(57)【要約】  リチウムイオン二次電池１００の負極活物質層２４３は、正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａと、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２とを備えている。このうち、正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａの平衡電位Ｅａは、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２の平衡電位Ｅｂよりも高い（Ｅａ＞Ｅｂ）。【選択図】図２
2012105052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体と、
前記正極集電体に保持された正極活物質層と、
負極集電体と、
前記負極集電体に保持され、前記正極活物質層を覆う負極活物質層と、
前記正極活物質層と前記負極活物質層との間に介在したセパレータとを備え、
前記負極活物質層は、前記正極活物質層に対向している部位の平衡電位Ｅａが、前記正極活物質層に対向していない部位の平衡電位Ｅｂよりも高い（Ｅａ＞Ｅｂ）、二次電池。
【請求項２】
負極活物質層は、前記正極活物質層に対向している部位と、前記正極活物質層に対向していない部位とで、異なる負極活物質が用いられている、請求項１に記載された二次電池。
【請求項３】
少なくとも当該二次電池が繰り返し充放電され得る充電状態の範囲において、前記平衡電位Ｅａが前記平衡電位Ｅｂよりも高い（Ｅａ＞Ｅｂ）、請求項１又は２に記載された二次電池。
【請求項４】
前記正極集電体と前記負極集電体はそれぞれ帯状のシート状であり、
前記正極活物質層は、前記正極集電体に予め定められた幅で保持されており、
前記負極活物質層は、前記正極活物質層よりも広い幅で前記負極集電体に保持されている、請求項１から３までの何れか一項に記載された二次電池。
【請求項５】
請求項１から４までの何れか一項に記載された二次電池を、複数組み合わせた組電池。
【請求項６】
請求項１から４までの何れか一項に記載された二次電池、又は、請求項５に記載された組電池を搭載した、車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池に関する。【０００２】
ここで、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充電可能な蓄電デバイス一般をいい、リチウムイオン二次電池(lithium-ion secondary battery)、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池などのいわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を包含する用語である。【０００３】
また、本明細書において「リチウムイオン二次電池」とは、電解質イオンとしてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウムイオンに伴う電荷の移動により充放電が実現される二次電池をいう。
【背景技術】
【０００４】
二次電池について、例えば、特許文献１には、いわゆる円筒型の二次電池についての発明が開示されている。すなわち、ここで、二次電池は、帯状の正極集電体の両面に正極活性物質を塗布して形成された正極活物質層よりなる正極と、帯状の負極集電体の両面に負極活性物質を塗布して形成された負極活物質層よりなる負極とを備えている。かかる正極と負極は、ポリプロピレンフィルムよりなるセパレータを介して捲回されて捲回電極体を構成している。なお、特許文献１では、正極活物質層は「正極合剤層」と称されている。また、負極活物質層は「負極合剤層」と称されている。【０００５】
かかる捲回電極体は、上下に絶縁体を載置した状態で電池容器に収納されている。この場合、充電時においてリチウムが析出して電池内部で短絡が生じることを防止するために、正極に対向する負極は、幅及び長さについて正極よりも大きく形成されている。かかる二次電池では、捲回電極体の巻き始めの部分と巻き終わりの部分に、負極活物質層と正極活物質層とが対向していない部分が生じている。【０００６】
当該特許文献１では、かかる二次電池では、負極活物質層と正極活物質層とが対向していない部分にリチウムイオン（Ｌｉ＋）が拡散するために、電池容量が劣化するとされている。そこで、当該特許文献１では、負極活物質層のうち、捲回電極体の正極活物質層と対向していない部分を、電解液に溶けない絶縁性樹脂で被覆することが開示されている。これにより、絶縁性樹脂で被覆された部分が電池の充電時において電解液との反応に全く関与しない状態で保持される。このため、負極活物質層と正極活物質層とが対向していない部分にリチウムイオンが拡散するのが防止される旨が記載されている。このような事項は、例えば、特許文献１の段落００３０、００４１に記載されている。【０００７】
特許文献２は、特許文献１とは直接関連しない。特許文献２には、金属リチウムの析出を防止するべく、正極活物質層に対して負極活物質層の幅が広い二次電池が開示されている。ここで開示されている二次電池は、正極活物質層と負極活物質層との間にセパレータを介在させた状態において、負極活物質層が正極活物質層を覆うように重ねられている。かかる二次電池によれば、例えば、充電時において、正極活物質層からリチウムイオンが放出された場合において、リチウムイオンはより確実に負極活物質層に吸蔵される。これにより、金属リチウムが析出するのが防止されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】日本国特許出願公開平成７−１３０３８９号公報
【特許文献２】日本国特許出願公開２００５−１９０９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、金属リチウムが析出するのを防止する構成として、正極活物質層と負極活物質層との間にセパレータを介在させた状態ではあるが、負極活物質層と正極活物質層とを重ねることが知られている。かかる構成では、負極活物質層には、正極活物質層に対向している部位と正極活物質層に対向していない部位とが生じる場合がある。充電時、負極活物質層には、リチウムイオンが吸蔵される。この際、負極活物質層のうち正極活物質層に対向していない部位でも、リチウムイオンが吸蔵され得る。これに対して、放電時には、負極活物質層に吸蔵されたリチウムイオンは放出される。【００１０】
ところで、かかる二次電池では、このように充電や放電が繰り返される場合において、電池容量が低下することがある。理論上は、充電時において電池の反応に活用されるリチウムイオンが多いほど、電池容量が大きくなると考えられる。電池容量が低下する要因について、本発明者は、リチウムイオンの一部が実質的に電池の反応に活用されなくなるためと考えている。【００１１】
リチウムイオンの一部が実質的に電池の反応に活用されなくなる事象の一つとして、負極活物質層のうち正極活物質層に対向していない部位にリチウムイオンが定着することを考えている。すなわち、負極活物質層には、正極活物質層に対向している部位と正極活物質層に対向していない部位とがある場合がある。負極活物質層のうち正極活物質層に対向していない部位では、正極活物質層に対向していないがゆえに、正極活物質層に対向している部位に比べて、リチウムイオンが放出され難い。【００１２】
このため、負極活物質層のうち正極活物質層に対向していない部位に吸蔵されたリチウムイオンは、電池の充放電において徐々に活用され難くなる。すなわち、電池に含まれるリチウムイオンの一部が、負極活物質層のうち正極活物質層に対向していない部位に実質的に定着し、電池の反応において活用されなくなる。リチウムイオンの一部が電池の反応に活用されなくなることは、電池容量が低下する要因になり得る。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明では、二次電池は、正極集電体と、正極集電体に保持された正極活物質層と、負極集電体と、負極集電体に保持され、正極活物質層を覆う負極活物質層と、正極活物質層と負極活物質層との間に介在したセパレータとを備えている。ここで、正極活物質層に対向している部位における負極活物質層の平衡電位Ｅａが、正極活物質層に対向していない部位の負極活物質層の平衡電位Ｅｂよりも高い（Ｅａ＞Ｅｂ）。【００１４】
この場合、正極活物質層に対向している部位における負極活物質層の平衡電位Ｅａが、正極活物質層に対向していない部位の負極活物質層の平衡電位Ｅｂよりも高い（Ｅａ＞Ｅｂ）。このため、負極活物質層のうち正極活物質層に対向していない部位に、リチウムイオンが実質的に定着するのを防止することができる。これによって電池容量が低下するのを小さく抑えることができる。【００１５】
この場合において、負極活物質層は、正極活物質層に対向している部位と、正極活物質層に対向していない部位とで、異なる負極活物質が用いられていてもよい。また、少なくとも当該二次電池が繰り返し充放電され得る充電状態の範囲において、平衡電位Ｅａが平衡電位Ｅｂよりも高いとよい。また、正極集電体と負極集電体はそれぞれ帯状のシート状であり、正極活物質層は、正極集電体に予め定められた面積で保持されており、負極活物質層は、正極活物質層よりも広い面積で負極集電体に保持されているとよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、リチウムイオン二次電池の構造の一例を示す図である。
【図２】図２は、リチウムイオン二次電池の捲回電極体を示す図である。
【図３】図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す断面図である。
【図４】図４は、正極活物質層の構造を示す断面図である。
【図５】図５は、負極活物質層の構造を示す断面図である。
【図６】図６は、捲回電極体の未塗工部と電極端子との溶接箇所を示す側面図である。
【図７】図７は、リチウムイオン二次電池の充電時の状態を模式的に示す図である。
【図８】図８は、リチウムイオン二次電池の放電時の状態を模式的に示す図である。
【図９】図９は、サイクリックボルタモグラムを得る装置の構成例を示す図である。
【図１０】図１０は、リチウムイオン二次電池の構造を模式的に示す図である。
【図１１】図１１は、負極活物質層を形成する工程を示す図である。
【図１２】図１２は、電極材料塗布装置を示す図である。
【図１３】図１３は、ラミネート型の試験電池の構造を模式的に示す図である。
【図１４】図１４は、負極活物質層の平衡電位の測定例を示すグラフである。
【図１５】図１５は、評価試験における充放電サイクルの工程を示す工程図である。
【図１６】図１６は、二次電池を搭載した車両を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態に係る二次電池を図面に基づいて説明する。ここでは、リチウムイオン二次電池を例に挙げて二次電池を説明する。なお、同じ作用を奏する部材、部位には適宜に同じ符号を付している。また、各図面は、模式的に描いており、必ずしも実物を反映しない。また、各図面は、一例を示すのみであり、各図面は、特に言及されない限りにおいて本発明を限定しない。
【００１８】
図１は、リチウムイオン二次電池１００を示している。このリチウムイオン二次電池１００は、図１に示すように、捲回電極体２００と電池ケース３００とを備えている。また、図２は、捲回電極体２００を示す図である。図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示している。
【００１９】
捲回電極体２００は、図２に示すように、正極シート２２０、負極シート２４０およびセパレータ２６２、２６４を有している。正極シート２２０、負極シート２４０およびセパレータ２６２、２６４は、それぞれ帯状のシート材である。
【００２０】
≪正極シート２２０≫
正極シート２２０は、図２に示すように、帯状の正極集電体２２１（正極芯材）を有している。正極集電体２２１には、例えば、正極に適する金属箔が好適に使用され得る。この正極集電体２２１には、所定の幅を有する帯状のアルミニウム箔が用いられている。また、正極シート２２０は、未塗工部２２２と正極活物質層２２３とを有している。未塗工部２２２は正極集電体２２１の幅方向片側の縁部に沿って設定されている。正極活物質層２２３は、正極活物質を含む層である。正極活物質層２２３は、正極集電体２２１に設定された未塗工部２２２を除いて、正極集電体２２１の両面に形成されている。
【００２１】
≪正極活物質層２２３、正極活物質６１０≫
ここで、図４は、リチウムイオン二次電池１００の正極シート２２０の断面図である。なお、図４において、正極活物質層２２３の構造が明確になるように、正極活物質層２２３中の正極活物質６１０と導電材６２０とバインダ６３０とを大きく模式的に表している。正極活物質層２２３には、図４に示すように、正極活物質６１０や導電材６２０やバインダ６３０が含まれている。
【００２２】
正極活物質６１０には、リチウムイオン二次電池の正極活物質として用いられる物質を使用することができる。正極活物質６１０の例を挙げると、ＬｉＮｉＣｏＭｎＯ２（リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物）、ＬｉＮｉＯ２(ニッケル酸リチウム)、ＬｉＣｏＯ２(コバルト酸リチウム)、ＬｉＭｎ２Ｏ４(マンガン酸リチウム)、ＬｉＦｅＰＯ４(リン酸鉄リチウム)などのリチウム遷移金属酸化物が挙げられる。ここで、ＬｉＭｎ２Ｏ４は、例えば、スピネル構造を有している。また、ＬｉＮｉＯ２やＬｉＣｏＯ２は層状の岩塩構造を有している。また、ＬｉＦｅＰＯ４は、例えば、オリビン構造を有している。オリビン構造のＬｉＦｅＰＯ４には、例えば、ナノメートルオーダーの粒子がある。また、オリビン構造のＬｉＦｅＰＯ４は、さらにカーボン膜で被覆することができる。
【００２３】
≪導電材６２０≫
導電材６２０としては、例えば、カーボン粉末やカーボンファイバーなどのカーボン材料が例示される。このような導電材から選択される一種を単独で用いてもよく二種以上を併用してもよい。カーボン粉末としては、種々のカーボンブラック（例えば、アセチレンブラック、オイルファーネスブラック、黒鉛化カーボンブラック、カーボンブラック、黒鉛、ケッチェンブラック）、グラファイト粉末などのカーボン粉末を用いることができる。
【００２４】
≪バインダ６３０≫
また、バインダ６３０は、正極活物質６１０や導電材６２０の各粒子を結着させたり、これらの各粒子と正極集電体２２１とを結着させたりする。かかるバインダ６３０としては、使用する溶媒に溶解または分散可能なポリマーを用いることができる。例えば、水性溶媒を用いた正極合剤組成物においては、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）などのセルロース系ポリマー、また例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）や、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）などのフッ素系樹脂、酢酸ビニル共重合体やスチレンブタジエン共重合体（ＳＢＲ）、アクリル酸変性ＳＢＲ樹脂（ＳＢＲ系ラテックス）などのゴム類；などの水溶性または水分散性ポリマーを好ましく採用することができる。また、非水溶媒を用いた正極合剤組成物においては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）などのポリマーを好ましく採用することができる。上記で例示したポリマー材料は、バインダとしての機能の他に、上記組成物の増粘剤その他の添加剤としての機能を発揮する目的で使用されることもあり得る。
【００２５】
≪増粘剤、溶媒≫
正極活物質層２２３は、例えば、上述した正極活物質６１０や導電材６２０を溶媒にペースト状（スラリ状）に混ぜ合わせた正極合剤を作成し、正極集電体２２１に塗布し、乾燥させ、圧延することによって形成されている。この際、溶媒としては、水性溶媒および非水溶媒の何れも使用可能である。非水溶媒の好適な例としてＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）が挙げられる。
【００２６】
正極合剤全体に占める正極活物質の質量割合は、凡そ５０ｗｔ％以上（典型的には５０〜９５ｗｔ％）であることが好ましく、通常は凡そ７０〜９５ｗｔ％（例えば７５〜９０ｗｔ％）であることがより好ましい。また、正極合剤全体に占める導電材の割合は、例えば凡そ２〜２０ｗｔ％とすることができ、通常は凡そ２〜１５ｗｔ％とすることが好ましい。バインダを使用する組成では、正極合剤全体に占めるバインダの割合を例えば凡そ１〜１０ｗｔ％とすることができ、通常は凡そ２〜５ｗｔ％とすることが好ましい。
【００２７】
≪負極シート２４０≫
負極シート２４０は、図２に示すように、帯状の負極集電体２４１（負極芯材）を有している。負極集電体２４１には、例えば、負極に適する金属箔が好適に使用され得る。この実施形態では、負極集電体２４１には、所定の幅を有する帯状の銅箔が用いられている。また、負極シート２４０は、未塗工部２４２と、負極活物質層２４３とを有している。未塗工部２４２は負極集電体２４１の幅方向片側の縁部に沿って設定されている。負極活物質層２４３は、負極活物質を含む層である。負極活物質層２４３は、負極集電体２４１に設定された未塗工部２４２を除いて、負極集電体２４１の両面に形成されている。
【００２８】
≪負極活物質層２４３≫
図５は、リチウムイオン二次電池１００の負極シート２４０の断面図である。また、図５において、負極活物質層２４３の構造が明確になるように、負極活物質層２４３中の負極活物質７１０とバインダ７３０を大きく模式的に表している。ここでは、負極活物質７１０は、いわゆる鱗片状（Flake Graphite）黒鉛が用いられた場合を図示しているが、負極活物質７１０は、図示例に限定されない。負極活物質層２４３には、図５に示すように、負極活物質７１０や増粘剤（図示省略）やバインダ７３０などが含まれている。負極活物質層２４３に含まれる負極活物質７１０については後で述べる。
【００２９】
≪セパレータ２６２、２６４≫
セパレータ２６２、２６４は、正極シート２２０と負極シート２４０とを隔てる部材である。この例では、セパレータ２６２、２６４は、微小な孔を複数有する所定幅の帯状のシート材で構成されている。セパレータ２６２、２６４には、例えば、多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成された単層構造のセパレータや積層構造のセパレータがある。
【００３０】
≪捲回電極体２００≫
捲回電極体２００は、正極活物質層２２３と負極活物質層２４３との間にセパレータ２６２、２６４を介在させつつ、正極シート２２０と負極シート２４０とを重ね、かつ、捲回した電極体である。この実施形態では、図２および図３に示すように、正極シート２２０と負極シート２４０とセパレータ２６２、２６４は、長さ方向を揃えて、正極シート２２０、セパレータ２６２、負極シート２４０、セパレータ２６４の順で重ねられている。この実施形態では、セパレータ２６２、２６４が介在した状態ではあるが、負極活物質層２４３は正極活物質層２２３を覆うように重ねられている。
【００３１】
さらに、正極シート２２０の未塗工部２２２と負極シート２４０の未塗工部２４２とは、セパレータ２６２、２６４の幅方向において互いに反対側にはみ出るように重ねられている。重ねられたシート材（例えば、正極シート２２０）は、幅方向に設定された捲回軸周りに捲回されている。なお、かかる捲回電極体２００は、正極シート２２０と負極シート２４０とセパレータ２６２、２６４とを捲回する工程において、各シートの位置をＥＰＣ（edge position control）のような位置調整機構で制御しつつ各シートを重ねる。
【００３２】
≪電池ケース３００≫
また、この例では、電池ケース３００は、図１に示すように、いわゆる角型の電池ケースであり、容器本体３２０と、蓋体３４０とを備えている。容器本体３２０は、有底四角筒状を有しており、一側面（上面）が開口した扁平な箱型の容器である。蓋体３４０は、当該容器本体３２０の開口（上面の開口）に取り付けられて当該開口を塞ぐ部材である。ここで、容器本体３２０は、例えば、深絞り成形やインパクト成形によって成形することができる。なお、インパクト成形は、冷間での鍛造の一種であり、衝撃押出加工やインパクトプレスとも称される。
【００３３】
この電池ケース３００は、捲回電極体２００を収容する空間として、扁平な矩形の内部空間を有している。また、図１に示すように、当該電池ケース３００の扁平な内部空間は、捲回電極体２００よりも横幅が少し広い。この実施形態では、電池ケース３００の内部空間には、捲回電極体２００が収容されている。捲回電極体２００は、図１に示すように、捲回軸に直交する一の方向において扁平に変形させられた状態で電池ケース３００に収容されている。
【００３４】
また、電池ケース３００の蓋体３４０には、電極端子４２０、４４０が取り付けられている。電極端子４２０、４４０は、電池ケース３００（蓋体３４０）を貫通して電池ケース３００の外部に出ている。また、蓋体３４０には安全弁３６０が設けられている。
【００３５】
捲回電極体２００は、電池ケース３００（この例では、蓋体３４０）に取り付けられた電極端子４２０、４４０に取り付けられている。捲回電極体２００は、捲回軸に直交する一の方向において扁平に押し曲げられた状態で電池ケース３００に収納されている。また、捲回電極体２００は、セパレータ２６２、２６４の幅方向において、正極シート２２０の未塗工部２２２と負極シート２４０の未塗工部２４２とが互いに反対側にはみ出ている。このうち、一方の電極端子４２０は、正極集電体２２１の未塗工部２２２に固定されており、他方の電極端子４４０は、負極集電体２４１の未塗工部２４２に固定されている。
【００３６】
また、この例では、図１に示すように、蓋体３４０の電極端子４２０、４４０は、捲回電極体２００の未塗工部２２２、未塗工部２４２の中間部分２２４、２４４に延びている。当該電極端子４２０、４４０の先端部４２０ａ、４４０ａは、図６に示すように、未塗工部２２２、２４２のそれぞれの中間部分に溶接されている。ここで、図６は、捲回電極体２００の未塗工部２２２、２４２と電極端子４２０、４４０との溶接箇所を示す側面図である。
【００３７】
セパレータ２６２、２６４の両側において、正極集電体２２１の未塗工部２２２、負極集電体２４１の未塗工部２４２はらせん状に露出している。図６に示すように、この実施形態では、これらの未塗工部２２２、２４２をその中間部分２２４、２４４において、それぞれ寄せ集め、電極端子４２０、４４０の先端部４２０ａ、４４０ａに溶接している。この際、それぞれの材質の違いから、電極端子４２０と正極集電体２２１の溶接には、例えば、超音波溶接が用いられる。また、電極端子４４０と負極集電体２４１の溶接には、例えば、抵抗溶接が用いられる。
【００３８】
このように、捲回電極体２００は、扁平に押し曲げられた状態で、蓋体３４０に固定された電極端子４２０、４４０に取り付けられている。かかる捲回電極体２００は、容器本体３２０の扁平な内部空間に収容される。容器本体３２０は、捲回電極体２００が収容された後、蓋体３４０によって塞がれる。蓋体３４０と容器本体３２０の合わせ目３２２（図１参照）は、例えば、レーザ溶接によって溶接されている。このように、この例では、捲回電極体２００は、蓋体３４０（電池ケース３００）に固定された電極端子４２０、４４０によって、電池ケース３００内に位置決めされている。
【００３９】
≪電解液≫
その後、蓋体３４０に設けられた注液孔から電池ケース３００内に電解液が注入される。電解液は、この例では、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒（例えば、体積比１：１程度の混合溶媒）にＬｉＰＦ６を約１ｍｏｌ／リットルの濃度で含有させた電解液が用いられている。その後、注液孔に金属製の封止キャップを取り付けて（例えば溶接して）電池ケース３００を封止する。なお、電解液としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる非水電解液を使用することができる。
【００４０】
≪ガス抜け経路≫
また、この例では、当該電池ケース３００の扁平な内部空間は、扁平に変形した捲回電極体２００よりも少し広い。捲回電極体２００の両側には、捲回電極体２００と電池ケース３００との間に隙間３１０、３１２が設けられている。当該隙間３１０、３１２は、ガス抜け経路になる。
【００４１】
かかる構成のリチウムイオン二次電池１００は、過充電が生じた場合に温度が高くなる。リチウムイオン二次電池１００の温度が高くなると、電解液が分解されてガスが発生する。発生したガスは、捲回電極体２００の両側における捲回電極体２００と電池ケース３００との隙間３１０、３１２、および、安全弁３６０を通して、スムーズに外部に排気される。かかるリチウムイオン二次電池１００では、正極集電体２２１と負極集電体２４１は、電池ケース３００を貫通した電極端子４２０、４４０を通じて外部の装置に電気的に接続される。
【００４２】
≪正極活物質層２２３、負極活物質層２４３≫
図４に示すように、この実施形態では、正極集電体２２１の両面にそれぞれ正極合剤が塗工されている。かかる正極合剤の層（正極活物質層２２３）には、正極活物質６１０と導電材６２０が含まれている。図５に示すように、負極集電体２４１の両面にそれぞれ負極合剤が塗工されている。かかる負極合剤の層（負極活物質層２４３）には、負極活物質７１０が含まれている。
【００４３】
≪空孔≫
また、この実施形態では、正極活物質層２２３は、例えば、正極活物質６１０と導電材６２０の粒子間などに、空洞とも称すべき微小な隙間を有している。かかる正極活物質層２２３の微小な隙間には電解液（図示省略）が浸み渡り得る。また、負極活物質層２４３は、例えば、負極活物質７１０の粒子間などに、空洞とも称すべき微小な隙間を有している。かかる負極活物質層２４３の微小な隙間には電解液（図示省略）が浸み渡り得る。ここでは、かかる隙間（空洞）を適宜に「空孔」と称する。
【００４４】
以下、充電時と放電時のリチウムイオン二次電池１００の動作を説明する。
【００４５】
≪充電時の動作≫
図７は、かかるリチウムイオン二次電池１００の充電時の状態を模式的に示している。充電時においては、図７に示すように、リチウムイオン二次電池１００の電極端子４２０、４４０（図１参照）は、充電器２９０に接続される。充電器２９０の作用によって、充電時には、正極活物質層２２３中の正極活物質６１０（図４参照）からリチウムイオンが電解液２８０に放出される。また、正極活物質６１０（図４参照）からは電子が放出される。放出された電子は、図７に示すように、導電材６２０を通じて正極集電体２２１に送られ、さらに充電器２９０を通じて負極へ送られる。また、負極では電子が蓄えられるとともに、電解液２８０中のリチウムイオンが、負極活物質層２４３中の負極活物質７１０（図５参照）に吸収され、かつ、貯蔵される。
【００４６】
≪放電時の動作≫
図８は、かかるリチウムイオン二次電池１００の放電時の状態を模式的に示している。放電時には、図８に示すように、負極から正極に電子が送られるとともに、負極活物質層２４３に貯蔵されたリチウムイオン（Ｌｉイオン）が、電解液２８０に放出される。また、正極では、正極活物質層２２３中の正極活物質６１０に電解液２８０中のリチウムイオンが取り込まれる。
【００４７】
このように、リチウムイオン二次電池１００の充放電において、電解液２８０を介して、正極活物質層２２３と負極活物質層２４３との間でリチウムイオンが行き来する。このため、正極活物質層２２３では、電解液２８０が浸み渡り、リチウムイオンがスムーズに拡散することができる所要の空孔が、正極活物質６１０（図４参照）の周りや負極活物質７１０（図５参照）の周りにあることが望ましい。かかる構成によって正極活物質６１０や負極活物質７１０の周りに十分なリチウムイオンが存在し得る。このため、電解液２８０と正極活物質６１０との間、電解液２８０と負極活物質７１０との間でリチウムイオンの行き来がスムーズになる。
【００４８】
また、充電時においては、正極活物質６１０から導電材６２０を通じて正極集電体２２１に電子が送られる。これに対して、放電時においては、正極集電体２２１から導電材６２０を通じて正極活物質６１０に電子が戻される。正極活物質６１０はリチウム遷移金属酸化物からなり導電性に乏しい。このため、正極活物質６１０と正極集電体２２１との間の電子の移動は、主として導電材６２０を通じて行なわれる。
【００４９】
このように、充電時においては、リチウムイオンの移動および電子の移動がスムーズなほど、効率的で急速な充電が可能になると考えられる。また、放電時においては、リチウムイオンの移動および電子の移動がスムーズなほど、電池の抵抗が低下し、放電量が増加するので、電池の出力が向上すると考えられる。また、充電時や放電時に電池反応に活用されるリチウムイオンの数が多いほど、電池容量が多くなると考えられる。
【００５０】
以下、このリチウムイオン二次電池１００の負極活物質層２４３をより詳細に説明する。この実施形態では、図２および図３に示すように、負極活物質層２４３の幅ｂ１は正極活物質層２２３の幅ａ１よりも少し広い。さらにセパレータ２６２、２６４の幅ｃ１、ｃ２は、負極活物質層２４３の幅ｂ１よりも少し広い（ｃ１、ｃ２＞ｂ１＞ａ１）。正極シート２２０、負極シート２４０およびセパレータ２６２、２６４は、正極シート２２０、セパレータ２６２、負極シート２４０、セパレータ２６４の順で重ねられている。そして、セパレータ２６２、２６４が介在した状態ではあるが負極活物質層２４３が正極活物質層２２３を覆い、かつ、セパレータ２６２、２６４が負極活物質層２４３を覆っている。
【００５１】
このため、負極活物質層２４３は、正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａと、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２とを有している。この実施形態では、負極活物質層２４３の幅方向の中間部分に、正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａが設けられている。また、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２は、負極活物質層２４３の幅方向の両側に正極活物質層２２３に設けられている。このうち、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１は、負極シート２４０の未塗工部２４２に沿って設けられている。正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ２は、負極シート２４０の未塗工部２４２とは反対側の縁に沿って設けられている。
【００５２】
≪負極活物質層２４３の平衡電位≫
この実施形態では、負極活物質層２４３は、正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａの平衡電位Ｅａが、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２の平衡電位Ｅｂよりも高い（Ｅａ＞Ｅｂ）。
【００５３】
≪平衡電位≫
ここで、「平衡電位」は、電解液中に浸された試験電極上において酸化体が還元される反応と還元体が酸化される反応とが平衡しているときに示される電位である。かかる平衡電位（equilibrium potential）は、電極電位とも称される。
【００５４】
この実施形態では、負極活物質層２４３には、平衡電位が高い部位２４３ａと低い部位２４３ｂ１、２４３ｂ２とがある。この場合、放電時において、負極活物質層２４３のうち平衡電位が低い部位２４３ｂ１、２４３ｂ２は、負極活物質層２４３のうち平衡電位が高い部位２４３ａよりも、リチウムイオンを放出し易いとの傾向がある。また、充電時には、負極活物質層２４３のうち平衡電位が高い部位２４３ａは、平衡電位が低い部位２４３ｂ１、２４３ｂ２よりも、リチウムイオンを吸収し易いとの傾向がある。また、負極活物質層２４３のうち平衡電位が低い部位２４３ｂ１、２４３ｂ２から平衡電位が高い部位２４３ａにリチウムイオンが実質的に移動する事象が見られる。
【００５５】
換言すれば、放電時において、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２（平衡電位が低い部位）は、正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａ（平衡電位が高い部位）よりも、リチウムイオンを放出し易いとの傾向がある。また、充電時には、正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａは、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２よりも、リチウムイオンを吸収し易いとの傾向がある。このようなことから正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２から正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａにリチウムイオンが実質的に移動する事象が見られる。
【００５６】
≪平衡電位の測定方法≫
なお、負極活物質層の平衡電位は、例えば、サイクリックボルタモグラム（cyclic
voltammogram）で求めることができる。図９は、かかるサイクリックボルタモグラムを得る装置８００の構成例を示している。かかるサイクリックボルタモグラムを得るには、例えば、図９に示すように、測定対象となる試験用電極８１０と、基準電極８２０を用意する。試験用電極８１０は、ここでは、集電体８１２に、評価対象となる活物質層８１４が形成されている。また、基準電極８２０は、集電体８２２に、金属リチウム８２４を保持させた電極が用いられている。
【００５７】
かかる装置８００では、図９に示すように、評価対象となる活物質層８１４と、セパレータ８３０を介在させた状態で基準電極８２０とを対向させ、かつ、電解液に浸したセルを用意する。試験用電極８１０と基準電極８２０を、試験用電極８１０と基準電極８２０との間に所定の電位差を付与し、サイクリックボルタモグラムを得る測定装置８４０に接続する。そして、低電流（例として１／１０Ｃ）で充電時のＳＯＣ−電圧特性および同条件での放電時のＳＯＣ−電圧特性との電圧値の平均値を平衡電位としてもよい。
【００５８】
ここでは、試験用電極８１０の集電体８１２は、負極シート２４０に用いられる負極集電体２４１と同じ材料が用いられている。また、試験用電極８１０の活物質層８１４には、負極活物質層２４３のうち正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａや、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２の活物質層が再現されている。
【００５９】
すなわち、ここでは、測定対象となる電極８１０として、活物質層８１４に正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａと同様の活物質層を有する電極や、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２と同様の活物質層を有する電極を用意する。
【００６０】
次に、かかる装置８００によって、各試験用電極８１０について、それぞれ上記のサイクリックボルタモグラムを基に平衡電位を求める。そして、各試験電極の平衡電位を基に、正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａの平衡電位Ｅａと、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２の平衡電位Ｅｂを推測するとよい。
【００６１】
なお、ここで、平衡電位は、セルの充電状態によって変化する。このため、特に、リチウムイオン二次電池１００が通常使用される充電状態（ＳＯＣ：state of charge）の範囲を考慮して、平衡電位を推測するとよい。この際、リチウムイオン二次電池１００の通常使用される状態で負極活物質層２４３に作用する電位の範囲を考慮して、サイクリックボルタモグラムを求めるとよい。例えば、サイクリックボルタモグラムを得る際にセルに印加印加する電位を、リチウムイオン二次電池１００の通常使用される状態で負極活物質層２４３に作用する電位の範囲を考慮して定めるとよい。そして、かかるサイクリックボルタモグラムに基づいて、正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａの平衡電位と、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２の平衡電位を推測するとよい。
【００６２】
このため、少なくとも当該リチウムイオン二次電池１００が繰り返し充放電され得る充電状態の範囲において、正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａの平衡電位Ｅａが、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２の平衡電位Ｅｂよりも高い（Ｅａ＞Ｅｂ）とよい。これにより、リチウムイオンが正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２に定着するのをより確実に防止できる。
【００６３】
図１０は、かかるリチウムイオン二次電池１００の構造を模式的に示している。図１０では、捲回電極体２００（図１参照）中の負極活物質層２４３と正極活物質層２２３を、幅方向（例えば、正極シート２２０の幅方向）で切断した断面を示している。なお、図１０では、正極活物質層２２３は正極集電体２２１の片面に形成された正極活物質層２２３のみが示されている。また、負極活物質層２４３は負極集電体２４１の片面に形成された負極活物質層２４３のみが示されている。また、セパレータ２６２、２６４は、破線で簡単に示されている。
【００６４】
また、この実施形態では、上述したように負極活物質層２４３の幅方向の中間部分が正極活物質層２２３に対向しているが、負極活物質層２４３の幅方向の両側は正極活物質層２２３に対向していない。図１０では、この点を明確にするために、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２の幅は、実際よりも大きく図示されている。
【００６５】
この実施形態では、負極活物質層２４３のうち正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａの平衡電位Ｅａが、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２の平衡電位Ｅｂよりも高い（Ｅａ＞Ｅｂ）。放電時において、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２（平衡電位が低い部位）は、正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａ（平衡電位が高い部位）よりも、リチウムイオンを放出し易い傾向がある。また、充電時には、正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａは、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２よりも、リチウムイオンを吸収し易い傾向がある。また、このようなことから正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２から正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａにリチウムイオンが実質的に移動する事象が見られる。
【００６６】
かかるリチウムイオン二次電池１００によれば、負極活物質層２４３のうち、正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａの平衡電位Ｅａは、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２の平衡電位Ｅｂよりも高い（Ｅａ＞Ｅｂ）。
【００６７】
このため、負極活物質層２４３のうち正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２に吸蔵されたリチウムイオンが、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２に定着することがない。これにより、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２に吸蔵されたリチウムイオンは、後の電池の反応において活用され、電池容量が低下するのを小さく抑えることができる。
【００６８】
リチウムイオン二次電池１００は、特に、繰り返し充放電される用途でも、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２にリチウムイオンが定着するのをより確実に防止できる。このため、リチウムイオン二次電池１００は、繰り返し充放電されるような用途においても、電池容量が低下するのをより小さく抑えることができる。
【００６９】
また、この実施形態では、正極集電体２２１と負極集電体２４１はそれぞれ帯状のシート状である。そして、正極活物質層２２３は、正極集電体２２１に予め定められた面積で保持されている。また、負極活物質層２４３は、正極活物質層２２３よりも広い面積で正極集電体２２１に保持されている。そして、セパレータ２６２、２６４が介在した状態ではあるが、負極活物質層２４３が正極活物質層２２３を覆っている。このため、負極活物質層２４３には、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２が存在する。
【００７０】
かかる正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２は、正極活物質層２２３から放出されるリチウムイオンをより確実に補足することができる。このため、リチウムイオン二次電池１００内でリチウムが析出するのをより確実に防止できる。さらに、かかる正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２の平衡電位Ｅｂが、正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａの平衡電位Ｅａよりも低い（Ｅａ＞Ｅｂ）。このため、リチウムイオン二次電池１００は、負極活物質層２４３に正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２があるにも拘らず、当該部位２４３ｂ１、２４３ｂ２にリチウムイオンが定着され難く、電池容量が低下し難い。
【００７１】
この実施形態では、負極活物質層２４３は、正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａと、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２とで、異なる負極活物質が用いられている。これにより、負極活物質層２４３のうち正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａの平衡電位Ｅａと、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２とで平衡電位Ｅｂとに差を付けている。
【００７２】
なお、製造方法によっては、厳密には、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２と、正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａとで用いられている負極活物質が完全に異ならせることが難しい場合がある。
【００７３】
ここでは、負極活物質層２４３に複数の種類の負極活物質が用いられているとよい。具体的には、負極活物質層２４３には、相対的に平衡電位が高くなるのに寄与する負極活物質と、相対的に平衡電位が低くなるのに寄与する負極活物質とが用いられている。そして、正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａでは、平衡電位Ｅａが高くなるのに寄与する負極活物質の割合が、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２よりも高いとよい。反対に、正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａでは、平衡電位Ｅａが低くなるのに寄与する負極活物質の割合が、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２よりも低いとよい。
【００７４】
この場合、例えば、正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａでは、平衡電位Ｅａが高くなるのに寄与する負極活物質の重量割合が、７０ｗｔ％以上（より好ましくは８０ｗｔ％以上、さらに好ましくは９０ｗｔ％以上）であるとよい。これに対して、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２では、平衡電位Ｅａが低くなるのに寄与する負極活物質の重量割合が、７０ｗｔ％以上（より好ましくは８０ｗｔ％以上、さらに好ましくは９０ｗｔ％以上）であるとよい。
【００７５】
また、例えば、正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａの平衡電位Ｅａは、正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａと正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２との境界から、少し離れた部位（例えば、少なくとも５ｍｍ、より好ましくは１０ｍｍ程度離れた部位）において評価するとよい。
【００７６】
≪負極活物質層２４３に含まれる負極活物質≫
このように正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａと、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２とで、異なる負極活物質を用いることによって、平衡電位に差が生じる。リチウムイオン二次電池１００の負極活物質には、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、天然黒鉛や人造黒鉛のアモルファスカーボンなどの黒鉛（炭素系材料）を用いることができる。かかる黒鉛は、種類によって負極活物質層の平衡電位が異なる。例えば、負極活物質層の平衡電位を異ならせるのに寄与する黒鉛として、易黒鉛化性炭素（soft carbon）や、難黒鉛化性炭素（hard carbon）や、黒鉛質材料（graphite）がある。
【００７７】
≪易黒鉛化性炭素≫
ここでは、易黒鉛化性炭素は、黒鉛化が進行し易い炭素質材料である。易黒鉛化性炭素には、例えば、コークスを１０００℃〜２０００℃程度の高温雰囲気で熱処理した炭素材料が挙げられる。かかる炭素材料は、機械強度が低く「ソフトカーボン」とも称される。
【００７８】
≪難黒鉛化性炭素≫
難黒鉛化性炭素は、黒鉛化が進み難い炭素質材料である。難黒鉛化性炭素は、微小な黒鉛の結晶がランダムな方向に配置されており、結晶と結晶の間に数nm程度の大きさの空孔がある。難黒鉛化性炭素は、例えば、熱硬化性樹脂を炭素化することによって得られる。熱硬化性樹脂を炭素化した難黒鉛化性炭素は、熱処理温度を高くしても黒鉛構造は発達しない。負極活物質としての難黒鉛化性炭素は、例えば、フェノール樹脂焼成体、フルフリルアルコール（furfuryl alcohol）樹脂焼成体、ポリアクリルニトリル（PAN：polyacrylonitrile）系炭素繊維、疑似等方性炭素、コーヒー豆や砂糖などの天然素材の焼成体などがある。かかる炭素材料は、上述したソフトカーボンに比べて機械強度が高いことから「ハードカーボン」とも称される。
【００７９】
≪黒鉛質材料≫
黒鉛質材料は、黒鉛化が進んだ炭素材料である。黒鉛質材料には、例えば、コークスを２０００℃以上（例えば、２８００℃程度）の高温雰囲気で熱処理した炭素材料が挙げられる。
【００８０】
本発明者の知見によれば、負極活物質に易黒鉛化性炭素を用いた場合は、負極活物質に難黒鉛化性炭素や黒鉛質材料を用いた場合よりも負極活物質層２４３の平衡電位が高くなる。また、負極活物質に難黒鉛化性炭素を用いた場合は、負極活物質に黒鉛質材料を用いた場合よりも負極活物質層２４３の平衡電位が高くなる。
【００８１】
なお、ここでは、特に、リチウムイオン二次電池１００が通常使用される充電状態（ＳＯＣ：state of charge）の範囲での平衡電位が重要になる。このため、平衡電位は、当該二次電池が繰り返し充放電され得る充電状態の範囲において評価されるとよい。かかる範囲において、負極活物質層の負極活物質に、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素、黒鉛質材料を使用した場合について、それぞれ負極活物質層の平衡電位を比べる。リチウムイオン二次電池１００の通常の充電状態において、負極活物質層に使われた負極活物質で負極活物質層の平衡電位を評価すると、負極活物質層の平衡電位は、易黒鉛化性炭素＞難黒鉛化性炭素＞黒鉛質材料の順になる。
【００８２】
このため、例えば、負極活物質層２４３の正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａに、負極活物質に難黒鉛化性炭素（ハードカーボン）が用いられる場合には、負極活物質層２４３の正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２では負極活物質に黒鉛質材料が用いられるとよい。また、負極活物質層２４３の正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａにおいて、負極活物質に易黒鉛化性炭素（ソフトカーボン）が用いられている場合には、負極活物質層２４３の正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２では、負極活物質に難黒鉛化性炭素や黒鉛質材料が用いられるとよい。これにより、負極活物質層２４３の正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａは、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２よりも高い平衡電位を示す。
【００８３】
≪負極活物質層２４３の形成方法≫
図１１は、負極活物質層２４３が形成される工程を示す図である。負極活物質層２４３は、図１１に示すように、負極活物質を含む合剤を負極集電体２４１に所定の幅で塗布し、乾燥後、圧延して形成される。この負極活物質層２４３を形成する製造装置においては、図１１に示すように、負極集電体２４１を走行させる走行経路１２と、負極集電体２４１に負極活物質層２４３となる合剤を塗布する塗布装置１４と、負極集電体２４１に塗布された合剤を乾燥させる乾燥炉１６とを備えている。
【００８４】
≪走行経路１２≫
走行経路１２は、負極集電体２４１を走行させる経路である。この実施形態では、走行経路１２には、負極集電体２４１を走行させる所定の経路に沿って複数のガイド１２ｂが配置されている。走行経路１２の始端には、負極集電体２４１を供給する供給部３２が設けられている。供給部３２には、予め巻き芯３２ａに巻き取られた負極集電体２４１が配置されている。供給部３２からは適宜に適当な量の負極集電体２４１が走行経路１２に供給される。また、走行経路１２の終端には負極集電体２４１を回収する回収部３４が設けられている。回収部３４は、走行経路１２で所定の処理が施された負極集電体２４１を巻き芯３４ａに巻き取る。
【００８５】
この実施形態では、回収部３４には、例えば、制御部３４ｂとモータ３４ｃとが設けられている。制御部３４ｂは、回収部３４の巻き芯３４ａの回転を制御するためのプログラムが予め設定されている。モータ３４ｃは、巻き芯３４ａを回転駆動させるアクチュエータであり、制御部３４ｂに設定されたプログラムに従って駆動する。かかる走行経路１２には、電極材料塗布装置１４と、乾燥炉１６とが順に配置されている。
【００８６】
≪電極材料塗布装置１４（塗布工程）≫
この実施形態では、その後の捲回電極体２００（図２参照）において、正極活物質層２２３に対向する部位２４３ａと、正極活物質層２２３に対向しない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２とで、負極活物質層２４３に含まれる負極活物質を異ならせている。このため、電極材料塗布装置１４は、正極活物質層２２３に対向する部位２４３ａと、正極活物質層２２３に対向しない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２とで、異なる負極活物質を含む合剤を塗布する。
【００８７】
電極材料塗布装置１４は、図１１に示すように、流路４１、４２と、フィルタ４３、４４と、塗布部４５とを備えている。この実施形態では、電極材料塗布装置１４は、走行経路１２に配設されたバックロール４６を走行する負極集電体２４１に対して合剤を塗布するように構成されている。このため、この実施形態では、電極材料塗布装置１４は、さらにタンク４７、４８と、ポンプ４９、５０とを備えている。ここで、タンク４７、４８は、それぞれ異なる合剤を貯留した容器である。ポンプ４９、５０は、それぞれタンク４７、４８から流路４１、４２に合剤を送り出す装置である。
【００８８】
≪流路４１、４２≫
流路４１、４２は、それぞれ溶媒に負極活物質が分散したスラリーが流通し得る流路である。この実施形態では、流路４１、４２は、それぞれタンク４７、４８から塗布部４５へ至っている。フィルタ４３、４４は、流路４１、４２内に配置されている。この実施形態では、タンク４７、４８には、相対的に平衡電位が高い負極活物質層を形成するのに用いられる第１合剤と、相対的に平衡電位が低い負極活物質層を形成するのに用いられる第２合剤とが用意されている。第１合剤と第２合剤は、上述したように溶媒に含まれる負極活物質の種類が異なっている。また、第１合剤と第２合剤とは、容易に混ざり合わないことが好ましく、例えば、固形分濃度が調整されている。
【００８９】
≪塗布部４５≫
塗布部４５は、負極集電体２４１に対し、正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａに平衡電位が高い負極活物質を含む第１合剤を塗布する。また、塗布部４５は、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２に、平衡電位が低い負極活物質を含む第２合剤を塗布する。この実施形態では、塗布部４５には、例えば、図１２に示すように、横長の吐出口６２を有するダイ６０が用いられている。ダイ６０の吐出口６２は、中間部分６２ａと両側部６２ｂ１、６２ｂ２とが仕切られている。
【００９０】
ダイ６０の内部には、それぞれ中間部分６２ａと両側部６２ｂ１、６２ｂ２に連なる流路が形成されている。吐出口６２の中間部分６２ａは、第１合剤が供給される流路４１に連通している。また、吐出口６２の両側部６２ｂ１、６２ｂ２は、第２合剤が供給される流路４２に連通している。第１合剤は、相対的に平衡電位が高い負極活物質層を形成するのに用いられる合剤である。第２合剤は相対的に平衡電位が低い負極活物質層を形成するのに用いられる合剤である。このため、吐出口６２の中間部分６２ａは、相対的に平衡電位が高い負極活物質層を形成するのに用いられる第１合剤を吐出する。また、吐出口６２の両側部６２ｂ１、６２ｂ２は、相対的に平衡電位が低い負極活物質層を形成するのに用いられる第２合剤を吐出する。
【００９１】
かかるダイ６０は、正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａに第１合剤が塗布されるように、当該部位２４３ａに吐出口６２の中間部分６２ａを合わせて配置される。この際、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２に第２合剤が塗布されるように、当該部位２４３ｂ１、２４３ｂ２に吐出口６２の両側部６２ｂ１、６２ｂ２が合わせられる。
【００９２】
これにより、正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａに第１合剤を塗布し、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２に第２合剤を塗布することができる。そして、このように正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａに第１合剤が塗布され、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２に第２合剤が塗布された負極集電体２４１は、乾燥炉１６（図１１参照）に供給される。
【００９３】
これにより、図２に示すように、正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａの平衡電位Ｅａが、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２の平衡電位Ｅｂよりも高い（Ｅａ＞Ｅｂ）、負極活物質層２４３を形成することができる。このように、電極材料塗布装置１４は、それぞれ仕切られた複数の吐出口６２ａ、６２ｂ１、６２ｂ２と、複数の吐出口６２ａ、６２ｂ１、６２ｂ２にそれぞれ合剤を供給する複数の流路４１、４２とを備えているとよい。
【００９４】
≪試験的評価≫
本発明者は、かかる負極シート２４０の作用効果を評価するべく試験をした。図１３は、かかる試験で用いられたラミネート型の試験電池１００Ａを示している。試験電池１００Ａは、正極集電体２２１Ａの片面に正極活物質層２２３Ａが形成された正極シート２２０Ａと、負極集電体２４１Ａの片面に負極活物質層２４３Ａが形成された負極シート２４０Ａとを備えている。負極活物質層２４３Ａは、正極活物質層２２３Ａよりも面積が広い。この負極活物質層２４３Ａは、セパレータ２６２Ａを介在させた状態ではあるが、正極活物質層２２３Ａと対向している。また、正極集電体２２１Ａと、負極集電体２４１Ａは、それぞれ未塗工部２２２Ａ、２４２Ａを備えている。正極集電体２２１Ａと、負極集電体２４１Ａは、当該未塗工部２２２Ａ、２４２Ａを通じて測定装置２７０に接続されている。
【００９５】
ここでは、正極の理論容量と負極の理論容量との比が、１：１．５になるように、正極シート２２０Ａの正極活物質層２２３Ａに対して、負極活物質層２４３Ａの電気的な容量を調整した。なお、ここでは、正極活物質層２２３を５ｃｍ×５ｃｍの正方形とし、負極活物質層２４３Ａを９ｃｍ×９ｃｍの正方形とした。そして、長さ方向、および、幅方向において、それぞれ２ｃｍずつ対向しない領域ができるように、正極活物質層２２３と負極活物質層２４３Ａとを重ねた。
【００９６】
≪正極シート２２０Ａ≫
ここで、正極シート２２０Ａは、正極活物質層２２３に含まれる正極活物質としてＬｉＦｅＰＯ４が用いられている。導電材にアセチレンブラック（ＡＢ）、結着剤としてＰＶＤＦを用いた。ここで、正極活物質層２２３Ａを形成する際の合剤には、ＬｉＦｅＰＯ４と、ＡＢと、ＰＶＤＦを、重量割合にて、ＬｉＦｅＰＯ４：ＡＢ：ＰＶＤＦ＝８５：５：１０とし、ＮＭＰを分散溶媒として混合した合剤を用意した。そして、かかる合剤を、正極集電体２２１Ａとしてのアルミニウム箔の上に塗布し、乾燥させ、ロールプレスによる圧延を行なって、正極シート２２０Ａを形成した。
【００９７】
≪セパレータ２６２Ａ、電解液≫
ここでは、セパレータ２６２Ａには、ポリプロピレンとポリエチレンの複合材料からなる多孔質膜が用いられている。また、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを体積比率において、５：５で配合し、ＬｉＰｆを１モル溶解させた電解液が用いられている。
【００９８】
≪負極シート２４０Ａ≫
負極シート２４０Ａは、負極活物質層２４３Ａの正極活物質層２２３Ａに対向している部位２４３Ａ１と、正極活物質層２２３Ａに対向していない部位２４３Ａ２とに含まれる負極活物質を変えた複数のサンプル（例えば、表１のサンプル１〜７）を形成した。
【００９９】
【表１】
2012105052.tif 000003
【０１００】
負極活物質層２４３Ａを形成する際の合剤は、結着剤としてスチレンブタジエン共重合体（ＳＢＲ）、増粘材としてカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、溶媒として水を用いた。また、負極活物質として適当な複数種類の炭素材料を用意した。ここでは、負極活物質として炭素材料と、結着剤（ＳＢＲ）と、増粘材（ＣＭＣ）とを、所定の重量割合で、溶媒としての水に混合した。ここで、炭素材料とＳＢＲとＣＭＣの重量割合は、炭素材料：ＳＢＲ：ＣＭＣ＝９５：２．５：２．５にした。そして、かかる合剤を、負極集電体２４１としての銅箔の上に塗布し、乾燥させ、ロールプレスによる圧延を行なって、負極シート２４０Ａを形成した。
【０１０１】
≪サンプル１〜７≫
サンプル１〜７では、負極活物質層２４３Ａの正極活物質層２２３Ａに対向している部位２４３Ａ１と、負極活物質層２４３Ａの正極活物質層２２３Ａに対向していない部位２４３Ａ２とに含まれる負極活物質が異なる。また、サンプル１〜７は、かかる部位２４３Ａ１と２４３Ａ２に含まれる負極活物質を除き、同じ構成にした。
【０１０２】
ここで、サンプル１では、負極活物質層２４３Ａの正極活物質層２２３Ａに対向している部位２４３Ａ１と、負極活物質層２４３Ａの正極活物質層２２３Ａに対向していない部位２４３Ａ２とに含まれる負極活物質が共に黒鉛質材料（黒鉛系の炭素材料）である。
【０１０３】
サンプル２では、負極活物質層２４３Ａの正極活物質層２２３Ａに対向している部位２４３Ａ１と、負極活物質層２４３Ａの正極活物質層２２３Ａに対向していない部位２４３Ａ２とに含まれる負極活物質が共に易黒鉛化性炭素である。
【０１０４】
サンプル３では、負極活物質層２４３Ａの正極活物質層２２３Ａに対向している部位２４３Ａ１と、負極活物質層２４３Ａの正極活物質層２２３Ａに対向していない部位２４３Ａ２とに含まれる負極活物質が共に難黒鉛化性炭素である。
【０１０５】
サンプル１〜３では、負極活物質層２４３Ａの正極活物質層２２３Ａに対向している部位２４３Ａ１と、負極活物質層２４３Ａの正極活物質層２２３Ａに対向していない部位２４３Ａ２とに含まれる負極活物質がそれぞれ同じである。このため、負極活物質層２４３Ａの正極活物質層２２３Ａに対向している部位２４３Ａ１の平衡電位Ｅａと、負極活物質層２４３Ａの正極活物質層２２３Ａに対向していない部位２４３Ａ２の平衡電位Ｅｂとは、概ね差がない（Ｅａ＝Ｅｂ）。
【０１０６】
サンプル４では、負極活物質層２４３Ａのうち、正極活物質層２２３Ａに対向している部位２４３Ａ１に含まれる負極活物質が黒鉛質材料である。また、負極活物質層２４３Ａの正極活物質層２２３Ａに対向していない部位２４３Ａ２に含まれる負極活物質は難黒鉛化性炭素である。かかるサンプル４では、負極活物質層２４３Ａの正極活物質層２２３Ａに対向している部位２４３Ａ１の平衡電位Ｅａは、正極活物質層２２３Ａに対向していない部位２４３Ａ２の平衡電位Ｅｂよりも低い（Ｅｂ＞Ｅａ）。
【０１０７】
これに対して、サンプル５では、負極活物質層２４３Ａのうち、正極活物質層２２３Ａに対向している部位２４３Ａ１に含まれる負極活物質が易黒鉛化性炭素である。また、負極活物質層２４３Ａの正極活物質層２２３Ａに対向していない部位２４３Ａ２に含まれる負極活物質が黒鉛質材料である。かかるサンプル５では、負極活物質層２４３Ａの正極活物質層２２３Ａに対向している部位２４３Ａ１の平衡電位Ｅａは、負極活物質層２４３Ａの正極活物質層２２３Ａに対向していない部位２４３Ａ２の平衡電位Ｅｂよりも高い（Ｅａ＞Ｅｂ）。
【０１０８】
サンプル６では、負極活物質層２４３Ａのうち、正極活物質層２２３Ａに対向している部位２４３Ａ１に含まれる負極活物質が難黒鉛化性炭素である。また、負極活物質層２４３Ａの正極活物質層２２３Ａに対向していない部位２４３Ａ２に含まれる負極活物質が黒鉛質材料である。かかるサンプル６では、負極活物質層２４３Ａの正極活物質層２２３Ａに対向している部位２４３Ａ１の平衡電位Ｅａは、負極活物質層２４３Ａの正極活物質層２２３Ａに対向していない部位２４３Ａ２の平衡電位Ｅｂよりも高い（Ｅａ＞Ｅｂ）。
【０１０９】
サンプル７では、負極活物質層２４３Ａのうち、正極活物質層２２３Ａに対向している部位２４３Ａ１に含まれる負極活物質が易黒鉛化性炭素である。また、負極活物質層２４３Ａの正極活物質層２２３Ａに対向していない部位２４３Ａ２に含まれる負極活物質が難黒鉛化性炭素である。かかるサンプル７では、負極活物質層２４３Ａの正極活物質層２２３Ａに対向している部位２４３Ａ１の平衡電位Ｅａは、正極活物質層２２３Ａに対向していない部位２４３Ａ２の平衡電位Ｅｂよりも高い（Ｅａ＞Ｅｂ）。
【０１１０】
なお、図１４は、負極活物質として黒鉛質材料が用いられた負極活物質層の平衡電位ｖ１、負極活物質として難黒鉛化性炭素が用いられた負極活物質層の平衡電位ｖ２、および、負極活物質として易黒鉛化性炭素が用いられた負極活物質層の平衡電位ｖ３を、それぞれ示している。図１４では、基準電極に金属リチウムが用いられており、横軸に充電状態、縦軸に平衡電位が示されている。なお、ここでの平衡電位の測定方法は図９に示す例に準じている。ここで用いた易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素、黒鉛質材料は、同じ充電状態において、負極活物質層の平衡電位に０．１Ｖ以上の差を生じさせる材料を選択的に用いた。
【０１１１】
≪評価手法≫
ここでは、各サンプル１〜７の試験電池を、初期工程（コンディショニング工程）として定電流で充放電を行った。その後、正極の理論容量より予測した電池容量の１／３の電流値（例えば、予測した電池容量が３００ｍＡｈであれば、１００ｍＡ）で充電上限電圧（例えば、４．１Ｖ）まで定電流で充電した。さらに、最終電流値が初期の電流値の１／１０になるまで定電圧で充電を行なった。
【０１１２】
次に、図１５は、かかる評価試験においてセル容量を測定する工程を示す図である。図１５に示すように、正極理論容量より予測した電池容量の１／３の電流値（１００ｍＡ）で３回、放電と充電を繰り返した。この際、充電時の上限電圧を４．１Ｖとし、放電時の下限電圧を２．５Ｖにした。そして、４回目の放電の容量を初期セル容量とした。
【０１１３】
次に、試験電池を６０℃の雰囲気の恒温槽に置き、正極の理論容量から予測した電池容量の３倍の電流値（例えば、予測した電池容量が３００ｍＡｈであれば、９００ｍＡ）で充放電を１０００回繰り返した。ここで、１０００回目は、充電した状態で終える。その後、図１５に示すように、正極の理論容量より予測した電池容量の１／３の電流値で３回放電と充電を繰り返し、４回目の放電の容量を劣化後セル容量とした。そして、劣化後セル容量を初期セル容量で割って容量維持率（％）を求めた。
【０１１４】
その結果、正極活物質層２２３Ａに対向している部位２４３Ａ１の平衡電位Ｅａと、正極活物質層２２３Ａに対向していない部位２４３Ａ２の平衡電位Ｅｂとで概ね差がないサンプル１〜３、および、正極活物質層２２３Ａに対向している部位２４３Ａ１の平衡電位Ｅａが、正極活物質層２２３Ａに対向していない部位２４３Ａ２の平衡電位Ｅｂよりも低いサンプル４では、容量維持率（％）は、８２％〜８４％程度であった。
【０１１５】
これに対して、サンプル５〜７は、正極活物質層２２３Ａに対向している部位２４３Ａ１の平衡電位Ｅａが、正極活物質層２２３Ａに対向していない部位２４３Ａ２の平衡電位Ｅｂよりも高い（Ｅａ＞Ｅｂ）。これらのサンプル５〜７では、容量維持率が９１％〜９２％程度と格段に良好な結果が得られた。
【０１１６】
このように、正極活物質層２２３Ａに対向している部位２４３Ａ１の平衡電位Ｅａが、正極活物質層２２３Ａに対向していない部位２４３Ａ２の平衡電位Ｅｂよりも高い（Ｅａ＞Ｅｂ）ことにより、リチウムイオン二次電池１００は容量維持率が向上する。本発明者の知見では、好ましくは、正極活物質層２２３Ａに対向している部位２４３Ａ１の平衡電位Ｅａが、正極活物質層２２３Ａに対向していない部位２４３Ａ２の平衡電位Ｅｂの差は、０．１Ｖ以上の差があると、より顕著にその効果が得られる。
【０１１７】
以上、本発明の一実施形態に係る二次電池を説明した。本発明に係る二次電池は、上述した実施形態に限定されない。本発明は、特に言及がない限りにおいて上述した何れの実施形態にも限定されない。
【０１１８】
≪他の電池形態≫
例えば、他の電池形態として、円筒型電池やラミネート型電池などが知られている。円筒型電池は、円筒型の電池ケースに捲回電極体を収容した電池である。また、ラミネート型電池は、正極シートと負極シートとをセパレータを介在させて積層した電池である。
【０１１９】
また、上述したように、本発明は二次電池（例えば、リチウムイオン二次電池）の容量維持率の向上に寄与し得る。このため、本発明は、経年的な使用に対して容量維持率について要求されるレベルが特に高い、ハイブリッド車や、電気自動車の駆動用電池など車両駆動電源用のリチウムイオン二次電池に好適である。すなわち、リチウムイオン二次電池は、例えば、図１６に示すように、自動車などの車両１のモータ（電動機）を駆動させる電池１０００として好適に利用され得る。車両駆動用電池１０００は、複数の二次電池を組み合わせた組電池としてもよい。
【符号の説明】
【０１２０】
１  車両
１２  走行経路
１４  電極材料塗布装置
１６  乾燥炉
３２  供給部
３２ａ  巻き芯
３４  回収部
３４ａ  巻き芯
３４ｂ  制御部
３４ｃ  モータ
４１、４２  流路
４３、４４  フィルタ
４５  塗布部
４６  バックロール
４７、４８  タンク
４９、４９  ポンプ
６０  ダイ
６２  吐出口
６２ａ  中間部分（吐出口）
６２ｂ１、６２ｂ２  両側部（吐出口）
１００  リチウムイオン二次電池
１００Ａ  試験電池
２００  捲回電極体
２２０、２２０Ａ  正極シート
２２１、２２１Ａ  正極集電体
２２２、２２２Ａ  未塗工部
２２４  未塗工部２２２の中間部分
２２３、２２３Ａ  正極活物質層
２４０、２４０Ａ  負極シート
２４１、２４１Ａ  負極集電体
２４２、２４２Ａ  未塗工部
２４３、２４３Ａ  負極活物質層
２４３ａ、２４３Ａ１  正極活物質層に対向している部位
２４３ｂ１、２４３ｂ２、２４３Ａ２  正極活物質層に対向していない部位
２４４  未塗工部２４２の中間部分
２６２、２６２Ａ、２６４  セパレータ
２７０  測定装置
２８０  電解液
２９０  充電器
３００  電池ケース
３１０  隙間
３２０  容器本体
３２２  蓋体と容器本体の合わせ目
３４０  蓋体
３６０  安全弁
４２０  電極端子（正極）
４４０  電極端子（負極）
６１０  正極活物質
６２０  導電材
６３０  バインダ
７１０  負極活物質
７３０  バインダ
８００  装置
８１０  試験用電極
８１２  集電体
８１４  活物質層
８２０  基準電極
８２２  集電体
８２４  金属リチウム
８３０  セパレータ
８４０  測定装置
１０００  車両駆動用電池
【図１】
2012105052.tif 000004
【図２】
2012105052.tif 000005
【図３】
2012105052.tif 000006
【図４】
2012105052.tif 000007
【図５】
2012105052.tif 000008
【図６】
2012105052.tif 000009
【図７】
2012105052.tif 000010
【図８】
2012105052.tif 000011
【図９】
2012105052.tif 000012
【図１０】
2012105052.tif 000013
【図１１】
2012105052.tif 000014
【図１２】
2012105052.tif 000015
【図１３】
2012105052.tif 000016
【図１４】
2012105052.tif 000017
【図１５】
2012105052.tif 000018
【図１６】
2012105052.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成25年7月25日(2013.7.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
なお、ここで、平衡電位は、セルの充電状態によって変化する。このため、特に、リチウムイオン二次電池１００が通常使用される充電状態（ＳＯＣ：state of charge）の範囲を考慮して、平衡電位を推測するとよい。この際、リチウムイオン二次電池１００の通常使用される状態で負極活物質層２４３に作用する電位の範囲を考慮して、サイクリックボルタモグラムを求めるとよい。例えば、サイクリックボルタモグラムを得る際にセルに印加する電位を、リチウムイオン二次電池１００の通常使用される状態で負極活物質層２４３に作用する電位の範囲を考慮して定めるとよい。そして、かかるサイクリックボルタモグラムに基づいて、正極活物質層２２３に対向している部位２４３ａの平衡電位と、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２の平衡電位を推測するとよい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
また、この実施形態では、正極集電体２２１と負極集電体２４１はそれぞれ帯状のシート状である。そして、正極活物質層２２３は、正極集電体２２１に予め定められた面積で保持されている。また、負極活物質層２４３は、正極活物質層２２３よりも広い面積で負極集電体２４１に保持されている。そして、セパレータ２６２、２６４が介在した状態ではあるが、負極活物質層２４３が正極活物質層２２３を覆っている。このため、負極活物質層２４３には、正極活物質層２２３に対向していない部位２４３ｂ１、２４３ｂ２が存在する。
【国際調査報告】
2012105052.tif 000020
2012105052.tif 000021