(57)【要約】  蓄電装置は、正極及び負極と電解液とを有する。正極及び負極は、貫通孔を有する集電体シートと、集電体シートの表裏両面に形成された活物質層とからなる。集電体シートの表裏両面のうち一方の第１面に形成された第１の活物質層は、集電体シートの表裏両面のうち他方の第２面に形成された第２の活物質層よりも厚い。集電体シートは、第１面を内側にして第１の活物質層を挟持しながら折り畳まれている。
2013005358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極と電解液とを有する蓄電装置において、
前記正極及び前記負極の少なくとも一方の電極は、貫通孔を有する集電体シートと、前記集電体シートの表裏両面に形成された活物質の層とからなり、
前記集電体シートの表裏両面のうち一方の第１面に形成された第１の活物質層は、前記集電体シートの表裏両面のうち他方の第２面に形成された第２の活物質層よりも厚く、前記集電体シートは、前記第１面を内側にして前記第１の活物質層を挟持しながら折り畳まれていることを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記集電体シートの端子が接続される端子接続部は、活物質の層が形成されていない活物質未形成部である請求項１記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記集電体シートの屈曲部の前記第１面及び前記第２面の少なくとも一方は、活物質の層が形成されていない活物質未形成部である請求項１又は２に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記第２の活物質層の厚みに対する前記第１の活物質層の厚みの比率は、１．０５以上５以下である請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記第１面の単位面積当たりに形成された前記第１の活物質層の質量は、前記第２面の単位面積当たりに形成された前記第２の活物質層の質量よりも大きい請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓄電装置。
【請求項６】
前記第２面の単位面積当たりに形成された前記第２の活物質層の質量に対する、前記第１面の単位面積当たりに形成された前記第１の活物質層の質量の比率は、１．０５以上５以下である請求項５に記載の蓄電装置。
【請求項７】
前記正極と前記負極の双方とも、前記集電体シートの前記第１面に形成された第１の前記活物質層が、前記集電体シートの前記第２面に形成された第２の前記活物質層よりも厚く、前記集電体シートが、前記第１面を内側にして前記第１の活物質層を挟持しながら折り畳まれた構成をもち、
前記正極の折り畳まれた前記集電体シートは、セパレータを介在させて、前記負極の折り畳まれた前記集電体シートと交互に積層されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の蓄電装置。
【請求項８】
前記蓄電装置は電池である請求項１〜７のいずれか一項に記載の蓄電装置。
【請求項９】
前記蓄電装置は電気二重層コンデンサである請求項１〜７のいずれか一項に記載の蓄電装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の蓄電装置を搭載したことを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置及び車両に関し、特に、活物質層を集電体表面に形成してなる電極をもつ蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蓄電装置には、例えばリチウムイオン二次電池などの電池や、電気二重層コンデンサなどのコンデンサがある。リチウム二次電池は、小型でエネルギー密度が高く、ポータブル電子機器の電源として広く用いられている。リチウム二次電池の正極活物質としては、主としてＬｉＣｏＯ２などの複合金属酸化物が用いられている。かかる複合金属酸化物を正極活物質として用いたリチウム二次電池の電池容量は１６０ｍＡｈ／ｇ程度であり、より高い容量をもつ正極活物質材料が望まれていた。【０００３】
高体積エネルギー密度の電池を作製するためには、集電体上に厚みの大きい電極材を塗工する必要がある。【０００４】
正極を作製するためには、正極活物質材料を活物質として、導電助材及びバインダと混合し、必要に応じて粘度調整用の溶剤と混ぜてスラリー状となす。このスラリー状の電極材を金属集電体に塗工して正極を作製する。電極材を厚く塗工すると、塗工後の乾燥時の溶剤揮発による体積変化や、集電体との線膨張の違いに起因するひずみが大きくなるなどの原因により、活物質層自身の割れや集電体からの剥離が生じることが懸念される。【０００５】
活物質層の割れや剥離を防止するために、電極材中のバインダ量を増やすことが考えられる。しかし、活物質層中の活物質の割合が減少することになり、電池容量が低下してしまう。【０００６】
そこで、特開２００１−２８２７３号公報、特開２００２−１５７９９７号公報、特開２００３−６８３６４号公報、特開２００２−２６０６７３号公報、特開平５−２８３１０７号公報には、集電体箔の表裏両面に活物質層を塗布乾燥させて帯状のシートとし、このシートを交互に折り曲げることにより、電極体を形成することが提案されている。【０００７】
しかし、特開２００１−２８２７３号公報では、一方の電極のみが、集電体の両面に活物質層が形成されて交互に折り畳まれており、他方の電極は折り畳まれていない。このため、折り畳まれていない方の電極の活物質層が、集電体から剥離したり割れが生じたりして脱落するおそれがある。【０００８】
また、特開２００２−１５７９９７号公報では、正極シートと負極シートとをセパレータを介在させて積層体とし、これを交互に折り畳んでいる。しかし、集電体の両面に活物質層を形成しているのは積層体内部に配置される負極シートのみであり、積層体外側に配置される正極シートには活物質層が形成されていない。このため、電極体の単位体積当たりのエネルギー密度が十分ではない。【０００９】
また、特開２００３−６８３６４号公報では、正極シートと負極シートともに、集電体の片面のみに活物質層が形成されている。このため、電極体の単位体積当たりのエネルギー密度が十分ではない。【００１０】
また、特開２００２−２６０６７３号公報では、正極シート及び負極シートともに、集電体の両面に活物質層を形成しているが、活物質層の厚みが不十分であり、エネルギー密度が低い。【００１１】
また、特開平５−２８３１０７号公報では、複数の電極を積層して形成された積層電極体を折り畳んでいる。このため、積層電極体の内部に電解液が浸透しにくく、積層電極体内部での電池反応を活発に行うことができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００１−２８２７３号公報（段落００１４、図７）
【特許文献２】特開２００２−１５７９９７号公報（段落００３０、図１）
【特許文献３】特開２００３−６８３６４号公報（段落００４６、図１）
【特許文献４】特開２００２−２６０６７３号公報（段落００６７〜００６９、図２）
【特許文献５】特開平５−２８３１０７号公報（段落００１８〜２１，図１〜図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、活物質層の集電体からの剥離を防止することができる蓄電装置及び車両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】
【００１４】
（１）本発明の蓄電装置は、正極と負極と電解液とを有する蓄電装置において、前記正極及び前記負極の少なくとも一方の電極は、貫通孔を有する集電体シートと、前記集電体シートの表裏両面に形成された活物質の層とからなり、前記集電体シートの表裏両面のうち一方の第１面に形成された第１の前記活物質層は、前記集電体の表裏両面のうち他方の第２面に形成された第２の前記活物質層よりも厚く、前記集電体シートは、前記第１面を内側にして前記第１の活物質層を挟持しながら折り畳まれていることを特徴とする。【００１５】
上記構成によれば、集電体シートの第１面に形成された第１の活物質層が、集電体シートの第２面に形成された第２の活物質層よりも厚く、集電体シートは、厚い方の第１の活物質層を挟んで第１面同士が内側に配置されるように折り曲げられている。このため、厚い方の第１の活物質層は、集電体シートから剥離することが防止される。【００１６】
一方、第２の活物質層は、第１の活物質層よりも薄く、集電体シートから剥離しにくい。ゆえに、第２の活物質層は、折り曲げられた集電体シートの内側に挟み込まれていなくても、集電体シートから剥離することが少ない。【００１７】
また、集電体シートには、貫通孔が形成されている。このため、集電体シートの表面側と裏面側とが貫通孔により連通され、イオン物質や電解液を集電体シートの表裏両面に自在に移動させることができる。したがって、第1の活物質層と第２の活物質層との双方にイオン物質や電解液を流通させることができ、電池特性などの蓄電特性が向上する。【００１８】
（２）前記集電体シートの端子が接続される端子接続部は、活物質の層が形成されていない活物質未形成部であることが好ましい。この場合には、集電体シートの端子接続部から確実に電気を取り出すことができる。【００１９】
（３）前記集電体シートの屈曲部の前記第１面及び前記第２面の少なくとも一方は、活物質の層が形成されていない活物質未形成部であることが好ましい。活物質の層のうち屈曲部に形成された部分は、集電体シートから剥がれやすい部分である。この屈曲部を活物質未形成部とすることにより、集電体シートからの活物質層の剥離を確実に抑えることができる。集電体シートの屈曲部の第１面及び第２面のいずれに活物質層未形成部を設けても良いが、折り曲げられた集電体シートの外側に配置される第２面の屈曲部を活物質層未形成部とすることがよい。第１面に形成された第１の活物質層は集電体シートから剥離したときに屈曲部付近の第１面で保持されるが、第２面に形成された第２の活物質層は、集電体シートから剥離したときに保持されず脱落するからである。【００２０】
（４）前記第２の活物質層の厚みに対する前記第１の活物質層の厚みの比率は、１．０５以上５以下であることが好ましい。この場合には、集電体シートの第１面に形成された第１の活物質層と第２面に形成された第２の活物質層との間でイオン物質や電解液の移動が充分に行われ、電池容量及び蓄電容量を高くすることができる。一方、第２の活物質層の厚みに対する第１の活物質層の厚みの比率が１．０５未満の場合には、活物質層の全体量が少なくなり電池容量及び蓄電容量が低下するおそれがあるか、または第２の活物質層の厚みが大きすぎ、第２の活物質層が集電体シートから剥離するおそれがある。一方、第２の活物質層の厚みに対する第１の活物質層の厚みの比率が５を超える場合には、集電体シートの内側に挟み込まれた第１の活物質層の厚みが大きすぎ、イオン物質や電解液の電極の厚み方向の移動が制限されるおそれがある。【００２１】
（５）前記第１面の単位面積当たりに形成された前記第１の活物質層の質量は、前記第２面の単位面積当たりに形成された前記第２の活物質層の質量よりも大きいことが好ましい。【００２２】
この場合には、集電体シートの内側に挟み込まれる第１の活物質層が第２の活物質層よりも厚く形成され、エネルギー密度を向上させることができる。【００２３】
また、集電体シートの外側に配置される第２の活物質層は、比較的薄いため、集電体シートから剥離したり脱落したりすることは少ない。【００２４】
（６）前記第２面の単位面積当たりに形成された前記第２の活物質層の質量に対する、前記第１面の単位面積当たりに形成された前記第１の活物質層の質量の比率は、１．０５以上５以下であることが好ましい。【００２５】
この場合には、第２の活物質層の脱落を防止しつつ、第１、第２の活物質層全体のエネルギー密度を高くすることができる。一方、第２面の単位面積当たりに形成された第２の活物質層の質量に対する、第１面の単位面積当たりに形成された第１の活物質層の質量の比率が１．０５未満の場合には、活物質層の全体量が少なくなり電池容量及び蓄電容量が低下するおそれがあるか、または第２の活物質層の厚みが大きすぎ、第２の活物質層が集電体シートから剥離するおそれがある。一方、第２面の単位面積当たりに形成された第２の活物質層の質量に対する、第１面の単位面積当たりに形成された第１の活物質層の質量の比率が５を超える場合には、集電体シートの内側に挟み込まれた第１の活物質層の厚みが大きすぎ、イオン物質や電解液の電極の厚み方向の移動が制限されるおそれがある。【００２６】
（７）前記正極と前記負極の双方とも、前記集電体シートの前記第１面に形成された第１の前記活物質層が、前記集電体シートの前記第２面に形成された第２の前記活物質層よりも厚く、前記集電体シートが、前記第１面を内側にして前記第１の活物質層を挟持しながら折り畳まれた構成をもち、前記正極の折り畳まれた前記集電体シートは、セパレータを介在させて、前記負極の折り畳まれた前記集電体シートと交互に積層されていることが好ましい。この場合には、正極及び負極ともに、集電体シートからの脱落を防止しつつ多量の活物質層を形成することができ、蓄電装置のエネルギー密度を一層向上させることができる。【００２７】
（８）前記蓄電装置は電池であることが好ましい。電池が上記構成を有することで、活物質層の集電体シートからの剥離を防止して、電池特性を向上させることができる。【００２８】
（９）前記蓄電装置は電気二重層コンデンサであることが好ましい。電気二重層コンデンサが上記構成を有することで、活物質層の集電体シートからの剥離を防止して、蓄電特性を向上させることができる。【００２９】
（１０）本発明の車両は、上記記載の蓄電装置を搭載したことを特徴とする。上記記載の蓄電装置を搭載した車両は、高い出力を発揮することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の蓄電装置によれば、集電体シートの第１面に形成された第１の活物質層が、集電体シートの第２面に形成された第２の活物質層よりも厚く、集電体シートは、厚い方の第１の活物質層を挟んで第１面同士が内側に配置されるように折り曲げられている。このため、薄い方の第２の活物質層だけでなく厚い方の第１の活物質層も、集電体シートからの剥離を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例１の電池の断面図である。
【図２】実施例１の集電体シートの平面図である。
【図３Ａ】実施例１の正極の製造方法を示す説明図であって、第２面を上側に向けて配置した集電体シートの斜視図である。
【図３Ｂ】実施例１の正極の製造方法を示す説明図であって、第２面上に第２の活物質層を形成した集電体シートの斜視図である。
【図３Ｃ】実施例１の正極の製造方法を示す説明図であって、第１面上に第１の活物質層を形成した集電体シートの斜視図である。
【図３Ｄ】実施例１の正極の製造方法を示す説明図であって、第１面を内側にして２つ折りにした集電体シートの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の蓄電装置は、例えば、電池や、コンデンサなどの、電池を貯める機能を有する装置に用いられる。まず、蓄電装置が電池である場合について説明する。
【００３３】
（電池）
電池は、正極と負極と電解液とを有する。
【００３４】
正極及び負極の少なくとも一方の電極は、集電体シートと、集電体シートの表裏両面に形成された活物質層とからなる。
【００３５】
集電体シートは、シート状を呈しており、導電性が高く屈曲可能な材質で形成されている。集電体シートは、例えば、アルミ箔、銅箔、ニッケル箔、ステンレス箔などの金属箔、炭素繊維不織布などにより形成されている。
【００３６】
金属箔製集電体シートには、１又は複数の貫通孔が形成されている。この貫通孔は、電極反応で生じたイオン物質や電解液を通過させるためのものである。貫通孔は、イオン物質や電解液成分を充分に通過させ得る程度の大きさであることがよい。
【００３７】
貫通孔の内周面には粗化処理を施すことがよい。貫通孔への活物質層の食らいつきがよくなり、活物質層の脱落を効果的に抑えることができる。
【００３８】
貫通孔の直径は、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましく、更には０．３ｍｍ以上０．７ｍｍ以下であることが望ましい。この場合には、貫通孔への活物質層の食らいつきがよく、しかも集電体シートの内側に配置された第１の活物質層が貫通孔を通じて集電体シートの外側にはみ出して脱落することを防止できる。
【００３９】
貫通孔の開口ピッチＰは０．３ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、更には０．３ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが望ましい。この場合には、集電体シートの表裏間でイオン物質や電解液を活発に流通させることができる。貫通孔の開口ピッチＰとは、隣り合う貫通孔の開口周縁同士の距離をいう（図２参照）。
【００４０】
貫通孔は千鳥状に配置するとよい。この場合には、集電体シートの単位面積当たりに多数の貫通孔を配置することができ、集電体シートの表裏間でイオン物質や電解液を活発に流通させることができる。
【００４１】
貫通孔は、端子接続部には形成されていないことが好ましい。端子接続部に貫通孔が形成されていると、端子の接続強度が低下するおそれがあるからである。
【００４２】
集電体シートの貫通孔形成部の面積に対する貫通孔開口面積の比率は、１５％以上６０％以下であることが好ましく、２０％以上５０％以下であることが望ましい。集電体シートの貫通孔形成部の面積とは、集電体シートにおける貫通孔が形成されている領域（図２の一般部１０ｅ）の合計面積をいう。即ち、集電体シート全体から、貫通孔が形成されていない部分を除いた部分の面積をいう。貫通孔開口面積とは、貫通孔の開口している部分の面積の合計をいう。集電体シートの貫通孔形成部の面積に対する貫通孔開口面積の比率が過小の場合には、集電体シートの表裏間のイオン物質や電解液の流通量が減り、電気特性が低下するおそれがある。集電体シートの貫通孔形成部の面積に対する貫通孔開口面積の比率が過大の場合には、集電体シートの活物質層に対する保持面積が減り、活物質層が剥離したり、集電体シートの強度が弱く破れたりするおそれがある。
【００４３】
集電体シートの表面には、活物質層の密着性を高めるために、粗化処理が施されていたり、活物質層を密着させるための表面コート層が形成されていたりしても良い。
【００４４】
集電体シートの表面及び裏面には、活物質から構成された活物質層が形成されている。活物質とは電解質との化学反応によって、電子を放出したり、取り込んだりする物質をいい、電流放電時に、電子を放出する活物質を負極活物質、電子を取り込む活物質を正極活物質という。
【００４５】
活物質層を構成する活物質の形状は、例えば、粉末状、粒子状のものが多い。活物質の種類は、特に限定しない。活物質が正極活物質である場合、正極活物質は、例えば、リチウムコバルト系複合酸化物、リチウムマンガン系、リチウムニッケル系複合酸化物、リチウムりん酸鉄などのリチウム系複合金属酸化物、単体硫黄、硫黄炭素化合物などで構成されているとよい。
【００４６】
活物質が負極活物質である場合、負極活物質は、例えば、カーボン、酸化珪素、チタン酸リチウムなどで構成されているとよい。電池は、活物質がリチウムイオンを吸蔵・放出することで充放電が行われる電池がよく、この場合、負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質であるとよい。
【００４７】
かかる負極活物質は、リチウムと合金化可能な元素又は／及びリチウムと合金化可能な元素を有する元素化合物からなるとよい。前記リチウムと合金化反応可能な元素は、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、及びＢｉの群から選ばれる少なくとも１種からなるとよい。中でも、珪素（Ｓｉ）または錫（Ｓｎ）からなるとよい。前記リチウムと合金化反応可能な元素を有する元素化合物は珪素化合物または錫化合物であることがよい。珪素化合物は、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）であることがよい。錫化合物は、例えば、スズ合金（Ｃｕ−Ｓｎ合金、Ｃｏ−Ｓｎ合金等）、スズ合金（Ｃｕ−Ｓｎ合金、Ｃｏ−Ｓｎ合金等）などが挙げられる。
【００４８】
また、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質としては、たとえば、天然黒鉛、人造黒鉛、フェノール樹脂等の有機化合物加熱体、コークス等の炭素物質の粉状体を用いることができる。また、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質としては、金属リチウム又はリチウム合金を用いてもよい。このように負極活物質として金属リチウム又はリチウム合金を用いた電池をリチウム二次電池といわれている。また、負極活物質として金属リチウム又はリチウム合金以外の元素を用いた電池はリチウムイオン二次電池といわれている。
【００４９】
負極活物質は、Ｓｉ（珪素）を含むとよい。Ｓｉを含む負極活物質は放電容量が大きいからである。Ｓｉを含む負極活物質は、充放電時のＬｉイオンの吸蔵・放出により体積変化が大きい。負極活物質表面に形成された被膜は、その厚みが比較的薄いため、負極活物質の体積変化に柔軟に追従する。このため、充放電を繰り返しても、被膜が破壊しにくく、充放電サイクル特性に優れる。Ｓｉを含む負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能であって珪素又は／及び珪素化合物からなるとよい。負極活物質は、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）を有するとよい。珪素は、理論放電容量が大きい。一方で、充放電時の体積変化が大きいため、ＳｉＯｘとすることで体積変化を少なくすることができる。
【００５０】
活物質層は、活物質を必須成分とし、必要に応じて結着剤、導電助剤が含まれる場合がある。結着剤は、特に限定されるものではなく、既に公知のものを用いればよい。たとえば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素樹脂など高電位においても分解しない樹脂を用いることができる。結着剤の配合割合は、質量比で、活物質：結着剤＝１：０．０５〜１：０．５であるのが好ましい。結着剤が少なすぎると電極の成形性が低下し、また、結着剤が多すぎると電極のエネルギー密度が低くなるためである。
【００５１】
導電助剤としては、電池の電極で一般的に用いられている材料を用いればよい。たとえば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック（炭素質微粒子）、炭素繊維などの導電性炭素材料を用いるのが好ましく、導電性炭素材料の他にも、導電性有機化合物などの既知の導電助剤を用いてもよい。これらのうちの１種を単独でまたは２種以上を混合して用いるとよい。導電助材の配合割合は、質量比で、負極活物質：導電助材＝１：０．０１〜１：０．５であるのが好ましい。導電助材が少なすぎると効率のよい導電パスを形成できず、また、導電助材が多すぎると電極の成形性が悪くなるとともに電極のエネルギー密度が低くなるためである。
【００５２】
集電体シートの表裏両面のうちの一方の第１面に形成された第１の活物質層の厚みは、集電体シートの表裏両面のうち他方の第２面に形成された第２の活物質層の厚みよりも大きい。第２の活物質層の厚み（Ｔ２）に対する第１の活物質層の厚み（Ｔ１）の比率（Ｔ１／Ｔ２）は、１．０５以上５以下であることが好ましく、更には１．２以上２．０以下であることが望ましい。この場合には、集電体シートを折り畳んだときに外側となる第２面に剥離しない若しくは剥離しにくい程度の活物質層を形成しつつ、折り畳んだときに内側となる集電体シートの第１面に第１の活物質層よりも多量の活物質層を形成して蓄電装置のエネルギー密度を高くすることができる。
【００５３】
第１の活物質層の厚みは、平面状の集電体シートに塗工した場合に集電体シートから剥離する若しくは剥離し易い程度に大きくてもよい。このような剥離する若しくは剥離し易い程度の活物質層の厚みは、活物質層の構成成分の種類にもよるが、例えば、７０μｍを超えた厚み、更には８０μｍを超えた厚みである。第１の活物質層を厚く塗工しても、第１の活物質層は、折り畳まれた集電体シートにより挟持されるため、集電体シートから脱落しない。
【００５４】
第１の活物質層の厚みは３０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましく、また、７０μｍを超え且つ１５０μｍ以下であり、更には８０μｍを超え且つ１５０μｍ以下であることが望ましい。この場合には、第１面に多量の活物質層を形成して電池のエネルギー密度を高くすることができる。一方、第１の活物質層の厚みが過小の場合には、電池の容量が低くなるおそれがあり、第１の活物質層の厚みが過大の場合には第１の活物質層の表面部で生じた電子が集電体シートに到達しにくくなり、電池のハイレート特性が低下するおそれがある。
【００５５】
第２の活物質層の厚みは、平面状の集電体シートに塗工した場合に集電体シートから剥離しない若しくは剥離しにくい程度であることがよい。少なくとも、第２の活物質層の厚みは、第１の活物質層の厚みよりも小さいことが必要である。ここで、剥離しない若しくは剥離しにくい程度の第２の活物質層の厚みは、例えば、８０μｍ以下、更には７０μｍ以下である。また、第２面の単位面積当たりに形成された第２の活物質層の剥離しない程度の質量は、例えば、３．５ｇ／ｍ２以下である。第２の活物質層は剥離しない程度に薄く塗工することにより、折り畳んだ集電体シートの外側に位置する第２面から剥離しにくくなる。
【００５６】
第２の活物質層の厚みは３０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましく、第２の活物質層の厚みの上限は、１５０μｍ、８０μｍ、更には７０μｍであることが望ましい。この場合には、集電体シートから第２の活物質層の剥離や割れを防止することができる。一方、第２の活物質層の厚みが過小の場合には、電池の容量が低くなるおそれがあり、第２の活物質層の厚みが過大の場合には、第２の活物質層が集電体シートから剥離するおそれがある。
【００５７】
また、集電体シートの第１面の単位面積当たりに形成された第１の活物質層の質量は、集電体シートの第２面の単位面積当たりに形成された第２の活物質層の質量よりも大きいことが好ましい。第２の活物質層の集電体シートからの脱落を防止しつつ、第１の活物質層のエネルギー密度を高めることができる。
【００５８】
更には、第２面の単位面積当たりに形成された第２の活物質層の質量に対する、第１面の単位面積当たりに形成された第１の活物質層の質量の比率は、１．０５以上５以下であることが好ましく、更には１．２以上２．０以下であることが望ましい。この場合には、第２の活物質層の脱落を防止しつつ、第１、第２の活物質層全体のエネルギー密度を高くすることができる。
【００５９】
集電体シートの端子が接続される端子接続部は、活物質層が形成されていない活物質未形成部であることが好ましい。この場合には、集電体シートの端子接続部から確実に電気を取り出すことができる。
【００６０】
正極及び負極の少なくとも一方、好ましくは正極と負極の双方とも、表裏両面に活物質層を有する集電体シートを折り畳んで形成されてなり、折り畳まれた集電体シートの内側に配置される第１の活物質層が、外側に配置される第２の活物質層よりも厚い。この場合には、正極及び負極ともに、多量の活物質層を集電体シートに担持させることができ、単位体積当たりのエネルギー密度が向上する。
【００６１】
折り畳まれた集電体シートの屈曲部の第１面及び第２面の少なくとも一方は、活物質の層が形成されていない活物質未形成部であるとよい。また、折り畳んだときに外側となる集電体シートの屈曲部の第２面に、活物質未形成部を設けることがよく、更には、屈曲部の第１面及び第２面の双方に活物質未形成部を設けるとよい。この場合には、集電体シートの屈曲部で活物質層の剥離や割れが生じにくくなる。
【００６２】
また、集電体シートの屈曲部には貫通孔を設けないことが好ましい。貫通孔を通じて、内側に挟み込まれた第１の活物質層が集電体シートの外側にはみ出してきて、集電体シートから活物質層が剥離したり割れたり、屈曲部の集電体シートの強度が低く破れたりするおそれがあるからである。
【００６３】
集電体シートは、長手方向の略中央部分を屈曲させることで、２つ折りに折り畳まれるとよい。集電体シートを折り畳むときには、第１又は／及び第２の活物質層が乾燥する前の例えばスラリー又はペースト状であるとよい。この場合には、第１又は／及び第２の活物質層が集電体シートの折り曲げ形状に沿って柔軟に追従し、折り曲げ加工時の第１、第２の活物質層の剥離を防止できる。  
【００６４】
集電体シートを２つに折り畳んで形成された正極と負極とは、シート状のセパレータを介在させて交互に積層されて、電極体を構成するとよい。電極体は、電解液とともに収容部材に収容して電池が作製される。
【００６５】
電極体は、複数の正極と複数の負極とをセパレータを介在させて厚み方向に積層して形成された積層型電極体であるか、または正極と負極とをセパレータを介在させて重ね合わせこれを捲回して捲回型電極体としてもよい。
【００６６】
電解液は、電解質を溶媒に溶解させた溶液をいう。電解液は、例えば、非水電解液であるとよい。非水電解液は、有機溶媒に電解質を溶解させたものである。電解質は、フッ素系化合物であることが好ましい。電解質であるフッ素系化合物は、有機溶媒に可溶なアルカリ金属フッ化塩であることが好ましい。アルカリ金属フッ化塩としては、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＮａＰＦ６、ＮａＢＦ４、及びＮａＡｓＦ６の群から選ばれる少なくとも１種を用いるとよい。非水電解液の有機溶媒は、非プロトン性有機溶媒であることがよく、たとえば、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）等から選ばれる一種以上を用いることができる。
【００６７】
電解液は、非水電解液のほかに、水系電解液、イオン液体電解液でもよく、その種類を問わない。
【００６８】
電池は、リチウムイオン二次電池、リチウム二次電池などの非水電解質二次電池のほかに、ニッケル水素二次電池、ニカド電池でもよい。電池の形状に特に限定はなく、円筒型、積層型、コイン型、ラミネート型等、種々の形状を採用することができる。いずれの形状を採る場合であっても、正極および負極にセパレータを挟装させ電極体とし、正極集電体および負極集電体から外部に通ずる正極端子および負極端子までの間を、集電用リード等を用いて接続した後、この電極体を非水電解液とともに電池容器に密閉して電池とする。
【００６９】
（コンデンサ）
蓄電装置がコンデンサである場合、電極を構成する活物質は、分極可能な活物質であるとよい。活物質は、例えば、活性炭などを用いることができる。コンデンサにおいても活物質の層は、活物質を必須成分とし、必要に応じて結着剤、導電助剤が含まれる場合がある。コンデンサに用いられる電解液は、例えば、陽イオンと陰イオンとからなる電解質を溶媒に溶解させてなる。陽イオンは、例えば、テトラエチルアンモニウム塩が用いられる。陰イオンは、例えば、四フッ化ホウ酸イオンなどを用いる。溶媒は、電池の溶媒と同様のものを用いることができる。その他、上記電池の構成は、コンデンサで適用可能な構成はすべて、本実施形態のコンデンサに適用することができる。
【００７０】
コンデンサとしては、電気二重層コンデンサが好適に用いられる。このように蓄電装置がコンデンサである場合にも、電池である場合と同様の構成を採用することで、集電体シートからの活物質の層の剥離を防止でき、コンデンサの蓄電特性を向上させることができる。
【００７１】
上記本発明の蓄電装置は、車両に搭載してもよい。車両は、その動力源の全部あるいは一部に蓄電装置による電気エネルギーを使用している車両であれば良く，例えば、電気車両、ハイブリッド車両などであるとよい。蓄電装置は、車両以外にも、パーソナルコンピュータ，携帯通信機器など，電池で駆動される各種の家電製品，オフィス機器，産業機器が挙げられる。
【実施例】
【００７２】
（実施例１）
本実施例の電池は、正極と負極とをセパレータを介在させて積層して作製したラミネート電池である。【００７３】
図１に示すように、正極１は、集電体シート１０と、集電体シート１０の表裏両面に形成された第１、第２の活物質層１１ａ、１１ｂとからなる。【００７４】
図２に示すように、集電体シート１０は、長手方向Ｌに延びる長方形をなし、厚み２０μｍのアルミ箔からなり、多数の貫通孔１３が開口している。貫通孔１３は、端子接続部１０ｄを除く一般部１０ｅに形成されている。端子接続部１０ｄは、集電体シート１０の長手方向Ｌの一端部に設けられている。端子接続部１０ｄには、電極タブ６１が超音波溶接により接続されている。【００７５】
集電体シート１０の一般部１０ｅには、多数の貫通孔１３が長手方向Ｌに配列する複数の貫通孔列１３ａが形成されており、各貫通孔列１３ａは集電体シート１０の幅方向に複数配列している。各貫通孔１３の直径は０．３ｍｍであり、各貫通孔１３の貫通孔列１３ａの延び方向の開口ピッチＰは０．５２ｍｍである。異なる貫通孔列１３ａに存在する互いに隣り合う各貫通孔１３の開口ピッチＰは０．５２ｍｍであり、その配列方向は、貫通孔列１３ａの延び方向に対して６０°の角度αに傾斜している。貫通孔１３は、集電体シート１０の一般部１０ｅ全体に千鳥状に配列している。集電体シート１０の一般部１０ｅの面積に対する全貫通孔１３の開口面積の合計の比率は３０％である。【００７６】
図１，図２に示すように、集電体シート１０は、端子接続部１０ｄを残して、長手方向Ｌの略中央部分で２つ折りに屈曲されている。２つ折りされた集電体シート１０の内側に位置する表面は第１面１０ａとし、外側に位置する裏面は第２面１０ｂとする。【００７７】
集電体シート１０の第１面１０ａには第１の活物質層１１ａが形成されており、集電体シート１０の第２面１０ｂには第２の活物質層１１ｂが形成されている。第１、第２の活物質層１１ａ、１１ｂは、端子接続部１０ｄ及び屈曲部１０ｆを除く平面部１０ｇに形成されている。第１の活物質層１１ａの厚みは８０μｍであり、第１面１０ａの単位面積に対する第１の活物質層１１ａの質量は４．０ｇ／ｍ２である。第２の活物質層１１ｂの厚みは６５μｍであり、第２面１０ｂの単位面積に対する第２の活物質層１１ｂの質量は３．３ｇ／ｍ２である。第２の活物質層１１ｂの厚みに対する第１の活物質層１１ａの厚みの比率は、１．２３（８０μｍ／６５μｍ）である。また、集電体シート１０の第２面１０ｂの単位面積当たりに形成された第２の活物質層１１ｂの質量に対する、第１面１０ａの単位面積当たりに形成された第１の活物質層１１ａの質量の比率は、１．２１（４．０ｇ／ｍ２／３．３ｇ／ｍ２）である。【００７８】
第１、第２の活物質層１１ａ、１１ｂは、ともに、正極活物質と導電助剤とバインダとからなり、各配合質量比は正極活物質９０％、導電助剤７％、バインダ３％である。正極活物質はコバルト酸リチウムからなり、導電助材はアセチレンブラックからなり、バインダはポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）からなる。【００７９】
正極１を製造するにあたっては、上記の正極活物質、導電助材及びバインダを上記の配合比で混合し、正極活物質、導電助材及びバインダの合計体積と同じ体積のＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）を添加し、混合して、スラリーとなす。【００８０】
図３Ａに示すように、正極用の集電体シート１０の第２面１０ｂを上側に向けて配置する。図３Ｂに示すように、前記スラリーを、集電体シート１０の第２面１０ｂに厚み６５μｍとなるように塗布し乾燥させて第２の活物質層１１ｂを形成する。第２の活物質層１１ｂは、集電体シート１０の第２面１０ｂの端子接続部１０ｄ及び屈曲部１０ｆを除いた平面部１０ｇにのみ形成する。【００８１】
次に、図３Ｃに示すように、集電体シート１０を裏返して、集電体シート１０の第１面１０ａを上側に向けて、第１面１０ａに厚みが８０μｍとなるように前記スラリーを塗布して第１の活物質層１１ａを形成する。第１の活物質層１１ａは、集電体シート１０の第１面１０ａの端子接続部１０ｄ及び屈曲部１０ｆを除いた平面部１０ｇにのみ形成する。図３Ｄに示すように、第１の活物質層１１ａが乾かないうちに、第１面１０ａを内側にして、集電体シート１０を長手方向Ｌの略中央部分で２つ折りにする。このとき、集電体シート１０の長手方向Ｌの一端部に設けた端子接続部１０ｄは、重ならないようにする。次に、ホットプレート上で第１の活物質層１１ａを乾燥させた後、２つ折りにされた集電体シート１０を厚み方向にプレスする。その後、集電体シート１０を所定のサイズに切り出して、正極１とする。【００８２】
負極２は、集電体シート２０と、集電体シート２０の表裏両面に形成された第１、第２の活物質層２１ａ、２１ｂとからなる。【００８３】
図２に示すように、負極２の集電体シート２０は厚さ２０μｍの銅箔からなり、正極の集電体シート１０と同様の形状で、貫通孔２３が多数開口している。負極２の集電体シート２０の貫通孔２３も、正極１の集電体シート１０に形成された貫通孔１３と同様に、複数の貫通孔列２３ａをもち、各貫通孔の開口ピッチＰは０．５２ｍｍであり、各貫通孔２３の直径は０．３ｍｍであり、端子接続部２０ｄを除く一般部２０ｅに千鳥状に配列している。端子接続部２０ｄには、電極タブ６２が超音波溶接により接続されている。集電体シート２０の一般部２０ｅの面積に対する全貫通孔２３の開口面積の合計の比率は３０％である。【００８４】
負極２の集電体シート２０は、端子接続部２０ｄを残して、長手方向Ｌの略中央部分で２つ折りに屈曲されている。２つ折りされた集電体シート２０の内側に位置する表面は第２面２０ａとし、外側に位置する裏面は第２面２０ｂとする。【００８５】
図１，図２に示すように、集電体シート２０の第１面２０ａ、第２面２０ｂには、それぞれ第１、第２の活物質層２１ａ、２１ｂが形成されている。第１、第２の活物質層２１ａ、２１ｂは、端子接続部２０ｄ及び屈曲部２０ｆを除く平面部２０ｇに形成されている。第１の活物質層２１ａの厚みは１００μｍであり、第１面２０ａの単位面積に形成された第１の活物質層２１ａの質量は１．５ｇ／ｍ２である。第２の活物質層２１ｂの厚みは８０μｍであり、第２面２０ｂの単位面積当たりに形成された第２の活物質層２１ｂの質量は１．２ｇ／ｍ２である。第２の活物質層２１ｂの厚みに対する第１の活物質層２１ａの厚みの比率は、１．２５（１００μｍ／８０μｍ）である。また、集電体シート２０の第２面２０ｂの単位面積当たりに形成された第２の活物質層２１ｂの質量に対する、第１面２０ａの単位面積当たりに形成された第１の活物質層２１ａの質量の比率は、１．２５（１．５ｇ／ｍ２／１．２ｇ／ｍ２）である。【００８６】
第１、第２の活物質層２１ａ、２１ｂは、ともに、負極活物質と導電助剤とバインダとからなり、各配合質量比は負極活物質９６％、導電助剤２％、バインダ２％である。負極活物質はグラファイトからなり、導電助材はアセチレンブラックからなり、バインダはスチレンブタジエンゴムからなる。【００８７】
負極２の製造方法は、正極１の製造方法と同様である。【００８８】
セパレータ３は、電解液の流通が可能な厚み２０μｍのポリプロピレン製多孔質薄膜からなる。【００８９】
正極１と負極２とは、セパレータ３を介在させて交互に複数積層されて電極体４を構成している。電極体４の全体厚みは、積層枚数によるが、２〜１０ｍｍである。【００９０】
電極体４には非水電解液が含浸されている。非水電解液は、有機溶媒としてのポリエチレンカーボネートと、電解質としてのＬｉＰＦ６とからなる。【００９１】
電極体４及び電解液は、収容部材５の中に収容されている。収容部材５は、可撓性のあるアルミニウムシートからなり、周縁を熱圧着することにより電極体４及び電解液を収容した状態で密封している。正極１の集電体シート１０に接続されている電極タブ６１、及び負極２の集電体シート２０に接続されている電極タブ６２は、それぞれ収容部材５の熱圧着部から外部に引き出されている。【００９２】
本実施例の電池によれば、正極１の第１の活物質層１１ａの厚みを、通常では剥離する程度の厚みまで大きくして、第２の活物質層１１ｂの厚みよりも大きくしている。本実施例では、正極の活物質としてコバルト酸リチウムを用いており、この場合、平面状の集電体シートにコバルト酸リチウムを含む活物質層を形成すると、厚み７０μｍを超えた場合、又は単位面積当たりの質量が３．５ｇ／ｍ２を超えた場合には、活物質層は集電体シート１０から剥離し易くなる。【００９３】
このような剥離し得る厚みや単位面積当たりの質量の第１の活物質層１１ａが集電体シート１０に形成されていても、第１の活物質層１１ａは、折り畳まれた集電体シート１０の内側の第１面１０ａの間に挟持されて、剥離しない。また、１枚当たりの集電体シートに多量の活物質層を形成することができるため、集電体シート１０を被覆する活物質層１１ａ、１１ｂの全体量を増加させることができ、電池容量を向上させることができる。【００９４】
一方、第２の活物質層１１ｂは、第１の活物質層１１ａよりも薄く、集電体シート１０から剥離しにくい。ゆえに、第２の活物質層１１ｂは、折り曲げられた集電体シート１０の内側に挟み込まれていなくても、集電体シート１０から剥離することが少ない。【００９５】
第２の活物質層１１ｂの厚みに対する第１の活物質層１１ａの厚みの比率は、１．２３である。また、集電体シート１０の第２面１０ｂの単位面積当たりに形成された第２の活物質層１１ｂの質量に対する、第１面１０ａの単位面積当たりに形成された第１の活物質層１１ａの質量の比率は、１．２１である。このため、集電体シート１０の第１面１０ａに形成された第１の活物質層１１ａと第２面１０ｂに形成された第２の活物質層１１ｂとの間でイオン物質や電解液の移動が充分に行われ、電池容量を高くすることができる。【００９６】
集電体シート１０には、貫通孔１３が形成されている。このため、集電体シート１０の表面側と裏面側とが貫通孔１３により連通され、イオン物質や電解液を、集電体シート１０の表裏面に形成された第１，第２の活物質層１１ａ、１１ｂ間を自在に移動させることができ、電池特性を向上させることができる。【００９７】
また、集電体シート１の電極タブ６１が接続される端子接続部１０ｄは、活物質層が形成されていない活物質未形成部である。このため、集電体シート１０の端子接続部１０ｄから確実に電気を取り出すことができる。【００９８】
集電体シート１０の屈曲部１０ｆの第１面１０ａ及び第２面１０ｂは、活物質層が形成されていない活物質未形成部である。集電体シート１０の屈曲部１０ｆは、活物質層に応力がかかり集電体シート１０から剥がれやすい部分である。この屈曲部１０ｆは活物質未形成部とされているため、集電体シート１０からの活物質層の剥離を確実に抑えることができる。【００９９】
以上のように正極１での第１の活物質層１１ａを第２の活物質層１１よりも厚くし、第１の活物質層１１ａを形成した第１面１０ａを内側にして２つ折りに折り畳むことで、厚みの大きい第１の活物質層１１ａの剥離を防止することを述べた。負極２も正極１と同様の構成をしているため、正極１と同様に、活物質層２１ａ、２１ｂの全体量を多くすることができ、しかも、活物質層２１ａ、２１ｂの集電体シート２０からの剥離を防止することができる。【０１００】
（実施例２）
本実施例においては、正極１及び負極２の集電体シート１０、２０の屈曲部１０ｆ、２０ｆには貫通孔１３，２３を形成していない点が、上記実施例１と相違する（図１，図２参照）。【０１０１】
本実施例においては、集電体シート１０、２０の屈曲部１０ｆ、２０ｆには貫通孔１３，２３を形成していないため、内側に挟み込まれた第１の活物質層１１ａ、２１ａが集電体シート１０，２０の外側にはみ出してきて、集電体シート１０，２０の屈曲部１０ｆ、２０ｆからの第１、第２の活物質層１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂの剥離や割れを防止できる。また、屈曲部１０ｆ、２０ｆに貫通孔を形成した場合に比べて、屈曲部１０ｆ、２０ｆの強度を強く維持することができる。
【符号の説明】
【０１０２】
１：正極、２：負極、３：セパレータ、４：電極体、５：収容部材、１０、２０：集電体シート、１０ａ、２０ａ：第１面、１０ｂ、２０ｂ：第２面、１３、２３：貫通孔、１３ａ、２３ａ：貫通孔列、１０ｄ、２０ｄ：端子接続部、１０ｅ、２０ｅ：一般部、１０ｆ、２０ｆ：屈曲部、１０ｇ、２０ｇ：平面部、１１ａ：第１の活物質層（正極）、２１ａ：第１の活物質層（負極）、１１ｂ：第２の活物質層（正極）、２１ｂ：第２の活物質層（負極）、６１，６２：電極タブ。
【図１】
2013005358.tif 000003
【図２】
2013005358.tif 000004
【図３Ａ】
2013005358.tif 000005
【図３Ｂ】
2013005358.tif 000006
【図３Ｃ】
2013005358.tif 000007
【図３Ｄ】
2013005358.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成24年9月26日(2012.9.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極と電解液とを有する蓄電装置において、
前記正極及び前記負極の少なくとも一方の電極は、貫通孔を有する集電体シートと、前記集電体シートの表裏両面に形成された活物質の層とからなり、
前記集電体シートの表裏両面のうち一方の第１面に形成された第１の活物質層は、前記集電体シートの表裏両面のうち他方の第２面に形成された第２の活物質層よりも厚く、前記集電体シートは、前記第１面を内側にして前記第１の活物質層を挟持しながら折り畳まれていることを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記一方の電極の前記第１の活物質層は、前記第１の活物質層の表面同士を互いに直接対向させて前記集電体シートとともに折り畳まれており、前記一方の電極の前記第２の活物質層は、セパレータを介して、前記他方の電極に対して対向している請求項１記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記集電体シートの端子が接続される端子接続部は、活物質の層が形成されていない活物質未形成部である請求項１又は２に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記集電体シートの屈曲部の前記第１面及び前記第２面の少なくとも一方は、活物質の層が形成されていない活物質未形成部である請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記第２の活物質層の厚みに対する前記第１の活物質層の厚みの比率は、１．０５以上５以下である請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓄電装置。
【請求項６】
前記第１面の単位面積当たりに形成された前記第１の活物質層の質量は、前記第２面の単位面積当たりに形成された前記第２の活物質層の質量よりも大きい請求項１〜５のいずれか一項に記載の蓄電装置。
【請求項７】
前記第２面の単位面積当たりに形成された前記第２の活物質層の質量に対する、前記第１面の単位面積当たりに形成された前記第１の活物質層の質量の比率は、１．０５以上５以下である請求項６に記載の蓄電装置。
【請求項８】
前記正極と前記負極の双方とも、前記集電体シートの前記第１面に形成された第１の前記活物質層が、前記集電体シートの前記第２面に形成された第２の前記活物質層よりも厚く、前記集電体シートが、前記第１面を内側にして前記第１の活物質層を挟持しながら折り畳まれた構成をもち、
前記正極の折り畳まれた前記集電体シートは、セパレータを介在させて、前記負極の折り畳まれた前記集電体シートと交互に積層されている請求項１〜７のいずれか１項に記載の蓄電装置。
【請求項９】
前記蓄電装置は電池である請求項１〜８のいずれか一項に記載の蓄電装置。
【請求項１０】
前記蓄電装置は電気二重層コンデンサである請求項１〜８のいずれか一項に記載の蓄電装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の蓄電装置を搭載したことを特徴とする車両。
【国際調査報告】
2013005358.tif 000009
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