JP6264891B2

JP6264891B2 - 電極、および電極を有する電池

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Publication number: JP6264891B2
Application number: JP2014002495A
Authority: JP
Inventors: 洋介喜多; 敬之藤井; 文洋川村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2014-01-09
Filing date: 2014-01-09
Publication date: 2018-01-24
Anticipated expiration: 2034-01-09
Also published as: JP2015133178A

Description

本発明は、電極、および電極を有する電池に関する。

近年、自動車産業や先端電子産業などの分野において、自動車用電池や電子機器用電池への需要が増大しており、特に小型・薄型化や、高容量化などが要求されている。中でも、他の電池に比べて高エネルギー密度である非水電解質二次電池が注目されている。

非水電解質二次電池は、負極活物質層が集電体上に塗布された負極と、正極活物質層が集電体上に塗布された正極と、負極および正極の間に配置されるセパレータと、を有している。正極、セパレータ、負極を積層して電池を構成したときに正極と負極とのずれに起因した内部短絡を抑制するために、正極の活物質層の端部に絶縁性の被覆材（絶縁部材）を設けることが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００４−２５９６２５号公報

ところで、このような絶縁部材は、特許文献１に示すように、一般的に電極の集電体上の活物質層から露出部にかけて設けている。絶縁部材の被覆面には、接着材が全面に塗布されている。このため、絶縁部材の端部においては、接着材が電極の活物質層の上にある。したがって、非水電解質二次電池では、充放電時に活物質の電位変化が起こった際に接着材が溶出して電解質のイオン導電性が低下し、その結果サイクル特性が低下するという問題点がある。

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、充放電時に活物質の電位変化が起こった際の接着材の溶出を抑制して電解質のイオン導電性の低下を抑制し、もって、サイクル特性の向上が可能な電極、および電極を有する電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係る電極は、集電体と、前記集電体の一部を露出させた露出部が残るように前記集電体上に形成された活物質層と、前記活物質層と前記露出部との境界部を覆う絶縁部材と、を有している。前記絶縁部材は、前記集電体に対向する面に、接着材によって形成される接着領域と、前記接着材を含まない非接着領域とを備えている。前記絶縁部材は、前記接着領域と前記非接着領域との境界を複数備え、複数の境界のうち前記活物質層の側に最も寄っている境界が、前記境界部に一致して位置している状態で前記境界部を覆い、前記非接着領域が前記活物質層上および前記露出部上の両方に位置されている。

上記目的を達成する本発明に係る電池は、上記の電極をセパレータを介して積層した積層体を有し、前記積層体を外装体によって封止している。

上記のように構成した本発明の電極、および当該電極を有する電池によれば、活物質層は絶縁部材における非接着領域によって覆われているので、充放電時に活物質層の電位変化が起こった際の接着材の溶出を抑制することができる。これによって、電解質のイオン導電性の低下を抑制し、その結果サイクル特性を向上することができる。

実施形態に係る電池の構成を示す断面図である。図１の電池における正極および負極の構成を示す断面図である。変形例１に係る正極および負極の構成を示す断面図である。変形例２に係る正極および負極の構成を示す断面図である。変形例３に係る正極および負極の構成を示す断面図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明に係る実施形態を説明する。図面における各部材の大きさや比率は、説明の都合上誇張され実際の大きさや比率とは異なる場合がある。なお、実施形態に係る電池１００は、例えば、電気自動車、燃料電池車およびハイブリッド電気自動車等の車両のモータ等の駆動用電源や補助電源に用いられる。本実施形態では、電池１００として、非水電解質二次電池を例示して説明する。

＜実施形態＞
実施形態に係る電池１００について、図１および図２を参照しながら説明する。

図１は、実施形態に係る電池１００の構成を示す断面図である。図２は、図１の電池における正極および負極の構成を示す断面図である。

図１に示される電池１００は、扁平型（積層型）の双極型ではない非水電解質リチウムイオン二次電池（以下、単に「電池」という）である。電池１００は、正極２０および負極３０をセパレータ４０を介して積層した発電要素７０（積層体に相当する）と、発電要素７０を封止する外装体８０と、を有する。

電池１００は、充放電反応が進行する略矩形の発電要素７０を外装体８０であるラミネートシートの内部に封止している。隣接する正極２０、セパレータ４０、負極３０は、１つの単電池層９０を形成する。発電要素７０は、単電池層９０が複数積層することによって、電気的に並列接続してなる構成を有している。なお、電池１００は、図１に示す電池１００の正極２０および負極３０の配置を逆にして、発電要素７０の両最外層に正極２０が位置するようにしてもよい。

電池１００は、長方形状の扁平な形状を有し、対向する両端から電力を取り出すための正極タブ２４、負極タブ３４を引き出している。外装体８０の周囲を熱溶着することによって正極タブ２４、負極タブ３４を引き出した状態で、発電要素７０を密封している。

正極２０は、集電体２１と、活物質層２２とを有し、負極３０は、集電体３１と、活物質層３２とを有している。活物質層２２、３２は、集電体２１、３１の一部を露出させた露出部２１ｂ、３１ｂが残るように集電体２１、３１上に形成している。本実施形態の正極２０はさらに、活物質層２２と露出部２１ｂとの境界部２３を覆う絶縁部材５０をさらに有している。絶縁部材５０は、集電体２１に対向する面に、接着材５１によって形成される接着領域５０ａと、接着材を含まない非接着領域５０ｂとを備えている。非接着領域５０ｂは、活物質層２２の側に位置されている。

図２に示すように、本実施形態では、絶縁部材５０を電極１０としての正極２０に設ける場合を例示して説明する。このため、本実施形態では、絶縁部材５０が設けられる側の集電体および活物質層は、正極２０用の集電体２１および活物質層２２である。

電池１００の構成は、一般的な非水電解質二次電池に用いられている公知の材料を用いればよく、特に限定するものではない。電池１００に使用することができる正極２０の集電体２１および活物質層２２、負極３０の集電体３１および活物質層３２、セパレータ４０、絶縁部材５０、外装体８０等について説明する。

正極２０の集電体２１を構成する材料は、電池用の集電体として従来用いられている部材が適宜採用され得る。一例を挙げると、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、チタンまたは銅が挙げられる。中でも、電子伝導性、電池作動電位の観点からは、正極２０の集電体２１としてアルミニウムが好ましい。しかし、これに特に限定することなく、例えばアルミニウム箔、ニッケルとアルミニウムのクラッド材、銅とアルミニウムのクラッド材、あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材を、利用することも可能である。正極の集電体の厚さは、特に限定せず、電池の使用目的を考慮して設定する。

正極２０の活物質層２２を構成する材料は、例えば、ＬｉＭｎ_２０_４である。しかし、これに特に限定されることはない。なお、容量および出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物を適用することが好ましい。正極２０は、集電体２１の両面に活物質層２２を形成している。

負極３０の集電体３１の材料は、正極２０の集電体２１の材料と同じである。中でも、電子伝導性、電池作動電位の観点からは、負極３０の集電体３１として銅が好ましい。負極３０の集電体３１の厚さは、正極２０の集電体２１の厚さと同様に、特に限定せず、電池の使用目的を考慮して設定する。

負極３０の活物質層３２は、例えば、ハードカーボン（難黒鉛化炭素材料）である。しかし、これに特に限定することなく、例えば黒鉛系炭素材料や、リチウム−遷移金属複合酸化物を利用することも可能である。特に、カーボンおよびリチウム−遷移金属複合酸化物からなる負極活物質は、容量および出力特性の観点から好ましい。負極３０は、集電体３１の両面に活物質層３２を形成している。

セパレータ４０は、ポーラス形状を有し、通気性を有する。セパレータ４０は、電解質が含浸することによって電解質層を構成する。電解質層であるセパレータ４０の素材は、例えば、電解質を浸透し得る通気性を有するポーラス状のＰＥ（ポリエチレン）である。しかし、これに特に限定することなく、例えばＰＰ（ポリプロピレン）などの他のポリオレフィン、ＰＰ／ＰＥ／ＰＰの３層構造をした積層体、ポリアミド、ポリイミド、アラミド、不織布を、利用することも可能である。不織布は、例えば、綿、レーヨン、アセテート、ナイロン、ポリエステルである。

電解質のホストポリマーは、例えば、ＨＦＰ（ヘキサフルオロプロピレン）コポリマーを１０％含むＰＶＤＦ−ＨＦＰ（ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体）である。しかし、これに特に限定することなく、その他のリチウムイオン伝導性を持たない高分子や、イオン伝導性を有する高分子（固体高分子電解質）を適用することも可能である。その他のリチウムイオン伝導性を持たない高分子は、例えば、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）である。イオン伝導性を有する高分子は、例えば、ＰＥＯ（ポリエチレンオキシド）やＰＰＯ（ポリプロピレンオキシド）である。

ホストポリマーが保持する電解液は、例えば、ＰＣ（プロピレンカーボネート）およびＥＣ（エチレンカーボネート）からなる有機溶媒、支持塩としてのリチウム塩（ＬｉＰＦ_６）を含んでいる。有機溶媒は、ＰＣおよびＥＣに特に限定せず、その他の環状カーボネート類、ジメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類、テトラヒドロフラン等のエーテル類を適用することが可能である。リチウム塩は、ＬｉＰＦ_６に特に限定することなく、その他の無機酸陰イオン塩、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３等の有機酸陰イオン塩を、適用することが可能である。

電池１００は、リチウムイオン二次電池であって、負極３０用の活物質層３２が、平面視において正極２０用の活物質層２２よりも大きい。負極３０端部への電流集中によって負極３０におけるリチウム金属のデンドライト析出を防止するためである。電池１００には、正極２０の集電体２１における露出部２１ｂと、負極３０の活物質層３２とが、セパレータ４０を介して対向する部分が存在する。この部分における内部短絡を防止するために、絶縁部材５０を、活物質層２２と露出部２１ｂとの境界部２３を覆うように設けている。

本実施形態では、活物質層２２の外周縁の四辺のうち、正極タブ２４に接続する側の一辺を境界部２３としている。この境界部２３を絶縁部材５０によって覆っている。なお、絶縁部材５０によって覆う境界部２３は１つの辺に限定されるものではない。活物質層２２の外周縁のうち複数の辺を絶縁部材５０によって覆ってもよいし、外周縁におけるすべての辺を絶縁部材５０によって覆ってもよい。

絶縁部材５０の基材の材料は、熱可塑性樹脂である。絶縁部材５０の基材は例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、アクリロニトリルスチレン樹脂（ＡＳ樹脂）、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、グラスファイバー強化ポリエチレンテレフタレート（ＧＦ−ＰＥＴ）、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリサルフォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、非晶ポリアリレート（ＰＡＲ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、熱可塑性ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等である。

絶縁部材５０の基材に塗布する接着材５１は、例えば有機溶剤系バインダ（非水系バインダ）でも、水分散系バインダ（水系バインダ）のいずれも用いることができるなど、特に限定されない。例えば、以下の材料が挙げられる。ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフクレート、ポリエーテルニトリル、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、カルポキシメチルセルロース、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体およびその水素添加物などの熱可塑性高分子、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン、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、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニル等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム、ビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、エポキシ樹脂等が挙げられる。中でも、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、スチレン・ブタジエンゴム、カルポキシメチルセルロース、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミドであることがより好ましい。これらの好適なバインダは、耐熱性に優れ、電解液との反応性が低く、さらに耐溶性に優れており、正極および負極のそれぞれの活物質層上に塗布して使用することが可能である。これらのバインダは、１種単独で用いてもよいし、２種併用してもよい。

本実施形態では、絶縁部材５０として粘着テープを用いる場合を例に説明する。粘着テープの接着材５１が塗布されている面の一部に対し、ドライエッジを施して接着材５１を除去することによって、絶縁部材５０に、非接着領域５０ｂを形成する。このようにして、接着材５１によって形成される接着領域５０ａと、接着材５１を含まない非接着領域５０ｂとを備える絶縁部材５０が形成される。しかしながら、これに限ることなく、絶縁部材５０の基材として、例えば接着材が塗布されていないテープを用いることもできる。上記構成の場合には、テープからなる絶縁部材５０の基材の一部に対し、接着材５１を塗布して接着領域５０ａを形成する。この構成においても、接着材５１によって形成される接着領域５０ａと、接着材５１を含まない非接着領域５０ｂとを備える絶縁部材５０が形成される。

絶縁部材５０は、活物質層２２の側に接着材５１を含まない非接着領域５０ｂを位置させている。図２に示される貼り付け形態においては、非接着領域５０ｂと接着領域５０ａとの境界５２は、境界部２３よりも露出部２１ｂ側に位置している。

この形態では、絶縁部材５０の基材に設けられた接着材５１は、正極２０の集電体２１上の露出部２１ｂにのみ接着し、活物質層２２には接着していない。活物質層２２において充放電反応の起こる部位は、絶縁部材５０によって覆われていない部位である。図２において、充放電反応の起こる部位の端部は、絶縁部材５０における非接着領域５０ｂの図中左端の下側に位置し、活物質層２２自体の図中右端よりも左側に寄って位置することになる。充放電時に活物質層２２の電位変化が起こったとき、充放電反応の起こる部位の端部と接着材５１の図中左端とが離れていることから、接着材５１が溶出することを抑制することができる。これによって、電解質のイオン導電性の低下を抑制し、その結果サイクル特性を向上することができる。

絶縁部材５０の非接着領域５０ｂは、活物質層２２上に位置し、電池１００を構成した後には積層圧によって固定される。このため、絶縁部材５０は、活物質層２２と非接着であっても、接着領域５０ａにおいて集電体２１の露出部２１ｂに接着していさえすれば何ら支障が生じることはない。

外装体８０は、その内部に発電要素７０を封入する部材であり、発電要素７０を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた袋状のケースなどを用いることができる。ラミネートフィルムとしては、例えば、ＰＰ、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる３層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。高出力化や冷却性能に優れ、ＥＶ、ＨＥＶ用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、ラミネートフィルムが望ましい。また、外部から掛かる発電要素への群圧を容易に調整することができ、電池が大型化できることから、発電要素が積層構造であり、かつ外装体はアルミニウムを含むラミネートフィルムがより好ましい。

外装体８０の内容積は発電要素７０を封入できるように、発電要素７０の容積よりも大きくなるように構成されている。ここで外装体８０の内容積とは、外装体８０で封止した後の真空引きを行う前の外装体８０内の容積を指す。また、発電要素７０の容積とは、発電要素７０が空間的に占める部分の容積であり、発電要素７０内の空孔部を含む。外装体８０の内容積が発電要素７０の容積よりも大きいことで、ガスが発生した際にガスを溜めることができる空間が存在する。これにより、発電要素７０からのガスの放出性が向上し、発生したガスが電池挙動に影響することが少なく、電池特性が向上する。

また、本実施形態においては、発電要素７０の有する空孔の体積Ｖ_１に対する外装体８０に注入された電解液の体積Ｌの比の値（Ｌ／Ｖ_１）が、１．２〜１．６の範囲となるように構成するのが好ましい。電解液の量（体積Ｌ）が多ければ、たとえ正極２０側に電解液が偏在したとしても、負極３０側にも十分な量の電解液が存在するため、両極での表面皮膜の形成を均質に進行させるという観点では有利になる。一方で、電解液の量（体積Ｌ）が多ければ、電解液増加のコストが発生し、しかも多すぎる電解液は電極間距離を広げることにつながり、その結果、電池抵抗が上がってしまう。よって、正極２０の活物質層２２、負極３０の活物質層３２の吸液速度の比が適切な範囲（Ｔｃ／Ｔａ＝０．６〜１．３の範囲）であり、かつ電解液の量（詳しくは発電要素７０の有する空孔の体積Ｖ_１に対する電解液体積Ｌの比の値Ｌ／Ｖ_１）を適切にするにするのが望ましい。これにより、均質な皮膜形成と、コスト、セル抵抗を両立させることができる点で優れている。かかる観点から、上記したＬ／Ｖ_１の値は１．２〜１．６の範囲となるように構成するのが好ましく、より好ましくは１．２５〜１．５５、特に好ましくは１．３〜１．５の範囲である。

また、本実施形態においては、発電要素７０の有する空孔の体積Ｖ_１に対する外装体８０の内部における余剰空間８１の体積Ｖ_２の比の値（Ｖ_２／Ｖ_１）が０．５〜１．０となるように構成するのが好ましい。更に、外装体８０に注入された電解液の体積Ｌの外装体８０の内部における余剰空間８１の体積Ｖ_２に対する比の値（Ｌ／Ｖ_２）が０．４〜０．７となるように構成するのが好ましい。これにより、外装体８０の内部に注入された電解液のうちバインダによって吸収されなかった部分を余剰空間８１に確実に存在させることが可能となる。しかも、電池１００内でのリチウムイオンの移動を確実に担保することもできる。その結果、ＰＶｄＦ等の溶剤系バインダを用いるときと同様の多量の電解液を用いた場合に問題となりうる過剰な電解液の存在に起因する極板間距離の拡がりに伴う不均一反応の発生が防止される。このため、長期サイクル特性（寿命特性）に優れる非水電解質二次電池が提供されうる。

ここで、「発電要素７０の有する空孔の体積（Ｖ_１）」は、正極２０、負極３０、セパレータ４０の空孔体積を全て足し合わせるという形で算出することができる。即ち、発電要素７０を構成する各構成部材が有する空孔の総和として算出することができる。また、電池１００の作製は通常、発電要素７０を外装体８０の内部に封入した後に電解液を注入し、外装体８０の内部を真空引きして封止することにより行われる。この状態で外装体８０の内部においてガスが発生した場合に、発生したガスが溜まることができる空間が外装体８０の内部に存在すれば、発生したガスが当該空間に溜まって外装体８０は膨らむ。このような空間を本明細書では「余剰空間８１」と定義し、外装体が破裂することなく最大限膨らんだときの余剰空間の体積をＶ_２と定義したものである。上述したように、Ｖ_２／Ｖ_１の値は０．５〜１．０であることが好ましく、より好ましくは０．６〜０．９であり、特に好ましくは０．７〜０．８である。

また、上述したように、本発明では、注入される電解液の体積と、上述した余剰空間８１の体積との比の値が所定の範囲内の値に制御される。具体的には、外装体８０に注入された電解液の体積（Ｌ）の、外装体８０の内部における余剰空間８１の体積Ｖ_２に対する比の値（Ｌ／Ｖ_２）は、０．４〜０．７に制御するのが望ましい。Ｌ／Ｖ_２の値は、より好ましくは０．４５〜０．６５であり、特に好ましくは０．５〜０．６である。

なお、本実施形態では、外装体８０の内部に存在する余剰空間８１は、発電要素７０の鉛直上方に少なくとも配置されていることが好ましい。かような構成とすることで、発生したガスは余剰空間８１の存在する発電要素７０の鉛直上方部に溜まることができる。これにより、発電要素７０の側方部や下方部に余剰空間８１が存在する場合と比較して、外装体８０の内部において発電要素７０が存在する下方部に電解液が優先的に存在することができる。その結果、発電要素７０が常により多くの電解液に浸された状態を確保することができ、液枯れに伴う電池性能の低下を最小限に抑えることができる。なお、余剰空間８１が発電要素７０の鉛直上方に配置されるようにするための具体的な構成について特に制限はないが、例えば、外装体８０自体の材質や形状を発電要素７０の側方部や下方部に向かって膨らまないように構成したり、外装体８０がその側方部や下方部に向かって膨らむのを防止するような部材を外装体８０の外部に配置したりすることが挙げられる。

自動車用途などにおいては、昨今、大型化された電池が求められている。そして、本願発明の電極１０を有する電池１００の効果は、正極２０の活物質層２２および負極３０の活物質層３２共に大きな電極面積を有する大面積電池の場合に、より効果的にその効果が発揮される。即ち、大面積電池の場合に、電極１０（正極２０、負極３０）とセパレータ４０の摩擦による電極表面からの凝集破壊がより一層抑制され、振動が入力されても電池特性を維持することができる点で優れている。したがって、本実施形態において、発電要素７０を外装体８０で覆った電池構造体が大型であることが本実施形態の効果がより発揮されるという意味で好ましい。具体的には、電極１０（正極２０、負極３０）の活物質層は、長方形状であり、当該長方形の短辺の長さは、１００ｍｍ以上であることが好ましい。かような大型の電池は、車両用途に用いることができる。ここで、負極３０の活物質層３２の短辺の長さとは、各電極の中で最も長さが短い辺を指す。電池構造体の短辺の長さの上限は特に限定されるものではないが、通常２５０ｍｍ以下である。

また、電極１０（正極２０、負極３０）の物理的な大きさの観点とは異なる、大型化電池の観点として、電池面積や電池容量の関係から電池の大型化を規定することもできる。例えば、扁平積層型ラミネート電池の場合には、定格容量に対する電池の面積（外装体まで含めた電池の投影面積）の比の値は、５ｃｍ^２／Ａｈ以上であり、かつ、定格容量は、３Ａｈ以上である。電池においては、単位容量当たりの電池面積が大きいため、電極間で発生したガスを除去することが難しくなる。こうしたガス発生により、特に大型の電極間にガス滞留部が存在すると、その部分を起点に不均一反応が進行し易くなる。そのため、ＳＢＲ等の水系バインダを負極の活物質層の形成に用いた大型化電池における電池性能（特に、長期サイクル後の寿命特性）の低下という課題がよりいっそう顕在化しやすい。したがって、本形態に係る非水電解質二次電池は、上述したような大型化された電池であることが、本願発明の作用効果の発現によるメリットがより大きいという点で、好ましい。さらに、矩形状の電極のアスペクト比は１〜３であることが好ましく、１〜２であることがより好ましい。なお、電極のアスペクト比は矩形状の正極の活物質層の縦横比として定義される。アスペクト比をかような範囲とすることで、面方向に均一にガスを排出することが可能となる。

電池１００の定格容量は、以下により求められる。

定格容量は、試験用電池について、電解液を注入した後で、１０時間程度放置し、初期充電を行う。その後、温度２５℃、３．０Ｖから４．１５Ｖの電圧範囲で、次の手順１〜５によって測定される。

手順１：０．２Ｃの定電流充電にて４．１５Ｖに到達した後、５分間休止する。

手順２：手順１の後、定電圧充電にて１．５時間充電し、５分間休止する。

手順３：０．２Ｃの定電流放電によって３．０Ｖに到達後、定電圧放電にて２時間放電し、その後、１０秒間休止する。

手順４：０．２Ｃの定電流充電によって４．１Ｖに到達後、定電圧充電にて２．５時間充電し、その後、１０秒間休止する。

手順５：０．２Ｃの定電流放電によって３．０Ｖに到達後、定電圧放電にて２時間放電し、その後、１０秒間停止する。

定格容量：手順５における定電流放電から定電圧放電に至る放電における放電容量（ＣＣＣＶ放電容量）を定格容量とする。

上述した第１実施形態に係る電極１０により以下の作用効果を奏する。

電極１０としての正極２０は、集電体２１と、活物質層２２と、活物質層２２と露出部２１ｂとの境界部２３を覆う絶縁部材５０と、を有している。絶縁部材５０は、接着領域５０ａと、非接着領域５０ｂとを備え、非接着領域５０ｂは、活物質層２２の側に位置されている。

このように構成した正極２０によれば、絶縁部材５０は、活物質層２２の側に接着材５１を含まない非接着領域５０ｂを位置させているため、充放電時に活物質層２２の電位変化が起こった際の接着材５１の溶出を抑制することができる。これによって、電解質のイオン導電性の低下を抑制し、その結果サイクル特性を向上することができる。

さらに、本電極１０によれば、非接着領域５０ｂと接着領域５０ａとの境界は、境界部２３よりも露出部２１ｂ側に位置する。

このように構成した電極１０によれば、絶縁部材５０の接着領域５０ａと正極２０の活物質層２２とが十分に離間した形態になるので、充放電時に活物質層２２の電位変化が起こった際の接着材５１の溶出を一層抑制することができる。これによって、電解質のイオン導電性の低下を一層抑制し、その結果サイクル特性をさらに向上することができる。

さらに、絶縁部材５０が設けられる側の集電体および活物質層は、正極２０用の集電体２１および活物質層２２である。

負極３０用の活物質層３２を正極２０用の活物質層２２よりも大きく構成した電池１００において、正極２０における集電体２１の露出部２１ｂと負極３０における活物質層３２とがセパレータ４０を介して対向する部分における内部短絡を好適に防止することができる。

さらに、本電池１００は、負極３０と、電極１０としての正極２０とをセパレータ４０を介して積層した発電要素７０と、発電要素７０を封止する外装体８０と、を有している。

このように構成した本電池１００によれば、充放電時に正極２０の活物質層２２の電位変化が起こった際の接着材５１の溶出を防止することができる。したがって、本電池１００では、電解質のイオン導電性の低下を抑制することができ、その結果サイクル特性を向上することができる。

さらに、本電池１００では、活物質層２２、３２は長方形状であり、長方形の短辺の長さは、１００ｍｍ以上である。

このように構成した本電池１００によれば、正極２０活物質層２２および負極３０の活物質層３２は、短辺の長さが１００ｍｍ以上である長方形状を有している。このように、本電池１００は、大型電池であるので、電極１０（正極２０）とセパレータ４０の摩擦による電極表面からの凝集破壊がより一層抑制され、振動が入力されても電池特性を維持することができる。

さらに、本電池１００では、定格容量に対する電池１００の面積（電池１００の外装体８０まで含めた投影面積）の比の値は、５ｃｍ^２／Ａｈ以上であり、かつ、定格容量は、３Ａｈ以上である。

このように構成した本電池１００によれば、電極１０の物理的な大きさの観点とは異なる、大型化電池の観点として、電池面積や電池容量の関係から電池１００の大型化を規定することもできる。

さらに、本電極１０では、矩形状の正極２０の活物質層２２の縦横比として定義される電極１０のアスペクト比は、１〜３である。

このように構成した電極１０によれば、アスペクト比をかような範囲とすることで、面方向に均一にガスを排出することができる。

さらに、本電池１００は、リチウムイオン二次電池であって、負極３０用の活物質層３２が、平面視において正極２０用の活物質層２２よりも大きい。

このように構成した電池１００は、負極３０におけるリチウム金属のデンドライト析出を防止するために負極３０用の活物質層３２を正極２０用の活物質層２２よりも大きく構成したリチウムイオン二次電池に適用できる。したがって、内部短絡を好適に防止しつつ、サイクル特性を向上し得るリチウムイオン二次電池を得ることができる。

＜変形例１＞
つぎに、実施形態の電極１０の変形例１について、図３を参照しながら説明する。なお、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付して説明し、重複した説明は省略する。

図３は、変形例１の電極１０の構成を示す断面図である。

変形例１に係る電極１０においては、絶縁部材５０は、非接着領域５０ｂと接着領域５０ａとの境界５２が、境界部２３に一致して位置している状態で境界部２３を覆ってなる。つまり、変形例１では、図３に示すように、絶縁部材５０の基材に形成される接着材５１が、正極２０の集電体２１上の露出部２１ｂおよび活物質層２２の端部２２ａに接着している。

接着材５１が活物質層２２の端部２２ａに接着しているものの、活物質層２２は絶縁部材５０における非接着領域５０ｂによって覆われているので、充放電反応の起こる部位の端部と接着材５１とは離間した形態になる。したがって、変形例１においても、充放電時に活物質層２２の電位変化が起こった際の接着材５１の溶出を抑制することができる。これによって、電解質のイオン導電性の低下を抑制し、その結果サイクル特性を向上することができる。

＜変形例２＞
つぎに、実施形態の電極１０の変形例２について、図４を参照しながら説明する。なお、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付して説明し、重複した説明は省略する。

図４は、変形例２の電極１０の構成を示す断面図である。

変形例２に係る電極１０においては、絶縁部材５０は、非接着領域５０ｂと接着領域５０ａとの境界５２が、境界部２３よりも活物質層２２の側に位置している状態で境界部２３を覆ってなる。つまり、変形例２では、図４に示すように、絶縁部材５０の基材に形成される接着材５１が、正極２０の集電体２１上の露出部２１ｂおよび活物質層２２の一部２２ｂ（端部２２ａから僅かに延在する部分）に接着している。

接着材５１が活物質層２２の一部２２ｂ（端部２２ａから僅かに延在する部分）に接着しているものの、活物質層２２は絶縁部材５０における非接着領域５０ｂによって覆われているので、充放電反応の起こる部位の端部と接着材５１とは離間した形態になる。したがって、変形例２においても、充放電時に活物質層２２の電位変化が起こった際の接着材５１の溶出を抑制することができる。これによって、電解質のイオン導電性の低下を抑制し、その結果サイクル特性を向上することができる。

＜変形例３＞
つぎに、実施形態の電極１０の変形例３について、図５を参照しながら説明する。なお、上述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付して説明し、重複した説明は省略する。

図５は、変形例３の電極１０の構成を示す断面図である。

変形例３に係る電極１０においては、絶縁部材５０は、境界を複数（境界５２、境界５３）備え、複数の境界のうち活物質層２２の側に最も寄っている境界５２が、境界部２３に一致して位置している状態で境界部２３を覆ってなる。

図５に示すように、変形例３の絶縁部材５０は、非接着領域５０ｂを正極２０の活物質層２２上だけでなく、集電体２１上の露出部２１ｂ上にも設けている。このため、変形例３の絶縁部材５０は、変形例１および２の絶縁部材５０と比べ、絶縁部材５０の接着領域５０ａが小さい。変形例１と同様に、絶縁部材５０の基材に形成される接着材５１が、正極２０の集電体２１上の露出部２１ｂおよび活物質層２２の端部２２ａに接着している。

変形例１と同様に、接着材５１が活物質層２２の端部２２ａに接着しているものの、活物質層２２は絶縁部材５０における非接着領域５０ｂによって覆われているので、充放電反応の起こる部位の端部と接着材５１とは離間した形態になる。したがって、変形例３においても、充放電時に活物質層２２の電位変化が起こった際の接着材５１の溶出を抑制することができる。これによって、電解質のイオン導電性の低下を抑制し、その結果サイクル特性を向上することができる。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。

まず、正極２０の作製について説明する。正極２０の集電体２１は、厚さ２０μｍのＡｌ箔である。正極スラリーは、ニッケル酸リチウム粉末（正極活物質）、ＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン、結着材）、カーボン粉末（導電助剤）をそれぞれ９０：５：５（重量比）でＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）に分散させて作成した。その後、厚さ２０μｍのＡｌ箔の両面にダイコーターによって正極スラリーを塗布し、乾燥させ、乾燥後にプレスして、厚さ１５０μｍの正極２０を得た。

つぎに、負極３０の作製について説明する。負極３０の集電体２１は、厚さ１０μｍのＣｕ箔である。負極スラリーは、Ｇｒ粉末（負極活物質）、ＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン、結着材）をそれぞれ９５：５（重量比）でＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）に分散させて作成した。その後、厚さ１０μｍのＣｕ箔の両面にダイコーターにて負極スラリーを塗布し、乾燥させ、乾燥後にプレスして、厚さ１４０μｍの負極３０を得た。

つぎに、電池１００の作製について説明する。絶縁部材５０として、長さ１０ｍｍ、幅１２ｍｍ、厚さ３０μｍの保護テープを用いた。正極２０の集電体２１上の活物質層２２（以下、単に「正極活物質層２２」ともいう）と露出部２１ｂとの境界部２３を覆うように保護テープを貼り付けた。境界部２３は、矩形状の正極活物質層２２の外周縁の四辺のうち正極タブに接続する側の一辺である。保護テープの材質、非接着領域５０ｂの長さ、接着領域５０ａの長さ、貼り付ける形態、および正極活物質層２２を被覆する被覆長は、後述する各実施例および各比較例の説明において示す。

セパレータ４０として、ポリエチレン製微多孔質膜（厚さ＝２５μｍ）を準備した。また、電解液として、１ＭＬｉＰＦ_６ＥＣ：ＤＥＣ＝１：１（体積比）を用いた。

作製した正極２０を１０枚、負極３０を１１枚、セパレータ４０を２０枚用意し、負極３０／セパレータ４０／正極２０／セパレータ４０／負極３０・・・の順に積層して、発電要素７０を作製した。

得られた発電要素７０を外装体８０である厚さ１５０μｍのアルミラミネートシート製のバッグ中に載置し、電解液を注液した。真空条件下において、正極２０および負極３０に接続された電流取り出し用の正極タブ２４、負極タブ３４が導出するようにアルミラミネートシート製バッグの開口部を封止し、試験用セルを完成させた。

つぎに、電池１００の評価について説明する。作製した電池１００を、電池にかかる圧力が１００ｇ／ｃｍ^２になるように、厚さ５ｍｍのＳＵＳ板で挟み、２５℃で０．２Ｃ／４．２Ｖ＿ＣＣ／ＣＶ充電を７時間行った。次いで、１０分間の休止後、０．２Ｃ＿ＣＣ放電で２．５Ｖまで放電を行なった。その後、５５℃雰囲気下で１Ｃ／４．２Ｖ＿ＣＣ／ＣＶ充電（０．０１５Ｃカット）、１Ｃ＿ＣＣ放電（２．５Ｖ電圧カット）のサイクルを繰り返し（サイクル試験）、１サイクル目の放電容量に対する、３００サイクル目における放電容量の値をサイクル容量維持率として算出した。

以下に、実施例１〜５について説明する。

＜実施例１＞
絶縁部材５０として、ポリプロプレン製の保護テープを用いた。全長１０ｍｍのうち、非接着領域５０ｂの長さが２ｍｍ、接着領域５０ａの長さが８ｍｍの保護テープを用いた。保護テープの非接着領域５０ｂを正極活物質層２２の側に位置させて、正極活物質層２２と露出部２１ｂとの境界部２３を覆った。保護テープの正極活物質層２２に対する被覆長が３ｍｍとなるように被覆した。したがって、このときには、保護テープの接着領域５０ａが正極活物質層２２に対向する長さは１ｍｍとなる（図４に示される状態を参照）。

正極２０を、活物質層２２の大きさが１９０ｍｍ×１９０ｍｍになるように切り出した。負極３０を、活物質層３２の大きさが２００ｍｍ×２００ｍｍになるように切り出した。正極２０および負極３０を積層し、試験用セルを作製した。

サイクル試験を行った結果、サイクル容量維持率は９０％であった。

＜実施例２＞
絶縁部材５０として、ポリプロプレン製の保護テープを用いた。全長１０ｍｍのうち、非接着領域５０ｂの長さが４ｍｍ、接着領域５０ａの長さが６ｍｍの保護テープを用いた。保護テープの非接着領域５０ｂを正極活物質層２２の側に位置させて、正極活物質層２２と露出部２１ｂとの境界部２３を覆った。保護テープの正極活物質層２２に対する被覆長が３ｍｍとなるように被覆した。したがって、このときには、保護テープの接着領域５０ａが正極活物質層２２に対向することはなく、長さは０（ゼロ）ｍｍとなる（図２に示される状態を参照）。

サイクル試験を行った結果、サイクル容量維持率は９５％であった。

＜実施例３＞
絶縁部材５０として、ポリプロプレン製の保護テープを用いた。長手方向の両側に非接着領域５０ｂを備え、中央部に接着領域５０ａを備える保護テープを用いた。全長１０ｍｍのうち、非接着領域５０ｂの長さが３ｍｍ、接着領域５０ａの長さが４ｍｍ、非接着領域５０ｂの長さが３ｍｍの保護テープを用いた。保護テープの一方の非接着領域５０ｂを正極活物質層２２の側に位置させて、正極活物質層２２と露出部２１ｂとの境界部２３を覆った。保護テープの正極活物質層２２に対する被覆長が３ｍｍとなるように被覆した。したがって、このときには、保護テープの接着領域５０ａが正極活物質層２２に対向することはなく、長さは０（ゼロ）ｍｍとなる（図５に示される状態を参照）。

サイクル試験を行った結果、サイクル容量維持率は９４％であった。

＜実施例４＞
絶縁部材５０として、ポリイミド製の保護テープを用いた。保護テープの材質が異なる点を除いて実施例１と同様にした。全長１０ｍｍのうち、非接着領域５０ｂの長さが２ｍｍ、接着領域５０ａの長さが８ｍｍの保護テープを用いた。保護テープの非接着領域５０ｂを正極活物質層２２の側に位置させて、正極活物質層２２と露出部２１ｂとの境界部２３を覆った。保護テープの正極活物質層２２に対する被覆長が３ｍｍとなるように被覆した。したがって、このときには、保護テープの接着領域５０ａが正極活物質層２２に対向する長さは１ｍｍとなる（図４に示される状態を参照）。

サイクル試験を行った結果、サイクル容量維持率は９１％であった。

＜実施例５＞
絶縁部材５０として、ポリフェニレンサルファイド製の保護テープを用いた。保護テープの材質が異なる点を除いて実施例１と同様にした。全長１０ｍｍのうち、非接着領域５０ｂの長さが２ｍｍ、接着領域５０ａの長さが８ｍｍの保護テープを用いた。保護テープの非接着領域５０ｂを正極活物質層２２の側に位置させて、正極活物質層２２と露出部２１ｂとの境界部２３を覆った。保護テープの正極活物質層２２に対する被覆長が３ｍｍとなるように被覆した。したがって、このときには、保護テープの接着領域５０ａが正極活物質層２２に対向する長さは１ｍｍとなる（図４に示される状態を参照）。

以下に、比較例１および２について説明する。

＜比較例１＞
絶縁部材５０として、ポリプロプレン製の保護テープを用いた。全長１０ｍｍのすべてが接着領域５０ａである保護テープを用いた。この保護テープによって、正極活物質層２２と露出部２１ｂとの境界部２３を覆った。保護テープの正極活物質層２２に対する被覆長が３ｍｍとなるように被覆した。したがって、このときには、保護テープの接着領域５０ａが正極活物質層２２に対向する長さは３ｍｍとなる。

サイクル試験を行った結果、サイクル容量維持率は７８％であった。

＜比較例２＞
絶縁部材５０として、ポリプロプレン製の保護テープを用いた。全長１０ｍｍのすべてが接着領域５０ａである保護テープを用いた。この保護テープによって、正極活物質層２２と露出部２１ｂとの境界部２３に沿って露出部２１ｂのみを覆った。したがって、このときには、保護テープの接着領域５０ａが正極活物質層２２に対向することはなく、長さは０（ゼロ）ｍｍとなる。

サイクル試験を行った結果、サイクル容量維持率は８５％であった。

実施例１〜６および比較例１〜２のサイクル容量維持率の試験結果を表１にまとめて示す。

＜比較結果＞
実施例１〜５は、比較例１〜２と比較して、サイクル容量維持率が向上した。これは、保護テープのうち活物質層の側に非接着領域を設けたことによって、サイクル時に活物質層の端部における電位上昇によって接着材が溶出することが抑制され、電解質のイオン導電性の低下が抑制される。その結果、サイクル特性が向上したためであると考えられる。

比較例２と比較して実施例１〜５のサイクル容量維持率が向上した理由は次のとおりである。比較例２のように活物質層の外周縁（活物質を塗布した部分が終了する部分）に沿って保護テープの接着領域を添付した場合には、充放電時に高電位となる活物質層の影響を受けて、接着領域の接着剤が溶出し、電解質のイオン導電性が低下する。その結果、サイクル特性が低下した。一方、実施例１〜５においては、活物質層の外周縁が保護テープよって被覆されていることから、活物質層において充放電反応の起こる部位端部（以下、「反応端部」という）は活物質層の外周縁よりも内側となる。反応端部と接着領域との間の距離は、実施例１〜５は、順に、２ｍｍ、４ｍｍ、３ｍｍ、２ｍｍ、２ｍｍである。実施例３および比較例２は、ともに、保護テープの接着領域が活物質層の端部に接着している。実施例３は、活物質層の外周縁が保護テープよって被覆されていることから、反応端部と接着領域との間の距離は、３ｍｍとなる。一方、比較例２は、活物質層の外周縁が保護テープよって被覆されていないことから、反応端部と接着領域との間の距離は、０（ゼロ）ｍｍとなる。このように実施例１〜５は比較例２と比較して反応端部と接着領域とが離間していることから、接着材の溶出が抑制され、電解質のイオン導電性の低下が抑制される。その結果、サイクル特性が向上したためであると考えられる。

実施例２、３にあるように、好ましくは正極活物質層２２を保護テープによって覆い、かつ正極活物質層２２と保護テープの接着領域５０ａとが対向しないものがサイクル特性が最も良好であった。

実施例４、５から、保護テープの材質は、ポリプロピレン以外にポリイミドやポリフェニレンサルファイドなどの絶縁性の材料であれば、同様の効果が得られた。

なお、本実施例では、正極２０、セパレータ４０、負極３０を交互に積層した発電要素７０を作製したが、これに限ることなく、正極と負極とをセパレータを介して巻回した発電要素においても同様の効果が得られることを確認している。

そのほか、本発明は、特許請求の範囲に記載された構成に基づき様々な改変が可能であり、それらについても本発明の範疇である。

たとえば、絶縁部材５０を正極２０に適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではない。絶縁部材５０を負極３０に適用し、負極３０の集電体３１上の活物質層３２と露出部３１ｂとの境界部３３を絶縁部材５０によって覆ってもよい。さらに、絶縁部材５０を正極２０および負極３０の両方に適用することも可能である。

１０電極、
２０正極（電極）、
２１集電体、
２１ｂ露出部、
２２活物質層、
２２ａ端部、
２２ｂ一部、
２３境界部、
２４正極タブ、
３０負極、
３１集電体、
３１ｂ露出部、
３２活物質層、
３３境界部、
３４負極タブ、
４０セパレータ、
５０絶縁部材、
５０ａ接着領域、
５０ｂ、５０ｃ非接着領域、
５１接着材、
５２、５３境界、
７０発電要素（積層体）、
８０外装体、
９０単電池層、
１００電池。

Claims

集電体と、
前記集電体の一部を露出させた露出部が残るように前記集電体上に形成された活物質層と、
前記活物質層と前記露出部との境界部を覆う絶縁部材と、を有し、
前記絶縁部材は、前記集電体に対向する面に、接着材によって形成される接着領域と、前記接着材を含まない非接着領域とを備え、
前記絶縁部材は、前記接着領域と前記非接着領域との境界を複数備え、複数の境界のうち前記活物質層の側に最も寄っている境界が、前記境界部に一致して位置している状態で前記境界部を覆い、前記非接着領域が前記活物質層上および前記露出部上の両方に位置される、電極。
前記集電体および前記活物質層は、正極用である、請求項１に記載の電極。
請求項１または２に記載の電極をセパレータを介して積層した積層体と、前記積層体を封止する外装体と、を有する電池。
前記活物質層は、長方形状であり、前記長方形の短辺の長さは、１００ｍｍ以上である、請求項３に記載の電池。
定格容量に対する前記電池の面積（前記外装体まで含めた前記電池の投影面積）の比の値は、５ｃｍ ^２／Ａｈ以上であり、かつ、前記定格容量は、３Ａｈ以上である、請求項３または４に記載の電池。
矩形状の前記活物質層の縦横比として定義される前記電極のアスペクト比は、１〜３である、請求項３〜５のいずれか１項に記載の電池。
リチウムイオン二次電池であって、負極用の前記活物質層が、平面視において正極用の前記活物質層よりも大きい、請求項３〜６のいずれか１項に記載の電池。