(57)【要約】【課題】積層型リチウムイオン二次電池に用いられ、立体的な凹凸構造を有する線状活物質部を含む電極であって、電極間距離にバラツキがなく、容量及び高速充放電特性を損なうことのない構造を有する電極を提供する。【解決手段】互いに略平行な第一の面及び第二の面を有する集電体と、前記第一の面に設けられた複数の互いに略平行な凸状の第一線状活物質部と、前記第二の面に設けられた複数の互いに略平行な凸状の第二線状活物質部と、を有し、前記第一の面及び前記第二の面に略垂直な方向から（投影して）みた場合に、前記第一線状活物質部と前記第二線状活物質部とが交差する位置関係で設けられている構成を有すること、を特徴とするリチウムイオン二次電池用電極。【選択図】図１
2013206653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに略平行な第一の面及び第二の面を有する集電体と、
前記第一の面に設けられた複数の互いに略平行な凸状の第一線状活物質部と、
前記第二の面に設けられた複数の互いに略平行な凸状の第二線状活物質部と、
を有し、
前記第一の面及び前記第二の面に略垂直な方向から投影してみた場合に、前記第一線状活物質部と前記第二線状活物質部とが交差する位置関係で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用電極。
【請求項２】
前記第一の面及び前記第二の面に略垂直な方向からみた場合に、前記第一線状活物質部と前記第二線状活物質部とが略９０°の角度で交差する位置関係で設けられていること、
を特徴とする請求項１記載のリチウムイオン二次電池用電極。
【請求項３】
請求項１又は２記載の電極からなる正極又は負極を含むこと、
を特徴とするリチウムイオン二次電池用単電池。
【請求項４】
積層された複数個の請求項３記載の単電池を含むこと、
を特徴とする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用電極、これを用いた単電池及びリチウムイオン二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からリチウムイオン二次電池は、軽量、大容量かつ高速充放電可能であるため、現在、ノートパソコンや携帯電話等のモバイル機器や自動車等の分野において広く普及しており、更なる大容量化及び高速充放電特性向上のために、様々な研究がなされている。
【０００３】
このようなリチウムイオン二次電池としては、積層型のものとして、例えば特許文献１（特開２０１１−２２２３８８号公報）の図５に示されているように、正極活物質層と金属箔（集電体）とで構成された正極と、負極活物質層と金属箔（集電体）とで構成された負極と、をセパレータを介して積層し、セパレータに電解液を含浸させた構成を有するリチウムイオン二次電池が知られている。
【０００４】
かかる積層型のリチウムイオン二次電池においては、正極と負極とを導通させることにより電池容量の増加が図られており、場合によっては、複数の正極及び複数の負極を直列に接続（積層）することにより、電圧を増加させることもある。
【０００５】
そして、一つの集電体には、その両面に、正極活物質又は負極活物質を塗布して正極活物質層（膜）又は負極活物質層（膜）が形成されることになるが、従来のように平坦な正極活物質層又は負極活物質層を形成する場合は、塗布方向によって正極活物質層又は負極活物質層に歪みが発生するということはなかった。
【０００６】
他方、本発明者らは、例えば特許文献２（特開２０１１−２５８３６７号公報）に開示されているように、電池特性の向上（例えば大容量化や高速充放電特性向上）を実現すべく、立体的な凹凸構造を有する活物質層（線状に塗布された高アスペクト比の凸状の活物質部）を含むリチウムイオン二次電池の製造方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−２２２３８８号公報
【特許文献２】特開２０１１−２５８３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、集電体の両方の面に立体的な凹凸構造を有する線状活物質部を形成して電極を作製し、当該電極を有する単電池を積層してリチウムイオン二次電極を形成すると、一方の面に設けられた線状活物質部と他方の面に設けられた線状活物質部との位置関係によっては、集電体に偏った力がかかり大きな歪みが発生し得るという問題がある。このような歪みが発生すると、電極間距離にバラツキが発生し、電池特性も損なわれ、結果として、歩留まりが低くなる。
【０００９】
そこで、本発明は、積層型リチウムイオン二次電池に用いられ、立体的な凹凸構造を有する線状活物質部を含む電極であって、電極間距離にバラツキがなく、容量及び高速充放電特性を損なうことのない構造を有する電極を提供することを目的とする。また、本発明は、当該電極を有する単電池及び当該単電池を含む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】
【００１０】
上記課題を解決すべく、本発明者らは、
互いに略平行な第一の面及び第二の面を有する集電体と、
前記第一の面に設けられた複数の互いに略平行な凸状の第一線状活物質部と、
前記第二の面に設けられた複数の互いに略平行な凸状の第二線状活物質部と、
を有し、
前記第一の面及び前記第二の面に略垂直な方向から（投影して）みた場合に、前記第一線状活物質部と前記第二線状活物質部とが交差する位置関係で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用電極
を提供する。
【００１１】
このような構成を有する本発明のリチウムイオン二次電池用電極においては、第一の面に設けられた凸状の第一線状活物質部と、第二の面に設けられた凸状の第二線状活物質部とが、交差する位置関係を有していることから、当該電極の両面から力がかけられた場合に、集電体にかかる力がその交差部分に集中しかつ複数の交差部分に分散するため、集電体全体に対してバランスよく力がかかり集電体を歪めにくい。そのため、当該電極を積層した場合に電極間距離にバラツキがなく、電池容量及び高速充放電特性の低下が抑制される。
【００１２】
上記本発明のリチウムイオン二次電池用電極は、
前記第一の面及び前記第二の面に略垂直な方向からみた場合に、前記第一線状活物質部と前記第二線状活物質部とが略９０°の角度で交差する位置関係で設けられていること、
が好ましい。
【００１３】
このような構成を有する本発明のリチウムイオン二次電池用電極においては、第一の面に設けられた凸状の第一線状活物質部と、第二の面に設けられた凸状の第二線状活物質部とが、交差する交差部分を最大数有することから、当該電極の両面から力がかけられた場合に、集電体にかかる力がその交差部分に集中しかつ最大数の交差部分に分散するため、集電体全体に対してバランスよく力がかかり集電体を更に歪めにくい。そのため、当該電極を積層した場合に電極間距離に更にバラツキがなく、電池容量及び高速充放電特性の低下がより確実に抑制される。
【００１４】
また、本発明は、
上記の本発明のリチウムイオン二次電池用電極の構造を有する正極及び／又は負極を含むこと、を特徴とするリチウムイオン二次電池用単電池
を提供する。
【００１５】
このような構成を有する本発明のリチウムイオン二次電池用単電池は、第一の面に設けられた凸状の第一線状活物質部と、第二の面に設けられた凸状の第二線状活物質部とが、交差する位置関係を有する電極を含むことから、当該電極の両面から積層等による力がかけられた場合に、集電体にかかる力がその交差部分に集中しかつ複数の交差部分に分散するため、集電体全体に対してバランスよく力がかかり集電体を歪めにくい。そのため、電極間距離にバラツキがなく、電池容量及び高速充放電特性の低下が抑制される。
【００１６】
更に、本発明は、
積層された複数個の上記の本発明のリチウムイオン二次電池用単電池を含むこと、
を特徴とするリチウムイオン二次電池
を提供する。
【００１７】
このような構成を有する本発明のリチウムイオン二次電池は、第一の面に設けられた凸状の第一線状活物質部と、第二の面に設けられた凸状の第二線状活物質部とが、交差する位置関係を有する電極を含むことから、当該電極の両面から積層等による力がかけられた場合に、集電体にかかる力がその交差部分に集中しかつ複数の交差部分に分散するため、集電体全体に対してバランスよく力がかかり集電体を歪めにくい。そのため、電極間距離にバラツキがなく、電池容量及び高速充放電特性の低下が抑制される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、積層型リチウムイオン二次電池に用いられ、立体的な凹凸構造を有する線状活物質部を含む電極であって、電極間距離にバラツキがなく、容量及び高速充放電特性を損なうことのない構造を有する電極が得られる。また、本発明によれば、当該電極を有する単電池及び当該単電池を含むリチウムイオン二次電池が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のリチウムイオン二次電池用電極の一実施形態の縦断面図である。
【図２】図１に示す電極を、矢印Ａの向きから（投影して）みた場合にみえる第一線状活物質部４ａと第二線状活物質部４ｂとの位置関係を示す図である。
【図３】図１に示す電極の構造を有する正極及び負極を含む本発明のリチウムイオン二次電池用単電池の一実施形態の縦断面図である。
【図４】図２に示す単電池を含む本発明の積層型リチウムイオン二次電池の一実施形態の縦断面図である。
【図５】図１に示す電極１について、ノズルディスペンス法により第一線状活物質部４ａ（又は第二線状活物質部４ｂ）を形成する様子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら本発明のリチウムイオン二次電池用電極、単電池及びリチウムイオン二次電池の一実施形態について説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。なお、以下の説明では、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略することもある。また、図面は、本発明を概念的に説明するためのものであるから、理解容易のために、必要に応じて寸法、比又は数を誇張又は簡略化して表している場合もある。
【００２１】
［電極］
図１は、本発明のリチウムイオン二次電池用電極の一実施形態の縦断面図である。また、図２は、図１に示す電極１を、矢印Ａの向きから（投影して）みた場合にみえる第一線状活物質部と第二線状活物質部との位置関係を示す図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態の電極１は、互いに略平行な第一の面Ｓ１及び第二の面Ｓ２を有する集電体２と、第一の面Ｓ１にスペースをおいて設けられた複数の互いに略平行な凸状の第一線状活物質部４ａと、第二の面Ｓ２にスペースをおいて設けられた複数の互いに略平行な凸状の第二線状活物質部４ｂと、を有している。即ち、本実施形態における第一線状活物質部４ａ及び第二線状活物質部４ｂは、いわゆるラインアンドスペースのパターン形状を有するように形成されている。
【００２３】
そして、図２に示すように、本実施形態の電極１は、集電体２の第一の面Ｓ１及び第二の面Ｓ２に略垂直な方向（即ち、矢印Ａの方向）から第一線状活物質部４ａと第二線状活物質部４ｂとを投影させてみた場合に、第一線状活物質部４ａと第二線状活物質部４ｂとが交差部分６において略９０°の角度で交差する位置関係で設けられている構成を有している点に特徴を有する。
【００２４】
本実施形態の電極１は、リチウムイオン二次電池の正極又は負極として用いることができ、第一の面Ｓ１に設けられた第一線状活物質部４ａと、第二の面Ｓ２に設けられた第二線状活物質部４ｂとが、交差する位置関係を有していることから、電極１の両面から力がかけられた場合に、集電体２にかかる力が交差部分６に集中しかつ複数の交差部分６に分散するため、集電体２全体に対してバランスよく力がかかり集電体２を歪めにくい。そのため、電極１を積層した場合に電極間距離にバラツキがなく、電池容量及び高速充放電特性の低下が抑制される。
【００２５】
電極１を正極として用いる場合、集電体２は正極集電体であり、第一線状活物質部４ａ及び第二線状活物質部４ｂは、いずれも正極活物質部である。他方、電極１を負極として用いる場合、集電体２は負極集電体であり、第一線状活物質部４ａ及び第二線状活物質部４ｂは、いずれも負極活物質部である。
【００２６】
ここで、正極集電体としては、例えば略矩形状の、本発明の属する技術分野において公知の材料を用いることができるが、例えば銅箔等の金属膜であればよい。また、正極集電体は、絶縁性の基材の表面に形成されていてもよい。このような基材としては絶縁性材料で形成された平板状部材を用いればよく、かかる絶縁性材料としては、例えば樹脂、ガラス又はセラミックス等が挙げられる。また、基材は可撓性を有するフレキシブル基板であってもよい。
【００２７】
正極活物質部が含む正極活物質（粉末）としては、例えば、リチウム含有複合金属酸化物、カルコゲン化合物、二酸化マンガン等が挙げられる。リチウム含有複合金属酸化物は、リチウムと遷移金属とを含む金属酸化物又は該金属酸化物中の遷移金属の一部が異種元素によって置換された金属酸化物である。異種元素としては、例えば、Ｎａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂ等が挙げられ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ等が好ましい。異種元素は１種でも又は２種以上でもよい。
【００２８】
これらのなかでも、リチウム含有複合金属酸化物を好ましく使用できる。リチウム含有複合金属酸化物としては、例えば、ＬｉxＣｏＯ2、ＬｉxＮｉＯ2、ＬｉxＭｎＯ2、ＬｉxＣｏyＮｉ1-yＯ2、ＬｉxＣｏyＭ1-yＯz、ＬｉxＮｉ1-yＭyＯz、ＬｉxＭｎ2Ｏ4、ＬｉxＭｎ2-yＭyＯ4、ＬｉＭＰＯ4、Ｌｉ2ＭＰＯ4Ｆ（前記各式中、例えば、ＭはＮａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｖ及びＢよりなる群から選ばれる少なくとも１種。０＜ｘ≦１．２、０＜ｙ≦０．９、２．０≦ｚ≦２．３）、ＬｉＭｅＯ2（式中、Ｍｅ＝ＭｘＭｙＭｚ;Ｍｅ及びＭは遷移金属、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）等が挙げられる。リチウム含有複合金属酸化物の具体例としては、例えば、ＬｉＮｉ1/3Ｍｎ1/3Ｃｏ1/3Ｏ2、ＬｉＮｉ0.8Ｃｏ0.15Ａｌ0.05Ｏ2等が挙げられる。ここで、上記各式中リチウムのモル比を示すｘ値は、充放電により増減する。また、カルコゲン化合物としては、例えば二硫化チタン、二硫化モリブデン等が挙げられる。正極活物質は１種を単独で使用でき２種以上を併用してもよい。
【００２９】
正極活物質部には、導電助剤を含めてもよい。導電助剤としては、本発明の技術分野で常用されるものを使用でき、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛等のグラファイト類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック類、炭素繊維、金属繊維等の導電性繊維類、フッ化カーボン、アルミニウム等の金属粉末類、酸化亜鉛等の導電性ウィスカー類、酸化チタン等の導電性金属酸化物、フェニレン誘導体等の有機導電性材料等が挙げられる。導電剤は１種を単独で使用でき又は必要に応じて２種以上を組み合わせて使用できる。
【００３０】
次に、負極集電体としては、例えば略矩形状の、本発明の属する技術分野において公知の材料を用いることができるが、例えばアルミニウム箔等の金属膜であればよい。また、正極集電体と同様に、この負極集電体は、絶縁性の基材の表面に形成されていてもよい。このような基材としては絶縁性材料で形成された平板状部材を用いればよく、かかる絶縁性材料としては、例えば樹脂、ガラス又はセラミックス等が挙げられる。また、基材は可撓性を有するフレキシブル基板であってもよい。
【００３１】
負極活物質部に含まれる負極活物質としては、本願発明の技術分野で常用されるものを使用でき、例えば、金属、金属繊維、炭素材料、酸化物、窒化物、珪素、珪素化合物、錫、錫化合物、各種合金材料等が挙げられる。これらのなかでも、容量密度の大きさ等を考慮すると、酸化物、炭素材料、珪素、珪素化合物、錫、錫化合物等が好ましい。
【００３２】
酸化物としては、例えば、式：Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12で表されるチタン酸リチウム等が挙げられる。炭素材料としては、例えば、各種天然黒鉛（グラファイト）、コークス、黒鉛化途上炭素、炭素繊維、球状炭素、各種人造黒鉛、非晶質炭素等が挙げられる。珪素化合物としては、例えば、珪素含有合金、珪素含有無機化合物、珪素含有有機化合物、固溶体等が挙げられる。
【００３３】
珪素化合物の具体例としては、例えば、ＳｉＯa（０．０５＜ａ＜１．９５）で表される酸化珪素、珪素とＦｅ、Ｃｏ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ及びＴｉから選ばれる少なくとも１種の元素とを含む合金、珪素、酸化珪素又は合金に含まれる珪素の一部がＢ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ、Ｚｎ、Ｃ、Ｎ及びＳｎから選ばれる少なくとも１種の元素で置換された珪素化合物又は珪素含有合金、これらの固溶体等が挙げられる。
【００３４】
錫化合物としては、例えば、ＳｎＯb（０＜ｂ＜２）、ＳｎＯ2、ＳｎＳｉＯ3、Ｎｉ2Ｓｎ4、Ｍｇ2Ｓｎ等が挙げられる。負極活物質は１種を単独で用いてもよく、必要に応じて２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３５】
第一線状活物質部４ａ及び第二線状活物質部４ｂは、上記の特許文献２（特開２０１１−２５８３６７号公報）で提案されているノズルディスペンス法によって形成することができる。
【００３６】
また、第一線状活物質部４ａ及び第二線状活物質部４ｂの幅及び間隔（スペース)は、正極活物質部の場合であっても負極活物質部の場合であっても、本発明の構成を実現しかつ効果を損なわない範囲で適宜選択することができるが、例えば、幅は５０〜２００μｍ程度で、スペースは５０〜２５０μｍ程度であればよい。このような範囲であれば、第一線状活物質部４ａ及び第二線状活物質部４ｂを高アスペクト比とすることができ、容量及び高速充放電特性を損ないにくい。
【００３７】
第一線状活物質部４ａ及び第二線状活物質部４ｂの高さも、正極活物質部の場合であっても負極活物質部の場合であっても、本発明の構成を実現しかつ効果を損なわない範囲で適宜選択することができるが、例えば、それぞれ５０〜１００μｍ程度であればよい。このような範囲であれば、第一線状活物質部４ａ及び第二線状活物質部４ｂの抵抗が上がり過ぎることがなく、容量及び高速充放電特性の低下をより確実に防止できる。
【００３８】
［単電池］
次に、正極及び負極に、上記電極１の構造を有する正極及び負極を用いた本発明のリチウムイオン二次電池用単電池の一実施形態について説明する。図３は、図１に示す電極の構造を有する正極及び負極を含む本発明のリチウムイオン二次電池用単電池の一実施形態の縦断面図である。
【００３９】
図３に示すように、本実施形態の単電池１０は、図１に示す電極１の構造を有する正極１ａと、図１に示す電極１の構造を有する負極１ｂと、を有している。そして、正極１ａと負極１ｂとは、両者の間にセパレータ１２を介在させて積層されており、セパレータ１２には、図示しないが、電解液が含浸されている。
【００４０】
また、正極１ａ、セパレータ１２（電解液を含む。）及び負極１ｂの積層体１６が、いわゆる発電要素となるが、単電池１の機能性や取扱性の観点から、正極１ａの外側及び負極１ｂの外側には、それぞれ正極集電体１４ａ及び負極集電体１４ｂが設けられている。これら正極集電体１４ａ及び負極集電体１４ｂとしては、電極１の集電体として上記したものを用いることができる。
【００４１】
このような構成を有する本実施形態の単電池１０は、正極１ａ及び負極１ｂのいずれにおいても、集電体の第一の面に設けられた凸状の第一線状（正極又は負極）活物質部と、集電体の第二の面に設けられた凸状の第二線状（正極又は負極）活物質部とが、交差する位置関係を有することから、正極１ａ及び負極１ｂのそれぞれにおいて、両面から積層等による力がかけられた場合に、集電体２にかかる力がその交差部分６に集中しかつ複数の交差部分６に分散するため、集電体２全体に対してバランスよく力がかかり集電体２を歪めにくい。そのため、電極間距離にバラツキがなく、電池容量及び高速充放電特性の低下が抑制される。
【００４２】
なお、正極１ａのうちのセパレータ１２側に位置する線状正極活物質部と、負極１ｂのうちのセパレータ１２側に位置する線状負極活物質部と、の位置関係は、特に制限されるものではない。ただし、セパレータ１２にかかる力を分散させてセパレータ１２をより破れにくくするという観点からは、正極１ａのうちのセパレータ１２側に位置する線状正極活物質部と、負極１ｂのうちのセパレータ１２側に位置する線状負極活物質部と、は互いに（特に略９０°で）交差するような位置関係にあるのがより好ましい。
【００４３】
単電池１０がこのような構成を有すれば、それぞれセパレータ１２の両側に対向して位置する凸状の第二（又は第一）線状（正極）活物質部及び凸状の第一（又は第二）線状（負極）活物質部が、高アスペクト比の凹凸構造を有していても、第二（又は第一）線状（正極）活物質部が、対向する凸状の第一（又は第二）線状（負極）活物質部の間に入り込むことがなく、積層による応力がセパレータ１２にかかりにくい。逆に、凸状の第一（又は第二）線状（負極）活物質部が、対向する第二（又は第一）線状（正極）活物質部の間に入り込むこともなく、積層による応力がセパレータ１２にかかりにくい。
【００４４】
したがって、本実施形態の単電池１０は、線状負極活物質部及び線状正極活物質部がセパレータ１２を突き破る等して破損することを効果的に防止することのできる構成を有しており、大容量で高速充放電特性に優れ信頼性を有する。
【００４５】
セパレータ１２としては、優れた高率放電性能を示す多孔膜や不織布等を、単独又は併用することができる。セパレータ１２を構成する材料としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロビニルエーテル共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−フルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロアセトン共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン共重合体、フッ化ビニリデン−プロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体等を挙げることができる。
【００４６】
また、セパレータ１２には、例えばアクリロニトリル、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、メチルメタアクリレート、ビニルアセテート、ビニルピロリドン、ポリフッ化ビニリデン等のポリマーと電解質とで構成されるポリマーゲルを用いてもよい。
【００４７】
セパレータ１２に含浸させる電解液には、リチウム塩と有機溶媒とを含む従来公知の電解液を用いることができる。リチウム塩としては、例えば六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）及びリチウムビストリフルオロメタンスルホニルイミド（ＬｉＴＦＳＩ）等が挙げられる。また、有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、ジエチレンカーボネート及びエチルメチルカーボネート等が挙げられ、これらの混合物を用いることもできる。
【００４８】
なお、本実施形態の単電池１０には、電気を取り出す場合や、積層して後述するような積層型リチウムイオン二次電池を形成する場合等を考慮して、図示しないが、例えば正極集電体１４ａ及び負極集電体１４ｂに、適宜タブ電極が設けられていてもよい。
【００４９】
［積層型リチウムイオン二次電池］
次に、上記単電池１０（より具体的には、上記単電池１０の発電要素１６）を用いた本発明の積層型リチウムイオン二次電池の一実施形態について説明する。図４は、図２に示す単電池１０（上記単電池１０の発電要素１６）を含む本発明の積層型リチウムイオン二次電池の一実施形態の縦断面図である。
【００５０】
図４に示すように、本実施形態の積層型リチウムイオン二次電池２０は、図３に示す単電池１０の発電要素１６を５個含んでいる。そして、積層型リチウムイオン二次電池２０の機能性や取扱性の観点から、図４における最上部の発電要素１６の外側及び最下部の発電要素１６の外側には、それぞれ正極集電体１４ａ及び負極集電体１４ｂが設けられている。これら正極集電体１４ａ及び負極集電体１４ｂとしては、電極１の集電体として上記したものを用いることができる。
【００５１】
これら５個の発電要素１６は、隣接する発電要素１６の間にセパレータ１２を介在させて積層されており、正極集電体１４ａ及び負極集電体１４ｂの間のセパレータ１２と同様に、隣接する発電要素１６の間のセパレータ１２にも、図示しないが、電解液が含浸されている。
【００５２】
このような構成を有する本実施形態の積層型リチウムイオン二次電池２０は、正極１ａ及び負極１ｂのいずれにおいても、集電体の第一の面に設けられた凸状の第一線状（正極又は負極）活物質部と、集電体の第二の面に設けられた凸状の第二線状（正極又は負極）活物質部とが、交差する位置関係を有する単電池１０を含むことから、正極１ａ及び負極１ｂのそれぞれにおいて、両面から積層等による力がかけられた場合に、集電体２にかかる力がその交差部分６に集中しかつ複数の交差部分６に分散するため、集電体２全体に対してバランスよく力がかかり集電体２を歪めにくい。そのため、電極間距離にバラツキがなく、電池容量及び高速充放電特性の低下が抑制される。
【００５３】
［製造方法］
次に、上記した本実施形態における電極１、単電池１０及び積層型リチウムイオン二次電池２０を製造する方法について説明する。図５は、図１に示す電極１について、ノズルディスペンス法により第一線状活物質部４ａ（又は第二線状活物質部４ｂ）を形成する様子を示す模式図である。
【００５４】
本実施形態の電極１を製造する際には、まず、集電体２の第一の面Ｓ１上において、図５に示すように、図２及び図５（ａ）（ｂ）における矢印Ｙの方向に沿って、第一線状活物質部４ａを構成する活物質材料を塗布する（第一線状活物質部塗布工程）。また、図示しないが、次に集電体２の第二の面Ｓ２上において、図２及び図５（ａ）（ｂ）に示す矢印Ｘの方向（矢印Ｙと略９０°の角度をなす方向）に沿って、第二線状活物質部４ｂを構成する活物質材料として第一線状活物質部４ａを構成する活物質材料と同じ活物質材料を塗布する（第二線状活物質部塗布工程）。
【００５５】
それぞれ第一線状活物質部塗布工程及び第二線状活物質部塗布工程において、第一線状活物質部４ａ及び第二線状活物質部４ｂは、（ア）活物質を含む活物質材料を線状に吐出するノズルを集電体２に対して相対移動させ、集電体２の第一の面Ｓ１及び第二の面Ｓ２上に活物質材料からなる複数本の凸状の第一線状活物質部４ａ及び第二線状活物質部４ｂを形成する塗布工程（即ち、ノズルディスペンス法を用いた第一線状活物質部塗布工程及び第二線状活物質部塗布工程）、及び、（イ）第一線状活物質部４ａ及び第二線状活物質部４ｂを乾燥及び／又は焼成する乾燥焼成工程により形成することができる。
【００５６】
より具体的には、上記（ア）の第一線状活物質部塗布工程では、図５の（ｂ）に示すように、集電体２のＸＹ平面に略平行な第一の面Ｓ１上において、矢印Ｙの方向に集電体２を搬送させる。これにより、ノズル３０を集電体２に対して相対移動させる。搬送される集電体２の表面には、ノズル３０から、ペースト状の活物質材料が凸状の第一線状活物質部４ａを形成するように吐出される。
【００５７】
そして、上記（ア）の第二線状活物質部塗布工程では、図示しないが、集電体２のＸＹ平面に略平行な第二の面Ｓ２上において、矢印Ｘの方向に集電体２を搬送させる。これにより、ノズル３０を集電体２に対して相対移動させる。搬送される集電体２の表面には、ノズル３０から、ペースト状の活物質材料が凸状の第二線状活物質部４ｂを形成するように吐出される。なお。本実施形態においては、ノズル３０の位置は固定されており、集電体２が搬送されることにより、ノズル３０が集電体２に対して相対移動される。
【００５８】
ここで、図５について説明をしておくと、図５の（ａ）は、第一線状活物質部４ａをノズルディスペンス法によって形成する様子を模式的に示す縦断面図（即ち、搬送される集電体２の主面に対して略平行なＸ方向からみた場合にみえる図）であり、図５の（ｂ）は、第一線状活物質部４ａをノズルディスペンス法によって形成する様子を模式的に示す斜視図である。
【００５９】
このノズルディスペンス法では、塗布液である活物質材料を吐出するための吐出口が複数設けられたノズル３０を、集電体２上方に配置し、その吐出口から一定量の活物質材料を吐出させながら、集電体２をノズル３０に対して相対的に矢印Ｙ1の方向に一定速度で搬送させる。こうすることで、集電体２上には、Ｙ1方向に沿って活物質材料からなる複数本の凸状の第一線状活物質部４ａが形成されてストライプ状のラインアンドスペースのパターン形状となるように塗布される。
【００６０】
ノズル３０に複数の吐出口を設けることにより、複数本の凸状の第一線状活物質部４ａが形成されてストライプ状とすることができ、集電体２の搬送を続けることにより、集電体２の全面に延びる凸状の第一線状負極活物質部４ａをストライプ状に形成することができる。第二線状活物質部４ｂについても同様である。
【００６１】
上記のように形成された第一線状活物質部４ａ及び第二線状活物質部４ｂは、まだ溶剤等を含むいわば塗布膜の状態であるため、第一線状活物質部４ａ及び第二線状活物質部４ｂが塗布された集電体２は、例えば乾燥手段である送風機等の下側領域を通り抜けるように搬送され、ドライエアーによって乾燥工程が実施される。これにより、集電体２と、集電体２の両面に形成された第一線状活物質部４ａ及び第二線状活物質部４ｂと、を含む電極１が得られる。
【００６２】
乾燥工程の乾燥温度及び乾燥時間は、当業者であれば適宜選択することができる。乾燥温度は、第一線状活物質部４ａ及び第二線状活物質部４ｂを乾燥させてその形状を固定させ得る範囲であればよく、例えば５℃〜１５０℃の範囲内、好ましくは常温（２３℃）〜８０℃の範囲内の温度であればよい。また、乾燥時間は、集電体２の搬送速度によって制御することもできる。
【００６３】
なお、第一線状活物質部塗布工程及び第二線状活物質部塗布工程の両方を終えた後に、乾燥及び／又は焼成により第一線状活物質部４ａ及び第二線状活物質部４ｂを得てもよいが、第一線状活物質部塗布工程を終えた後に、乾燥及び／又は焼成により第一線状活物質部４ａを得て、第二線状活物質部塗布工程を終えた後に、乾燥及び／又は焼成により第二線状活物質部４ｂを得てもよい。
【００６４】
また、電極１を正極として用いる場合は、ペースト状の正極活物質材料を用いて正極を形成すればよく、電極１を負極として用いる場合は、ペースト状の負極活物質材料を用いて負極を形成すればよい。
【００６５】
ペースト状の正極活物質材料又は負極活物質材料は、それぞれ上記正極活物質又は負極活物質と、上記導電助剤と、結着材と、溶剤等と、を、常法により攪拌・混合（混練）して得られる混合物で構成され、ノズル３０から吐出できる範囲で種々の粘度を有していてよい。本実施形態においては、例えば、せん断速度１ｓ-1で、下限１００Ｐａ・ｓ、上限１０００００Ｐａ・ｓ程度であるのが好ましい。なお、各成分は溶剤に溶解していても分散していてもよい（一部が溶解して残部が分散している場合も含む。）。
【００６６】
また、上記塗布工程に用いる正極活物質材料又は負極活物質材料の固形分割合は、正極活物質材料又は負極活物質材料がノズル３０から吐出できるように種々の固形分割合を有することができるが、前記混合物の湿潤点における固形分割合よりも小さな固形分割合を有しており、例えば６０質量％であるのが好ましい。
【００６７】
これらの粘度及び固形分割合は、正極活物質又は負極活物質、導電助剤、結着材及び溶剤等の成分の種類や配合量、寸法又は形状等によっても異なるが、上記正極活物質又は負極活物質と、上記導電助剤と、結着材と、溶剤等と、を常法により攪拌・混合（混練）する際の混練時間の長さによって、調整することができる。
【００６８】
結着剤としては、本発明の技術分野で常用されるものを使用でき、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリルニトリル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチルエステル、ポリアクリル酸エチルエステル、ポリアクリル酸ヘキシルエステル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチルエステル、ポリメタクリル酸エチルエステル、ポリメタクリル酸ヘキシルエステル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリエーテル、ポリエーテルサルホン、ポリヘキサフルオロプロピレン、スチレン−ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンジエン共重合体、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。また、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル、フッ化ビニリデン、クロロトリフルオロエチレン、エチレン、プロピレン、ペンタフルオロプロピレン、フルオロメチルビニルエーテル、アクリル酸、ヘキサジエン等から選ばれるモノマー化合物の共重合体を結着剤として用いてもよい。結着剤は１種を単独で使用でき又は必要に応じて２種以上を組み合わせて使用できる。
【００６９】
溶剤としては、電解液層１４に含まれる六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）等を分解しないように、水を除く有機溶媒を用いるのが好ましい。かかる有機溶媒としては、本発明の技術分野で常用されるものを使用でき、例えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルアミン、アセトン、シクロヘキサノン等が挙げられる。有機溶媒は１種を単独で使用でき又は２種以上を混合して使用できる。
【００７０】
このようにして、第一の面Ｓ１及び第二の面Ｓ２に略垂直な方向から（投影して）みた場合に、第一線状活物質部４ａと第二線状活物質部４ｂとが交差する位置関係で設けられている構成を有する上記本実施形態の電極１（正極１ａ及び負極１ｂ）を得ることができる。
【００７１】
そして、このようにして得た正極１ａ及び負極１ｂを、第一（又は第二）線状正極活物質部と、第二（又は第一）線状負極活物質部と、が、セパレータ１２を介して対向するように、積層し、例えば、封止材等を用いる従来の方法で正極１ａと負極１ｂとの間を気密性のある密閉空間とし、セパレータ１２に電解液を含浸させ、更に両側にそれぞれ正極集電体１４ａ及び負極集電体１４ｂを配置することにより、上記本実施形態の単電池１０を得ることができる（図３参照）。
【００７２】
そして、図４に示す構造を有する本実施形態の積層型リチウムイオン二次電池２０も、単電池１０と同様にして、セパレータ１２を介在させた正極１ａ及び負極１ｂの積層と、セパレータ１２への電解液の含浸と、を繰返すことにより、得ることができる。なお、図４に示す積層型リチウムイオン二次電池２０は、常法により外装缶に封入して電池とすればよい。
【００７３】
以上、本発明の実施形態の一例について説明したが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。上記実施形態は、種々の設計変更が可能であり、本発明の技術的思想を具備するものは、全て本発明に含まれることは言うまでもない。
【００７４】
例えば、上記実施形態においては、図１における矢印Ａの方向から投影してみえた場合に、図２に示すように、第一線状活物質部４ａと第二線状活物質部４ｂとが略９０°の角度で交差する場合（即ち、交差部分が最大の場合）について説明したが、第一線状活物質部と第二線状活物質部とが交差していればその角度は制限されない。
【００７５】
また、上記実施形態においては、正極及び負極の間に、電解液を含浸させたセパレータを有する、いわゆるセパレータタイプの単電池及び積層型リチウムイオン二次電池について説明したが、電解液を含浸させたセパレータに換えて固体（ゲル状を含む。）電解質を用いた固体電解質タイプの単電池及び積層型リチウムイオン二次電池であってもよい。これらは従来公知の方法で作製することができる。
【００７６】
また、本発明のリチウムイオン二次電池における第一線状活物質部及び第二線状活物質部の寸法や間隔は、上記実施形態に限定されるものではなく、適宜調整することが可能である。図４においては、積層されている単電池の数は５であるが、これに限定されるものではない。
【００７７】
また、上記実施形態においては、第一線状活物質部及び第二線状活物質部のいずれもが、それぞれ集電体の第一の面Ｓ１及び第二の面Ｓ２上において一定のスペースをおいて形成されている場合について説明したが、第一線状活物質部及び第二線状活物質部の基底部分においては、隣接する第一線状活物質部同士又は第二線状活物質部同士が連続していてもよい。
【００７８】
なお、上記実施形態では、凹凸構造を有する必要のある第一線状活物質部及び第二線状活物質部の形成にはノズルディスペンス法による塗布を適用しているので、種々のパターンを短時間で形成することができる。また、微細パターンの作成にもノズルディスペンス法を好適に適用することが可能である。
【００７９】
また、上記実施形態においては、電極の製造方法にノズルディスペンス法を用いたが、例えば、各工程において適用する塗布方法は上記に限定されるものではなく、当該工程の目的に適うものであれば他の塗布方法を適用してもよい。例えば、インクジェット法を用いてもよい。
【符号の説明】
【００８０】
１・・・電極、
１ａ・・・正極、
１ｂ・・・負極、
２・・・集電体、
４ａ・・・第一線状活物質部、
４ｂ・・・第二線状活物質部、
６・・・交差部分、
１０・・・単電池、
１２・・・セパレータ、
１４ａ・・・正極集電体、
１４ｂ・・・負極集電体、
１６・・・発電要素、
２０・・・積層型リチウムイオン二次電池、
３０・・・ノズル。
【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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