(57)【要約】【課題】一般的なリチウム二次電池と比べて大幅に重量エネルギー密度が高められたリチウム二次電池において、熱による電極組立体の劣化を抑制する。【解決手段】リチウム二次電池１は、正極１０と負極２０がセパレータ３０を介して交互に積層された構造を有し、重量エネルギー密度が２５０Ｗｈ／Ｋｇ以上であるリチウム二次電池を構成する電極組立体Ｃと、電極組立体Ｃの表面に設けられた排熱層５１，５２とを備える。重量エネルギー密度が２５０Ｗｈ／Ｋｇ以上であるリチウム二次電池を構成する電極組立体Ｃは、一般的なリチウム二次電池と比べると、中心部の発熱が非常に大きい。しかしながら、リチウム二次電池１は、電極組立体Ｃの表面に排熱層５１，５２が設けられていることから、電極組立体Ｃの中心部と排熱層５１，５２の間の熱勾配が大きくなり、電極組立体Ｃの中心部に籠もる熱を効率よく外部に放熱することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体及びその表面に形成された正極活物質層を含む正極と、負極集電体及びその表面に形成された負極活物質層を含む負極が、セパレータを介して交互に積層された構造を有し、重量エネルギー密度が２５０Ｗｈ／Ｋｇ以上であるリチウム二次電池を構成する電極組立体と、
前記電極組立体の表面に設けられた排熱層と、を備えることを特徴とするリチウム二次電池。
【請求項２】
前記電極組立体及び排熱層を収容する外装体をさらに備え、
前記排熱層は、前記電極組立体と前記外装体の間に位置することを特徴とする請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項３】
前記排熱層は、前記正極又は負極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のリチウム二次電池。
【請求項４】
前記電極組立体の重量エネルギー密度が２８０Ｗｈ／Ｋｇ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のリチウム二次電池。
【請求項５】
前記負極活物質層は、負極活物質として、シリコン（Ｓｉ）、スズ（Ｓｎ）、リチウム（Ｌｉ）及びこれらの酸化物の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のリチウム二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はリチウム二次電池に関し、特に、負極活物質としてシリコン（Ｓｉ）、スズ（Ｓｎ）、リチウム（Ｌｉ）又はこれらの酸化物を用いることによって重量エネルギー密度が高められたリチウム二次電池に関する。
【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）。
【０００４】
リチウム二次電池は、セパレータを介して正極と負極が交互に積層された構造をしているため、電極組立体の中心部では熱が籠り易く、劣化が促進されやすいという問題があった。このため、熱による劣化を低減すべく、導電助剤比率の増加や、電極の薄膜化等の手段により電極抵抗を下げ、発熱を抑制する試みがなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５３１９６１３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】
【０００６】
しかしながら、近年においては、よりいっそうの高エネルギー密度化が求められており、これを実現するためには、導電助剤比率の低減や、電極の厚膜化が必要である。つまり、発熱の抑制と高エネルギー密度化はトレードオフの関係にあり、両者を同時に満足することは容易ではない。
【０００７】
特に、負極活物質としてグラファイトを用いる一般的なリチウム二次電池と比べ、負極活物質としてシリコン（Ｓｉ）、スズ（Ｓｎ）、リチウム（Ｌｉ）又はこれらの酸化物を用いることによって重量エネルギー密度が２５０Ｗｈ／Ｋｇ以上に高められたリチウム二次電池は、充放電による膨張収縮量が大きく、これに伴う発熱が大きい。このような発熱は材料由来である為、導電助剤比率の増加や、電極の薄膜化といった従来の方法では、発熱を十分に抑制することが困難である。
【０００８】
したがって、本発明は、一般的なリチウム二次電池と比べて大幅に重量エネルギー密度が高められたリチウム二次電池において、熱による電極組立体の劣化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によるリチウム二次電池は、正極集電体及びその表面に形成された正極活物質層を含む正極と、負極集電体及びその表面に形成された負極活物質層を含む負極が、セパレータを介して交互に積層された構造を有し、重量エネルギー密度が２５０Ｗｈ／Ｋｇ以上のリチウム二次電池を構成する電極組立体と、電極組立体の表面に設けられた排熱層とを備えることを特徴とする。
【００１０】
重量エネルギー密度が２５０Ｗｈ／Ｋｇ以上のリチウム二次電池を構成する電極組立体は、一般的なリチウム二次電池と比べると、中心部の発熱が非常に大きい。しかしながら、本発明によるリチウム二次電池は、電極組立体の表面に排熱層が設けられていることから、電極組立体の中心部と排熱層の間の熱勾配が大きくなり、これにより、電極組立体の中心部に籠もる熱を効率よく外部に放熱することが可能となる。
【００１１】
本発明によるリチウム二次電池は、電極組立体及び排熱層を収容する外装体をさらに備え、排熱層は、電極組立体と外装体の間に位置するものであっても構わない。これによれば、電極組立体によって生じた熱を排熱層を介して外装体に効率よく放熱することが可能となる。
【００１２】
本発明において、排熱層は、正極又は負極と電気的に接続されていても構わない。これによれば、排熱層と正極又は負極の電気的パスを介した熱伝導が生じることから、排熱性をより高めることが可能となる。
【００１３】
本発明において、リチウム二次電池の重量エネルギー密度は２８０Ｗｈ／Ｋｇ以上であっても構わない。この場合、電極組立体の充放電に伴う発熱はより大きくなるため、排熱層を設ける効果はより大きくなる。
【００１４】
本発明において、負極活物質層は、負極活物質としてシリコン（Ｓｉ）、スズ（Ｓｎ）、リチウム（Ｌｉ）及びこれらの酸化物の少なくとも一つを含むものであっても構わない。これによれば、２５０Ｗｈ／Ｋｇ以上の重量エネルギー密度を実現することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
このように、本発明によれば、一般的なリチウム二次電池と比べて大幅に重量エネルギー密度が高められたリチウム二次電池において、熱による電極組立体の劣化を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態によるリチウム二次電池１の模式的な断面図である。
【図２】図２（ａ）は正極１０の構造を示す模式的な断面図であり、図２（ｂ）は負極２０の構造を示す模式的な断面図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態によるリチウム二次電池２の模式的な断面図である。
【図４】図４は、本発明の第３の実施形態によるリチウム二次電池３の模式的な断面図である。
【図５】図５は、本発明の第４の実施形態によるリチウム二次電池４の模式的な断面図である。
【図６】図６は、本発明の第５の実施形態によるリチウム二次電池５の模式的な断面図である。
【図７】図７（ａ）は正極１０ａの構造を示す模式的な断面図であり、図７（ｂ）は負極２０ａの構造を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態によるリチウム二次電池１の模式的な断面図である。
【００１９】
図１に示すように、第１の実施形態によるリチウム二次電池１は、電極組立体Ｃと、電極組立体Ｃを密閉した状態で収容する外装体４０と、外装体４０から導出された一対の端子電極４１，４２とを備えている。また図示されていないが、外装体４０内には電極組立体Ｃとともに非水電解液が封入されている。
【００２０】
電極組立体Ｃは、正極１０と負極２０がセパレータ３０を介して交互に積層された構造を有している。図１に示す例では、３つの正極１０と３つの負極２０が積層されているが、正極１０及び負極２０の数についてはこれに限定されるものではない。また、正極１０の数と負極２０の数が同じである必要もない。
【００２１】
さらに、電極組立体Ｃを構成する最外層の正極１０又は負極２０は、排熱層５１，５２で覆われている。図１に示す例では、電極組立体Ｃの一方の最外層は正極１０によって構成されており、電極組立体Ｃの他方の最外層は負極２０によって構成されている。そして、最外層の正極１０と外装体４０との間に第１の排熱層５１が設けられ、最外層の負極２０と外装体４０との間に第２の排熱層５２が設けられている。
【００２２】
図２（ａ）は正極１０の構造を示す模式的な断面図であり、図２（ｂ）は負極２０の構造を示す模式的な断面図である。
【００２３】
図２（ａ）に示すように、正極１０は、板状（膜状）の正極集電体１１と、その両面に形成された正極活物質層１２からなる。
【００２４】
正極集電体１１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。正極集電体１１は、図１に示す端子電極４１に共通に接続される。
【００２５】
正極活物質層１２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１２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１２における正極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１２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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
正極活物質層１２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１２は正極導電助剤を含んでいなくても構わない。
【００３０】
正極活物質層１２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１１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。
【００３１】
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。
【００３２】
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、正極バインダーが正極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。
【００３３】
図２（ｂ）に示すように、負極２０は、板状（膜状）の負極集電体２１と、その両面に形成された負極活物質層２２からなる。
【００３４】
負極集電体２１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。負極集電体２１は、図１に示す端子電極４２に共通に接続される。負極活物質層２２は、負極活物質、負極導電助剤及び負極バインダーを含む。
【００３５】
負極活物質は、シリコン（Ｓｉ）、スズ（Ｓｎ）、リチウム（Ｌｉ）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や炭素材料粒子等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。
【００３６】
負極導電助剤としては、正極活物質層１２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。
【００３７】
負極バインダーは、正極活物質層１２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。
【００３８】
このような構成を有する正極１０及び負極２０は、セパレータ３０を介して交互に積層される。そして、充電時においては、正極１０からセパレータ３０を介してリチウムイオンが移動し、これにより、負極活物質にリチウムが吸蔵され、或いは、負極集電体２１の表面にリチウム金属が析出する。一方、放電を進めると、負極活物質の粒子からリチウムが放出され、或いは、負極集電体２１に析出したリチウム金属が溶解し、セパレータ３０を介してリチウムイオンが正極１０に移動する。
【００３９】
セパレータ３０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３０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】
外装体４０は、電極組立体Ｃ及び非水電解液を密封するものである。外装体４０は、非水電解液の外部への漏出や、外部からのリチウム二次電池１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。例えば、金属箔を２枚の高分子膜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外装体４０として利用できる。この場合、金属箔としては例えばアルミ箔を用いることができ、高分子膜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。
【００４１】
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。 
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
本実施形態によるリチウム二次電池１は、負極活物質として、シリコン（Ｓｉ）、スズ（Ｓｎ）、リチウム（Ｌｉ）又はこれらの酸化物を用いていることから、負極活物質としてグラファイトを用いる一般的なリチウム二次電池とは異なり、２５０Ｗｈ／Ｋｇ以上の重量エネルギー密度を得ることができる。さらに、導電助剤比率の低減や、電極の厚膜化を行えば、２８０Ｗｈ／Ｋｇ以上の重量エネルギー密度を得ることも可能である。
【００４６】
重量エネルギー密度が２５０Ｗｈ／Ｋｇ以上である電極組立体Ｃは、負極活物質としてグラファイトを用いる一般的なリチウム二次電池と比べると、中心部の発熱が非常に大きい。この点を考慮し、本実施形態によるリチウム二次電池１は、電極組立体Ｃと外装体４０の間に排熱層５１，５２を配置している。
【００４７】
排熱層５１，５２は、正極集電体１１及び負極集電体２１と同様、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。但し、高い熱伝導性を確保すべく、排熱層５１，５２の表面には正極活物質層１２や負極活物質層２２と同様の材料が形成されていないことが好ましい。つまり、排熱層５１，５２としては、正極１０又は負極２０と同じ構造を有するもの用いるのではなく、仮に、正極集電体１１及び負極集電体２１と同じ金属箔または金属薄板を用いる場合であっても、その表面に正極活物質層１２や負極活物質層２２が形成されていないものを用いることが好ましい。
【００４８】
排熱層５１，５２の材料は、正極集電体１１又は負極集電体２１の材料と同じであっても構わないし、異なっていても構わない。排熱層５１，５２の平面サイズについても、正極集電体１１又は負極集電体２１の平面サイズと同じであっても構わないし、異なっていても構わない。また、排熱層５１，５２の厚みは、正極集電体１１又は負極集電体２１の厚みと同じであっても構わないし、異なっていても構わない。特に、排熱層５１，５２の厚みを正極集電体１１又は負極集電体２１の厚みよりも厚くすれば、排熱効率をより高めることが可能となる。
【００４９】
このように、本実施形態によるリチウム二次電池１は、電極組立体Ｃの表面に排熱層が設けられていることから、電極組立体Ｃの中心部と排熱層５１，５２の間の熱勾配が大きくなる。これにより、電極組立体Ｃの中心部に籠もる熱が効率よく外部に放熱されることから、熱による電極組立体Ｃの劣化を抑制することが可能となる。
【００５０】
＜第２の実施形態＞
図３は、本発明の第２の実施形態によるリチウム二次電池２の模式的な断面図である。
【００５１】
図３に示すように、第２の実施形態によるリチウム二次電池２は、排熱層５１，５２が電極組立体Ｃ及び外装体４０と接している点において、第１の実施形態によるリチウム二次電池１と相違している。その他の構成は、第１の実施形態によるリチウム二次電池１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５２】
本実施形態が例示するように、本発明においては、排熱層と電極組立体及び外装体が接していても構わない。これによれば、電極組立体の内部の熱が排熱層を介して効率よく外装体に放熱される。
【００５３】
＜第３の実施形態＞
図４は、本発明の第３の実施形態によるリチウム二次電池３の模式的な断面図である。
【００５４】
図４に示すように、第３の実施形態によるリチウム二次電池２は、排熱層５１，５２と外装体４０の間に密着層６１，６２が設けられている点において、第２の実施形態によるリチウム二次電池２と相違している。その他の構成は、第２の実施形態によるリチウム二次電池２と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５５】
本実施形態が例示するように、本発明において、排熱層と電極組立体の間に密着層などの別の層が介在していても構わない。
【００５６】
＜第４の実施形態＞
図５は、本発明の第４の実施形態によるリチウム二次電池４の模式的な断面図である。
【００５７】
図５に示すように、第４の実施形態によるリチウム二次電池２は、排熱層５１，５２がそれぞれ端子電極４１，４２に電気的に接続されている点において、第３の実施形態によるリチウム二次電池３と相違している。その他の構成は、第３の実施形態によるリチウム二次電池３と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５８】
本実施形態によれば、排熱層５１と正極１０の電気的パスを介した熱伝導が生じるとともに、排熱層５２と負極２０の電気的パスを介した熱伝導が生じる。これにより、電極組立体Ｃから排熱層５１，５２への排熱性をより高めることが可能となる。
【００５９】
＜第５の実施形態＞
図６は、本発明の第５の実施形態によるリチウム二次電池５の模式的な断面図である。
【００６０】
図６に示すように、第５の実施形態によるリチウム二次電池２は、最外層の正極１０ａを構成する正極集電体１１が排熱層５１と接し、最外層の負極２０ａを構成する負極集電体２１が排熱層５２と接している点において、第２の実施形態によるリチウム二次電池２と相違している。その他の構成は、第２の実施形態によるリチウム二次電池２と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６１】
図７（ａ）は正極１０ａの構造を示す模式的な断面図であり、図７（ｂ）は負極２０ａの構造を示す模式的な断面図である。
【００６２】
図７（ａ）に示すように、最外層に位置する正極１０ａは、正極集電体１１とその一方の表面に形成された正極活物質層１２からなり、正極集電体１１の他方の表面１１ａは正極活物質層１２で覆われることなく露出している。図７（ｂ）に示すように、最外層に位置する負極２０ａは、負極集電体２１とその一方の表面に形成された負極活物質層２２からなり、負極集電体２１の他方の表面２１ａは負極活物質層２２で覆われることなく露出している。
【００６３】
そして、本実施形態においては、正極集電体１１の他方の表面１１ａが排熱層５１と接し、負極集電体２１の他方の表面２１ａが排熱層５２と接している。本実施形態によれば、充放電に寄与しない正極活物質層１２及び負極活物質層２２が削除されていることから、重量エネルギー密度がより高められるとともに、排熱層５１，５２を介した放熱特性がより高められる。
【００６４】
本発明の第１から第５の実施形態では、排熱層５１，５２を介した放熱特性の他、副次的な効果が認められた。重量エネルギー密度が２５０Ｗｈ／Ｋｇ以上であるリチウム二次電池を構成する電極組立体においては、負極活物質層２２の大きな膨張収縮が認められるところ、この膨張収縮は負極活物質層２２を構成する活物質や導電助材等の粒子の脱離を招く場合がある。こうした粒子が負極表面にとどまった場合、金属リチウムの異常成長の起点となる場合がある。本発明の第１から第５の実施形態では、排熱層５１，５２を用いないリチウム二次電池の場合に比べ、金属リチウムの異常成長が著しく少ないことが認められた。この効果は、排熱層５１，５２とセパレータ３０との間、もしくは排熱層５１，５２と外装体４０との間に、脱離した活物質や導電助材等の粒子が捕獲されるためではないかと考えられる。
【００６５】
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】
【００６６】
１〜５    リチウム二次電池
１０，１０ａ    正極
１１    正極集電体
１１ａ    正極集電体の表面
１２    正極活物質層
２０，２０ａ    負極
２１    負極集電体
２１ａ    負極集電体の表面
２２    負極活物質層
３０    セパレータ
４０    外装体
４１，４２    端子電極
５１，５２    排熱層
６１，６２    密着層
Ｃ    電極組立体
【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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