JP2018160349A - 蓄電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】高容量化に加え、ハイレートで充放電する際の充放電容量の低下を抑制することができる蓄電デバイスを提供する。【解決手段】一対の電極１２Ａ，１４Ａと、前記一対の電極１２Ａ，１４Ａ間に設けられたセパレータ１６とを備える蓄電デバイス１０Ａにおいて、前記一対の電極１２Ａ，１４Ａは、集電体１８と、前記集電体１８の表面に形成された活物質層２０，２４とを有し、前記活物質層２０，２４は、前記セパレータ１６に接する側の表面に複数の第１穴２６が設けられており、前記セパレータ１６は、複数の第２穴２８を有し、前記第２穴２８は、前記第１穴２６と重なる位置にあることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電デバイスに関し、特にリチウムイオン二次電池（ＬｉＢ）、リチウムイオンキャパシタ（ＬｉＣ）、及び電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）に関する。

リチウムイオン二次電池（ＬｉＢ）、リチウムイオンキャパシタ（ＬｉＣ）、及び電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）は、一対の電極と、電極間に設けられたセパレータとを備える。セパレータは、電解液を含浸させることによりイオン透過性を有することが必要とされ、材料として微多孔を有するポリエチレン樹脂が用いられることが多い。ポリエチレン樹脂からなるセパレータは、短絡などによって蓄電デバイスが異常に高温に達した場合、溶融することで微多孔を閉塞し、異常反応を停止させる。

このようなセパレータとして、特許文献１には、５０μｍ以下の貫通孔が形成されたセパレータが開示されている。また特許文献２には、樹脂フィルムで形成された第１セパレータと第２セパレータとを有し、第１セパレータは電極と第２セパレータの間に配置され、第２セパレータのみに厚さ方向に貫通した保液穴が形成されたセパレータが開示されている。特許文献２の場合、保液穴を有する第２セパレータにより電解液の液枯れを防止すると共に、穴のない第１セパレータによって短絡を防止している。

特開２００３−２３８７３０号公報 特開２０１５−７２８２９号公報

蓄電デバイスには、高容量化に加え、大電流（ハイレート）での急速充放電特性が要求されている。しかしながら、上記特許文献１に示すように、セパレータに形成される貫通孔の大きさは微細であるため、イオンの移動が妨げられ、ハイレートでの充放電の際の充放電容量が低下する、という問題がある。上記特許文献２の場合も、第２セパレータが大きな保液穴を有するものの、第２セパレータと電極の間に配置された第１セパレータが、イオンの移動を妨げてしまう、という問題がある。

本発明は、高容量化に加え、ハイレートで充放電する際の充放電容量の低下を抑制することができる蓄電デバイスを提供することを目的とする。

本発明の第１の観点は、一対の電極と、前記一対の電極間に設けられたセパレータとを備える蓄電デバイスにおいて、前記一対の電極は、集電体と、前記集電体の表面に形成された活物質層とを有し、前記活物質層は、前記セパレータに接する側の表面に複数の第１穴が設けられており、前記セパレータは、複数の第２穴を有し、前記第２穴は、前記第１穴と重なる位置にあることを特徴とする。

本発明の第２の観点は、第１の観点に基づく発明であって、前記複数の第２穴は、直径が５０μｍ〜５００μｍであり、中心間隔が１〜５ｍｍであることを特徴とする。

本発明の第３の観点は、第１又は第２の観点に基づく発明であって、前記複数の第１穴は、直径が２００μｍ〜７００μｍであり、深さが活物質層の厚さの２０％以上であることを特徴とする。

本発明の第４の観点は、第１〜３のいずれか１つの観点に基づく発明であって、前記複数の第１穴は、前記集電体で形成された底部を有していることを特徴とする。

本発明の第５の観点は、第１〜４のいずれか１つの観点に基づく発明であって、前記複数の第２穴は、内壁が熱可塑性を有することを特徴とする。

本発明の第６の観点は、第１〜第５のいずれか１つの観点に基づく発明であって、第１穴は、第２穴より直径が大きいことを特徴とする。

本発明の第１の観点の蓄電デバイスでは、活物質層に第１穴が形成されているので、活物質層の表面に加え、活物質層の表面から厚さ方向に深い位置においても、電子の授受や、イオンの挿入、脱離が生じ、活物質層の表面から厚さ方向に深い位置の活物質を有効に利用でき、また、電極内でのイオンの移動距離が長くなりすぎず、さらに有効に活物質を利用でき、高容量化することができる。加えてセパレータには第２穴が形成されており、イオンがよりスムーズにセパレータを通過することができるので、ハイレートで充放電する際の充放電容量の低下を抑制することができる。さらにセパレータの第２穴が活物質層の第１穴に重なる位置に設けられていることにより、イオンがより速くセパレータを通過することができ、ハイレートで充放電する際の充放電容量の低下をより抑制することができる。

本発明の第２の観点の蓄電デバイスでは、第２穴に重なる位置にある１つの第１穴における電解液中のイオンが届く範囲が重複せず、活物質層において電解液中のイオンが届き難い領域が減少するので、有効に利用できる活物質が増加する。

本発明の第３の観点の蓄電デバイスでは、活物質層の深さ方向において深い位置まで電解液中のイオンが届きやすくなり、有効に利用できる活物質が増加する。

本発明の第４の観点の蓄電デバイスでは、第１穴の保液性を向上することができる。

本発明の第５の観点の蓄電デバイスでは、短絡などによる異常反応を停止させる効果を得ることができる。

本発明の第６の観点の蓄電デバイスでは、有効に利用できる活物質がより増加する。

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の電極構造を模式的に示す縦断面図である。 本実施形態に係るセパレータの平面図である。 変形例に係るリチウムイオン二次電池の電極構造を模式的に示す縦断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

（全体構成）
図１に示すように、蓄電デバイスとしてのリチウムイオン二次電池１０Ａは、正極１２Ａと負極１４Ａとセパレータ１６とを備えている。正極１２Ａと負極１４Ａとは、セパレータ１６を挟んで対向配置されている。正極１２Ａ、負極１４Ａ及びセパレータ１６は、例えば、ＥＣ（エチレンカーボネート）やＤＥＣ（ジエチルカーボネート）、ＤＭＣ（ジメチルカーボネート）、ＭＥＣ（メチルエチルカーボネート）等を含む非水溶媒にＬｉＰＦ_６やＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４等のリチウム塩を混合した電解液に浸された状態で、ケース（図示しない）に収容されている。

正極１２Ａは、集電体１８と、当該集電体１８の一表面に形成された正極活物質層２０とを有する。集電体１８は、主にアルミニウム箔を用いることができる。

正極活物質層２０は、正極活物質と、正極用導電助剤と、バインダーとを含む。正極活物質層２０は、セパレータ１６に接する側の表面に第１穴２６が形成されている。正極活物質としては、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＭｎＯ_２、ＬｉＦｅＰＯ_４などを用いることができる。導電助剤としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどのカーボンブラック、ＶＧＣＦ、黒鉛などを用いることができる。バインダーとしては、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）、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）などを用いることができる。正極活物質層２０の厚さは、５０〜２００μｍであるのが好ましい。

負極１４Ａは、集電体２２と、当該集電体２２の一表面に形成された負極活物質層２４とを有する。集電体２２は、銅箔、ステンレス箔、ニッケル箔などを用いることができる。なお、以下の説明において、正極活物質層２０と負極活物質層２４を特に区別しない場合、活物質層と総称する。

負極活物質層２４は、負極活物質と、バインダーとを含む。負極活物質層２４は、セパレータ１６に接する側の表面に第１穴２６が形成されている。負極活物質としては、天然黒鉛、人造黒鉛、シリコン（Ｓｉ）、酸化シリコン（ＳｉＯ）、スズ（Ｓｎ）、スズ−コバルト化合物（Ｓｎ−Ｃｏ）、酸化第二スズ（ＳｎＯ_２）、及びチタン酸リチウム（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２）などを用いることができる。バインダーとしては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）及びカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）などを用いることができる。

負極活物質層２４に形成された第１穴２６は、セパレータ１６を挟んで、正極活物質層２０に形成された第１穴２６と向き合う位置に配置されている。第１穴２６は、活物質層で形成された底部２７を有する。本図に示す第１穴２６は、円柱状である。

第１穴２６の直径は、２００〜７００μｍであるのが好ましい。第１穴２６の直径が、上記範囲内であると、第１穴２６に存在する電解液中を溶媒和したリチウムイオンがスムーズに移動することができる。第１穴２６の深さは、活物質層の厚さの２０％以上であることが望ましい。第１穴２６の深さが２０％以上であると、活物質層の深さ方向において深い位置まで電解液中のリチウムイオンが届きやすくなり、有効に利用できる活物質が増加する。第１穴２６は、セパレータ１６に形成された第２穴２８より、直径が大きいことが好ましい。第１穴２６の直径は、第２穴２８の直径の２倍〜１０倍であると、活物質層をより確実に有効利用することができる。

セパレータ１６は、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、セルロース不織布等のシート材で形成される。セパレータ１６は、第１穴２６と重なる位置に、厚さ方向に貫通した第２穴２８が形成されている。第２穴２８の直径は、５０μｍ〜５００μｍであるのが好ましい。第２穴２８の直径が上記範囲内であると、リチウムイオンの移動を妨げず、かつ、リチウムイオン二次電池１０Ａが異常高温に達した場合、溶融することで微多孔を閉塞し、異常反応を停止させる機能を発揮する。

図２に示すように、第１穴２６及び第２穴２８は、平面視において円形状を有しており、縦横に等間隔で形成されている。第１穴２６及び第２穴２８の中心間隔は、１〜５ｍｍであるのが好ましい。第１穴２６及び第２穴２８の中心間隔が上記範囲内であると、１つの第１穴２６における電解液中のリチウムイオンが届く範囲が重複せず、活物質層において電解液中のリチウムイオンが届き難い領域が減少するので、有効に利用できる活物質が増加する。

（製造方法）
リチウムイオン二次電池１０Ａの製造方法を説明する。活物質、バインダー、及び導電助剤を所定の質量比となるように量る。計量後、バインダーを溶媒に添加し、所定時間攪拌する。さらに活物質及び導電助剤を添加して攪拌し、粘度を調整してスラリーを作製する。スラリーは、集電体１８，２２の表面に活物質層を形成するために用いる液である。

次に、所定の大きさに成形した集電体１８，２２の表面に作製したスラリーを塗工し、所定温度で所定時間乾燥させて、活物質層を形成する。塗工方法は特に限定されず、例えばドクターブレード法やダイコート法を用いることができる。

次いで、活物質層を形成した集電体１８，２２をロールプレス機に通し、活物質層を所定の厚さに成形する。活物質層の活物質密度はロールプレス機のロール間のギャップの間隔を調整して活物質層の厚さを変えることで調整することができる。

最後に、所定の間隔で数多くの針が付いた剣山のような治具を活物質層の表面に突き刺し、第１穴２６を形成して、正極１２Ａ及び負極１４Ａを得る。

なお、直径５００μｍ以下の小さな第１穴２６は、レーザー加工によって形成することもできる。この方法では、照射するレーザー光の口径を変えることにより形成する第１穴２６の大きさを調整でき、入射角度を変えることにより例えば円錐台形状の第１穴２６を形成することもできる。

セパレータ１６は、正極及び負極の場合と同じ、所定の間隔で数多くの針が付いた剣山のような治具を、シート材に突き刺し、第２穴２８を形成して、得ることができる。第２穴２８は、レーザー加工によって形成することもできる。しかしながら、レーザー加工によって第２穴２８を形成した場合、第２穴２８の内壁がレーザー加工時の熱により溶融し熱可塑性が失われた状態となるため、蓄電デバイスが異常に高温に達した場合に溶融して第２穴２８を閉塞する効果が得られなくなる。したがって、短絡などによる異常反応を停止させる効果を得るには、上記剣山のような治具を用いて第２穴２８を形成することにより、第２穴２８の内壁の熱可塑性を維持するのが好ましい。

次に、第２穴２８と第１穴２６の位置を合わせて、セパレータ１６を挟んで、一側に正極１２Ａ、他側に負極１４Ａを配置し、電解液と共にケースに収容することで、リチウムイオン二次電池１０Ａを作製することができる。

（動作及び効果）
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１０Ａの動作を説明する。リチウムイオン二次電池１０Ａでは、正極１２Ａ及び負極１４Ａが電解液に浸されており、活物質層に形成された第１穴２６にも電解液が存在する。活物質層には第１穴２６が形成されているため、電解液は、活物質層の表面から厚さ方向に深い位置にも存在する。

まず、リチウムイオン二次電池１０Ａの充電時の動作について説明する。図示しない外部回路を通じて正極１２Ａ及び負極１４Ａ間に電圧を印加する。そうすると正極１２Ａの活物質内のリチウムがリチウムイオンとして、電解液中に放出される。正極１２Ａの正極活物質層２０に第１穴２６が形成されていることにより、正極活物質層２０の表面に加え、正極活物質層２０の表面から厚さ方向に深い位置においても、この反応が進行する。

活物質から放出された電子は図示しない外部回路を通って負極１４Ａへ移動する。一方、リチウムイオンは電解液及びセパレータ１６を介して負極１４Ａへ移動する。セパレータ１６には、第１穴２６に重なる位置に第２穴２８が形成されているので、リチウムイオンは、スムーズにセパレータ１６を通過することができる。

セパレータ１６を通過したリチウムイオンは、負極１４Ａの活物質内に挿入され、電子を受け取る。負極１４Ａの負極活物質層２４にも第１穴２６が形成されているので、リチウムイオンは、負極活物質層２４の表面に加え、負極活物質層２４の表面から厚さ方向に深い位置においても、この反応が進行する。以上のようにしてリチウムイオン二次電池１０Ａは充電される。

次いで、リチウムイオン二次電池１０Ａの放電時の動作について説明する。図示しない外部負荷に正極１２Ａ及び負極１４Ａを接続する。そうすると負極１４Ａで活物質内のリチウムがリチウムイオンとして電解液中に放出される。負極１４Ａの負極活物質層２４に第１穴２６が形成されていることにより、負極活物質層２４の表面に加え、負極活物質層２４の表面から厚さ方向に深い位置においても、この反応が進行する。

活物質から放出された電子は負極１４Ａから外部負荷を通って正極１２Ａへ移動する。リチウムイオンは、活物質から脱離し、電解液及びセパレータ１６を介して正極１２Ａへ移動する。リチウムイオンは、第１穴２６に重なる位置に形成された第２穴２８を通って、よりスムーズにセパレータ１６を通過することができる。セパレータ１６を通過したリチウムイオンは、正極１２Ａで活物質内に挿入される。この場合も、正極活物質層２０には第１穴２６が形成されているため、第１穴２６に存在する電解液中をリチウムイオンが移動し、リチウムイオンの移動がスムーズになり、正極活物質層２０の表面に加え、正極活物質層２０の厚さ方向に深い位置においても、リチウムイオンが活物質内に挿入される。このようにしてリチウムイオン二次電池１０Ａは放電される。

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１０Ａは、活物質層に第１穴２６が形成されていることにより、活物質層の表面から厚さ方向に深い位置において活物質から離脱したリチウムイオンが電解液中を移動できる。したがって活物質層の表面に加え、活物質層の表面から厚さ方向に深い位置においても、電子の授受や、イオンの挿入、脱離が生じ、活物質層の表面から厚さ方向に深い位置の活物質を有効に利用できる。また、正極１２Ａ及び負極１４Ａ内でのイオンの移動距離が長くなりすぎず、さらに有効に活物質を利用でき、高容量化することができる。

加えてセパレータ１６には第２穴２８が形成されており、イオンがよりスムーズにセパレータ１６を通過することができるので、ハイレートで充放電する際の充放電容量の低下を抑制することができる。

さらにセパレータ１６の第２穴２８が活物質層の第１穴２６に重なる位置に設けられていることにより、イオンがより速くセパレータ１６を通過することができ、ハイレートで充放電する際の充放電容量の低下をより抑制することができる。

リチウムイオンはイオン半径が非常に小さいため、電解液中では、数多くの溶媒と溶媒和していると考えられている。そして、溶媒和されたリチウムイオンは移動抵抗が大きい。また、集電体表面に塗工した電極ペーストを乾燥させて形成した、活物質層に穴が形成されていない従来の合材電極の場合、リチウムイオンと、例えばリチウム塩としてＬｉＰＦ_６を電解液に添加した場合のカウンターイオンであるＰＦ_６ ⁻イオンとが電極中の活物質間に形成された微細孔に含有された電解液中を通って移動していた。

このように、第１穴２６や第２穴２８が形成されていない従来の電極を用いたリチウムイオン二次電池では、溶媒和されたリチウムイオン（Ｌｉ^＋）とＰＦ_６ ⁻イオンとが微細孔に含浸された電解液中を通るため、リチウムイオンやＰＦ_６ ⁻イオンが、活物質間の狭窄部分やセパレータの微細孔に引っ掛かり易く、さらに移動抵抗が高くなった。

これに対して本実施形態の場合、セパレータ１６には、活物質層に形成された第１穴２６に対応した位置に第２穴２８が形成されているため、リチウムイオンやＰＦ_６ ⁻イオンは、第１穴２６及び第２穴２８に存在する電解液中を優先的に通る。すなわち第１穴２６及び第２穴２８はイオンが素早く移動できる優先経路となる。したがってリチウムイオンは、阻害されることなくセパレータ１６を通過することができる。以上より、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１０Ａは、ハイレートでの充放電の際にも、高い放電容量が得られる。

また、リチウムイオン二次電池１０Ａは、複数の第１穴２６が底部２７を有しているので、第１穴２６の保液性が向上する。すなわちリチウムイオン二次電池１０Ａを傾けて電解液が一方に偏った場合も、第１穴２６に電解液が保持される。したがってリチウムイオン二次電池１０Ａは、性能の低下を抑制できる。さらに正極１２Ａ及び負極１４Ａは、第１穴２６が集電体１８，２２を貫通していないようにすることで、リチウムイオン二次電池１０Ａの製造工程において集電体１８，２２が破れにくく、効率的にリチウムイオン二次電池１０Ａを製造できる。

（変形例）
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。

上記実施形態の場合、第１穴は円柱状である場合について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、図３に示すリチウムイオン二次電池１０Ｂのように、正極１２Ｂの活物質層３０及び負極１４Ｂの活物質層３４に形成された第１穴３２は、円錐状でもよい。また第１穴及び第２穴は、平面視において円形状である場合について説明したが、本発明はこれに限らず、楕円形状や多角形状であってもよい。

さらに第１穴及び第２穴は、全ての第１穴が同じ大きさ、形状である必要はなく、異なる大きさや形状をした第１穴が混在していてもよい。

第１穴は、活物質層によって底部が形成されている場合について説明したが、本発明はこれに限らず、集電体によって底部が形成されていてもよい。集電体によって底部が形成されていることにより、第１穴の保液性を向上することができる。また第１穴は、活物質層及び集電体を貫通していてもよい。

蓄電デバイスとして、リチウムイオン二次電池に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、リチウムイオンキャパシタ、及び電気二重層キャパシタに適用してもよい。

（実施例）
上記製造方法で示した手順で電気化学セルを作製し、単位質量あたりの放電容量を測定して評価した。まず活物質としてＬｉＣｏＯ_２を用いた正極を作製し、電気化学セルの正極に適用した。

最初に、活物質としてのＬＣＯ、バインダーとしてのＰＶＤＦ、導電助剤としてのアセチレンブラックの質量比が９０：５：５となるようにそれぞれ計量した。その後、計量したＰＶＤＦを溶媒としてのＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に添加し、２０分攪拌した。さらにＬｉＣｏＯ_２及びアセチレンブラックを添加して攪拌し、正極スラリーを得た。

次に、集電体として厚さ１５μｍのアルミ箔を用意し、アルミ箔の一表面に正極スラリーをコンマロールコータ（サンクメタル社製、製品名：チビコータ）によって塗工し、１２０℃で１時間乾燥させて活物質層を形成した。形成した活物質層の厚さは９０μｍである。

次いで、活物質層を形成したアルミ箔をロールプレス機（サンクメタル社製、製品名：５トンエアーハイドロプレス）にかけて、活物質層の厚さが７０μｍとなるように圧縮した。２５ｍｍ×３５ｍｍの大きさにカットした。

活物質層の表面に剣山状の針を突き刺し、中心間隔４ｍｍ、直径約５００μｍ、深さ１００μｍの円錐形状の第１穴を形成した。以上の工程を経て、正極を作製した。

続いて、活物質として天然黒鉛を用いた負極を作製し、電気化学セルの負極に適用した。最初に、活物質としての天然黒鉛、バインダーとしてのＳＢＲ及びＣＭＣ、導電助剤としてのＡＢの質量比が９７：１：１：１となるようにそれぞれ計量した。その後、計量したＣＭＣを含む水溶液を作製し、天然黒鉛、ＳＢＲ及びＡＢを添加して攪拌し、負極スラリーを得た。

次に、集電体として厚さ１０μｍの銅箔上に負極スラリーをコンマロールコータ（サンクメタル社製、製品名：チビコータ）によって塗工し、１１０℃で１時間乾燥させて活物質層を形成した。形成した活物質層の厚さは９０μｍである。

次いで、活物質層を形成した銅箔をロールプレス機（サンクメタル社製、製品名：５トンエアーハイドロプレス）にかけて、活物質層の厚さが７０μｍとなるように圧縮した。２５ｍｍ×３５ｍｍの大きさにカットした。最後に、正極と同じ第１穴を活物質層表面に形成した。以上の工程を経て、負極を作製した。

セパレータとして、ポリエチレン製の厚さ２０μｍのシート材を用いた。セパレータに、剣山状の針を突き刺し、中心間隔４ｍｍ、直径約１００μｍの、貫通した第２穴を形成した。

第２穴と第１穴の位置を合わせて、セパレータを挟んで、一側に正極、他側に負極を配置し、ＥＣとＤＥＣとを体積比１：１の割合で混合した溶媒に１ＭのＬｉＰＦ_６を添加した電解液と共にアルミラミネートパックに挿入し、真空パックをして実施例のラミネートセルを作製した。比較例として、第２穴と第１穴を２ｍｍずらした以外は、実施例と同じラミネートセルを作製した。

単位質量あたりの放電容量を測定して電気化学セルの特性を評価した。放電容量は、充放電試験装置（アスカ電子（株）製、モデル：ＡＣＤ−Ｒ１ＡＰＳ）を用い、温度２５±１℃において測定した。

まず、０．１Ｃ−４．２ＶのＣＣ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）−ＣＶ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）で、各キャパシタを充電した。ここで、０．１Ｃとは、４．２Ｖまでの電荷容量を１０時間で満充電するための充電レートである。次いで０．１Ｃの放電レートで放電した。上記充電と放電を２回繰り返し、０．１Ｃの放電レートで１０時間放電した際の放電容量を測定した。３回目の放電で、１Ｃの放電レートで１時間放電した際の放電容量を測定した。その結果、リチウムイオン二次電池の電気容量が１０時間で放電できる電流を流す０．１Ｃ放電の場合、実施例及び比較例の放電容量は、いずれも１４５（ｍＡｈ／ｇ）であった。

リチウムイオン二次電池の電気容量が１時間で放電できる電流を流す１Ｃ放電の場合、実施例では６７（ｍＡｈ／ｇ）の放電容量が得られた。一方、比較例のリチウムイオン二次電池の放電容量は５１（ｍＡｈ／ｇ）であった。１Ｃ放電の場合、実施例及び比較例の放電容量は、いずれも０．１Ｃ放電の場合より低下している。放電レートが高い場合（ハイレートの場合）に放電容量が低下するのは、電極間におけるリチウムイオンの移動速度が影響していると考えられる。

実施例のリチウムイオン二次電池は、１Ｃ放電の場合の放電容量が比較例のリチウムイオン二次電池より大きく、ハイレートでの放電時における容量の低下が抑制されている。実施例のリチウムイオン二次電池は、セパレータに形成された第２穴が、活物質層に形成された第１穴と重なっている位置にあることから、リチウムイオンがより速くセパレータを通過できることが要因である。

比較例のリチウムイオン二次電池は、セパレータに形成された第２穴が、活物質層に形成された第１穴とずれた位置にあることから、リチウムイオンの移動が妨げられたため、１Ｃ放電の場合の放電容量が実施例に比べ大きく低下した。

１０Ａ、１０Ｂ リチウムイオン二次電池
１２Ａ 正極
１４Ａ 負極
１６ セパレータ
１８，２２ 集電体
２０ 正極活物質層（活物質層）
２４ 負極活物質層（活物質層）
２６、３２ 第１穴
２７ 底部
２８ 第２穴

Claims (6)

1. 一対の電極と、前記一対の電極間に設けられたセパレータとを備える蓄電デバイスにおいて、
   前記一対の電極は、集電体と、前記集電体の表面に形成された活物質層とを有し、
   前記活物質層は、前記セパレータに接する側の表面に複数の第１穴が設けられており、
   前記セパレータは、複数の第２穴を有し、
   前記第２穴は、前記第１穴と重なる位置にある
   ことを特徴とする蓄電デバイス。
2. 前記複数の第２穴は、直径が５０μｍ〜５００μｍであり、中心間隔が１〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の蓄電デバイス。
3. 前記複数の第１穴は、直径が２００μｍ〜７００μｍであり、深さが活物質層の厚さの２０％以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の蓄電デバイス。
4. 前記複数の第１穴は、前記集電体で形成された底部を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の蓄電デバイス。
5. 前記複数の第２穴は、内壁が熱可塑性を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の蓄電デバイス。
6. 前記第１穴は、前記第２穴より直径が大きいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の蓄電デバイス。

Images