(57)【要約】  【課題】リチウムイオン二次電池の寿命特性および信頼性を向上させること。  【解決手段】第１の集電体２０の両面に第１の合材層２１が形成された帯状の負極１ｂと、第２の集電体１０の両面に第２の合材層１１が形成された帯状の正極１ａと、負極１ｂの両面または正極１ａの両面に正極１ａと負極１ｂが接触しないように配置される帯状のセパレータ１ｃとで発電要素１を形成しており、一の発電要素１が捲回された構成、または、複数の発電要素１が積層された構成を有するリチウムイオン二次電池において、第１の集電体２０の両面の２つの第１の合材層２１または第２の集電体１０の両面の２つの第２の合材層１１は、いずれも、その一方の端部Ａから他方の端部Ｂに至るまでセパレータ１ｃで覆われており、さらに、いずれも、一方の端部Ａから他方の端部Ｂに至るまでセパレータ１ｃと接着している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の集電体の両面に第１の合材層が形成された帯状の負極と、第２の集電体の両面に第２の合材層が形成された帯状の正極と、前記負極の両面または前記正極の両面に前記正極と前記負極が接触しないように配置される帯状のセパレータとで発電要素を形成しており、一の前記発電要素が捲回された構成、または、複数の前記発電要素が積層された構成を有するリチウムイオン二次電池において、
前記第１の集電体の両面の２つの前記第１の合材層または前記第２の集電体の両面の２つの前記第２の合材層は、その一方の端部から他方の端部に至るまで前記セパレータで覆われており、さらに、いずれも、前記一方の端部から前記他方の端部に至るまで前記セパレータと接着している、リチウムイオン二次電池。
【請求項２】
前記第１の合材層または前記第２の合材層と接着している部分の前記セパレータの厚さは実質上均一である、請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項３】
前記セパレータは無機酸化物を含有している、請求項１または２に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項４】
前記セパレータの前記無機酸化物の含有量は９０重量％以上である、請求項３に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項５】
前記負極の帯状の両辺部または前記正極の帯状の両辺部は、前記正極と前記負極が接触しないように、前記セパレータで覆われている、請求項１乃至４のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項６】
前記第１の集電体は、前記帯状の負極の両辺に対する断面形状が湾曲しておらず、かつ、前記第２の集電体は、前記帯状の正極の両辺に対する断面形状が湾曲していない、請求項１乃至５のいずれか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。例えば、リチウムイオン二次電池の発電要素の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のリチウムイオン二次電池には、負極の始終端部がはみ出して内部短絡を生じることのないようにセパレータの端部を固着しているものがあった（例えば、特許文献１参照）。図５は、特許文献１に提示されているリチウムイオン二次電池の発電要素１の斜視図を示しており、図６は、その始端部と終端部を含む長手方向の断面図を示している。
【０００３】
図５および図６で、発電要素１は正極１ａと負極１ｂとセパレータ１ｃ、１ｄで構成されている。２枚のセパレータ１ｃと１ｄは、始端部Ａと終端部Ｂで互いに固着されている。
【０００４】
充放電時の発熱によって正極１ａと負極１ｂは長手方向に伸縮するが、このように２枚のセパレータ１ｃと１ｄの始端部Ａおよび終端部Ｂを固着していることで、負極１ｂが始端部Ａまたは終端部Ｂにおいて正極１ａと短絡することを防止している。
【特許文献１】特開平２０００−１７３６４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の特許文献１に示される構成では、正極１ａと負極１ｂとの短絡は生じないが、図６に示すようにセパレータ１ｃ、１ｄと負極１ｂは密着していないので、充放電の繰り返しによってセパレータ１ｃ、１ｄと負極１ｂの間隙に金属リチウムが析出してしまう。これによって、リチウムイオン二次電池の寿命特性および信頼性に影響を与えるという課題を有していた。
【０００６】
また、図６に示す発電要素１は、２枚のセパレータ１ｃと１ｄの始終端部が固着されている構成であるが、２枚のセパレータ１ｃと１ｄの始終端部が固着されていない構成であっても、セパレータ１ｃ、１ｄと負極１ｂは密着していないので、セパレータ１ｃ、１ｄと負極１ｂの間隙に金属リチウムが析出するという、同様の課題が生じる。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、寿命特性および信頼性に優れた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】
【０００８】
上述した課題を解決するために、第１の本発明は、
第１の集電体の両面に第１の合材層が形成された帯状の負極と、第２の集電体の両面に第２の合材層が形成された帯状の正極と、前記負極の両面または前記正極の両面に前記正極と前記負極が接触しないように配置される帯状のセパレータとで発電要素を形成しており、一の前記発電要素が捲回された構成、または、複数の前記発電要素が積層された構成を有するリチウムイオン二次電池において、
前記第１の集電体の両面の２つの前記第１の合材層または前記第２の集電体の両面の２つの前記第２の合材層は、その一方の端部から他方の端部に至るまで前記セパレータで覆われており、さらに、いずれも、前記一方の端部から前記他方の端部に至るまで前記セパレータと接着している、リチウムイオン二次電池である。
【０００９】
第２の本発明は、
前記第１の合材層または前記第２の合材層と接着している部分の前記セパレータの厚さは実質上均一である、第１の本発明のリチウムイオン二次電池である。
【００１０】
第３の本発明は、
前記セパレータは無機酸化物を含有している、第１または第２の本発明のリチウムイオン二次電池である。
【００１１】
第４の本発明は、
前記セパレータの前記無機酸化物の含有量は９０重量％以上である、第３の本発明のリチウムイオン二次電池である。
【００１２】
第５の本発明は、
前記負極の帯状の両辺部または前記正極の帯状の両辺部は、前記正極と前記負極が接触しないように、前記セパレータで覆われている、第１乃至第４のいずれかの本発明のリチウムイオン二次電池である。
【００１３】
第６の本発明は、
前記第１の集電体は、前記帯状の負極の両辺に対する断面形状が湾曲しておらず、かつ、前記第２の集電体は、前記帯状の正極の両辺に対する断面形状が湾曲していない、第１乃至第５のいずれかの本発明のリチウムイオン二次電池である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、寿命特性および信頼性に優れたリチウムイオン二次電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン二次電池の発電要素１の始端Ａおよび終端Ｂを含む方向の断面図である。つまり、従来技術の図５の長手方向の断面、すなわち、従来技術の図６に相当する断面図である。
【００１７】
図１において、発電要素１は、正極１ａと負極１ｂの間にセパレータ１ｃを介した構造であり、帯状の形状をしている。リチウムイオン二次電池としては、この発電要素１を円筒形または長円筒形（図５に示すような形状）に捲回したもの、または、複数のこの発電要素１を上下に積層したものを用いる。
【００１８】
正極１ａは、例えば、アルミニウム箔等の集電体１０の両面に、コバルト酸リチウム等の活物質と、導電剤、バインダ等の混合物からなる合剤層１１を形成したものである。
【００１９】
負極１ｂは、例えば、銅箔等の集電体２０の両面に、黒鉛等の活物質と、バインダ等の混合物からなる合剤層２１を形成したものである。
【００２０】
なお、正極１ａの集電体１０、合剤層１１は、それぞれ、本発明の第２の集電体、第２の合剤層の一例である。また、負極１ｂの集電体１１、合剤層２１は、それぞれ、本発明の第１の集電体、第１の合剤層の一例である。
【００２１】
セパレータ１ｃは、多孔体であり、熱による膨張・収縮量の小さい無機酸化物を含有することが好ましい。さらに、他に含有されている有機物等の熱による膨張・収縮によりセパレータ１ｃ全体としての変形量が大きくなることを防止するために、無機酸化物の含有量をセパレータ１ｃの９０重量％以上とすることが望ましい。
【００２２】
そして、図１に示すように、セパレータ１ｃは負極１ｂの始端部および終端部を被覆しているとともに、負極１ｂの始端部から終端部に至るまで負極合剤層２１表面とセパレータ１ｃが密着している。そして、負極１ｂの始端部から終端部に至るまでの間の負極合剤層２１表面に接している部分のセパレータ１ｃの厚さが均一であることが好ましい。つまり、図１に示すセパレータ１ｃの各部の厚さ、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４が等しいことが好ましい。
【００２３】
なお、負極１ｂの始端部および終端部は、それぞれ、本発明の、一方の端部および他方の端部のいずれかの一例である。
【００２４】
次に、本実施の形態１の発電素子１の作製方法について説明する。
【００２５】
セパレータ１ｃは、例えば、フィラー、バインダ等のセパレータ１ｃを構成する材料を溶媒と混合した塗料を作製し、負極１ｂの表面に、この塗料を塗布、乾燥させることによって形成できる。
【００２６】
このセパレータ１ｃを形成させる塗料の作製には、例えば、プラネタリミキサ、ビーズミル、三本ロールミル、高速回転による遠心力を利用した分散機等を用いることができるが、特に限定されるものではない。
【００２７】
また、この塗料を負極１ｂの表面に塗布する方法としては、例えば、スロットダイ、ブレード、フォワードロール、リバースロール、グラビア、スプレー等の塗布方法および装置を用いることができるが、特に限定されるものではない。
【００２８】
また、負極合剤層２１の断面が図１に示すような形状の場合、例えば、スロットダイを用いて、始端部の直前の部分（ｔ１、ｔ２の部分）のみ、塗布膜厚が負極合剤層２１の厚みとセパレータ層１ｃの厚みを加えた厚みとなるように塗布量を変化させることで、図１に示したような厚さが均一なセパレータ１ｃを形成させることができる。
【００２９】
このような本実施の形態１の構成の発電要素１によれば、セパレータ１ｃが、負極１ｂの始端部および終端部を被覆しているとともに、負極１ｂの始端部から終端部に至るまで負極合剤層２１表面とセパレータ１ｃが密着していることにより、充放電の繰り返しによる金属リチウムの析出がなく、寿命特性および信頼性に優れたリチウムイオン二次電池を実現することができる。
【００３０】
さらに、始端部から終端部に至るまでの間の負極合剤層２１表面に接している部分のセパレータ１ｃの厚みを均一にすることで、特に始端部および終端部の近傍において、セパレータ１ｃには露出の危険のある薄肉部や割れやすい厚肉部がなくなり、内部短絡の発生を飛躍的に抑制することができる。
【００３１】
また、セパレータ１ｃに無機酸化物を含有し、好ましくは、無機酸化物の含有量をセパレータ１ｃの９０重量％以上とすることで、高温時のセパレータ１ｃの収縮が抑制でき、高温時の短絡が生じなくなることから、高温安全性が向上する。
【００３２】
本実施の形態１において、負極合剤層２１の断面形状は図１の形状に限定されるものではなく、これ以外の形状であってもよい。
【００３３】
なお、上記の本実施の形態１の説明では、図１に示すように、負極１ｂの両面をセパレータ１ｃで被覆する構成としたが、セパレータが、負極１ｂではなく正極１ａを被覆する構成であってもよい。
【００３４】
図２は、正極１ａをセパレータ１ｄで被覆した場合の、本実施の形態１におけるリチウムイオン二次電池の発電要素１の始端Ａおよび終端Ｂを含む方向の断面図である。
【００３５】
セパレータ１ｄは、図１に示すセパレータ１ｃと同じ材料で形成されている。
【００３６】
図２に示すように、セパレータ１ｄは正極１ａの始端部および終端部を被覆しているとともに、正極１ａの始端部から終端部に至るまで正極合剤層１１表面とセパレータ１ｄが密着している。そして、正極１ａの始端部から終端部に至るまでの間の正極合剤層１１表面に接している部分のセパレータ１ｄの厚さが均一であることが好ましい。
【００３７】
また、図２に示す発電要素１の作製方法は、図１で負極１ｂの両面にセパレータ１ｃを形成させたのと同じ方法にて、正極１ａの両面にセパレータ１ｄを形成させて作製する。
【００３８】
このような図２の構成の発電要素１によれば、セパレータ１ｄが、正極１ａの始端部および終端部を被覆しているとともに、正極１ａの始端部から終端部に至るまで正極合剤層１１表面とセパレータ１ｄが密着していることにより、充放電の繰り返しによる金属リチウムの析出がなく、図１の場合と同様に、寿命特性および信頼性に優れたリチウムイオン二次電池を実現することができる。
【００３９】
（実施の形態２）
図３および図４は、本発明の実施の形態２のリチウムイオン二次電池の発電要素１の側端を含む方向、つまり図１とは垂直な方向の断面図である。つまり、従来技術の図５の始端Ａおよび終端Ｂを含まない、短い側に相当する断面図である。なお、始端Ａおよび終端Ｂを含む方向の断面図は、実施の形態１と同様で、図１の通りである。
【００４０】
図３において、発電要素１は、正極１ａと両面をセパレータ１ｃで被覆された負極１ｂが重なった構造であり、帯状の形状をしている。リチウムイオン二次電池としては、この発電要素１を円筒形または長円筒形（図５に示すような形状）に捲回したもの、または、この発電要素１を上下に積層したものを用いる。
【００４１】
正極１ａは、例えば、アルミニウム箔等の集電体１０の両面に、コバルト酸リチウム等の活物質と、導電剤、バインダ等の混合物からなる合剤層１１を形成したものである。
【００４２】
負極１ｂは、例えば、銅箔等の集電体２０の両面に、黒鉛等の活物質と、バインダ等の混合物からなる合剤層２１を形成したものである。
【００４３】
そして、セパレータ１ｃは、多孔体であり、図３に示すように、負極１ｂの側端部を被覆している。
【００４４】
図４は、図３とは異なる、発電要素１の構成例である。
【００４５】
図４において、発電要素１は、正極１ａと負極１ｂの間にセパレータ１ｃを介した構造であり、帯状の形状をしている。リチウムイオン二次電池としては、この発電要素１を円筒形または長円筒形（図５に示すような形状）に捲回したもの、または、この発電要素１を上下に積層したものを用いる。
【００４６】
正極１ａは、例えば、アルミニウム箔等の集電体１０の両面に、コバルト酸リチウム等の活物質と、導電剤、バインダ等の混合物からなる合剤層１１を形成したものである。
【００４７】
負極１ｂは、例えば、銅箔等の集電体２０の両面に、黒鉛等の活物質と、バインダ等の混合物からなる合剤層２１を形成したものである。
【００４８】
そして、セパレータ１ｃは、多孔体であり、図４に示すように、正極１ａと負極１ｂの間に配置されている。
【００４９】
なお、正極１ａの集電体１０、合剤層１１は、それぞれ、本発明の第２の集電体、第２の合剤層の一例である。また、負極１ｂの集電体１１、合剤層２１は、それぞれ、本発明の第１の集電体、第１の合剤層の一例である。
【００５０】
なお、本発明の負極の帯状の両辺に対する断面形状とは、本実施の形態２で示した図３、図４で示した断面の形状のことである。
【００５１】
一般に、リチウムイオン二次電池の発電要素１は、広幅で作製された正極および負極を電池の高さの寸法に合わせてスリットして用いられる。しかし、このスリットの方法および条件によって、集電体の側端は隣接するいずれかの合剤層側に反ってしまい、発電要素１の側端を含む方向の断面は、例えば図７に示すような形状になってしまう。このため、側端部において、正極１ａと負極１ｂの短絡が生じやすくなる。なお、図７において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用いる。
【００５２】
本実施の形態２の発電要素１では、図３に示すように負極１ｂの側端部をセパレータ１ｃで被覆する、あるいは、適切なスリット方法および条件によって図４に示すような断面形状として、集電体２０が隣接するいずれかの合剤層２１側に反らないようにしている。なお、負極１ｂの側端部は、本発明の、負極の帯状の両辺部の一例である。
【００５３】
例えば、発電要素１を図４に示すような集電体２０が反っていない断面形状とするためには、適切なスリットの刃の形状を選定する、または、図７のような断面形状になった負極１ｂを曲げ加工により反りを無くすといった方法がある。発電要素１を図３または図４に示すような、湾曲していない断面形状とするための方法については、特に限定されるものではない。
【００５４】
このような本実施の形態２の発電要素１の構成によれば、寿命特性および信頼性に優れたリチウムイオン二次電池を実現するとともに、側端部において正極１ａと負極１ｂが接触することがなく、側端部における内部短絡も生じなくなる。
【００５５】
なお、図３に示した本実施の形態２の発電要素１の構成は、負極１ｂの側端部をセパレータ１ｃで被覆する構成としたが、セパレータが、負極１ｂではなく正極１ａの側端部を被覆する構成であってもよい。
【００５６】
この場合にも、図３、図４で説明した方法により、正極１ａの断面形状が湾曲しないようにすることで、寿命特性および信頼性に優れたリチウムイオン二次電池を実現するとともに、側端部において正極１ａと負極１ｂが接触することがなく、側端部における内部短絡も生じさせないようにできる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明のリチウムイオン二次電池は、優れた寿命特性および信頼性を有し、固体電解質リチウム二次電池、ニッケル水素電池等のエネルギ貯蔵素子の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン二次電池の発電要素の始端および終端を含む方向の断面図
【図２】本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン二次電池の発電要素の始端および終端を含む方向の断面図
【図３】本発明の実施の形態２におけるリチウムイオン二次電池の発電要素の側端を含む方向の断面図
【図４】本発明の実施の形態２におけるリチウムイオン二次電池の発電要素の側端を含む方向の断面図
【図５】従来のリチウムイオン二次電池の発電要素の斜視図
【図６】従来のリチウムイオン二次電池の発電要素の始端および終端を含む方向の断面図
【図７】従来のリチウムイオン二次電池の発電要素の側端を含む方向の断面図
【符号の説明】
【００５９】
１  発電要素
１ａ  正極
１ｂ  負極
１ｃ、１ｄ  セパレータ
１０、２０  集電体
１１、２１  合材層
Ａ  始端
Ｂ  終端
【図１】
2005174779.tif 000003
【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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