(57)【要約】【課題】電極幅と、端子間距離と、抵抗率が異なり孔を有する集電体の抵抗比が制御され、電子抵抗の低い集電構造を得ることにより、高出力化の可能な蓄電デバイスを提供する。【解決手段】正極３または負極４の少なくとも一方では、集電体の長手方向に沿った第１辺に複数のリードが接続されている。複数のリードのうち、隣接して設けられた２つのリードの中心間の距離をＬとし、集電体の幅方向の第２辺の長さをＷとする。そして第１辺に平行な方向の集電体の体積抵抗率をＲＬとし、第２辺に平行な方向の集電体の体積抵抗率をＲＴとする。このとき、Ｌ／Ｗ≦０．５を満たすようにリードを配置し、かつ０．１６６≦ＲＬ／ＲＴ≦０．２２３を満たす集電体を用いる。【選択図】図２
2011233277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と、
負極と、
前記正極と前記負極の間に介在したセパレータと、
前記正極と前記セパレータと前記負極に含浸した非水電解質と、を備え、
前記正極と前記負極の少なくとも一方は、
シート状多孔性で、かつ第１辺と、前記第１辺に直交し前記第１辺より短い第２辺を有する矩形状の集電体と、
前記集電体に保持され、活物質を含む合剤層と、
前記集電体の第１辺に接続された複数のリードと、を有し、
前記複数のリードのうち、隣接して設けられた２つのリードの中心間の距離をＬとし、前記集電体の第２辺の長さをＷとし、前記第１辺に平行な方向の前記集電体の体積抵抗率をＲＬとし、前記第２辺に平行な方向の前記集電体の体積抵抗率をＲＴとするとき、
Ｌ／Ｗ≦０．５を満たし、かつ
０．１２≦ＲＬ／ＲＴ≦０．２２３を満たす蓄電デバイス。
【請求項２】
０．１６６≦ＲＬ／ＲＴ≦０．２２３を満たす請求項１記載の蓄電デバイス。
【請求項３】
前記集電体の、前記第２辺に平行な方向の体積抵抗率ＲＴが６．８１μΩ・ｃｍ以上、９．８３μΩ・ｃｍ以下である請求項２記載の蓄電デバイス。
【請求項４】
前記集電体が、アルミニウムまたはアルミニウム合金である請求項１に記載の蓄電デバイス。
【請求項５】
前記負極の集電体がシート状多孔性の場合、前記負極の前記集電体が銅である請求項１記載の蓄電デバイス。
【請求項６】
前記集電体が、エキスパンドメタルまたはパンチングメタルである請求項１記載の蓄電デバイス。
【請求項７】
前記集電体がエキスパンドメタルの場合に、前記エキスパンドメタルの長目方向は前記集電体の前記第２辺に平行であり、前記エキスパンドメタルの短目方向の中心間距離Ｓｗに対する前記長目方向の中心間距離Ｌｗの比Ｌｗ／Ｓｗが２．６５以上、７．５以下である請求項６記載の蓄電デバイス。
【請求項８】
前記正極がシート状多孔性で、第１辺と、前記第１辺に直交し前記第１辺より短い第２辺を有する矩形状の正極集電体と、前記正極集電体に保持され、活物質を含む正極合剤層と、前記正極集電体の第１辺に接続された複数の正極リードを有し、
前記複数の正極リードのうち、隣接して設けられた２つの正極リードの中心間の距離をＬｃとし、前記正極集電体の第２辺の長さをＷｃとし、前記第１辺に平行な方向の前記正極集電体の体積抵抗率をＲＬｃとし、前記第２辺に平行な方向の前記正極集電体の体積抵抗率をＲＴｃとするとき、
Ｌｃ／Ｗｃ≦０．５を満たし、かつ
０．１２≦ＲＬｃ／ＲＴｃ≦０．２２３を満たし、かつ
前記負極がシート状多孔性で、第１辺と、前記第１辺に直交し前記第１辺より短い第２辺を有する矩形状の負極集電体と、前記負極集電体に保持され、活物質を含む負極合剤層と、前記負極集電体の第１辺に接続された複数の負極リードを有し、
前記複数の負極リードのうち、隣接して設けられた２つの負極リードの中心間の距離をＬａとし、前記負極集電体の第２辺の長さをＷａとし、前記第１辺に平行な方向の前記負極集電体の体積抵抗率をＲＬａとし、前記第２辺に平行な方向の前記負極集電体の体積抵抗率をＲＴａとするとき、
Ｌａ／Ｗａ≦０．５を満たし、かつ
０．１２≦ＲＬａ／ＲＴａ≦０．２２３を満たす請求項１記載の蓄電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気二重層コンデンサ、リチウムイオンキャパシタ、リチウムイオン電池など、巻回型の電極構成を有する蓄電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車やハイブリッド電気自動車などの車両用の電源や、住宅のエネルギーマネジメントシステム用電源などへ巻回型の電極構成を有する蓄電デバイスを利用することが検討されている。電気二重層コンデンサ、リチウムイオンキャパシタ、リチウムイオン電池など、このような蓄電デバイスは高容量、高出力、軽量といった特徴を有する。
【０００３】
上述の用途では、デジタルビデオカメラやパソコン等の電子機器に比べ、サイズも容量も大きく、使用期間も長い。そのため高容量化、長寿命化が求められる。さらに車両用途では特に、充電・放電がともに数秒程度の短時間で且つ大電力で使用されることが多い。そのため、より高出力化が求められる。
【０００４】
高出力化の技術アイテムの一つとして、集電抵抗の低減化がある。集電抵抗を低減させるために、複数の正極リードと複数の負極リードとをそれぞれ重なり合うことなく配置するとともに、正極リードと負極リードを反対方向に導出し、端子の本数を関係式で規制したリチウム二次電池が開示されている（特許文献１）。
【０００５】
一方、集電体としてエキスパンドメタル（エキスパンデッドメタル、またはラスメタルともいう）を用いた非水電解質二次電池が開示されている（特許文献２）。このような集電体は一次電池でも用いられており、電極の裏と表から電解液が浸み込むことができるため、活物質の利用率の面で有利である。またエキスパンドメタルに形成された複数の開口に活物質を充填できるため高容量化の面でも有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１８２６５６号公報
【特許文献２】特開平１０−５０３１９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、エキスパンドメタルやパンチングメタルに代表されるシート状多孔性集電体では、孔形状により電子伝導度に異方性を生じる。そのため、端子の配置設計によっては、集電体に起因する抵抗が大きくなる。
【０００８】
本発明は、シート状多孔性集電体を用いた場合の電子抵抗を低減し、高出力化の可能な蓄電デバイス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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の蓄電デバイスは正極と、負極と、正極と負極の間に介在したセパレータと、正極とセパレータと負極に含浸した非水電解質とを有する。正極と負極の少なくとも一方は、シート状多孔性の集電体と、合剤層と、複数のリードとを有する。矩形状の集電体は第１辺と、この第１辺に直交し第１辺より短い第２辺を有する。合剤層は活物質を含み、集電体に保持されている。複数のリードは集電体の第１辺に接続されている。ここで、複数のリードのうち、隣接して設けられた２つのリードの中心間の距離をＬとする。集電体の第２辺の長さをＷとする。第１辺に平行な方向の集電体の体積抵抗率をＲＬとし、第２辺に平行な方向の集電体の体積抵抗率をＲＴとする。このとき、Ｌ／Ｗ≦０．５を満たし、かつ０．１６６≦ＲＬ／ＲＴ≦０．２２３を満たす。このように、リードの数を増やしつつ、集電体の体積抵抗率の異方性を従来にないほど高めることで集電体に係る抵抗を低減することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、シート状多孔性孔集電体の電子抵抗を低減させることで、高出力化が可能な電気二重層コンデンサ、リチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタなどの蓄電デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１による蓄電デバイスの断面図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１による蓄電デバイスの電極群の部分展開斜視図（ｂ）同電極群の正極、負極の平面図
【図３】本発明の実施の形態１による蓄電デバイスの正極、負極の集電体であるエキスパンドメタルの斜視図
【図４】本発明の実施の形態１における電子伝導測定用試料の平面図
【図５】本発明の実施の形態１における電子伝導測定用試料の特性図
【図６】（ａ）本発明の実施の形態２による蓄電デバイスの電極群の模式斜視図（ｂ）同電極群の内周側の模式図（ｃ）同電極群の外周側の模式図
【図７】本発明の実施の形態２における蓄電デバイスの電極群モデルにおける集電体抵抗と、集電体の幅に垂直な方向の体積抵抗率に対する幅に平行な方向の体積抵抗率の比の関係、および同電極群モデルにおける各種ファクターを比較して示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１による蓄電デバイスの断面図、図２はこの蓄電デバイスの電極群の部分展開図と、正極、負極の平面図である。図３は本発明の実施の形態１による蓄電デバイスの正極、負極の集電体であるエキスパンドメタルの斜視図である。本実施の形態では蓄電デバイスとして、リチウムイオン二次電池を一例として説明する。
【００１３】
図１に示すように、このリチウムイオン二次電池は、電極群５０と、蓋１１、１２と筒部１３とを有する。電極群５０は、正極３と負極４とセパレータ５で構成されている。具体的には、セパレータ５を介在させて正極３と負極４とを対向させ、これらを巻回して構成されている。蓋１１、１２は外周で筒部１３と溶接されて、電極群５０を収容するケースを構成している。なお図示しないが、電極群５０には非水電解質が含浸している。
【００１４】
図２に示すように正極３は正極集電体である集電体１０Ａと、集電体１０Ａに充填された合剤層３２を有する。正極３の巻回方向である長尺方向に沿った一端には合剤層３２が形成されず集電体１０Ａが露出した露出部３１が設けられている。露出部３１には複数の正極リード１が接続されている。図２（ｂ）は複数の正極リード１のうち正極リード１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄを示している。図１に示すように、複数の正極リード１はリード集電板２１に接続されている。正極リード１やリード集電板２１はアルミニウムを主成分とする金属で形成されている。
【００１５】
一方、負極４は負極集電体である集電体１０Ｂと、集電体１０Ｂに充填された合剤層４２を有する。負極４の巻回方向である長尺方向に沿った一端には合剤層４２が形成されず集電体１０Ｂが露出した露出部４１が設けられている。露出部４１には複数の負極リード２が接続されている。正極３と負極４は、露出部４１が電極群５０において露出部３１の反対側になるように巻回されている。すなわち、露出部３１と露出部４１とは電極群５０の巻回方向に垂直な両端に設けられている。これにより正極リード１と負極リード２は電極群５０を中心にして上下反対の方向に導出されている。
【００１６】
図２（ｂ）は複数の負極リード２のうち負極リード２Ａ、２Ｂ、２Ｃを示している。図１に示すように、複数の負極リード２はリード集電板２２に接続されている。負極リード２やリード集電板２２はアルミニウムを主成分とする金属で形成されている。これ以外に、銅またはニッケルで形成してもよい。
【００１７】
集電体１０Ａ、１０Ｂは図３に示すようにエキスパンドメタル１０で構成されている。エキスパンドメタル１０は菱形もしくは亀甲形の開口２００を有する。１つの開口２００の、長い方の対角線の長さを長目方向の中心間距離Ｌｗ、短い方の対角線の長さを短目方向の中心間距離Ｓｗと呼ぶ。このような構成のため、エキスパンドメタル１０では縦横方向で体積抵抗率が異なる。なお体積抵抗率は、開口２００で示す孔部分も含んだ見かけの断面積、見かけの長さを用いて算出した値である。
【００１８】
本実施の形態において、エキスパンドメタル１０には合金番号１Ｎ３０のアルミニウム合金を用いている。なおＪＩＳ規格で規定された合金番号１Ｎ３０のアルミニウム合金はアルミニウムを９９．３０％以上含み、それ以外の成分として硅素、鉄、銅、マンガン、マグネシウム、亜鉛を含む。しかしながら縦横方向における体積抵抗率の比が約１．５倍以上に大きくならなければ、その他のアルミニウム合金でもよい。好ましくは体積抵抗率の小さな純アルミニウム、高純アルミニウムが好ましい。また負極４の集電体１０Ｂは、銅で形成してもよい。
【００１９】
なお、体積抵抗率が縦横方向で異なる集電体１０Ａ、１０Ｂとしては、シート状多孔性であればよく、エキスパンドメタル、パンチングメタル、網や織布や不織布などの繊維状メタルなどが使用できる。本実施の形態ではエキスパンドメタル１０を用いるが、低抵抗という観点では、厚み方向に波うちがなく導電経路を短くできるパンチングメタルのほうが好ましい。なおエキスパンドメタルとは、金属板素材に切れ目を入れ、引き延ばすことにより菱形模様になった金網状の金属であり、パンチングメタルとは金属板をプレス加工して、丸穴、角穴などの小さな穴を規則的に形成した金属である。
【００２０】
蓋１１にはガスケット５１を介して正極端子６１が取り付けられている。リード集電板２１は正極端子６１とフランジ部６１Ａで電気的に接続されている。具体的には蓋１１の電池内側から正極端子６１をナット６１Ｂにねじ込む際に蓋１１とフランジ部６１Ａの間にガスケット５１を介してリード集電板２１を挟んでいる。このようにして正極端子６１と正極３とが電気的に接続されている。
【００２１】
同様に、蓋１２にはガスケット５２を介して負極端子６２が取り付けられている。リード集電板２２は負極端子６２とフランジ部６２Ａで電気的に接続されている。具体的には蓋１２の電池内側から負極端子６２をナット６２Ｂにねじ込む際に蓋１２とフランジ部６２Ａの間にガスケット５２を介してリード集電板２２を挟んでいる。このようにして負極端子６２と負極４とが電気的に接続されている。
【００２２】
次に、正極３の合剤層３２、負極４の合剤層４２、非水電解質、セパレータ５等を構成する材料について説明する。これらの材料には、通常リチウムイオン二次電池に使用されるものが適用可能である。
【００２３】
まず合剤層３２の材料について説明する。前述のように、正極３は、集電体１０Ａと、集電体１０Ａの片面もしくは両面に担持され、正極活物質、導電剤および結着剤を含む合剤層３２とを含む。
【００２４】
正極活物質としては、酸化物、硫化物、ポリマーなどが挙げられる。酸化物として、例えば、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、例えばＬｉｘＭｎ２Ｏ４またはＬｉｘＭｎＯ２などのリチウムマンガン複合酸化物、例えばＬｉｘＮｉＯ２などのリチウムニッケル複合酸化物、例えばＬｉｘＣｏＯ２などのリチウムコバルト複合酸化物、例えばＬｉＮｉ１−ｙＣｏｙＯ２などのリチウムニッケルコバルト複合酸化物、例えばＬｉＭｎｙＣｏ１−ｙＯ２などのリチウムマンガンコバルト複合酸化物、例えばＬｉｘＭｎ２−ｙＮｉｙＯ４などのスピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、例えばＬｉｘＦｅＰＯ４、ＬｉｘＦｅ１−ｙＭｎｙＰＯ４、ＬｉｘＣｏＰＯ４などのオリビン構造を有するリチウムリン酸化合物などが挙げられる。なお、ｘ、ｙは０〜１の範囲であることが好ましい。例えば、ポリマーとしては、ポリアニリンやポリピロールなどの導電性ポリマー材料、ジスルフィド系ポリマー材料などが挙げられる。
【００２５】
電子伝導性を高め、集電体との接触抵抗を抑えるための導電剤としては、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等を挙げることができる。
【００２６】
活物質と導電剤を結着させるための結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴムなどが挙げられる。
【００２７】
活物質、導電剤及び結着剤の配合比については、正極活物質は６５重量％以上、９０重量％以下、導電剤は１重量％以上、１０重量％以下、結着剤は１重量％以上、１０重量％以下の範囲にすることが好ましい。
【００２８】
正極３は、例えば、正極活物質、導電剤及び結着剤を適当な溶媒と混合して調製した正極ペースト（電極ペースト）を集電体１０Ａに塗布し、乾燥し、プレスを施すことにより作製される。
【００２９】
次に合剤層４２の材料について説明する。前述のように、負極４は集電体１０Ｂと、集電体１０Ｂの片面もしくは両面に担持され、負極活物質、導電剤および結着剤を含む合剤層４２とを含む。
【００３０】
負極活物質としては、リチウムを吸蔵放出する物質を使用することができる。その中でも、金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、合金などが挙げられる。金属酸化物としては、例えば、例えばＷＯ３などのタングステン酸化物、例えばＳｉＯなどの酸化珪素、例えばＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２などのスピネル構造のチタン酸リチウムなどが挙げられる。特に、サイクル性能の点ではチタン酸リチウムが好ましい。また、チタン酸リチウムのリチウム吸蔵電位が約１．５Ｖであり、アルミニウムもしくはアルミニウム合金に対して電気化学的に安定な材料である。
【００３１】
負極活物質のリチウム吸蔵電位は、リチウム金属の開回路電位に対して開回路電位で０．４Ｖ以上、３Ｖ以下の範囲であることが好ましい。これにより、集電体１０Ｂのアルミニウム成分とリチウムとの合金化反応の進行および集電体１０Ｂの微紛化を抑制できる。
【００３２】
電子伝導性を高め、負極活物質と集電体１０Ｂとの接触抵抗を抑えるための導電剤として、炭素材料を用いることができる。例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、コークス、炭素繊維、黒鉛等を挙げることができる。
【００３３】
活物質と導電剤を結着させるための結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴム、スチレンブタジェンゴムなどが挙げられる。
【００３４】
負極活物質、導電剤及び結着剤の配合比については以下の範囲にすることが好ましい。すなわち、負極活物質は７０重量％以上、９０重量％以下、導電剤は２重量％以上、１０重量％以下、結着剤は２重量％以上、１０重量％以下の範囲にすることが好ましい。導電剤については、３重量％以上とすることにより上述した効果を充分に発揮することができ、１０重量％以下とすることにより、高温保存下での導電剤表面での非水電解質の分解を低減することができる。結着剤については、２重量％以上とすることにより合剤層４２に充分な強度を付与することができ、１０重量％以下とすることにより、合剤層４２内部の絶縁部分を減少させることができる。
【００３５】
負極４は、例えば、負極活物質、導電剤及び結着剤を適当な溶媒と混合して調製した負極ペースト（電極ペースト）をアルミニウムまたはアルミニウム合金製の集電体１０Ｂに塗布し、乾燥し、プレスを施すことにより作製される。
【００３６】
非水電解質としては、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される液状非水電解質（非水電解液）、液状電解質と高分子材料を複合化したゲル状非水電解質、またはリチウム塩電解質と高分子材料を複合化した固体非水電解質が挙げられる。また、リチウムイオンを含有した常温溶融塩（イオン性液体）を非水電解質として使用してもよい。
【００３７】
非水電解液は、電解質を０．５〜２ｍｏｌ／Ｌの濃度で有機溶媒に溶解することにより、調製される。
【００３８】
電解質としては、例えば、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３、ＬｉＢ［（ＯＣＯ）２］２などが挙げられる。使用する電解質の種類は、１種類または２種類以上にすることができる。
【００３９】
有機溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート（ＰＣ）やエチレンカーボネート（ＥＣ）などの環状カーボネート、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）やジメチルカーボネート（ＤＭＣ）あるいはメチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）などの鎖状カーボネート、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）やジエトエタン（ＤＥＥ）などの鎖状エーテル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジオキソラン（ＤＯＸ）などの環状エーテル、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、アセトニトリル（ＡＮ）、スルホラン（ＳＬ）などを挙げることができる。これらの有機溶媒は、単独または２種以上の混合物の形態で用いることができる。
【００４０】
ゲル状非水電解質や固体非水電解質に用いる高分子材料としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）等を挙げることができる。
【００４１】
また、常温溶融塩（イオン性液体）は、リチウムイオン、有機物カチオンおよび有機物アニオンから構成されることが好ましい。また、常温溶融塩は、１００℃以下、好ましくは室温以下で液体状であることが望ましい。
【００４２】
セパレータ５としては、例えば、ポリエチレンテレフタレートやポリプロピレンなどの合成樹脂製不織布、セルロースなどの不織布、ポリエチレン多孔質フィルム、ポリプロピレン多孔質フィルムなどを用いることができる。
【００４３】
蓋１１、１２と筒部１３で構成されたケースとしては、アルミニウムなど金属製のものを用いることができる。図１は円筒形のケースを示しているが、それ以外に角形でもよく、電極群５０の外形に応じて選択すればよい。
【００４４】
次に図２（ｂ）を参照しながら正極リード１と正極３及び負極リード２と負極４の配置関係を説明する。前述のように、正極３には電流を取り出すための正極リード１Ａ〜１Ｄが接続され、負極４には負極リード２Ａ〜２Ｃが接続されている。正極リード１Ａ〜１Ｄ、負極リード２Ａ〜２Ｃは、集電体１０Ａ、１０Ｂの露出部３１、４１にそれぞれ直接接続されている。正極リード１Ａ、１Ｂの中心間距離Ｌｃ１、正極リード１Ｂ、１Ｃの中心間距離Ｌｃ２、正極リード１Ｃ、１Ｄの中心間距離Ｌｃ３、負極リード２Ａ、２Ｂの中心間距離Ｌａ１、負極リード２Ｂ、２Ｃの中心間距離Ｌａ２はほぼ同じに設定されている。ただしこれらの端子間距離が異なっていてもよい。そして正極３と負極４は、各負極リード２が隣接する２つの正極リード１の間に位置するように組み合わされている。
【００４５】
なお正極３の幅Ｗｃは集電体１０Ａの幅と同じである。ここで集電体１０Ａは巻回方向に沿った第１辺と、この第１辺に直交し、第１辺より短い第２辺を有する。幅Ｗｃとは第２辺の長さを意味する。同様に負極４の幅Ｗａは集電体１０Ｂの幅と同じである。ここで集電体１０Ｂは巻回方向に沿った第１辺と、この第１辺に直交し、第１辺より短い第２辺を有する。幅Ｗａとは第２辺の長さを意味する。
【００４６】
本実施の形態では、正極３の幅Ｗｃに対する正極リード１の中心間の間隔Ｌｃ（Ｌｃ１〜Ｌｃ３）の比Ｌｃ／Ｗｃを０．５以下、かつ負極４の幅Ｗａに対する負極リード２の中心間の間隔Ｌａ（Ｌａ１、Ｌａ２）の比Ｌａ／Ｗａを０．５以下に設定している。
【００４７】
前述のようにエキスパンドメタル１０では縦横方向で体積抵抗率が異なる。すなわち集電体１０Ａの、第１辺に平行な方向の体積抵抗率ＲＬｃと第２辺に平行な方向の体積抵抗率ＲＴｃとは異なる。同様に集電体１０Ｂの、第１辺に平行な方向の体積抵抗率ＲＬａと第２辺に平行な方向の体積抵抗率ＲＴａとは異なっている。本実施の形態では、ＲＬｃ／ＲＴｃを０．１６６以上、０．２２３以下としている。またＲＬａ／ＲＴａを０．１６６以上、０．２２３以下としている。
【００４８】
以上のように正極リード１の配置（間隔）と正極３の幅Ｗｃとの関係、負極リード２の配置（間隔）と負極４の幅Ｗａとの関係を規定する。かつ第１辺方向の体積抵抗率ＲＬに対する第２辺方向の体積抵抗率ＲＴの比が０．１６６以上、０．２２３以下である集電体を用いることで集電体に係る抵抗を低減することができる。これにより蓄電デバイスを高出力化することができる。このように、リードの数を増やしつつ、集電体の体積抵抗率の異方性を従来にないほど高めることで集電体に係る抵抗を低減することができる。
【００４９】
集電体１０Ａ、１０Ｂが同じエキスパンドメタル１０で構成されている場合、合剤層３２、４２の寄与を除いた電子伝導性は図４に示す試料で評価できる。図４は本実施の形態における電子伝導測定用試料の平面図である。この試料では、長さＬがＬｃ２、幅Ｗが正極３と負極４の幅の平均値であるエキスパンドメタル１０に１つの負極リード２Ｂと、正極リード１Ｂ、１Ｃの２分の１の幅（断面積）の正極リード１０１Ｂ、１０１Ｃが溶接されている。
【００５０】
この試料において、正極リード１０１Ｂ、１０１Ｃの端部と負極リード２Ｂの端部との間で抵抗を測定すれば合剤層３２、４２の寄与を除いた電子伝導性評価することができる。そこで、以下の測定では図４に示す試料を評価した結果を示す。
【００５１】
まずエキスパンドメタル１０の試料を４種類作製した。（表１）に示すように、４種類の試料Ｃ−ＡからＣ−Ｄでは、幅Ｗに沿った方向の体積抵抗率ＲＬと電極の巻回方向である長さＬに沿った方向の体積抵抗率ＲＴの組み合わせが異なる。
【００５２】
なおこれらの試料は、厚み１００μｍの合金番号１Ｎ３０のアルミニウム合金箔を線幅２００μｍで切り込みを入れて、引き伸ばすことで作製した。その際、図３に示す構造において、Ｌｗ／Ｓｗが（表１）の条件になるように引き伸ばす条件を変更した。エキスパンドメタル１０では、Ｌｗ方向（長目方向）に沿った体積抵抗率が体積抵抗率ＲＬで、Ｓｗ方向（短目方向）に沿った体積抵抗率が体積抵抗率ＲＴである。すなわち、正極３、負極４において、集電体であるエキスパンドメタル１０は、長目方向が幅方向に平行になるように用いられる。
【００５３】
なお、パンチングメタルではなくエキスパンドメタルを選択した理由は、パンチングメタルより抵抗率が比較的高くなるエキスパンドメタルで、ΔＶを低減できれば、パンチングメタルではさらに低抵抗化が可能であると推測したためである。
【００５４】
【表１】
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【００５５】
次に、（表１）に示した各試料を用い、幅Ｗを７５ｍｍと一定とし、（表２）に示すようにＬ／Ｗが０．２５から２になるようにリード中心間の距離Ｌを変化させて抵抗測定用試料用のエキスパンドメタル１０を切り出した。切り出したエキスパンドメタル１０に対し、厚み１００μｍ、幅２．５ｍｍの合金番号１Ｎ３０のアルミニウム合金板を正極リード１０１Ｂ、１０１Ｃとして溶接し、厚み１００μｍ、幅５ｍｍの合金番号１Ｎ３０のアルミニウム合金板を負極リード２Ｂとして溶接し、図４に示す抵抗測定用試料を作製した。
【００５６】
【表２】
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【００５７】
これらの抵抗測定用試料の正極リード１０１Ｂ、１０１Ｃと負極リード２Ｂの間の１ｋＨｚにおけるインピーダンスを、ＹＨＰ製４２９４Ａインピーダンスアナライザを用いて測定した。それぞれの結果から、リードと溶接部の寄与する抵抗値をそれぞれの試料に応じて減じ、エキスパンドメタル１０のみが寄与する抵抗を計算した。エキスパンドメタル１０のみが寄与する抵抗のそれぞれに（表２）の電流量を乗じてΔＶを算出した。その結果を図５に示す。図５は本実施の形態における電子伝導測定用試料の特性図である。横軸の位置が試料ＣＡ〜ＣＤに相当し、記号が試料ＳＡ〜ＳＥを表している。
【００５８】
なお、車両用に使用される電池の正極、負極の単位面積当たりの最大電流量は、一般に１５〜３７ｍＡ／ｃｍ２であることが知られている。また、電気二重層コンデンサにおいても通常４０ｍＡ／ｃｍ２以上が必要である。したがって、エキスパンドメタル１０の面積と、露出部３１、４１を考慮して合剤層３２、４２が重なり合う面積を設定し（表２の合剤面積）、電流密度が４０ｍＡ／ｃｍ２になるよう、電流値を算出している。
【００５９】
この最大電流において、エキスパンドメタル１０の電子伝導の抵抗が寄与する電圧降下すなわちＩＲドロップ（ΔＶ）は、２０ｍＶ以下であることが必要である。さらには１０ｍＶ以下であることが好ましい。例えば正極活物質がＬｉＣｏＯ２、負極活物質がＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２の二次電池の出力電圧は、約２．３Ｖであり、集電体が寄与するＩＲドロップを１％未満にしようとすると約２０ｍＶ以下にする必要がある。さらに出力電圧の変化がなく安定した電圧を出力するためにＩＲドロップを１０ｍＶ以下にすることが好ましい。この値が小さければ小さいほど、出力も大きく、電極の面内での反応ばらつきを低減できるため長寿命となる。したがって、図５でもまずΔＶが２０ｍＶ以下となる条件を選択すべきであり、さらに１０ｍＶ以下となる条件が好ましい。
【００６０】
Ｌ／Ｗが１のとき、ＲＬ／ＲＴの値によらず、ΔＶは約２０ｍＶで一定となっている。これは、エキスパンドメタル１０が正方形であるため、導電経路が縦横で等しくなるためと考えられる。Ｌ／Ｗが１を超えると、ＲＬ／ＲＴが小さくなるにしたがって、ΔＶが大きくなり、Ｌ／Ｗが１未満になるとＲＬ／ＲＴが小さくなるにしたがって、ΔＶが小さくなっている。これは、Ｌ／Ｗを１未満とすることで、選択的に幅Ｗに平行な方向の抵抗率の寄与率が高まるためと考えられる。さらにＲＬ／ＲＴを０．２２３以下にすればΔＶが１０ｍＶ以下となることがわかる。
【００６１】
特に、Ｌ／Ｗが０．５以下の場合、ＲＬ／ＲＴを０．２６９から０．２２３へ２０％程度しか変化させなかったにもかかわらず、ΔＶは５０％以下となる。このようにＬ／Ｗが０．５以下で、かつＲＬ／ＲＴが０．２２３以下のとき、大きな効果が得られる。
【００６２】
なお、ＲＬ／ＲＴを小さくするのには電極ペーストの充填性の観点から制限がある。ＲＬ／ＲＴを小さくするにはＳｗを小さくする必要がある。Ｓｗが小さくなると、粘度の高い電極ペーストをエキスパンドメタル１０に充填しにくくなる。このような観点から例えばＬｗが３ｍｍの場合、Ｓｗを０．４ｍｍ以上にする必要がある。すなわちエキスパンドメタル１０のＬｗ／Ｓｗは７．５以上となる。表１の各試料の作製に用いたアルミニウム合金箔をＬｗ／Ｓｗ＝７．５の条件でエキスパンドメタルに加工すると、ＲＬ／ＲＴは０．１２となる。そのため、ＲＬ／ＲＴの値は、０．１２以上とする必要がある。なおより好ましくは試料ＣＡに示すようにＲＬ／ＲＴの値は０．１６６以上であることが好ましい。
【００６３】
なおＲＬ／ＲＴが０．２２３となる体積抵抗率ＲＬの値は（表１）の試料ＣＣに相当するため、９．８３μΩ・ｃｍである。そしてエキスパンドメタル１０のＬｗ／Ｓｗは２．６５である。またＲＬ／ＲＴが０．１６６となる体積抵抗率ＲＬの値は（表１）の試料ＣＡに相当するため、６．８１μΩ・ｃｍである。そしてエキスパンドメタル１０のＬｗ／Ｓｗは３．７０である。したがって幅Ｗ（第２辺）に平行な方向における体積抵抗率ＲＬは６．８１μΩ・ｃｍ以上、９．８３μΩ・ｃｍ以下が好ましい。またエキスパンドメタル１０のＬｗ／Ｓｗは２．６５以上、７．５以下となるが、３．７０以下であることが好ましい。
【００６４】
なお、以上の説明では、正極３の集電体１０Ａと負極４の集電体１０Ｂが同一のエキスパンドメタル１０で構成されている場合を例に説明したが、いずれか一方がエキスパンドメタル１０で構成されているだけでもよい。この場合にも蓄電デバイスの低抵抗化に寄与できる。このように、集電体１０Ａと集電体１０Ｂの少なくともいずれか一方のＲＬ／ＲＴが０．１６６以上、０．２２３以下であり、リードの配置と集電体の幅が、Ｌ／Ｗ≦０．５を満たせばよい。
【００６５】
（実施の形態２）
図６（ａ）は本発明の実施の形態２による蓄電デバイスの電極群の模式斜視図、図６（ｂ）、（ｃ）はそれぞれこの電極群の内周側、外周側の模式図である。本実施の形態では、実施の形態１の結果が他の構造の蓄電デバイスにも適用可能であることを説明する。一例として図６に示すように、電極群の上下に位置する集電体露出部と端子板を、レーザーにより接合させ、一巻回あたり３点の接合部２０を設けたキャパシタの場合について説明する。
【００６６】
電極群３０の内周側ではＬ／Ｗが小さく、電極群３０の外周側ではＬ／Ｗが大きい。電極群３０では、それらが混在している。一例として、厚み４００μｍの正極と厚み４００μｍの負極を厚み５０μｍのポリプロピレン製不織布セパレータを介して、巻回し電極群３０を作製した。この場合、第一ターンの直径２Ｒを１７．９ｍｍとし、１１ターン巻回すると、第１１ターンの直径は３５．９ｍｍとなった。電極群３０では、第一ターン目のＬ／Ｗがほぼ０．２５となり、第１１ターン目のＬ／Ｗがほぼ０．５である。すなわち電極群３０では０．２５から０．５の間で変化している。
【００６７】
このような電極群３０に対し、接合部２０の位置を各ターンで変更し、図４に相当する試料を正極、負極の全長に亘ってつなげた試料（電極群モデル）を作製して、集電体抵抗を測定した。その際、ＲＬ／ＲＴの異なるエキスパンドメタル集電体として用いた。集電体抵抗と集電体のＲＬ／ＲＴとの関係を図７に示す。図７は本発明の実施の形態２における蓄電デバイスの電極群モデルにおける集電体抵抗と集電体のＲＬ／ＲＴとの関係を示している。図７から明らかなように、ＲＬ／ＲＴを下げることで電極群３０の集電体抵抗が低減されている。
【００６８】
さらに、その低減の効果を、他のファクターとともに、ＲＬ／ＲＴが０．２６９の場合を１として図７に比較して示す。図７から明らかなように、体積抵抗率ＲＬ、エキスパンドメタルのＬｗ／Ｓｗ値の変化より、集電体抵抗の低減効果は大きい。
【００６９】
なお以上の説明では、正極、負極、セパレータを円筒形に巻回した例で説明したが、本発明はこれに限定されない。角形に巻回してもよく、また巻回せずに正極、負極、セパレータを重ね合わせた構造に適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、電気二重層コンデンサ、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタなどの巻回型の蓄電デバイスに適用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１０１Ｂ，１０１Ｃ    正極リード
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ    負極リード
３    正極
４    負極
１０    エキスパンドメタル
１０Ａ，１０Ｂ    集電体
１１，１２    蓋
１３    筒部
２０    接合部
２１，２２    リード集電板
３０，５０    電極群
３１，４１    露出部
３２，４２    合剤層
５１，５２    ガスケット
６１    正極端子
６１Ａ，６２Ａ    フランジ部
６１Ｂ，６２Ｂ    ナット
６２    負極端子
２００    開口
【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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