(57)【要約】【課題】効率的に集電体を形成することができる電極シートの製造方法及び電極シートを提供する。【解決手段】多孔質の帯状体１８と、前記帯状体１８に充填された活物質とを備え、前記帯状体１８は、長手方向に一定間隔をあけて幅方向に延びる溝部２６が形成されており、前記溝部２６は、前記帯状体１８を厚さ方向に圧縮して形成され、表面に前記活物質が塗布されていない部分を有する。【選択図】図３
2014225358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質の帯状体と、
前記帯状体に充填された活物質と
を備え、
前記帯状体は、長手方向に一定間隔をあけて幅方向に延びる溝部が形成されており、
前記溝部は、前記帯状体を厚さ方向に圧縮して形成され、表面に前記活物質が付着していない部分を有する
ことを特徴とする電極シート。
【請求項２】
前記帯状体に形成される空隙の開口面積は、一側表面より他側表面の方が大きいことを特徴とする請求項１記載の電極シート。
【請求項３】
長手方向に一定間隔をあけて幅方向に延びる溝部が形成された多孔質の帯状体に、前記帯状体の一側表面に活物質を含む充填剤を塗布することを特徴とする電極シートの製造方法。
【請求項４】
多孔質の帯状体に長手方向に一定間隔をあけて幅方向に延びる溝部を形成しながら、前記帯状体の一側表面に活物質を含む充填剤を塗布することを特徴とする電極シートの製造方法。
【請求項５】
複数の凸部を有する加圧ロールの前記凸部と凸部の間に前記充填剤を供給し、前記加圧ロールを前記帯状体の表面に押し付けて、前記帯状体の一側表面に前記溝部を形成するとともに、前記溝部を除く前記帯状体の一側表面に充填剤を塗布することを特徴とする請求項４記載の電極シートの製造方法。
【請求項６】
前記帯状体の他側表面から吸引することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項記載の電極シートの製造方法。
【請求項７】
前記帯状体の一側表面から前記充填剤をロールで押し込むことを特徴とする請求項３又は４記載の電極シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極シート及び電極シートの製造方法に関し、特にリチウムイオン二次電池に適用するものである。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池は、高容量であることが求められている。このため、単位面積あたりにより多くの活物質を保持することができる、３次元網目構造の金属集電体が検討されている。このような３次元網目構造の集電体は、活物質を効率的に充填し、さらに電流を取り出すためのリードを溶接する必要がある。
【０００３】
３次元網目構造の集電体に対し活物質を充填する方法としては、活物質を含む懸濁液に３次元網目構造の帯状体を浸漬する方法が開示されている（例えば特許文献１）。上記特許文献１は、懸濁液に浸漬した帯状体を湿潤状態でロールにより弾性限度内で圧縮して過剰な懸濁液を取り除き、当該帯状体を乾燥して表面にカーボン粒子の層を形成する。
【０００４】
また帯状体の側面に配置したダイによって帯状体に樹脂ワニスを塗布する方法が開示されている（例えば特許文献２）。上記特許文献２に開示されている方法は、樹脂ワニスを塗布した面と反対の面から帯状体を減圧して、樹脂ワニスを帯状体内へ浸透させる方法である。
【０００５】
リードを溶接する方法としては、３次元網目構造の帯状体をロールに通して、帯状体の側辺に一定幅で長手方向に連続して圧縮した凹状の溝部を形成し、当該溝部にリードを形成した集電体の製造方法が開示されている（例えば特許文献３）。因みに集電体は、リードを溶接する部分に活物質が付着していると、溶接不良の原因となる。また、対抗する負極活物質が充填されていない部分に正極活物質が付着すると、負極と同電位の部分にリチウムが析出し、短絡の原因となる可能性がある。したがって集電体は、リードを溶接する部分に活物質が付着していない未塗布部分を精度よく形成する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平７−５２６４７号公報（請求項８、請求項９、第７欄第１行〜第４行、第１図）
【特許文献２】特開２００４−１８８６５２号公報（請求項１、段落０００７〜０００８、図２）
【特許文献３】特許第３５０９０３１号公報（段落０００４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら上記特許文献１の方法では、リードを溶接する場合に必要な活物質が塗布されていない部分を形成することができない。
【０００８】
また特許文献２の方法では、樹脂ワニスは流動性が高いため、電池用の活物質を含有する充填剤を塗布した場合、充分に充填できない懸念がある。
【０００９】
さらに特許文献３の方法では、リード溶接部が長手方向に連続した溝部であるため、電極の長さに比例して未塗工部の面積が大きくなり、電極あたりの容量が低下してしまう。また、ロールの左右で荷重のバランスが崩れやすく、巻きずれが生じやすいという問題があった。
【００１０】
そこで本発明は、効率的に集電体を形成することができる電極シートの製造方法及び電極シートを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の観点は、多孔質の帯状体と、前記帯状体に充填された活物質とを備え、前記帯状体は、長手方向に一定間隔をあけて幅方向に延びる溝部が形成されており、前記溝部は、前記帯状体を厚さ方向に圧縮して形成され、表面に前記活物質が付着していない部分を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の第２の観点は、第１の観点に基づく発明であって、前記帯状体に形成される空隙の開口面積は、一側表面より他側表面の方が大きいことを特徴とする。
【００１３】
本発明の第３の観点は、長手方向に一定間隔をあけて幅方向に延びる溝部が形成された多孔質の帯状体に、前記帯状体の一側表面に活物質を含む充填剤を塗布することを特徴とする。
【００１４】
本発明の第４の観点は、多孔質の帯状体に長手方向に一定間隔をあけて幅方向に延びる溝部を形成しながら、前記帯状体の一側表面に活物質を含む充填剤を塗布することを特徴とする。
【００１５】
本発明の第５の観点は、第４の観点に基づく発明であって、複数の凸部を有する加圧ロールの前記凸部と凸部の間に前記充填剤を供給し、前記加圧ロールを前記帯状体の表面に押し付けて、前記帯状体の一側表面に前記溝部を形成するとともに、前記溝部を除く前記帯状体の一側表面に充填剤を塗布することを特徴とする。
【００１６】
本発明の第６の観点は、第３〜第５の観点のいずれかに基づく発明であって、前記帯状体の他側表面から吸引することを特徴とする。
【００１７】
本発明の第７の観点は、第３又は第４の観点に基づく発明であって、前記帯状体の一側表面から前記充填剤をロールで押し込むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の第１及び第２の観点の電極シートでは、溝部の表面に活物質が付着していない部分を有するので、活物質が付着していない部分を有するリード溶接部を形成することができる。これにより、活物質が付着していない部分にリードを溶接することによりリードをリード溶接部に確実に溶接することができる。したがって電極シートは効率的に集電体を形成することができる。
【００１９】
本発明の第３〜第７の観点の電極シートの製造方法では、溝部に充填剤が浸透しないように充填するので、当該溝部を用いて形成したリード溶接部の表面に活物質が付着することを防ぐことができる。これにより、リードをリード溶接部に確実に溶接することができる。したがって電極シートは効率的に集電体を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電極シートから形成された集電体の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る電極シートを製造する製造装置を模式的に示す側面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る電極シートの製造方法を段階的に示す斜視図であり、図３Ａは帯状体を用意した段階、図３Ｂは溝部２６が形成された段階、図３Ｃ充填剤３６が充填された段階を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る電極シートの製造装置を模式的に示す側面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る電極シートの製造装置を模式的に示す側面図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る電極シートの製造装置を模式的に示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２２】
１．第１実施形態
（１）集電体の構成
図１に示す集電体１０は、空隙１１を無数に有する多孔質の板状部材で形成された活物質保持部１２及びリード溶接部１４と、当該リード溶接部１４に溶接されたリード１６とを備える。活物質保持部１２及びリード溶接部１４は、例えばアルミニウムやアルミニウム合金、ステンレス、チタンの発泡材で形成される。
【００２３】
活物質保持部１２は、空隙１１に活物質が保持されている。活物質保持部１２に形成される空隙１１の開口面積は、リード溶接部１４が形成されている面１３より、当該面１３と反対側の面１５の方が大きくなるように形成してもよい。リード溶接部１４は、厚さ方向に圧縮して形成されることにより空隙１１が塞がれている。したがってリード溶接部１４には活物質が保持されていない。またリード溶接部１４の表面１７は、活物質が付着していない部分を有する。リード溶接部１４の活物質が付着していない部分にリード１６が溶接されている。リード溶接部１４は、表面１７全体に活物質が付着していないことが好ましい。
【００２４】
（２）製造装置
次に上記のように構成された集電体１０を形成するための電極シートを製造する製造装置について説明する。図２に示す製造装置１９Ａは、溝部形成部２１と、当該溝部形成部２１の下流側に配置された充填部２３Ａとを備える。溝部形成部２１は、加圧ロール２０と第１支持ロール２４Ａとを有し、加圧ロール２０と第１支持ロール２４Ａの間を多孔質の帯状体１８が走行するように配置されている。加圧ロール２０は、加圧ロール２０の幅方向に延びる凸部２２が複数、所定間隔で形成されている。第１支持ロール２４Ａは滑らかな表面を有する。
【００２５】
充填部２３Ａは、吸引ロール３０とダイ３４を備え、吸引ロール３０とダイ３４の間を帯状体１８が走行するように配置されている。
【００２６】
吸引ロール３０は、図示しないが表面に複数の通気孔が形成されている円筒部３１と、当該円筒部３１内であって同心円状に配置された軸芯部３３とを有する。円筒部３１は軸芯部３３に回転自在に支持されている。軸芯部３３には、吸引部３２が形成されている。吸引部３２はダイ３４と向き合うように配置されており、図示しない排気ポンプにつながっている。これにより吸引ロール３０は、円筒部３１を介して吸引部３２の表面近傍の空気が通気孔を通じて排気ポンプへ流通できるように形成されている。
【００２７】
ダイ３４は、図示しない圧送ポンプに繋がっている。圧送ポンプは図示しないタンクに収容された充填剤３６を連続的にダイ３４へ圧送する。本実施形態の場合、充填剤３６は活物質を含有したスラリーである。これによりダイ３４は、圧送ポンプから供給される充填剤３６を連続的にかつ均一に吐出する。
【００２８】
（３）製造方法
次に上記のように構成された集電体１０の製造方法を、図を参照して説明する。まず、帯状体１８を用意する（図３Ａ）。帯状体１８は図示しないがボビンに巻き付けられており、当該ボビンを巻き戻すことにより供給される。帯状体１８は、空隙１１の開口面積が、表面３５より裏面３７の方が大きくなるように配置される。
【００２９】
次いで帯状体１８は、加圧ロール２０と第１支持ロール２４Ａの間を走行する（図２Ａ）。これにより、帯状体１８には幅方向に延びる溝部２６が長さ方向に一定間隔で形成される（図３Ｂ）。当該溝部２６においては、空隙１１が帯状体１８の構造部分で押し潰されて塞がっている。
【００３０】
次いで帯状体１８は、吸引ロール３０とダイ３４の間を走行する（図２Ｂ）。帯状体１８は、表面３５が吸引ロール３０に接触しており、裏面３７がダイ３４に向き合っている。
【００３１】
ダイ３４は、充填剤３６を帯状体１８の裏面３７に向かって連続的にかつ均一に吐出する。ダイ３４から吐出された充填剤３６は、帯状体１８の裏面３７に塗布される。帯状体１８の裏面３７に塗布された充填剤３６は、帯状体１８を介して吸引ロール３０で吸引されることにより、帯状体１８の空隙１１へ浸透して表面３５まで充填される。ところが溝部２６は、空隙１１が押し潰されて塞がっているので、充填剤３６が浸透せず、溝部２６が形成された部分の裏面３７にとどまる。このようにして電極シート３８が形成される（図３Ｃ）。なお、電極シート３８は、充填剤３６の充填密度を向上するため、充填剤を充填・乾燥させた後、ロール等によって厚さ方向に圧縮してもよい。
【００３２】
電極シート３８は、所定の大きさ（図３Ｃの破線）に切断され、リード溶接部１４にリード１６が溶接される。このようにして帯状体１８から集電体１０（図１）を製造することができる。
【００３３】
（４）作用及び効果
本実施形態に係る電極シート３８は、溝部２６の表面２７に充填剤３６が浸透していないので、当該溝部２６を用いて形成したリード溶接部１４の表面１７に活物質が付着することを防ぐことができる。これにより、リード１６をリード溶接部１４により確実に溶接することができる。したがって電極シート３８は効率的に集電体１０を形成することができる。
【００３４】
帯状体１８は、リード溶接部１４が形成されている表面３５よりも開口面積が大きく形成された裏面３７に充填剤３６を塗布することにより、充填剤３６をより効率的に帯状体１８に充填することができる。さらに、裏面３７に充填剤３６を塗布することにより、リード溶接部１４に活物質が付着することをより確実に防止することができる。
【００３５】
裏面３７に充填剤３６を塗布すると共に、溝部２６が形成されている表面３５から吸引ロール３０で充填剤３６を吸引することにより、より確実に充填剤３６を帯状体１８に充填することができる。
【００３６】
また電極シート３８は、帯状体１８の幅方向に延びる溝部２６を長さ方向に一定間隔で形成し、リード溶接部１４とすることにより、リード溶接部１４の面積を最小限にすることができる。したがって電極シート３８は、従来に比べ電極あたりの容量が大きい集電体１０を形成することができる。さらに幅方向に延びる溝部２６を長さ方向に一定間隔で形成することとしたことにより、加圧ロール２０の左右で荷重のバランスを保ちやすいので、巻きずれを防止することができる。
【００３７】
２．第２実施形態
（１）製造装置
次に第２実施形態に係る製造方法について図４を参照して説明する。上記第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。
【００３８】
本実施形態に係る製造装置１９Ｂは、溝部形成部２１と充填部２３Ｂとが鉛直方向に配置されており、帯状体１８を鉛直下方向へ向かって走行させる。溝部形成部２１は、加圧ロール２０と第１支持ロール２４Ａとを有し、加圧ロール２０と第１支持ロール２４Ａの間を帯状体１８が走行するように配置されている。
【００３９】
充填部２３Ｂは、第２支持ロール２４Ｂとダム形成ロール４０とを有し、第２支持ロール２４Ｂとダム形成ロール４０の間を、溝部２６が形成された帯状体１８が走行するように配置されている。ダム形成ロール４０は、帯状体１８の裏面３７側に配置されており、帯状体１８の裏面３７との間に充填剤３６で満たされたダム４１を形成する。ダム形成ロール４０は、回転することによりダム４１内の充填剤３６を帯状体１８に押し込む。
【００４０】
（２）製造方法
次に電極シート３８の製造方法について説明する。まず当該帯状体１８は、上流側に配置された加圧ロール２０と第１支持ロール２４Ａの間を走行する。これにより、帯状体１８には幅方向に延びる溝部２６が長さ方向に一定間隔で形成される。
【００４１】
続いて下流側に配置された第２支持ロール２４Ｂとダム形成ロール４０の間を走行する。ダム４１内の充填剤３６は、ダム形成ロール４０が回転することにより、帯状体１８内に裏面３７から押し込まれる。これにより充填剤３６は、帯状体１８の空隙１１へ浸透して表面３５まで充填される。なお溝部２６は、空隙１１が押し潰されて塞がっているので、充填剤３６が浸透せず、溝部２６が形成されている帯状体１８の裏面３７にとどまる。このようにして帯状体１８から電極シート３８が形成される。
【００４２】
（３）作用及び効果
本実施形態に係る電極シート３８は、溝部２６の表面２７に充填剤３６が浸透していないので、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
また本実施形態に係る電極シート３８の製造方法は、ダム形成ロール４０により充填剤３６を帯状体１８に押し込み充填することとしたので、第１実施形態に係る吸引ロール３０を省略することができる。
【００４４】
３．第３実施形態
（１）製造装置
次に第３実施形態に係る製造方法について図５を参照して説明する。上記第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。
【００４５】
本実施形態に係る製造装置１９Ｃは、加圧ロール２０とダム形成ロール４０を有する。加圧ロール２０とダム形成ロール４０は、帯状体１８が鉛直下方向へ向かって加圧ロール２０とダム形成ロール４０の間を走行するように配置されている。
【００４６】
（２）製造方法
次に電極シート３８の製造方法について説明する。帯状体１８は、鉛直下方向へ向かって加圧ロール２０とダム形成ロール４０の間を走行する。これにより帯状体１８は、加圧ロール２０により、表面３５に幅方向に延びる溝部２６が長さ方向に一定間隔で形成される。同時に帯状体１８は、ダム形成ロール４０により、裏面３７から充填剤３６が押し込まれ、充填される。なお溝部２６は、空隙１１が押し潰されて塞がっているので、充填剤３６が表面３５まで浸透しない。このようにして帯状体１８から電極シート３８が形成される。
【００４７】
（３）作用及び効果
本実施形態に係る電極シート３８は、溝部２６の表面２７に充填剤３６が浸透していないので、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４８】
また本実施形態に係る電極シート３８の製造方法は、ダム形成ロール４０により充填剤３６を帯状体１８に押し込み充填することとしたので、第２実施形態と同様に、第１実施形態に係る吸引ロール３０を省略することができる。
【００４９】
さらに本実施形態に係る電極シート３８の製造方法は、溝部２６を形成すると同時に、充填剤３６を充填するので、製造工程を簡略化することができる。
【００５０】
４．第４実施形態
（１）製造装置
次に第４実施形態に係る製造方法について図６を参照して説明する。上記第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。
【００５１】
本実施形態に係る製造装置１９Ｄは、加圧ロール２０と、吸引ロール３０と、ダイ３４とを有し、加圧ロール２０と吸引ロール３０の間を帯状体１８が走行するように配置されている。ダイ３４は、加圧ロール２０の上方に設けられ、充填剤３６を間欠的に吐出する。これによりダイ３４は、加圧ロール２０の凸部２２と凸部２２の間４３に充填剤３６を供給する。加圧ロール２０は、回転により、凸部２２で帯状体１８に溝部２６を形成するとともに、凸部２２と凸部２２の間４３にダイ３４から供給された充填剤３６を帯状体１８の溝部２６が形成されていない部分（溝部２６と溝部２６の間の部分）に塗布する。
【００５２】
（２）製造方法
次に電極シート３８の製造方法について説明する。帯状体１８は、吸引ロール３０と加圧ロール２０の間を走行する。これにより帯状体１８は、加圧ロール２０により、表面３５に幅方向に延びる溝部２６が長さ方向に一定間隔で形成される。同時に帯状体１８は、加圧ロール２０により、表面３５に充填剤３６が塗布される。帯状体１８の表面３５に塗布された充填剤３６は、帯状体１８を介して吸引ロール３０で吸引されることにより、帯状体１８の空隙１１へ浸透して表面まで充填される。なお充填剤３６は、加圧ロールの凸部２２と凸部２２の間４３に供給されているので、凸部２２により形成される溝部２６には塗布されない。
【００５３】
（３）作用及び効果
本実施形態に係る電極シート３８は、溝部２６に充填剤３６が塗布されていないので、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５４】
さらに本実施形態に係る電極シート３８の製造方法は、溝部２６を形成すると同時に、充填剤３６を充填するので、製造装置１９Ｄを簡略化することができる。
【００５５】
５．変形例
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。例えば、帯状体１８の長手方向に連続した凹溝を形成することとしてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１０  集電体
１１  空隙
１２  活物質保持部
１３  面
１４  リード溶接部
１５  面
１６  リード
１７  表面
１８  帯状体
１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄ  製造装置
２０  加圧ロール
２１  溝部形成部
２２  凸部    
２３Ａ、２３Ｂ  充填部
２４Ａ  第１支持ロール
２４Ｂ  第２支持ロール
２６  溝部
２７  表面
３０  吸引ロール
３１  円筒部
３２  吸引部
３３  軸芯部
３４  ダイ
３５  表面
３６  充填剤
３７  裏面
３８  電極シート
４０  ダム形成ロール
４１  ダム
４３  間
【図１】
2014225358.tif 000003
【図２】
2014225358.tif 000004
【図３】
2014225358.tif 000005
【図４】
2014225358.tif 000006
【図５】
2014225358.tif 000007
【図６】
2014225358.tif 000008