(57)【要約】【課題】電極合剤層を厚くしてエネルギー密度を高めつつ、良好なレート特性を実現する電極またはこれを用いた二次電池を提供する。【解決手段】集電体上に電極活物質を含む電極合剤層が形成された二次電池用電極であって、電極合剤層には、電極合剤層の厚さ方向に沿った空隙が複数配置されており、空隙の深さは、電極合剤層の厚さに対して５０％以上であり、空隙が占める投影面積が二次電池用電極の全投影面積の２０％以下であり、空隙の断面の長さは５μｍ以上１００μｍ以下である二次電池用電極。【選択図】  図１（Ａ）
2013020820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体上に電極活物質を含む電極合剤層が形成された二次電池用電極であって、
前記電極合剤層には、前記電極合剤層の厚さ方向に沿った空隙が複数配置されており、
前記空隙の深さは、前記電極合剤層の厚さに対して５０％以上であり、
前記空隙が占める投影面積が前記二次電池用電極の全投影面積の２０％以下であり、
前記空隙の断面の長さは５μｍ以上１００μｍ以下である二次電池用電極。
【請求項２】
請求項１において、
前記複数の空隙は、三角格子状に配置されている二次電池用電極。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記空隙の断面の長さは５μｍ以上２０μｍ以下である二次電池用電極。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記空隙の深さは、前記電極合剤層の厚さに対して７０％以上である二次電池用電極。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記空隙が占める投影面積が前記二次電池用電極の全投影面積の１０％以下である二次電池用電極。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記空隙の形状が円柱状である二次電池用電極。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記電極活物質単位質量あたりの容量を０.０７５ｍＡｈ／ｇ出力するための放電レートおよび前記電極合剤層の厚さの関係を示したグラフにおいて、
前記電極活物質単位質量あたりの容量を０.０７５ｍＡｈ／ｇ出力するための放電レートをＹ軸、
前記電極合剤層の厚さをＸ軸、
Ｙ座標が５０％容量レート特性Ｉ（１／ｈ）であるときの前記電極合剤層の厚さをＸ′（μｍ）、
前記複数の空隙の距離をＺ（μｍ）、
前記空隙の断面の長さをＲ（μｍ）、とすると、
Ｒ≦Ｚ≦（２Ｘ′＋Ｒ）を満たす二次電池用電極。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記電極活物質単位質量あたりの容量を０.０７５ｍＡｈ／ｇ出力するための放電レートおよび前記電極合剤層の厚さの関係を示したグラフにおいて、
前記電極活物質単位質量あたりの容量を０.０７５ｍＡｈ／ｇ出力するための放電レートをＹ軸、
前記電極合剤層の厚さをＸ軸、
Ｙ座標が５０％容量レート特性Ｉ（１／ｈ）であるときの前記電極合剤層の厚さをＸ′（μｍ）、
前記電極合剤層の厚さをＴ（μｍ）、
前記空隙の深さをＤ（μｍ）、とすると、
（Ｔ−Ｘ′）≦Ｄを満たす二次電池用電極。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかの二次電池用電極を正極か負極の少なくとも一方に用いた二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池用の電極およびこれを用いた二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年においては、二次電池から供給される電力に基づいて駆動されるモーターを駆動源とする電気自動車や、モーターとエンジンを併用して駆動源とするハイブリッド車両や、負荷平準用の二次電池を組み込んだ自然エネルギーによる発電システムなどが見られる。これらの用途に二次電池を用いる場合、二次電池には大量のエネルギーを蓄積する機能と高い出力を発生する機能との両立が求められる。
【０００３】
現在一般的な二次電池用の電極は、集電体の金属箔上にバインダ，導電剤，電極活物質を含む電極合剤層を形成して作製する。この正極と負極を、セパレータを介して対向して重ね合わせて二次電池を作製する。また電極やセパレータの細孔中に電解液を含ませる。この二次電池のエネルギー密度を増加させるためには、電極合剤層の厚さを増し、金属箔やセパレータが占める体積比率を下げる方法が有効である。しかしながら、電極合剤層の厚さを増すと電解液の浸透性が低下する。このような電極に大電流を流した場合、電解液中の反応種が集電体に近い側から枯渇して近傍の活物質が使えなくなり、良いレート特性が得られない。このように、電極合剤層の厚さを増やしてエネルギー密度を高めた電極では良いレート特性が得られないという問題がある。
【０００４】
この点に関して改善した電極が、特許文献１に記載されている。その内容は、リチウム二次電池の正極，負極及び分離膜が全て、電極面に垂直な一直線上の位置で、穿孔されていることにある。このようにすると、電解液の浸透速度を高めて電池のレート特性を向上させることができる。また、特許文献２には、電極厚さに対して１０％以下の深さを持つ凹部を電極表面に点在させることにより、電極捲回時に発生する亀裂を抑制し、レート特性を向上させる方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００４−５１９０７８号公報
【特許文献２】特開平９−１２９２２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１による改善方法では、電池のレート特性を向上させる効果が期待できる。しかしながら、当該文献では穿孔部分の寸法に対して具体的な検討がなされていなかった。例えば穿孔部分の投影面積は電極の全投影面積に対して最大５０％程度と記載されているが、このような割合はエネルギー密度の観点からは明らかに過剰である。また、特許文献１のように穿孔の直径が０.５mmや１.０mmのように大きいと、電極面積が小さくなり、容量が低下する。
【０００７】
特許文献２による改善方法では、凹部の深さが十分でなく、電極解液の浸透速度を高めてレート特性を向上させる効果は限定的である。本発明は上述したような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、電極合剤層を厚くしてエネルギー密度を高めつつ、良好なレート特性を実現する電極またはこれを用いた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】
上記課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）集電体上に電極活物質を含む電極合剤層が形成された二次電池用電極であって、電極合剤層には、電極合剤層の厚さ方向に沿った空隙が複数配置されており、空隙の深さは、電極合剤層の厚さに対して５０％以上であり、空隙が占める投影面積が二次電池用電極の全投影面積の２０％以下であり、空隙の断面の長さは５μｍ以上１００μｍ以下である二次電池用電極。
（２）上記において、複数の空隙は、三角格子状に配置されている二次電池用電極。
（３）上記において、空隙の断面の長さは５μｍ以上２０μｍ以下である二次電池用電極。
（４）上記において、空隙の深さは、電極合剤層の厚さに対して７０％以上である二次電池用電極。
（５）上記において、空隙が占める投影面積が二次電池用電極の全投影面積の１０％以下である二次電池用電極。
（６）上記において、空隙の形状が円柱状である二次電池用電極。
（７）上記において、電極活物質単位質量あたりの容量を０.０７５ｍＡｈ／ｇ出力するための放電レートおよび電極合剤層の厚さの関係を示したグラフにおいて、電極活物質単位質量あたりの容量を０.０７５ｍＡｈ／ｇ出力するための放電レートをＹ軸、電極合剤層の厚さをＸ軸、Ｙ座標が５０％容量レート特性Ｉ（１／ｈ）であるときの電極合剤層の厚さをＸ′（μｍ）、複数の空隙の距離をＺ（μｍ）、空隙の断面の長さをＲ（μｍ）、とすると、Ｒ≦Ｚ≦（２Ｘ′＋Ｒ）を満たす二次電池用電極。
（８）上記において、電極活物質単位質量あたりの容量を０.０７５ｍＡｈ／ｇ出力するための放電レートおよび電極合剤層の厚さの関係を示したグラフにおいて、電極活物質単位質量あたりの容量を０.０７５ｍＡｈ／ｇ出力するための放電レートをＹ軸、電極合剤層の厚さをＸ軸、Ｙ座標が５０％容量レート特性Ｉ（１／ｈ）であるときの電極合剤層の厚さをＸ′（μｍ）、電極合剤層の厚さをＴ（μｍ）、空隙の深さをＤ（μｍ）、とすると、（Ｔ−Ｘ′）≦Ｄを満たす二次電池用電極。
（９）上記の二次電池用電極を正極か負極の少なくとも一方に用いた二次電池。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の二次電池用電極およびこれを用いた二次電池によって、高いレート特性と高いエネルギー密度を両立した電極を提供することができる。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】
【００１０】
【図１（Ａ）】本発明に関わる実施の形態の一例の上面図。
【図１（Ｂ）】本発明に関わる実施の形態の一例の断面図。
【図２】電極合剤層の厚さと放電時のレート特性との関係を示した図。
【図３】活物質単位質量あたりの容量を０.０７５ｍＡｈ／ｇ出力するための放電レートと電極合剤層の片面厚さとの関係を示した図。
【図４】本発明に関わる実施の形態の一例の二次電池を表す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【実施例１】
【００１２】
図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明に関わる二次電池用電極における実施の形態の一例を示したものである。図４は図１（Ａ），（Ｂ）の二次電池用電極を用いた二次電池１である。図１（Ａ）は、実施の形態の一例の上面図である。二次電池として、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池などが挙げられる。この実施の形態の二次電池用電極においては、電極表面上に微細な空隙が多数配置されている。また、これらの空隙は、空隙同士の距離が一定になるように、三角格子状に配置されている。空隙同士の距離をランダムにしてもよいし、空隙を四角格子状に配置してもよい。空隙同士の距離を三角格子状のように一定にすることで、電極活物質への負荷を均等にし、局所的な活物質の応答能力のばらつきを抑制できる。
【００１３】
空隙の内部では、電極合剤層内の細孔中に比べて、電解液に含まれる電池反応種が高速で拡散する。このため、空隙の周囲に存在する活物質は、たとえ電極合剤層と集電体１０の界面付近に存在する活物質であっても、電極合剤層とセパレータの界面付近に存在する活物質と同様に活用できる。結果として、高レートで充放電を行う場合でも電極合剤層と集電体１０の界面付近に存在する活物質が有する容量を引き出すことができ、二次電池のレート特性が向上する。
【００１４】
また、図１（Ｂ）は実施の形態の一例の断面図である。この実施の形態では、集電体１０に塗布された電極合剤層２０において、等間隔に空隙３０が設けられている。なお、図１（Ｂ）には片面の断面図を示しているが、実際には反対側の面にも同様の空隙３０が存在する。空隙３０を集電体１０の片面だけに設けても良い。
【００１５】
電池の形状は、円筒型，偏平長円形型，角型などがあり、二次電池用電極を収納できれば、いずれの形状の電池を選択してもよい。角型かつ電極積層型の電池の場合、電極の小片が一枚ずつラインを流れるので、プレスまたはレーザー加工が（電極が連続的にラインを流れる場合に比べて）やり易く、製造プロセス上のメリットがある。
【００１６】
電極合剤層２０の片面の厚さＴ（μｍ）は、用途によって異なる。ＨＥＶのように出力が重視される場合、Ｔ＝３０μｍ〜４０μｍとなる。ＰＨＥＶのようにエネルギー密度が要求される場合、Ｔは１００μｍ程度かそれ以上になる。
【００１７】
本発明の二次電池に用いる正極は、正極活物質，導電剤および結着剤からなる正極合剤をアルミニウム箔の両面に塗布した後、乾燥，プレスして形成される。正極活物質には、化学式ＬｉＭＯ2（Ｍは少なくとも１種の遷移金属）で表されるもの、あるいはスピネルマンガンなどを用いることができる。マンガン酸リチウム，ニッケル酸リチウム，コバルト酸リチウムなどの正極活物質中のＭｎ，Ｎｉ，Ｃｏなどの一部を１種あるいは２種以上の遷移金属で置換して用いることができる。さらには遷移金属の一部をＭｇ，Ａｌなどの金属元素で置換して用いることも可能である。導電剤には、公知の導電剤、例えば黒鉛，アセチレンブラック，カーボンブラック，炭素繊維などの炭素系導電剤を用いればよく、特に限定されない。結着剤としては、公知の結着剤、例えばポリフッ化ビニリデン，フッ素ゴムなどを用いればよく、特に限定されない。本発明で好ましい結着剤は、例えばポリフッ化ビニリデンである。また溶剤は、公知の種々の溶剤を適宜選択して使用することができ、例えばＮ−メチル−２−ピロリドン等の有機溶剤を用いるのが好ましい。正極合剤における正極活物質，導電剤、および結着剤の混合比は、特に限定されないが、例えば正極活物質を１とした場合、重量比で１：０.０５〜０.２０：０.０２〜０.１０が好ましい。
【００１８】
本発明の二次電池に用いる負極は、負極活物質および結着剤からなる負極合剤が、銅箔の両面に塗布された後、乾燥，プレスされて形成される。本発明で好ましいものは、黒鉛あるいは非晶質炭素などの炭素系の材料である。結着剤としては、例えば上記正極と同様のものが用いられ、特に限定されない。本発明で好ましいものは、例えばポリフッ化ビニリデンである。好ましい溶剤は、例えばＮ−メチル−２−ピロリドン等の有機溶剤である。負極合剤における負極活物質および結着剤の混合比は、特に限定されないが、例えば負極活物質を１とした場合、重量比で１：０.０５〜０.２０である。
【００１９】
本発明の二次電池に用いられる非水電解液としては、公知のものを用いれば良く、特に限定はされない。例えば非水溶媒としてプロピレンカーボネート，エチレンカーボネート，ブチレンカーボネート，ビニレンカーボネート，ジメチルカーボネート，ジエチルカーボネート，メチルエチルカーボネート，テトラヒドロフラン、１，２−ジエトキシエタン等がある。これらの溶媒の１種以上に、例えばＬｉＰＦ6，ＬｉＢＦ4，ＬｉＣｌＯ4等から選ばれた１種以上のリチウム塩を溶解させて非水電解液を調整することができる。
【００２０】
図１の空隙３０の形状と位置関係は、電池に要求するエネルギー密度とレート特性によって変化する。その設計方法の一例を以下に記す。ここでは、正極側の空隙３０の設計方法の一例について記すが、負極側も全く同様に計算することができる。負極の方が正極より高密度（低空隙率）で成型することが多いため、負極の方が正極より電極細孔中のリチウムの拡散性が小さい。よって、正極より負極に空隙を設けた方が、本発明の空隙が寄与する効果は高い。正極および負極両方に空隙３０を設ける場合、負極における空隙３０の深さを正極における空隙３０の深さより大きくすることが望ましい。また、本発明の電極構造を設計する方法は、以下の計算例に限定されるものではない。
【００２１】
まず正極に要求する、電極片面の単位面積あたりの放電容量Ｗと、レート特性Ｉを定める。その上で、要求レート特性に対応する空隙間距離を定める。発明者は、平面塗布した二次電池の正極について、その片面の電極合剤層２０の厚さと放電時のレート特性との関係を調査した。その結果を示したものが図２である。図の横軸は放電レート特性、縦軸は電極合剤層２０に含まれる電極活物質量で規格化した放電容量である。活物質には、約０.１５ｍＡｈ／ｇの放電容量を有するコバルト酸リチウムを用いた。図のように、電極合剤層２０の厚さが厚くなり、活物質に達するまでの電解液の平均浸透距離が長くなるほど、レート特性が低下することがわかる。
【００２２】
図３は、図２に示したレート特性において、活物質単位質量あたりの容量を０.０７５ｍＡｈ／ｇ出力するための放電レートと電極合剤層２０の片面厚さとの関係を示したものである。図３の曲線においてＹ座標が要求レートＩ（１／ｈ）であるときの電極合剤層２０の厚さＸ′（μｍ）は、要求レートＩを満たすための、電解液と電極合剤層２０との界面から活物質と集電体１０の界面までの距離である。このＸ′を用いて空隙間距離を定める。電極上面図における空隙３０の直径（長さ）をＲとすると、空隙間距離Ｚ（μｍ）をＲ以上（２Ｘ′＋Ｒ）以下に定めることが好ましい。Ｚが２Ｘ′＋Ｒより大きくなると、バルクの電解液部分からの距離が長いために、要求するレート特性が発揮できない活物質量が増加する可能性がある。
【００２３】
空隙３０の直径Ｒは電解液中反応種の拡散に十分な大きさであればよく、５μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以上２０μｍ以下の範囲にあることがより好ましい。図１（Ｂ）では複数の空隙３０の直径Ｒ（μｍ）が一定となっているが、複数の空隙３０の直径が一定でない場合、複数の空隙３０の直径の平均値をＲとするか、最も浅い空隙３０の直径をＲとすればよい。空隙３０が楕円の場合は、直径Ｒ（μｍ）を空隙３０の短軸とする。
【００２４】
空隙３０の深さＤ（μｍ）は、電極合剤層２０の片面の厚さＴ（μｍ）とＸ′に対して、（Ｔ−Ｘ′）≦Ｄ≦Ｔの範囲にあることが好ましい。（Ｔ−Ｘ′）≦Ｄとすることにより、空隙３０の底面から深さＸ′までの範囲にある活物質を要求レートＩ（１／ｈ）において機能させることができる。Ｄ＝Ｔの場合、レート特性を向上できる。Ｄ＜Ｔの場合、Ｄ＝Ｔに比べて電極合剤の占める体積が増えるので、容量が増加する。空隙３０の深さＤをＴに対して５０％以上とすることにより、電極合剤層２０の深部に位置する活物質近傍への電解液の浸透速度を向上させ、電極合剤層２０の厚さによらず高いレート特性を提供することができる。空隙３０の深さＤをＴに対して７０％以上とすることがより好ましい。図１（Ｂ）では複数の空隙３０の深さＤ（μｍ）が一定となっているが、複数の空隙３０の深さが一定でない場合、複数の空隙３０の深さの平均値をＤとするか、最も浅い空隙３０の深さをＤとすればよい。
【００２５】
電極合剤層２０の片面厚さＴは、正極に要求する単位面積あたりの放電容量Ｗ（ｍＡｈ／cm2）とＸ′と、電極密度ρ（ｇ／cm3）と、電極合剤に含まれる活物質の割合Ａから定めることができる。割合Ａは０.８以上０.９５以下であることが望ましい。
【００２６】
まず、空隙３０の形状が円柱状の場合、空隙３０の体積はおよそ（πＲ2Ｄ／４）である。空隙３０の形状が円錐状の場合、空隙３０の体積はおよそπＤＲ2／１２である。以降の説明では、空隙３０の形状を円柱状として考える。空隙３０の形状が円錐状の場合は、体積を変えて考慮すればよい。空隙３０の形状として、円柱の方が円錐より空隙３０の先端部付近の活物質へのリチウムイオン供給力が強いため、望ましい。
【００２７】
電極合剤層２０の片面厚さＴは、５０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以上１５０μｍ以下の範囲にあることがより好ましい。
【００２８】
１つの三角格子中に空隙３０は１／２個含まれており、また１つの三角格子の体積は（√３／４×Ｚ2Ｔ）であることから、（電極合剤層２０＋空隙３０）の体積が１であるときの電極合剤層２０の体積は（１−√３×πＲ2Ｄ／６Ｚ2Ｔ）である。したがって電極単位面積あたりの電極合剤の体積は（Ｔ−√３×πＲ2Ｄ／６Ｚ2）である。これにＡρを乗じた数字が電極活物質の重量である。電極活物質の単位重量あたりの容量をＣとすると、要求される放電容量Ｗに対して、
Ｗ≦ＣＡρ（Ｔ−√３×πＲ2Ｄ／６Ｚ2）
を満たすようにＴを定めることができる。
【００２９】
具体的な設計例として、要求する正極単位面積当たりの片面の容量Ｗが４ｍＡｈ／cm2であり、要求するレート特性Ｉは１０時間率とする。また、正極活物質として、容量密度Ｃが０.１５Ａｈ／ｇのコバルト酸リチウムを用いる。また、電極合剤層２０に含まれる活物質の重量比Ａは０.９とし、電極合剤層２０の密度ρは３ｇ／cm3とする。また、空隙３０の直径Ｒは２０μｍとする。また、空隙間距離Ｚは（２Ｘ′＋Ｒ）とし、空隙３０の深さＤは（Ｔ−Ｘ′）とする。
【００３０】
二次電池用電極の全投影面積に対する空隙３０が占める投影面積は、三角格子の単位格子の面積と空隙３０の面積／２の比で求められる。空隙３０が占める投影面積を二次電池用電極の全投影面積の２０％、好ましくは１０％以下とすることにより、エネルギー密度の低下を抑制した電極を提供できる。
【００３１】
まず図３より、要求するレート特性Ｉを満たすための特徴的な距離Ｘ′は２６.９５μｍである。すると空隙間距離Ｚは７３.９０μｍ、空隙３０の深さＤは（Ｔ−２６.９５）である。これらを上記の式に代入することによって、電極合剤層２０の片面厚さＴは１００.０μｍとすればよいことがわかる。また空隙３０の深さＤは７３.０９μｍとすればよいことがわかる。この場合の、（電極合剤層２０＋空隙３０）の体積に対する空隙３０の体積の割合、つまり、二次電池用電極の全投影面積に対する空隙３０が占める投影面積の割合は６.６％である。
【００３２】
以上のように、片面の厚さ１０４μｍの電極合剤層２０に、直径２０μｍ，深さ７３μｍの空隙３０を、空隙間距離が７４μｍであるように三角格子状に配置することによって、片面の容量４ｍＡｈ／cm2を備え、かつ１０時間率までの放電での使用に耐えうる電極が得られる。
【００３３】
本発明における電極合剤層２０の空隙３０の形成方法は、特に限定されるものではない。例えば、スラリー状にした電極合剤を集電体１０上に平面塗布した後、電極合剤層２０の空隙３０に対応した凸部を表面に有するプレス機によって成型されてもよい。また例えば、三角格子状に穴を配置したパターンを有するマスクを作製し、これを用いたレーザー加工によって、平面塗布した電極に三角格子状に配置された空隙３０を形成してもよい。
【実施例２】
【００３４】
実施例１とは別の設計例として、要求する正極単位面積当たりの片面の容量Ｗが４ｍＡｈ／cm2であり、要求するレート特性Ｉは３０時間率とする。また、正極活物質として、容量密度Ｃが０.１５Ａｈ／ｇのコバルト酸リチウムを用いる。また、電極合剤層２０に含まれる活物質の重量比Ａは０.９とし、電極合剤層２０の密度ρは３ｇ／cm3とする。また、空隙３０の直径Ｒは２０μｍとする。また、空隙間距離Ｚは（２Ｘ′＋Ｒ）とし、空隙３０の深さＤは（Ｔ−Ｘ′）とする。
【００３５】
まず図３より、要求するレート特性Ｉを満たすための特徴的な距離Ｘ′は１４.５４μｍである。すると空隙間距離Ｚは４９.０７μｍ、空隙３０の深さＤは（Ｔ−１４.５４）である。これらを上記の式に代入することによって、電極合剤層２０の片面厚さＴは１０８.５μｍとすればよいことがわかる。また空隙３０の深さＤは９４.０１μｍとすればよいことがわかる。この場合の、（電極合剤層２０＋空隙３０）の体積に対する空隙３０の体積の割合は１５.１％である。
【００３６】
以上のように、片面の厚さ１１４μｍの電極合剤層２０に、直径２０μｍ，深さ９４μｍの空隙３０を、空隙間距離が４９μｍであるように三角格子状に配置することによって、片面の容量４ｍＡｈ／cm2を備え、かつ３０時間率までの放電での使用に耐えうる電極が得られる。
【実施例３】
【００３７】
実施例１とは別の設計例として、要求する正極単位面積当たりの片面の容量Ｗが４ｍＡｈ／cm2であり、要求するレート特性Ｉは１００時間率とする。また、正極活物質として、容量密度Ｃが０.１５Ａｈ／ｇのコバルト酸リチウムを用いる。また、電極合剤層２０に含まれる活物質の重量比Ａは０.９とし、電極合剤層２０の密度ρは３ｇ／cm3とする。また、空隙３０の直径Ｒは１０μｍとする。また、空隙間距離Ｚは（２Ｘ′＋Ｒ）とし、空隙３０の深さＤは（Ｔ−Ｘ′）とする。
【００３８】
まず図３より、要求するレート特性Ｉを満たすための特徴的な距離Ｘ′は１０.１９μｍである。すると空隙間距離Ｚは３０.３８μｍ、空隙３０の深さＤは（Ｔ−１０.１９）である。これらを上記の式に代入することによって、電極合剤層２０の片面厚さＴは１０６.２μｍとすればよいことがわかる。また空隙３０の深さＤは９６.００μｍとすればよいことがわかる。この場合の、（電極合剤層２０＋空隙３０）の体積に対する空隙３０の体積の割合は９.８％である。
【００３９】
以上のように、片面の厚さ１０９μｍの電極合剤層２０に、直径１０μｍ，深さ９６μｍの空隙３０を、空隙間距離が３０μｍであるように三角格子状に配置することによって、片面の容量４ｍＡｈ／cm2を備え、かつ１００時間率までの放電での使用に耐えうる電極が得られる。
【００４０】
本発明による二次電池の用途は、特に限定されない。例えば、パーソナルコンピュータ，ワープロ，コードレス電話子機，電子ブックプレーヤ，携帯電話，自動車電話，ハンディターミナル，トランシーバ，携帯無線機等の携帯情報通信機器の電源として使用することができる。また、携帯コピー機，電子手帳，電卓，液晶テレビ，ラジオ，テープレコーダ，ヘッドホンステレオ，ポータブルＣＤプレーヤ，ビデオムービー，電気シェーバー，電子翻訳機，音声入力機器，メモリーカード等の各種携帯機器の電源として使用できる。その他、冷蔵庫，エアコン，テレビ，ステレオ，温水器，オーブン電子レンジ，食器洗い機，乾燥器，洗濯機，照明器具，玩具等の家庭用電気機器として使用できる。また、家庭用，業務用を問わずに、電動工具や介護用機器（電動式車いす，電動式ベッド，電動式入浴設備など）用の電池としても利用可能である。さらに、産業用途として、医療機器，建設機械，電力貯蔵システム，エレベータ，無人移動車両などの電源として、さらには電気自動車，ハイブリッド電気自動車，プラグインハイブリッド電気自動車，ゴルフカート，ターレット車などの移動体用電源として、本発明を適用することができる。さらには、太陽電池や燃料電池から発生させた電力を本発明の電池モジュールに充電し、宇宙ステーション，宇宙船，宇宙基地などの地上以外で利用可能な蓄電システムとして用いることも可能である。本願発明の一つの目的は大容量電池および高率特性なので、その両方の特性を要求される用途である電気自動車，プラグインハイブリッド電気自動車，風力発電の負荷平準など用いられることが、特に望ましい。
【符号の説明】
【００４１】
１  二次電池
１０  集電体
２０  電極合剤層
３０  空隙
【図１（Ａ）】
2013020820.tif 000003
【図１（Ｂ）】
2013020820.tif 000004
【図２】
2013020820.tif 000005
【図３】
2013020820.tif 000006
【図４】
2013020820.tif 000007