(57)【要約】【課題】充放電を繰り返すことによって負極に生じる変形を抑制する。【解決手段】充電に伴う面積変化率が０．１％以上、且つ、厚み変化率が１０％以上である負極活物質層３４を有する負極３０であって、ｘ方向に延在する辺Ｌ１と、ｙ方向に延在する辺Ｌ３を有し、辺Ｌ１に沿った第１の直線ＶＬ１と辺Ｌ３に沿った第２の直線ＶＬ３の交点Ｃ１と、直線ＶＬ１上に存在し、交点Ｃ１を起点として−ｘ方向に距離Ｗｘだけ離れた点Ｐ１ｘと、直線ＶＬ３上に存在し、交点Ｃ１を起点として−ｙ方向に距離Ｗｙだけ離れた点Ｐ１ｙとを定義した場合、交点Ｃ１、点Ｐ１ｘ及び点Ｐ１ｙを頂点とする三角形領域Ｔは、負極集電体３２及び負極活物質層３４が設けられることなく切り欠かれている。これによれば、応力の集中点が負極の外部に位置することから、充放電を繰り返すことによって生じる変形を抑制することが可能となる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極集電体と、前記負極集電体の表面に配置された負極活物質を含む負極活物質層を有する非水電解質二次電池用負極であって、
充電に伴う前記負極活物質層の面積変化率が０．１％以上、且つ、厚み変化率が１０％以上であり、
前記負極集電体及び負極活物質層は、第１の方向に延在する第１の辺と、前記第１の方向と直交する第２の方向に延在する第２の辺を有し、
前記第１の辺に沿った第１の直線と前記第２の辺に沿った第２の直線の交点と、前記第１の直線上に存在し、前記交点を起点として前記第１の方向とは逆方向に第１の距離だけ離れた第１の点と、前記第２の直線上に存在し、前記交点を起点として前記第２の方向とは逆方向に第２の距離だけ離れた第２の点とを定義した場合、前記交点、前記第１の点及び前記第２の点を頂点とする三角形領域は、前記負極集電体及び負極活物質層が設けられることなく切り欠かれていることを特徴とする非水電解質二次電池用負極。
【請求項２】
正極集電体及び前記正極集電体の表面に配置された正極活物質を含む正極活物質層を有する正極と、前記正極と請求項１に記載の負極の間に配置されたセパレータと、を備えることを特徴とする非水電解質二次電池。
【請求項３】
前記正極活物質は、ＬｉａＮｉｂＭｎｃＣｏｄＭｘＯ２（但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｘは、０．９≦ａ≦１．２、０＜ｂ＜１、０＜ｃ≦０．５、０＜ｄ≦０．５、０≦ｘ≦０．３、ｂ＋ｃ＋ｄ＝１を満たし、Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｗ、Ｐ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｖ、Ｃａ、ＳｒおよびＣｒからなる群から選ばれる少なくとも１種である）で表されるリチウムニッケル系複合酸化物を含むことを特徴とする請求項２に記載の非水電解質二次電池。
【請求項４】
前記セパレータは、多孔質基体に耐熱絶縁層が積層された構造を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の非水電解質二次電池。
【請求項５】
前記負極の単位面積あたりの容量が１．２ｍＡｈ／ｃｍ２以上であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池。
【請求項６】
外装体に前記正極、負極及びセパレータが封入されてなる積層型電池であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項に記載の非水電解質二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は非水電解質二次電池用負極及びこれを用いた非水電解質二次電池に関し、特に、充電に伴う負極活物質層の面積変化率が０．１％以上、且つ、厚み変化率が１０％以上である高容量な非水電解質二次電池用負極及びこれを用いた非水電解質二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高出力でかつ高エネルギー密度を示す二次電池として、リチウム二次電池が実用化されている。リチウム二次電池は、エネルギー密度、サイクル特性、出入力特性、保存特性などの特性が従来の二次電池より優れていることから、モバイル機器や車載用電池、家庭用重電などの分野で普及が進んでいる。
【０００３】
特許文献１に記載されているように、一般的なリチウム二次電池においては、負極活物質にグラファイトが用いられる。グラファイトの理論容量は３７２ｍＡｈ／ｇである。近年においては、負極活物質にグラファイトを用いた一般的なリチウム二次電池よりもエネルギー密度をさらに高めるため、負極活物質としてグラファイトよりも遙かに大きな理論容量を持つシリコン（Ｓｉ）や酸化シリコン（ＳｉＯｘ）などからなる無機質粒子を用いたタイプのリチウム二次電池や、負極にリチウム金属を用いるタイプのリチウム二次電池の開発が進められている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−５１８８３５号公報
【特許文献２】特開２０１３−１９１５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、シリコン（Ｓｉ）や酸化シリコン（ＳｉＯｘ）などからなる無機質粒子は、充電時に大きな体積膨張を伴うため、充電に伴う負極活物質層の面積変化率が０．１％以上、厚み変化率が１０％以上に達する。このため、充放電を繰り返すと、強い応力によって、しわ、亀裂、変形などの変形が生じ、電池としての寿命、信頼性、安全性が低下するという問題があった。
【０００６】
したがって、本発明は、充電に伴う負極活物質層の面積変化率が０．１％以上、厚み変化率が１０％以上である高容量な非水電解質二次電池用負極において、充放電を繰り返すことによって生じる変形を抑制することを目的とする。また、本発明は、このような非水電解質二次電池用負極を用いた非水電解質二次電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による非水電解質二次電池用負極は、負極集電体と、負極集電体の表面に配置された負極活物質を含む負極活物質層を有する非水電解質二次電池用負極であって、充電に伴う負極活物質層の面積変化率が０．１％以上、且つ、厚み変化率が１０％以上であり、負極集電体及び負極活物質層は、第１の方向に延在する第１の辺と、第１の方向と直交する第２の方向に延在する第２の辺を有し、第１の辺に沿った第１の直線と第２の辺に沿った第２の直線の交点と、第１の直線上に存在し、交点を起点として第１の方向とは逆方向に第１の距離だけ離れた第１の点と、第２の直線上に存在し、交点を起点として第２の方向とは逆方向に第２の距離だけ離れた第２の点とを定義した場合、交点、第１の点及び第２の点を頂点とする三角形領域は、負極集電体及び負極活物質層が設けられることなく切り欠かれていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、応力の集中点が負極の外部に位置することから、負極活物質層の面積変化率が０．１％以上、且つ、厚み変化率が１０％以上である高容量の非水電解質二次電池用負極において、充放電を繰り返すことによって生じる変形を抑制することが可能となる。ここで厚み変化率は、充放電を少なくとも１回行った後の放電後の状態を初期状態とし、そのときの負極厚みと、さらに１００以上の充放電を行った後の充電状態における負極厚みとの比率をいう。
【０００９】
本発明による非水電解質二次電池は、正極集電体及び正極集電体の表面に配置された正極活物質を含む正極活物質層を有する正極と、正極と負極の間に配置されたセパレータとを備えることを特徴とする。本発明によれば、高容量でありながら充放電を繰り返しても変形が生じにくい負極を用いた非水電解質二次電池を提供することが可能となる。
【００１０】
本発明において、正極活物質は、ＬｉａＮｉｂＭｎｃＣｏｄＭｘＯ２（但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｘは、０．９≦ａ≦１．２、０＜ｂ＜１、０＜ｃ≦０．５、０＜ｄ≦０．５、０≦ｘ≦０．３、ｂ＋ｃ＋ｄ＝１を満たし、Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｗ、Ｐ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｖ、Ｃａ、ＳｒおよびＣｒからなる群から選ばれる少なくとも１種である）で表されるリチウムニッケル系複合酸化物を含んでいても構わない。このような正極活物質は高容量であることから、充電時において負極へのリチウム吸蔵量が多くなる。その結果、充放電に伴う負極の面積変化及び体積変化はより大きくなるが、この場合であっても、負極の変形を抑制することが可能となる。
【００１１】
本発明において、セパレータは、多孔質基体に耐熱絶縁層が積層された構造を有していても構わない。これによれば、セパレータが高温になった場合であっても、正極と負極を確実に絶縁することが可能となる。
【００１２】
本発明において、負極の単位面積あたりの容量が１．２ｍＡｈ／ｃｍ２以上であっても構わない。このような高容量負極は、充放電に伴う面積変化及び体積変化が非常に大きいが、この場合であっても、負極の変形を抑制することが可能となる。
【００１３】
本発明による非水電解質二次電池は、ラミネートフィルムや金属缶等からなる外装体に正極、負極及びセパレータが封入されてなる積層型電池であっても構わない。積層型電池は、電極層が平面構造となるため、電極層に生じる応力によって変形が生じやすい。したがって、本発明を積層型電池に応用すれば、特に効果的である。
【発明の効果】
【００１４】
このように、本発明によれば、充電に伴う負極活物質層の面積変化率が０．１％以上、厚み変化率が１０％以上である高容量な非水電解質二次電池用負極において、充放電を繰り返すことによって生じる変形を抑制することが可能となる。また、本発明によれば、このような非水電解質二次電池用負極を用いた非水電解質二次電池を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施形態による非水電解質二次電池１００の模式的な断面図である。
【図２】図２は、一般的な形状を有する負極３０の平面図である。
【図３】図３は、一般的な形状を有する負極３０に亀裂Ｆが形成された状態を示す平面図である。
【図４】図４は、三角形領域の定義を説明するための平面図である。
【図５】図５は、負極３０の第１の具体例を示す平面図である。
【図６】図６は、負極３０の第２の具体例を示す平面図である。
【図７】図７は、負極３０の第３の具体例を示す平面図である。
【図８】図８は、負極３０の第４の具体例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の好ましい実施形態による非水電解質二次電池１００の模式的な断面図である。
【００１８】
本実施形態による非水電解質二次電池１００はリチウム二次電池であり、図１に示すように、積層体４０と、積層体４０を密閉した状態で収容するケース５０と、積層体４０に接続された一対のリード６０、６２とを備えている。また図示されていないが、ケース５０内には積層体４０とともに非水電解液が封入されている。
【００１９】
積層体４０は、正極２０及び負極３０と、正極２０と負極３０の間に配置されたセパレータ１０とを備える。正極２０は、板状（膜状）の正極集電体２２の表面に正極活物質層２４が設けられたものである。負極３０は、板状（膜状）の負極集電体３２の表面に負極活物質層３４が設けられたものである。正極活物質層２４及び負極活物質層３４は、セパレータ１０の両面にそれぞれ接触している。正極集電体２２及び負極集電体３２の端部には、それぞれリード６０、６２が接続されており、リード６０、６２の端部はケース５０の外部にまで延びている。図１に示す例では、ケース５０内に積層体４０が一つだけ収容されているが、複数の積層体４０をケース５０内に収容しても構わない。
【００２０】
以下、非水電解質二次電池１００を構成する各要素について説明する。
【００２１】
（正極集電体）
正極集電体２２は導電性の板材であればよく、例えば、アルミニウム、銅、ニッケルなどからなる金属箔または金属薄板を用いることができる。
【００２２】
（正極活物質層）
正極活物質層２４は、正極活物質、正極導電助剤及び正極バインダーを含む。正極活物質層２４における正極活物質の構成比率は、質量比で８０％以上９０％以下であることが好ましい。また正極活物質層２４における導電助剤の構成比率は、質量比で０．５％以上１０％以下であることが好ましく、正極活物質層２４におけるバインダーの構成比率は、質量比で０．５％以上１０％以下であることが好ましい。
【００２３】
（正極活物質）
正極活物質層２４に用いる正極活物質は、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入（インターカレーション）、又は、リチウムイオンとリチウムイオンのカウンターアニオン（例えば、ＰＦ６−）とのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能な電極活物質を用いることができる。
【００２４】
正極活物質の例としては、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、リチウムマンガンスピネル（ＬｉＭｎ２Ｏ４）、及び、一般式：ＬｉａＮｉｂＭｎｃＣｏｄＭｘＯ２（但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｘは、０．９≦ａ≦１．２、０＜ｂ＜１、０＜ｃ≦０．５、０＜ｄ≦０．５、０≦ｘ≦０．３、ｂ＋ｃ＋ｄ＝１を満たし、Ｍは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｗ、Ｐ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｖ、Ｃａ、ＳｒおよびＣｒからなる群から選ばれる少なくとも１種である）で表されるリチウムニッケル系複合酸化物、リチウムバナジウム化合物（ＬｉＶ２Ｏ５）、オリビン型ＬｉＭＰＯ４（ただし、Ｍは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒより選ばれる１種類以上の元素又はＶＯを示す）、チタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）、ＬｉＮｉｘＣｏｙＡｌｚＯ２（０．９＜ｘ＋ｙ＋ｚ＜１．１）等の複合金属酸化物が挙げられる。
【００２５】
正極活物質の具体例としては、ニッケル−コバルト−アルミニウム酸リチウム（ＮＣＡ）、コバルト酸リチウム（ＬＣＯ）、ニッケル−コバルト−マンガン酸リチウム（ＮＣＭ）等が挙げられる。
【００２６】
（正極導電助剤）
正極活物質層２４に用いる正極導電助剤としては、例えば、カーボンブラック類等のカーボン粉末、カーボンナノチューブ、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、ＩＴＯ等の導電性酸化物が挙げられる。正極活物質のみで十分な導電性を確保できる場合、正極活物質層２４は導電助剤を含んでいなくても構わない。
【００２７】
（正極バインダー）
正極活物質層２４に用いる正極バインダーは、正極活物質同士を結合させると共に、正極活物質と正極集電体２２とを結合させる役割を果たす。正極バインダーは、上述の結合が可能なものであればよく、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳＵ）、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）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等のフッ素樹脂が挙げられる。
【００２８】
また、上記の他に、正極バインダーとして、例えば、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＨＦＰ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＨＦＰＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＰ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＰ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＭＶＥ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＣＴＦＥ系フッ素ゴム）等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴムを用いてもよい。
【００２９】
また、正極バインダーとして、電子伝導性の導電性高分子やイオン伝導性の導電性高分子を用いてもよい。電子伝導性の導電性高分子としては、例えば、ポリアセチレン等が挙げられる。この場合は、正極バインダーが導電助剤の機能も発揮するので正極導電助剤を添加しなくてもよい。イオン伝導性の導電性高分子としては、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等の高分子化合物にリチウム塩又はリチウムを主体とするアルカリ金属塩を複合化させたもの等が挙げられる。
【００３０】
（負極集電体）
負極集電体３２は、導電性の板材であればよく、例えば、アルミニウム、銅、ニッケルなどからなる金属箔または金属薄板を用いることができる。
【００３１】
（負極活物質層）
負極活物質層３４は、負極活物質、負極導電助剤及び負極バインダーを含む。
【００３２】
（負極活物質）
負極活物質は、シリコン（Ｓｉ）、スズ（Ｓｎ）又はこれらの酸化物の少なくとも一つを含む粒子からなる。但し、これ以外の無機質粒子が含まれていても構わない。これらの負極活物質は、グラファイトと比べて高容量であり、単位面積あたりの容量を１．２ｍＡｈ／ｃｍ２以上とすることができるとともに、定格容量を３Ａｈ以上とすることができる。しかしながら、シリコン（Ｓｉ）、スズ（Ｓｎ）又はこれらの酸化物などからなる無機質粒子は、充電時に大きな体積膨張を伴うため、充電に伴う負極活物質層の面積変化率が０．１％以上、厚み変化率が１０％以上に達する。
【００３３】
（負極導電助剤）
負極活物質層３４に用いる負極導電助剤としては、正極活物質層２４に用いる正極導電助剤と同じ材料を用いることができる。つまり、カーボンブラック類等のカーボン粉末、カーボンナノチューブ、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、ＩＴＯ等の導電性酸化物が挙げられる。
【００３４】
（負極バインダー）
負極活物質層３４に用いる負極バインダーは、正極活物質層２４に用いる正極バインダーと同じ材料を用いることができる。この他に、負極バインダーとして、例えば、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂等を用いても構わない。
【００３５】
（非水電解液）
非水電解液は、リチウム塩を含む電解液（電解質水溶液、有機溶媒を使用する電解質溶液）を使用することができる。ただし、電解質水溶液は電気化学的に分解電圧が低いことにより、充電時の耐用電圧が低く制限されるので、有機溶媒を使用する電解液（非水電解質溶液）であることが好ましい。電解液としては、リチウム塩を非水溶媒（有機溶媒）に溶解したものが好適に使用される。リチウム塩としては特に限定されず、リチウムイオン二次電池の電解質として用いられるリチウム塩を用いることができる。例えば、リチウム塩としては、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＦＳＩ、ＬｉＢＯＢ等の無機酸陰イオン塩、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＴＦＳＩ、ＬｉＢＥＴＩ等の有機酸陰イオン塩等を用いることができる。
【００３６】
また、有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート等の非プロトン性高誘電率溶媒や、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、等の酢酸エステル類あるいはプロピオン酸エステル類等の非プロトン性低粘度溶媒が挙げられる。これらの非プロトン性高誘電率溶媒と非プロトン性低粘度溶媒を適当な混合比で併用することが望ましい。
【００３７】
非水電解液は、イオン液体を含んでもよい。イオン液体は、カチオンとアニオンの組合せによって得られる１００℃未満でも液体状の塩である。イオン液体は、イオンのみからなる液体であるため、静電的な相互作用が強く、不揮発性、不燃性と言う特徴を有する。電解液としてイオン液体を用いたリチウム二次電池は、安全性に優れる。イオン液体は、カチオンとアニオンの組合せによって様々な種類がある。例えば、イミダゾリウム塩、ピロリジニウム塩、ピペリジニウム塩、ピリジニウム塩、アンモニウム塩等の窒素系のイオン液体、ホスホニウム塩等のリン系のイオン液体、スルホニウム塩等の硫黄系のイオン液体等が挙げられる。窒素系のイオン液体は、環状のアンモニウム塩と鎖状のアンモニウム塩とに分けることができる。リチウム塩としては、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢＯＢ等の無機酸陰イオン塩、ＬｉＴＦＳＡ（ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２）、ＬｉＦＳＡ（ＬｉＮ（ＦＳＯ２）２）、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、（ＣＦ３ＳＯ２）２ＮＬｉ、（ＦＳＯ２）２ＮＬｉ等の有機酸陰イオン塩等を用いることができる。
【００３８】
電解液のリチウム塩の濃度は、電気伝導性の点から、０．５〜２．０Ｍが好ましい。なお、この電解質の温度２５℃における導電率は０．０１Ｓ／ｍ以上であることが好ましく、電解質塩の種類あるいはその濃度により調整される。
【００３９】
（セパレータ）
セパレータ１０は、電気絶縁性を有する多孔質体であり、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリオレフィンからなるフィルムの単層体または積層体や、上記樹脂の混合物の延伸膜、或いは、セルロース、ポリエステル及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも１種の構成材料からなる繊維不織布が挙げられる。また、セパレータ１０は、多孔質基体に耐熱絶縁層が積層されたものであっても構わない。
【００４０】
（ケース）
ケース５０は、その内部に積層体４０及び非水電解液を密封するものである。ケース５０は、非水電解液の外部への漏出や、外部からの非水電解質二次電池１００内部への水分等の侵入等を抑止できる物であれば特に限定されない。
【００４１】
例えば、ケース５０として、図１に示すように、金属箔５２を２枚の高分子膜５４で両側からコーティングした金属ラミネートフィルムを利用できる。金属箔５２としては例えばアルミ箔を用いることができ、高分子膜５４としては例えばポリプロピレン等の膜を用いることができる。外側の高分子膜５４の材料としては融点の高い高分子、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアミド等が好ましく、内側の高分子膜５４の材料としては、例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等が好ましい。
【００４２】
（リード）
リード６０、６２は、アルミ、ニッケル、銅にニッケルメッキされた金属板等の導電材料から形成されている。特に、正極２０側に接続されるリード６０についてはアルミ金属板を用いることが好ましく、負極３０側に接続されるリード６２については、ニッケル金属板又は銅にニッケルメッキされた金属板を用いることが好ましい。
【００４３】
次に、充放電に伴って負極３０に加わる応力について説明する。
【００４４】
図２は、一般的な形状を有する負極３０の平面図である。一般的な形状を有する負極３０は、図２に示すように、平面視で（積層方向から見て）略矩形である。したがって、ｘ方向に延在する２つの辺Ｌ１、Ｌ２と、ｙ方向に延在する２つの辺Ｌ３、Ｌ４を有しており、２つの辺が終端する部分が角部Ｃ１〜Ｃ４となる。このような形状を有する負極３０は、充放電を繰り返すと、面方向及び積層方向に強い応力が生じる。特に、充電に伴う負極活物質層３４の面積変化率が０．１％以上、且つ、厚み変化率が１０％以上である場合、負極３０が矩形状であると、角部近傍に応力の集中点が生じる。
【００４５】
例えば、充電によって膨張した状態の負極３０から放電を開始すると、負極３０が収縮するが、この時、応力が角部近傍の領域Ａ１〜Ａ４に集中する。例えば、ｘ方向に延在する辺Ｌ１，Ｌ２においては、収縮に伴って外側から内側に＋ｘ方向及び−ｘ方向の応力が発生し、ｙ方向に延在する辺Ｌ３，Ｌ４においては、収縮に伴って外側から内側に＋ｙ方向及び−ｙ方向の応力が発生する。このため、角部Ｃ１の近傍の領域Ａ１は＋ｘ方向及び＋ｙ方向の応力の起点となり、角部Ｃ２の近傍の領域Ａ２は−ｘ方向及び＋ｙ方向の応力の起点となり、角部Ｃ３の近傍の領域Ａ３は＋ｘ方向及び−ｙ方向の応力の起点となり、角部Ｃ４の近傍の領域Ａ４は−ｘ方向及び−ｙ方向の応力の起点となる。その結果、図３に示すように、角部Ｃ１〜Ｃ４の近傍において亀裂Ｆが発生し、電池の信頼性を低下させてしまうおそれがある。
【００４６】
このように２方向からの応力の起点となる角部近傍は、亀裂Ｆなどの変形が生じやすい領域である。具体的には、図４に示すように、角部Ｃ１から＋ｘ方向に距離Ｗｘだけ離れた点Ｐ１ｘと、角部Ｃ１から＋ｙ方向に距離Ｗｙだけ離れた点Ｐ１ｙを定義した場合、角部Ｃ１、点Ｐ１ｘ、点Ｐ１ｙ頂点とする三角形領域は、２方向からの応力の起点となり得る。他の角部Ｃ２〜Ｃ４も同様である。つまり、角部Ｃ２から−ｘ方向に距離Ｗｘだけ離れた点Ｐ２ｘと、角部Ｃ２から＋ｙ方向に距離Ｗｙだけ離れた点Ｐ２ｙを定義した場合、角部Ｃ２、点Ｐ２ｘ、点Ｐ２ｙ頂点とする三角形領域は、２方向からの応力の起点となり得る。また、角部Ｃ３から＋ｘ方向に距離Ｗｘだけ離れた点Ｐ３ｘと、角部Ｃ３から−ｙ方向に距離Ｗｙだけ離れた点Ｐ３ｙを定義した場合、角部Ｃ３、点Ｐ３ｘ、点Ｐ３ｙ頂点とする三角形領域は、２方向からの応力の起点となり得る。さらに、角部Ｃ４から−ｘ方向に距離Ｗｘだけ離れた点Ｐ４ｘと、角部Ｃ４から−ｙ方向に距離Ｗｙだけ離れた点Ｐ４ｙを定義した場合、角部Ｃ４、点Ｐ４ｘ、点Ｐ４ｙ頂点とする三角形領域は、２方向からの応力の起点となり得る。
【００４７】
この点を考慮し、本実施形態においては、これら三角形領域に負極集電体３２及び負極活物質層３４を設けることなく、負極３０が切り欠かれた形状を有している。負極３０の角部近傍に位置する三角形領域を切り欠けば、２方向からの応力の起点となる部分が負極３０の外部に位置することになるため、図３に示す亀裂Ｆなどの変形が生じにくくなる。
【００４８】
図５は、負極３０の第１の具体例を示す平面図である。第１の具体例では、上述した三角形領域Ｔのみが切り欠かれており、これにより負極３０が８角形とされている。これによれば、切り欠かれた面積が最小限に抑えられることから、容量の低下を最小限に抑えることが可能となる。この場合、交点Ｃ１は、辺Ｌ１に沿った直線ＶＬ１と辺Ｌ３に沿った直線ＶＬ３の交点によって定義され、交点Ｃ２は、辺Ｌ１に沿った直線ＶＬ１と辺Ｌ４に沿った直線ＶＬ４の交点によって定義され、交点Ｃ３は、辺Ｌ２に沿った直線ＶＬ２と辺Ｌ３に沿った直線ＶＬ３の交点によって定義され、交点Ｃ４は、辺Ｌ２に沿った直線ＶＬ２と辺Ｌ４に沿った直線ＶＬ４の交点によって定義される。
【００４９】
図６は、負極３０の第２の具体例を示す平面図である。第２の具体例では、上述した三角形領域を含む四角形領域が切り欠かれており、これにより負極３０が十字形とされている。図７は、負極３０の第３の具体例を示す平面図である。第３の具体例では、上述した三角形領域を含む扇形領域が切り欠かれており、切り欠き部に対応する負極３０の辺Ｌ５が凹状に円弧を形成している。このように、三角形領域のみを切り欠くのではなく、三角形領域を含むより大きな領域を切り欠けば、亀裂などの変形がより生じにくくなる。
【００５０】
図８は、負極３０の第４の具体例を示す平面図である。第４の具体例では、切り欠き部に対応する負極３０の辺Ｌ５が凸状に円弧を形成している。この場合、三角形領域を定義する各点は、いずれも負極３０の外部に位置する。このように、三角形領域を定義する全ての点が負極３０の外部に位置していても構わない。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態による非水電解質二次電池１００は、充電に伴う負極活物質層３４の面積変化率が０．１％以上、且つ、厚み変化率が１０％以上という、変形が非常に生じやすい環境であるにもかかわらず、負極３０の角部近傍に位置する三角形領域が切り欠かれていることから、充放電に伴う亀裂などの変形を抑制することが可能となる。
【００５２】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００５３】
１０    セパレータ
２０    正極
２２    正極集電体
２４    正極活物質層
３０    負極
３２    負極集電体
３４    負極活物質層
４０    積層体
５０    ケース
５２    金属箔
５４    高分子膜
６０、６２    リード
１００    非水電解質二次電池
Ａ１〜Ａ４    領域
Ｃ１〜Ｃ４    交点（角部）
Ｆ    亀裂
Ｌ１〜Ｌ５    辺
Ｐ１ｘ，Ｐ１ｙ，Ｐ２ｘ，Ｐ２ｙ，Ｐ３ｘ，Ｐ３ｙ，Ｐ４ｘ，Ｐ４ｙ    点
Ｔ    三角形領域
ＶＬ１〜ＶＬ４    線
Ｗｘ，Ｗｙ    距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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