JP7573925B1 - リチウム２次電池及びリチウム２次電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

正極と負極との短絡を抑制しつつ、セル容量低下を抑制する技術を提供する。本発明は、セパレータを介して互いに対向する正極と負極とを備えるリチウム２次電池であって、前記正極は、樹脂層を第１の金属層及び第２の金属層で挟んで構成される正極集電体と、前記正極集電体上に設けられる正極活物質層と、を備え、前記第１の金属層は、前記正極活物質層が設けられない第１の部分を備え、前記第２の金属層は、前記正極活物質層が設けられない第２の部分を備え、前記第１の部分と前記第２の部分とは、幅方向及び長さ方向の寸法がいずれも異なる、リチウム２次電池に関する。

Description

本開示の例示的実施形態は、リチウム２次電池及びリチウム２次電池の製造方法に関する。

特許文献１には、正極に絶縁塗膜を設けて、正極と負極との間の短絡を防止することが記載されている。

国際公開第２０１７／０５７７６２号

本開示は、リチウム２次電池において、正極と負極との短絡を抑制しつつ、セル容量低下を抑制する技術を提供する。

本開示の一つの例示的実施形態において、セパレータを介して互いに対向する正極と負極とを備えるリチウム２次電池であって、正極は、樹脂層を第１の金属層及び第２の金属層で挟んで構成される正極集電体と、正極集電体上に設けられる正極活物質層と、を備え、第１の金属層は、正極活物質層が設けられない第１の部分を備え、第２の金属層は、正極活物質層が設けられない第２の部分を備え、第１の部分と第２の部分とは、幅方向及び長さ方向の寸法がいずれも異なる、リチウム２次電池が提供される。

本開示の一つの例示的実施形態によれば、正極と負極との短絡を抑制しつつ、セル容量低下を抑制する技術を提供することができる。

一実施形態にかかるリチウム２次電池の構成例を説明するための斜視図である。 負極の一例を説明するための図である。 負極の他の例を説明するための図である。 負極の他の例を説明するための図である。 負極の他の例を説明するための図である。 正極３０の一例を説明するための図である。 第１の金属層３１２ａを説明するための図である。 第２の金属層３１２ｂを説明するための図である。 正極と負極との配置例を説明するための図である。 正極と負極との配置例を説明するための図である。 第１の部分３３の他の例を説明するための図である。 第１の部分３３の他の例を説明するための図である。 ２次電池１の製造方法の一例を示すフローチャートである。 ２次電池１の正極を形成する工程を説明するための図である。 ２次電池１の正極を形成する工程を説明するための図である。 ２次電池１の正極を形成する工程を説明するための図である。 正極材料の他の切り抜き例を説明するための図である。 正極材料の他の切り抜き例を説明するための図である。 切り抜き線Ｌ１を採用する効果の一例を説明するための図である。 実施例及び比較例の構成及び結果を示す図である。

以下、本開示の各実施形態について説明する。

一つの例示的実施形態において、セパレータを介して互いに対向する正極と負極とを備えるリチウム２次電池であって、正極は、樹脂層を第１の金属層及び第２の金属層で挟んで構成される正極集電体と、正極集電体上に設けられる正極活物質層と、を備え、第１の金属層は、正極活物質層が設けられない第１の部分を備え、第２の金属層は、正極活物質層が設けられない第２の部分を備え、第１の部分と第２の部分とは、幅方向及び長さ方向の寸法がいずれも異なる、リチウム２次電池が提供される。

一つの例示的実施形態において、第１の部分は、長さ方向に一端と他端とを備え、第１の部分の一端は、平面視において負極と重なり、第１の部分の他端は、平面視において負極と重ならず、第２の部分は、長さ方向に一端と他端とを備え、第２の部分の一端は平面視において負極と重なり、第２の部分の他端は、平面視において負極と重ならない。

一つの例示的実施形態において、第１の部分の一端と第２の部分の一端とが、異なる幅寸法を有する。

一つの例示的実施形態において、第１の部分の他端と第２の部分の他端とが、同一の幅寸法を有する。

一つの例示的実施形態において、第１の部分の一端は、第１の金属層において正極活物質層が設けられる部分と同一の幅寸法を有する。

一つの例示的実施形態において、第２の部分の一端は、第２の金属層において正極活物質層が設けられる部分よりも小さい幅寸法を有する。

一つの例示的実施形態において、第１の部分は、第１の幅寸法を有する第１の矩形領域と、第１の幅寸法より小さい第２の幅寸法を有する第２の矩形領域とを備える。

一つの例示的実施形態において、第１の幅寸法は、第１の金属層において正極活物質層が設けられる部分の幅寸法と同一である。

一つの例示的実施形態において、第２の部分は、第２の矩形領域と同一形状の矩形領域を備える。

一つの例示的実施形態において、第１の部分は、長さ方向に一端と他端とを備え、第２の部分は、長さ方向に一端と他端とを備え、負極は、長さ方向に一端と他端とを備え、負極の一端は、平面視において第１の部分の一端と第１の部分の他端との間に配置され、かつ、平面視において第２の部分の一端と第２の部分の他端との間に配置される。

一つの例示的実施形態において、第１の部分の一端から負極の一端までの平面視における距離は、第２の部分の一端から負極の一端までの平面視における距離よりも長い。

一つの例示的実施形態において、第１の部分の一端から負極の一端までの平面視における距離は、３ｍｍ以下である。

一つの例示的実施形態において、第２の部分の一端から負極の一端までの平面視における距離は、０．２５ｍｍ以上である。

一つの例示的実施形態において、セパレータを介して互いに対向する正極と負極とを備えるリチウム２次電池であって、正極は、樹脂層を第１の金属層及び第２の金属層で挟んで構成される正極集電体と、正極集電体上に設けられる正極活物質層と、を備え、第１の金属層は、正極活物質層が設けられない第１の部分を備え、第１の部分は、第１の領域と第２の領域とを備え、第１の領域は、長さ方向に一端と他端とを有し且つ第１の幅寸法を有し、第２の領域は、第１の領域の他端の一部から長さ方向に延び、第１の幅寸法より小さい第２の幅寸法を有する、リチウム２次電池が提供される。

一つの例示的実施形態において、第１の領域は、平面視において負極とすべて重なり、第２の領域は、平面視において負極と一部が重なり一部が重ならない。

一つの例示的実施形態において、第２の金属層は、正極活物質層が設けられない第２の部分を備え、第２の部分は、第２の領域と同一形状の領域を備える。

一つの例示的実施形態において、負極は、負極集電体と、負極集電体上に設けられる負極活物質層と、を備える。

一つの例示的実施形態において、負極は、樹脂層を一対の金属層で挟んで構成される負極集電体を備える。

一つの例示的実施形態において、正極、セパレータ及び負極のセットが複数セット積層される積層体を備える。

一つの例示的実施形態において、リチウム２次電池の製造方法であって、正極材料を準備する工程であって、正極材料は、樹脂層を第１の金属層及び第２の金属層で挟んで構成される正極集電体と、正極集電体上に設けられる正極活物質層とを含む、工程と、正極材料を切り抜いて、正極を形成する工程であって、正極は、第１の金属層が正極活物質層が設けられない第１の部分を備え、第２の金属層が正極活物質層が設けられない第２の部分を備え、かつ、第１の部分と第２の部分とが幅方向及び長さ方向の寸法がいずれも異なる工程と、を含む、リチウム２次電池の製造方法が提供される。

以下、図面を参照して、本開示の各実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一または同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づいて上下左右等の位置関係を説明する。図面の寸法比率は実際の比率を示すものではなく、また、実際の比率は図示の比率に限られるものではない。

＜２次電池の構成例＞
図１は、一実施形態にかかるリチウム２次電池１（以下、「２次電池１」ともいう。）の構成例を説明するための斜視図である。図１に示すように、一実施形態において、２次電池１は、負極１０、セパレータ２０、正極３０を含んで構成される。負極１０、セパレータ２０及び正極３０は、図１のｚ方向（以下「積層方向」ともいう。また積層方向から２次電池１を視ることを「平面視」ともいう。）に沿ってこの順で配置される。すなわち、負極１０と正極３０とは、セパレータ２０を挟んで互いに対向する。負極１０、セパレータ２０及び正極３０は、それぞれ、長さ方向（ｙ方向）及び幅方向（ｘ方向）にわたって延在する主面を有する。

一実施形態において、２次電池１は負極１０、セパレータ２０、正極３０のセットが複数セット積層方向に積層されて構成されてよい。積層数は、１０以上３０以下であってよく、１５以上２５以下であってよい。一実施形態において、２次電池１に含まれる負極３０の総数は、５以上、１０以上、又は、２０以上でよい。一実施形態において、２次電池１に含まれる正極３０の総数は、５以上、１０以上、又は、２０以上でよい。一実施形態において、２次電池１に含まれる負極１０の総数は、５０以下、４０以下又は３０以下でよい。一実施形態において、２次電池１に含まれる正極３０の総数は、５０以下、４０以下又は３０以下でよい。一実施形態において、２次電池１のエネルギー密度は、３００Ｗｈ／ｋｇ以上であってよい。一実施形態において、２次電池１の定格容量は、１．５Ａｈ以上、又は、５Ａｈ以上でよい。以下、２次電池１の各構成の詳細を説明する。

１．負極
図１に示すように、負極１０は、負極端部１３を有する。負極端部１３は、負極１０の主面に平行な方向に沿って長さ方向（ｙ方向）に延出する。負極１０は、負極端部１３を介して、外部回路と電気的に接続される。２次電池１が複数の負極１０を備える場合、各負極端部１３は、互いに電気的に接続される。各負極端部１３は、例えば、溶接により互いに接合されてよい。

図２Ａは、負極の一例を説明するための図である。図２Ａに示すように、一実施形態において、負極１０は、負極集電体１１と負極集電体１１上に配置される負極活物質層１２と含んで構成される。一実施形態において、負極集電体１１は、負極樹脂層１１１と負極樹脂層１１１を挟むように配置される一対の負極金属層１１２とで構成されてよい。一実施形態において、負極樹脂層１１１は、シート状（フィルム状）又は繊維状の樹脂で構成されてよい。一実施液体において、負極金属層１１２は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｆｅ及びＬｉと反応しない金属、及び、これらの合金、並びに、ステンレス鋼からなる群より選択される少なくとも１種から形成される。負極金属層１１２は、一例ではＣｕである。負極１０は、負極樹脂層１１１を含むことで、負極１０として必要な厚み（剛性）を担保しつつ、負極１０を負極金属層１１２のみで構成する場合に比べて軽量化され得る。なお、一実施形態において、負極集電体１１は、負極樹脂層１１１を含まず、負極金属層１１２のみで構成されてもよい。

負極活物質層１２は、負極活物質を含む。負極活物質は、負極において電極反応、すなわち酸化反応及び還元反応を生じる物質である。負極活物質は、例えば、リチウム金属及びリチウム金属を含む合金、炭素系物質、金属酸化物、並びにリチウムと合金化する金属及び該金属を含む合金等でよい。上記炭素系物質は、例えば、グラフェン、グラファイト、ハードカーボン、カーボンナノチューブ等でよい。上記金属酸化物は、例えば、酸化チタン系化合物、酸化コバルト系化合物等でよい。上記リチウムと合金化する金属は、例えば、ケイ素、酸化ケイ素、ゲルマニウム、スズ、鉛、アルミニウム、及びガリウム、及びこれらにリチウムがプレドープされたものでよい。

負極活物質の含有量は、負極活物質層１２の総量に対して、６０．０質量％以上１００質量％以下であってよい。

負極活物質層１２は、負極活物質以外に、バインダー、導電助剤、その他の添加剤を含んでもよい。

バインダーとしては、特に限定されないが、例えば、ポリフッ化ビニリデン；ポリフッ化ビニリデンに水酸基、アミノ基、カルボニル基、カルボキシル基、フェニル基、メチル基等の官能基を導入した変性ポリフッ化ビニリデン；ポリテトラフルオロエチレン；ポリテトラフルオロエチレンに水酸基、アミノ基、カルボニル基、カルボキシル基、フェニル基、メチル基等の官能基を導入した変性ポリテトラフルオロエチレン；テトラフルオロエチレンを構成単位として有するブロック共重合体、ランダム共重合体、又はグラフト共重合体；スチレンブタジエンゴム；カルボキシメチルセルロース；アクリル樹脂；ポリイミド樹脂等が挙げられる。バインダーは、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。

バインダーの含有量は、負極活物質層１２の総量に対して、０．５質量％以上１０．０質量％以下であってよい。

導電助剤としては、特に限定されないが、例えば、カーボンブラック、シングルウォールカーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）、マルチウォールカーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）、カーボンナノファイバー（ＣＦ）、及びアセチレンブラックが挙げられる。導電助剤は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。

導電助剤の含有量は、負極活物質層１２の総量に対して、０．０質量％以上３０．０質量％以下であってよい。

一実施形態において、負極１０の厚さは、３．０μｍ以上３００．０μｍ以下であってよい。

一実施形態において、負極活物質層１２の厚さは、３．０μｍ以上１５０．０μｍ以下であってよい。

図２Ａに示すように、負極端部１３には、負極活物質層１２は形成されない。負極端部１３は、負極集電体１１と同一部材で構成される。なお、一実施形態において、負極端部１３は、負極集電体１１とは別部材として構成されてよい。

図２Ｂ～図２Ｄは、負極の他の例を説明するための図である。一実施形態において、図２Ｂに示すように、負極１０は、負極樹脂層１１１と負極樹脂層１１１を挟むように配置される一対の負極金属層１１２とで構成される負極集電体１１で構成されてよい。一実施形態において、図２Ｃに示すように、負極１０は、負極樹脂層１１１を含まず、負極金属層１１２のみで構成される負極集電体１１で構成されてもよい。一実施形態において、図２Ｄに示すように、負極１０は、負極樹脂層１１１を含まず、負極金属層１１２のみで構成される負極集電体１１と、該負極集電体１１上に配置される負極活物質層１２とを含んで構成されてもよい。

一実施形態において、図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、負極１０は、負極金属層１１２から構成されるか、又は、負極樹脂層１１１及び負極金属層１１２から構成されてよい。この場合、負極金属層１１２は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、及び、その他Ｌｉと反応しない金属、及び、これらの合金、並びに、ステンレス鋼（ＳＵＳ）からなる群より選択される少なくとも１種から構成されてよい。「Ｌｉと反応しない金属」は、２次電池１の作動状態においてリチウムイオン又はリチウム金属と反応して合金化することがない金属でよい。

一実施形態において、図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、負極１０は負極活物質層１２を実質的に有しない。例えば、放電終了時（例えば電池の開回路電圧が２．５Ｖ以上３．６Ｖ以下である状態）に負極１０に析出する負極活物質層１２の層厚が、２５μｍ以下であってよい。一実施形態において、放電終了時の負極活物質層１２の層厚は、２０μｍ以下、１５μｍ以下、１０μｍ以下、又は、５μｍ以下であってよく、また０μｍであってもよい。負極１０が負極活物質層１２を実質的に有しないことにより、重量エネルギー密度に加え、体積当たりのエネルギー密度が向上し得る。なお、この場合２次電池１は、「アノードフリーリチウム電池」、「ゼロアノードリチウム電池」、又は「アノードレスリチウム電池」ということもできる。なお、一実施形態において、図２Ａ及び図２Ｄに示すように、負極１０は負極活物質層１２を有してもよい。

一実施形態において、図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、負極１０は、電池の初期充電前（電池が組み立てられてから第１回目の充電をするまでの状態）に負極活物質層１２を有しない。すなわち、２次電池１は、初期充電後に、リチウム金属が負極上に析出し、及び、その析出したリチウム金属が電解溶出することにより充放電が行われてよい。この場合、負極活物質が占める体積及び質量が抑制され、電池全体の体積及び質量が小さくなり、エネルギー密度が原理的に高くなる。なお、「リチウム金属が負極上に析出」することは、負極の表面にリチウム金属が析出することだけでなく、固体電解質界面（ＳＥＩ）層の表面や緩衝機能層の表面又は内部にリチウム金属が析出することも包む。なお、緩衝機能層は、イオン伝導性及び電気伝導性を有する固体部分（ゲル状の部分を含む）と、この固体部分の隙間により構成される空孔部分とを有する。この場合、リチウム金属は、負極１０の表面（負極１０と緩衝機能層との界面）及び／又は緩衝機能層の内部（緩衝機能層の固体部分の表面）に析出しうる。

一実施形態において、負極１０が負極活物質層１２を有しない場合、電圧が４．２Ｖの状態において負極上に析出しているリチウム金属の質量をＭ_４．２とし、電圧が３．０Ｖの同質量をＭ_３．０とした場合、Ｍ_３．０／Ｍ_４．２は、４０％以下又は３５％以下であってよい。一実施形態において、比Ｍ_３．０／Ｍ_４．２は、１．０％以上、２．０％以上、３．０％以上、又は、４．０％以上であってよい。

一実施形態において、負極活物質層１２を有しない負極１０の厚さは、１．０μｍ以上３０μｍ以下でよい。これにより、２次電池１において負極１０の占める体積を減少させ、エネルギー密度を向上させ得る。負極１０の厚さは、２．０μｍ以上２０μｍ以下、２．０μｍ以上１８μｍ以下、又は、３．０μｍ以上１５μｍ以下でもよい。

２．セパレータ
図１に示すとおり、セパレータ２０は、負極１０と正極３０との間に配置される。セパレータ２０は、負極１０と正極３０とを物理的及び／又は電気的に隔離するとともに、リチウムイオンのイオン伝導性を確保する。一実施形態において、セパレータ２０は、絶縁性の多孔質部材、ポリマー電解質、ゲル電解質、及び、無機固体電解質からなる群より選択される少なくとも１種でよい。セパレータ２０は、１種の部材を単独で用いてよく、２種以上の部材を組み合わせて用いてもよい。

セパレータ２０が絶縁性の多孔質部材を含む場合、多孔質部材の細孔にイオン伝導性を有する物質（電解液、ポリマー電解質、及び／又はゲル電解質等）が充填される。これによりセパレータ２０はイオン伝導性を発揮する。絶縁性の多孔質部材を構成する材料としては、特に限定されず、例えば絶縁性高分子材料が挙げられ、具体的には、ポリエチレン（ＰＥ）、及びポリプロピレン（ＰＰ）が挙げられる。すなわち、セパレータ２０は、多孔質のポリエチレン（ＰＥ）膜、多孔質のポリプロピレン（ＰＰ）膜、又はこれらの積層構造であってよい。

一実施形態において、セパレータ２０は、一面又は両面がセパレータ被覆層によりコーティングされてよい。これにより、２次電池１のサイクル特性が向上し得る。一実施形態において、セパレータ被覆層は、セパレータ２０の表面の５０％以上の面積において均一の厚みで連続する膜でよい。一実施形態において、セパレータ被覆層は、ポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）、スチレンブタジエンゴムとカルボキシメチルセルロースの合材（ＳＢＲ－ＣＭＣ）、及びポリアクリル酸（ＰＡＡ）のようなバインダーを含むものでよい。一実施形態において、セパレータ被覆層は、上記バインダーにシリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア又は水酸化マグネシウム等の無機粒子が添加されて構成されてよい。

一実施形態において、セパレータ２０の厚さ（セパレータ２０が被覆層を含む場合当該被覆層を含む）は、３．０μｍ以上４０μｍ以下でよい。これにより、負極１０と正極積層体３０とを隔離しつつ、セパレータ２０の占める体積を減少させ得る。一実施形態において、セパレータ２０の厚さは、５．０μｍ以上、７．０μｍ以上、１０μｍ以上であってよい。一実施形態において、セパレータ２０の厚さは、３０μｍ以下、２０μｍ以下、１０μｍ以下であってよい。

３．電解液
一実施形態において、２次電池１は電解液を含んでよい。電解液は、溶媒及び電解質を含む液体であり、イオン伝導性を有する。電解液は、液体電解質と換言してもよく、リチウムイオンの導電経路として作用する。このため、２次電池１が電解液を有する場合、内部抵抗が低下し、エネルギー密度、容量、及びサイクル特性が向上し得る。

電解液は、例えば、２次電池１を収容する筐体（図１には示していない）を充填する溶液であってよい。また例えば、電解液は、セパレータ２０に浸潤されてよく、また高分子に保持されることでポリマー電解質又はゲル電解質を構成していてもよい。

電解液に含まれる電解質は、例えば、例えばリチウム塩でよい。リチウム塩は、例えば、ＬｉＩ、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＦ、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＳＯ_３ＣＦ_３、ＬｉＮ（ＳＯ_２Ｆ）_２、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３ＣＦ_３）_２、ＬｉＢ（Ｏ_２Ｃ_２Ｈ_４）_２、ＬｉＢ（Ｃ_２Ｏ_４）_２、ＬｉＢ（Ｏ_２Ｃ_２Ｈ_４）Ｆ_２、ＬｉＢ（ＯＣＯＣＦ_３）_４、ＬｉＮＯ_３、及びＬｉ_２ＳＯ_４からなる群から選択される１種又は２種以上の組み合わせであってよい。

電解液に含まれる溶媒としては、特に限定されないが、例えば、鎖状カーボネート、環状カーボネート、鎖状エーテル、及びこれらの溶媒以外のその他の溶媒が挙げられる。溶媒は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。

鎖状カーボネートとは、芳香環、脂環、単素環、複素環等の環状構造を有さないカーボネートである。鎖状カーボネートとしては、特に限定されないが、例えば、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、及びこれらのカーボネートの水素の一部又は全てがフッ素に置換した化合物が挙げられる。

環状カーボネートとは、芳香環、脂環、単素環、複素環等の環状構造を有するカーボネートである。環状カーボネートとしては、特に限定されないが、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、及びこれらのカーボネートの水素の一部又は全てがフッ素に置換した化合物が挙げられる。

鎖状エーテルとは、芳香環、脂環、単素環、複素環等の環状構造を有さないエーテルである。鎖状エーテルとしては、特に限定されないが、例えば、１，１，２，２－テトラフルオロエチル－２，２，３，３－テトラフルオロプロピルエーテル、１，１，２，２－テトラフルオロエチル－２，２，２－トリフルオロエチルエーテル、１Ｈ，１Ｈ，５Ｈ－オクタフルオロペンチル－１，１，２，２－テトラフルオロエチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、ジメトキシプロパン、ジメトキシブタン、ジエチレングリコールジメチルエーテルが挙げられる。

その他の溶媒としては、特に限定されないが、例えば、アセトニトリル、メチルアセテート、エチルアセテート、プロピルアセテート、メチルプロピオネート、エチルプロピオネート、１２－クラウン－４、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、１，１，２，２－テトラフルオロエチル－２，２，３，３－テトラフルオロプロピルエーテルの誘導体、１，１，２，２－テトラフルオロエチル－２，２，２－トリフルオロエチルエーテルの誘導体、及び１Ｈ，１Ｈ，５Ｈ－オクタフルオロペンチル－１，１，２，２－テトラフルオロエチルエーテルの誘導体が挙げられる。

鎖状カーボネート及び環状カーボネートの総量は、溶媒の総量に対して、特に限定されないが、例えば、４０体積％以上１００体積％以下であり、６０体積％以上１００体積％以下であり、８０体積％以上１００体積％以下である。

鎖状エーテルの含有量は、溶媒の総量に対して、特に限定されないが、例えば、５体積％以上４０体積％以下であり、１０体積％以上３０体積％以下である。また、溶媒は、鎖状エーテルを含まなくてもよい。

その他の溶媒の含有量は、溶媒の総量に対して、特に限定されないが、例えば、１体積％以上１０体積％以下である。また、溶媒は、その他の溶媒を含まなくてもよい。

本実施形態の電解液は、添加剤を含んでもよい。添加剤としては、特に限定されないが、例えば、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、ジフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＯ_２Ｆ_２）、リチウムビス（フルオロスルホニル）イミド（ＬｉＦＳＩ）が挙げられる。

添加剤の含有量は、溶媒の総量に対して、特に限定されないが、例えば、０．１質量％以上５．０質量％以下である。

４．正極
図１に示すように、正極３０は、正極集電体３１と正極活物質層３２とを備える。また正極３０は、正極端部３５を有する。正極端部３５は、正極３０の主面に平行な方向に沿って長さ方向（ｙ方向）に延出する。正極３０は、正極端部３５を介して、外部回路と電気的に接続される。２次電池１が複数の正極３０を備える場合、各正極端部３５は、互いに電気的に接続される。各正極端部３５は、例えば、溶接により互いに接合されてよい。

図３は、正極３０の一例を説明するための図である。図３は、図１のＡ‐Ａ’断面図である。一実施形態において、図３に示すように、正極３０は、正極集電体３１と、正極集電体３１の両面に形成される正極活物質層３２とを備える。

正極集電体３１は、樹脂層３１１と、第１の金属層３１２ａ及び第２の金属層３１２ｂを有する。第１の金属層３１２ａ及び第２の金属層３１２ｂは、樹脂層３１１を挟むように配置される。以下、第１の金属層３１２ａ及び第２の金属層３１２ｂをあわせて、「金属層３１２」ともいう。

正極集電体３１の樹脂層３１１は、例えば、シート状（フィルム状）又は繊維状の樹脂で構成されてよい。樹脂は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル又はポリアミド等の熱可塑性樹脂の少なくとも１つであってよい。樹脂層３１１は、当該樹脂の少なくとも１つ以上が複数積層されて構成されてもよい。一実施形態において、樹脂層３１１は、融点が１５０℃以上３００℃以下の材料から形成される。一実施形態において、樹脂層３１１の厚さは、３μｍ以上１０μｍ以下でよく、また４μｍ以上８μｍ以下でもよい。

樹脂層３１１は、過充電状態や高温状態で異常発熱が発生した場合等に溶融し、正極３０を破損させ、電池内部の短絡電流を遮断するように機能し得る。これにより、２次電池１内部の急激な温度上昇を抑制し、電池の発火を抑制し得る。すなわち、樹脂層３１１は２次電池１の安全性向上に寄与し得る。

正極集電体３１の金属層３１２は、正極活物質層３２に物理的及び／又は電気的に接触し、正極活物質層３２に対して電子を授受するように機能する。金属層３１２は、電池においてリチウムイオンと反応しない導電体から構成される。一実施形態において、金属層３１２は、アルミニウム、チタン、ステンレス、ニッケル及びこれらの合金からなる群から選択される少なくとも一種の材料から構成される。一例では、金属層３１２は、アルミニウム又はアルミニウム合金である。一実施形態において、金属層３１２は、上記材料を樹脂層３１１の両側の表面に、蒸着、スパッタリング、電解めっき又は貼り合わせすることで形成される。一実施形態において、各々の導電層３２２の厚さは、０．５μｍ以上５μｍ以下、０．７μｍ以上３μｍ以下、０．８μｍ以上２．０μｍ以下でよい。

正極活物質層３２は、正極集電体３１の第１の金属層３１２ａ側の面に設けられる第１正極活物質層３２Ａと、正極集電体３１の第２の金属層３１２ｂ側の面とに設けられる第１正極活物質層３２Ｂとを備える。なお、一実施形態において、正極活物質層３２は、正極集電体３１の一面にのみ設けられてもよい。すなわち、正極活物質層３２は、正極集電体３１の第１の金属層３１２ａ側の面又は第２の金属層３１２ｂ側の面のみに設けられてよい。正極活物質層３２の厚さは、所望する電池の容量やレート特性に応じて適宜調整してよい。一実施形態において、各々の正極活物質層３２の厚さは、例えば、２０μｍ以上１５０μｍ以下である。

正極活物質層３２は、正極活物質を有する。正極活物質は、キャリア金属を正極活物質層３２に保持するための物質であり、キャリア金属のホスト物質ということもできる。正極活物質は、リチウムイオンを正極活物質層３２に保持するための物質でよく、この場合、電池の充放電により正極活物質にリチウムイオンが充填及び脱離される。これにより、電池の安定性及び出力電圧が向上され得る。

一実施形態において、正極活物質は、金属酸化物又は金属リン酸塩である。金属酸化物は、例えば、酸化コバルト系化合物、酸化マンガン系化合物、又は、酸化ニッケル系化合物でよい。金属リン酸塩は、例えば、リン酸鉄系化合物、又はリン酸コバルト系化合物でよい。一実施形態において、正極活物質は、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉ_ｘＣｏ_ｙＭｎ_ｚＯ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、ＬｉＮｉ_ｘＣｏ_ｙＡｌ_ｚＯ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、ＬｉＮｉ_ｘＭｎ_ｙＯ（ｘ＋ｙ＝１）、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＦｅＰＯ_４、ＬｉＣｏＰＯ_４、ＬｉＦｅＯＦ、ＬｉＮｉＯＦ、及びＬｉＴｉＳ_２からなる群から選択される少なくとも１つでよい。正極活物質は、１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いられてよい。一実施形態において、正極活物質層３２における正極活物質の含有量は、正極活物質層３２全体に対して５０質量％以上１００質量％以下でよい。

一実施形態において、正極活物質層３２は、正極活物質以外の成分を１つ以上含んでよい。

一実施形態において、正極活物質層３２は犠牲正極材を含んでよい。犠牲正極材は、正極活物質の充放電電位範囲において酸化反応を生じ、かつ、還元反応を実質的に生じないリチウム含有化合物である。

一実施形態において、正極活物質層３２はゲル電解質を含んでよい。ゲル電解質は、正極活物質層３２と正極集電体３１との接着力を向上させうる。一例では、ゲル電解質は、高分子と、有機溶媒と、リチウム塩とを含む。ゲル電解質における高分子は、例えば、ポリエチレン及び／又はポリエチレンオキシドの共重合体、ポリビニリデンフロライド、並びにポリビニリデンフロライド及びヘキサフロロプロピレンの共重合体等でよい。

一実施形態において、正極活物質層３２は導電助剤及び／又はバインダーを含んでよい。一例では、導電助剤は、カーボンブラック、シングルウォールカーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）、マルチウォールカーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）、カーボンナノファイバー（ＣＦ）等である。一例では、バインダーは、ポリビニリデンフロライド、ポリテトラフルオロエチレン、スチレンブタジエンゴム、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等である。一実施形態において、導電助剤の含有量は、正極３４全体に対して０．５質量％３０質量％以下である。一実施形態において、バインダーの含有量は、正極３４全体に対して０．５質量％３０質量％以下でよい。

一実施形態において、正極活物質層３２はポリマー電解質を含んでよい。一例では、ポリマー電解質は、高分子及び電解質を主に含む固体ポリマー電解質、並びに高分子、電解質、及び可塑剤を主に含む半固体ポリマー電解質である。一実施形態において、ポリマー電解質の含有量の合計は、正極活物質層３２全体に対して、０．５質量％３０質量％以下でよい。

図４Ａは、第１の金属層３１２ａを説明するための図である。図４Ａは、正極３０を図１及び図３の矢印ｓｄ方向（第１の金属層３１２ａ側）からみた平面図である。図４Ｂは、第２の金属層３１２ｂを説明するための図である。図４Ｂは、正極３０を図１及び図３の矢印ｂｄ方向（第２の金属層３１２ｂ側）からみた平面図である。

図４Ａに示すように、一実施形態において、第１の金属層３１２ａは、正極活物質層が設けられない第１の部分３３を有する。第１の部分３３は、長さ方向に一端３３ａと他端３３ｂとを備える。一端３３ａは、正極活物質層３２Ａとの境界を構成する。第１の部分３３の一端３３ａの幅寸法Ｗ_２ａは、他端３３ｂの幅寸法Ｗ_３ａより大きい。一実施形態において、一端３３ａの幅寸法Ｗ_２ａは、正極活物質層３２Ａの幅寸法Ｗ_１ａと同一であってよい。なお、正極活物質層３２Ａは、長さ方向にわたって同一の幅寸法Ｗ_１ａを有してよい。

第１の部分３３は、第１の領域３３１と、第２の領域３３２とで構成される。第１の領域３３１は、正極活物質層３２Ａに隣接する領域である。第１の領域３３１は、上述した第１の部分の一端３３ａを含む領域である。第１の領域３３１は、長手方向に一端３３ａと他端３３１ａとを備える。一実施形態において、他端３３１ａは、一端３３ａと同一の幅寸法Ｗ_２ａを有する。一実施形態において、第１の領域３３１は、矩形状であってよい。

第２の領域３３２は、第１の領域３３１に隣接する領域である。第２の領域３３２は、上述した第１の部分の他端３３ｂを含む領域である。第２の領域３３２は、長手方向に沿って一端３３２ａと他端３３ｂとを備える。一実施形態において、一端３３２ａは、他端３３ｂと同一の幅寸法Ｗ_３ａ（＜Ｗ_２ａ）を有してよい。一端３３２ａは、第１の領域３３１の他端３３１ａの一部を構成する。第２の領域３３２は、第１の領域３３１の他端３３１ａの一部から長さ方向に延出する。一実施形態において、第２領域３３２は、矩形状であってよい。一実施形態において、第２の領域３３２は、矩形状ではなく、種々の形状（例えば三角形状、台形状等）であってよい。

図４Ｂに示すように、一実施形態において、第２の金属層３１２ｂは、正極活物質層が設けられない第２の部分３４を有する。第２の部分３４は、長さ方向に一端３４ａと他端３４ｂとを備える。一端３４ａは、正極活物質層３２Ｂとの境界を構成する。第２の部分３４の一端３４ａは、他端３４ｂと同一の幅寸法Ｗ_２ｂを有してよい。一実施形態において、一端３４ａの幅寸法Ｗ_２ｂは、正極活物質層３２Ｂの幅寸法Ｗ_１ｂより小さい。なお、正極活物質層３２Ｂは、長さ方向にわたって同一の幅寸法Ｗ_１ｂを有してよい。一実施形態において、第２の部分３４は、矩形状であってよい。一実施形態において、第２の部分３４は、矩形状ではなく、種々の形状（例えば三角形状、台形状等）であってよい。

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、一実施形態において、第２の領域３３２と第２の部分３４は同一形状であってよい。また、一実施形態において、第２の領域３３２と第２の部分３４とは、異なる形状であってもよい。

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、一実施形態において、第１の部分３３と第２の部分３４とは、幅寸法及び長さ寸法がいずれも異なる。一実施形態において、第１の部分３３の一端３３ａの幅寸法Ｗ_２ａは、第２の部分の一端３４ａの幅寸法Ｗ_２ｂよりも大きい。一実施形態において、第１の部分の他端３３ｂの幅寸法Ｗ_３ａは、第２の部分の他端３４ｂの幅寸法Ｗ_２ｂと同一である。一実施形態において、第１の部分の長さ寸法Ｔ_１ａ（一端３３ａから他端３３ｂまでの距離）は、第２の部分３４の長さ寸法Ｔ_１ｂ（一端３４ａから他端３４ｂまでの距離）よりも大きい。一実施形態において、正極活物質層３２Ａの幅寸法Ｗ_１ａと正極活物質層３２Ｂの幅寸法Ｗ_１ｂとは同一である。

図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ、正極と負極との配置例を説明するための図である。図５Ａは、負極１０及び正極３０を、図１及び図３の矢印ｓｄ方向（第１の金属層３１２a側の面）からみた場合の両者の位置関係を示す。図５Ｂは、負極１０及び正極３０を、図１及び図３の矢印ｂｄ方向（第２の金属層３１２ｂ側の面）からみた場合の両者の位置関係を示す。図５Ａ及び図５Ｂにおいて、負極１０は破線で示し、正極３０は実線で示す。

図５Ａ及び図５Ｂに示すように、負極１０は、長さ方向（ｙ方向）に一端１０ａと他端１０ｂとを備える。負極１０が負極活物質層１２を備える場合（図２Ａ、図２Ｄ参照）、負極活物質層１２は、一端１０ａと他端１０ｂとの間に設けられる。一実施形態において、負極１０は、一端１０ａから他端１０ｂにわたって一定の幅寸法Ｗ_ｎを有する。負極端部１３は、一端１０ａから長さ方向に延出する。負極端部１３の幅寸法は、幅寸法Ｗ_ｎより小さくてよい。

図５Ａに示すように、第１の部分３３の第１の領域３３１は、平面視において負極１０とすべて重なる。第１の部分３３の第２の領域３３２は、平面視において負極１０と一部が重なり一部が重ならない。一実施形態において、第１の部分３３の一端３３ａは、平面視において負極１０と重なり、第１の部分の他端３３ｂは、平面視において負極１０と重ならない。一実施形態において、負極１０の一端１０ａは、平面視において第１の部分３３の一端３３ａと第１の部分３３の他端３３ｂとの間に配置される。

図５Ｂに示すように、一実施形態において、第２の部分３４は、平面視において負極１０と一部が重なり一部が重ならない。一実施形態において、第２の部分３４は、一端３４ａは平面視において負極１０と重なり、他端３４ｂは、平面視において負極１０と重ならない。一実施形態において、負極１０の一端１０ａは、平面視において第２の部分３４の一端３４ａと他端３４ｂとの間に配置される。

図５Ａ及び図５Ｂに示すように、負極１０は、平面視において、正極３０の正極活物質層３２Ａ、３２Ｂを覆うように配置される。正極活物質層３２Ａ、３２Ｂとセパレータ２０を介して対向する箇所に負極１０が設けられていないと、充電時に、当該箇所に金属リチウムが析出してしまい、電池性能が劣化する可能性があるためである。一実施形態において、負極１０と正極３０とは、平面視における負極１０の一端１０ａから正極活物質層３２までの距離が所定距離（以下「最低離間距離」ともいう。）以上になるように配置される。

一実施形態において、第１の部分３３の一端３３ａから負極１０の一端１０ａまでの平面視における距離Ｄ１は、３ｍｍ以下であってよく、０．２５ｍｍ以上３ｍｍ以下であってよく、０．５ｍｍ以上２．７５ｍｍ以下であってよく、０．７５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であってよい。

一実施形態において、第２の部分３４の一端３４ａから負極１０の一端１０ａまでの平面視における距離Ｄ２は、０．２５ｍｍ以上であってよく、０．２５ｍｍ以上２ｍｍ以下であってよく、０．５ｍｍ以上１．７５ｍｍ以下であってよく、０．７５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であってよい。距離Ｄ２は、最低離間距離である。

一実施形態において、第１の部分３３の一端３３ａから負極１０の一端１０ａまでの平面視における距離Ｄ１は、第２の部分３４の一端３４ａから負極１０の一端１０ａまでの平面視における距離Ｄ２よりも長い。距離Ｄ１と距離Ｄ２との差は、０．２５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であってよく、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下であってよく、０．７５ｍｍ以上１．７５ｍｍ以下であってよい。

ところで、セパレータ２０の破損等により負極１０と正極集電体３１とが短絡する可能性がある。しかし、２次電池１は、上述したとおり、正極集電体３１において、第１の金属層３１２ａと第２の金属層３１２ｂとは、樹脂層３１１を挟んで構成される（図３参照）。そのため、２次電池１は、このような短絡が生じても、正極集電体３１の樹脂層３１１が溶融し、異常発熱や発火が防止され得る。なお、一実施形態において、正極集電体３１の金属面が露出する箇所のうち、負極１０と対向する箇所に、絶縁部材を更に設けてもよい。絶縁部材は、セパレータ２０の破損等による上記の短絡を抑制し得る。

図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ、第１の部分３３の他の例を示す図である。一実施形態において第１の部分３３は、外縁の一部又は全部が曲面で構成されてよい。例えば、図６Ａに示すように、第１の領域３３１及び第２の領域３３２は、角が丸まった矩形状（本開示において「矩形状」は、角などの外縁の一部が曲面で構成された態様を含み得る）であってよい。また一実施形態において、第１の部分３３の第１領域３３１及び第２領域３３２は、それぞれ、矩形状以外の形状を有してよい。例えば、図６Ｂに示すように、第１の領域３３１が矩形状で、第２の領域３３２が台形状であってよい。また例えば、第１の領域３３１が矩形状又は台形状で、第２の領域３３２が三角形状又は台形状であってもよい。

＜２次電池の製造方法＞
図７は、２次電池１の製造方法の一例を示すフローチャートである。この方法は、正極材料を準備する工程ＳＴ１と、正極３０を形成する工程ＳＴ２と、負極１０を形成する工程ＳＴ３と、正極３０と負極１０とセパレータ２０と、必要に応じて電解液を密閉容器に封入する工程ＳＴ４とを含む。

１．正極材料を準備する工程
工程ＳＴ１において、正極材料が準備される。まず正極集電体３１を準備する。正極集電体３１は、樹脂層３１１を第１の金属層３１２ａ及び第２の金属層３１２ｂとで挟んで構成される。

正極集電体３１は、市販されている製品を使用してもよく、種々の材料から作製してもよい。正極集電体３１を作製する場合、一実施形態において、金属を樹脂層３１１の両側の表面に、蒸着、スパッタリング、電解めっき又は貼り合わせする。これにより、金属層３１２ａ及び金属層３１２ｂが樹脂層３１１上に形成された正極集電体３１となる。

次に正極集電体３１上に正極活物質層３２を形成する。例えば、正極活物質及び正極活物質以外の１つ以上の成分を混合して正極活物質組成物を得る。正極活物質組成物を、正極集電体３１の両面に塗布する。正極活物質組成物が塗布された正極集電体３１をプレス成形して、正極集電体３１の両面に正極活物質層３２Ａ、３２Ｂを形成する。以上により、正極材料が形成される。

２．正極を形成する工程
次に、工程ＳＴ２において、上記正極材料を切り抜いて、正極３０が形成される。

正極材料を切り抜く方法は、特に限定されず、ハサミやカッター等で切り抜いてもよく、あらかじめ用意しておいた型を用いて切り抜いてもよい。

図８Ａ～図８Ｃは、２次電池１の正極を形成する工程を説明するための図である。図８Ａは、正極材料の一方の面の平面図の一例を示す。図８Ｂは、正極材料の断面図の一例を示す。図８Ｃは、正極材料の他方の面の平面図の一例を示す。

正極集電体３１の両面に正極活物質層３２を形成する場合、例えば塗布装置の精度等に起因して、長さ方向に形成面のずれが生じ得る。図８Ｂに示す例では、第２の金属層３１２ｂ上の正極活物質層３２Ｂは、第１の金属層３１２ａ上の正極活物質層３２Ａに比べて、正極端部３５が形成される側に向かってＴ_ｄｐずれて形成されている。このような場合、工程ＳＴ２においては、図８Ａ及び図８Ｃに示す切り抜き線Ｌ１で正極材料を切り抜く。切り抜き線Ｌ１は、図８Ａに示す正極活物質層３２Ｂの塗布領域に合わせて設定される。これにより、第１の金属層３１２ａには、第１の領域３３１及び第２の領域３３２から構成される第１の部分３３が形成される（図８Ｃ）。また第２の金属層３１２ｂには、第２の部分３４が形成される。

３．負極を形成する工程
次に、工程ＳＴ３において、負極１０が形成される。負極１０は、図２Ａ～図２Ｄに示すいずれかの態様であってよい。なお、負極集電体１１は、市販されている製品を使用してもよく、種々の材料から作製してもよい。負極集電体１１を作製する場合、正極集電体３１と同様に作製してもよい。

負極１０が負極活物質層１２を有する場合、以下のようにして、負極集電体１１上に負極活物質層１２を形成する。
例えば、負極活物質及び負極活物質以外の１つ以上の成分を混合して負極活物質組成物を得る。負極活物質組成物を、負極集電体１１の両面に塗布する。負極活物質組成物が塗布された負極集電体１１をプレス成形して、負極集電体１１の両面に負極活物質層１２を形成する。以上により負極材料が形成される。この負極材料を切り抜いて、負極１０が形成される。負極材料を切り抜く方法は、特に限定されず、ハサミやカッター等で切り抜いてもよく、あらかじめ用意しておいた型を用いて切り抜いてもよい。

４．密閉容器に封入する工程
次に、セパレータ２０を準備する。セパレータ２０は、上述の材料からなるものを所定の形状に打ち抜いたものであってよい。
そして、セパレータ２０を介して、工程ＳＴ３で形成した負極１０と工程ＳＴ２で形成した正極３０とが互いに対向するように、負極１０、セパレータ２０、及び正極３０とを１又は複数セット配置して積層体を形成し、密閉容器へ封入する。このとき、電解液を密閉容器に封入してもよい。また、積層体は、密閉容器内で各構成の位置がずれないように、溶接等によって固定されてもよい。

本実施形態においては、正極材料の切り抜きは、切り抜き線Ｌ１で行う。これは、次のような理由による。

図９Ａ、図９Ｂは、正極材料の他の切り抜き例を説明するための図である。図９Ａ及び図９Ｂは、図８Ｂに示す塗布面のずれが生じた場合に、正極材料を切り抜き線Ｌ２で切り抜いた場合の例である。切り抜き線Ｌ２は、図９Ｂに示す正極活物質層３２Ａの塗布領域に合わせて設定される。これにより、図９Ａに示すように、切り抜き線Ｌ２で切り抜かれた後の第２の金属層３１２ｂ上の正極活物質層３２Ｂは、幅Ｗ_ｐかつ長さＴ_ｑの矩形領域３２Ｂ_１と、正極端部３５Ｂと同一の幅かつ長さT_ｄｐの矩形領域３２Ｂ_２とを備える。切り抜き線Ｌ２で切り抜かれた後の第１の金属層３１２ａ上の正極活物質層３２Ａは、幅Ｗ_ｐかつ長さＴ_ｑの矩形領域３２Ａ_１を備える。第２の金属層３１２ｂの正極端部３５Ｂの長さは、第１の金属層３１２ａの正極端部３５の長さよりもＴ_ｄｐだけ短い。

図１０は、切り抜き線Ｌ１を採用する効果の一例を説明するための図である。図１０の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、切り抜き線Ｌ２で切り抜いた正極３０を用いた場合の、一方の面及び他方の面からみた正極３０と負極１０との位置関係を示す。図１０の（Ｃ）及び（Ｄ）は、それぞれ、切り抜き線Ｌ１で切り抜いた正極３０を用いた場合の、第１の金属層３１２ａ側の面及び第２の金属層３１２ｂ側の面からみた正極３０と負極１０との位置関係を示す。

上述したとおり、負極１０と正極３０とは、平面視における負極１０の一端１０ａから正極活物質層３２（３２Ａ、３２Ｂ）までの距離が最低離間距離以上になるように配置される（図１０に示す例では、最低離間距離はＤ２である）。これにより、切り抜き線Ｌ２で正極３０を作成した場合と、切り抜き線Ｌ１で正極３０を作成した場合において、正極活物質層３２Ａ及び３２Ｂの総面積が異なってくる。具体的には、図１０に示すとおり、切り抜き線Ｌ１による正極活物質層３２Ｂ（図１０（Ｄ））の面積（長さＴ_ｐと幅Ｗ_ｐとの積）は、切り抜き線Ｌ２による正極活物質層３２Ｂ（図１０（Ａ））の面積（領域３２Ｂ_１の面積と領域３２Ｂ_２の面積の和）よりも大きい。そして、切り抜き線Ｌ１による正極活物質層３２Ａ（図１０（Ｃ））の面積（長さＴ_ｑと幅Ｗ_ｐとの積）と、切り抜き線Ｌ２による正極活物質層３２Ａ（図１０（Ｂ））の面積（長さＴ_ｑと幅Ｗ_ｐとの積）とは同一である。したがって、正極材料を切り抜き線Ｌ１（図８Ａ、図８Ｃ）で切り抜いたほうが、切り抜き線Ｌ２（図９Ａ、図９Ｂ）で切り抜くより、正極活物質層３２Ａ及び３２Ｂの総面積を大きくし得る。これにより２次電池１のセル容量が大きくなり得る。

＜２次電池の使用方法＞
２次電池１は、正極３０を外部回路の一端に接続し、負極１０を外部回路の他端に接続することで充放電される。外部回路は、例えば抵抗、電源、装置、デバイス、別の電池、又はポテンショスタット等でよい。

正極３０と負極１０との間に、負極１０から外部回路を通り正極３０への電流が流れるような電圧を印加すると、２次電池１が充電され、負極１０の表面にリチウム金属が析出する。充電後の２次電池１について、所望の外部回路を介して正極３０及び負極１０を接続すると、２次電池１が放電され、負極１０の表面に生じたリチウム金属の析出が電解溶出する。

一実施形態において、２次電池１は、電池の組み立て後の第１回目の充電（初期充電）により、負極１０の表面又はセパレータ２０の表面（すなわち、負極１０とセパレータ２０との界面）に固体電解質界面層（ＳＥＩ層）が形成されてよい。ＳＥＩ層は、例えば、リチウムを含む無機化合物、又はリチウムを含む有機化合物等を含んでよい。一実施形態において、ＳＥＩ層の厚さは、１．０ｎｍ以上１０μｍ以下である。２次電池１にＳＥＩ層が形成されている場合、充放電により、負極１０及び／又はセパレータ２０とＳＥＩ層との界面においてリチウム金属が析出又は溶解する。

以上説明した２次電池１は、高い安全性及び良好なセル容量を有し得る。

以下、本発明を実施例及び比較例を用いてより具体的に説明する。本開示は、以下の実施例及び比較例によって何ら限定されるものではない。また、特に記載がない限り、以下の実施例は、室温（２５℃）、１気圧で行われた。

１．リチウム２次電池の作製
実施例１として、図１に示す構造の２次電池１を図７に示す方法を用いて作製した。まず負極１０を準備した。具体的には、まず、負極集電体１１として、８μｍ厚のＣｕ箔を準備した。次に、溶剤としての水に、負極活物質としてグラファイトを９７質量部、導電助剤としてカーボンブラックを０．５質量部、およびバインダーとして、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を１．５質量部、スチレン-ブタジエンゴム（ＳＢＲ）を１．０質量部混合した混合材料を準備した。この混合材料を負極集電体１１の両面又は片面にそれぞれ目付が１５ｍｇ／ｃｍ^２となるように塗布し、押圧して負極活物質層１２を形成した。その後、負極活物質層１２を形成した負極集電体１１を、所定のサイズ（図１０（Ｃ）及び（Ｄ）におけるＴ_ｎ×Ｗ_ｎが４２ｍｍ×４２ｍｍ）に切り抜いた。

次に、セパレータ２０として、ポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）及びＡｌ_２Ｏ_３の混合物で表面がコーティングされたシート（積層方向の厚さ：１５μｍ、幅方向及び長さ方向のサイズ：４５ｍｍ×４５ｍｍ）を準備した。

次に、正極３０を準備した。具体的には、まず、正極集電体３１として、６μｍ厚のフィルム状のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の両面にＡｌを１.０μｍ蒸着したものを準備した。次に、溶剤としてのＮ－メチル－ピロリドン（ＮＭＰ）に、正極活物質としてＬｉＮｉ_０．８Ｃｏ_０．１５Ａｌ_０．０５Ｏ_２を９６質量部、導電助剤としてカーボンブラックを２質量部、及びバインダーとしてポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）を２質量部混合した混合材料を準備した。そして、目付が２３ｍｇ／ｃｍ^２となるように、この混合材料を正極集電体の両面に塗布し、押圧して正極活物質層３２を形成した。その後、図１０における切り抜き線Ｌ１の場合（図１０（Ｃ）及び図１０（Ｄ））における、Ｔ_ｐが４０ｍｍ、Ｔ_ｑが３９ｍｍ、Ｗ_ｐが４０ｍｍ、Ｔ_ｄｐが１ｍｍとなるように、正極活物質層３２を形成した正極集電体３１を切り抜いた。

次に、セパレータ２０を介して正極３０と負極１０とが互いに対向するように、セパレータ２０、正極３０及び負極１０を配置して積層体を形成した。この積層体は、正極３０が１０積層していて、積層方向において、積層体の両端がいずれも負極１０であった。上記両端の負極１０は、セパレータ２０を介して正極３０と対向する側の面のみに負極活物質層１２を備え、上記両端以外の負極１０は、両面に負極活物質層１２を備えていた。また、図１０（Ｃ）及び図１０（Ｄ）における、Ｄ１が２ｍｍ、Ｄ２が１ｍｍとなるように正極３０と負極１０とを配置した。そして、この積層体をラミネート外装体に挿入し、電解液とともに封止してリチウム２次電池を得た。電解液は、炭酸エチレン（ＥＣ）、炭酸ジメチル（ＤＭＣ）、炭酸エチルメチル（ＥＭＣ）を３０：３５：３５質量部で混合した溶媒に１Ｍとなるように、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を溶解した電解液に炭酸ビニレン（ＶＣ）を２質量部添加したものを用いた。

正極集電体の種類、負極集電体の種類及び正極の形状を図１０及び図１１に基づいて変更したこと以外は、実施例１と同様に、実施例２～４の２次電池１を作製した。

正極集電体の種類、負極集電体の種類及び正極の形状を図１０及び図１１に基づいて変更したこと以外は、実施例１と同様に、比較例１～５のリチウム２次電池を作製した。

なお、図１１中、Ｃｕ蒸着樹脂フィルムは、６μｍ厚のフィルム状のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の両面にＣｕを１.０μｍ蒸着したものである。また、Ａｌ箔は、８μｍ厚のＡｌ箔である。

２．評価
２．１．強制内部短絡試験
各実施例及び比較例のリチウム２次電池を、温度２５℃の環境において、０．１Ｃの電流で、電圧が４．２ＶになるまでＣＣ充電した後、０．１Ｃの電流で、電圧が３．０ＶになるまでＣＣ放電した。次いで、温度２５℃の環境において、各実施例及び比較例のリチウム２次電池を、０．１Ｃの電流で、電圧が４．２ＶになるまでＣＣ充電した。なお、ＣＣ充電とは、一定の電流値で行う充電であり、ＣＣ放電とは、一定の電流値で行う放電である。また、１Ｃの電流とは、電池の理論容量に基づいて算出された、その電池を１時間で完全に充電することができる電流である。２Ｃの電流は、１Ｃの電流の２倍の大きさである。

次に、ＪＩＳ Ｃ８７１４：２００７に記載の強制内部短絡試験の方法に準じて、充電済の各実施例及び比較例のリチウム２次電池に対して強制内部短絡試験を行い、その評価結果を、図１０に示す。強制内部短絡試験を行った結果、変化がなかった例については、変化無しと記載し、発火が生じた例については、発火と記載する。

２．２．セル容量及び容量維持率
各実施例及び比較例のリチウム２次電池を、温度２５℃の環境において、０．１Ｃの電流で、電圧が４．２ＶになるまでＣＣ充電した後、０．１Ｃの電流で、電圧が３．０ＶになるまでＣＣ放電した。次いで、温度２５℃の環境において、５０ｋＰａの外圧を印加しながら、各実施例及び比較例のリチウム２次電池を、０．３Ｃの電流で、電圧が４．２ＶになるまでＣＣ充電した後、０．３Ｃの電流で、電圧が３．０ＶになるまでＣＣ放電するサイクルを実施した（１サイクル目）。このサイクルを１００サイクル実施した。１００サイクル目から得られる容量（Ａｈ）を、１サイクル目から得られる容量（Ａｈ）で除して、１００サイクル目の容量維持率（％）を求めた。図１０のセル容量の欄に１サイクル目から得られる容量を記載し、容量維持率の欄に１００サイクル目の容量維持率を記載する。

３．評価結果
図１０は、実施例及び比較例の構成及び結果を示す図である。実施例のリチウム２次電池は、発火が生じず、セル容量が大きく、容量維持率が高いことがわかった。一方で、比較例１～３のリチウム２次電池は、容量維持率が高いが、発火を生じ、セル容量が小さいことがわかった。また、比較例４のリチウム２次電池は、発火が生じず、セル容量が大きいが、容量維持率が低いことがわかった。また、比較例５のリチウム２次電池は、セル容量が大きく、容量維持率が高いが、発火を生じることがわかった。すなわち、実施例１～４のリチウム２次電池は、高い安全性及び良好なセル容量に加えて、良好なサイクル特性を有することがわかった。

比較例１～３のリチウム２次電池は、良好なサイクル特性を有するが、安全性が低く、セル容量が比較的小さいことがわかった。安全性が低い要因は、特に限定されるものではないが、以下のように考えられる。樹脂層を金属層で挟んで構成される正極集電体ではなく、金属層のみからなる正極集電体を用いたため、正極と負極とが短絡した際に、異常発熱が生じたと推測される。また、セル容量が低い要因は、特に限定されるものではないが、正極活物質層の表面積が小さいためと考えられる。

比較例４のリチウム２次電池は、安全性が高く、セル容量が良好だが、サイクル特性が低いことがわかった。その要因は、特に限定されるものではないが、以下のように考えられる。比較例４のリチウム２次電池の平面視において、一方の面における正極活物質層と負極活物質層との距離Ｄ２が０ｍｍであるため、サイクル評価中に正極活物質層と負極活物質層との間で微小な短絡が生じたと推測される。

比較例５のリチウム２次電池は、セル容量が良好で、良好なサイクル特性を有するが、安全性が低いことがわかった。その要因は、特に限定されるものではないが、以下のように考えられる。樹脂層を金属層で挟んで構成される正極集電体ではなく、金属層のみからなる正極集電体を用いたため、正極集電体と負極活物質層とが短絡した際に、異常発熱が生じたと推測される。

本開示の実施形態は、以下の態様をさらに含む。

（付記１）
セパレータを介して互いに対向する正極と負極とを備えるリチウム２次電池であって、
前記正極は、樹脂層を第１の金属層及び第２の金属層で挟んで構成される正極集電体と、前記正極集電体上に設けられる正極活物質層と、を備え、
前記第１の金属層は、前記正極活物質層が設けられない第１の部分を備え、
前記第２の金属層は、前記正極活物質層が設けられない第２の部分を備え、
前記第１の部分と前記第２の部分とは、幅方向及び長さ方向の寸法がいずれも異なる、リチウム２次電池。

（付記２）
前記第１の部分は、前記長さ方向に一端と他端とを備え、前記第１の部分の前記一端は、平面視において前記負極と重なり、前記第１の部分の前記他端は、平面視において前記負極と重ならず、
前記第２の部分は、前記長さ方向に一端と他端とを備え、前記第２の部分の前記一端は平面視において前記負極と重なり、前記第２の部分の前記他端は、平面視において前記負極と重ならない、付記１に記載のリチウム２次電池。

（付記３）
前記第１の部分の前記一端と前記第２の部分の前記一端とが、異なる幅寸法を有する、付記１又は付記２に記載のリチウム２次電池。

（付記４）
前記第１の部分の前記他端と前記第２の部分の前記他端とが、同一の幅寸法を有する、付記１から付記３のいずれか１つに記載のリチウム２次電池。

（付記５）
前記第１の部分の前記一端は、前記第１の金属層において前記正極活物質層が設けられる部分と同一の幅寸法を有する、付記１から付記４のいずれか１つに記載のリチウム２次電池。

（付記６）
前記第２の部分の前記一端は、前記第２の金属層において前記正極活物質層が設けられる部分よりも小さい幅寸法を有する、付記１から付記５のいずれか１つに記載のリチウム２次電池。

（付記７）
前記第１の部分は、第１の幅寸法を有する第１の矩形領域と、前記第１の幅寸法より小さい第２の幅寸法を有する第２の矩形領域とを備える、付記１から付記６のいずれか１つに記載のリチウム２次電池。

（付記８）
前記第１の幅寸法は、前記第１の金属層において前記正極活物質層が設けられる部分の幅寸法と同一である、付記１から付記７のいずれか１つに記載のリチウム２次電池。

（付記９）
前記第２の部分は、前記第２の矩形領域と同一形状の矩形領域を備える、付記１から付記８のいずれか１つに記載のリチウム２次電池。

（付記１０）
前記第１の部分は、前記長さ方向に一端と他端とを備え、
前記第２の部分は、前記長さ方向に一端と他端とを備え、
前記負極は、前記長さ方向に一端と他端とを備え、
前記負極の前記一端は、平面視において前記第１の部分の前記一端と前記第１の部分の前記他端との間に配置され、かつ、平面視において前記第２の部分の前記一端と前記第２の部分の前記他端との間に配置される、付記１から付記９のいずれか１つに記載のリチウム２次電池。

（付記１１）
前記第１の部分の前記一端から前記負極の前記一端までの平面視における距離は、前記第２の部分の前記一端から前記負極の前記一端までの平面視における距離よりも長い、
付記１から付記１０のいずれか１つに記載のリチウム２次電池。

（付記１２）
前記第１の部分の前記一端から前記負極の前記一端までの平面視における距離は、３ｍｍ以下である、付記１から付記１１のいずれか１つに記載のリチウム２次電池。

（付記１３）
前記第２の部分の前記一端から前記負極の前記一端までの平面視における距離は、０．２５ｍｍ以上である、付記１から付記１２のいずれか１つに記載のリチウム２次電池。

（付記１４）
セパレータを介して互いに対向する正極と負極とを備えるリチウム２次電池であって、
前記正極は、樹脂層を第１の金属層及び第２の金属層で挟んで構成される正極集電体と、前記正極集電体上に設けられる正極活物質層と、を備え、
前記第１の金属層は、前記正極活物質層が設けられない第１の部分を備え、前記第１の部分は、第１の領域と第２の領域とを備え、前記第１の領域は、長さ方向に一端と他端とを有し且つ第１の幅寸法を有し、前記第２の領域は、前記第１の領域の前記他端の一部から長さ方向に延び、前記第１の幅寸法より小さい第２の幅寸法を有する、リチウム２次電池。

（付記１５）
前記第１の領域は、平面視において前記負極とすべて重なり、前記第２の領域は、平面視において前記負極と一部が重なり一部が重ならない、付記１４に記載のリチウム２次電池。

（付記１６）
前記第２の金属層は、前記正極活物質層が設けられない第２の部分を備え、前記第２の部分は、前記第２の領域と同一形状の領域を備える、付記１４又は付記１５に記載のリチウム２次電池。

（付記１７）
前記負極は、負極集電体と、前記負極集電体上に設けられる負極活物質層と、を備える、付記１から付記１６のいずれか１つに記載のリチウム２次電池。

（付記１８）
前記負極は、樹脂層を一対の金属層で挟んで構成される負極集電体を備える、付記１から付記１７のいずれか１つに記載のリチウム２次電池。

（付記１９）
前記正極、前記セパレータ及び前記負極のセットが複数セット積層される積層体を備える、付記１から付記１８のいずれか１つに記載のリチウム２次電池。

（付記２０）
リチウム２次電池の製造方法であって、
正極材料を準備する工程であって、前記正極材料は、樹脂層を第１の金属層及び第２の金属層で挟んで構成される正極集電体と、前記正極集電体上に設けられる正極活物質層とを含む、工程と、
前記正極材料を切り抜いて、正極を形成する工程であって、前記正極は、前記第１の金属層が前記正極活物質層が設けられない第１の部分を備え、前記第２の金属層が前記正極活物質層が設けられない第２の部分を備え、かつ、前記第１の部分と前記第２の部分とが幅方向及び長さ方向の寸法がいずれも異なる工程と、を含む、
リチウム２次電池の製造方法。

以上の各実施形態は、説明の目的で記載されており、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。以上の各実施形態は、本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく種々の変形をなし得る。例えば、ある実施形態における一部の構成要素を、他の実施形態に追加することができる。また、ある実施形態における一部の構成要素を、他の実施形態の対応する構成要素と置換することができる。

１…２次電池、１０…負極、１０ａ…負極の一端、１０ｂ…負極の他端、１１…負極集電体、１１１…負極樹脂層、１１２…負極金属層、１２…負極活物質層、１３…負極端部、２０…セパレータ、３０…正極、３１…正極集電体、３１１…樹脂層、３１２ａ…第１の金属層、３１２ｂ…第２の金属層、３２…正極活物質層、３３…第１の部分、３３ａ…第１の部分の一端、３３ｂ…第１の部分の他端、３３１…第１の領域、３３２…第２の領域、３４…第２の部分、３４ａ…第２の部分の一端、３４ｂ…第２の部分の他端、３５…正極端部、ｘ…幅方向、ｙ…長さ方向、ｚ…積層方向、Ｌ１…切り抜き線、Ｌ２…切り抜き線

Claims (13)

1. セパレータを介して互いに対向する正極と負極とを備えるリチウム２次電池であって、
   前記正極は、樹脂層を第１の金属層及び第２の金属層で挟んで構成される正極集電体と、前記正極集電体上に設けられる正極活物質層と、を備え、
   前記第１の金属層は、前記正極活物質層が設けられない第１の部分を備え、
   前記第２の金属層は、前記正極活物質層が設けられない第２の部分を備え、
   前記第１の部分と前記第２の部分とは、幅方向及び長さ方向の寸法がいずれも異なり、
   前記第１の部分は、前記長さ方向に一端と他端とを備え、
   前記第２の部分は、前記長さ方向に一端と他端とを備え、
   前記負極は、前記長さ方向に一端と他端とを備え、
   前記負極の前記一端は、平面視において前記第１の部分の前記一端と前記第１の部分の前記他端との間に配置され、かつ、平面視において前記第２の部分の前記一端と前記第２の部分の前記他端との間に配置され、
   前記第１の部分は、第１の幅寸法を有する第１の矩形領域と、前記第１の幅寸法より小さい第２の幅寸法を有する第２の矩形領域とを備え、
   前記第１の幅寸法は、前記第１の金属層において前記正極活物質層が設けられる部分の幅寸法と同一であり、
   前記第２の部分は、前記第２の矩形領域と同一形状の矩形領域を備える、リチウム２次電池。
2. 前記第１の部分の前記一端は、平面視において前記負極と重なり、前記第１の部分の前記他端は、平面視において前記負極と重ならず、
   前記第２の部分の前記一端は平面視において前記負極と重なり、前記第２の部分の前記他端は、平面視において前記負極と重ならない、請求項１に記載のリチウム２次電池。
3. 前記第１の部分の前記一端と前記第２の部分の前記一端とが、異なる幅寸法を有する、請求項２に記載のリチウム２次電池。
4. 前記第１の部分の前記他端と前記第２の部分の前記他端とが、同一の幅寸法を有する、請求項３に記載のリチウム２次電池。
5. 前記第１の部分の前記一端は、前記第１の金属層において前記正極活物質層が設けられる部分と同一の幅寸法を有する、請求項２に記載のリチウム２次電池。
6. 前記第２の部分の前記一端は、前記第２の金属層において前記正極活物質層が設けられる部分よりも小さい幅寸法を有する、請求項５に記載のリチウム２次電池。
7. 前記第１の部分の前記一端から前記負極の前記一端までの平面視における距離は、前記第２の部分の前記一端から前記負極の前記一端までの平面視における距離よりも長い、
   請求項１に記載のリチウム２次電池。
8. 前記第１の部分の前記一端から前記負極の前記一端までの平面視における距離は、３ｍｍ以下である、請求項７に記載のリチウム２次電池。
9. 前記第２の部分の前記一端から前記負極の前記一端までの平面視における距離は、０．２５ｍｍ以上である、請求項８に記載のリチウム２次電池。
10. 前記負極は、負極集電体と、前記負極集電体上に設けられる負極活物質層と、を備える、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のリチウム２次電池。
11. 前記負極は、樹脂層を一対の金属層で挟んで構成される負極集電体を備える、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のリチウム２次電池。
12. 前記正極、前記セパレータ及び前記負極のセットが複数セット積層される積層体を備える、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のリチウム２次電池。
13. セパレータを介して互いに対向する正極と負極とを備えるリチウム２次電池の製造方法であって、
    正極材料を準備する工程であって、前記正極材料は、樹脂層を第１の金属層及び第２の金属層で挟んで構成される正極集電体と、前記正極集電体上に設けられる正極活物質層とを含む、工程と、
    前記正極材料を切り抜いて、正極を形成する工程であって、前記正極は、前記第１の金属層が前記正極活物質層が設けられない第１の部分を備え、前記第２の金属層が前記正極活物質層が設けられない第２の部分を備え、かつ、前記第１の部分と前記第２の部分とが幅方向及び長さ方向の寸法がいずれも異なる工程と、を含み、
    前記第１の部分は、前記長さ方向に一端と他端とを備え、
    前記第２の部分は、前記長さ方向に一端と他端とを備え、
    前記負極は、前記長さ方向に一端と他端とを備え、
    前記負極の前記一端は、平面視において前記第１の部分の前記一端と前記第１の部分の前記他端との間に配置され、かつ、平面視において前記第２の部分の前記一端と前記第２の部分の前記他端との間に配置され、
    前記第１の部分は、第１の幅寸法を有する第１の矩形領域と、前記第１の幅寸法より小さい第２の幅寸法を有する第２の矩形領域とを備え、
    前記第１の幅寸法は、前記第１の金属層において前記正極活物質層が設けられる部分の幅寸法と同一であり、
    前記第２の部分は、前記第２の矩形領域と同一形状の矩形領域を備える、リチウム２次電池の製造方法。

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