非水二次電池
【課題】負荷特性に優れた非水二次電池の構成を得る。
【解決手段】平坦なシート形状の表面に凹凸部が形成された負極１４と、前記負極１４の凹凸部を有する面に沿うように配置されたセパレータ１５と、前記負極１４よりも表面積が小さく、前記セパレータ１５によって形成される凹凸に嵌合する表面を有するシート状の正極１３とを備える。前記負極１４と前記正極１３とは、積層方向において充放電が可能なように対向するとともに、積層方向と垂直な方向においても充放電が可能なように対向している。
【解決手段】平坦なシート形状の表面に凹凸部が形成された負極１４と、前記負極１４の凹凸部を有する面に沿うように配置されたセパレータ１５と、前記負極１４よりも表面積が小さく、前記セパレータ１５によって形成される凹凸に嵌合する表面を有するシート状の正極１３とを備える。前記負極１４と前記正極１３とは、積層方向において充放電が可能なように対向するとともに、積層方向と垂直な方向においても充放電が可能なように対向している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は非水二次電池に関し、より詳しくは、積層型の非水二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
非水二次電池は、エネルギー密度の高い電池として利用されている。車載用、産業用といった用途では、エネルギー密度が高いことに加え、高い負荷特性（入出力特性）が求められている。
【０００３】
特開２０１０−１１８１６４号公報には、集電体の表面に凹凸が形成されており、電極材層（電極合剤層）が、集電体の凹部に充填された第１電極材と、該第１電極材を覆うように集電体表面全体にわたって広がった第２電極材とによって形成された二次電池の電極が開示されている。
【０００４】
この二次電池の電極は、集電体表面に凹凸を形成することにより、集電体と電極材層との密着性を高めている。そして、第１電極材が第２電極材よりも低電気抵抗であることにより、集電体と電極材層との界面での反応性の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１１８１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非水二次電池の電極反応は、電極合剤層内部での活物質の拡散が律速過程と考えられる。したがって、前記文献に記載の二次電池の電極による負荷特性向上には限界があった。
【０００７】
本発明の目的は、負荷特性に優れた非水二次電池の構成を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明が開示する非水二次電池は、平坦なシート形状の表面に凹凸部が形成された負極と、前記負極の凹凸部を有する面に沿うように配置されたセパレータと、前記負極よりも表面積が小さく、前記セパレータによって形成される凹凸に嵌合する表面を有するシート状の正極とを備える。前記負極と前記正極とは、積層方向において充放電が可能なように対向するとともに、積層方向と垂直な方向においても充放電が可能なように対向している。
【０００９】
上記の構成によれば、前記負極と前記正極とが、積層方向において対向するとともに、積層方向と垂直な方向においても対向している。そのため、積層方向に加えて、これと垂直な方向においても活物質の授受を行うことができる。反応速度は電極の面積に比例する。そのため、積層方向と垂直な方向において対向する面積の分だけ、負荷特性を向上させることができる。
【００１０】
なお、上記の構成によれば、前記負極と前記正極とが、セパレータを介して嵌合する。そのため、特別な治具や装置によらなくても、前記負極と前記正極との位置規制を正確に行うことができる。また、積層させた後にずれが発生しにくい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、負荷特性に優れた非水二次電池の構成が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態にかかる非水二次電池の概略構成を示す正面図である。
【図２】図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図３は、図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の一実施形態にかかる非水二次電池から、一組の正極、負極、およびセパレータを抜き出して示した分解斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の一実施形態にかかる非水二次電池から、一組の正極、負極、およびセパレータを抜き出して示した斜視図である。
【図５】図５は、図４ＢにおけるＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【図６】図６は、図５の拡大図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態にかかる非水二次電池における、活物質の授受を概念的に示した図である。。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の一実施形態にかかる非水二次電池の、負極の製造方法の一工程を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本発明の一実施形態にかかる非水二次電池の、負極の製造方法の一工程を示す図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、本発明の一実施形態にかかる非水二次電池の、負極の製造方法の一工程を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の第１の変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極、負極およびセパレータを抜き出して示した分解斜視図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の第１の変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極、負極およびセパレータを抜き出して示した断面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、本発明の第２の変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極、負極およびセパレータを抜き出して示した断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、本発明の第３の変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極、負極およびセパレータを抜き出して示した断面図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、本発明の第４の変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極、負極およびセパレータを抜き出して示した断面図である。
【図１０Ｄ】図１０Ｄは、本発明の第５の変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極、負極およびセパレータを抜き出して示した断面図である。
【図１０Ｅ】図１０Ｅは、本発明の第６の変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極、負極およびセパレータを抜き出して示した断面図である。
【図１０Ｆ】図１０Ｆは、本発明の第７の変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極、負極およびセパレータを抜き出して示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１４】
［非水二次電池の構成］
図１は、本発明の一実施形態にかかる非水二次電池１０の概略構成を示す正面図である。非水二次電池１０は、正極タブ１１と、負極タブ１２と、ラミネート外装１６とを備えている。
【００１５】
非水二次電池１０は、正面視で略矩形の扁平形状をしており、その一辺から、正極タブ１１と負極タブ１２とが延出している。なお、この構成は例示であって、非水二次電池１０は任意の形状を取り得るし、正極タブ１１と負極タブ１２とを異なる辺から延出させても良い。
【００１６】
図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図であり、図３は、図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。非水二次電池１０は、複数の正極１３と、複数の負極１４と、複数のセパレータ１５と、正極リード１７と、負極リード１８とをさらに備えている。
【００１７】
非水二次電池１０は、図２および図３に示すように、複数の正極１３と複数の負極１４とが、セパレータ１５を挟んで積層された構成を有する。そして、これらは図示しない電解液とともに、ラミネート外装１６に収容されている。図２および図３では、正極１３を２枚、負極１４を３枚、それぞれ積層させた構成を例示しているが、積層させる枚数は任意である。２枚の正極１３はそれぞれ、正極リード１７を介して、ラミネート外装１６の外部に引き出された正極タブ１１と接続している。同様に、３枚の負極１４はそれぞれ、負極リード１８を介して、ラミネート外装１６の外部に引き出された負極タブ１２と接続している。
【００１８】
なお、本実施形態ではラミネート型の電池を例示しているが、電極および電解液をアルミニウム等の金属からなる缶体に収容させた構成としても良い。
【００１９】
図４Ａ〜図６を参照して、正極１３および負極１４の詳しい構成を説明する。図４Ａは、非水二次電池１０から一組の正極１３、負極１４、およびセパレータ１５を抜き出して示した分解斜視図である。図４Ｂは、組み立て後の斜視図である。
【００２０】
図４Ａに示すように、正極１３は、平面視矩形でシート状の正極集電体１３１と、該正極集電体１３１の両面に形成された正極合剤層１３２とを備えている。また負極１４は、平面視矩形でシート状の負極集電体１４１と、該負極集電体１４１の両面に、正極合剤層１３２よりも大きな面積に形成された平面視矩形の負極合剤層１４２とを備えている。
【００２１】
なお、図４Ａおよび今後参照する図面ではすべて、正極集電体１３１の両面に正極合剤層１３２を形成している。しかし、正極集電体１３１の片面にのみ正極合剤層１３２を形成しても良い。負極１４についても同様であり、負極集電体１４１の片面にのみ負極合剤層１４１を形成しても良い。
【００２２】
また、図４Ａではセパレータ１５として、フィルム状のセパレータを用いている例を示しているが、本発明はこれに限定されない。後述するように、フィラー粒子とバインダとからなる液状組成物を、正極１３および負極１４より選ばれる少なくとも一方に塗布することにより、セパレータ１５を形成しても良い。
【００２３】
負極合剤層１４２は、その周縁部に凸部１４２ａが一体的に成型されている。これにより、負極合剤層１４２の中央部には、凸部１４２ａによって囲まれた窪み（凹部）が形成される。正極合剤層１３２は、セパレータ１５を間に挟んでこの窪みと嵌合するように形成されている。
【００２４】
図５は、図４ＢにおけるＶ−Ｖ線に沿った断面図である。上述のとおり、負極合剤層１４２の周縁部には凸部１４２ａが一体的に成型されている。そして、この負極合剤層１４２の凹凸を有する面に沿うように、セパレータ１５が配置されている。セパレータ１５は、正極１３と負極１４との短絡を防止するため、正極１３および負極１４よりも大きな面積に形成されていることが望ましい。そして、このセパレータ１５によって形成される凹凸に嵌合するように、正極合剤層１３２が配置されている。
【００２５】
図６は、図５の拡大図である。ここでｈ１は、負極合剤層１４２の平坦部の厚さを表している。ｈ２は、負極合剤層１４２の凸部１４２ａの厚さを表している。ｇは、正極合剤層１３２と負極合剤層１４２との面間距離を表している。この値はセパレータ１５の厚みによって規制される。ｄは、凸部１４２ａの厚さｈ２と面間距離ｇとの差を表している。すなわちｄ＝ｈ２−ｇである。この値は、図６に示すように、正極合剤層１３２と負極合剤層１４２の凸部１４２ａの厚み方向での重なりの長さを表している。
【００２６】
これまで、負極合剤層１４２の周縁部に凸部１４２ａを形成するという表現を用いてきた。しかし、負極合剤層１４２の中央部に凹部が設けられているとしても良い。後述するように、負極合剤層１４２は、凸部１４２ａを含めて一体的に成型されるものである。なお、電池容量は活物質の量に比例するため、負極合剤層１４２の体積は大きい方が望ましい。その点では平坦部の厚みｈ１は、従来のものと同程度であることが望ましい。
【００２７】
ｄ＝ｈ２−ｇの値が大きいこと、すなわち、ｈ２の値が大きく、ｇの値が小さいことが望ましい。ｄの値が正であること、すなわちｈ２＞ｇであることが望ましいが、そうでなくても一定の効果は得られる。
【００２８】
図６に示すように、凸部１４２ａには積層方向に向かって順テーパーが設けられている。屈曲部に応力が集中しないようにして、凸部１４２ａの強度を高めるためである。図６では、凸部１４２ａの外側の周壁が積層方向となす角度αと、凸部１４２ａの内側の周壁が積層方向となす角βとが、異なる角度である場合を示している。しかし、これらは同じ角度であっても良い。
【００２９】
なお、正極合剤層１３２の周壁にも、負極合剤層１４２に設けられた凹凸に沿うように（より正確には、負極合剤層１４２に沿うように配置されたセパレータ１５に沿うように）、負極合剤層１４２の内側の周壁と同じ角度βのテーパーが設けられている。
【００３０】
図７は、本発明の一実施形態にかかる非水二次電池１０における、活物質の授受を概念的に示した図である。図７に示すように、本実施形態によれば、正極合剤層１３２と負極合剤層１４２とは、積層方向において対向するとともに、積層方向と垂直な方向においても対向している。そのため、積層方向に加えて、これと垂直な方向においても活物質の授受を行うことができる。反応速度は電極の面積に比例する。そのため、積層方向と垂直な方向において対向する面積の分だけ、負荷特性を向上させることができる。
【００３１】
また、この構成によれば、正極合剤層１３２と負極合剤層１４２とをセパレータ１５を介して嵌合させることにより、正極１３と負極１４との位置決めを正確に行うことができる。従来、このような位置規制には、専用に設計された治具や装置が必要であった。しかし、この構成によれば位置規制を手作業でも正確に行うことができる。また、積層させた後にずれが発生しにくい。
【００３２】
［非水二次電池の製造方法］
以下、本発明の一実施形態にかかる非水二次電池１０の製造方法を説明する。
【００３３】
まず、図８Ａ〜図８Ｃを参照して、負極１４の製造方法を説明する。負極合剤層１４２として、活物質と、バインダとを純水中で混合してスラリー１４２’を調整する。負極の活物質としては、天然黒鉛、メソフェーズカーボン、または非晶質カーボン等を使用することができる。負極のバインダとしては、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）・ヒドロキシプロピルセルロース（ＨＰＣ）等のセルロースや、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）・アクリル等のゴムバインダを、単独または混合して用いることができる。
【００３４】
調整したスラリー１４２’を、負極集電体１４１の両面に塗布する（図８Ａ）。スラリー１４２’は負極集電体１４１の両面に均一に塗布しても良く、凸部１４２ａが形成される部分に厚く塗布しても良い。負極集電体１４１としては、銅・ニッケル・ステンレス等の箔、平織金網、エキスパンドメタル、ラス網、またはパンチングメタル等を用いることができる。負極タブ１２および負極リード１８も、同種のものを用いることができる。
【００３５】
スラリー１４２’に、プレス成型を行って凹凸を形成する（図８Ｂ）。プレス成型は、加熱で行っても、常温で行っても良い。スラリー１４２’が金型９０の凹凸に隙間なく流動するように、スラリー１４２’の粘度をあらかじめ調整する。スラリー１４２’の粘度は、活物質の粒度や、溶媒である純水の量によって調整する。また、増粘剤を加えても良い。
【００３６】
加圧状態のまま乾燥を行い、カレンダ処理を行う。このとき、凸部１４２ａとその他の部分で密度が異なっていても構わない。
【００３７】
その後、負極集電体１４１を所定の大きさに切断する（図８Ｃ）。もっとも、あらかじめ所定の大きさに切断されたものを用いても良い。また、負極１４の端面には、ラミネート外装１６と絶縁するために、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリオレフィン共重合体、またはポリアミド共重合体等を塗布する。
【００３８】
同様の手順により、正極１３を作製する。正極合剤層１３２として、活物質と、導電助剤と、バインダとを有機溶媒中で混合してスラリーを調整する。正極の活物質としては、マンガン酸リチウム、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、酸化バナジウム、または酸化モリブデン等を用いることができる。正極の導電助剤としては、黒鉛、カーボンブラック、またはアセチレンブラック等を用いることができるが、主成分としてカーボンブラックを用いることが好ましい。正極のバインダとしては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミドバインダ、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）ディスパージョン、ＰＴＦＥ粉末、ゴム系バインダ、またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等を用いることができるが、ＰＶＤＦを用いることが好ましい。
【００３９】
このように調整したスラリーを、正極集電体１３１の両面に塗布する。正極集電体１３１としては、アルミニウムやチタン等の箔、平織金網、エキスパンドメタル、ラス網、またはパンチングメタル等を用いることができる。正極タブ１１および正極リード１７も、同種のものを用いることができる。
【００４０】
そして、負極用の金型９０と所定のクリアランスを介して嵌合するよう形成された正極用金型により凹凸を形成する。すなわち、正極合剤層１３２は、負極合剤層１４２と、所定の厚み（例えば、セパレータ１５分の厚み）を隔てて嵌合するように、その表面形状が成型される。
【００４１】
なお、本実施形態のように、負極合剤層１４２の周縁部にのみ凸部１４２ａを形成した場合には、正極合剤層１３２の表面に凹凸を形成する必要がない。正極合剤層１３２の寸法の規制や、端部の処理だけを行えばよく、加工が比較的容易になる。
【００４２】
セパレータ１５としては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、またはポリフェニルサルフィド（ＰＰＳ）等の、微孔性フィルムや不織布を用いることができる。
【００４３】
またセパレータ１５は、フィラー粒子と、バインダ樹脂とからなる液状組成物を、正極１３および負極１４より選ばれる少なくとも一方に塗布して形成することもできる。この場合、上述の微孔性フィルムや不織布を用いる場合と比較して、セパレータ１５の厚みを薄くできる。また、正極合剤層１３２および負極合剤層１４２の凹凸に対する追従性が良くなるため好適である。
【００４４】
フィラー粒子としては、耐熱性および電気絶縁性を有しており、電解液やセパレータ１５の製造の際に使用する溶媒に対して安定であり、さらに、電池の作動電圧範囲において酸化還元されにくい電気化学的に安定な微粒子が用いられる。具体例として、アルミナ、シリカ、またはベーマイト等を用いることができる。また、セパレータ１５の形状安定性や柔軟性を確保するため、繊維状物を混在させても良い。
【００４５】
このフィラー粒子とバインダとを、溶媒に分散または溶解させて液状組成物とする。この液状組成物は、固体分量が１０〜４０質量％であることが望ましい。そして、この液状組成物を正極１３および負極１４より選ばれる少なくとも一方に塗布し、所定の温度で乾燥させる。これにより、多数のフィラー粒子からなる多孔質基体が、セパレータ１５として正極または負極と一体化して形成される。
【００４６】
この液状組成物には、融点が８０〜１４０℃の範囲にある樹脂の微粒子（シャットダウン樹脂）を混在させても良い。シャットダウン樹脂は、異常発熱時に溶融してセパレータ１５の空孔を塞ぎ、電気化学反応の進行を抑制する。具体例として、ポリエチレン、ポリオレフィンワックス、またはエチレン―酢酸ビニル共重合体等を用いることができる。
【００４７】
なお、この液状組成物を、上述の正極合剤層のスラリーおよび負極合剤層のスラリー１４２’より選ばれる少なくとも一方の表面に塗布し、電極の成型とセパレータ１５の形成とを同時に行っても良い。
【００４８】
このようにして作製した正極１３と負極１４とを、セパレータ１５を介して所定の枚数積層させる。または、少なくとも一方がセパレータ１５と一体化した正極１３および負極１４とを、所定の枚数積層させる。正極１３の各々は、正極リード１７を介して、正極タブ１１と接続される。同様に負極１４の各々は、負極リード１８を介して、負極タブ１１と接続される。正極１３と正極リード１７、正極リード１７と正極タブ１１、負極１４と負極リード１８、および負極リード１８と負極タブ１２の接続には、抵抗溶接、超音波溶接、レーザー溶接、カシメ、または導電性接着剤などを用いることができる。
【００４９】
上記により得られた電極積層体を、ラミネート外装１６に収容し、電解液を注入する。その後、ラミネート外装を熱融着樹脂により封止する。
【００５０】
ラミネート外装１６としては、アルミニウムラミネートシート等を用いることができる。電解液としては、有機溶媒にリチウム塩を溶解させた溶液が使用される。有機溶媒としては、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、およびγーブチロラクトン等から、一種類または２種類以上を混合して用いることができる。リチウム塩としては、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、またはＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２等を用いることができる。
【００５１】
以上、本実施形態にかかる非水二次電池１０の製造方法を説明した。上記から明らかなように、本実施形態では、非水二次電池１０がラミネート型のリチウムイオン二次電池である場合を例示している。本発明は、非水二次電池１０がこの種の電池の場合に特に有用である。しかし、これは本発明の用途を限定するものではなく、発明の趣旨の範囲で種々の非水二次電池に適用可能である。
【００５２】
［その他の実施形態］
次に、図９Ａ〜図１０Ｆを参照して、本発明の実施形態の変形例について説明する。
【００５３】
図９Ａは、本発明の第１の変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極１３、負極１４およびセパレータ１５を抜き出して示した分解斜視図である。図９Ｂは、本変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極１３、負極１４およびセパレータ１５を抜き出して示した断面図である。本変形例においても、正極１３は、正極集電体１３１と、正極合剤層１３２とからなる。同様に、負極１４は、負極集電体１４１と、負極合剤層１４２とからなる。
【００５４】
前述の実施形態においては、負極合剤層１４２の周縁部に凸部１４２ａが形成されていた。本変形例では、負極合剤層１４２の中央部に凸部１４２ｂが形成されている。そして、負極合剤層１４２によって形成される凹凸に沿うように、セパレータ１５が配置されている。さらに、このセパレータ１５によって形成される凹凸と嵌合するように、正極合剤層１３２の周縁部に凸部１３２ｂが形成されている。
【００５５】
本変形例によっても、正極１３と負極１４とが対向する面積を増やすことができる。したがって負荷特性を向上させることができる。
【００５６】
図１０Ａは、本発明の第２の変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極１３、負極１４およびセパレータ１５を抜き出して示した分解斜視図である。本変形例では、負極合剤層１４２の周縁部に形成された凸部１４２ｃ’に加えて、周縁部の内側にも複数の凸部１４２ｃが形成されている。そして、負極合剤層１４２によって形成される凹凸に対応して、セパレータ１５を介して嵌合するように、正極合剤層１３２の表面にも複数の凸部１３２ｃが形成されている。
【００５７】
なお、この凸部１３２ｃおよび凸部１４２ｃが平面視でどのような形状をしているかは任意である。例えば、線上に形成された凸部を一方向に整列して配置した形状としても良いし、円形に形成された凸部を同心円状に配置した形状としても良い。
【００５８】
本変形例によれば、正極１３と負極１４とが対向する面積がさらに増える。したがって負荷特性をさらに向上させることができる。
【００５９】
図１０Ｂは、本発明の第３の変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極１３、負極１４およびセパレータ１５を抜き出して示した断面図である。本変形例では、第２の変形例と同じく、負極合剤層１４２の周縁部に凸部１４２ｄ’が形成され、周縁部の内側に複数の凸部１４２ｄが形成されている。また、負極合剤層１４２によって形成される凹凸に対応して、セパレータ１５を介して嵌合するように、正極合剤層１３２が形成されている。本変形例では、第２の変形例と異なり、正極合剤層１３２は断面視で互いに離間した、複数の断面視矩形の凸部１３２ｄから構成されている。すなわち、正極集電体１３１の表面に複数の凸部１３２ｄが形成されている。なお、第２の変形例と同様、平面視における凸部１３２ｄ，１４２ｄ，１４２ｄ’の形状は任意である。凸部１３２ｄは断面視で互いに離間しているが、平面視においては連続していても構わない。
【００６０】
図１０Ｃは、本発明の第４の変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極１３、負極１４およびセパレータ１５を抜き出して示した断面図である。本変形例と第２の変形例とは、負極合剤層１４２および正極合剤層１３２に形成された凸部の断面形状が異なる。すなわち、第２の変形例では、負極合剤層１４２の上に、断面視略矩形の凸部１４２ｃが形成されていた。本変形例では、負極合剤層１４２の上に、断面視三角形状の凸部１４２ｅが形成されている。これに対応して、セパレータ１５を介して嵌合するように、正極合剤層１３２の表面にも、断面視三角形状の凸部１３２ｅが形成されている。
【００６１】
図１０Ｄは、本発明の第５の変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極１３、負極１４およびセパレータ１５を抜き出して示した断面図である。本変形例では、正極合剤層１３２は断面視で互いに離間した、複数の断面視三角形状の凸部１３２ｆから構成されている。すなわち、正極集電体１３１の表面に複数の凸部１３２ｆが形成されている。また、負極合剤層１４２は断面視で互いに離間した、複数の断面視三角形状の凸部１４２ｆから構成されている。すなわち、負極集電体１４１の表面に複数の凸部１４２ｆが形成されている。そして、正極合剤層１３２と負極合剤層１４２とは、セパレータ１５を介して互いに嵌合するように形成されている。
【００６２】
図１０Ｅは、本発明の第６の変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極１３、負極１４およびセパレータ１５を抜き出して示した断面図である。本変形例では、正極合剤層１３２の表面に、断面視円弧状の凸部１３２ｇが形成されている。これに対応して、セパレータ１５を介して嵌合するように、負極合剤層１４２の表面に円弧状の凹部１４２ｇ，１４２ｇ’が形成されている。
【００６３】
図１０Ｆは、本発明の第７の変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極１３、負極１４およびセパレータ１５を抜き出して示した断面図である。本変形例では、正極合剤層１３２の表面に、断面視円弧状の凸部１３２ｈが間隔をあけて形成されている。これに対応して、セパレータ１５を介して嵌合するように、負極合剤層１４２の表面に円弧状の凹部１４２ｈ、１４２ｈ’が形成されている。
【００６４】
これらの変形例によっても、正極１３と負極１４とが対向する面積を増やすことができる。したがって負荷特性を向上させることができる。
【００６５】
以上、本発明についての実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態および各変形例にのみ限定されず、発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、非水二次電池に利用可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１０ 非水二次電池、１１ 正極タブ、１２ 負極タブ、１３ 正極、１３１、正極集電体、１３２ 正極合剤層、１４ 負極、１４１ 負極集電体、１４２ 負極合剤層、１４２ａ 凸部、１５ セパレータ、１６ ラミネート外装、１７正極リード、１８ 負極リード
【技術分野】
【０００１】
本発明は非水二次電池に関し、より詳しくは、積層型の非水二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
非水二次電池は、エネルギー密度の高い電池として利用されている。車載用、産業用といった用途では、エネルギー密度が高いことに加え、高い負荷特性（入出力特性）が求められている。
【０００３】
特開２０１０−１１８１６４号公報には、集電体の表面に凹凸が形成されており、電極材層（電極合剤層）が、集電体の凹部に充填された第１電極材と、該第１電極材を覆うように集電体表面全体にわたって広がった第２電極材とによって形成された二次電池の電極が開示されている。
【０００４】
この二次電池の電極は、集電体表面に凹凸を形成することにより、集電体と電極材層との密着性を高めている。そして、第１電極材が第２電極材よりも低電気抵抗であることにより、集電体と電極材層との界面での反応性の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１１８１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非水二次電池の電極反応は、電極合剤層内部での活物質の拡散が律速過程と考えられる。したがって、前記文献に記載の二次電池の電極による負荷特性向上には限界があった。
【０００７】
本発明の目的は、負荷特性に優れた非水二次電池の構成を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明が開示する非水二次電池は、平坦なシート形状の表面に凹凸部が形成された負極と、前記負極の凹凸部を有する面に沿うように配置されたセパレータと、前記負極よりも表面積が小さく、前記セパレータによって形成される凹凸に嵌合する表面を有するシート状の正極とを備える。前記負極と前記正極とは、積層方向において充放電が可能なように対向するとともに、積層方向と垂直な方向においても充放電が可能なように対向している。
【０００９】
上記の構成によれば、前記負極と前記正極とが、積層方向において対向するとともに、積層方向と垂直な方向においても対向している。そのため、積層方向に加えて、これと垂直な方向においても活物質の授受を行うことができる。反応速度は電極の面積に比例する。そのため、積層方向と垂直な方向において対向する面積の分だけ、負荷特性を向上させることができる。
【００１０】
なお、上記の構成によれば、前記負極と前記正極とが、セパレータを介して嵌合する。そのため、特別な治具や装置によらなくても、前記負極と前記正極との位置規制を正確に行うことができる。また、積層させた後にずれが発生しにくい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、負荷特性に優れた非水二次電池の構成が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態にかかる非水二次電池の概略構成を示す正面図である。
【図２】図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図３は、図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の一実施形態にかかる非水二次電池から、一組の正極、負極、およびセパレータを抜き出して示した分解斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の一実施形態にかかる非水二次電池から、一組の正極、負極、およびセパレータを抜き出して示した斜視図である。
【図５】図５は、図４ＢにおけるＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【図６】図６は、図５の拡大図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態にかかる非水二次電池における、活物質の授受を概念的に示した図である。。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の一実施形態にかかる非水二次電池の、負極の製造方法の一工程を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本発明の一実施形態にかかる非水二次電池の、負極の製造方法の一工程を示す図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、本発明の一実施形態にかかる非水二次電池の、負極の製造方法の一工程を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の第１の変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極、負極およびセパレータを抜き出して示した分解斜視図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の第１の変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極、負極およびセパレータを抜き出して示した断面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、本発明の第２の変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極、負極およびセパレータを抜き出して示した断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、本発明の第３の変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極、負極およびセパレータを抜き出して示した断面図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、本発明の第４の変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極、負極およびセパレータを抜き出して示した断面図である。
【図１０Ｄ】図１０Ｄは、本発明の第５の変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極、負極およびセパレータを抜き出して示した断面図である。
【図１０Ｅ】図１０Ｅは、本発明の第６の変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極、負極およびセパレータを抜き出して示した断面図である。
【図１０Ｆ】図１０Ｆは、本発明の第７の変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極、負極およびセパレータを抜き出して示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１４】
［非水二次電池の構成］
図１は、本発明の一実施形態にかかる非水二次電池１０の概略構成を示す正面図である。非水二次電池１０は、正極タブ１１と、負極タブ１２と、ラミネート外装１６とを備えている。
【００１５】
非水二次電池１０は、正面視で略矩形の扁平形状をしており、その一辺から、正極タブ１１と負極タブ１２とが延出している。なお、この構成は例示であって、非水二次電池１０は任意の形状を取り得るし、正極タブ１１と負極タブ１２とを異なる辺から延出させても良い。
【００１６】
図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図であり、図３は、図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。非水二次電池１０は、複数の正極１３と、複数の負極１４と、複数のセパレータ１５と、正極リード１７と、負極リード１８とをさらに備えている。
【００１７】
非水二次電池１０は、図２および図３に示すように、複数の正極１３と複数の負極１４とが、セパレータ１５を挟んで積層された構成を有する。そして、これらは図示しない電解液とともに、ラミネート外装１６に収容されている。図２および図３では、正極１３を２枚、負極１４を３枚、それぞれ積層させた構成を例示しているが、積層させる枚数は任意である。２枚の正極１３はそれぞれ、正極リード１７を介して、ラミネート外装１６の外部に引き出された正極タブ１１と接続している。同様に、３枚の負極１４はそれぞれ、負極リード１８を介して、ラミネート外装１６の外部に引き出された負極タブ１２と接続している。
【００１８】
なお、本実施形態ではラミネート型の電池を例示しているが、電極および電解液をアルミニウム等の金属からなる缶体に収容させた構成としても良い。
【００１９】
図４Ａ〜図６を参照して、正極１３および負極１４の詳しい構成を説明する。図４Ａは、非水二次電池１０から一組の正極１３、負極１４、およびセパレータ１５を抜き出して示した分解斜視図である。図４Ｂは、組み立て後の斜視図である。
【００２０】
図４Ａに示すように、正極１３は、平面視矩形でシート状の正極集電体１３１と、該正極集電体１３１の両面に形成された正極合剤層１３２とを備えている。また負極１４は、平面視矩形でシート状の負極集電体１４１と、該負極集電体１４１の両面に、正極合剤層１３２よりも大きな面積に形成された平面視矩形の負極合剤層１４２とを備えている。
【００２１】
なお、図４Ａおよび今後参照する図面ではすべて、正極集電体１３１の両面に正極合剤層１３２を形成している。しかし、正極集電体１３１の片面にのみ正極合剤層１３２を形成しても良い。負極１４についても同様であり、負極集電体１４１の片面にのみ負極合剤層１４１を形成しても良い。
【００２２】
また、図４Ａではセパレータ１５として、フィルム状のセパレータを用いている例を示しているが、本発明はこれに限定されない。後述するように、フィラー粒子とバインダとからなる液状組成物を、正極１３および負極１４より選ばれる少なくとも一方に塗布することにより、セパレータ１５を形成しても良い。
【００２３】
負極合剤層１４２は、その周縁部に凸部１４２ａが一体的に成型されている。これにより、負極合剤層１４２の中央部には、凸部１４２ａによって囲まれた窪み（凹部）が形成される。正極合剤層１３２は、セパレータ１５を間に挟んでこの窪みと嵌合するように形成されている。
【００２４】
図５は、図４ＢにおけるＶ−Ｖ線に沿った断面図である。上述のとおり、負極合剤層１４２の周縁部には凸部１４２ａが一体的に成型されている。そして、この負極合剤層１４２の凹凸を有する面に沿うように、セパレータ１５が配置されている。セパレータ１５は、正極１３と負極１４との短絡を防止するため、正極１３および負極１４よりも大きな面積に形成されていることが望ましい。そして、このセパレータ１５によって形成される凹凸に嵌合するように、正極合剤層１３２が配置されている。
【００２５】
図６は、図５の拡大図である。ここでｈ１は、負極合剤層１４２の平坦部の厚さを表している。ｈ２は、負極合剤層１４２の凸部１４２ａの厚さを表している。ｇは、正極合剤層１３２と負極合剤層１４２との面間距離を表している。この値はセパレータ１５の厚みによって規制される。ｄは、凸部１４２ａの厚さｈ２と面間距離ｇとの差を表している。すなわちｄ＝ｈ２−ｇである。この値は、図６に示すように、正極合剤層１３２と負極合剤層１４２の凸部１４２ａの厚み方向での重なりの長さを表している。
【００２６】
これまで、負極合剤層１４２の周縁部に凸部１４２ａを形成するという表現を用いてきた。しかし、負極合剤層１４２の中央部に凹部が設けられているとしても良い。後述するように、負極合剤層１４２は、凸部１４２ａを含めて一体的に成型されるものである。なお、電池容量は活物質の量に比例するため、負極合剤層１４２の体積は大きい方が望ましい。その点では平坦部の厚みｈ１は、従来のものと同程度であることが望ましい。
【００２７】
ｄ＝ｈ２−ｇの値が大きいこと、すなわち、ｈ２の値が大きく、ｇの値が小さいことが望ましい。ｄの値が正であること、すなわちｈ２＞ｇであることが望ましいが、そうでなくても一定の効果は得られる。
【００２８】
図６に示すように、凸部１４２ａには積層方向に向かって順テーパーが設けられている。屈曲部に応力が集中しないようにして、凸部１４２ａの強度を高めるためである。図６では、凸部１４２ａの外側の周壁が積層方向となす角度αと、凸部１４２ａの内側の周壁が積層方向となす角βとが、異なる角度である場合を示している。しかし、これらは同じ角度であっても良い。
【００２９】
なお、正極合剤層１３２の周壁にも、負極合剤層１４２に設けられた凹凸に沿うように（より正確には、負極合剤層１４２に沿うように配置されたセパレータ１５に沿うように）、負極合剤層１４２の内側の周壁と同じ角度βのテーパーが設けられている。
【００３０】
図７は、本発明の一実施形態にかかる非水二次電池１０における、活物質の授受を概念的に示した図である。図７に示すように、本実施形態によれば、正極合剤層１３２と負極合剤層１４２とは、積層方向において対向するとともに、積層方向と垂直な方向においても対向している。そのため、積層方向に加えて、これと垂直な方向においても活物質の授受を行うことができる。反応速度は電極の面積に比例する。そのため、積層方向と垂直な方向において対向する面積の分だけ、負荷特性を向上させることができる。
【００３１】
また、この構成によれば、正極合剤層１３２と負極合剤層１４２とをセパレータ１５を介して嵌合させることにより、正極１３と負極１４との位置決めを正確に行うことができる。従来、このような位置規制には、専用に設計された治具や装置が必要であった。しかし、この構成によれば位置規制を手作業でも正確に行うことができる。また、積層させた後にずれが発生しにくい。
【００３２】
［非水二次電池の製造方法］
以下、本発明の一実施形態にかかる非水二次電池１０の製造方法を説明する。
【００３３】
まず、図８Ａ〜図８Ｃを参照して、負極１４の製造方法を説明する。負極合剤層１４２として、活物質と、バインダとを純水中で混合してスラリー１４２’を調整する。負極の活物質としては、天然黒鉛、メソフェーズカーボン、または非晶質カーボン等を使用することができる。負極のバインダとしては、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）・ヒドロキシプロピルセルロース（ＨＰＣ）等のセルロースや、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）・アクリル等のゴムバインダを、単独または混合して用いることができる。
【００３４】
調整したスラリー１４２’を、負極集電体１４１の両面に塗布する（図８Ａ）。スラリー１４２’は負極集電体１４１の両面に均一に塗布しても良く、凸部１４２ａが形成される部分に厚く塗布しても良い。負極集電体１４１としては、銅・ニッケル・ステンレス等の箔、平織金網、エキスパンドメタル、ラス網、またはパンチングメタル等を用いることができる。負極タブ１２および負極リード１８も、同種のものを用いることができる。
【００３５】
スラリー１４２’に、プレス成型を行って凹凸を形成する（図８Ｂ）。プレス成型は、加熱で行っても、常温で行っても良い。スラリー１４２’が金型９０の凹凸に隙間なく流動するように、スラリー１４２’の粘度をあらかじめ調整する。スラリー１４２’の粘度は、活物質の粒度や、溶媒である純水の量によって調整する。また、増粘剤を加えても良い。
【００３６】
加圧状態のまま乾燥を行い、カレンダ処理を行う。このとき、凸部１４２ａとその他の部分で密度が異なっていても構わない。
【００３７】
その後、負極集電体１４１を所定の大きさに切断する（図８Ｃ）。もっとも、あらかじめ所定の大きさに切断されたものを用いても良い。また、負極１４の端面には、ラミネート外装１６と絶縁するために、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリオレフィン共重合体、またはポリアミド共重合体等を塗布する。
【００３８】
同様の手順により、正極１３を作製する。正極合剤層１３２として、活物質と、導電助剤と、バインダとを有機溶媒中で混合してスラリーを調整する。正極の活物質としては、マンガン酸リチウム、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、酸化バナジウム、または酸化モリブデン等を用いることができる。正極の導電助剤としては、黒鉛、カーボンブラック、またはアセチレンブラック等を用いることができるが、主成分としてカーボンブラックを用いることが好ましい。正極のバインダとしては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミドバインダ、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）ディスパージョン、ＰＴＦＥ粉末、ゴム系バインダ、またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等を用いることができるが、ＰＶＤＦを用いることが好ましい。
【００３９】
このように調整したスラリーを、正極集電体１３１の両面に塗布する。正極集電体１３１としては、アルミニウムやチタン等の箔、平織金網、エキスパンドメタル、ラス網、またはパンチングメタル等を用いることができる。正極タブ１１および正極リード１７も、同種のものを用いることができる。
【００４０】
そして、負極用の金型９０と所定のクリアランスを介して嵌合するよう形成された正極用金型により凹凸を形成する。すなわち、正極合剤層１３２は、負極合剤層１４２と、所定の厚み（例えば、セパレータ１５分の厚み）を隔てて嵌合するように、その表面形状が成型される。
【００４１】
なお、本実施形態のように、負極合剤層１４２の周縁部にのみ凸部１４２ａを形成した場合には、正極合剤層１３２の表面に凹凸を形成する必要がない。正極合剤層１３２の寸法の規制や、端部の処理だけを行えばよく、加工が比較的容易になる。
【００４２】
セパレータ１５としては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、またはポリフェニルサルフィド（ＰＰＳ）等の、微孔性フィルムや不織布を用いることができる。
【００４３】
またセパレータ１５は、フィラー粒子と、バインダ樹脂とからなる液状組成物を、正極１３および負極１４より選ばれる少なくとも一方に塗布して形成することもできる。この場合、上述の微孔性フィルムや不織布を用いる場合と比較して、セパレータ１５の厚みを薄くできる。また、正極合剤層１３２および負極合剤層１４２の凹凸に対する追従性が良くなるため好適である。
【００４４】
フィラー粒子としては、耐熱性および電気絶縁性を有しており、電解液やセパレータ１５の製造の際に使用する溶媒に対して安定であり、さらに、電池の作動電圧範囲において酸化還元されにくい電気化学的に安定な微粒子が用いられる。具体例として、アルミナ、シリカ、またはベーマイト等を用いることができる。また、セパレータ１５の形状安定性や柔軟性を確保するため、繊維状物を混在させても良い。
【００４５】
このフィラー粒子とバインダとを、溶媒に分散または溶解させて液状組成物とする。この液状組成物は、固体分量が１０〜４０質量％であることが望ましい。そして、この液状組成物を正極１３および負極１４より選ばれる少なくとも一方に塗布し、所定の温度で乾燥させる。これにより、多数のフィラー粒子からなる多孔質基体が、セパレータ１５として正極または負極と一体化して形成される。
【００４６】
この液状組成物には、融点が８０〜１４０℃の範囲にある樹脂の微粒子（シャットダウン樹脂）を混在させても良い。シャットダウン樹脂は、異常発熱時に溶融してセパレータ１５の空孔を塞ぎ、電気化学反応の進行を抑制する。具体例として、ポリエチレン、ポリオレフィンワックス、またはエチレン―酢酸ビニル共重合体等を用いることができる。
【００４７】
なお、この液状組成物を、上述の正極合剤層のスラリーおよび負極合剤層のスラリー１４２’より選ばれる少なくとも一方の表面に塗布し、電極の成型とセパレータ１５の形成とを同時に行っても良い。
【００４８】
このようにして作製した正極１３と負極１４とを、セパレータ１５を介して所定の枚数積層させる。または、少なくとも一方がセパレータ１５と一体化した正極１３および負極１４とを、所定の枚数積層させる。正極１３の各々は、正極リード１７を介して、正極タブ１１と接続される。同様に負極１４の各々は、負極リード１８を介して、負極タブ１１と接続される。正極１３と正極リード１７、正極リード１７と正極タブ１１、負極１４と負極リード１８、および負極リード１８と負極タブ１２の接続には、抵抗溶接、超音波溶接、レーザー溶接、カシメ、または導電性接着剤などを用いることができる。
【００４９】
上記により得られた電極積層体を、ラミネート外装１６に収容し、電解液を注入する。その後、ラミネート外装を熱融着樹脂により封止する。
【００５０】
ラミネート外装１６としては、アルミニウムラミネートシート等を用いることができる。電解液としては、有機溶媒にリチウム塩を溶解させた溶液が使用される。有機溶媒としては、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、およびγーブチロラクトン等から、一種類または２種類以上を混合して用いることができる。リチウム塩としては、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、またはＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２等を用いることができる。
【００５１】
以上、本実施形態にかかる非水二次電池１０の製造方法を説明した。上記から明らかなように、本実施形態では、非水二次電池１０がラミネート型のリチウムイオン二次電池である場合を例示している。本発明は、非水二次電池１０がこの種の電池の場合に特に有用である。しかし、これは本発明の用途を限定するものではなく、発明の趣旨の範囲で種々の非水二次電池に適用可能である。
【００５２】
［その他の実施形態］
次に、図９Ａ〜図１０Ｆを参照して、本発明の実施形態の変形例について説明する。
【００５３】
図９Ａは、本発明の第１の変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極１３、負極１４およびセパレータ１５を抜き出して示した分解斜視図である。図９Ｂは、本変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極１３、負極１４およびセパレータ１５を抜き出して示した断面図である。本変形例においても、正極１３は、正極集電体１３１と、正極合剤層１３２とからなる。同様に、負極１４は、負極集電体１４１と、負極合剤層１４２とからなる。
【００５４】
前述の実施形態においては、負極合剤層１４２の周縁部に凸部１４２ａが形成されていた。本変形例では、負極合剤層１４２の中央部に凸部１４２ｂが形成されている。そして、負極合剤層１４２によって形成される凹凸に沿うように、セパレータ１５が配置されている。さらに、このセパレータ１５によって形成される凹凸と嵌合するように、正極合剤層１３２の周縁部に凸部１３２ｂが形成されている。
【００５５】
本変形例によっても、正極１３と負極１４とが対向する面積を増やすことができる。したがって負荷特性を向上させることができる。
【００５６】
図１０Ａは、本発明の第２の変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極１３、負極１４およびセパレータ１５を抜き出して示した分解斜視図である。本変形例では、負極合剤層１４２の周縁部に形成された凸部１４２ｃ’に加えて、周縁部の内側にも複数の凸部１４２ｃが形成されている。そして、負極合剤層１４２によって形成される凹凸に対応して、セパレータ１５を介して嵌合するように、正極合剤層１３２の表面にも複数の凸部１３２ｃが形成されている。
【００５７】
なお、この凸部１３２ｃおよび凸部１４２ｃが平面視でどのような形状をしているかは任意である。例えば、線上に形成された凸部を一方向に整列して配置した形状としても良いし、円形に形成された凸部を同心円状に配置した形状としても良い。
【００５８】
本変形例によれば、正極１３と負極１４とが対向する面積がさらに増える。したがって負荷特性をさらに向上させることができる。
【００５９】
図１０Ｂは、本発明の第３の変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極１３、負極１４およびセパレータ１５を抜き出して示した断面図である。本変形例では、第２の変形例と同じく、負極合剤層１４２の周縁部に凸部１４２ｄ’が形成され、周縁部の内側に複数の凸部１４２ｄが形成されている。また、負極合剤層１４２によって形成される凹凸に対応して、セパレータ１５を介して嵌合するように、正極合剤層１３２が形成されている。本変形例では、第２の変形例と異なり、正極合剤層１３２は断面視で互いに離間した、複数の断面視矩形の凸部１３２ｄから構成されている。すなわち、正極集電体１３１の表面に複数の凸部１３２ｄが形成されている。なお、第２の変形例と同様、平面視における凸部１３２ｄ，１４２ｄ，１４２ｄ’の形状は任意である。凸部１３２ｄは断面視で互いに離間しているが、平面視においては連続していても構わない。
【００６０】
図１０Ｃは、本発明の第４の変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極１３、負極１４およびセパレータ１５を抜き出して示した断面図である。本変形例と第２の変形例とは、負極合剤層１４２および正極合剤層１３２に形成された凸部の断面形状が異なる。すなわち、第２の変形例では、負極合剤層１４２の上に、断面視略矩形の凸部１４２ｃが形成されていた。本変形例では、負極合剤層１４２の上に、断面視三角形状の凸部１４２ｅが形成されている。これに対応して、セパレータ１５を介して嵌合するように、正極合剤層１３２の表面にも、断面視三角形状の凸部１３２ｅが形成されている。
【００６１】
図１０Ｄは、本発明の第５の変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極１３、負極１４およびセパレータ１５を抜き出して示した断面図である。本変形例では、正極合剤層１３２は断面視で互いに離間した、複数の断面視三角形状の凸部１３２ｆから構成されている。すなわち、正極集電体１３１の表面に複数の凸部１３２ｆが形成されている。また、負極合剤層１４２は断面視で互いに離間した、複数の断面視三角形状の凸部１４２ｆから構成されている。すなわち、負極集電体１４１の表面に複数の凸部１４２ｆが形成されている。そして、正極合剤層１３２と負極合剤層１４２とは、セパレータ１５を介して互いに嵌合するように形成されている。
【００６２】
図１０Ｅは、本発明の第６の変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極１３、負極１４およびセパレータ１５を抜き出して示した断面図である。本変形例では、正極合剤層１３２の表面に、断面視円弧状の凸部１３２ｇが形成されている。これに対応して、セパレータ１５を介して嵌合するように、負極合剤層１４２の表面に円弧状の凹部１４２ｇ，１４２ｇ’が形成されている。
【００６３】
図１０Ｆは、本発明の第７の変形例にかかる非水二次電池から、一組の正極１３、負極１４およびセパレータ１５を抜き出して示した断面図である。本変形例では、正極合剤層１３２の表面に、断面視円弧状の凸部１３２ｈが間隔をあけて形成されている。これに対応して、セパレータ１５を介して嵌合するように、負極合剤層１４２の表面に円弧状の凹部１４２ｈ、１４２ｈ’が形成されている。
【００６４】
これらの変形例によっても、正極１３と負極１４とが対向する面積を増やすことができる。したがって負荷特性を向上させることができる。
【００６５】
以上、本発明についての実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態および各変形例にのみ限定されず、発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、非水二次電池に利用可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１０ 非水二次電池、１１ 正極タブ、１２ 負極タブ、１３ 正極、１３１、正極集電体、１３２ 正極合剤層、１４ 負極、１４１ 負極集電体、１４２ 負極合剤層、１４２ａ 凸部、１５ セパレータ、１６ ラミネート外装、１７正極リード、１８ 負極リード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦なシート形状の表面に凹凸部が形成された負極と、
前記負極の凹凸部を有する面に沿うように配置されたセパレータと、
前記負極よりも表面積が小さく、前記セパレータによって形成される凹凸に嵌合する表面を有するシート状の正極とを備え、
前記負極と前記正極とは、積層方向において充放電が可能なように対向するとともに、積層方向と垂直な方向においても充放電が可能なように対向している、非水二次電池。
【請求項２】
請求項１に記載の非水二次電池であって、
前記セパレータは、前記正極および前記負極より選ばれる少なくとも一方と一体化されている、非水二次電池。
【請求項３】
請求項１または２に記載の非水二次電池であって、
前記負極表面の周縁部に凸部が形成されている、非水二次電池。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の非水二次電池であって、
前記凹凸部の凸部が順テーパー状である、非水二次電池。
【請求項１】
平坦なシート形状の表面に凹凸部が形成された負極と、
前記負極の凹凸部を有する面に沿うように配置されたセパレータと、
前記負極よりも表面積が小さく、前記セパレータによって形成される凹凸に嵌合する表面を有するシート状の正極とを備え、
前記負極と前記正極とは、積層方向において充放電が可能なように対向するとともに、積層方向と垂直な方向においても充放電が可能なように対向している、非水二次電池。
【請求項２】
請求項１に記載の非水二次電池であって、
前記セパレータは、前記正極および前記負極より選ばれる少なくとも一方と一体化されている、非水二次電池。
【請求項３】
請求項１または２に記載の非水二次電池であって、
前記負極表面の周縁部に凸部が形成されている、非水二次電池。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の非水二次電池であって、
前記凹凸部の凸部が順テーパー状である、非水二次電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図１０Ｅ】
【図１０Ｆ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図１０Ｅ】
【図１０Ｆ】
【公開番号】特開２０１２−２３８５０８（Ｐ２０１２−２３８５０８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０７４４８（Ｐ２０１１−１０７４４８）
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【出願人】（５１１０８４５５５）日立マクセルエナジー株式会社 (212)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【出願人】（５１１０８４５５５）日立マクセルエナジー株式会社 (212)
【Ｆターム（参考）】
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