(57)【要約】【課題】  高容量で且つ高出力特性も良い単電池を提供する。【解決手段】  正極と負極とがセパレータを介して重ねられた電極体と、電解質とが外装体内に収容された電池であって、前記正極は少なくとも第１および第２の正極合剤層を有し、第１の正極合剤層と第２の正極合剤層は同一の組成であり、第１の正極合剤層は、第１の正極塗布量（ｍｇ／ｃｍ２）を有し、第２の正極合剤層は、第２の正極塗布量（ｍｇ／ｃｍ２）を有し、第１の正極塗布量は、第２の正極塗布量よりも低くいことを特徴とする電気化学素子を提供する。【選択図】  図１
2019133901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極とがセパレータを介して重ねられた電極体と、電解質とが外装体内に収容された電気化学素子であって、
前記正極は、正極集電体の片面または両面に正極活物質を含む正極合剤層を備え、
前記正極は少なくとも第１の正極合剤層と第２の正極合剤層を有し、
前記第１の正極合剤層と前記第２の正極合剤層は同一の組成であり、
前記第１の正極合剤層は、第１の正極塗布量を有し、
前記第２の正極合剤層は、第２の正極塗布量を有し、
前記第１の正極塗布量は、前記第２正極塗布量よりも低いことを特徴とする電気化学素子。
【請求項２】
前記第１の正極塗布量は１０ｍｇ／ｃｍ２以上４０ｍｇ／ｃｍ２以下であり、
前記第２の正極塗布量は３０ｍｇ／ｃｍ２以上６０ｍｇ／ｃｍ２未満であろことを特徴とする電気化学素子。
【請求項３】
請求項１に記載の電気化学素子であって、
前記電極体は巻回されており、
前記正極は前記正極集電体が露出する正極集電体露出部を有しており、
前記正極集電体露出部上に、正極集電タブが配置されており、
前記正極集電体露出部は、前記第１の正極合剤層と前記第２の正極合剤層との間に存在することを特徴とする電気化学素子。
【請求項４】
請求項１に記載の電気化学素子であって、
前記電極体は、第１の電極体と第２の電極体を有し、
前記第１の電極体と前記第２の電極体はそれぞれ巻回されており、
前記第１の電極体は、第１の正極集電体と、前記第１の集電体の片面または両面に前記第１の正極合剤層を有し、
前記第２の電極体は、第２の正極集電体と、前記第２の集電体の片面または両面に前記第２の正極合剤層を有することを特徴とする電気化学素子。
【請求項５】
請求項１に記載の電気化学素子であって、
前記電極体は、複数の電極を積層する枚葉型であり、
前記正極は、前記正極集電体に前記第１の正極合剤層を少なくとも片面に備える枚葉正極を有することを特徴とする電気化学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高容量特性と高出力特性とを両立させた電気化学素子を提供する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学素子の一つである電池は、種々の用途に利用されている。例えばリチウムイオン二次電池においては、モバイル通信機器のような長時間の使用を目的とした高容量の電池（特許文献１）や、電動工具のような瞬発的に高い出力が求められる電池（特許文献２）等がある。
【０００３】
特許文献３には、電池の高容量化および部材コスト削減の為に電極の厚膜化を行うことが開示されている。特許文献４には一方の電極を薄くして折りたたむことで電池容量を確保しつつ、内部抵抗の低下による電流伝導性と再充電性を改善する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２０１２／０８６２７３号公報
【特許文献２】ＷＯ２０１５／１１１７１０号公報
【特許文献３】特開２０１３−１４３１８５号公報
【特許文献４】特表２００４−５０３９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年は電子機器のコードレス化やＩｏＴ化や進み、それと同時に電気化学素子の使用用途が多様化しつつある。例えばドローンに使用される場合、出来るだけ長時間の飛行が出来るように、ドローンに使用される電気化学素子は高容量であることが求められている。その一方でドローン飛行中に突風を受けると飛行姿勢を維持しようとして電気化学素子に瞬間的な負荷がかかり、電圧が低下する現象が起こることがある。これに対応できなければ最悪の場合、ドローンが墜落してしまう可能性がある。このように、瞬間的な高出力をもとめられつつ、長時間での使用を可能にするような電気化学素子の開発が求められてる。
【０００６】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高容量で且つ高出力特性も良い電気化学素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成し得た本発明の電気化学素子は、正極と負極とがセパレータを介して重ねられた電極体と、電解質とが外装体内に収容された電気化学素子であって、前記正極は、正極集電体の片面または両面に正極活物質を含む正極合剤層を備え、前記正極は少なくとも第１の正極合剤層と第２の正極合剤層を有し、前記第１の正極合剤層と前記第２の正極合剤層は同一の組成であり、前記第１の正極合剤層は、第１の正極塗布量を有し、前記第２の正極合剤層は、第２の正極塗布量を有し、前記第１の正極塗布量は、前記第２正極塗布量よりも低いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高容量で且つ高出力特性も良い電気化学素子を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一例のである実施態様１に係る正極の概略構成（正面図および側面図）である。
【図２】本発明の一例のである実施態様１に係る負極の概略構成（正面図および側面図）である。
【図３】本発明の一例のである実施態様２に係る正極の概略構成（正面図および側面図）である。
【図４】本発明の一例のである実施態様２に係る負極の概略構成（正面図および側面図）である。
【図５】本発明の一例のである実施態様３に係る正極の概略構成（正面図および側面図）である。
【図６】本発明の一例のである実施態様３に係る負極の概略構成（正面図および側面図）である。
【図７】本発明の一例のである実施態様３に係る負極の概略構成（正面図および側面図）である。
【図８】本発明の一例のである実施態様３に係る電池の積層電極体の概略構成（側面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
電気化学素子の高容量化の達成手段の一つとして、合剤層の塗布量を増加させることが挙げられるが、そうすると合剤層の厚膜化や高密度化につながる。これにより、放電時の金属イオンの最大移動距離が大きくなり、または金属イオンの移動がスムーズにできなくるため、瞬発的な高出力に対応しきれないことがあった。
【００１１】
一方、合剤層の塗布量を減少させると、合剤層の薄膜化や低密度化により放電時の金属イオンの最大移動距離が小さくなり、また金属イオンの移動がスムーズになるため、高出力化が可能になるが、高容量化が難しい。
【００１２】
そこで、本発明の電気化学素子では、正極に塗布量の多い正極合剤層（第１の正極合剤層）と塗布量の少ない正極合剤層（第２の正極合剤層）とを備え、第１の正極合剤層と第２の正極合剤層は同一の組成である。これにより、特に第１の正極合剤層により高容量を維持しつつ、第2の正極合剤層により瞬間的に高出力が求められる場合にも対応が可能になる。このように一つの電気化学素子内に２つの出力特性を備えた第１の正極合剤層と第２の正極合剤層とを設けることで、瞬間的な高出力特性を持ち、かつ高容量を備えることができる。これにより各々の特性を要求する用途において、電子素子を1つにまとめることができるので、電子機器の小型化・軽量化・低コスト化に対応することが出来る。更に、第１の正極合剤層と第２の正極合剤層とで同一の組成とすることで、作製する正極合剤スラリーを１種類とすることができるので、生産性が高い電気化学素子とすることができる。
【００１３】
第１の正極合剤層は、第１の正極塗布量を有する。第１の正極塗布量は、電気化学素子を使用する電子機器にもよるが、高出力特性確保の為にコバルト酸リチウムを正極活物質として使用する場合、その範囲は４０ｍg／ｃｍ２以下が好ましく、更に好ましくは３０ｍg／ｃｍ２以下、最も好ましくは２５ｍｇ／ｃｍ２以下である。一方、通常の範囲として１０ｍg／ｃｍ２以上である。この正極塗布量の範囲であれば、たとえ電極密度（ｇ/ｃｍ３）が高密度であっても合剤層は薄くなり、電子の最大移動距離が短くなり内部抵抗が抑えられるため瞬間的な高出力に対応可能になる。また、合剤層が厚くなってもその分電極密度が低くなるため、電解液の浸潤性が高く電子の移動がスムーズになるため瞬間的な高出力に対応可能になる。
【００１４】
第２の正極合剤層は、第２の正極塗布量を有する。第２の正極塗布量は、電気化学素子を使用する電子機器にもよるが、高容量特性確保の為にコバルト酸リチウムを正極活物質として使用する場合、その範囲は３０ｍｇ/ｃｍ２以上が好ましく、更に好ましくは３５ｍｇ／ｃｍ２以上、最も好ましくは４０ｍｇ／ｃｍ２以上である。一方、通常の範囲として６０ｍg／ｃｍ２未満である。
【００１５】
本発明における第１の正極塗布量（ｍg／ｃｍ２）は、第２の正極塗布量（ｍｇ／ｃｍ２）よりも低い。これによって高出力特性且つ高容量特性が良好な電気化学素子とすることができる。より高い効果を得る為には第２の正極塗布量（ｍｇ／ｃｍ２）は、第１正極塗布量（ｍｇ／ｃｍ２）の１．５〜５倍の範囲であることが好ましい。
【００１６】
上述の正極塗布量は、電気化学素子を分解して正極を取出し、各正極合剤層の塗膜面積と塗膜重量を測定する。この測定した塗膜面積と塗膜重量を用いて以下の計算により求めることができる。
（第1の正極塗布量）＝  (第1の正極合剤層重量)/（第1の正極合剤層面積）
（第２の正極塗布量）＝  (第2の正極合剤層重量)/（第2の正極合剤層面積）
上記の正極合剤層は、正極活物質の総量を８０〜９９重量％とし、導電助剤の量を０．５〜１０重量％とし、バインダの量を１〜１０重量％とすることが好ましい。また、正極合剤層が同一組成とは、これらの正極合剤層を形成する材料の含有割合が同一であることを意味する。
【００１７】
本発明では正極集電体の片面および両面に第１の正極合剤層と第２の正極合剤層とが連続して形成されていないことが好ましい。連続して形成されていないとは、正極が長尺状の構成であれば、例えば、（１）正極集電体の一方の面上の第１の正極合剤層と第２の正極合剤層の間に正極集電体露出部が存在している態様や、（２）長尺状の正極集電体を複数使用し、第１の正極集電体上には第１の正極合剤層のみを形成し、第２の正極集電体上には第２の正極合剤層のみを形成する態様、更に（３）正極集電体の一方の面上に第１の正極合剤層を形成し、他方の面上に第２の正極合剤層を形成する態様等があげられる。また、正極が枚葉状の構成であれば、例えば（４）第１の正極集電体の片面または両面に第１の正極合剤層を形成した第１の正極を複数含み、第２の正極集電体の片面または両面に第２の正極合剤層を形成した第２の正極を複数含む態様が挙げられる。ただし、本発明の正極の態様は、（１）〜（４）の態様に限定されるものではない。
【００１８】
このように正極集電体の片面および両面に第１の正極合剤層と第２の正極合剤層とが連続して形成されていない構成とすることで、生産性が高くなり、好ましい。また、（１）の態様の場合には、当該正極集電体露出部に正極タブを配置することができ、それによって第１の正極合剤層から正極タブまで、また第２の正極合剤層から正極タブまで適切な距離のバランスをとることができ、好ましい。
【００１９】
本発明の電池は、正極と負極とがセパレータを介して重ねられた電極体と、電解質とが外装体内に収容された電気化学素子である。本発明の態様を取ることで、一次電池や二次電池、キャパシタでも同様に高出力および高容量特性を兼ね備えた電気化学素子とすることが出来る。
【００２０】
以下に、本発明で取りうるその他の構成について説明する。
【００２１】
〔正極〕
本発明の電池に係る正極には、例えば、正極活物質、バインダ、必要に応じて導電助剤等を含有する正極合剤層を、正極集電体の片面又は両面に有する構造のものを使用する。
【００２２】
＜正極活物質＞ 
上記正極に用いる正極活物質は、特に限定されず、電気化学素子がリチウムイオン二次電池の場合は、リチウム含有遷移金属酸化物等の一般に用いることのできる活物質を使用すればよい。リチウム含有遷移金属酸化物の具体例としては、例えば、ＬｉｘＣｏＯ２、ＬｉｘＮｉＯ２、ＬｉｘＭｎＯ２、ＬｉｘＣｏｙＮｉ１-ｙＯ２、ＬｉｘＣｏｙＭ１-ｙＯ２、ＬｉｘＮｉ１−ｙＭyＯ２、ＬｉｘＭｎｙＮｉｚＣｏ１−ｙ−ｚＯ２、ＬｉｘＭｎ２Ｏ４、ＬｉｘＭｎ２−ｙＭｙＯ４等が例示される。但し、上記の各構造式中において、Ｍは、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｇｅ及びＣｒよりなる群から選ばれる少なくとも１種の金属元素であり、０≦ｘ≦１．１、０＜ｙ＜１．０、２．０＜ｚ＜１．０である。また、電気化学素子が一次電池の場合は、二酸化マンガン；フッ化黒鉛；塩化チオニル等の活物質が、キャパシタの場合は活性炭等が使用出来る。
【００２３】
＜バインダ＞
上記正極に用いるバインダとしては、電池内で化学的に安定なものであれば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれも使用できる。例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリヘキサフルオロプロピレン（ＰＨＦＰ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、プロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、又は、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸メチル共重合体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体及びそれら共重合体のＮａイオン架橋体等の１種又は２種以上を使用できる。
【００２４】
＜導電助剤＞
上記正極に用いる導電助剤としては、電池内で化学的に安定なものであればよい。例えば、天然黒鉛、人造黒鉛等のグラファイト；アセチレンブラック、ケッチェンブラック（商品名）、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック；炭素繊維、金属繊維等の導電性繊維；アルミニウム粉等の金属粉末；フッ化炭素；酸化亜鉛；チタン酸カリウム等からなる導電性ウィスカー；酸化チタン等の導電性金属酸化物；ポリフェニレン誘導体等の有機導電性材料等が挙げられ、これらを１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、導電性の高いグラファイトと、吸液性に優れたカーボンブラックが好ましい。また、導電助剤の形態としては、一次粒子に限定されず、二次凝集体や、チェーンストラクチャー等の集合体の形態のものも用いることができる。このような集合体の方が、取り扱いが容易であり、生産性が良好となる。
【００２５】
＜正極集電体＞
上記正極に用いる正極集電体としては、従来から電池の正極に使用されているものと同様のものが使用でき、例えば、アルミニウム箔やステンレス鋼，チタン，アルミニウム，アルミニウム合金等からなる金属箔が挙げられる。なお、正極集電体は、金属箔の代わりにプラズマ化学気相成長法（ＰＶＤ法）や化学気相成長法（ＣＶＤ法）を用いて薄膜状に形成してもよい。
【００２６】
＜正極の製造方法＞
上記正極は、例えば、前述した正極活物質、導電助剤及びバインダを、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等の溶剤に分散させたペースト状やスラリー状の正極合剤含有組成物を調製し（但し、バインダは溶剤に溶解していてもよい。）、これを集電体の片面又は両面に塗布し、乾燥した後に、必要に応じてカレンダ処理を施す工程を経て製造することができる。正極の製造方法は、上記の方法に制限されるわけではなく、他の製造方法で製造することもできる。
【００２７】
〔負極〕
本発明の電池に用いる負極には、例えば、負極活物質、バインダ及び必要に応じて導電助剤等を含む負極合剤層を、負極集電体の片面又は両面に有する構造のものが使用できる。
【００２８】
＜負極活物質＞
上記負極活物質には、従来から知られている電池に用いられている負極活物質、例えば、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、炭素繊維等の、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素系材料の１種又は２種以上の混合物が負極活物質として用いられる。また、シリコン（Ｓｉ）、スズ（Ｓｎ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）、インジウム（Ｉｎ）等の元素及びその合金、リチウム含有窒化物又はリチウム含有酸化物等のリチウム金属に近い低電圧で充放電できる化合物、もしくはリチウム金属やリチウム／アルミニウム合金も負極活物質として用いることができる。中でも、負極活物質としては、シリコンと酸素とを構成元素に含むＳｉＯｘで表される材料が好ましい。
【００２９】
ＳｉＯｘは、Ｓｉの微結晶又は非晶質相を含んでいてもよく、この場合、ＳｉとＯの原子比は、Ｓｉの微結晶又は非晶質相のＳｉを含めた比率となる。即ち、ＳｉＯｘには、非晶質のＳｉＯ２マトリックス中に、Ｓｉ（例えば、微結晶Ｓｉ）が分散した構造のものが含まれ、この非晶質のＳｉＯ２と、その中に分散しているＳｉを合わせて、上記原子比ｘが０．５≦ｘ≦１．５を満足していればよい。例えば、非晶質のＳｉＯ２マトリックス中に、Ｓｉが分散した構造で、ＳｉＯ２とＳｉのモル比が１：１の材料の場合、ｘ＝１であるので、構造式としてはＳｉＯで表記される。このような構造の材料の場合、例えば、Ｘ線回折分析では、Ｓｉ（微結晶Ｓｉ）の存在に起因するピークが観察されない場合もあるが、透過型電子顕微鏡で観察すると、微細なＳｉの存在が確認できる。
【００３０】
上記ＳｉＯｘは、炭素材料と複合化した複合体であることが好ましく、例えば、ＳｉＯｘの表面が炭素材料で被覆されていることが望ましい。通常、ＳｉＯｘは導電性が乏しいため、これを負極活物質として用いる際には、良好な電池特性確保の観点から、導電性材料（導電助剤）を使用し、負極内におけるＳｉＯｘと導電性材料との混合・分散を良好にして、優れた導電ネットワークを形成する必要がある。ＳｉＯｘを炭素材料と複合化した複合体であれば、例えば、単にＳｉＯｘと炭素材料等の導電性材料とを混合して得られた材料を用いた場合よりも、負極における導電ネットワークが良好に形成される。
【００３１】
＜バインダ＞
上記バインダとしては、例えば、でんぷん、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ジアセチルセルロース等の多糖類やそれらの変成体；ポリビニルクロリド、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミドイミド、ポリアミド等の熱可塑性樹脂やそれらの変成体；ポリイミド；エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム、ポリブタジエン、フッ素ゴム、ポリエチレンオキシド等のゴム状弾性を有するポリマーやそれらの変成体；などが挙げられ、これらの１種又は２種以上を用いることができる。
【００３２】
＜導電助剤＞
上記負極合剤層には、更に導電助剤として導電性材料を添加してもよい。このような導電性材料としては、電池内において化学変化を起こさないものであれば特に限定されず、例えば、カーボンブラック（サーマルブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等）、炭素繊維、金属粉（銅、ニッケル、アルミニウム、銀等の粉末）、金属繊維、ポリフェニレン誘導体（特開昭５９−２０９７１号公報に記載のもの）等の材料を、１種又は２種以上用いることができる。これらの中でも、カーボンブラックを用いることが好ましく、ケッチェンブラックやアセチレンブラックがより好ましい。
【００３３】
＜負極集電体＞
上記負極集電体としては、銅製やニッケル製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタル等を用い得るが、通常、銅箔が用いられる。
【００３４】
＜負極の製造方法＞
上記負極は、例えば、前述した負極活物質及びバインダ、更には必要に応じて導電助剤を、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）や水等の溶剤に分散させたペースト状やスラリー状の負極合剤含有組成物を調製し、これを集電体の片面又は両面に塗布し、乾燥した後に、必要に応じてカレンダ処理を施す工程を経て製造することができる。負極の製造方法は、上記の製法に制限されるわけではなく、他の製造方法で製造することもできる。
【００３５】
＜負極合剤層＞
上記負極合剤層においては、負極活物質の総量を８０〜９９質量％とし、バインダの量を１〜２０質量％とすることが好ましい。また、別途導電助剤として導電性材料を使用する場合には、負極合剤層におけるこれらの導電性材料は、負極活物質の総量及びバインダ量が、上記の好適値を満足する範囲で使用することが好ましい。
【００３６】
本発明における負極は、一様の厚みの負極合剤層を用いることが出来る。例えば、二次電池では充電時に正極から放出された陽イオン（リチウムイオン二次電池の場合はＬｉイオン）を負極で吸蔵するが、そのような場合は、より多くの陽イオンを放出する第２の正極合剤層に対応できる厚みの負極合剤層とする。
【００３７】
また、本発明は、第１の正極合剤層とセパレータを介して対向する負極合剤層を第１の負極合剤層とし、第２の正極合剤層とセパレータを介して対向する負極合剤層を第２の負極合剤層とすることもできる。
【００３８】
〔非水電解質〕
本発明の電気化学素子に係る電解質としては、例えば、非水系であれば、ポリマーマトリックスに電解質塩を含有させたドライポリマー電解質、ポリマーマトリックスに溶媒と電解質塩を含浸させたゲルポリマー電解質、無機固体電解質、有機溶媒に電解質塩を溶解させた非水電解液等が挙げられる。本発明の電池がリチウムイオン二次電池の場合、前記非水電解液に用いる電解質塩（リチウム塩）としては、溶媒中で解離してリチウムイオンを形成し、電池として使用される電圧範囲で分解等の副反応を起こしにくいものであれば特に制限はない。例えば、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６等の無機リチウム塩、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、Ｌｉ２Ｃ２Ｆ４（ＳＯ３）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３、ＬｉＣｎＦ２ｎ＋１ＳＯ３（２≦ｎ≦７）、ＬｉＮ（ＲｆＯＳＯ２）２〔ここで、Ｒｆはフルオロアルキル基〕等の有機リチウム塩等を用いることができる。
【００３９】
このリチウム塩の非水電解液中の濃度としては、０．５〜１．５ｍｏｌ／Ｌとすることが好ましく、０．９〜１．２５ｍｏｌ／Ｌとすることがより好ましい。
【００４０】
上記非水電解液に用いる有機溶媒としては、電池として使用される電圧範囲で分解等の副反応を起こさないものであれば特に限定されない。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート；ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート等の鎖状カーボネート；プロピオン酸メチル等の鎖状エステル；γ−ブチロラクトン等の環状エステル；ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、１，３−ジオキソラン、ジグライム、トリグライム、テトラグライム等の鎖状エーテル；ジオキサン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン等の環状エーテル；アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリル等のニトリル類；エチレングリコールサルファイト等の亜硫酸エステル類等が挙げられ、これらは２種以上混合して用いることもできる。より良好な特性の電池とするためには、エチレンカーボネートと鎖状カーボネートの混合溶媒等、高い導電率を得ることができる組み合わせで用いることが望ましい。
【００４１】
水系の電解液であれば、水酸化カリウムといったアルカリ金属の水酸化物の水溶液を用いることができる。
【００４２】
〔セパレータ〕
本発明に係るセパレータには、８０℃以上（より好ましくは１００℃以上）１７０℃以下（より好ましくは１５０℃以下）において、その孔が閉塞する性質（すなわちシャットダウン機能）を有していることが好ましく、通常のリチウム二次電池などで使用されているセパレータ、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン製の微多孔膜を用いることができる。セパレータを構成する微多孔膜は、例えば、ＰＥのみを使用したものやＰＰのみを使用したものであってもよく、また、ＰＥ製の微多孔膜とＰＰ製の微多孔膜との積層体であってもよい。
【００４３】
本発明に係るセパレータには、融点が１４０℃以下の樹脂を主体とした多孔質層（Ｉ）と、１５０℃以下の温度で溶融しない樹脂または耐熱温度が１５０℃以上の無機フィラーを主体として含む多孔質層（ＩＩ）とを有する積層型のセパレータを使用することが好ましい。ここで、「融点」とはＪＩＳ Ｋ ７１２１の規定に準じて、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて測定される融解温度を意味している。また、「１５０℃以下の温度で溶融しない」とは、ＪＩＳ Ｋ ７１２１の規定に準じて、ＤＳＣを用いて測定される融解温度が１５０℃を超えているなど、前記融解温度測定時に１５０℃以下の温度で融解挙動を示さないことを意味している。更に、「耐熱温度が１５０℃以上」とは、少なくとも１５０℃において軟化などの変形が見られないことを意味している。
【００４４】
前記積層型セパレータを用いる場合においては、熱収縮を抑える作用が非常に高いため、セパレータの厚みを小さくすることが可能となる。具体的には、多孔質層（Ｉ）の厚みが５〜１４μｍ、多孔質層（ＩＩ）の厚みが１〜５μｍとすることができ、厚みの合計は６〜１５μｍとすることが出来る。これにより、更にセパレータの全体の厚みを小さくすることが可能になり、正負極間距離を短くすることができるので、高出力特性をより向上させることが出来る。
【００４５】
〔外装体〕
本発明の外装体は、スチール缶やアルミニウム缶などを外装缶として使用する態様や、金属と樹脂膜とを積層したラミネートフィルムを外装体として使用する態様が取りうる。
【００４６】
〔本発明の用途〕
本発明の電池は、ドローンやロボット、電動バイクといった機器に使用する電気化学素子を小型化しつつ、高出力および高容量特性が求められる電子機器に利用することができる。また、単電池での使用も可能で、当該単電池をモジュール化して利用することも可能である。
【００４７】
以下、本発明のいくつか実施態様について、図面を用いて詳細に述べる。ただし、下記実施態様は本発明を制限するものではない。
【００４８】
（実施態様１）
図１は本発明の実施態様１に係る正極１の概略構成（正面図および側面図）を示す。正極１は正極集電体２の一方の面に、第１の正極合剤層４と第２の正極合剤層５とを有している。正極集電体２の他方の面においても、第１の正極合剤層４と第２の正極合剤層５とを有している。この時、正極集電体２の両面において第１の正極合剤層４と第２の正極合剤層５の間に正極集電体露出部が存在しているため、第１の正極合剤層４と第２の正極合剤層５は連続して形成されていない。そしてこの正極集電体露出部に、正極タブ３を超音波溶接で溶接している。この構成により、正極集電体２上に正極合剤層を生産性良く設けることができる他、第１の正極合剤層から正極タブまで、また第２の正極合剤層から正極タブまで適切な距離のバランスをとることができる。
【００４９】
図２は本発明の実施態様１に係る負極１０１の概略構成（正面図および側面図）を示す。負極１０１は負極集電体１０２の両方の面に、負極合剤層１０５を設けている。この時負極合剤層１０５は第２の正極合剤層５に対応する塗布量を確保する。これにより、充電時の正極から放出された金属イオン（リチウムイオン二次電池の場合、リチウムイオン）を負極で吸蔵することができ、デンドライトの発生を抑制することができるので好ましい。
【００５０】
正極１と負極１０１は、図示しないセパレータを介して重ねて巻回し、１つの電極体とし、ラミネート外装体内に当該電極体および電解液を収容し、正極タブ３および負極タブ１０３が外部へ延びるようにラミネート外装体を封止して電池を得た。
【００５１】
この時、第１の正極合剤層４と第２の正極合剤層５は同一の組成であり、第１の正極合剤層４の塗布量（第１の正極塗布量）は２４ｍｇ／ｃｍ２（片面塗布量１２ｍｇ／ｃｍ２）、また、第２の正極合剤層５の塗布量（第２の正極塗布量）は４０ｍｇ／ｃｍ２（片面塗布量２０ｍｇ／ｃｍ２）であった。
【００５２】
この実施態様１の電池により、高出力特性が求められるときは主に第１の正極合剤層４が放電に寄与し、また第１の正極合剤層４よりも塗布量の多い第２の正極合剤層５を備えることで高容量特性も得る事が出来る。また、単電池のみで高出力および高容量の２つの特性を備えることが出来るので、電子機器の小型化に対応することが出来る。
【００５３】
（実施態様２）
図３は本発明の実施態様２の正極１１および正極２１の概略構成（正面図および側面図）を示す。正極１１は第１の正極集電体１２の両面に、第１の正極合剤層１４を有している。第１の正極集電体１２は正極集電体露出部を有しており、当該正極集電体露出部に正極タブ１３を超音波溶接で溶接している。正極２１は第２の正極集電体２２の両面に、第２の正極合剤層２５を有している。第２の正極集電体２２は正極集電体露出部を有しており、当該正極集電体露出部に正極タブ２３を超音波溶接で溶接している。第１の正極合剤層１４と第２の正極合剤層２５は同一の組成であり、第１の正極合剤層１４の塗布量は、第２の正極合剤層２５の塗布量よりも低い。
【００５４】
図４は本発明の実施態様２の負極１１１および負極１２１の概略構成（正面図および側面図）を示す。負極１１１は第１の負極集電体１１２の両面に、第１の負極合剤層１１４を有している。第１の負極集電体１１２は負極集電体露出部を有しており、当該負極集電体露出部に負極タブ１１３を超音波溶接で溶接している。負極１２１は第２の負極集電体１２２の両面に、第２の負極合剤層１２５を有している。第２の負極集電体１２２は負極集電体露出部を有しており、当該負極集電体露出部に負極タブ１２３を超音波溶接で溶接している。第１の負極合剤層１１４の塗布量は、第２の負極合剤層１２５の塗布量よりも低い。且つ、負極合剤層１１４は正極合剤層１４に、負極合剤層１２５は正極合剤層２５に対応する塗布量とした。
【００５５】
正極１１と負極１１１は、図示しないセパレータを介して重ねて巻回し、第１の電極体となる。正極２１と負極１２１は、図示しないセパレータを介して重ねて巻回し、第２の電極体となる。ラミネート外装体内に第１の電極体およびおよび第２の電極体と、電解液とを収容し、正極タブ１３、２３および負極タブ１１３，１２３が外部へ延びるようにラミネート外装体を封止して電池を得た。
【００５６】
この時、第１の正極合剤層１４の塗布量（第１の正極塗布量）は実施態様１の正極合剤層４と同じであった。また、第２の正極合剤層２５の塗布量（第２の正極塗布量）、電極密度、合剤層厚みは実施態様１の正極合剤層５と同じであった。
【００５７】
この実施態様２の電池により、高出力特性が求められるときは主に第１の電極体が放電に寄与し、また第２の電極体を備えることで高容量特性も得る事が出来る。更に、第１の電極体は塗布量の低い第１の正極合剤層１４と、塗布量の低い第１の負極合剤層１１４とを組み合わせているため、それぞれの合剤層を薄くすることができるため放電時の金属イオンの最大移動距離が小さくなり、より良好な出力特性を得ることができる。また、単電池のみで高出力および高容量の２つの特性を備えることが出来るので、電子機器の小型化に対応することが出来る。
【００５８】
（実施態様３）
図５は本発明の実施態様３の正極３１および正極４１の概略構成（正面図および側面図）を示す。正極３１は枚葉電極であり、第１の正極集電体３２の両面に、第１の正極合剤層３４を有している。第１の正極集電体３２は、略長方形状であり集電部となる舌状の正極集電体露出部を有している。正極４１は枚葉電極であり、第２の正極集電体４２の両面に、第２の正極合剤層４５を有している。第２の正極集電体４２は略長方形状であり集電部となる舌状の正極集電体露出部を有している。第１の正極合剤層１４と第２の正極合剤層２５は同一の組成であり、第１の正極合剤層３４は、第２の正極合剤層４５よりも塗布量が低い。
【００５９】
図６は本発明の実施態様３の負極１３１、１４１の概略構成（正面図および側面図）を示す。負極１３１は枚葉電極であり、第１の負極集電体１３２の両面に、第１の負極合剤層１３４を有している。第１の負極集電体１３２は、略長方形状であり集電部となる舌状の負極集電体露出部を有している。負極１４１は枚葉電極であり、第２の負極集電体１４２の両面に、第２の負極合剤層１４５を有している。第２の負極集電体１４２は略長方形状であり集電部となる舌状の負極集電体露出部を有している。第１の負極合剤層１３４は、第２の負極合剤層１４５よりも塗布量が低い。
【００６０】
図７は本発明の実施態様３の負極１５１の概略構成（正面図および側面図）を示す。負極１５１は枚葉電極であり、第３の負極集電体１５２の一方の面に、第１の負極合剤層１３４を、他方の面に第２の負極合剤層１４５を有している。第３の負極集電体１５２は、略長方形状であり集電部となる舌状の負極集電体露出部を有している。
【００６１】
図８は本発明の実施態様３の電池の積層電極体の概略構成（側面図）を示す。尚、負極１３０とは負極１３１の片面にだけ負極合剤層１３４を有するものであり、負極１４０とは負極１４１の片面にだけ負極合剤層１４５を有するものである。枚葉正極と枚葉負極はセパレータを介して積層されており、図８ではセパレータの図示を省略している。
【００６２】
積層２３０は負極１３０、正極３１、負極１３１・・・負極１５１の第１の負極合剤層１３４とで構成されており、積層２４０は負極１５１の第２の負極合剤層１４５と正極４１、負極１４１・・・負極１４０とで構成されている。この積層電極体を、舌状の正極集電体露出部同士を溶着して正極タブを更に溶着し、舌状の負極集電体露出部同士を溶着して負極タブを更に溶着し、ラミネート外装体内に積層電極体および電解液を収容し、正極タブおよび負極タブが外部へ延びるようにラミネート外装体を封止して電池を得た。
【００６３】
この時、第１の正極合剤層３４と第２の正極合剤層４５は同一の組成であり、第１の正極合剤層３４の塗布量（第１の正極塗布量）、電極密度、合剤層厚みは実施態様１の正極合剤層４と同じであった。また、第２の正極合剤層４５の塗布量（第２の正極塗布量）、電極密度、合剤層厚みは実施態様１の正極合剤層５と同じであった。
【００６４】
この実施態様３の電池により、高出力特性が求められるときは主に積層２３０が放電に寄与し、また積層２４０を備えることで高容量特性も得る事が出来る。更に、積層２３０は薄い第１の正極合剤層３４と、薄い第１の負極合剤層１３４とを組み合わせているため、放電時の金属イオンの最大移動距離が小さくなりより良好な出力特性を得ることができる。また、単電池のみで高出力および高容量の２つの特性を備えることが出来るので、電子機器の小型化に対応することが出来る。
【００６５】
本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、前記以外の形態としても実施が可能である。本出願に開示された実施形態は一例であって、本発明は、これらの実施形態には限定されない。本発明の範囲は、前記の明細書の記載よりも、添付されている請求の範囲の記載を優先して解釈され、請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更は、請求の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６６】
１、１１、２１、３１、４１    正極
１０１、１１１、１２１、１３０、１３１、１４０、１４１、１５１    負極
４、１４、３４    第１の正極合剤層
５、２５、４５    第２の正極合剤層
１１４、１３４    第１の負極合剤層
１０５、１２５、１４５    第２の負極合剤層
【図１】
2019133901.tif 000003
【図２】
2019133901.tif 000004
【図３】
2019133901.tif 000005
【図４】
2019133901.tif 000006
【図５】
2019133901.tif 000007
【図６】
2019133901.tif 000008
【図７】
2019133901.tif 000009
【図８】
2019133901.tif 000010