(57)【要約】  【課題】部材点数の増加を招くことなく、優れた放熱性を有するバッテリユニットを提供する。  【解決手段】バッテリユニットは、両主面を有する複数の電池と、複数の電池間に設けられて、複数の電池の主面同士が対向するように複数の電池を組合せる組合せ部材とを備える。電池は、電池素子と、電池素子を収容する外装材とを備える。電池の両主面のうち少なくとも一方に凹凸形状が設けられている。【選択図】図１４
2012113843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両主面を有する複数の電池と、
上記複数の電池間に設けられて、上記複数の電池の主面同士が対向するように上記複数の電池を組合せる組合せ部材と
を備え、
上記電池は、
電池素子と、
上記電池素子を収容する外装材と
を備え、
上記電池の両主面のうち少なくとも一方に凹凸形状が設けられているバッテリユニット。
【請求項２】
上記凹凸形状の算術平均粗さ（Ｒａ）が、２以上２００以下である請求項１記載のバッテリユニット。
【請求項３】
上記電池素子の厚みが、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、
上記電池素子の放電容量が、３Ａｈ以上５０Ａｈ以下である請求項１記載のバッテリユニット。
【請求項４】
上記複数の電池のうち両端に設けられた電池の一方の主面は、他の電池とは対向しない端面となり、
上記端面に、上記凹凸形状が形成されている請求項１記載のバッテリユニット。
【請求項５】
上記電池の対向する主面のうち少なくとも一方に、上記凹凸形状が形成されている請求項１記載のバッテリユニット。
【請求項６】
上記電池の両主面に、凹凸形状が形成されている請求項１記載のバッテリユニット。
【請求項７】
上記凹凸形状は、外装材の表面に形成されている請求項１記載のバッテリユニット。
【請求項８】
上記外装材が、アルミラミネートフィルムである請求項１記載のバッテリユニット。
【請求項９】
上記外装材は、熱融着樹脂層、金属層、表面保護層を順次積層した構成を有し、
上記凹凸形状は、少なくとも上記表面層に形成されている請求項１記載のバッテリユニット。
【請求項１０】
上記金属層が、上記表面保護層の凹凸形状に追随した凹凸形状を有している請求項９記載のバッテリユニット。
【請求項１１】
上記凹凸形状は、凹状または凸状の複数の構造体を１次元配列または２次元配列することにより形成されている請求項１記載のバッテリユニット。
【請求項１２】
上記凹凸形状は、上記外装材の表面を加熱プレスすることにより形成されている請求項１記載のバッテリユニット。
【請求項１３】
上記電池素子と電気的に接続されるとともに、上記外装材から導出された正極リードおよび負極リードをさらに備え、
上記正極リードと上記負極リードとは、対向する２方向から導出されている請求項１記載のバッテリユニット。
【請求項１４】
上記電池は、正極と、負極と、セパレータとを備え、
上記正極および上記負極が上記セパレータを挟んで巻回または積層されている請求項１記載のバッテリユニット。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか１項に記載された組電池を複数備えるバッテリモジュール。
【請求項１６】
電池素子と、
上記電池素子を収容する外装材と
を備え、
上記電池素子を収容した上記外装材は、両主面を有し、
上記両主面のうち少なくとも一方に凹凸形状が設けられている電池。
【請求項１７】
電池素子を外装材に収容する工程と、
上記外装材に収容した上記電池素子をプレスして、上記外装材の両主面のうち少なくとも一方に凹凸形状を形成する工程と
を備える電池の製造方法。
【請求項１８】
上記プレスが、加熱プレスである請求項１７記載の電池の製造方法。
【請求項１９】
上記収容の工程後、上記プレスの工程前に、外装材に収容した電池素子に対して電解質用組成物を含浸させる工程をさらに備え、
上記プレスの工程では、上記加熱プレスにより、上記外装材の両主面のうち少なくとも一方に凹凸形状を形成するとともに、上記電池素子に含浸した電解質用組成物をゲル化する請求項１８記載の電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池およびその製造方法、バッテリユニット、ならびにバッテリモジュールに関する。詳しくは、電池素子を外装材に収容した電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、負極に炭素、正極にリチウム−遷移金属複合酸化物、電解液に炭酸エステルの混合物を使用するリチウムイオン二次電池は広く知られている。このような構成を有するリチウムイオン二次電池では、炭酸エステルが水や他の有機溶媒に対して酸化や還元に対し安定でより高電圧を得ることができるため、水系電池であるニッケル水素電池よりエネルギー密度が大きく高容量である。そのため、リチウムイオン二次電池は、電動工具、ノートパソコンや携帯電話、ビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの二次電池として広く普及している。
【０００３】
近年、リチウムイオン二次電池は、上記用途以外に電気自動車や蓄電用など産業用向けにも普及し始めている。産業向け二次電池の場合、高容量、高出力および長寿命の電池性能が求められる。大電流に耐え得る電池性能の１つとして、放熱性が挙げられる。大電流を与えた時、電池は発熱するが、電池温度の過度の上昇は電池性能の劣化を促進し、電池寿命を短くすることが知られている。そこで、電池発熱をいかに効率よく放熱できるかが重要になり、様々な検討がなされている。
【０００４】
従来、電池の放熱性を向上するための技術としては、放熱性の高いフィルムを貼る手段や黒色被覆部材で覆い放熱性を向上させる技術が開示されている（特許文献１および特許文献２参照）。しかしながら、この技術では、電池以外の部材点数が増えるのでコストが高くなり、さらにその部材分の体積エネルギー密度が低下するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１７３５５９号公報
【０００６】
【特許文献２】特開２００７−１３４３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の目的は、部材点数の増加を招くことなく、優れた放熱性を有する電池およびその製造方法、バッテリユニット、ならびにバッテリモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を解決するために、第１の発明は、
両主面を有する複数の電池と、
複数の電池間に設けられて、複数の電池の主面同士が対向するように複数の電池を組合せる組合せ部材と
を備え、
電池は、
電池素子と、
電池素子を収容する外装材と
を備え、
電池の両主面のうち少なくとも一方に凹凸形状が設けられているバッテリユニットである。
【０００９】
第２の発明は、
電池素子と、
電池素子を収容する外装材と
を備え、
電池素子を収容した外装材は、両主面を有し、
両主面のうち少なくとも一方に凹凸形状が設けられている電池である。
【００１０】
第３の発明は、
電池素子を外装材に収容する工程と、
外装材に収容した電池素子をプレスして、外装材の両主面のうち少なくとも一方に凹凸形状を形成する工程と
を備える電池の製造方法である。
【００１１】
本発明では、電池の両主面のうち少なくとも一方に凹凸形状を形成しているので、電池の表面積を増加させることができる。このように表面積が増加すると、外気と接触する面積が増加するため、電池の放熱性が向上する。したがって、放熱性を向上させるための部材をさらに設けることなく、電池の放熱性を向上することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、電池の両主面のうち少なくとも一方に凹凸形状を形成するだけことで、電池の放熱性を向上できる。したがって、部材点数の増加を招くことなく、優れた放熱性を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１Ａは、本発明の第１の実施形態に係る非水電解質電池の外観を示す略線図である。図１Ｂは、本発明の第１の実施形態に係る非水電解質電池の構成を示す略線図である。図１Ｃは、本発明の第１の実施形態に係る非水電解質電池の外観底面側を示す略線図である。図１Ｄは、外装材により外装される電池素子の側面図である。
【図２】図２Ａは、外装材の構成の第１の例を示す断面図である。図２Ｂは、外装材の構成の第２の例を示す断面図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｅは、外装材の表面に形成された凹凸形状の形状例を示す斜視図である。
【図４】図４Ａは、正極、負極およびセパレータの積層構造の一例を示す斜視図である。図４Ｂは、正極、負極およびセパレータの積層構造の一例を示す平面図である。
【図５】図５Ａ、図５Ｂは、電池素子を構成する正極の構造を示す略線図である。図５Ｃ、図５Ｄは、電池素子２を構成する負極の構造を示す略線図である。
【図６】図６Ａ〜図６Ｆは、本発明の第１の実施形態に係る二次電池の製造方法の一例を説明するための工程図である。
【図７】図７Ａ〜図７Ｆは、本発明の第１の実施形態に係る二次電池の製造方法の一例を説明するための工程図である。
【図８】図８Ａ、図８Ｂは、本発明の第１の実施形態に係る二次電池の製造方法の一例を説明するための工程図である。
【図９】図９Ａは、本発明の第１の実施形態に係る二次電池１の第１の変形例を示す斜視図である。図９Ｂは、本発明の第１の実施形態に係る二次電池１の第２の変形例を示す斜視図である。図９Ｃは、本発明の第１の実施形態に係る二次電池１の第３の変形例を示す斜視図である。
【図１０】図１０Ａは、本発明の第１の実施形態に係る二次電池１の第４の変形例を示す斜視図である。図１０Ｂは、本発明の第１の実施形態に係る二次電池１の第５の変形例を示す斜視図である。
【図１１】図１１Ａは、本発明の第２の実施形態に係る二次電池における電池素子の構成例を示す斜視図である。図１１Ｂは、本発明の第２の実施形態に係る二次電池における電池素子の構成例を示す略線側面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第２の実施形態に係る二次電池の変形例を示す斜視図である。
【図１３】図１３Ａは、本発明の第３の実施形態に係る二次電池の一構成例を示す分解斜視図である。図１３Ｂは、図１３Ａに示した巻回電極体のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図１４】図１４Ａ、図１４Ｂは、本発明の第４の実施形態に係るバッテリユニットの構成例を示す斜視図である。
【図１５】図１５は、バッテリユニットが分解された状態を示す斜視図である。
【図１６】図１６は、バッテリユニットが組み合わされたバッテリモジュールの構成例を示す図である。
【図１７】図１７は、並列ブロックの端子の向きを説明する図である。
【図１８】図１８Ａは、並列ブロックの挿入向きの間違いを防止する工夫について説明するためのモジュールケースの略線図である。図１８Ｂは、並列ブロックの挿入向きの間違いを防止する工夫について説明するための並列ブロックの略線図である。
【図１９】図１９Ａは、並列ブロックの挿入向きの間違いを防止する工夫について説明するためのモジュールケースの略線図である。図１９Ｂは、並列ブロックの挿入向きの間違いを防止する工夫について説明するためのバッテリユニットの略線図である。
【図２０】図２０Ａは、図１６に示したＡ−Ａ線の断面の第１の例を示す断面図である。図２０Ｂは、図１６に示したＡ−Ａ線の断面の第２の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態について図面を参照しながら以下の順序で説明する。
１．第１の実施形態（枚葉のセパレータを介して正極および負極を積層した例）
２．第２の実施形態（つづら折りにより折り畳まれた一枚の帯状のセパレータを介して正極および負極を積層した例）
３．第３の実施形態（正極および負極をセパレータを介して巻回した例）
４．第４の実施形態（二次電池を用いたバッテリユニットおよびバッテリモジュールの例）
【００１５】
＜１．第１の実施形態＞
（１−１）二次電池の構成
図１Ａは、本発明の第１の実施形態に係る非水電解質電池（以下、二次電池１と適宜称する）の外観を示す略線図である。図１Ｂは、二次電池１の構成を示す略線図である。なお、図１Ｂは、図１Ａに示す二次電池１の底面および上面を反転させた場合の構成を示している。図１Ｃは、二次電池１の外観底面側を示す略線図である。図１Ｄは、外装材３により外装される電池素子２の側面図である。二次電池１は、いわゆるリチウムイオン二次電池であり、電池素子２と、電池素子２を収容する外装材３とを備える。二次電池１は、第１の主面Ｓ１と第２の主面Ｓ２とを有し、これらの第１の主面Ｓ１と第２の主面Ｓ２の少なくとも一方には凹凸形状が設けられている。放熱性の向上の観点からすると、第１の主面Ｓ１と第２の主面Ｓ２との両方に凹凸形状を設けることが好ましい。外装材３は、電池素子２を収容する第１外装部３Ａと、電池素子２を覆う蓋として機能する第２外装部３Ｂとから構成されている。外装材１と電池素子１とが密着していることが好ましい。これにより、電池素子由来の固有振動を防ぐことができ、信頼性を向上することができ、かつ、ボイドを減らすことで電解液の電池素子外への回り込みを減らし、電池性能を向上できるからである。電池素子２の厚みは、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。５ｍｍ未満であると、薄型であるため、蓄熱の影響が少なく、セル表面に凹凸がなくとも熱が逃げやすい傾向がある。一方、２０ｍｍを超えると、電池表面から電池中央部までの距離が大きくなりすぎて、電池表面からの放熱だけでは電池内に温度差ができてしまい、寿命性能に影響がでる傾向がある。電池素子２の放電容量は、３Ａｈ以上５０Ａｈ以下であることが好ましい。３Ａｈ未満であると、電池容量が小さいため、集電箔の厚みを厚くするなど電池容量を下げて抵抗を落とすなど他の手法でも発熱を抑えることができる傾向がある。５０Ａｈを超えると、電池熱容量が大きくなり、放熱しにくくなってしまい、電池内での温度ばらつきも大きくなる傾向がある。
【００１６】
電池素子２は、略矩形状の正極４と、この正極４と対向して配された略矩形状の負極５とが、セパレータ６を介して交互に積層された積層型電極構造を有している。また、電池素子２からは、複数枚の正極４とそれぞれ電気的に接続された正極集電体露出部４Ｃと、複数枚の負極５とそれぞれ電気的に接続された負極集電体露出部５Ｃとが引き出されている。正極集電体露出部４Ｃおよび負極集電体露出部５Ｃには、それぞれ正極タブ７および負極タブ８が接続されている。さらに、正極集電体露出部４Ｃおよび負極集電体露出部５Ｃは、例えば断面が略Ｕ字形状となるように折り曲げられて構成されている。
【００１７】
このような電池素子２は、外装材３にて外装されており、正極集電体露出部４Ｃおよび負極集電体露出部５Ｃとそれぞれ接続された正極タブ７および負極タブ８は外装材３の封止部から二次電池１外部に導出されている。外装材３は少なくとも一方の面、または両面に予め深絞り加工が施されることにより凹部９が形成され、この凹部９に電池素子２が収納される。図１Ｂでは、外装材３を構成する第１外装部３Ａに凹部９が形成されており、電池素子２はこの凹部９に収納される。そして、第２外装部３Ｂが、凹部９の開口を覆うように配置され、凹部９の開口の周囲が熱融着などにより接着されることにより封止される。正極集電体露出部４Ｃおよび負極集電体露出部５Ｃとそれぞれ接続された正極タブ７および負極タブ８は、対向する２方向から導出されている。
【００１８】
また、図示はしないが、外装材３と正極タブ７および負極タブ８との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム、すなわちシーラントを挿入するようにしてもよい。シーラントは、正極タブ７および負極タブ８との接着性に優れる樹脂材料からなる。このような樹脂材料としては、酸変性ポリプロピレン（ＰＰ）などの変性ポリマーが挙げられる。
【００１９】
［外装材］
図２Ａは、外装材３の一構成例を示す断面図である。外装材３は、例えば、柔軟性を有するフィルムであり、熱融着樹脂層１１、接着層１２、金属層１３、接着層１４、表面保護層１５を順次積層した積層構造を有している。なお、熱融着樹脂層側の面が、電池素子２を収容する側の面となる。熱融着樹脂層１１と電池素子１の表面が密着していることが好ましい。熱融着樹脂層１１の材料としては、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）が挙げられる。金属層１３の材料としては、柔軟性を有する金属が好ましく、例えばアルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金が挙げられる。表面保護層１５の材料としては、例えばナイロン（Ｎｙ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が挙げられる。接着層１２の材料としては、例えば酸無水物変性ポリオレフィンが挙げられる。
【００２０】
具体的には例えば、外装材３は、ポリエチレンフィルム、アルミニウム箔、ナイロンフィルムをこの順序に貼り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルムにより構成されている。外装材３は、例えば、ポリエチレンフィルム側と電池素子１とが対向するように配設され、外縁部が融着または接着剤により互いに密着されている。なお、外装材３は、上述したアルミラミネートフィルムに代えて、他の構造を有するラミネートフィルム、ポリプロピレンなどの高分子フィルムまたは金属フィルムにより構成するようにしてもよい。
【００２１】
表面保護層１５の表面には、図２Ａに示すように、凹凸形状が形成されている。放熱性の向上の観点からすると、金属層１３が、図２Ｂに示すように、表面保護層１５の凹凸形状に追随した凹凸形状を有していることが好ましい。凹凸形状は、例えば、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、凹状または凸状の複数の構造体１６を１次元または２次元配列することにより形成されている。構造体１６の配列は、規則的配列および不規則的配列のいずれの配列を採用することも可能であり、両配列を混在させるようにしてもよい。
【００２２】
構造体１６の形状は特に特に限定されるものではないが、例えば、半球状（図３Ａ、図３Ｂ）、立方体形状（図３Ｃ）、非対称形状（図３Ｄ）、錐体形状（図３Ｅ）、レンチキュラー形状、プリズム形状などが挙げられ、これらを単独でまたは２種以上組み合わせて配列するようにしてもよい。２種以上の形状を組み合わせて用いる場合には、同一の形状を有する構造体１６が周期的または非周期的に繰り返されるように配列してもよい。また、構造体１６の形状は、上述したような定形状に限定されるものではなく、不定形状としてもよい。凹凸形状が、１次元または２次元的な波面であってもよい。構造体１６が高さ分布を有していてもよい。
【００２３】
表面の凹凸形状は、ピッチは細かい方が好ましく、具体体には算術平均粗さ（Ｒａ）が２μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。算術平均粗さ（Ｒａ）が２μｍ未満であると、凹凸形状により放熱効果が低下する傾向がある。一方、算術平均粗さ（Ｒａ）が２００μｍを超えると、プレス工程にて二次電池１にダメージを与え、電池寿命が低下する傾向がある。なお、プレス工程の詳細は後述する。凹凸形状は、例えば、第１の主面Ｓ１および／または第２の主面Ｓ２の少なくとも一部に形成され、熱融着部などの封止部を除く領域に形成されていることが好ましい。また、プレス工程により容易に凹凸形状を付与する観点からすると、収容部である凹部９により形成される突出面部分に凹凸形状を形成することが好ましい。
【００２４】
［正極タブ、負極タブ］
正極タブ７および負極タブ８はそれぞれ、正極集電体露出部４Ｃおよび負極集電体露出部５Ｃと、二次電池１が接続される電子機器などを中継するものである。正極タブ７および負極タブ８は、例えば、板状または直方体状に形成されている。
【００２５】
正極タブ７および負極タブ８の材料としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ステンレス（ＳＵＳ）、チタン（Ｔｉ）ミニウム（Ａｌ）などの材料、または、リン（Ｐ）、銀（Ａｇ）、スズ（Ｓｎ）、鉄（Ｆｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、クロム（Ｃｒ）、ケイ素（Ｓｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ニッケル（Ｎｉ）を含む合金を用いることができ、これらの材料のうちでも銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）合金を用いてことが好ましい。
【００２６】
また、シーラントの溶着性などを向上する観点から、正極タブ７および負極タブ８の表面に被覆層を形成することが好ましい。被覆層の材料としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、スズ（Ｓｎ）などを用いることができる。
【００２７】
［電池素子］
図４Ａは、正極４、負極５およびセパレータ６の積層構造の一例を示す斜視図である。図４Ｂは、正極４、負極５およびセパレータ６の積層構造の一例を示す平面図である。図４Ａに示すように、電池素子２は、正極４および負極５がセパレータ６を介して交互に、例えば、負極５、セパレータ６、正極４、セパレータ６、負極５・・・セパレータ６、負極５となるように重ね合わせて積層されることにより構成されている。
【００２８】
なお、図４Ｂに示すように、セパレータ６は正極集電体露出部４Ｃおよび負極集電体露出部５Ｃの奥行きｄａの半分以上を覆わないようにその寸法を設定するのが好ましい。図４Ｂは正極４のみを図示しているが負極５も同様である。すなわち、図４Ｂに示すように、正極集電体露出部４Ｃとセパレータ６とが重なる領域の奥行きＧと正極集電体露出部４Ｃの奥行きｄａとが下記の式（１）を満たすように構成するのが好ましい。
Ｇ＜（ｄａ／２）  ・・・（１）
【００２９】
セパレータ６により正極集電体露出部４Ｃおよび負極集電体露出部５Ｃの奥行きの半分以上が覆われると、正極集電体露出部４Ｃと正極タブ７、負極集電体露出部５Ｃと負極タブ８との接続面積が狭くなり入出力特性が低下することとなるからである。
【００３０】
［正極］
図５Ａおよび図５Ｂは、電池素子２を構成する正極４の構造を示す略線図である。正極４は、例えば、正極集電体４Ａの両面に正極活物質層４Ｂが設けられた構造を有している。なお、図示はしないが、正極集電体４Ａの片面のみに正極活物質層４Ｂを設けるようにしてもよい。
【００３１】
正極集電体４Ａの両面全面に正極活物質層４Ｂが設けられているのではなく、正極集電体４Ａの両面に所定の寸法の奥行きを有する正極集電体露出部４Ｃが形成されるように正極活物質層４Ｂが設けられている。正極集電体露出部４Ｃは正極端子として役割を担うものである。正極集電体露出部４Ｃの幅ｗａ（図５Ａ、図５Ｂにおいては正極集電体露出部４Ｃの長手方向の寸法）は正極活物質層４Ｂの幅Ｗａ（図５Ａ、図５Ｂにおいては正極活物質層４Ｂの短手方向の寸法）との関係において以下の式（２）を満たすように構成されている。
０．５＜（ｗａ／Ｗａ）≦１．０  ・・・（２）
【００３２】
式（２）において、０．５＜（ｗａ／Ｗａ）の場合とはすなわち、正極集電体露出部４Ｃの幅が正極活物質層４Ｂの幅の半分以上である場合である。図５Ａは（ｗａ／Ｗａ）＝０．５、である場合を示すものである。
【００３３】
また、式（２）において、（ｗａ／Ｗａ）＝１．０の場合とはすなわち、正極集電体露出部４Ｃの幅と正極活物質層４Ｂの幅とが等しい場合である。図５Ｂは（ｗａ／Ｗａ）＝１．０、である場合を示すものである。このように、従来の電池に比べて正極端子としての正極集電体露出部４Ｃの幅が大きくなるように構成されている。正極集電体露出部４Ｃの幅を大きく構成することにより、大電流の入出力が可能となる。また、正極集電体露出部４Ｃの幅と正極活物質層４Ｂの幅とが等しくなるように構成することにより、正極４の製造工程においては、正極集電体露出部４Ｃを細く形成するための打ち抜きや切り取りなどの工程を行う必要がないため、製造工程を簡略化することができる。
【００３４】
なお、正極集電体４Ａと、正極端子として機能する正極集電体露出部４Ｃとは一体的に構成されていてもよいし、別個のものとして形成して接続するという構成にしてもよい。図５Ａおよび図５Ｂにおいては、正極集電体４Ａと正極集電体露出部４Ｃとが一体的に形成されている例を示している。一体的に形成されている場合、正極集電体４Ａ上に正極活物質層４Ｂを設けるだけで正極集電体露出部４Ｃが形成されるため、正極４の作製工程を簡略化することができる。
【００３５】
なお、正極集電体露出部４Ｃを正極活物質層４Ｂの塗布方向と平行方向に形成する場合、正極集電体４Ａ原反の幅が正極活物質層４Ｂの幅と正極集電体露出部４Ｃの幅の和の整数倍であることが好ましい。さらには好ましくは、正極集電体４Ａの幅が正極活物質層４Ｂと正極集電体露出部４Ｃの幅の和の偶数倍となるようにするとよい。これにより、材料歩留まりが向上する。
【００３６】
また、正極集電体露出部４Ｃはその奥行きｄａ（図５Ａ、図５Ｂにおいては正極集電体露出部４Ｃの短手方向の寸法）が、正極活物質層４Ｂの奥行きＤａ（図５Ａ、図５Ｂにおいては正極活物質層４Ｂの長手方向の寸法）との関係において、以下の式（３）を満たすように形成されるのが好ましい。
０．０２＜（ｄａ／Ｄａ）≦０．４０  ・・・（３）
【００３７】
（ｄａ／Ｄａ）の値が０．０２未満では正極集電体露出部４Ｃと正極タブ７との接続面積が小さくなり、入出力特性が低下することとなる。一方、（ｄａ／Ｄａ）の値が０．４０以上となると正極一枚当たりの電池容量が小さくなる。よって、二次電池１全体における所望の電池容量を得るためには積層枚数を増やす必要が生じる。積層枚数を増やすと、例えば、超音波溶接により正極集電体露出部４Ｃと正極タブ７とを接続する場合、より大きなパワーとエネルギーが必要となる。これにより正極集電体露出部４Ｃが損傷し、溶解不良などの不具合が生じるおそれがある。さらに、積層枚数を増やすことに弊害として、放熱性の低下が挙げられる。放熱性が低下すると大電流入出時に二次電池１内部が高温となり、二次電池１の寿命の低下を招くおそれがある。
【００３８】
正極集電体４Ａは、例えば、アルミニウム箔などの金属箔により構成されている。正極活物質層４Ｂは、例えば、正極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料の１種または２種以上を含んでおり、必要に応じてグラファイトなどの導電剤およびポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んで構成されている。
【００３９】
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、リチウム酸化物、リチウムリン酸化物、リチウム硫化物あるいはリチウムを含む層間化合物などのリチウム含有化合物が適当であり、これらの２種以上を混合して用いてもよい。エネルギー密度を高くするには、リチウムと遷移金属元素と酸素（Ｏ）とを含むリチウム含有化合物が好ましく、中でも、遷移金属元素として、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）および鉄（Ｆｅ）からなる群のうちの少なくとも１種を含むものであればより好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、組成式（Ｉ）、組成式（II）もしくは組成式（III）に示した層状岩塩型の構造を有するリチウム複合酸化物、組成式（IＶ）に示したスピネル型の構造を有するリチウム複合酸化物、または組成式（Ｖ）に示したオリビン型の構造を有するリチウム複合リン酸塩などが挙げられ、具体的には、ＬｉＮｉ0.50Ｃｏ0.20Ｍｎ0.30Ｏ2、ＬｉaＣｏＯ2（ａ≒１）、ＬｉbＮｉＯ2（ｂ≒１）、Ｌｉc1Ｎｉc2Ｃｏ1-c2Ｏ2（ｃ１≒１，０＜ｃ２＜１）、ＬｉdＭｎ2Ｏ4（ｄ≒１）あるいはＬｉeＦｅＰＯ4（ｅ≒１）などがある。
【００４０】
ＬｉfＭｎ(1-g-h)ＮｉgＭ１hＯ(2-j)Ｆk  ・・・（Ｉ）
（式中、Ｍ１は、コバルト（Ｃｏ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、スズ（Ｓｎ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）およびタングステン（Ｗ）からなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｆ、ｇ、ｈ、ｊおよびｋは、０．８≦ｆ≦１．２、０＜ｇ＜０.５、０≦ｈ≦０.５、ｇ＋ｈ＜１、−０.１≦ｊ≦０.２、０≦ｋ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｆの値は完全放電状態における値を表している。）
【００４１】
ＬｉmＮｉ(1-n)Ｍ２nＯ(2-p)Ｆq  ・・・（II）
（式中、Ｍ２は、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、スズ（Ｓｎ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）およびタングステン（Ｗ）からなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｍ、ｎ、ｐおよびｑは、０．８≦ｍ≦１．２、０．００５≦ｎ≦０．５、−０．１≦ｐ≦０．２、０≦ｑ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｍの値は完全放電状態における値を表している。）
【００４２】
ＬｉrＣｏ(1-s)Ｍ３sＯ(2-t)Ｆu  ・・・（III）
（式中、Ｍ３は、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、スズ（Ｓｎ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）およびタングステン（Ｗ）からなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｒ、ｓ、ｔおよびｕは、０．８≦ｒ≦１．２、０≦ｓ＜０．５、−０．１≦ｔ≦０．２、０≦ｕ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｒの値は完全放電状態における値を表している。）
【００４３】
ＬｉvＭｎ2-wＭ４wＯxＦy  ・・・（ＩＶ）
（式中、Ｍ４は、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、スズ（Ｓｎ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）およびタングステン（Ｗ）からなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｖ、ｗ、ｘおよびｙは、０．９≦ｖ≦１．１、０≦ｗ≦０．６、３．７≦ｘ≦４．１、０≦ｙ≦０．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｖの値は完全放電状態における値を表している。）
【００４４】
ＬｉzＭ５ＰＯ4  ・・・（Ｖ）
（式中、Ｍ５は、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、タングステン（Ｗ）およびジルコニウム（Ｚｒ）からなる群のうちの少なくとも１種を表す。ｚは、０．９≦ｚ≦１．１の範囲内の値である。なお、リチウムの組成は充放電の状態によって異なり、ｚの値は完全放電状態における値を表している。）
【００４５】
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、これらの他にも、ＭｎＯ2、Ｖ2Ｏ5、Ｖ6Ｏ13、ＮｉＳ、ＭｏＳなどのリチウムを含まない無機化合物も挙げられる。
【００４６】
［負極］
図５Ｃおよび図５Ｄは電池素子２を構成する負極５の構造を示す略線図である。負極５は、例えば、負極集電体５Ａの両面に負極活物質層５Ｂが設けられた構造を有している。なお、図示はしないが、負極集電体５Ａの片面のみに負極活物質層５Ｂを設けるようにしてもよい。負極集電体５Ａは、例えば、銅箔などの金属箔により構成されている。
【００４７】
負極活物質層５Ｂは、負極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料のいずれか１種または２種以上を含んで構成されており、必要に応じて正極活物質層４Ｂと同様の結着剤を含んで構成されている。
【００４８】
なお、この電池素子２では、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料の電気化学当量が、正極４の電気化学当量よりも大きくなっており、充電の途中において負極５にリチウム金属が析出しないようになっている。
【００４９】
図５に示すように、負極集電体５Ａの両面全面に負極活物質層５Ｂが設けられているのではなく、負極集電体５Ａの両面に所定の寸法の奥行きを有する負極集電体露出部５Ｃが形成されるように負極活物質層５Ｂが設けられている。負極集電体露出部５Ｃは負極端子として役割を担うものである。負極集電体露出部５Ｃの幅ｗｃ（図５Ｃ、図５Ｄにおいては負極集電体露出部５Ｃの長手方向の寸法）は負極活物質層５Ｂの幅Ｗｃ（図５Ｃ、図５Ｄにおいては負極活物質層５Ｂの短手方向の寸法）との関係において以下の式（４）を満たすように構成されている。
０．５＜（ｗｃ／Ｗｃ）≦１．０  ・・・（４）
【００５０】
式（４）において、０．５＜（ｗｃ／Ｗｃ）の場合とはすなわち、負極集電体露出部５Ｃの幅が負極活物質層５Ｂの幅の半分以上である場合である。また、式（４）において、（ｗｃ／Ｗｃ）＝１．０の場合とはすなわち、負極集電体露出部５Ｃの幅と負極活物質層５Ｂの幅とが等しい場合である。このように、上述した正極４と同様に負極集電体露出部５Ｃの幅を大きく構成することにより、大電流の入出力が可能となる。また、負極集電体露出部５Ｃの幅と負極活物質層５Ｂの幅とが等しくなるように構成することにより、負極５の製造工程においては、負極集電体露出部５Ｃを細く形成するための打ち抜きや切り取りなどの工程を行う必要がないため、製造工程を簡略化することができる。
【００５１】
なお、負極集電体５Ａと、負極端子として機能する負極集電体露出部５Ｃとは一体的に構成されていてもよいし、別個のものとして形成して接続するという構成にしてもよい。図５Ｃおよび図５Ｄにおいては、負極集電体５Ａと負極集電体露出部５Ｃとが一体的に形成されている例を示している。一体的に形成されている場合、負極集電体５Ａ上に負極活物質層５Ｂを設けるだけで負極集電体露出部５Ｃが形成されるため、負極５の作製工程を簡略化することができる。
【００５２】
なお、負極集電体露出部５Ｃを負極活物質層５Ｂの塗布方向と平行方向に形成する場合、負極集電体５Ａ原反の幅が負極活物質層５Ｂの幅と負極集電体露出部５Ｃの幅の和の整数倍であることが好ましい。さらには好ましくは、負極集電体５Ａ原反の幅が負極活物質層５Ｂと負極集電体露出部５Ｃの幅の和の偶数倍となるようにするとよい。これにより、材料歩留まりが向上する。
【００５３】
また、負極集電体露出部５Ｃはその奥行きｄｃ（図５Ｃ、図５Ｄにおいては負極集電体露出部５Ｃの短手方向の寸法）が、負極活物質層５Ｂの奥行きＤｃ（図５Ｃ、図５Ｄにおいては負極活物質層５Ｂの長手方向の寸法）との関係において、以下の式（５）を満たすように形成されるのが好ましい。
０．０２＜（ｄｃ／Ｄｃ）≦０．４０  ・・・（５）
【００５４】
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば、難黒鉛化性炭素、易黒鉛化性炭素、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維あるいは活性炭などの炭素材料が挙げられる。このうち、コークス類には、ピッチコークス、ニードルコークスあるいは石油コークスなどがある。有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール樹脂やフラン樹脂などの高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいい、一部には難黒鉛化性炭素または易黒鉛化性炭素に分類されるものもある。また、高分子材料としてはポリアセチレンあるいはポリピロールなどがある。これら炭素材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少なく、高い充放電容量を得ることができると共に、良好なサイクル特性を得ることができるので好ましい。特に黒鉛は、電気化学当量が大きく、高いエネルギー密度を得ることができ好ましい。また、難黒鉛化性炭素は、優れた特性が得られるので好ましい。更にまた、充放電電位が低いもの、具体的には充放電電位がリチウム金属に近いものが、電池の高エネルギー密度化を容易に実現することができるので好ましい。
【００５５】
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、リチウムを吸蔵および放出することが可能であり、金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を構成元素として含む材料も挙げられる。このような材料を用いれば、高いエネルギー密度を得ることができるからである。特に、炭素材料と共に用いるようにすれば、高エネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるのでより好ましい。この負極材料は金属元素あるいは半金属元素の単体でも合金でも化合物でもよく、またこれらの１種または２種以上の相を少なくとも一部に有するようなものでもよい。なお、本発明において、合金には２種以上の金属元素からなるものに加えて、１種以上の金属元素と１種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体、共晶（共融混合物）、金属間化合物あるいはそれらのうちの２種以上が共存するものがある。
【００５６】
この負極材料を構成する金属元素あるいは半金属元素としては、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、カドミウム（Ｃｄ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、イットリウム（Ｙ）、パラジウム（Ｐｄ）あるいは白金（Ｐｔ）が挙げられる。これらは結晶質のものでもアモルファスのものでもよい。
【００５７】
中でも、この負極材料としては、短周期型周期表における４Ｂ族の金属元素あるいは半金属元素を構成元素として含むものが好ましく、特に好ましいのはケイ素（Ｓｉ）およびスズ（Ｓｎ）の少なくとも一方を構成元素として含むものである。ケイ素（Ｓｉ）およびスズ（Ｓｎ）は、リチウム（Ｌｉ）を吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。
【００５８】
スズ（Ｓｎ）の合金としては、例えば、スズ（Ｓｎ）以外の第２の構成元素として、ケイ素（Ｓｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）、およびクロム（Ｃｒ）からなる群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。ケイ素（Ｓｉ）の合金としては、例えば、ケイ素（Ｓｉ）以外の第２の構成元素として、スズ（Ｓｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）およびクロム（Ｃｒ）からなる群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。
【００５９】
スズ（Ｓｎ）の化合物あるいはケイ素（Ｓｉ）の化合物としては、例えば、酸素（Ｏ）あるいは炭素（Ｃ）を含むものが挙げられ、スズ（Ｓｎ）またはケイ素（Ｓｉ）に加えて、上述した第２の構成元素を含んでいてもよい。
【００６０】
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、更に、他の金属化合物あるいは高分子材料が挙げられる。他の金属化合物としては、ＭｎＯ2、Ｖ2Ｏ5、Ｖ6Ｏ13などの酸化物、ＮｉＳ、ＭｏＳなどの硫化物、あるいはＬｉＮ3などのリチウム窒化物が挙げられ、高分子材料としてはポリアセチレン、ポリアニリンあるいはポリピロールなどが挙げられる。
【００６１】
［セパレータ］
セパレータ６は、正極４と負極５とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。セパレータ６としては、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンまたはポリエチレンなどの合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の多孔質膜を単層で、またはそれらを複数積層したもの用いることができる。特に、セパレータ６としては、ポリオレフィン製の多孔質膜が好ましい。ショート防止効果に優れ、かつシャットダウン効果による電池の安全性向上を図ることができるからである。また、セパレータ６としては、ポリオレフィンなどの微多孔膜上に、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの多孔性の樹脂層を形成したものを用いてもよい。
【００６２】
一般的にセパレータ６の厚みは５μｍ以上５０μｍ以下が好適に使用可能であるが、５μｍ以上２０μｍ以下がより好ましい。セパレータ６は、厚すぎると活物質の充填量が低下して電池容量が低下するとともに、イオン伝導性が低下して電流特性が低下する。逆に薄すぎると、膜の機械的強度が低下し、異物などで正負両極がショートしたり、破れたりする。
【００６３】
［電解質］
電解質は、リチウムイオン二次電池に一般的に使用される電解質塩と非水溶媒が使用可能である。非水溶媒としては、具体的には、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、γ−ブチロラクトン、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）、エチルプロピルカーボネート（ＥＰＣ）、またはこれらの炭酸エステル類の水素をハロゲンに置換した溶媒などが挙げられる。これらの溶媒は１種類を単独で用いてもよいし、複数種を所定の組成で混合してもよい。
【００６４】
電解質塩としては、上記非水溶媒に溶解するものが用いられ、カチオンとアニオンが組み合わされてなる。カチオンにはアルカリ金属やアルカリ土類金属が用いられる。アニオンには、Ｃｌ-，Ｂｒ-，Ｉ-，ＳＣＮ-，ＣｌＯ4-，ＢＦ4-，ＰＦ6-，ＣＦ3ＳＯ3-などが用いられる。具体的には、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドリチウム（ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2）、ビス（ペンタフルオロエタンスルホニル）イミドリチウム（ＬｉＮ（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）2）過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）などが挙げられる。電解質塩濃度としては、上記溶媒に溶解することができる濃度であれば問題ないが、リチウムイオン濃度が非水溶媒に対して０．４ｍｏｌ／ｋｇ以上２．０ｍｏｌ／ｋｇ以下の範囲であることが好ましい。
【００６５】
ポリマー電解質を用いる場合は、非水溶媒と電解質塩とを混合してゲル状とした電解液をマトリクスポリマに取り込むことでポリマー電解質を得る。マトリクスポリマは、非水溶媒に相溶可能な性質を有している。このようなマトリクスポリマとしては、シリコンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリフォスファゼン変性ポリマー、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイドおよびこれらの複合ポリマーや架橋ポリマー、変性ポリマーなどが用いられる。また、フッ素系ポリマーとして、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ化ビニリデン（ＶｄＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）とを繰り返し単位に含む共重合体、フッ化ビニリデン（ＶｄＦ）とトリフルオロエチレン（ＴＦＥ）とを繰り返し単位に含む共重合体などのポリマーが挙げられる。このようなポリマーは、１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００６６】
（１−２）二次電池の製造方法
次に、図６Ａ〜図８Ｂを参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る二次電池１の製造方法の一例について説明する。
【００６７】
［正極の作製］
まず、例えば、正極活物質と、低結晶性炭素と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をＮ−メチルピロリドンなどの溶剤に分散させて正極合剤スラリーとする。次に、この正極合剤スラリーを正極集電体４Ａの両面に塗布する。なお、この塗布工程においては、正極合剤スラリーを正極集電体４Ａの全面に塗布するのではなく、正極集電体４Ａ上に正極活物質層４Ｂが存在しない正極集電体露出部４Ｃが形成されるように正極合剤スラリーを塗布する。次に、正極合剤スラリーを乾燥させたのち、ロールプレス機などにより圧縮成型して正極活物質層４Ｂを形成する。次に、所定のサイズとなるようにカットする。これにより、例えば、図６Ａに示す正極４が作製される。
【００６８】
［負極の作製］
まず、例えば、負極活物質と、結着剤とを混合して負極合剤を調製し、この負極合剤をＮ−メチルピロリドンなどの溶剤に分散させて負極合剤スラリーとする。次に、この負極合剤スラリーを負極集電体５Ａに塗布する。なお、この塗布工程においては、上述した正極４と同様に、負極合剤スラリーを負極集電体５Ａの全面に塗布するのではなく、負極集電体５Ａ上に負極活物質層５Ｂが存在しない負極集電体露出部５Ｃが形成されるように負極合剤スラリーを塗布する。次に、負極５溶剤を乾燥させたのち、ロールプレス機などにより圧縮成型して負極活物質層５Ｂを形成する。次に、所定のサイズとなるようにカットする。これにより、例えば、図６Ｂに示す負極５が作製される。
【００６９】
［積層工程］
次に、図６Ｃに示すように、正極４と負極５とを、セパレータ６を介して交互に、例えば、負極５、セパレータ６、正極４、セパレータ６、負極５・・・セパレータ６、負極５となるように重ね合わせて所定数の正極４および負極５を積層する。なお、図６Ｃに示すように、正極４と負極５とは正極集電体露出部４Ｃと負極集電体露出部５Ｃとが互いに反対の方向に向かうようにして積層される。すなわち、正極集電体露出部４Ｃと負極集電体露出部５Ｃとが同一方向へ向かうようには構成されていない。これにより、正極集電体露出部４Ｃに接続する正極タブ７、負極集電体露出部５Ｃに接続する負極タブ８の幅を最大で電池素子２の幅と略同一とすることが可能となり、大電流の入出力が可能となる。
【００７０】
次に、図６Ｄに示すように、正極４、負極５およびセパレータ６が密着するように押圧した状態で固定し、積層電極体を作製する。固定には、接着テープ２ａなどの固定部材を用いる。固定部材は、例えば積層電極体の両サイド部およびボトム部に設ける。ゲル電解質を用いる場合は、正極４および負極５の両面にゲル電解質層を形成した後、セパレータ６を介して積層する。
【００７１】
［タブ接続工程］
次に、図６Ｅに示すように、積層した正極４から引き出された複数の正極集電体露出部４Ｃおよび積層した負極５から引き出された複数の負極集電体露出部５Ｃを、例えば、断面略Ｕ字形状となるように折り曲げる。次に、必要に応じて、Ｕ字曲げ部を形成した正極集電体露出部４Ｃおよび負極集電体露出部５Ｃの先端を切り揃える。
【００７２】
次に、図６Ｆに示すように、正極集電体露出部４Ｃに対して正極タブ７の一端を溶接などにより電気的に接続するとともに、負極集電体露出部５Ｃに対して負極タブ８の一端を溶接などにより電気的に接続する。これにより、図７Ａに示す電池素子２が作製される。
【００７３】
［外装および注液工程］
まず、図７Ｂおよび図７Ｃに示すように、深絞り加工により形成された第１外装部３Ａの凹部９に電池素子２を収容する。次に、図７Ｄに示すように、凹部９に収容された電池素子２上に、第２外装部３Ｂを載置する。次に、図７Ｅに示すように、凹部９の外周部分をそのうちの１辺を残すようにして熱融着などにより溶着した後、未溶着の一辺から電解液を注液した後、この一辺を熱溶着して封止する。これにより、二次電池１が得られる。なお、1枚の外装材３の一部に対して深絞りにより凹部９を形成し、この凹部９に電池素子１を収容した後、外装材３を折り返して、電池素子１を外装材３により封止するようにしてもよい。また、電池素子２を収容するための凹部９を第１外装部３Ａおよび第２外装部３Ｂの両方に深絞り加工などにより形成するようにしてもよい。
【００７４】
［プレス工程］
次に、図８Ａに示すように、二次電池の両主面をそれぞれ、プレス面に凹凸形状が形成されたプレス部材１７、１８によりプレスした。これにより、図８Ｂに示すように、二次電池の両主面Ｓ１、Ｓ２に凹凸形状が形成された。プレスは、凹凸形状の転写性の向上の観点からすると、ヒートプレス（加熱プレス）であることが好ましい。プレスとしてヒートプレスを用いる場合には、ヒートプレスにより、外装材３に凹凸形状を形成するとともに、電池素子１に含浸した電解質用組成物をゲル化せるようにしてもよい。
以上により、目的とする二次電池が得られた。
【００７５】
第１の実施形態では、二次電池１の第１の主面Ｓ１および第２の主面Ｓ２の少なくとも一方に凹凸形状を形成しているので、二次電池の表面積を増加させることができる。したがって、エネルギー密度を低下させることなく、かつ、部品点数の増加もなく、低コストかつ容易に放熱性の高い二次電池１を実現できる。この効果は二次電池１が大きいほど、さらにその二次電池１をバッテリユニットにするほど効果を発揮し、近年急速に需要が高まっている産業向けの二次電池１に非常に有用である。
【００７６】
［変形例］
図９Ａは、本発明の第１の実施形態に係る二次電池１の第１の変形例を示す斜視図である。図９Ａに示すように、第１外装部３Ａおよび第２外装部３Ｂの両方が、電池素子１を収容するための凹部９を備えるようにしてもよい。この場合、第１外装部３Ａと第２外装部３Ｂの凹部９の深さは異なっていてもよい。
【００７７】
図９Ｂは、本発明の第１の実施形態に係る二次電池１の第２の変形例を示す斜視図である。図９Ｂに示すように、正極タブ７および負極タブ８の両方を外装材３の封止部分から外部に向かって同一方向に導出するようにしてもよい。
【００７８】
図９Ｃは、本発明の第１の実施形態に係る二次電池１の第３の変形例を示す斜視図である。図９Ｃに示すように、矩形状の外装材３を中央部から折り返して、外装材３により電池素子１を挟み、折り返しにより形成された１辺を除く、３辺を熱融着などにより封止するようにしてもよい。
【００７９】
図１０Ａは、本発明の第１の実施形態に係る二次電池１の第４の変形例を示す斜視図である。図１０Ａに示すように、外装材１の辺部の中央からずれた位置から正極タブ７および負極タブ８を導出するようにしてもよい。
【００８０】
図１０Ｂは、本発明の第１の実施形態に係る二次電池１の第５の変形例を示す斜視図である。図１０Ｂに示すように、正極タブ７および負極タブ８の導出位置を左右非対象としてもよい。
【００８１】
＜２．第２の実施形態＞
（２−１）二次電池の構成
図１１Ａは、本発明の第２の実施形態に係る二次電池１における電池素子２の構成例を示す斜視図である。図１１Ｂは、本発明の第２の実施形態に係る二次電池１における電池素子２の構成例を示す略線側面図である。第２の実施形態において第１の実施形態と同一または対応する箇所には同一の符号を付す。第２の実施形態は、セパレータ１２を長尺の帯状に形成してつづら折りにより折り畳む点、正極４および負極５を折り畳んだセパレータ１２の間に挟み込むことにより積層して電池素子２を構成する点において、第１の実施形態と異なっている。なお、セパレータ１２以外の二次電池１の構成は第１の実施形態と同様である。
【００８２】
［セパレータ］
セパレータ１２は、正極４と負極５とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。第２の実施形態においてはセパレータ１２は長尺の帯状に形成されている。そして、セパレータ１２は、正極４および負極５の幅と略同一の間隔でつづら折り状に折り畳まれる。セパレータ１２をつづら折り状に折りたたむことにより形成されるセパレータ１２の各面の幅は正極４および負極５の幅と略同一となっている。セパレータ１２は例えば、爪状の突起を折り目部分に当接させて引っ掛けることにより折り畳まれる。なお、セパレータ１２は第１の実施形態と同様に、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンまたはポリエチレンなどの合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の多孔質膜を単層で、またはそれらを複数積層したもの用いることができる。特に、セパレータ１２としては、ポリオレフィン製の多孔質膜が好ましい。また、セパレータ１２としては、ポリオレフィンなどの微多孔膜上に、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの多孔性の樹脂層を形成したものを用いてもよい。
【００８３】
［電池素子］
上述のようにつづら折りにより折畳まれたセパレータ１２の間に、複数枚の正極４および負極５が１枚ずつ交互に挟み込まれて挟持されることにより電池素子２が構成されている。正極４は、正極集電体露出部４Ｃがセパレータ１２の折り目方向に対して平行方向に向けてセパレータ１２間から導出されるように挟み込まれている。負極５も同様にセパレータ１２の折り目方向に対して平行方向に向けてセパレータ１２間から導出されるように挟み込まれている。
【００８４】
さらに、正極４と負極５とは、正極集電体露出部４Ｃと負極集電体露出部５Ｃとが互いに反対方向に向くようにセパレータ１２に挟み込まれている。このように、第２の実施形態においても第１の実施形態と同様に、電池素子２は、正極集電体露出部４Ｃと負極集電体露出部５Ｃとが同一方向へ向かうようには構成されていない。これにより、正極集電体露出部４Ｃに接続する正極タブ７、負極集電体露出部５Ｃに接続する負極タブ８の幅を最大で電池素子２の幅と略同一とすることが可能となり、大電流の入出力が可能となる。
【００８５】
（２−２）二次電池の製造方法
第２の実施形態に係る二次電池１は、以下のような工程で作製することができる。なお、正極４の作製、負極５の作製工程は第１の実施形態と同様である。
【００８６】
［積層工程］
正極４および負極５は、図１１Ａに示すように、つづら折り状に折り畳まれたセパレータ１２の間に挟み込まれることにより設けられる。これにより、正極４と負極５とを、セパレータ１２を介して交互に、例えば、負極５、セパレータ１２、正極４、セパレータ１２、負極５・・・セパレータ１２、負極５となるように重ね合わせて所定数の正極４および負極５を積層させることができる。
【００８７】
次に、正極４、負極５およびセパレータ１２が密着するように押圧した状態で固定し、積層電極体を作製する。固定には、接着テープなどの固定部材（図示せず）を用いる。固定部材は、例えば積層電極体の両サイド部およびボトム部に設ける。ゲル電解質を用いる場合は、正極４および負極５の両面にゲル電解質層を形成した後、セパレータ１２を介して積層する。これにより、電池素子２が構成される。
【００８８】
また、第１の実施形態と同様に、セパレータ１２は正極集電体露出部４Ｃおよび負極集電体露出部５Ｃの奥行きの半分以上を覆わないようにその寸法を設定するのが好ましい。セパレータ１２により正極集電体露出部４Ｃおよび負極集電体露出部５Ｃの奥行きの半分以上が覆われると、正極集電体露出部４Ｃと正極タブ７、負極集電体露出部５Ｃと負極タブ８との接合面積が狭くなり入出力特性が低下することとなるからである。
【００８９】
第２の実施形態によれば、電池素子２の製造工程において正極４、負極５およびセパレータ１２を順に積層していく必要がなく、セパレータ１２に正極４をはさみ込んでいく作業とセパレータ１２に負極５をはさみ込んでいく作業とを同時に行うことができる。これにより、二次電池１の製造効率を高めて、生産性の向上を図ることができる。
【００９０】
［変形例］
なお、セパレータ１２の折り曲げ方向は、図１１Ａに示すようなセパレータ１２の長手方向に沿う方向に限られるものではない。図１２に示すように、セパレータ１２の短手方向に沿う方向に折り曲げてもよい。この場合も長手方向に沿って折り曲げた場合と同様に、正極４と負極５とは正極集電体露出部４Ｃと負極集電体露出部５Ｃとが互いに反対方向に導出されるようにセパレータ１２に挟み込まれる。
【００９１】
＜３．第３の実施形態＞
（３−１）二次電池の構成
図１３Ａは、本発明の第３の実施形態に係る二次電池１の一構成例を示す分解斜視図である。この二次電池１は、正極リード３１および負極リード３２が取り付けられた巻回電極体３０をフィルム状の外装材３の内部に収容したものであり、小型化、軽量化および薄型化が可能となっている。
【００９２】
正極リード３１および負極リード３２は、それぞれ、外装材３の内部から外部に向かい例えば同一方向に導出されている。正極リード３１および負極リード３２は、例えば、アルミニウム、銅、ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料によりそれぞれ構成されており、それぞれ薄板状または網目状とされている。
【００９３】
外装材３は、例えば、ナイロンフィルム、アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に貼り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルムにより構成されている。外装材３は、例えば、ポリエチレンフィルム側と巻回電極体３０とが対向するように配設されており、各外縁部が融着あるいは接着剤により互いに密着されている。外装材３と正極リード３１および負極リード３２との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム４１が挿入されている。密着フィルム４１は、正極リード３１および負極リード３２に対して密着性を有する材料、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレンまたは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂により構成されている。
【００９４】
なお、外装材３は、上述したアルミラミネートフィルムに代えて、他の構造を有するラミネートフィルム、ポリプロピレンなどの高分子フィルムまたは金属フィルムにより構成するようにしてもよい。
【００９５】
図１３Ｂは、図１３Ａに示した巻回電極体３０のＡ−Ａ線に沿った断面図である。巻回電極体３０は、正極３３と負極３４とをセパレータ３５および電解質層３６を介して積層し、巻回したものであり、最外周部は保護テープ３７により保護されている。
【００９６】
正極３３は、正極集電体３３Ａの片面あるいは両面に正極活物質層３３Ｂが設けられた構造を有している。負極３４は、負極集電体３４Ａの片面あるいは両面に負極活物質層３４Ｂが設けられた構造を有しており、負極活物質層３４Ｂと正極活物質層３３Ｂとが対向するように配置されている。正極集電体３３Ａ、正極活物質層３３Ｂ、負極集電体３４Ａ、負極活物質層３４Ｂおよびセパレータ３５の構成は、それぞれ第１の実施形態における正極集電体４Ａ、正極活物質層４Ｂ、負極集電体５Ａ、負極活物質層５Ｂおよびセパレータ６と同様である。
【００９７】
電解質層３６は、電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となっている。ゲル状の電解質層３６は高いイオン伝導率を得ることができると共に、電池の漏液を防止することができるので好ましい。電解液（すなわち溶媒および電解質塩など）の構成は、第１の実施形態に係る二次電池と同様である。高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレンまたはポリカーボネートが挙げられる。特に電気化学的な安定性の点からはポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレンあるいはポリエチレンオキサイドが好ましい。
【００９８】
（３−２）二次電池の製造方法
次に、本発明の第３の実施形態に係る二次電池１の製造方法の一例について説明する。
【００９９】
まず、正極３３および負極３４のそれぞれに、溶媒と、電解質塩と、高分子化合物と、混合溶剤とを含む前駆溶液を塗布し、混合溶剤を揮発させて電解質層３６を形成する。そののち、正極集電体３３Ａの端部に正極リード３１を溶接により取り付けると共に、負極集電体３４Ａの端部に負極リード３２を溶接により取り付ける。次に、電解質層３６が形成された正極３３と負極３４とをセパレータ３５を介して積層し積層体としたのち、この積層体をその長手方向に巻回して、最外周部に保護テープ３７を接着して巻回電極体３０を形成する。最後に、例えば、外装材３の間に巻回電極体３０を挟み込み、外装材３の外縁部同士を熱融着などにより密着させて封入する。その際、正極リード３１および負極リード３２と外装材３との間には密着フィルム４１を挿入する。これにより、図１３Ａに示した二次電池が得られる。
【０１００】
また、この二次電池１は、次のようにして作製してもよい。まず、上述のようにして正極３３および負極３４を作製し、正極３３および負極３４に正極リード３１および負極リード３２を取り付ける。次に、正極３３と負極３４とをセパレータ３５を介して積層して巻回し、最外周部に保護テープ３７を接着して、巻回電極体３０の前駆体である巻回体を形成する。次に、この巻回体を外装材３に挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状とし、外装材３の内部に収納する。次に、溶媒と、電解質塩と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を用意し、外装材３の内部に注入する。
【０１０１】
電解質用組成物を注入したのち、外装材３の開口部を真空雰囲気下で熱融着して密封する。次に、例えばヒートプレスにより、熱を加えてモノマーを重合させて高分子化合物とすることによりゲル状の電解質層３６を形成する。以上により、図１３Ａに示した二次電池が得られる。
【０１０２】
この第３の実施形態に係る二次電池の作用および効果は、第１の実施の形態に係る二次電池と同様である。
【０１０３】
＜４．第４の実施形態＞
以下、図１４〜図１９を参照しながら、本発明の第４の実施形態に係るバッテリユニットおよびバッテリモジュールの一例について説明する。
【０１０４】
［バッテリユニット］
図１４Ａ、図１４Ｂは、本発明の第４の実施形態に係るバッテリユニットの構成例を示す斜視図である。図１４Ａおよび図１４Ｂには、それぞれ異なる側から見たバッテリユニット１００が示されており、図１４Ａに主に示されている側をバッテリユニット１００の正面側とし、図１４Ｂに主に示されている側をバッテリユニット１００の背面側とする。図１４に示すように、バッテリユニット１００は、二次電池１−１および１−２、組合せ部材としてのブラケット１１０、並びに、バスバー１２０−１および１２０−２を備えて構成される。二次電池１−１および１−２は上述した第１〜第３の実施形態のいずれかの構成を採用した二次電池である。
二次電池１−１および１−２、バッテリユニット１００、ならびにバッテリモジュール２００は、電動工具、電気自動車、ハイブリッド電気自動車および電動アシスト自転車、ならびに住宅もしくはビルなどに用いる蓄電システム等に用いて好適なものである。
【０１０５】
図１４Ｃは、図１４Ａに示したＡ−Ａ線に沿った断面図である。図１４Ｃに示すように、バッテリユニット１００は、端面となる正面Ｓａと背面Ｓｂとを有し、これらの正面Ｓａと背面Ｓｂとの両方に凹凸形状が形成されていることが好ましい。これにより、バッテリユニット１００の放熱性を向上することができるからである。
【０１０６】
また、ブラケット１１０により組み合わされた電池１−１と電池１−２との対向面の少なくとも一方に、凹凸形状を設けることが好ましい。バッテリユニット１００の放熱性の向上の観点からすると、電池１−１と電池１−２との対向面の両方に凹凸形状を設けることが好ましい。このように対向面に対して凹凸形状を設ける場合、電池１−１および電池１−２の対向面と、ブラケット１１０とにより形成される空間部Ｃ１を、外部と導通させるための１または複数の孔部（図示せず）をブラケット１１０に形成することが好ましい。これにより、電池１−１と電池１−２との対向面から空間部Ｃ１に放熱された熱を、１または複数の孔部を介してバッテリユニット１００の外部に放出することができるからである。孔部の形状は特に限定されるものではないが、例えばスリット状などが挙げられる。
【０１０７】
ブラケット１１０は、二次電池１−１および１−２の強度を確保するための支持具であり、ブラケット１１０の正面側に二次電池１−１が装着され、ブラケット１１０の背面側に二次電池１−２が装着される。なお、ブラケット１１０は、正面側および背面側のどちらから見ても、ほぼ同じ形状をしているが、下側の一方の角部分に面取り部１１１が形成されており、面取り部１１１が右下に見える側を正面側とし、面取り部１１１が左下に見える側を背面側とする。
【０１０８】
バスバー１２０−１および１２０−２は、略Ｌ字形状をした金属の部材であり、二次電池１−１および１−２のタブに接続される接続部分がブラケット１１０の側面側に配置され、バッテリユニット１００の外部と接続されるターミナルがブラケット１１０の上面に配置されるように、ブラケット１１０の両側面にそれぞれ装着される。
【０１０９】
図１５は、バッテリユニット１００が分解された状態を示す斜視図である。図１５の上側をバッテリユニット１００の正面側とし、図１５の下側をバッテリユニット１００の背面側とする。以下、二次電池１−１において内部に電池素子が収容された凸状部分を二次電池本体１−１Ａと称する。同様に、二次電池１−２において内部に電池素子が収容された凸状部分を二次電池本体１−２Ａと称する。
【０１１０】
そして、二次電池１−１および１−２は、凸形状となっている二次電池本体１−１Ａおよび１−２Ａ側を互いに向い合せた状態で、ブラケット１１０に装着される。つまり、二次電池１−１は正極タブ７−１および負極タブ８−１が設けられる面が正面側を向き、二次電池２−２は正極タブ７−２および負極タブ８−２が設けられる面が背面側を向くように、ブラケット１１０に装着される。
【０１１１】
ブラケット１１０は、外周壁１１２およびリブ部１１３を有している。外周壁１１２は、二次電池１−１および１−２の二次電池本体１−１Ａおよび１−２Ａの外周よりも若干広く、即ち、二次電池１−１および１−２が装着された状態で二次電池本体１−１Ａおよび１−２Ａを囲うように形成される。リブ部１１３は、外周壁１１２の内側の側面に外周壁１１２の厚み方向の中央部分から内側に向かって伸びるように形成される。
【０１１２】
図１５の構成例では、二次電池１−１および１−２が、ブラケット１１０の正面側および背面側から外周壁１１２内に挿入され、両面に粘着性を有する両面テープ１３０−１および１３０−２により、ブラケット１１０のリブ部１１３の両面に貼着される。両面テープ１３０−１および１３０−２は、二次電池１−１および１−２の外周端に沿った所定の幅の略ロ字形状をしており、ブラケット１１０のリブ部１１３は、両面テープ１３０−１および１３０−２が貼着する面積だけ設けられていればよい。
【０１１３】
このように、リブ部１１３は、二次電池１−１および１−２の外周端に沿った所定の幅だけ、外周壁１１２の内側の側面から内側に向かって伸びるように形成されており、リブ部１１３よりも内側は、開口部となっている。従って、ブラケット１１０の正面側から両面テープ１３０−１によりリブ部１１３に貼着される二次電池１−１と、ブラケット１１０の背面側から両面テープ１３０−２によりリブ部１１３に貼着される二次電池２−２との間では、この開口部によって隙間が生じている。
【０１１４】
即ち、ブラケット１１０の中央部分に開口部が形成されていることで、二次電池１−１および１−２は、リブ部１１３の厚みと両面テープ１３０−１および１３０−２の厚みとを合計した寸法の隙間を有してブラケット１１０に装着される。例えば、二次電池１−１および１−２には、充放電やガスの発生などにより多少の膨らみが生じることがあるが、この開口部により設けられる間隙が、二次電池１−１および１−２の膨らみを逃がす空間となる。従って、二次電池１−１および１−２が膨らんだ部分によってバッテリユニット１００全体の厚みが増加するなどの影響を排除することができる。
【０１１５】
また、二次電池１−１および１−２をリブ部１１３に接着する際に、接着面積が広い場合にはかなりの圧力が必要となるが、リブ部１１３の接着面を外周端に限定することにより、効率よく圧力をかけて、容易に接着することができる。これにより、製造時に二次電池１−１および１−２にかかるストレスを軽減することができる。
【０１１６】
図１５に示すように、１つのブラケット１１０に２つの二次電池１−１および１−２を取り付けることにより、例えば、１つのブラケットに１つの二次電池を取り付ける場合よりも、ブラケット１１０の厚みと空間を削減することができる。これにより、エネルギー密度を向上させることができる。
【０１１７】
また、バッテリユニット１００の厚み方向の剛性を、２枚の二次電池１−１および１−２を張り合わせる相乗効果により得られるため、ブラケット１１０のリブ部１１３を薄肉化することができる。即ち、例えば、リブ部１１３の厚みを１ｍｍ以下（樹脂成型の限界の厚み程度）にしても、二次電池１−１および１−２をリブ部１１３の両側から張り合わせることで、バッテリユニット１００全体として十分な剛性を得ることができる。そして、リブ部１１３の厚みを薄くすることにより、バッテリユニット１００の厚みが薄くなり容積が縮小することになる結果、バッテリユニット１００のエネルギー密度を向上させることができる。
【０１１８】
また、バッテリユニット１００は、外的なストレスに対する耐性を高めるため、二次電池１−１および１−２の外周面（両側面および上下面）が、ブラケット１１０の外周壁１１２の内周面と接触しない構造とし、二次電池１−１および１−２が有する広い面でリブ部１１３に張り合わされる構造となっている。
【０１１９】
このような構成により、エネルギー密度が高く、かつ、外的なストレスに強いバッテリユニット１００を実現することができる。
【０１２０】
［バッテリモジュール］
次に、図１６〜図１９を参照して、バッテリユニット１００が組み合わされたバッテリモジュール２００の構成例について説明する。バッテリモジュール２００は、モジュールケース２１０、ゴムシート部２２０、二次電池部２３０、二次電池カバー２４０、固定シート部２５０、電気パーツ部２６０、およびボックスカバー２７０を備えて構成されている。
【０１２１】
モジュールケース２１０は、バッテリユニット１００を収納して使用機器に搭載するためのケースであり、図１６の構成例では、２４個のバッテリユニット１００が収納可能なサイズとされている。
【０１２２】
ゴムシート部２２０は、バッテリユニット１００の底面に敷かれて、衝撃などを緩和するためのシートである。ゴムシート部２２０では、３個のバッテリユニット１００ごとに１枚のゴムシートが設けられ、２４個のバッテリユニット１００に対応するために８枚のゴムシートが用意される。
【０１２３】
二次電池部２３０は、図１６の構成例では、２４個のバッテリユニット１００が組み合わされて構成されている。また、二次電池部２３０では、３個のバッテリユニット１００が並列に接続されて並列ブロック２３１を構成し、８個の並列ブロック２３１が直列に接続される接続構成となっている。
【０１２４】
二次電池カバー２４０は、二次電池部２３０を固定するためのカバーであり、二次電池１のバスバー１２０に対応した開口部が設けられている。
【０１２５】
固定シート部２５０は、二次電池カバー２４０の上面に配置され、ボックスカバー２７０がモジュールケース２１０に固定されたときに、二次電池カバー２４０およびボックスカバー２７０に密着して固定するシートである。
【０１２６】
電気パーツ部２６０は、バッテリユニット１００の充放電を制御する充放電制御回路などの電気的な部品を有する。充放電制御回路は、例えば、二次電池部２３０において２本の列をなすバスバー１２０の間の空間に配置される。
【０１２７】
ボックスカバー２７０は、モジュールケース２１０に各部が収納された後に、モジュールケース２１０を閉鎖するためのカバーである。
【０１２８】
ここで、バッテリモジュール２００では、３個のバッテリユニット１００が並列に接続された並列ブロック２３１が直列に接続されて二次電池部２３０が構成されており、この直列の接続が、電気パーツ部２６０が有する金属板材で行われる。従って、二次電池部２３０では、並列ブロック２３１ごとに端子の向きが交互になるように、即ち、隣り合う並列ブロック２３１どうしでプラスの端子とマイナスの端子とが並ぶように、並列ブロック２３１がそれぞれ配置される。そこで、バッテリモジュール２００では、隣り合う並列ブロック２３１で同極の端子が並ぶことを回避させるような工夫が必要である。
【０１２９】
例えば、図１７に示すように、バッテリユニット１００−１〜１００−３により構成される並列ブロック２３１−１と、バッテリユニット１００−４〜１００−６により構成される並列ブロック２３１−２とでは、プラスの端子とマイナスの端子とが隣り合うような配置で、モジュールケース２１０に収納される。このような配置となるように規制するために、バッテリユニット１００のブラケット１１０の下側の一方の角部分に形成されている面取り部１１１が利用される。
【０１３０】
例えば、図１８および図１９に示すように、並列ブロック２３１では、バッテリユニット１００−１〜１００−３は、それぞれの面取り部１１１−１〜１１１−３が同じ向きとなるように組み合わされており、面取り領域２８０を形成する。そして、モジュールケース２１０には、面取り領域２８０の傾斜に応じた傾斜部２９０が形成されており、傾斜部２９０は、二次電池１の３個分の厚みに応じた長さで、交互に配置されている。
【０１３１】
このように、並列ブロック２３１の面取り領域２８０と、モジュールケース２１０の傾斜部２９０とにより、並列ブロック２３１を間違った向きでモジュールケース２１０に収納しようとした場合には、並列ブロック２３１の底側の角部がモジュールケース２１０の傾斜部２９０に当接することになる。この場合、並列ブロック２３１がモジュールケース２１０の底面から浮き上がった状態となるため、並列ブロック２３１がモジュールケース２１０に完全に収納されなくなる。これにより、バッテリモジュール２００では、隣り合う並列ブロック２３１で同極の端子が隣り合って並ぶことが回避される。
【０１３２】
図２０Ａは、図１６に示したＡ−Ａ線の断面図である。図２０Ａに示すように、モジュールケース２１０は、複数のバッテリユニット１００を所定間隔Ｄ離して収容可能に構成されている。バッテリユニット１００の対向面の少なくとも一方に凹凸形状を設けることが好ましい。バッテリモジュール２００の放熱性の向上の観点からすると、バッテリユニット１００の対向面の両方に凹凸形状を設けることが好ましい。各バッテリユニット１００間には、幅Ｄの空間部Ｃ２が設けられている。この空間部Ｃ２は、バッテリユニット１００の対向面により形成され、その空間部Ｃ２の側方は開放されている開放空間部であることが好ましい。このように空間部Ｃ２を開放空間部とすることで、冷却風の通路を形成し、バッテリユニット１００の対向面から空間部Ｃ２に放熱された熱を、モジュールケース２１０に設けられた通気孔などを介して外部に放出できる。
【０１３３】
また、図２０Ｂに示すように、電池１−１と電池１−２とを所定間隔ｄ離して支持可能なようにブラケット１１０を構成するようにしてもよい。この場合、電池１−１と電池１−２との対向面の少なくとも一方に、凹凸形状を設けることが好ましい。バッテリモジュール２００の放熱性の向上の観点からすると、電池１−１と電池１−２との対向面の両方に凹凸形状を設けることが好ましい。電池１−１と電池１−２との間には、幅ｄの空間部Ｃ１が設けられている。この空間部Ｃ１は、電池１−１と電池１−２との対向面とブラケット１１０とにより形成されている。空間部Ｃ１の側方の少なくとも一部は、ブラケット１１０に設けられた１または複数の孔部１１０ａにより開放され、空間部Ｃ１が開放空間部となって冷却風の通路を形成していることが好ましい。このように空間部Ｃ１を開放空間部とすることで、電池１−１と電池１−２との対向面から空間部Ｃ１に放熱された熱を、モジュールケース２１０に設けられた通気孔などを介して外部に放出できる。
【０１３４】
複数の空間部Ｃ１および空間部Ｃ２は、側方が開放された開放空間部を含んでいることが好ましい。具体的には、空間部Ｃ１および空間部Ｃ２の少なくとも一方が、側方が開放された開放空間部であることが好ましく、両方が開放空間部であることがより好ましい。また、開放空間部の形成の容易さの観点からすると、空間部Ｃ１および空間部Ｃ２のうち、バッテリユニット１００間に形成される空間部Ｃ２を開放空間部とすることが好ましい。開放空間部を形成する電池１−１、１−２の対向面の少なくとも一方には、凹凸形状を設けることが好ましい。バッテリモジュール２００の放熱性の向上の観点からすると、電池１−１、１−２の対向面の両方に凹凸形状を設けることが好ましい。
【実施例】
【０１３５】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【０１３６】
（算術平均粗さ）
以下に示す実施例および比較例において、算術平均粗さの測定には、Keyence製のレーザーマイクロスコープ(VK-8710、使用対物レンズ×２０)を用いた。なお、算術平均粗さの測定は、ＪＩＳＢ０６０１：１９９４により準拠して行った。
【０１３７】
（実施例１）
（正極作製）
正極は以下のように作製した。まず、リン酸鉄リチウム９０質量部、ポリフッ化ビニリデン５質量部、カーボンブラック５質量部、分量外のＮ−メチルピロリドンをミキサーで混錬、さらに所望の粘度になるようにＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を添加し分散させ、正極合剤スラリーを得た。次に、正極集電体露出部が形成されるように正極合剤スラリーを厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥後、ロールプレス機などにより圧縮成型することにより正極活物質層を形成した。その後、矩形状に切断し、正極を得た。正極集電体露出部の幅ｗａと正極活物質層の幅Ｗａとの関係が（ｗａ／Ｗａ）＝１．０となるようにし、正極集電体露出部の奥行きｄａと正極活物質層の奥行きＤａとの関係が（ｄａ／Ｄａ）＝０．１となるようにした。
【０１３８】
（負極作製）
負極は以下のようにして作製した。まず、人造黒鉛９４質量部、ポリフッ化ビニリデン５質量部、カーボンブラック１質量部、分量外のＮ−メチルピロリドンを混錬し、負極合剤スラリーを得た。次に、負極集電体露出部が形成され、負極集電体露出部の幅ｗｃと負極活物質層の幅Ｗｃとの関係を（ｗｃ／Ｗｃ）＝１．０となるように、負極合剤スラリーを厚さ８μｍの銅箔の両面に塗布、乾燥後、ロールプレス機などにより圧縮成型することにより負極活物質層を形成した。その後、これを矩形状に切断し、負極を得た。負極集電体露出部の幅ｗｃと負極活物質層の幅Ｗｃとの関係が（ｗｃ／Ｗｃ）＝１．０となるようにし、負極集電体露出部の奥行きｄｃと負極活物質層の奥行きＤｃとの関係が（ｄｃ／Ｄｃ）＝０．１となるようにした。
【０１３９】
（電池素子作製）
電池素子２は以下のようにして作製した。まず、厚さ２０μｍのポリプロピレン製微多孔フィルムを図４Ａに示す形状に切断し、これをセパレータとした。次に、上述のようにして得られた負極２０枚、正極１９枚、セパレータ３８枚を、図４Ａに示すように、負極、セパレータ、正極、・・・、正極、セパレータ、負極の順で積層して、電池素子を作製した。なお、正極と負極とは正極集電体露出部と負極集電体露出部とが反対向きになるように積層した。これにより、正極合剤層、セパレータおよび負極合剤層からなる基本積層単位を３８層分内包する電池素子が得られた。なお、電池素子の上下最外層は負極合剤層となるが、これらの部分は正極と対向していないため電池反応には寄与するものではない。また、この積層に際しては、積層方向から見て、正極合剤層の投影面が負極合剤層の投影面の内側に収まるように、負極と正極の相対位置を調整した。
【０１４０】
（二次電池作製）
次に、正極集電体露出部１９枚を同時にＡｌ製の正極タブに超音波溶接した。同様にして、負極集電体露出部２０枚を同時にＮｉ製の負極タブに超音波溶接した。次に、外装材であるアルムラミネートフィルムとして、無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）からなる樹脂層、接着層、アルミ箔、接着層、ナイロンからなる樹脂層を順次積層した矩形状のものを準備した。次に、正極タブおよび負極タブの一端を外部に引き出すようにして、電池素子をアルミラミネートフィルムの収容部に収容した。次に、電池素子を収容した収容部上にアルミラミネートフィルムを載置して、一辺を除く周縁部を熱融着してアルミラミネートフィルムを袋状とした。
【０１４１】
次に、電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤とを含む液状の電解質用組成物を用意した。電解液としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートを５０：５０の質量比で混合し、０．７ｋｍｏｌ／ｋｇのＬｉＰＦ6を溶解して調製したものを用いた。次に、袋状のアルミラミネートフィルムの開口部側から電解質用組成物を注入し、電池素子に含浸させたのち、開口部を熱融着して封止した。
【０１４２】
次に、アルミラミネートフィルムに収容した電池素子を、プレス面に凹凸形状を有するプレス機に搬送し、このプレス機で電池の両主面をヒートプレスした。これにより、算術平均粗さ（Ｒａ）が２μｍの凹凸形状が電池の両主面に形成されるとともに、電解質用組成物がゲル化されて電池素子を構成する正極、負極、およびセパレータが一体化された。ヒートプレスにより一体化された電池素子の厚さは、５ｍｍであった。
以上により、目的とする電池が作製された。
【０１４３】
（実施例２）
算術平均粗さ（Ｒａ）を５０μｍの凹凸形状を電池の両主面に対して形成したこと以外は、実施例１と同様にして電池を作製した。
【０１４４】
（実施例３）
算術平均粗さ（Ｒａ）が２００μｍの凹凸形状を電池の両主面に対して形成したこと以外は、実施例１と同様にして電池を作製した。
【０１４５】
（実施例４）
積層数を調整してヒートプレス後の電池素子の厚みを７ｍｍとしたこと以外は実施例１と同様にして、電池素子を作製した。
【０１４６】
（実施例５）
積層数を調整してヒートプレス後の電池素子の厚みを１０ｍｍとしたこと以外は実施例１と同様にして、電池素子を作製した。
【０１４７】
（実施例６）
算術平均粗さ（Ｒａ）が５０μｍの凹凸形状を電池の両主面に対して形成したこと以外は、実施例４と同様にして電池を作製した。
【０１４８】
（実施例７）
算術平均粗さ（Ｒａ）が５０μｍの凹凸形状を電池の両主面に対して形成したこと以外は、実施例５と同様にして、電池を作製した。
【０１４９】
（実施例８）
算術平均粗さ（Ｒａ）が２００μｍの凹凸形状を電池の両主面に対して形成したこと以外は、実施例４と同様にして、電池を作製した。
【０１５０】
（実施例９）
算術平均粗さ（Ｒａ）が２００μｍの凹凸形状を電池の両主面に対して形成したこと以外は、実施例５と同様にして、電池を作製した。
【０１５１】
（実施例１０）
電池素子の構造を巻回構造とした以外は、実施例１と同様にして電池を作製した。
【０１５２】
（比較例１）
平滑なプレス面を有するプレス機を用いて電池素子の両主面をプレスしたこと以外は、実施例１と同様にして電池を作製した。
【０１５３】
（比較例２）
積層数を調整してヒートプレス後の電池素子の厚みを４ｍｍとしたこと以外は、比較例１と同様にして電池を作製した。
【０１５４】
（比較例３）
積層数を調整してヒートプレス後の電池素子の厚みを７ｍｍとしたこと以外は、比較例１と同様にして電池を作製した。
【０１５５】
（比較例４）
積層数を調整してヒートプレス後の電池素子の厚みを１０ｍｍとしたこと以外は、比較例１と同様にして電池を作製した。
【０１５６】
（実施例１１）
算術平均粗さ（Ｒａ）が２μｍの凹凸形状を電池の両主面に対して形成したこと以外は、比較例２と同様にして電池を作製した。
【０１５７】
（実施例１２）
算術平均粗さ（Ｒａ）が５０μｍの凹凸形状を電池の両主面に対して形成したこと以外は、比較例２と同様にして電池を作製した。
【０１５８】
（実施例１３）
算術平均粗さ（Ｒａ）が２００μｍの凹凸形状を電池の両主面に形成したこと以外は、比較例２と同様にして電池を作製した。
【０１５９】
（比較例５）
電池素子の構造を巻回構造とした以外は、比較例１と同様にして電池を作製した。
【０１６０】
（実施例１４）
算術平均粗さ（Ｒａ）が２５０μｍの凹凸形状を電池の両主面に形成したこと以外は、実施例１と同様にして、電池を作製した。
【０１６１】
（実施例１５）
算術平均粗さ（Ｒａ）が２μｍの凹凸が予め表面に形成された外装ラミネートを用いたこと以外は、実施例１と同様にして電池を作製した。
【０１６２】
（放熱特性）
上述のようにして得られた電池の放熱特性を以下のようにして評価した。
まず、電池の主面に対して熱電対を貼り付けた。次に、１Ｃでの定電流充電を上限電圧が３．６Ｖまで行った後、２３℃の恒温槽内で５Ｃ放電をさせて、そのときの最高温度を測定した。その結果を表１に示す。
なお、「１Ｃ」とは、完全充電状態から電池公証容量を1時間で放電しきる電流値のことを示す。
【０１６３】
（サイクル特性）
上述のようにして得られた電池のサイクル特性を以下のようにして評価した。
まず、２Ｃでの定電流充電を上限電圧が３．６Ｖまで行った後、５Ｃで電圧２Ｖまで放電し、１サイクル目の放電容量を求めた。次に、この１サイクル目の放電容量を測定した場合と同様の条件で充放電を繰り返し、１０００サイクル目の放電容量を求めた。次に、１サイクル目の放電容量および１０００サイクル目の放電容量を用いて、以下の式から１０００サイクル後の容量維持率を求めた。その結果を表１に示す。
１０００サイクル後の容量維持率［％］＝（１０００サイクル目の放電容量／１サイクル目の放電容量）×１００
【０１６４】
表１は、実施例１〜１５、比較例１〜５の電池の評価結果を示す。
【表１】
2012113843.tif 000003
【０１６５】
表１から以下のことがわかる。
実施例１と比較例１の結果より、算術平均粗さ（Ｒａ）が２μｍの凹凸形状を電池の両主面に形成することで、電池の放熱性を改善し、電池最高温度を低減できる。
実施例１、２、３の結果より、算術平均粗さ（Ｒａ）が大きいほど、電池最高温度が低下する傾向がある。
実施例１、４、５の結果より、電池の厚みが厚くなっても、同様の効果が得られる傾向がある。
【０１６６】
実施例１〜１３、比較例１〜４の結果より、電池素子厚みが厚い方が、算術平均粗さ（Ｒａ）による電池最高温度の低下は大きくなる傾向がある。また、比較例２、実施例１１〜１３の結果より、電池素子厚みが４ｍｍであると効果はあるものの、その効果は小さくなる傾向がある。これは、電池素子厚みが厚くなることで起きる蓄熱効果の影響が効いているためであると思われる。つまり、電池素子厚みが５ｍｍ未満であると、電池自体の蓄熱効果が少なく、もともと容易に放熱できるため、表面の凹凸形状による効果が顕著に発現しないためと考えられる。
【０１６７】
実施例１、１０と比較例１、５の結果より、発電素子構造によらず効果が得られることがわかる。
実施例１、２、３、１４の結果より、算術平均粗さ（Ｒａ）が２００μｍを超えると、放熱性は向上するが、電池の寿命に影響が生じる傾向がある。これは、表面の凹凸形状を形成する工程で、電池素子自体にダメージを与えてしまったためであると考えられる。したがって、電池の寿命に対する影響を抑制する観点から、算術平均粗さ（Ｒａ）は２００μｍ以下であることが好ましい。
【０１６８】
実施例１と実施例１５の結果より、あらかじめ外装ラミネートに凹凸形状を付けても放熱効果が得られるが、あらかじめ外装ラミネートに凹凸形状を付けると、電池寿命が短くなる傾向がある。これは、外装ラミネートに凹凸形状をつけることで、ヒートシール部のシール性が低下し、水分侵入などの影響で、電池寿命が低下したものと考えられる。つまり電池表面に形成する凹凸形状は、外装ラミネートに予め付けるのではなく、電池製造工程にて付けることが好ましい。
【０１６９】
（実施例１６）
実施例１の電池を用いて２並列２直列のバッテリユニットを以下のようにして作製した。
まず、実施例１の電池を２個準備し、これらの電池をブラケットに両面テープで貼り合わせて、電気的に並列に接続して２並列のバッテリユニットを作製した。次に、このバッテリユニットを２個準備し、これらのバッテリユニットを直列に接続した。以上により、２並列２直列のバッテリユニットが作製された。
【０１７０】
（比較例６）
比較例１の電池を用いたこと以外は、実施例１６と同様にして２並列２直列のバッテリユニットを作製した。
【０１７１】
（比較例７）
比較例２の電池を用いたこと以外は、実施例１６と同様にして２並列２直列のバッテリユニットを作製した。
【０１７２】
（実施例１７）
実施例１１の電池を用いたこと以外は、実施例１６と同様にして２並列２直接のバッテリユニットを作製した。
【０１７３】
（放熱特性）
上述のようにして得られたバッテリユニットの放熱特性を、上述の電池の放熱特性と同様の評価方法により評価した。その結果を表２に示す。
【０１７４】
（サイクル特性）
上述のようにして得られたバッテリユニットのサイクル特性を、上述の電池のサイクル特性の評価方法と同様にして評価した。その結果を表２に示す。
【０１７５】
表２は、実施例１６、１７、比較例６、７のバッテリユニットの評価結果を示す。
【表２】
2012113843.tif 000004
【０１７６】
表２から以下のことがわかる。
実施例１６と比較例６の結果より、算術平均粗さ（Ｒａ）が２μｍの凹凸形状を電池の両主面に形成することで、電池の放熱性を改善し、電池最高温度を低減することができるが、この効果は電池をバッテリユニットにしたときにより顕著なものとなる傾向がある。
【０１７７】
実施例１７と比較例７の結果より、電池素子厚みが４ｍｍでも効果はあるが、表面の凹凸による放熱性の改善度合いが小さくなる傾向がある。これらの結果は、バッテリユニットにした方がより蓄熱効果が出てしまうため、単電池の効果がより顕著に発現したためである。つまり、本発明は、単電池でも効果があるが、バッテリユニットにしたときにより顕著に効果を発揮するものである。
【０１７８】
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【０１７９】
例えば、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。
また、上述の実施形態の構成、方法、工程、形状、材料および数値などは、本発明の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。
【０１８０】
また、上述の実施形態においては、２個の二次電池を組み合わせてバッテリユニットを構成する場合を例として説明したが、３個以上の二次電池を組み合わせてバッテリユニットを構成するようにしてもよい。この場合、バッテリユニットの両端面を構成する二次電池の主面に対して凹凸形状を設けることが好ましい。また、バッテリユニットを構成する３個以上の二次電池の対向面の少なくとも一方に凹凸形状を設けることが好ましく、その対向面の両方に凹凸形状を設けることがより好ましい。
【符号の説明】
【０１８１】
１    二次電池
２    電池素子
３    外装材
４    正極
４Ａ    正極集電体
４Ｂ    正極活物質層
４Ｃ    正極集電体露出部
５    負極
５Ａ    負極集電体
５Ｂ    負極活物質層
５Ｃ    負極集電体露出部
６      セパレータ
７    正極タブ
８    負極タブ
１１    熱融着樹脂層
１３    金属層
１５    表面保護層
１００      バッテリユニット
１１０      ブラケット
２００      バッテリモジュール
【図１】
2012113843.tif 000005
【図２】
2012113843.tif 000006
【図３】
2012113843.tif 000007
【図４】
2012113843.tif 000008
【図５】
2012113843.tif 000009
【図６】
2012113843.tif 000010
【図７】
2012113843.tif 000011
【図８】
2012113843.tif 000012
【図９】
2012113843.tif 000013
【図１０】
2012113843.tif 000014
【図１１】
2012113843.tif 000015
【図１２】
2012113843.tif 000016
【図１３】
2012113843.tif 000017
【図１４】
2012113843.tif 000018
【図１５】
2012113843.tif 000019
【図１６】
2012113843.tif 000020
【図１７】
2012113843.tif 000021
【図１８】
2012113843.tif 000022
【図１９】
2012113843.tif 000023
【図２０】
2012113843.tif 000024