JPWO2014050988A1 - リチウムイオン二次電池及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 集電箔が切れにくい電池を提供する。【解決手段】 正極タブと前記正極端子との接続部から、正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部までの積層方向と垂直方向の距離が、前記接続部から直線距離で最も短い前記境界部を有する基準正極よりも、前記基準正極から最も離れた位置に積層された正極の層の方が、前記正極活物質の塗布部と非塗布部の境界から、前記正極タブとの接続部までの積層方向と垂直方向の距離が短いリチウムイオン二次電池。【選択図】 図２

Description

本発明は、振動、衝撃に対する強度が大きな、フィルム外装材で封口したリチウムイオン二次電池に関する。

電動自転車、電動バイク、電気自動車をはじめとする電池を駆動用電源とする機器には容量が大きな二次電池を収容した電池パックが用いられている。体積エネルギー密度、質量エネルギー密度の両者が大きなリチウムイオン二次電池は駆動用電源用の電池として好適である。
リチウムイオン電池には正極と負極とをセパレータを介して積層したものを巻回した円柱状のもの、正極と負極をセパレータを介して積層した扁平状ものが知られている。
これらのなかでも扁平状のものは正極、負極の面積を大きくしたり、積層する正極、負極の枚数を増加することによって単位電池当たりの容量を大きくすることが容易であるので、動力用モーター等の電源用の電池として好適である。

単位電池の容量を大きくするために、電池要素として積層する正極、負極の数を増加させた場合でも、電池の容積の増加を最小にとどめるためには、正極、負極から取り出した導電接続用の正極タブ、負極タブの、正極引出タブ、負極引出タブまでの距離を短くすることが必要である。一方で、正極タブ、負極タブを正極引出タブ、負極引出タブに最短の距離で接続しようとすると、電池要素の積層体の外面に位置するものほど、正極タブ、負極タブの曲率が大きくなるので、正極タブ、負極タブに大きな力が作用した場合にはこれらが切断する可能性が高くなる。
この対策として、例えば、特許文献１が提案されている。
なお、リチウムイオン二次電池は、充電時に負極の端部に金属リチウムが析出することがないようにするために、負極を正極よりも大きくするとともに、正極活物質が塗布された部分に対向する部分の負極には、負極活物質を形成する必要がある。

特開２００５−１４２０２８号公報

しかしながら、フィルム状外装材を用いる場合には外装材自身が変形しやすいため、タブが存在する部分の外装材が変形した場合には曲率が大きな最外層付近の電極タブに接触するなど、最外層または最外層に近い正極タブ、負極タブが切れる可能性はより高くなる。 また、積層数がさらに増加すると、最外層側の負極ほど曲率が大きくなり、特に正極端に対向する付近での曲率が大きく、負極へのストレスが大きくなる。
活物質は必要最小限のバインダーで活物質同士および集電体と結着しているため、正極端に対応する負極活物質表面、および内部にクラックが生じる可能性や、活物質が脱落する可能性、さらには集電箔が切れる可能性が大きくなる。
一方、曲率を大きくしないためには電極がゆるやかに曲がる程度に余裕をもたせた長さにすることが考えられるが、電池の単位体積あたりの容量を小さくしてしまうという問題が生じる。
また、特許文献１では正極側の電極箔の切れについては一切考慮されていない。
そこで本発明は、多数層積み重ねても活物質でのクラック発生や脱落、集電箔の切れが生じにくいリチウムイオン二次電池とその製造方法を提供するものである。

本発明の課題は、正極集電体に正極活物質の塗布部と、正極タブとなる正極活物質の非塗布部とを備える正極と、負極集電体に負極活物質の塗布部と、負極タブとなる負極活物質の非塗布部とを備える負極と、セパレータとを含み、前記正極と前記負極とがセパレータを介して交互に複数層積層した電極積層体と前記正極タブに電気的に接続した正極端子と、前記負極タブに電気的に接続した負極端子と、を備え、前記電極積層体と、電解液と、前記正極端子と、前記負極端子とが、前記正極端子の一端および前記負極端子の一端を除いて外装体に収納したリチウムイオン二次電池であって、前記正極タブと前記正極端子との接続部から、正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部までの、積層方向と垂直方向の距離が、前記接続部から直線距離で最も遠い前記境界部を有する基準正極よりも、前記基準正極から最も離れた位置に積層した正極の方が短いリチウムイオン二次電池によって解決することができる。

正極タブと正極端子との接続部から、正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部までの積層方向と垂直方向の距離が、前記接続部から直線距離で最も大きい基準正極よりも、前記基準正極から最も離れた位置に積層された正極の層の方が、前記正極活物質の塗布部と非塗布部の境界から、前記正極タブと正極端子との接続部までの、積層方向と垂直方向の距離を小さくしたので、衝撃、振動に対する強度が大きなリチウムイオン二次電池を提供することができる。

図１は、リチウムイオン二次電池を説明する図である。図１Ａは、平面図であり、図１Ｂは、図１ＡにおけるＡ−Ａ’線での断面図である。 図２は、図１における正極端子付近のＣの部分を説明する拡大図である。 図３は、図１における正極端子付近のＣの部分を説明する拡大図である。 図４は、負極端子側の一部の断面を説明する図である。 図５は、本発明の他の実施態様を説明する図であり、図１におけるＣの部分を示す図である。 図６は、本発明の一実施態様の正極と負極を説明する図である。 図７は、本発明の他の実施態様の正極と負極を説明する図である。 図８は、リチウムイオン二次電池の評価用ケースを説明する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、リチウムイオン二次電池を説明する図である。図１Ａは、平面図であり、図１Ｂは、図１ＡにおけるＡ−Ａ’線での断面図である。
本発明のリチウムイオン二次電池１００は、正極１と負極６とがセパレータ２０を介して交互に複数層積層された発電要素１１０を備えており、発電要素１１０は電解液（図示せず）と共に可撓性フィルム３０によって外装されている。発電要素１１０には正極端子１１および負極端子１６が電気的に接続されており、前記正極端子１１および前記負極端子１６の一部または全部が可撓性フィルム３０の外部に引き出されている。

正極１にはアルミニウム製の正極集電体２の表裏に正極活物質、導電性助剤、結着剤等を含む組成物を塗布した正極活物質塗布部３が形成されている。
正極活物質塗布部３は、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、ＬｉＦｅＰＯ4等のオリビン系材料等のリチウム遷移金属複合酸化物の１種または２種以上を主な構成成分としている。
これに、カーボンブラック等の導電助剤を混合してポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、カルボキシメチルセルロース、変性アクリロニトリルゴム粒子等の結着剤を配合した組成物を塗布乾燥することで作製することができる。

また、負極６には、銅製の負極集電体７の表裏に負極活物質、導電性助剤、結着剤等を含む組成物を塗布した負極活物質塗布部８が形成されている。
負極活物質塗布部８は、充放電時にリチウムイオンを吸蔵、放出する黒鉛、非晶質炭素、ダイヤモンド状炭素、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンなどの炭素材料や、ケイ素、錫等を含む化合物を主な構成成分としている。
これに、カーボンブラック等の導電助剤を混合してポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、カルボキシメチルセルロース、変性アクリロニトリルゴム粒子等の結着剤を配合した組成物を塗布乾燥することで作製することができる。

正極集電体としてはアルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタンまたはこれらの合金等を用いることができ、特にアルミニウムが好ましい。負極集電体としては銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタンまたはこれらの合金を用いることができる。
セパレータとしては、多孔膜、織布、不織布等があげられ、特にポリプロピレン、ポリエチレン系の多孔膜を１種または２種以上用いることができる。

また、電解液としては、鎖状カーボネート類、環状カーボネート類、脂肪族カルボン酸エステル類、γ−ブチロラクトン等のγ−ラクトン類、鎖状エーテル類、環状エーテル類、などの有機溶媒を一種又は二種以上を混合し、これらの有機溶媒にＬｉＰＦ6等のリチウム塩を溶解させたものを使用することができる。
鎖状カーボネート類としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ブチレンカーボネート等の、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）等を挙げることができる。

本発明のリチウムイオン二次電池を外装する可撓性フィルムは、基材となる金属層の表裏面に樹脂層が設けられたものを用いることができる。
また、金属層には電解液の漏出や外部からの水分の侵入を防止する等のバリア性を有するものを選択することができ、アルミニウム、ステンレス鋼などを用いることができる。
金属層の少なくとも一方の面には変性ポリオレフィンなどの熱溶着性の樹脂層を設けて可撓性フィルムの熱溶着性の樹脂層同士を対向させ、電極積層体を収納する部分の周囲を熱溶着することで外装体を形成する。
熱溶着性の樹脂層を形成した面と反対側の面となる外装体表面にはナイロンフィルム、ポリエステルフィルムなどの樹脂層を設けることができる。
正極端子には、アルミニウムやアルミニウム合金で構成されたもの、負極端子には銅や銅合金あるいはそれらにニッケルメッキを施したものなどを用いることができる。
それぞれの端子を可撓性フィルムの外部に引き出すが、それぞれの端子における外装体の周囲を熱溶着する部分に位置する箇所には熱溶着性の樹脂をあらかじめ設けることができる。

正極集電体における正極活物質の非塗布部を正極端子と接続するための正極タブ２ａとし、負極集電体における負極活物質の非塗布部は負極端子と接続するための負極タブ７ａとする。
正極タブ同士は正極端子上にまとめて正極端子とともに超音波溶接等で互いに接続する。また、負極タブ同士は負極端子上にまとめて負極端子とともに超音波溶接等で互いに接続する。
そのうえで、正極端子の一端を可撓性フィルムの外部に引き出して、負極端子の一端も可撓性フィルムの外部に引き出している。

また、負極活物質塗布部８は、充電時にリチウム金属が負極電極の外周部への析出を防止するために対向する正極活物質塗布部３の外形寸法よりも大きなものである。また、セパレータ２０は、正極と負極との接触を防止するために両者の外形寸法よりも大きい。

本発明のリチウムイオン二次電池は、図１において、正極１、負極６およびセパレータ２０を積層する方向をｚ方向とし、ｚ方向と垂直であって正極端子１１を引き出している辺から、対向する負極端子が辺に向かう方向をｘ方向と定義する。
本発明のリチウムイオン二次電池は、正極タブ２ａを引き出した正極活物質塗布部３の境界面４の正極端子からｘ方向の距離は、ｚ方向の距離が大きいほど大きくしている。

図２は、図１における正極端子付近のＣの部分を説明する拡大図である。
正極１の正極集電体２に形成された正極活物質塗布部３と、正極タブ２ａとして機能する非塗布部との境界部４のうち、正極端子１１に正極タブが接続された部分の正極活物質側に最も近い接続位置１１ａと、活物質の塗布部と非塗布部の境界部４とのｘ方向の距離が最も大きい正極を基準正極１ａとした場合、基準正極１ａからｚ方向の距離が大きくなる正極ほど、境界部４までのｘ方向に沿った距離ｂが、接続位置１１ａから前記基準正極１ａの境界部までのｘ方向に沿った距離ａよりも小さくなるように正極を配置するのが好ましい。
ただし、過剰にずらすと正極と負極が対向しない面積が増えることになり電池の容量を低下させるため、ずらし量は必要最小限に留めることが好ましい。

なお、図２で表す実施態様で説明する電池要素は、負極６の一端は、負極先端を示す負極先端位置線６a上に位置している。
一方、各正極として同じ大きさの正極を用い、各負極にも同じ大きさのものを用いた場合には、正極端部が負極端部からずれた量だけ、正極が正極端子側にずれることとなる。
リチウムイオン二次電池の場合には、正極のセパレータを介して対向する部分には必ず負極が存在するように配置することが必要である。正極端子側の正極のずれ量は、負極端子側においても、正極電極に対向する部分には負極電極が存在するという条件を満足するものとするように精度よく配置することが必要である。

ここで、このような状態で正極端子側を形成したときの、負極端子側の積層状態に着目する。図４に負極端子側の一部の断面を説明する図に示すように、負極端子１６側でも正極１は正極端子側にずらされていることになる。
これにより、負極端子側の正極の端部もｘ方向に沿った位置がそろっておらず階段状にずれることになり、最外層に近い負極６ほど正極活物質の塗布部と対向しない負極活物質塗布部８の長さが大きくなり、負極の端部を負極集電体接続部に向かって湾曲させやすくなり、この例では負極集電体の切れを低減することができる。
このように、積層数が増加しても、階段状に形成された負極に沿って負極集電体が湾曲されるので、特に活物質の塗布部と非塗布部における集電体の切断が発生する可能性を低減することができる。

ここで、製造上のばらつきによりそれぞれの正極ごとに境界部の位置、塗布部や非塗布部の長さは公差を有することになるため、ずらす量が小さいときには、基準正極１ａに近い正極の境界部よりも、基準正極よりも遠い正極の境界部の方が接続位置１１ａまで距離が大きくなることがあり得る。
本発明において、ｚが大きくなるに従いｂが小さくなるという表現は、基準正極から最外層の正極に向かって傾向としてｂが小さくなっていくことを意図しており、製造公差によって一部の正極が当該傾向を有しないからといって本発明から除外されるものではない。

また、本発明は積層数が多くなるなど、電極積層体の厚みが大きいときに特に効果が顕著になるため、基準正極１ａからｚ方向に沿った距離が所定以上大きくなった正極について、境界部から接続位置１１ａまでのｘ方向に沿った距離ｂが、基準正極の境界部から集電体接続部までのｘ方向に沿った距離ａよりも近くなるように配置してもよい。
基準正極以外の正極をすべてずらすような積層を行うと、積層数が多くなるほどずれ量が多くなり、前述したように電池の容量を低下させる原因となり得る。
したがって、集電箔が切れやすい最外層に近い側の正極層を主にずらすことで電池の容量低下を最小限とすることができる。
なお、所定以上の距離とは集電体の厚みによっても異なるが、例えば集電箔の厚みが４０μｍ以下のときに、基準正極からｚ方向に沿った距離が最も大きい正極までの距離ｚが３ｍｍ以上であり４ｍｍ以上が特に好ましい。

図１における正極端子付近のＣの部分を説明する拡大図である図３に示すように、当該基準正極からｚ方向に沿った距離が所定以上大きくなった正極は、正極活物質の塗布部を起点に、正極の端部を正極端子１１に向かって湾曲させることが好ましい。
正極集電体が切れやすい箇所の一つとして、正極活物質と塗布部と非塗布部の境界部４が挙げられるが、それは最外層側の境界部における集電箔の曲率が大きくなるのが原因の一つである。
図３のように最外層側の正極を集電体接続部側にずらしておくことで、活物質を起点に正極端子に向かって正極を曲げることが可能となり、正極の集電体が切れる可能性を小さくすることができる。

また、図４に負極端子側の一部の断面を説明する図に示すように、負極端子側でも正極１が正極端子側にずらされていることになる。
これにより、負極端子側の正極の端部もｘ方向に沿った位置がそろっておらず階段状にずれることになり、最外層に近い負極６ほど正極活物質の塗布部と対向しない負極活物質塗布部８の長さが大きくなり、負極の端部を負極集電体接続部に向かって湾曲させやすくなる。

図５は、本発明の他の実施態様を説明する図であり、図１におけるＣの部分を示す図である。
活物質の脱落等を防ぐために、正極活物質の塗布部と非塗布部の境界を覆うように絶縁部材４０を形成している。
正極活物質塗布部３の表面に設けられた絶縁部材が同じ位置で重なると、絶縁部のある位置の厚みが非常に大きくなるため、最外層側の正極タブの曲率が大きくなってしまう。また、絶縁部のある位置と無い位置とでの厚みの差も非常に大きくなるため、電極積層体の中央部が凹んだ形状となり、外観や電気特性の安定面からも好ましくない。そのため、図５では積層をずらすことで各層の絶縁部材４０の位置もｘ方向でずれるため、絶縁部同士が同じ位置で重なる量を緩和して電極積層体の厚み増加を抑制し、活物質の曲率が大きくなるのを防ぐという顕著な効果を得ることができる。
なお、本図では、正極活物質塗布部３に設けた絶縁部材４０の位置を明瞭となるように、直線状に示しているので、正極活物質塗布部３とセパレータ２０の間に空間が生じている様に記載しているが、実際の電池においては、正極、セパレータ、負極は厚みの大きな厚い絶縁部材４０の側からゆるやかに湾曲しており、各部材は相互に密着している。

図１においては、正極端子１１と負極端子１６を、図６Ａに示す正極１と図６Ｂに示す負極６をセパレータを介して交互に積層することで、リチウムイオン二次電池１００において対向する辺から別々に引き出している。
これに限らず、正極と負極のタブの幅をそれぞれの電極幅の５０％未満とした図７Ａに示す正極１と図７Ｂに示す負極６をセパレータを介して交互に積層し、正極端子と負極端子とを同一の辺から引き出すこともできる（図示せず）。

正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部に形成する絶縁部材には、ポリイミド、ガラス繊維、ポリエステル、ポリプロピレンあるいはこれらを含有する組成物を用いることができ、これらの部材に熱を加えて境界部に溶着させたり、ゲル状の樹脂を境界部に塗布、乾燥させることで絶縁部材を形成することができるが、特にこれらに限られるものではない。 絶縁部材の厚みは、体積効率の観点からは厚みが小さいものほど好ましいが、絶縁性や強度を加味すると特に７μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、より好ましくは１５μｍ以上５０μｍ以下が好ましい。

さらに、基準正極に対して最外層側の正極層をずらすことで、絶縁部材による局所的な厚みの増大が緩和され、電池の厚み方向の大きさを小さくすることができる。
また、厚み方向の大きさをこれまでの電池と同じにするならば、これまでの絶縁部材よりも厚みが大きいものを用いることも可能である。
タブである集電箔の切れ易さはタブの幅や厚みによっても影響を受けるが、本発明は幅２００ｍｍ以下、厚みが４０μｍ以下の集電箔、特に厚み２０μｍ以下の薄い集電箔において顕著な効果があることが確認できた。
また、ここでは電極端子の片側の面に電極タブを集めて溶接しているが、電極端子の両側に分けてタブを溶接してもよい。

実施例１
正極の作製
活物質としてマンガン酸リチウムとニッケル酸リチウムとを含む複合酸化物を用い、導電剤としてカーボンブラック、バインダーとしてＰＶｄＦを用い、これらを有機溶媒中に分散したスラリーを準備した。
このスラリーを、正極集電体である厚さ２０μｍのアルミニウム箔に連続的に塗布・乾燥し、正極集電体の塗布部２と、塗布しない非塗布部とを備える正極ロールを作製した。
この正極ロールを、図６Ａに示すように正極端子と接続するためのタブとなる非塗布部を残して、縦２２０ｍｍ、横９５ｍｍ 活物質の片面の厚さ８０μｍの正極を作製した。

負極の作製
活物質として黒鉛、導電剤としてカーボンブラック、バインダーとしてＰＶｄＦを用い、これらを有機溶媒中に分散したスラリーを準備した。
このスラリーを、負極集電体である厚さ１０μｍの銅箔に連続的に塗布・乾燥し、負極集電体の塗布部と、塗布しない非塗布部とを備える負極ロール作製した。
この負極ロールを、図６Ｂに示すように負極端子と接続するためのタブとなる非塗布部を残して、縦２２５ｍｍ、横１００ｍｍ 活物質の片面の厚さ６０μｍの電極を作製した。

発電要素の作製
縦２３０ｍｍ、横１０５ｍｍ 厚さ２５μｍのポリプロピレン製セパレータを配置して、基準正極における正極活物質の境界部から、正極活物質側に最も近い正極タブと正極端子との接続位置、すなわち図２で示す接続位置１１ａまでの距離１４ｍｍの発電要素を作製した。なお、基準正極は積層方向の中心となる１５枚目の正極になるようにした。
得られた正極２９枚と負極３０枚とを、ポリプロピレンとポリエチレンの２層構造からなる厚さ３０μｍのセパレータを介して負極が最外層になるように交互に積層し、厚さ１０ｍｍの積層体を得た。また、負極タブと正極タブとは、積層体の対向する面側から取り出すように配置した。

正極の各層の非塗布部はアルミ製の正極端子上にまとめられて溶接され、負極の各層の非塗布部には銅の表面にニッケルメッキを施した負極端子上にまとめられて溶接した。
この積層の際、正極タブの端面を一致させるように積層することで、図２のように正極端子からの積層方向の距離が大きい正極ほど電極活物質の塗布部と非塗布部の境界が、ｘ方向において正極端子側に近づくように配置する。
このとき正極集電箔接続部から基準正極の境界部までのｘ方向の距離が、正極集電箔接続部から基準正極の境界部に至るまでの正極タブの沿面距離よりも近くなるようにした。また、正極集電箔と正極端子とを接続するときに、正極活物質の塗布部は湾曲させずに正極集電体のみをわずかに湾曲させるようにた状態で正極端子を配置した。
一方、負極を、正極端子側の負極の端面に一致するように積層した。これにより負極端子側における正極の端部は、正極タブの端面をそろえたことによって、最外層よりも内層側の方が、負極端子と負極集電体との接続部に対する距離が小さくなるような、階段状の積層配置になっている。したがって、負極端子側の負極集電体は、正極に沿って湾曲するため、正極のずれが無いときに比べて緩やかな曲率で負極端子に向かって湾曲する。

リチウムイオン二次電池の作製
作製した発電要素は基準正極が積層方向の中心となっているため、可撓性フィルムの両方に電極積層体の外形に対応した収容部が設けられている。
正極端子の一端および負極端子の一端を可撓性フィルムの外部に引き出すようにした状態で、２枚の可撓性フィルムの周囲を熱溶着して電極積層体を可撓性フィルムの内部に収容した。
このとき、まずは正極端子および負極端子を引き出す辺とは異なる１辺だけは熱溶着せず、電解液を注液するための開口部とした。次いで、前記開口部から電解液を注入して十分に含浸させた。
その後、前記開口部を熱溶着することで可撓性フィルムの周囲すべてを熱溶着した。

評価試験
作製したリチウムイオン二次電池を評価用ケースに収容して評価を行った。
評価用ケース８０は電池載置部を有する箱部８０ａと、当該箱部の蓋となる蓋部（図示せず）とを篏合したものであって、図８にその外観を示す。
リチウムイオン二次電池の正極端子と負極端子にはそれぞれ、ねじ止め用の穴８１，８２を設けている。リチウムイオン二次電池やタブの周囲には緩衝部材等を設けず、正極端子と負極端子のそれぞれの穴に、評価用ケースに設けた正極端子を係止するピンと負極端子を係止するピンとを挿入し、これらのピンだけでリチウムイオン二次電池１００を評価用ケースに固定した。
その後、蓋部を篏合させて、評価用ケースの外部から、負極端子から正極端子の方向および正極端子から負極端子の方向に対して１５０Ｇの加速度で衝撃を加えたときの、境界部の正極タブおよび負極タブの状態を２０個のリチウムイオン二次電池について観察した。

その結果、正極タブおよび負極タブともに切断した電池を確認することはできず、正極タブのうちの１枚だけが１００μｍ未満のわずかな切れが生じていたが、製品の特性や信頼性に影響するようなものではなかった。また、負極タブにおける切れは確認されなかった。
負極タブに切断も切れも生じていないのは、階段状に配置された負極側の正極の端部に沿って負極活物質の塗布部から湾曲するため、負極活物質の塗布部と非塗布部の境界部の曲率が小さくなっているためと思われる。
正極タブの切断が生じなかったのは、正極の境界部が一致するのを緩和しているため、活物質の塗布部と非塗布部との段差分だけ正極端子側の正極端部および負極端部が基準正極側にずれることができるため、境界部における箔の切断が防がれたと思われる。
１枚だけにわずかな切れが生じたのは、集電箔をわずかにたわませていたために、衝撃を与えた際に１枚の正極タブに一瞬大きな負荷がかかったものと考えられるが、後述する比較例に対して、切れを低減する十分な効果を確認することができたといえる。

実施例２
正極と負極を正極タブの端面を一致させるように積層する際に、活物質の境界部から正極活物質側に最も近い接続位置、すなわち図２における１１ａまでの距離８ｍｍとして、基準正極と最外層の正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部のずれが１．３ｍｍになるように配置し、正極集電箔と正極端子とを接続するときに、正極が、正極活物質塗布部のある位置を基点に集電体接続部に向かってわずかに湾曲するようにした点を除き、実施例１と同様にリチウムイオン二次電池を作製し、評価した。
評価の結果、正極タブおよび負極タブがともに切断したり、その一部に切れが生じたりした電池を確認することはできなかった。
これは、実施例１に比べて正極が、正極活物質塗布部のある位置を基点に正極集電体接続部に向かって湾曲しているので境界部における曲率が小さいために、境界部における切断や微細な切れが発生するのを防いだと思われる。

実施例３
基準正極から数えて１１層目までは積層ずれがないように積層し、１２層目から１５層目までの正極について、０．５ｍｍずつ正極端子側に近づくように配置した以外は、実施例１と同様にリチウムイオン二次電池を作製、評価した。なお１２層目〜１５層目の正極は、正極集電体接続部に向かって湾曲した状態になっている。
実施例２と同様にリチウムイオン二次電池を作製、評価した結果、正極タブおよび負極タブが切断したり、その一部に切れが生じたりした電池を確認することはできなかった。
なお、基準正極の集電体接続部が形成されている面から、最外層の境界部における集電体までのｚ方向の距離は４ｍｍだった。また、実施例１に比べると得られる容量が大きくなることが確認できた、本実施例においては、自動組立装置に変位量を設定することで積層した。

実施例４
正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部に、厚さ３０μｍ、幅５ｍｍの絶縁部材を形成した点を除き、実施例３と同様にリチウムイオン二次電池を作製して評価した。
評価の結果、正極タブおよび負極タブともに切断したり、その一部に切れが生じたりした電池を確認することはできなかった。また、後述する比較例に比べて電極の厚みも小さくすることができた。

比較例１
正極と負極とを、正極活物質の塗布部と非塗布部の境界線がＸ方向において一致するようにした点を除き、実施例１と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。
評価の結果は、２０個のうち５個のリチウムイオン二次電池のタブが切断しており、５個のリチウムイオン二次電池の正極タブに２〜５ｍｍ程度の切れが生じていることが確認された。

比較例２
正極と負極とを、正極活物質の塗布部と非塗布部の境界線がＸ方向において一致するようにした点を除き、実施例４と同様にリチウムイオン二次電池を作製し、評価を行った。
評価の結果、２０個のうち８個のリチウムイオン二次電池のタブが切断しており、６個のリチウムイオン二次電池の正極タブに２〜５ｍｍ程度の切れが生じていることが確認された。

本発明のフィルム状外装材で外装したリチウムイオン二次電池は、衝撃力に対しての耐力が大きいので電動自転車、電気自動車等の振動、衝撃を受ける可能性のある分野での電気エネルギーの供給源として好適である。

１・・・正極、１ａ・・・基準正極、２・・・正極集電体、２ａ・・・正極タブ、３・・・正極活物質塗布部、４・・・境界部、６・・・負極、６a・・・負極先端位置線、７・・・負極集電体、８・・・負極活物質塗布部、１１・・・正極端子、１１ａ・・・正極活物質側に最も近い接続位置、１６・・・負極端子、２０・・・セパレータ、３０・・・可撓性フィルム、４０・・・絶縁部材、８０・・・評価用ケース、８０ａ・・・箱部、８１，８２・・・ねじ止め用の穴、１００・・・リチウムイオン二次電池、１１０・・・発電要素、

Claims (9)

1. 正極集電体に正極活物質の塗布部と、正極タブとなる正極活物質の非塗布部とを備える正極と、
   負極集電体に負極活物質の塗布部と、負極タブとなる負極活物質の非塗布部とを備える負極と、
   セパレータとを含み、
   前記正極と前記負極とがセパレータを介して交互に複数層積層した電極積層体と、
   前記正極タブに電気的に接続した正極端子と、
   前記負極タブに電気的に接続した負極端子と、
   を備え、
   前記電極積層体と、電解液と、前記正極端子と、前記負極端子とが、
   前記正極端子の一端および前記負極端子の一端を除いて外装体に収納したリチウムイオン二次電池であって、
   前記正極タブと前記正極端子との接続部から、正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部までの積層方向と垂直方向の距離が、
   前記接続部から直線距離で最も短い前記境界部を有する基準正極よりも、
   前記基準正極から最も離れた位置に積層した正極の方が短い
   ことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
2. 前記基準正極から、前記基準正極から最も離れた位置に積層した正極の層に向かって、前記境界部から前記接続部までの距離が徐々に短くなることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
3. 前記正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部に絶縁部を形成することを特徴とする請求項１または２に記載のリチウムイオン二次電池。
4. 前記正極タブおよび前記負極タブは、前記外装体の同じ辺から引き出したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池。
5. 前記正極タブおよび前記負極タブは、前記外装体の対向する辺から別々に引き出したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池。
6. 正極集電体に正極活物質の塗布部と、正極タブとなる正極活物質の非塗布部とを形成して正極とし、
   負極集電体に負極活物質の塗布部と、負極タブとなる負極活物質の非塗布部とを形成して負極とし、
   前記正極と前記負極とをセパレータを介して交互に複数層積層し、複数ある前記正極のうち、少なくとも一部の正極における前記正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部が、積層方向と垂直な方向でそろわないように積層し、
   前記正極タブには正極端子を電気的に接続し、
   前記負極タブに負極端子を電気的に接続し、
   前記電極積層体と、電解液と、前記正極端子と、前記負極端子とが、
   前記正極端子の一端および前記負極端子の一端を除いて外装体に収納したリチウムイオン二次電池の製造方法であって、
   前記正極は、複数の正極における正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部を基準に位置合わせして積層した、
   ことを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法。
7. 正極集電体に正極活物質の塗布部と、正極タブとなる正極活物質の非塗布部とを形成して正極とし、
   負極集電体に負極活物質の塗布部と、負極タブとなる負極活物質の非塗布部とを形成して負極とし、
   前記正極と前記負極とをセパレータを介して交互に複数層積層し、複数ある前記正極のうち、少なくとも一部の正極における前記正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部が、積層方向と垂直な方向でそろわないように積層し、
   前記正極タブには正極端子を電気的に接続し、
   前記負極タブに負極端子を電気的に接続し、
   前記電極積層体と、電解液と、前記正極端子と、前記負極端子とを、
   前記正極端子の一端および前記負極端子の一端を除いて外装体に収納したリチウムイオン二次電池の製造方法であって、
   前記正極における正極活物質の塗布部と非塗布部の境界に絶縁部材を形成し、
   前記正極は、複数の正極における正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部を基準に位置合わせして積層した、
   ことを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法。
8. 正極集電体に正極活物質の塗布部と、正極タブとなる正極活物質の非塗布部とを形成して正極とし、
   負極集電体に負極活物質の塗布部と、負極タブとなる負極活物質の非塗布部とを形成して負極とし、
   前記正極と前記負極とをセパレータを介して交互に複数層積層し、複数ある前記正極のうち、少なくとも一部の正極における前記正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部が、積層方向と垂直な方向でそろわないように積層し、
   前記正極タブには正極端子を電気的に接続し、
   前記負極タブに負極端子を電気的に接続し、
   前記電極積層体と、電解液と、前記正極端子と、前記負極端子とが、
   前記正極端子の一端および前記負極端子の一端を除いて外装体に収納したリチウムイオン二次電池の製造方法であって、
   前記正極における正極活物質の塗布部と非塗布部の境界に絶縁部材を形成し、
   前記正極は、複数の正極における正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部を基準に位置合わせして積層した、
   ことを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法。
9. 前記正極を前記正極端子に向かって湾曲させることを特徴とする請求項６から８のいずれか１項記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。

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