(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電箔に正極活物質を含む正極電極層が設けられている正極電極、および負極集電箔に負極活物質を含む負極電極層が設けられている負極電極をセパレータを間に挟んで積層した電極群と、
前記電極群を収容する電池容器と、
前記電池容器内に充填された電解液とを備え、
前記電極群は、矩形シート形状の正極電極、負極電極、およびセパレータを積層した積層型矩形シート形状電極群であり、
前記正極活物質の量と前記負極活物質の量とは前記正負極電極層内でそれぞれ略均等に分布しており、
前記正負極活物質層には、前記電解液と前記正負極活物質の量の割合が異なる領域が設けられ、
前記電解液と前記正負極活物質の量の前記割合は、電極群の面内において前記正負極電極層が異なる厚さの領域を有することにより調節され、
前記矩形シート形状の電極群が広がる面内の中央部の電極層の厚さは周辺部の厚さよりも厚いことを特徴とする蓄電池。
【請求項２】
請求項１に記載の蓄電池において、
前記正極電極層および前記負極電極層の厚さは幅方向に連続的に変化していることを特徴とする蓄電池。
【請求項３】
請求項１に記載の蓄電池において、
前記正極電極層および前記負極電極層の厚さは幅方向に不連続に変化していることを特徴とする蓄電池。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電池において、
前記セパレータの厚さは、前記正負極電極層の厚さ形状と相補関係にあり、前記電極群は全域でその厚みが一定であることを特徴とする蓄電池。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓄電池において、
前記電解液と前記正負極活物質の量の割合は、前記正負極電極層の空孔率で調節され、前記正負極電極層は電極群の面内において異なる空孔率の領域を有することを特徴とする蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池等の蓄電池技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料の資源的節約や地球温暖化などを背景に、省エネルギーの推進が求められており、二次電池の中でも大容量で小型のリチウムイオン電池は省エネ社会の実現に重要な蓄電デバイスとして期待されている。そのため、携帯情報端末やコードレス電子機器電源としての民生用途、電動工具の電源といった産業用途、電気自動車やハイブリッド電気自動車といった車載用途を中心に需要が拡大している。また、このような様々な用途に応じて、高出力化、エネルギー高密度化といった高性能電池の開発が加速している。
高出力の電池では、大電流放電時のジュール熱が原因で発熱し、エネルギー高密度の電池では、長時間使用により蓄熱する。それらの熱は、電池内部における放熱性の違いや、電極タブ周辺の電流密度の違いで、電池内部の温度分布は不均一となる。
【０００３】
電池内部に不均一な温度分布が生じると、
１）高温部では出力密度が低下する、
２）高温部における集電箔の抵抗値の上昇によりさらに温度が上昇し、部分的な集電箔の膨張により電極活物質間の接触不良を起こす、
３）電解液の部分的な分解・蒸発によるリチウムイオンの移動阻害が生じる、
４）部分的なサイクル劣化や内部短絡の原因となる、
といった課題が生じ、最終的にはこれらの部分的な劣化が電池全体の寿命低下に繋がる。
【０００４】
そこで、電池内部の温度分布を低減する背景技術として、特許文献１記載の蓄電装置用電極が知られている。特許文献１記載の電極は、「集電箔と集電箔の表面に形成された複数の電極パターンとを有し、蓄電装置用電極のうち放熱性が他の領域より低い領域における電極パターンの形成密度が、上記他の領域における電極パターンの形成密度よりも低いことを特徴とする」ものである。
また、特許文献２には、「放熱性が他の領域よりも低い領域における電流密度が、上記他の領域における電流密度よりも低くなるように、電極層の構成を電極層中の位置に応じて異ならせる」ようにした蓄電装置用電極が開示されている。
特許文献１、２は、いずれも、集電箔の位置に応じて、活物質の実装密度に分布を持たせたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−５３０８８号公報
【特許文献２】特開２００８−７８１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の電池用電極では、集電箔上に活物質が塗布されている部分と活物質が塗布されていない部分が生じるため、電極面積が小さくなる。さらに、電極が形成されていない部分には電流が流れないため、エネルギー密度低下の原因となる。
一方、特許文献２に記載の二次電池用電極では、放熱性の低い部分で活物質の量を少なくし、厚みを小さくしている。しかし、活物質の塗布量を少なくすることで、電池全体として出力密度低下の原因となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）請求項１の発明による蓄電池は、  正極集電箔に正極活物質を含む正極電極層が設けられている正極電極、および負極集電箔に負極活物質を含む負極電極層が設けられている負極電極をセパレータを間に挟んで積層した電極群と、前記電極群を収容する電池容器と、前記電池容器内に充填された電解液とを備え、前記電極群は、矩形シート形状の正極電極、負極電極、およびセパレータを積層した積層型矩形シート形状電極群であり、前記正極活物質の量と前記負極活物質の量とは前記正負極電極層内でそれぞれ略均等に分布しており、前記正負極活物質層には、前記電解液と前記正負極活物質の量の割合が異なる領域が設けられ、前記電解液と前記正負極活物質の量の前記割合は、電極群の面内において前記正負極電極層が異なる厚さの領域を有することにより調節され、前記矩形シート形状の電極群が広がる面内の中央部の電極層の厚さは周辺部の厚さよりも厚いことを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、請求項１に記載の蓄電池において、前記正極電極層および前記負極電極層の厚さは幅方向に連続的に変化していることを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項１に記載の蓄電池において、前記正極電極層および前記負極電極層の厚さは幅方向に不連続に変化していることを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電池において、前記セパレータの厚さは、前記正負極電極層の厚さ形状と相補関係にあり、前記電極群は全域でその厚みが一定であることを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓄電池において、前記電解液と前記正負極活物質の量の割合は、前記正負極電極層の空孔率で調節され、前記正負極電極層は電極群の面内において異なる空孔率の領域を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、エネルギー密度を低下させることなく、発熱量を調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による蓄電池を代表する電極群を概念的に示す断面図
【図２】活物質量一定の条件における、電解液に占める活物質の割合と発熱量の関係を示すグラフ
【図３】幅方向中央部で電極層の厚みが最大となる電極群を説明する図であり、矩形シートのIII−III線断面図
【図４】幅方向中央部で電極層の厚みが最大となる長尺シート状電極群を説明する図
【図５】本発明の第２の実施の形態である円筒状の捲回式蓄電池を概念的に示す横断面図
【図６】図５のＡＢ断面に沿う断面図
【図７】本発明の第３の実施の形態である片側タブ付き積層型蓄電池を示す斜視図
【図８】図７のVIII−VIII線に沿う概念的断面図
【図９】本発明の第４の実施の形態である両側タブ付き積層型蓄電池を示す斜視図
【図１０】図９のＸ−Ｘ線に沿う概念的な断面図
【図１１Ａ】本発明の第５の実施の形態である角形の捲回式蓄電池を概念的に示す断面図
【図１１Ｂ】本発明の第５の実施の形態の長尺シート状電極群の長手方向断面図
【図１２】本発明の第６の実施形態の組電池を示す斜視図
【図１３Ａ】組電池で使用する径が大きい蓄電池の電極を概念的に示す断面図
【図１３Ｂ】組電池で使用する径が小さい蓄電池の電極を概念的に示す断面図
【図１４】本発明の第７の実施の形態である複数枚の電極群を使用した積層型蓄電池の電極を示す概念的な断面図
【図１５】本発明による蓄電池の第８の実施の形態における電極を概念的に示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１の実施の形態］
第1の実施の形態は、本発明による蓄電池をリチウムイオン二次電池に適用したものである。以下、図1〜図３を参照して第1の実施の形態のリチウムイオン二次電池を説明する。
【００１１】
図１は第1の実施の形態のリチウムイオン二次電池１０の概念図である。リチウムイオン二次電池１０は、電池容器１１と、電池容器１１内に収容された積層型電極群１２と、積層型電極群１２が収容された電池容器１１に注入された電解液１３とを主たる構成要素としている。
【００１２】
積層型電極群１２は、シート状の正極電極２０とシート状の負極電極３０とをセパレータ４０を間に介在させて積層して構成されている。正極電極２０は、正極金属箔である集電箔２１の片面に正極電極層２２を設けたものである。金属箔２１はアルミニウム箔、もしくはアルミニウム合金箔を採用することができるが、これに限るものではない。
【００１３】
正極電極層２２は、正極活物質２２Ａと、導電助剤およびバインダ２２Ｂとの混合物よりなり、正極活物質２２Ａが正極電極層２２内で均一に分布するように正極集電箔２１に塗布される。正極活物質２２Ａの材料として、例えばコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムなどが代表されるが、これに限るものではなく、適宜変えることができる。また、二種類以上の物質を用いても良い。正極活物質２２Ａの粒径は略均一としている。
なお、正極活物質２２Ａを誇張して示している。
【００１４】
負極電極３０は、負極金属箔である負極集電箔３１の片面に負極電極層３２を設けたものである。金属箔３１は銅箔、もしくは銅合金箔を採用することができる。ニッケル箔、ステンレス箔などの導電性材料を用いても良い。
【００１５】
負極電極層３２は、負極活物質３２Ａと、導電助剤およびバインダ３２Ｂとの混合物よりなり、負極活物質３２Ａが負極電極層３２内に略均一に分布するように負極集電箔３１に塗布される。負極活物質３２Ａの材料として、例えば黒鉛やチタン酸リチウムが一般的であるが、これに限るものではなく、適宜変えることができる。負極活物質３２Ａの粒径は略均一としている。
なお、負極活物質３２Ａを誇張して示している。
【００１６】
正極活物質２２Ａが正極電極層２２内で略均一ないしは略均等に分布するとは、正極電極層２２内における正極活物質２２Ａの量が一定となることを意味している。また、負極活物質３２Ａが負極電極層３２内で略均一ないしは略均等に分布するとは、負極電極層３２内における負極活物質３２Ａの量が一定となることを意味している。このように、電極層内で活物質の量を一定とすることにより、電極群の全域で電流密度が一定となる。
【００１７】
セパレータ４０は、正極電極層２２と負極電極層３２が直接接触することを防ぎ、イオン導電性を保持する機能を有する必要がある。電解液１３を用いる電池では、空孔部を有する多孔性材料を用いる。多孔性材料として、ポリオレフィンやポリエチレン、ポリプロピレンに代表されるが、これに限るものではない。
【００１８】
電極群１２は電池容器１１内で電解液１３に浸漬されている。電解液１３はイオン導電相として働き、リチウムイオン電池では、非水溶液系電解質が使用される。リチウムイオン電池内の電解質はＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４のようなリチウム塩とエチレンカーボネートやジエチルカーボネートのような溶媒によって構成される。また、電解液１３は、液体やゲルに限らず、固体でも良い。
【００１９】
正負極電極２０，３０は、円形シート状や矩形シート状、長尺シート状に形成することができるが、第１の実施の形態のリチウムイオン二次電池１０は、矩形シート状の電極２０，３０を間にセパレータ４０を挟んだ電極群１２を複数枚積層した電池電極（いわゆる、ラミネート型）である。このリチウムイオン二次電池１０では、大きな電極面積が確保され、出力密度が高められている。
【００２０】
上述したように、電極群１２は電解液１３に浸漬されるが、発明者等は、電解液に占める活物質の割合と発熱量との間に、図２に示すような相関関係があることを見出した。第1の実施形態のリチウムイオン二次電池１０は、このような知見に基づいて設計されている。以下、説明する。
【００２１】
図２は、電解液に対する活物質の割合がそれぞれ異なる８条件のリチウムイオン二次電池について、予め定めた放電条件で電極層の電荷を放電させたときの発熱量を表すグラフである。これらの電池の電極層に含まれる正負極活物質２２Ａ，３２Ａの重量は同一、粒径はほぼ等しく、かつ、電極層内での活物質の分布は均一となるようにした。このような複数の蓄電池の端子間電圧、放電時間はほぼ等しいので、全ての条件で放電特性は略同一である。
【００２２】
図２は、横軸に電解液に占める活物質の割合を、縦軸に発熱量／発熱量基準値をとったグラフである。縦軸は発熱量を正規化するための指標である。電解液に占める活物質の割合が０．５のときの発熱量を基準値１．０とした。
図２に示すように、電解液１３に占める正極活物質量の割合や負極活物質量の割合を増加させたときは、電極群１２の発熱量が増加し、電解液１３に占める正極活物質量、負極活物質量の割合を減少させたときは、電極群１２の発熱量が減少する。
【００２３】
具体的に説明すると以下の通りである。電解液１３に占める活物質２２Ａ，３２Ａの割合を５０％から２０％に減少させることにより発熱量が２０％低減する。一方、電解液１３に占める活物質２２Ａ，３２Ａの割合を５０％から８０％に増加させることにより発熱量が２０％増加する。
【００２４】
電解液に占める活物質の割合を変えるには種々の手法があるが、第１の実施の形態のリチウムイオン二次電池１０では、図３に示すように、電極群１２の正極電極層２２は、正極活物質２２Ａの分布が均一で、かつ、幅方向中央部の厚みが最大となるように幅方向の厚みが連続的に変化している。負極電極層３２は、負極活物質３２Ａの分布が均一で、かつ、幅方向中央部の厚みが最大となるように幅方向の厚みが連続的に変化している。正負極電極層２２，３２の厚さの変化に対応して、セパレータ４０は、正負極電極層２２，３２の厚さが厚い部分では薄く、正負極電極層２２，３２の厚さが薄い部分では厚く形成されている。その結果、積層型電極群１２の厚さは均一となる。
【００２５】
このように構成した第１の実施の形態の電極群１２の作用効果について、同一の所定の放電特性を有する従来の電極群を使用したリチウムイオン二次電池と比較して説明する。ここで、従来の電極群とは、電極層の厚みを幅方向で一定とした電極群である。
【００２６】
（１）積層型電極群１２の温度上昇は、正負極活物質２２Ａ，３２Ａの劣化や、内部短絡の原因となる。電極層の厚みが幅方向で一定である従来の積層型電極群では、両端部よりも中央部（電池内部）の放熱性が劣る。すなわち、中央部の温度上昇が大きい。第１の実施の形態の電極群１２では、幅方向中央部の厚みが最大厚さとなり、中央部の発熱量は周縁部よりも小さくなる。電極層２０を構成する正極活物質２２Ａと負極活物質３２Ａの重量を、比較対象である従来の蓄電池の活物質の重量と同一となるようにすれば、エネルギー密度や出力密度で規定される放電特性は従来のものと同等のまま、電池内部の温度分布を低減できる。
【００２７】
（２）放電容量が電極群のどの領域でも一定となるように、すなわち電極層２０のどの領域でも活物質の量が一定となるように活物質密度を調整している。したがって、電極層の厚さが一定であれば充放電する際の発熱量は電極群の全域で一定である。蓄電池として電極群を内蔵した際の放熱性が悪い領域には、電解液に占める活物質の割合を小さくし、蓄電池として電極群を内蔵した際の放熱性が良い領域には、電解液に占める活物質の割合を大きくした。そのため、電極群には局所的に温度上昇する領域がなく、部分的な劣化を引き起こす惧れがない。
【００２８】
（３）電池内部の温度分布を低減することで、電池の局所劣化を回避でき、電池としての高寿命化を実現できる。
（４）セパレータ４０の厚さ形状は、正負極電極層２２，３２の厚さ形状と相補関係にあり、電極群１２は全域でその厚みが一定である。その結果、積層、捲回時の処理が容易であり、蓄電池への組み込みの作業性も良好である。
【００２９】
なお、第１の実施形態の電極群は正極集電箔と負極集電箔の片面に電極層をそれぞれ設けたものである。しかしながら、正極集電箔と負極集電箔の両面に電極層をそれぞれ設けた蓄電池でも、第１の実施形態の蓄電池と同様の作用効果を奏することができる。
【００３０】
第１の実施形態の電極群は矩形シート状とし、いわゆるラミネート型リチウムイオン二次電池の電極群として使用したが、電極群は図４に示すような長尺シート状でもよい。長尺シート状の電極群１２に本発明を適用する場合、図３の断面の左右方向を短手幅方向、紙面と直交する方向を長手方向としたシート形状とする。この長尺シート状の電極群は、円筒形状に捲回して円筒形リチウムイオン二次電池の電極群として使用したり、角形扁平形状に捲回して角形リチウムイオン二次電池の電極群として使用することもできる。
【００３１】
以上説明した第１の実施の形態による電極群は、矩形シート状の正負極電極を積層した電極群、あるいは長尺シート状に形成した正負極電極を捲回した電極群であり、電池容器の形状に拘わらず各種形状のリチウムイオン二次電池に適用できる。したがって、たとえば、上述したラミネート型リチウムイオン二次電池、図４に示した長尺シート状電極群を円筒状に捲回した捲回式円筒形リチウムイオン二次電池、扁平形状に捲回した捲回式扁平型リチウムイオン二次電池など、種々の形状のリチウムイオン二次電池に適用できる。
【００３２】
［第２の実施の形態］
本発明による蓄電池の第２の実施の形態を図５、図６を参照して説明する。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には１００番台の符号を付し、相違点を主に説明する。
第２の実施の形態は、本発明を円筒状の捲回式蓄電池に適用したものである。ここで使用される電極群は図４で示した電極群と同様の長尺シート状であるが、電極層の厚さが、幅方向ではなく、長手方向に徐々に増減するようにしたものである。
【００３３】
図５、図６において、円筒状の捲回式蓄電池１０Ａは、軸芯（図示省略）の周りに捲回された積層型電極群１１２を容器１１１に収容し、容器１１１内に電解液１１３を充填して構成されている。積層型電極群１１２は、長尺シート状の１枚の正極電極１２０と長尺シート状の１枚の負極電極１３０とをセパレータ１４０を間に介在させて図示しない捲回軸の周囲に捲回して構成されている。
【００３４】
正極電極１２０は、正極金属箔１２１の両面に正極電極層１２２を設けたものである。金属箔１２１はアルミニウム箔、もしくはアルミニウム合金箔を採用することができる。
負極電極１３０は、負極金属箔１３１の両面に負極電極層１３２を設けたものである。金属箔１３１は銅箔、もしくは銅合金箔を採用することができる。ニッケル箔、ステンレス箔などの導電性材料を用いても良い。
【００３５】
正極電極層１２２は、正極活物質１２２Ａと、導電助剤およびバインダ１２２Ｂとの混合物よりなり、正極活物質１２２Ａが正極電極層１２２内で均一に分布するように正極集電箔１２１に塗布される。負極電極層１３２は、負極活物質１３２Ａと、導電助剤、バインダ等との混合物よりなり、負極活物質１３２Ａが負極電極層１３２内で均一に分布するように負極集電箔１３１に塗布される。
なお、図５，図６は概念図であり、正負極活物質１２２Ａ，１３２Ａを誇張して示している。
【００３６】
セパレータ１４０は、正極電極層１２２と負極電極層１３２が直接接触することを防ぎ、イオン導電性を保持する必要があるが、電解液１１３を用いる電池では、空孔部を有する多孔性材料を用いる。多孔性材料として、ポリオレフィンやポリエチレン、ポリプロピレンに代表されるが、これに限るものではない。
【００３７】
捲回式電極群１１２は電池容器１１１内に収納され、容器１１１内に電解液１１３を充填して蓄電池１０Ａが構成されている。容器１１１は、例えばニッケルメッキされた鉄製の缶である。
【００３８】
第２の実施の形態による電極群１１２では、図６の模式図に示すように、捲回中央部ほど電極層１２２，１３２の厚みを大きくしている。円筒状の捲回式蓄電池１０Ａでは、積層型電極群１１２の最外周に位置する容器１１１の外面から放熱する構造となっているため、蓄電池１０Ａの捲回中心部（符号Ａで示す）では温度が高くなる。そこで、積層型電極群１１２における正負極電極層１２２，１３２の厚さを外周端から中心部Ａに掛けて徐々に厚くし、電解液１１３に占める正負極活物質１２２Ａ，１３２Ａの割合を中心部Ａに向かって徐々に低くしている。
【００３９】
図６には、捲回中心部（捲き始め端部）Aから外周部（捲き終わり端部）Ｂの間に、最内周正極電極１２０in、最内周負極電極１３０in、中間正極電極１２０md、中間負極電極１３０md、最外周正極電極１２０out、最外周負極電極１３０outが配置されている積層型捲回式電極群１１２が示されている。最内周正極電極１２０in、最内周負極電極１３０inの電極層の厚さは、中間正極電極１２０md、中間負極電極１３０md、最外周正極電極１２０out、最外周負極電極１３０outの電極層の厚さよりも厚い。中間正極電極１２０md、中間負極電極１３０mdの電極層の厚さは、最外周正極電極１２０out、最外周負極電極１３０outの電極層の厚さよりも厚い。
【００４０】
円筒形蓄電池では、軸芯側ほど放熱性が低いので、温度上昇が大きい。そこで、以上説明した第２の実施の形態の捲回式蓄電池では、積層型電極群１１２の長さ方向に厚みを変え、捲回軸芯側ほど電極層１２２、１３２の厚さを大きくし、電解液１１３に占める活物質１２２Ａ，１３２Ａの割合を軸芯側ほど小さくした。すなわち、電極層１２２，１３２それ自体の発熱量を中心部ほど小さくした。その結果、蓄電池全体としての温度分布が低減され、局所的な発熱がなく、電極の局所的な劣化も回避でき、蓄電池の長寿命化を図ることができる。
【００４１】
正負極電極層１２２，１３２の厚さを捲回中心ほど厚くする製造方法について説明する。捲回式電極群は、長尺シートとして製造した積層型電極群１１２を捲回軸中心に捲回して構成される。長尺シートとして製造した積層型電極群１１２は、捲回前は、電極層１２２，１３２の厚みは長尺シート全長で一定である。捲回装置により積層型電極群１１２には張力が与えられる。第２の実施の形態では、積層型電極群１１２を捲回する際、捲回当初の張力を小さくして電極層１２２、１３２の厚みを厚くし、捲回するに従って張力を大きくして電極層１２２、１３２の厚みを薄くする。
【００４２】
なお、第２の実施の形態の電極群１１２を使用して扁平角形に捲回したいわゆる扁平角形捲回式蓄電池を構成しても、円筒形捲回式電池と同様の作用効果を奏することができる。
【００４３】
図３に示したように幅方向に厚みが異なる長尺シート形状の電極群を捲回電極群として使用する際、長手方向の電極層の厚さを、捲き終わり端部から捲き始め端部に漸増させてもよい。この場合、長尺シートの幅方向中央部の発熱傾向を緩和するとともに、捲回中心部側での発熱傾向も緩和できる。
【００４４】
［第３の実施の形態］
本発明による蓄電池の第３の実施の形態を図７、図８を参照して説明する。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には２００番台の符号を付し、相違点を主に説明する。
第３の実施の形態は、本発明を外部端子である正負極タブを片側に設けたタブ付き積層型蓄電池に適用したものである。
【００４５】
図７および図８において、タブ付き積層型蓄電池１０Ｂにあっては、平板状の容器２１１内に、正極電極２２０、負極電極２３０をセパレータ２４０を介在させて積層した積層型電極群２１２が収納され、正極集電箔２２１に接続された正極タブ４０１、負極集電箔２３１に接続された負極タブ４０２が容器２１１の同一側の端面２１１Ｅに突設されている。
【００４６】
なお、図８では、図面を簡略化するため、負極タブ４０２を負極金属箔２３１とは別体として図示しているが、実際は電極群２１２の複数枚の負極金属箔２３１を束ねて負極タブ４０２に溶接している。正極タブ４０１も同様である。
【００４７】
積層型蓄電池１０Ｂにおいては、正極タブ４０１、負極タブ４０２を介して充放電電流が流れるため、積層型電極群２１２における正極タブ４０１、負極タブ４０２の近傍の電流密度が高くなる。図７では、積層型電極群２１２における電流密度の分布ｄ１〜ｄ４（ｄ１＜ｄ２＜ｄ３＜ｄ４）を、ハッチングされた図形として示している。
【００４８】
そこで、図８に示すように、正極電極層２２２、負極電極層２３２は端面２１１Ｅに向かって徐々に厚く形成され、電流密度の高い部分ほど、電解液２１３に占める活物質２２２Ａ，２３２Ａの割合を低下させ、積層型電極群１１２の発熱量を抑制している。これによって、正負極タブ４０１、４０２の近傍において、高電流密度に起因した温度上昇が抑制され、積層型電極群２１２の局所劣化や内部短絡を防止することができる。
【００４９】
このように第３の実施形態のタブ付き積層型蓄電池１０Ｂにおいては、タブ４０１，４０２に近接する所定領域について、とくに、タブに近いほど電極層２２２，２３２の厚みが大きくなるようにした。その結果、電極群２１２の温度分布を低減し、劣化の遅いリチウムイオン蓄電池を提供することができる。
【００５０】
図８では、タブ４０１，４０２に近づくほど電極層の厚みを徐々に厚くした例が示されている。しかしながら、タブ４０１，４０２にかけて、電極層の厚みを階段状に不連続に厚くしても同様の作用効果を奏することができる。
【００５１】
［第４の実施の形態］
本発明による蓄電池の第４の実施の形態を図９、図１０を参照して説明する。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には３００番台の符号を付し、相違点を主に説明する。
第４の実施の形態は、本発明を外部端子である正負極タブのそれぞれ対向する側面に設けたタブ付き積層型蓄電池に適用したものである。
【００５２】
図９において、タブ付き積層型蓄電池１０Cは、平板状の容器３１１内に、正極電極３２０、負極電極３３０を積層した積層型電極群３１２が収納され、容器３１１には、正極集電箔３２１に接続された正極タブ５０１、負極集電箔３３１に接続された負極タブ５０２が容器３１１における対称位置の端面３１１Ｅ１と３１１Ｅ２に突設されている。
【００５３】
なお、図９、１０では、図面を簡略化するため、タブ５０１，５０２を正負極金属箔３２１，３３１とは別体として図示しているが、実際は電極群３１２の複数枚の正負極金属箔３２１、２３１をそれぞれ束ねて正負極タブ５０１，５０２に溶接されている。
【００５４】
積層型蓄電池１０Ｃにおいては、正極タブ５０１、負極タブ５０２を介して充放電電流が流れるため、積層型電極群３１２における正極タブ５０１、負極タブ５０２の近傍の電流密度が高くなる。
【００５５】
そこで、図１０に示すように、正極電極層３２２、負極電極層３３２は端面３１１Ｅ１、３１１Ｅ２に向かって徐々に厚く形成され、電流密度の高い部分ほど、電解液３１３に占める活物質３２２Ａ，３３２Ａの割合を低下させ、積層型電極群３１２の発熱量を抑制している。これによって、正負極タブ５０１、５０２の近傍において、高電流密度に起因した温度上昇が抑制され、積層型電極群３１２の局所劣化や内部短絡を防止することができる。
【００５６】
このように第４の実施形態のタブ付き積層型蓄電池１０Ｃにおいては、タブ５０１，５０２に近接する所定領域について、とくに、タブに近いほど電極層３２２，３３２の厚みが大きくなるようにした。その結果、電極群３１２の温度分布を低減し、劣化の遅いリチウムイオン蓄電池を提供することができる。
【００５７】
図１０では、タブ５０１，５０２に近づくほど電極層の厚みを徐々に厚くした例が示されている。しかしながら、タブ５０１，５０２にかけて、電極層の厚みを階段状に不連続に厚くしても同様の作用効果を奏することができる。
【００５８】
［第５の実施の形態］
本発明による蓄電池の第５の実施の形態を図１１Ａ、図１１Ｂを参照して説明する。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には４００番台の符号を付し、相違点を主に説明する。
第５の実施の形態は、本発明を角形捲回式蓄電池に適用したものである。
【００５９】
図１１Ａ、図１１Ｂにおいて、角形捲回式蓄電池１０Ｄは、軸心（図示省略）の周りに捲回された積層型電極群４１２を容器４１１内に収納して構成されている。容器４１１内には電解液４１３が充填されている。図示は省略するが、電極群４１２は正負極電極４２０，４３０をセパレータ４４０を介在させて扁平角形に捲回したものである。また、正極電極４２０は、正極金属箔４２１に正極電極層４２２を設けたものであり、負極電極４３０は、負極金属箔４３１に負極電極層４３２を設けたものである。金属箔の材料、正負極活物質の材料などは第１〜第４の実施の形態の電極群と同様である。
第５の実施の形態の特徴は、長尺シート状の電極層４２０，４３０の長手方向において電極層の厚さを調整した点である。以下、説明する。
【００６０】
角形捲回式蓄電池１０Ｄでは、積層型電極群４１２の曲率の大きいコーナ部４１２Ｃでは、正極電極層４２２、負極電極層４３２が潰れやすく、剥離することもある。そのため、コーナ部４１２Ｃでは、電解液４１３に占める活物質４２２Ａ，４３２Ａの割合が大きくなる傾向にある。さらに、円筒形蓄電池と同様に、容器４１１から放熱する構造となっているため、中心部の温度が上昇する。
【００６１】
そこで、図１１Ｂに示すように、積層型電極群４１２における正極電極層４２２、負極電極層４３２の厚さを、軸芯に近い領域では厚くし、さらに、軸芯に近い曲率の大きいコーナ部４１２Ｃではコーナ部以外の領域に比べて電極層４２２，４３２の厚みを厚くした。その結果、軸芯に近い領域の電極層４２２では電解液４１３に占める正負極活物質４２２Ａ，４３２Ａの割合が低下し、かつ、軸芯に近い電極層４２２,４３２のコーナ部４１２Ｃでは、軸芯近傍のコーナ部以外の領域に比べて、電解液４１３に占める正負極活物質４２２Ａ，４３２Ａの割合をさらに低下させている。
【００６２】
これにより、捲回式電極群４１２の軸芯に近い領域での発熱量が低減されるとともに、コーナ部４１２Ｃで電極層４２２,４３２の剥離が発生しても活物質による発熱が抑制される。その結果、電極群４１２全体として温度分布を均一化することができる。
【００６３】
なお、図１１Ｂは、電極層が軸芯に近いほど厚くされ、かつ、コーナ部の電極層の厚さが周囲に比べて厚くした点を模式的に示す図である。実際は、図６に示したように、集電箔の両面に電極層を設け、捲回時の張力調整で軸芯側ほど電極層が厚くなるようにし、その上で、コーナ部に対応する電極層の厚さを厚くする。正負極電極の間に介在されるセパレータの厚みは、それら電極層の厚みと相補寸法として、電極群電体として一定の厚さとされている。
【００６４】
［第６の実施の形態］
第６の実施の形態は、本発明を組電池に適用したものである。図１２を参照して第６の実施の形態の組電池を説明する。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には５００番台の符号を付し、相違点を主に説明する。
【００６５】
図１２は第６の実施の形態の組電池１００の概念図である。組電池１００は、径の小さい複数の円筒状蓄電池１０Ｅと、径の大きい複数の円筒状蓄電池１０Ｆとを直列、あるいは、並直列接続して構成される。すなわち、組電池１００は、複数個の蓄電池１０Ｅ，１０Ｆと、複数の蓄電池１０Ｅ，１０Ｆを直列接続、または並直列接続する図示しないバスバーと、複数個の蓄電池１０Ｅ，１０Ｆを収容する筐体５１１とを備えている。第６の実施形態の組電池１００は、電解液に占める正負極活物質の割合が小さい複数個の蓄電池１０Ｆのグループと、電解液に占める正負極活物質の割合が蓄電池１０Ｆのグループよりも大きい複数個の蓄電池１０Ｅのグループとを含んで構成されている。
【００６６】
組電池１００を電気自動車やハイブリッド自動車に搭載する際、図１２に示すように、組電池１００の近傍には熱源ＨＳが配置されることがある。第６の実施の形態の組電池１００では、熱源ＨＳに近い箇所に径の大きい円筒状蓄電池１０Ｆを複数配置し、熱源ＨＳから遠い箇所に径の小さい円筒状蓄電池１０Ｅを複数配置している。径の大きい円筒状蓄電池１０Ｆは径の小さい円筒状蓄電池１０Ｅに比べて発熱量が小さい。また、円筒状蓄電池１０Ｅ，１０Ｆのエネルギー密度や出力密度は同等であり、放電特性は等しくされている。
【００６７】
径の大きい円筒状蓄電池１０Ｆは、図１３Ａに示す長尺シート状の電極群５１２Ｆを有し、径の小さい円筒状蓄電池１０Ｅは、図１３Ｂに示す長尺シート状の電極群５１２Ｅを有している。
【００６８】
電極群５１２Ｆは、正極電極５２０Ｆと負極電極５３０Ｆをセパレータ５４０を介在させて円筒状に捲回し、電極群５１２Ｅは、正極電極５２０Ｅと負極電極５３０Ｅをセパレータ５４０を介在させて円筒状に捲回したものである。正負極電極５２０Ｆ，５３０Ｆの電極層５２２Ｆ，５３２Ｆの厚さは長尺シートの巻始め端から巻き終わり端まで一定であり、正負極電極５２０Ｅ，５３０Ｅの電極層５２２Ｅ，５３２Ｅの厚さも長尺シートの巻始め端から巻き終わり端まで一定である。径の大きい蓄電池１０Ｆの電極層５２２Ｆ，５３２Ｆの厚さは、径の小さい蓄電池１０Ｅの電極層５２２Ｅ，５３２Ｅの厚さよりも厚くされている。すなわち、電解液５１３に占める正負極活物質の割合は電極層５２２Ｆ，５３２Ｆが電極層５２２Ｅ，５３２Ｅよりも小さいので、径の大きな蓄電池１０Ｆの発熱量が小さい。
【００６９】
上述したように、蓄電池１０Ｅ，１０Ｆのエネルギー密度、出力密度は等しい。この実施の形態では、蓄電池１０Ｆの電極層５２２Ｆ，５３２Ｆに含まれる活物質量と、蓄電池１０Ｅの電極層５２２Ｅ，５３２Ｅに含まれる活物質量が等しくなるように電極群５１２Ｅ，５１２Ｆの全長が決定され、その結果、エネルギー密度、出力密度が両蓄電池で等しくされている。
【００７０】
なお、図１３Ａ，１３Ｂは電極群を模式的に説明するための図であり、実際は、図６で示したような正負極集電箔の両面に正負極活物質を塗布した正負極電極をセパレータを介在させて捲回して捲回式電極群が構成される。
【００７１】
正負極電極層５２２Ｅ，５３２Ｅ、５２２Ｆ，５３２Ｆの厚さ制御について以下説明する。
上述したように、電極群の発熱量は電解液に占める活物質の割合を増減して調整できる。また、電極層内に充填される電解液の量は電極層の空孔率に依存する。空孔率は電極層の厚さに依存し、電極層の厚さはプレスして調整することができる。電極層内に充填される電解液の量は、電極層の厚さと空孔率とは比例関係にあるので、この実施の形態では、プレスにより電極層の空孔率を調整して、電解液に占める活物質の割合を調整して発熱量が調節される。
【００７２】
図２のグラフにおいて、電解液に占める活物質の割合を５０％から２０％に減少させるには、電極層の厚みを２．５倍に厚くすればよい。また、活物質の割合を５０％から８０％に増加させるには、電極層の厚みを約０．６倍に薄くすればよい。したがって、図２の横軸は正負極電極層の厚さに相関する指標と云うこともできる。
【００７３】
以上の通り、電極層５２２Ｅ，５３２Ｅ、５２２Ｆ，５３２Ｆの厚さは、正負極活物質とバインダなどとの混合物を正負極金属箔５２１、５３１の両面にそれぞれ塗布し、乾燥させた後にプレスにより調整することができ、この厚さの調整によって積層型捲回式電極群５１２Ｅ、５１２Ｆの発熱量を制御できる。
【００７４】
実際には、電解液に占める活物質の割合を小さくしすぎると、電子の移動が阻害され、活物質が電極箔からはく離する等、電極としての働きを失う。一方、電解液に占める活物質の割合を高くし過ぎるとイオン導電性が悪くなるため、同様に電極としての働きを失う。そこで、実装の際には、導電助剤やバインダを用いて電子やイオンの導電性を確保する以外にも、電解液に占める活物質の割合は、電極箔からのはく離等のトレードオフを考慮して決定する必要がある。
【００７５】
以上説明した第６の実施の形態の組電池によれば次のような作用効果を奏することができる。
（１）複数の蓄電池（単電池）で構成される組電池は、放熱性の違いや発熱体の有無等、周囲の環境によって、蓄電池内部の温度分布が不均一になることが知られている。そこで、第６の実施の形態では、発熱する熱源ＨＳの付近に発熱量の小さい径の大きい電池１０Ｆを配置し、発熱する熱源ＨＳから遠い箇所に発熱量の大きい径の小さい電池１０Ａを配置した。その結果、組電池全体として、組電池を構成する複数の蓄電池１０Ｅ，１０Ｆの温度分布が低減され、複数の蓄電池１０Ｅ，１０Ｆの寿命が均一化され、結果として、組電池としての長寿命化の効果が得られる。
【００７６】
すなわち、第６の実施形態の組電池を一般化して説明すると次のように説明することができる。組電池が設置される環境下において、電解液に占める正負極活物質の割合が小さい第１蓄電池グループを温度が高い第1環境に近接して配設し、電解液に占める正負極活物質の割合が第１蓄電池グループよりも高い第２蓄電池グループは、第１環境よりも温度が低い第2環境に近接して配設する。
【００７７】
なお、第６の実施の形態では、熱源ＨＳの近傍に組電池を設置する場合について説明したが、組電池内の蓄電池の設置状況によって単電池の温度のバラツキが大きく、劣化が異なることも想定される。このような場合においても、発熱量の小さい蓄電池１０Ｆを組電池収容空間内の温度上昇が大きい箇所に設置すれば、複数の蓄電池の温度分布のバラツキを小さくすることができる。
【００７８】
すなわち、このような組電池は、電解液に占める正負極活物質の割合が小さい第１蓄電池グループを筐体内で放熱性が悪い第1空間に配設し、電解液に占める正負極活物質の割合が第１蓄電池グループよりも高い第２蓄電池グループは、第１空間よりも筐体内で放熱性が良い第2区間に配設することにより構成することができる。
【００７９】
（２）第６の実施の形態の蓄電池で使用する電極群においては、発熱量を調整するにあたり、正極活物質と負極活物質の量は集電箔の位置によらず略均一であり、正負極活物質の量に場所的偏りは生じない。このため、充放電サイクルを繰り返すにつれて生じるリチウムイオンの出入りに際して進行する正極活物質や負極活物質の構造変化は略均一である。その結果、局所劣化の低減に効果があり、全体として長寿命化の効果が得られる。
【００８０】
［第７の実施の形態］
本発明による蓄電池の第７の実施の形態を図１４を参照して説明する。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には６００番台の符号を付し、相違点を主に説明する。
第７の実施の形態は、本発明を複数の電極層を有する積層型蓄電池に適用したものである。
【００８１】
上述したように、電極群は蓄電池表面よりも中央部（電池内部）の放熱性が劣る。第７の実施の形態は、例えば、矩形シート状の正負極電極を積層して成る積層型蓄電池であり、ここでは、電池内部の電極層を厚くし、表面の電極層を薄くして電池の温度分布の均一化を図るようにしたものである。
【００８２】
図１４に示すように、電極群６１２は、厚さの厚い正負極電極６２０ｉｎ，６３０ｉｎを電池深層部（中央部）に配置し、厚さの薄い正負極電極６２０ｏｕｔ，６３０ｏｕｔを電池表面に配置した例を示している。表面側の正極電極６２０ｏｕｔと内部側の負極電極層６３０ｉｎとの間にはセパレータ６４０が介在され、裏面側の負極電極６３０ｏｕｔと内部側の正極電極層６２０ｉｎとの間にはセパレータ６４０が介在されている。
【００８３】
表裏面側に配置された正極電極層６２２ｏｕｔ、負極電極層６３２ｏｕｔの厚さＴｐｏｕｔ、Ｔｎｏｕｔは、中央側に配置された正極電極層６２２ｉｎ、負極電極層６３２ｉｎの厚さＴｐｉｎ、Ｔｎｉｎよりも小さく設定されており、内側の正極電極層６２２ｉｎ、負極電極層６３２ｉｎの発熱量が抑制されている。
これによって、放熱性の低い内側の正極電極層６２２ｉｎ、負極電極層６３２ｉｎにおける発熱量が、外側の正極電極層６２２ｏｕｔ、負極電極層６３２ｏｕｔの発熱量よりも小さく、電極群６１２全体の温度上昇が均一化される。
【００８４】
［第８の実施の形態］
本発明による蓄電池の第８の実施の形態を図１５を参照して説明する。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には７００番台の符号を付し、相違点を主に説明する。
第８の実施の形態は、第１の実施の形態における電極層２２と等価な効果を奏する電極群の他の例をしている。すなわち、電極層の幅方向の厚さを階段状に不連続に変化させたものである。
【００８５】
第８の実施の形態の電極群７１２は、正負極電極７２０，７３０をセパレータ７４０を介在させて積層したものである。正極電極７２０は平板状の正極金属箔７２１と、正極金属箔７２１の片面に塗布された正極電極層７２２とから成り、負極電極７３０は平板状の負極金属箔７３１と、負極金属箔７３１の片面に塗布された負極電極層７３２とから成る。正負極電極層７２２，７３２の間には、中央の厚みが薄くされたセパレータ７４０が配設されている。
正負極電極層７２２，７３２はセパレータ７４０の中央部の厚さが薄い領域で厚みが厚くなる。換言すると、第８の実施の形態の電極層７２０，７３０は階段状である。上述したように、電解液に占める活物質７２２Ａ，７３２Ａが小さいほど発熱量が低いので、第８の実施の形態の蓄電池は、電池の内部（深層部）の発熱が抑制され、電池全体としては温度分布が小さくなる。
【００８６】
［変形例］
第１の実施の形態では、セパレータ４０の厚さを不均一として、電極群１２の厚さを均一化したが、電極群１２の厚さの不均一が許容される場合には、セパレータ４０の厚さを均一としてもよい。
また、セパレータ４０の厚さを均一とし、一方、正負極電極層２２，３２の厚さの変化に対応して、正負極集電箔２１，３１の厚さを不均一として、電極群１２の厚さを均一としてもよい。
【００８７】
以上の実施の形態では、正負極活物質の粒径を均一としたが、粒径を正負極集電箔２１，３１の位置に応じて変化させ、粒径の大小により正負極電極層１２２，１３２の厚みを厚くすることも可能である。正負極活物質１２２Ａ，１３２Ａの粒径が大きい部分では、空隙率が増大し、発熱量が抑制される。
【符号の説明】
【００８８】
１０Ａ〜１０Ｆ  蓄電池
１１，１１１，２１１，３１１，４１１電池容器
１２，１１２，２１２，３１２，４１２、５１２，６１２，７１２  積層型電極群
１３，１１３，２１３，３１３，４１３，５１３  電解液
２０，１２０，２２０，３２０，４２０，５２０，６２０，７２０  正極電極
２１，１２１  ２２１，３２１，４２１，５２１，６２１，７２１  正極金属箔
２２，１２２  ２２２，３２２，４２２、５２２，６２２，７２２  正極電極層
２２Ａ，１２２Ａ，２２２Ａ，３２２Ａ，４２２Ａ，５２２Ａ，６２２Ａ，７２２Ａ
正極活物質
３０，１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０，７３０  負極電極
３１，１３１，２３１，３３１，４３１，５３１，６３１，７３１  負極金属箔
３２，１３２，２３２，３３２，４３２，５３２，６３２，７３２  負極電極層
３３Ａ，１３２Ａ，２３２Ａ，３３２Ａ，４３２Ａ，５３２Ａ，６３２Ａ，７３２Ａ
負極活物質
４０，１４０，２４０，３４０，４４０，５４０，６４０，７４０  セパレータ
１００  組電池
４１１Ｃ  コーナ部
４０１，５０１  正極タブ
４０２、５０２  負極タブ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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