(57)【要約】【課題】電荷担体となるイオンの負極上での偏りを抑制する二次電池を提供する。【解決手段】正極合剤１２が正極集電体１１に塗工されてなる正極１０と、負極合剤２２が負極集電体２１に塗工されてなる負極２０と、正極１０と負極２０との間に介装されたセパレータ３０と、を備え、負極合剤２２の塗工面積は、正極合剤１２の塗工面積に比して大きい二次電池であって、負極２０の負極合剤２２には、負極２０における負極合剤２２の塗工面から負極集電体２１にかけて、スリット２３・２３が設けられ、スリット２３・２３は、正極１０と負極２０とセパレータ３０とが積層された状態で、負極合剤２２における正極合剤１２の外周に位置する部分に配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極合剤が正極集電体に塗工されてなる正極と、
負極合剤が負極集電体に塗工されてなる負極と、
前記正極と前記負極との間に介装されたセパレータと、を備え、
前記負極合剤の塗工面積は、前記正極合剤の塗工面積に比して大きい二次電池であって、
前記負極の負極合剤には、前記負極における負極合剤の塗工面から前記負極集電体にかけて負極合剤を除去した、第一スリットが設けられ、
前記第一スリットは、前記正極と前記負極と前記セパレータとが積層された状態で、前記負極合剤における前記正極合剤の外周に位置する部分に配置される二次電池。
【請求項２】
前記負極の負極合剤には、前記第一スリットよりも外側に、前記負極における負極合剤の塗工面から前記負極集電体にかけて、第二スリットが設けられる請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記負極の負極合剤には、前記第一スリットよりも内側に、前記負極における負極合剤の塗工面から前記負極集電体にかけて、第三スリットが設けられる請求項１又は請求項２に記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池に関し、特に正極に比して面積の大きい負極を有するリチウムイオン二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、二次電池としては、シート状に形成された正極と負極とをセパレータを介して積層して構成される電極群を捲回した状態でケース内に収容したものがある。このような捲回型の二次電池においては、主として電極を捲回する時に、対向する正極と負極との間にズレが生じて、充電時にデンドライトが生成される等の問題があったため、ズレを考慮して正極に比して面積の大きい負極が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、図４に示すように、正極１１０に比して面積の大きい負極１２０を有する二次電池は、負極１２０内におけるリチウムイオンのような電荷担体となるイオンＰが、負極１２０に対向する正極１１０の面積よりも広がってしまい、負極１２０でイオンの偏りが生じる。
よって、負極１２０で電位ムラが発生するため、電位の高い部分は熱暴走温度が低く、発熱量が大きくなり、それに伴って負極１２０の部位ごとで安全性にバラツキが生じる。
また、正極１１０と負極１２０との間でＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）にもズレが発生し、対向する正極１１０と負極１２０とにおけるＳＯＣが部位によって異なり、それに伴って電池全体としての容量が悪化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−５０９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、電荷担体となるイオンの負極上での偏りを抑制する二次電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１においては、正極合剤が正極集電体に塗工されてなる正極と、負極合剤が負極集電体に塗工されてなる負極と、前記正極と前記負極との間に介装されたセパレータと、を備え、前記負極合剤の塗工面積は、前記正極合剤の塗工面積に比して大きい二次電池であって、前記負極の負極合剤には、前記負極における負極合剤の塗工面から前記負極集電体にかけて負極合剤を除去した、第一スリットが設けられ、前記第一スリットは、前記正極と前記負極と前記セパレータとが積層された状態で、前記負極合剤における前記正極合剤の外周に位置する部分に配置されるものである。
【０００７】
請求項２においては、前記負極の負極合剤には、前記第一スリットよりも外側に、前記負極における負極合剤の塗工面から前記負極集電体にかけて、第二スリットが設けられるものである。
【０００８】
請求項３においては、前記負極の負極合剤には、前記第一スリットよりも内側に、前記負極における負極合剤の塗工面から前記負極集電体にかけて、第三スリットが設けられるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電荷担体となるイオンの負極上での偏りを抑制することが可能となる。したがって、負極での電位ムラや、正極と負極との間でのＳＯＣのズレを防止することができ、二次電池の安全性が向上すると共に、電池容量の悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る二次電池の電極群を示す概略図。
【図２】本発明の一実施形態に係る二次電池の別形態を示す概略図。
【図３】本発明の一実施形態に係る二次電池の別形態を示す概略図。
【図４】従来の二次電池の電極群を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る二次電池は、主に正極１０、負極２０、及びセパレータ３０から構成されたリチウムイオン二次電池やニッケル・水素蓄電池等の二次電池である。
前記二次電池は、具体的には、正極１０と負極２０とを、セパレータ３０を介装しつつ積層して電極群４０とし、電極群４０を捲回して金属缶や金属樹脂複合フィルム等の容器に収納した後、電解液を含浸させて構成されている。
なお、以下では、図示における左右方向を電極群４０の「幅方向」とし、この「幅方向」に奥行方向に直交する方向を電極群４０の「捲回方向」として説明する。
【００１２】
正極１０は、二次電池に用いられる正極であり、金属箔である正極集電体１１の表面に、ダイコータ等の塗工装置を用いてペースト状の正極合剤１２を塗布し、乾燥させた後、ロールプレス等の所定の処理を経て形成される。
正極集電体１１は、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼等の金属箔からなる集電体である。
正極合剤１２は、粉末状の正極活物質を導電助剤や結着剤等と共に分散溶媒で混練したペースト状の電極合剤である。
【００１３】
負極２０は、二次電池に用いられる負極であり、正極１０に比して大きい面積を有する。負極２０は、正極１０と同様に、金属箔である負極集電体２１の表面に、ダイコータ等の塗工装置を用いてペースト状の負極合剤２２を塗布し、乾燥させた後、ロールプレス等の所定の処理を経て形成される。
負極集電体２１は、銅、ニッケル、ステンレス鋼等の金属箔からなる集電体である。
負極合剤２２は、粉末状の負極活物質を導電助剤や結着剤等と共に分散溶媒で混練したペースト状の電極合剤である。
【００１４】
セパレータ３０は、正極１０と負極２０との間に介在し、それらを離間させる絶縁体である。セパレータ３０は、ポリオレフィン樹脂等の多孔性材料からなり、電荷担体となるイオンＰがセパレータ３０を介して正極１０と負極２０との間を移動可能とすることでイオン導電性を保持している。
【００１５】
電極群４０は、正極１０における正極合剤１２の塗工面と負極２０における負極合剤２２の塗工面とがセパレータ３０を介して対向した状態で、正極１０と負極２０とセパレータ３０とが積層されてなる充放電要素である。
【００１６】
以下では、本発明の一実施形態に係る二次電池における負極２０の構造についてより詳細に説明する。
【００１７】
図１に示すように、負極２０は、正極１０よりも大きい面積を有する。詳細には、負極２０における負極集電体２１への負極合剤２２の塗工幅（幅方向の塗工長さ）が、正極１０における正極集電体１１への正極合剤１２の塗工幅よりも大きく形成されており、負極集電体２１への負極合剤２２の塗工面積は、正極１０における正極集電体１１への正極合剤１２の塗工面積に比して大きくなっている。ただし、正極合剤１２及び負極合剤２２の捲回方向の長さは等しいものとする。
【００１８】
負極２０の負極合剤２２には、捲回方向に沿ってスリット２３・２３が設けられ、正極１０と負極２０とセパレータ３０とが積層された状態で、負極合剤２２における正極合剤１２の外周に位置する部分、つまり正極合剤１２の幅方向における両端部に位置する部分（図１における破線Ｌ・Ｒで示す位置）にそれぞれ配置される。換言すれば、正極１０における正極合剤１２の塗工面積と、それに対向する負極２０における負極合剤２２のスリット２３・２３によって囲まれた部分の面積とが略同じになるようにスリット２３・２３が設けられる。
【００１９】
スリット２３は、正極合剤１２の幅方向における両端部に位置する部分（図１における破線Ｌ・Ｒで示す位置）に、負極２０における負極合剤２２の塗工面（セパレータ３０側の面）から負極集電体２１に至るまで矩形状に形成された切込みである。つまり、負極集電体２１上において、スリット２３・２３が形成される箇所には負極合剤２２が存在しない。このように、負極合剤２２では、スリット２３・２３によってイオンＰの通過が遮断される。
スリット２３は、負極集電体２１に負極合剤２２を塗布した後に針状の部材を用いて負極合剤２２に切込みを入れたり、負極集電体２１に負極合剤２２を間欠的に塗布したり等して形成される。
【００２０】
以上のように、負極２０の負極合剤２２に、スリット２３・２３を設けている。つまり、スリット２３・２３を設けることによって、負極２０が正極１０と比して大きい面積を有する場合でも、正極１０における正極合剤１２の塗工面積と、正極１０の正極合剤１２に対向する負極２０における負極合剤２２の塗工面積とを同程度にしている。
これにより、イオンＰがスリット２３を越えて移動することができず、負極２０で対向する正極１０における正極合剤１２の塗工面積よりも広がることがないため、負極２０でのイオンＰの偏りを抑制することが可能となる。
したがって、負極２０での電位ムラや、正極１０と負極２０との間でのＳＯＣのズレを防止することができ、前記二次電池の安全性が向上すると共に、電池容量の悪化を防止することができる。
【００２１】
また、図２に示すように、負極２０における負極合剤２２のスリット２３・２３よりも幅方向外側に所定の間隔をあけて、第二スリットとしてスリット２４・２４を更に設ける構成としてもよい。
スリット２４は、スリット２３と略同様に形成された切込みであって、スリット２３が形成されている部分は負極合剤２２が除去されており、負極２０における負極合剤２２の塗工面（セパレータ３０側の面）から負極集電体２１に至るまで矩形状に形成されている。
【００２２】
これにより、例えば、電極群４０を捲回する時、正極１０が負極２０に対して幅方向の一側（図２に示す矢印方向）にズレた場合であっても、破線Ｌで示す部分に位置するスリット２３よりも幅方向外側（正極１０のズレ方向）にスリット２４が設けられているので、スリット２３よりも幅方向外側における負極２０でのイオンＰの拡散をスリット２３とスリット２４との間に留めることができ、イオンＰの偏りを抑制することが可能となり、正極１０のズレが生じていない場合と略同様に負極２０の正極１０に対向する部分でのイオンＰの偏りを抑制することが可能となる。
また、正極１０が負極２０に対して幅方向の他側（図２に示す矢印方向と逆方向）にズレた場合でも、破線Ｒで示す部分に位置するスリット２３よりも幅方向外側（正極１０のズレ方向）にスリット２４が設けられているので、図２に示す矢印方向に正極１０がズレた場合と同様の効果を奏する。
【００２３】
また、更に、図３に示すように、負極２０における負極合剤２２のスリット２３・２３よりも幅方向内側に所定の間隔をあけて、第三スリットとしてスリット２５・２５を設ける構成としてもよい。
スリット２５は、スリット２３と略同様に形成された切込みであり、負極２０における負極合剤２２の塗工面（セパレータ３０側の面）から負極集電体２１に至るまで矩形状に形成されている。
【００２４】
これにより、例えば、電極群４０を捲回する時、正極１０が負極２０に対して幅方向の一側（図３に示す矢印方向）にズレた場合であっても、破線Ｒで示す部分に位置するスリット２３よりも幅方向内側（正極１０のズレ方向）にスリット２５が設けられているので、スリット２３よりも幅方向内側における負極２０でのイオンＰの偏りを抑制することが可能となり、更に負極２０の正極１０に対向する部分でのイオンＰの拡散をスリット２５・２５間で留めることができ、イオンＰの偏りを抑制することが可能となる。
また、正極１０が負極２０に対して幅方向の他側（図２に示す矢印方向と逆方向）にズレた場合でも、破線Ｌで示す部分に位置するスリット２３よりも幅方向内側（正極１０のズレ方向）にスリット２５が設けられているので、図３に示す矢印方向に正極１０がズレた場合と同様の効果を奏する。
【００２５】
なお、スリット２４・２５の位置は、電極群４０を捲回する時に生じるズレを考慮して設定される。具体的には、予想される正極１０と負極２０とのズレの分だけスリット２３から間隔をあけて外側にスリット２４、内側にスリット２５が配置される。
【００２６】
以上のように、負極２０の負極合剤２２に、更にスリット２４・２４や、スリット２５・２５を設ける、つまり、負極合剤２２の幅方向に複数のスリットを形成することで、正極１０と負極２０とのズレが生じた場合であっても、正極１０と負極２０とのズレが生じていない場合におけるスリット２３・２３の効果と略同様の効果を奏し、電極群４０を捲回する時に生じる正極１０と負極２０とのズレを吸収することができる。
【００２７】
なお、スリット２３・２４・２５の幅方向の長さは、イオンＰの通過を遮断でき、かつスリット２３・２４・２５にデンドライトが生成されるといった悪影響が生じない程度に設定される。
また、スリット２３・２４・２５の形状は、本実施形態においては矩形状に形成したが、Ｖ字状や半楕円状等、イオンＰの通過を遮断でき、かつスリット２３・２４・２５にデンドライトが生成されるといった悪影響が生じなければ、その形状を限定しない。
【００２８】
また、本実施形態においては、正極合剤１２及び負極合剤２２の捲回方向の長さは等しいものとしたが、正極合剤１２の捲回方向の長さよりも負極合剤２２の捲回方向の長さが大きい場合は、正極１０と負極２０とセパレータ３０とが積層された状態で、負極合剤２２における正極合剤１２の外周に位置する部分に全周にわたってスリット２３が設けられる。そして、予想される正極１０と負極２０とのズレの分だけスリット２３から間隔をあけて外側にスリット２４、内側にスリット２５が、スリット２３と平行するように設けられる。
【符号の説明】
【００２９】
Ｐ    イオン
１０  正極
１１  正極集電体
１２  正極合剤
２０  負極
２１  負極集電体
２２  負極合剤
２３  スリット（第一スリット）
２４  スリット（第二スリット）
２５  スリット（第三スリット）
３０  セパレータ
４０  電極群
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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