(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活物質の焼結体である第１焼結体および第２焼結体からなる電極本体と、タブ部材とを備え、
前記第１焼結体および前記第２焼結体は、それぞれの一方の主面に設けられた第１集電層および第２集電層が互いに対向するように配置されるとともに、
前記第１焼結体および前記第２焼結体の少なくともいずれか一方の前記主面に、該主面に隣接する側面に開口部を有するように凹部が設けられ、
該凹部の内壁には前記第１集電層および前記第２集電層の少なくともいずれか一方とつながる集電体が設けられており、
前記タブ部材は、前記電極本体の外部に位置するタブ部と、
前記第１焼結体と前記第２焼結体との間に位置するとともに、前記凹部に配置され、前記集電体と電気的に接続されたタブ接合部と、を有し、
該タブ接合部は、前記開口部が位置する前記電極本体の側面に沿う平面に前記タブ接合部の輪郭を投影した時、前記タブ接合部の輪郭の少なくとも一部が、前記開口部の輪郭の外側に位置することを特徴とする電極構造。
【請求項２】
前記タブ接合部は、前記凹部の前記開口部が位置する前記電極本体の側面に沿う方向の断面における断面積が、前記開口部の断面積よりも大きい部位を有することを特徴とする請求項１に記載の電極構造。
【請求項３】
前記凹部の容積が、前記タブ接合部の体積以上であるとともに、前記凹部は、前記タブ接合部の形状に沿う形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電極構造。
【請求項４】
複数の正極と負極とがセパレータを介して交互に積層された極群を備え、前記正極または前記負極の少なくともいずれか一方が、請求項１乃至３のいずれかに記載の電極構造を有することを特徴とする蓄電デバイス。
【請求項５】
前記正極が、請求項１乃至３のいずれかに記載の電極構造を有するとともに、前記正極の前記第１焼結体および前記第２焼結体の前記主面に、前記第１集電層、前記第２集電層および前記集電体として白金、金およびアルミニウムのうち少なくともいずれか１種の金属層を備えることを特徴とする請求項４に記載の蓄電デバイス。
【請求項６】
前記正極の前記集電体に接合されたタブ部材が、アルミニウム箔からなることを特徴と
する請求項４または５に記載の蓄電デバイス。
【請求項７】
前記負極が、請求項１乃至３のいずれかに記載の電極構造を有するとともに、前記負極の前記第１焼結体および前記第２焼結体の前記主面に、前記第１集電層、前記第２集電層および前記集電体として銅およびニッケルのうち少なくともいずれか一方の金属層を備えることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の蓄電デバイス。
【請求項８】
前記負極の前記集電体に接合されたタブ部材が、銅箔またはニッケル箔からなることを特徴とする請求項４乃至７のいずれかに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、電極構造およびそれを用いた蓄電デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二次電池は携帯電話やノートＰＣ等の携帯用電子機器に多く使用されており、これらの機器の小型軽量化に伴い、よりエネルギー密度の高い二次電池が求められている。特に、リチウムイオン二次電池は高エネルギー密度であるという理由から、広く普及するに至っている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池の更なる高エネルギー密度化のため、活物質の焼結体を電極として用いることが試みられているが、焼結体を電極として用いる場合、従来のように集電材料にバインダや導電材を含む活物質層を形成して電極とする場合とは異なり、金属箔などからなる集電材料と焼結体との密着性や、本来電池の容量には寄与しない集電材料の厚さを薄くすることが難しいという問題があり、種々の対応策が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１では、集電材料と焼結体との密着性向上のため、第１活物質層と第２活物質層との間に集電層を設け、これらを焼結により一体化させて正極部材とし、その正極部材の側面に集電部材を形成して電流を取り出すことが提案されている。
【０００５】
また、特許文献２では、活物質焼結体上にスパッタリング法または蒸着法で集電体を形成することにより、１μｍ以下という厚さで集電機能を発現することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１７０９７２号公報
【特許文献２】特開平１１−３６５５２６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、特許文献１に記載された発明では、各活物質層と集電層との同時焼成時の各活物質層と集電層との焼成収縮の差や、電池を構成して充放電を繰り返した際の活物質の体積変化による応力に起因して、各活物質層と集電層との間でクラックが発生し、内部抵抗が増大して電池としての機能が損なわれるという課題があった。また、集電層から電流を取り出すために、正極部材の側面に集電層と電気的に接続された集電部材を設けているが、集電体と集電部材との接触面積が小さく、電気抵抗が大きくなったり、断線しやすいという課題があった。
【０００８】
特許文献２では、活物質焼結体上に導電性の高い金属をスパッタリングまたは蒸着することで集電体を形成しているが、複数の焼結体電極を積層した場合の電流引出方法については記載されていなかった。
【０００９】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、薄い集電層を有する複数の焼結体電極を積層しても、電流の取り出しが容易で取出し部の接合信頼性が高い電極構造およびそれを用いた蓄電デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の電極構造は、活物質の焼結体である第１焼結体および第２焼結体からなる電極本体と、タブ部材とを備え、前記第１焼結体および前記第２焼結体は、それぞれの一方の主面に設けられた第１集電層および第２集電層が互いに対向するように配置されるとともに、前記第１焼結体および前記第２焼結体の少なくともいずれか一方の前記主面に、該主面に隣接する側面に開口部を有するように凹部が設けられ、該凹部の内壁には前記第１集電層および前記第２集電層の少なくともいずれか一方とつながる集電体が設けられており、前記タブ部材は、前記電極本体の外部に位置するタブ部と、前記第１焼結体と前記第２焼結体との間に位置するとともに、前記凹部に配置され、前記集電体と電気的に接続されたタブ接合部と、を有し、該タブ接合部は、前記開口部が位置する前記電極本体の側面に沿う平面に前記タブ接合部の輪郭を投影した時、前記タブ接合部の輪郭の少なくとも一部が、前記開口部の輪郭の外側に位置することを特徴とする。
【００１１】
本発明の蓄電デバイスは、複数の正極と負極とがセパレータを介して交互に積層された極群を備え、前記正極または前記負極の少なくともいずれか一方が、上記の電極構造を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、薄い集電層を有する複数の焼結体電極を積層しても、電流の取り出しが容易で取出し部の接合信頼性が高い電極構造およびそれを用いた蓄電デバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】積層型蓄電デバイスを模式的に示した（ａ）斜視図、および（ｂ）（ａ）のタブ集合部とリードの接合部付近のＡ−Ａ'断面図である。
【図２】本発明の一実施形態である電極構造を模式的に示した（ａ）斜視図、（ｂ）（ａ）のタブ部材を除いた凹部付近のＢ−Ｂ’断面図、および（ｃ）（ａ）のタブ部材を凹部に配置した状態を示すＣ−Ｃ’断面図である。
【図３】図２（ａ）におけるｘｚ平面上に、開口部の輪郭およびタブ接合部の輪郭を投影した図である。
【図４】凹部の開口部についての説明図である。
【図５】本発明における凹部およびタブ接合部の形状の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
まず、蓄電デバイスついて図１を基に説明する。蓄電デバイスは、図１（ａ）に示すように、外装体１の内部に、複数の正極１１Ｐと負極１１Ｎとをセパレータ１２を介して交互に積層した極群１５を備えている。外装体１の内部に収納された極群１５と、外部回路とは、外装体１の封止部から露出した端子電極２によって電気的に接続される構造となっている。
【００１５】
外装体１は、ラミネートフィルムと呼ばれる水分やガスを通さない柔軟なフィルムを用いればよく、一般的にはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムとアルミ箔と封止樹脂層とを、この順序で積層することにより形成されている。本実施形態において用いるラミネートフィルムとしては、食品用や電池用に市販されている一般的なアルミラミネートフィルムを使用することができ、さらに最終的な積層型蓄電デバイスの用途や電池形状などを考慮して材質を選定すればよい。また、接続端子を備えたセラミックあるいはガラス製の耐熱性容器を外装体１として用いることもできる。
【００１６】
端子電極２の材料としては、たとえば、正極用としてはアルミニウムを、負極用としては銅やニッケルを用いることができる。端子電極２の厚みや幅については、正極用、負極用のいずれの場合も、蓄電デバイスの容量や使用電流値などを考慮して、通電時に発熱などの不具合が発生しない厚みや幅を選定すればよい。なお、厚い端子電極２を用いる場合には、端子電極２とラミネートフィルムからなる外装体１との接着不良による気密不良を
防ぐため、外装体１であるラミネートフィルムの封止樹脂層を厚くしたり、予め端子電極２に別途封止用の樹脂を接着してもよい。
【００１７】
図１（ｂ）は、正極１１Ｐと負極１１Ｎとがセパレータ１２を介して４組積層された構成の蓄電デバイスの内部構造を示している。なお、正極１１Ｐと負極１１Ｎの組数は、１〜３組でも、５組以上でも構わない。このように正極１１Ｐおよび負極１１Ｎとセパレータ１２が積層されたものを極群１５とする。なお、極群１５には、正極集電層１０Ｐおよび負極集電層１０Ｎを含む場合もある。また、正極集電層１０Ｐと正極１１Ｐとを合わせて正極１１Ｐ、負極集電層１０Ｎと負極１１Ｎとを合わせて負極１１Ｎという場合もある。積層された極群１５の最外層部に位置する電極としては、正極１１Ｐが配置されており、その正極１１Ｐは正極集電層１０Ｐの一方の主面のみに正極１１Ｐが配置されたものである。極群１５の最外層部に位置する正極１１Ｐ以外の電極はいずれも、正極集電層１０Ｐの両主面に正極１１Ｐが配置されたもの、または負極集電層１０Ｎの両主面に負極１１Ｎが配置されたものである。
【００１８】
そして、極群１５は、蓄電デバイスとしての機能を発現するために電解質（図示せず）を含んでいる。
【００１９】
集電層には、いずれも端子電極２のリードを電気的に接続するためのタブが設けられている。図１（ｂ）では、正極集電層１０Ｐに設けられた正極タブ４Ｐについて示している。複数の正極集電層１０Ｐに設けられた複数の正極タブ４Ｐは、正極タブ集合部５Ｐにおいてひとつに束ねられている。正極リード３Ｐの一端は、正極タブ集合部５Ｐに電気的に接続されており、正極リード３Ｐの他端は外装体１の封止部を通じて外装体１の外部に引き出され、正極端子２Ｐとなっている。
【００２０】
次に、本発明の一実施形態である電極構造について、図２を用いて説明する。本実施形態においては、正極活物質を焼結した正極用の第１焼結体２１Ｐおよび第２焼結体２１Ｐ’は、それぞれ一方の主面に集電層１０Ｐおよび１０Ｐ’が設けられており、集電層１０Ｐおよび１０Ｐ’が互いに対向するように配置され、正極本体２６Ｐを形成している。また、第１焼結体２１Ｐの集電層１０Ｐが形成された主面には、主面に隣接する一方の側面に開口部を有し、内壁に集電体２８Ｐを有する凹部２７Ｐが設けられており、集電体２８Ｐは、集電層１０Ｐにつながっている。
【００２１】
正極タブ部材２４Ｐは、図２（ｃ）に示すように、正極本体２６Ｐの外部に位置する正極タブ部（以下、単に正極タブともいう場合もある）２４Ｐｏと、第１焼結体２１Ｐの凹部２７Ｐにおいて第１焼結体２１Ｐおよび第２焼結体２１Ｐ’との間に挟まれた正極タブ接合部２４Ｐｉを有しており、正極タブ接合部２４Ｐｉは、凹部２７Ｐの内壁に設けられた集電体２８Ｐと電気的に接続されている。
【００２２】
本実施形態においては、図３に示すように、凹部２７Ｐが開口する正極本体２６Ｐの側面に沿う平面（図２（ａ）におけるｘｚ平面、以下、単にｘｚ平面ともいう）上に、凹部２７Ｐによって形成される正極本体２６Ｐの開口部の輪郭（実線）と正極タブ接合部２４Ｐｉの輪郭（破線）を投影した時、正極タブ接合部２４Ｐｉの輪郭の少なくとも一部が、開口部の輪郭の外側に位置している。なお、正極本体２６Ｐの開口部の輪郭とは、図４（ａ）に示すように、凹部２７Ｐによって形成される正極本体２６Ｐの開口部において、集電体２８Ｐおよび集電層１０Ｐ’の表面によって形成される開口部の内周を指す。また、図４（ｂ）のように、凹部２７Ｐの内壁に集電体２８Ｐが設けられていない部分が存在する場合には、正極本体２６Ｐの開口部における集電体２８Ｐ、第１焼結体２１Ｐ、集電層１０Ｐおよび１０Ｐ’の表面によって形成される開口部の内周とすればよい。
【００２３】
さらに、第１焼結体２１Ｐおよび第２焼結体２１Ｐ’の両方に、第１凹部２７Ｐおよび第２凹部２７Ｐ’が設けられていてもよく、その場合、正極本体２６Ｐの開口部の輪郭とは、第１凹部２７Ｐの内壁に設けられた集電体２８Ｐ、第２凹部２７Ｐ’の内壁に設けられた集電体２８Ｐ’、集電層１０Ｐおよび集電層１０Ｐ’によって形成される開口部の内周とする。この場合も、凹部２７Ｐ、２７Ｐ’の内壁に集電体２８Ｐ、２８Ｐ’が設けられていない部分が存在する場合には、集電体２８Ｐ、２８Ｐ’集電層１０Ｐ、１０Ｐ’、第１焼結体２１Ｐおよび第２焼結体２１Ｐ’によって形成される開口部の内周とすればよい。
【００２４】
以上、正極側を例として本実施形態における電極構造について述べたが、これは正極側に限るものではなく、負極側の電極構造についても同様な構造が適用できる。以下、正極側と負極側の区別が必要ない場合には、符号にＰまたはＮを付さずに記載するものとする。
【００２５】
このように、タブ部材２４Ｐのタブ接合部２４ｉを、集電体２８が形成された活物質の焼結体２１の凹部２７に配置して、集電層１０が対向するように配置された２枚の焼結体２１の間に挟むことで、薄い集電層１０を有する焼結体２１を積層した極群１５においても、タブ部２４ｏにより電流の取り出しが容易となり、タブ接合部２４ｉと集電体２８との接触面積が電極１１の側面に集電部材を設けた場合と比較して大きいことから、電気抵抗の増大も抑制できる。さらにｘｚ平面上において、そこに投影されたタブ接合部２４ｉの輪郭の少なくとも一部が、タブ接合部２４ｉが配置された凹部２７によって形成される電極本体２６の開口部の輪郭よりも外側に位置することにより、タブ部材２４を電極本体２６から抜け落ち難くすることができる。また、蓄電デバイスの電極１１に、このような電極構造を適用することで、極群１５の積層構造および外部回路との接続構造を単純化でき、信頼性の高い蓄電デバイスとすることができる。
【００２６】
タブ接合部２４ｉの形状は、ｘｚ平面上において、そこに投影されたタブ接合部２４ｉの輪郭の少なくとも一部が、タブ接合部２４ｉが配置された凹部２７によって形成される電極本体２６の開口部の輪郭よりも外側に位置していればどのような形状でもよい。特に、ｘｚ平面に平行な断面において、タブ接合部２４ｉの断面積が、電極本体２６の開口部の断面積よりも大きい部位を有する形状であることが、タブ部材２４を電極本体２６からより抜け落ち難くすることができることから好ましい。タブ接合部２４ｉの具体的な形状としては、たとえば図２（ｃ）に示すように、図２（ａ）のｘｙ平面に平行な断面において、タブ接合部の端部が先端に向けて広がる台形状や、図５に示すように（ａ）Ｔ字状、（ｂ）Ｌ字状、（ｃ）端部が円形状、（ｅ）矢印状のもの等が挙げられる。なお、タブ接合部２４ｉのｘｚ平面上に投影した輪郭が、電極本体２６の開口部の輪郭に対してｚ軸方向に突出していてもよいが、焼結体２１の強度確保という点から、ｘ軸方向すなわち焼結体２１の主面に沿う方向に突出していることが好ましい。
【００２７】
また、第１焼結体２１の集電層１０と第２焼結体２１’の集電層１０’は密着していることが好ましい。第１焼結体２１の集電層１０と第２焼結体２１’の集電層１０’とが密着することで、内部抵抗が低く容量の大きな蓄電デバイスとなる。
【００２８】
凹部２７の大きさは、第１焼結体２１の集電層１０と第２焼結体２１’の集電層１０’が密着した際に形成される空間の容積は、タブ接合部２４ｉを収納可能な容積、すなわちタブ接合部２４ｉの体積以上の大きさであることが好ましい。凹部２７をこのような大きさとすることで、電極本体２６やタブ部材２４にかかる負荷を低減でき、その劣化や破損を抑制できる。また、凹部２７の形状を、タブ接合部２４ｉの形状に沿う形状とすることが、容量形成に寄与しない空間を最低限に抑えるこという点から好ましい。なお、タブ接合部２４ｉは、集電体２８と直接接触していてもよいが、導電性フィラーを含有する接着
剤等で集電体２８に接着してもよい。また、導電性接着剤や導電性樹脂を集電体２８として用いてもよい。
【００２９】
集電層１０の厚さは、例えば、０．１〜５μｍとすればよい。このような厚さであれば、充分な集電機能を有するとともに、電極容量に対する影響を最小限にとどめることができる。このような集電層１０は、導電性ペーストを塗布したり、スパッタや蒸着により金属層を形成することにより形成できる。特に、スパッタや蒸着により形成された金属層は、例えば１μｍ以下の厚さでも焼結体との密着性が高く、充分な集電機能が得られるため本実施形態の集電層１０として好ましい。
【００３０】
タブ部材２４としては、例えば厚さ５〜４０μｍの金属箔を用いればよい。金属箔の厚さは、その材質の柔軟性と強度などから生産工程上差し支えない範囲で適宜選定すればよい。電極本体２６の内部に位置するタブ接合部２４ｉの大きさは、蓄電デバイスの大きさ、容量、使用条件などに応じて、蓄電デバイスの容量を確保できる程度に小さく、かつタブ接合部２４ｉの信頼性を確保できる程度に適宜設計すればよい。また、タブ部２４ｏの幅についても、蓄電デバイスの容量、使用条件などに応じて、発熱などの不具合が起こらない程度に大きく、かつ対極のタブ４やリード３と接触して短絡を起こさない程度に設計すればよい。
【００３１】
なお、本実施形態の蓄電デバイスでは、正極１１Ｐと負極１１Ｎの少なくともいずれか一方が本発明の電極構造を有していればよく、他方の電極１１は塗膜電極、すなわち、活物質とバインダを含む塗液を集電体上に塗布し、乾燥又は熱処理して集電体に接合させた塗膜を電極として用いてもよい。
【００３２】
正極集電層１０Ｐ、１０Ｐ’の材質には、正極の電位において溶解などの反応が発生しない耐食性を有する材料を用いればよい。このような材料としては、たとえば、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、金、白金等を含む金属材料や合金、黒鉛、ハードカーボン、ガラス状炭素等の炭素質材料を用いることができる。その中でもアルミニウム、金、白金は耐食性に優れ、容易に入手できるため好ましい。特にアルミニウムは、表面に酸化被膜を形成して不動態化し、高い電位においても耐食性に優れる点から好ましい。
【００３３】
正極タブ部材２４Ｐおよび一端が外装体１の外部に引き出され正極端子２Ｐとなる正極リード３Ｐには、基本的に正極集電層１０Ｐ、１０Ｐ’の材質として挙げた金属を用いればよい。具体的には、アルミニウムがコストや柔軟性、強度などの点から好適に用いられ、チタンやステンレスも使用可能である。外装体１の内部に位置する正極リード３Ｐ部分と、外装体１の外部に位置する正極端子２Ｐ部分の幅は、基本的に同じでよいが、必要に応じて変更しても差し支えない。また、正極リード３Ｐの厚さは、特に限定はしないが、たとえば０．１ｍｍ程度が適当である。
【００３４】
なお、正極集電層１０Ｐおよび１０Ｐ’、正極タブ部材２４Ｐおよび正極リード３Ｐは、基本的に同じ材質でよいが、それぞれ異なる材質であっても構わない。
【００３５】
負極集電層１０Ｎの材質には、負極の電位において、イオン伝導体である金属（たとえば、Ｌｉ、Ｎａ等）との合金化などの副反応が発生しない材料を用いればよい。このような材料としては、たとえば、銅、ニッケル、真鍮、亜鉛、アルミニウム、ステンレス、タングステン、金、白金等を含む金属材料や合金、黒鉛、ハードカーボン、ガラス状炭素等の炭素質材料を用いることができる。特に、導電性が高く比較的安価な点から、銅またはニッケルを用いることが好ましい。
【００３６】
負極１１Ｎにおいて本実施形態の電極構造を適用する場合、負極タブ部材２４Ｎ（図示
せず）、および一端が外装体１の外部に引き出され負極端子２Ｎ（図示せず）となる負極リード３Ｎ（図示せず）には、基本的に負極集電層１０Ｎの材質として挙げた金属を用いればよい。具体的には、銅やニッケル、ステンレスなどが挙げられるが、銅にニッケルをコートしたものや、異種金属を貼り合わせたクラッド材なども使用可能である。外装体１の内部に位置する負極リード３Ｎ部分と、外装体１の外部に位置する負極端子２Ｎ部分の幅は、基本的に同じでよいが、必要に応じて変更しても差し支えない。また、負極リード３Ｎの厚さは、特に限定はしないが、たとえば０．１ｍｍ程度が適当である。
【００３７】
なお、負極集電層１０Ｎ、負極タブ部材２４Ｎおよび負極リード３Ｎは、基本的に同じ材質でよいが、それぞれ異なる材質であっても構わない。
【００３８】
集電体２８とタブ接合部２４ｉとの電気的接続確保のため、導電性接着剤を用いる場合は、たとえば、金、銀、ニッケル、酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウム、酸化チタン、チタン酸化カリム等の導電性フィラーと、アクリル系樹脂、エポキシ樹脂、シリコン系樹脂、ポリアミド系樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド系樹脂等の高分子粘着材とからなる混合物を用いることができる。導電性接着剤の厚さは、導電性接着剤による電気抵抗を最小限に抑えるために、１０μｍ以下とすることが望ましい。また、導電性接着剤を集電体２８として用いてもよい。
【００３９】
次に、本実施形態の極群１５の構成について、リチウムイオン二次電池を代表例として説明する。極群１５は、正極集電層１０Ｐを有する正極１１Ｐと、負極集電層１０Ｎを有する負極１１Ｎとが、セパレータ１２を介して交互に積層された構造となっている。
【００４０】
正極１１Ｐに用いる活物質としては、リチウムを含む遷移金属の複合酸化物、たとえばリチウムコバルト複合酸化物、リチウムマンガン複合酸化物、二酸化マンガン、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、リチウムバナジウム複合酸化物などが挙げられる。このうち、特にリチウムコバルト複合酸化物は電子伝導性が高く、出力特性に優れた二次電池とすることができる。また、リチウムニッケルマンガン複合酸化物（ＬｉＮｉｘＭｎｙＯ４（ｘ＝０．１〜０．５、ｙ＝１．５〜１．９））は、他の材料に比べ電位が高く、起電力の高い二次電池とすることが出来る。なお、正極１１Ｐは相対密度の高い焼結体として用いることが好ましく、その相対密度は８５％以上、さらには９０％以上であることが好ましい。
【００４１】
負極１１Ｎに用いる活物質としては、例えば、黒鉛、ハードカーボン、ガラス状炭素などの炭素質材料、金属ケイ素およびその合金、ケイ素と酸素や窒素とを含む化合物等のケイ素含有材料、酸化チタン、酸化ニオブ、リチウムチタン複合酸化物などが挙げられる。なかでもリチウムチタン複合酸化物は、相対密度が８５％以上、さらには９０％以上の焼結体として用いた場合も、充放電における負極１１Ｎの体積変化を小さくすることができ、サイクル特性の良い二次電池とすることが出来る。
【００４２】
また、金属ケイ素およびその合金、ケイ素と酸素や窒素とを含む化合物等は、高容量を得られるという点から好ましい。このようなケイ素含有材料は、その粒子と、炭素とを含む塗膜や焼結体として用いればよい。なお、ケイ素を含む粒子は充放電時に体積変化するが、焼結体として用いる場合でも、気孔率を１０〜６０％の範囲とすることにより、体積変化により発生した応力を焼結体内部に存在する気孔で吸収することができる。ケイ素含有材料を含む焼結体は、ケイ素含有材料の原料粉末と、熱処理により炭化して炭素質材料となる炭素質材料前駆体とを混合し、所望の形状に成形、乾燥して、非酸化雰囲気で熱処理を行うことで得られる。炭素質材料前駆体としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フラン樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、キシレン樹脂等の熱硬化性樹脂、ナフタレン、アセナフチレン、フェナントレン、アントラセン、ト
リフェニレン、ピレン、ペリレン、ペンタフェン、ペンタセン等の縮合系多環炭化水素化合物またはその誘導体、あるいはその混合物を主成分とするピッチ等の有機材料が挙げられる。なお、熱処理により炭化して炭素質材料となる炭素質材料前駆体には、さらに上述した黒鉛、ハードカーボン等の炭素質材料の粒子を加えてもよい。また、気孔を形成するために、熱処理時に消失して気孔となる樹脂材料等を造孔剤として添加してもよい。
【００４３】
正極１１Ｐおよび負極１１Ｎの厚さは、それぞれ２０μｍ〜２００μｍとすることが好ましい。これにより、電池容量を得るために必要な活物質の絶対量が確保できるとともに、良好な充放電特性の二次電池が得られる。
【００４４】
セパレータ１２としては、例えばポリオレフィン繊維性の不織布やポリオレフィン製の微多孔膜、セラミックの多孔質材料を用いることができる。ここで、ポリオレフィンとしてはポリエチレン、ポリプロピレンを挙げることができ、一般的にリチウムイオン電池に用いられるセパレータが適用可能である。
【００４５】
極群１５に含まれる電解質としては、有機電解液、高分子固体電解質、無機固体電解質、イオン液体等のいずれも用いることができる。有機電解液は、有機溶媒と電解質塩によって構成され、必要に応じて、電極表面への被膜形成、過充電防止、難燃性の付与等を目的とした添加剤を加えてもよい。有機溶媒としては、高誘電率を有し、低粘性、低蒸気圧のものが好適に用いられ、このような材料としては、たとえば、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、γ−ブチロラクトン、スルホラン、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジメトキシプロパン、ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、メチルエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートから選ばれる１種もしくは２種以上を混合した溶媒が挙げられる。電解質塩としては、例えばＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２などのリチウム塩が挙げられる。
【００４６】
また、電解質として、高分子固体電解質、無機固体電解質を用いる場合は、セパレータ１２にかえてこれらの電解質を配置してもよい。
【００４７】
以上、本実施形態について、一例としてリチウムイオン電池を取り上げて詳述したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ナトリウムイオン二次電池、鉛電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタなど各種二次電池やキャパシタ、その他類似の蓄電デバイスにも適用可能である。
【００４８】
次に、本実施形態の電極構造を形成する方法の一例について説明する。
【００４９】
まず、タブ部材２４を準備する。タブ部材２４としては、例えば金属箔を所定の形状に加工すればよい。所定の形状とは、一端を例えば図２（ｃ）や図４に示すような形状としたものであり、第１焼結体２１と第２焼結体２１’の間に配置した際に、タブ接合部２４ｉが、電極本体２６の内部に位置する部位において、タブ接合部２４ｉとタブ部２４ｏとの境界部分よりも大きい幅を有している。
【００５０】
主面に凹部２７を有する活物質の焼結体２１は、次のようにして作製する。活物質の原料粉末と、ブチラール等のバインダとを、必要に応じて分散剤、可塑剤を加えた水、またはトルエン等の有機溶剤を溶媒として周知の方法でそれぞれ混合し、スラリーを作製する。このスラリーをポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製フィルム等の基材フィルム上に周知の方法で塗工、乾燥して所望の厚さのグリーンシートを作製する。このとき、スラリーを乾燥造粒し、ロールプレスによりグリーンシートを作製したり、所望の形状にプレ
ス成形してもよい。得られたグリーンシートを所望の形状に２枚打ち抜き、一方については所望の箇所に型押しプレス等の手段を用いて凹部２７を形成する。このとき、凹部２７は焼成および集電層１０の形成後にタブ接続部２４ｉを収納可能な形状および寸法であり、かつ電極本体２６を形成した時、凹部２７により形成される空間の内部の幅が、開口部の幅よりも大きいことが重要である。その後、必要に応じて脱脂処理を行い、焼成することで、凹部２７を有する焼結体２１が得られる。なお、焼成温度は原料粉末である活物質の焼結性に応じて適宜選択すればよい。また、グリーンシートに凹部２７を形成せずに、焼結体２１を直接加工して所望の凹部２７を形成してもよい。なお、活物質の焼結体２１の相対密度や気孔率は、アルキメデス法、水銀圧入法、焼結体２１の断面写真の画像解析等の手法を用いて算出できる。
【００５１】
焼結体２１の主面には、例えばスパッタリング法や蒸着法を用いて、例えばＰｔなどの金属層を形成し、集電層１０とする。特に蒸着法では、焼結体の凹部２７の内壁にも均一に金属層を形成することができ、焼結体２１の主面に形成する集電層１０と、凹部２７の内壁に形成する集電体２８とを電気的に接続するという点で好適である。
【００５２】
集電層１０を形成した焼結体２１の凹部２７に、タブ部材２４のタブ接合部２４ｉを配置して、凹部２７を形成していない他方の焼結体２１の集電層１０を形成した主面を重ね合わせる。このとき、必要に応じてタブ接合部２４ｉと接する集電体２８とを、例えばＰｔペースト等を用いて接着してもよい。
【００５３】
なお、２枚の焼結体２１の両方に凹部２７を形成して電極本体を構成する場合には、凹部２７同士が対向して形成される空間に、タブ接続部２４ｉを収納可能なように形成すればよい。
【００５４】
このようにして作製したタブ２４ｏ付きの電極本体２６を、正極１１Ｐと負極１１Ｎとがセパレータ１２を介して交互に配置されるように積層することで、極群１５を形成すればよい。
【符号の説明】
【００５５】
１・・・・外装体
２・・・・端子電極
２Ｐ・・・正極端子
３Ｐ・・・正極リード
４Ｐ・・・正極タブ
５Ｐ・・・正極タブ集合部
１０Ｐ・・・正極集電層
１０Ｎ・・・負極集電層
１１Ｐ・・・正極
１１Ｎ・・・負極
１２・・・・セパレータ
１５・・・・極群
２１Ｐ・・・正極用の焼結体
２４Ｐ・・・正極タブ部材
２４Ｐｉ・・正極タブ接合部
２４Ｐｏ・・正極タブ部
２６Ｐ・・・正極本体
２７Ｐ・・・正極側の焼結体の凹部
２８Ｐ・・・正極側の凹部の内壁に設けられた集電体
【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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