WO2023243554A1 - 二次電池用電極および二次電池 - Google Patents
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Definitions
- the present technology relates to a secondary battery electrode and a secondary battery.
- Secondary batteries are widely used as power sources for various electronic devices such as mobile phones. As a secondary battery, one that is small and lightweight and that can provide high energy density is desired.
- a secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, and the negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material.
- Copper foil is generally used as the negative electrode current collector.
- Several attempts have been made to roughen the surface of this copper foil to suppress peeling of the negative electrode active material from the negative electrode current collector and improve charge/discharge cycle characteristics (for example, see Patent Documents 1 to 5). .
- a secondary battery electrode includes a current collector and an active material layer.
- the current collector includes a first protrusion and a second protrusion adjacent to each other, and a recess located between the first protrusion and the second protrusion.
- the active material layer connects the first protrusion and the second protrusion so that a gap exists between the active material layer and the recess.
- a secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution.
- a negative electrode current collector including a concave portion located between the first convex portion and the second convex portion; and a negative electrode active material layer connecting the first convex portion and the second convex portion such that a gap exists between the concave portion. has.
- the active material layer may be locally damaged due to expansion and contraction during charging and discharging. stress concentration can be alleviated. As a result, separation of the active material layer from the current collector is suppressed, and excellent charge/discharge cycle characteristics can be obtained.
- FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a secondary battery electrode in an embodiment of the present disclosure. It is a schematic diagram showing the structure of the electrode for secondary batteries as a modification of this indication.
- FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a secondary battery in an embodiment of the present disclosure. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the battery element shown in FIG. 3.
- FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of an application example of a secondary battery.
- Electrode for secondary battery 1-1 Configuration 1-2. Manufacturing method 1-3. Action and effect 2. Modified example of negative electrode for secondary battery 2-1. Configuration 2-2. Action and effect 3. Secondary battery 3-1. Configuration 3-2. Operation 3-3. Manufacturing method 3-4. Action and effect 4. Modification example 5.
- Applications of secondary batteries
- Negative electrode for secondary batteries First, a negative electrode for a secondary battery according to an embodiment of the present disclosure will be described.
- the negative electrode for a secondary battery described here is a specific example corresponding to the "electrode for a secondary battery" of the present disclosure.
- This negative electrode for secondary batteries is used in secondary batteries, which are electrochemical devices.
- the negative electrode may be used in electrochemical devices other than secondary batteries.
- the types of other electrochemical devices are not particularly limited, but specifically include capacitors and the like.
- the negative electrode for a secondary battery occludes and releases an electrode reactant during an electrode reaction in an electrochemical device such as the above-mentioned secondary battery.
- the type of electrode reactant is not particularly limited, but specifically light metals such as alkali metals and alkaline earth metals.
- Alkali metals include lithium, sodium and potassium, and alkaline earth metals include beryllium, magnesium and calcium.
- FIG. 1 schematically shows an enlarged part of the cross-sectional structure of a negative electrode 100, which is an example of a negative electrode for a secondary battery.
- the negative electrode 100 includes a negative electrode current collector 1 and a negative electrode active material layer 2.
- the negative electrode current collector 1 is a support that supports the negative electrode active material layer 2.
- the negative electrode current collector 1 contains a conductive material such as a metal material, and the metal material is copper or the like. Specifically, it is a roughened copper foil whose surface has been roughened using an electrolytic method or the like.
- the negative electrode current collector 1 has a plurality of convex parts 1T and a plurality of concave parts 1U provided between the plurality of convex parts 1T. Note that in FIG. 1, four convex portions 1T-1 to 1T-4 are illustrated as the convex portion 1T, and three concave portions 1U-1 to 1U-3 are illustrated as the concave portion 1U. Further, the thickness of the negative electrode current collector 1 can be set to, for example, 25 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less.
- the width H1T of each protrusion 1T along the direction in which the plurality of protrusions 1T are lined up is, for example, 1.0 ⁇ m or more and 3.0 ⁇ m or less.
- the width H1U of each recessed portion 1U along the H direction is 0.5 ⁇ m or more and 1.0 ⁇ m or less.
- the height V1T of each convex portion 1T along the thickness direction (V direction shown in FIG. 1) orthogonal to the H direction is, for example, 0.1 ⁇ m or more and 1.0 ⁇ m or less. Note that the sizes (width and height) and shapes of the plurality of convex portions 1T may be different from each other. Similarly, the sizes (width and depth) and shapes of the plurality of recesses 1U may be different from each other.
- the negative electrode active material layer 2 is provided in a bridge shape so as to connect the plurality of adjacent convex portions 1T.
- a gap G exists between the negative electrode active material layer 2 and the recess 1U.
- two gaps G-1 and G-2 located at positions corresponding to the recesses 1U-1 and 1U-2 are illustrated as examples of the gap G.
- the thickness of the negative electrode active material layer 2 can be, for example, 50 ⁇ m or more and 60 ⁇ m or less.
- the negative electrode 100 is not limited to the case where it has one negative electrode active material layer 2 that is continuously provided throughout so as to connect all the convex parts 1T present in the negative electrode current collector 1. As shown, it may have a plurality of negative electrode active material layers 2 (2-1, 2-2) separated from each other. Therefore, in a part of the negative electrode 100, for example, there may be a portion where the negative electrode active material layers 2 covering each of the two adjacent convex portions 1T are separated from each other. More specifically, in the configuration example shown in FIG. 1, the negative electrode active material layer 2-1 is provided so as to connect the top of the convex portion 1T-1 and the top of the convex portion 1T-2, and the negative electrode active material layer 2-1 is provided in the concave portion.
- a gap G-1 is formed between 1U-1 and 1U-1.
- the negative electrode active material layer 2-2 is provided so as to connect the top of the convex portion 1T-3 and the top of the convex portion 1T-4, and forms a gap G-2 between it and the concave portion 1U-3. is forming.
- the negative electrode active material layer 2-1 and the negative electrode active material layer 2-2 may be separated from each other as shown in FIG.
- the negative electrode active material layer 2 may not be formed on some of the plurality of protrusions 1T.
- the negative electrode active material layer 2 contains a negative electrode active material.
- the negative electrode active material is a material that occludes and releases an electrode reactant and allows the electrode reaction to proceed.
- the type of electrode reactant is not particularly limited, but specifically light metals such as alkali metals and alkaline earth metals.
- Alkali metals include lithium, sodium and potassium
- alkaline earth metals include beryllium, magnesium and calcium.
- the electrode reactant is lithium
- the negative electrode active material is a material that intercalates and desorbs lithium as an electrode reactant, and in the negative electrode active material, lithium is intercalated and desorbed in an ionic state.
- the negative electrode active material contains one or both of a carbon material and a metal-based material. This is because high energy density can be obtained.
- Carbon materials include easily graphitizable carbon, non-graphitizable carbon, and graphite (natural graphite and artificial graphite).
- a metal-based material is a material containing as a constituent element one or more of metal elements and metalloid elements that can form an alloy with lithium, and the metal elements and metalloid elements include silicon and metalloid elements. such as one or both of tin.
- the metallic material may be a single substance, an alloy, a compound, a mixture of two or more thereof, or a material containing phases of two or more thereof. Specific examples of metal-based materials include TiSi 2 and SiO x (0 ⁇ x ⁇ 2, or 0.2 ⁇ x ⁇ 1.4).
- the negative electrode active material layer 2 of this embodiment contains amorphous silicon as the negative electrode active material. This is because higher energy density can be obtained.
- the negative electrode active material layer 2 preferably contains hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H).
- the negative electrode active material layer 2 may further contain a negative electrode binder, a negative electrode conductive agent, and the like.
- the negative electrode binder contains one or more of synthetic rubber, polymer compounds, and the like.
- the synthetic rubber used as the negative electrode binder is styrene-butadiene rubber or the like.
- the polymer compound used as the negative electrode binder is polyvinylidene fluoride or the like.
- the negative electrode conductive agent contains one or more types of conductive materials such as carbon materials, and the carbon materials include graphite, carbon black, acetylene black, and Ketjen black.
- the conductive material may be a metal material, a polymer compound, or the like.
- the negative electrode 100 can be manufactured, for example, as follows. First, a metal foil such as copper foil is prepared, and then a concavo-convex pattern including convex portions 1T and concave portions 1U is formed by irradiating the surface of the metal foil with a laser. By doing so, a negative electrode current collector 1 having a roughened surface is obtained. Next, a negative electrode active material layer 2 is formed on the roughened surface of the negative electrode current collector 1 by, for example, physical vapor deposition (PVD) such as sputtering. At this time, by setting the frequency at which plasma is generated to a low frequency band such as a radio band (for example, 13.5 kHz), the gap G is more likely to be formed. Through the above steps, the negative electrode active material layer 2 is formed on the surface of the negative electrode current collector 1, and the negative electrode 100 is completed.
- PVD physical vapor deposition
- the negative electrode current collector 1 includes a plurality of protrusions 1T adjacent to each other and a recess 1U located between the plurality of protrusions 1T,
- the negative electrode active material layer 2 is provided so as to connect the plurality of adjacent convex portions 1T such that a gap G exists between the concave portions 1U and the convex portions 1T.
- the gap G exists between the recess 1U and the negative electrode active material layer 2
- local stress concentration in the negative electrode active material layer 2 due to expansion and contraction during charging and discharging can be alleviated.
- separation of the negative electrode active material layer 2 from the negative electrode current collector 1 is suppressed. Therefore, the negative electrode 100 can obtain excellent charge/discharge cycle characteristics when applied to a secondary battery.
- Negative electrode for secondary batteries as a modified example
- a negative electrode for a secondary battery as a modification of the above embodiment will be described.
- the negative electrode for a secondary battery described here is also a specific example corresponding to the "electrode for a secondary battery" of the present disclosure.
- FIG. 2 schematically shows an enlarged part of the cross-sectional structure of a negative electrode 100A, which is an example of a negative electrode for a secondary battery.
- the negative electrode 100A further includes a conductive film 3 between the convex portion 1T of the negative electrode current collector 1 and the negative electrode active material layer 2. Except for this point, the configuration of the negative electrode 100A is substantially the same as the configuration of the negative electrode 100 shown in FIG. 1.
- the conductive film 3 is preferably provided in the form of a bridge so that the negative electrode active material layer 2 connects the plurality of adjacent convex portions 1T.
- the negative electrode 100A is not limited to the case where it has one conductive film 3 that is continuously provided throughout so as to connect all the convex parts 1T present in the negative electrode current collector 1, and is not limited to the case where it has one conductive film 3 that is continuously provided throughout so as to connect all the convex parts 1T present in the negative electrode current collector 1.
- a plurality of conductive films 3 (3-1, 3-2) may be separated from each other. Note that in FIG. 2, two conductive films 3-1 and 3-2 are illustrated as the conductive film 3.
- the conductive film 3-1 connects the convex portion 1T-1 and the convex portion 1T-2 to connect the top of the convex portion 1T-1 and the convex portion 1T-2. and the negative electrode active material layer 2-1, forming a gap G-1 between the concave portion 1U-1 and the negative electrode active material layer 2-1.
- the conductive film 3-2 connects the convex portion 1T-3 and the convex portion 1T-4 with the negative electrode active material layer 2 so as to connect the top of the convex portion 1T-3 and the top of the convex portion 1T-4. -2, and forms a gap G-2 between it and the recess 1U-3.
- the conductive film 3 contains a conductive material, and specifically, preferably contains hydrogenated amorphous carbon (aC:H).
- the density of the conductive film 3 is preferably lower than the density of the negative electrode active material layer 2.
- the conductive film 3 has a density of 1.5 g/cm 3 or more and 2.3 g/cm 3 or less, more preferably 2.0 g/cm 3 or more and 2.2 g/cm 3 or less. It is good to have density.
- the thickness of the conductive film 3 can be set to, for example, 0.1 ⁇ m or more and 0.4 ⁇ m or less.
- the negative electrode current collector 1 and the negative electrode active material layer 2 are It is possible to improve the adhesion with.
- the negative electrode active material layer 2 contains hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) and the conductive film 3 contains hydrogenated amorphous carbon (a-C:H)
- the negative electrode Adhesion between the current collector 1 and the negative electrode active material layer 2 can be improved. Therefore, when applied to a secondary battery, detachment of the negative electrode active material layer 2 from the negative electrode current collector 1 due to expansion and contraction during charging and discharging can be further suppressed.
- the negative electrode 100A has the voids G similarly to the negative electrode 100, local stress concentration caused by expansion and contraction in the negative electrode active material layer 2 during charging and discharging can be alleviated. Furthermore, when the negative electrode active material layer 2 expands, the conductive film 3 can prevent a part of the expanded negative electrode active material layer 2 from penetrating into the recess 1U. As a result, the shape and size of the gap G can be maintained. Therefore, when the negative electrode 100A is applied to a secondary battery, it is possible to obtain excellent charge/discharge cycle characteristics.
- the conductive film 3 functions as a stress buffer, so that the stress generated in the anode active material layer 2 can be further alleviated. can do.
- the conductive film 3 is made of hydrogenated amorphous carbon (a-C:H) and the negative electrode active material layer 2 is made of hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H), for example, LP-CVD (low pressure chemical
- LP-CVD low pressure chemical
- the formation of the conductive film 3 and the formation of the negative electrode active material layer 2 can be performed continuously by a vapor phase growth method), a PVD method, or the like. Therefore, manufacturing of the negative electrode 100A can be simplified, and the negative electrode 100A can be manufactured efficiently.
- the secondary battery described here is a secondary battery whose battery capacity is obtained by utilizing intercalation and desorption of electrode reactants, and includes a positive electrode and a negative electrode as well as an electrolytic solution that is a liquid electrolyte.
- the charging capacity of the negative electrode is larger than the discharge capacity of the positive electrode in order to prevent electrode reactants from depositing on the surface of the negative electrode during charging. That is, the electrochemical capacity per unit area of the negative electrode is set to be larger than the electrochemical capacity per unit area of the positive electrode.
- a secondary battery whose battery capacity is obtained by utilizing intercalation and desorption of lithium is a so-called lithium ion secondary battery.
- Configuration> 3 shows a perspective configuration of the secondary battery
- FIG. 4 shows a cross-sectional configuration of the battery element 20 shown in FIG. 3.
- the exterior film 10 and the battery element 20 are shown separated from each other, and in FIG. 3, only a part of the battery element 20 is shown.
- the secondary battery includes an exterior film 10, a battery element 20, a positive electrode lead 31, a negative electrode lead 32, and sealing films 41 and 42.
- the secondary battery described here is a laminate film type secondary battery that uses a flexible (or flexible) exterior film 10 as an exterior member for housing a battery element 20.
- the exterior film 10 is a flexible exterior member that houses the battery element 20, and has a bag-like structure that is sealed when the battery element 20 is housed inside. are doing. Therefore, the exterior film 10 accommodates an electrolyte together with a positive electrode 21 and a negative electrode 22, which will be described later.
- the three-dimensional shape of the exterior film 10 is not particularly limited, but specifically corresponds to the three-dimensional shape of the battery element 20.
- the three-dimensional shape of the exterior film 10 is a flat, substantially rectangular parallelepiped, depending on the three-dimensional shape of the flat battery element 20, which will be described later.
- the configuration (material, number of layers, etc.) of the exterior film 10 is not particularly limited, and may be a single layer film or a multilayer film.
- the exterior film 10 is a single film, and can be folded in the direction of arrow F (dotted chain line).
- the exterior film 10 is provided with a recessed portion 10U serving as a so-called deep drawing portion for accommodating the battery element 20.
- the exterior film 10 is a three-layer multilayer film, that is, a laminate film, in which a fusion layer, a metal layer, and a surface protection layer are laminated in this order from the inside.
- the adhesive layer contains a polymer compound such as polypropylene.
- the metal layer contains a metal material such as aluminum.
- the surface protective layer contains a polymer compound such as nylon.
- the sealing film 41 is inserted between the exterior film 10 and the positive electrode lead 31, and the sealing film 42 is inserted between the exterior film 10 and the negative electrode lead 32.
- the sealing films 41 and 42 may be omitted.
- the sealing film 41 is a sealing member that prevents outside air from entering the exterior film 10. Furthermore, the sealing film 41 contains a polymer compound such as polyolefin that has adhesiveness to the positive electrode lead 31.
- a specific example of the polyolefin is polypropylene.
- the structure of the sealing film 42 is the same as that of the sealing film 41 except that it is a sealing member that has adhesiveness to the negative electrode lead 32. That is, the sealing film 42 contains a polymer compound such as polyolefin that has adhesiveness to the negative electrode lead 32.
- the battery element 20 is housed inside the exterior film 10 and includes a positive electrode 21, a negative electrode 22, a separator 23, and an electrolyte.
- the battery element 20 is a so-called wound electrode body. That is, in the battery element 20, the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are stacked on each other with the separator 23 in between, and the positive electrode 21, the negative electrode 22, and the separator are stacked around the winding axis P, which is a virtual axis extending in the Y-axis direction. 23 is wound. The positive electrode 21 and the negative electrode 22 are wound while facing each other with a separator 23 in between.
- the three-dimensional shape of the battery element 20 is a flat, substantially cylindrical body. That is, the shape of the cross section (cross section along the XZ plane) of the battery element 20 that intersects the winding axis P is a flat shape defined by the long axis J1 and the short axis J2. It is approximately oval in shape.
- the long axis J1 is a virtual axis that extends in the X-axis direction and has a relatively large length
- the short axis J2 extends in the Z-axis direction that intersects the X-axis direction and is relatively small. It is a virtual axis with length.
- the positive electrode 21 includes a positive electrode current collector 21A and a positive electrode active material layer 21B.
- the positive electrode current collector 21A has a pair of surfaces on which the positive electrode active material layer 21B is provided.
- the positive electrode current collector 21A includes a conductive material such as a metal material, and the metal material is aluminum or the like.
- the positive electrode active material layer 21B is provided on both sides of the positive electrode current collector 21A, and includes one or more types of positive electrode active materials that intercalate and release lithium.
- the positive electrode active material layer 21B may be provided only on one side of the positive electrode current collector 21A on the side where the positive electrode 21 faces the negative electrode 22.
- the positive electrode active material layer 21B may further contain a positive electrode binder, a positive electrode conductive agent, and the like.
- the method for forming the positive electrode active material layer 21B is not particularly limited, and specifically, a coating method or the like is used.
- the positive electrode active material contains a lithium compound.
- This lithium compound is a compound containing lithium as a constituent element, and more specifically, a compound containing lithium and one or more types of transition metal elements as constituent elements. This is because high energy density can be obtained.
- the lithium compound may further contain one or more of other elements (elements other than lithium and transition metal elements).
- the type of lithium compound is not particularly limited, but specific examples include oxides, phosphoric acid compounds, silicic acid compounds, and boric acid compounds. Specific examples of oxides include LiNiO 2 , LiCoO 2 and LiMn 2 O 4 , and specific examples of phosphoric acid compounds include LiFePO 4 and LiMnPO 4 .
- the positive electrode binder contains one or more of synthetic rubber, polymer compounds, and the like.
- the synthetic rubber is styrene-butadiene rubber
- the polymer compound is polyvinylidene fluoride.
- the positive electrode conductive agent contains one or more types of conductive materials such as carbon materials, and the carbon materials include graphite, carbon black, acetylene black, and Ketjen black.
- the conductive material may be a metal material, a polymer compound, or the like.
- the negative electrode 22 includes a negative electrode current collector 22A and a negative electrode active material layer 22B.
- the negative electrode 22 has substantially the same configuration as the negative electrode 100 as the embodiment described above or the negative electrode 100A as a modified example.
- the negative electrode current collector 22A has a pair of surfaces on which the negative electrode active material layer 22B is provided. This negative electrode current collector 22A has substantially the same configuration as the negative electrode current collector 1 in the negative electrodes 100 and 100A described above.
- the negative electrode active material layer 22B has substantially the same configuration as the negative electrode active material layer 2 in the negative electrodes 100 and 100A described above.
- the negative electrode active material layer 22B is provided on both sides of the negative electrode current collector 22A, and contains the above-described negative electrode active material.
- the negative electrode active material layer 22B may be provided only on one side of the negative electrode current collector 22A on the side where the negative electrode 22 faces the positive electrode 21.
- a conductive film corresponding to the conductive film 3 of the negative electrode 100A may be further provided between the negative electrode current collector 22A and the negative electrode active material layer 22B.
- the separator 23 is an insulating porous film interposed between the positive electrode 21 and the negative electrode 22, and prevents contact (short circuit) between the positive electrode 21 and negative electrode 22. Allows lithium ions to pass through.
- This separator 23 contains a high molecular compound such as polyethylene.
- electrolytic solution is impregnated into each of the positive electrode 21, the negative electrode 22, and the separator 23, and contains a solvent and an electrolyte salt.
- the solvent contains one or more types of nonaqueous solvents (organic solvents) such as carbonate ester compounds, carboxylic ester compounds, and lactone compounds, and contains the nonaqueous solvent.
- the electrolyte is a so-called non-aqueous electrolyte.
- the electrolyte salt contains one or more light metal salts such as lithium salts.
- the positive electrode lead 31 is a positive terminal connected to the battery element 20 (positive electrode 21), and more specifically, connected to the positive electrode current collector 21A.
- This positive electrode lead 31 is led out to the outside of the exterior film 10 and contains a conductive material such as aluminum.
- the shape of the positive electrode lead 31 is not particularly limited, specifically, it is either a thin plate shape or a mesh shape.
- the negative electrode lead 32 is a negative electrode terminal connected to the battery element 20 (negative electrode 22), and more specifically, connected to the negative electrode current collector 22A.
- This negative electrode lead 32 is led out to the outside of the exterior film 10 and contains a conductive material such as copper.
- the direction in which the negative electrode lead 32 is led out is the same as the direction in which the positive electrode lead 31 is led out. Details regarding the shape of the negative electrode lead 32 are similar to details regarding the shape of the positive electrode lead 31.
- a positive electrode active material, a positive electrode binder, and a positive electrode conductive agent are mixed together to form a positive electrode mixture.
- a paste-like positive electrode mixture slurry is prepared by adding the positive electrode mixture to a solvent.
- the type of solvent is not particularly limited, but specifically, it may be an aqueous solvent or a non-aqueous solvent (organic solvent). This aqueous solvent is pure water or the like, and the details regarding the type of aqueous solvent described here are also the same hereafter.
- a positive electrode active material layer 21B is formed by applying a positive electrode mixture slurry to both surfaces of the positive electrode current collector 21A. Thereafter, the positive electrode active material layer 21B may be compression molded using a roll press machine or the like. In this case, the positive electrode active material layer 21B may be heated or compression molding may be repeated multiple times. Thereby, the positive electrode 21 is produced.
- the negative electrode 22 can be manufactured by the same method as the negative electrodes 100 and 100A described above.
- the positive electrode lead 31 is connected to the positive electrode 21 (positive electrode current collector 21A), and the negative electrode lead 32 is connected to the negative electrode 22 (negative electrode current collector 22A).
- the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are laminated with each other via the separator 23, and then the positive electrode 21, the negative electrode 22, and the separator 23 are wound to produce a wound body (not shown).
- This wound body has a configuration similar to that of the battery element 20, except that the positive electrode 21, the negative electrode 22, and the separator 23 are not impregnated with an electrolytic solution.
- the rolled body is pressed using a press or the like to shape the rolled body into a flat shape.
- the exterior films 10 (fusion layer/metal layer/surface protection layer) are folded to face each other. Subsequently, the outer peripheral edges of two sides of the exterior film 10 (fusion layer) facing each other are bonded to each other using a heat fusion method or the like, and the exterior film 10 is wound inside the bag-shaped exterior film 10. Store your body.
- the outer peripheral edges of the remaining one side of the exterior film 10 are bonded to each other using a heat fusion method or the like.
- a sealing film 41 is inserted between the exterior film 10 and the positive electrode lead 31, and a sealing film 42 is inserted between the exterior film 10 and the negative electrode lead 32.
- the wound body is impregnated with the electrolytic solution, so that the battery element 20, which is a wound electrode body, is produced, and the battery element 20 is sealed inside the bag-shaped exterior film 10, so that the secondary The battery is assembled.
- Stabilization of secondary batteries Charge and discharge the assembled secondary battery.
- Various conditions such as environmental temperature, number of charging/discharging times (number of cycles), and charging/discharging conditions can be set arbitrarily.
- a film is formed on the surface of the negative electrode 22, etc., so that the state of the secondary battery is electrochemically stabilized.
- a laminate film type secondary battery is completed.
- the negative electrode 22 has substantially the same configuration as the negative electrodes 100 and 100A described above. Therefore, local stress concentration in the negative electrode 22 due to expansion and contraction during charging and discharging can be alleviated. As a result, separation of the negative electrode active material layer 22B from the negative electrode current collector 22A is suppressed. Therefore, the secondary battery of the present disclosure can obtain excellent charge/discharge cycle characteristics.
- a separator 23, which is a porous membrane was used.
- a laminated separator including a polymer compound layer may be used instead of the separator 23, which is a porous membrane.
- the laminated separator includes a porous membrane having a pair of surfaces and a polymer compound layer disposed on one or both sides of the porous membrane. This is because the adhesion of the separator to each of the positive electrode 21 and the negative electrode 22 is improved, so that misalignment (misalignment) of the battery element 20 becomes less likely to occur. This makes it difficult for the secondary battery to swell even if a decomposition reaction of the electrolyte occurs.
- the polymer compound layer contains a polymer compound such as polyvinylidene fluoride. This is because polyvinylidene fluoride and the like have excellent physical strength and are electrochemically stable.
- one or both of the porous membrane and the polymer compound layer may contain any one type or two or more types of the plurality of insulating particles. This is because the plurality of insulating particles radiate heat when the secondary battery generates heat, improving the safety (heat resistance) of the secondary battery.
- Insulating particles include inorganic particles and resin particles. Specific examples of inorganic particles are particles of aluminum oxide, aluminum nitride, boehmite, silicon oxide, titanium oxide, magnesium oxide and zirconium oxide. Specific examples of resin particles are particles of acrylic resin and styrene resin.
- a precursor solution containing a polymer compound, an organic solvent, etc. is prepared, and then the precursor solution is applied to one or both sides of the porous membrane.
- a plurality of insulating particles may be added to the precursor solution as necessary.
- Modification 2 An electrolytic solution, which is a liquid electrolyte, was used. However, although not specifically illustrated here, an electrolyte layer that is a gel-like electrolyte may be used instead of the electrolyte.
- a positive electrode 21 and a negative electrode 22 are stacked on each other with a separator 23 and an electrolyte layer in between, and the positive electrode 21, negative electrode 22, separator 23, and electrolyte layer are wound.
- This electrolyte layer is interposed between the positive electrode 21 and the separator 23 and also between the negative electrode 22 and the separator 23.
- the electrolyte layer contains a polymer compound along with an electrolyte solution, and the electrolyte solution is retained by the polymer compound. This is because electrolyte leakage is prevented.
- the structure of the electrolytic solution is as described above.
- the polymer compound includes polyvinylidene fluoride and the like.
- the use (application example) of the secondary battery is not particularly limited.
- the secondary battery used as a power source may be a main power source for electronic devices, electric vehicles, etc., or may be an auxiliary power source.
- the main power source is a power source that is used preferentially, regardless of the presence or absence of other power sources.
- An auxiliary power source is a power source that is used in place of the main power source or is switched from the main power source.
- secondary batteries are as follows.
- Electronic devices including portable electronic devices
- portable electronic devices such as video cameras, digital still cameras, mobile phones, notebook computers, headphone stereos, portable radios, and portable information terminals.
- Backup power supplies and storage devices such as memory cards.
- Power tools such as power drills and power saws. This is a battery pack installed in electronic devices.
- Medical electronic devices such as pacemakers and hearing aids.
- Electric vehicles such as electric vehicles (including hybrid vehicles).
- a power storage system such as a household or industrial battery system that stores power in case of an emergency. In these applications, one secondary battery or a plurality of secondary batteries may be used.
- the battery pack may use single cells or assembled batteries.
- An electric vehicle is a vehicle that operates (travels) using a secondary battery as a driving power source, and as described above, may be a hybrid vehicle that also includes a driving source other than the secondary battery.
- a home power storage system home electrical appliances and the like can be used by using the power stored in a secondary battery, which is a power storage source.
- FIG. 5 shows the block configuration of the battery pack.
- the battery pack described here is a battery pack (so-called soft pack) using one secondary battery, and is installed in electronic devices such as smartphones.
- this battery pack includes a power source 51 and a circuit board 52.
- This circuit board 52 is connected to a power source 51 and includes a positive terminal 53, a negative terminal 54, and a temperature detection terminal 55.
- the power source 51 includes one secondary battery.
- the positive electrode lead is connected to the positive electrode terminal 53
- the negative electrode lead is connected to the negative electrode terminal 54.
- This power source 51 can be connected to the outside via the positive terminal 53 and the negative terminal 54, and therefore can be charged and discharged.
- the circuit board 52 includes a control section 56 , a switch 57 , a heat sensitive resistance element (PTC element) 58 , and a temperature detection section 59 .
- the PTC element 58 may be omitted.
- the control unit 56 includes a central processing unit (CPU), memory, etc., and controls the operation of the entire battery pack. This control unit 56 detects and controls the usage status of the power source 51 as necessary.
- CPU central processing unit
- memory etc.
- the control unit 56 prevents the charging current from flowing through the current path of the power source 51 by cutting off the switch 57. Make it.
- the overcharge detection voltage is not particularly limited, specifically, it is 4.2V ⁇ 0.05V.
- the overdischarge detection voltage is not particularly limited, specifically, it is 2.4V ⁇ 0.1V.
- the switch 57 includes a charging control switch, a discharging control switch, a charging diode, a discharging diode, and the like, and switches whether or not the power source 51 is connected to an external device in accordance with an instruction from the control unit 56.
- This switch 57 includes a field effect transistor (MOSFET) using a metal oxide semiconductor, and the charging/discharging current is detected based on the ON resistance of the switch 57.
- MOSFET field effect transistor
- the temperature detection unit 59 includes a temperature detection element such as a thermistor, and measures the temperature of the power supply 51 using the temperature detection terminal 55 and outputs the temperature measurement result to the control unit 56.
- the temperature measurement result measured by the temperature detection unit 59 is used when the control unit 56 performs charge/discharge control during abnormal heat generation and when the control unit 56 performs correction processing when calculating the remaining capacity.
- the configuration of the present disclosure is not limited to the configuration described in the one embodiment and examples, and can be modified in various ways.
- the negative electrode was exemplified and explained as the secondary battery electrode of the present disclosure, but the secondary battery electrode of the present disclosure is also applicable to a positive electrode.
- the battery structure of the secondary battery is not particularly limited. Specifically, the battery structure may be cylindrical, square, coin-shaped, button-shaped, or the like.
- the element structure of the battery element is not particularly limited.
- the element structure may be a stacked type in which electrodes (a positive electrode and a negative electrode) are stacked, a 99-fold type in which the electrodes are folded in a zigzag pattern, or the like.
- the electrode reactant is not particularly limited.
- the electrode reactants may be other alkali metals, such as sodium and potassium, or alkaline earth metals, such as beryllium, magnesium, and calcium, as described above.
- the electrode reactant may be other light metals such as aluminum.
- negative electrode active material for secondary batteries and the negative electrode for secondary batteries are not limited to secondary batteries, and may be applied to other electrochemical devices such as capacitors.
- the present disclosure can have the following configuration.
- a current collector including a first convex portion and a second convex portion adjacent to each other, and a concave portion located between the first convex portion and the second convex portion;
- An electrode for a secondary battery comprising: an active material layer connecting the first convex part and the second convex part so that a gap exists between the concave part and the concave part.
- the current collector is a copper foil having a roughened surface.
- ⁇ 3> The electrode for a secondary battery according to ⁇ 1> or ⁇ 2> above, wherein the active material layer contains hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H).
- a-Si:H hydrogenated amorphous silicon
- ⁇ 4> The secondary battery electrode according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3> above, including a conductive film between the first convex portion, the second convex portion, and the active material layer.
- ⁇ 5> The electrode for a secondary battery according to ⁇ 4> above, wherein the conductive film contains hydrogenated amorphous carbon (aC:H).
- ⁇ 6> The secondary battery electrode according to ⁇ 1> or ⁇ 5> above, wherein the conductive film has a lower density than the active material layer.
- the conductive film contains hydrogenated amorphous carbon (a-C:H) and has a density of 1.5 g/cm 3 to 2.3 g/cm 3 according to any one of ⁇ 4> to ⁇ 6> above.
- the width of the first protrusion and the width of the second protrusion along the direction in which the first protrusion and the second protrusion are arranged are 1.0 ⁇ m or more and 3.0 ⁇ m or less, The secondary battery electrode according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 7> above, wherein the width of the recess along the arrangement direction is 0.5 ⁇ m or more and 1.0 ⁇ m or less.
- the negative electrode is a negative electrode current collector including a first convex portion and a second convex portion adjacent to each other, and a concave portion located between the first convex portion and the second convex portion;
- a secondary battery comprising: a negative electrode active material layer connecting the first convex portion and the second convex portion such that a gap exists between the concave portion and the concave portion.
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Abstract
この二次電池用電極は、集電体と、活物質層とを有する。集電体は、互いに隣り合う第１の凸部および第２の凸部と、それら第１の凸部と第２の凸部との間に位置する凹部とを含む。活物質層は、凹部との間に空隙が存在するように第１の凸部と前記第２の凸部とを繋いでいる。
Description
本技術は、二次電池用電極および二次電池に関する。
携帯電話機などの多様な電子機器の電源として二次電池が広く普及している。二次電池としては、小型かつ軽量であると共に高エネルギー密度が得られるものが望まれている。二次電池は、正極および負極と共に電解質を備えており、負極は、負極集電体と負極活物質とを含んでいる。
負極集電体としては一般的には銅箔が用いられる。この銅箔の表面を粗面化することで負極集電体から負極活物質が剥がれるのを抑制し、充放電サイクル特性を向上させる試みがいくつかなされている（例えば特許文献１～５参照）。
このように、二次電池の電池特性に関する様々な検討がなされているが、さらなる電池特性の改善の余地がある。
優れた電池性能を得ることが可能である二次電池用電極および二次電池が望まれている。
本開示の一実施形態の二次電池用電極は、集電体と、活物質層とを有する。集電体は、互いに隣り合う第１の凸部および第２の凸部と、それら第１の凸部と第２の凸部との間に位置する凹部とを含む。活物質層は、凹部との間に空隙が存在するように第１の凸部と前記第２の凸部とを繋いでいる。
本開示の一実施形態の二次電池は、正極と、負極と、電解液とを備え、負極は、互いに隣り合う第１の凸部および第２の凸部と、第１の凸部と第２の凸部との間に位置する凹部とを含む負極集電体と、凹部との間に空隙が存在するように第１の凸部と第２の凸部とを繋ぐ負極活物質層とを有する。
本開示の一実施形態の二次電池用電極または二次電池によれば、凹部と活物質層との間に空隙が存在するので、活物質層における、充放電時の膨張収縮に伴う局所的な応力集中を緩和できる。その結果、活物質層の集電体からの離脱が抑制され、優れた充放電サイクル特性を得ることができる。
なお、本開示の効果は、必ずしもここで説明された効果に限定されるわけではなく、後述する本開示に関連する一連の効果のうちのいずれの効果でもよい。
以下、本開示の一実施形態に関して、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、説明する順序は、下記の通りである。
１．二次電池用電極
１－１．構成
１－２．製造方法
１－３．作用および効果
２．二次電池用負極の変形例
２－１．構成
２－２．作用および効果
３．二次電池
３－１．構成
３－２．動作
３－３．製造方法
３－４．作用および効果
４．変形例
５．二次電池の用途
１．二次電池用電極
１－１．構成
１－２．製造方法
１－３．作用および効果
２．二次電池用負極の変形例
２－１．構成
２－２．作用および効果
３．二次電池
３－１．構成
３－２．動作
３－３．製造方法
３－４．作用および効果
４．変形例
５．二次電池の用途
［１．二次電池用負極］
まず、本開示の一実施形態の二次電池用負極に関して説明する。ここで説明する二次電池用負極は、本開示の「二次電池用電極」に対応する一具体例である。
まず、本開示の一実施形態の二次電池用負極に関して説明する。ここで説明する二次電池用負極は、本開示の「二次電池用電極」に対応する一具体例である。
この二次電池用負極は、電気化学デバイスである二次電池に用いられる。ただし、負極は、二次電池以外の他の電気化学デバイスに用いられてもよい。他の電気化学デバイスの種類は、特に限定されないが、具体的には、キャパシタなどである。
また、二次電池用負極は、上記した二次電池などの電気化学デバイスにおいて、電極反応時において電極反応物質を吸蔵放出する。電極反応物質の種類は、特に限定されないが、具体的には、アルカリ金属およびアルカリ土類金属などの軽金属である。アルカリ金属は、リチウム、ナトリウムおよびカリウムなどであると共に、アルカリ土類金属は、ベリリウム、マグネシウムおよびカルシウムなどである。
＜１－１．構成＞
図１は、二次電池用負極の一例である負極１００の断面構成の一部を拡大して模式的に表している。負極１００は、図１に示したように、負極集電体１と、負極活物質層２とを有している。
図１は、二次電池用負極の一例である負極１００の断面構成の一部を拡大して模式的に表している。負極１００は、図１に示したように、負極集電体１と、負極活物質層２とを有している。
（負極集電体１）
負極集電体１は、負極活物質層２を支持する支持体である。負極集電体１は、金属材料などの導電性材料を含んでおり、その金属材料は、銅などである。具体的には、電解法などを用いて表面が粗面化された粗面化銅箔である。負極集電体１は、複数の凸部１Ｔと、複数の凸部１Ｔ同士の間に設けられた複数の凹部１Ｕとを有する。なお、図１では、凸部１Ｔとして４つの凸部１Ｔ－１～１Ｔ－４を例示し、凹部１Ｕとして３つの凹部１Ｕ－１～１Ｕ－３を例示している。また、負極集電体１の厚さは、一例として２５μｍ以上３０μｍ以下とすることができる。
負極集電体１は、負極活物質層２を支持する支持体である。負極集電体１は、金属材料などの導電性材料を含んでおり、その金属材料は、銅などである。具体的には、電解法などを用いて表面が粗面化された粗面化銅箔である。負極集電体１は、複数の凸部１Ｔと、複数の凸部１Ｔ同士の間に設けられた複数の凹部１Ｕとを有する。なお、図１では、凸部１Ｔとして４つの凸部１Ｔ－１～１Ｔ－４を例示し、凹部１Ｕとして３つの凹部１Ｕ－１～１Ｕ－３を例示している。また、負極集電体１の厚さは、一例として２５μｍ以上３０μｍ以下とすることができる。
複数の凸部１Ｔの並び方向（図１に示したＨ方向）に沿った各凸部１Ｔの幅Ｈ１Ｔは、例えば１．０μｍ以上３．０μ以下である。Ｈ方向に沿った各凹部１Ｕの幅Ｈ１Ｕは０．５μｍ以上１．０μｍ以下である。また、Ｈ方向と直交する厚さ方向（図１に示したＶ方向）に沿った各凸部１Ｔの高さＶ１Ｔは、例えば０．１μｍ以上１．０μｍ以下である。なお、複数の凸部１Ｔの大きさ（幅および高さ）ならびに形状は互いに異なっていてもよい。同様に、複数の凹部１Ｕの大きさ（幅および深さ）ならびに形状は互いに異なっていてもよい。
（負極活物質層２）
負極活物質層２は、隣り合う複数の凸部１Ｔ同士を繋ぐようにブリッジ状に設けられている。負極活物質層２と凹部１Ｕとの間には空隙Ｇが存在する。なお、図１では、空隙Ｇとして、凹部１Ｕ－１，１Ｕ－２にそれぞれ対応する位置にある２つの空隙Ｇ－１，Ｇ－２を例示している。負極活物質層２の厚さは、一例として５０μｍ以上６０μｍ以下とすることができる。
負極活物質層２は、隣り合う複数の凸部１Ｔ同士を繋ぐようにブリッジ状に設けられている。負極活物質層２と凹部１Ｕとの間には空隙Ｇが存在する。なお、図１では、空隙Ｇとして、凹部１Ｕ－１，１Ｕ－２にそれぞれ対応する位置にある２つの空隙Ｇ－１，Ｇ－２を例示している。負極活物質層２の厚さは、一例として５０μｍ以上６０μｍ以下とすることができる。
負極１００は、負極集電体１に存在する全ての凸部１Ｔを繋ぐように全体に亘って連続して設けられている１つの負極活物質層２を有する場合に限定されず、図１に示したように、互いに分離された複数の負極活物質層２（２－１，２－２）を有していてもよい。したがって、負極１００の一部において、例えば互いに隣り合う２つの凸部１Ｔの各々を覆う負極活物質層２同士が離間している箇所が存在していてもよい。より具体的には、図１に示した構成例では、負極活物質層２－１は、凸部１Ｔ－１の頭頂部と凸部１Ｔ－２の頭頂部とを繋ぐように設けられて凹部１Ｕ－１との間に空隙Ｇ－１を形成している。同様に、負極活物質層２－２は、凸部１Ｔ－３の頭頂部と凸部１Ｔ－４の頭頂部とを繋ぐように設けられて凹部１Ｕ－３との間に空隙Ｇ－２を形成している。ここで、負極活物質層２－１と負極活物質層２－２とは、図１に示したように互いに離間していてもよい。さらに、複数の凸部１Ｔのうちの一部の凸部１Ｔには負極活物質層２が形成されていなくてもよい。ただし、負極１００では、より多くの凸部１Ｔが負極活物質層２によって被覆されており、より多くの凹部１Ｕと負極活物質層２との間に空隙Ｇが形成されていることが望ましい。
負極活物質層２は、負極活物質を含んでいる。負極活物質は、電極反応物質を吸蔵放出する物質であって電極反応を進行させる物質である。
電極反応物質の種類は、特に限定されないが、具体的には、アルカリ金属およびアルカリ土類金属などの軽金属である。アルカリ金属は、リチウム、ナトリウムおよびカリウムなどであると共に、アルカリ土類金属は、ベリリウム、マグネシウムおよびカルシウムなどである。
以下では、電極反応物質がリチウムである場合を例に挙げる。すなわち、負極活物質は、電極反応物質としてリチウムを吸蔵放出する物質であり、その負極活物質では、リチウムがイオン状態で吸蔵放出される。
負極活物質は、炭素材料および金属系材料のうちの一方または双方を含んでいる。高いエネルギー密度が得られるからである。炭素材料は、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素および黒鉛（天然黒鉛および人造黒鉛）などである。金属系材料は、リチウムと合金を形成可能である金属元素および半金属元素のうちのいずれか１種類または２種類以上を構成元素として含む材料であり、その金属元素および半金属元素は、珪素および錫のうちの一方または双方などである。金属系材料は、単体でもよいし、合金でもよいし、化合物でもよいし、それらの２種類以上の混合物でもよいし、それらの２種類以上の相を含む材料でもよい。金属系材料の具体例は、ＴｉＳｉ2 およびＳｉＯx （０＜ｘ≦２、または０．２＜ｘ＜１．４）などである。
ただし、本実施の形態の負極活物質層２は、負極活物質としてアモルファスシリコンを含有していることが望ましい。より高いエネルギー密度が得られるからである。負極活物質層２は、特に水素化アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ：Ｈ）を含んでいるとよい。
負極活物質層２は、さらに、負極結着剤および負極導電剤などを含んでいてもよい。負極結着剤は、合成ゴムおよび高分子化合物などのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。負極結着剤としての合成ゴムは、スチレンブタジエン系ゴムなどである。負極結着剤としての高分子化合物は、ポリフッ化ビニリデンなどである。負極導電剤は、炭素材料などの導電性材料のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでおり、その炭素材料は、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラックおよびケッチェンブラックなどである。ただし、導電性材料は、金属材料および高分子化合物などでもよい。
＜１－２．動作＞
負極１００では、電極反応時の負極活物質層２において、負極活物質がリチウムをイオン状態で吸蔵すると共に、その負極活物質からリチウムがイオン状態で放出される。
負極１００では、電極反応時の負極活物質層２において、負極活物質がリチウムをイオン状態で吸蔵すると共に、その負極活物質からリチウムがイオン状態で放出される。
＜１－３．製造方法＞
負極１００の製造は、例えば以下のように行うことができる。まず、銅箔などの金属箔を用意したのち、その金属箔の表面にレーザを照射するなどして凸部１Ｔおよび凹部１Ｕを含む凹凸パターンを形成する。そうすることにより、粗面化された表面を有する負極集電体１を得る。次に、負極集電体１の粗面化された表面に、例えばスパッタリングなどの物理蒸着法（ＰＶＤ）により、負極活物質層２を形成する。その際、プラズマを発生させる周波数をラジオ帯（例えば１３．５ｋＨｚ）などの低周波数帯に設定することにより、空隙Ｇがより形成されやすくなる。以上により、負極集電体１の表面に負極活物質層２が形成され、負極１００が完成する。
負極１００の製造は、例えば以下のように行うことができる。まず、銅箔などの金属箔を用意したのち、その金属箔の表面にレーザを照射するなどして凸部１Ｔおよび凹部１Ｕを含む凹凸パターンを形成する。そうすることにより、粗面化された表面を有する負極集電体１を得る。次に、負極集電体１の粗面化された表面に、例えばスパッタリングなどの物理蒸着法（ＰＶＤ）により、負極活物質層２を形成する。その際、プラズマを発生させる周波数をラジオ帯（例えば１３．５ｋＨｚ）などの低周波数帯に設定することにより、空隙Ｇがより形成されやすくなる。以上により、負極集電体１の表面に負極活物質層２が形成され、負極１００が完成する。
＜１－４．作用および効果＞
本開示の二次電池用電極としての負極１００によれば、負極集電体１が、互いに隣り合う複数の凸部１Ｔと、それら複数の凸部１Ｔの間に位置する凹部１Ｕとを含み、負極活物質層２が、凹部１Ｕとの間に空隙Ｇが存在するように隣り合う複数の凸部１Ｔ同士を繋ぐように設けられている。このように、凹部１Ｕと負極活物質層２との間に空隙Ｇが存在するようにしたので、負極活物質層２における、充放電時の膨張収縮に伴う局所的な応力集中を緩和できる。その結果、負極活物質層２の負極集電体１からの離脱が抑制される。よって、負極１００は、二次電池に適用した場合に、優れた充放電サイクル特性を得ることができる。
本開示の二次電池用電極としての負極１００によれば、負極集電体１が、互いに隣り合う複数の凸部１Ｔと、それら複数の凸部１Ｔの間に位置する凹部１Ｕとを含み、負極活物質層２が、凹部１Ｕとの間に空隙Ｇが存在するように隣り合う複数の凸部１Ｔ同士を繋ぐように設けられている。このように、凹部１Ｕと負極活物質層２との間に空隙Ｇが存在するようにしたので、負極活物質層２における、充放電時の膨張収縮に伴う局所的な応力集中を緩和できる。その結果、負極活物質層２の負極集電体１からの離脱が抑制される。よって、負極１００は、二次電池に適用した場合に、優れた充放電サイクル特性を得ることができる。
［２．変形例としての二次電池用負極］
次に、上記一実施形態の変形例としての二次電池用負極に関して説明する。ここで説明する二次電池用負極もまた、本開示の「二次電池用電極」に対応する一具体例である。
次に、上記一実施形態の変形例としての二次電池用負極に関して説明する。ここで説明する二次電池用負極もまた、本開示の「二次電池用電極」に対応する一具体例である。
＜２－１．構成＞
図２は、二次電池用負極の一例である負極１００Ａの断面構成の一部を拡大して模式的に表している。負極１００Ａは、負極集電体１の凸部１Ｔと負極活物質層２との間に、導電膜３をさらに含んでいる。その点を除き、負極１００Ａの構成は、図１に示した負極１００の構成と実質的に同じである。
図２は、二次電池用負極の一例である負極１００Ａの断面構成の一部を拡大して模式的に表している。負極１００Ａは、負極集電体１の凸部１Ｔと負極活物質層２との間に、導電膜３をさらに含んでいる。その点を除き、負極１００Ａの構成は、図１に示した負極１００の構成と実質的に同じである。
導電膜３は、負極活物質層２は、隣り合う複数の凸部１Ｔ同士を繋ぐようにブリッジ状に設けられているとよい。負極１００Ａは、負極集電体１に存在する全ての凸部１Ｔを繋ぐように全体に亘って連続して設けられている１つの導電膜３を有する場合に限定されず、図２に示したように、互いに分離された複数の導電膜３（３－１，３－２）を有していてもよい。なお、図２では、導電膜３として２つの導電膜３－１，３－２を例示している。
図２に示した構成例では、導電膜３－１は、凸部１Ｔ－１の頭頂部と凸部１Ｔ－２の頭頂部とを繋ぐように、凸部１Ｔ－１および凸部１Ｔ－２と負極活物質層２－１との間に設けられており、凹部１Ｕ－１との間に空隙Ｇ－１を形成している。同様に、導電膜３－２は、凸部１Ｔ－３の頭頂部と凸部１Ｔ－４の頭頂部とを繋ぐように、凸部１Ｔ－３および凸部１Ｔ－４と負極活物質層２－２との間に設けられており、凹部１Ｕ－３との間に空隙Ｇ－２を形成している。
導電膜３は導電性材料を含んでおり、具体的には、水素化アモルファスカーボン（ａ－Ｃ：Ｈ）を含んでいるとよい。導電膜３の密度は、負極活物質層２の密度よりも低いとよい。具体的には、導電膜３の密度は、１．５ｇ／ｃｍ3 以上２．３ｇ／ｃｍ3 以下の密度を有し、より好ましくは２．０ｇ／ｃｍ3 以上２．２ｇ／ｃｍ3 以下の密度を有するとよい。また、導電膜３の厚さは、一例として０．１μｍ以上０．４μｍ以下とすることができる。
＜２－２．作用および効果＞
このように、本変形例としての負極１００Ａでは、負極集電体１と負極活物質層２との間に導電膜３をさらに設けるようにしたので、負極集電体１と負極活物質層２との密着性を向上させることができる。ここで、負極活物質層２が水素化アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ：Ｈ）を含有し、導電膜３が水素化アモルファスカーボン（ａ－Ｃ：Ｈ）を含有するようにすれば、よりいっそう負極集電体１と負極活物質層２との密着性を向上させることができる。そのため、二次電池に適用した場合に、充放電時の膨張収縮に伴う、負極集電体１からの負極活物質層２の離脱をよりいっそう抑制することができる。さらに、負極１００Ａにおいても、上記負極１００と同様、空隙Ｇを有するようにしているので、負極活物質層２における充放電時の膨張収縮に伴う局所的な応力集中を緩和できる。さらに、負極活物質層２が膨張した場合に、その膨張した負極活物質層２の一部が凹部１Ｕに浸入するのを導電膜３によって防ぐことができる。その結果、空隙Ｇの形状や大きさを維持することができる。よって、負極１００Ａは、二次電池に適用した場合に、優れた充放電サイクル特性を得ることができる。
このように、本変形例としての負極１００Ａでは、負極集電体１と負極活物質層２との間に導電膜３をさらに設けるようにしたので、負極集電体１と負極活物質層２との密着性を向上させることができる。ここで、負極活物質層２が水素化アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ：Ｈ）を含有し、導電膜３が水素化アモルファスカーボン（ａ－Ｃ：Ｈ）を含有するようにすれば、よりいっそう負極集電体１と負極活物質層２との密着性を向上させることができる。そのため、二次電池に適用した場合に、充放電時の膨張収縮に伴う、負極集電体１からの負極活物質層２の離脱をよりいっそう抑制することができる。さらに、負極１００Ａにおいても、上記負極１００と同様、空隙Ｇを有するようにしているので、負極活物質層２における充放電時の膨張収縮に伴う局所的な応力集中を緩和できる。さらに、負極活物質層２が膨張した場合に、その膨張した負極活物質層２の一部が凹部１Ｕに浸入するのを導電膜３によって防ぐことができる。その結果、空隙Ｇの形状や大きさを維持することができる。よって、負極１００Ａは、二次電池に適用した場合に、優れた充放電サイクル特性を得ることができる。
さらに、導電膜３の密度を負極活物質層２の密度よりも低くするようにすれば、導電膜３が応力の緩衝材として機能するので、負極活物質層２において発生する応力をよりいっそう緩和することができる。
水素化アモルファスカーボン（ａ－Ｃ：Ｈ）によって導電膜３を構成し、水素化アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ：Ｈ）によって負極活物質層２を構成する場合には、例えばＬＰ－ＣＶＤ（低圧化学気相成長法）やＰＶＤ法などにより、導電膜３の成膜と負極活物質層２の成膜とを連続して行うことができる。よって、負極１００Ａの製造を簡素化することができ、効率的に負極１００Ａを作製することができる。
［３．二次電池］
次に、本開示の一実施形態の二次電池に関して説明する。
次に、本開示の一実施形態の二次電池に関して説明する。
ここで説明する二次電池は、電極反応物質の吸蔵放出を利用して電池容量が得られる二次電池であり、正極および負極と共に、液状の電解質である電解液を備えている。この二次電池では、充電途中において負極の表面に電極反応物質が析出することを防止するために、その負極の充電容量が正極の放電容量よりも大きくなっている。すなわち、負極の単位面積当たりの電気化学容量は、正極の単位面積当たりの電気化学容量よりも大きくなるように設定されている。
以下では、電極反応物質がリチウムである場合を例に挙げる。リチウムの吸蔵放出を利用して電池容量が得られる二次電池は、いわゆるリチウムイオン二次電池である。
＜３－１．構成＞
図３は、二次電池の斜視構成を表していると共に、図４は、図３に示した電池素子２０の断面構成を表している。ただし、図３では、外装フィルム１０と電池素子２０とが互いに分離された状態を示していると共に、図３では、電池素子２０の一部だけを示している。
図３は、二次電池の斜視構成を表していると共に、図４は、図３に示した電池素子２０の断面構成を表している。ただし、図３では、外装フィルム１０と電池素子２０とが互いに分離された状態を示していると共に、図３では、電池素子２０の一部だけを示している。
二次電池は、図３に示したように、外装フィルム１０と、電池素子２０と、正極リード３１および負極リード３２と、封止フィルム４１，４２とを備えている。ここで説明する二次電池は、電池素子２０を収納するための外装部材として可撓性（または柔軟性）の外装フィルム１０を用いたラミネートフィルム型の二次電池である。
［外装フィルムおよび封止フィルム］
外装フィルム１０は、図３に示したように、電池素子２０を収納する可撓性の外装部材であり、その電池素子２０が内部に収納された状態において封止された袋状の構造を有している。このため、外装フィルム１０は、後述する正極２１および負極２２と共に電解液を収納している。
外装フィルム１０は、図３に示したように、電池素子２０を収納する可撓性の外装部材であり、その電池素子２０が内部に収納された状態において封止された袋状の構造を有している。このため、外装フィルム１０は、後述する正極２１および負極２２と共に電解液を収納している。
外装フィルム１０の立体的形状は、特に限定されないが、具体的には、電池素子２０の立体的形状に対応している。ここでは、外装フィルム１０の立体的形状は、後述する扁平状の電池素子２０の立体的形状に応じて、扁平な略直方体である。
外装フィルム１０の構成（材質および層数など）は、特に限定されず、単層フィルムでもよいし、多層フィルムでもよい。外装フィルム１０は、１枚のフィルムであり、矢印Ｆ（一点鎖線）の方向に折り畳み可能である。外装フィルム１０には、電池素子２０を収容するための、いわゆる深絞り部としての窪み部１０Ｕが設けられている。
具体的には、外装フィルム１０は、融着層、金属層および表面保護層が内側からこの順に積層された３層の多層フィルム、すなわちラミネートフィルムである。外装フィルム１０が折り畳まれた状態では、互いに対向する融着層のうちの外周縁部同士が互いに接合されている。融着層は、ポリプロピレンなどの高分子化合物を含んでいる。金属層は、アルミニウムなどの金属材料を含んでいる。表面保護層は、ナイロンなどの高分子化合物を含んでいる。
封止フィルム４１は、外装フィルム１０と正極リード３１との間に挿入されていると共に、封止フィルム４２は、外装フィルム１０と負極リード３２との間に挿入されている。ただし、封止フィルム４１，４２のうちの一方または双方は省略されてもよい。
封止フィルム４１は、外装フィルム１０の内部に外気などが侵入することを防止する封止部材である。また、封止フィルム４１は、正極リード３１に対して密着性を有するポリオレフィンなどの高分子化合物を含んでいる。そのポリオレフィンの具体例は、ポリプロピレンなどである。
封止フィルム４２の構成は、負極リード３２に対して密着性を有する封止部材であることを除いて、封止フィルム４１の構成と同様である。すなわち、封止フィルム４２は、負極リード３２に対して密着性を有するポリオレフィンなどの高分子化合物を含んでいる。
［電池素子］
電池素子２０は、図３に示したように、外装フィルム１０の内部に収納されており、正極２１と、負極２２と、セパレータ２３と、電解液とを備えている。
電池素子２０は、図３に示したように、外装フィルム１０の内部に収納されており、正極２１と、負極２２と、セパレータ２３と、電解液とを備えている。
電池素子２０は、いわゆる巻回電極体である。すなわち、電池素子２０では、正極２１および負極２２がセパレータ２３を介して互いに積層されていると共に、Ｙ軸方向に延在する仮想軸である巻回軸Ｐを中心として正極２１、負極２２およびセパレータ２３が巻回されている。正極２１および負極２２は、セパレータ２３を介して互いに対向しながら巻回されている。
電池素子２０の立体的形状は、扁平な略円筒体である。すなわち、巻回軸Ｐと交差する電池素子２０の断面（ＸＺ面に沿った断面）の形状は、長軸Ｊ１および短軸Ｊ２により規定される扁平形状であり、より具体的には、扁平な略楕円形である。長軸Ｊ１は、Ｘ軸方向に延在すると共に相対的に大きい長さを有する仮想軸であると共に、短軸Ｊ２は、Ｘ軸方向と交差するＺ軸方向に延在すると共に相対的に小さい長さを有する仮想軸である。
（正極）
正極２１は、図４に示したように、正極集電体２１Ａおよび正極活物質層２１Ｂを含んでいる。
正極２１は、図４に示したように、正極集電体２１Ａおよび正極活物質層２１Ｂを含んでいる。
正極集電体２１Ａは、正極活物質層２１Ｂが設けられる一対の面を有している。正極集電体２１Ａは、金属材料などの導電性材料を含んでおり、その金属材料は、アルミニウムなどである。
ここでは、正極活物質層２１Ｂは、正極集電体２１Ａの両面に設けられており、リチウムを吸蔵放出する正極活物質のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。ただし、正極活物質層２１Ｂは、正極２１が負極２２に対向する側において正極集電体２１Ａの片面だけに設けられていてもよい。また、正極活物質層２１Ｂは、さらに、正極結着剤および正極導電剤などを含んでいてもよい。正極活物質層２１Ｂの形成方法は、特に限定されないが、具体的には、塗布法などである。
正極活物質は、リチウム化合物を含んでいる。このリチウム化合物は、リチウムを構成元素として含む化合物であり、より具体的には、リチウムと共に１種類または２種類以上の遷移金属元素を構成元素として含む化合物などである。高いエネルギー密度が得られるからである。ただし、リチウム化合物は、さらに、他元素（リチウムおよび遷移金属元素のそれぞれ以外の元素）のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいてもよい。リチウム化合物の種類は、特に限定されないが、具体的には、酸化物、リン酸化合物、ケイ酸化合物およびホウ酸化合物などである。酸化物の具体例は、ＬｉＮｉＯ2 、ＬｉＣｏＯ2 およびＬｉＭｎ2 Ｏ4 などであると共に、リン酸化合物の具体例は、ＬｉＦｅＰＯ4 およびＬｉＭｎＰＯ4 などである。
正極結着剤は、合成ゴムおよび高分子化合物などのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。合成ゴムは、スチレンブタジエン系ゴムなどであると共に、高分子化合物は、ポリフッ化ビニリデンなどである。正極導電剤は、炭素材料などの導電性材料のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでおり、その炭素材料は、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラックおよびケッチェンブラックなどである。ただし、導電性材料は、金属材料および高分子化合物などでもよい。
（負極）
負極２２は、図４に示したように、負極集電体２２Ａおよび負極活物質層２２Ｂを含んでいる。負極２２は、上記一実施の形態としての負極１００または変形例としての負極１００Ａと実質的に同一の構成を有している。
負極２２は、図４に示したように、負極集電体２２Ａおよび負極活物質層２２Ｂを含んでいる。負極２２は、上記一実施の形態としての負極１００または変形例としての負極１００Ａと実質的に同一の構成を有している。
負極集電体２２Ａは、負極活物質層２２Ｂが設けられる一対の面を有している。この負極集電体２２Ａは、上記した負極１００，１００Ａにおける負極集電体１と実質的に同一の構成を有している。
負極活物質層２２Ｂは、上記した負極１００，１００Ａにおける負極活物質層２と実質的に同一の構成を有している。ここでは、負極活物質層２２Ｂは、負極集電体２２Ａの両面に設けられており、上記した負極活物質を含んでいる。ただし、負極活物質層２２Ｂは、負極２２が正極２１に対向する側において負極集電体２２Ａの片面だけに設けられていてもよい。また、負極集電体２２Ａと負極活物質層２２Ｂとの間に、負極１００Ａが有する導電膜３に相当する導電膜をさらに設けるようにしてもよい。
（セパレータ）
セパレータ２３は、図４に示したように、正極２１と負極２２との間に介在している絶縁性の多孔質膜であり、その正極２１と負極２２との接触（短絡）を防止しながらリチウムイオンを通過させる。このセパレータ２３は、ポリエチレンなどの高分子化合物を含んでいる。
セパレータ２３は、図４に示したように、正極２１と負極２２との間に介在している絶縁性の多孔質膜であり、その正極２１と負極２２との接触（短絡）を防止しながらリチウムイオンを通過させる。このセパレータ２３は、ポリエチレンなどの高分子化合物を含んでいる。
（電解液）
電解液は、正極２１、負極２２およびセパレータ２３のそれぞれに含浸されており、溶媒および電解質塩を含んでいる。
電解液は、正極２１、負極２２およびセパレータ２３のそれぞれに含浸されており、溶媒および電解質塩を含んでいる。
溶媒は、炭酸エステル系化合物、カルボン酸エステル系化合物およびラクトン系化合物などの非水溶媒（有機溶剤）のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでおり、その非水溶媒を含んでいる電解液は、いわゆる非水電解液である。電解質塩は、リチウム塩などの軽金属塩のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。
［正極リードおよび負極リード］
正極リード３１は、図３に示したように、電池素子２０（正極２１）に接続された正極端子であり、より具体的には、正極集電体２１Ａに接続されている。この正極リード３１は、外装フィルム１０の外部に導出されており、アルミニウムなどの導電性材料を含んでいる。正極リード３１の形状は、特に限定されないが、具体的には、薄板状および網目状などのうちのいずれかである。
正極リード３１は、図３に示したように、電池素子２０（正極２１）に接続された正極端子であり、より具体的には、正極集電体２１Ａに接続されている。この正極リード３１は、外装フィルム１０の外部に導出されており、アルミニウムなどの導電性材料を含んでいる。正極リード３１の形状は、特に限定されないが、具体的には、薄板状および網目状などのうちのいずれかである。
負極リード３２は、図３に示したように、電池素子２０（負極２２）に接続された負極端子であり、より具体的には、負極集電体２２Ａに接続されている。この負極リード３２は、外装フィルム１０の外部に導出されており、銅などの導電性材料を含んでいる。ここでは、負極リード３２の導出方向は、正極リード３１の導出方向と同様である。負極リード３２の形状に関する詳細は、正極リード３１の形状に関する詳細と同様である。
＜３－２．動作＞
二次電池の充電時には、電池素子２０において、正極２１からリチウムが放出されると共に、そのリチウムが電解液を介して負極２２に吸蔵される。一方、二次電池の放電時には、電池素子２０において、負極２２からリチウムが放出されると共に、そのリチウムが電解液を介して正極２１に吸蔵される。これらの充放電時には、リチウムがイオン状態で吸蔵および放出される。
二次電池の充電時には、電池素子２０において、正極２１からリチウムが放出されると共に、そのリチウムが電解液を介して負極２２に吸蔵される。一方、二次電池の放電時には、電池素子２０において、負極２２からリチウムが放出されると共に、そのリチウムが電解液を介して正極２１に吸蔵される。これらの充放電時には、リチウムがイオン状態で吸蔵および放出される。
＜３－３．製造方法＞
以下で説明する手順により、正極２１および負極２２のそれぞれを作製すると共に電解液を調製したのち、その正極２１、負極２２および電解液を用いて二次電池を作製する。
以下で説明する手順により、正極２１および負極２２のそれぞれを作製すると共に電解液を調製したのち、その正極２１、負極２２および電解液を用いて二次電池を作製する。
（正極の作製）
最初に、正極活物質、正極結着剤および正極導電剤を互いに混合させることにより、正極合剤とする。続いて、溶媒に正極合剤を投入することにより、ペースト状の正極合剤スラリーを調製する。溶媒の種類は、特に限定されないが、具体的には、水性溶媒でもよいし、非水性溶媒（有機溶剤）でもよい。この水性溶媒は、純水などであり、ここで説明した水性溶媒の種類に関する詳細は、以降においても同様である。最後に、正極集電体２１Ａの両面に正極合剤スラリーを塗布することにより、正極活物質層２１Ｂを形成する。こののち、ロールプレス機などを用いて正極活物質層２１Ｂを圧縮成型してもよい。この場合には、正極活物質層２１Ｂを加熱してもよいし、圧縮成型を複数回繰り返してもよい。これにより、正極２１が作製される。
最初に、正極活物質、正極結着剤および正極導電剤を互いに混合させることにより、正極合剤とする。続いて、溶媒に正極合剤を投入することにより、ペースト状の正極合剤スラリーを調製する。溶媒の種類は、特に限定されないが、具体的には、水性溶媒でもよいし、非水性溶媒（有機溶剤）でもよい。この水性溶媒は、純水などであり、ここで説明した水性溶媒の種類に関する詳細は、以降においても同様である。最後に、正極集電体２１Ａの両面に正極合剤スラリーを塗布することにより、正極活物質層２１Ｂを形成する。こののち、ロールプレス機などを用いて正極活物質層２１Ｂを圧縮成型してもよい。この場合には、正極活物質層２１Ｂを加熱してもよいし、圧縮成型を複数回繰り返してもよい。これにより、正極２１が作製される。
（負極の作製）
上記した負極１００，１００Ａと同様の手法により、負極２２を作製することができる。
上記した負極１００，１００Ａと同様の手法により、負極２２を作製することができる。
（電解液の調製）
溶媒に電解質塩を投入する。これにより、溶媒中において電解質塩が分散または溶解されるため、電解液が調製される。
溶媒に電解質塩を投入する。これにより、溶媒中において電解質塩が分散または溶解されるため、電解液が調製される。
（二次電池の組み立て）
最初に、溶接法などを用いて、正極２１（正極集電体２１Ａ）に正極リード３１を接続させると共に、負極２２（負極集電体２２Ａ）に負極リード３２を接続させる。
最初に、溶接法などを用いて、正極２１（正極集電体２１Ａ）に正極リード３１を接続させると共に、負極２２（負極集電体２２Ａ）に負極リード３２を接続させる。
続いて、セパレータ２３を介して正極２１および負極２２を互いに積層させたのち、その正極２１、負極２２およびセパレータ２３を巻回させることにより、巻回体（図示せず）を作製する。この巻回体は、正極２１、負極２２およびセパレータ２３のそれぞれに電解液が含浸されていないことを除いて、電池素子２０の構成と同様の構成を有している。続いて、プレス機などを用いて巻回体を押圧することにより、扁平形状となるように巻回体を成型する。
続いて、窪み部１０Ｕの内部に巻回体を収容したのち、外装フィルム１０（融着層／金属層／表面保護層）を折り畳むことにより、その外装フィルム１０同士を互いに対向させる。続いて、熱融着法などを用いて互いに対向する外装フィルム１０（融着層）のうちの２辺の外周縁部同士を互いに接合させることにより、袋状の外装フィルム１０の内部に巻回体を収納する。
最後に、袋状の外装フィルム１０の内部に電解液を注入したのち、熱融着法などを用いて外装フィルム１０（融着層）のうちの残りの１辺の外周縁部同士を互いに接合させる。この場合には、外装フィルム１０と正極リード３１との間に封止フィルム４１を挿入すると共に、外装フィルム１０と負極リード３２との間に封止フィルム４２を挿入する。これにより、巻回体に電解液が含浸されるため、巻回電極体である電池素子２０が作製されると共に、袋状の外装フィルム１０の内部に電池素子２０が封入されるため、二次電池が組み立てられる。
（二次電池の安定化）
組み立て後の二次電池を充放電させる。環境温度、充放電回数（サイクル数）および充放電条件などの各種条件は、任意に設定可能である。これにより、負極２２などの表面に被膜が形成されるため、二次電池の状態が電気化学的に安定化する。よって、ラミネートフィルム型の二次電池が完成する。
組み立て後の二次電池を充放電させる。環境温度、充放電回数（サイクル数）および充放電条件などの各種条件は、任意に設定可能である。これにより、負極２２などの表面に被膜が形成されるため、二次電池の状態が電気化学的に安定化する。よって、ラミネートフィルム型の二次電池が完成する。
＜３－４．作用および効果＞
本開示の二次電池によれば、負極２２が上記した負極１００，１００Ａと実質的に同じ構成を有している。このため、負極２２における、充放電時の膨張収縮に伴う局所的な応力集中を緩和できる。その結果、負極活物質層２２Ｂの負極集電体２２Ａからの離脱が抑制される。よって、本開示の二次電池は、優れた充放電サイクル特性を得ることができる。
本開示の二次電池によれば、負極２２が上記した負極１００，１００Ａと実質的に同じ構成を有している。このため、負極２２における、充放電時の膨張収縮に伴う局所的な応力集中を緩和できる。その結果、負極活物質層２２Ｂの負極集電体２２Ａからの離脱が抑制される。よって、本開示の二次電池は、優れた充放電サイクル特性を得ることができる。
［４．変形例］
二次電池の構成は、以下で説明するように、適宜、変更可能である。ただし、以下で説明する一連の変形例のうちの任意の２種類以上は、互いに組み合わされてもよい。
二次電池の構成は、以下で説明するように、適宜、変更可能である。ただし、以下で説明する一連の変形例のうちの任意の２種類以上は、互いに組み合わされてもよい。
（変形例１）
多孔質膜であるセパレータ２３を用いた。しかしながら、ここでは具体的に図示しないが、多孔質膜であるセパレータ２３の代わりに、高分子化合物層を含む積層型のセパレータを用いてもよい。
多孔質膜であるセパレータ２３を用いた。しかしながら、ここでは具体的に図示しないが、多孔質膜であるセパレータ２３の代わりに、高分子化合物層を含む積層型のセパレータを用いてもよい。
具体的には、積層型のセパレータは、一対の面を有する多孔質膜と、その多孔質膜の片面または両面に配置された高分子化合物層とを含んでいる。正極２１および負極２２のそれぞれに対するセパレータの密着性が向上するため、電池素子２０の位置ずれ（巻きずれ）が発生しにくくなるからである。これにより、電解液の分解反応などが発生しても、二次電池が膨れにくくなる。高分子化合物層は、ポリフッ化ビニリデンなどの高分子化合物を含んでいる。ポリフッ化ビニリデンなどは、物理的強度に優れていると共に、電気化学的に安定だからである。
なお、多孔質膜および高分子化合物層のうちの一方または双方は、複数の絶縁性粒子のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいてもよい。二次電池の発熱時において複数の絶縁性粒子が放熱するため、その二次電池の安全性（耐熱性）が向上するからである。絶縁性粒子は、無機粒子および樹脂粒子などである。無機粒子の具体例は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ベーマイト、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化マグネシウムおよび酸化ジルコニウムなどの粒子である。樹脂粒子の具体例は、アクリル樹脂およびスチレン樹脂などの粒子である。
積層型のセパレータを作製する場合には、高分子化合物および有機溶剤などを含む前駆溶液を調製したのち、多孔質膜の片面または両面に前駆溶液を塗布する。この場合には、必要に応じて前駆溶液に複数の絶縁性粒子を添加してもよい。
この積層型のセパレータを用いた場合においても、正極２１と負極２２との間においてリチウムイオンが移動可能になるため、同様の効果を得ることができる。
（変形例２）
液状の電解質である電解液を用いた。しかしながら、ここでは具体的に図示しないが、電解液の代わりに、ゲル状の電解質である電解質層を用いてもよい。
液状の電解質である電解液を用いた。しかしながら、ここでは具体的に図示しないが、電解液の代わりに、ゲル状の電解質である電解質層を用いてもよい。
電解質層を用いた電池素子２０では、セパレータ２３および電解質層を介して正極２１および負極２２が互いに積層されていると共に、正極２１、負極２２、セパレータ２３および電解質層が巻回されている。この電解質層は、正極２１とセパレータ２３との間に介在していると共に、負極２２とセパレータ２３との間に介在している。
具体的には、電解質層は、電解液と共に高分子化合物を含んでおり、その電解液は、高分子化合物により保持されている。電解液の漏液が防止されるからである。電解液の構成は、上記した通りである。高分子化合物は、ポリフッ化ビニリデンなどを含んでいる。電解質層を形成する場合には、電解液、高分子化合物および有機溶剤などを含む前駆溶液を調製したのち、正極２１および負極２２のそれぞれの片面または両面に前駆溶液を塗布する。
この電解質層を用いた場合においても、正極２１と負極２２との間において電解質層を介してリチウムイオンが移動可能になるため、同様の効果を得ることができる。
［５．二次電池の用途］
二次電池の用途（適用例）は、特に限定されない。電源として用いられる二次電池は、電子機器および電動車両などの主電源でもよいし、補助電源でもよい。主電源とは、他の電源の有無に関係なく、優先的に用いられる電源である。補助電源は、主電源の代わりに用いられる電源、または主電源から切り替えられる電源である。
二次電池の用途（適用例）は、特に限定されない。電源として用いられる二次電池は、電子機器および電動車両などの主電源でもよいし、補助電源でもよい。主電源とは、他の電源の有無に関係なく、優先的に用いられる電源である。補助電源は、主電源の代わりに用いられる電源、または主電源から切り替えられる電源である。
二次電池の用途の具体例は、以下の通りである。ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、携帯電話機、ノート型パソコン、ヘッドホンステレオ、携帯用ラジオおよび携帯用情報端末などの電子機器（携帯用電子機器を含む。）である。バックアップ電源およびメモリーカードなどの記憶用装置である。電動ドリルおよび電動鋸などの電動工具である。電子機器などに搭載される電池パックである。ペースメーカおよび補聴器などの医療用電子機器である。電気自動車（ハイブリッド自動車を含む。）などの電動車両である。非常時などに備えて電力を蓄積しておく家庭用または産業用のバッテリシステムなどの電力貯蔵システムである。これらの用途では、１個の二次電池が用いられてもよいし、複数個の二次電池が用いられてもよい。
電池パックは、単電池を用いてもよいし、組電池を用いてもよい。電動車両は、二次電池を駆動用電源として用いて作動（走行）する車両であり、上記したように、二次電池以外の駆動源を併せて備えたハイブリッド自動車でもよい。家庭用の電力貯蔵システムでは、電力貯蔵源である二次電池に蓄積された電力を利用して家庭用の電気製品などを使用可能である。
ここで、二次電池の適用例の一例に関して具体的に説明する。以下で説明する適用例の構成は、あくまで一例であるため、適宜、変更可能である。
図５は、電池パックのブロック構成を表している。ここで説明する電池パックは、１個の二次電池を用いた電池パック（いわゆるソフトパック）であり、スマートフォンに代表される電子機器などに搭載される。
この電池パックは、図５に示したように、電源５１と、回路基板５２とを備えている。この回路基板５２は、電源５１に接続されていると共に、正極端子５３、負極端子５４および温度検出端子５５を含んでいる。
電源５１は、１個の二次電池を含んでいる。この二次電池では、正極リードが正極端子５３に接続されていると共に、負極リードが負極端子５４に接続されている。この電源５１は、正極端子５３および負極端子５４を介して外部と接続可能であるため、充放電可能である。回路基板５２は、制御部５６と、スイッチ５７と、熱感抵抗素子（ＰＴＣ素子）５８と、温度検出部５９とを含んでいる。ただし、ＰＴＣ素子５８は省略されてもよい。
制御部５６は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）およびメモリなどを含んでおり、電池パック全体の動作を制御する。この制御部５６は、必要に応じて電源５１の使用状態の検出および制御を行う。
なお、制御部５６は、電源５１（二次電池）の電圧が過充電検出電圧または過放電検出電圧に到達すると、スイッチ５７を切断することにより、電源５１の電流経路に充電電流が流れないようにする。過充電検出電圧は、特に限定されないが、具体的には、４．２Ｖ±０．０５Ｖである。過放電検出電圧は、特に限定されないが、具体的には、２．４Ｖ±０．１Ｖである。
スイッチ５７は、充電制御スイッチ、放電制御スイッチ、充電用ダイオードおよび放電用ダイオードなどを含んでおり、制御部５６の指示に応じて電源５１と外部機器との接続の有無を切り換える。このスイッチ５７は、金属酸化物半導体を用いた電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などを含んでおり、充放電電流は、スイッチ５７のＯＮ抵抗に基づいて検出される。
温度検出部５９は、サーミスタなどの温度検出素子を含んでおり、温度検出端子５５を用いて電源５１の温度を測定すると共に、その温度の測定結果を制御部５６に出力する。温度検出部５９により測定される温度の測定結果は、異常発熱時において制御部５６が充放電制御を行う場合および残容量の算出時において制御部５６が補正処理を行う場合などに用いられる。
以上、一実施形態および変形例を挙げながら本開示に関して説明したが、その本開示の構成は、一実施形態および実施例において説明された構成に限定されず、種々に変形可能である。例えば、上記一実施形態および変形例では、本開示の二次電池用電極として負極を例示して説明するようにしたが、本開示の二次電池用電極は正極にも適用可能である。
二次電池の電池構造がラミネートフィルム型である場合に関して説明したが、その電池構造は、特に限定されない。具体的には、電池構造は、円筒型、角型、コイン型およびボタン型などでもよい。
また、電池素子の素子構造が巻回型である場合に関して説明したが、その電池素子の素子構造は、特に限定されない。具体的には、素子構造は、電極（正極および負極）が積層された積層型および電極がジグザグに折り畳まれた九十九折り型などでもよい。
さらに、電極反応物質がリチウムである場合に関して説明したが、その電極反応物質は、特に限定されない。具体的には、電極反応物質は、上記したように、ナトリウムおよびカリウムなどの他のアルカリ金属でもよいし、ベリリウム、マグネシウムおよびカルシウムなどのアルカリ土類金属でもよい。この他、電極反応物質は、アルミニウムなどの他の軽金属でもよい。
なお、二次電池用負極活物質および二次電池用負極のそれぞれの用途は、二次電池に限定されず、キャパシタなどの他の電気化学デバイスに適用されてもよい。
本明細書中に記載された効果は、あくまで例示であるため、本開示の効果は、本明細書中に記載された効果に限定されない。よって、本開示に関して、他の効果が得られてもよい。
さらに、本開示は以下のような構成を取り得るものである。
＜１＞
互いに隣り合う第１の凸部および第２の凸部と、前記第１の凸部と前記第２の凸部との間に位置する凹部とを含む集電体と、
前記凹部との間に空隙が存在するように前記第１の凸部と前記第２の凸部とを繋ぐ活物質層と
を有する
二次電池用電極。
＜２＞
前記集電体は、粗面化された表面を有する銅箔である
上記＜１＞記載の二次電池用電極。
＜３＞
前記活物質層は、水素化アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ：Ｈ）を含む
上記＜１＞または＜２＞記載の二次電池用電極。
＜４＞
前記第１の凸部および前記第２の凸部と、前記活物質層との間に、導電膜を含む
上記＜１＞から＜３＞のいずれか１つに記載の二次電池用電極。
＜５＞
前記導電膜は、水素化アモルファスカーボン（ａ－Ｃ：Ｈ）を含む
上記＜４＞記載の二次電池用電極。
＜６＞
前記導電膜の密度は、前記活物質層の密度よりも低い
上記＜１＞または＜５＞記載の二次電池用電極。
＜７＞
前記導電膜は水素化アモルファスカーボン（ａ－Ｃ：Ｈ）を含み、１．５ｇ／ｃｍ3 以上２．３ｇ／ｃｍ3 以下の密度を有する
上記＜４＞から＜６＞のいずれか１つに記載の二次電池用電極。
＜８＞
前記第１の凸部と前記第２の凸部との並び方向に沿った前記第１の凸部の幅および前記第２の凸部の幅は１．０μｍ以上３．０μ以下であり、
前記並び方向に沿った前記凹部の幅は０．５μｍ以上１．０μｍ以下である
上記＜１＞から＜７＞のいずれか１つに記載の二次電池用電極。
＜９＞
正極と、負極と、電解液とを備え、
前記負極は、
互いに隣り合う第１の凸部および第２の凸部と、前記第１の凸部と前記第２の凸部との間に位置する凹部とを含む負極集電体と、
前記凹部との間に空隙が存在するように前記第１の凸部と前記第２の凸部とを繋ぐ負極活物質層と
を有する
二次電池。
＜１＞
互いに隣り合う第１の凸部および第２の凸部と、前記第１の凸部と前記第２の凸部との間に位置する凹部とを含む集電体と、
前記凹部との間に空隙が存在するように前記第１の凸部と前記第２の凸部とを繋ぐ活物質層と
を有する
二次電池用電極。
＜２＞
前記集電体は、粗面化された表面を有する銅箔である
上記＜１＞記載の二次電池用電極。
＜３＞
前記活物質層は、水素化アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ：Ｈ）を含む
上記＜１＞または＜２＞記載の二次電池用電極。
＜４＞
前記第１の凸部および前記第２の凸部と、前記活物質層との間に、導電膜を含む
上記＜１＞から＜３＞のいずれか１つに記載の二次電池用電極。
＜５＞
前記導電膜は、水素化アモルファスカーボン（ａ－Ｃ：Ｈ）を含む
上記＜４＞記載の二次電池用電極。
＜６＞
前記導電膜の密度は、前記活物質層の密度よりも低い
上記＜１＞または＜５＞記載の二次電池用電極。
＜７＞
前記導電膜は水素化アモルファスカーボン（ａ－Ｃ：Ｈ）を含み、１．５ｇ／ｃｍ3 以上２．３ｇ／ｃｍ3 以下の密度を有する
上記＜４＞から＜６＞のいずれか１つに記載の二次電池用電極。
＜８＞
前記第１の凸部と前記第２の凸部との並び方向に沿った前記第１の凸部の幅および前記第２の凸部の幅は１．０μｍ以上３．０μ以下であり、
前記並び方向に沿った前記凹部の幅は０．５μｍ以上１．０μｍ以下である
上記＜１＞から＜７＞のいずれか１つに記載の二次電池用電極。
＜９＞
正極と、負極と、電解液とを備え、
前記負極は、
互いに隣り合う第１の凸部および第２の凸部と、前記第１の凸部と前記第２の凸部との間に位置する凹部とを含む負極集電体と、
前記凹部との間に空隙が存在するように前記第１の凸部と前記第２の凸部とを繋ぐ負極活物質層と
を有する
二次電池。
Claims (9)
- 互いに隣り合う第１の凸部および第２の凸部と、前記第１の凸部と前記第２の凸部との間に位置する凹部とを含む集電体と、
前記凹部との間に空隙が存在するように前記第１の凸部と前記第２の凸部とを繋ぐ活物質層と
を有する
二次電池用電極。 - 前記集電体は、粗面化された表面を有する銅箔である
請求項１記載の二次電池用電極。 - 前記活物質層は、水素化アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ：Ｈ）を含む
請求項１または請求項２記載の二次電池用電極。 - 前記第１の凸部および前記第２の凸部と、前記活物質層との間に、導電膜を含む
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の二次電池用電極。 - 前記導電膜は、水素化アモルファスカーボン（ａ－Ｃ：Ｈ）を含む
請求項４記載の二次電池用電極。 - 前記導電膜の密度は、前記活物質層の密度よりも低い
請求項４または請求項５に記載の二次電池用電極。 - 前記導電膜は水素化アモルファスカーボン（ａ－Ｃ：Ｈ）を含み、１．５ｇ／ｃｍ3 以上２．３ｇ／ｃｍ3 以下の密度を有する
請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載の二次電池用電極。 - 前記第１の凸部と前記第２の凸部との並び方向に沿った前記第１の凸部の幅および前記第２の凸部の幅は１．０μｍ以上３．０μ以下であり、
前記並び方向に沿った前記凹部の幅は０．５μｍ以上１．０μｍ以下である
請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の二次電池用電極。 - 正極と、負極と、電解液とを備え、
前記負極は、
互いに隣り合う第１の凸部および第２の凸部と、前記第１の凸部と前記第２の凸部との間に位置する凹部とを含む負極集電体と、
前記凹部との間に空隙が存在するように前記第１の凸部と前記第２の凸部とを繋ぐ負極活物質層と
を有する
二次電池。
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|---|---|
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2023
- 2023-06-09 WO PCT/JP2023/021488 patent/WO2023243554A1/ja unknown
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