縛力は、前記接着材層が発生させる接着力に基づいており、
    前記接着材層は、前記負極の膨張収縮に追従し得る伸縮性を有する接着材から形成されている、二次電池。
  8. 積層された複数の発電要素を有する電池本体部と、
    前記発電要素の積層方向に関し、前記電池本体部を束縛するための束縛部と、を有し、
    前記発電要素は、正極活物質層が配置された正極集電体を有する正極と、電解質を保持する電解質層と、シリコンを含有する負極活物質層が配置された負極集電体を有する負極と、を有し、
    前記正極活物質層および前記負極活物質層は、前記電解質層を介して対向し、
    前記束縛部は、前記積層方向に関する前記電池本体部の最外層の一方および他方の表面に接触して、束縛力を付与するための第１接触部および第２接触部を有し、
    前記最外層の一方は、前記負極が位置し、前記負極表面は、前記第１接触部が接している接触領域と、前記第１接触部が接していない非接触領域と、を有し、
    前記第１接触部は、前記接触領域と前記非接触領域との境界において発生する応力が前記負極集電体の破断強度未満となるように、構成されており、
    前記応力は、前記第１接触部の前記束縛力と、充放電による前記負極活物質層の体積変化による前記負極の膨張収縮と、に基づいており、
    前記第１接触部は、接着材層と前記接着材層を支持している基材層とを有し、
    前記第１接触部の前記束縛力は、前記接着材層が発生させる接着力に基づいており、
    前記接着材層が発生させる接着力は、前記負極集電体の破断強度未満となるように、設定されており、
    前記接着材層を構成する接着材は、前記基材層に間欠的に配置されている、二次電池。
  9. 前記束縛部は、粘着フィルムから形成されている、請求項７又は請求項８に記載の二次電池。
  10. 前記第１接触部は、前記負極の膨張収縮に応じて伸縮するように構成されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載の二次電池。
  11. 前記負極活物質層の面積は、前記正極活物質層の面積よりも大きい、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の二次電池。
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