JP7639655B2 - 二次電池 - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、二次電池に関する。

例えば特許文献１には、非水電解液二次電池用の捲回電極体が開示されている。具体的に、この特許文献１に開示されている電極体（捲回電極体）は、正極シートと、負極シートと、正極シートおよび負極シートの間に介在するセパレータ（セパレータシート）との積層体が、それらシートの長手方向に巻回されることで構成されている。この電極体は、ケース（電池ケース）に収容されることで、前記特許文献１に係る二次電池を構成している。

ここで、前記セパレータは、長手方向に沿って、厚みの大きい領域と、厚みの小さい領域と、を交互に有している。２種類の領域を交互に設けることで、幅方向に比べて長手方向での電解液（非水電解液）の透過性を低くすることができる。

特開２０２０－５７５２２号公報

一般に、ハイレートで充電を行うと、電極体の負極側から電解液が流出し、ケース内の全体に広がることになる。流出した電解液は、放電の際に戻るようになっているものの、電極体において電解液に浸っている部分からしか戻らないため、これを十分に戻すためには長時間を要する。

そこで、前記特許文献１に記載されているように、厚みの大きい領域と小さい領域をセパレータに設けることで、それらの領域によって構成される溝内に電解液を保持させることが考えられる。

しかしながら、そうした溝内に保持可能な電解液の量は、電極体からの電解液の流出を抑制するには不十分であり、この点で、前記特許文献１に係る構成には改善の余地があった。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電極体からの電解液の流出を抑制することにある。

本開示の第１の態様は、正極板および正極活物質層を有する正極と、負極板および負極活物質層を有する負極と、前記正極および前記負極の間に介在するセパレータと、から構成される電極体と、第１方向における前記正極板および前記負極板の各端部に接続される集電板と、前記電極体に含まれる電解液と、を備える二次電池に係る。

そして、前記第１の態様によれば、前記正極板および前記負極板は、それぞれ、前記第１方向に直交する第２方向に沿って見たときに、前記正極板および前記負極板の各極板と、前記正極活物質層および前記負極活物質層のうち対応する一方とが重なり合う活物質層形成部分と、前記各端部に設けられ、前記第２方向に沿って見たときに、前記各極板が露出してなる活物質層非形成部分と、を有し、前記セパレータは、前記第１方向および前記第２方向に直交する第３方向に沿って所定間隔で設けられかつ各々前記第１方向に延びる複数の突条を有し、前記複数の突条のうちの少なくとも一部は、それぞれ、前記活物質層形成部分に対向する第１突起部分と、前記活物質層非形成部分に対向し、前記第２方向において前記第１突起部分よりも高く突出した第２突起部分と、を有する。

前記第１の態様によると、一の突条は、これに隣接する他の突条とともに、電解液を保持可能な溝を構成することになる。ここで、各突条において、第１方向の端に位置する部分（第２突起部分）の高さは、第１方向の中央付近に位置する部分（第１突起部分）の高さと比べて、より高くなるように設定される。このように設定することで、第２突起部分の間に構成される溝の深さは、第１突起部分の間に構成される溝の深さと比べて、より深くなる。

このように、第２突起部分に係る溝をより深くすることで、各極板の各端部において、従来よりも多量の電解液を保持することが可能になる。これにより、電極体からの電解液の流出を抑制することができる。

また、第１方向の全域にわたって溝を深くするのではなく、活物質層非形成部分に対向する部分に限って突条を高くすることで、活物質層形成部分の厚さを厚くすることなく従来の厚さとすることができる。これにより、電極体、ひいては二次電池の大型化を防止することができる。

また、前記第２の態様によれば、前記第３方向における前記第２突起部分の幅は、前記第３方向における前記第１突起部分の幅以下の狭さとなる、としてもよい。

前記第２の態様によると、第２突起部分の間に構成される溝の幅は、第１突起部分の間に構成される溝の幅と比べて、より広くなる。各極板の各端部における溝幅を広げた分、より多くの電解液を保持することができる。これにより、電極体からの電解液の流出を抑制する上で有利になる。

また、前記第３の態様によれば、前記複数の突条は、それぞれ前記第２突起部分を欠いた複数の第１の突条と、前記第１の突条を前記第３方向の両側から挟み込むように設けられ、それぞれ前記第２突起部分を有する複数の第２の突条と、によって構成される、としてもよい。

前記第３の態様によると、各極板の各端部に構成される溝において、第２の突条が溝の側壁を区画し、第１の突条が溝の底壁を区画することになる。このように構成することで、溝幅をさらに広げることができる。溝幅を広げた分、より多くの電解液を保持することができる。これにより、電極体からの電解液の流出を抑制する上で有利になる。

また、前記第４の態様によれば、前記第２の突条は、前記第３方向に並んだ前記第２突起部分によって、該第２突起部分を内壁とした第２溝部を区画し、前記第２の突条の間に挟み込まれた前記第１の突条の列数を隣接列数とし、前記第２方向に沿って正面視した場合における、各前記第２溝部の面積を第２面積とし、前記隣接列数を１列とした場合の前記第２面積に対する、前記隣接列数を所定列とした場合の前記第２面積の比率を面積増加比とすると、前記面積増加比は、１．５以上となるように設定される、としてもよい。

前記第４の態様によると、２つの第２突起部分の間には、その間に位置する領域を溝底とした第２溝部が区画される。第２溝部の面積を示す第２面積は、第２の突条の間に挟み込まれる第１の突条の本数（前記隣接列数）にしたがって増減する。本願発明者らの検討によって得られた知見によれば、第２面積の指標となる前記面積増加比を１．５以上とすることで、各第２溝部に十分な量の電解液を保持させることができる。

また、前記第５の態様によれば、前記第３方向における各前記第２溝部の溝幅は、１ｃｍ以下に設定される、としてもよい。

一般に、第２溝部は、毛細管現象によって電解液の流出を防止する。したがって、第２溝部の溝幅を過度に広くしてしまうと、第２溝部からの電解液の流出が懸念される。

本願発明者らの検討によって得られた知見によれば、前記第５の態様のように第２溝部の溝幅を１ｃｍ以下に設定することで、第２溝部からの電解液の流出を抑制することが可能になる。

また、前記第６の態様によれば、前記複数の突条のうちの少なくとも一部は、それぞれ、前記第１突起部分と前記第２突起部分との間に介在し、かつ前記活物質層非形成部分に対向する第３突起部分をさらに有し、前記第３突起部分は、前記第２方向において前記第２突起部分よりも低く突出している、としてもよい。

前記第６の態様によると、第１突起部分と第２突起部分との間に第３突起部分を介在させることで、正極活物質層または負極活物質層と、第２突起部分との干渉を抑制することができる。この構成は、電極体の組立を従来通りに行うことができるという点で、二次電池の製造時の取り分け有効となる。

以上説明したように、本開示によれば、電極体からの電解液の流出を抑制することができる。

図１は、二次電池の構成を例示する模式図である。 図２は、電極体の積層構造を例示する斜視図である。 図３は、電極体の縦断面図である。 図４は、電極体を一部省略して示す斜視図である。 図５は、電極体の横断面図である。 図６は、セパレータの平面図である。 図７は、第１の突条の隣接列数と、面積増加比との関係を示すプロットである。 図８は、図７の具体例を示すプロットである。 図９は、実施例と比較例との対比結果を示す表である。

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は例示である。図１は、二次電池の構成を例示する模式図である。図２は、電極体の積層構造を例示する斜視図である。図３は電極体の縦断面図であり、図４は電極体を一部省略して示す斜視図であり、図５は電極体の横断面図である。また、図６は、セパレータの平面図である。

本実施形態に係る二次電池１は、電子機器、電気自動車、ハイブリッド自動車等への利用に適する。この二次電池１は、いわゆるリチウムイオン二次電池である。

〈全体構成〉
図１に示すように、二次電池１は、箱状のケース２と、扁平型の電極体３と、電極体３に接続される正極集電板（集電板）４ａおよび負極集電板（集電板）５ａと、電極体３に含まれる非水電解液（電解液）６と、を備えている。電極体３、正極集電板４ａ、負極集電板５ａおよび非水電解液６は、いずれもケース２に収容されている。

ケース２は、二次電池１の外装容器をなす。このケース２には、正極集電板４ａによって構成される正極端子４と、負極集電板５ａによって構成される負極端子５と、がそれぞれケース２の上面から突出するように設けられている。

電極体３は、図１～図２に示すように、シート状の正極３２と、シート状の負極３３と、同じくシート状に形成されかつ正極３２および負極３３の間に介在するセパレータ３１と、から構成されている。

詳しくは、電極体３は、複数のシート状の部材（正極３２、負極３３およびセパレータ３１）を重ねた上で、それらの部材を中心軸Ｏｃ周りに捲回してなる断面長円状かつ扁平型の捲回電極体である。

以下、中心軸Ｏｃに沿った方向を「第１方向」または「中心軸方向」と呼称する。この第１方向（中心軸方向）は、電極体３がケース２に収容された状態では、二次電池１の水平方向に一致する。

さらに詳しくは、電極体３は、１枚のセパレータ３１と、１枚の負極３３と、１枚のセパレータ３１と、１枚の正極３２と、をこの順番で重ね合わせた積層体を中心軸Ｏｃ周りにロールすることで構成されている。つまり、２枚のセパレータ３１のうちの一方のセパレータ３１は、正極３２と負極３３との間に介在するようになっている。

図２に示すように、正極３２は、シート状の正極板３２ａと、正極板３２ａにおける一部の領域（活物質層形成部分Ｐ１）に積層された正極活物質層３２ｂと、を有する。同様に、負極３３は、シート状の負極板３３ａと、負極板３３ａにおける一部の領域（活物質層形成部分Ｐ１）に積層された負極活物質層３３ｂと、を有する。

ここで、第１方向における正極板３２ａの左端部（一端部）３ａは、負極板３３ａと比べて、第１方向の一端側（図１および図２の紙面左端側）に突出している。ここでいう左端部３ａとは、図１および図２中での紙面左端部に相当する。この左端部３ａは、正極活物質層３２ｂが形成されずに正極板３２ａが露出した活物質層非形成部分Ｐ２を構成している。

正極板３２ａの左端部３ａには、正極端子４の集電板（正極集電板４ａ）が接合されている。正極集電板４ａは、二次電池１の高さ方向に沿って延びる板状の部材であって、正極端子４の下側部分を構成する。

また、第１方向におけるセパレータ３１の左端部（正極板３２ａと同様に、図１および図２の紙面左端部）は、負極板３３ａと比べて、第１方向の前記左端側に若干突出している。第１方向の左端側におけるセパレータ３１の突出量は、同方向における正極板３２ａの突出量よりも小さい。

また、正極活物質層３２ｂは、正極板３２ａの表裏両面のうち、セパレータ３１と向かう合う一面に形成されている。正極活物質層３２ｂは、セパレータ３１と向かい合うと同時に、このセパレータ３１を挟んで負極活物質層３３ｂと向かい合うようになっている。正極板３２ａにおいて正極活物質層３２ｂが形成された領域は、正極活物質層３２ｂと正極板３２ａとが重なり合った活物質層形成部分Ｐ１を構成している。

正極活物質層３２ｂと正極板３２ａとの積層方向は、図２の紙面に直交する方向であり、図５の紙面上下方向に相当する。以下、この積層方向を「第２方向」と呼称する。この第２方向は、正極３２、負極３３およびセパレータ３１各々の厚み方向に一致する。

なお、正極板３２ａは、長尺状のいわゆる正極集電体であって、導電性を有する金属薄膜（例えばアルミニウム箔）よりなる。また、正極活物質層３２ｂは、正極活物質および助剤（バインダおよび導電助剤）を混合し、その混合物を正極板３２ａに塗布することによって形成されている。正極活物質としては、コバルト、マンガンおよびニッケルからなる群より選ばれる１種または２種以上を含有するリチウムとの複合金属酸化物、リン酸系リチウム化合物、ケイ酸系リチウム化合物等を採用することが好ましい。

一方、第１方向における負極板３３ａの右端部（他端部）３ｂは、正極板３２ａと比べて、第１方向の他端側（図１および図２の紙面右端側）に突出している。ここでいう右端部３ｂとは、図１および図２中での紙面右端部に相当する。この右端部３ｂは、正極板３２ａの右端部３ｂと同様に、負極活物質層３３ｂが形成されずに負極板３３ａが露出した活物質層非形成部分Ｐ２を構成している。

負極板３３ａの右端部３ｂには、負極端子５の集電板（負極集電板５ａ）が接合されている。負極集電板５ａは、二次電池１の高さ方向に沿って延びる板状の部材であって、負極端子５の下側部分を構成する。

また、第１方向におけるセパレータ３１の右端部（正極板３２ａと同様に、図１および図２の紙面右端部）は、正極板３２ａと比べて、第１方向の前記右端側に若干突出している。第１方向の右端側におけるセパレータ３１の突出量は、同方向における負極板３３ａの突出量よりも小さい。

また、負極活物質層３３ｂは、負極板３３ａの表裏両面のうち、セパレータ３１と向かう合う一面に形成されている。負極活物質層３３ｂは、セパレータ３１と向かい合うと同時に、このセパレータ３１を挟んで正極活物質層３２ｂと向かい合うようになっている。負極板３３ａにおいて負極活物質層３３ｂが形成された領域は、負極活物質層３３ｂと負極板３３ａとが重なり合った活物質層形成部分Ｐ１を構成している。

なお、負極板３３ａは、長尺状のいわゆる負極集電体であって、導電性を有する金属薄膜（例えば銅箔）よりなる。また、負極活物質層３３ｂは、負極活物質および助剤（バインダおよび導電助剤）を混合し、その混合物を負極板３３ａに塗布することによって形成されている。負極活物質としては、黒鉛系炭素材料、すなわち、人造黒鉛および／または天然黒鉛を採用することが好ましい。

前述のように、集電板４ａ，５ａは、第１方向における正極板３２ａおよび負極板３３ａの各端部（言い換えると、第１方向における電極体３の両端部）３ａ，３ｂに接続されている。正極集電板４ａおよび負極集電板５ａは、それぞれ、正極板３２ａおよび負極板３３ａのうち対応する一方の活物質層非形成部分Ｐ２に接続されている。

図３に示すように、各セパレータ３１は、基材層３１ａと、基材層３１ａ上に設けられたセラミック層３１ｂと、を有している。基材層３１ａおよびセラミック層３１ｂは、双方とも、多孔性を有する薄膜である。基材層３１ａは、ポリエチレン、ポリプロピレン等の合成樹脂よりなる。セラミック層３１ｂは、セラミック材料よりなる。

また、セパレータ３１は、第１方向および第２方向に直交する第３方向に沿って所定間隔毎に設けられる複数の突条７を有する（図３参照）。複数の突条７は、各々第１方向に沿って延びる。ここで、「第３方向」は、セパレータ３１の表面に沿って延びる方向であり、図３の紙面左右方向に相当する。電極体３として捲回電極体を用いた場合、第３方向は捲回電極体の捲回方向に対応する。

複数の突条７は、セパレータ３１のセラミック層３１ｂに形成されており、第３方向に沿って複数列にわたって並ぶように設けられている。複数の突条７は、それぞれ、正極活物質層３２ｂおよび負極活物質層３３ｂのうち、少なくとも負極活物質層３３ｂと向かい合うように配置されている。

一の突条７と、これに隣接する他の突条７とによって、非水電解液６を保持可能な溝８が構成されている。各溝８は、突条７と同様に第１方向に沿って延びるようになっている。

各溝８によって保持される非水電解液６は、電極体３の内部に含まれる電解液である。具体的に、本実施形態に係る非水電解液は、非水溶媒に支持電解質を溶解してなる。この非水電解液６は、例えば－４０℃～７０℃において液体であり、必要に応じて添加剤が添加される。

既に説明したように、正極板３２ａおよび負極板３３ａは、それぞれ、活物質層形成部分Ｐ１と、活物質層非形成部分Ｐ２と、を有する。ここで、活物質層形成部分Ｐ１は、第２方向に沿って見たときに、正極板３２ａおよび負極板３３ａの各極板３２ａ，３３ａと、正極活物質層３２ｂおよび負極活物質層３３ｂのうち対応する一方と、が重なり合う部分に相当する。一方、活物質層非形成部分Ｐ２は、正極板３２ａおよび負極板３３ａの各端部３ａ，３ｂに設けられ、第２方向に沿って見たときに、各極板３２ａ，３３ａが露出した部分に相当する。

そして、前述した複数の突条７は、それぞれ、活物質層形成部分Ｐ１および活物質層非形成部分Ｐ２のレイアウトに対応した構成とされている。すなわち、複数の突条７のうちの少なくとも一部は、それぞれ、活物質層形成部分Ｐ１に対向する第１突起部分７１と、活物質層非形成部分Ｐ２に対向し、第２方向において第１突起部分７１よりも高く突出した第２突起部分７２と、を有する。第２方向における第２突起部分７２の高さＨ２は、第２方向における第１突起部分７１の高さＨ１よりも長い（図５を参照）。

第１突起部分７１と第２突起部分７２は、一の突条７を形成するように、第１方向に沿って直線状に並んでいる。活物質層形成部分Ｐ１に対向する領域と、活物質層非形成部分Ｐに対向する領域に一の突条７を区分したときの、前者の領域が第１突起部分７１に相当し、後者の領域が第２突起部分７２に相当する。この場合、各突条７によって構成される溝８は、第１突起部分７１によって構成される第１溝部８１と、第２突起部分７２によって構成される第２溝部８２と、に区分することができる。

第１突起部分７１と第２突起部分７２は、同じく直線状に並んだ第３突起部分７３を介して一体的に構成されている。第１突起部分７１、第３突起部分７３および第２突起部分７２は、この順番で直線状に繋がっている。

詳しくは、第３突起部分７３は、第１突起部分７１と前記第２突起部分７２との間に介在するとともに、活物質層非形成部分Ｐ２に対向するように配置されている。この第３突起部分７３は、第２方向において第２突起部分７２よりも低く突出している。例えば本実施形態に係る第３突起部分７３は、第１突起部分７１と面一に構成されており、第２方向において第１突起部分７１と同じ高さＨ１を有している（図５を参照）。

また、第３方向における第２突起部分７２の幅（特に、第１方向の端部における幅）は、該第３方向における第１突起部分７１の幅以下の狭さとなるように設定されている。この場合、第１突起部分７１に対応した第１溝部８１の幅は、該第１突起部分７１よりも高さが高い第２突起部分７２に対応した第２溝部８２の幅よりも広くなる。

第２突起部分７２は、例えば図６に示すように、第１方向の端部に向かって徐々に狭くなるように構成してもよい。図６に示す例では、各第２突起部分７２は、第２方向に沿った平面視において、第１方向の両端に向かって先細の三角形状を有する。この場合、第２溝部８２は、第３方向の端に向かって溝幅をテーパ状に拡径させた形状を有することになる。

なお、本開示に係る二次電池１では、全ての突条７が第２突起部分７２を有していてもよいし、一部の突条７が第２突起部分７２を有していてもよい。以下、後者の構成について説明する。

この場合、複数の突条７は、図４および図６に示すように、それぞれ第２突起部分７２を欠いた複数の第１の突条７Ａと、第１の突条７Ａを第３方向の両側から挟み込むように設けられ、それぞれ第２突起部分７２を有する第２の突条７Ｂと、に区分することができる。

第１の突条７Ａおよび第２の突条７Ｂは、第３方向に並んだそれぞれの第１突起部分７１によって、該第１突起部分７１を内壁とした前述の第１溝部８１を区画する。

また、第２の突条７Ｂは、第３方向に並んだそれぞれの第２突起部分７２によって、該第２突起部分７２を内壁（第２溝部８２の側壁）とした前述の第２溝部８２を区画する。

第１の突条７Ａは第２突起部分７２を欠いているため、第２溝部８２の本数は、第１溝部８１の本数と比べて少なくなる。これに伴い、第３方向における第２溝部８２の溝幅Ｗ１は、第３方向における第１溝部８１の溝幅Ｗ３と比べて大きくなる（溝幅Ｗ１，Ｗ３については、図６も参照）。

例えば図４では、第１の突条７Ａと、第２の突条７Ｂと、が第３方向に沿って１列おきに並んでいる。この場合、第１突起部分７１によって構成される第１溝部８１は、第１および第２の突条７Ａ，７Ｂの総数と同数にわたり構成され、第２突起部分７２によって構成される第２溝部８２は、前記総数の約半数にわたり構成されることになる。この場合、第２溝部８２の溝幅は、第１溝部８１の溝幅の２倍よりも大きくなる。

一方、図６に示す例では、第１の突条７Ａが、第３方向に沿って２列にわたり連続して設けられている。第２の突条７Ｂは、２列分の第１の突条７Ａを、第３方向の両側から挟み込むように設けられている。この場合、第２溝部８２の溝幅Ｗ１は、第１溝部８１の溝幅Ｗ３の３倍よりも大きくなる。

ところで、全突条７に占める第１の突条７Ａの割合（言い換えると、全突条７のうち第２突起部分７２を欠いた割合）を増やすことで、両端の第２溝部８２の容積を拡大し、この第２溝部８２によって保持可能な非水電解液６の量を増やすことができると考えられる。

しかしながら、溝８の表面張力によって非水電解液を保持していることに鑑みると、全突条７を第１の突条７Ａにしてしまうと（言い換えると、全ての突条７から第２突起部分７２を取り除いてしまうと）、非水電解液６の保持能力に支障を来すと考えられる。第１の突条７Ａの割合を増やすことで拡大可能な第２溝部８２の容積には、一定の上限を設定することができる。この上限は、例えば、第３方向における各第２溝部８２の溝幅Ｗ１を通じて設定することができる（図６参照）。

本願発明者らが鋭意検討した結果、得られた知見によれば、前記溝幅Ｗ１を１ｃｍ以下に設定することが好ましい。第２溝部８２の溝幅が第３方向に沿って拡径する場合、図６のように、第１突起部分７１と第２突起部分７２との境界部分で見た幅を溝幅Ｗ１としてもよい。

なお、図５および図６では、第１突起部分７１、第２突起部分７２および第３突起部分７３の構成、ならびに、第１の突条７Ａおよび第２の突条７Ｂの構成の一例として、負極３３側の構成を例示しているが、正極３２側も同様の構成することができる。その場合、第２突起部分７２の高さＨ２と、第１突起部分７１の高さＨ１との大小関係等、前述した各要素に関する説明は、正極３２側においても共通である。

第１溝部８１に対する第２溝部８２の容積比を示す指標として、本願発明者らは、「面積増加比」なる指標を新たに想到した。第２の突条７Ｂの間に挟み込まれた第１の突条７Ａの列数を隣接列数とし、図６のように第２方向に沿って正面視した場合における、各第２溝部８２の面積を第２面積とすると、前記面積増加比は、前記隣接列数を１列とした場合の第２面積に対する、隣接列数を所定列とした場合の第２面積の比率（つまり、隣接列数を１列より増やした場合における第２面積の増加比）とすることができる。

図７は、第１の突条７Ａの隣接列数と、面積増加比との関係を示すプロットである。図７に示すように、面積増加比は、隣接列数が増加するにしたがって増加する傾向にある。この傾向は、第２突起部分７２の欠落数を増やすにしたがって、第２溝部８２の溝幅Ｗ１が漸増することを示している。

また、図７の各プロットに示すように、第３方向における第１突起部分７１の幅（突起幅）Ｗ２に対して該第１突起部分７１の間隔（第１溝部８１の溝幅）Ｗ３が大きい場合には、それが小さい場合または両者が等しい場合と比較して、面積増加比はより大きくなる傾向にある（Ｗ２およびＷ３については、図６も参照）。本願発明者らが鋭意検討した結果、得られた知見によれば、前記面積増加比を１．５以上となるように設定することが好ましい（図７の鎖線Ｌ１を参照）。

図８は、図７の具体例を示すプロットである。

図８のプロットにおける横軸は、図７と同様に、第１の突条７Ａが隣接する列数（隣接列数）を示している。例えば横軸中の「４」とは、第２突起部分７２を欠いた第１の突条７Ａを４列にわたって連続させることを意味している。この場合、第２突起部分７２を有する第２の突条７Ｂは、５列毎に設けられることになる。

図８のプロットにおける縦軸は、図７と同様に、第１の突条７Ａと第２の突条７Ｂとが１列毎に設けられる場合（第１の突条７Ａが連続する列数を１列とした場合）に対する、第２溝部８２の溝底の面積の増加率（面積増加比）を示している。例えば、第１の突条７Ａが４列にわたって連続する場合の第２溝部８２の面積は、第１の突条７Ａが１列にわたって連続する場合の第２溝部８２の面積に対して、約１．８倍となる。この場合、１つの第２溝部８２につき、約１．８倍の非水電解液６を保持することができる。

なお、図８の縦軸の計算は、第３方向における第１突起部分７１の幅と、同じく第３方向における第１溝部８１の幅とを同一にし、かつ、第２方向における第１突起部分７１の高さＨ１と、同じく第２方向における第２突起部分７２の高さＨ２とを同一にした場合（Ｈ１＝Ｈ２）の具体的な計算結果に相当する。

本願発明者らが鋭意検討を重ねた結果、得られた知見によれば、Ｈ１＝Ｈ２と設定した場合にあっては、第１の突条７Ａを、第３方向に沿って６列以上にわたって隣接するように配置することが好ましい（図８の区間Ｒ１を参照）。この知見は、後述の実施例によって実証されている。なお、図８の鎖線Ｌ１に示すように、区間Ｒ１に収まるプロットは、面積増加比を１．５以上に設定するという前述した条件を満足する。

〈二次電池の作成〉
本実施形態に係る二次電池１は、第１方向におけるセラミック層３１ｂの両端部の形状に工夫を凝らしたものとなっている。すなわち、このセラミック層３１ｂは、従来知られた第１突起部分７１に加え、該第１突起部分７１に対して高さを異ならせた第２突起部分７２を備えたものとなっている。

このように第１突起部分７１と第２突起部分７２を備えた形状は、例えば、ダイコータにおけるロールプレスの構造に工夫を凝らすことで実現することができる。例えば、ロールプレスの中央部（回転軸方向における中央部）と端部とで深さを異ならせた構造を持たせ、その構造をセラミック層３１ｂに転写することで、前述の如き突条７、ひいては各突条７の間に溝８を形成することが可能になる。

〈二次電池の検証〉
以下に示す比較例１～２および実施例１～３の二次電池１を準備した。それぞれの構成は、図９にも示す。本願発明者らは、所定量の非水電解液６を保持するために必要な、第１方向におけるセパレータ３１の余剰部長さを検証した。余剰部長さとは、活物質層非形成部分Ｐ２に対応した第２突起部分７２の長さ（特に、第１方向に沿った長さ）を示す。余剰部長さが短くなるほど、二次電池１はよりコンパクトになる。

なお、以下の比較例１～２および実施例１～３において、第３方向における第１突起部分７１の幅と、同じく第３方向における第１溝部８１の幅は共通である。また、セパレータ３１の厚みは数十μｍ程度であり、各突条７および各溝８の幅も数μｍ～数十μｍ程度である。

以下の実施例１～３は、第２突起部分７２の高さが、第１突起部分７１の高さよりも高く形成されている構成に相当する。比較例１～２は、第２突起部分７２の高さと、第１突起部分７１の高さとが同一に設定された構成に相当する。

図９に示すように、比較例１に係るセパレータ３１は、全突条７が第２突起部分７２を具備していると同時に、第２突起部分７２の高さＨ２と第１突起部分７１の高さＨ１とが等しくなるように構成されている（Ｈ１＝Ｈ２）。比較例１は、第２突起部分７２の高さに工夫を凝らさず、しかも、第２突起部分７２を欠いた突条７も用意しない構成例に相当する。

また、比較例２に係るセパレータ３１は、第２突起部分７２を欠いた第１の突条７Ａを１０列にわたって連続させると同時に、第２突起部分７２の高さＨ２と第１突起部分７１の高さＨ１とが等しくなるように構成されている（Ｈ１＝Ｈ２）。比較例２は、面積増加比を１．５以上とする条件を満足する。比較例２は、第２突起部分７２の高さには工夫を凝らさずに、第２突起部分７２を欠いた突条７を用意した構成例に相当する。

一方、図９に示すように、実施例１に係るセパレータ３１は、全突条７が第２突起部分７２を具備していると同時に、第２突起部分７２の高さＨ２が第１突起部分７１の高さＨ１よりも高くなるように構成されている（Ｈ２＞Ｈ１）。この場合、第２突起部分７２の高さＨ２は、負極３３の半分程度に相当する。実施例１は、第２突起部分７２を欠いた突条７こそ用意していないものの、第２突起部分７２の高さには工夫を凝らした構成例に相当する。

また、実施例２に係るセパレータ３１は、全突条７が第２突起部分７２を具備していると同時に、第２突起部分７２の高さＨ２が、実施例１の構成よりもさらに高くなるように構成されている（つまり、Ｈ２（実施例２）＞Ｈ２（実施例１）＞Ｈ１）。この場合、第２突起部分７２の高さＨ２は、負極３３の厚みと同程度である。実施例２は、第２突起部分７２を欠いた突条７こそ用意していないものの、第２突起部分７２の高さには工夫を凝らした構成例に相当する。

また、実施例３に係るセパレータ３１は、第２突起部分７２を欠いた第１の突条７Ａを１０列にわたって連続させると同時に、第２突起部分７２の高さＨ２が、実施例２と同じ高さに設定されている（つまり、Ｈ３（実施例３）＝Ｈ２（実施例２）＞Ｈ２（実施例１）＞Ｈ１）。実施例２は、面積増加比を１．５以上とする条件を満足する。実施例２は、比較例２の工夫と、実施例２の工夫とが両方とも施された構成例に相当する。

図９に示した表の第４列に示す通り、実施例１～３は、比較例１～２と比較して、余剰長さが有意に短くなった。この結果は、第２突起部分７２の高さＨ２を第１突起部分７１の高さＨ１よりも高くしたことで、非水電解液６の保持機能が比較例１～２よりも向上したことを示している。こうした傾向は、第２突起部分７２によって構成される溝８をより深くしたことで、非水電解液６を貯留可能な容積が増加した結果もたらされたと考えられる。

ここで、実施例１と実施例２との比較に示すように、第２突起部分７２の高さＨ２をより高くすることで、余剰長さがさらに短くなった。この結果は、第２突起部分７２によって構成される溝８が深くなればなるほど、非水電解液６の保持機能が向上することを示唆している。

さらに、実施例２と実施例３との比較に示すように、第２突起部分７２の高さＨ２を相対的に高く設定した状態で、さらに第２突起部分７２を欠いた第１の突条７Ａを１０列にわたって連続させることで、余剰長さがさらに短くなった。この結果は、活物質層形成部分Ｐ１に対応する第２突起部分７２を連続させたことで、非水電解液６を貯留可能な容積が増加したためと考えられる。

〈非水電解液の流出抑制について〉
一般に、ハイレートで充電を行うと、負極３３側で黒鉛成分等が膨張した結果、電極体３から非水電解液６が流出し、それがケース２内の全体に広がることが懸念される。流出した非水電解液６は、放電の際に戻るようになっているものの、電極体３において非水電解液６に浸っている部分からしか戻らないため、これを十分に戻すためには長時間を要する。

そこで、セパレータ３１の表面上に、第１方向に沿って延びる溝を等間隔で設けることで、その溝内に非水電解液６を保持させることが考えられる。しかしながら、そうした溝内に保持可能な非水電解液６の量は、電極体３からの非水電解液６の流出を抑制するには不十分であり、改善の余地があった。

これに対し、本実施形態によれば、一の突条７は、図４に示すように、これに隣接する他の突条７とともに、非水電解液６を保持可能な溝８を構成することになる。ここで、各突条７において、１方向の端に位置する部分（第２突起部分７２）の高さＨ２は、図５に示すように、第１方向の中央付近に位置する部分（第１突起部分７１）の高さＨ１と比べて、より高くなるように設定される。このように設定することで、第２突起部分７２の間に構成される溝（第２溝部８２）の深さは、第１突起部分７１の間に構成される溝（第１溝部８１）の深さと比べて、より深くなる。

このように、第２突起部分７２に係る第２溝部８２をより深くすることで、各極板３２ａ，３３ａの各端部３ａ，３ｂにおいて、従来よりも多量の非水電解液６を保持することが可能になる。これにより、電極体３からの非水電解液６の流出を抑制することができる。

また、第１方向の全域にわたって溝８を深くするのではなく、活物質層非形成部分Ｐ２に対向する部分に限って突条７を高くすることで、活物質層形成部分Ｐ１の厚さを厚くすることなく従来の厚さとすることができる。これにより、電極体３、ひいては二次電池１の大型化を防止することができる。

また、図４および図６に示すように、第２突起部分７２の間に構成される第２溝部８２の幅は、第１突起部分７１の間に構成される第１溝部８１の幅と比べて、より広くなる。各極板３２ａ，３３ａの各端部３ａ，３ｂにおける溝幅を広げた分、より多くの非水電解液６を保持することができる。これにより、電極体３からの非水電解液６の流出を抑制する上で有利になる。

また、図４等に示すように、第２突起部分７２の間に構成される第２溝部８２において、第２の突条７Ｂが第２溝部８２の側壁を区画し、第１の突条７Ａが第２溝部８２の底壁を区画することになる。このように構成することで、溝幅をさらに広げることができる。溝幅を広げた分、より多くの非水電解液６を保持することができる。これにより、電極体３からの非水電解液６の流出を抑制する上で有利になる。

また、図８および図９を用いて説明したように、２つの第２の突条７Ｂの間には、６列以上かつ１０列以下にわたって第１の突条が挟み込まれることになる。本願発明者らが鋭意検討を重ねた結果、得られた知見によれば、第１の突条７Ａを６列以上にわたって隣接させることで、十分な量の非水電解液６を保持させることができる。

また、図６等に示すように、２つの第２突起部分７２の間には、その間に位置する領域を溝底とした第２溝部８２が区画される。第２溝部８２の面積を示す第２面積は、第２の突条７Ｂの間に挟み込まれる第１の突条７Ａの本数（隣接列数）にしたがって増減する。図７および図８に示すように、第２面積の指標となる面積増加比を１．５以上とすることで、各第２溝部８２に十分な量の非水電解液６を保持させることができる。

また一般に、第２溝部８２は、毛細管現象によって非水電解液６の流出を防止する。したがって、第２溝部８２の溝幅Ｗ１を過度に広くしてしまうと、この第２溝部８２からの非水電解液６の流出が懸念される。

本願発明者らの検討によって得られた知見によれば、前述のように第２溝部８２の溝幅Ｗ１を１ｃｍ以下に設定することで、第２溝部８２からの非水電解液６の流出を抑制することが可能になる。

また、図５に示すように、第１突起部分７１と第２突起部分７２との間に第３突起部分７３を介在させることで、正極活物質層３２ｂまたは負極活物質層３３ｂと、第２突起部分７２との干渉を抑制することができる。この構成は、電極体３の組立を従来通りに行うことができるという点で、二次電池１の製造時の取り分け有効となる。

《他の実施形態》
前記実施形態では、捲回電極体として構成された電極体３を用いた構成について例示したが、本開示は、そうした構成には限定されない。電極体３として、正極３２、負極３３、セパレータ３１等を捲回せずに積層してなるいわゆる積層電極体を用いることもできる。

また、前記実施形態では、各第２突起部分７２は、第２方向に沿った平面視において、第１方向の両端に向かって先細の三角形状を有していたが、本開示は、そうした構成には限定されない。例えば、各第２突起部分７２の幅を、階段状に狭めていってもよい。

また、図４、図６および実施例３の各々に例示したように、第２突起部分７２を欠いた第１の突条７Ａを設ける構成は、必須ではない。第２突起部分７２を具備する第２の突条７Ｂによって、全ての突条７を構成してもよい。

１ 二次電池
３ 電極体
３１ セパレータ
３２ 正極
３２ａ 正極板（極板）
３２ｂ 正極活物質層
３３ 負極
３３ａ 負極板（極板）
３３ｂ 負極活物質層
３ａ 左端部（端部）
３ｂ 右端部（端部）
４ａ 正極集電板（集電板）
５ａ 負極集電板（集電板）
６ 非水電解液（電解液）
７ 複数の突条
７１ 第１突起部分
７２ 第２突起部分
７３ 第３突起部分
７Ａ 第１の突条
７Ｂ 第２の突条
８ 溝
８１ 第１溝部
８２ 第２溝部
Ｐ１ 活物質層形成部分
Ｐ２ 活物質層非形成部分
Ｗ１ 溝幅

Claims (6)

1. 正極板および正極活物質層を有する正極と、負極板および負極活物質層を有する負極と、前記正極および前記負極の間に介在するセパレータと、から構成される電極体と、
   第１方向における前記正極板および前記負極板の各端部に接続される集電板と、
   前記電極体に含まれる電解液と、を備える二次電池であって、
   前記正極板および前記負極板は、それぞれ、
   前記第１方向に直交する第２方向に沿って見たときに、前記正極板および前記負極板の各極板と、前記正極活物質層および前記負極活物質層のうち対応する一方とが重なり合う活物質層形成部分と、
   前記各端部に設けられ、前記第２方向に沿って見たときに、前記各極板が露出してなる活物質層非形成部分と、を有し、
   前記セパレータは、前記第１方向および前記第２方向に直交する第３方向に沿って所定間隔で設けられかつ各々前記第１方向に延びる複数の突条を有し、
   前記複数の突条のうちの少なくとも一部は、それぞれ、
   前記活物質層形成部分に対向する第１突起部分と、
   前記活物質層非形成部分に対向し、前記第２方向において前記第１突起部分よりも高く突出した第２突起部分と、を有する
   ことを特徴とする二次電池。
2. 請求項１に記載された二次電池において、
   前記第３方向における前記第２突起部分の幅は、前記第３方向における前記第１突起部分の幅以下の狭さとなる
   ことを特徴とする二次電池。
3. 請求項１または２に記載された二次電池において、
   前記複数の突条は、
   それぞれ前記第２突起部分を欠いた複数の第１の突条と、
   前記第１の突条を前記第３方向の両側から挟み込むように設けられ、それぞれ前記第２突起部分を有する複数の第２の突条と、によって構成される
   ことを特徴とする二次電池。
4. 請求項３に記載された二次電池において、
   前記第２の突条は、前記第３方向に並んだ前記第２突起部分によって、該第２突起部分を内壁とした第２溝部を区画し、
   前記第２の突条の間に挟み込まれた前記第１の突条の列数を隣接列数とし、前記第２方向に沿って正面視した場合における、各前記第２溝部の面積を第２面積とし、前記隣接列数を１列とした場合の前記第２面積に対する、前記隣接列数を所定列とした場合の前記第２面積の比率を面積増加比とすると、
   前記面積増加比は、１．５以上となるように設定される
   ことを特徴とする二次電池。
5. 請求項４に記載された二次電池において、
   前記第３方向における各前記第２溝部の溝幅は、１ｃｍ以下に設定される
   ことを特徴とする二次電池。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載された二次電池において、
   前記複数の突条のうちの少なくとも一部は、それぞれ、
   前記第１突起部分と前記第２突起部分との間に介在し、かつ前記活物質層非形成部分に対向する第３突起部分をさらに有し、
   前記第３突起部分は、前記第２方向において前記第２突起部分よりも低く突出している
   ことを特徴とする二次電池。