非水電解質二次電池及び非水電解質二次電池の製造方法
【課題】正極電極が負極電極とを重ね合わせる非水電解質二次電池について，負極電極から析出する金属の発生又は負極電極から析出する金属の成長又は負極電極から析出する金属と正極電極の接触を防止することのできる，非水電解質二次電池，及びその製造方法を提供する。
【解決手段】負極活物質層の形成された負極電極と，少なくとも一部で前記負極電極とセパレータを介して対向する正極電極とを具備し，前記正極電極は，前記負極電極と対向し，正極活物質層と負極活物質層が対向している領域である対向領域と，前記正極電極から対向領域の外部へ向かって延びる正極タブ領域とを備え，前記正極電極と前記負極電極とは，前記正極活物質層が必ず前記対向領域となるように，重ねられている。
【解決手段】負極活物質層の形成された負極電極と，少なくとも一部で前記負極電極とセパレータを介して対向する正極電極とを具備し，前記正極電極は，前記負極電極と対向し，正極活物質層と負極活物質層が対向している領域である対向領域と，前記正極電極から対向領域の外部へ向かって延びる正極タブ領域とを備え，前記正極電極と前記負極電極とは，前記正極活物質層が必ず前記対向領域となるように，重ねられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，非水電解質二次電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
再充電可能な二次電池として，非水電解質二次電池が知られている。特に，リチウムイオン二次電池は，高エネルギー密度，高電池容量を有することから注目を集めている。非水電解質二次電池は，少なくとも一部の正極集電体上に正極活物質層が設けられた正極電極と，少なくとも一部の負極集電体上に負極活物質層が設けられた負極電極とが，セパレータを介して対向した構造を有している。
【０００３】
非水電解質二次電池において，充電中には，電解質中の金属イオンが負極電極上に析出することがある。例えば，リチウムイオン二次電池では，樹枝（デンドライト）状のリチウムとして析出することがある。負極電極上に析出した金属（例えば，樹枝状リチウム）が対向する正極電極に接触すると，内部短絡や化学反応により電池が発熱する。この発熱により，電池の温度が上昇し，最悪な場合は電池が破裂・発火に至る可能性がある。
【０００４】
内部短絡の防止を目的とした技術が特許文献１（特開平１−１２８３７１号公報）に記載されている。特許文献１の非水電解液二次電池は，負極板の幅が正極板の幅よりも大であることを特徴としている。この特許文献１には，負極板の幅を正極板の幅よりも大きくすることにより，負極板表面から脱離するリチウムのデンドライト発生が抑制されて内部短絡が防止される，と記載されている。
【０００５】
また，特許文献２（特開平３−１２９６７８号公報）には，正極の幅がリチウム負極の幅よりも広く形成されるとともに，リチウム負極の縁部に対面する正極の縁部を，その厚みと同じ厚みの絶縁性の部材で被覆したことを特徴とする非水電解液二次電池が記載されている。この特許文献２には，リチウム負極の縁部には実質的に正極が存在しないのと同様の状態となり，この結果，この部分は充電時における反応に利用されず，これによってデンドライトの発生が抑制される，と記載されている。
【０００６】
また、特許文献３（特開平３−１５２８８１号公報）には、負極の周縁部が相対する正極の周縁部よりも必ず外側にあることを特徴とする角型リチウム二次電池が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１−１２８３７１号公報
【特許文献２】特開平３−１２９６７８号公報
【特許文献３】特開平３−１５２８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
通常，非水電解質二次電池中において，正極電極と負極電極とは，概ね一致する形状に作成され，概ね電極末端同士の位置を揃えて対向している。但し，完全に位置を揃えて対向しているのではなく，正極電極が負極電極からはみ出し正極電極が負極電極と対向していない領域を有していることもある。このような非水電解質二次電池を充電する場合，正極電極から供給される金属イオンが負極電極の許容する電気容量に対して部分的に過剰となり，負極電極に金属が析出することがある。
【０００９】
図１Ａ，図１Ｂ，図１Ｃ，図２Ａ，図２Ｂ及び図２Ｃは，非水電解質二次電池が正極電極と負極電極とが対向していない領域を有している場合に負極電極上に金属が析出する様子を説明するための説明図である。図１Ａ〜図１Ｃに示されるように，この非水電解質二次電池中においては，正極電極１０１と負極電極１０２とがセパレータ１０３を介して対向して配置されている。尚，正極電極１０１と負極電極１０２との間は非水電解質で満たされている。正極電極１０１は少なくとも一部で負極電極１０２からはみ出ており，負極電極１０２と対向する対向領域と，負極電極１０２と対向していない非対向領域とを有している。このような非水電解質二次電池を充電すると，正極電極から電解質中へ金属イオンが供給され，非水電解質中の金属イオンは負極電極１０２側へ移動する。この際，負極電極の少なくとも一部では負極容量に対して金属イオンが過剰になり，負極電極１０２の端部に金属１０４が析出することがある。そのため，負極電極１０２の端部では金属１０４が発生又は成長し易い。その結果，図２Ａ，図２Ｂ及び図２Ｃに示されるように，金属１０４がセパレータ１０３を貫通して正極電極１０１と接触してしまうことがある。負極電極１０２に析出した金属１０４が正極電極１０１と接触すると，既述のように発熱する。
【００１０】
また、正極電極や負極電極には、電力を外部へ取り出すために、タブが設けられることがある。正極電極と負極電極とは、通常、タブ同士が重ならないように、重ねられる。このタブは、その大部分が、正極集電体だけによって形成される。但し、タブの一部には、製造上の都合により、正極活物質層が形成されることがある。そのため、このタブの一部において、正極電極が負極電極からはみ出してしまうことがある。
【００１１】
従って，本発明の目的は，負極電極から析出する金属の発生，又は負極電極から析出する金属の成長，又は負極電極から析出する金属と正極電極の接触を防止することのできる，非水電解質二次電池，及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以下に，［発明を実施するための形態］で使用する括弧付き符号を用いて，課題を解決するための手段を説明する。これらの符号は，［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであり，［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１３】
本発明に係る非水電解質二次電池は，負極電極（２）と，セパレータ（３）を介して，少なくとも一部において負極電極（２）と対向する正極電極（１）とを具備する。正極集電体（１−１）上の正極活物質層（１−２）は，セパレータ（３）を介して負極集電体（２−１）上の負極活物質層（２−２）と対向する対向領域（１−３）を有している。正極集電体（１−１）は，対向領域（１−３）の外部へ向かって延びる正極タブ（１１）を有している。正極タブ（１１）の少なくとも一部には、正極活物質層（１−２）が設けられている。正極活物質層（１−２）は必ず対向領域（１−３）となるように，重ねられている。この発明によれば，全ての正極活物質層（１−２）が負極活物質層（２−２）と対向しているので，正極電極が負極電極からはみ出す領域は存在しない。従って，充電時に，負極電極（２）から析出する金属（４）の発生を防止することができる。
【００１４】
正極活物質層（１−２）の端部と負極活物質層（２−２）の端部とが対向するか，又は，正極活物質層（１−２）の端部が負極活物質層（２−２）の端部の内側に対向するように，重ねられている。
【００１５】
更に，少なくとも一部において負極活物質層（２−２）の端部と対向する正極活物質層（１−２）と，正極電極（１）の一部を被覆する電気絶縁体又は非イオン導電体（６）を具備することが好ましい。
この発明によれば，万が一，正極活物質層（１−２）の端部が負極活物質層（２−２）の端部からはみ出したとしても，電気絶縁体又は非イオン導電体（６）により一部分の負極電極が許容する電気容量に対して過剰の金属イオンが供給されることを防止できる。
【００１６】
上記の非水電解質二次電池が，更に，正極電極（１）と負極電極（２）との間に介する空孔を有するセパレータ（３）を具備する。このとき，セパレータ（３）は正極タブ（１１）に対向する部分の全域で，空孔が閉塞されていることが好ましい。
この発明によれば，負極電極（２）の端部に金属（４）が析出したとしても，析出した金属（４）がセパレータ（３）の空孔が閉塞されている部分により遮断される。従って，万が一，正極活物質層（１−２）の端部が負極活物質層（２−２）の端部からはみ出したとしても，負極電極（２）から析出する金属（４）の成長と負極電極（２）から析出する金属（４）と正極電極（１）の接触を防止できる。
【００１７】
本発明に係る非水電解質二次電池の製造方法は，正極集電体（１−１）上に，正極活物質層（１−２）を形成する工程と，当該工程の後に，正極集電体（１−１）を、正極集電体（１−１）と正極集電体（１−１）から外部へ向かって延びる正極タブ（１１）とを含む形状となるように切断して，正極電極（１）を作成する工程と，負極集電体上に、負極活物質層を形成する工程と、当該工程の後に、負極活物質層と負極集電体と負極タブとを含む形状に切断して負極電極（２）を作製する工程と、正極電極（１）と負極電極（２）とがセパレータを介して対向するように交互に積層する工程とを具備する。正極電極（１）を作製する工程は、正極タブの少なくとも一部に正極活物質層が設けられるように、切断する工程を含む。積層する工程は，正極集電体（１−１）上の正極活物質層（１−１）が，セパレータを介して負極集電体上の負極活物質層と対向する対向領域となるように，正極電極（１）と負極電極（２）を，重ねる工程を備えている。
【００１８】
積層する工程は，正極活物質層（１−２）の端部と負極活物質層（２−２）の端部とが，対向するか，又は，正極活物質層（１−２）の端部が負極活物質層（２−２）の端部の内側に対向するように，重ねる工程を備えている。
【００１９】
正極電極（２）を作製する工程は，第１辺（４１）と第２辺（４２）の間に正極活物質層（１−２）が設けられた領域である余剰領域（１−５）が被覆されるように，電気絶縁体又は非イオン導電体（６）を配置する工程を備えていることが好ましい。
【００２０】
上述の非水電解質二次電池の製造方法は，更に，負極電極（２）の両面に空孔を有するセパレータ（３）を配置し，セパレータ（３）と負極電極が対向していない領域の少なくとも一部を空孔が閉塞されるように熱溶解，熱溶着又は溶剤塗布して空孔閉塞部（３２）を形成する工程を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば，正極電極が負極電極からはみ出した部分から負極電極の一部分における電気容量に対して金属イオンが過剰に電解液中に供給されることを抑制し，負極電極から析出する金属の発生又は負極電極から析出する金属の成長又は負極電極から析出する金属と正極電極の接触を防止することができる，非水電解質二次電池，及びその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】負極電極からの金属の析出を説明するための説明図である。
【図１Ｂ】負極電極からの金属の析出を説明するための説明図である。
【図１Ｃ】負極電極からの金属の析出を説明するための説明図である。
【図２Ａ】負極電極と正極電極とが金属の析出により接触することを説明するための説明図である。
【図２Ｂ】負極電極と正極電極とが金属の析出により接触することを説明するための説明図である。
【図２Ｃ】負極電極と正極電極とが金属の析出により接触することを説明するための説明図である。
【図３Ａ】電極積層体を示す斜視図である。
【図３Ｂ】電極積層体を示す斜視図である。
【図３Ｃ】電極積層体を示す斜視図である。
【図３Ｄ】電極積層体を示す斜視図である。
【図４Ａ】負極電極とセパレータとを概略的に示す平面図である。
【図４Ｂ】負極電極とセパレータとを概略的に示す平面図である。
【図４Ｃ】負極電極とセパレータとを概略的に示す平面図である。
【図５Ａ】正極電極を概略的に示す平面図である。
【図５Ｂ】正極電極を概略的に示す平面図である。
【図５Ｃ】正極電極を概略的に示す平面図である。
【図６Ａ】正極電極の製造方法を説明するための説明図である。
【図６Ｂ】正極電極の製造方法を説明するための説明図である。
【図６Ｃ】正極電極の製造方法を説明するための説明図である。
【図７Ａ】正極活物質層と負極活物質層との位置関係を示す説明図である。
【図７Ｂ】正極活物質層と負極活物質層との位置関係を示す説明図である。
【図７Ｃ】正極活物質層と負極活物質層との位置関係を示す説明図である。
【図８Ａ】正極活物質層と負極活物質層との位置関係を示す説明図である。
【図８Ｂ】正極活物質層と負極活物質層との位置関係を示す説明図である。
【図８Ｃ】正極活物質層と負極活物質層との位置関係を示す説明図である。
【図９Ａ】正極活物質層と負極活物質層との位置関係を示す説明図である。
【図９Ｂ】正極活物質層と負極活物質層との位置関係を示す説明図である。
【図９Ｃ】正極活物質層と負極活物質層との位置関係を示す説明図である。
【図１０】第１の実施形態の非水電解質二次電池を充電したときの充電時間と温度との関係を示すグラフである。
【図１１】比較用の非水電解質二次電池を充電したときの充電時間と温度との関係を示すグラフである。
【図１２】第２の実施形態の非水電解質二次電池を概略的に示す断面図である。
【図１３Ａ】二枚のシートの接着部分を拡大して示す図である。
【図１３Ｂ】二枚のシートの接着部分を拡大して示す図である。
【図１４Ａ】第３の実施形態におけるセパレータの空孔閉塞部を拡大して示す図である。
【図１４Ｂ】第３の実施形態におけるセパレータの空孔閉塞部を拡大して示す図である。
【図１４Ｃ】第３の実施形態におけるセパレータの空孔閉塞部を拡大して示す図である。
【図１５Ａ】第３の実施形態において金属が遮断される様子を説明するための説明図である。
【図１５Ｂ】第３の実施形態において金属が遮断される様子を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１の実施形態）
以下に，図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。本実施形態に係る非水電解質二次電池は，非水電解質（図示略）と接している電極積層体を備えている。図３Ａ〜図３Ｄは，その電極積層体の構造の一例を概略的に示す斜視図である。その電極積層体は，複数の正極電極１と，複数の負極電極２とが交互に積層された構造体である。負極電極２と正極電極１とはセパレータ３を介して対向している。複数の正極電極１の各々には，正極タブ１１が設けられている。複数の負極電極２の各々には，負極タブ２１が設けられている。正極タブ１１及び負極タブ２１は，電極積層体の電力を外部に取り出すために設けられている。この電極積層体は，セパレータ３を介して正極電極１と負極電極２とを，交互に重ねて積層することにより得られる。
【００２４】
正極電極１は，正極集電体１−１と，少なくとも一部の正極集電体上に形成された正極活物質層１−２とを備えている。正極集電体１−１の少なくとも一部において正極活物質層１−２の設けられたものを，以下，正極電極１と定義する。正極集電体１−１としては，例えばアルミニウム，クロム，モリブデン，ニッケル，鉄，チタン又はステンレス鋼などのこれらを含む合金が用いられる。また，正極活物質層１−２としては，例えば，ＬｉＣｏｘＮｉ１−ｘＯ２（０≦ｘ≦１），ＬｉＮｉＯ２，ＬｉＭｎｘＮｉｙＣｏ１−ｘ−ｙＯｚ，ＬｉＣｏｘＮｉｙＡｌ１−ｘ−ｙＯｚ，ＬｉＦｅＰＯ４，ＬｉＶＰＯ４Ｆ，ＬｉｘＭｎｙＰＯ４，ＬｉｘＣｏｙＰＯ４，ＬｉｘＴｉｙＰＯ４，ＬｉＡｌＯ２，ＬｉＭｎＯ２，ＬｉＭｎ２Ｏ４，ＭｎＯ２，ＬｉＣｏＯ２，Ｖ２Ｏ５，Ｖ６Ｏ１３，Ｌｉ３Ｖ２Ｏ５，Ｃｒ２Ｏ５，Ｃｒ３Ｏ８，ＬｉＦｅＯ２，ＦｅＦ３，ＦｅＶＯ４などの金属酸化物，ＴｉＳ２，ＭｏＳ２などの金属硫化物，有機硫黄系化合物，ポリアニリン，ポリピロール又はこれらが含まれる物質などが用いられる。
負極電極２は，負極集電体と２−１と，少なくとも一部の負極集電体上に形成された負極活物質層２−２とを備えている。負極集電体２−１の少なくとも一部において負極活物質層２−２の設けられたものを，以下，負極電極２と定義する。負極集電体２−１としては，例えば，銅や銅を含む合金が用いられる。負極活物質２−２としては，例えば，黒鉛系材料，易黒鉛化性炭素，難黒鉛化性炭素，ＣＮＴなどの炭素質材料，Ｎｂ２Ｏ５，ＬｉｘＴｉｙＯｘ，スズ複合酸化物，ＳｉＯｘなどの酸化物，ＴｉＳｉ，Ｓｎ，Ｓｉ，Ｌｉ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｂ，Ｃｏ又はこれらを含む合金などが用いられる。
【００２５】
図４Ａ〜図４Ｃは，負極電極２とセパレータ３の構成を示す平面図である。負極電極２は，外部へ向かって延びる負極タブ２１を有している。セパレータ３の端部は負極電極２からはみ出すように配置されており，そのはみ出し部で溶着されている。但し，負極タブ２１に対応する部分では，溶着されていない。
【００２６】
セパレータ３は，正極電極１と負極電極２とを接触させないために設けられている。但し，非水電解質中の金属イオンは，セパレータ３を透過できなければならない。そのため，セパレータ３としては，微細な空孔を有する多孔性のものが用いられる。また，セパレータ３は，熱溶融性を有するものが用いられる。このようなセパレータ３の材質としては，例えば，ポリプロピレン，ポリエチレンなどの有機樹脂又はこれらの混合物や，前記有機樹脂や前記有機樹枝の混合物中にセラミックスなどの無機化合物を混合したものなどを用いることができる。
【００２７】
図５Ａ〜図５Ｃに示されるように，正極電極１には正極タブ１１が設けられている。正極タブ１１には，正極活物質層１−２が形成されている余剰領域１−５が設けられている。余剰領域１−５は，第１辺４１と第２辺４２との境界部分に設けられている。
【００２８】
ここで，余剰領域１−５が形成される理由について説明するため，図６Ａ〜図６Ｃを参照しつつ正極電極１の製造過程を説明する。
正極電極１を作成するにあたっては，まず，正極集電体１−１を用意する。そして，この正極集電体１−１の両面に正極活物質層１−２を形成する。図６Ａ〜図６Ｃ中，正極活物質層１−２の設けられた部分が，正極電極予定部１２と記載されている。また，正極集電体１−１上において正極活物質層１−２を設けられていない部分が，タブ予定部１３と記載される。さらに，正極電極予定部１２とタブ予定部１３との境界が，第２辺４２と記載される。
正極電極予定部１２の形成後，正極タブ予定部１３と正極電極予定部１２を含む領域を切断し，正極電極１が得られる。ここで，正極タブ１１には正極活物質層１−２が形成されている必要はない。逆に，対向領域１−３では確実に正極活物質層１−２が設けられている必要がある。従って，切断する際には，正極電極１の第１辺４１が，第２辺４２に重なるように切断することが理想的である。しかしながら，正極活物質層１−２を正極集電体１−１の両面の全く同じ位置に形成することは難しく，切断位置を精度良く制御することも難しい。そのため，これらの位置ずれ量を考慮して，第１辺４１が，若干（例示；０〜５ｍｍ），正極電極予定部１２の端部よりも正極活物質層１−２が設けられている側に位置するように，切断する。すなわち，第２辺４２が正極タブ１１を横切るように切断する。これにより，形成された正極電極１では，正極タブ１１の一部にまで正極活物質層１−２が設けられていることになる。この正極タブ１１において正極活物質層１−２の形成されている領域が，余剰領域１−５となる。すなわち，余剰領域１−５は，対向領域１−３に確実に正極活物質層を設けるためのマージンとして形成された領域である。
【００２９】
尚，負極電極２も，正極電極２と同様に，負極集電体２−１上に負極活物質層２−２が形成された後，所定領域が打ち抜かれることによって製造される。
【００３０】
続いて，図７Ａ〜図７Ｃ，図８Ａ〜図８Ｃ及び図９Ａ〜図９Ｃを参照して，正極電極１と負極電極２との位置関係について説明する。図７Ａ〜図７Ｃ，図８Ａ〜図８Ｃ及び図９Ａ〜図９Ｃは，正極電極１と負極電極２との位置関係を説明するための平面図である。尚，図７Ａ〜図７Ｃ，図８Ａ〜図８Ｃ及び図９Ａ〜図９Ｃでは，説明の便宜上，セパレータの図示は省略されている。
【００３１】
上述したような形状の正極電極１と負極電極２とを積層する場合，通常であれば，図７Ａ〜図７Ｃに示されるように，正極タブ１１以外の正極電極１と負極タブ２１以外の負極電極２との端部同士が概ね揃えられる。また，正極タブ１１と負極タブ２１とは，互いに重ならないように配置される。従って，正極タブ１１上に形成された余剰領域１−５は，負極集電体２−１上の負極活物質２−２と非対向になってしまう。このため，既述したように，充電時に，正極電極１から供給される金属イオンが負極電極２の許容する電気容量に対して部分的に過剰となり，負極電極２の端部に金属４が析出し，既述のように発熱する恐れがある。
【００３２】
そこで，本実施形態では，図８Ａ〜図８Ｃに示されるように，余剰領域１−５が負極活物質層２−２と対向し対向領域１−３の一部となるように，正極電極１と負極電極２とが重ねられている。この図８Ａ〜図８Ｃの例では，第２辺４２が，負極電極２の端部に合わさるように，正極電極１と負極電極２とが重ねられている。
【００３３】
尚，正極電極１と負極電極２とは，正極集電体１−１上の正極活物質層１−２が完全に負極集電体２−１上の負極活物質層２−２と対向するように重ねられていればよい。例えば，図９Ａ〜図９Ｃに示されるように，正極活物質層１−２の端部が，負極活物質２−２の内側の位置と対向していてもよい。
【００３４】
本実施形態によれば，余剰領域１−５が負極活物質２−２と対向しているので，正極電極１が負極電極２からはみ出している部分を無くすことができる。これにより，負極電極が許容する電気容量に対して過剰に供給された金属イオンが負極電極２の端部に析出することもなく，負極電極２から析出する金属４の発生を防止される。
【００３５】
また，本実施形態においては，正極電極１と負極電極２とが概ね矩形状である場合について説明した。但し，正極電極１と負極電極２との形状は矩形状に限定されず，その他の形状であってもよい。
【００３６】
また，本実施形態では，複数の正極電極１と複数の負極電極２とが交互に積層された積層型の非水電解質二次電池について説明した。しかし，本発明を，正極電極と負極電極とを重ねて捲回した捲回型の非水電解質二次電池や，正極電極と負極電極とを積層して更に折りたたんだ折り畳み型の非水電解質二次電池に対して適用しても，既述した作用を奏することができる。
【００３７】
続いて，本実施形態の作用をより具体的に説明するため，本発明者らによって実施された実験結果について説明する。図１０は，本実施形態で説明した非水電解質二次電池における充電時間と電池温度との関係を示している。図１０の非水電解質二次電池では，余剰領域１−５が負極活物質２−２と対向している。一方，図１１は，比較用に作成した非水電解質二次電池についての結果である。この比較用の非水電解質二次電池においては，正極活物質層１−２と負極活物質層２−２とが対向していない部分が存在する。尚，充電条件は，図１０と図１１で用いた非水電解質二次電池で同じである。
【００３８】
図１１に示されるように，比較用の非水電解質二次電池では，充電を開始すると電池温度が急激に上昇している。これは，負極電極２に析出する金属４の発生，負極電極２に析出した金属４の成長及び負極電極２に析出した金属４と正極電極１の接触が生じたからであると考えられる。実際に，実験終了後に比較用の非水電解質二次電池を分解し，セパレータ３と負極電極２の様子を観察したところ，正極電極１の余剰領域１−５に対応する位置において金属４が観察され，セパレータ３を貫通していることが確認された。
これに対して，図１０に示される実験を実施した非水電解質二次電池では，電池温度の急激な上昇は見られず，比較用の非水電解質二次電池と比較して温度上昇が抑制された。更に，比較用の非水電解質二次電池と同様に，実験終了後に電池を分解してセパレータ３と負極電極２を観察したところ，余剰領域１−５に対応する位置でも負極電極２に金属４が析出しておらず，余剰領域１−５が負極活物質２−２と対向することによる効果が確認された。
【００３９】
（第２の実施形態）
続いて，本発明の第２の実施形態について説明する。図１２は，本実施形態に係る非水電解質二次電池を概略的に示す正極タブ１１部を通る断面図である。図１２に示されるように，本実施形態では，第１の実施形態に対して電気絶縁体又は非イオン導電体６が追加されている。その他の点については，第１の実施形態と同様とすることができるので，詳細な説明は省略する。
【００４０】
電気絶縁体又は非イオン導電体６は，正極集電体１−１の上に形成されて少なくとも一部の正極活物質層１−２の端部とその周縁部に設けられており，この電気絶縁体又は非イオン導電体６によって余剰領域１−５が被覆されている。
電気絶縁体又は非イオン導電体６の材質としては，電気絶縁性又は非イオン導電体を有していれば特に限定されず，有機化合物でも無機化合物でも用いることができる。また，有機化合物と無機化合物との混合物であってもよい。具体例を挙げると，ポリプロピレン，ポリエチレン，ポリイミド，セラミックス又はこれらの混合物などを用いることができる。
【００４１】
また，正極電極１上に電気絶縁体又は非イオン導電体６を配置する方法についても特に限定されない。例えば，電気絶縁体又は非イオン導電体６として二枚の粘着シート状の絶縁物を用意し，この二枚のシート状絶縁物により正極電極１の外周部両面を挟み込む。これにより，正極活物質層１−２の端とその周縁部５１の全周に電気絶縁体又は非イオン導電体６が配置される。また，電気絶縁体又は非イオン導電体６を粘着剤を介して正極電極１上に貼り付けてもよい。さらには，電気絶縁体又は非イオン導電体６をスラリ化し，正極電極１上に塗布することで，電気絶縁体又は非イオン導電体６を形成してもよい。
【００４２】
本実施形態のように，電気絶縁体又は非イオン導電体６を余剰領域１−５に設けると，余剰領域１−５からは金属イオンが電解液中に供給されない。従って，万が一，正極電極１と負極電極２とを積層する際に余剰領域１−５が負極活物質層２−２からはみ出してしまったとしても，過剰の金属イオンが電解液中に供給されてしまうことはない。その結果，負極電極２に金属４が析出してしまうことを防止できる。
【００４３】
（第３の実施形態）
続いて，本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態では，既述の実施形態に対して，負極電極２を覆うセパレータ３の構成が更に工夫されている。尚，セパレータ３以外の点については，記述の実施形態と同様であるので，詳細な説明は省略する。
【００４４】
負極電極２の両面を覆うセパレータ３は，二枚のシートの外周部が熱溶着されている。ここで，通常であれば，シワ発生を防止する目的などから，二枚のシートの接着部分が間欠的に位置するように，熱溶着が行われる。例えば，図１３Ａや図１３Ｂに示されるように，接着部分が網目状となるように，二枚のシートが溶着される。これにより，部分的に非接着部分が形成され，接着によるシワ発生が防止できる。
【００４５】
これに対して，本実施形態では，図１４Ａに示されるように，二枚のシートが，接着部がセパレータ外周部の全域となるように，熱溶着される。すなわち，非接着部分は存在していない。これは，外周部の全域を接着して空孔を閉塞することにより，負極電極２に析出したリチウムが空孔を突き抜けることを防止するためである。尚，空孔閉塞部３２は，図１４Ｂ〜図１４Ｃに示されるように，少なくとも余剰領域１−５に対向する部分に設けられていてもよい。空孔閉塞部３２により，万が一，負極電極２に金属４が析出してもセパレータ３により遮断される。従って，図１５Ａや図１５Ｂに示されるように，万が一，余剰領域１−５が負極活物質層２−２と対向していなかったとしても，金属４がセパレータ３を貫通してしまうことがなく，負極電極２から析出する金属４の成長又は負極電極２から析出する金属４と正極電極１の接触を防止できる。
【００４６】
尚，空孔が閉塞されている位置は，必ずしもセパレータ３の外周部の全周である必要はない。少なくとも正極タブ１１に対応する部分の全域で空孔が閉塞されていれば，余剰領域１−２が負極２からはみ出したとしても内部短絡を防止することができる。
【００４７】
以上，第１〜第３の実施形態について説明した。これらは，矛盾のない範囲内で組み合わせて適用することも可能である。すなわち，余剰領域１−５が負極活物質２−２と対向することにより，負極電極２からの金属４析出を防止できる上，万が一，金属４が負極電極２から析出した場合でも，電気絶縁体又は非イオン導電体６で金属イオンの供給が妨げられた上，空孔閉塞部３２により析出した金属４が遮断されるので，負極電極２から析出する金属４と正極電極１の接触が発生する可能性を相乗的に低減することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１ 正極電極
１−１ 正極集電体
１−２ 正極活物質
１−３ 対向領域
１−５ 余剰領域
２ 負極電極
２−１ 負極集電体
２−２ 負極活物質
３ セパレータ
４ 金属
６ 電気絶縁体又は非イオン導電体
１１ 正極タブ
１２ 正極電極予定部
１３ タブ予定部
２１ 負極タブ
３１ 空孔部
３２ 空孔閉塞部
４１ 第１辺
４２ 第２辺
５１ 正極電極末端及び外周部の全周
１０１ 正極電極
１０２ 負極電極
１０３ セパレータ
１０４ 金属
【技術分野】
【０００１】
本発明は，非水電解質二次電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
再充電可能な二次電池として，非水電解質二次電池が知られている。特に，リチウムイオン二次電池は，高エネルギー密度，高電池容量を有することから注目を集めている。非水電解質二次電池は，少なくとも一部の正極集電体上に正極活物質層が設けられた正極電極と，少なくとも一部の負極集電体上に負極活物質層が設けられた負極電極とが，セパレータを介して対向した構造を有している。
【０００３】
非水電解質二次電池において，充電中には，電解質中の金属イオンが負極電極上に析出することがある。例えば，リチウムイオン二次電池では，樹枝（デンドライト）状のリチウムとして析出することがある。負極電極上に析出した金属（例えば，樹枝状リチウム）が対向する正極電極に接触すると，内部短絡や化学反応により電池が発熱する。この発熱により，電池の温度が上昇し，最悪な場合は電池が破裂・発火に至る可能性がある。
【０００４】
内部短絡の防止を目的とした技術が特許文献１（特開平１−１２８３７１号公報）に記載されている。特許文献１の非水電解液二次電池は，負極板の幅が正極板の幅よりも大であることを特徴としている。この特許文献１には，負極板の幅を正極板の幅よりも大きくすることにより，負極板表面から脱離するリチウムのデンドライト発生が抑制されて内部短絡が防止される，と記載されている。
【０００５】
また，特許文献２（特開平３−１２９６７８号公報）には，正極の幅がリチウム負極の幅よりも広く形成されるとともに，リチウム負極の縁部に対面する正極の縁部を，その厚みと同じ厚みの絶縁性の部材で被覆したことを特徴とする非水電解液二次電池が記載されている。この特許文献２には，リチウム負極の縁部には実質的に正極が存在しないのと同様の状態となり，この結果，この部分は充電時における反応に利用されず，これによってデンドライトの発生が抑制される，と記載されている。
【０００６】
また、特許文献３（特開平３−１５２８８１号公報）には、負極の周縁部が相対する正極の周縁部よりも必ず外側にあることを特徴とする角型リチウム二次電池が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１−１２８３７１号公報
【特許文献２】特開平３−１２９６７８号公報
【特許文献３】特開平３−１５２８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
通常，非水電解質二次電池中において，正極電極と負極電極とは，概ね一致する形状に作成され，概ね電極末端同士の位置を揃えて対向している。但し，完全に位置を揃えて対向しているのではなく，正極電極が負極電極からはみ出し正極電極が負極電極と対向していない領域を有していることもある。このような非水電解質二次電池を充電する場合，正極電極から供給される金属イオンが負極電極の許容する電気容量に対して部分的に過剰となり，負極電極に金属が析出することがある。
【０００９】
図１Ａ，図１Ｂ，図１Ｃ，図２Ａ，図２Ｂ及び図２Ｃは，非水電解質二次電池が正極電極と負極電極とが対向していない領域を有している場合に負極電極上に金属が析出する様子を説明するための説明図である。図１Ａ〜図１Ｃに示されるように，この非水電解質二次電池中においては，正極電極１０１と負極電極１０２とがセパレータ１０３を介して対向して配置されている。尚，正極電極１０１と負極電極１０２との間は非水電解質で満たされている。正極電極１０１は少なくとも一部で負極電極１０２からはみ出ており，負極電極１０２と対向する対向領域と，負極電極１０２と対向していない非対向領域とを有している。このような非水電解質二次電池を充電すると，正極電極から電解質中へ金属イオンが供給され，非水電解質中の金属イオンは負極電極１０２側へ移動する。この際，負極電極の少なくとも一部では負極容量に対して金属イオンが過剰になり，負極電極１０２の端部に金属１０４が析出することがある。そのため，負極電極１０２の端部では金属１０４が発生又は成長し易い。その結果，図２Ａ，図２Ｂ及び図２Ｃに示されるように，金属１０４がセパレータ１０３を貫通して正極電極１０１と接触してしまうことがある。負極電極１０２に析出した金属１０４が正極電極１０１と接触すると，既述のように発熱する。
【００１０】
また、正極電極や負極電極には、電力を外部へ取り出すために、タブが設けられることがある。正極電極と負極電極とは、通常、タブ同士が重ならないように、重ねられる。このタブは、その大部分が、正極集電体だけによって形成される。但し、タブの一部には、製造上の都合により、正極活物質層が形成されることがある。そのため、このタブの一部において、正極電極が負極電極からはみ出してしまうことがある。
【００１１】
従って，本発明の目的は，負極電極から析出する金属の発生，又は負極電極から析出する金属の成長，又は負極電極から析出する金属と正極電極の接触を防止することのできる，非水電解質二次電池，及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以下に，［発明を実施するための形態］で使用する括弧付き符号を用いて，課題を解決するための手段を説明する。これらの符号は，［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであり，［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１３】
本発明に係る非水電解質二次電池は，負極電極（２）と，セパレータ（３）を介して，少なくとも一部において負極電極（２）と対向する正極電極（１）とを具備する。正極集電体（１−１）上の正極活物質層（１−２）は，セパレータ（３）を介して負極集電体（２−１）上の負極活物質層（２−２）と対向する対向領域（１−３）を有している。正極集電体（１−１）は，対向領域（１−３）の外部へ向かって延びる正極タブ（１１）を有している。正極タブ（１１）の少なくとも一部には、正極活物質層（１−２）が設けられている。正極活物質層（１−２）は必ず対向領域（１−３）となるように，重ねられている。この発明によれば，全ての正極活物質層（１−２）が負極活物質層（２−２）と対向しているので，正極電極が負極電極からはみ出す領域は存在しない。従って，充電時に，負極電極（２）から析出する金属（４）の発生を防止することができる。
【００１４】
正極活物質層（１−２）の端部と負極活物質層（２−２）の端部とが対向するか，又は，正極活物質層（１−２）の端部が負極活物質層（２−２）の端部の内側に対向するように，重ねられている。
【００１５】
更に，少なくとも一部において負極活物質層（２−２）の端部と対向する正極活物質層（１−２）と，正極電極（１）の一部を被覆する電気絶縁体又は非イオン導電体（６）を具備することが好ましい。
この発明によれば，万が一，正極活物質層（１−２）の端部が負極活物質層（２−２）の端部からはみ出したとしても，電気絶縁体又は非イオン導電体（６）により一部分の負極電極が許容する電気容量に対して過剰の金属イオンが供給されることを防止できる。
【００１６】
上記の非水電解質二次電池が，更に，正極電極（１）と負極電極（２）との間に介する空孔を有するセパレータ（３）を具備する。このとき，セパレータ（３）は正極タブ（１１）に対向する部分の全域で，空孔が閉塞されていることが好ましい。
この発明によれば，負極電極（２）の端部に金属（４）が析出したとしても，析出した金属（４）がセパレータ（３）の空孔が閉塞されている部分により遮断される。従って，万が一，正極活物質層（１−２）の端部が負極活物質層（２−２）の端部からはみ出したとしても，負極電極（２）から析出する金属（４）の成長と負極電極（２）から析出する金属（４）と正極電極（１）の接触を防止できる。
【００１７】
本発明に係る非水電解質二次電池の製造方法は，正極集電体（１−１）上に，正極活物質層（１−２）を形成する工程と，当該工程の後に，正極集電体（１−１）を、正極集電体（１−１）と正極集電体（１−１）から外部へ向かって延びる正極タブ（１１）とを含む形状となるように切断して，正極電極（１）を作成する工程と，負極集電体上に、負極活物質層を形成する工程と、当該工程の後に、負極活物質層と負極集電体と負極タブとを含む形状に切断して負極電極（２）を作製する工程と、正極電極（１）と負極電極（２）とがセパレータを介して対向するように交互に積層する工程とを具備する。正極電極（１）を作製する工程は、正極タブの少なくとも一部に正極活物質層が設けられるように、切断する工程を含む。積層する工程は，正極集電体（１−１）上の正極活物質層（１−１）が，セパレータを介して負極集電体上の負極活物質層と対向する対向領域となるように，正極電極（１）と負極電極（２）を，重ねる工程を備えている。
【００１８】
積層する工程は，正極活物質層（１−２）の端部と負極活物質層（２−２）の端部とが，対向するか，又は，正極活物質層（１−２）の端部が負極活物質層（２−２）の端部の内側に対向するように，重ねる工程を備えている。
【００１９】
正極電極（２）を作製する工程は，第１辺（４１）と第２辺（４２）の間に正極活物質層（１−２）が設けられた領域である余剰領域（１−５）が被覆されるように，電気絶縁体又は非イオン導電体（６）を配置する工程を備えていることが好ましい。
【００２０】
上述の非水電解質二次電池の製造方法は，更に，負極電極（２）の両面に空孔を有するセパレータ（３）を配置し，セパレータ（３）と負極電極が対向していない領域の少なくとも一部を空孔が閉塞されるように熱溶解，熱溶着又は溶剤塗布して空孔閉塞部（３２）を形成する工程を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば，正極電極が負極電極からはみ出した部分から負極電極の一部分における電気容量に対して金属イオンが過剰に電解液中に供給されることを抑制し，負極電極から析出する金属の発生又は負極電極から析出する金属の成長又は負極電極から析出する金属と正極電極の接触を防止することができる，非水電解質二次電池，及びその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】負極電極からの金属の析出を説明するための説明図である。
【図１Ｂ】負極電極からの金属の析出を説明するための説明図である。
【図１Ｃ】負極電極からの金属の析出を説明するための説明図である。
【図２Ａ】負極電極と正極電極とが金属の析出により接触することを説明するための説明図である。
【図２Ｂ】負極電極と正極電極とが金属の析出により接触することを説明するための説明図である。
【図２Ｃ】負極電極と正極電極とが金属の析出により接触することを説明するための説明図である。
【図３Ａ】電極積層体を示す斜視図である。
【図３Ｂ】電極積層体を示す斜視図である。
【図３Ｃ】電極積層体を示す斜視図である。
【図３Ｄ】電極積層体を示す斜視図である。
【図４Ａ】負極電極とセパレータとを概略的に示す平面図である。
【図４Ｂ】負極電極とセパレータとを概略的に示す平面図である。
【図４Ｃ】負極電極とセパレータとを概略的に示す平面図である。
【図５Ａ】正極電極を概略的に示す平面図である。
【図５Ｂ】正極電極を概略的に示す平面図である。
【図５Ｃ】正極電極を概略的に示す平面図である。
【図６Ａ】正極電極の製造方法を説明するための説明図である。
【図６Ｂ】正極電極の製造方法を説明するための説明図である。
【図６Ｃ】正極電極の製造方法を説明するための説明図である。
【図７Ａ】正極活物質層と負極活物質層との位置関係を示す説明図である。
【図７Ｂ】正極活物質層と負極活物質層との位置関係を示す説明図である。
【図７Ｃ】正極活物質層と負極活物質層との位置関係を示す説明図である。
【図８Ａ】正極活物質層と負極活物質層との位置関係を示す説明図である。
【図８Ｂ】正極活物質層と負極活物質層との位置関係を示す説明図である。
【図８Ｃ】正極活物質層と負極活物質層との位置関係を示す説明図である。
【図９Ａ】正極活物質層と負極活物質層との位置関係を示す説明図である。
【図９Ｂ】正極活物質層と負極活物質層との位置関係を示す説明図である。
【図９Ｃ】正極活物質層と負極活物質層との位置関係を示す説明図である。
【図１０】第１の実施形態の非水電解質二次電池を充電したときの充電時間と温度との関係を示すグラフである。
【図１１】比較用の非水電解質二次電池を充電したときの充電時間と温度との関係を示すグラフである。
【図１２】第２の実施形態の非水電解質二次電池を概略的に示す断面図である。
【図１３Ａ】二枚のシートの接着部分を拡大して示す図である。
【図１３Ｂ】二枚のシートの接着部分を拡大して示す図である。
【図１４Ａ】第３の実施形態におけるセパレータの空孔閉塞部を拡大して示す図である。
【図１４Ｂ】第３の実施形態におけるセパレータの空孔閉塞部を拡大して示す図である。
【図１４Ｃ】第３の実施形態におけるセパレータの空孔閉塞部を拡大して示す図である。
【図１５Ａ】第３の実施形態において金属が遮断される様子を説明するための説明図である。
【図１５Ｂ】第３の実施形態において金属が遮断される様子を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１の実施形態）
以下に，図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。本実施形態に係る非水電解質二次電池は，非水電解質（図示略）と接している電極積層体を備えている。図３Ａ〜図３Ｄは，その電極積層体の構造の一例を概略的に示す斜視図である。その電極積層体は，複数の正極電極１と，複数の負極電極２とが交互に積層された構造体である。負極電極２と正極電極１とはセパレータ３を介して対向している。複数の正極電極１の各々には，正極タブ１１が設けられている。複数の負極電極２の各々には，負極タブ２１が設けられている。正極タブ１１及び負極タブ２１は，電極積層体の電力を外部に取り出すために設けられている。この電極積層体は，セパレータ３を介して正極電極１と負極電極２とを，交互に重ねて積層することにより得られる。
【００２４】
正極電極１は，正極集電体１−１と，少なくとも一部の正極集電体上に形成された正極活物質層１−２とを備えている。正極集電体１−１の少なくとも一部において正極活物質層１−２の設けられたものを，以下，正極電極１と定義する。正極集電体１−１としては，例えばアルミニウム，クロム，モリブデン，ニッケル，鉄，チタン又はステンレス鋼などのこれらを含む合金が用いられる。また，正極活物質層１−２としては，例えば，ＬｉＣｏｘＮｉ１−ｘＯ２（０≦ｘ≦１），ＬｉＮｉＯ２，ＬｉＭｎｘＮｉｙＣｏ１−ｘ−ｙＯｚ，ＬｉＣｏｘＮｉｙＡｌ１−ｘ−ｙＯｚ，ＬｉＦｅＰＯ４，ＬｉＶＰＯ４Ｆ，ＬｉｘＭｎｙＰＯ４，ＬｉｘＣｏｙＰＯ４，ＬｉｘＴｉｙＰＯ４，ＬｉＡｌＯ２，ＬｉＭｎＯ２，ＬｉＭｎ２Ｏ４，ＭｎＯ２，ＬｉＣｏＯ２，Ｖ２Ｏ５，Ｖ６Ｏ１３，Ｌｉ３Ｖ２Ｏ５，Ｃｒ２Ｏ５，Ｃｒ３Ｏ８，ＬｉＦｅＯ２，ＦｅＦ３，ＦｅＶＯ４などの金属酸化物，ＴｉＳ２，ＭｏＳ２などの金属硫化物，有機硫黄系化合物，ポリアニリン，ポリピロール又はこれらが含まれる物質などが用いられる。
負極電極２は，負極集電体と２−１と，少なくとも一部の負極集電体上に形成された負極活物質層２−２とを備えている。負極集電体２−１の少なくとも一部において負極活物質層２−２の設けられたものを，以下，負極電極２と定義する。負極集電体２−１としては，例えば，銅や銅を含む合金が用いられる。負極活物質２−２としては，例えば，黒鉛系材料，易黒鉛化性炭素，難黒鉛化性炭素，ＣＮＴなどの炭素質材料，Ｎｂ２Ｏ５，ＬｉｘＴｉｙＯｘ，スズ複合酸化物，ＳｉＯｘなどの酸化物，ＴｉＳｉ，Ｓｎ，Ｓｉ，Ｌｉ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｂ，Ｃｏ又はこれらを含む合金などが用いられる。
【００２５】
図４Ａ〜図４Ｃは，負極電極２とセパレータ３の構成を示す平面図である。負極電極２は，外部へ向かって延びる負極タブ２１を有している。セパレータ３の端部は負極電極２からはみ出すように配置されており，そのはみ出し部で溶着されている。但し，負極タブ２１に対応する部分では，溶着されていない。
【００２６】
セパレータ３は，正極電極１と負極電極２とを接触させないために設けられている。但し，非水電解質中の金属イオンは，セパレータ３を透過できなければならない。そのため，セパレータ３としては，微細な空孔を有する多孔性のものが用いられる。また，セパレータ３は，熱溶融性を有するものが用いられる。このようなセパレータ３の材質としては，例えば，ポリプロピレン，ポリエチレンなどの有機樹脂又はこれらの混合物や，前記有機樹脂や前記有機樹枝の混合物中にセラミックスなどの無機化合物を混合したものなどを用いることができる。
【００２７】
図５Ａ〜図５Ｃに示されるように，正極電極１には正極タブ１１が設けられている。正極タブ１１には，正極活物質層１−２が形成されている余剰領域１−５が設けられている。余剰領域１−５は，第１辺４１と第２辺４２との境界部分に設けられている。
【００２８】
ここで，余剰領域１−５が形成される理由について説明するため，図６Ａ〜図６Ｃを参照しつつ正極電極１の製造過程を説明する。
正極電極１を作成するにあたっては，まず，正極集電体１−１を用意する。そして，この正極集電体１−１の両面に正極活物質層１−２を形成する。図６Ａ〜図６Ｃ中，正極活物質層１−２の設けられた部分が，正極電極予定部１２と記載されている。また，正極集電体１−１上において正極活物質層１−２を設けられていない部分が，タブ予定部１３と記載される。さらに，正極電極予定部１２とタブ予定部１３との境界が，第２辺４２と記載される。
正極電極予定部１２の形成後，正極タブ予定部１３と正極電極予定部１２を含む領域を切断し，正極電極１が得られる。ここで，正極タブ１１には正極活物質層１−２が形成されている必要はない。逆に，対向領域１−３では確実に正極活物質層１−２が設けられている必要がある。従って，切断する際には，正極電極１の第１辺４１が，第２辺４２に重なるように切断することが理想的である。しかしながら，正極活物質層１−２を正極集電体１−１の両面の全く同じ位置に形成することは難しく，切断位置を精度良く制御することも難しい。そのため，これらの位置ずれ量を考慮して，第１辺４１が，若干（例示；０〜５ｍｍ），正極電極予定部１２の端部よりも正極活物質層１−２が設けられている側に位置するように，切断する。すなわち，第２辺４２が正極タブ１１を横切るように切断する。これにより，形成された正極電極１では，正極タブ１１の一部にまで正極活物質層１−２が設けられていることになる。この正極タブ１１において正極活物質層１−２の形成されている領域が，余剰領域１−５となる。すなわち，余剰領域１−５は，対向領域１−３に確実に正極活物質層を設けるためのマージンとして形成された領域である。
【００２９】
尚，負極電極２も，正極電極２と同様に，負極集電体２−１上に負極活物質層２−２が形成された後，所定領域が打ち抜かれることによって製造される。
【００３０】
続いて，図７Ａ〜図７Ｃ，図８Ａ〜図８Ｃ及び図９Ａ〜図９Ｃを参照して，正極電極１と負極電極２との位置関係について説明する。図７Ａ〜図７Ｃ，図８Ａ〜図８Ｃ及び図９Ａ〜図９Ｃは，正極電極１と負極電極２との位置関係を説明するための平面図である。尚，図７Ａ〜図７Ｃ，図８Ａ〜図８Ｃ及び図９Ａ〜図９Ｃでは，説明の便宜上，セパレータの図示は省略されている。
【００３１】
上述したような形状の正極電極１と負極電極２とを積層する場合，通常であれば，図７Ａ〜図７Ｃに示されるように，正極タブ１１以外の正極電極１と負極タブ２１以外の負極電極２との端部同士が概ね揃えられる。また，正極タブ１１と負極タブ２１とは，互いに重ならないように配置される。従って，正極タブ１１上に形成された余剰領域１−５は，負極集電体２−１上の負極活物質２−２と非対向になってしまう。このため，既述したように，充電時に，正極電極１から供給される金属イオンが負極電極２の許容する電気容量に対して部分的に過剰となり，負極電極２の端部に金属４が析出し，既述のように発熱する恐れがある。
【００３２】
そこで，本実施形態では，図８Ａ〜図８Ｃに示されるように，余剰領域１−５が負極活物質層２−２と対向し対向領域１−３の一部となるように，正極電極１と負極電極２とが重ねられている。この図８Ａ〜図８Ｃの例では，第２辺４２が，負極電極２の端部に合わさるように，正極電極１と負極電極２とが重ねられている。
【００３３】
尚，正極電極１と負極電極２とは，正極集電体１−１上の正極活物質層１−２が完全に負極集電体２−１上の負極活物質層２−２と対向するように重ねられていればよい。例えば，図９Ａ〜図９Ｃに示されるように，正極活物質層１−２の端部が，負極活物質２−２の内側の位置と対向していてもよい。
【００３４】
本実施形態によれば，余剰領域１−５が負極活物質２−２と対向しているので，正極電極１が負極電極２からはみ出している部分を無くすことができる。これにより，負極電極が許容する電気容量に対して過剰に供給された金属イオンが負極電極２の端部に析出することもなく，負極電極２から析出する金属４の発生を防止される。
【００３５】
また，本実施形態においては，正極電極１と負極電極２とが概ね矩形状である場合について説明した。但し，正極電極１と負極電極２との形状は矩形状に限定されず，その他の形状であってもよい。
【００３６】
また，本実施形態では，複数の正極電極１と複数の負極電極２とが交互に積層された積層型の非水電解質二次電池について説明した。しかし，本発明を，正極電極と負極電極とを重ねて捲回した捲回型の非水電解質二次電池や，正極電極と負極電極とを積層して更に折りたたんだ折り畳み型の非水電解質二次電池に対して適用しても，既述した作用を奏することができる。
【００３７】
続いて，本実施形態の作用をより具体的に説明するため，本発明者らによって実施された実験結果について説明する。図１０は，本実施形態で説明した非水電解質二次電池における充電時間と電池温度との関係を示している。図１０の非水電解質二次電池では，余剰領域１−５が負極活物質２−２と対向している。一方，図１１は，比較用に作成した非水電解質二次電池についての結果である。この比較用の非水電解質二次電池においては，正極活物質層１−２と負極活物質層２−２とが対向していない部分が存在する。尚，充電条件は，図１０と図１１で用いた非水電解質二次電池で同じである。
【００３８】
図１１に示されるように，比較用の非水電解質二次電池では，充電を開始すると電池温度が急激に上昇している。これは，負極電極２に析出する金属４の発生，負極電極２に析出した金属４の成長及び負極電極２に析出した金属４と正極電極１の接触が生じたからであると考えられる。実際に，実験終了後に比較用の非水電解質二次電池を分解し，セパレータ３と負極電極２の様子を観察したところ，正極電極１の余剰領域１−５に対応する位置において金属４が観察され，セパレータ３を貫通していることが確認された。
これに対して，図１０に示される実験を実施した非水電解質二次電池では，電池温度の急激な上昇は見られず，比較用の非水電解質二次電池と比較して温度上昇が抑制された。更に，比較用の非水電解質二次電池と同様に，実験終了後に電池を分解してセパレータ３と負極電極２を観察したところ，余剰領域１−５に対応する位置でも負極電極２に金属４が析出しておらず，余剰領域１−５が負極活物質２−２と対向することによる効果が確認された。
【００３９】
（第２の実施形態）
続いて，本発明の第２の実施形態について説明する。図１２は，本実施形態に係る非水電解質二次電池を概略的に示す正極タブ１１部を通る断面図である。図１２に示されるように，本実施形態では，第１の実施形態に対して電気絶縁体又は非イオン導電体６が追加されている。その他の点については，第１の実施形態と同様とすることができるので，詳細な説明は省略する。
【００４０】
電気絶縁体又は非イオン導電体６は，正極集電体１−１の上に形成されて少なくとも一部の正極活物質層１−２の端部とその周縁部に設けられており，この電気絶縁体又は非イオン導電体６によって余剰領域１−５が被覆されている。
電気絶縁体又は非イオン導電体６の材質としては，電気絶縁性又は非イオン導電体を有していれば特に限定されず，有機化合物でも無機化合物でも用いることができる。また，有機化合物と無機化合物との混合物であってもよい。具体例を挙げると，ポリプロピレン，ポリエチレン，ポリイミド，セラミックス又はこれらの混合物などを用いることができる。
【００４１】
また，正極電極１上に電気絶縁体又は非イオン導電体６を配置する方法についても特に限定されない。例えば，電気絶縁体又は非イオン導電体６として二枚の粘着シート状の絶縁物を用意し，この二枚のシート状絶縁物により正極電極１の外周部両面を挟み込む。これにより，正極活物質層１−２の端とその周縁部５１の全周に電気絶縁体又は非イオン導電体６が配置される。また，電気絶縁体又は非イオン導電体６を粘着剤を介して正極電極１上に貼り付けてもよい。さらには，電気絶縁体又は非イオン導電体６をスラリ化し，正極電極１上に塗布することで，電気絶縁体又は非イオン導電体６を形成してもよい。
【００４２】
本実施形態のように，電気絶縁体又は非イオン導電体６を余剰領域１−５に設けると，余剰領域１−５からは金属イオンが電解液中に供給されない。従って，万が一，正極電極１と負極電極２とを積層する際に余剰領域１−５が負極活物質層２−２からはみ出してしまったとしても，過剰の金属イオンが電解液中に供給されてしまうことはない。その結果，負極電極２に金属４が析出してしまうことを防止できる。
【００４３】
（第３の実施形態）
続いて，本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態では，既述の実施形態に対して，負極電極２を覆うセパレータ３の構成が更に工夫されている。尚，セパレータ３以外の点については，記述の実施形態と同様であるので，詳細な説明は省略する。
【００４４】
負極電極２の両面を覆うセパレータ３は，二枚のシートの外周部が熱溶着されている。ここで，通常であれば，シワ発生を防止する目的などから，二枚のシートの接着部分が間欠的に位置するように，熱溶着が行われる。例えば，図１３Ａや図１３Ｂに示されるように，接着部分が網目状となるように，二枚のシートが溶着される。これにより，部分的に非接着部分が形成され，接着によるシワ発生が防止できる。
【００４５】
これに対して，本実施形態では，図１４Ａに示されるように，二枚のシートが，接着部がセパレータ外周部の全域となるように，熱溶着される。すなわち，非接着部分は存在していない。これは，外周部の全域を接着して空孔を閉塞することにより，負極電極２に析出したリチウムが空孔を突き抜けることを防止するためである。尚，空孔閉塞部３２は，図１４Ｂ〜図１４Ｃに示されるように，少なくとも余剰領域１−５に対向する部分に設けられていてもよい。空孔閉塞部３２により，万が一，負極電極２に金属４が析出してもセパレータ３により遮断される。従って，図１５Ａや図１５Ｂに示されるように，万が一，余剰領域１−５が負極活物質層２−２と対向していなかったとしても，金属４がセパレータ３を貫通してしまうことがなく，負極電極２から析出する金属４の成長又は負極電極２から析出する金属４と正極電極１の接触を防止できる。
【００４６】
尚，空孔が閉塞されている位置は，必ずしもセパレータ３の外周部の全周である必要はない。少なくとも正極タブ１１に対応する部分の全域で空孔が閉塞されていれば，余剰領域１−２が負極２からはみ出したとしても内部短絡を防止することができる。
【００４７】
以上，第１〜第３の実施形態について説明した。これらは，矛盾のない範囲内で組み合わせて適用することも可能である。すなわち，余剰領域１−５が負極活物質２−２と対向することにより，負極電極２からの金属４析出を防止できる上，万が一，金属４が負極電極２から析出した場合でも，電気絶縁体又は非イオン導電体６で金属イオンの供給が妨げられた上，空孔閉塞部３２により析出した金属４が遮断されるので，負極電極２から析出する金属４と正極電極１の接触が発生する可能性を相乗的に低減することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１ 正極電極
１−１ 正極集電体
１−２ 正極活物質
１−３ 対向領域
１−５ 余剰領域
２ 負極電極
２−１ 負極集電体
２−２ 負極活物質
３ セパレータ
４ 金属
６ 電気絶縁体又は非イオン導電体
１１ 正極タブ
１２ 正極電極予定部
１３ タブ予定部
２１ 負極タブ
３１ 空孔部
３２ 空孔閉塞部
４１ 第１辺
４２ 第２辺
５１ 正極電極末端及び外周部の全周
１０１ 正極電極
１０２ 負極電極
１０３ セパレータ
１０４ 金属
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部の正極集電体上に正極活物質層が設けられた正極電極と少なくとも一部の負極集電体上に負極活物質層が設けられた負極電極とが交互に積層された非水電解質二次電池において，
前記正極電極は少なくとも一部において前記負極電極とセパレータを介して対向しており，
前記正極集電体上の前記正極活物質層は，前記セパレータを介して前記負極集電体上の前記負極活物質層と対向する対向領域を有し，
前記正極集電体は，前記対向領域の外部へ向かって延びる正極タブを有しており，
前記正極タブの少なくとも一部には、正極活物質層が設けられており、
前記正極電極と前記負極電極とは，前記正極活物質層が必ず前記対向領域となるように、重ねられている
非水電解質二次電池。
【請求項２】
請求項１に記載された非水電解質二次電池であって，
前記正極活物質層の端部と前記負極活物質層の端部とが，対向するか，又は，前記正極活物質層の端部が前記負極活物質層の端部の内側に対向するように，重ねられている
非水電解質二次電池。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された非水電解質二次電池であって，
更に，
前記正極電極の一部を被覆する電気絶縁体又は非イオン導電体を具備し，
前記電気絶縁体又は非イオン導電体は少なくとも前記正極活物質層の端部を含む領域を覆うように設けられている
非水電解質二次電池。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載された非水電解質二次電池であって，
更に，
前記電気絶縁体又は非イオン導電体は，少なくとも一部の前記正極活物質層の端部とその周縁部を被覆するように設けられている
非水電解質二次電池。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載された非水電解質二次電池であって，
更に，前記セパレータは多孔質であって，
前記セパレータは，少なくとも前記正極活物質層の端部と対向している部分とその周縁部で空孔が閉塞されている
非水電解質二次電池。
【請求項６】
正極集電体上に，正極活物質層を形成する工程と，
当該工程の後に，前記正極集電体を、前記正極集電体と前記正極集電体から外部へ向かって延びる正極タブとを含む形状となるように切断して正極電極を作製する工程と，
負極集電体上に，負極活物質層を形成する工程と，
当該工程の後に，前記負極活物質層と前記負極集電体と負極タブとを含む形状に切断して負極電極を作製する工程と，
前記正極電極と前記負極電極とがセパレータを介して対向するように交互に積層する工程とを具備し，
前記正極電極を作製する工程は、
前記正極タブの少なくとも一部に正極活物質層が設けられるように、切断する工程を含み、
前記積層する工程は，
前記正極集電体上の前記正極活物質層が，前記セパレータを介して前記負極集電体上の前記負極活物質層と対向する対向領域となるように，前記正極電極と前記負極電極を，重ねる工程を備えている
非水電解質二次電池の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載された非水電解質二次電池の製造方法であって，
前記積層する工程は，前記正極活物質層の端部と前記負極活物質層の端部とが，対向するか，又は，前記正極活物質層の端部が前記負極活物質層の端部の内側と対向するように，重ねる工程を備えている
非水電解質二次電池の製造方法。
【請求項８】
請求項６又は７に記載された非水電解質二次電池の製造方法であって，
更に，
前記正極電極を作製する工程は，少なくとも前記正極活物質層の端部を含む領域が被覆されるように，前記正極部電極上に電気絶縁体又は非イオン導電体を配置する工程とを備えている
非水電解質二次電池の製造方法。
【請求項９】
請求項６乃至８のいずれかに記載された非水電解質二次電池の製造方法であって，
更に，
前記電気絶縁体又は非イオン導電体を配置する工程は，前記電気絶縁体又は非イオン導電体を，少なくとも一部の前記正極活物質層の端部とその周縁部を被覆するように配置する工程を含む
非水電解質二次電池の製造方法。
【請求項１０】
請求項６乃至９のいずれかに記載された非水電解質二次電池の製造方法であって，
更に，
前記セパレータは少なくとも前記正極活物質層の端部と対向している部分とその周縁部の空孔が閉塞されるように熱溶着，熱溶解又は溶剤塗布して空孔閉塞部を形成する工程，
を工程を具備し，
前記積層する工程は，前記空孔閉塞部を形成する工程の後に，少なくとも前記正極活物質層の端部を含む領域が前記空孔閉塞部と対向するように，前記セパレータが配置される工程を含む
非水電解質二次電池の製造方法。
【請求項１】
少なくとも一部の正極集電体上に正極活物質層が設けられた正極電極と少なくとも一部の負極集電体上に負極活物質層が設けられた負極電極とが交互に積層された非水電解質二次電池において，
前記正極電極は少なくとも一部において前記負極電極とセパレータを介して対向しており，
前記正極集電体上の前記正極活物質層は，前記セパレータを介して前記負極集電体上の前記負極活物質層と対向する対向領域を有し，
前記正極集電体は，前記対向領域の外部へ向かって延びる正極タブを有しており，
前記正極タブの少なくとも一部には、正極活物質層が設けられており、
前記正極電極と前記負極電極とは，前記正極活物質層が必ず前記対向領域となるように、重ねられている
非水電解質二次電池。
【請求項２】
請求項１に記載された非水電解質二次電池であって，
前記正極活物質層の端部と前記負極活物質層の端部とが，対向するか，又は，前記正極活物質層の端部が前記負極活物質層の端部の内側に対向するように，重ねられている
非水電解質二次電池。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された非水電解質二次電池であって，
更に，
前記正極電極の一部を被覆する電気絶縁体又は非イオン導電体を具備し，
前記電気絶縁体又は非イオン導電体は少なくとも前記正極活物質層の端部を含む領域を覆うように設けられている
非水電解質二次電池。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載された非水電解質二次電池であって，
更に，
前記電気絶縁体又は非イオン導電体は，少なくとも一部の前記正極活物質層の端部とその周縁部を被覆するように設けられている
非水電解質二次電池。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載された非水電解質二次電池であって，
更に，前記セパレータは多孔質であって，
前記セパレータは，少なくとも前記正極活物質層の端部と対向している部分とその周縁部で空孔が閉塞されている
非水電解質二次電池。
【請求項６】
正極集電体上に，正極活物質層を形成する工程と，
当該工程の後に，前記正極集電体を、前記正極集電体と前記正極集電体から外部へ向かって延びる正極タブとを含む形状となるように切断して正極電極を作製する工程と，
負極集電体上に，負極活物質層を形成する工程と，
当該工程の後に，前記負極活物質層と前記負極集電体と負極タブとを含む形状に切断して負極電極を作製する工程と，
前記正極電極と前記負極電極とがセパレータを介して対向するように交互に積層する工程とを具備し，
前記正極電極を作製する工程は、
前記正極タブの少なくとも一部に正極活物質層が設けられるように、切断する工程を含み、
前記積層する工程は，
前記正極集電体上の前記正極活物質層が，前記セパレータを介して前記負極集電体上の前記負極活物質層と対向する対向領域となるように，前記正極電極と前記負極電極を，重ねる工程を備えている
非水電解質二次電池の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載された非水電解質二次電池の製造方法であって，
前記積層する工程は，前記正極活物質層の端部と前記負極活物質層の端部とが，対向するか，又は，前記正極活物質層の端部が前記負極活物質層の端部の内側と対向するように，重ねる工程を備えている
非水電解質二次電池の製造方法。
【請求項８】
請求項６又は７に記載された非水電解質二次電池の製造方法であって，
更に，
前記正極電極を作製する工程は，少なくとも前記正極活物質層の端部を含む領域が被覆されるように，前記正極部電極上に電気絶縁体又は非イオン導電体を配置する工程とを備えている
非水電解質二次電池の製造方法。
【請求項９】
請求項６乃至８のいずれかに記載された非水電解質二次電池の製造方法であって，
更に，
前記電気絶縁体又は非イオン導電体を配置する工程は，前記電気絶縁体又は非イオン導電体を，少なくとも一部の前記正極活物質層の端部とその周縁部を被覆するように配置する工程を含む
非水電解質二次電池の製造方法。
【請求項１０】
請求項６乃至９のいずれかに記載された非水電解質二次電池の製造方法であって，
更に，
前記セパレータは少なくとも前記正極活物質層の端部と対向している部分とその周縁部の空孔が閉塞されるように熱溶着，熱溶解又は溶剤塗布して空孔閉塞部を形成する工程，
を工程を具備し，
前記積層する工程は，前記空孔閉塞部を形成する工程の後に，少なくとも前記正極活物質層の端部を含む領域が前記空孔閉塞部と対向するように，前記セパレータが配置される工程を含む
非水電解質二次電池の製造方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【公開番号】特開２０１２−２０４３３４（Ｐ２０１２−２０４３３４Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７１１４７（Ｐ２０１１−７１１４７）
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【出願人】（０００１６４４３８）九州電力株式会社 (245)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【出願人】（０００１６４４３８）九州電力株式会社 (245)
【Ｆターム（参考）】
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