(57)【要約】【課題】充放電レート特性の低下を抑制しつつ、電池の容量を増やすことが可能なリチウムイオン二次電池を提供することである。【解決手段】リチウムイオン二次電池１００は、第１集電体の少なくとも一方の面上に、正極活物質を含む正極活物質層を配置してなる複数の正極１０と、第２集電体の少なくとも一方の面上に、負極活物質を含む負極活物質層を配置してなる負極２０とを、電解質層を介して積層してなる積層体１１０を、外装体１２０内部に封止してなる。そして、複数の正極のうち積層体の積層方向Ｚの中心Ｚ１側に配置された一または複数の中心側正極１０Ａにおける第１集電体の単位面積当たりの正極活物質の量は、中心側正極よりも積層方向の中心から遠い側Ｚ２に配置された一または複数の外方側正極１０Ｂにおける第１集電体の単位面積当たりの正極活物質の量よりも大きい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１集電体の少なくとも一方の面上に、正極活物質を含む正極活物質層を配置してなる複数の正極と、第２集電体の少なくとも一方の面上に、負極活物質を含む負極活物質層を配置してなる負極とを、電解質層を介して積層してなる積層体を、外装体内部に封止してなり、
複数の前記正極のうち前記積層体の積層方向の中心側に配置された一または複数の中心側の前記正極における前記第１集電体の単位面積当たりの前記正極活物質の量は、前記中心側の前記正極よりも前記積層方向の中心から遠い側に配置された複数の外方側の前記正極における前記第１集電体の単位面積当たりの前記正極活物質の量よりも大きい、リチウムイオン二次電池。
【請求項２】
前記中心側の前記正極における前記正極活物質層の単位体積当たりの前記正極活物質の密度は、前記外方側の前記正極における前記正極活物質層の単位体積当たりの前記正極活物質の密度よりも大きい、請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項３】
前記中心側の前記正極における前記正極活物質層の厚さは、前記外方側の前記正極における前記正極活物質層の厚さよりも大きい、請求項１または請求項２に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項４】
前記正極活物質層は、導電材料を含み、
前記中心側の前記正極における前記正極活物質層に含まれる前記導電材料の量は、前記外方側の前記正極における前記正極活物質層に含まれる前記導電材料の量よりも小さい、請求項１〜３のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池は、積層体を有してなり、積層体は、第１集電体の少なくとも一方の面上に正極活物質層を配置してなる正極と、第２集電体の少なくとも一方の面上に負極活物質層を配置してなる負極とを、電解質層を介して積層してなる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７２０４８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リチウムイオン二次電池は、電気自動車の駆動用電源としての利用等から、近年高容量化が求められている。また、充放電レート特性の高いリチウムイオン二次電池、すなわち、充放電レートを高くしたときでも充放電量の低下量が少ないリチウムイオン二次電池が求められている。
【０００５】
電池の容量は、主に、電池に含まれる活物質全体の容量によって定まる。よって、電池の容量を増やす方法として、活物質層の各々に含まれる活物質の量を増やす方法が考えられる。
【０００６】
しかしながら、活物質層の各々に含まれる活物質の量が増えると、活物質層におけるリチウムイオンの拡散移動距離が増えるため、リチウムイオンの拡散移動に起因した過電圧が大きくなる。そのため、リチウムイオン二次電池全体の内部抵抗が大きくなり、充放電レート特性が低下するという問題がある。
【０００７】
近年、負極活物質として、比較的容量の大きな物質、例えばシリコンなどを使用することによって、負極活物質の量を増やすことなく、電池に含まれる負極活物質全体の容量を増やすことが可能になってきている。
【０００８】
一方で、正極活物質として使用可能な物質の中に、シリコンに匹敵するような容量の高い物質がなく、正極活物質全体の容量を増やすためには、正極活物質の量を増やさざるを得ない状況にある。そのため、上述した問題は、リチウムイオン二次電池に含まれる正極活物質全体の容量を増やそうとする際に顕著である。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、充放電レート特性の低下を抑制しつつ、電池の容量を増やすことが可能なリチウムイオン二次電池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】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明のリチウムイオン二次電池は、第１集電体の少なくとも一方の面上に、正極活物質を含む正極活物質層を配置してなる複数の正極と、第２集電体の少なくとも一方の面上に、負極活物質を含む負極活物質層を配置してなる負極とを、電解質層を介して積層してなる積層体を、外装体内部に封止してなる。そして、複数の正極のうち積層体の積層方向の中心側に配置された一または複数の中心側の正極における第１集電体の単位面積当たりの正極活物質の量は、中心側の正極よりも積層方向の中心から遠い側に配置された複数の外方側の正極における第１集電体の単位面積当たりの正極活物質の量よりも大きい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るリチウムイオン二次電池によれば、充放電レート特性の低下を抑制しつつ、電池の容量を増やすことが可能なリチウムイオン二次電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１に係るリチウムイオン二次電池の斜視図である。
【図２】図１の２−２線に沿う断面図である。
【図３】図２の破線部３を拡大して示す図である。
【図４】正極活物質層の単位体積当たりの正極活物質の密度と電池全体の内部抵抗との関係を示す図である。
【図５】実施形態２に係るリチウムイオン二次電池の図３に対応する拡大断面図である。
【図６】正極活物質層の厚さと電池全体の内部抵抗との関係を示す図である。
【図７】改変例に係るリチウムイオン二次電池の図２に対応する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態とその改変例について説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面における各部材の大きさや比率は、説明の都合上誇張され実際の大きさや比率とは異なる場合がある。なお、図中において、Ｘは、リチウムイオン二次電池１００の短手方向を示し、Ｙは、リチウムイオン二次電池１００の長手方向を示し、Ｚは、積層体１１０の積層方向を示している。
【００１４】
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００を図１〜図４を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００の斜視図である。図２は、図１の２−２線に沿う断面図である。図３は、図２の破線部３を拡大して示す図である。図４は、正極活物質層１２の単位体積当たりの正極活物質の密度ρと電池全体の内部抵抗Ｒとの関係を示す図である。
【００１６】
図１〜図３を参照して、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００は、概説すれば、第１集電体１１の両面１１ａ、１１ｂ（図３参照）上に、正極活物質を含む正極活物質層１２を配置してなる複数の正極１０と、第２集電体２１の両面２１ａ、２１ｂ（図３参照）上に、負極活物質を含む負極活物質層２２を配置してなる負極２０とを、電解質層３０を介して積層してなる積層体１１０を、外装体１２０内部に封止してなる（図２参照）。そして、複数の正極１０のうち積層体１１０の積層方向Ｚの中心側Ｚ１に配置された複数の中心側の正極（以下、中心側正極という）１０Ａにおける第１集電体１１の単位面積当たりの正極活物質の量Ｑａは、中心側正極１０Ａよりも積層方向Ｚの中心から遠い側Ｚ２に配置された複数の外方側の正極（以下、外方側正極という）１０Ｂにおける第１集電体１１の単位面積当たりの正極活物質の量Ｑｂよりも大きい。以下、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００について詳説する。
【００１７】
＜積層体＞
図２および図３を参照して、積層体１１０は、電解質層３０を介して正極１０と負極２０とを積層してなる。図２および図３では、正極１０、負極２０および電解質層３０の一部を省略して示しているが、正極１０、負極２０および電解質層３０は、積層体１１０の積層方向Ｚの全体にわたって積層されている。正極１０と負極２０とは、電解質層３０を挟んで対向した状態で積層されている。積層体１１０は、電解液とともに、外装体１２０内部に封止されている。
【００１８】
＜電解液＞
電解液の種類は特に限定されず、従来公知のものを適宜利用することができる。本実施形態では、電解液として、液体電解質を用いたものを使用するが、ゲル電解質を用いた電解液を使用してもよい。
【００１９】
液体電解質は、溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解したものである。
【００２０】
リチウム塩の種類は特に限定されず、例えば、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＴａＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３などの従来公知のものを適宜使用できる。
【００２１】
溶媒の種類は特に限定されず、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、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）、メチルプロピルカーボネート（ＭＰＣ）などの従来公知のものを適宜使用できる。
【００２２】
＜外装体＞
外装体１２０は、積層体１１０を電解液とともに収容する。
【００２３】
外装体１２０は、３層構造のラミネートシートから構成される。１層目は、熱融着性樹脂に相当し、例えばポリエチレン（ＰＥ）、アイオノマー、またはエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）を用いて形成している。１層目の材料は、負極２０に隣接させている。２層目は、金属を箔状に形成したものに相当し、例えばＡｌ箔またはＮｉ箔を用いて形成している。３層目は、樹脂性のフィルムに相当し、例えば剛性を有するポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはナイロンを用いて形成している。３層目の材料は、正極１０に隣接させている。
【００２４】
＜正極＞
正極１０は、第１集電体１１の両面１１ａ、１１ｂ上に正極活物質層１２を配置してなる。
【００２５】
第１集電体１１は、薄膜状の形状を備える。第１集電体１１を構成する材料は特に限定されず、例えば、アルミニウムとすることができる。第１集電体１１には、充放電用の正極タブ１３（図１参照）が接続されている。
【００２６】
正極活物質層１２は、正極活物質を含む。正極活物質の種類は特に限定されず、例えば、ＬｉＮｉＣｏＡｌＯ２とすることができる。
【００２７】
正極活物質層１２は、導電材料を含む。導電材料の種類は特に限定されず、例えば、アセチレンブラックとすることができる。
【００２８】
正極１０の製造方法は特に限定されないが、本実施形態では、第１集電体１１の両面１１ａ、１１ｂ上に正極スラリーを塗工してから乾燥させることによって正極活物質層１２を第１集電体１１の両面１１ａ、１１ｂ上に形成する。乾燥した正極活物質層１２は、第１集電体１１の両面に結着させている状態で、第１集電体１１の両側からプレス加工している。
【００２９】
正極スラリーは、正極活物質、導電材料、バインダーおよび粘度調整溶媒を含む。バインダーとして、ＰＶＤＦを使用し得る。
【００３０】
＜負極＞
負極２０は、第２集電体２１の両面２１ａ、２１ｂ上に負極活物質層２２を配置してなる。
【００３１】
第２集電体２１は、薄膜状の形状を備える。第２集電体２１を構成する材料は特に限定されず、例えば、銅とすることができる。第２集電体２１には、充放電用の負極タブ２３（図１参照）が接続されている。
【００３２】
負極活物質層２２の面積は、正極活物質層１２の面積よりも大きい。
【００３３】
これにより、正極活物質層１２および負極活物質層２２の位置が相対的にずれた場合であっても正極活物質層１２と負極活物質層２２との対向面積を一定に維持できる。そのため、正極活物質層１２と負極活物質層２２との対向面積が変化することに起因して発電容量が変動することを抑制できる。
【００３４】
負極活物質層２２は、負極活物質を含み、負極活物質の少なくとも１種は、シリコン単体（Ｓｉ）、シリコン合金およびシリコン酸化物からなる群から選択される。
【００３５】
シリコンは、単位体積当たりのリチウムイオンの吸蔵能力が黒鉛等と比較して高い。そのため、上述した材料を負極活物質に使用することによって、負極活物質の量を増やすことなく、リチウムイオン二次電池１００に含まれる負極活物質全体の容量を大きくできる。
【００３６】
負極活物質層２２は、導電材料を含む。導電材料の種類は特に限定されず、例えば、アセチレンブラックとすることができる。
【００３７】
負極２０の製造方法は特に限定されないが、本実施形態では、第２集電体２１の両面２１ａ、２１ｂ上に負極スラリーを塗工してから乾燥させることによって、第２集電体２１の両面２１ａ、２１ｂ上に負極活物質層２２を形成する。乾燥した負極活物質層２２は、第２集電体２１の両面に結着させている状態で、第２集電体２１の両側からプレス加工している。
【００３８】
負極スラリーは、例えば、負極活物質、導電材料、バインダーおよび粘度調整溶媒を含むことができる。負極スラリーは、例えば、負極活物質として８０ｗｔ％のシリコン合金と、導電材料として５ｗｔ％のアセチレンブラックと、バインダーとして１５ｗｔ％のポリイミドと、を混合したものを使用できる。スラリーの粘度を調整する溶媒としてＮＭＰを使用できる。
【００３９】
＜電解質層３０＞
電解質層３０は、セパレータを有する。
【００４０】
セパレータは、電解液に含まれる電解質を保持する。
【００４１】
セパレータの種類は、電解液に含まれる電解質を保持し得る限りにおいて特に限定されず、従来公知のものを適宜利用できる。セパレータとして、例えば、電解液に含まれる電解質を吸収保持するポリマーや繊維からなる多孔性シートのセパレータや不織布セパレータ等を用いることができる。
【００４２】
＜正極活物質層１２＞
正極活物質層１２についてさらに詳説する。
【００４３】
積層体１１０の積層方向Ｚの中心側Ｚ１に配置された複数の中心側正極１０Ａにおける第１集電体１１の単位面積当たりの正極活物質の量Ｑａは、中心側正極１０Ａよりも積層方向Ｚの中心から遠い側Ｚ２に配置された複数の外方側正極１０Ｂにおける第１集電体１１の単位面積当たりの正極活物質の量Ｑｂよりも大きい。
【００４４】
本実施形態では、中心側正極１０Ａにおける正極活物質層１２の単位体積当たりの正極活物質の密度ρ１は、外方側正極１０Ｂにおける正極活物質層１２の単位体積当たりの正極活物質の密度ρ２よりも大きい。
【００４５】
密度ρ１と密度ρ２の値は、密度ρ１が密度ρ２よりも大きい限りにおいて特に限定されないが、例えば、密度ρ１／密度ρ２＝１．６７〜５となるように設定し得る。密度ρ１は、例えば、３．２〜３．９ｇ／ｃｍ３とし得る。密度ρ２は、例えば、２．９〜３．５ｇ／ｃｍ３とし得る。
【００４６】
密度ρ１および密度ρ２の調整方法は特に限定されないが、例えば、正極１０を製造する際に、第１集電体１１に塗工する正極スラリーに含まれる正極活物質の量を調整することによって、密度ρ１および密度ρ２を調整し得る。
【００４７】
本実施形態では、中心側正極１０Ａにおける正極活物質層１２の厚さｈ１と、外方側正極１０Ｂにおける正極活物質層１２の厚さｈ２とは等しい。厚さｈ１と厚さｈ２の値は特に限定されないが、例えば、５５〜７０μｍとし得る。
【００４８】
本実施形態では、中心側正極１０Ａにおける正極活物質層１２に含まれる導電材料の量ｗ１は、外方側正極１０Ｂにおける正極活物質層１２に含まれる導電材料の量ｗ２よりも小さい。
【００４９】
導電材料の量ｗ１とｗ２の値は、ｗ１がｗ２よりも小さい限りにおいて特に限定されないが、例えば、ｗ１／ｗ２＝０．２〜０．６となるように設定し得る。導電材料の量ｗ１は、例えば、０．５〜３ｗｔ％とし得る。導電材料の量ｗ２は、例えば、２〜５ｗｔ％とし得る。
【００５０】
中心側正極１０Ａおよび外方側正極１０Ｂの個数は特に限定されず、リチウムイオン二次電池１００に求められる性能等に応じて適宜設定し得る。
【００５１】
＜リチウムイオン二次電池の動作＞
リチウムイオン二次電池１００は、所定の充放電レートによって充放電される。充放電レートとは、単位時間当たりに充放電される電気量を意味する。一般に、リチウムイオン二次電池１００は、充放電レートを高くすると、内部抵抗が増加し、充放電できる電気量が低下する特性（充放電レート特性）を有する。
【００５２】
リチウムイオン二次電池を充放電すると、リチウムイオンが正極活物質層内を拡散移動する。正極活物質層に含まれる正極活物質の量が増えると、リチウムイオン二次電池の容量が増加する一方で、正極活物質層内におけるリチウムイオンの拡散移動距離が大きくなり、過電圧が増加して抵抗が増加する。例えば、図４に示すように、全ての正極について、正極活物質層の単位体積当たりの正極活物質の密度を増やすことによって正極活物質の量を増やした場合、電池全体の内部抵抗Ｒが増加する。電池全体の内部抵抗Ｒが増加すると、充放電レート特性が低下する。
【００５３】
ここで、リチウムイオン二次電池１００内部で発生した熱は、中心側正極１０Ａから外方側正極１０Ｂへと伝熱されて、外方側正極１０Ｂから放熱される。そのため、中心側正極１０Ａの温度の方が、外方側正極１０Ｂの温度よりも高くなり易い。正極１０の温度が高いと、正極活物質層１２内におけるリチウムイオンの拡散移動が容易になるため、過電圧の増加が抑制される。
【００５４】
リチウムイオン二次電池１００では、過電圧の増加が抑制され易い中心側正極１０Ａにおける第１集電体１１の単位面積当たりの正極活物質の量Ｑａが、外方側正極１０Ｂにおける第１集電体１１の単位面積当たりの正極活物質の量Ｑｂよりも大きい。これにより、リチウムイオン二次電池１００全体の内部抵抗Ｒの増加を抑制しつつ、電池の容量を増やせる。すなわち、放電レート特性の低下を抑制しつつ、電池の容量を増やせる。
【００５５】
付言すれば、リチウムイオン二次電池１００は、低温環境における充放電レート特性の低下を抑制することに対して特に効果がある。
【００５６】
具体的には、図４に示すように、全ての正極について正極活物質層に含まれる正極活物質の密度が増えたときの電池全体の内部抵抗Ｒの増加は、低温環境において顕著である。さらに、低温環境において、中心側正極１０Ａと外方側正極１０Ｂの温度差は顕著であり、外方側正極１０Ｂの過電圧は中心側正極１０Ａと比較して特に増加しやすい状態にある。
【００５７】
リチウムイオン二次電池１００によれば、中心側正極１０Ａにおける正極活物質の量Ｑａが、低温環境において過電圧が特に増加しやすい外方側正極１０Ｂにおける正極活物質の量Ｑｂよりも大きい。また、リチウムイオン二次電池１００によれば、正極活物質の量が大きいことによって中心側正極１０Ａにおける抵抗が増加し、ジュール発熱による発熱量が大きくなる。そして、中心側正極１０Ａに生じた熱は外方側正極１０Ｂに伝熱されるから、外方側正極１０Ｂの温度が上がりやすくなり、外方側正極１０Ｂの過電圧の増加を抑制できる。
【００５８】
その結果、リチウムイオン二次電池１００は、電池全体の内部抵抗Ｒが低下しやすい低温環境における充放電レート特性の低下を抑制することに対して特に効果がある。
【００５９】
また、リチウムイオン二次電池１００によれば、中心側正極１０Ａにおける正極活物質層１２に含まれる導電材料の量ｗ１は、外方側正極１０Ｂにおける正極活物質層１２に含まれる導電材料の量ｗ２よりも小さい。中心側正極１０Ａに含まれる導電材料の量ｗ１が減ると、中心側正極１０Ａの抵抗が増加し、中心側正極１０Ａのジュール発熱による発熱量が増加する。そのため、より多くの熱が中心側正極１０Ａから外方側正極１０Ｂに伝熱されて外方側正極１０Ｂの温度がより高くなるから、外方側正極１０Ｂの過電圧がより低下する。よって、リチウムイオン二次電池１００は、充放電レート特性の低下、特に、低温環境における充放電レート特性の低下をより抑制できる。
【００６０】
なお、外方側正極１０Ｂに含まれる導電材料の量ｗ２を減らすことによっても、外方側正極１０Ｂ自身における発熱量が増大するから、外方側正極１０Ｂの温度を高め得る。しかしながら、外方側正極１０Ｂは冷えやすい状態にあるため温度が上がりにくく、外方側正極１０Ｂの過電圧は下がりにくい。そのため、充放電レート特性を改善させる観点からすると、中心側正極１０Ａにおける導電材料の量ｗ１を、外方側正極１０Ｂにおける導電材料の量ｗ２よりも小さくするリチウムイオン二次電池１００の構成の方が有利である。
【００６１】
また、上述したように、リチウムイオン二次電池１００の構成は内部抵抗Ｒを下げる効果を奏し、リチウムイオン二次電池１００全体のジュール発熱による発熱量は、それほど大きくならない。また、正極１０の温度が高くなると正極１０の過電圧は低くなるから、内部抵抗Ｒが低下して、ジュール発熱による発熱量が減る。すなわち、中心側正極１０Ａにおいて、温度がある程度高くなると発熱量は減少する。よって、中心側正極１０Ａの温度が過剰に上がることはない。
【００６２】
（作用・効果）
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００は、第１集電体１１の両面１１ａ、１１ｂ上に、正極活物質を含む正極活物質層１２を配置してなる複数の正極１０と、第２集電体２１の両面２１ａ、２１ｂ上に、負極活物質を含む負極活物質層２２を配置してなる負極２０とを、電解質層３０を介して積層してなる積層体１１０を、外装体１２０内部に封止してなる。そして、複数の正極１０のうち積層体１１０の積層方向Ｚの中心側Ｚ１に配置された複数の中心側正極１０Ａにおける第１集電体１１の単位面積当たりの正極活物質の量Ｑａは、中心側正極１０Ａよりも積層方向Ｚの中心から遠い側Ｚ２に配置された複数の外方側正極１０Ｂにおける第１集電体１１の単位面積当たりの正極活物質の量Ｑｂよりも大きい。
【００６３】
このような構成によれば、過電圧の増加が抑制され易い中心側正極１０Ａにおける第１集電体１１の単位面積当たりの正極活物質の量Ｑａが、外方側正極１０Ｂにおける第１集電体１１の単位面積当たりの正極活物質の量Ｑｂよりも大きい。これにより、リチウムイオン二次電池１００全体の抵抗の増加を抑制しつつ、電池の容量を増やせる。したがって、充放電レート特性の低下を抑制しつつ、電池の容量を増やすことが可能なリチウムイオン二次電池を提供できる。
【００６４】
また、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００において、中心側正極１０Ａにおける正極活物質層１２の単位体積当たりの正極活物質の密度ρ１は、外方側正極１０Ｂにおける正極活物質層１２の単位体積当たりの正極活物質の密度ρ２よりも大きい。
【００６５】
このような構成によれば、密度を変えるという簡便な方法によって、中心側正極１０Ａに含まれる正極活物質の量Ｑａを、外方側正極１０Ｂに含まれる正極活物質の量Ｑｂよりも大きくできる。したがって、リチウムイオン二次電池の製造が容易になる。
【００６６】
また、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００は、正極活物質層１２は、導電材料を含み、中心側正極１０Ａにおける正極活物質層１２に含まれる導電材料の量ｗ１は、外方側正極１０Ｂにおける正極活物質層１２に含まれる導電材料の量ｗ２よりも小さい。
【００６７】
このような構成によれば、中心側正極１０Ａのジュール発熱による発熱量が増加する。そのため、より多くの熱が中心側正極１０Ａから外方側正極１０Ｂに伝熱されて外方側正極１０Ｂの温度がより高くなるから、外方側正極１０Ｂの過電圧がより低下する。したがって、充放電レート特性の低下、特に、低温環境における充放電レート特性の低下をより抑制できる。
【００６８】
（実施形態２）
上述した実施形態１では、中心側正極１０Ａにおける正極活物質層１２の単位体積当たりの正極活物質の密度ρ１を、外方側正極１０Ｂにおける正極活物質層１２の単位体積当たりの正極活物質の密度ρ２よりも大きくすることによって、中心側正極１０Ａにおける正極活物質の量Ｑａを、外方側正極１０Ｂにおける正極活物質の量Ｑｂよりも大きくした。しかしながら、中心側正極１０Ａにおける正極活物質の量Ｑａを、外方側正極１０Ｂにおける正極活物質の量Ｑｂよりも大きくする方法は特に限定されない。
【００６９】
例えば、中心側正極１０Ａにおける正極活物質層１２の厚さｈ１を、外方側正極１０Ｂにおける正極活物質層１２の厚さｈ２よりも大きくすることによって、中心側正極１０Ａにおける第１集電体１１の単位面積当たりの正極活物質の量Ｑａを、外方側正極１０Ｂにおける第１集電体１１の単位面積当たりの正極活物質の量Ｑｂよりも大きくしてもよい。
【００７０】
図５は、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池２００の図３に対応する拡大断面図である。図６は、正極活物質層の厚さｈと電池全体の内部抵抗Ｒとの関係を示す図である。
【００７１】
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池２００の構成は、中心側正極１０Ａにおける正極活物質層１２の単位体積当たりの正極活物質の密度ρ１が、外方側正極１０Ｂにおける正極活物質層１２の単位体積当たりの正極活物質の密度ρ２に等しく、かつ、中心側正極１０Ａにおける正極活物質層１２の厚さｈ１が、外方側正極１０Ｂにおける正極活物質層１２の厚さｈ２よりも大きい点を除いて、上述した実施形態１に係るリチウムイオン二次電池１００の構成と同様である。実施形態１に係るリチウムイオン二次電池１００の構成と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略し、以下では相違点に係る構成のみ説明する。
【００７２】
本実施形態において、中心側正極１０Ａにおける正極活物質の密度ρ１と、外方側正極１０Ｂにおける正極活物質の密度ρ２とは等しい。密度ρ１とρ２の値は特に限定されないが、例えば、２．９〜３．５ｇ／ｃｍ３とし得る。
【００７３】
本実施形態において、中心側正極１０Ａにおける正極活物質層１２の厚さｈ１は、外方側正極１０Ｂにおける正極活物質層１２の厚さｈ２よりも大きい。厚さｈ１と厚さｈ２の値は、厚さｈ１が厚さｈ２よりも大きい限りにおいて特に限定されないが、例えば、ｈ１／ｈ２＝１．１５〜１．４５となるように設定し得る。厚さｈ１は、例えば、６５〜８０μｍとし得る。厚さｈ２は、例えば、５５〜７０μｍとし得る。
【００７４】
正極活物質層１２の厚さを制御する方法は特に制限されないが、ドクターブレード法などが挙げられる。また、正極活物質層１２の厚さを定量的に求める方法としては、種々の方法が考えられるが、例えば、マイクロメーターで測定や放射線を用いた膜厚測定などにより求められる。
【００７５】
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池２００によっても、上述した実施形態１に係るリチウムイオン二次電池１００と同様に、充放電レート特性の低下を抑制しつつ、電池の容量を増やすことが可能なリチウムイオン二次電池を提供できる。
【００７６】
なお、図６に示すように、全ての正極について正極活物質層の厚さｈを大きくすることによって正極活物質の量を増やした場合にも、実施形態１において上述した図４の場合と同様に、特に低温環境において電池全体の内部抵抗Ｒが増加する。よって、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池２００は、上述した実施形態１に係るリチウムイオン二次電池１００と同様に、特に低温環境下において、充放電レート特性の低下を抑制できるという効果がある。
【００７７】
また、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池２００によれば、厚さを変えるという簡便な方法によって、中心側正極１０Ａに含まれる正極活物質の量Ｑａを、外方側正極１０Ｂに含まれる正極活物質の量Ｑｂよりも大きくできる。したがって、リチウムイオン二次電池の製造が容易になる。
【００７８】
（改変例）
上述した実施形態において、正極活物質の量の変化は、ＱａとＱｂの二段階であった。しかしながら、正極活物質の量の変化は多段階であってよい。
【００７９】
具体的には、図７に示すように、複数の正極１０について、積層方向Ｚの中心側Ｚ１から積層方向Ｚの中心から遠い側Ｚ２に向かって、第１正極Ｐ１、第２正極Ｐ２、第３正極Ｐ３、・・・、第Ｎ正極Ｐｎとし、第ｋ正極の正極活物質の量をＱｋとした場合に、Ｑ１≧Ｑ２≧Ｑ３≧・・・≧Ｑｎであり、かつ、少なくとも１つの第ｍ正極についてＱｍ＞Ｑｍ＋１となっていればよい。
【００８０】
正極活物質の量を三段階に変化させる場合には、Ｑ１＝Ｑ２＝・・・＝Ｑｍ＞Ｑｍ＋１＝Ｑｍ＋２＝・・・＝Ｑｍ＋ｋ＞Ｑｍ＋ｋ＋１＝Ｑｍ＋ｋ＋２＝・・・＝Ｑｎとし得る。
【００８１】
また、全ての正極１０について正極活物質の量を異ならせてもよい。すなわち、Ｑ１＞Ｑ２＞Ｑ３＞・・・＞Ｑｎとしてもよい。
【００８２】
正極活物質の量を異ならせる方法は、実施形態１において上述した密度を異ならせる方法、若しくは実施形態２において上述した厚さを異ならせる方法のいずれか、またはその両方であってもよい。
【００８３】
本改変例に係るリチウムイオン二次電池によっても、上述した実施形態１および実施形態２に係るリチウムイオン二次電池と同様に、充放電レート特性の低下を抑制しつつ、電池の容量を増やすことが可能なリチウムイオン二次電池を提供できる。
【００８４】
以上、実施形態およびその改変例を通じてリチウムイオン二次電池を説明したが、本発明は実施形態およびその改変例において説明した構成のみに限定されることはなく、特許請求の範囲の記載に基づいて適宜変更することが可能である。
【００８５】
例えば、上述した実施形態１および実施形態２では、中心側正極１０Ａと外方側正極１０Ｂとにおいて、正極活物質の密度または正極活物質層１２の厚さのいずれか一方を異ならせることによって、中心側正極１０Ａに含まれる正極活物質の量Ｑａを外方側正極１０Ｂに含まれる正極活物質の量Ｑｂよりも大きくした。しかしながら、中心側正極１０Ａにおける正極活物質層１２の単位体積当たりの正極活物質の密度ρ１を、外方側正極１０Ｂにおける正極活物質層１２の単位体積当たりの正極活物質の密度ρ２よりも大きくし、かつ、中心側正極１０Ａにおける正極活物質層１２の厚さｈ１を、外方側正極１０Ｂにおける正極活物質層１２の厚さｈ２よりも大きくすることによって、中心側正極１０Ａに含まれる正極活物質の量Ｑａを、外方側正極１０Ｂに含まれる正極活物質の量Ｑｂよりも大きくしてもよい。
【００８６】
また、上述した実施形態１および実施形態２並びにその改変例では、第１集電体１１の両面１１ａ、１１ｂ上に、正極活物質を含む正極活物質層１２を配置してなる複数の正極１０と、第２集電体２１の両面２１ａ、２１ｂ上に、負極活物質を含む負極活物質層２２を配置してなる負極２０と、を備えた、いわゆる非双曲型の二次電池を例に説明した。しかしながら、本発明は、第１集電体１１の一の面１１ａ上および第２集電体２１の一の面２１ａ上に正極活物質層１２を配置してなる正極と、第１集電体１１の他の面１１ｂ上および第２集電体２１の他の面２１ｂ上に負極活物質層２２を配置してなる負極と、を備えた、いわゆる双曲型の二次電池に適用することも可能である。
【００８７】
さらに、上述した実施形態１および実施形態２並びにその改変例では、積層型の二次電池を例に説明したが、本発明は、巻回型の二次電池にも適用可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１０      正極、
１０Ａ    中心側正極（中心側の正極）、
１０Ｂ    外方側正極（外方側の正極）、
１１      第１集電体、
１１ａ、１１ｂ  面、
１２      正極活物質層、
２０      負極、
２１      第２集電体、
２１ａ、２１ｂ  面、
２２      負極活物質層、
３０      電解質層、
１００、２００    リチウムイオン二次電池、
１１０    積層体、
１２０    外装体、
Ｑａ      中心側正極の正極活物質の量、
Ｑｂ      外方側正極の正極活物質の量、
Ｚ        積層方向、
Ｚ１      積層方向の中心、
Ｚ２      積層方向の中心から遠い側、
ｗ１      中心側正極の導電材料の量、
ｗ２      外方側正極の導電材料の量、
ρ１      中心側正極の正極活物質の密度、
ρ２      外方側正極の正極活物質の密度。
【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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