(57)【要約】【課題】短い製造時間で、優れた急速充電特性と体積エネルギー密度が得られる非水電解質二次電池を提供する。【解決手段】正極２と負極３がセパレータ４を介して扁平の渦巻き状に捲回された電極群１を具備する非水電解質二次電池であって、前記正極２及び前記負極３は、それぞれ、アルミニウムもしくはアルミニウム合金製の集電体と、前記集電体の長辺側端部に接続された少なくとも１本のリード部と、前記集電体に担持された活物質含有層とを含み、かつ下記（１）式を満足することを特徴とする非水電解質二次電池。      （Ｌ／Ｗ）≦３０      （１）  但し、前記Ｌは前記リード部１本当りの有効集電体長さで、前記Ｗは前記集電体の短辺方向の幅である。【選択図】      図１
2007335308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極がセパレータを介して扁平の渦巻き状に捲回された電極群を具備する非水電解質二次電池であって、
前記正極及び前記負極は、それぞれ、アルミニウムもしくはアルミニウム合金製の集電体と、前記集電体の長辺側端部に接続された少なくとも１本のリード部と、前記集電体に担持された活物質含有層とを含み、かつ下記（１）式を満足することを特徴とする非水電解質二次電池。
（Ｌ／Ｗ）≦３０      （１）
但し、前記Ｌは前記リード部１本当りの有効集電体長さで、前記Ｗは前記集電体の短辺方向の幅である。
【請求項２】
前記正極のリード部と前記負極のリード部は、前記電極群の同じ端面から引き出されていることを特徴とする請求項１記載の非水電解質二次電池。
【請求項３】
前記正極及び前記負極は、前記集電体の厚さが２０μｍ以下であり、かつ前記活物質含有層の厚さｔと前記集電体の厚さＴとの比率（ｔ／Ｔ）値が３以下であることを特徴とする請求項１または２記載の非水電解質二次電池。
【請求項４】
前記負極の活物質は、平均粒径が１μｍ以下のリチウムチタン酸化物粒子を含むことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の非水電解質二次電池。
【請求項５】
前記電極群の数が二つ以上であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の非水電解質二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解質二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオンを介して充放電を行う非水電解質二次電池は、高エネルギー密度であり、携帯電話等に代表される小型携帯機器に広く採用されている。近年、携帯機器の小型化や利便性の向上を目的とした急速充放電への要求、さらに、環境問題への関心の高まりから、電気自動車やハイブリット自動車、電力貯蔵用等への非水電解質二次電池の適用を目指して、エネルギー密度や入出力特性、サイクル特性の向上への要求が高まっている。
【０００３】
同種の電池において、エネルギー密度や急速充放電特性、入出力特性を向上する手法としては、活物質の比表面積の拡大、電極の薄肉化、高密度化等が挙げられる。負極の活物質には、エネルギー密度の観点から、リチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素材が一般的に使用されている。炭素材を使用した負極では、集電体に銅が使用されている。しかしながら、集電体に銅を用いると、過放電状態になった場合は、負極の電位上昇により集電体の銅表面が溶解してしまい、特に高温環境下ではこの現象が顕著となり、集電効率の低下等により容量が劣化するという問題を抱えていた。
【０００４】
これに対して、特許文献１に記載されているように、平均結晶粒径５０μｍ以下のアルミニウムまたはアルミニウム合金箔からなる負極集電体と、一次粒子径１μｍ以下の粒度分布をもつ負極活物質とを用いた非水電解質二次電池が提案されている。集電体の平均結晶粒径を５０μｍ以下にすることで、集電体の強度が向上するため、負極活物質として、一次粒子径１μｍ以下の粒度分布をもつ粉体を使用しても電極密度が向上し、エネルギー密度や入出力特性が改善される。
【特許文献１】特開２００５−１２３１８３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、短い製造時間で、優れた急速充電特性と体積エネルギー密度が得られる非水電解質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】
【０００６】
本発明に係る非水電解質二次電池は、正極と負極がセパレータを介して扁平の渦巻き状に捲回された電極群を具備する非水電解質二次電池であって、
前記正極及び前記負極は、それぞれ、アルミニウムもしくはアルミニウム合金製の集電体と、前記集電体の長辺側端部に接続された少なくとも１本のリード部と、前記集電体に担持された活物質含有層とを含み、かつ下記（１）式を満足することを特徴とする。
【０００７】
（Ｌ／Ｗ）≦３０      （１）
但し、前記Ｌは前記リード部１本当りの有効集電体長さで、前記Ｗは前記集電体の短辺方向の幅である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、短い製造時間で、優れた急速充電特性と体積エネルギー密度が得られる非水電解質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】
【０００９】
前述した特許文献１に記載の非水電解質二次電池の集電体に用いられているアルミニウムの体積固有抵抗は、２．６２[μΩ・ｃｍ]と銅の１．６９[μΩ・ｃｍ]に比して高いため、集電体の導電性の点では不利である。更に、エネルギー密度や入出力特性の向上を目的に集電体の厚さを薄くした場合、集電体の抵抗が上昇してしまい、活物質から得た電子を十分に集電し、素早く取り出すことができないために、入出力密度が低下してしまうことがあった。そこで、電極を短冊状にして、各葉から集電のリードを取り出すことで、集電体の実質的な長さを低減し、これにより集電体の抵抗による電圧損失を抑えることで、入出力特性を確保することが試みられている。この場合、電池容量と対向面積を稼ぐために、複数枚の電極が必要となるため、電極群を製造する際に、生産性が低く、コストがかかるなどの問題がある。
【００１０】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、高温過放電環境下での集電体の溶出を抑えるために集電体にアルミニウムまたはアルミニウム合金を使用した場合であっても、概略四角形の長尺電極の長辺および短辺の寸法を下記（１）式に示すように規制することによって、小型電極の各葉に集電リードを付加して、複数枚を積み重ねる電極構造とすることなしに、捲回構造の電極群を用いて、大電流での入出力特性とエネルギー密度が改善されることを見出し、本発明に至ったのである。
【００１１】
（Ｌ／Ｗ）≦３０      （１）
但し、前記Ｌは前記リード部１本当りの有効集電体長さで、前記Ｗは前記集電体の短辺方向の幅である。
【００１２】
また、上記構成にすると、集電体の抵抗による電圧損失が大幅に低減されるため、一方の端面のみから正極及び負極のリード部が引き出されているリード部断面積が小さい捲回型電極群を用いても、優れた入出力特性を得ることができる。この捲回型電極群は、両方の端面から正負極のリード部が引き出された場合に比して、容器内のデッドスペースを少なくすることができるため、体積エネルギー密度の点で有利である。一方の端面のみから正極及び負極のリード部を引き出す場合、正極のリード部の断面積を０．１〜１０ｍｍ2の範囲にし、負極のリード部の断面積を０．１〜１０ｍｍ2の範囲にすることができる。なお、正極がリード部を複数有する場合、各リード部の断面積の合計値を使用する。負極の場合も同様である。
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１４】
図１に示すように、電極群１は、正極２及び負極３をその間にセパレータ４を介在させて偏平形状に捲回した構造を有する。帯状の正極リード部５は、正極２に電気的に接続されている。一方、帯状の負極リード部６は、負極３に電気的に接続されている。この電極群１は、両方の長辺と一方の短辺に封止部８が形成されているラミネートフィルム製容器７内に収納されている。図１及び図２に示すように、正極リード部５と負極リード部６の先端は、容器７の短辺側の封止部８から引き出されている。
【００１５】
図３に示すように、正極２は、正極集電体２ａと、正極集電体２ａの一方もしくは両面に担持された正極活物質含有層２ｂとを含む。負極３は、負極集電体３ａと、負極集電体３ａの一方もしくは両面に担持された負極活物質含有層３ｂとを含む。セパレータ４は、正極活物質含有層２ｂと負極活物質含有層３ｂの間に介在されている。
【００１６】
正極２及び負極３のリード部取り付け位置を図４を参照して説明する。図４に負極３の場合を示す。正極２及び負極３は、いずれも、帯状である。負極集電体３ａの長辺の一方の端部に負極リード部６が溶接されている。負極リード部６の先端は、負極３の短辺方向に引き出されている。負極活物質含有層３ｂは、負極集電体３ａの両面に、負極リード部６の溶接箇所を除いて形成されている。正極２の場合も負極３の場合と同様な構成を有する。正極集電体２ａの長辺の一方の端部に正極リード部５が溶接されている。正極リード部５の先端は、正極２の短辺方向に引き出されている。正極活物質含有層２ｂは、正極集電体２ａの両面に、正極リード部５の溶接箇所を除いて形成されている。正極２及び負極３は、それぞれ、下記（１）式を満足する。
【００１７】
（Ｌ／Ｗ）≦３０      （１）
但し、Ｌはリード部１本当りの有効集電体長さで、Ｗは集電体の短辺方向の幅である。
【００１８】
図４のように負極集電体３ａの長辺の一方の端部に負極リード部６が溶接されている場合、Ｌは、負極リード部６と、負極リード部６の反対側に位置する短辺との距離（負極リード部６の幅は含まない）である。正極２の場合も、正極集電体２ａの長辺の一方の端部に正極リード部５が溶接されている場合、Ｌは、正極リード部５と、正極リード部５の反対側に位置する短辺との距離（正極リード部５の幅は含まない）である。
【００１９】
正極２または負極３の（Ｌ／Ｗ）が３０を超えると、正極集電体２ａもしくは負極集電体３ａの抵抗による電圧損失が大きくなるため、大電流での入出力特性が低下する。正極２及び負極３の（Ｌ／Ｗ）を３０以上にすることによって、大電流での入出力特性と体積エネルギー密度に優れる二次電池を生産性良く提供することができる。なお、正極２または負極３の（Ｌ／Ｗ）を７．５未満にすると、二次電池の体積エネルギー密度が低下する恐れがあるため、正極２及び負極３の（Ｌ／Ｗ）の下限値は７．５にすることが望ましい。
【００２０】
正極２及び負極３において、集電体の厚さを２０μｍ以下にし、かつ活物質含有層の厚さｔと集電体の厚さＴとの比率（ｔ／Ｔ）値を３以下にすることが望ましい。これにより、大電流での入出力特性と体積エネルギー密度をさらに向上することができる。なお、集電体の厚さの下限値は３μｍに、厚さ比（ｔ／Ｔ）値の下限値は１．２（さらに好ましくは１．５）にすることができる。図５に、負極３の負極集電体３ａの厚さＴと、負極活物質含有層３ｂの厚さｔを示す。
【００２１】
活物質含有層の厚さｔと集電体の厚さＴは、以下に説明する方法で測定される。
【００２２】
電池を分解して正極および負極を取り出し、平坦にする。電極の平坦面を先端φ10平面測定端子を有するダイヤルゲージ(測定圧力  １．４Ｎ以下)にて厚さを測定し、電極厚さＴ１とする。さらに、活物質未塗工部（活物質含有層非形成部）の集電体厚さを同様に測定し、Ｔとする。Ｔ１からＴを差し引いた値を活物質含有層の厚さｔとする。但し、集電体の両面に活物質含有層が形成されている電極の厚さをＴ１とする場合、（Ｔ１−Ｔ）の１／２の値を活物質含有層の厚さｔとする。
【００２３】
正極２のリード部５または負極３のリード部６の本数は２本以上にすることができる。負極３の場合を例にし、図６を参照して説明する。負極集電体３ａの長辺の両端部に負極リード部６1、６2が溶接されている。負極リード部６1、６2の先端は、負極３の短辺方向に引き出されている。負極活物質含有層３ｂは、負極集電体３ａの両面に、負極リード部６1、６2の溶接箇所を除いて形成されている。この場合、Ｌは、負極リード部６1と負極リード部６2との距離（負極リード部６の幅は含まない）の半分に相当する長さである。正極２においても、正極集電体２ａの長辺の両端部に正極リード部が溶接されている場合、Ｌは、２本の正極リード部間の距離（正極リード部の幅は含まない）の半分に相当する長さである。
【００２４】
図６に例示されるように２本のリード部を用いる場合、１個の電極群から正極リード部及び負極リード部を２本ずつ引き出しても良いが、図７に例示されるように電極群を複数作製し、各電極群から正極リード部及び負極リード部を１本ずつ引き出しても良い。具体的に説明する。正極及び負極それぞれを長さＬで半分に切断し、正極及び負極を２葉ずつ用意する。それぞれから電極群を作製し、図７に示すように２組の電極群１1、１2を得る。電極群１1の負極端子６1と電極群１2の負極端子６2とを溶接などにより電気的に接続すると共に、電極群１1の正極端子５1と電極群１2の正極端子５2とを溶接などにより電気的に接続する。このような方法によると、１個の電極群を作製するのに必要な正極及び負極の長さを短くすることができるため、複数本のリード部を備えた電極群の作製がより容易になる。
【００２５】
正極リード部及び負極リード部は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成することができる。アルミニウム箔及びアルミニウム合金箔の平均結晶粒径は５０μｍ以下にすることが望ましい。
【００２６】
以下、負極、正極、非水電解質、セパレータ及び容器について説明する。
【００２７】
１）負極
この負極は、負極集電体と、負極集電体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負極活物質含有層とを含む。
【００２８】
負極集電体には、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔を使用することができる。アルミニウム箔及びアルミニウム合金箔の平均結晶粒径は５０μｍ以下にすることが望ましい。平均結晶粒径の範囲が５０μｍ以下であることにより、高温環境下での過放電サイクル時の集電体の溶解が抑制され、かつ負極集電体を破断させることなく薄くて高密度な負極を得ることが可能となり、大電流での入出力特性をさらに向上することができる。より好ましい平均結晶粒径は、３μｍ以下である。また、平均結晶粒径の下限値は０．０１μｍにすることが望ましい。
【００２９】
アルミニウムおよびアルミニウム合金の平均結晶粒径は、以下に説明する方法で測定される。集電体表面の組織を金属顕微鏡観察し、１ｍｍ×１ｍｍの視野内に存在する結晶粒子数ｎを測定し、下記（Ａ）式より平均結晶粒子面積Ｓ（μｍ2）を算出する。
【００３０】
Ｓ＝（１×１０6）／ｎ      （Ａ）
ここで、（１×１０6）で表わされる値は１ｍｍ×１ｍｍの視野面積（μｍ2）で、ｎは結晶粒子数である。
【００３１】
得られた平均結晶粒子面積Ｓを用いて下記（Ｂ）式から平均結晶粒径ｄ（μｍ）を算出する。このような平均結晶粒径ｄの算出を５箇所（５視野）について行ない、その平均値を平均結晶粒径とする。なお、想定誤差は約５％である。
【００３２】
ｄ＝２（Ｓ／π）1/2      （Ｂ）
負極集電体の厚さは、高容量化のため、２０μｍ以下が好ましい。より好ましい範囲は１２μｍ以下である。また、負極集電体の厚さの下限値は、３μｍにすることが望ましい。
【００３３】
負極集電体に用いられるアルミニウムの純度は、耐食性の向上および高強度化のため、９９．９９％以上が好ましい。アルミニウム合金としては、アルミニウムの他に、鉄、マグネシウム、亜鉛、マンガン及びケイ素よりなる群から選択される１種類以上の元素を含む合金が好ましい。例えば、Ａｌ−Ｆｅ合金、Ａｌ−Ｍｎ系合金およびＡｌ−Ｍｇ系合金は、アルミニウムよりさらに高い強度を得ることが可能である。一方、アルミニウムおよびアルミニウム合金中のニッケル、クロムなどの遷移金属の含有量は１００ｐｐｍ以下（０ｐｐｍを含む）にすることが好ましい。例えば、Ａｌ−Ｃｕ系合金では、強度は高まるが、耐食性は悪化するので、集電体としては不適である。アルミニウム合金中のアルミニウム含有量は、９５重量％以上、９９．５重量％以下にすることが望ましい。この範囲を外れると、平均結晶粒径を５０μｍ以下にしても十分な強度を得られない恐れがあるからである。より好ましいアルミニウム含有量は、９８重量％以上、９９．５重量％以下である。
【００３４】
負極活物質の平均粒径は１μｍ以下とすることが望ましい。負極活物質の平均粒径を１μｍ以下にすることによって、負極活物質のリチウムイオン拡散性が向上するため、大電流での入出力特性をさらに向上させることができる。より好ましい平均粒径は、０．３μｍ以下である。また、平均粒径の下限値は０．００１μｍにすることが望ましい。
【００３５】
負極活物質の粒径の測定には、レーザー回折式粒度分布測定装置（島津製作所  型番ＳＡＬＤ−３００）もしくはこれと等価な機能を有する測定装置が用いられる。まず、ビーカー等に試料約０．１ｇを入れた後、界面活性剤と１〜２ｍＬの蒸留水を添加して十分に攪拌し、攪拌水槽に注入する。２秒間隔で、６４回光強度分布を測定し、粒度分布データを解析し、累積度数分布が５０％の粒径（Ｄ５０）を平均粒径とする。
【００３６】
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。負極活物質のリチウム吸蔵電位（開回路）は、リチウム金属電位に対して０．４Ｖ以上であることが好ましい。これにより、負極集電体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負極集電体の微紛化を抑制できる。さらに、リチウム吸蔵電位（開回路）は、リチウム金属電位に対して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、電池電圧を向上させることができる。さらに好ましい電位範囲は、０．４Ｖ以上、２Ｖ以下である。
【００３７】
０．４Ｖ以上、３Ｖ以下の範囲でリチウムを吸蔵することが可能な金属酸化物としては、例えばＴｉＯ2などのチタン酸化物、例えばＬｉ4+xＴｉ5Ｏ12（ｘは−１≦ｘ≦３）やＬｉ2Ｔｉ3Ｏ7などのリチウムチタン酸化物、例えばＷＯ3などのタングステン酸化物、例えばＳｎＢ0.4Ｐ0.6Ｏ3.1などのアモルファススズ酸化物、例えばＳｎＳｉＯ3などのスズ珪素酸化物、例えばＳｉＯなどの酸化珪素などが挙げられる。中でも、リチウムチタン酸化物が好ましい。
【００３８】
０．４Ｖ以上、３Ｖ以下の範囲でリチウムを吸蔵することが可能な金属硫化物としては、例えばＴｉＳ2などの硫化リチウム、例えばＭｏＳ2などの硫化モリブデン、例えばＦｅＳ、ＦｅＳ2、ＬｉxＦｅＳ2などの硫化鉄等が挙げられる。
【００３９】
０．４Ｖ以上、３Ｖ以下の範囲でリチウムを吸蔵することが可能な金属窒化物としては、例えばＬｉxＣｏyＮ（０＜ｘ＜４，０＜ｙ＜０．５）などのリチウムコバルト窒化物等が挙げられる。
【００４０】
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、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。
【００４１】
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。負極の活物質、導電剤及び結着剤の配合比については、負極活物質は８０重量％以上９５重量％以下、導電剤は３重量％以上１８重量％以下、結着剤は２重量％以上７重量％以下の範囲にすることが好ましい。
【００４２】
負極の密度は、１．５ｇ／ｃｍ3以上、５ｇ／ｃｍ3以下にすることが望ましい。これにより、高い電池容量を得ることができる。さらに好ましい範囲は、２ｇ／ｃｍ3以上、４ｇ／ｃｍ3以下である。
【００４３】
負極は、例えば、負極活物質、導電剤及び結着剤を適当な溶媒に懸濁し、この懸濁物を集電体に塗布し、乾燥し、プレスを施すことにより作製される。
【００４４】
２）正極
この正極は、正極集電体と、正極集電体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正極層とを含む。
【００４５】
正極集電体には、例えば、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔を使用することができる。アルミニウム箔及びアルミニウム合金箔は、それぞれ、平均結晶粒径が５０μｍ以下であることが好ましい。これにより、正極集電体の強度が増大し、正極集電体を断絶させずに正極を高密度化することが可能となり、容量密度を向上することができる。より好ましくは、３μｍ以下である。また、平均結晶粒径の下限値は０．０１μｍにすることが望ましい。
【００４６】
正極集電体の厚さは、高容量化のため、２０μｍ以下が好ましい。より好ましい範囲は１５μｍ以下である。また、正極集電体の厚さの下限値は、３μｍにすることが望ましい。
【００４７】
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などのオリピン構造を有するリチウムリン酸化物、例えばＦｅ2（ＳＯ4）3などの硫酸鉄、例えばＶ2Ｏ5などのバナジウム酸化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。
【００４８】
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。その他に、イオウ（Ｓ）、フッ化カーボンなども使用できる。好ましい正極活物質としては、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物、リチウムリン酸鉄などが挙げられる。これら活物質によると、高い正極電圧が得られる。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
正極活物質、導電剤及び結着剤の配合比については、正極活物質は８０重量％以上９５重量％以下、導電剤は３重量％以上１８重量％以下、結着剤は２重量％以上７重量％以下の範囲にすることが好ましい。
【００５２】
正極は、例えば、正極活物質、導電剤及び結着剤を適当な溶媒に懸濁し、この懸濁物を正極集電体に塗布し、乾燥し、プレスを施すことにより作製される。
【００５３】
３）非水電解質
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、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（イオン性融体）を非水電解質として使用してもよい。
【００５４】
液状非水電解質は、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。
【００５５】
電解質としては、例えば、ＬｉＢＦ4、ＬｉＰＦ6、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2、ＬｉＮ（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）2、Ｌｉ（ＣＦ3ＳＯ2）3Ｃ、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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
また、常温溶融塩（イオン性融体）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。
【００５９】
４）セパレータ
セパレータとしては、例えば、合成樹脂製不織布、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。
【００６０】
５）容器
ラミネートフィルム製容器を構成するラミネートフィルムの厚さは、０．５ｍｍ以下にすることが望ましい。また、ラミネートフィルムの厚さの下限値は、０．０１ｍｍにすることが望ましい。
【００６１】
ラミネートフィルムとしては、例えば、金属層と金属層を被覆する樹脂層とを含む多層フィルムを挙げることができる。軽量化のために、金属層はアルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔であることが好ましい。樹脂層は、金属層を補強するためのものであり、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの高分子から形成することができる。ラミネートフィルム製容器は、例えば、ラミネートフィルムを熱融着により貼り合わせることで得られる。
【００６２】
容器には、前述した図１に例示されるラミネートフィルム製容器の代りに、金属製容器を使用しても良い。金属製容器の厚さは、０．５ｍｍ以下にすることが望ましい。金属製容器の下限値は、０．０５ｍｍにすることが望ましい。
【００６３】
金属製容器は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されていることが望ましい。アルミニウム及びアルミニウム合金それぞれの平均結晶粒径は５０μｍ以下であることが好ましい。平均結晶粒径を５０μｍ以下にすることにより、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属製容器の強度が増大し、容器の肉厚を薄くしても十分な機械的強度を確保することができる。なお、より好ましくは、１０μｍ以下である。また、平均結晶粒径の下限値は０．０１μｍにすることが望ましい。これらの特徴は、高温条件、高エネルギー密度等が求められる電池、例えば、車載用二次電池に好適である。負極集電体と同様の理由で、アルミニウムの純度は９９．９９％以上が好ましい。アルミニウム合金としては、マグネシウム、亜鉛、ケイ素などの元素を含む合金が好ましい。一方、アルミニウム及びアルミニウム合金は、それぞれ、鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属の含有量を１００ｐｐｍ以下にすることが好ましい。金属製容器の封口は、レーザーにより行うことができる。
【００６４】
容器の形状は非水電解質二次電池の形態に応じたものにする。非水電解質二次電池の形態としては、扁平型、角型、シート型、電気自動車等に積載される大型電池等が挙げられる。
【００６５】
[実施例]
以下、本発明の実施例について、前述した図面を参照して説明する。なお、本発明の主旨を超えない限り、本発明は以下に掲載される実施例に限定されるものではない。
【００６６】
（実施例１）
＜負極の作製＞
負極活物質として、平均粒径１μｍでＬｉ吸蔵電位が１．５５Ｖ(vs.Li/Li+)のチタン酸リチウム（Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12）粉末を用意した。負極活物質と、導電剤として平均粒子径０．４μｍの炭素粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを重量比で９０：７：３となるように配合し、これらをｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶媒に分散してスラリーを調製した。
【００６７】
一方、厚さ１５μｍで平均結晶粒径５０μｍのアルミニウム箔（純度９９．９９％）を負極集電体として用意した。得られた負極集電体にスラリーを塗布し、乾燥した後、プレスを施すことにより負極を作製した。得られた負極を長辺方向の一端部に無地部（負極活物質含有層が形成されていない領域）が位置するように裁断した後、断面積が０．４ｍｍ2のアルミニウム製負極リード部を溶接し、集電体の有効長さＬ、短辺方向の幅Ｗ、活物質含有層の厚さｔ、集電体の厚さＴが下記表１の条件を満足する負極を得た。
【００６８】
＜正極の作製＞
正極活物質としてリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ2）と、導電材として黒鉛粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを重量比で８７：８：５となるように配合し、これらをｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶媒に分散させてスラリーを調製した。厚さ１５μｍの平均結晶粒子径１０μｍのアルミニウム箔（純度９９．９９％）にスラリーを塗布し、乾燥した後、プレスすることにより正極を作製した。得られた正極を長辺方向の一端部に無地部（正極活物質含有層が形成されていない領域）が位置するように裁断した後、断面積が０．４ｍｍ2のアルミニウム製正極リード部を溶接し、集電体の有効長さＬ、短辺方向の幅Ｗ、活物質含有層の厚さｔ、集電体の厚さＴが下記表１の条件を満足する正極を得た。
【００６９】
容器の形成材料として、厚さが０．１ｍｍのアルミニウム含有ラミネートフィルムを用意した。このアルミニウム含有ラミネートフィルムのアルミニウム層は、膜厚約０．０３ｍｍであり、平均結晶粒子径は約１００μｍであった。アルミニウム層を補強する樹脂には、ポリエチレンを使用した。このラミネートフィルムに凹部を形成し、容器を得た。
【００７０】
次いで、厚さ２５μｍのポリエチレン製多孔質フィルムからなるセパレータを正極と負極間に介在させて扁平型の渦巻き形状に捲回し、電極群を得た。容器の凹部内に電極群を挿入した。ＥＣとＧＢＬが体積比（ＥＣ：ＧＢＬ）で１：２の割合で混合された有機溶媒に、リチウム塩のＬｉＢＦ4を１．５ｍｏｌ／Ｌ溶解させ、液状の非水電解質を調製した。得られた非水電解質を容器内に注液した後、ヒートシールにより封止し、前述した図１に示す構造を有し、厚さ３．１ｍｍ、幅２４ｍｍ（電池の短辺方向の幅）、長さ３２｛電池の長辺方向の幅（但し正負極リード部を除く）｝ｍｍの扁平型の非水電解質二次電池を作製した。
【００７１】
（実施例２）
長辺の両端部にリード部を設け、集電体の有効長さＬ、短辺方向の幅Ｗ、活物質含有層の厚さｔ、集電体の厚さＴを下記表１に示すように設定すること以外は、実施例１で説明したのと同様にして正極及び負極を作製した。得られた正極と負極を用いること以外は、実施例１で説明したのと同様にして扁平型の非水電解質二次電池を作製した。なお、電極群の同じ端面から引き出された２本ずつの正極リード部と負極リード部については、正極リード部同士を溶接したものを正極タブに接続し、また、負極リード部同士を溶接したものを負極タブに接続し、正極タブ及び負極タブを容器の外部に引出した。
【００７２】
（実施例３〜５，７〜８）
集電体、活物質含有層及び負極活物質が下記表１に示す条件を満足すること以外は、実施例１で説明したのと同様にして扁平型の非水電解質二次電池を作製した。
【００７３】
（実施例６）
実施例２で作製した正極及び負極を、長辺の長さが半分となる位置で切断し、正極及び負極を２葉ずつ得た。それぞれから電極群を作製し、２組の電極群を得た。一方の電極群の正極リード部を他方の電極群の正極リード部に、一方の電極群の負極リード部を他方の電極群の負極リード部に溶接し、一方の電極群の正負極と他方の電極群の正負極とを電気的に接続した。溶接された正極リード部同士に正極タブを溶接し、また、負極リード部同士に負極タブを溶接した。以上説明した構成を有する電極群を用いること以外は、実施例１で説明したのと同様にして扁平型の非水電解質二次電池を作製した。
【００７４】
（比較例１）
実施例１で説明したのと同様にして作製した正極及び負極を、短冊状で、短辺の一端にリード部が形成されるように打ち抜いた。正極及び負極の長辺方向の幅をＷとし、リード部とリード部の反対側に位置する長辺との距離をＬとして下記表１に示す。
【００７５】
正極を１６葉、負極を１５葉用意し、正極と負極をその間にセパレータを介在させながら交互に積層することにより、積層型電極群を得た。ひきつづき、正極のリード部をレーザ溶接により一体化し、また、負極のリード部をレーザ溶接により一体化した。得られた電極群は、絶縁テープにより固定した。
【００７６】
このようにして得られた電極群に実施例１で説明したのと同様な組成の非水電解質を含浸させた後、容器内に密閉することにより、扁平型の非水電解質二次電池を作製した。
【００７７】
（比較例２）
集電体、活物質含有層及び負極活物質が下記表１に示す条件を満足すること以外は、実施例１で説明したのと同様にして扁平型の非水電解質二次電池を作製した。
【００７８】
得られた二次電池について、以下に説明する条件にて２０Ｃ充電容量維持率と容量密度を測定し、その結果を下記表２に示す。また、電極群を作製するのに要した時間を下記表２に併記する。
【００７９】
＜２０Ｃ充電容量維持率＞
２０℃環境下において、１Ｃの電流値にて２．８Ｖの定電圧充電を３時間で行った際の充電容量を測定し、１Ｃ充電容量とし、更に、２０℃環境下において、２０Ｃの電流値にて２．８Ｖの定電圧充電を１０分で行った際の充電容量を測定し、２０Ｃ充電容量とする。１Ｃ充電容量を１００としたときの２０Ｃ充電容量の比率を２０Ｃ充電容量維持率とした。
【００８０】
＜容量密度＞
２０℃環境下において、１Ｃの電流値にて２．８Ｖの定電圧充電を３時間で行った後、１Ｃの電流値にて０Ｖまで放電した際の放電容量を測定し、１Ｃ放電容量とした。この１Ｃ放電容量を電池の厚さ、幅、長さから求めた体積Ｖで除して、容量密度を算出した。
【表１】
2007335308.tif 000003
【００８１】
【表２】
2007335308.tif 000004
【００８２】
表１，２から明らかな通りに、（Ｌ／Ｗ）が３０以下の捲回型電極群を用いた実施例１〜８の二次電池によると、２０Ｃ充電容量維持率と容量密度に優れる電極群を短時間のうちに製造できる。
【００８３】
実施例１，５，７の比較により、厚さ比（ｔ／Ｔ）を３以下にすると、より高い２０Ｃ充電容量維持率を得られることがわかる。また、実施例１，５，８の比較により、集電体厚さを２０μｍ以下にすることが、容量密度の改善に有効であることがわかる。
【００８４】
これに対し、積層型電極群を用いた比較例１の二次電池では、正極及び負極のリード部同士を溶接するのに時間を要し、電極群製造タクトが３０秒と長かった。また、（Ｌ／Ｗ）が３０を超える捲回型電極群を用いた比較例２の二次電池では、２０Ｃ充電容量維持率と容量密度が実施例１〜８の二次電池に比して低かった。
【００８５】
（実施例９）
負極活物質の平均粒径を５μｍにすること以外は、実施例１で説明したのと同様にして非水電解質二次電池を製造した。得られた二次電池は、２０Ｃ充電容量維持率が１５％で、容量密度が４２（ｍＡＨ／ｃｍ2）で、電極群製造タクトが９秒であった。
【００８６】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の実施形態に係る非水電解質二次電池を示す斜視図。
【図２】図１の非水電解質二次電池の横断面図。
【図３】図２のＡ部の拡大断面図。
【図４】図１の非水電解質二次電池に用いられる負極の一例を示す平面図。
【図５】図４の負極の断面図。
【図６】図１の非水電解質二次電池に用いられる負極の他の例を示す平面図。
【図７】図１の非水電解質二次電池に用いられる電極群の他の例を示す斜視図。
【符号の説明】
【００８８】
１，１1，１2…電極群、２…正極、２ａ…正極集電体、２ｂ…正極活物質含有層、３…負極、３ａ…負極集電体、３ｂ…負極活物質含有層、４…セパレータ、５，５1，５2…正極リード部、６，６1，６2…負極リード部、７…容器、８…封止部。
【図１】
2007335308.tif 000005
【図２】
2007335308.tif 000006
【図３】
2007335308.tif 000007
【図４】
2007335308.tif 000008
【図５】
2007335308.tif 000009
【図６】
2007335308.tif 000010
【図７】
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