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】正極電極の一部が負極電極と非対向であっても発熱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】負極電極と，少なくとも一部で，前記負極電極と対向するように配置された正極電極と，前記正極電極と前記負極電極との間に介在し，空孔を有する多孔性のセパレータとを具備し，前記正極電極は，前記負極電極と対向する対向領域と，前記負極電極と対向しない非対向領域とを有し，前記セパレータにおける前記非対向領域に対応する領域の全域には，前記空孔が閉塞された空孔閉塞部が形成されている。
【解決手段】負極電極と，少なくとも一部で，前記負極電極と対向するように配置された正極電極と，前記正極電極と前記負極電極との間に介在し，空孔を有する多孔性のセパレータとを具備し，前記正極電極は，前記負極電極と対向する対向領域と，前記負極電極と対向しない非対向領域とを有し，前記セパレータにおける前記非対向領域に対応する領域の全域には，前記空孔が閉塞された空孔閉塞部が形成されている。
【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】
リチウムの電析を抑制するための技術が，特許文献１（特開平６−７６８６０号公報）に記載されている。この特許文献１には，正極板の周縁部に対面しているセパレータ部分の孔が潰されていることを特徴とする二次電池が記載されている。これにより，セパレータの膜抵抗が大きくなり，極板周縁部の充放電反応が抑制され，負極におけるリチウムの電析が抑制されると記載されている。
【０００５】
また，特許文献２（特開２００７−２５０３１９号公報）には，電極を覆うセパレータが破断し，内部短絡の生じることのない信頼性に優れた積層型二次電池を提供することを課題とした技術が記載されている。この特許文献２の積層型二次電池においては，正極電極又は負極電極の少なくとも一方が，両面がセパレータで覆われるとともにそのセパレータの正極電極または負極電極の周縁部に対向する部分に空孔閉塞部を有することを特徴としている。その空孔閉塞部は二枚のセパレータを間欠的に溶着接合することで形成され，これによりしわの発生を防いで袋状のセパレータを作成することができることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−７６８６０号公報
【特許文献２】特開２００７−２５０３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。セパレータ１０３としては，非水電解質中の金属イオンが透過できるように，多孔性のものが用いられる。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。
【０００９】
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】
従って，本発明の目的は，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ても，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】
【００１１】
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。
【００１２】
本発明に係る非水電解質二次電池は，負極電極（２）と，空孔を有する多孔性のセパレータ（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。正極電極（１）は，負極電極（２）と対向する対向領域（１−３）と，負極電極（２）と対向しない非対向領域（１−４）とを有する。セパレータ（３）における非対向領域に対応する領域の全域には，空孔が閉塞された空孔閉塞部（３２）が形成されている。
この発明によれば，正極電極（１）と負極電極（２）との積層位置がずれることにより，非対向領域（１−４）が生じても，非対向領域（１−４）から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てしまうことを防止できる。
さらに，非対向領域により負極電極（２）に金属（４）が析出したとしても，空孔閉塞部（３２）により，析出した金属（４）が正極電極（１）側へ達してしまうことが防止される。従って，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。
【００１３】
正極電極（１）は，少なくとも一部の正極集電体（１−１）上に正極活物質層（１−２）が形成された部分である。正極集電体（１−１）は，対向領域（１−３）から対向領域（１−１）の外部に向かって延びる正極タブ（１１）を有している。このとき，非対向領域（１−４）は，正極タブ（１１）における対向領域（１−３）との境界部分に形成され，対向領域（１−３）に確実に正極活物質層（１−２）を設けるためのマージンとして設けられた余剰領域（１−５）である。
正極タブ（１１）にマージンとして正極活物質層（１−２）の形成された部分を設ければ，製造時において，確実に正極活物質層（１−２）を対向領域（１−３）に形成しやすくなる。この余剰領域（１−５）が負極電極（２）と非対向となったとしても，空孔閉塞部（３２）により金属（４）の成長が遮断されるので問題ない。すなわち，電池の発熱を防止することができる。
【００１４】
対向領域（１−３）は矩形状であることが好ましい。
【００１５】
正極電極（１）及び負極電極（２）は，シート状であることが好ましい。
【００１６】
空孔閉塞部（３２）は，正極電極（１）の外周部の全周に対応する位置に設けられていることが好ましい。
この発明によれば，正極電極（１）と負極電極（２）との積層位置がずれることにより，非対向領域（１−４）が生じても，負極電極（２）に析出する金属（４）の成長を遮断することができる。
【００１７】
セパレータ（３）は，正極電極（１）又は負極電極（２）の両面を被覆する袋状であることが好ましい。また，セパレータ（３）は，正極電極（１）又は負極電極（２）の主面側を被覆する第１シート（３３）と，正極電極（１）又は負極電極（２）の裏面側を被覆する第２シート（３４）とを備え，第１シート（３３）と第２シート（３４）とは，袋状となるように外周部同士が溶着されており，空孔閉塞部（３２）は，第１シート（３３）と第２シート（３４）との溶着部分に設けられていることが好ましい。
【００１８】
本発明に係る非水電解質二次電池の製造方法は，正極集電体上（１−１）に，正極活物質層（１−２）を形成する工程と，当該工程の後に，正極活物質層（１−２）と正極集電体（１−１）と正極タブ（１１）とを含む形状に切断して，正極電極（１）を作製する工程と，負極電極（２）を作製する工程と，多孔性のセパレータ（３）の一部に，空孔が閉塞された空孔閉塞部（３２）を形成する工程と，セパレータ（３）を介して正極電極（１）と負極電極（２）とが対向するように積層する工程とを具備する。正極電極（５）を作成製する工程は，第１辺（４１）が正極電極予定部（１２）の端部よりも内側に位置し，正極電極予定部（１２）の端部である第２辺（４２）が正極タブ（１１）を横切るように，切断する工程を含む。積層する工程は，正極タブ（１１）において第１辺（４１）と第２辺（４２）の間に形成される余剰領域（１−５）が空孔閉塞部（３２）と対向するように，正極電極（２）をセパレータ（３）と対向させる工程を含む。
この発明によれば，正極電極（１）を切断し製造することができるので，効率よく生産できる。また，正極タブ予定領域（１３）を第２辺（４２）が横切るように正極集電体（１−１）を切断することにより，切断位置などがずれたとしても，確実に対向予定領域に正極活物質層（１−２）を形成することができる。ここで，確実に対向予定領域に正極活物質層（１−２）が形成される一方，余剰領域（１−５）が負極電極（２）と非対向となるので，金属（４）が析出し易くなる。しかし，余剰領域（１−５）が空孔閉塞部（３２）と対向していることにより，負極電極（２）に析出した金属を空孔閉塞部（３２）により遮断することができ，正極電極（１）と負極電極（２）の内部短絡が防止される。
【００１９】
上記の非水電解質二次電池の製造方法において，対向領域（１−３）は矩形状であることが好ましい。
【００２０】
空孔閉塞部（３２）を形成する工程は，空孔閉塞部（３２）を，正極（１）の外周部の全周に対向する予定の位置に形成する工程を含むことが好ましい。
【００２１】
また，空孔閉塞部（３２）を形成する工程は，正極電極（１）又は負極電極（２）の両面に，セパレータ（３）を，外周部がはみ出すように配置する工程と，セパレータ（３）の外周部を，全域にわたって空孔が閉塞されるように溶着する工程とを含み，積層する工程は，両面にセパレータ（３）が配置された正極電極（１）又は負極電極（２）を，負極電極（２）又は正極電極（１）と積層する工程を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば，正極電極と負極電極との積層位置がずれることにより，非対向領域が生じても，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，及びその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】非対向領域における金属の析出を説明するための説明図である。
【図１Ｂ】非対向領域における金属の析出を説明するための説明図である。
【図１Ｃ】非対向領域における金属の析出を説明するための説明図である。
【図２Ａ】非対向領域における金属の析出を説明するための説明図である。
【図２Ｂ】非対向領域における金属の析出を説明するための説明図である。
【図２Ｃ】非対向領域における金属の析出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】正極電極と負極電極との位置関係を示す平面図である。
【図４Ｂ】正極電極と負極電極との位置関係を示す平面図である。
【図４Ｃ】正極電極と負極電極との位置関係を示す平面図である。
【図４Ｄ】正極電極と負極電極との位置関係を示す平面図である。
【図４Ｅ】正極電極と負極電極との位置関係を示す平面図である。
【図５Ａ】正極電極の製造方法を説明するための説明図である。
【図５Ｂ】正極電極の製造方法を説明するための説明図である。
【図５Ｃ】正極電極の製造方法を説明するための説明図である。
【図６Ａ】セパレータと正極電極との位置関係を示す平面図である。
【図６Ｂ】セパレータと正極電極との位置関係を示す平面図である。
【図６Ｃ】セパレータと正極電極との位置関係を示す平面図である。
【図７】図６ＡのＡＡ’に沿った断面図である。
【図８Ａ】セパレータの張り合わせ部分を説明するための説明図である。
【図８Ｂ】セパレータの張り合わせ部分を説明するための説明図である。
【図９Ａ】セパレータの張り合わせ部分を説明するための説明図である。
【図９Ｂ】セパレータの張り合わせ部分を説明するための説明図である。
【図９Ｃ】セパレータの張り合わせ部分を説明するための説明図である。
【図１０】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１１】本発明の実施形態にかかる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】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。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
図４Ａ〜図４Ｅは，正極電極１と負極電極２との位置関係を示すための平面図である。尚，説明の便宜上，図４Ａ〜図４Ｅにおけるセパレータ３の図示は省略されている。
【００２６】
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。
【００２７】
正極電極１は，負極電極２と対向している領域を有する。以下では，正極電極１上において，負極電極２と対向している領域を，対向領域１−３と記載する。
【００２８】
正極集電体１−１は，正極電極１のある辺（第１辺４１）から，対向領域１−３の外側へ向かって延びる正極タブ１１を形成している。正極タブ１１は，正極活物質層１−２が形成されていない部分を有する。但し，正極タブ１１には製造上の都合により，正極活物質層１−２が形成されている。正極タブ１１において正極活物質層１−２の形成された部分を，以下，余剰領域１−５と記載する。
【００２９】
正極電極１と同様に，負極電極２においても，負極集電体２−１から負極タブ２１が対向領域１−２の外側へ向かって延びている。但し，負極タブ２１は，正極タブ１１と負極タブ２１とが重ならないように配置されている。従って，正極タブ１１は負極電極２と対向していない領域を有する。その結果，余剰領域１−５では，負極電極２と非対向である領域を有することにより，既述したように充電時における負極電極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の接触が懸念される。
【００３０】
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５Ａ〜図５Ｃ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を作製するにあたって，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５Ａ〜図５Ｃ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と記載する。
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。
【００３１】
尚，負極電極２も，正極電極１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，所定領域が切断されることによって製造される。
【００３２】
続いて，正極電極１又は負極電極２を被覆するセパレータ３について説明する。
【００３３】
セパレータ３は，正極電極１又は負極電極２を覆うような構造であり，正極電極１と負極電極２の接触を防ぐ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。従って，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としては，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。
【００３４】
図６Ａ〜図６Ｃはセパレータ３の構造を説明するための平面図であり，図７は図６ＡのＡＡ’に沿った断面図である。セパレータ３は，正極電極１又は負極電極２の片面側を覆う第１シート３３と，正極電極１又は負極電極２の裏面側を覆う第２シート３４とを備えている。第１シート３３及び第２シート３４は，その外周部の全周が負極電極２からはみ出している。負極電極２からはみ出した部分では，負極タブ２１と重なっている領域を除いて，第１シート３３と第２シート３４は溶着されている。第１シート３３と第２シート３４との溶着部分は，全域にわたり，空孔の潰された空孔閉塞部３２となっている。一方，負極電極２と対向している部分は，空孔がそのまま残った空孔部となっている。
【００３５】
空孔閉塞部３２は，二枚のシート（３３，３４）を貼り合わせる際に形成される。具体的には，まず，正極電極１又は負極電極２の主面及び裏面側に，多孔性の第１シート３３及び第２シート３４を配置する。そして，第１シート３３及び第２シート３４の外周部同士に熱を加える。これにより，第１シート３３と第２シート３４とが熱溶融して，空孔が閉塞され，空孔閉塞部３２が形成される。
ここで，二枚のシートを熱溶融により接着する場合，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，熱が加えられる。例えば，図８Ａ〜図８Ｂに示されるように，接合部分が網目状となるように，二枚のシートが貼りあわされる。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。
これに対して，本実施形態では，図９Ａ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で，負極電極２に析出した金属がセパレータ３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９Ｂ〜図９Ｃ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。
【００３６】
図６Ａ及び図７に戻り，セパレータ３と正極電極１との位置関係について説明する。セパレータ３は，正極電極１と所定の位置で対向している。ここで，正極電極１とセパレータ３とは，余剰領域１−５が空孔閉塞部３２に重なるように，対向している。
【００３７】
続いて，図１０を参照して，本実施形態の作用について説明する。上述した構成の非水電解質二次電池を充電する時，負極電極２と対向していない余剰領域１−５から，過剰の金属イオンが供給され，負極電極２の端部にリチウムが析出したとする。しかし，余剰領域１−５に対応する位置には空孔閉塞部３２が設けられているので，析出した金属４がセパレータ３を貫通してしまうことがない。空孔閉塞部３２によって金属４を遮断することができ，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。
【００３８】
尚，本実施形態においては，空孔閉塞部３２がセパレータ３の外周部の全周に形成されている場合について説明したが，必ずしも外周部の全周に設けられている必要はなく，正極電極１の余剰領域１−５に対向する位置に設けられていればよい。但し，本実施形態のようにセパレータ３の外周部の全周に空孔閉塞部３２を設ければ，正極電極１５と負極電極２とを積層する際の位置ずれなどにより，余剰領域１−５以外の部分で正極電極１が負極電極２からはみ出したとしても，金属４がセパレータ３を貫通してしまうことを防止できる。
【００３９】
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。
【００４０】
また，本実施形態では，複数のシート状の正極と複数のシート状の負極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，シート状の正極と負極とを重ねて捲回した捲回型の非水電解質二次電池や，シート状の正極と負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。
【００４１】
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１１は，本実施形態で説明したリチウムイオン電池に関する，充電時間と電池温度との関係を示している。一方，図１２は，比較用に作成した非水電解質二次電池に関する，充電時間と電池温度の関係を示している。比較用の非水電解質二次電池としては，図８Ａ〜図８Ｂに示したようにセパレータ３の外周部が間欠的に熱溶着されたものを用いた。その他の点については，本実施形態の非水電解質二次電池と同様である。
【００４２】
図１２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から析出する金属４の発生，負極電極２から析出する金属４の成長及び負極電極２から析出する金属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１１に示される，本実施形態の非水電解質二次電池を用いた実験では，充電を開始しても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の様子を観察したところ，余剰領域１−５に対応する位置でも金属４はセパレータを貫通しておらず，空孔閉塞部３２を設けたことによる効果が確認された。
【符号の説明】
【００４３】
１ 正極電極
１−１ 正極集電体
１−２ 正極活物質層
１−３ 対向領域
１−４ 非対向領域
１−５ 余剰領域
２ 負極電極
２−１ 負極集電体
２−２ 負極活物質層
３ セパレータ
４ 金属
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
３３ 第１シート
３４ 第２シート
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】
リチウムの電析を抑制するための技術が，特許文献１（特開平６−７６８６０号公報）に記載されている。この特許文献１には，正極板の周縁部に対面しているセパレータ部分の孔が潰されていることを特徴とする二次電池が記載されている。これにより，セパレータの膜抵抗が大きくなり，極板周縁部の充放電反応が抑制され，負極におけるリチウムの電析が抑制されると記載されている。
【０００５】
また，特許文献２（特開２００７−２５０３１９号公報）には，電極を覆うセパレータが破断し，内部短絡の生じることのない信頼性に優れた積層型二次電池を提供することを課題とした技術が記載されている。この特許文献２の積層型二次電池においては，正極電極又は負極電極の少なくとも一方が，両面がセパレータで覆われるとともにそのセパレータの正極電極または負極電極の周縁部に対向する部分に空孔閉塞部を有することを特徴としている。その空孔閉塞部は二枚のセパレータを間欠的に溶着接合することで形成され，これによりしわの発生を防いで袋状のセパレータを作成することができることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−７６８６０号公報
【特許文献２】特開２００７−２５０３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。セパレータ１０３としては，非水電解質中の金属イオンが透過できるように，多孔性のものが用いられる。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。
【０００９】
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】
従って，本発明の目的は，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ても，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】
【００１１】
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。
【００１２】
本発明に係る非水電解質二次電池は，負極電極（２）と，空孔を有する多孔性のセパレータ（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。正極電極（１）は，負極電極（２）と対向する対向領域（１−３）と，負極電極（２）と対向しない非対向領域（１−４）とを有する。セパレータ（３）における非対向領域に対応する領域の全域には，空孔が閉塞された空孔閉塞部（３２）が形成されている。
この発明によれば，正極電極（１）と負極電極（２）との積層位置がずれることにより，非対向領域（１−４）が生じても，非対向領域（１−４）から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てしまうことを防止できる。
さらに，非対向領域により負極電極（２）に金属（４）が析出したとしても，空孔閉塞部（３２）により，析出した金属（４）が正極電極（１）側へ達してしまうことが防止される。従って，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。
【００１３】
正極電極（１）は，少なくとも一部の正極集電体（１−１）上に正極活物質層（１−２）が形成された部分である。正極集電体（１−１）は，対向領域（１−３）から対向領域（１−１）の外部に向かって延びる正極タブ（１１）を有している。このとき，非対向領域（１−４）は，正極タブ（１１）における対向領域（１−３）との境界部分に形成され，対向領域（１−３）に確実に正極活物質層（１−２）を設けるためのマージンとして設けられた余剰領域（１−５）である。
正極タブ（１１）にマージンとして正極活物質層（１−２）の形成された部分を設ければ，製造時において，確実に正極活物質層（１−２）を対向領域（１−３）に形成しやすくなる。この余剰領域（１−５）が負極電極（２）と非対向となったとしても，空孔閉塞部（３２）により金属（４）の成長が遮断されるので問題ない。すなわち，電池の発熱を防止することができる。
【００１４】
対向領域（１−３）は矩形状であることが好ましい。
【００１５】
正極電極（１）及び負極電極（２）は，シート状であることが好ましい。
【００１６】
空孔閉塞部（３２）は，正極電極（１）の外周部の全周に対応する位置に設けられていることが好ましい。
この発明によれば，正極電極（１）と負極電極（２）との積層位置がずれることにより，非対向領域（１−４）が生じても，負極電極（２）に析出する金属（４）の成長を遮断することができる。
【００１７】
セパレータ（３）は，正極電極（１）又は負極電極（２）の両面を被覆する袋状であることが好ましい。また，セパレータ（３）は，正極電極（１）又は負極電極（２）の主面側を被覆する第１シート（３３）と，正極電極（１）又は負極電極（２）の裏面側を被覆する第２シート（３４）とを備え，第１シート（３３）と第２シート（３４）とは，袋状となるように外周部同士が溶着されており，空孔閉塞部（３２）は，第１シート（３３）と第２シート（３４）との溶着部分に設けられていることが好ましい。
【００１８】
本発明に係る非水電解質二次電池の製造方法は，正極集電体上（１−１）に，正極活物質層（１−２）を形成する工程と，当該工程の後に，正極活物質層（１−２）と正極集電体（１−１）と正極タブ（１１）とを含む形状に切断して，正極電極（１）を作製する工程と，負極電極（２）を作製する工程と，多孔性のセパレータ（３）の一部に，空孔が閉塞された空孔閉塞部（３２）を形成する工程と，セパレータ（３）を介して正極電極（１）と負極電極（２）とが対向するように積層する工程とを具備する。正極電極（５）を作成製する工程は，第１辺（４１）が正極電極予定部（１２）の端部よりも内側に位置し，正極電極予定部（１２）の端部である第２辺（４２）が正極タブ（１１）を横切るように，切断する工程を含む。積層する工程は，正極タブ（１１）において第１辺（４１）と第２辺（４２）の間に形成される余剰領域（１−５）が空孔閉塞部（３２）と対向するように，正極電極（２）をセパレータ（３）と対向させる工程を含む。
この発明によれば，正極電極（１）を切断し製造することができるので，効率よく生産できる。また，正極タブ予定領域（１３）を第２辺（４２）が横切るように正極集電体（１−１）を切断することにより，切断位置などがずれたとしても，確実に対向予定領域に正極活物質層（１−２）を形成することができる。ここで，確実に対向予定領域に正極活物質層（１−２）が形成される一方，余剰領域（１−５）が負極電極（２）と非対向となるので，金属（４）が析出し易くなる。しかし，余剰領域（１−５）が空孔閉塞部（３２）と対向していることにより，負極電極（２）に析出した金属を空孔閉塞部（３２）により遮断することができ，正極電極（１）と負極電極（２）の内部短絡が防止される。
【００１９】
上記の非水電解質二次電池の製造方法において，対向領域（１−３）は矩形状であることが好ましい。
【００２０】
空孔閉塞部（３２）を形成する工程は，空孔閉塞部（３２）を，正極（１）の外周部の全周に対向する予定の位置に形成する工程を含むことが好ましい。
【００２１】
また，空孔閉塞部（３２）を形成する工程は，正極電極（１）又は負極電極（２）の両面に，セパレータ（３）を，外周部がはみ出すように配置する工程と，セパレータ（３）の外周部を，全域にわたって空孔が閉塞されるように溶着する工程とを含み，積層する工程は，両面にセパレータ（３）が配置された正極電極（１）又は負極電極（２）を，負極電極（２）又は正極電極（１）と積層する工程を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば，正極電極と負極電極との積層位置がずれることにより，非対向領域が生じても，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，及びその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】非対向領域における金属の析出を説明するための説明図である。
【図１Ｂ】非対向領域における金属の析出を説明するための説明図である。
【図１Ｃ】非対向領域における金属の析出を説明するための説明図である。
【図２Ａ】非対向領域における金属の析出を説明するための説明図である。
【図２Ｂ】非対向領域における金属の析出を説明するための説明図である。
【図２Ｃ】非対向領域における金属の析出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】正極電極と負極電極との位置関係を示す平面図である。
【図４Ｂ】正極電極と負極電極との位置関係を示す平面図である。
【図４Ｃ】正極電極と負極電極との位置関係を示す平面図である。
【図４Ｄ】正極電極と負極電極との位置関係を示す平面図である。
【図４Ｅ】正極電極と負極電極との位置関係を示す平面図である。
【図５Ａ】正極電極の製造方法を説明するための説明図である。
【図５Ｂ】正極電極の製造方法を説明するための説明図である。
【図５Ｃ】正極電極の製造方法を説明するための説明図である。
【図６Ａ】セパレータと正極電極との位置関係を示す平面図である。
【図６Ｂ】セパレータと正極電極との位置関係を示す平面図である。
【図６Ｃ】セパレータと正極電極との位置関係を示す平面図である。
【図７】図６ＡのＡＡ’に沿った断面図である。
【図８Ａ】セパレータの張り合わせ部分を説明するための説明図である。
【図８Ｂ】セパレータの張り合わせ部分を説明するための説明図である。
【図９Ａ】セパレータの張り合わせ部分を説明するための説明図である。
【図９Ｂ】セパレータの張り合わせ部分を説明するための説明図である。
【図９Ｃ】セパレータの張り合わせ部分を説明するための説明図である。
【図１０】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１１】本発明の実施形態にかかる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】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。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
図４Ａ〜図４Ｅは，正極電極１と負極電極２との位置関係を示すための平面図である。尚，説明の便宜上，図４Ａ〜図４Ｅにおけるセパレータ３の図示は省略されている。
【００２６】
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。
【００２７】
正極電極１は，負極電極２と対向している領域を有する。以下では，正極電極１上において，負極電極２と対向している領域を，対向領域１−３と記載する。
【００２８】
正極集電体１−１は，正極電極１のある辺（第１辺４１）から，対向領域１−３の外側へ向かって延びる正極タブ１１を形成している。正極タブ１１は，正極活物質層１−２が形成されていない部分を有する。但し，正極タブ１１には製造上の都合により，正極活物質層１−２が形成されている。正極タブ１１において正極活物質層１−２の形成された部分を，以下，余剰領域１−５と記載する。
【００２９】
正極電極１と同様に，負極電極２においても，負極集電体２−１から負極タブ２１が対向領域１−２の外側へ向かって延びている。但し，負極タブ２１は，正極タブ１１と負極タブ２１とが重ならないように配置されている。従って，正極タブ１１は負極電極２と対向していない領域を有する。その結果，余剰領域１−５では，負極電極２と非対向である領域を有することにより，既述したように充電時における負極電極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の接触が懸念される。
【００３０】
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５Ａ〜図５Ｃ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を作製するにあたって，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５Ａ〜図５Ｃ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と記載する。
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。
【００３１】
尚，負極電極２も，正極電極１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，所定領域が切断されることによって製造される。
【００３２】
続いて，正極電極１又は負極電極２を被覆するセパレータ３について説明する。
【００３３】
セパレータ３は，正極電極１又は負極電極２を覆うような構造であり，正極電極１と負極電極２の接触を防ぐ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。従って，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としては，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。
【００３４】
図６Ａ〜図６Ｃはセパレータ３の構造を説明するための平面図であり，図７は図６ＡのＡＡ’に沿った断面図である。セパレータ３は，正極電極１又は負極電極２の片面側を覆う第１シート３３と，正極電極１又は負極電極２の裏面側を覆う第２シート３４とを備えている。第１シート３３及び第２シート３４は，その外周部の全周が負極電極２からはみ出している。負極電極２からはみ出した部分では，負極タブ２１と重なっている領域を除いて，第１シート３３と第２シート３４は溶着されている。第１シート３３と第２シート３４との溶着部分は，全域にわたり，空孔の潰された空孔閉塞部３２となっている。一方，負極電極２と対向している部分は，空孔がそのまま残った空孔部となっている。
【００３５】
空孔閉塞部３２は，二枚のシート（３３，３４）を貼り合わせる際に形成される。具体的には，まず，正極電極１又は負極電極２の主面及び裏面側に，多孔性の第１シート３３及び第２シート３４を配置する。そして，第１シート３３及び第２シート３４の外周部同士に熱を加える。これにより，第１シート３３と第２シート３４とが熱溶融して，空孔が閉塞され，空孔閉塞部３２が形成される。
ここで，二枚のシートを熱溶融により接着する場合，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，熱が加えられる。例えば，図８Ａ〜図８Ｂに示されるように，接合部分が網目状となるように，二枚のシートが貼りあわされる。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。
これに対して，本実施形態では，図９Ａ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で，負極電極２に析出した金属がセパレータ３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９Ｂ〜図９Ｃ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。
【００３６】
図６Ａ及び図７に戻り，セパレータ３と正極電極１との位置関係について説明する。セパレータ３は，正極電極１と所定の位置で対向している。ここで，正極電極１とセパレータ３とは，余剰領域１−５が空孔閉塞部３２に重なるように，対向している。
【００３７】
続いて，図１０を参照して，本実施形態の作用について説明する。上述した構成の非水電解質二次電池を充電する時，負極電極２と対向していない余剰領域１−５から，過剰の金属イオンが供給され，負極電極２の端部にリチウムが析出したとする。しかし，余剰領域１−５に対応する位置には空孔閉塞部３２が設けられているので，析出した金属４がセパレータ３を貫通してしまうことがない。空孔閉塞部３２によって金属４を遮断することができ，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。
【００３８】
尚，本実施形態においては，空孔閉塞部３２がセパレータ３の外周部の全周に形成されている場合について説明したが，必ずしも外周部の全周に設けられている必要はなく，正極電極１の余剰領域１−５に対向する位置に設けられていればよい。但し，本実施形態のようにセパレータ３の外周部の全周に空孔閉塞部３２を設ければ，正極電極１５と負極電極２とを積層する際の位置ずれなどにより，余剰領域１−５以外の部分で正極電極１が負極電極２からはみ出したとしても，金属４がセパレータ３を貫通してしまうことを防止できる。
【００３９】
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。
【００４０】
また，本実施形態では，複数のシート状の正極と複数のシート状の負極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，シート状の正極と負極とを重ねて捲回した捲回型の非水電解質二次電池や，シート状の正極と負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。
【００４１】
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１１は，本実施形態で説明したリチウムイオン電池に関する，充電時間と電池温度との関係を示している。一方，図１２は，比較用に作成した非水電解質二次電池に関する，充電時間と電池温度の関係を示している。比較用の非水電解質二次電池としては，図８Ａ〜図８Ｂに示したようにセパレータ３の外周部が間欠的に熱溶着されたものを用いた。その他の点については，本実施形態の非水電解質二次電池と同様である。
【００４２】
図１２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から析出する金属４の発生，負極電極２から析出する金属４の成長及び負極電極２から析出する金属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１１に示される，本実施形態の非水電解質二次電池を用いた実験では，充電を開始しても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の様子を観察したところ，余剰領域１−５に対応する位置でも金属４はセパレータを貫通しておらず，空孔閉塞部３２を設けたことによる効果が確認された。
【符号の説明】
【００４３】
１ 正極電極
１−１ 正極集電体
１−２ 正極活物質層
１−３ 対向領域
１−４ 非対向領域
１−５ 余剰領域
２ 負極電極
２−１ 負極集電体
２−２ 負極活物質層
３ セパレータ
４ 金属
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
３３ 第１シート
３４ 第２シート
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，空孔を有する多孔性の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と，前記負極活物質層と対向しない非対向領域とを有し，
前記セパレータにおける前記非対向領域に対応する領域の全域は，前記空孔が閉塞された空孔閉塞部が形成されている
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が前記対向領域である，
非水電解質二次電池。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載された非水電解質二次電池であって，
前記負極電極は矩形状であり，前記対向領域は矩形状である，
非水電解質二次電池。
【請求項４】
請求項１又は請求項２又は請求項３に記載された非水電解質二次電池であって，
前記正極集電体及び前記負極集電体は，シート状である
非水電解質二次電池。
【請求項５】
請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４に記載された非水電解質二次電池であって，
前記空孔閉塞部は，前記正極電極の外周部と対向している前記セパレータの全周に対応する位置に設けられている
非水電解質二次電池。
【請求項６】
請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４又は請求項５に記載された非水電解質二次電池であって，
前記セパレータは，前記正極電極又は前記負極電極の両面を被覆する袋状である
非水電解質二次電池。
【請求項７】
請求項６に記載された非水電解質二次電池であって，
前記セパレータは，前記正極電極の主面側を被覆する第１シートと，前記正極電極の裏面側を被覆する第２シートとを備え，
前記第１シートと前記第２シートとは，袋状となるように外周部同士が溶着されており，
前記空孔閉塞部は，前記第１シートと前記第２シートとの溶着部分に設けられている
非水電解質二次電池。
【請求項８】
請求項６に記載された非水電解質二次電池であって，
前記セパレータは，前記負極電極の主面側を被覆する第１シートと，前記負極電極の裏面側を被覆する第２シートとを備え，
前記第１シートと前記第２シートとは，袋状となるように外周部同士が溶着されており，
前記空孔閉塞部は，前記第１シートと前記第２シートとの溶着部分に設けられている
非水電解質二次電池。
【請求項９】
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，前記正極活物質層と前記正極集電体と正極タブとを含む形状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をと含む形状に切断して負極電極を作製する工程と，
多孔性のセパレータの一部に，空孔が閉塞された空孔閉塞部を形成する工程と，
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，
前記積層する工程は，前記正極活物質層の端部を含む周縁部が前記空孔閉塞部と対向するように，前記正極電極を前記セパレータと対向させる工程を含む
非水電解質二次電池の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載された非水電解質二次電池の製造方法であって，
前記負極は矩形状であり，前記対向領域は矩形状である
非水電解質二次電池の製造方法。
【請求項１１】
請求項９又は請求項１０に記載された非水電解質二次電池の製造方法であって，
前記空孔閉塞部を形成する工程は，前記空孔閉塞部を，前記正極電極の外周部の全周に対向する予定の位置に形成する工程を含む
非水電解質二次電池の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載された非水電解質二次電池の製造方法であって，
前記空孔閉塞部を形成する工程は，
前記正極電極の両面に，前記セパレータを，外周部がはみ出すように配置する工程と，
前記セパレータの外周部を，外周部の全域にわたって空孔が閉塞されるように溶着する工程とを含み，
前記積層する工程は，両面に前記セパレータが配置された前記正極電極を，前記負極電極と積層する工程を含む
非水電解質二次電池の製造方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載された非水電解質二次電池の製造方法であって，
前記空孔閉塞部を形成する工程は，
前記負極電極の両面に，前記セパレータを，外周部がはみ出すように配置する工程と，
前記セパレータの外周部を，外周部の全域にわたって空孔が閉塞されるように溶着する工程とを含み，
前記積層する工程は，両面に前記セパレータが配置された前記負極電極を，前記正極電極と積層する工程を含む
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，空孔を有する多孔性の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と，前記負極活物質層と対向しない非対向領域とを有し，
前記セパレータにおける前記非対向領域に対応する領域の全域は，前記空孔が閉塞された空孔閉塞部が形成されている
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が前記対向領域である，
非水電解質二次電池。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載された非水電解質二次電池であって，
前記負極電極は矩形状であり，前記対向領域は矩形状である，
非水電解質二次電池。
【請求項４】
請求項１又は請求項２又は請求項３に記載された非水電解質二次電池であって，
前記正極集電体及び前記負極集電体は，シート状である
非水電解質二次電池。
【請求項５】
請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４に記載された非水電解質二次電池であって，
前記空孔閉塞部は，前記正極電極の外周部と対向している前記セパレータの全周に対応する位置に設けられている
非水電解質二次電池。
【請求項６】
請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４又は請求項５に記載された非水電解質二次電池であって，
前記セパレータは，前記正極電極又は前記負極電極の両面を被覆する袋状である
非水電解質二次電池。
【請求項７】
請求項６に記載された非水電解質二次電池であって，
前記セパレータは，前記正極電極の主面側を被覆する第１シートと，前記正極電極の裏面側を被覆する第２シートとを備え，
前記第１シートと前記第２シートとは，袋状となるように外周部同士が溶着されており，
前記空孔閉塞部は，前記第１シートと前記第２シートとの溶着部分に設けられている
非水電解質二次電池。
【請求項８】
請求項６に記載された非水電解質二次電池であって，
前記セパレータは，前記負極電極の主面側を被覆する第１シートと，前記負極電極の裏面側を被覆する第２シートとを備え，
前記第１シートと前記第２シートとは，袋状となるように外周部同士が溶着されており，
前記空孔閉塞部は，前記第１シートと前記第２シートとの溶着部分に設けられている
非水電解質二次電池。
【請求項９】
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，前記正極活物質層と前記正極集電体と正極タブとを含む形状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をと含む形状に切断して負極電極を作製する工程と，
多孔性のセパレータの一部に，空孔が閉塞された空孔閉塞部を形成する工程と，
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，
前記積層する工程は，前記正極活物質層の端部を含む周縁部が前記空孔閉塞部と対向するように，前記正極電極を前記セパレータと対向させる工程を含む
非水電解質二次電池の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載された非水電解質二次電池の製造方法であって，
前記負極は矩形状であり，前記対向領域は矩形状である
非水電解質二次電池の製造方法。
【請求項１１】
請求項９又は請求項１０に記載された非水電解質二次電池の製造方法であって，
前記空孔閉塞部を形成する工程は，前記空孔閉塞部を，前記正極電極の外周部の全周に対向する予定の位置に形成する工程を含む
非水電解質二次電池の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載された非水電解質二次電池の製造方法であって，
前記空孔閉塞部を形成する工程は，
前記正極電極の両面に，前記セパレータを，外周部がはみ出すように配置する工程と，
前記セパレータの外周部を，外周部の全域にわたって空孔が閉塞されるように溶着する工程とを含み，
前記積層する工程は，両面に前記セパレータが配置された前記正極電極を，前記負極電極と積層する工程を含む
非水電解質二次電池の製造方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載された非水電解質二次電池の製造方法であって，
前記空孔閉塞部を形成する工程は，
前記負極電極の両面に，前記セパレータを，外周部がはみ出すように配置する工程と，
前記セパレータの外周部を，外周部の全域にわたって空孔が閉塞されるように溶着する工程とを含み，
前記積層する工程は，両面に前記セパレータが配置された前記負極電極を，前記正極電極と積層する工程を含む
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４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【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４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２０４３３５（Ｐ２０１２−２０４３３５Ａ）
【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２０１１−７１１５５（Ｐ２０１１−７１１５５）
【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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