JP6610692B2

JP6610692B2 - 電極及び蓄電素子

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Publication number: JP6610692B2
Application number: JP2018045478A
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Inventors: 真一朗筧
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Publication date: 2019-11-27
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Description

本発明は、電極及び蓄電素子に関する。

蓄電素子は、携帯電話、ノートパソコン等のモバイル機器やハイブリットカー等の動力源としても広く用いられている。これらの分野の発展と共に、蓄電素子の様々な性能を高めることが求められている。

蓄電素子は、正極と負極とがキャリア及び電子を授受することで動作する。正極と負極とが短絡すると、蓄電素子は正常に動作しなくなる。蓄電素子において、正極と負極との間の短絡を防ぐ方法が求められている。

特許文献１には、正極の一側縁に沿って形成された金属露出部に絶縁層を形成し、絶縁層の側縁が負極活物質層及びセパレータより突出したリチウムイオン二次電池が記載されている。

また特許文献２には、正極活物質層又は負極活物質層の側面が絶縁性部材でコーティングされた非水系二次電池が記載されている。

特開２０１１−２１６４０３号公報国際公開第９８／３８６８８号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の蓄電素子は、集電体の側面が露出している。端部に外力が加わった際に、対向する電極の一部が屈曲し、露出する集電体の側面と接触し、短絡する恐れがある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、短絡を抑制できる電極及びこの電極を備えた蓄電素子を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

（１）第１の態様にかかる電極は、集電体と、前記集電体の少なくとも一面に形成された活物質層と、前記活物質層の端部に位置する絶縁層と、を備え、前記絶縁層は、前記集電体が延在する面内方向に前記集電体より突出している。

（２）上記態様にかかる電極において、前記絶縁層の前記集電体に対する突出量が、前記絶縁層の厚みの５倍以下であってもよい。

（３）上記態様にかかる電極において、前記絶縁層の厚みが、前記集電体の厚みの０．０２倍以上２０倍以下であってもよい。

（４）上記態様にかかる電極において、前記絶縁層の前記集電体に対する突出量が、前記絶縁層の幅の半分以下であってもよい。

（５）上記態様にかかる電極において、前記絶縁層は無機絶縁材料とバインダーとを備え、前記バインダーは、前記活物質層に含まれるバインダーと同一であってもよい。

（６）上記態様にかかる電極において、前記集電体の両面に前記活物質層及び前記絶縁層を備え、前記集電体の第１面側の第１絶縁層と、前記第１面と対向する第２面側の第２絶縁層とが、前記集電体の延在面を境に分離されていてもよい。

（７）第２の態様にかかる蓄電素子は、正極と、前記正極に対向する負極と、これらに含浸された電解液と、を含む蓄電素子であって、前記正極または前記負極が第１の態様にかかる電極である。

上記態様にかかる電極を用いた電極は、蓄電素子の短絡を抑制する。

第１実施形態にかかる電極の断面模式図である。走査型電子顕微鏡を用いて第１実施形態にかかる電極の端部近傍を測定した断面模式図である。第２実施形態にかかる蓄電素子の断面模式図である。第２実施形態にかかる蓄電素子を展開した模式図である。第１実施形態にかかる電極の作製方法を説明するための模式図である。

以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

「第１実施形態」
（電極）
図１は、第１実施形態にかかる電極の断面模式図である。図１に示す電極１は、集電体２と活物質層４と絶縁層６とを備える。図１に示す電極１は、蓄電素子の正極として用いられてもよく、負極として用いられてもよく、正極及び負極の両方として用いられてもよい。

［集電体］
集電体２は、導電性の箔である。集電体２は、放電時には活物質層４で発生した電子を外部に出力し、充電時は電子を活物質層４に伝導する。集電体２には、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル箔の金属薄板を用いることができる。集電体２が負極集電体の場合は、リチウムと合金化しにくい銅の金属薄板を用いることが好ましい。

集電体２の厚みｔ２は、５μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。集電体２が正極集電体の場合は、厚みｔ２は１０μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましく、集電体２が負極集電体の場合は、厚みｔ２は８μｍ以上１２μｍ以下であることが好ましい。集電体２の厚みが薄いと集電体２の強度が低下する。集電体２の厚みが厚いと電極１を有する蓄電素子の体積当たりの容量が低下する。

［活物質層］
活物質層４は、集電体２の少なくとも一面に形成されている。図１に示す活物質層４は、集電体２の両面に形成されている。集電体２の両面に活物質層４が存在すると、両面に対向する電極を配置することができ、エネルギー密度の高い蓄電素子を得ることができる。

活物質層４の厚みｔ４は、蓄電素子に求められる性能に応じて設計される。例えば、活物質層４の厚みは、１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。

活物質層４は活物質を含み、必要に応じて導電助剤、バインダーを含む。

＜活物質＞
活物質層４が正極活物質層である場合、正極活物質層に用いる正極活物質は、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入（インターカレーション）、又は、リチウムイオンとリチウムイオンのカウンターアニオン（例えば、ＰＦ_６ ⁻）とのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能な活物質を用いることができる。

例えば、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ_２）、リチウムマンガンスピネル（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）、及び、一般式：ＬｉＮｉ_ｘＣｏ_ｙＭｎ_ｚＭ_ａ２（ｘ＋ｙ＋ｚ＋ａ＝１、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、０≦ａ＜１、ＭはＡｌ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒより選ばれる１種類以上の元素）で表される複合金属酸化物、リチウムバナジウム化合物（ＬｉＶ_２Ｏ_５）、オリビン型ＬｉＭＰＯ_４（ただし、Ｍは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｚｒより選ばれる１種類以上の元素又はＶＯを示す）、チタン酸リチウム（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２）、ＬｉＮｉ_ｘＣｏ_ｙＡｌ_ｚＯ_２（０．９＜ｘ＋ｙ＋ｚ＜１．１）等の複合金属酸化物、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセンなどが挙げられる。

活物質層４が負極活物質層である場合、負極活物質は、公知の非水電解液二次電池に用いられる負極活物質を使用できる。負極活物質としては、例えば、金属リチウム等のアルカリ又はアルカリ土類金属、イオンを吸蔵・放出可能な黒鉛（天然黒鉛、人造黒鉛）、カーボンナノチューブ、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温度焼成炭素等の炭素材料、アルミニウム、シリコン、スズ等のリチウム等の金属と化合することのできる金属、ＳｉＯ_ｘ（０＜ｘ＜２）、二酸化スズ等の酸化物を主体とする非晶質の化合物、チタン酸リチウム（Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２）等を含む粒子が挙げられる。

＜導電助剤＞
導電助剤としては、例えば、カーボンブラック類等のカーボン粉末、カーボンナノチューブ、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、ＩＴＯ等の導電性酸化物等を用いることができる。これらの中でも、カーボンブラック等の炭素材料が好ましい。活物質材料のみで十分な導電性を確保できる場合は、導電助剤を含んでいなくてもよい。

＜バインダー＞
バインダーは、公知のものを用いることができる。例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等のフッ素樹脂、が挙げられる。

上記の他に、バインダーとして、例えば、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＨＦＰ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＨＦＰ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＰ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＰ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＰＦＭＶＥ−ＴＦＥ系フッ素ゴム）、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム（ＶＤＦ−ＣＴＦＥ系フッ素ゴム）等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴムを用いてもよい。

また、バインダーとして電子伝導性の導電性高分子やイオン伝導性の導電性高分子を用いてもよい。電子伝導性の導電性高分子としては、例えば、ポリアセチレン等が挙げられる。この場合は、バインダーが導電助剤の機能も発揮するので導電助剤を添加しなくてもよい。イオン伝導性の導電性高分子としては、例えば、リチウムイオン等のイオンの伝導性を有するものを使用することができ、例えば、高分子化合物（ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物、ポリフォスファゼン等）のモノマーと、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＰＦ_６等のリチウム塩又はリチウムを主体とするアルカリ金属塩と、を複合化させたもの等が挙げられる。複合化に使用する重合開始剤としては、例えば、上記のモノマーに適合する光重合開始剤または熱重合開始剤が挙げられる。

活物質層４が負極活物質層の場合は、バインダーとして、例えば、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂等を用いてもよい。

正極活物質層における正極活物質の構成比率は、質量比で８０％以上９０％以下であることが好ましい。また正極活物質層における導電助剤の構成比率は、質量比で０．５％以上１０％以下であることが好ましく、正極活物質層におけるバインダーの構成比率は、質量比で０．５％以上１０％以下であることが好ましい。

負極活物質層における負極活物質の構成比率は、質量比で７０％以上９９％以下であることが好ましく、９０％以上９８％以下であることがより好ましい。また負極活物質層における導電助剤の構成比率は、質量比で０％以上２０％以下であることが好ましく、負極活物質層におけるバインダーの構成比率は、質量比で１％以上３０％以下であることが好ましい。

活物質層４における活物質とバインダーの含有量が上記範囲であれば、活物質層の強度を保ちつつ、エネルギー密度の高い蓄電素子を得ることができる。

［絶縁層］
絶縁層６は、活物質層４の端部に位置する。絶縁層６が活物質層４の端部を覆うことで、蓄電素子において他の電極と短絡を抑制する。

絶縁層６は、活物質層４を平面視した際に、少なくとも一辺に形成されていればよく、４辺すべてに形成されていてもよい。絶縁層６は、端子が接続される側の辺に少なくとも形成されていることが好ましい。端子は電極１の側面から突出しており、他の電極と接触しやすい。端子が接続された辺の絶縁性を高めることでより短絡を防ぐことができる。

図２は、走査型電子顕微鏡を用いて第１実施形態にかかる電極の端部近傍を測定した断面模式図である。図２に示すように、絶縁層６は、集電体２が延在する面内方向に集電体２より突出している。絶縁層６が集電体２より突出していると、他の導体は電極１の端部においてまず絶縁層６と接触し、集電体２と他の導体とが電気的に接続されることを抑制する。蓄電素子においては、他の導体が他の電極にあたり、他の電極との短絡が抑制される。

絶縁層６の厚みｔ６は、活物質層４の厚みｔ４以下であることが好ましく、集電体２の厚みｔ２の０．０２倍以上２０倍以下であることがより好ましく、０．１倍以上１０倍以下であることがさらに好ましく、０．５倍以上２．５倍以下であることが特に好ましい。具体的には、絶縁層６の厚みｔ６は、１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下５０μｍ以下であることが好ましい。

活物質層４は製造時に圧延される場合があり、絶縁層６の厚みｔ６が活物質層４より厚いと、圧延時に用いるカレンダーロールの傷、破損の原因となりうる。また絶縁層６の厚みが厚すぎると曲げ等の形状変化に対応しにくくなり、絶縁層６の厚みが薄すぎると突出部が破損しやすくなる。

絶縁層６の幅ｄ６は、蓄電素子において後述するセパレータの厚みの半分以下であることが好ましい。絶縁層６の幅ｄ６は、具体的には、５μｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。

蓄電素子において短絡は、隣接する電極が電極１における活物質層４又は集電体２と接触することで生じる。絶縁層６の幅ｄ６が狭いと、隣接する電極と活物質層４とが電気的に接続する可能性が高まる。これに対し、絶縁層６の幅ｄ６が広いと、発電に寄与しない部分の面積が大きくなり、体積当たり又は重量当たりの容量が低下する。

絶縁層６の集電体２に対する突出量ｄは、絶縁層６の厚みｔ６の５倍以下であることが好ましく、絶縁層６の厚みｔ６の２倍以下であることより好ましい。また絶縁層の集電体２に対する突出量ｄは、絶縁層６の幅ｄ６の半分以下であることが好ましい。絶縁層６の突出量ｄが大きすぎると、外力等が加わった際に突出部が破損したり、絶縁層６が剥離する可能性が高まる。また絶縁層６の突出量ｄが大きすぎると、発電に寄与しない部分の面積が大きくなり、体積当たり又は重量当たりの容量が低下する。

図２に示すように絶縁層６の端部６ａは、湾曲していることが好ましい。絶縁層６の突出部に局所的に強い外力が加わることを抑制し、突出部の破損を抑制できる。

また図２に示すように、集電体２の第１面２ａ側の第１絶縁層６Ａと、第１面２ａと対向する第２面２ｂ側の第２絶縁層６Ｂとが、集電体２の延在面を境に分離されていてもよい。第１絶縁層６Ａと第２絶縁層６Ｂとの間に空間があると、電極１に外力が加わった際に、第１絶縁層６Ａ及び第２絶縁層６Ｂが動くことができ、第１絶縁層６Ａ及び第２絶縁層６Ｂの破損を抑制できる。

絶縁層６は、絶縁性を有する材料により構成される。例えば、上述のバインダーと同様のもの、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ゴム等を用いることができる。絶縁層６は、バインダーに無機絶縁材料が混合されたものであることが好ましい。無機絶縁材料を混合することで、絶縁層６の強度を高めることができる。

バインダーは、上記の活物質層に用いられるバインダーと同種であることが好ましく、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いることが特に好ましい。

無機絶縁材料は、酸化物を用いることができる。具体的には、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、ベーマイト（ＡｌＯＯＨ）、炭化カルシウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム等を用いることができる。ベーマイト（ＡｌＯＯＨ）は、安価、塗料の粘度管理が容易、粒子の粒度が均一である、絶縁層６の硬度を適度に調整できる等の特徴を有し、絶縁層６に好適に用いることができる。

無機絶縁材料の粒子径は絶縁層６の厚み以下であり、直径０．０５μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。無機絶縁材料の粒子径が当該範囲であれば、絶縁層６を塗工する際の塗膜の粘度を調整しやすい。

絶縁層６におけるバインダーの混合比は、活物質層４におけるバインダーの混合比より高いことが好ましい。絶縁層６におけるバインダーの混合比は、絶縁層６の０．１％以上２０％以下であることが好ましく、５％以上１５％以下であることがより好ましい。バインダーの混合比及びバインダーの種類によって絶縁層の強度を調整できる。バインダーの強度を確保することで、外力による突出部の破損を抑制できる。絶縁層６におけるバインダーの混合比が１５％を超えると、絶縁層６への強度はあまり変化しなくなる。

上述のように、本実施形態にかかる電極は絶縁層を有し、絶縁層が面内方向に集電体より突出している。絶縁層が導電性を有する活物質層４の側面を覆い、集電体の端部に覆いかぶさることで、電極端部からの短絡を抑制できる。

「第２実施形態」
（蓄電素子）
図３は、第２実施形態にかかる蓄電素子１００の断面模式図である。図３は、端子が延在する方向と直交する面で蓄電素子１００を切断した断面である。図３に示す蓄電素子１００は、発電部４０と外装体５０とを備える。発電部４０には電解液が含浸されている。外装体５０は、電解液が外部に漏洩すること、及び、外部の空気及び水分が発電部４０に至ることを防ぐ。

［発電部］
発電部４０は、正極１０と負極２０とセパレータ３０とを有する。発電部４０は、正極１０と負極２０との間にセパレータ３０を挟んで、巻回された捲回体である。発電部４０は、正極１０と負極２０とがセパレータ３０を挟んで交互に積層された積層体でもよい。

正極１０と負極２０の少なくとも一方には、第１実施形態にかかる電極を用いることができる。以下、正極１０が第１実施形態にかかる電極の場合について例示して説明する。図４は、第２実施形態にかかる蓄電素子を展開した模式図である。図４に示すように、発電部４０は、負極２０、セパレータ３０、正極１０、セパレータ３０の順に積層された積層体が第１端部を軸に巻回されている。

＜正極＞
正極１０は、正極集電体と、正極集電体上に設けられた正極活物質層１４と、正極活物質層１４の端部に位置する絶縁層１６とを備える。正極１０の正極集電体には、正極端子１５が接続されている。具体的な正極集電体、正極活物質層、及び絶縁層は、上述した通りである。

＜負極＞
負極２０は、負極集電体と、負極集電体の上に設けられた負極活物質層とを有する。負極２０の負極集電体には、負極端子２５が接続されている。具体的な負極集電体及び負極活物質層は、上述した通りである。

＜セパレータ＞
セパレータ３０は、電気絶縁性の多孔質構造から形成されていればよく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリオレフィンからなるフィルムの単層体、積層体や上記樹脂の混合物の延伸膜、或いはセルロース、ポリエステル及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも１種の構成材料からなる繊維不織布が挙げられる。

発電部４０の巻軸方向には、正極端子１５及び負極端子２５が延在する。正極端子１５及び負極端子２５の一端を外装体５０の外部に引き出す際に、正極端子１５及び負極端子２５は延在方向と直交する力に外力を受ける。正極端子１５及び負極端子２５は、外力が加えられた方向に変形し、巻回された正極１０又は負極２０と近接する。本実施形態にかかる蓄電素子１００は、絶縁層１６を備える正極１０を有するため、正極端子１５又は負極端子２５が、巻回された正極１０又は負極２０と短絡することが防止される。

［外装体］
外装体５０は、その内部に発電部４０及び電解液を密封するものである。外装体５０は、電解液の外部への漏出や、外部からの電池内部への水分等の侵入等を抑止するものである。

外装体５０は、例えば金属層の両面を樹脂層で被覆したものを用いることができる。発電部４０側の樹脂層には、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを使用できる。金属層には、アルミニウム、ステンレス等を使用できる。外表面側の樹脂層には、融点の高い高分子、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアミド（ＰＡ）等を使用できる。

［電解液］
電解液は、発電部４０内に含浸される。電解液には、リチウム塩等を含む電解質溶液（電解質水溶液、有機溶媒を使用する非水系電解質溶液）を使用することができる。

非水電解質溶液は、非水溶媒に電解質が溶解されており、非水溶媒として環状カーボネートと、鎖状カーボネートと、を含有してもよい。

環状カーボネートとしては、電解質を溶媒和することができるものを用いることができる。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びブチレンカーボネートなどを用いることができる。

鎖状カーボネートは、環状カーボネートの粘性を低下させることができる。例えば、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートが挙げられる。その他、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、γ−ブチロラクトン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタンなどを混合して使用してもよい。

非水溶媒中の環状カーボネートと鎖状カーボネートの割合は体積にして１：９〜１：１にすることが好ましい。

電解質としては、例えば、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣＦ_３ＣＦ_２ＳＯ_３、ＬｉＣ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_３、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＣＦ_２ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）（Ｃ_４Ｆ_９ＳＯ_２）、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＣＦ_２ＣＯ）_２、ＬｉＢＯＢ等のリチウム塩が使用できる。なお、これらのリチウム塩は１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。特に、電離度の観点から、ＬｉＰＦ_６を含むことが好ましい。

ＬｉＰＦ_６を非水溶媒に溶解する際は、非水電解質溶液中の電解質の濃度を、０．５〜２．０ｍｏｌ／Ｌに調整することが好ましい。電解質の濃度が０．５ｍｏｌ／Ｌ以上であると、非水電解液のリチウムイオン濃度を充分に確保することができ、充放電時に十分な容量が得られやすい。また、電解質の濃度が２．０ｍｏｌ／Ｌ以内に抑えることで、非水電解液の粘度上昇を抑え、リチウムイオンの移動度を充分に確保することができ、充放電時に十分な容量が得られやすくなる。

ＬｉＰＦ_６をその他の電解質と混合する場合にも、非水電解液中のリチウムイオン濃度が０．５〜２．０ｍｏｌ／Ｌに調整することが好ましく、ＬｉＰＦ_６からのリチウムイオン濃度がその５０ｍｏｌ％以上含まれることがさらに好ましい。

［蓄電素子の作製方法］
図３に示す蓄電素子の製造方法の具体例について説明する。まず絶縁層１６を備える正極１０を作製する。図５は、第１実施形態にかかる電極の作製方法を説明するための模式図である。

正極活物質、バインダー及び溶媒を混合して、正極活物質層１４となる正極塗料を作製する。必要に応じ導電助剤を更に加えても良い。溶媒としては例えば、水、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等を用いることができる。正極活物質、導電助剤、バインダーの構成比率は、質量比で８０ｗｔ％〜９０ｗｔ％：０．１ｗｔ％〜１０ｗｔ％：０．１ｗｔ％〜１０ｗｔ％であることが好ましい。これらの質量比は、全体で１００ｗｔ％となるように調整される。塗料を構成するこれらの成分の混合方法は特に制限されず、混合順序もまた特に制限されない。

また無機絶縁材料、バインダー及び溶媒を混合して、絶縁層１６となる絶縁塗料を作製する。溶媒としては例えば、水、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等を用いることができる。無機絶縁材料、バインダーの構成比率は、質量比で８０ｗｔ％〜９９．９ｗｔ％：０．１ｗｔ％〜２０ｗｔ％であることが好ましい。これらの質量比は、全体で１００ｗｔ％となるように調整される。塗料を構成するこれらの成分の混合方法は特に制限されず、混合順序もまた特に制限されない。

上記正極塗料及び絶縁塗料を、正極集電体１２に塗布する。塗布方法としては、特に制限はなく、通常電極を作製する場合に採用される方法を用いることができる。例えば、スリットダイコート法、ドクターブレード法、インクジェット法が挙げられる。絶縁塗料は正極塗料の外側になるように塗り分ける。

次いで、正極集電体１２上に塗布された塗料中の溶媒を除去する。除去方法は特に限定されない。例えば、塗料が塗布された正極集電体１２を、８０℃〜１５０℃の雰囲気下で乾燥させる。最後に必要に応じて圧延する。そして、正極集電体１２上に、正極活物質層１４及び絶縁層１６が積層された積層体１８が得られる。

次いで、積層体１８を図５に示す点線に沿ってカットする。点線に沿うカットは、レーザーを用いて行う。レーザーの種類は特に問わず、ファイバーレーザー、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム、ガーネット）レーザー、ＹＶＯ４（イットリウム・四酸化バナジウム）レーザー等を用いることができる。

絶縁層１６と正極集電体１２とはレーザーの吸収率が異なる。レーザーが照射された部分における正極集電体１２は蒸発し、絶縁層１６はそのまま残る。その結果、図２に示すように、正極集電体１２が延在する面内方向に絶縁層１６が正極集電体１２より突出する。

このような工程を経ることで、第１実施形態にかかる電極（正極）が作製される。ここでは簡便に作製できるレーザーを用いた方法について説明したが、第１実施形態にかかる電極の製造方法は当該方法に限られるものではない。

例えば、積層体１８を図５に示す点線に沿ってシャーカット又は打ち抜きで切り出し、その端部をエッチングすることで、絶縁層を集電体より突出させてもよい。また例えば、積層体１８を図５に示す点線に沿ってシャーカット又は打ち抜きで、端部における集電体の露出面をマスクしたのち、絶縁層を気相で積層してもよい。

次いで負極２０を作製する。負極２０は、正極１０と活物質となる物質が異なるだけであり、同様の製造方法で作製できる。負極２０が絶縁層を有さない場合は、絶縁塗料を塗布せずに、負極塗料のみを負極集電体上に塗布する。

準備した正極１０、負極２０及びセパレータ３０を、図４に示すように負極２０、セパレータ３０、正極１０、セパレータ３０の順に積層し、一端側を軸として、これらを捲回する。

最後に、作製した発電部４０を外装体５０に封入し、電解液を外装体５０内に注入する。このような工程を経ることで、第２実施形態にかかる蓄電素子１００が得られる。

上述のように、第２実施形態にかかる蓄電素子１００は、第１実施形態にかかる電極１を備えるため、短絡を抑制できる。

以上、本実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。

「実施例１」
（正極の作製）
正極活物質には、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）を用いた。この正極活物質を１．９０質量部と、アセチレンブラックを５質量部と、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を５質量部と、をＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）中に分散させ、正極塗料を作製した。

また直径２μｍのベーマイト（ＡｌＯＯＨ）とＰＶＤＦとを８８：１２の混合比で混合し、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）中に分散させ、絶縁塗料を作製した。

作製した正極塗料と絶縁塗料とを厚み１５μｍのアルミニウム箔の両面に塗工し、温度１４０℃で３０分間乾燥した。

次に、ロールプレス装置を用いて線圧１０００ｋｇｆ／ｃｍでプレス処理し、正極のロールを得た。そして、正極のロールから図５に示すようにレーザーで正極を切り出した。レーザーは、エス・ピー・アイーレーザーズ社製のファイバーレーザー（ＥＰＺ１０６０−１００）を用いた。レーザーの条件は、出力８０Ｗ、出力波長１０６３ｎｍ、パルス幅１５ｎｓｅｃ、繰り返し周波数５００ｋＨｚ、ビーム径３０μｍ、加工速度０．５ｍ／ｓｅｃとした。

レーザーで切り出された正極の端部は図１に示す形状となった。絶縁層の厚みｔ６は１０μｍ、絶縁層の突出量ｄは２０μｍ、絶縁層の幅ｄ６は８００μｍ、活物質層の厚みｔ４は７０μｍであった。

（負極の作製）
天然黒鉛粉末（負極活物質）を９０質量部と、ＰＶＤＦを１０質量部とを、ＮＭＰ中に分散させてスラリーを調製した。得られたスラリーを厚さ１５μｍの銅箔上に塗工した。その後温度１４０℃で３０分間減圧乾燥した。

次いで、ロールプレス装置を用いてプレス処理することにより、負極ロールを得た。負極ロールから一端側に１０ｍｍ角のタブ溶接箇所を有する負極を切り出した。

（セパレータの準備）
膜厚２０μｍのポリエチレン微多孔膜（空孔率：４０％、シャットダウン温度：１３４℃）を用意した。このセパレータを長さ８１ｍｍ、幅７２ｍｍに切り出した。

（発電部の作製）
図４に示すように、正極、セパレータ、負極、セパレータを順に積層し、一端を軸に巻回した。

（非水電解液）
電解質としてエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合溶媒に、ＬｉＰＦ_６を１．０ｍｏｌ／Ｌとなるように溶解させた非水電解質溶液を用意した。混合溶媒におけるＥＣとＤＥＣとの体積比は、ＥＣ：ＤＥＣ＝３０：７０とした。

（電池の作製）
発電部を非水電解液と共にアルミラミネートに封入し、実施例１の電池セルを作製した。

「実施例２〜８」
実施例２〜８は、正極集電体の厚みｔ２、絶縁層の厚みｔ６、絶縁層の突出量ｄを変更した点が実施例１と異なる。その他の条件は、実施例１と同様にした。正極集電体の厚みｔ２は、準備する正極集電体を変えることで変更した。絶縁層の厚みｔ６は、絶縁塗料の塗工量を変えることで変更した。絶縁層の突出量ｄは、レーザーの照射範囲を変えることで変更した。

「比較例１」
正極ロールから正極を切り出す際に、レーザーを用いずにシャーカットを用いた点が実施例１と異なる。その他の条件は、実施例１と同様にした。シャーカットは切断面が揃うため、絶縁層の突出量ｄは０であった。

（Ｋ−Ｖａｌｕｅ歩留まり測定）
実施例及び比較例で作製したリチウムイオン二次電池について、Ｋ−Ｖａｌｕｅ歩留まり測定を行った。まず２５℃の環境下で０．５Ｃで３．９Ｖまで定電流定電圧で充電した。ついで、充電したサンプルを６０時間放置した。そして、放置後の充電電圧降下が、０．０２４ｍＶ／ｈ以上、すなわち０．０２４ｍＶ／ｈ×６０ｈ＝１．４４ｍＶ以上となったサンプルを不良品として歩留まりをもとめた。Ｋ−Ｖａｌｕｅ歩留まりは、５００サンプルの試験結果であり、良品率として示す。その結果を表１にまとめた。

１電極
２集電体
２ａ第１面
２ｂ第２面
４活物質層
６絶縁層
６ａ端部
６Ａ第１絶縁層
６Ｂ第２絶縁層
１０正極
１２正極集電体
１４正極活物質層
１５正極端子
１６絶縁層
１８積層体
２０負極
２５負極端子
３０セパレータ
４０発電部
５０外装体
１００蓄電素子

Claims

集電体と、
前記集電体の両面に形成された活物質層と、
前記活物質層の端部に位置し、前記集電体の両面にある絶縁層と、を備え、
前記絶縁層は、前記集電体が延在する面内方向に前記集電体より突出し、
前記集電体の第１面側の第１絶縁層と、前記第１面と対向する第２面側の第２絶縁層とが、前記集電体の延在面を境に分離されている、電極。
前記絶縁層の前記集電体に対する突出量が、前記絶縁層の厚みの５倍以下である、請求項１に記載の電極。
前記絶縁層の厚みが、前記集電体の厚みの０．０２倍以上２０倍以下である、請求項１または２に記載の電極。
前記絶縁層の前記集電体に対する突出量が、前記絶縁層の幅の半分以下である、請求項１から３のいずれか一項に記載の電極。
前記絶縁層は無機絶縁材料とバインダーとを備え、
前記バインダーは、前記活物質層に含まれるバインダーと同一である、請求項１から４のいずれか一項に記載の電極。
正極と、前記正極に対向する負極と、これらに含浸された電解液と、を含む蓄電素子であって、
前記正極または前記負極が、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電極である、蓄電素子。