JPWO2017077698A1 - 蓄電装置用電極板及び蓄電装置 - Google Patents

Abstract

本開示の課題は、高容量で、合剤層の剥離が抑制された蓄電装置用電極板及びそれを備える蓄電装置を提供することにある。
本開示の実施形態の一例である非水電解質二次電池は、帯状の正極芯体（３０）と、正極芯体（３０）の少なくとも一方の面上に設けられた正極活物質層（３１）とを備える。正極芯体（３０）の幅方向一端部には、正極リードが接続される芯体表面が露出した無地部（３２）が形成されている。正極活物質層（３１）は、正極芯体（３０）の長手方向に無地部（３２）と並んだ第１領域（３３）の少なくとも一部に、第１領域（３３）以外の領域である第２領域（３４）よりも層厚みが薄くなった薄肉部（３５）を有する。

Description

本開示は、蓄電装置用電極板及び蓄電装置に関する。

蓄電装置のエネルギー密度を向上させるべく、電極板の更なる改良が求められている。例えば、特許文献１，２には、非水電解質二次電池の高容量化を実現するため、極板リードが接続される芯体表面が露出した無地部を芯体の幅方向の一部（幅方向一端部）に形成した電極板が開示されている。かかる電極板は、無地部が芯体の全幅に亘って形成された電極板と比べて活物質層の面積が大きいため、電池の高容量化に寄与する。なお、電極板の幅方向が巻回型の電極体の軸方向となり、長手方向が電極体の巻回方向となる。

特開２００１−６６６４号公報 特開２００３−６８２７１号公報

ところで、芯体の幅方向一端部に無地部を形成した場合、リードは芯体の幅方向において一端部に偏って接続されることになる。一般的に、リードの厚みは活物質層の厚みよりも厚いため、特許文献１，２に開示された電極板を用いて巻回型の電極体を構成すると、芯体の幅方向一端部に接続されたリードの厚みの影響で電極体の軸方向一端部が局所的に膨出する。このため、かかる電極板を用いた場合には、リードの接続部よりも巻外側で安定した巻回構造を形成することが難しく、電極体の巻きズレが発生し易いという課題がある。

本開示の一態様である蓄電装置用電極板は、帯状の芯体と、芯体の少なくとも一方の面上に設けられた活物質層とを備えた巻回型の電極体を構成する蓄電装置用電極板であって、芯体の幅方向一端部には、電極体の巻外側に配置された芯体の長手方向一端部から離れた位置に、リードが接続される芯体表面が露出した無地部が形成され、活物質層は、芯体の長手方向に無地部と並んだ第１領域の少なくとも一部に、第１領域以外の領域である第２領域よりも層厚みが薄くなった薄肉部を有することを特徴とする。

本開示の一態様である蓄電装置は、正極板及び負極板の少なくとも一方として、上記蓄電装置用電極板を備える。

本開示の蓄電装置用電極板によれば、芯体の幅方向一端部に無地部を形成して当該無地部にリードを接続した場合においても、電極体の巻きズレを十分に抑制することができる。

図１は実施形態の一例である非水電解質二次電池の断面図である。 図２は実施形態の一例である巻回型電極体の斜視図である。 図３は実施形態の一例である正極板の斜視図である。 図４は実施形態の他の一例である正極板の斜視図である。 図５は図３の正極板に正極リードを取り付けた状態を示す斜視図である。 図６は図５中のＡＡ線断面図である。 図７は実施形態の一例である負極板の斜視図である。 図８は実施形態の一例である正極板の製造方法を説明するための図である。 図９は図８中のＢＢ線断面図である。

本開示の蓄電装置用電極板は、活物質層の面積をできるだけ大きくして蓄電装置のエネルギー密度を向上させるため、芯体の幅方向の一部（幅方向一端部）にリードの接続部となる芯体表面が露出した無地部を形成している。芯体の全幅に亘ってリードを接続した場合は、巻回型電極体が軸方向α（図２参照）の略全長に亘って膨出するため巻きズレは生じ難いが、芯体の幅方向一端部にリードを接続すると、電極体の軸方向一端部が局所的に膨らみ、リードよりも巻外側で巻きズレが発生し易くなる。具体的には、巻回構造を形成する電極板が軸方向αにズレて電極体の軸方向端部が波打ち、軸方向端部の位置を揃えることが難しくなる。

本発明者らは、かかる課題を解決すべく鋭意検討した結果、電極体の巻回方向γ（図２参照）となる芯体の長手方向に無地部と並ぶ活物質層の領域である第１領域に、層厚みが薄くなった薄肉部を有する新たな電極板構造を見出したのである。本開示の電極板によれば、第１領域に形成された薄肉部によってリードと活物質層（第２領域）との厚みの差分が吸収されるため、電極体の巻きズレが抑制されると考えられる。活物質層の第１領域は、巻回型の電極体においてリードが接続される無地部と径方向β（図２参照）、即ち電極体が積層される方向に重なるため、第１領域の厚みを第２領域の厚みよりも薄くすることで、リードの厚みの影響を緩和することが可能となる。

なお、薄肉部の形成範囲が狭い場合でも巻きズレの抑制効果は得られるが、好ましくは無地部よりも巻外側、又は第１領域の略全域に薄肉部を形成する。

以下、実施形態の一例について詳細に説明する。
実施形態の説明で参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは、現物と異なる場合がある。具体的な寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。本明細書において「略＊＊」との用語は、略同一を例に説明すると、完全に同一はもとより、実質的に同一と認められるものを含む意図である。また、「端部」の用語は対象物の端及びその近傍を、「中央部」の用語は対象物の中央及びその近傍をそれぞれ意味するものである。

実施形態の一例として、円筒形の金属製ケースを備えた円筒形電池（非水電解質二次電池１０）及び当該電池を構成する電池用電極板（正極板１１）を例示するが、本開示の蓄電装置及び蓄電装置用電極板はこれに限定されない。本開示の蓄電装置は、例えば角形の金属製ケースを備えた角形電池、樹脂製シートからなる外装体を備えたラミネート型電池であってもよい。或いは、本開示の蓄電装置はキャパシタであってもよく、本開示の蓄電装置用電極板はキャパシタ用電極板に適用されてもよい。

図１〜図９を参照しながら、実施形態の一例である非水電解質二次電池１０、及び当該電池を構成する電極板について以下詳細に説明する。図１は、非水電解質二次電池１０の断面図である。図２は、非水電解質二次電池１０を構成する電極体１４の斜視図である。

図１及び図２に示すように、非水電解質二次電池１０は、正極板１１と、負極板１２と、非水電解質（図示せず）とを備え、正極板１１及び負極板１２はセパレータ１３と共に電極体１４を構成している。非水電解質は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解した電解質塩とを含む。非水電解質は、液体電解質に限定されず、ゲル状ポリマー等を用いた固体電解質であってもよい。図１に示す例では、有底円筒形状のケース本体１５と封口体１６とによって、電極体１４及び非水電解質を収容する金属製の電池ケースが構成されている。

非水電解質二次電池１０は、電極体１４の上下にそれぞれ配置された絶縁板１７，１８を備えることが好適である。図１に示す例では、正極板１１に取り付けられた正極リード１９が絶縁板１７の貫通孔を通って封口体１６側に延び、負極板１２に取り付けられた負極リード２０が絶縁板１８の外側を通ってケース本体１５の底部側に延びている。正極リード１９は封口体１６の底板であるフィルタ２２の下面に溶接され、フィルタ２２と電気的に接続された封口体１６の天板であるキャップ２６が正極端子となる。負極リード２０はケース本体１５の底部内面に溶接され、ケース本体１５が負極端子となる。

電極体１４は、正極板１１及び負極板１２がセパレータ１３を介して渦巻状に巻回されてなる巻回型の電極体である。正極板１１、負極板１２、及びセパレータ１３は、いずれも帯状に形成され、渦巻状に巻回されることで電極体１４の径方向βに交互に積層された状態となる。電極体１４において、各電極板の長手方向が巻回方向γとなり、各電極板の幅方向が軸方向αとなる。セパレータ１３には、イオン透過性及び絶縁性を有する多孔性シート（微多孔膜）が用いられる。好適なセパレータ１３の一例は、ポリエチレン製の微多孔膜である。セパレータ１３の厚みは、例えば１０μｍ〜５０μｍである。正極板１１及び負極板１２の詳細については後述する。

電極体１４は、正極板１１、負極板１２、セパレータ１３に加えて、正極リード１９と、負極リード２０とを有する。各リードは、各電極の芯体にそれぞれ取り付けられている（後述の図５等参照）。図２に示す例では、正極リード１９が正極板１１の巻外側端部１１ａから離れた長手方向中央部に取り付けられており、正極リード１９は電極体１４の径方向βの両側から正極板１１、負極板１２、及びセパレータ１３に挟まれている。負極リード２０は、負極板１２の巻外側端部１２ａに取り付けられている。正極リード１９は電極体１４の軸方向αの一端部から延出し、負極リード２０は電極体１４の軸方向αの他端部から延出している。正極リード１９の厚みは、正極板１１の集電性、リードの耐久性（破断防止）、電極体１４の小型化等を考慮して、１５０μｍ〜５００μｍであることが好ましい。一般的に、正極リード１９の厚みは正極活物質層の厚みよりも厚い（後述の図６参照）。

本実施形態では、各リードが１つずつ各電極に取り付けられているが、各電極には複数のリードが取り付けられていてもよい。また、各電極におけるリードの取り付け位置は図２に例示するものに限定されない。例えば、正極板１１の長手方向中央部に加えて又は当該中央部に代えて、巻内側端部１１ｂに正極リード１９が取り付けられていてもよい。また、負極リード２０は巻外側端部１２ａに加えて又は巻外側端部１２ａに代えて、巻内側端部１２ｂに取り付けられていてもよい。

ケース本体１５は、有底円筒形状の金属製容器である。ケース本体１５と封口体１６との間にはガスケット２７が設けられ、電池ケース内の密閉性が確保されている。ケース本体１５は、例えば側面部を外側からプレスして形成された、封口体１６を支持する張り出し部２１を有する。張り出し部２１は、ケース本体１５の周方向に沿って環状に形成されることが好ましく、その上面で封口体１６を支持する。

封口体１６は、フィルタ開口部２２ａが形成されたフィルタ２２と、弁体（下弁体２３、上弁体２５）と、絶縁部材２４と、キャップ開口部２６ａが形成されたキャップ２６とを有する。弁体は、フィルタ開口部２２ａを塞いでおり、内部短絡等による発熱で電池の内圧が上昇した場合に破断する。封口体１６を構成する各部材は、例えば円板形状又はリング形状を有し、絶縁部材２４を除く各部材は互いに電気的に接続されている。下弁体２３と上弁体２５は各々の中央部で互いに接続され、各々の周縁部の間には絶縁部材２４が介在している。内部短絡等による発熱で内圧が上昇すると、例えば下弁体２３が破断し、これにより上弁体２５がキャップ２６側に膨れて下弁体２３から離れることにより両者の電気的接続が遮断される。

以下、図３〜図７を参照しながら、電極体１４について、特に正極板１１及びこれに関連する構成について詳説する。

図３及び図４は、正極板１１の斜視図である。図５は、図３の正極板１１に正極リード１９を取り付けた状態を示す図である。図６は、図５中のＡＡ線断面図である。図３〜図６では、正極板１１を真っ直ぐに伸ばした状態を示しており、紙面右側が電極体１４の巻外側（巻き終り側）、紙面左側が巻内側（巻き始め側）である。上述の通り、正極板１１の長手方向が電極体１４の巻回方向γとなり、正極板１１の幅方向が電極体１４の軸方向αとなる。そして、正極芯体３０の長手方向一端部３０ａが電極体１４の巻外側に配置され、長手方向他端部３０ｂが電極体１４の巻内側に配置される。

正極板１１は、帯状の正極芯体３０と、正極芯体３０の少なくとも一方の面上に設けられた正極活物質層３１とを備える。本実施形態では、正極芯体３０の両面に正極活物質層３１が設けられている。正極芯体３０の寸法は、電池の寸法等によっても異なるが、一般的には長さが３００ｍｍ〜８００ｍｍ、幅が３０ｍｍ〜８０ｍｍである。正極芯体３０には、例えばアルミニウムなどの金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。好適な正極芯体３０は、アルミニウム又はアルミニウム合金を主成分とする金属の箔である。正極芯体３０の厚みは、例えば１０μｍ〜３０μｍである。

正極活物質層３１は、正極芯体３０の両面において、後述の無地部３２を除く略全域に設けられることが好適である。正極活物質層３１は、正極活物質、導電材、及び結着材を含むことが好ましい。詳しくは後述するが、正極板１１は、正極活物質、導電材、結着材、及びＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等の溶剤を含む正極合材スラリーを正極芯体３０の両面に塗布し、圧縮することにより作製できる。

正極活物質としては、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ等の遷移金属元素を含有するリチウム含有複合酸化物が例示できる。リチウム含有複合酸化物は、特に限定されないが、一般式Ｌｉ_{１＋ ｘ}ＭＯ_２（式中、−０．２＜ｘ≦０．２、−０．１≦ｂ≦０．１、Ｍは少なくともＮｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、及びＡｌのいずれかを含む）で表される複合酸化物であることが好ましい。好適な複合酸化物の一例としては、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｍｎ系、Ｎｉ−Ｃｏ−Ａｌ系のリチウム含有複合酸化物が挙げられる。

上記導電材は、正極活物質層３１の電気伝導性を高めるために用いられる。導電材の例としては、カーボンブラック（ＣＢ）、アセチレンブラック（ＡＢ）、ケッチェンブラック、黒鉛等の炭素材料などが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。

上記結着材は、正極活物質及び導電材間の良好な接触状態を維持し、且つ正極芯体３０の表面に対する正極活物質等の結着性を高めるために用いられる。結着材の例としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等のフッ素系樹脂、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などが挙げられる。また、これらの樹脂と、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）又はその塩、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）等が併用されてもよい。これらは、単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。

図３及び図４に示すように、正極芯体３０の幅方向一端部には、芯体表面が露出した無地部３２が形成されている。無地部３２は正極リード１９が接続される部分であって、正極活物質層３１が存在せず芯体表面が正極活物質層３１に覆われていない部分である。無地部３２を形成することにより、正極芯体３０に正極リード１９を直接接続することができる。無地部３２は、正極芯体３０の幅方向一端から正極芯体３０の幅方向にＬ₃₂の長さで形成されている。以下では、説明の便宜上、正極芯体３０の長手方向に沿った無地部３２の方向を横方向、正極芯体３０の幅方向に沿った無地部３２の方向を上下方向という場合がある。

無地部３２の上下方向の長さＬ_３２は、正極活物質層３１の面積をできるだけ大きくして電池の高容量化を図るため、正極芯体３０の幅Ｌ_３０の１／２以下が好ましく、より好ましくはＬ_３０の１／３以下である。高容量化、正極リード１９の取り付け性、正極板１１の集電性等を考慮すると、無地部３２の長さＬ_３２はＬ_３０の１／３〜１／１０とすることが特に好ましい。無地部３２の横方向の長さは、無地部３２に対する正極リード１９の取り付けに支障がない範囲で正極リード１９の幅に近いことが好ましく、例えば正極リード１９の幅よりも僅かに長くされる。

無地部３２は、正極芯体３０の両面の全域に正極活物質層３１を形成した後、正極活物質層３１の一部を剥離除去して形成されてもよいが、後述するように正極芯体３０の一部に正極合材スラリーを塗布しないことにより形成することが好ましい。例えば、正極合材スラリーを間欠塗布して無地部３２を形成することで、活物質層の剥離工程を無くすことができ、また材料コストの削減を図ることができる。

無地部３２は、正極芯体３０の片面に複数形成されてもよいが、本実施形態では正極芯体３０の片面に１つ形成されている。正極リード１９が複数取り付けられる場合は、リードの数と同数の無地部３２が形成される。正極活物質層３１は、上述の通り正極芯体３０の両面に設けられており、本実施形態では無地部３２も正極芯体３０の両面にそれぞれ１つずつ形成されている。通常、正極リード１９は正極芯体３０の一方の面に溶接等により接続されるため、正極活物質層３１が正極芯体３０の両面に設けられる場合も正極芯体３０の片面のみに無地部３２を形成してもよい。但し、無地部３２の反対側に位置する活物質層は、例えば正極リード１９の無地部３２への接続を阻害する場合がある。このため、正極芯体３０の厚み方向に重なるように、正極芯体３０の両面に無地部３２を形成することが好適である。

無地部３２は、電極体１４において正極板１１の巻外側端部１１ａとなる正極芯体３０の長手方向一端部３０ａから離れた位置に形成されている。無地部３２は、正極芯体３０の長手方向両端部に形成されていてもよいが、正極板１１の集電性の観点から、好ましくは正極芯体３０の長手方向中央部に形成される。即ち、長手方向一端部３０ａ及び長手方向他端部３０ｂから略等距離の位置に無地部３２を形成することが好ましい。この場合、無地部３２の横方向両側に正極活物質層３１が設けられる。

正極活物質層３１は、正極芯体３０の長手方向に無地部３２と並んだ第１領域３３の少なくとも一部に、第１領域３３以外の領域である第２領域３４よりも層厚みが薄くなった薄肉部３５を有する。即ち、正極活物質層３１は厚みが異なる２つの領域を有する。第２領域３４には局所的に層厚みが薄くなった部分が存在していてもよいが、少なくとも薄肉部３５の平均厚みは第２領域３４の平均厚みよりも薄く、好ましくは薄肉部３５の最大の厚みが第２領域３４の最小の厚みよりも薄い。第１領域３３に薄肉部３５を形成することで、正極リード１９の厚みと第２領域３４の厚みとの差分が薄肉部３５によって吸収され、電極体１４の巻きズレが抑制される。

ここで、正極活物質層３１の第１領域３３とは、無地部３２と正極芯体３０（正極板１１）の長手方向に並び、無地部３２と正極芯体３０の長手方向に重なった領域を意味する。本明細書では、正極芯体３０の長手方向に無地部３２と少しでも重なる領域は第１領域３３とする。正極活物質層３１の第２領域３４は、正極芯体３０の長手方向に無地部３２と並ばず、無地部３２と長手方向に重ならない領域である。正極活物質層３１の厚みは、接触式厚み測定器を用いて測定することができる。正極活物質層３１の平均厚みは、測定対象の領域において任意の１０箇所で厚み測定を行い、各測定値から算出される。

正極活物質層３１の厚みは、第１領域３３以外の領域である第２領域３４において略一定であることが好ましい。第２領域３４では、高容量化等の観点から、層厚みをできるだけ厚くすることが好適である。第２領域３４の平均厚みは、特に限定されないが、好ましくは５０μｍ〜１５０μｍであり、より好ましくは６０μｍ〜１４０μｍ、特に好ましくは７０μｍ〜１３０μｍである。

正極活物質層３１の厚みを増加させると極板が伸び難くなり極板が破断し易くなるため、上述の通り第２領域３４の平均厚みは１５０μｍ以下であることが好ましく、一般的に正極リード１９の厚みよりも薄い。正極芯体３０の両面に設けられた各第２領域３４の厚みは互いに略同一であることが好ましく、各第２領域３４の厚みの合計は、例えば１００μｍ〜３００μｍである。

薄肉部３５の平均厚みは、第２領域３４の平均厚みの０．８０倍〜０．９９倍が好ましく、０．８５倍〜０．９７倍がより好ましい。薄肉部３５と第２領域３４の厚み比が当該範囲内であれば、電池の容量低下を抑えながら電極体１４の巻きズレを効率良く抑制できる。一般的には、薄肉部３５が形成される範囲（面積）が小さいほど、薄肉部３５の厚みを薄くすることが好適であり、薄肉部３５と第２領域３４の好適な厚み比は大きくなる。

薄肉部３５の単位面積当たりの質量は、第２領域３４の単位面積当たりの質量よりも軽いことが好ましい。例えば、薄肉部３５の密度は第２領域３４の密度と略同一であり、正極活物質層３１の密度は薄肉部３５を含む全域で略一定である。本実施形態では、第１領域３３及び第２領域３４について正極合材スラリーの塗布量を変更し、各塗膜を同一条件で圧縮する。スラリーの塗布量は、正極芯体３０上の第１領域３３に対応する領域＜第２領域３４に対応する領域とする。この場合、各領域の密度が略同一で第１領域３３の厚みを第２領域３４の厚みよりも薄くできる。均一なロールを用いて塗膜を圧縮した場合に各領域に厚み差が形成されるのは、スラリーの塗布量に応じて圧縮後の塗膜のスプリングバック量が異なるためであると考えられる。即ち、塗膜を同じ厚みまで圧縮しても、第１領域３３では第２領域３４に比べてスプリングバック量が小さくなる。

なお、第１領域３３と第２領域３４とで正極合材スラリーの塗布量を同じとし、各領域で塗膜の圧縮条件を変更して各領域の厚みを異ならせることも可能である。例えば、第２領域３４の圧縮を第１領域３３の圧縮よりも緩やかにすることが考えられる。この場合、各領域の単位面積当たりの質量は略同一となり、第２領域３４の密度が第１領域３３の密度よりも低くなる。電池のエネルギー密度を考慮すると、正極活物質層３１を強く圧縮して密度を高めることが望ましいため、上述のように正極合材スラリーの塗布量を変更し、各塗膜を同一条件で圧縮することが好ましい。

薄肉部３５は、正極リード１９が取り付けられる正極芯体３０の一方の面側の第１領域３３のみに形成されてもよいが、好ましくは正極芯体３０の両面の各第１領域３３に形成される。正極芯体３０の両面に形成された各薄肉部３５は、正極芯体３０の厚み方向に重なって形成されていることが好適である。正極芯体３０の両面に薄肉部３５を形成することで、正極リード１９の厚みと第２領域３４の厚みとの差分をより吸収し易くなる。

図３に示す例では、第１領域３３の略全域に薄肉部３５が形成されており、第１領域３３の略全域において第２領域３４よりも層厚みが薄くなっている。薄肉部３５の厚みは、第１領域３３の全域に亘って略一定である。正極活物質層３１は、正極芯体３０の幅方向一端部に、正極芯体３０の長手方向に沿って平面視帯状に形成された薄肉部３５を有する。第１領域３３（薄肉部３５）と第２領域３４の境界位置には、正極板１１の長手方向に沿って段差が形成されている。なお、薄肉部３５の厚みは、正極芯体３０の長手方向に沿って変化していてもよい。一例としては、正極芯体３０の長手方向一端部３０ａ及び長手方向他端部３０ｂの少なくとも一方から無地部３２に近づくほど、徐々に又は段階的に薄肉部３５の厚みを薄くすることが挙げられる。

図３に示す例では、正極芯体３０の両面に設けられた各正極活物質層３１の第１領域３３の略全域に亘って薄肉部３５が形成されている。即ち、図３に例示する形態は薄肉部３５の面積が最大となる形態である。この場合、薄肉部３５の好適な平均厚みは、第２領域３４の平均厚みの０．９０倍〜０．９９倍であり、特に好ましくは０．９３倍〜０．９７倍である。

図４に示す例では、第１領域３３のうち無地部３２よりも巻外側のみに薄肉部３５が形成されている。無地部３２よりも巻外側に位置する第１領域３３（以下、「巻外側第１領域」という場合がある）には、略全域に亘って薄肉部３５が形成されている。第１領域３３の厚みは、無地部３２よりも巻内側では第２領域３４の厚みと略同一である。薄肉部３５の厚みは、巻外側第１領域の全域に亘って略一定であり、薄肉部３５と第２領域３４の境界位置には正極板１１の長手方向に沿って段差が形成されている。なお、図３に例示する形態と同様に、薄肉部３５の厚みは正極芯体３０の長手方向に沿って変化していてもよい。

図４に示す例では、正極芯体３０の両面に設けられた各正極活物質層３１の第１領域３３のうち、各巻外側第１領域の略全域に薄肉部３５が形成されている。この場合、薄肉部３５の面積は第１領域３３の面積の１／２となるが、正極リード１９の厚みの吸収は巻外側第１領域に形成された薄肉部３５によって最も効率良くなされると考えられるため、図４に例示する形態は高容量化と巻きズレ抑制の両立にとって優れた形態である。この場合、薄肉部３５の好適な平均厚みは、第２領域３４の平均厚みの０．８５倍〜０．９７倍であり、特に好ましくは０．９０倍〜０．９５倍である。

薄肉部３５は、電極体１４の径方向βに正極リード１９（無地部３２）と重なる位置に、特に正極リード１９よりも巻外側において径方向βに重なる位置に形成されることが好適である。薄肉部３５の形成範囲は、巻外側第１領域の略半分の範囲（例えば、無地部３２から無地部３２と長手方向一端部３０ａとの中間位置まで）、無地部３２を挟んで第１領域の略半分となる範囲などであってもよい。電極体１４の径方向βに正極リード１９と重なる位置のみに薄肉部３５を選択的に形成することも可能である。

図５に示すように、正極リード１９は、正極芯体３０の両側に形成された無地部３２のうち一方の無地部３２に接続される。無地部３２に対する正極リード１９の取り付けは、例えば溶接によりなされる。正極リード１９が溶接された正極板１１には、正極リード１９を覆う絶縁テープ３６を貼着することが好ましい。絶縁テープ３６は、正極リード１９の負極板１２と対向する部分に貼着されている。図５に示す例では、正極リード１９の無地部３２に接続された部分を覆うと共に、無地部３２の横方向両側に位置する薄肉部３５に跨って絶縁テープ３６が貼着されている。

絶縁テープ３６には、樹脂フィルムの一方の面に粘着層が形成された粘着テープであって、耐電解液性に優れるものが用いられる。絶縁テープ３６は、正極リード１９及び無地部３２を被覆し、セパレータ１３が破断した場合に負極板１２と正極リード１９又は正極芯体３０とが接触して大電流が流れる低抵抗な内部短絡が発生することを防止する。正極リード１９が取り付けられない無地部３２についても、かかる内部短絡を防止するため、無地部３２を覆って絶縁テープ３６を貼着することが好ましい。

図６に示すように、正極リード１９の厚みＴ_１９は、正極活物質層３１の厚み（第２領域３４の厚みＴ_３４）よりも厚い。厚みＴ_１９が厚みＴ_３４よりも薄く、厚みＴ_１９と絶縁テープ３６の厚みＴ_３６とを足した厚み（Ｔ_１９＋Ｔ_３６）が厚みＴ₃₄より厚い場合にも、電極体１４の巻きズレは生じ易くなるが、厚みＴ_１９が厚みＴ_３４よりも厚い場合に巻ズレの課題がより顕著になる。正極リード１９の厚みＴ_１９は、正極板１１の集電性、リードの破断抑制、また正極活物質層３１の厚膜化による正極板１１の破断抑制等を考慮すると、正極活物質層３１の厚みより薄くすることは難しい。換言すると、正極活物質層３１を正極リード１９の厚みＴ_１９よりも厚く形成することは難しい。

絶縁テープ３６の厚みＴ_３６は、巻きズレ抑制の観点から、短絡防止機能に支障がない範囲で薄いことが好ましい。図６に示す例では、薄肉部３５の厚みＴ_３５と絶縁テープ３６の厚みＴ_３６とを足した厚み（Ｔ_３５＋Ｔ_３６）が、第２領域３４の厚みＴ_３４よりも薄くなっている（Ｔ_３５＋Ｔ_３６＜Ｔ_３４）。絶縁テープ３６は無地部３２の横方向両側に位置する薄肉部３５に跨って貼着されているが、Ｔ_３５＋Ｔ_３６＜Ｔ_３４である場合、絶縁テープ３６の薄肉部３５上に貼着される部分は第２領域３４よりも出っ張ることがなく、絶縁テープ３６の厚みの影響を緩和し易くなる。

図７に示すように、負極板１２は、帯状の負極芯体４０と、負極芯体４０の少なくとも一方の面上に設けられた負極活物質層４１とを備える。負極芯体４０の寸法は、電池の寸法等によっても異なるが、一般的には長さが３５０ｍｍ〜９００ｍｍ、幅が３５ｍｍ〜９０ｍｍである。負極芯体４０には、例えば銅などの金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。負極芯体４０の厚みは、例えば１０μｍ〜３０μｍである。負極活物質層４１は、負極芯体４０の両面において、後述の無地部４２を除く略全域に設けられることが好適である。負極活物質層４１は、負極活物質及び結着材を含むことが好ましい。負極板１２は、例えば負極活物質、結着材、及び水等を含む負極合材スラリーを負極芯体４０の両面に塗布し、圧縮することにより作製できる。

負極活物質としては、リチウムイオンを可逆的に吸蔵、放出できるものであれば特に限定されず、例えば天然黒鉛、人造黒鉛等の炭素材料、Ｓｉ、Ｓｎ等のリチウムと合金化する金属、又はＳｉ、Ｓｎ等の金属元素を含む合金、酸化物などを用いることができる。これらは、１種単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。負極活物質層４１に含まれる結着材としては、正極板１１の場合と同様にフッ素系樹脂、ＰＡＮ、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂等を用いることができる。水系溶媒を用いて負極合材スラリーを調製する場合は、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ＣＭＣ又はその塩、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）又はその塩、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等を用いることができる。

図７に示す例では、電極体１４において負極板１２の巻外側端部１２ａとなる負極芯体４０の長手方向一端部４０ａに、負極芯体４０の全幅に亘って負極リード２０が接続される芯体表面が露出した無地部４２が形成されている。また、負極活物質層４１は無地部４２を除く負極芯体４０の両面に略一定の厚みで形成されている。なお、無地部４２の形成位置等は、図７に示すものに限定されない。無地部４２は、負極芯体４０の長手方向他端部４０ｂに形成されていてもよく、負極芯体４０の長手方向中央部に形成されていてもよい。無地部４２を長手方向一端部４０ａから離れて負極芯体４０の幅方向の一部に形成した場合は、正極板１１と同様に、無地部４２と負極芯体４０の長手方向に並ぶ負極活物質層４１の第１領域に、他の領域よりも層厚みが薄くなった薄肉部を形成することが好ましい。

以下、図８及び図９を参照しながら、正極板１１の製造方法の一例について詳説する。図８は、正極板の長尺体１１ｚ（以下、単に「長尺体１１ｚ」とする）を示す平面図である。図９は、図８中のＢＢ線断面図である。長尺体１１ｚは、切断予定部Ｘ，Ｙ１，Ｙ２で切断されたときに、複数の正極板１１に分割される長尺体である。ここでは、長尺体１１ｚを各切断予定部で切断したときに、正極板１１の正極活物質層３１、無地部３２、第１領域３３、及び第２領域３４となる部分を、それぞれ正極活物質層３１ｚ、無地部３２ｚ、第１領域３３ｚ、及び第２領域３４ｚとする。

図８及び図９に示すように、長尺体１１ｚには、正極芯体の長尺体３０ｚ（以下、単に「長尺体３０ｚ」とする）の両面に正極活物質層３１ｚ（第１領域３３ｚ及び第２領域３４ｚ）が設けられている。正極活物質層３１ｚは、長尺体３０ｚに正極合材スラリーを塗布し、塗膜を圧縮することにより形成される。正極合材スラリーは、上述の通り正極活物質、導電材、結着材、及び溶剤等を含む。正極合材スラリーを塗布して形成された塗膜は、例えば加熱乾燥された後、ロールを用いて圧縮されることで正極活物質層３１ｚとなる。負極板１２は、正極合材スラリーに代えて負極合材スラリーを用い、また薄肉部３５を形成しない点を除いて、正極板１１と同様の方法で作製できる。

長尺体３０ｚの表面が露出した無地部３２ｚは、正極活物質層３１ｚを形成する際に、長尺体３０ｚの長手方向に沿った一部の領域で正極合材スラリーを間欠塗布して形成されることが好ましい。即ち、無地部３２ｚは正極合材スラリーが塗布されない非塗布部として形成される。図８に示す例では、長尺体３０ｚの幅方向中央部において、長尺体３０ｚの長手方向に沿って略等間隔で無地部３２ｚが形成されている。長尺体３０ｚは、幅方向に２枚分の正極芯体３０を採ることができる。無地部３２ｚは、２枚の正極板１１の無地部３２として、無地部３２の２倍の面積で形成される。

無地部３２ｚは、例えば長尺体３０ｚの幅方向中央（切断予定部Ｙ１）に対して左右対称に形成され、無地部３２ｚと長尺体３０ｚの長手方向に並ぶ正極活物質層３１ｚの第１領域３３ｚも当該幅方向中央に対して左右対称に形成される。第１領域３３ｚの幅方向両側には、長尺体３０ｚ上に正極合材スラリーを連続塗布して正極活物質層３１ｚの第２領域３４ｚが形成される。

図８に示す例では、正極活物質層３１ｚが長尺体３０ｚの両面に形成された長尺体１１ｚを幅方向中央の切断予定部Ｙ１に沿って切断し、また切断予定部Ｙ２で長尺体１１ｚの不要な端部を切断することにより、正極板１１の１枚分の幅を有する長尺体が作製される。そして、当該長尺体を幅方向に沿って切断予定部Ｘで切断することにより正極板１１が得られる。

正極活物質層３１ｚは、長尺体１１ｚの長手方向に沿って厚みが異なる複数の帯状領域（第１領域３３ｚ、第２領域３４ｚ）を有する。第１領域３３ｚは、第２領域３４ｚよりも層厚みが薄くなるように形成される。第１領域３３ｚ及び第２領域３４ｚは、正極合材スラリーをそれぞれ独立に塗布する複数の塗布部を備えたスラリー塗布装置を用いて形成できる。塗布部の一例は、吐出口を有するノズルである。スラリー塗布装置は、例えば各塗布部におけるスラリー塗布のＯＮ／ＯＦＦ、スラリー塗布量等を独立して制御可能な弁を備える。

第１領域３３ｚは、例えば長尺体３０ｚの幅方向中央部の上方に配置された塗布部（以下、「第１塗布部」とする）から正極合材スラリーを間欠塗布することにより形成され、スラリーの塗布が停止されたときに無地部３２ｚが形成される。一定の間隔でスラリーの塗布と停止を繰り返すことで、第１領域３３ｚと無地部３２ｚが略等間隔で交互に形成できる。第２領域３４ｚは、例えば第１領域３３ｚを形成するスラリーを塗布する第１塗布部に隣接配置された塗布部（以下、「第２塗布部」とする）からスラリーを連続塗布することにより形成される。一般的に、長尺体３０ｚ上へのスラリーの塗布は、塗布部の位置を固定した状態で、長尺体３０ｚを長手方向に連続搬送しながら行われる。

正極合材スラリーの塗布工程では、第１塗布部におけるスラリー塗布量を第２塗布部におけるスラリー塗布量よりも少なくする。第１塗布部におけるスラリー塗布量は、例えば第２塗布部におけるスラリー塗布量の０．８０倍〜０．９９倍に調整される。そして、塗膜の圧縮条件はいずれの領域においても同じとする。これにより、第１領域３３ｚの厚みが第２領域３４ｚの厚みよりも薄くなり第１領域３３ｚに薄肉部３５ｚが形成されると共に、薄肉部３５ｚの密度と第２領域３４ｚの密度は略同一となる。

第１塗布部におけるスラリー塗布量は、連続塗布時において一定に設定してもよく、変動させてもよい。一定のスラリー塗布量に設定した場合は、第１領域３３ｚの略全域に亘って薄肉部３５ｚを形成することができる。スラリー塗布量を変動させた場合は、例えば正極板１１の無地部３２よりも巻外側のみに薄肉部３５ｚを形成することもできるし、薄肉部３５ｚの厚みを変化させることもできる。第２塗布部におけるスラリー塗布量については、一定に設定されることが好ましい。

第１塗布部と第２塗布部は、長手方向に連続搬送される長尺体３０ｚの上方に配置されるが、互いに干渉しないように長尺体３０ｚの幅方向に沿った方向に並ばないように配置される。即ち、第１塗布部及び第２塗布部の一方が長尺体３０ｚの搬送方向の上流側に、他方が搬送方向の下流側に配置される。

第１塗布部の吐出口と第２塗布部の吐出口は、長尺体３０ｚの長手方向（搬送方向）に沿った方向に重ならず、各塗布部は各吐出口の端部同士が当該方向に並ぶように配置されてもよい。或いは、各吐出口の一部同士が長尺体３０ｚの長手方向に沿った方向に重なるように、即ち各吐出口の一部同士が当該方向に並ぶように各塗布部が配置される。吐出口の端部ではスラリーの塗布量が少なくなり易いため、前者の配置では、第１領域３３ｚと第２領域３４ｚとの境界位置で層厚みが大きく減少する場合がある。後者の配置によれば、各吐出口の重なりの程度を適切な範囲に調整することで、かかる層厚みの減少を抑制し易くなる。

上述の構成を備えた非水電解質二次電池１０によれば、正極活物質層３１の第１領域３３に形成された薄肉部３５によって、正極リード１９及び絶縁テープ３６の厚みと第２領域３４の厚みとの差分を吸収することができる。このため、正極活物質層３１の面積をできるだけ大きくして電池の高容量化を図るため、正極芯体３０の幅方向の一部に無地部３２を形成して正極リード１９を接続した場合においても、電極体１４の巻きズレを十分に抑制することができる。

表１に、非水電解質二次電池１０における巻きズレ抑制効果の一例（実施例）を示す。表１では、正極活物質層の第１領域に薄肉部を有さない場合を比較として示している。実施例と比較例の各巻回型電極体は、薄肉部の有無以外は同一とした正極板、同一の負極板、同一のセパレータ、及び同一の極板リードを用いて同じ条件で作製した。巻きズレは、巻回時に走行する正負極板の蛇行量を測定して評価し、正極板及び負極板の蛇行量が０．６ｍｍ以内である場合を巻きズレ無し、正極板及び負極板の少なくとも一方が０．６ｍｍを超える場合を巻きズレ有りとした。表１に示すように、薄肉部を形成することによって、巻きズレを抑制することができる。

実施例、比較例の詳細は下記の通りである。巻きズレの評価は、実施例、比較例のそれぞれ２０個の電極体について行った。正極活物質層の厚みは、各２０個の電極体のうち１０個の正極板について測定した値の平均値である。
（１）正極板
・正極芯体：アルミニウム箔、長さ６６１ｍｍ、幅５８ｍｍ、厚み０．１５ｍｍ
・無地部：正極芯体の長手方向中央部において正極芯体の幅方向一端部に形成した。
・正極活物質層：リチウムニッケル複合酸化物、アセチレンブラック、ポリフッ化ビニリデンを含み、正極芯体の両面に形成した。
・正極活物質層の第１領域（薄肉部）の平均厚み：１３０μｍ
・正極活物質層の第２領域の平均厚み：１４０μｍ
（比較例の正極活物質層は、上記第２領域と同じ厚みで形成）
・第１領域と第２領域の厚み比（第１領域／第２領域）：０．９６
（２）負極板
・負極芯体：銅箔、長さ７２０ｍｍ、幅５９ｍｍ、厚み０．１ｍｍ
・無地部：負極芯体の長手方向一端部（巻外側端部）において負極芯体の全幅に亘って形成した。
・負極活物質層：黒鉛、スチレンブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロースを含み、負極芯体の両面に形成した。
・負極活物質層の平均厚み：１６０μｍ
（３）セパレータ：厚み１６μｍのポリエチレン製微多孔膜
（４）正極リード：幅３ｍｍ、厚み０．１５ｍｍ
（５）負極リード：幅３ｍｍ、厚み０．１５ｍｍ
（６）電極体：セパレータを介して、正極芯体の無地部に正極リードを溶接した正極板、及び負極芯体の無地部に負極リードを溶接した負極板を巻回することにより作製した（直径１８ｍｍ）。

１０ 非水電解質二次電池、１１ 正極板、１１ａ 巻外側端部、１１ｂ 巻内側端部、１１ｚ 正極板の長尺体、１２ 負極板、１２ａ 巻外側端部、１２ｂ 巻内側端部、１３ セパレータ、１４ 電極体、１５ ケース本体、１６ 封口体、１７，１８ 絶縁板、１９ 正極リード、２０ 負極リード、２１ 張り出し部、２２ フィルタ、２２ａ
フィルタ開口部、２３ 下弁体、２４ 絶縁部材、２５ 上弁体、２６ キャップ、２６ａ キャップ開口部、２７ ガスケット、３０ 正極芯体、３０ａ 長手方向一端部、３０ｂ 長手方向他端部、３０ｚ 正極芯体の長尺体、３１，３１ｚ 正極活物質層、３２，３２ｚ 無地部、３３，３３ｚ 第１領域、３４，３４ｚ 第２領域、３５，３５ｚ
薄肉部、３６ 絶縁テープ、４０ 負極芯体、４０ａ 長手方向一端部、４０ｂ 長手方向他端部、４１ 負極活物質層、４２ 無地部

Claims (10)

1. 帯状の芯体と、
   前記芯体の少なくとも一方の面上に設けられた活物質層と、
   を備えた巻回型の電極体を構成する蓄電装置用電極板であって、
   前記芯体の幅方向一端部には、前記電極体の巻外側に配置された前記芯体の長手方向一端部から離れた位置に、リードが接続される芯体表面が露出した無地部が形成され、
   前記活物質層は、前記芯体の長手方向に前記無地部と並んだ第１領域の少なくとも一部に、前記第１領域以外の領域である第２領域よりも層厚みが薄くなった薄肉部を有する、蓄電装置用電極板。
2. 前記薄肉部は、前記活物質層の前記第１領域において、少なくとも前記無地部よりも巻外側に形成されている、請求項１に記載の蓄電装置用電極板。
3. 前記薄肉部は、前記第１領域の略全域に形成されている、請求項２に記載の蓄電装置用電極板。
4. 前記薄肉部の平均厚みは、前記第２領域の平均厚みの０．８０倍〜０．９９倍である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電装置用電極板。
5. 前記薄肉部の単位面積当たりの質量は、前記第２領域の単位面積当たりの質量よりも軽い、請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電装置用電極板。
6. 前記無地部は、前記芯体の長手方向中央部に形成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄電装置用電極板。
7. 正極板及び負極板の少なくとも一方として、請求項１〜６のいずれか１項に記載の蓄電装置用電極板を用いた、蓄電装置。
8. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の蓄電装置用電極板からなる正極板と、
   前記正極板の前記無地部に接合された前記リードと、
   負極板と、
   を備え、前記リードの厚みは前記活物質層の厚みよりも厚い、蓄電装置。
9. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の蓄電装置用電極板からなる正極板と、
   前記正極の前記無地部に接合された前記リードと、
   前記リードを覆って貼着された絶縁テープと、
   負極板と、
   を備え、前記リードの厚み、又は前記リードの厚みと前記絶縁テープの厚みとを足した厚みが、前記活物質層の厚みよりも厚い、蓄電装置。
10. 前記薄肉部の厚みと前記絶縁テープの厚みとを足した厚みが、前記第２領域の厚みよりも薄い、請求項９に記載の蓄電装置。

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