JP6044095B2

JP6044095B2 - 蓄電素子

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Publication number: JP6044095B2
Application number: JP2012075075A
Authority: JP
Inventors: 佐々木　丈; 丈佐々木; 稔手嶋; 手嶋　　稔
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2032-03-28
Also published as: JP2013206743A

Description

本発明は、正極と負極とセパレータとが積層されて形成される電極体を備える蓄電素子に関する。

世界的な環境問題への取り組みとして、ガソリン自動車から電気自動車への転換が重要になってきている。このため、非水電解質二次電池などの蓄電素子を電気自動車の電源として使用することが検討されている。

ここで、従来、当該蓄電素子において、正極と負極とセパレータとが積層されて形成される電極体を備えており、当該正極又は負極の基材層上にアンダーコート層が設けられた電池が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この蓄電素子では、当該正極又は負極の導電性の基材層上であって、当該基材層と活物質層との間にカーボン被膜であるアンダーコート層を設けることで、当該蓄電素子の内部抵抗を低減させている。

特開２０１１−２３３５６４号公報

しかしながら、上記従来の蓄電素子では、正極又は負極である電極の基材層上にアンダーコート層を介して設けられた活物質層が、当該基材層から剥離又は脱落するおそれがあるという問題がある。

例えば、電極の活物質層が電解液を吸収して膨潤したり、充放電が繰り返されることで当該活物質層が膨張、収縮したりすることなどにより、アンダーコート層の当該基材層への接着強度に影響を与え、アンダーコート層が当該基材層から剥離又は脱落する。これにより、基材層上にアンダーコート層を介して設けられた活物質層が、当該基材層から剥離又は脱落する。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、基材層上にアンダーコート層を介して設けられた活物質層が、当該基材層から剥離又は脱落することを抑制することができる蓄電素子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る蓄電素子は、正極と負極とセパレータとが積層されて形成される電極体を備える蓄電素子であって、前記正極又は前記負極は、導電性の基材層と、前記基材層上に配置されるアンダーコート層と、前記アンダーコート層上に配置される活物質層とを有し、前記アンダーコート層は、端部の方が中央部よりも、前記基材層との接着強度が高い。

これによれば、蓄電素子は、正極と負極とセパレータとが積層されて形成される電極体を備え、当該正極又は負極は、基材層上にアンダーコート層を有しており、アンダーコート層は、端部の方が中央部よりも、基材層との接着強度が高い。ここで、当該蓄電素子の電極体は、正極と負極とセパレータとが積層されて形成されており、アンダーコート層の中央部は、当該積層によって圧迫されるため、基材層から剥離又は脱落し難い。これに対し、アンダーコート層の端部は、当該積層によっては圧迫され難いため、基材層から剥離又は脱落し易い。当該蓄電素子によれば、アンダーコート層は、端部の方が中央部よりも基材層との接着強度が高いため、基材層からのアンダーコート層の剥離又は脱落を抑制することができる。これにより、当該蓄電素子によれば、基材層上にアンダーコート層を介して設けられた活物質層が、当該基材層から剥離又は脱落することを抑制することができる。

また、好ましくは、前記正極又は前記負極は、さらに、前記アンダーコート層の端部を覆う保護層を有する。

これによれば、蓄電素子は、正極又は負極に、アンダーコート層の端部を覆う保護層を有する。つまり、当該蓄電素子が当該保護層を有することにより、アンダーコート層は、端部の方が中央部よりも基材層との接着強度が高くなる。このため、当該蓄電素子は、基材層からのアンダーコート層の剥離又は脱落を抑制することで、基材層上にアンダーコート層を介して設けられた活物質層が、当該基材層から剥離又は脱落することを抑制することができる。

また、好ましくは、前記アンダーコート層及び前記保護層は、バインダーを含有し、前記保護層は、当該バインダーが含有される比率であるバインダー量比率が、前記アンダーコート層よりも高い。

これによれば、保護層は、アンダーコート層よりもバインダー量比率が高い。ここで、アンダーコート層のバインダー量比率を高くすると、蓄電素子の内部抵抗が上がる傾向にある。このため、当該蓄電素子は、バインダー量比率が高い保護層でアンダーコート層の端部を覆うことで、アンダーコート層のバインダー量比率を高くすることなく、アンダーコート層の端部を基材層に接着することができる。これにより、当該蓄電素子は、内部抵抗を抑制しつつ、基材層からのアンダーコート層の剥離又は脱落を抑制することで、基材層上にアンダーコート層を介して設けられた活物質層が、当該基材層から剥離又は脱落することを抑制することができる。

また、好ましくは、前記アンダーコート層は、端部の方が中央部よりも、バインダーが含有される比率であるバインダー量比率が高い。

これによれば、アンダーコート層は、端部の方が中央部よりもバインダー量比率が高い。このため、当該蓄電素子は、アンダーコート層の端部を覆う保護層などを設けることなく、アンダーコート層の端部を基材層に接着することができる。これにより、当該蓄電素子は、簡易な構成で、基材層からのアンダーコート層の剥離又は脱落を抑制することで、基材層上にアンダーコート層を介して設けられた活物質層が、当該基材層から剥離又は脱落することを抑制することができる。

また、好ましくは、前記活物質層は、端部の方が中央部よりも、前記アンダーコート層との接着強度が高い。

これによれば、アンダーコート層上に配置された活物質層は、端部の方が中央部よりも、アンダーコート層との接着強度が高い。ここで、蓄電素子の電極体は、正極と負極とセパレータとが積層されて形成されており、当該活物質層の中央部は、当該積層によって圧迫されるため、アンダーコート層から剥離又は脱落し難い。これに対し、当該活物質層の端部は、当該積層によっては圧迫され難いため、アンダーコート層から剥離又は脱落し易い。このため、当該蓄電素子によれば、当該活物質層は、端部の方が中央部よりもアンダーコート層との接着強度が高いため、アンダーコート層からの活物質層の剥離又は脱落を抑制することができる。これにより、当該蓄電素子によれば、基材層上にアンダーコート層を介して設けられた活物質層が、当該基材層から剥離又は脱落することを抑制することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る蓄電素子は、正極と負極とセパレータとが積層されて形成される電極体を備える蓄電素子であって、前記正極又は前記負極は、導電性の基材層と、前記基材層上に配置されるアンダーコート層と、前記アンダーコート層上に配置される活物質層とを有し、前記活物質層は、端部の方が中央部よりも、前記アンダーコート層との接着強度が高くてもよい。

これによれば、蓄電素子は、正極と負極とセパレータとが積層されて形成される電極体を備え、当該正極又は負極は、基材層上にアンダーコート層を介して活物質層を有しており、活物質層は、端部の方が中央部よりも、アンダーコート層との接着強度が高い。ここで、当該蓄電素子の電極体は、正極と負極とセパレータとが積層されて形成されており、活物質層の中央部は、当該積層によって圧迫されるため、アンダーコート層から剥離又は脱落し難い。これに対し、活物質層の端部は、当該積層によっては圧迫され難いため、アンダーコート層から剥離又は脱落し易い。当該蓄電素子によれば、当該活物質層は、端部の方が中央部よりもアンダーコート層との接着強度が高いため、アンダーコート層からの活物質層の剥離又は脱落を抑制することができる。これにより、当該蓄電素子によれば、基材層上にアンダーコート層を介して設けられた活物質層が、当該基材層から剥離又は脱落することを抑制することができる。

また、好ましくは、前記正極又は前記負極は、さらに、前記活物質層の端部を覆う保護層を有する。

これによれば、蓄電素子は、正極又は負極に、活物質層の端部を覆う保護層を有する。つまり、当該蓄電素子が当該保護層を有することにより、活物質層は、端部の方が中央部よりもアンダーコート層との接着強度が高くなる。このため、当該蓄電素子は、アンダーコート層からの活物質層の剥離又は脱落を抑制することで、基材層上にアンダーコート層を介して設けられた活物質層が、当該基材層から剥離又は脱落することを抑制することができる。

また、好ましくは、前記活物質層及び前記保護層は、バインダーを含有し、前記保護層は、当該バインダーが含有される比率であるバインダー量比率が、前記活物質層よりも高い。

これによれば、保護層は、活物質層よりもバインダー量比率が高い。このため、当該蓄電素子は、バインダー量比率が高い保護層で活物質層の端部を覆うことで、活物質層のバインダー量比率を高くすることなく、活物質層の端部をアンダーコート層に接着することができる。これにより、当該蓄電素子は、アンダーコート層からの活物質層の剥離又は脱落を抑制することで、基材層上にアンダーコート層を介して設けられた活物質層が、当該基材層から剥離又は脱落することを抑制することができる。

また、好ましくは、前記活物質層は、端部の方が中央部よりも、バインダーが含有される比率であるバインダー量比率が高い。

これによれば、活物質層は、端部の方が中央部よりもバインダー量比率が高い。このため、当該蓄電素子は、活物質層の端部を覆う保護層などを設けることなく、活物質層の端部を基材層に接着することができる。これにより、当該蓄電素子は、簡易な構成で、アンダーコート層からの活物質層の剥離又は脱落を抑制することで、基材層上にアンダーコート層を介して設けられた活物質層が、当該基材層から剥離又は脱落することを抑制することができる。

なお、本発明は、このような蓄電素子として実現することができるだけでなく、当該蓄電素子が備える電極体としても実現することができる。

本発明に係る蓄電素子によれば、基材層上にアンダーコート層を介して設けられた活物質層が、当該基材層から剥離又は脱落することを抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る蓄電素子の外観を模式的に示す斜視図である。本発明の実施の形態に係る蓄電素子の容器内方に配置されている構成要素を示す斜視図である。本発明の実施の形態に係る電極体の構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態に係る電極体の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態に係る電極体の端部の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態に係る蓄電素子が奏する効果を説明するための図である。本発明の実施の形態の変形例１に係る電極体の端部の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態の変形例２に係る電極体の端部の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態の変形例３に係る電極体の端部の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態の変形例４に係る電極体の端部の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態の変形例５に係る電極体の端部の構成を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る蓄電素子について説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。

（実施の形態）
まず、蓄電素子１０の構成について、説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０の外観を模式的に示す斜視図である。図２は、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０の容器内方に配置されている構成要素を示す斜視図である。図３は、本発明の実施の形態に係る電極体４００の構成を示す斜視図である。なお、図３は、図２に示した電極体４００の捲回状態を一部展開した図である。

蓄電素子１０は、電気を充電し、また、電気を放電することのできる二次電池であり、より具体的には、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池である。

図１に示すように、蓄電素子１０は、容器１００と、正極端子２００と、負極端子３００とを備えている。また、図２に示すように、容器１００内方には、正極集電体１２０と、負極集電体１３０と、電極体４００とが収容されている。

なお、蓄電素子１０の容器１００の内部には電解液などの液体が封入されているが、当該液体の図示は省略する。また、蓄電素子１０は、非水電解質二次電池には限定されず、非水電解質二次電池以外の二次電池であってもよいし、キャパシタであってもよい。

容器１００は、金属からなる矩形筒状で底を備える本体１１１と、本体１１１の開口を閉塞する金属製の板状部材である蓋体１１０とで構成されている。また、容器１００は、電極体４００等を内部に収容後、蓋体１１０と本体１１１とが溶接等されることにより、内部を密封することができるものとなっている。

電極体４００は、正極と負極とセパレータとを備え、電気を蓄えることができる部材である。正極は、アルミニウムやアルミニウム合金などからなる長尺帯状の正極基材層上に正極活物質層が形成されたものである。負極は、銅や銅合金などからなる長尺帯状の負極基材層上に負極活物質層が形成されたものである。セパレータは、樹脂からなる微多孔性のシートである。電極体４００の詳細な構成については、後述する。

そして、図３に示すように、電極体４００は、負極と正極との間にセパレータが挟み込まれるように層状に配置されたものが巻き回されて形成されている。なお、同図では、電極体４００の形状としては長円形状を示したが、円形状又は楕円形状でもよい。また、電極体４００の形状は捲回型に限らず、平板状極板を積層した形状でもよい。

図２に戻り、正極端子２００は、電極体４００の正極に電気的に接続された電極端子であり、負極端子３００は、電極体４００の負極に電気的に接続された電極端子である。つまり、正極端子２００及び負極端子３００は、電極体４００に蓄えられている電気を蓄電素子１０の外部空間に導出し、また、電極体４００に電気を蓄えるために蓄電素子１０の内部空間に電気を導入するための金属製の電極端子である。また、正極端子２００及び負極端子３００は、電極体４００の上方に配置された蓋体１１０に取り付けられている。

正極集電体１２０は、電極体４００の正極と容器１００の本体１１１の側壁との間に配置され、正極端子２００と電極体４００の正極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。なお、正極集電体１２０は、電極体４００の正極基材層と同様、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成されている。

負極集電体１３０は、電極体４００の負極と容器１００の本体１１１の側壁との間に配置され、負極端子３００と電極体４００の負極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。なお、負極集電体１３０は、電極体４００の負極基材層と同様、銅又は銅合金で形成されている。

具体的には、正極集電体１２０及び負極集電体１３０は、本体１１１の側壁から蓋体１１０に亘って当該側壁及び蓋体１１０に沿って屈曲状態で配置される金属製の板状部材である。また、正極集電体１２０及び負極集電体１３０は、蓋体１１０に固定的に接続されており、電極体４００の正極及び負極にそれぞれ溶接などによって固定的に接続されている。これにより、電極体４００は、容器１００の内部において、正極集電体１２０及び負極集電体１３０により、蓋体１１０から吊り下げられた状態で保持される。

次に、電極体４００の構成について、詳細に説明する。

図４は、本発明の実施の形態に係る電極体４００の構成を示す断面図である。具体的には、同図は、図３に示された電極体４００の捲回状態が展開された部分をＡ−Ａ断面で切断した場合の断面を示す図である。また、図５は、本発明の実施の形態に係る電極体４００の端部の構成を示す断面図である。具体的には、同図は、図４に示された電極体端部４０１を拡大して示す図である。

まず、図４に示すように、電極体４００は、正極４１０と負極４２０と２つのセパレータ４３０とが積層されて形成されている。具体的には、セパレータ４３０、負極４２０、セパレータ４３０、正極４１０の順に積層されて配置されている。なお、電極体４００の左側（Ｘ軸マイナス側）の端部を電極体端部４０１とし、右側（Ｘ軸プラス側）の端部を電極体端部４０８とし、電極体端部４０１と電極体端部４０８との間に配置される中央部分を電極体中央部４０２とする。

電極体端部４０１は、正極集電体１２０と接続される電極体４００の端部であり、電極体端部４０８は、負極集電体１３０と接続される電極体４００の端部である。ここで、以下では、電極体端部４０１について詳細に説明する。

図５に示すように、正極４１０は、正極基材層４１１と、アンダーコート層４１２及び４１３と、正極活物質層４１４及び４１５と、保護層４１６及び４１７とを有している。また、負極４２０は、負極基材層４２１と、負極活物質層４２２及び４２３とを有している。

なお、正極４１０のアンダーコート層４１２及び４１３の両端部分をアンダーコート層端部４１２ａ及び４１３ａとし、２つのアンダーコート層端部４１２ａ及び４１３ａの間に配置される中央部分をアンダーコート層中央部４１２ｂ及び４１３ｂとする。

また、正極活物質層４１４及び４１５の両端部分を正極活物質層端部４１４ａ及び４１５ａとし、２つの正極活物質層端部４１４ａ及び４１５ａの間に配置される中央部分を正極活物質層中央部４１４ｂ及び４１５ｂとする。

正極基材層４１１は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる長尺帯状の導電性の集電箔である。負極基材層４２１は、銅又は銅合金からなる長尺帯状の導電性の集電箔である。なお、上記集電箔として、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、Ａｌ−Ｃｄ合金など、適宜公知の材料を用いることもできる。

アンダーコート層４１２は、正極基材層４１１の上方（同図のＺ軸プラス方向）に配置される被膜層であり、アンダーコート層４１３は、正極基材層４１１の下方（同図のＺ軸マイナス方向）に配置される被膜層である。

ここで、アンダーコート層４１２及び４１３は、カーボン等の導電性材料を含む層である。アンダーコート層４１２及び４１３には、その他にバインダーや炭酸リチウム粉末、ポリオレフィン樹脂粒子等を混合しても良い。カーボンとしては、例えばファーネスブラック、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類、粉末状黒鉛、粉末状膨張黒鉛などのグラファイト類、炭素繊維粉砕物、黒鉛化炭素繊維粉砕物、等を用いることができる。アンダーコート層４１２及び４１３は、導電性材料を含むペーストを正極基材層４１１に塗布することにより形成してもよいし、スパッタリング等により形成してもよい。

正極活物質層４１４は、アンダーコート層４１２上方（同図のＺ軸プラス方向）に配置される活物質層であり、正極活物質層４１５は、アンダーコート層４１３下方（同図のＺ軸マイナス方向）に配置される活物質層である。本実施の形態では、アンダーコート層端部４１２ａが正極基材層４１１に沿って正極活物質層４１４から突出するように、正極活物質層４１４が配置され、アンダーコート層端部４１３ａが正極基材層４１１に沿って正極活物質層４１５から突出するように、正極活物質層４１５が配置されている。正極活物質層４１４及び４１５は、例えば、正極活物質とバインダーとを含有する。

ここで、正極活物質層４１４及び４１５に用いられる正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。例えば、Ｌｉ_ｘＭＯ_ｙ（Ｍは少なくとも一種の遷移金属を表す）で表される複合酸化物（Ｌｉ_ｘＣｏＯ_２、Ｌｉ_ｘＮｉＯ_２、Ｌｉ_ｘＭｎ_２Ｏ_４、Ｌｉ_ｘＭｎＯ_３、Ｌｉ_ｘＮｉ_ｙＣｏ_{（１−ｙ）}Ｏ_２、Ｌｉ_ｘＮｉ_ｙＭｎ_ｚＣｏ_{（１−ｙ−ｚ）}Ｏ_２、Ｌｉ_ｘＮｉ_ｙＭｎ_{（２−ｙ）}Ｏ_４など）、あるいは、Ｌｉ_ｗＭｅ_ｘ（ＸＯ_ｙ）_ｚ（Ｍｅは少なくとも一種の遷移金属を表し、Ｘは例えばＰ、Ｓｉ、Ｂ、Ｖ）で表されるポリアニオン化合物（ＬｉＦｅＰＯ_４、ＬｉＭｎＰＯ_４、ＬｉＮｉＰＯ_４、ＬｉＣｏＰＯ_４、Ｌｉ_３Ｖ_２（ＰＯ_４）_３、Ｌｉ_２ＭｎＳｉＯ_４、Ｌｉ_２ＣｏＰＯ_４Ｆなど）から選択することができる。また、これらの化合物中の元素又はポリアニオンは一部他の元素又はアニオン種で置換されていてもよく、表面にＺｒＯ_２、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３などの金属酸化物や炭素を被覆されていてもよい。さらに、ジスルフィド、ポリピロール、ポリアニリン、ポリパラスチレン、ポリアセチレン、ポリアセン系材料などの導電性高分子化合物、擬グラファイト構造炭素質材料などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらの化合物は単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。

保護層４１６は、アンダーコート層端部４１２ａと正極活物質層端部４１４ａとを覆う絶縁コート層であり、保護層４１７は、アンダーコート層端部４１３ａと正極活物質層端部４１５ａとを覆う絶縁コート層である。また、保護層４１６及び４１７は、セパレータ４３０に当接しないような厚さに形成されている。なお、保護層４１６及び４１７は、絶縁性を有していなくともよい。保護層４１６及び４１７は、例えば、無機粒子とバインダーとを含有する。

ここで、保護層４１６及び４１７に用いられる無機粒子としては、特に限定されるものではないが、例えば、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、セリア、イットリア、酸化亜鉛、酸化鉄、バリウムチタン酸化物、アルミナ−シリカ複合酸化物等の酸化物、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ホウ素、窒化アルミニウム等の窒化物、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、硫酸バリウム等の難溶性イオン結晶、シリコン、ダイヤモンド等の共有結合性結晶、シリコンカーバイド、炭酸カルシウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、チタン酸カリウム、タルク、カオリンクレイ、カオリナイト、ハロイサイト、パイロフィライト、モンモリロナイト、セリサイト、マイカ、アメサイト、ベントナイト、アスベスト、ゼオライト、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、ベーマイト、アパタイト、ムライト、スピネル、オリビン等、又は、これらを含む化合物等が挙げられる。また、上記の無機物は、ＳｎＯ_２、スズ−インジウム酸化物（ＩＴＯ）等の酸化物、カーボンブラック、グラファイト等の炭素質材料等の導電性粒子の表面を、電気絶縁性を有する材料（例えば、上記の電気絶縁性の無機粒子を構成する材料）で表面処理することで、電気絶縁性を持たせた粒子であってもよい。

ここで、保護層４１６は、バインダーが含有される比率であるバインダー量比率が、アンダーコート層４１２よりも高い。同様に、保護層４１７は、バインダー量比率が、アンダーコート層４１３よりも高い。つまり、保護層４１６及び４１７の方が、アンダーコート層４１２及び４１３よりも正極基材層４１１への接着強度が高くなる。

このため、アンダーコート層４１２は、アンダーコート層端部４１２ａの方がアンダーコート層中央部４１２ｂよりも、正極基材層４１１との接着強度が高くなっている。同様に、アンダーコート層４１３は、アンダーコート層端部４１３ａの方がアンダーコート層中央部４１３ｂよりも、正極基材層４１１との接着強度が高くなっている。

なお、保護層４１６及び４１７の双方ともに、アンダーコート層４１２及び４１３よりもバインダー量比率が高くなくてもよく、保護層４１６及び４１７のいずれか一方のみがアンダーコート層４１２又は４１３よりもバインダー量比率が高いことにしてもよい。

また、保護層４１６は、バインダー量比率が、正極活物質層４１４よりも高い。同様に、保護層４１７は、バインダー量比率が、正極活物質層４１５よりも高い。つまり、保護層４１６及び４１７の方が、正極活物質層４１４及び４１５よりも正極基材層４１１への接着強度が高くなる。

このため、正極活物質層４１４は、正極活物質層端部４１４ａの方が正極活物質層中央部４１４ｂよりも、アンダーコート層４１２との接着強度が高くなっている。同様に、正極活物質層４１５は、正極活物質層端部４１５ａの方が正極活物質層中央部４１５ｂよりも、アンダーコート層４１３との接着強度が高くなっている。

なお、保護層４１６及び４１７の双方ともに、正極活物質層４１４及び４１５よりもバインダー量比率が高くなくてもよく、保護層４１６及び４１７のいずれか一方のみが正極活物質層４１４又は４１５よりもバインダー量比率が高いことにしてもよい。

具体的には、正極活物質層４１４及び４１５のバインダー量比率は２〜８質量％が好ましく、アンダーコート層４１２及び４１３のバインダー量比率は３〜１０質量％が好ましく、保護層４１６及び４１７のバインダー量比率は２７〜７９％が好ましい。正極活物質層４１４及び４１５のバインダー量比率が上記の範囲にあることにより、正極活物質層の内部抵抗が上昇しないとともに、活物質の割合を高くできるので高容量の電池とすることができる。また、アンダーコート層４１２及び４１３のバインダー量比率を上記の範囲とすることにより、内部抵抗の上昇を抑制できる。そして、保護層４１６及び４１７のバインダー量を上記の範囲とすることにより、密着性の高い保護層とすることができる。

正極活物質層４１４及び４１５、アンダーコート層４１２及び４１３、並びに、保護層４１６及び４１７それぞれの接着強度は、ＪＩＳＫ６８５４−２に規定される剥離強度試験により測定することができる。

ここで、当該バインダーとしては、特に制限されないが、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、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、ポリビニルピロリドン、ヘキサフルオロポリプロピレン、スチレンブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロースなどが挙げられる。これらは、１種のみを単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。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、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸あるいはスチレン-ブタジエンゴムが好ましい。

なお、アンダーコート層４１２及び４１３、正極活物質層４１４及び４１５、保護層４１６及び４１７に含まれるバインダーは、同じバインダーであってもよいし、異なるバインダーであってもよい。

負極活物質層４２２及び４２３は、負極基材層４２１に形成される活物質層である。ここで、負極活物質層４２２及び４２３に用いられる負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な負極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。例えば、リチウム金属、リチウム合金（リチウム−アルミニウム、リチウム−鉛、リチウム−錫、リチウム−アルミニウム−錫、リチウム−ガリウム、及びウッド合金などのリチウム金属含有合金）の他、リチウムを吸蔵・放出可能な合金、炭素材料（例えば黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温焼成炭素、非晶質カーボンなど）、金属酸化物、リチウム金属酸化物（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２など）、ポリリン酸化合物などが挙げられる。この中でも、特に黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素が好ましい。

セパレータ４３０は、樹脂からなる微多孔性のシートであり、有機溶媒と電解質塩とを含む非水電解液が含浸されている。ここで、セパレータ４３０としては、有機溶剤に不溶な織布、不織布、ポリエチレンなどのポリオレフィン樹脂からなる合成樹脂微多孔膜が用いられ、材料、重量平均分子量や空孔率の異なる複数の微多孔膜が積層してなるものや、これらの微多孔膜に各種の可塑剤、酸化防止剤、難燃剤などの添加剤を適量含有しているものや片面及び両面にシリカなどの無機酸化物を塗布したものであってもよい。特に、合成樹脂微多孔膜を好適に用いることができる。中でもポリエチレン及びポリプロピレン製微多孔膜、アラミドやポリイミドと複合化させたポリエチレン及びポリプロピレン製微多孔膜、又は、これらを複合した微多孔膜などのポリオレフィン系微多孔膜が、厚さ、膜強度、膜抵抗などの面で好適に用いられる。

なお、上記実施の形態では、正極４１０の電極体端部４０１側の部分が図５に示す構成を有することとした。しかし、正極４１０の電極体端部４０８側の部分が図５に示す正極４１０の構成を有することにしてもよい。

また、上記実施の形態では、正極４１０が、アンダーコート層４１２及び４１３と、保護層４１６及び４１７とを有している構成としたが、負極４２０がアンダーコート層と保護層とを有している構成でもよい。つまり、上記実施の形態における正極と負極とが逆になった構成でもかまわない。

次に、蓄電素子１０が奏する効果について、説明する。

図６は、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０が奏する効果を説明するための図である。

蓄電素子１０が備える電極体４００は、捲回された状態では、同図に示すように、正極４１０と負極４２０とがセパレータ４３０を挟んで交互に配置されている。そして、正極４１０は、正極基材層４１１上にアンダーコート層４１２及び４１３を有しているとともに、アンダーコート層端部４１２ａ及び４１３ａを覆う保護層４１６及び４１７を有している。

このため、アンダーコート層４１２及び４１３は、アンダーコート層端部４１２ａ及び４１３ａの方が、アンダーコート層中央部４１２ｂ及び４１３ｂよりも、正極基材層４１１との接着強度が高い。

ここで、蓄電素子１０の電極体４００は、正極４１０と負極４２０とセパレータ４３０とが積層されて形成されており、アンダーコート層中央部４１２ｂ及び４１３ｂは、当該積層によって圧迫されるため、正極基材層４１１から剥離又は脱落し難い。これに対し、アンダーコート層端部４１２ａ及び４１３ａは、当該積層によっては圧迫され難いため、正極基材層４１１から剥離又は脱落し易い。

このため、アンダーコート層４１２及び４１３は、端部の方が中央部よりも正極基材層４１１との接着強度が高くなる。これにより、正極基材層４１１からのアンダーコート層４１２及び４１３の剥離又は脱落を抑制することができる。

また、保護層４１６及び４１７は、アンダーコート層４１２及び４１３よりもバインダー量比率が高い。ここで、アンダーコート層４１２及び４１３のバインダー量比率を高くすると、蓄電素子１０の内部抵抗が上がる傾向にある。このため、蓄電素子１０は、バインダー量比率が高い保護層４１６及び４１７でアンダーコート層端部４１２ａ及び４１３ａを覆うことで、アンダーコート層４１２及び４１３のバインダー量比率を高くすることなく、アンダーコート層端部４１２ａ及び４１３ａを正極基材層４１１に接着することができる。これにより、蓄電素子１０は、内部抵抗を抑制しつつ、正極基材層４１１からのアンダーコート層４１２及び４１３の剥離又は脱落を抑制することができる。

また、保護層４１６及び４１７は、正極活物質層端部４１４ａ及び４１５ａを覆う。このため、アンダーコート層４１２及び４１３上に配置された正極活物質層４１４及び４１５は、正極活物質層端部４１４ａ及び４１５ａの方が正極活物質層中央部４１４ｂ及び４１５ｂよりも、アンダーコート層４１２及び４１３との接着強度が高い。

ここで、正極活物質層中央部４１４ｂ及び４１５ｂは、正極４１０と負極４２０とセパレータ４３０との積層によって圧迫されるため、アンダーコート層４１２及び４１３から剥離又は脱落し難い。これに対し、正極活物質層端部４１４ａ及び４１５ａは、当該積層によっては圧迫され難いため、アンダーコート層４１２及び４１３から剥離又は脱落し易い。

このため、蓄電素子１０によれば、正極活物質層４１４及び４１５は、端部の方が中央部よりもアンダーコート層４１２及び４１３との接着強度が高いため、アンダーコート層４１２及び４１３からの正極活物質層４１４及び４１５の剥離又は脱落を抑制することができる。

また、保護層４１６及び４１７は、正極活物質層４１４及び４１５よりもバインダー量比率が高い。このため、蓄電素子１０は、バインダー量比率が高い保護層４１６及び４１７で正極活物質層端部４１４ａ及び４１５ａを覆うことで、正極活物質層４１４及び４１５のバインダー量比率を高くすることなく、正極活物質層端部４１４ａ及び４１５ａをアンダーコート層４１２及び４１３に接着することができる。これにより、蓄電素子１０は、アンダーコート層４１２及び４１３からの正極活物質層４１４及び４１５の剥離又は脱落を抑制することができる。

以上により、蓄電素子１０によれば、正極基材層４１１上にアンダーコート層４１２及び４１３を介して設けられた正極活物質層４１４及び４１５が、正極基材層４１１から剥離又は脱落することを抑制することができる。

（変形例１）
次に、上記実施の形態の変形例１について、説明する。図７は、本発明の実施の形態の変形例１に係る電極体の端部（電極体端部４０３）の構成を示す断面図である。

同図に示すように、本変形例１に係る電極体は、上記実施の形態に係る電極体４００の正極４１０に代えて、正極４４０を備えている。そして、正極４４０は、正極４１０の保護層４１６及び４１７に代えて、保護層４４６及び４４７を有している。

ここで、上記実施の形態では、保護層４１６及び４１７の端部は、負極４２０の端部よりも外側（同図のＸ軸方向マイナス側）に突出していることとした。しかし、本変形例１では、保護層４４６及び４４７の端部は、負極４２０の端部よりも内側（同図のＸ軸方向プラス側）に配置されている。これにより、保護層４４６及び４４７の材料使用量を低減しつつ、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。

（変形例２）
次に、上記実施の形態の変形例２について、説明する。図８は、本発明の実施の形態の変形例２に係る電極体の端部（電極体端部４０４）の構成を示す断面図である。

同図に示すように、本変形例２に係る電極体は、上記実施の形態に係る電極体４００の正極４１０に代えて、正極４５０を備えている。そして、正極４５０は、正極４１０の正極活物質層４１４及び４１５、保護層４１６及び４１７に代えて、正極活物質層４５４及び４５５、保護層４４６及び４４７を有している。

ここで、上記実施の形態では、アンダーコート層端部４１２ａ及び４１３ａは、正極活物質層４１４及び４１５から突出しており、保護層４１６及び４１７がアンダーコート層端部４１２ａ及び４１３ａを覆っていた。

しかし、本変形例２では、アンダーコート層端部４１２ａ及び４１３ａの上方に、正極活物質層４５４及び４５５の正極活物質層端部４５４ａ及び４５５ａが配置されており、アンダーコート層４１２及び４１３は、正極活物質層４５４及び４５５から突出していない。また、保護層４５６及び４５７は、正極活物質層端部４５４ａ及び４５５ａを覆っている。つまり、保護層４５６及び４５７は、正極活物質層端部４５４ａ及び４５５ａを介して、アンダーコート層端部４１２ａ及び４１３ａを覆っている。

これによっても、アンダーコート層端部４１２ａ及び４１３ａと正極活物質層端部４５４ａ及び４５５ａとが保護層４５６及び４５７に覆われるため、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。つまり、正極基材層４１１からのアンダーコート層４１２及び４１３の剥離又は脱落を抑制することができるとともに、アンダーコート層４１２及び４１３からの正極活物質層４５４及び４５５の剥離又は脱落を抑制することができる。これにより、正極活物質層４５４及び４５５が、正極基材層４１１から剥離又は脱落することを抑制することができる。

（変形例３）
次に、上記実施の形態の変形例３について、説明する。図９は、本発明の実施の形態の変形例３に係る電極体の端部（電極体端部４０５）の構成を示す断面図である。

同図に示すように、本変形例３に係る電極体は、上記実施の形態に係る電極体４００の正極４１０に代えて、正極４６０を備えている。そして、正極４６０は、正極４１０の保護層４１６及び４１７に代えて、保護層４６６及び４６７を有している。

ここで、上記実施の形態では、保護層４１６及び４１７は、アンダーコート層端部４１２ａ及び４１３ａと、正極活物質層端部４１４ａ及び４１５ａとを覆っていた。しかし、本変形例３では、保護層４６６及び４６７は、アンダーコート層端部４１２ａ及び４１３ａのみ覆っている。

これによれば、保護層４６６及び４６７によって、正極基材層４１１からのアンダーコート層４１２及び４１３の剥離又は脱落を抑制することができる。このため、正極活物質層４１４及び４１５が、正極基材層４１１から剥離又は脱落することを抑制することができる。

（変形例４）
次に、上記実施の形態の変形例４について、説明する。図１０は、本発明の実施の形態の変形例４に係る電極体の端部（電極体端部４０６）の構成を示す断面図である。

同図に示すように、本変形例４に係る電極体は、上記実施の形態に係る電極体４００の正極４１０に代えて、正極４７０を備えている。そして、正極４７０は、正極４１０の正極活物質層４１４及び４１５、保護層４１６及び４１７に代えて、正極活物質層４７４及び４７５を有している。つまり、正極４７０は、保護層を有していない。

ここで、上記実施の形態では、保護層４１６及び４１７は、アンダーコート層端部４１２ａ及び４１３ａを覆っていた。しかし、本変形例４では、正極活物質層４７４及び４７５の正極活物質層端部４７４ａ及び４７５ａがアンダーコート層端部４１２ａ及び４１３ａを覆うように配置されている。

また、正極活物質層４７４及び４７５は、端部の方が中央部よりもバインダー量比率が高くなっている。なお、正極活物質層４７４及び４７５の端部と中央部とにバインダー量比率の異なるペーストを別々に塗ったり、ペーストダムを分割して当該端部と中央部とに同時に塗工したりすることで、当該端部の方が中央部よりもバインダー量比率を高くすることができる。

これによれば、正極活物質層端部４７４ａ及び４７５ａのバインダー量比率を中央部よりも高くすることによって、正極活物質層４７４及び４７５が、正極基材層４１１又はアンダーコート層４１２及び４１３から剥離又は脱落することを抑制することができる。

また、正極活物質層４７４及び４７５の方がアンダーコート層４１２及び４１３よりもバインダー量比率が高い場合には、正極活物質層４７４及び４７５によって、正極基材層４１１からのアンダーコート層４１２及び４１３の剥離又は脱落を抑制することができる。

（変形例５）
次に、上記実施の形態の変形例５について、説明する。図１１は、本発明の実施の形態の変形例５に係る電極体の端部（電極体端部４０７）の構成を示す断面図である。

同図に示すように、本変形例５に係る電極体は、上記実施の形態に係る電極体４００の正極４１０に代えて、正極４８０を備えている。そして、正極４８０は、正極４１０のアンダーコート層４１２及び４１３、正極活物質層４１４及び４１５、保護層４１６及び４１７に代えて、アンダーコート層４８２及び４８３、正極活物質層４８４及び４８５を有している。つまり、正極４８０は、保護層を有していない。

ここで、アンダーコート層４８２及び４８３は、端部（アンダーコート層端部４８２ａ及び４８３ａ）の方が中央部よりもバインダー量比率が高い。また、正極活物質層４８４及び４８５は、端部（正極活物質層端部４８４ａ及び４８５ａ）の方が中央部よりもバインダー量比率が高い。

なお、アンダーコート層４８２及び４８３、又は正極活物質層４８４及び４８５において、端部と中央部とにバインダー量比率の異なるペーストを別々に塗ったり、ペーストダムを分割して当該端部と中央部とに同時に塗工したりすることで、当該端部の方が中央部よりもバインダー量比率を高くすることができる。

これにより、本変形例５に係る蓄電素子によれば、アンダーコート層４８２及び４８３の端部を覆う保護層などを設けることなく、アンダーコート層４８２及び４８３の端部を正極基材層４１１に接着することができる。

これにより、当該蓄電素子は、簡易な構成で、正極基材層４１１からのアンダーコート層４８２及び４８３の剥離又は脱落を抑制することができる。このため、正極活物質層４８４及び４８５が、正極基材層４１１から剥離又は脱落することを抑制することができる。

また、本変形例５に係る蓄電素子によれば、正極活物質層４８４及び４８５の端部を覆う保護層などを設けることなく、正極活物質層４８４及び４８５の端部を正極基材層４１１に接着することができる。これにより、当該蓄電素子は、簡易な構成で、正極基材層４１１からの正極活物質層４８４及び４８５の剥離又は脱落を抑制することができる。

以上、本発明の実施の形態及びその変形例に係る蓄電素子について説明したが、本発明は、上記実施の形態及びその変形例に限定されるものではない。

つまり、今回開示された実施の形態及びその変形例は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

また、上記実施の形態及び上記変形例を任意に組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。例えば、上記実施の形態又は変形例１〜４に、変形例５に係る変形を施してもよい。つまり、電極体が保護層を有している場合でも、アンダーコート層や活物質層の端部のバインダー量比率を高くする構成にしてもよい。

本発明は、基材層からのアンダーコート層の剥離又は脱落を抑制することができるリチウムイオン二次電池などの蓄電素子に適用できる。

１０蓄電素子
１００容器
１１０蓋体
１１１本体
１２０正極集電体
１３０負極集電体
２００正極端子
３００負極端子
４００電極体
４０１、４０３、４０４、４０５、４０６、４０７、４０８電極体端部
４０２電極体中央部
４１０、４４０、４５０、４６０、４７０、４８０正極
４１１正極基材層
４１２、４１３、４８２、４８３アンダーコート層
４１２ａ、４１３ａ、４８２ａ、４８３ａアンダーコート層端部
４１２ｂ、４１３ｂアンダーコート層中央部
４１４、４１５、４５４、４５５、４７４、４７５、４８４、４８５正極活物質層
４１４ａ、４１５ａ、４５４ａ、４５５ａ、４７４ａ、４７５ａ、４８４ａ、４８５ａ正極活物質層端部
４１４ｂ、４１５ｂ正極活物質層中央部
４１６、４１７、４４６、４４７、４５６、４５７、４６６、４６７保護層
４２０負極
４２１負極基材層
４２２、４２３負極活物質層
４３０セパレータ

Claims

正極と負極とセパレータとが積層されて形成される電極体を備える蓄電素子であって、
前記正極又は前記負極は、導電性の基材層と、前記基材層上に配置されるアンダーコート層と、前記アンダーコート層上に配置される活物質層とを有し、
前記アンダーコート層は、端部の方が中央部よりも、前記基材層との接着強度が高く、
前記アンダーコート層は、端部の方が中央部よりも、バインダーが含有される比率であるバインダー量比率が高い
蓄電素子。
前記正極又は前記負極は、さらに、前記アンダーコート層の端部を覆う、バインダーを含有した保護層を有する
請求項１に記載の蓄電素子。
前記アンダーコート層は、バインダーを含有し、前記保護層は、当該バインダーが含有される比率であるバインダー量比率が、前記アンダーコート層よりも高い
請求項２に記載の蓄電素子。
前記活物質層は、端部の方が中央部よりも、前記アンダーコート層との接着強度が高く、
前記活物質層は、端部の方が中央部よりも、バインダーが含有される比率であるバインダー量比率が高い
請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電素子。
前記正極又は前記負極は、さらに、前記活物質層の端部を覆う、バインダーを含有した保護層を有する
請求項４に記載の蓄電素子。
前記活物質層は、バインダーを含有し、前記保護層は、当該バインダーが含有される比率であるバインダー量比率が、前記活物質層よりも高い
請求項５に記載の蓄電素子。