(57)【要約】【課題】簡易な構造で小型軽量化、低コスト化を実現するリチウムイオン二次電池を提供すること。【解決手段】本発明のリチウムイオン二次電池１は、正極集電体３１の両面に正極合剤層３２、３３が形成された正極電極３０と負極集電体４１の両面に負極合剤層４２、４３が形成された負極電極４０を間にセパレータ２２、２３を介在させて捲回した捲回電極群２１を有するものであって、負極電極４０は、片方面のみが正極電極３０に対向し他方面が正極電極３０に対向していない片方面対向部を有しており、片方面対向部の他方面に負極合剤層４０が未形成の負極合剤層未形成領域４４、４５が設けられている構成を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体の両面に正極合剤層が形成された正極電極と負極集電体の両面に負極合剤層が形成された負極電極を間にセパレータを介在させて捲回した捲回電極群を有するリチウムイオン二次電池であって、
前記負極電極は、片方面のみが正極電極に対向し他方面が正極電極に対向していない片方面対向部を有しており、
該片方面対向部の前記他方面に前記負極合剤層が未形成の負極合剤層未形成領域が設けられていることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【請求項２】
前記片方面対向部は、前記負極電極のうち、前記正極電極の最内周部よりも前記捲回電極群の内周側に設けられており、
前記負極合剤層未形成領域は、前記片方面対向部の内周面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項３】
前記片方面対向部は、前記負極電極のうち、前記正極電極の最外周部よりも前記捲回電極群の外周側に設けられており、
前記負極合剤層未形成領域は、前記片方対向面部の外周面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項４】
前記片方面対向部は、前記負極電極のうち、前記正極電極の最外周部よりも前記捲回電極群の外周側に設けられており、
前記負極合剤層未形成領域は、前記片方対向面部の外周面に設けられていることを特徴とする請求項２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、捲回電極群を有するリチウムイオン二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車等の動力源として、エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池の開発が進められている。リチウムイオン二次電池に求められる課題は高容量化、高出力化だけではなく、小型軽量化、低コスト化も課題となっている。リチウムイオン二次電池の形態として正極電極及び負極電極を捲回した捲回形（特許文献1）があるが、集電体の両面に合剤層を有する正極電極の両面に負極電極が配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2011-076785号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リチウムイオン二次電池では、正極電極から放出されるリチウムを負極電極の合剤層（活物質）で吸蔵するために、正極電極の両側に負極電極を配置している。
【０００５】
しかしながら、捲回電極群の場合、負極電極の一方面側のみに正極電極が対向配置されており、負極電極の他方面側には正極電極が対向配置されていないのにも関わらず、負極電極の合剤層塗布面を有した領域がある。例えば、負極電極の最内周の内面及び最外周の外面である。これらの最内周の内面および最外周の外面の負極合剤層は、リチウムイオン二次電池の性能向上に寄与しておらず、なくてもよいものである。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡易な構造で小型軽量化、低コスト化を実現するリチウムイオン二次電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する本発明のリチウムイオン二次電池は、正極集電体の両面に正極合剤層が形成された正極電極と負極集電体の両面に負極合剤層が形成された負極電極を間にセパレータを介在させて捲回した捲回電極群を有するリチウムイオン二次電池であって、前記負極電極は、片方面のみが正極電極に対向し他方面が正極電極に対向していない片方面対向部を有しており、該片方面対向部の前記他方面に前記負極合剤層が未形成の負極合剤層未形成領域が設けられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、簡易な構造で小型軽量化、低コスト化を実現するリチウムイオン二次電池を得ることができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】リチウムイオン二次電池の電池作製工程を示すフローチャート。
【図２】扁平形捲回電極群の一部を展開して示す分解斜視図。
【図３】扁平形捲回電極群の断面概念図。
【図４】正極電極と負極電極の構成を説明する断面模式図。
【図５】リチウムイオン二次電池の分解斜視図。
【図６】リチウムイオン二次電池の外観斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本実施の形態におけるリチウムイオン二次電池は、正極集電体の両面に正極合剤層が形成された正極電極と負極集電体の両面に負極合剤層が形成された負極電極を間にセパレータを介在させて捲回した捲回電極群を有するリチウムイオン二次電池であって、負極電極は、片方面のみが正極電極に対向し他方面が正極電極に対向していない片方面対向部を有しており、片方面対向部の他方面に負極合剤層が未形成の負極合剤層未形成領域が設けられている構造を有している。
【００１１】
以下、図１〜図５を参照して、本発明のリチウムイオン二次電池の実施形態について説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態であるリチウムイオン二次電池の電池作製工程を示すフローチャートである。
【００１３】
本実施の形態におけるリチウムイオン二次電池は、捲回電極群を有する二次電池であり、その作製工程は、捲回電極群を形成する電極を作製する電極作製工程と、電極作製工程により作製された電極を用いて捲回電極群を作製し、その捲回電極群を用いて電池を組み立てる電池組立工程を含む。
【００１４】
電極作製工程では、混練、塗工・乾燥、プレス、スリットの順に行い、電極原反までを作製する。電池材料の主要素である活物質に使用される材料としては、正極電極の場合、リチウム遷移金属複合酸化物、負極電極の場合、炭素粉末（黒鉛、非晶質炭素等）等が利用されるが、いずれも電池材料コストに占めている割合は大きい。
【００１５】
混練では、活物質と導電助剤および結着剤を所定の重量比で混合し、これに分散溶媒を添加して所定の固形分濃度、粘度に調整したスラリーを作製する。
【００１６】
塗工・乾燥では、スラリーを集電体に塗工して乾燥する作業が、集電板の片面づつ順番に実施される。まず、所定厚さの集電体の一方面に、スラリーを所定の幅、所定の重量だけ塗布し、その後、溶媒のみを乾燥によって除去している。続いて、集電体の他方面に当該スラリーを塗工した後、再度溶媒のみを乾燥によって除去することで塗工後電極を作成する。プレスでは、塗工後電極を所定の厚さまでロールプレスにより圧縮することで、プレス後電極を作製する。スリットでは、プレス後電極を、所定の塗工部幅、および所定の未塗工部幅に裁断し、電極原反を作製する。
【００１７】
電池組立工程では、電極作製工程で作製した電極原反を用いて、既知の工程である、捲回、集電板溶接、缶挿入、缶溶接、注液の各工程を経て、リチウムイオン二次電池を作成する。
【００１８】
図２は、扁平形捲回電極群の一部を展開して示す分解斜視図である。
扁平形捲回電極群２１は、一定幅の未塗工部３０ａを有する正極電極３０と、一定幅の未塗工部４０ａを有する負極電極４０を、セパレータ２２、およびセパレータ２３を間に介して、互いの未塗工部３０ａ、４０ａが逆になるように捲回したものである。扁平形捲回電極群２１は、正極電極３０と負極電極４０を、これら両極が直接接触しないように、ポリエチレン製の微多孔性のセパレータ２２およびセパレータ２３と共に捲回して作製した。扁平形捲回電極群２１では、正極電極３０の塗工部３０ｂに対し、負極電極４０の塗工部４０ｂがセパレータ２２、２３を挟んで対向配置されており、正極電極３０の塗工部３０ｂより数ミリ程度広く塗工されている。これは、正極電極３０から放出されるリチウムイオンを、負極電極４０の合剤層（活物質）で吸蔵するためである。
【００１９】
扁平形捲回電極群２１は、正極電極３０、負極電極４０、セパレータ２２、セパレータ２３とも長尺方向に１０Ｎ（ニュートン）の荷重をかけて伸展しつつ、電極端面およびセパレータ端面が一定位置になるように蛇行制御しながら作製した。扁平形捲回電極群２１の中心には、ポリプロピレン製の微多孔性のセパレータ２２およびセパレータ２３を一層以上配した。このとき、正極電極３０の未塗工部３０ａと負極電極４０の未塗工部４０ａとが、それぞれ扁平形捲回電極群２１の互いに反対側の端部に位置するようにしている。
【００２０】
図３は、本発明の一実施形態であるリチウムイオン二次電池の扁平形電極捲回群の断面概念図であり、図３（ａ）は、全体図、図３（ｂ）は、電極捲回群最内周部を拡大して示す図、図３（ｃ）は、電極捲回群最外周部を拡大して示す図である。図４は、正極電極と負極電極の構成を説明する断面模式図である。
【００２１】
扁平形捲回電極群２１は、正極電極３０の捲き始め端部と負極電極４０の捲き始め端部のうち、負極電極４０の捲き始め端部の方が正極電極３０の捲き始め端部よりも捲回中心側に配置され、正極電極３０の捲き終わり端部と負極電極４０の捲き終わり端部のうち、負極電極４０の捲き終わり端部の方が正極電極３０の捲き終わり端部よりも捲回外側に配置される。
【００２２】
負極電極４０は、両面に正極電極３０が対向配置される両面対向部と、片方面のみが正極電極に対向し他方面が正極電極に対向していない片方面対向部とを有している。
【００２３】
負極電極４０は、片方面対向部として、正極電極３０の最も内側の周を形成する最内周部よりも捲回電極群の内周側（捲回中心側）に配置される部分（以下、負極最内周部という）と、正極電極３０の最も外側の周を形成する最外周部よりも捲回電極群の外周側（捲回外側）に配置される部分（以下、負極最外周部という）を有している。そして、両面対向部分として、負極最内周部と負極最外周部との間に亘る部分（以下、負極中間部という）を有している。
【００２４】
扁平形捲回電極群２１において負極電極４０の負極最内周部は、その外周側の面（片方面）のみが正極電極３０に対向しており、内周側の面（他方面）は正極電極３０に対向していない。また、負極電極４０の負極最外周部は、その内周側（捲回中心側）の面（片方面）のみが正極電極３０に対向しており、外周側の面（他方面）は正極電極３０に対向していない。
【００２５】
捲回加工後の扁平形捲回電極群２１において正極電極３０が両面に配置される負極電極４０の負極中間部は、負極集電体４１の両面に負極合剤層４２、４３が塗工されている。そして、正極電極３０が片面のみに配置される部分になる捲回内周側端部の負極最内周部と、捲回外周側端部の負極最外周部は、正極電極３０が対向配置される片方面のみに負極合剤層４２、４３が塗工されており、正極電極３０が対向配置されない他方面には活物質が塗工されず負極集電体４１が露出して負極合剤層が未形成の負極合剤層未形成領域４４、４５が設けられている。
【００２６】
扁平形捲回電極群２１は、図３（ｂ）に示すように、電極捲回群最内周以外は正極電極集電体３１の両面に正極電極合剤層３２、３３が塗工された正極電極３０、セパレータ２２、負極集電体４１の両面に負極合剤層４２、４３が塗工された負極電極４０、セパレータ２３の順で外周側に向かって対向しているが、負極最内周部には、負極合剤層４２は塗工されておらず、負極集電体４１が露出している負極合剤層未形成領域４４（図４を参照）を有しており、露出した負極集電体４１の次にセパレータ２２、２３が対向している。同様に、扁平形捲回電極群２１は、図３（ｃ）に示すように、負極最外周部には、負極合剤層４３が塗工されておらず、負極集電体４１が露出している負極合剤層未形成領域４５（図４を参照）を有しており、露出した負極集電体４１の次にセパレータ２３が対向している。すなわち、正極電極３０が片面のみに配置される領域の負極電極４０は、正極電極３０と対向している領域の他面側は、金属箔が露出する構造となっている。
【００２７】
負極合剤層未形成領域４４、４５を設けることによって、リチウムイオンの吸蔵・放出に寄与しない負極合剤層を余剰分として省略することができ、低コスト化が可能になる。また、負極合剤層の省略分だけ負極電極４０の厚さを薄くでき、扁平形捲回電極群２１の厚さを代えることなく、正極電極３０と負極電極４０の捲回数を多くすることができ、発電容量の増大を図ることができる。
【００２８】
また、負極合剤層内の負極活物質は、初回充電時にリチウムイオンと不可逆な反応をするため、負極活物質の量に応じて、所定量の電池容量に寄与しない不可逆容量が発生するが、本実施の形態のように、負極合剤層未形成領域４４、４５を設けて余剰分を省略することによって、この不可逆容量を低減することができる。
【００２９】
図５は、本発明の一実施形態であるリチウムイオン二次電池の分解斜視図である。
注液孔１４を配した電池蓋１３には、負極外部端子１１と正極外部端子１２をあらかじめ接続し、負極外部端子１１と負極集電板９を電気的に導通させ、正極外部端子１２と正極集電板１０も電気的に導通するよう作製した。正極電極未塗工部３０ａを、正極集電板１０と超音波溶接により接合し、負極電極未塗工部４０ａを負極集電板９と超音波溶接により接合した。その後、電池蓋部分を取り付けた扁平形捲回電極群２１を電池容器１５内に挿入した。
【００３０】
扁平形捲回電極群２１全体を浸潤可能な所定量の非水電解液を、注液孔１４から角型電池容器１５内に注入した後、図示していない注液栓で注液孔１４を密閉することにより、リチウムイオン二次電池１を完成させた。非水電解液には、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを所定の体積比で混合した混合溶液中へ六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を、１モル／リットルの濃度で溶解したものを用いた。
【００３１】
図６は、本発明の一実施形態であるリチウムイオン二次電池の外観斜視図である。
リチウムイオン二次電池１は、電池容器１５を電池蓋１３で密閉した構造を有しており、電池蓋１３には、負極外部端子１１、正極外部端子１２、注液孔１４が設けられている。
【００３２】
上記の様に、負極集電体４１を挟んで正極電極３０が対向している側は負極合剤層が必要であるが、正極電極が対向していない側では正極電極から放出されるリチウムイオンを吸蔵する役割が必要ないために、負極合剤層は塗工しない領域を有する構造としている。
【００３３】
これらの面の負極合剤層は、リチウムイオン二次電池の性能向上に寄与しておらず、なくてもよいものである。結果、簡易な構造で小型軽量化、低コスト化を実現するリチウムイオン二次電池を得る事ができる。
【００３４】
なお、本実施例では、扁平形電極捲回群の場合を例として説明したが、円筒形電極捲回群の場合においても同様の効果が得られる。
【００３５】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１    リチウムイオン二次電池
９    負極集電板
１０  正極集電板
１１  負極外部端子
１２  正極外部端子
１３  電池蓋
１４  注液孔
１５  電池容器
２１  扁平形捲回電極群（捲回電極群）
２２、２３  セパレータ
３０  正極電極
３１  正極集電体
３２、３３  正極合剤層
４０  負極電極
４１  負極集電体
４２、４３  負極合剤層
４４、４５  負極合剤層未形成領域
【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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【図６】
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