(57)【要約】【課題】電池容量の低下を抑制しながら、積層電極体をズレなく強固に固定することが可能な積層式電池を提供すること。【解決手段】積層式電池の積層電極体１０において、電極反応に実質的に利用されやすい活性領域Ｈ１から逸脱する低活性領域Ｎ１に、正極板１および負極板２を積層方向に貫通する積層ズレ防止用の貫通部３１、３２を設け、この貫通部３１、３２で積層電極体１０を固定することにより、電極反応に十分に利用されることが少ない低活性領域Ｎ１を有効に利用するようにする。【選択図】      図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板とをセパレータを介して交互に積層してなる積層電極体を備える積層式電池であって、
前記積層電極体において、電極反応に実質的に利用されやすい活性領域から逸脱する領域に、前記正極板および前記負極板を積層方向に貫通する積層ズレ防止用の貫通部が設けられ、この貫通部で前記積層電極体が固定されていることを特徴とする積層式電池。
【請求項２】
電流値が６．０Ｉｔ以上のハイレートで充放電されるものである、請求項１に記載の積層式電池。
【請求項３】
前記貫通部が、正極板および負極板とともにセパレータを積層方向に貫通し、該貫通部に不導体よりなる貫通部材を貫通させるように配置することにより積層電極体が固定されている、請求項１または請求項２に記載の積層式電池。
【請求項４】
前記貫通部がセパレータを貫通しておらず、該貫通部を挟むように位置するセパレータ同士を該貫通部内で溶着することにより積層電極体が固定されている、請求項１または請求項２に記載の積層式電池。
【請求項５】
正極板と負極板とをセパレータを介して交互に積層してなる積層電極体を備える積層式電池の製造方法であって、
前記正極板、負極板およびセパレータの一枚ごとに、電極反応に実質的に利用されやすい活性領域から逸脱する領域に、前記正極板、負極板およびセパレータを積層方向に貫通する積層ズレ防止用の貫通部をそれぞれ設け、この貫通部に位置決めボスを挿通するようにして前記正極板、負極板およびセパレータを位置合せして積層することを特徴とする積層式電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット、電気自動車などに使用される大容量でハイレート特性を有する積層式電池に関し、特に、積層枚数が多く、多数の正負極板の積層を必要とし、かつ電池に振動が加わりやすい動力用のリチウムイオン電池に関する。
また、本発明は、積層式電池の製造方法に関し、特に、積層電極体を容易かつ正確に位置決めして積層する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばロボットや電気自動車等の電源は、大容量でハイレート特性を有すること等が要望される。このような要望を満足するものとして、近年、高エネルギー密度を有するリチウムイオン電池が注目されている。このリチウムイオン電池の構造として、正極板および負極板をセパレータを介して交互に積層してなる積層電極体を外装体に収容した、積層式電池と称されるものがある。
【０００３】
上記のような大容量でハイレートでの充放電を必要とする動力用の積層式電池は、振動により積層ズレが生じやすいため、多数枚の正負極板およびセパレータを積層した積層電極体を強固に固定する必要がある。積層電極体の周縁部をテープで固定することもなされているが、この方法ではテープの粘着剤が電解液等に接触することにより粘着性を喪失しやすいため、積層電極体を確実に固定した状態に保持しておく上で難点があり、さらに、テープの外形がラミネートよりなる外装体の表面に表れて見栄えが損なわれやすいといった問題もある。また、電池を製造する段階においても、積層電極体を正確に位置合せしてズレなく積層する必要があるが、この作業は難しく手間も要するものとなっている。
【０００４】
そこで、特許文献１ないし特許文献２では、積層電極体に貫通孔を形成し、該貫通孔に円柱状の貫通部材ないしピンを貫通させるように配置することにより電極体を固定するようにしている。
【０００５】
また、特許文献３では、セパレータの周縁部を電極板よりも外側へ張り出すようにし、該周縁部を互いに固着することにより電極体を固定するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３４０２６５号公報
【特許文献２】特開２００２−２４６００７号公報
【特許文献３】特開平１０−６４５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記特許文献１および特許文献２では、貫通部材ないしピンを貫通させる位置を、電極体の中央部（特許文献１）ないし集電端子に近接する端部（特許文献２）としているが、これらの位置の活物質は充放電反応に高い割合で利用されており、このような位置に貫通部材ないしピンを貫通させるようにすると、当該部位には活物質が存在しないこととなり、したがって電極の容量を低下させることとなってしまう。
【０００８】
一方、特許文献３では、セパレータ同士を固着させるようにしているため貫通部材やピンは不要となっているが、セパレータの周縁部を電極板よりも外側へ張り出すようにしているから、電極板が小サイズとなり、セパレータの固着箇所に相当する部位には極板が存在しない構造となるため、その分電池容量が低下することとなる。
【０００９】
したがって、本発明は、電池容量の低下を抑制しながら、積層電極体をズレなく強固に固定することが可能な積層式電池を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、積層電極体を容易かつ正確に位置決めして積層することができるとともに、電池容量の低下を抑制しながら、積層電極体をズレなく強固に固定することが可能な積層式電池の製造方法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】
【００１１】
上記目的を達成する為に、本発明に係る積層式電池は、
正極板と負極板とをセパレータを介して交互に積層してなる積層電極体を備える積層式電池であって、
前記積層電極体において、電極反応に実質的に利用されやすい活性領域から逸脱する領域に、前記正極板および前記負極板を積層方向に貫通する積層ズレ防止用の貫通部が設けられ、この貫通部で前記積層電極体が固定されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明において、「電極反応に実質的に利用されやすい活性領域」（以下、単に「活性領域」とも称す）とは、積層電極体において活物質が電極反応に実質的に利用されて電流が流れるように活性化されやすい領域を意味し、したがって、たとえ活物質が電極反応に利用されて電流が流れたとしても、その電流量が上記活性領域を流れる最大電流量の１／１０以下程度にとどまるような領域は、この活性領域から逸脱する領域（以下、「低活性領域」とも称す）に該当する。
【００１３】
また、「貫通部」とは、貫通孔の他、正極板および負極板を辺縁から切欠いた切欠き、正極板および負極板の隅部を切除した角落ち部等をいずれも含意する。
【００１４】
上記構成によれば、正極板および負極板において、貫通部の形成にともないこの貫通部の占有面積分の活物質が存在しないこととなっても、この貫通部の形成位置は活性領域から逸脱する領域すなわち低活性領域にあるため、電極反応には実質的に影響しない。換言すれば、電極反応に十分に利用されることが少ない低活性領域を有効に利用して貫通部が設けられている。したがって、この貫通部で積層電極体を固定することにより、電池容量の低下を抑制しながら、積層電極体をズレなく強固に固定することができる。
【００１５】
前記積層式電池が、電流値が６．０Ｉｔ以上のハイレートで充放電されるものであることが望ましい。
【００１６】
例えば電池が電流値１．０Ｉｔ程度の低レートで運転すなわち充放電されるものである場合には、積層電極体において電極反応に実質的に利用される部分の面積が比較的に大きく、したがって低活性領域は比較的に少ない。これに対し、電流値６．０Ｉｔ程度またはこれ以上のハイレートとなるほど、積層電極体においては正極端子から負極端子へ電流がより最短距離で流れようとする傾向が強くなるので、これにともない活性領域が狭小化していくとともに低活性領域が拡大していくこととなる。したがって、低活性領域に貫通部を設けるようにした本発明が特に好適に適用される。また、低活性領域が大となることで、それだけ貫通部の形成に適する領域が多大に確保されて該貫通部が形成しやすくなることともなる。
【００１７】
前記貫通部が、正極板および負極板とともにセパレータを積層方向に貫通し、該貫通部に不導体よりなる貫通部材を貫通させるように配置することにより積層電極体が固定されている構成としてもよい。
【００１８】
上記構成によれば、簡単な構成により容易かつ確実に積層電極体を固定することができる。また、貫通部が、正極板および負極板だけでなくセパレータも積層方向に貫通するものとなっていることで、該貫通部に位置決めボス等を挿通するようにして正極板、負極板およびセパレータを容易かつ正確に位置合せして積層することが可能となる。
【００１９】
前記貫通部がセパレータを貫通しておらず、該貫通部を挟むように位置するセパレータ同士を該貫通部内で溶着することにより積層電極体が固定されている構成としてもよい。
【００２０】
上記構成によれば、セパレータ自体が固定手段となることで、別に固定手段として貫通部材等を用意する必要がなく、その分部品点数を少なくして構成を簡潔化することができる。また、別体の固定手段を用いると、この固定手段が厚さ方向（積層方向）に多少とも突出し、ラミネートよりなる外装体の表面に表れて見栄えや納まり等が劣ることともなりやすいが、これに対し、上記のようにセパレータ同士を該貫通部内で溶着するようにすれば、厚さ方向に凹入することはあっても突出することはないので、ラミネートよりなる外装体の表面に表れることもなく、したがって見栄えや納まり等が損なわれることもない。
【００２１】
また、本発明に係る積層式電池の製造方法は、
正極板と負極板とをセパレータを介して交互に積層してなる積層電極体を備える積層式電池の製造方法であって、
前記正極板、負極板およびセパレータの一枚ごとに、電極反応に実質的に利用されやすい活性領域から逸脱する領域に、前記正極板、負極板およびセパレータを積層方向に貫通する積層ズレ防止用の貫通部をそれぞれ設け、この貫通部に位置決めボスを挿通するようにして前記正極板、負極板およびセパレータを位置合せして積層することを特徴とする。
【００２２】
本発明において、「位置決めボス」とは、積層部材（正極板、負極板およびセパレータ）の貫通部に挿入されて互いの位置を揃えるように規制するための突起のことであり、その形状は、貫通部に挿入し得るものであれば任意のものを含意し、例えば柱状、筒状、ピン状、片状等がいずれも含まれる。
【００２３】
積層式電池の作製においては、積層電極体の積層工程で正極板と負極板とをセパレータを介して交互に積層していく際に、これらの積層部材を互いにずれないように正確に位置合せしながら積層していくのが難しくて手間を要し、従来はコンピュータで制御しながら位置合せする等していたが、これに対し、上記のように積層ズレ防止用の貫通部に位置決めボスを挿通して位置合せするようにすることにより、大掛かりな装置や冶具等を要することもなく、正極板、負極板およびセパレータを容易に、かつ、ずれないよう正確に位置合せして積層することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の積層式電池によれば、積層電極体における低活性領域に積層ズレ防止用の貫通部を設け、この貫通部で積層電極体を固定するようにしたことにより、電池容量の低下を抑制しながら、積層電極体をズレなく強固に固定することが可能な積層式電池を得ることができる。
【００２５】
また、本発明の積層式電池の製造方法によれば、上述の積層ズレ防止用の貫通部に位置決めボスを挿通して位置合せするようにすることにより、簡単な位置合せ手段により、正極板、負極板およびセパレータを容易かつ正確に位置合せして積層することができ、したがって、電池容量の低下を抑制しながら、積層電極体をズレなく強固に固定することが可能な積層式電池を容易に効率よく作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の積層式電池の一部を示す図であって、同図（ａ）は正極の平面図、同図（ｂ）はセパレータの斜視図、同図（ｃ）は正極が内部に配置された袋状セパレータを示す平面図である。
【図２】本発明の積層式電池に用いる負極板の平面図である。
【図３】本発明の積層式電池に用いる積層電極体の分解斜視図である。
【図４】本発明の積層式電池に用いる積層電極体を貫通部で固定した状況を示す概略部分断面図である。
【図５】本発明の積層式電池に用いる積層電極体の平面図である。
【図６】正負極タブと正負極集電端子とを溶着した状態を示す平面図である。
【図７】本発明の積層式電池に用いる外装体に図６の積層電極体を挿入した状態の斜視図である。
【図８】本発明の積層式電池を用いてハイレートで充放電を繰り返した場合の電流分布を示す概念図である。
【図９】比較例の積層式電池に用いた積層電極体の平面図である。
【図１０】第２実施例に係る積層電極体を積層する状況を示す斜視図である。
【図１１】図１０の積層電極体を貫通部で固定した状況を示す概略部分断面図である。
【図１２】他の例に係る積層式電池を用いてハイレートで充放電を繰り返した場合の電流分布を示す概念図である。
【図１３】正負極タブおよび貫通部の配置の他の例を示す部分平面図である。
【図１４】他の例に係る積層電極体を貫通部で固定した状況を示す平面図である。
【図１５】図１４のＣ−Ｃ線部模式矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明を図面を参照しながら更に詳細に説明するが、本発明は以下の最良の形態になんら限定されるものではなく、その趣旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能なものである。
【００２８】
〔正極の作製〕
正極活物質としてのＬｉＣｏＯ２を９０質量％と、導電剤としてのカーボンブラックを５質量％と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを５質量％と、溶剤としてのＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶液とを混合して正極用スラリーを調製した後、この正極用スラリーを、正極集電体としてのアルミニウム箔（厚み：１５μｍ）の両面に塗布した。その後、溶剤を乾燥し、ローラーで厚み０.１ｍｍにまで圧縮した後、図１（ａ）に示すように、幅Ｌ１＝９５ｍｍおよび高さＬ２＝１１５ｍｍを有する矩形状となるように切断して、両面に正極活物質層１ａを有する正極板１を作製した。この際、正極板１における一方短辺（図１（a）における上辺）の一方端部（図１（a）における左端部）から、幅Ｌ３＝３０ｍｍおよび高さＬ４＝２０ｍｍを有する矩形状の活物質未塗布部を延出させて正極タブ１１とした。
【００２９】
〔負極の作製〕
負極活物質としての黒鉛粉末を９５質量％と、結着剤としてのポリフッ化ピニリデンを５質量％と、溶剤としてのＮＭＰ溶液とを混合して負極用スラリーを調製した後、この負極用スラリーを負極集電体としての銅箔(厚み：１０μｍ)の両面に塗布した。その後、溶剤を乾燥し、ローラーで厚み０．０８ｍｍにまで圧縮した後、図２に示すように、幅Ｌ７＝１００ｍｍおよび高さＬ８＝１２０ｍｍを有する矩形状となるように切断して、両面に負極活物質層２ａを有する負極板２を作製した。この際、負極板２における一方短辺（図２における上辺）の一方端部（図２における右端部）から、幅Ｌ９＝３０ｍｍおよび高さＬ１０＝２０ｍｍを有する矩形状の活物質未塗布部を延出させて負極タブ１２とした。
【００３０】
〔貫通部の形成〕
図１（ａ）に示すように、上記正極板１において、正極タブ１１形成側短辺と反対側の短辺（図１における下辺）の両端よりやや中心寄りの内側部（即ち図１（ａ）における右下および左下の各隅部の内側部）に、より具体的には、当該短辺からの距離Ｄ１＝５ｍｍ、両長辺からの距離Ｄ２＝５ｍｍの位置を中心として、直径５ｍｍの孔をそれぞれ穿設して、貫通部３１を形成した。
【００３１】
また、図２に示すように、上記負極板２において、負極タブ１２形成側短辺と反対側の短辺（図２における下辺）の両端よりやや中心寄りの内側部（即ち図２における右下および左下の隅部の内側部）に、より具体的には、当該短辺からの距離Ｄ３＝７．５ｍｍ、両長辺からの距離Ｄ４＝７．５ｍｍの位置を中心として、直径５ｍｍの孔をそれぞれ穿設して、貫通部３２を形成した。
【００３２】
〔正極板が内部に配置された袋状セパレータの作製〕
図１（ｂ）に示すように、幅Ｌ５＝１００ｍｍおよび高さＬ６＝１２０ｍｍを有する２枚の方形状のポリプロピレン（ＰＰ）製のセパレータ３ａ(厚み３０μｍ）の間に正極板１を配置した後、図１（ｃ）に示すように、セパレータ３ａの周辺部を融着部４で熱溶着して、正極板１が内部に収納・配置された袋状セパレータ３を作製した。
【００３３】
〔積層電極体の作製〕
上記正極板１が内部に配置された袋状セパレータ３を５０枚、負極板２を５１枚調製し、図３に示すように、該袋状セパレータ３と負極板２とを交互に積層した。その際、両端面部に負極板２が位置するようにし、また、この両端面部に配置した負極板２のさらに外側（図３における最上端面部および最下端面部）に、それぞれ上記セパレータ３ａと同形・同寸法のポリプロピレンシート３ｂを１枚ずつ配置した。ついで、図４にこの積層体の積層方向中央部の数枚のみを図示しそれ以外は省略して模式的に示すように、該積層体における袋状セパレータ３およびポリプロピレンシート３ｂ（図４では図示省略）を、正極板１および負極板２の貫通部３１、３２内で、両側から挟圧するように熱溶着して互いに接合し、これによりこの積層体を該貫通部３１、３２の位置で固定して、図５にも示す積層電極体１０を得た。
【００３４】
〔集電端子の溶接〕
図６に示すように、積層された正極タブ１１および負極タブ１２のそれぞれの延出端部に、幅３０ｍｍ、厚み０．５ｍｍのアルミニウム板よりなる正極集電端子１５ならびに幅３０ｍｍ、厚み０．５ｍｍの銅板よりなる負極集電端子１６を、それぞれ超音波溶接法により接合した。
【００３５】
〔外装体への封入〕
図７に示すように、あらかじめ電極体が設置できるように成形した２枚のラミネートフィルム１７で構成した外装体１８に、上記積層電極体１０を挿入し、正極集電端子１５および負極集電端子１６のみが外装体１８より外部に突出するよう正極集電端子１５および負極集電端子１６がある辺を熱融着するとともに、残りの３辺の内、２辺を熱融着した。
【００３６】
〔電解液の封入、密封化〕
上記外装体１８の熱溶着していない１辺から、エチレンカーボネート（ＥＣ）とメチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）とが体積比で３０：７０の割合で混合された混合溶媒に、ＬｉＰＦ６が１Ｍ（モル／リットル）の割合で溶解された電解液を注入し、最後に熱溶着していない１辺を熱溶着することにより積層式電池を作製した。
【００３７】
〔積層式電池の使用試験〕
上記積層式電池を用いて１．０Ｉｔ（１０Ａ）の低レートで充放電を１０００サイクル繰り返した後、この積層式電池を分解して正極板１および負極板２の表面の状態を観察した。また、これと同様にして、上記積層式電池を用いて６．０Ｉｔ（６０Ａ）のハイレートで充放電を同じく１０００サイクル繰り返した後、この積層式電池を分解して正極板１および負極板２の表面の状態を観察した。その結果、低レートおよびハイレートのいずれの場合にも、正極板１および負極板２において活物質が電極反応に利用されることにより変色が生じているが、該正極板１および負極板２の全面が均一に変色するのではなく、領域によって変色の度合いに差が出ていること、即ちムラが生じていることが認められた。このとき、電流値６．０Ｉｔのハイレートで充放電を行った場合のほうが、変色のムラが大きくなっていることが認められた。この変色の状況から、電流値６．０Ｉｔのハイレートで充放電を繰り返した場合の電流分布は、およそ図８の概念図に示すようになっているものと考えられる。
【００３８】
同図に示すように、正極板１および負極板２上においては、電流経路が、左上端の正極タブ１１と右上端の負極タブ１２とを結ぶ直線（即ち正極板１および負極板２における正極タブ１１ないし負極タブ１２形成側短辺）に沿った電流経路Ｒ１から、正負極タブ１１、１２形成側と反対側（図８における下側）へしだいに波状に拡がっていき、その最も外側では、正極タブ１１から、正負極タブ１１、１２形成側と反対側端部中央を経て負極タブ１２へ、概略半長円状をなして湾曲しながら延びる電流経路Ｒ２となっていると考えられ、矩形状の正極板１ないし負極板２における正負極タブ１１、１２形成側短辺と反対側の短辺（図８における下辺）および両側長辺に内接する半円にほぼ沿って延びる境界線Ｂ１よりも外側の位置（即ち図８における左下および右下の隅部）では電流量が大幅に低下するものと考えられる。即ち、この境界線Ｂ１よりも内側（正負極タブ１１、１２側）の全体として概略Ｕ字形状の外形を有する領域は、積層電極体１０において活物質が電極反応に実質的に利用されて電流が流れるように活性化されやすい活性領域Ｈ１となっており、境界線Ｂ１よりも外側は該活性領域Ｈ１から逸脱する低活性領域Ｎ１となっていると考えられる。この低活性領域Ｎ１を流れる電流量は、上記活性領域を流れる最大電流量の１／１０以下程度であると考えられる。
【実施例】
【００３９】
［第１実施例］
（実施例１）
実施例１の積層式電池としては、上記発明を実施する為の形態で説明した積層式電池と同様に作製したものを用いた。
このようにして作製した積層式電池を、以下、本発明電池Ａ１と称す。
【００４０】
（実施例２）
前記本発明電池Ａ１において、積層電極体１０を作製する工程で、正極板１および負極板２の貫通部３１、３２の位置を画像処理装置により確認しながら、負極板２、袋状セパレータ３およびポリプロピレンシート３ｂを位置合せして積層する以外は全て同様にして、積層式電池を作製した。
このようにして作製した積層式電池を、以下、本発明電池Ａ２と称す。
【００４１】
（比較例１）
前記本発明電池Ａ１において、図９に示すように、正極板および負極板の貫通部（ここでは便宜的に正極板の貫通部と負極板の貫通部とを総称する）３３の位置を、中央よりやや左方およびやや右方の２箇所に変えて積層電極体２０を構成する以外は全て同様にして、積層式電池を作製した。
このようにして作製した積層式電池を、以下、比較電池Ｚ１と称す。
【００４２】
〔第１実施例についての考察〕
上記本発明電池Ａ１、Ａ２は、積層電極体１０において、電極反応に実質的に利用されやすい活性領域Ｈ１から逸脱する低活性領域Ｎ１に、正極板１および負極板２を積層方向に貫通する積層ズレ防止用の貫通部３１、３２が設けられ、この貫通部３１、３２で積層電極体１０が固定されているので、正極板１および負極板２において、貫通部３１、３２の形成にともないこの貫通部３１、３２の占有面積分の活物質は存在しないが、この貫通部３１、３２の形成位置は活性領域Ｈ１から逸脱する領域すなわち低活性領域Ｎ１にあるため、電極反応には実質的に影響しない。換言すれば、電極反応に十分に利用されることが少ない低活性領域Ｎ１を有効に利用して貫通部３１、３２が設けられている。したがって、この貫通部３１、３２で積層電極体１０が固定されていることにより、電池容量の低下が抑制されつつ、積層電極体１０がズレなく強固に固定されている。
【００４３】
さらに、貫通部３１、３２は、低活性領域Ｎ１のなかでも、正極タブ１１および負極タブ１２の形成位置と対称となる位置にある両角（図８では左下および右下の角）に近接するように形成されている。即ち、これら両角に揃うように位置する、正極板１ないし負極板２の幅Ｌ１、Ｌ７および高さＬ２、Ｌ８のほぼ１／１０に相当する幅１０ｍｍ、高さ１０ｍｍ（負極板２では幅１５ｍｍ、高さ１５ｍｍ）の正方形状の領域内（の中央）に納まるようにして、直径５ｍｍの貫通孔である貫通部３１、３２がそれぞれ形成されている。したがって、低活性領域Ｎ１のなかでも、電極反応に利用されることが最も少ないと考えられるだけでなく、積層電極体１０を最も安定して確実に固定し得る位置に貫通部３１、３２が形成されており、これにより、積層電極体１０の積層ズレが効果的に防止されるようになっている。このとき、正極板１および負極板２の各々に着目すると、正極タブ１１または負極タブ１２と、２箇所の貫通部３１、３２との計３箇所、即ち３つの隅部（左上または右上の隅部と、左下の隅部と、右下の隅部と）で支持固定されるようになっている。
【００４４】
また、上記使用試験の結果から明らかな通り、電池が電流値１．０Ｉｔの低レートで充放電されるものである場合には、積層電極体１０において電極反応に実質的に利用される部分の面積が比較的に大きく、したがって低活性領域は比較的に少ないと考えられるが、電流値６．０Ｉｔのハイレートでは、上述の境界線Ｂ１よりも外側に拡がる低活性領域Ｎ１が形成される。したがって、この低活性領域Ｎ１に貫通部３１、３２を設けるようにした本発明電池Ａ１、Ａ２は、このようなハイレートで充放電される場合に特に好適なものとなっている。
【００４５】
このとき、例えば電流値を６．０Ｉｔよりも上げていくと、積層電極体１０においては正極タブ１１から負極タブ１２へ電流がより最短距離で流れようとする傾向が強くなるので、これにともない活性領域が狭小化していくとともに低活性領域が拡大していくこととなる。即ち、図８の概念図に示す最外側の電流経路Ｒ２が、電流が最短距離で流れる電流経路Ｒ１に近づくように萎んでいき、これにともない活性領域Ｈ１と低活性領域Ｎ１との境界線Ｂ１も、その半円形状を概略において維持しながら、正負極タブ１１、１２側（図８における上側）へ移動していくこととなる。このように低活性領域が大となっていくと、それだけ貫通部の形成に適する領域も多大となって該貫通部の配置形成が容易ともなる。ただし、このように低活性領域が拡大した場合でも、積層電極体１０を安定して確実に固定する観点からは、前記と同様に正極タブ１１および負極タブ１２の形成位置と対称となる位置にある両角になるべく近接する位置に貫通部を形成するほうが望ましい。
【００４６】
また、図４に示すように、貫通部３１、３２が袋状セパレータ３およびポリプロピレンシート３ｂを貫通しておらず、該貫通部３１、３２を挟むように位置する袋状セパレータ３（およびポリプロピレンシート３ｂ）同士を該貫通部３１、３２内で溶着することにより積層電極体１０が固定されているので、袋状セパレータ３およびポリプロピレンシート３ｂ自体が固定手段となることで、別に固定手段として貫通部材等を用いることなく積層電極体１０が固定されており、その分部品点数が少なく構成が簡潔化されている。また、別体の固定手段を用いると、この固定手段の形状によっては厚さ方向（積層方向）に多少とも突出して見栄えや納まり等が劣ることともなりやすいが、これに対し、上記本発明電池Ａ１、Ａ２においては袋状セパレータ３（およびポリプロピレンシート３ｂ）同士を貫通部３１、３２内で溶着することにより積層電極体１０が固定されているので、厚さ方向の突出もなく、したがって見栄えや納まり等も損なわれることなく良好に維持されている。
【００４７】
図９に示すように、上記本発明電池Ａ１、Ａ２に対し、比較電池Ｚ１においては、積層電極体２０の正極板および負極板における中央部に貫通部３３を設けるようにしている。即ち、該貫通部３３が活性領域Ｈ１に設けられ、特に、活性領域Ｈ１のなかでも中央に近い位置に設けられている。したがって、この貫通部３３の占有面積分の活物質の欠損が電池容量の低下をきたすこととなる。
【００４８】
［第２実施例］
（実施例３）
前記本発明電池Ａ１において、図１０に示すように、袋状セパレータ３およびポリプロピレンシート３ｂにも、正極板１および負極板２の貫通部３１、３２に対応する貫通部３４を設けるようにした。また、積層電極体１０の幅および高さよりも大きい幅および高さを有して該積層電極体１０を余裕をもって内包し得る矩形状の外形を有する盤面部３５に、正極板１および負極板２の貫通部３１、３２に対応する２点の位置（即ち２つの貫通部３１、３２の間隔に等しい間隔をおいた２点の位置）から、積層電極体１０の厚さより大きい長さを有する径５ｍｍの円柱状であって先端面周縁の稜角部をテーパ状に角落ちさせた形状を有する位置決めボス３６をそれぞれ突出させるように設けて位置決め盤３７を作製し、この位置決め盤３７を用いて、袋状セパレータ３およびポリプロピレンシート３ｂと負極板２とを、位置決めボス３６を貫通部３１、３２、３４に挿通するようにしながら、交互に積層していくようにした。この後、この積層体を位置決め盤３７から取り外し、図１１に示すように、貫通部３１、３２、３４に貫通部材３８を挿通して締結し、これによりこの積層体を該貫通部３１、３２、３４の位置で固定して、積層電極体３０を得た。この貫通部材３８は、ポリプロピレンを成形してなり、直径８ｍｍの円板状のフランジ３８１の中央から径５ｍｍの円柱状の軸３８２が突出する形状を有する第１分割体３８Ａと、該第１分割体３８Ａとほぼ同様の形状を有する第２分割体３８Ｂとで構成され、該第１分割体３８Ａと第２分割体３８Ｂとを貫通部３１、３２、３４に両側から圧入すると、該第１分割体３８Ａの軸３８２の先端が第２分割体３８Ｂの軸３８３の先端部に「ほぞ状」に嵌入し弾性的に（スナップ式に）係合して締結固定されるようになっている。また、正極板１および負極板２において貫通部材３８のフランジ３８１に対応する直径８ｍｍの円状の領域内には活物質を塗布しないようにした（図示省略）。
以上の点以外は前記本発明電池Ａ１の場合と全て同様にして、積層式電池を作製した。
このようにして作製した積層式電池を、以下、本発明電池Ａ３と称す。
【００４９】
〔第２実施例についての考察〕
上記本発明電池Ａ３は、貫通部３１、３２、３４が、正極板１および負極板２とともに袋状セパレータ３およびポリプロピレンシート３ｂを積層方向に貫通しており、該貫通部３１、３２、３４に不導体であるポリプロピレンよりなる貫通部材３８を貫通させるように配置することにより積層電極体３０が固定されているので、簡単な構成により容易かつ確実に積層電極体３０を固定することができるようになっている。また、貫通部３１、３２、３４が、正極板１および負極板２だけでなく袋状セパレータ３およびポリプロピレンシート３ｂも積層方向に貫通するものとなっていることで、該貫通部３１、３２、３４に位置決めボス３６を挿通するようにして正極板１、負極板２、袋状セパレータ３およびポリプロピレンシート３ｂを容易かつ正確に位置合せして積層することが可能となっている。
【００５０】
また、上記本発明電池Ａ３の作製においては、正極板１、負極板２、袋状セパレータ３およびポリプロピレンシート３ｂの一枚ごとに、電極反応に実質的に利用されやすい活性領域Ｈ１から逸脱する低活性領域Ｎ１に、正極板１、負極板２、袋状セパレータ３およびポリプロピレンシート３ｂを積層方向に貫通する積層ズレ防止用の貫通部３１、３２、３４をそれぞれ設け、この貫通部３１、３２、３４に位置決めボス３６を挿通するようにして正極板１、負極板２、袋状セパレータ３およびポリプロピレンシート３ｂを位置合せして積層するようにしているので、大掛かりな装置や冶具等を要することもなく、盤面部３５に位置決めボス３６を突設したという簡潔な構成を有する位置決め盤３７を用いるだけで、正極板１、負極板２、袋状セパレータ３およびポリプロピレンシート３ｂを容易に、かつ、ずれないよう正確に位置合せして積層することができるようになっている。
【００５１】
〔その他の事項〕
（１）上記本発明電池Ａ１、Ａ２、Ａ３の積層電極体１０、３０においては、いずれも矩形状の正極板１および負極板２における同一辺（図１（ａ）および図２における上辺）から正極タブ１１および負極タブ１２が延出する構成となっているが、例えば図１２に示すように、正極板および負極板において互いに異なる辺から正極タブ４１および負極タブ４２が延出する構成とした積層電極体４０としてもよい。同図に示す積層電極体４０においては、正極タブ４１の位置は、前記本発明電池Ａ１、Ａ２、Ａ３の積層電極体１０、３０における正極タブ１１と同様に正極板における一方短辺（図１２における上辺）の一方端部（図１２における左端部）となっているが、負極タブ４２の位置は、上記正極タブ４１形成側短辺と反対側の短辺（図１２における下辺）の他方端部（図１２における右端部）となっている。即ち、正極タブ４１および負極タブ４２が、正極板および負極板における対角をなす一対の隅部（図１２における左上および右下の隅部）から、それぞれ互いに逆方向へ（図１２における上方および下方）へ延出する構成となっている。
【００５２】
上記積層電極体４０の構成の場合、電流経路は、正極板および負極板上において、左上端の正極タブ４１と右下端の負極タブ４２とをほぼ最短距離で結ぶ直線に沿った電流経路Ｒ１１を中心として、両側へ次第に波状に拡がっていき、全体として、正極タブ４１から負極タブ４２へ概略紡錘状に延びる形状となっており、矩形状の正極板ないし負極板の一方短辺（図１２における上辺ないし下辺）および両側長辺に内接する円において正負極タブ４１、４２が形成されていない対角部（即ち図１２における左下および右上の角部）にそれぞれ近接する四半分をなす部分円にほぼ沿って延びる境界線Ｂ１１よりも外側の位置（即ち図１２における左下および右上の隅部）では実質的には電流が流れにくいものと考えられる。即ち、この境界線Ｂ１１よりも内側が活性領域Ｈ１１、外側が低活性領域Ｎ１１となっている。
【００５３】
したがってこの場合、同図に示すように、正負極タブ４１、４２が形成されていない隅部（即ち図１２における左下および右上の角部）に形成された低活性領域Ｎ１１に、積層ズレ防止用の貫通部３９をそれぞれ設けるようにすればよく、さらにこのとき、前記本発明電池Ａ１、Ａ２、Ａ３の場合と同様に、当該両角に揃うように位置する、正極板ないし負極板の幅および高さのほぼ１／１０に相当する幅、高さの矩形状の領域内（の中央）に納まるようにして貫通部３９をそれぞれ設けることが望ましい。
【００５４】
なお、上記のように正極タブ４１および負極タブ４２を正極板ないし負極板から互いに逆方向へ延出させる構成とする場合、正極タブ４１および負極タブ４２のそれぞれの幅を、正極板ないし負極板の幅の範囲内でできるだけ広くするほど、それに応じて活性領域も広くなり、抵抗も小とできるなど端子としての特性の上でも望ましいと考えられるが、あまり広くするとラミネート外装体の封止が困難となるため、この外装体の封止を可能とし得るだけの余地は残しておく必要がある。したがって、上記のように低活性領域が形成されることは不可避であるから、本発明が好適に適用される。
【００５５】
（２）以上の例では、正極タブおよび負極タブが、正極板および負極板における一辺の一方端に寄せて配置形成されていたが、例えば図１３に示すように、正極タブ５１１および負極タブ５１２が、正極板５１ないし負極板５２における一辺（同一辺；図１３における上辺）の一方端から距離Ｄ５をおいてそれぞれ配置形成されている場合には、この正極タブ５１１および負極タブ５１２の位置よりも外側に、上記距離Ｄ５に等しい幅Ｗ１で両側辺に沿って延びる低活性領域Ｎ２１がそれぞれ形成される。したがって、この低活性領域Ｎ２１の幅Ｗ１が貫通部を形成し得る程度以上である場合には、この低活性領域Ｎ２１に貫通部を形成するようにしてもよい。同図に示す例では、両側の低活性領域Ｎ２１において正負極タブ５１１、５１２に近接する端部、即ち正極タブ５１１および負極タブ５１２の両側に位置する隅部に、それぞれ貫通部４３が設けられ、したがって正負極タブ５１１、５１２形成側と反対側の両端部に設けられた貫通部（図示省略）とあわせて、正極板５１および負極板５２がそれぞれ４隅部で貫通部により固定されるようになっている。この構成では、正極板５１および負極板５２の各々が、正極タブ５１１ないし負極タブ５１２以外でも、４隅部で支持固定されるようになっている。
【００５６】
（３）上記本発明電池Ａ１、Ａ２、Ａ３においては、正極板１および負極板２のそれぞれの両面における全面に正極活物質層１ａおよび負極活物質層２ａが形成されていたが、例えば、低活性領域Ｎ１内には正極活物質層および負極活物質層を形成しないようにしてもよい。低活性領域Ｎ１内にある活物質は電極反応に実質的に利用されることが少ないので、これを除去するようにすれば、電池容量を実質的に低下させることなく活物質の使用量を節減することができて材料コストの低減に資するとともに、電池の重量エネルギー密度も向上させることができる。
【００５７】
（４）以上の例では、貫通部が円形の貫通孔となっていたが、貫通部としては貫通孔以外にも、例えば正極板および負極板を辺縁から弧状、矩形状、三角状等の任意の形状に切欠いた切欠きや、正極板および負極板の隅部を弧状、鉤形状、斜辺状等の任意の形状に切除した角落ち部等であってもよい。図１４および図１５は、貫通部を角落ち部として積層電極体を固定した例を示す図である。同図に示す例では、正極板６１および負極板６２の正負極タブ６１１、６１２形成側と反対側の両端部において、上記本発明電池Ａ１、Ａ２、Ａ３の場合と同様の境界線Ｂ１２より外側に形成された低活性領域Ｎ３１内で、両隅部（図１４における右下および左下の各隅部）を斜辺状に切除して角落ちさせるようにして貫通部４４がそれぞれ形成され、各貫通部４４でセパレータ６３の両隅部同士を熱溶着することにより、積層電極体５０が固定されている。なお、図１５においては明確化のため、積層電極体５０を構成する積層部材（正極板６１、負極板６２およびセパレータ６３）の枚数を実際の枚数よりも大幅に少なくして模式的に示している。この構成によれば、低活性領域Ｎ３１内にある活物質だけでなく、正極板６１および負極板６２も、発電要素として実質的に利用されることが少ない部分をより広範囲に除去するようにすることができ、その分電池をより軽量化することができる。
【００５８】
（５）上記第２実施例の本発明電池Ａ３においては、貫通部材３８がポリプロピレンよりなるものとなっていたが、貫通部材の材質としては、セパレータの場合と同様に、電解液に溶け難くかつ絶縁性を有するものであればよく、例えばポリプロピレンの他にもポリエチレン等のポリオレフィン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））等のフッ素系樹脂等が挙げられる。
また、貫通部材の構造としては、積層電極体を強固に締結するものである必要はなく、貫通部に挿通された状態で脱落することなく確実に保持され得るようなものであればよい。
【００５９】
（６）上記本発明電池Ａ１、Ａ２、Ａ３は、ラミネートフィルム１７で構成された外装体１８に積層電極体１０が挿入された構成となっているが、外装体としては、このようなラミネート式のもの以外にも、例えば金属製の電池缶等を用いるようにしてもよい。ただし、ラミネート式の外装体のほうが、積層電極体に振動や外力が伝わりやすく積層ズレを生じやすいため、本発明の効果が一層発揮される。
【００６０】
（７）正極活物質としては、上記コバルト酸リチウムに限定されるものではなく、コバルト−ニッケル−マンガン、アルミニウム−ニッケル−マンガン、アルミニウム−ニッケル−コバルト等のコバルト、ニッケル或いはマンガンを含むリチウム複合酸化物や、スピネル型マンガン酸リチウム等でも構わない。
【００６１】
（８）負極活物質としては、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛以外にも、グラファイト・コークス・酸化スズ・金属リチウム・珪素・及びそれらの混合物等、リチウムイオンを挿入脱離できうるものであれば構わない。
【００６２】
（９）電解液としても特に本実施例で示したものに限定されるものではなく、リチウム塩としては例えばＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２,ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２，ＬｉＰＦ６―ｘ（ＣｎＦ２ｎ＋１）ｘ[但し、１＜ｘ＜６、ｎ＝１又は２]等が挙げられ、これらの１種もしくは２種以上を混合して使用できる。支持塩の濃度は特に限定されないが、電解液１リットル当り０．８〜１．８モルが望ましい。また、溶媒種としては上記ＥＣやＭＥＣ以外にも、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）等のカーボネート系溶媒が好ましく、更に好ましくは環状カーボネートと鎖状カーボネートの組合せが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、例えばロボットや電気自動車等に搭載される動力用などの高出力用途の電源に好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０  積層電極体
１／２  正極板／負極板
３１、３２  貫通部
Ｈ１  活性領域
Ｎ１  低活性領域
【図１】
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【図２】
2010232145.tif 000004
【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】
2010232145.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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