JP7327302B2 - 電池およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本開示は、電池およびその製造方法に関する。
特開２００１－１２６７３６号公報（特許文献１）は、炭素質ハニカム構造体の外表面を含むセルの隔壁表面に窒化チタン膜を被着してハニカム構造集電体を形成し、セル内に正極用または負極用活物質を充填した電極を開示している。
特開２００１－１２６７３６号公報
図１８は、従来型の電池要素の一例を示す概略断面図である。
従来型の電池要素は、積層体１５０を含む。積層体１５０は、二次元構造を有する。積層体１５０は、シート状の電極により形成される。すなわち、積層体１５０は、正極シート１１０と、セパレータシート１３０と、負極シート１２０とが積層されることにより形成される。二次元構造においては、正極と、負極とが平面的に隣接している。
電極シートは、電極合材層を含む。電極合材層は、電極活物質を含む。一般に電極活物質は粒子である。粒子の集合体は、自立層を形成し難い。そのため電極合材層の支持体として、集電箔（集電体）が使用される。例えば、正極集電箔１１１の表面に、正極ペーストが塗工されることにより、正極合材層１１２が形成される。例えば、負極集電箔１２１の表面に、負極ペーストが塗工されることにより、負極合材層１２２が形成される。
正極集電箔１１１は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）箔等である。負極集電箔１２１は、例えば、銅（Ｃｕ）箔等である。集電箔は、電池容量に直接寄与しないため、集電箔が削減されれば、その分、電極活物質の充填率が高められる。すなわち、電池容量の増大が期待される。さらに、当然ながら集電体の材料コストも削減され得る。
また、電極活物質が貴金属等を含む場合がある。例えば、貴金属等のリサイクルも想定される。集電箔に電極合材層が支持されている場合、貴金属等のリサイクルにあたり、集電箔と電極活物質とを分離する手間が生じることになる。
しかしながら、支持体として集電箔を使用する従来法に匹敵するコスト、量産性を有する、正負極配置方法が見出されていない現状がある。
本開示の目的は、集電体を削減可能な電池を提供することである。
以下、本開示の技術的構成および作用メカニズムが説明される。ただし、本開示の作用メカニズムは、推定を含んでいる。作用メカニズムの正否は、特許請求の範囲を限定しない。
〔１〕 本開示の電池は、正極と、負極と、セパレータとを含む。
負極は、ハニカムコアを形成している。ハニカムコアは、第１面と第２面と隔壁と外周壁とを含む。第２面は、第１面と相対している。隔壁は、第１面と第２面との間に形成されている。第１面と平行な断面において、隔壁は、格子状に延びることにより、複数個の中空セルを仕切っている。第１面と平行な断面において、外周壁は、隔壁の周囲を取り囲んでいる。複数個の中空セルの各々は、第１面から第２面に向かう方向において、ハニカムコアを貫通している。
セパレータは、正極と負極とを空間的に分離している。セパレータは、第１層と第２層とを含む。第１層は、隔壁の少なくとも一部を被覆している。第２層は、第１面および第２面の少なくとも一部を被覆している。
正極は、第１領域と第２領域とを含む。第１領域は、中空セルに充填されている。第２領域は、第１面に垂直な断面において、セパレータの第２層よりも外側に突出するように延びている。
電池要素は、正極と負極とセパレータとを含む。本開示の電池要素は、三次元構造を有する。三次元構造においては、正極と負極とが立体的に隣接する。負極はハニカムコアを形成している。ハニカムコアには、複数個の中空セル（貫通孔）が形成されている。複数個の中空セルの各々には、例えば、柱状の正極が挿し通されている。
ハニカムコアは、その構造上、高い強度を有し得る。そのため、負極（ハニカムコア）は、支持体としての集電体が不要であると考えられる。正極は、ハニカムコアの隔壁に取り囲まれている。正極は、隔壁に支持されている。正極も、支持体としての集電体が不要であると考えられる。
本開示の三次元構造においては、従来の二次元構造に比して、正極と負極との対向面積が大きくなり得る。対向面積の増大により、電池抵抗の低減が期待される。したがって、集電体が削減されても、所期の電池容量が実現され得ると考えられる。
本開示の三次元構造は、正極と負極との間に集電体が介在しない構造であり得る。例えば、正極の第２領域（セパレータから突出している領域）において、集電が行われ得る。例えば、負極（ハニカムコア）の外周壁等において、集電が行われ得る。すなわち、電池要素の外部に集電部材が配置され得る。正極と負極との間に集電体が介在しないことにより、電池要素における電極活物質の充填率が高められると考えられる。さらに、集電部材の取り外しが容易であり、電極活物質の回収が容易になると考えられる。すなわち、本開示の電池は、高いリサイクル性も有し得る。
〔２〕 ハニカムコアは、３ｍｍ以上の高さを有していてもよい。ハニカムコアの高さは、第１面と第２面との間の距離を示す。
ハニカムコアが３ｍｍ以上の高さを有することにより、ハニカムコアの強度が顕著に向上し得る。さらに、電池要素における電極活物質の比率が高くなることにより、電池容量の増大が期待される。
〔３〕 第１面と平行な断面において、複数個の中空セルの各々は、例えば、９００μｍ2以上の断面積を有していてもよい。
中空セルの断面積が９００μｍ2以上であることにより、例えば、電池容量の増大等が期待される。
〔４〕 第１面と平行な断面において、複数個の中空セルの各々は、例えば、四角形状または六角形状の輪郭を有していてもよい。
中空セルの輪郭が四角形状または六角形状であることにより、例えば、ハニカムコアにおける中空セルの集積率が向上し得る。集積率の向上により、例えば、正極と負極との対向面積が増大し得る。その結果、例えば、出力の向上等が期待される。
〔５〕 隔壁は、例えば、２０μｍから３５０μｍの厚さを有していてもよい。
隔壁の厚さが２０μｍ以上であることにより、例えば、ハニカムコアの強度向上等が期待される。隔壁の厚さが３５０μｍ以下であることにより、例えば、電池抵抗の低減等が期待される。
〔６〕 電池は、正極集電部材と、負極集電部材とをさらに含んでいてもよい。正極集電部材は、正極の第２領域に接続していてもよい。負極集電部材は、外周壁に接続していてもよい。
例えば、正極の第２領域と、ハニカムコア（負極）の外周壁とにおいて、集電が行われてもよい。上記〔６〕の集電構造においては、例えば、正極の集電面積が大きくなり得る。これにより、正極由来の抵抗成分が低減することが期待される。
〔７〕 電池は、正極集電部材と、負極集電部材とをさらに含んでいてもよい。第１面から第２面に向かう方向において、正極集電部材は、ハニカムコアを挟んで負極集電部材と相対していてもよい。正極集電部材は、正極の第２領域に接続していてもよい。負極集電部材は、第２層から露出している第２面に接続していてもよい。
例えば、正極の第２領域と、ハニカムコア（負極）の主面とにおいて、集電が行われてもよい。上記〔７〕の集電構造においては、部品の配置が簡素になり得る。その結果、例えば、リサイクル性の向上等が期待される。
〔８〕 セパレータにおいて、第１層は、第１絶縁材料を含む。第２層は、第２絶縁材料を含む。第２絶縁材料は、第１絶縁材料と異なっていてもよい。
第２絶縁材料が第１絶縁材料と異なることにより、例えば、第２層および第１層の形成方法の自由度が向上し得る。例えば、第１層の形成方法と異なる方法により、第２層が形成されてもよい。
〔９〕 本開示の電池の製造方法においては、ハニカムコアを形成する負極を含む、電池が製造される。
ハニカムコアは、第１面と第２面と隔壁と外周壁とを含む。第２面は、第１面と相対している。隔壁は、第１面と第２面との間に形成されている。第１面と平行な断面において、隔壁は、格子状に延びることにより、複数個の中空セルを仕切っている。第１面と平行な断面において、外周壁は、隔壁の周囲を取り囲んでいる。複数個の中空セルの各々は、第１面から第２面に向かう方向において、ハニカムコアを貫通している。
本開示の電池の製造方法は、下記（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）を含む。
（Ａ） 負極ペーストをハニカムコアに成形する。
（Ｂ） ハニカムコアの表面を被覆するセパレータを形成する。
（Ｃ） セパレータの形成後、ハニカムコア内の中空セルに、正極ペーストを注入することにより、正極を形成する。
セパレータは、正極と負極とを空間的に分離するように形成される。セパレータは、第１層と第２層とを含むように形成される。第１層は、隔壁の少なくとも一部を被覆している。第２層は、第１面および第２面の少なくとも一部を被覆している。
正極は、第１領域と第２領域とを含むように形成される。第１領域は、中空セルに充填されている。第２領域は、第１面に垂直な断面において、セパレータの第２層よりも外側に突出するように延びている。
本開示の電池の製造方法によれば、上記〔１〕に記載の電池が製造され得る。
〔１０〕 本開示の電池の製造方法においては、例えば、押出成形法により、負極ペーストがハニカムコアに成形されてもよい。
〔１１〕 本開示の電池の製造方法においては、例えば、第１面または第２面から、ハニカムコア内にセパレータペーストが吸引されることにより、第１層が形成されてもよい。セパレータペーストは、第１絶縁材料を含む。
〔１２〕 本開示の電池の製造方法においては、例えば、電着法により、第２絶縁材料が第１面および第２面に堆積することにより、第２層が形成されてもよい。
〔１３〕 本開示の電池の製造方法においては、例えば、第２絶縁材料が第１絶縁材料と異なっていてもよい。
〔１４〕 本開示の電池の製造方法は、下記（Ｄ）をさらに含んでいてもよい。
（Ｄ） 正極に正極集電部材を接続する。負極に負極集電部材を接続する。
正極集電部材は、正極の第２領域に接続されてもよい。負極集電部材は、外周壁に接続されてもよい。
〔１５〕 本開示の電池の製造方法は、下記（Ｄ）をさらに含んでいてもよい。
（Ｄ） 正極に正極集電部材を接続する。負極に負極集電部材を接続する。
第１面から第２面に向かう方向において、正極集電部材は、ハニカムコアを挟んで負極集電部材と相対するように配置されてもよい。正極集電部材は、正極の第２領域と接続されてもよい。負極集電部材は、第２層から露出している第２面に接続されてもよい。
図１は、本実施形態における電池の一例を示す概略図である。 図２は、本実施形態における負極の一例を示す概略図である。 図３は、図２のｘｙ平面と平行な断面の一例を示す概略断面図である。 図４は、本実施形態における隔壁の第１例を示す概略断面図である。 図５は、本実施形態における隔壁の第２例を示す概略断面図である。 図６は、図１のｙｚ平面と平行な断面の一例を示す概略断面図である。 図７は、図１のｘｙ平面と平行な断面の一例を示す概略断面図である。 図８は、本実施形態における第２層の構成の一例を示す概略断面図である。 図９は、本実施形態における正極の一例を示す概略図である。 図１０は、本実施形態における正極の一例を示す概略断面図である。 図１１は、集電構造の第１例を示す概略図である。 図１２は、集電構造の第２例を示す概略図である。 図１３は、本実施形態における電池の製造方法の一例を示す概略フローチャートである。 図１４は、本実施例における供試電池の製造過程を示す第１説明図である。 図１５は、本実施例における供試電池の製造過程を示す第２説明図である。 図１６は、本実施例における供試電池の製造過程を示す第３説明図である。 図１７は、本実施例における供試電池の製造過程を示す第４説明図である。 図１８は、従来型の電池要素の一例を示す概略断面図である。
以下、本開示の実施形態（以下「本実施形態」とも記される。）が説明される。ただし、以下の説明は、特許請求の範囲を限定しない。
本実施形態における幾何学的な用語（例えば「平行」、「垂直」、「正方形」等）は、実質的にその状態であればよいことを示している。本実施形態における幾何学的な用語は、厳密な意味に解されるべきではない。例えば「平行」は、実質的に平行である状態を示す。すなわち「平行」は、厳密な意味での「平行」状態から多少ずれていてもよい。「実質的に平行である状態」は、例えば、設計上、製造上等の公差、誤差等を当然に含み得る。
本実施形態において、例えば「０．１質量部から１０質量部」等の記載は、特に断りのない限り、境界値を含む範囲を示す。例えば「０．１質量部から１０質量部」は、「０．１質量部以上１０質量部以下」の範囲を示す。
本実施形態において、「実質的に・・・からなる」との記載は、本開示の目的を阻害しない範囲で、必須成分に加えて、追加の成分が含まれ得ることを示す。例えば、当該技術の分野において通常想定される成分（例えば不可避不純物等）は、当然含まれ得る。
本実施形態において、例えば「Ｌｉ2Ｓ」等の化学量論的組成式によって化合物が表現されている場合、該化学量論的組成式は、代表例に過ぎない。例えば、硫化リチウムが「Ｌｉ2Ｓ」と表現されている時、硫化リチウムは「Ｌｉ：Ｓ＝２：１」の組成比に限定されず、任意の組成比でＬｉとＳとを含み得る。
本実施形態においては、電池の一例として「リチウムイオン電池」が説明される。ただし、電池は、任意の電池系であり得る。本実施形態の電池は、例えば、「ナトリウムイオン電池」、「ニッケル水素電池」等であってもよい。
本実施形態の電池は、任意の用途に適用され得る。本実施形態の電池は、例えば、モバイル端末、ポータブル機器、定置型電力貯蔵装置、電気自動車、ハイブリッド自動車等において使用されてもよい。
＜電池＞
図１は、本実施形態における電池の一例を示す概略図である。
電池１００は、電池要素５０を含む。電池要素５０は、三次元構造を有する。電池要素５０は、正極１０と、負極２０と、セパレータ３０とを含む。すなわち、電池１００が正極１０と負極２０とセパレータ３０とを含む。
電池１００は、例えば、電池ケース（不図示）を含んでいてもよい。電池ケースが、電池要素５０を収納していてもよい。電池ケースは、密封されていてもよい。電池ケースは、例えば、Ａｌラミネートフィルム製の袋等であってもよい。電池ケースは、例えば、金属製の容器等であってもよい。電池ケースは、任意の外形を有し得る。電池ケースの外形は、例えば、角形、円筒形、コイン形、扁平形、薄形（シート形）等であってもよい。
《負極》
図２は、本実施形態における負極の一例を示す概略図である。
負極２０は、正極１０に比して低い電位を有する電極である。負極２０は、負極活物質を含む。負極２０は、例えば、実質的に負極活物質からなっていてもよい。負極２０は、ハニカムコアを形成している。ハニカムコアは、例えば、「ハニカム構造体」、「ハニカム成形体」等とも称され得る。図２のハニカムコアは、円柱状の外形を有している。ただし、ハニカムコアは、任意の外形を有し得る。ハニカムコアの外形は、例えば、円板状、角板状、角柱状等であってもよい。
本実施形態のハニカムコアは、例えば、負極活物質の成形体であってもよい。ハニカムコアは、例えば、負極合材の成形体であってもよい。負極合材は、負極活物質に加えて、例えば、導電材、バインダ等をさらに含んでいてもよい。
負極活物質は、例えば、粒子であってもよい。負極活物質は、例えば、１μｍから３０μｍのメジアン径を有していてもよい。「メジアン径」は、体積基準の粒度分布において、小粒径側からの累積粒子体積が全粒子体積の５０％になる粒子径を示す。メジアン径は、レーザ回折式粒度分布測定装置によって測定され得る。
負極活物質は、任意の成分を含み得る。負極活物質は、例えば、黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン、珪素、酸化珪素、錫、酸化錫、およびチタン酸リチウムからなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。導電材は、任意の成分を含み得る。導電材は、例えば、カーボンブラック（例えばアセチレンブラック等）、炭素繊維、金属粒子、および金属繊維からなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。導電材の配合量は、１００質量部の負極活物質に対して、例えば、０．１質量部から１０質量部であってもよい。バインダは、任意の成分を含み得る。バインダは、例えば、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、およびポリアクリル酸（ＰＡＡ）からなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。バインダの配合量は、１００質量部の負極活物質に対して、例えば、０．１質量部から１０質量部であってもよい。
負極２０（ハニカムコア）は、第１面２１と、第２面２２と、隔壁２３と、外周壁２４とを含む。第２面２２は、第１面２１と相対している。隔壁２３および外周壁２４は、第１面２１と第２面２２との間に形成されている。隔壁２３および外周壁２４は、第１面２１と第２面２２とを接続している。
第１面２１および第２面２２の各々は、例えば、平面であってもよい。第１面２１および第２面２２の各々は、例えば、平面でなくてもよい。第１面２１および第２面２２の各々は、例えば、曲面であってもよい。第１面２１は、第２面２２と平行であってもよい。第１面２１は、第２面２２と平行でなくてもよい。
本実施形態において、ハニカムコアの高さ（ｈ）は、第１面２１と第２面２２との間の距離を示す。第１面２１と第２面２２とが平行でない場合は、第１面２１と第２面２２との間の最短距離が、高さ（ｈ）とみなされる。ハニカムコアは、例えば、３ｍｍ以上の高さ（ｈ）を有していてもよい。ハニカムコアが３ｍｍ以上の高さ（ｈ）を有することにより、ハニカムコアの強度が顕著に向上し得る。さらに、電池要素５０における電極活物質の比率が高くなることにより、電池容量の増大が期待される。ハニカムコアの高さ（ｈ）は、任意の上限を有し得る。ハニカムコアは、例えば、１０００ｍｍ以下の高さ（ｈ）を有していてもよい。ハニカムコアは、例えば、５００ｍｍ以下の高さ（ｈ）を有していてもよい。ハニカムコアは、例えば、１００ｍｍ以下の高さ（ｈ）を有していてもよい。ハニカムコアは、例えば、１０ｍｍ以下の高さ（ｈ）を有していてもよい。
図２のｘｙ平面において、ハニカムコアは径（ｄ）を有する。径（ｄ）は、ｘｙ平面におけるハニカムコアの最大径を示す。ハニカムコアは、任意の径（ｄ）を有し得る。ハニカムコアは、例えば、１ｍｍから１０００ｍｍの径（ｄ）を有していてもよい。ハニカムコアは、例えば、１０ｍｍから１００ｍｍの径（ｄ）を有していてもよい。
本実施形態において、ハニカムコアのアスペクト比（ｈ／ｄ）は、径（ｄ）に対する高さ（ｈ）の比を示す。ハニカムコアは、例えば、０．１から１０のアスペクト比（ｈ／ｄ）を有していてもよい。ハニカムコアは、例えば、０．１から２のアスペクト比（ｈ／ｄ）を有していてもよい。ハニカムコアは、例えば、０．１から１のアスペクト比（ｈ／ｄ）を有していてもよい。ハニカムコアは、例えば、０．１から０．５のアスペクト比（ｈ／ｄ）を有していてもよい。ハニカムコアは、例えば、０．１５から０．５のアスペクト比（ｈ／ｄ）を有していてもよい。
図３は、図２のｘｙ平面と平行な断面の一例を示す概略断面図である。本実施形態において、「ｘｙ平面と平行な断面」は、「第１面２１（または第２面２２）と平行な断面」を示す。
図３において、隔壁２３は格子状に延びている。隔壁２３は、複数個の中空セル２５を仕切っている。隔壁２３は、例えば「リブ」等と称されてもよい。外周壁２４は、隔壁２３の周囲を取り囲んでいる。
中空セル２５は、いわば「貫通孔」である。複数個の中空セル２５の各々は、第１面２１から第２面２２に向かう方向（図１から図３のｚ軸方向）において、ハニカムコア（負極２０）を貫通している。ｘｙ平面と平行な断面においては、複数個の中空セル２５が集積されている。複数個の中空セル２５は、略等間隔に配置されていてもよい。中空セル２５同士の間隔は、ランダムであってもよい。
例えば、ｘｙ平面と平行な断面において、４個から１００００個の中空セル２５が形成されていてもよい。例えば、ｘｙ平面と平行な断面において、１０個から５０００個の中空セル２５が形成されていてもよい。例えば、ｘｙ平面と平行な断面において、１００個から５０００個の中空セル２５が形成されていてもよい。例えば、ｘｙ平面と平行な断面において、５００個から５０００個の中空セル２５が形成されていてもよい。例えば、ｘｙ平面と平行な断面において、１０００個から３０００個の中空セル２５が形成されていてもよい。
ｘｙ平面と平行な断面において、複数個の中空セル２５は、例えば、１個／ｍｍ2から１０個／ｍｍ2の数密度を有していてもよい。複数個の中空セル２５は、例えば、２個／ｍｍ2から６個／ｍｍ2の数密度を有していてもよい。
複数個の中空セル２５の合計断面積は、ハニカムコアの断面積に対して、例えば、５０％から９９％の面積分率を有していてもよい。複数個の中空セル２５の合計断面積は、ハニカムコアの断面積に対して、例えば、７０％から９０％の面積分率を有していてもよい。なお、本実施形態において、ハニカムコアの断面積は、第１面２１または第２面２２の面積と実質的に同値である。
ｘｙ平面と平行な断面において、複数個の中空セル２５の各々は、任意の輪郭を有し得る。複数個の中空セル２５の各々は、例えば、円形、多角形（三角形、八角形等）等の輪郭を有していてもよい。
図４は、本実施形態における隔壁の第１例を示す概略断面図である。図５は、本実施形態における隔壁の第２例を示す概略断面図である。
複数個の中空セル２５の各々は、例えば、四角形状または六角形状の輪郭を有していてもよい。中空セル２５の輪郭が四角形状または六角形状であることにより、例えば、ハニカムコアにおける中空セル２５の集積率が向上し得る。集積率の向上により、例えば、正極１０と負極２０との対向面積が増大し得る。その結果、例えば、出力の向上等が期待される。四角形は、例えば、正方形、平行四辺形、ひし形、台形等を含む。
なお、複数個の中空セル２５の輪郭は、全て同一であってもよい。複数個の中空セル２５の輪郭は、互いに異なっていてもよい。
隔壁２３は、任意の厚さ（ｔ）を有し得る。隔壁２３の厚さ（ｔ）は、ｘｙ平面と平行な断面において、隣接する中空セル２５同士の間の最短距離を示す。隔壁２３は、例えば、２０μｍから３５０μｍの厚さ（ｔ）を有していてもよい。隔壁２３の厚さ（ｔ）が２０μｍ以上であることにより、例えば、ハニカムコアの強度向上等が期待される。隔壁２３の厚さ（ｔ）が３５０μｍ以下であることにより、例えば、電池抵抗の低減等が期待される。隔壁２３は、例えば、１４０μｍ以上の厚さ（ｔ）を有していてもよい。
ｘｙ平面と平行な断面において、複数個の中空セル２５の各々は、例えば、９００μｍ2以上の断面積を有していてもよい。中空セル２５の断面積が９００μｍ2以上であることにより、例えば、電池容量の増大等が期待される。複数個の中空セル２５の各々は、例えば、６７６００μｍ2以上の断面積を有していてもよい。断面積の上限は任意である。複数個の中空セル２５の各々は、例えば、９００μｍ2から４９００００μｍ2の断面積を有していてもよい。複数個の中空セル２５の各々は、例えば、９００μｍ2から２５００００μｍ2の断面積を有していてもよい。断面積の上限が特定されることにより、例えば、電池抵抗の低減等が期待される。
《セパレータ》
図６は、図１のｙｚ平面と平行な断面の一例を示す概略断面図である。本実施形態において、「ｙｚ平面と平行な断面」は、「第１面２１（または第２面２２）に垂直な断面」を示す。
セパレータ３０は、正極１０と負極２０とを空間的に分離している。「空間的に分離された状態」とは、正極１０と負極２０とが直接接触していない状態を示す。セパレータ３０は、例えば、絶縁材料を含む。セパレータ３０は、正極１０と負極２０との間の電子伝導を実質的に遮断している。
セパレータ３０は、例えば、キャリアイオンの伝導経路を形成していてもよい。例えば、リチウムイオン電池におけるキャリアイオンは、リチウムイオンである。セパレータ３０は、例えば、固体電解質を含んでいてもよい。セパレータ３０が固体電解質を含む場合、正極１０および負極２０も固体電解質を含んでいてもよい。固体電解質は、例えば、酸化物固体電解質を含んでいてもよい。固体電解質は、例えば、硫化物固体電解質を含んでいてもよい。硫化物固体電解質は、例えば、硫化リンリチウム（Ｌｉ2Ｓ－Ｐ2Ｓ5）等を含んでいてもよい。
セパレータ３０は、例えば、ゲルポリマー電解質を含んでいてもよい。ゲルポリマー電解質は、例えば、ホストポリマーと、電解液（後述）とを含んでいてもよい。ホストポリマーは、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＰＶＤＦ－ＨＦＰ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、およびポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）からなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。
セパレータ３０は、第１層３１と第２層３２とを含む。第１層３１は、隔壁２３の少なくとも一部を被覆している。第１層３１は、実質的に、隔壁２３の全面を被覆していてもよい。ただし、正極１０と負極２０とが空間的に分離される限り、第１層３１は、隔壁２３の一部を被覆していてもよい。
第２層３２は、第１層３１と接続していてもよい。第２層３２および第１層３１は、連続していてもよい。第２層３２は、第１層３１と接続していなくてもよい。第２層３２は、第１層３１と不連続であってもよい。例えば、第２層３２と第１層３１との間に隙間があってもよい。
第２層３２は、第１面２１および第２面２２の少なくとも一部を被覆している。第２層３２は、例えば、第１面２１および第２面２２の両方を被覆していてもよい。第２層３２は、例えば、第１面２１のみを被覆していてもよい。第２層３２は、例えば、実質的に第１面２１の全面を被覆していてもよい。第２層３２は、例えば、第１面２１の一部を被覆していてもよい。第２層３２は、例えば、第２面２２のみを被覆していてもよい。第２層３２は、例えば、実質的に第２面２２の全面を被覆していてもよい。第２層３２は、例えば、第２面２２の一部を被覆していてもよい。
（第１層）
第１層３１は、中空セル２５の内部において、正極１０と負極２０とを分離している。第１層３１は、第１絶縁材料を含む。第１層３１は、実質的に第１絶縁材料からなっていてもよい。第１層３１は、第１絶縁材料に加えて、例えば、バインダ等をさらに含んでいてもよい。第１絶縁材料は、例えば、粒子等であってもよい。第１絶縁材料は、例えば、１０ｎｍから１μｍのメジアン径を有していてもよい。第１絶縁材料は、任意の成分を含み得る。第１絶縁材料は、例えば、アルミナ、ベーマイト、チタニア、マグネシア、およびジルコニアからなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。バインダは、任意の成分を含み得る。バインダは、例えば、ＰＶＤＦ、ＰＶＤＦ－ＨＦＰ、およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。バインダの配合量は、１００質量部の第１絶縁材料に対して、例えば、１質量部から１０質量部であってもよい。
第１層３１は、任意の厚さを有し得る。第１層３１の厚さは、図６のｙ軸方向の寸法を示す。第１層３１は、例えば、１μｍから１００μｍの厚さを有していてもよい。第１層３１は、例えば、１０μｍから３０μｍの厚さを有していてもよい。
図７は、図１のｘｙ平面と平行な断面の一例を示す概略断面図である。
ｘｙ平面と平行な断面において、中空セル２５の断面積に対する、第１層３１の面積分率は、例えば、１％から５０％であってもよい。第１層３１の面積分率は、例えば、１％から２０％であってもよい。第１層３１の面積分率は、例えば、１％から１０％であってもよい。
例えば、一部の中空セル２５は、第１絶縁材料のみが充填されていてもよい。例えば、図７に示されるように、外周壁２４に隣接する中空セル２５は、第１絶縁材料のみによって充たされていてもよい。これにより、例えば電池要素５０の強度向上等が期待される。
（第２層）
第２層３２は、中空セル２５の外部において、正極１０と負極２０とを分離している。第２層３２は、第２絶縁材料を含む。第２絶縁材料は、例えば、第１絶縁材料と同一であってもよい。第２絶縁材料は、例えば、第１絶縁材料と異なっていてもよい。第２絶縁材料が第１絶縁材料と異なることにより、例えば、第２層３２および第１層３１の形成方法の自由度が向上し得る。例えば、第１層３１の形成方法と異なる方法により、第２層３２が形成されてもよい。
第２層３２は、実質的に第２絶縁材料からなっていてもよい。第２層３２は、第２絶縁材料に加えて、その他の成分をさらに含んでいてもよい。第２絶縁材料は、例えば、粒子等であってもよい。第２絶縁材料は、例えば、１０ｎｍから１μｍのメジアン径を有していてもよい。第２絶縁材料は、任意の成分を含み得る。第２絶縁材料は、例えば、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ＰＴＦＥ、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、およびＰＡＡからなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。
第２層３２は、任意の厚さを有し得る。第２層３２の厚さは、図６のｚ軸方向の寸法を示す。第２層３２の厚さは、例えば、第１層３１の厚さと実質的に同一であってもよい。第２層３２の厚さは、例えば、第１層３１の厚さと異なっていてもよい。例えば、第２層３２の厚さは、第１層３１の厚さに比して大きくてもよい。第２層３２は、例えば、１μｍから１００μｍの厚さを有していてもよい。第２層３２は、例えば、１０μｍから３０μｍの厚さを有していてもよい。
第２層３２におけるキャリアイオンの透過性は、第１層３１におけるキャリアイオンの透過性と実質的に同一であってもよい。第２層３２におけるキャリアイオンの透過性は、第１層３１におけるキャリアイオンの透過性と異なっていてもよい。例えば、第２層３２におけるキャリアイオンの透過性は、第１層３１におけるキャリアイオンの透過性に比して低くてもよい。これにより、例えば、充放電（膨張収縮）に伴う、構造変化が緩和されることが期待される。キャリアイオンの透過性は、例えば、各層の空隙率、各層の厚さ、各層の構成材料（材質、粒径等）等により調整され得る。
図８は、本実施形態における第２層の構成の一例を示す概略断面図である。
図８には、図６と同様に、ｙｚ平面と平行な断面が示されている。図８には、第２層３２と第１層３１との境界付近が拡大されて示されている。
第２層３２の厚さは、例えば、全体にわたって略均一であってもよい。第２層３２の厚さは、例えば、部分的に変化していてもよい。例えば、図８に示されるように、ｚ軸方向において、第２層３２が外側に突出していてもよい。第２層３２は、例えば、丸みを帯びた形状を有していてもよい。第２層３２が丸みを帯びた形状を有することにより、例えば、充放電（膨張収縮）に伴うストレスが緩和されることが期待される。「丸みを帯びた形状」は、ｙｚ平面と平行な断面において、曲線形状を有し、かつ頂点となる角を有しない形状を示す。丸みを帯びた形状は、例えば、円弧、楕円弧、双曲線等を含み得る。
《正極》
正極１０は、負極２０に比して高い電位を有する電極である。図６に示されるように、正極１０は、第１領域１１と第２領域１２とを含む。第１領域１１は、中空セル２５に充填されている。第１領域１１は、実質的に、中空セル２５を充たしていてもよい。第１領域１１は、多孔質であってもよい。例えば、第１領域１１内に貫通孔等が形成されていてもよい。
図９は、本実施形態における正極の一例を示す概略図である。
図９には、ｘｙ平面と平行な断面が示されている。例えば、第１領域１１は、中空セル２５の輪郭と相似形を有していてもよい。例えば、図９の例においては、中空セル２５の輪郭が四角形（正方形）であり、第１領域１１も四角形（正方形）である。第１領域１１は、中空セル２５の輪郭と非相似形を有していてもよい。例えば、中空セル２５が多角形であり、第１領域１１が円形等であってもよい。
ｘｙ平面と平行な断面において、中空セル２５の断面積に対する、第１領域１１の面積分率は、例えば、５０％から９９％であってもよい。第１領域１１の面積分率は、例えば、８０％から９９％であってもよい。第１領域１１の面積分率は、例えば、９０％から９９％であってもよい。
図６に示されるように、第２領域１２は、ｙｚ平面と平行な断面において、セパレータ３０の第２層３２よりも外側に突出するように延びている。すなわち、第２領域１２は、第２層３２よりもｚ軸方向に突出した部分を含む。第２領域１２は、第２層３２の表面を被覆していてもよい。例えば、第２領域１２に正極集電部材４１が接続されてもよい。第２領域１２も、多孔質であってもよい。
図１０は、本実施形態における正極の一例を示す概略断面図である。
第２領域１２が第２層３２よりもｚ軸方向に突出した部分を含む限り、第２領域１２は、第２層３２よりもｚ軸方向に突出していない部分も含んでいてもよい。例えば、第１面２１側に第２領域１２が形成され、第２面２２側に第２領域１２が形成されていなくてもよい。図１０の構造においては、例えば、第１面２１側の第２領域１２に正極集電部材４１が接続され、第２面２２側の第２面２２に負極集電部材４２が接続されてもよい。
第１領域１１は、第２領域１２と同一組成を有していてもよい。第１領域１１は、第２領域１２と異なる組成を有していてもよい。第１領域１１および第２領域１２の各々は、正極活物質を含む。第１領域１１および第２領域１２の各々は、例えば、実質的に正極活物質からなっていてもよい。第１領域１１および第２領域１２の各々は、例えば、正極合材を含んでいてもよい。正極合材は、正極活物質に加えて、例えば、導電材およびバインダ等をさらに含んでいてもよい。
正極活物質は、例えば、粒子であってもよい。正極活物質は、例えば、１μｍから３０μｍのメジアン径を有していてもよい。正極活物質は、任意の成分を含み得る。正極活物質は、例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム、ニッケルコバルトアルミン酸リチウム、およびリン酸鉄リチウムからなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。導電材は、任意の成分を含み得る。導電材は、例えば、カーボンブラック、炭素繊維、金属粒子、および金属繊維からなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。導電材の配合量は、１００質量部の正極活物質に対して、例えば、０．１質量部から１０質量部であってもよい。バインダは、任意の成分を含み得る。バインダは、例えば、ＰＶＤＦ、ＰＶＤＦ－ＨＦＰ、ＰＴＦＥ、ＣＭＣおよびＰＡＡからなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。バインダの配合量は、１００質量部の正極活物質に対して、例えば、０．１質量部から１０質量部であってもよい。
《電解液》
電池１００は、電解液をさらに含んでいてもよい。電解液は、支持電解質と溶媒とを含む。支持電解質は、溶媒に溶解している。支持電解質は、任意の成分を含み得る。支持電解質は、例えば、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、およびＬｉ（ＦＳＯ2）2Ｎからなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。支持電解質の濃度は、例えば、０．５ｍоｌ／ｋｇから２ｍоｌ／ｋｇであってもよい。
溶媒は、非プロトン性である。溶媒は、任意の成分を含み得る。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）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）およびジエチルカーボネート（ＤＥＣ）からなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。
電解液は、支持電解質および溶媒に加えて、各種の添加剤をさらに含んでいてもよい。添加剤は、例えば、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、ビニルエチレンカーボネート（ＶＥＣ）、１，３－プロパンサルトン（ＰＳ）、シクロヘキシルベンゼン（ＣＨＢ）、ｔｅｒｔ－アミルベンゼン（ＴＡＢ）およびリチウムビスオキサレートボラート（ＬｉＢＯＢ）からなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。
《集電構造》
例えば、図６等に示されるように、電池１００は、正極集電部材４１と負極集電部材４２とをさらに含んでいてもよい。正極集電部材４１は、正極１０と外部端子（不図示）とを電気的に接続している。正極集電部材４１自体が外部端子を兼ねていてもよい。正極集電部材４１は、例えば、金属メッシュ、金属箔、金属線等を含んでいてもよい。正極集電部材４１は、例えば、Ａｌ、ニッケル（Ｎｉ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等を含んでいてもよい。
負極集電部材４２は、負極２０と外部端子とを電気的に接続している。負極集電部材４２自体が外部端子を兼ねていてもよい。負極集電部材４２は、例えば、金属メッシュ、金属箔、金属線等を含んでいてもよい。負極集電部材４２は、例えば、Ｎｉ、Ｃｕ等を含んでいてもよい。
図１１は、集電構造の第１例を示す概略図である。
正極集電部材４１は、ハニカムコアの高さ方向（ｚ軸方向）において、ハニカムコアの両側に配置されていてもよい。図６に示されるように、正極集電部材４１は、正極１０の第２領域１２に接続している。例えば、正極集電部材４１は、第２領域１２に接着されていてもよい。例えば、正極集電部材４１は、第２領域１２に圧着されていてもよい。例えば、正極集電部材４１は、第２領域１２に溶着されていてもよい。
負極集電部材４２は、ハニカムコア（負極２０）の外周壁２４に接続していてもよい。負極集電部材４２は、外周壁２４の全周にわたって延びていてもよい。例えば、負極集電部材４２は、ハニカムコアに接着されていてもよい。例えば、負極集電部材４２は、ハニカムコアに圧着されていてもよい。例えば、負極集電部材４２は、ハニカムコアに溶着されていてもよい。例えば、負極集電部材４２は、ハニカムコアに溶接されていてもよい。
図６および図１１の集電構造においては、正極１０の集電面積が大きくなり得る。これにより、正極由来の抵抗成分が低減することが期待される。
図１２は、集電構造の第２例を示す概略図である。
第１面２１から第２面２２に向かう方向（ｚ軸方向）において、正極集電部材４１は、ハニカムコアを挟んで負極集電部材４２と相対していてもよい。図１０に示されるように、第１面２１側において、正極集電部材４１は、正極１０の第２領域１２に接続していてもよい。負極集電部材４２は、セパレータ３０の第２層３２から露出している第２面２２に接続していてもよい。
図１０および図１２の集電構造においては、部品の配置が簡素になり得る。その結果、例えば、リサイクル性の向上等が期待される。
＜電池の製造方法＞
図１３は、本実施形態における電池の製造方法の一例を示す概略フローチャートである。電池の製造方法は、「（Ａ）ハニカムコアの成形」、「（Ｂ）セパレータの形成」および「（Ｃ）正極の形成」を含む。電池の製造方法は、「（Ｄ）集電部材の接続」および「（Ｅ）電解液の含浸」をさらに含んでいてもよい。
《（Ａ）ハニカムコアの成形》
電池の製造方法は、負極ペーストをハニカムコアに成形することを含む。「ペースト」は、固体粒子が液体分散媒に分散した分散系を示す。ペーストは、例えば「スラリー」、「懸濁液」等とも称され得る。
負極ペーストは、例えば、負極活物質とバインダと分散媒とが混合されることにより調製され得る。本実施形態の混合操作には、任意の混合機、攪拌機、分散機等が使用され得る。例えば、プラネタリミキサ、超音波ホモジナイザ等が使用されてもよい。負極活物質およびバインダの詳細は、前述のとおりである。分散媒は、例えば、バインダ等の種類に応じて、適当な材料が選択され得る。分散媒は、例えば、水等であってもよい。負極ペーストの固形分率は、例えば、５０％から７０％であってもよい。「固形分率」は、分散媒以外の成分の合計質量分率を示す。
ハニカムコア（負極２０）の詳細は、前述のとおりである。任意の方法により、負極ペーストがハニカムコアに成形され得る。例えば、押出成形法等により、負極ペーストがハニカムコアに成形されてもよい。例えば、ハニカムコア成形用の金型（ダイス）が準備される。負極ペーストが圧縮され、金型から押し出されることにより、湿潤成形体が形成される。湿潤成形体が乾燥されることにより、ハニカムコアが形成され得る。本実施形態の乾燥操作には、任意の乾燥機が使用され得る。例えば、熱風乾燥機、赤外線乾燥機等が使用されてもよい。
《（Ｂ）セパレータの形成》
電池の製造方法は、ハニカムコアの表面を被覆するセパレータ３０を形成することを含む。セパレータ３０は、第１層３１と第２層３２とを含むように形成される。第１層３１と第２層３２とは、実質的に同時に形成されてもよい。第１層３１と第２層３２とは、順次形成されてもよい。
各層は、任意の方法により形成される。第１層３１の形成方法は、第２層３２の形成方法と同一であってもよい。第１層３１の形成方法は、第２層３２の形成方法と異なっていてもよい。
例えば、セパレータペーストが調製されてもよい。セパレータペーストは、例えば、第１絶縁材料とバインダと分散媒とが混合されることにより、調製され得る。第１絶縁材料およびバインダの詳細は、前述のとおりである。分散媒は、例えばバインダの種類等に応じて、適当な材料が選択され得る。分散媒は、例えば、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）等であってもよい。セパレータペーストの固形分率は、例えば、４０％から７０％であってもよい。
例えば、セパレータペーストがハニカムコア内に注入されてもよい。例えば、シリンジ等が使用されてもよい。シリンジは、バレルとプランジャとを含む。例えば、ハニカムコアがバレル内に固定される。バレル内において、ハニカムコアとプランジャとの間に、セパレータペーストが配置される。プランジャにより、セパレータペーストがハニカムコア（中空セル２５）内に押し込まれる。注入後、セパレータペーストが乾燥される。これにより、第１層３１が形成され得る。第１層３１は、隔壁２３の少なくとも一部を被覆するように形成される。例えば、注入操作が繰り返されることにより、第１層３１の厚さが調整されてもよい。
例えば、セパレータペーストがハニカムコア内に吸引されてもよい。例えば、真空ポンプにより、ハニカムコアの第１面２１または第２面２２から、セパレータペーストが吸引される。吸引後、セパレータペーストが乾燥される。これにより、隔壁２３を被覆する第１層３１が形成され得る。例えば、吸引操作が繰り返されることにより、第１層３１の厚さが調整されてもよい。
例えば、第２絶縁材料を含む電着塗料が準備されてもよい。例えば、ハニカムコアの第１面２１および第２面２２の少なくとも一方が電着塗料に浸漬される。ハニカムコアと、対極との間に所定の電圧が印加されることにより、ハニカムコアに第２絶縁材料が堆積する。電着後、電着塗料が乾燥される。これにより、第２層３２が形成される。第２層３２は、第１面２１および第２面２２の少なくとも一方を被覆するように形成される。例えば、電着時間等により、第２層３２の厚さが調整され得る。
《（Ｃ）正極の形成》
電池の製造方法は、セパレータ３０の形成後、ハニカムコア内の中空セル２５に、正極ペーストを注入することにより、正極１０を形成することを含む。正極１０は、第１領域１１と第２領域１２とを含むように形成される。第１領域１１と第２領域１２とは、実質的に同時に形成されてもよい。第１領域１１と第２領域１２とは、順次形成されてもよい。
正極ペーストは、例えば、正極活物質と導電材とバインダと分散媒とが混合されることにより、調製され得る。正極活物質、導電材およびバインダの詳細は、前述のとおりである。分散媒は、例えば、バインダの種類等に応じて、適当な材料が選択され得る。分散媒は、例えば、ＮＭＰ等であってもよい。正極ペーストの固形分率は、例えば、５０％から８０％であってもよい。
例えば、正極ペーストがハニカムコア内に注入されてもよい。例えば、セパレータ３０の形成方法と同様に、シリンジ等が使用されてもよい。例えば、正極ペーストがハニカムコア内に吸引されてもよい。例えば、セパレータ３０の形成方法と同様に、真空ポンプ等が使用されてもよい。注入または吸引後、正極ペーストが乾燥される。
正極ペーストの一部は中空セル２５に充填される。これにより第１領域１１が形成される。例えば、中空セル２５から吐出された正極ペーストが、第２領域１２を形成してもよい。例えば、別途、正極ペーストが塗布されることにより、第２領域１２が形成されてもよい。第２領域１２は、第１面２１に垂直な断面（例えば図６）において、セパレータ３０の第２層３２よりも外側に突出するように形成される。この時、第２領域１２（正極１０）と第１面２１等（負極２０）との短絡を、第２層３２（セパレータ３０）が阻害し得る。第２領域１２（正極１０）は、第２層３２（セパレータ３０）を被覆するように形成されてもよい。以上より、電池要素５０が形成される。
《（Ｄ）集電部材の接続》
電池の製造方法は、正極１０に正極集電部材４１を接続すること、および負極２０に負極集電部材４２を接続すること、さらに含んでいてもよい。
正極集電部材４１および負極集電部材４２の詳細は、前述のとおりである。例えば、正極集電部材４１として、Ａｌ箔、Ａｌメッシュ等が準備されてもよい。例えば、正極集電部材４１が第２領域１２に接着されてもよい。正極集電部材４１と第２領域１２とを接着するために、例えば、正極ペースト等が使用されてもよい。
例えば、負極集電部材４２として、Ｎｉ平線等が準備されてもよい。例えば、Ｎｉ平線が外周壁２４に巻き付けられてもよい。例えば、抵抗溶接により、負極集電部材４２が外周壁２４に溶接されてもよい。
《（Ｅ）電解液の含浸》
電池の製造方法は、電池要素５０に電解液を含浸することを含んでいてもよい。例えば、電池ケースが準備される。電池ケースの詳細は、前述のとおりである。電池要素５０が電池ケースに収納される。
電解液が準備される。電解液の詳細は、前述のとおりである。所定量の電解液が電池ケース内に注入される。これにより、電池要素５０に電解液が含浸され得る。電解液の注入後、電池ケースが密封される。以上より、電池１００が製造される。
以下、本開示の実施例（以下「本実施例」とも記される。）が説明される。ただし、以下の説明は、特許請求の範囲を限定しない。
＜供試電池の製造＞
下記手順より、Ｎｏ．１からＮｏ．８に係る供試電池が製造された。
《（Ａ）ハニカムコアの成形》
下記材料が準備された。
負極活物質：黒鉛（メジアン径 １５μｍ）
バインダ：ＣＭＣ
分散媒：イオン交換水
１００質量部の負極活物質と、１０質量部のバインダと、６０質量部の分散媒とが混合されることにより、負極ペーストが調製された。
ハニカムコア成形用の金型が準備された。負極ペーストが圧縮され、金型から押し出されることにより、湿潤成形体が形成された。湿潤成形体が乾燥されることにより、ハニカムコア（負極２０）が形成された。乾燥温度は１２０℃であった。乾燥時間は３時間であった。
図１４は、本実施例における供試電池の製造過程を示す第１説明図である。
図１４の上段は写真画像である。図１４の中段は、第１面２１と平行な断面の光学顕微鏡画像である。図１４の下段は、概略図である。
図１４の写真画像に示されるように、本実施例におけるハニカムコアは、円柱状であった。ハニカムコアの径（ｄ）は、２０ｍｍであった。Ｎｏ．１におけるハニカムコアの高さ（ｈ）は、１０ｍｍであった。
中空セル２５の断面形状は、正方形であった。正方形の一辺の長さは、２６０μｍであった。隔壁２３の厚さ（ｔ）は、１４０μｍであった。ハニカムコアの密度は、材料の質量および寸法から、１．２４ｇ／ｃｍ3と見積もられる。
《（Ｂ）セパレータの形成》
下記材料が準備された。
第１絶縁材料：ベーマイト（メジアン径 １００ｎｍ）
バインダ：ＰＶＤＦ（製品名「ＫＦポリマー」、グレード「♯8500」、クレハ社製）
分散媒：ＮＭＰ
４５質量部の第１絶縁材料と、４質量部のバインダと、４０質量部の分散媒とが混合されることにより、セパレータペーストが調製された。４ｇから５ｇ程度のセパレータペーストがハニカムコアの第１面２１に載せられた。真空ポンプにより、第２面２２側からセパレータペーストがハニカムコア内に吸引された。これにより、隔壁２３にセパレータペーストが塗布された。吸引後、セパレータペーストが乾燥された。これにより、第１層３１が形成された。乾燥温度は１２０℃であった。乾燥時間は１５分であった。セパレータペーストの乾燥後、一部の中空セル２５が第１絶縁材料によって塞がれていた。そのため、第１面２１および第２面２２が研磨されることにより、中空セル２５が開口された。
図１５は、本実施例における供試電池の製造過程を示す第２説明図である。
図１５の上段は写真画像である。図１５の中段は、第１面２１と平行な断面の光学顕微鏡画像である。図１５の下段は、概略図である。
図１５の光学顕微鏡画像に示されるように、第１層３１は、隔壁２３を被覆していた。本実施例において、第１層３１の厚さは、約２０μｍであった。
電着塗料（製品名「エレコートＰＩ」、シミズ社製）が準備された。電着塗料は、分散質と、分散媒とを含んでいた。分散質は、樹脂粒子（ポリイミド）を含んでいた。分散媒は、水を含んでいた。樹脂粒子は、第２絶縁材料に相当する。負極集電部材４２として、Ｎｉ平線（厚さ ５０μｍ、幅 ３ｍｍ）が準備された。負極集電部材４２がハニカムコアの外周壁２４に１周にわたって巻き付けられた。抵抗溶接により、負極集電部材４２が外周壁２４に溶接された。負極集電部材４２が電源に接続された。ハニカムコアが電着塗料に浸漬された。ハニカムコアが陰極となるように、３０Ｖの電圧が印加された。２分間にわたって電着が行われた。これにより、第１面２１および第２面２２に第２絶縁材料が堆積することにより、第２層３２が形成された。電着後、水によってハニカムコアが軽く洗浄されることにより、余分な電着塗料が実質的に除去された。洗浄後、ハニカムコアに熱処理が施された。熱処理温度は１８０℃であった。熱処理時間は１時間であった。
図１６は、本実施例における供試電池の製造過程を示す第３説明図である。
図１６の上段は写真画像である。図１６の中段は、ハニカムコアの上面の光学顕微鏡画像である。図１６の下段は、概略図である。
図１６の光学顕微鏡画像に示されるように、第２層３２は、第１面２１および第２面２２を被覆していた。第２層３２は、第１層３１と接続していた。
《（Ｃ）正極の形成》
下記材料が準備された。
正極活物質：コバルト酸リチウム（メジアン径 １０μｍ）
導電材：アセチレンブラック
バインダ：ＰＶＤＦ（製品名「ＫＦポリマー」、グレード「♯1300」、クレハ社製）
分散媒：ＮＭＰ
６４質量部の正極活物質と、４質量部の導電材と、２質量部のバインダと、３０質量部の分散媒とが混合されることにより、正極ペーストが調製された。プラスチック製のシリンジが準備された。シリンジのバレル内に、ハニカムコアが固定された。バレル内において、ハニカムコアとプランジャとの間に、約３．５ｇの正極ペーストが配置された。プランジャにより、正極ペーストがハニカムコア内に押し込まれた。すなわち、正極ペーストが中空セル２５に充填された。押し込み側と反対側の開口部から、正極ペーストが吐出した時点で、プランジャの押し込みが停止された。正極ペーストの充填後、ハニカムコアがバレルから取り出された。ハニカムコアが乾燥された。乾燥温度は１２０℃であった。乾燥時間は３０分であった。以上より、正極１０が形成された。正極１０の密度は、材料の質量および寸法等から、１．９５ｇ／ｃｍ3と見積もられる。以上より、電池要素５０が形成された。
図１７は、本実施例における供試電池の製造過程を示す第４説明図である。
図１７の上段は写真画像である。図１７の中段は、第１面２１と平行な断面の光学顕微鏡画像である。図１７の下段は、概略図である。
正極１０は、第１領域１１と第２領域１２とを含んでいた。図１７の光学顕微鏡画像に示されるように、第１領域１１は、中空セル２５に充填されていた。第２領域１２は、セパレータ３０の第２層３２よりも外側に突出するように延びていた。第２領域１２は、第２層３２を被覆していた。
《（Ｄ）集電部材の接続》
正極集電部材４１として、Ａｌ箔（厚さ １５μｍ）が準備された。打ち抜き加工により、正極集電部材４１が円形（直径 ２５ｍｍ）に加工された。ハニカムコアの高さ方向において、ハニカムコアの両側に正極集電部材４１がそれぞれ配置された。約０．５ｇの正極ペーストにより、正極集電部材４１が第２領域１２（正極１０）に接着された。
前述のように、本実施例においては第２層３２の形成時（電着時）に、負極集電部材４２が外周壁２４（負極２０）に接続された。
外部端子として、ＳＵＳタブが準備された。正極集電部材４１および負極集電部材４２の各々に、ＳＵＳタブが溶接された。
《（Ｅ）電解液の含浸》
下記成分を含む電解液が準備された。
支持電解質：ＬｉＰＦ6（濃度 １ｍоｌ／ｋｇ）
溶媒：ＥＣ／ＥＭＣ／ＤＭＣ＝１／１／１（体積比）
電池ケースとして、Ａｌラミネートフィルム製の袋が準備された。電池要素５０が電池ケースに収納された。５ｇの電解液が電池ケースに注入された。電解液の注入後、真空シーラにより、電池ケースが密封された。以上より、Ｎｏ．１に係る供試電池が製造された。
下記表１に示されるように、ハニカムコアの高さ（ｈ）、隔壁２３の厚さ（ｔ）、中空セル２５の断面積が変更されることを除いては、Ｎｏ．１と同様に、Ｎｏ．２からＮｏ．９に係る供試電池が製造された。
＜充放電試験＞
下記条件により、各供試電池の放電容量が測定された。結果は、下記表１に示される。
充電：ＣＣＣＶ方式、ＣＣ電流 ２００ｍＡ、ＣＶ電圧 ４．２Ｖ、終止電流 １０ｍＶ
放電：ＣＣＣＶ方式、ＣＣ電流 ２００ｍＡ、ＣＶ電圧 ３Ｖ、終止電流 １０ｍＡ
「ＣＣＣＶ方式」は、定電流定電圧方式を示す。「ＣＣ電流」は、定電流充電時の電流を示す。「ＣＶ電圧」は、定電圧充電時の電圧を示す。定電圧充電または定電圧放電中は、電流が減衰する。電流が「終止電流」まで減衰した時点で、充電または放電が停止される。
Figure 0007327302000001
＜結果＞
上記表１に示されるように、本実施例における供試電池は、充放電可能であった。本実施例においては、電池要素５０の外部に集電部材（集電体）が配置されている。したがって集電部材の取り外しが容易であり、リサイクル性に優れると考えられる。さらに、正極１０と負極２０とが立体的に隣接しているため、正極１０と負極２０との対向面積が大きいと考えられる。したがって、集電体が削減されても、所期の電池抵抗が実現され得ると考えられる。以上より、本実施例における供試電池は、集電体の削減が可能な構造を有すると考えられる。
Ｎｏ．６は、隔壁２３の厚さ（ｔ）が２０μｍ未満である。Ｎｏ．６においては、充放電時に短絡が発生したため、放電容量が測定できなかった。充放電試験後、供試電池が解体され、電池要素５０が確認された。その結果、隔壁２３の一部が破損していることが確認された。充電時に、負極活物質が膨張することにより、隔壁２３にストレスが加わると考えられる。例えば、充電時のストレスに応じて、隔壁２３の厚さ（ｔ）を設定することが考えられる。
Ｎｏ．７は、隔壁２３の厚さ（ｔ）が３５０μｍを超えている。Ｎｏ．７においては、充電容量および放電容量が少なかった。Ｎｏ．７において、容量が減少した原因は、不明である。あくまで推定であるが、例えば、次のように考えられる。すなわち、隔壁２３の厚さ（ｔ）および中空セル２５の断面積が大きくなることにより、イオン伝導抵抗が増大し、充放電反応が不活発になっていると考えられる。例えば、所望のイオン伝導抵抗となるように、隔壁２３の厚さ（ｔ）および中空セル２５の断面積を調整することが考えられる。
Ｎｏ．８およびＮｏ．９においては、ハニカムコアの高さ（ｈ）が３ｍｍ未満である。Ｎｏ．８においては、充放電時に短絡が発生したため、放電容量が測定できなかった。Ｎｏ．９においては、ハニカムコアに正極ペーストを注入する時に、ハニカムコアが破損したため、放電容量が測定できなかった。
以上の結果から、例えば、ハニカムコアの高さ（ｈ）、隔壁２３の厚さ（ｔ）および中空セル２５の断面積が調整されることにより、所望の性能を有する電池が提供されると考えられる。
本実施形態および本実施例は、全ての点で例示である。本実施形態および本実施例は、制限的なものではない。例えば、本実施形態および本実施例から、任意の構成が抽出され、それらが任意に組み合わされることも、当初から予定されている。
特許請求の範囲の記載に基づいて定められる技術的範囲は、特許請求の範囲の記載と均等の意味における全ての変更を包含する。さらに、特許請求の範囲の記載に基づいて定められる技術的範囲は、特許請求の範囲の記載と均等の範囲内における全ての変更も包含する。
１０ 正極、１１ 第１領域、１２ 第２領域、２０ 負極、２１ 第１面、２２ 第２面、２３ 隔壁、２４ 外周壁、２５ 中空セル、３０ セパレータ、３１ 第１層、３２ 第２層、４１ 正極集電部材、４２ 負極集電部材、５０ 電池要素、１００ 電池、１１０ 正極シート、１１１ 正極集電箔、１１２ 正極合材層、１２０ 負極シート、１２１ 負極集電箔、１２２ 負極合材層、１３０ セパレータシート、１５０ 積層体。

Claims (15)

  1. 正極と、
    負極と、
    セパレータと、
    を含み、
    前記負極は、ハニカムコアを形成しており、
    前記ハニカムコアは、第１面と第２面と隔壁と外周壁とを含み、
    前記第２面は、前記第１面と相対しており、
    前記隔壁は、前記第１面と前記第２面との間に形成されており、
    前記第１面と平行な断面において、前記隔壁は、格子状に延びることにより、複数個の中空セルを仕切っており、
    前記第１面と平行な前記断面において、前記外周壁は、前記隔壁の周囲を取り囲んでおり、
    複数個の前記中空セルの各々は、前記第１面から前記第２面に向かう方向において、前記ハニカムコアを貫通しており、
    前記セパレータは、前記正極と前記負極とを空間的に分離しており、
    前記セパレータは、第１層と第２層とを含み、
    前記第１層は、前記隔壁の少なくとも一部を被覆しており、
    前記第２層は、前記第１面および前記第２面の少なくとも一部を被覆しており、
    前記正極は、第１領域と第２領域とを含み、
    前記第１領域は、前記中空セルに充填されており、
    前記第２領域は、前記第１面に垂直な断面において、前記セパレータの前記第２層よりも外側に突出するように延びている、
    電池。
  2. 前記ハニカムコアは、３ｍｍ以上の高さを有し、
    前記高さは、前記第１面と前記第２面との間の距離を示す、
    請求項１に記載の電池。
  3. 前記第１面と平行な前記断面において、複数個の前記中空セルの各々は、９００μｍ2以上の断面積を有する、
    請求項１または請求項２に記載の電池。
  4. 前記第１面と平行な前記断面において、複数個の前記中空セルの各々は、四角形状または六角形状の輪郭を有する、
    請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電池。
  5. 前記隔壁は、２０μｍから３５０μｍの厚さを有する、
    請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電池。
  6. 正極集電部材と、
    負極集電部材と、
    をさらに含み、
    前記正極集電部材は、前記正極の前記第２領域に接続しており、
    前記負極集電部材は、前記外周壁に接続している、
    請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電池。
  7. 正極集電部材と、
    負極集電部材と、
    をさらに含み、
    前記第１面から前記第２面に向かう前記方向において、前記正極集電部材は、前記ハニカムコアを挟んで前記負極集電部材と相対しており、
    前記正極集電部材は、前記正極の前記第２領域に接続しており、
    前記負極集電部材は、前記第２層から露出している前記第２面に接続している、
    請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電池。
  8. 前記セパレータにおいて、
    前記第１層は、第１絶縁材料を含み、
    前記第２層は、第２絶縁材料を含み、
    前記第２絶縁材料は、前記第１絶縁材料と異なる、
    請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電池。
  9. ハニカムコアを形成する負極を含む、電池の製造方法であって、
    前記ハニカムコアは、第１面と第２面と隔壁と外周壁とを含み、
    前記第２面は、前記第１面と相対しており、
    前記隔壁は、前記第１面と前記第２面との間に形成されており、
    前記第１面と平行な断面において、前記隔壁は、格子状に延びることにより、複数個の中空セルを仕切っており、
    前記第１面と平行な前記断面において、前記外周壁は、前記隔壁の周囲を取り囲んでおり、
    複数個の前記中空セルの各々は、前記第１面から前記第２面に向かう方向において、前記ハニカムコアを貫通しており、
    前記電池の製造方法は、
    負極ペーストを前記ハニカムコアに成形すること、
    前記ハニカムコアの表面を被覆するセパレータを形成すること、
    および、
    前記セパレータの形成後、前記ハニカムコア内の前記中空セルに、正極ペーストを注入することにより、正極を形成すること、
    を含み、
    前記セパレータは、前記正極と前記負極とを空間的に分離するように形成され、
    前記セパレータは、第１層と第２層とを含むように形成され、
    前記第１層は、前記隔壁の少なくとも一部を被覆しており、
    前記第２層は、前記第１面および前記第２面の少なくとも一部を被覆しており、
    前記正極は、第１領域と第２領域とを含むように形成され、
    前記第１領域は、前記中空セルに充填されており、
    前記第２領域は、前記第１面に垂直な断面において、前記セパレータの前記第２層よりも外側に突出するように延びている、
    電池の製造方法。
  10. 押出成形法により、前記負極ペーストが前記ハニカムコアに成形される、
    請求項９に記載の電池の製造方法。
  11. 前記第１面または前記第２面から、前記ハニカムコア内にセパレータペーストが吸引されることにより、前記第１層が形成され、
    前記セパレータペーストは、第１絶縁材料を含む、
    請求項９または請求項１０に記載の電池の製造方法。
  12. 電着法により、第２絶縁材料が前記第１面および前記第２面に堆積することにより、前記第２層が形成される、
    請求項１１に記載の電池の製造方法。
  13. 前記第２絶縁材料は、前記第１絶縁材料と異なる、
    請求項１２に記載の電池の製造方法。
  14. 前記正極に正極集電部材を接続すること、
    および、
    前記負極に負極集電部材を接続すること、
    をさらに含み、
    前記正極集電部材は、前記正極の前記第２領域に接続され、
    前記負極集電部材は、前記外周壁に接続される、
    請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載の電池の製造方法。
  15. 前記正極に正極集電部材を接続すること、
    および、
    前記負極に負極集電部材を接続すること、
    をさらに含み、
    前記第１面から前記第２面に向かう前記方向において、前記正極集電部材は、前記ハニカムコアを挟んで前記負極集電部材と相対するように配置され、
    前記正極集電部材は、前記正極の前記第２領域と接続され、
    前記負極集電部材は、前記第２層から露出している前記第２面に接続される、
    請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載の電池の製造方法。
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