JP7479104B1 - 電極シート及び２次電池 - Google Patents

Abstract

リチウム２次電池の有用性を向上させる技術を提供する。電極シート１は、長手方向と短手方向とを有し、短手方向を軸方向として巻回されることにより２次電池２の電極を構成する電極シート１であって、樹脂層１０と、当該樹脂層１０の両面のそれぞれに設けられた第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂとを備える集電体３と、第１集電層１２ａの、樹脂層１０とは反対側の面に設けられた第１活物質層１６ａと、第１集電層１２ａの短手方向の一端に接合され、当該接合により長手方向に沿って第１接合痕２４ａが形成されている第１金属シート２０ａであって、第１集電層１２ａよりも短手方向に延出する第１延出部４０ａを有する、第１金属シート２０ａと、を備える。

Description

本開示の例示的実施形態は、電極シート及び２次電池に関する。

近年、太陽光又は風力等の自然エネルギーを電気エネルギーに変換する技術が注目されている。これに伴い、安全性が高く、かつ多くの電気エネルギーを蓄えることができる蓄電デバイスとして、様々な２次電池が開発されている。

その中でも、正極及び負極の間をリチウムイオンが移動することで充放電を行うリチウム２次電池は、高電圧及び高エネルギー密度を示すことが知られている。典型的なリチウム２次電池として、正極及び負極がリチウム元素を保持するための活物質を有するリチウムイオン２次電池（ＬＩＢ）が知られている。リチウムイオン２次電池では、正極活物質及び負極活物質の間でリチウムイオンが授受されることで充放電が行われる。

また、リチウムイオン２次電池の安全性を高めることを目的とする集電体が開発されている。例えば、特許文献１には、電気抵抗は従来と同等レベルを維持しつつ、過充電時や高温下で発生する異常発熱の際に発火を防止する正・負極構成を提供することを目的とするリチウムイオン２次電池が開示されている。

また、発熱を抑制することを目的として、オーム抵抗が小さい２次電池が開発されている。例えば、特許文献２には、電極集電体と缶内面との間により均一な電気的接触を提供するエネルギー貯蔵デバイスのセルが開示されている。

特開平１１－１０２７１１号公報 特表２０２２－５１２７７６号公報

本開示は、２次電池の有用性を向上させる技術を提供する。

本開示の一つの例示的実施形態において、長手方向と短手方向とを有し、短手方向を軸方向として巻回されることにより２次電池の電極を構成する電極シートであって、樹脂層と、当該樹脂層の両面のそれぞれに設けられた第１集電層及び第２集電層とを備える集電体と、第１集電層の、樹脂層とは反対側の面に設けられた第１活物質層と、第１集電層の短手方向の一端に接合され、当該接合により長手方向に沿って第１接合痕が形成されている第１金属シートであって、第１集電層よりも短手方向に延出する第１延出部を有する、第１金属シートと、を備える２次電池が提供される。

本開示の他の一つの例示的実施形態において、それぞれが長手方向と短手方向とを有する正極シート及び負極シートにセパレータを挟んだ積層シートを、短手方向を軸方向として巻回することにより構成される２次電池であって、正極シートは、正極側樹脂層と、当該正極側樹脂層の両面のそれぞれに設けられた第１集電層及び第２集電層とを備える正極側集電体と、第１集電層の、正極側樹脂層とは反対側の面に設けられた正極活物質層と、第１集電層の短手方向の一端に接合され、当該接合により長手方向に沿って第１接合痕が形成されている第１金属シートであって、第１集電層よりも短手方向に延出する第１延出部を有する、第１金属シートと、を備え、負極シート５は、負極側樹脂層と、当該負極側樹脂層の両面のそれぞれに設けられた第３集電層及び第４集電層とを備える負極側集電体と、第３集電層の、負極側樹脂層とは反対側の面に設けられた負極活物質層と、第３集電層の短手方向の他端に接合され、当該接合により長手方向に沿って第３接合痕が形成されている第３金属シートであって、第３集電層よりも短手方向に延出する第３延出部を有する、第３金属シートと、を備え、セパレータは、正極活物質層及び負極活物質層に接する２次電池が提供される。

本開示の一つの例示的実施形態によれば、２次電池の有用性を向上させる技術を提供することができる。

第１実施形態にかかる電極シートの構成例を説明するための図である。 第１実施形態にかかる電極シートの構成例を説明するための図である。 第１実施形態にかかる電極シートの構成例を説明するための図である。 第１実施形態にかかる電極シートの構成例を説明するための図である。 第１実施形態にかかる電極シートの構成例を説明するための図である。 第２実施形態にかかる電極シートの構成例を説明するための図である。 第２実施形態にかかる電極シートの構成例を説明するための図である。 第２実施形態にかかる電極シートの構成例を説明するための図である。 ２次電池の構成例を説明するための図である。 ２次電池の構成例を説明するための図である。 ２次電池の構成例を説明するための図である。 電極シートの変形例を説明するための図である。 電極シートの変形例を説明するための図である。 電極シートの変形例を説明するための図である。 電極シートの変形例を説明するための図である。 電極シートの変形例を説明するための図である。 電極シートの変形例を説明するための図である。 電極シートの変形例を説明するための図である。 電極シートの変形例を説明するための図である。

以下、本開示の各実施形態について説明する。

一つの例示的実施形態において、長手方向と短手方向とを有し、短手方向を軸方向として巻回されることにより２次電池の電極を構成する電極シートであって、樹脂層と、当該樹脂層の両面のそれぞれに設けられた第１集電層及び第２集電層とを備える集電体と、第１集電層の、樹脂層とは反対側の面に設けられた第１活物質層と、第１集電層の短手方向の一端に接合され、当該接合により長手方向に沿って第１接合痕が形成されている第１金属シートであって、第１集電層よりも短手方向に延出する第１延出部を有する、第１金属シートと、を備える、電極シートが提供される。

一つの例示的実施形態において、第１延出部には、一以上の切り込みが設けられている。

一つの例示的実施形態において、一以上の切り込みは、短手方向に沿って設けられている。

一つの例示的実施形態において、第１延出部には、短手方向に窪む凹部が長手方向に沿って複数設けられている。

一つの例示的実施形態において、複数の凹部は、互いに一定間隔離間して設けられている。

一つの例示的実施形態において、凹部は、矩形状である。

一つの例示的実施形態において、第１接合痕は、溶接痕である。

一つの例示的実施形態において、第１接合痕は、第１金属シートから第１集電層にわたって形成されている。

一つの例示的実施形態において、第１接合痕は、長手方向に沿って、線状又は複数の点状に形成されている。

一つの例示的実施形態において、第１接合痕は、第１金属シートから第２集電層にわたって形成されている。

一つの例示的実施形態において、集電体は、第１接合痕を含む断面において、第２集電層から第１集電層に向かう方向に窪んだ形状である。

一つの例示的実施形態において、集電体は、第１接合痕を含む断面において、第１集電層及び第２集電層が一体化された領域を有する。

一つの例示的実施形態において、第２集電層の、樹脂層とは反対側の面に設けられた第２活物質層と、第２集電層の短手方向の一端に接合され、当該接合により長手方向に沿って第２接合痕が形成されている第２金属シートであって、第２集電層よりも短手方向に延出する第２延出部を有する、第２金属シートと、をさらに備える。

一つの例示的実施形態において、第２接合痕は、溶接痕であり、第２接合痕を含む断面において、第１集電層から第２集電層に向かう方向に窪んだ形状である。

一つの例示的実施形態において、第１延出部と第２延出部とが互いに接合されている。

一つの例示的実施形態において、第１金属シートは、第１活物質層との間に０．１ｍｍ～１０ｍｍの間隔を空けて一端に接合される。

一つの例示的実施形態において、第１活物質層は、正極活物質であり、第１金属シートは、アルミニウムを含む金属である。

一つの例示的実施形態において、第１活物質層は、負極活物質であり、第１金属シートは、銅を含む金属である。

以下、図面を参照して、本開示の各実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一または同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づいて上下左右等の位置関係を説明する。図面の寸法比率は実際の比率を示すものではなく、また、実際の比率は図示の比率に限られるものではない。

本開示において、２次電池２の有用性とは、２次電池２のエネルギー密度、安全性、製造に要する金銭的なコスト及び製造の効率等の少なくとも一部を含む。

また、本開示において、２次電池２は典型的にはリチウムイオン２次電池であるとして説明するが、他の種類の２次電池に対しても適用可能である。

＜第１実施形態に係る電極シート１の構成例＞
図１－図５は、第１実施形態に係る電極シート１の構成例について説明するための図である。

図１は、電極シート１の構成例を説明するための俯瞰図である。電極シート１は、長手方向と短手方向とを有する。長手方向は、図１におけるｘ軸と平行な方向である。短手方向は、図１におけるｙ軸と平行な方向である。２次電池２は、電極シート１を短手方向を軸方向として巻回することにより構成される。

図２は、図１における領域１００の部分を切り出した断面斜視図である。図２のとおり、電極シート１は、集電体３と、第１活物質層１６ａ及び第２活物質層１６ｂと、第１金属シート２０ａとを備える。

［集電体３］
集電体３は、樹脂層１０と、第１集電層１２ａと、第２集電層１２ｂとにより構成される。第１集電層１２ａは樹脂層１０のｚ軸の正の方向の面に設けられる。第２集電層１２ｂは樹脂層１０のｚ軸の負の方向の面に設けられる。

樹脂層１０は、例えば、シート状（フィルム状）又は繊維状の樹脂で構成されてよい。樹脂は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の熱可塑性樹脂の少なくとも１つであってよい。樹脂層１０は、当該樹脂の少なくとも１つ以上が複数積層されて構成されてもよい。一実施形態において、樹脂層１０は、融点が１３０℃以上３００℃以下の材料から形成される。一実施形態において、樹脂層１０の平均厚さは、２μｍ以上１５μｍ以下、又は、３μｍ以上１０μｍ以下でよい。

樹脂層１０を備えるように集電体３を構成すると、電極シート１の安全性が高まる。樹脂層１０は、２次電池２が過充電等により異常発熱した際に溶融する材質で構成される。樹脂層１０が溶融すると、電極シート１が破損するため、電池内部の電流が遮断される。これにより、電池の発火等が抑制され得る。

第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂは、それぞれ第１活物質層１６ａ及び第２活物質層１６ｂから電力を取り出すための層である。第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂの材質は、例えば、アルミニウムを含む金属である。一実施形態において、第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂは集電体３において樹脂層１０を挟むように形成される。そのため、第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂは、後述する第１接合痕２４ａの領域２０２以外の部分では通電しない。

一実施形態において、第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂは、リチウムイオンと反応しない導電体から構成される。一実施形態において、第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂは、アルミニウム、チタン、ステンレス、ニッケル及びこれらの合金からなる群から選択される少なくとも一種の材料から構成される。第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂは、一例では、アルミニウム又はアルミニウム合金である。一実施形態において、第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂは、上記材料を樹脂層１０の表面に、蒸着、スパタリング、電解めっき又は貼り合わせすることで形成される。一実施形態において、第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂの平均厚さは、１．０μｍ以上１５μｍ以下、２．０μｍ以上１０μｍ以下、又は、３．０μｍ以上６．０μｍ以下でよい。

［第１活物質層１６ａ及び第２活物質層１６ｂ］
第１活物質層１６ａは、第１集電層１２ａの樹脂層１０とは反対側の面（すなわち、図２では、第１集電層１２ａからｚ軸の正の方向の面）に設けられた層である。また、第２活物質層１６ｂは、第２集電層１２ｂの樹脂層１０とは反対側の面（すなわち、図２では、第２集電層１２ｂからｚ軸の負の方向の面）に設けられた層である。第１活物質層１６ａ及び第２活物質層１６ｂは、活物質により構成される。

一実施形態において、第１活物質層１６ａ及び第２活物質層１６ｂは、同じ種類の活物質により構成される。例えば、第１活物質層１６ａが正極活物質により構成される場合、第２活物質層１６ｂも同様に正極活物質により構成される。他にも、例えば、第１活物質層１６ａが負極活物質により構成される場合、第２活物質層１６ｂも同様に負極活物質により構成される。

正極活物質は、キャリア金属を電極シート１に保持するための物質であり、キャリア金属のホスト物質ということもできる。正極活物質は、リチウムイオンを電極シート１に保持するための物質でよく、この場合、電池の充放電により正極活物質にリチウムイオンが充填及び脱離される。これにより、電池の安定性及び出力電圧が向上され得る。一実施形態において、正極活物質は、金属酸化物又は金属リン酸塩である。金属酸化物は、例えば、酸化コバルト系化合物、酸化マンガン系化合物、又は、酸化ニッケル系化合物でよい。金属リン酸塩は、例えば、リン酸鉄系化合物、又はリン酸コバルト系化合物でよい。一実施形態において、正極活物質は、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉｘＣｏｙＭｎｚＯ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、ＬｉＮｉｘＣｏｙＡｌｚＯ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、ＬｉＮｉｘＭｎｙＯ（ｘ＋ｙ＝１）、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＦｅＰＯ、ＬｉＣｏＰＯ、ＬｉＦｅＯＦ、ＬｉＮｉＯＦ、及びＬｉＴｉＳ２からなる群から選択される少なくとも１つでよい。正極活物質は、１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いられてよい。一実施形態において、第１活物質層１６ａ及び第２活物質層１６ｂにおける正極活物質の含有量は、第１活物質層１６ａ及び第２活物質層１６ｂの全体に対して５０質量％～１００質量％以下でよい。

負極活物質は、負極において電極反応、すなわち酸化反応及び還元反応を生じる物質である。負極活物質は、例えば、リチウム金属及びリチウム金属を含む合金、炭素系物質、金属酸化物、並びにリチウムと合金化する金属及び該金属を含む合金等でよい。上記炭素系物質は、例えば、グラフェン、グラファイト、ハードカーボン、カーボンナノチューブ等でよい。上記金属酸化物は、例えば、酸化チタン系化合物、酸化コバルト系化合物等でよい。上記リチウムと合金化する金属は、例えば、ケイ素、ゲルマニウム、スズ、鉛、アルミニウム、及びガリウムでよい。

２次電池２のエネルギー密度を向上させる観点から、電極シート１は、上述のとおり、第１活物質層１６ａ及び第２活物質層１６ｂの両方によって構成されてよい。しかし、一実施形態において、電極シート１は、第１活物質層１６ａ及び第２活物質層１６ｂの一方を備えなくてもよい。

［第１金属シート２０ａ］
第１金属シート２０ａは、第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂと、外部の電極タブとを通電させるための部材である。第１金属シート２０ａは、第１集電層１２ａの短手方向の一端（図２では、ｙ軸の負の方向の端）に接合される。第１金属シート２０ａが第１集電層１２ａに対して接合された箇所には、第１接合痕２４ａが形成されている。第１金属シート２０ａの材質は、例えば、アルミニウム又は銅を含む金属である。第１金属シート２０ａの厚さは、例えば、３μｍ～２０μｍであってよい。

一実施形態において、第１金属シート２０ａは、第１活物質層１６ａとの間に所定の間隔２０４を空けて第１集電層１２ａに対して接合される。所定の間隔２０４を空けることにより、正極側の電極シート１と負極側の電極シート１とを積層した場合の短絡のリスクが抑制される。一実施形態において、所定の間隔２０４は、０．１ｍｍ～１０ｍｍであってよく、１ｍｍ～５ｍｍであってもよい。

第１金属シート２０ａは、第１集電層１２ａとの間の通電が阻害されない方法によって第１集電層１２ａに対して接合される。第１金属シート２０ａは、第１集電層１２ａとの間に原子レベルの結合（例えば、金属結合）を生じさせる方法によって接合されてよい。このような接合によれば、第１金属シート２０ａと第１集電層１２ａとの間の熱伝導性が高まる。

第１金属シート２０ａは、第１集電層１２ａに対して、冶金的接合、機械的接合及び化学的接合のいずれによって接合されてもよい。冶金的接合は、溶接、圧接及びろう接を含む。溶接は、例えば、アーク溶接、電子ビーム溶接、ガス溶接及びレーザ溶接等を含む。圧接は、例えば、超音波接合、摩擦圧接及び拡散接合等を含む。ろう接は、例えば、はんだ付け等を含む。機械的接合は、例えば、リベット、かしめ、ボルト接合、焼き嵌め及び折り込み等を含む。化学的接合は、例えば、接着剤に接着等を含む。

一実施形態において、第１金属シート２０ａは、超音波接合により第１集電層１２ａに対して接合される。超音波接合は、２つの金属の間に圧力と振動を加えることにより、当該２つの金属の間に原子レベルの結合を生じさせる接合方法である。超音波接合により形成された接合痕は、金属が溶融することもあるため、溶接痕であるということもできる。

超音波接合は、短時間で第１金属シート２０ａを第１集電層１２ａに対して接合することを可能にする。また、超音波接合は、熱を加えずに第１金属シート２０ａを第１集電層１２ａ対して接合することを可能にする。また、超音波接合は、接合のために他の材料を消費しない。以上のとおり、超音波接合は、電極シート１の製造効率を向上させうる。一実施形態において、超音波接合は、連続して処理が可能なロータリー超音波接合であってよい。

第１金属シート２０ａは、第１延出部４０ａ及び第１接合痕２４ａを有する。図３－図５は、第１金属シート２０ａをより詳細に説明するための図である。

［第１延出部４０ａ］
図３は、図１におけるII－II断面の断面図である。一実施形態において、第１延出部４０ａは、第１金属シート２０ａのうち、集電体３と重なっていない部分の少なくとも一部である。第１延出部４０ａは、第１金属シート２０ａが集電体３から受け取った熱を外部に排出する。第１延出部４０ａの短手方向の長さは、０．５ｍｍ～２０ｍｍであってよく、２ｍｍ～１５ｍｍであってもよい。第１延出部４０ａの短手方向の長さは、第１金属シート２０ａの短手方向の全長に対して１０％～９０％であってよく、３０％～８０％であってもよい。電極シート１を短手方向を軸方向として巻回することにより構成される２次電池２は、軸方向（短手方向）の端部に第１延出部４０ａを有することになる。このとき第１延出部４０ａは、第１金属シート２０ａが集電体３から受け取った熱を外部に排出する放熱体として機能しうる。第１金属シート２０ａは、樹脂層１０を含む集電体３よりも熱伝導性が高く、第１延出部４０ａを介して２次電池２の内部の熱を効率的に外部に排出させることができる。すなわち、第１延出部４０ａを有することにより、２次電池２の放熱性が向上し得る。

［第１接合痕２４ａ］
第１接合痕２４ａは、第１金属シート２０ａ及び集電体３が重なっている位置に設けられる。また、第１接合痕２４ａは、第１金属シート２０ａの長手方向に沿って線状に設けられる（図１－図２参照）。また、図３のとおり、第１接合痕２４ａは、第１金属シート２０ａから第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂにわたって形成されている。

図４は、第１接合痕２４ａ周辺の拡大図である。図４のとおり、集電体３は、第１接合痕２４ａを含む断面において、第２集電層１２ｂから第１集電層１２ａに向かう方向に窪んだ形状となっている。第１接合痕２４ａは、第１金属シート２０ａが設けられていない第２集電層１２ｂの面から、第１金属シート２０ａが設けられている第１集電層１２ａの面に向かって圧力を作用させることで形成される。一実施形態において、第１接合痕２４ａは、超音波接合用のホーンを第２集電層１２ｂの面から第１集電層１２ａの面に向かって押し当てることによって形成される。この際、第２集電層１２ｂとは反対側にある第１集電層１２ａは、製造上の理由（例えば、ホーンに対応するアンビルによって圧力がかかること等）により変形することがあってよい。

このように、第１金属シート２０ａが設けられていない面から圧力を作用させて第１金属シート２０ａを第１集電層１２ａに対して接合することにより、電極シート１の製造時の歩留まりの低下を抑制することができる。仮に、第１金属シート２０ａの上からホーンを押し当てると、ホーンと第１金属シート２０ａとの間の接着力が、第１金属シート２０ａと第１集電層１２ａとの間の接着力を上回る場合がある。このような場合、超音波接合用のホーンを第１金属シート２０ａから取り外す際に第１金属シート２０ａと第１集電層１２ａとの間の接合が剥離する可能性が高まる。これは、超音波接合を行う際に、ホーンと第１金属シート２０ａとの間で大きな発熱が生じるからであると考えられる。これに対して、ホーンを第２集電層１２ｂの上から押し当てた場合には比較的発熱が抑えられるため、ホーンを取り外す際の接合の剥離を抑制することができる。

集電体３は、第１接合痕２４ａを含む断面において、第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂが一体化された領域２０２を有する。一実施形態において、領域２０２では、第１金属シート２０ａ、第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂが超音波接合により溶融している。これにより、第１金属シート２０ａは、領域２０２を介して、樹脂層１０の両面に設けられている第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂと通電することが可能になる。したがって、第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂから電力を取り出すためには、第１金属シート２０ａを外部の電極タブに接続すれば足りる。

第１接合痕２４ａは、第１金属シート２０ａの長手方向に沿って設けられるため、電極シート１の電気抵抗の増加およびこれによる発熱が抑制される。仮に第１接合痕２４ａが第１金属シート２０ａの長手方向の一部（例えば、長手方向の一端）にのみ設けられているとした場合、第１接合痕２４ａが第１金属シート２０ａの長手方向全体にわたって設けられている場合と比較して、第２集電層１２ｂと第１金属シート２０ａとの間の電子の平均移動距離が増加する。これにより、第２集電層１２ｂと第１金属シート２０ａとの間の電気抵抗が増加し、さらには発熱量が増加する。すなわち、第１金属シート２０ａが長手方向に沿って第１集電層１２ａと接合されることにより、電子の平均移動距離が抑制され、電気抵抗及び発熱も抑制される。

また、第１接合痕２４ａは、第１金属シート２０ａの長手方向に沿って設けられるため、電極シート１の可用性が高まる。仮に第１接合痕２４ａが第１金属シート２０ａの長手方向の一部（例えば、長手方向の一端）にのみ設けられているとした場合、その接合箇所が破損したら、少なくとも第２集電層１２ｂからは電力を取り出すことができなくなる。これに対して、第１金属シート２０ａが長手方向に沿って第１集電層１２ａと接合されることにより、接合箇所の一部が破損したとしても残りの接合箇所において第１金属シート２０ａと第２集電層１２ｂとが通電するため、引き続き第２集電層１２ｂから電力を取り出すことができる。

また、第１接合痕２４ａは、第１金属シート２０ａの長手方向に沿って設けられるため、電極シート１の破損が抑制される。仮に第１接合痕２４ａが第１金属シート２０ａの長手方向の一部（例えば、長手方向の一端）にのみ設けられているとした場合、その接合箇所に電流が集中し、過熱等により接合箇所が破損する可能性が高まる。これに対して、第１金属シート２０ａが長手方向に沿って第１集電層１２ａと接合されることにより、電流が接合箇所全体に分散し、過熱等が発生する可能性が低くなる。

なお、図４では、集電体３が、第１接合痕２４ａを含む断面において、第２集電層１２ｂから第１集電層１２ａに向かう方向に窪んだ形状である場合について説明したが、これに限られない、具体的には、図５のように、集電体３は、第１接合痕２４ａを含む断面において、第１集電層１２ａから第２集電層１２ｂに向かう方向に窪んだ形状であってもよい。すなわち、第１接合痕２４ａは、金属シート２０ａの上から超音波接合用のホーンを押し当てることによって形成されてもよい。

＜第２実施形態に係る電極シート１の構成例＞
図６－図８は、第２実施形態に係る電極シート１の構成例について説明するための図である。

図６は、第１金属シート２０ａだけでなく、第２金属シート２０ｂも備える電極シート１の断面図である。第２金属シート２０ｂは、第１金属シート２０ａと同様に、第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂと、外部の電極タブとを通電させるための部材である。第２金属シート２０ｂは、第２集電層１２ｂの短手方向の一端（図６では、ｙ軸の負の方向の端）に接合される。第２金属シート２０ｂの材質は、例えば、アルミニウムを含む金属である。第２金属シート２０ｂの厚さは、３μｍ～２０μｍであってよい。

第２金属シート２０ｂの短手方向の長さは、第１金属シート２０ａの短手方向の長さと略同一であってもよく、第１金属シート２０ａの短手方向の長さと比較して長くてもよく、第１金属シート２０ａの短手方向の長さと比較して短くてもよい。

第２金属シート２０ｂは、第２活物質層１６ｂとの間に所定の間隔２０８を空けて第２集電層１２ｂの一端に接合される。一実施形態において、所定の間隔２０８は、０．１ｍｍ～１０ｍｍであってよく、１ｍｍ～５ｍｍであってもよい。

第２金属シート２０ｂは、第１金属シート２０ａと同様に、第２集電層１２ｂとの間に原子レベルの結合（例えば、金属結合）を生じさせる方法によって接合されてよい。一実施形態において、第２金属シート２０ｂは、超音波接合により第２集電層１２ｂに対して接合される。

第２金属シート２０ｂは、第２延出部４０ｂ及び第２接合痕２４ｂを有する。

［第２延出部４０ｂ］
第２延出部４０ｂは、第２金属シート２０ｂのうち、集電体３と重なっていない部分である。第２延出部４０ｂは、第２金属シート２０ｂが集電体３から受け取った熱を外部に排出する。第２延出部４０ｂの短手方向の長さは、０．５ｍｍ～２０ｍｍであってよく、２ｍｍ～１５ｍｍであってもよい。他にも、第２延出部４０ｂの短手方向の長さは、第２金属シート２０ｂの短手方向の全長に対して１０％～９０％であってよく、３０％～８０％であってもよい。

第２延出部４０ｂの短手方向の長さは、第１延出部４０ａの短手方向の長さと略同一であってもよく、第１延出部４０ａの短手方向の長さと比較して長くてもよく、第１延出部４０ａの短手方向の長さと比較して短くてもよい。

［第２接合痕２４ｂ］
第２接合痕２４ｂは、第２金属シート２０ｂ及び集電体３が重なっている位置に設けられる。第２接合痕２４ｂは、第２金属シート２０ｂの長手方向に沿って設けられる。また、図６のとおり、第２接合痕２４ｂは、第２金属シート２０ｂから第２集電層１２ｂ及び第１集電層１２ａにわたって形成されている。

一実施形態において、第２接合痕２４ｂは、第１接合痕２４ａに対して干渉しない位置に設けられる。第２接合痕２４ｂは、第１接合痕２４ａとは少なくとも一部が重ならない位置に設けられるということもできる。第２接合痕２４ｂが設けられたｙ座標は、第１接合痕２４ａが設けられたｙ座標と異なるということもできる。

図７は、第１接合痕２４ａ及び第２接合痕２４ｂ周辺の拡大図である。図７のとおり、集電体３は、第２接合痕２４ｂを含む断面において、第１集電層１２ａから第２集電層１２ｂに向かう方向に窪んだ形状となっている。すなわち、第２接合痕２４ｂは、第２金属シート２０ｂが設けられていない第１集電層１２ａの面から、第２金属シート２０ｂが設けられている第２集電層１２ｂの面に向かって圧力を作用させることで形成される。一実施形態において、第２接合痕２４ｂは、超音波接合用のホーンを第１集電層１２ａの面から第２集電層１２ｂの面に向かって押し当てることによって形成される。

なお、一実施形態において、第１接合痕２４ａを形成するために超音波接合用のホーンを押し当てた箇所は、第２金属シート２０ｂにより覆われる。これは、第２金属シート２０ｂは、第１接合痕２４ａを形成した後で配置されるからである（後述の図８参照）。

集電体３は、第２接合痕２４ｂを含む断面において、第２集電層１２ｂ及び第１集電層１２ａが一体化された領域２０６を有する。一実施形態において、領域２０６では、第２金属シート２０ｂ、第２集電層１２ｂ及び第１集電層１２ａが超音波接合により溶融している。これにより、第２金属シート２０ｂは、領域２０６を介して、樹脂層１０の両面に設けられている第２集電層１２ｂ及び第１集電層１２ａと通電することが可能になる。

［電極シート１の製造方法］
図８は、第２実施形態に係る電極シート１の製造方法を説明するためのフローチャートである。なお、初期状態において、集電体３は準備されているとする。

まずは、第１集電層１２ａの表面の一部に活物質を塗布して第１活物質層１６ａを形成する（ＳＴ１０）。一実施形態において、第１活物質層１６ａは、第１集電層１２ａの表面のうち、第１金属シート２０ａを配置するための部分を除いた部分に塗布される。

次に、第２集電層１２ｂの表面の一部に活物質を塗布して第２活物質層１６ｂを形成する（Ｓ１２）。第２活物質層１６ｂは、第２集電層１２ｂの表面のうち、第２金属シート２０ｂを配置するための部分を除いた部分に塗布される。

次に、第１金属シート２０ａを、第１集電層１２ａよりも短手方向に延出するように第１集電層１２ａの一端に配置する（ＳＴ１４）。これにより、第１延出部４０ａが形成される。また、第１金属シート２０ａは、第１活物質層１６ａとの間に所定の間隔２０４が空くように配置される。

次に、集電体３の第２集電層１２ｂ側から圧力を作用させることで、第１金属シート２０ａを第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂに対して接合する（ＳＴ１６）。これにより、第１金属シート２０ａ、第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂが一体化した領域２０２を含む第１接合痕２４ａが形成される。

次に、第２金属シート２０ｂを、第２集電層１２ｂよりも短手方向に延出するように第２集電層１２ｂの一端に配置する（ＳＴ１８）。これにより、第２延出部４０ｂが形成される。また、第２金属シート２０ｂは、第２活物質層１６ｂとの間に所定の間隔２０８が空くように配置される。

次に、集電体３の第１集電層１２ａ側から圧力を作用させることで、第２金属シート２０ｂを第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂに対して接合する（ＳＴ２０）。これにより、第２金属シート２０ｂ、第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂが一体化した領域２０６を含む第２接合痕２４ｂが形成される。

第１実施形態にかかる電極シート１と比較して、第２実施形態に係る電極シート１は、可用性がさらに高まりうる。具体的には、第１金属シート２０ａおよび第２金属シート２０ｂの２つの金属シートを有することで、第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂからの電力の取り出し経路が増加する。これにより２次電池２を構成した際における電極タブとの電気抵抗が低下しうる。また第２実施形態に係る電極シート１は、第１金属シート２０ａ及び第２金属シート２０ｂの一方が破損したとしても、継続的に第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂの両方から電力を取り出すことができる。より具体的には、第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂは、それぞれ領域２０２及び領域２０６において第１金属シート２０ａ及び第２金属シート２０ｂと一体化しているため、一方の金属シートが破損したとしても、他の一方の金属シートが外部の端子との導電状態を維持することができる。また上述のとおり、第１延出部４０ａや第２延出部４０ｂは、当該電極シート１を巻回して構成される２次電池２において内部の熱を外部に放出する放熱体として機能し得る。電極シート１が、第１延出部４０ａと第２延出部４０ｂの２つの延出部を有することで、当該電熱シート１を巻回して構成される２次電池２の放熱性がより向上しうる。

図８を参照して説明したように、電極シート１の製造工程では、第２金属シート２０ｂが第２集電層１２ｂに対して配置される前に（ＳＴ１８参照）、第１金属シート２０ａが第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂに対して接合される（ＳＴ１６参照）。仮に、逆の順序（すなわち、第２金属シート２０ｂが配置された後で第１金属シート２０ａが第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂに対して接合されるという順序）を採用すると、第２金属シート２０ｂに対して超音波接合用のホーンを押し当てる必要性が生じる。しかしながら、上述したように、この方法はホーンを取り外す際に接合の剥離が発生する可能性を高める。したがって、電極シート１の歩留まりの低下を抑止するために、第１金属シート２０ａを第１集電層１２ａに対して接合した後に（ＳＴ１０－ＳＴ１６参照）、第２金属シート２０ｂを第２集電層１２ｂに対して配置及び接合してよい（ＳＴ１８－ＳＴ２０参照）。

また、図７では、ＳＴ２０において第１金属シート２０ａの上からホーンを押し当てることを避けるために第１金属シート２０ａを第２接合痕２４ｂが形成される予定の箇所を覆わないように配置した状態を図示しているが、これに限られない。具体的には、ＳＴ１４において、第１金属シート２０ａは、第２接合痕２４ｂが形成される予定の箇所を覆うように配置されてもよい。この場合、例えば、第１金属シート２０ａをめくることによってホーンを第１集電層１２ａに直接押し当てることができるようにした後に、第２金属シート２０ｂを第２集電層１２ｂに対して配置及び接合してよい（ＳＴ１８－ＳＴ２０参照）。

なお、第１実施形態に係る電極シート１は、ＳＴ１０－ＳＴ１６を実行することにより製造することができる。すなわち、第１実施形態に係る電極シート１を製造するためには、２枚目の金属シートである第２金属シート２０ｂを配置及び接合する工程（ＳＴ１８－ＳＴ２０）は不要である。

＜電極シート１を使用した２次電池２の構成例＞
図９－図１１は、第１実施形態に係る電極シート１を使用した２次電池２の構成例について説明するための図である。

図９は、２次電池２を製造するための積層シートの構造を説明するための図である。積層シートは、正極シート４、セパレータ３０及び負極シート５により構成される。また、２次電池２は、さらに電解液を含んでもよい。

［正極シート４］
一実施形態において、正極シート４は、正極側集電体３ａと、第１正極活物質層１８ａ及び第２正極活物質層１８ｂと、正極側金属シート２１ａとにより構成される。

正極側集電体３ａは、電極シート１の集電体３に相当する。正極側集電体３ａは、電極シート１の第１集電層１２ａに相当する第１正極側集電層１３ａと、電極シート１の第２集電層１２ｂに相当する第２正極側集電層１３ｂと、電極シート１の樹脂層１０に相当する正極側樹脂層１１ａとにより構成される。

正極側金属シート２１ａは、電極シート１の第１金属シート２０ａに相当する。正極側金属シート２１ａには、電極シート１の第１接合痕２４ａに相当する正極側接合痕２５ａが設けられている。また、正極側金属シート２１ａは、電極シート１の第１延出部４０ａに相当する正極側延出部４１ａを含む。正極側金属シート２１ａの材質は、一例では、アルミニウムを含む金属である。

第１正極活物質層１８ａ及び第２正極活物質層１８ｂは、電極シート１における第１活物質層１６ａ及び第２活物質層１６ｂの活物質として正極活物質を用いることにより構成される。

一実施形態において、正極シート４は、第１正極側集電層１３ａの短手方向の一端に正極側金属シート２１ａが接合されている。正極側金属シート２１ａは、正極側接合痕２５ａを介して第１正極側集電層１３ａ及び第２正極側集電層１３ｂと通電する（図４等参照）。

一実施形態において、第１正極活物質層１８ａ及び第２正極活物質層１８ｂの少なくとも一方は、正極活物質以外の成分を１つ以上含んでよい。

一実施形態において、第１正極活物質層１８ａ及び第２正極活物質層１８ｂの少なくとも一方は犠牲正極材を含んでよい。正極活物質の充放電電位範囲において酸化反応を生じ、かつ、還元反応を実質的に生じないリチウム含有化合物である。

一実施形態において、第１正極活物質層１８ａ及び第２正極活物質層１８ｂの少なくとも一方はゲル電解質を含んでよい。ゲル電解質は、第１正極活物質層１８ａ及び第２正極活物質層１８ｂと正極側集電体３ａとの接着力を向上させうる。一例では、ゲル電解質は、高分子と、有機溶媒と、リチウム塩とを含む。ゲル電解質における高分子は、例えば、ポリエチレン及び／又はポリエチレンオキシドの共重合体、ポリビニリデンフロライド、並びにポリビニリデンフロライド及びヘキサフロロプロピレンの共重合体等でよい。

一実施形態において、第１正極活物質層１８ａ及び第２正極活物質層１８ｂの少なくとも一方は導電助剤及び／又はバインダーを含んでよい。一例では、導電助剤は、カーボンブラック、シングルウォールカーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）、マルチウォールカーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）、カーボンナノファイバー（ＣＦ）等である。一例では、バインダーは、ポリビニリデンフロライド、ポリテトラフルオロエチレン、スチレンブタジエンゴム、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等である。一実施形態において、導電助剤の含有量は、第１正極活物質層１８ａ及び第２正極活物質層１８ｂ全体に対して０．５質量％３０質量％以下である。一実施形態において、バインダーの含有量は、第１正極活物質層１８ａ及び第２正極活物質層１８ｂ全体に対して０．５質量％３０質量％以下でよい。

一実施形態において、第１正極活物質層１８ａ及び第２正極活物質層１８ｂの少なくとも一方はポリマー電解質を含んでよい。一例では、ポリマー電解質は、高分子及び電解質を主に含む固体ポリマー電解質、並びに高分子、電解質、及び可塑剤を主に含む半固体ポリマー電解質である。一実施形態において、ポリマー電解質の含有量の合計は、第１正極活物質層１８ａ及び第２正極活物質層１８ｂ全体に対して、０．５質量％３０質量％以下でよい。

［セパレータ３０］
図９に示すように、セパレータ３０は、正極シート４及び負極シート５の間、及び、負極シート５の正極シート４と対向しない面に配置される。セパレータ３０は、正極シート４と負極シート５とを物理的及び／又は電気的に隔離するとともに、リチウムイオンのイオン伝導性を確保する。一実施形態において、セパレータ３０は、絶縁性の多孔質部材、ポリマー電解質、ゲル電解質、及び、無機固体電解質からなる群より選択される少なくとも１種でよい。セパレータ３０は、１種の部材を単独で用いてよく、２種以上の部材を組み合わせて用いてもよい。

セパレータ３０が絶縁性の多孔質部材を含む場合、多孔質部材の細孔にイオン伝導性を有する物質（電解液、ポリマー電解質、及び／又はゲル電解質等）が充填される。これによりセパレータ３０はイオン伝導性を発揮する。絶縁性の多孔質部材を構成する材料としては、特に限定されず、例えば絶縁性高分子材料が挙げられ、具体的には、ポリエチレン（ＰＥ）、及びポリプロピレン（ＰＰ）が挙げられる。すなわち、セパレータ３０は、多孔質のポリエチレン（ＰＥ）膜、多孔質のポリプロピレン（ＰＰ）膜、又はこれらの積層構造であってよい。

一実施形態において、セパレータ３０は、一面又は両面がセパレータ被覆層によりコーティングされてよい。これにより、２次電池２のサイクル特性が向上し得る。一実施形態において、セパレータ被覆層は、セパレータ３０の表面の５０％以上の面積において均一の厚みで連続する膜でよい。一実施形態において、セパレータ被覆層は、ポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）、スチレンブタジエンゴムとカルボキシメチルセルロースの合材（ＳＢＲ－ＣＭＣ）、及びポリアクリル酸（ＰＡＡ）のようなバインダーを含むものでよい。一実施形態において、セパレータ被覆層は、上記バインダーにシリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア又は水酸化マグネシウム等の無機粒子が添加されて構成されてよい。

一実施形態において、セパレータ３０の平均厚さ（セパレータ３０が被覆層を含む場合当該被覆層を含む）は、３．０μｍ以上４０μｍ以下でよい。これにより、正極シート４と負極シート５とを隔離しつつ、セパレータ３０の占める体積を減少させ得る。一実施形態において、セパレータ３０の平均厚さは、５．０μｍ以上３０μｍ以下、７．０μｍ以上１０μｍ以下、又は、１０μｍ以上２０μｍ以下でよい。

［負極シート５］
一実施形態において、負極シート５は、負極側集電体３ｃと、第１負極活物質層１８ｃ及び第２負極活物質層１８ｄと、負極側金属シート２１ｃとにより構成される。

負極側集電体３ｃは、電極シート１の集電体３に相当する。負極側集電体３ｃは、電極シート１の第１集電層１２ａに相当する第１負極側集電層１３ｃと、電極シート１の第２集電層１２ｂに相当する第２負極側集電層１３ｄと、電極シート１の樹脂層１０に相当する負極側樹脂層１１ｃとにより構成される。また、負極側金属シート２１ｃは、電極シート１の第１金属シート２０ａに相当する。

負極側金属シート２１ｃは、電極シート１の第１金属シート２０ａに相当する。負極側金属シート２１ｃには、電極シート１の第１接合痕２４ａに相当する負極側接合痕２５ｃが設けられている。また、負極側金属シート２１ｃは、電極シート１の第１延出部４０ａに相当する負極側延出部４１ｃを含む。負極側金属シート２１ｃの材質は、一例では、銅を含む金属である。

第１負極活物質層１８ｃ及び第２負極活物質層１８ｄは、電極シート１における第１活物質層１６ａ及び第２活物質層１６ｂの活物質として負極活物質を用いることにより構成される。

一実施形態において、負極シート５は、第１負極側集電層１３ｃの短手方向の一端に負極側金属シート２１ｃが接合されている。負極側金属シート２１ｃは、負極側接合痕２５ｃを介して第１負極側集電層１３ｃ及び第２負極側集電層１３ｄと通電する（図４等参照）。

一実施形態において、第１負極活物質層１８ｃ及び第２負極活物質層１８ｄの少なくとも一方はゲル電解質を含んでよい。ゲル電解質は、第１負極活物質層１８ｃ及び第２負極活物質層１８ｄと負極側集電体３ｃとの接着力を向上させうる。一例では、ゲル電解質は、高分子と、有機溶媒と、リチウム塩とを含む。ゲル電解質における高分子は、例えば、ポリエチレン及び／又はポリエチレンオキシドの共重合体、ポリビニリデンフロライド、並びにポリビニリデンフロライド及びヘキサフロロプロピレンの共重合体等でよい。

一実施形態において、第１負極活物質層１８ｃ及び第２負極活物質層１８ｄの少なくとも一方はバインダーを含んでよい。一例では、バインダーは、ポリビニリデンフロライド、ポリテトラフルオロエチレン、スチレンブタジエンゴム、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等である。一実施形態において、導電助剤の含有量は、第１負極活物質層１８ｃ及び第２負極活物質層１８ｄ全体に対して０．５質量％３０質量％以下である。一実施形態において、バインダーの含有量は、第１負極活物質層１８ｃ及び第２負極活物質層１８ｄ全体に対して０．５質量％３０質量％以下でよい。

一実施形態において、第１負極活物質層１８ｃ及び第２負極活物質層１８ｄの少なくとも一方はポリマー電解質を含んでよい。一例では、ポリマー電解質は、高分子及び電解質を主に含む固体ポリマー電解質、並びに高分子、電解質、及び可塑剤を主に含む半固体ポリマー電解質である。一実施形態において、ポリマー電解質の含有量の合計は、第１負極活物質層１８ｃ及び第２負極活物質層１８ｄ全体に対して、０．５質量％３０質量％以下でよい。

［電解液］
一実施形態において、２次電池２は電解液を含んでよい。電解液は、溶媒及び電解質を含む液体であり、イオン伝導性を有する。電解液は、液体電解質と換言してもよく、リチウムイオンの導電経路として作用する。このため、２次電池２が電解液を有する場合、内部抵抗が低下し、エネルギー密度、容量、及びサイクル特性が向上し得る。

電解液は、例えば、２次電池２の筐体（パウチ）を充填する溶液であってよい。また例えば、電解液は、セパレータ３０に浸潤されてよく、また高分子に保持されることでポリマー電解質又はゲル電解質を構成していてもよい。

電解液に含まれる電解質は、例えば、リチウム塩でよい。リチウム塩は、例えば、ＬｉＩ、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＦ、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳＯ３ＣＦ３、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｆ）２、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３ＣＦ３）２、ＬｉＢ（Ｏ２Ｃ２Ｈ４）２、ＬｉＢ（Ｃ２Ｏ４）２、ＬｉＢ（Ｏ２Ｃ２Ｈ４）Ｆ２、ＬｉＢ（ＯＣＯＣＦ３）４、ＬｉＮＯ３、及びＬｉ２ＳＯ４からなる群から選択される１種又は２種以上の組み合わせであってよい。

電解液に含まれる溶媒は、例えばフッ素原子を有する非水溶媒（以下、「フッ素化溶媒」という。）及びフッ素原子を有しない非水溶媒（以下、「非フッ素溶媒」という。）でよい。

フッ素化溶媒は、例えば、１，１，２，２－テトラフルオロエチル－２，２，３，３－テトラフルオロプロピルエーテル、１，１，２，２－テトラフルオロエチル－２，２，２－トリフルオロエチルエーテル、及び１Ｈ，１Ｈ，５Ｈ－オクタフルオロペンチル－１，１，２，２－テトラフルオロエチルエーテル等でよい。

非フッ素溶媒は、例えば、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、１，２－ジメトキシエタン、ジメトキシエタン、ジメトキシプロパン、ジメトキシブタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、アセトニトリル、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、メチルアセテート、エチルアセテート、プロピルアセテート、メチルプロピオネート、エチルプロピオネート、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、及び１２－クラウン－４でよい。

上記フッ素化溶媒及び／又は非フッ素溶媒は１種を単独で、又は２種以上を任意の割合で自由に組み合わせて用いてよい。フッ素化溶媒と非フッ素溶媒の含有量は特に限定されず、溶媒全体に対するフッ素化溶媒の割合が０～１００体積％であってよく、溶媒全体に対する非フッ素溶媒の割合が０～１００体積％であってもよい。

［２次電池２の製造方法］
図１０を参照して、２次電池２の製造方法の一例について説明する。なお、初期状態において、セパレータ３０は準備されているとする。

まず、正極シート４を製造する（ＳＴ３０）。正極シート４は、例えば、図８のＳＴ１０－ＳＴ１６に基づいて製造してもよい。

次に、負極シート５を製造する（ＳＴ３２）。負極シート５は、例えば、図８のＳＴ１０－ＳＴ１６に基づいて製造してもよい。

次に、正極シート４、負極シート５及びセパレータ３０を積層して積層シートとする（Ｓ３４）。一実施形態において、積層シートは、図９のとおり、順に正極シート４、１枚目のセパレータ３０、負極シート５及び２枚目のセパレータ３０を積層することにより構成されてもよい。また、一実施形態において、正極シート４及び負極シート５は、正極側延出部４１ａが延出する方向と、負極側延出部４１ｃが延出する方向とが背向するように積層される。

次に、積層シートの短手方向を軸方向として、この積層シートを長手方向に巻回する（ＳＴ３６）。この際、巻き芯を中心として積層シートを巻回してもよい。図１１は、積層シートの巻回の一例を説明するための図である。図９の積層シートを図１１のように巻回した場合、第１正極活物質層１８ａと第１負極活物質層１８ｃとが１枚目のセパレータ３０を挟んで対向するとともに、第２正極活物質層１８ｂと第２負極活物質層１８ｄとが２枚目のセパレータ３０を挟んで対向することになる。

次に、巻回された積層シートの正極側延出部４１ａを折り込むことにより正極面４００を構成するとともに、巻回された積層シートの負極側延出部４１ｃを折り込むことにより負極面４０２を構成する（ＳＴ３８）。

次に、正極面４００を２次電池２の正極用の電極タブに、負極面４０２を２次電池２の負極用の電極タブにそれぞれ電気的に接続する（ＳＴ４０）。この際、正極面４００は正極用のタブに密着するように接続される。同様に、負極面４０２は負極用のタブに密着するように接続される。

［２次電池の使用方法］
２次電池２は、正極用の電極タブを外部回路の一端に接続し、負極用の電極タブを外部回路の他端に接続することで充放電される。外部回路は、例えば抵抗、電源、装置、デバイス、別の電池、又はポテンショスタット等でよい。

正極用の電極タブと負極用の電極タブとの間に、負極用の電極タブから外部回路を通り正極用の電極タブへの電流が流れるような電圧を印加すると、２次電池２が充電される。充電後の２次電池２について、所望の外部回路を介して正極用の電極タブ４０及び負極用の電極タブを接続すると、２次電池２が放電される。

［２次電池２の効果］
２次電池２によれば、正極面４００及び負極面４０２の電気抵抗の値、及び、電気抵抗のばらつきの両方を抑制することができる。また、正極側金属シート２１ａは集電体３とは異なり両面の電気的な導通が予めとれているため、正極面４００を構成するために折り込んだ際に樹脂層１０を介すことなく、折りたたんだ金属シート間が低抵抗で接合される。これにより、正極面４００全体の電気抵抗が均一になり、かつ、正極面４００全体の平均的な電気抵抗が抑制される。同様に、負極面４０２も、電気抵抗の値、及び、電気抵抗のばらつきの両方が抑制される。

なお、電気抵抗のばらつきは、異なる２次電池２の間での正極面４００（又は負極面４０２）の電気抵抗のばらつきと、同じ２次電池２における正極面４００（又は負極面４０２）の位置ごとの電気抵抗のばらつきとを含む。

＜変形例＞
図１２－図１８は、電極シート１の変形例について説明するための図である。

［第１延出部４０ａの形状に関する変形例］
上記実施形態において、第１延出部４０ａは長手方向に沿って連続するものとして説明したが、これに限られない。すなわち、第１延出部４０ａは、長手方向に沿って連続しない部分を有してもよい。具体的には、第１延出部４０ａは、切り込み３００及び／又は凹部３０２を有してもよい。

図１２は、第１延出部４０ａが切り込み３００を有する場合の電極シート１について説明するための図である。切り込み３００は、第１延出部４０ａに略一定間隔離間で設けられてもよい。第１延出部４０ａに切り込み３００を設けることにより、正極面４００及び負極面４０２を形成する際に第１延出部４０ａを折り込みやすくなる。これにより、正極面４００及び負極面４０２の物理的な凹凸をさらに小さくすることができる。また、正極面４００内の物理的な凹凸は、正極面４００の電気抵抗の大きさと相関する。したがって、第１延出部４０ａに切り込み３００を設けることにより、正極面４００及び負極面４０２の電気抵抗の製造上のばらつきがさらに抑制される。また、第１延出部４０ａを折り込みやすくなると、正極面４００及び負極面４０２における金属シート間の接触面積が増加するため、電気抵抗が抑制される。

一実施形態において、切り込み３００は、短手方向に沿って設けられていてもよい。また、製造上のコンタミネーションを避けるために、切り込み３００は、第１金属シート２０ａが第１集電層１２ａに接合される前に第１延出部４０ａに設けられてよい。例えば、図８のＳＴ１２とＳＴ１４の間に、第１金属シート２０ａの第１延出部４０ａに切り込み３００を設ける工程があってもよい。

図１３は、第１延出部４０ａが矩形状の凹部３０２を有する場合の電極シート１について説明するための図である。凹部３０２は、短手方向に窪んでおり、長手方向に沿って設けられている。また、凹部３０２は、互いに略一定間隔離間して設けられていてもよい。第１延出部４０ａに凹部３０２を設けることにより、正極面４００及び負極面４０２を形成する際に第１延出部４０ａを折り込みやすくなる。これにより、正極面４００及び負極面４０２の物理的な凹凸をさらに小さくすることができる。すなわち、正極面４００及び負極面４０２の電気抵抗の製造上のばらつきがさらに抑制される。また、第１延出部４０ａを折り込みやすくなると、正極面４００及び負極面４０２における金属シート間の接触面積が増加するため、電気抵抗が抑制される。

また、製造上のコンタミネーションを避けるために、凹部３０２は、第１金属シート２０ａが第１集電層１２ａに接合される前に第１延出部４０ａに設けられてよい。例えば、図８のＳＴ１２とＳＴ１４の間に、第１金属シート２０ａの第１延出部４０ａに凹部３０２を設ける工程があってもよい。

［第１接合痕２４ａの形状に関する変形例］
上記実施形態において、第１接合痕２４ａは、線状であるとして説明したが、これに限られない。例えば、図１４のとおり、第１接合痕２４ａは点状であってもよい。第１接合痕２４ａを点状にすることで、接合箇所に加えられるエネルギー（例えば、力、振動及び熱等）を小さい面積に集約することができる。すなわち、第１接合痕２４ａを点状にすることで、第１金属シート２０ａをより強固に集電体３に対して接合することができる。なお、第１接合痕２４ａは、上記の例に限らず、任意の形状であってよい。他の接合痕についても同様である。

［第１金属シート２０ａ及び第２金属シート２０ｂの接合方法に関する変形例］
上記実施形態において、第１金属シート２０ａ及び第２金属シート２０ｂはそれぞれ異なる接合痕により集電体３に対して接合されるものとして説明したが（図６－図８参照）、これに限られない。具体的には、第１金属シート２０ａ及び第２金属シート２０ｂは、集電体３に対して一括して（すなわち、単一の接合痕により）接合されてもよい。電極シート１をこのように構成することで、製造上の工数を減らすことができる。

図１５－図１６は、第１金属シート２０ａ及び第２金属シート２０ｂを集電体３に対して一括して接合した場合の電極シート１について説明するための図である。図１５において、電極シート１は単一の接合痕２４ａ／２４ｂを有する。上記実施形態では、第１金属シート２０ａは第１接合痕２４ａにより、第２金属シート２０ｂは第２接合痕２４ｂによりそれぞれ集電体３に対して接合されるものとして説明したが、このように、第１金属シート２０ａ及び第２金属シート２０ｂの両方が単一の接合痕２４ａ／２４ｂにより接合されてもよい。

図１６は、単一の接合痕２４ａ／２４ｂ周辺の拡大図である。図７を参照して説明した電極シート１は、第１金属シート２０ａ、第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂが一体化した領域２０２と、第２金属シート２０ｂ、第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂが一体化した領域２０６とを有していたが、このように、電極シート１は、第１金属シート２０ａ、第２金属シート２０ｂ、第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂが一体化した領域２１０を有してもよい。図１６に示す単一の接合痕２４ａ／２４ｂは、第２金属シート２０ｂの上からホーン等を押し当てることで、第２金属シート２０ｂ、集電体３及び第１金属シート２０ａを接合させることで形成されてよい。

上記実施形態において、第１金属シート２０ａは、第１金属シート２０ａが設けられる面とは反対側の第２集電層１２ｂの上からホーン等を押し当てることによって第１集電層１２ａに対して接合され、第２金属シート２０ｂは、第２金属シート２０ｂが設けられる面とは反対側の第１集電層１２ａの上からホーン等を押し当てることによって第２集電層１２ｂに対して接合されるものとして説明したが（図７参照）、これに限られない。具体的には、第１金属シート２０ａ及び第２金属シート２０ｂの少なくとも一方は、金属シートの上からホーン等を押し当てることによって集電体３に対して接合されてもよい。

より具体的には、第１金属シート２０ａは、第１金属シート２０ａの上からホーン等を押し当てることによって第１集電層１２ａに対して接合されてよい。そして、第２金属シート２０ｂは、第２金属シート２０ｂの上からホーン等を押し当てることによって第２集電層１２ｂに対して接合されてよい。図１７は、このようにして接合した場合の第１接合痕２４ａ及び第２接合痕２４ｂの周辺の拡大図の一例である。図１７に示すように、集電体３は、第１接合痕２４ａを含む断面において、第１集電層１２ａから第２集電層１２ｂに向かう方向に窪んだ形状となる。また、集電体３は、第２接合痕２４ｂを含む断面において、第２集電層１２ｂから第１集電層１２ａに向かう方向に窪んだ形状となる。また、集電体３は、第１接合痕２４ａ及び第２接合痕２４ｂのそれぞれにおいて、第１金属シート２０ａ、第１集電層１２ａ、第２集電層１２ｂ及び第２金属シート２０ｂが一体化した領域２１２及び領域２１４を含む。このように接合する場合、第１金属シート２０ａ及び第２金属シート２０ｂを集電体３を挟むように配置した後に、それぞれを順番に又は並列に集電体３に対して接合すればよいため、製造ラインが簡略化され得る。

図１８は、第１接合痕２４ａ及び第２接合痕２４ｂの周辺の拡大図の他の例である。図１８に示す接合痕は、例えば次のようにして形成されてよい。まず、集電体３の第１集電層１２ａ上に第１金属シート２０ａを配置する。そして集電体３の第２集電層１２ｂ側からホーン等を押し当てることによって第２接合痕２４ｂを形成する。第２接合痕２４ｂは、第１金属シート２０ａ、第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂが一体化した領域２１８を含む。次に第２金属シート２０ｂを第２集電層１２ｂ上に配置する。そして第１金属シート２０ａの上からホーン等を押し当てることによって第１接合痕２４ａを形成する。第１接合痕２４ａは、第１金属シート２０ａ、第１集電層１２ａ、第２集電層１２ｂ及び第２金属シート２０ｂが一体化した領域２１６を含む。このように、第１接合痕２４ａに含まれる領域２１６及び第２接合痕２４ｂに含まれる領域２１８は、それぞれ異なる層が一体化した領域であってよい。

［第１延出部４０ａ及び第２延出部４０ｂの接合に関する変形例］
上記実施形態において、第１延出部４０ａ及び第２延出部４０ｂは接合されない例について説明したが（図６参照）、これに限られない。具体的には、第１延出部４０ａは、第２延出部４０ｂと接合されてよい。

図１９は、第１延出部４０ａと第２延出部４０ｂとを接合した電極シート１について説明するための図である。図１９では、第１延出部４０ａ及び第２延出部４０ｂが第３接合痕２４ｃにより接合されている。電極シート１をこのように構成することで、正極面４００及び負極面４０２の電気抵抗のばらつきがさらに抑制される。仮に、第１延出部４０ａ及び第２延出部４０ｂを接合しない場合、第１延出部４０ａ及び第２延出部４０ｂのそれぞれの電気抵抗がわずかに異なる場合がある。その結果、電極シート１を巻回した際の正極面４００及び負極面４０２は、位置によって電気抵抗が異なるものになる。これに対して、第１延出部４０ａ及び第２延出部４０ｂを接合した状態で電極シート１を巻回すると、正極面４００及び負極面４０２は位置に関わらず電気抵抗が略一定となる。

［負極シート５に関する変形例］
上記実施形態において、負極シート５は第１負極活物質層１８ｃ及び第２負極活物質層１８ｄを備えるものとして説明したが、これに限られない。負極シート５は負極活物質を実質的に有しなくてよい。

一実施形態において、負極シート５は、電池の初期充電前（電池が組み立てられてから第１回目の充電をするまでの状態）に負極活物質を有しない。２次電池２は、初期充電後に、リチウム金属が負極上に析出し、及び、その析出したリチウム金属が電解溶出することにより充放電が行われてよい。この場合、負極活物質が占める体積及び質量が抑制され、電池全体の体積及び質量が小さくなり、エネルギー密度が原理的に高くなる。なお、「リチウム金属が負極上に析出」することは、負極の表面にリチウム金属が析出することだけでなく、後述する固体電解質界面（ＳＥＩ）層の表面や緩衝機能層の表面又は内部にリチウム金属が析出することも包む。

一実施形態において、放電終了時（例えば電池の開回路電圧が２．５Ｖ以上３．６Ｖ以下である状態）に負極シート５に析出する負極活物質の層厚は、２５μｍ以下である。一実施形態において、放電終了時の負極活物質の層厚は、２０μｍ以下、１５μｍ以下、１０μｍ以下、又は、５μｍ以下であってよく、また０μｍであってもよい。負極シート５が負極活物質を実質的に有しないことにより、重量エネルギー密度に加え、体積当たりのエネルギー密度が向上し得る。なお、この場合、２次電池２は、「アノードフリーリチウム電池」、「ゼロアノードリチウム電池」、又は「アノードレスリチウム電池」ということもできる。

一実施形態において、電圧が４．２Ｖの状態において負極上に析出しているリチウム金属の質量をＭ_４．２とし、電圧が３．０Ｖの同質量をＭ_３．０とした場合、Ｍ_３．０／Ｍ_４．２は、４０％以下又は３５％以下であってよい。一実施形態において、比Ｍ_３．０／Ｍ_４．２は、１．０％以上、２．０％以上、３．０％以上、又は、４．０％以上であってよい。

＜本開示の実施形態＞
本開示の実施形態は、以下の態様をさらに含む。

［付記１］
長手方向と短手方向とを有し、短手方向を軸方向として巻回されることにより２次電池２の電極を構成する電極シート１であって、樹脂層１０と、当該樹脂層１０の両面のそれぞれに設けられた第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂとを備える集電体３と、第１集電層１２ａの、樹脂層１０とは反対側の面に設けられた第１活物質層１６ａと、第１集電層１２ａの短手方向の一端に接合され、当該接合により長手方向に沿って第１接合痕２４ａが形成されている第１金属シート２０ａであって、第１集電層１２ａよりも短手方向に延出する第１延出部４０ａを有する、第１金属シート２０ａと、を備える、電極シート１。

［付記２］
第１延出部４０ａには、一以上の切り込み３００が設けられている、付記１に記載の電極シート１。

［付記３］
一以上の切り込み３００は、短手方向に沿って設けられている、付記２に記載の電極シート１。

［付記４］
第１延出部４０ａには、短手方向に窪む凹部３０２が長手方向に沿って複数設けられている、付記１から付記３のいずれか一つに記載の電極シート１。

［付記５］
複数の凹部３０２は、互いに一定間隔離間して設けられている、付記４に記載の電極シート１。

［付記６］
凹部３０２は、矩形状である、付記４に記載の電極シート１。

［付記７］
第１接合痕２４ａは、溶接痕である、付記１から付記６のいずれか一つに記載の電極シート１。

［付記８］
第１接合痕２４ａは、第１金属シート２０ａから第１集電層１２ａにわたって形成されている、付記７に記載の電極シート１。

［付記９］
第１接合痕２４ａは、長手方向に沿って、線状又は複数の点状に形成されている、付記８に記載の電極シート１。

［付記１０］
第１接合痕２４ａは、第１金属シート２０ａから第２集電層１２ｂにわたって形成されている、付記７に記載の電極シート１。

［付記１１］
集電体３は、第１接合痕２４ａを含む断面において、第２集電層１２ｂから第１集電層１２ａに向かう方向に窪んだ形状である、付記１０に記載の電極シート１。

［付記１２］
集電体３は、第１接合痕２４ａを含む断面において、第１集電層１２ａ及び第２集電層１２ｂが一体化された領域を有する、付記１０に記載の電極シート１。

［付記１３］
第２集電層１２ｂの、樹脂層１０とは反対側の面に設けられた第２活物質層１６ｂと、第２集電層１２ｂの短手方向の一端に接合され、当該接合により長手方向に沿って第２接合痕２４ｂが形成されている第２金属シート２０ｂであって、第２集電層１２ｂよりも短手方向に延出する第２延出部４０ｂを有する、第２金属シート２０ｂと、をさらに備える、付記１から付記１２のいずれか一つに記載の電極シート１。

［付記１４］
第２接合痕２４ｂは、溶接痕であり、第２接合痕２４ｂを含む断面において、第１集電層１２ａから第２集電層１２ｂに向かう方向に窪んだ形状である、付記１３に記載の電極シート１。

［付記１５］
第１延出部４０ａと第２延出部４０ｂとが互いに接合されている、付記１３に記載の電極シート１。

［付記１６］
第１金属シート２０ａは、第１活物質層１６ａとの間に０．１ｍｍ～１０ｍｍの間隔を空けて一端に接合される、付記１から付記１５のいずれか一つに記載の電極シート１。

［付記１７］
第１活物質層１６ａは、正極活物質であり、第１金属シート２０ａは、アルミニウムを含む金属である、付記１から付記１６のいずれか一つに記載の電極シート１。

［付記１８］
第１活物質層１６ａは、負極活物質であり、第１金属シート２０ａは、銅を含む金属である、付記１から付記１７のいずれか一つに記載の電極シート１。

［付記１９］
それぞれが長手方向と短手方向とを有する正極シート４及び負極シート５にセパレータ３０を挟んだ積層シートを、短手方向を軸方向として巻回することにより構成される２次電池２であって、正極シート４は、正極側樹脂層１１ａと、当該正極側樹脂層１１ａの両面のそれぞれに設けられた第１正極側集電層１３ａ及び第２正極側集電層１３ｂとを備える正極側集電体３ａと、第１正極側集電層１３ａの、正極側樹脂層１１ａとは反対側の面に設けられた正極活物質層１８ａと、第１正極側集電層１３ａの短手方向の一端に接合され、当該接合により長手方向に沿って正極側接合痕２５ａが形成されている正極側金属シート２１ａであって、第１正極側集電層１３ａよりも短手方向に延出する正極側延出部４１ａを有する、正極側金属シート２１ａと、を備え、負極シート５は、負極側樹脂層１１ｃと、当該負極側樹脂層１１ｃの両面のそれぞれに設けられた第１負極側集電層１３ｃ及び第２負極側集電層１３ｄとを備える負極側集電体３ｃと、第１負極側集電層１３ｃの、負極側樹脂層１１ｃとは反対側の面に設けられた負極活物質層１８ｃと、第１負極側集電層１３ｃの短手方向の一端に接合され、当該接合により長手方向に沿って負極側接合痕２５ｃが形成されている負極側金属シート２１ｃであって、第１負極側集電層１３ｃよりも短手方向に延出する負極側延出部４１ｃを有する、負極側金属シート２１ｃと、を備え、セパレータ３０は、正極活物質層１８ａ及び負極活物質層１８ｃの間に設けられる、２次電池２。

［付記２０］
軸方向の一端に配置され、正極側延出部４１ａと電気的に接続される正極用電極タブと、軸方向の他端に配置され、負極側延出部４１ｃと電気的に接続される負極用電極タブと、をさらに備える、付記１９に記載の２次電池２。

以上の各実施形態は、説明の目的で記載されており、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。以上の各実施形態は、本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく種々の変形をなし得る。例えば、ある実施形態における一部の構成要素を、他の実施形態に追加することができる。また、ある実施形態における一部の構成要素を、他の実施形態の対応する構成要素と置換することができる。

１…電極シート、２…２次電池、３…集電体、３ａ…正極側集電体、３ｃ…負極側集電体、４…正極シート、５…負極シート、１０…樹脂層、１１ａ…正極側樹脂層、１１ｃ…負極側樹脂層、１３ａ…第１正極側集電層、１３ｂ…第２正極側集電層、１３ｃ…第１負極側集電層、１３ｄ…第２負極側集電層、１６ａ…第１活物質層、１６ｂ…第２活物質層、１８ａ…正極活物質層、１８ｃ…負極活物質層、２０ａ…第１金属シート、２０ｂ…第２金属シート、２１ａ…正極側金属シート、２１ｃ…負極側金属シート、２４ａ…第１接合痕、２４ｂ…第２接合痕、２５ｃ…負極側接合痕、３０…セパレータ、４０ａ…第１延出部、４０ｂ…第２延出部、４１ａ…正極側延出部、４１ｃ…負極側延出部、３００…切り込み、３０２…凹部

Claims (20)

1. 長手方向と短手方向とを有し、前記短手方向を軸方向として巻回されることにより２次電池の電極を構成する電極シートであって、
   樹脂層と、当該樹脂層の両面のそれぞれに設けられた第１集電層及び第２集電層とを備える集電体と、
   前記第１集電層の、前記樹脂層とは反対側の面に設けられた第１活物質層と、
   前記第１集電層の前記短手方向の一端に接合され、当該接合により前記長手方向に沿って第１接合痕が形成されている第１金属シートであって、前記第１集電層よりも前記短手方向に延出する第１延出部を有する、第１金属シートと、
   を備える、電極シート。
2. 前記第１延出部には、一以上の切り込みが設けられている、請求項１に記載の電極シート。
3. 前記一以上の切り込みは、前記短手方向に沿って設けられている、請求項２に記載の電極シート。
4. 前記第１延出部には、前記短手方向に窪む凹部が前記長手方向に沿って複数設けられている、請求項１に記載の電極シート。
5. 前記複数の凹部は、互いに一定間隔離間して設けられている、請求項４に記載の電極シート。
6. 前記凹部は、矩形状である、請求項４に記載の電極シート。
7. 前記第１接合痕は、溶接痕である、請求項１に記載の電極シート。
8. 前記第１接合痕は、前記第１金属シートから前記第１集電層にわたって形成されている、請求項７に記載の電極シート。
9. 前記第１接合痕は、前記長手方向に沿って、線状又は複数の点状に形成されている、請求項８に記載の電極シート。
10. 前記第１接合痕は、前記第１金属シートから前記第２集電層にわたって形成されている、請求項７に記載の電極シート。
11. 前記集電体は、前記第１接合痕を含む断面において、前記第２集電層から前記第１集電層に向かう方向に窪んだ形状である、請求項１０に記載の電極シート。
12. 前記集電体は、前記第１接合痕を含む断面において、前記第１集電層及び前記第２集電層が一体化された領域を有する、請求項１０に記載の電極シート。
13. 前記第２集電層の、前記樹脂層とは反対側の面に設けられた第２活物質層と、
    前記第２集電層の前記短手方向の一端に接合され、当該接合により前記長手方向に沿って第２接合痕が形成されている第２金属シートであって、前記第２集電層よりも前記短手方向に延出する第２延出部を有する、第２金属シートと、をさらに備える、請求項１に記載の電極シート。
14. 前記第２接合痕は、溶接痕であり、前記第２接合痕を含む断面において、前記第１集電層から前記第２集電層に向かう方向に窪んだ形状である、請求項１３に記載の電極シート。
15. 前記第１延出部と前記第２延出部とが互いに接合されている、請求項１３に記載の電極シート。
16. 前記第１金属シートは、前記第１活物質層との間に０．１ｍｍ～１０ｍｍの間隔を空けて前記一端に接合される、請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の電極シート。
17. 前記第１活物質層は、正極活物質であり、
    前記第１金属シートは、アルミニウムを含む金属である、請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の電極シート。
18. 前記第１活物質層は、負極活物質であり、
    前記第１金属シートは、銅を含む金属である、請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の電極シート。
19. それぞれが長手方向と短手方向とを有する正極シート及び負極シートにセパレータを挟んだ積層シートを、前記短手方向を軸方向として巻回することにより構成される２次電池であって、
    前記正極シートは、
    正極側樹脂層と、当該正極側樹脂層の両面のそれぞれに設けられた第１正極側集電層及び第２正極側集電層とを備える正極側集電体と、
    前記第１正極側集電層の、前記正極側樹脂層とは反対側の面に設けられた正極活物質層と、
    前記第１正極側集電層の前記短手方向の一端に接合され、当該接合により前記長手方向に沿って第１接合痕が形成されている正極側金属シートであって、前記第１正極側集電層よりも前記短手方向に延出する正極側延出部を有する、正極側金属シートと、
    を備え、
    前記負極シートは、
    負極側樹脂層と、当該負極側樹脂層の両面のそれぞれに設けられた第１負極側集電層及び第２負極側集電層とを備える負極側集電体と、
    前記第１負極側集電層の、前記負極側樹脂層とは反対側の面に設けられた負極活物質層と、
    前記第１負極側集電層の前記短手方向の一端に接合され、当該接合により前記長手方向に沿って負極側接合痕が形成されている負極側金属シートであって、前記第１負極側集電層よりも前記短手方向に延出する負極側延出部を有する、負極側金属シートと、
    を備え、
    前記セパレータは、前記正極活物質層及び前記負極活物質層の間に設けられる、２次電池。
20. 前記軸方向の一端に配置され、前記正極側延出部と電気的に接続される正極用電極タブと、
    前記軸方向の他端に配置され、前記負極側延出部と電気的に接続される負極用電極タブと、をさらに備える、請求項１９に記載の２次電池。

Images