(57)【要約】【課題】電気的性能のばらつきを抑え、性能を安定化させると共に歩留まりを向上させることが可能な電極構造体を提供する。【解決手段】電極リード２は、電極１（集電体１Ａ，活物質層１Ｂ）と一緒にかしめられて固定されている。電極１および電極リード２は、穿孔Ｈの周囲において電極１を内側にしながら穿孔Ｈから離れる側に折り返されている。電極リード２が設けられていない領域では、活物質層１Ｂの厚さが均一であるのに対して、電極リード２が設けられている領域では、電極１が座屈して多重に折り返されているため、活物質層１Ｂの厚さが不均一である。電極１が伸長した箇所において活物質層１Ｂの厚さが局所的に薄くなっているため、その箇所において電極リード２が集電体１Ａに近づいている。また、活物質層１Ｂが途中で途切れた箇所を接点として、電極リード２が集電体１Ａに接触している。【選択図】図１
2008210617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体およびそれに設けられた活物質層を含む電極と、前記活物質層に設けられた電極リードとを有し、
前記電極および前記電極リードを貫通するように穿孔が設けられ、それらは前記穿孔の周囲において前記電極を内側にしながら前記穿孔から離れる方向に折り返されており、
前記電極リードが設けられていない領域における前記活物質層の厚さは均一であり、前記電極リードが設けられている領域における前記活物質層の厚さは不均一である
ことを特徴とする電極構造体。
【請求項２】
前記電極リードが設けられている領域において、前記電極は多重に折り重なっていることを特徴とする請求項１記載の電極構造体。
【請求項３】
前記電極リードが設けられている領域において、前記集電体は前記活物質層から部分的に露出して前記電極リードと接触していることを特徴とする請求項１記載の電極構造体。
【請求項４】
前記電極リードの折り返された部分の先端は前記電極の折り返された部分の先端よりも前記穿孔に近い側に位置することを特徴とする請求項１記載の電極構造体。
【請求項５】
集電体およびそれに設けられた活物質層を含む電極と、前記活物質層に設けられた電極リードとを有し、
前記電極および前記電極リードを貫通するように穿孔が設けられ、それらは前記穿孔の周囲において前記電極を内側にしながら前記穿孔から離れる方向に折り返されており、
前記電極リードの折り返された部分は前記電極の折り返された部分の先端に露出した前記集電体と接触している
ことを特徴とする電極構造体。
【請求項６】
前記電極リードの折り返された部分の先端は前記電極の折り返された部分の先端よりも前記穿孔から遠い側に位置することを特徴とする請求項５記載の電極構造体。
【請求項７】
集電体およびそれに設けられた活物質層を含む電極と、前記活物質層に設けられた電極リードとを有し、
前記電極および前記電極リードを貫通するように穿孔が設けられ、それらは前記穿孔の周囲において前記電極リードを内側にしながら前記穿孔から離れる方向に折り返されており、
前記電極リードの折り返された部分は前記電極の折り返された部分の先端に露出した前記集電体と接触している
ことを特徴とする電極構造体。
【請求項８】
前記電極リードの折り返された部分の先端は前記電極の折り返された部分の先端よりも前記穿孔から遠い側に位置することを特徴とする請求項７記載の電極構造体。
【請求項９】
集電体およびそれに設けられた活物質層を含む電極と、前記活物質層に設けられた電極リードとを有する電極構造体の製造方法であって、
前記電極および前記電極リードをかしめる工程は、
前記電極リードおよび前記電極にこの順に穿孔用具を貫通させて穿孔を形成することにより、それらを前記穿孔の周囲において前記電極を内側にしながら貫通方向に折り曲げる工程と、
前記穿孔用具を前記穿孔に貫通させた状態のままで、前記電極および前記電極リードの折り曲げた部分を前記穿孔から離れる方向に折り返す工程と
を含むことを特徴とする電極構造体の製造方法。
【請求項１０】
集電体およびそれに設けられた活物質層を含む電極と、前記活物質層に設けられた電極リードとを有する電極構造体の製造方法であって、
前記電極および前記電極リードをかしめる工程は、
開口が設けられた前記電極を用いて、前記開口を通過するように前記電極リードおよび前記電極にこの順に穿孔用具を貫通させて穿孔を形成することにより、それらを前記穿孔の周囲において前記電極を内側にしながら貫通方向に折り曲げる工程と、
前記電極および前記電極リードの折り曲げた部分を前記穿孔から離れる方向に折り返す工程と
を含むことを特徴とする電極構造体の製造方法。
【請求項１１】
集電体およびそれに設けられた活物質層を含む電極と、前記活物質層に設けられた電極リードとを有する電極構造体の製造方法であって、
前記電極および前記電極リードをかしめる工程は、
前記電極および前記電極リードにこの順に穿孔用具を貫通させて穿孔を形成することにより、それらを前記穿孔の周囲において前記電極リードを内側にしながら貫通方向に折り曲げる工程と、
前記電極および前記電極リードの折り曲げた部分を前記穿孔から離れる方向に折り返す工程と
を含むことを特徴とする電極構造体の製造方法。
【請求項１２】
電極構造体と共に電解液を備えた電池であって、
前記電極構造体は、集電体およびそれに設けられた活物質層を含む電極と、前記活物質層に設けられた電極リードとを有し、
前記電極および前記電極リードを貫通するように穿孔が設けられ、それらは前記穿孔の周囲において前記電極を内側にしながら前記穿孔から離れる方向に折り返されており、
前記電極リードが設けられていない領域における前記活物質層の厚さは均一であり、前記電極リードが設けられている領域における前記活物質層の厚さは不均一である
ことを特徴とする電池。
【請求項１３】
電極構造体と共に電解液を備えた電池であって、
前記電極構造体は、集電体およびそれに設けられた活物質層を含む電極と、前記活物質層に設けられた電極リードとを有し、
前記電極および前記電極リードを貫通するように穿孔が設けられ、それらは前記穿孔の周囲において前記電極を内側にしながら前記穿孔から離れる方向に折り返されており、
前記電極リードの折り返された部分は前記電極の折り返された部分の先端に露出した前記集電体と接触している
ことを特徴とする電池。
【請求項１４】
電極構造体と共に電解液を備えた電池であって、
前記電極構造体は、集電体およびそれに設けられた活物質層を含む電極と、前記活物質層に設けられた電極リードとを有し、
前記電極および前記電極リードを貫通するように穿孔が設けられ、それらは前記穿孔の周囲において前記電極リードを内側にしながら前記穿孔から離れる方向に折り返されており、
前記電極リードの折り返された部分は前記電極の折り返された部分の先端に露出した前記集電体と接触している
ことを特徴とする電池。
【請求項１５】
集電体およびそれに設けられた活物質層を含む電極と前記活物質層に設けられた電極リードとを有する電極構造体と共に、電解液を備えた電池の製造方法であって、
前記電極および前記電極リードをかしめる工程は、
前記電極リードおよび前記電極にこの順に穿孔用具を貫通させて穿孔を形成することにより、それらを前記穿孔の周囲において前記電極を内側にしながら貫通方向に折り曲げる工程と、
前記穿孔用具を前記穿孔に貫通させた状態のままで、前記電極および前記電極リードの折り曲げた部分を前記穿孔から離れる方向に折り返す工程と
を含むことを特徴とする電池の製造方法。
【請求項１６】
集電体およびそれに設けられた活物質層を含む電極と前記活物質層に設けられた電極リードとを有する電極構造体と共に、電解液を備えた電池の製造方法であって、
前記電極および前記電極リードをかしめる工程は、
開口が設けられた前記電極を用いて、前記開口を通過するように前記電極リードおよび前記電極にこの順に穿孔用具を貫通させて穿孔を形成することにより、それらを前記穿孔の周囲において前記電極を内側にしながら貫通方向に折り曲げる工程と、
前記電極および前記電極リードの折り曲げた部分を前記穿孔から離れる方向に折り返す工程と
を含むことを特徴とする電池の製造方法。
【請求項１７】
集電体およびそれに設けられた活物質層を含む電極と前記活物質層に設けられた電極リードとを有する電極構造体と共に、電解液を備えた電池の製造方法であって、
前記電極および前記電極リードをかしめる工程は、
前記電極および前記電極リードにこの順に穿孔用具を貫通させて穿孔を形成することにより、それらを前記穿孔の周囲において前記電極リードを内側にしながら貫通方向に折り曲げる工程と、
前記電極および前記電極リードの折り曲げた部分を前記穿孔から離れる方向に折り返す工程と
を含むことを特徴とする電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極と電極リードとを有する電極構造体およびその製造方法、ならびに電極構造体を備えた電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラ一体型ＶＴＲ（video tape recorder ）、携帯電話あるいはノートパソコンなどのポータブル電子機器が広く普及しており、その小型化、軽量化および長寿命化が強く求められている。これに伴い、ポータブル電子機器の電源として、電池、特に軽量および高エネルギー密度で繰り返し使用可能な二次電池の開発が進められている。
【０００３】
中でも、充放電反応にリチウムの吸蔵および放出を利用する二次電池（いわゆるリチウムイオン二次電池）は、鉛電池やニッケルカドミウム電池よりも大きなエネルギー密度が得られるため、大いに期待されている。
【０００４】
このリチウムイオン二次電池は、電極構造体として、正極およびそれに取り付けられた正極リードを有する正極構造体と、負極およびそれに取り付けられた負極リードを有する負極構造体とを備えている。正極および負極は、いずれも集電体に活物質層が設けられた構成を有している。リチウムイオン二次電池の代表例としては、正極の活物質としてコバルト酸リチウムなどのリチウム含有複合酸化物を用い、負極の活物質として炭素材料を用いたものが知られており、これらの電極は、いわゆる塗布法により作製されている。この塗布法とは、粉末状の活物質と共に結着剤などを有機溶剤に溶解させて合剤スラリーとしたのち、その合剤スラリーを集電体に塗布して乾燥させることにより活物質層を形成する方法である。
【０００５】
この塗布型の電極では、溶接法などを用いて電極リードを活物質層に接合させると、両者の材料物性間の相性が良くないため、接合強度が弱くなると共に接合部の電気抵抗が大きくなる傾向にある。この場合には、内部抵抗が増大するため、容量特性やサイクル特性が低下しやすくなる。
【０００６】
このため、塗布型の電極を用いる場合には、合剤スラリーを集電体に間欠塗布して活物質層をパターン形成し、その集電体に塗布部と未塗布部とを設けることにより、未塗布部における集電体の露出面に電極リードを接合させている。
【０００７】
ところで、最近では、ポータブル電子機器の高性能化および多機能化に伴い、さらなる高容量化が望まれている。そこで、負極の活物質として、炭素材料に代えてケイ素などを用いることが検討されている。ケイ素の理論容量（４１９９ｍＡｈ／ｇ）は黒鉛の理論容量（３７２ｍＡｈ／ｇ）よりも格段に大きいため、大幅な容量増加が見込まれるからである。
【０００８】
また、最近では、上記したケイ素などを活物質として用いる場合に、塗布法に代えて、気相法、液相法あるいは溶射法などにより活物質層を形成することも検討されている。これらの方法によれば、集電体と活物質層との密着性が向上し、両者間の電気伝導性が極めて高くなるため、高容量化が見込まれる。
【０００９】
ところが、気相法などを用いた場合には、集電体の全面に活物質層が形成されるため、塗布法を用いた場合のように活物質層をパターン形成することが困難である。そこで、電極リードを集電体に接合させるために、活物質層を形成したのち、その一部を除去して集電体を露出させることが検討されている。ただし、活物質層を形成後に除去するためには、その除去工程が新たに必要となるため、工程数の増加を招いてしまう。
【００１０】
この他、活物質層をパターン形成することなく電極リードを集電体に強制的に接合させるために、かしめ法、抵抗溶接法あるいは超音波溶接法などの一般的な接合方法を用いることも検討されている。
【００１１】
なお、電極リードを電極に取り付ける方法については、他にもいくつかの方法が提案されている。具体的には、集電効率、生産性および歩留まりを向上させるために、多孔体マットにペースト状活物質が充填された極板に、集電用のリード板をカシメにより取り付ける方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、軽量化および安全化を図るために、集電体を樹脂膜と電子伝導性の薄膜とからなる層状体とし、その電子伝導性の薄膜にリードを取り付ける方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。この場合には、電子伝導性の薄膜の溶解を伴わない固定手段でリードが固定されている。
【特許文献１】特開平０２−２２３１５３号公報
【特許文献２】特開平１０−３０２７５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
かしめ法は、電極と電極リードとを物理的に変形させて固定する方法であり、有用な接合方法の１つである。しかしながら、従来のかしめ法は、電極リードを電極に固定する観点では問題ないが、両者の電気的導通を確保する観点では未だ十分とは言えない。なぜなら、集電体と電極リードとの間に活物質層が介在していると、その活物質層が両者間の電気的導通を妨げるからである。これにより、従来のかしめ法では、電極と電極リードとの接合状態に起因して電気伝導性などの電気的性能がばらつきやすいため、それを用いた電池の性能や歩留まりが十分でないという問題があった。
【００１３】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、電気的性能のばらつきを抑え、性能を安定化させると共に歩留まりを向上させることが可能な電極およびその製造方法、ならびに電池およ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】
【００１４】
本発明の電極構造体は、集電体およびそれに設けられた活物質層を含む電極と、活物質層に設けられた電極リードとを有し、電極および電極リードを貫通するように穿孔が設けられ、それらが穿孔の周囲において穿孔から離れる方向に折り返されているものである。第１の電極構造体では、電極および電極リードが電極を内側にしながら折り返されており、電極リードが設けられていない領域における活物質層の厚さが均一であり、電極リードが設けられている領域における活物質層の厚さが不均一である。また、第２の電極構造体では、電極および電極リードが電極を内側にしながら折り返されており、電極リードの折り返された部分が電極の折り返された部分の先端に露出した集電体と接触している。さらに、第３の電極構造体では、電極および電極リードが電極リードを内側にしながら折り返されており、電極リードの折り返された部分が電極の折り返された部分の先端に露出した集電体と接触している。
【００１５】
本発明の電極構造体の製造方法は、集電体およびそれに設けられた活物質層を含む電極と、活物質層に設けられた電極リードとを有する電極構造体の製造方法である。この電極および電極リードをかしめる工程は、電極および電極リードに穿孔用具を貫通させて穿孔を形成することにより、それらを穿孔の周囲において貫通方向に折り曲げる工程と、電極および電極リードの折り曲げた部分を穿孔から離れる方向に折り返す工程とを含む。第１の電極構造体の製造方法では、電極リードおよび電極にこの順に穿孔用具を貫通させ、それらを電極を内側にしながら折り曲げ、穿孔用具を穿孔に貫通させた状態のままで電極および電極リードの折り曲げた部分を折り返す。また、第２の電極構造体の製造方法では、開口が設けられた電極を用いて開口を通過するように電極リードおよび電極にこの順に穿孔用具を貫通させ、それらを電極を内側にしながら折り曲げる。さらに、第３の電極構造体の製造方法では、電極および電極リードにこの順に穿孔用具を貫通させ、それらを電極リードを内側にしながら折り曲げる。
【００１６】
本発明の電池は、電極構造体と共に電解液を備えた電池である。この電極構造体は、集電体およびそれに設けられた活物質層を含む電極と、活物質層に設けられた電極リードとを有し、電極および電極リードを貫通するように穿孔が設けられ、それらが穿孔の周囲において穿孔から離れる方向に折り返されているものである。第１の電池では、電極および電極リードが電極を内側にしながら折り返されており、電極リードが設けられていない領域における活物質層の厚さが均一であり、電極リードが設けられている領域における活物質層の厚さが不均一である。また、第２の電池では、電極および電極リードが電極を内側にしながら折り返されており、電極リードの折り返された部分が電極の折り返された部分の先端に露出した集電体と接触している。さらに、第３の電池では、電極および電極リードが電極リードを内側にしながら折り返されており、電極リードの折り返された部分が電極の折り返された部分の先端に露出した集電体と接触している。
【００１７】
本発明の電池の製造方法は、集電体およびそれに設けられた活物質層を含む電極と活物質層に設けられた電極リードとを有する電極構造体と共に、電解液を備えた電池の製造方法である。この電極および電極リードをかしめる工程は、電極および電極リードに穿孔用具を貫通させて穿孔を形成することにより、それらを穿孔の周囲において貫通方向に折り曲げる工程と、電極および電極リードの折り曲げた部分を穿孔から離れる方向に折り返す工程とを含む。第１の電池の製造方法では、電極リードおよび電極にこの順に穿孔用具を貫通させ、それらを電極を内側にしながら折り曲げ、穿孔用具を穿孔に貫通させた状態のままで電極および電極リードの折り曲げた部分を折り返す。また、第２の電池の製造方法では、開口が設けられた電極を用いて開口を通過するように電極リードおよび電極にこの順に穿孔用具を貫通させ、それらを電極を内側にしながら折り曲げる。さらに、第３の電池の製造方法では、電極および電極リードにこの順に穿孔用具を貫通させ、それらを電極リードを内側にしながら折り曲げる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の第１の電極構造体あるいはその製造方法によれば、電極リードおよび電極にこの順に穿孔用具を貫通させて穿孔を形成し、それらを穿孔の周囲において電極を内側にしながら貫通方向に折り曲げたのち、穿孔用具を貫通させた状態のままで穿孔から離れる方向に折り返すようにした。これにより、電極リードが設けられていない領域における活物質層の厚さが均一になるのに対して、電極リードが設けられている領域における活物質層の厚さが不均一になる。この場合には、例えば、電極リードが設けられている領域において電極が座屈して多重に折り返されれば、その電極が伸長した箇所において活物質層の厚さが局所的に薄くなるため、その箇所において電極リードが集電体に近づく。また、活物質層が途中で途切れるため、その箇所を接点として電極リードが集電体に接触する。したがって、電極と電極リードとが十分にかしめられ、それらの間に十分な電気的導通が得られるため、電気伝導性などの電気的性能のばらつきが抑えられる。これにより、第１の電極構造体あるいはその製造方法を用いた電池あるいはその製造方法によれば、容量特性などの電気的性能のばらつきを抑え、性能を安定化させると共に歩留まりを向上させることができる。
【００１９】
本発明の第２の電極構造体あるいはその製造方法によれば、電極リードおよび開口が設けられた電極にこの順に開口を通過するように穿孔用具を貫通させて穿孔を形成し、それらを穿孔の周囲において電極を内側にしながら貫通方向に折り曲げたのち、穿孔から離れる方向に折り返すようにした。これにより、電極リードの折り返された部分が電極の折り返された部分の先端に露出した集電体と接触する。したがって、電極と電極リードとが十分にかしめられ、それらの間に十分な電気的導通が得られるため、電気伝導性などの電気的性能のばらつきが抑えられる。これにより、第２の電極構造体あるいはその製造方法を用いた電池あるいはその製造方法によれば、容量特性などの電気的性能のばらつきを抑え、性能を安定化させると共に歩留まりを向上させることができる。
【００２０】
本発明の第３の電極構造体あるいはその製造方法によれば、電極および電極リードにこの順に穿孔用具を貫通させて穿孔を形成し、それらを穿孔の周囲において電極リードを内側にしながら貫通方向に折り曲げたのち、穿孔から離れる方向に折り返すようにした。これにより、電極リードの折り返された部分が電極の折り返された部分の先端に露出した集電体と接触する。したがって、電極と電極リードとが十分にかしめられ、それらの間に十分な電気的導通が得られるため、電気伝導性などの電気的性能のばらつきが抑えられる。これにより、第３の電極構造体あるいはその製造方法を用いた電池あるいはその製造方法によれば、容量特性などの電気的性能のばらつきを抑え、性能を安定化させると共に歩留まりを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
［第１の実施の形態］
図１は本発明の第１の実施の形態に係る電極構造体の構成を表しており、（Ａ）は平面構成、（Ｂ）は（Ａ）に示したＢ−Ｂ線に沿った断面構成をそれぞれ示している。以下の説明では、電極構造体の長手方向における寸法を「長さ」、短手方向における寸法を「幅」とそれぞれ称する。
【００２３】
この電極構造体は、正極構造体あるいは負極構造体として電池などの電気化学デバイスに用いられるものであり、図１に示したように、電極１と、それに取り付けられた電極リード２とを有している。この電極１は、集電体１Ａと、それに設けられた活物質層１Ｂとを含んでおり、電極リード２は活物質層１Ｂに設けられている。
【００２４】
集電体１Ａは、良好な電気伝導性、電気化学的安定性および機械的強度を有する金属材料により構成されており、例えば、対向する一対の面を有する金属箔からなる。この金属材料としては、例えば、アルミニウムあるいは銅などが挙げられる。ただし、金属材料については、電極１の種類やその用途などの条件に応じて任意に選択可能である。
【００２５】
特に、金属材料としては、電極反応物質と金属間酸化物を形成しない１種あるいは２種以上の金属元素を含有するものが好ましい。電極反応物質と金属間酸化物を形成すると、電気化学デバイスの動作時（例えば電池の充放電時）において集電体１Ａが活物質層１Ｂの膨張および収縮による応力の影響を受けやすくなるため、集電性が低下したり、活物質層１Ｂが剥離する可能性があるからである。
【００２６】
また、金属材料としては、活物質層１Ｂと合金化する１種あるいは２種以上の金属元素を含有するものが好ましい。集電体１Ａと活物質層１Ｂとの間の密着性が向上するため、その活物質層１Ｂが剥離しにくくなるからである。
【００２７】
この集電体１Ａは、単層構造あるいは多層構造のいずれであってもよい。多層構造である場合には、活物質層１Ｂに隣接する層がそれと合金化する金属材料により構成されており、活物質層１Ｂに隣接しない層が他の金属材料により構成されているのが好ましい。
【００２８】
集電体１Ａの表面は、粗面化されているのが好ましい。いわゆるアンカー効果により、集電体１Ａと活物質層１Ｂとの間の密着性が向上するからである。この場合には、少なくとも活物質層１Ｂに隣接する部分の表面が粗面化されていればよい。粗面化の方法としては、例えば、電解処理により微粒子を形成する方法などが挙げられる。この電解処理とは、電解槽中で電解法により金属の表面に微粒子を形成して凹凸を設ける方法である。この金属として銅箔を用いた場合、電解処理が施された銅箔は電解銅箔と呼ばれている。
【００２９】
なお、集電体１Ａの平面形状や寸法（長さ、幅および厚さ）などについては、電極１の種類や用途などの条件に応じて任意に設定可能である。図１では、例えば、集電体１Ａの平面形状が矩形である場合を示している。ただし、集電体１Ａの厚さは、できるだけ薄いのが好ましい。電極１全体の体積を一定とする場合に、その体積中に占める活物質層１Ｂの割合が大きくなるからである。
【００３０】
活物質層１Ｂは、電極反応に寄与する１種あるいは２種以上の活物質を含んでいる。この活物質の種類については、電極１の種類やその用途などの条件に応じて任意に選択可能である。一例を挙げれば、電極構造体が電池に用いられる場合には、活物質として金属材料あるいは合金材料などが好ましい。この活物質層１Ｂは、図１に示したように集電体１Ａの両面に設けられていてもよいし、片面だけに設けられていてもよい。
【００３１】
この活物質層１Ｂは、例えば、集電体１Ａの両面全体を被覆するように設けられており、気相法、液相法、溶射法あるいはそれらの２種以上を用いた方法などの全面形成が可能な方法により形成されている。ただし、電極リード２が活物質層１Ｂに設けられていれば、その活物質層１Ｂは塗布法などのパターン形成が可能な方法により形成されていてもよい。
【００３２】
なお、活物質層１Ｂの厚さや体積密度などは、電極１の種類や用途などの条件に応じて任意に設定可能である。ただし、活物質層１Ｂの厚さは、できるだけ厚いのが好ましい。電極反応に寄与する活物質の量が多くなるため、電極１の性能が向上するからである。また、電極１の性能を向上させるためには、体積密度はできるだけ高いのが好ましい。
【００３３】
電極リード２は、例えば、集電体１Ａと同様の金属材料により構成されており、金属箔からなる。
【００３４】
なお、電極リード２の平面形状や寸法（長さ、幅および厚さ）などについては、電極１の種類や用途などの条件に応じて任意に設定可能である。図１では、例えば、電極リード２の平面形状が矩形である場合を示している。ただし、電極リード２は、少なくとも一部において電極１よりも外側に導出されているのが好ましい。電極１が電極リード２を介して外部と電気的に接続しやすくなるからである。
【００３５】
この電極構造体では、電極１と電極リード２とがかしめられて固定されている。具体的には、電極１および電極リード２を貫通するように穿孔Ｈが設けられており、それらは穿孔Ｈの周囲において電極１を内側にしながら穿孔Ｈから離れる方向に折り返されている。すなわち、電極１および電極リード２は、それぞれ穿孔Ｈの周囲において折り返された部分（折り返し部分）１Ｔ，２Ｔを有している。この場合には、電極リード２の折り返し部分２Ｔの先端（位置Ｐ２）は、電極１の折り返し部分１Ｔの先端（位置Ｐ１）よりも穿孔Ｈに近い側に位置している。
【００３６】
なお、穿孔Ｈの形状および数（かしめ点数）や折り返し部１Ｔ，２Ｔの数などについては、電極構造体の種類や用途などの条件に応じて任意に設定可能である。図１では、例えば、穿孔Ｈの形状が矩形、かしめ点数が１点、折り返し部分１Ｔ，２Ｔの数がいずれも４つである場合を示している。
【００３７】
図２は図１（Ｂ）に示した電極構造体の主要部（かしめ部分Ｒ）の構成を説明するためのものであり、（Ａ）は走査型電子顕微鏡（scanning electron microscope：ＳＥＭ）写真を表し、（Ｂ）は（Ａ）に示したＳＥＭ写真を模式的に示している。
【００３８】
電極１では、電極リード２が設けられていない領域（電極１と電極リード２とがかしめられていない領域）における活物質層１Ｂの厚さが均一であるのに対して、電極リード２が設けられている領域（電極１と電極リード２とがかしめられている領域）における活物質層１Ｂの厚さが不均一になっている。この「均一」とは、集電体１Ａに活物質層１Ｂが形成された時の厚さ（電極１と電極リード２とがかしめられる前における活物質層１Ｂの厚さ）を基準とした場合に、その厚さが領域内においてほぼ維持されている状態をいう。これに対して、「不均一」とは、上記した活物質層１Ｂの厚さが領域内において維持されていない状態をいい、この状態は、活物質層１Ｂの厚さが局所的に薄くなっている状態や活物質層１Ｂが途中で途切れている状態を含む。
【００３９】
電極リード２が設けられている領域では、例えば、電極１が座屈して多重（例えば２重）に折り返されている。この場合には、活物質層１Ｂの一部が伸長し、その厚さが局所的に薄くなっているため、電極リード２が集電体１Ａに近づいている。また、活物質層１Ｂの一部が集電体１Ａから脱落し、その活物質層１Ｂが途中で途切れているため、集電体１Ａが活物質層１Ｂから部分的に露出して電極リード２と接触している。すなわち、集電体１Ａと電極リード２とは、活物質層１Ｂが途切れた箇所を接点Ｃとして電気的に導通している。
【００４０】
この電極構造体は、例えば、以下の手順により製造される。図３〜図８は電極構造体の製造工程を説明するためのものであり、図１（Ｂ）に対応する断面構成を示している。
【００４１】
電極構造体を製造する際には、電極１および電極リード２を準備したのち、まず、図３に示したように、下側押さえプレート３および上側押さえプレート４を用いて電極１を固定する。この下側押さえプレート３は、中心近傍に開口３Ｋを有している。また、上側プレート４は、開口３Ｋと連通する開口４Ｋを有していると共に、下側押さえプレート３に対向する面にスリット４Ｓを有している。電極１を固定する際には、下側押さえプレート３上に電極１を載置したのち、その電極１上に上側押さえプレート４を載置し、それらで電極１を挟み込む。
【００４２】
続いて、図４に示したように、上側押さえプレート４のスリット４Ｓに電極リード２を挿入し、電極１上に重ねる。
【００４３】
続いて、図５に示したように、リード押さえ５を用いて電極リード２を固定する。このリード押さえ５は、開口４Ｋの内径よりも小さな外径を有する先端部分５Ｐを有していると共に、開口３Ｋ，４Ｋと連通する開口５Ｋを有している。電極リード２を固定する際には、リード押さえ５の先端部分５Ｐを開口４Ｋに挿入して電極リード２に接触させることにより、下側押さえプレート３とリード押さえ５とで電極１を介して電極リード２を挟み込む。
【００４４】
続いて、図６に示したように、穿孔用具（例えば穿孔用針６）を用いて、開口３Ｋ〜５Ｋを通じて電極リード２および電極１にこの順に穿孔用針６を突き刺して貫通させることにより、穿孔Ｈを形成する。この穿孔用針６は、多角錐（例えば四角錐）状の先端部分６Ｐを有している。穿孔Ｈを形成する際には、先端部分６Ｐが電極１および電極リード２を通過し、穿孔用針６を突き刺した側の反対側まで突き抜けるようにする。これにより、電極１および電極リード２が穿孔Ｈの周囲において電極１を内側にしながら穿孔用針６の貫通方向に折り曲げられる。この場合には、電極１が内側となるように折り曲げられることに伴い、電極１の折り曲げられた部分の先端は電極リード２の折り曲げられた部分の先端よりも貫通方向において突出する。
【００４５】
続いて、図７に示したように、穿孔用針６を穿孔Ｈに貫通させた状態のままで、かしめパンチ７を用いて電極１および電極リード２の折り曲げた部分を穿孔Ｈから離れる方向に折り返す。このかしめパンチ７は、開口３Ｋの内径よりも小さな外径を有していると共に、開口３Ｋ〜５Ｋと連通する開口７Ｋを有している。電極１および電極リード２を折り返す際には、穿孔用針６が開口７Ｋに挿入されるようにかしめパンチ７を開口３Ｋに挿入して電極１および電極リード２に接触させることにより、それらの折り曲げられた部分を押圧する（１次プレス）。この１次プレスのプレス圧は、任意に設定可能である。
【００４６】
最後に、穿孔用針６を穿孔Ｈから引き抜き、電極１および電極リード２を取り出したのち、図８に示したように、下側プレス板８および上側プレス板９を用いて電極１および電極リード２を押圧する（２次プレス）。この２次プレスのプレス圧は、任意に設定可能である。これらを押圧する際には、下側プレス板８と上側プレス板９との間に電極１および電極リード２を挟み込んで加圧する。これにより、電極１と電極リード２とがかしめられて固定されるため、図１および図２に示した電極構造体が完成する。この場合には、電極１および電極リード２を折り返した際の歪みが矯正されるため、その折り返した部分が平坦化および薄型化すると共に、電極リード２が電極１に安定に接合される。
【００４７】
この電極構造体およびその製造方法によれば、電極リード２および電極１にこの順に穿孔用針６を貫通させて穿孔Ｈを形成し、それらを穿孔Ｈの周囲において電極１を内側にしながら貫通方向に折り曲げたのち、穿孔用針６を穿孔Ｈに貫通させた状態のままで穿孔Ｈから離れる方向に折り返すようにした。これにより、電極リード２が設けられていない領域における活物質層１Ｂの厚さが均一になるのに対して、電極リード２が設けられている領域における活物質層１Ｂの厚さが不均一になる。したがって、以下の理由により、電気的性能のばらつきを抑え、性能を安定化させると共に歩留まりを向上させることができる。
【００４８】
図９は比較例の電極構造体の製造工程を説明するためのものであり、図７に対応する断面構成を示している。また、図１０は比較例の電極構造体の構成および問題点を説明するためのものであり、図２に対応するＳＥＭ写真およびその模式的構成を示している。この比較例の電極構造体は、穿孔用針６を穿孔Ｈから引き抜いたのちにかしめパンチ７で電極１および電極リード２を折り返したことを除き、本実施の形態の電極構造体の製造方法と同様の手順により製造されたものである。
【００４９】
比較例では、図９に示したように、穿孔Ｈ内に穿孔用針６が存在していない状態においてかしめパンチ７が電極１および電極リード２を押圧するため、その押圧力が電極１および電極リード２に十分に及ばず、それらが穿孔Ｈ内に逃げながら折り返される。この場合には、図１０に示したように、電極リード２が設けられている領域において、電極リード２が設けられていない領域と同様に活物質層１Ｂの厚さが均一のまま維持されるため、集電体１Ａと電極リード２とが活物質層１Ｂを介して分断され、その電極リード２が集電体１Ａから遠ざけられたままである。すなわち、電極１と電極リード２とが十分にかしめられないため、それらの間に十分な電気的導通が得られない。これにより、電気伝導性などの電気的性能がばらつきやすくなるため、性能を安定化させると共に歩留まりを向上させることが困難である。
【００５０】
これに対して、本実施の形態では、図７に示したように、穿孔Ｈ内に穿孔用針６が存在している状態においてかしめパンチ７が電極１および電極リード２を押圧し、穿孔用針６が電極１および電極リード２の逃げを防止する障壁として働くため、その押圧力が電極１および電極リード２に十分に及び、それらが穿孔Ｈ内に逃げずに折り返される。この場合には、図２に示したように、電極リード２が設けられている領域において電極１が座屈し、その電極１が多重に折り返されるため、活物質層１Ｂの厚さが不均一になる。これにより、電極１が伸長した箇所において活物質層１Ｂの厚さが局所的に薄くなるため、その箇所において電極リード２が集電体１Ａに近づく。また、活物質層１Ｂが途中で途切れるため、その箇所を接点Ｃとして電極リード２が集電体１Ａに接触する。すなわち、電極１と電極リード２とが十分にかしめられるため、それらの間に十分な電気的導通が得られる。したがって、電気伝導性などの電気的性能がばらつきにくくなるため、性能を安定化させると共に歩留まりを向上させることができるのである。
【００５１】
特に、かしめ法を用いた場合においても、活物質層１Ｂの一部を除去してから溶接法などを用いて電極リード２を集電体１Ａの露出面に直接的に接合させた場合と同様の電気伝導性が得られるため、作業内容が簡単なかしめ法を用いて優れた電気伝導性を得ることができる。
【００５２】
この場合には、電極１全体の体積を維持しながら電気的性能を向上させるために、集電体１Ａの厚さを薄くする一方で活物質層１Ｂの厚さを厚くすれば、その活物質層１Ｂを介した集電体１Ａと電極リード２との間の電気伝導性が低下しやすくなるため、より高い効果を得ることができる。また、活物質層１Ｂが塗布法などのパターン形成可能な方法により形成されておらず、気相法などの全面形成が可能な方法により形成されていれば、その活物質層１Ｂを介して集電体１Ａと電極リード２とをかしめざるを得ないため、より高い効果を得ることができる。
【００５３】
［第２の実施の形態］
図１１は本発明の第２の実施の形態に係る電極構造体の構成を表しており、図１（Ｂ）に対応する断面構成を示している。図１１では、第１の実施の形態で説明した構成要素と同一の構成要素に、同一の符号を付している。
【００５４】
この電極構造体は、電極１および電極リード２が穿孔Ｈの周囲において電極１を内側にしながら穿孔Ｈから離れる方向に折り返されており、電極リード２の折り返し部分２Ｔが電極１の折り返し部分１Ｔの先端に露出した集電体１Ａと接触していることを除き、第１の実施の形態の電極構造体と同様の構成を有している。すなわち、集電体１Ａと電極リード２とは、折り返し部分１Ｔの先端に露出した集電体１Ａの露出箇所を接点Ｃとして電気的に導通している。この場合には、電極リード２の折り返し部分２Ｔの先端（位置Ｐ２）は、電極１の折り返し部分１Ｔの先端（位置Ｐ１）よりも穿孔Ｈから遠い側に位置している。
【００５５】
この電極構造体は、例えば、以下の手順により製造される。図１２〜図１５は電極構造体の製造工程を説明するためのものであり、図１１に対応する断面構成を示している。
【００５６】
電極構造体を製造する際には、中央近傍に開口１Ｋが設けられた電極１を準備したのち、まず、図１２に示したように、図３および図４を参照して説明した手順により、下側押さえプレート３および上側押さえプレート４を用いて電極１を固定すると共に、スリット４Ｓに電極リード２を挿入して電極１上に重ねる。電極１を固定する際には、開口１Ｋが開口３Ｋ，４Ｋと連通するように位置合わせする。
【００５７】
続いて、図１３に示したように、図５および図６を参照して説明した手順により、リード押さえ５を用いて電極リード２を固定したのち、開口３Ｋ〜５Ｋを通じて開口１Ｋを通過するように電極リード２および電極１にこの順に穿孔用針６を貫通させて穿孔Ｈを形成することにより、電極１および電極リード２を穿孔Ｈの周囲において電極１を内側にしながら貫通方向に折り曲げる。この場合には、あらかじめ開口１Ｋが設けられた電極１が内側となるように折り曲げられることに伴い、電極リード２の折り曲げられた部分の先端が電極１の折り曲げられた部分の先端よりも貫通方向において突出する。なお、開口１Ｋの内径は、任意に設定可能である。
【００５８】
続いて、図１４に示したように、図７を参照して説明した手順により、かしめパンチ７を用いて電極１および電極リード２の折り曲げた部分を穿孔Ｈから離れる方向に折り返す（１次プレス）。この場合には、穿孔用針６を穿孔Ｈに貫通させた状態のままで折り返してもよいし、穿孔用針６を穿孔Ｈから引き抜いたのちに折り返してもよい。
【００５９】
最後に、図１５に示したように、図８を参照して説明した手順により、下側プレス板８および上側プレス板９を用いて電極１および電極リード２を押圧する（２次プレス）。これにより、電極１および電極リード２がかしめられて固定されるため、図１１に示した電極構造体が完成する。
【００６０】
この電極構造体およびその製造方法によれば、電極リード２および開口１Ｋが設けられた電極１にこの順に開口１Ｋを通過するように穿孔用針６を貫通させて穿孔Ｈを形成し、それらを穿孔Ｈの周囲において電極１を内側にしながら貫通方向に折り曲げたのち、穿孔Ｈから離れる方向に折り返すようにした。これにより、電極リード２の折り返し部分２Ｔが電極１の折り返し部分１Ｔの先端に露出した集電体１Ａと接触する。したがって、電極１と電極リード２とが十分にかしめられ、それらの間に十分な電気的導通が得られるため、上記した第１の実施の形態と同様に、電気的性能のばらつきを抑え、性能を安定化させると共に歩留まりを向上させることができる。
【００６１】
特に、かしめパンチ７を用いて電極１および電極リード２を折り返す際に、穿孔用針６を穿孔Ｈに貫通させた状態のままで折り返せば、上記した第１の実施の形態と同様の作用により、電極１および電極リード２が穿孔Ｈ内に逃げずに折り返されるため、より高い効果を得ることができる。
【００６２】
［第３の実施の形態］
図１６は本発明の第３の実施の形態に係る電極構造体の構成を表しており、図１（Ｂ）に対応する断面構成を示している。図１６では、第１の実施の形態で説明した構成要素と同一の構成要素に、同一の符号を付している。
【００６３】
この電極構造体は、電極１および電極リード２が穿孔Ｈの周囲において電極リード２を内側にしながら穿孔Ｈから離れる方向に折り返されており、電極リード２の折り返し部分２Ｔが電極１の折り返し部分１Ｔの先端に露出した集電体１Ａと接触していることを除き、第１の実施の形態の電極構造体と同様の構成を有している。すなわち、集電体１Ａと電極リード２とは、折り返し部分１Ｔの先端に露出した集電体１Ａの露出箇所を接点Ｃとして電気的に導通している。この場合には、電極リード２の折り返し部分２Ｔの先端（位置Ｐ２）は、電極１の折り返し部分１Ｔの先端（位置Ｐ１）よりも穿孔Ｈから遠い側に位置している。
【００６４】
この電極構造体は、例えば、以下の手順により製造される。図１７〜図２０は電極構造体の製造工程を説明するためのものであり、図１６に対応する断面構成を示している。
【００６５】
電極構造体を製造する際には、まず、図１７に示したように、下側押さえプレート３および上側押さえプレート４を用いて電極１を固定する。ここでは、上側押さえプレート４に代えて、下側押さえプレート３が上側押さえプレート４に対向する面にスリット３Ｓを有している。電極１を固定する際には、下側押さえプレート３上に電極１を載置したのち、その電極１上に上側押さえプレート４を載置し、それらで電極１を挟み込む。こののち、下側押さえプレート３のスリット３Ｓに電極リード２を挿入して電極１に重ねる。
【００６６】
続いて、図１８に示したように、図５および図６を参照して説明した手順により、リード押さえ５を用いて電極リード２を固定したのち、開口３Ｋ〜５Ｋを通じて電極１および電極リード２にこの順に穿孔用針６を貫通させて穿孔Ｈを形成することにより、電極１および電極リード２を穿孔Ｈの周囲において電極リード２を内側にしながら貫通方向に折り曲げる。この場合には、電極リード２が内側となるように折り曲げられることに伴い、電極リード２の折り曲げられた部分の先端が電極１の折り曲げられた部分の先端よりも貫通方向において突出する。
【００６７】
続いて、図１９に示したように、図７を参照して説明した手順により、かしめパンチ７を用いて電極１および電極リード２の折り曲げた部分を穿孔Ｈから離れる方向に折り返す（１次プレス）。この場合には、穿孔用針６を穿孔Ｈに貫通させた状態のままで折り返してもよいし、穿孔用針６を穿孔Ｈから引き抜いたのちに折り返してもよい。
【００６８】
最後に、図２０に示したように、図８を参照して説明した手順により、下側プレス板８および上側プレス板９を用いて電極１および電極リード２を押圧する（２次プレス）。これにより、極１および電極リード２がかしめられて固定されるため、図１６に示した電極構造体が完成する。
【００６９】
この電極構造体およびその製造方法によれば、電極１および電極リード２にこの順に穿孔用針６を貫通させて穿孔Ｈを形成し、それらを穿孔Ｈの周囲において電極リード２を内側にしながら貫通方向に折り曲げたのち、穿孔Ｈから離れる方向に折り返すようにした。これにより、電極リード２の折り返し部分２Ｔが電極１の折り返し部分１Ｔの先端に露出した集電体１Ａと接触する。したがって、電極１と電極リード２とが十分にかしめられ、それらの間に十分な電気的導通が得られるため、上記した第１の実施の形態と同様に、電気的性能のばらつきを抑え、性能を安定化させると共に歩留まりを向上させることができる。
【００７０】
特に、穿孔用針６を穿孔Ｈに貫通させた状態のままで電極１および電極リード２を折り返せば、上記した第２の実施の形態と同様の作用により、より高い効果を得ることができる。
【００７１】
次に、上記した一連の実施形態の電極構造体の使用例について説明する。ここで、電気化学デバイスの一例として電池を例に挙げると、電極構造体は以下のようにして電池に用いられる。
【００７２】
図２１および図２２は電池の構成を表しており、図２１は断面構成、図２２は図２１に示した主要部の拡大断面構成をそれぞれ示している。ここで説明する電池は、例えば、負極の容量が電極反応物質であるリチウムの吸蔵および放出に基づく容量成分により表されるリチウムイオン二次電池である。
【００７３】
この二次電池は、図２１に示したように、ほぼ中空円柱状の電池缶１１の内部に、正極２１および負極２２がセパレータ２３を介して巻回された巻回電極体２０と、一対の絶縁板１２，１３とが収納されたものであり、いわゆる円筒型の構造を有している。電池缶１１は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）めっきが施された鉄（Ｆｅ）により構成されており、その一端部および他端部はそれぞれ閉鎖および開放されている。一対の絶縁板１２，１３は、巻回電極体２０を挟み、その巻回周面に対して垂直に延在するように配置されている。この巻回電極体２０の中心には、例えば、センターピン２４が挿入されている。
【００７４】
電池缶１１の開放端部には、電池蓋１４と、その内側に設けられた安全弁機構１５および熱感抵抗素子（Positive Temperature Coefficient：ＰＴＣ素子）１６とがガスケット１７を介してかしめられることにより取り付けられており、電池缶１１の内部は密閉されている。電池蓋１４は、例えば、電池缶１１と同様の材料により構成されている。安全弁機構１５は、熱感抵抗素子１６を介して電池蓋１４と電気的に接続されている。この安全弁機構１５では、内部短絡あるいは外部からの加熱などに起因して内圧が一定以上となった場合にディスク板１５Ａが反転することにより、電池蓋１４と巻回電極体２０との間の電気的接続が切断されるようになっている。熱感抵抗素子１６は、温度の上昇に応じて抵抗が増大することにより電流を制限し、大電流に起因する異常な発熱を防止するものである。ガスケット１７は、例えば、絶縁材料により構成されており、その表面にはアスファルトが塗布されている。
【００７５】
正極２１および正極リード２５は、例えば、上記した電極構造体と同様の構成を有している。この場合における電極構造体の構成は、第１〜第３の実施の形態におけるいずれの構成であってもよい。具体的には、正極２１は、例えば、図２２に示したように、対向する一対の面を有する正極集電体２１Ａの両面に正極活物質層２１Ｂが設けられたものである。正極集電体２１Ａは、例えば、アルミニウム、ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料により構成されており、中でもアルミニウムにより構成されているのが好ましい。高い耐食性が得られるからである。正極活物質層２１Ｂは、正極活物質として電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料のいずれか１種または２種以上を含んでおり、必要に応じて導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。正極リード２５は、例えば、アルミニウムなどの金属材料により構成されており、安全弁機構１５に溶接されて電池蓋１４と電気的に接続されている。
【００７６】
リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウムあるいはこれらを含む固溶体（Ｌｉ（Ｎｉx Ｃｏy Ｍｎz ）Ｏ2 ：ｘ、ｙおよびｚの値はそれぞれ０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。）、またはスピネル構造を有するマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ2 Ｏ4 ）あるいはその固溶体（Ｌｉ（Ｍｎ2-v Ｎｉv ）Ｏ4 ：ｖの値はｖ＜２である。）などのリチウム複合酸化物や、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ4 ）などのオリビン構造を有するリン酸化合物などが好ましい。高いエネルギー密度が得られるからである。この他、上記した正極材料としては、例えば、酸化チタン、酸化バナジウムあるいは二酸化マンガンなどの酸化物や、二硫化鉄、二硫化チタンあるいは硫化モリブデンなどの二硫化物や、硫黄や、ポリアニリンあるいはポリチオフェンなどの導電性高分子も挙げられる。
【００７７】
負極２２および負極リード２６は、例えば、上記した電極構造体と同様の構成を有している。この場合における電極構造体の構成は、第１〜第３の実施の形態におけるいずれの構成であってもよい。具体的には、負極２２は、例えば、図２２に示したように、対向する一対の面を有する負極集電体２２Ａの両面に負極活物質層２２Ｂが設けられたものである。負極集電体２２Ａは、例えば、銅、ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料により構成されており、中でも銅により構成されているのが好ましい。高い電気伝導性が得られるからである。負極活物質層２２Ｂは、負極活物質としてリチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料のいずれか１種または２種以上を含んでおり、必要に応じて導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。負極リード２６は、例えば、ニッケルなどの金属材料により構成されており、電池缶１１に溶接されて電気的に接続されている。
【００７８】
リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば、リチウムを吸蔵および放出することが可能であると共に金属元素および半金属元素のうちの少なくとも１種を構成元素として含む材料が挙げられる。このような負極材料は、高いエネルギー密度が得られるので好ましい。この負極材料は、金属元素あるいは半金属元素の単体でも合金でも化合物でもよく、またはこれらの１種または２種以上の相を少なくとも一部に有するようなものでもよい。ここで、合金には、２種以上の金属元素からなるものに加えて、１種以上の金属元素と１種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、合金は、非金属元素を含んでいてもよい。この組織には、固溶体、共晶（共融混合物）、金属間化合物あるいはそれらのうちの２種以上が共存するものがある。
【００７９】
この負極材料を構成する金属元素あるいは半金属元素としては、例えば、リチウムと合金を形成することが可能な金属元素あるいは半金属元素が挙げられる。具体的には、マグネシウム（Ｍｇ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、カドミウム（Ｃｄ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、イットリウム（Ｙ）、パラジウム（Ｐｄ）あるいは白金（Ｐｔ）などが挙げられる。このうち、特に好ましいのは、ケイ素およびスズのうちの少なくとも１種である。リチウムを吸蔵および放出する能力が大きいため、高いエネルギー密度が得られるからである。
【００８０】
ケイ素およびスズのうちの少なくとも１種を含む負極材料としては、例えば、ケイ素の単体、合金あるいは化合物、スズの単体、合金あるいは化合物、またはこれらの１種あるいは２種以上の相を少なくとも一部に有する材料が挙げられる。これらは単独で用いられてもよいし、複数種が混合されて用いられてもよい。
【００８１】
ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の第２の構成元素として、スズ、ニッケル、銅、鉄、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛、インジウム、銀、チタン（Ｔｉ）、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモン（Ｓｂ）およびクロム（Ｃｒ）からなる群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。スズの合金としては、例えば、スズ以外の第２の構成元素として、ケイ素、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモンおよびクロムからなる群のうちの少なくとも１種を含むものが挙げられる。
【００８２】
ケイ素の化合物あるいはスズの化合物としては、例えば、酸素あるいは炭素を含むものが挙げられ、ケイ素またはスズに加えて、上記した第２の構成元素を含んでいてもよい。
【００８３】
中でも、ケイ素およびスズのうちの少なくとも１種を含む負極材料としては、例えば、スズを第１の構成元素とし、そのスズに加えて第２の構成元素と第３の構成元素とを含むものが好ましい。第２の構成元素は、コバルト、鉄、マグネシウム、チタン、バナジウム（Ｖ）、クロム、マンガン、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ジルコニウム、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、銀、インジウム、セリウム（Ｃｅ）、ハフニウム、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、ビスマスおよびケイ素からなる群のうちの少なくとも１種である。第３の構成元素は、ホウ素、炭素、アルミニウムおよびリンからなる群のうちの少なくとも１種である。第２の元素および第３の元素を含むことにより、サイクル特性が向上するからである。
【００８４】
このうち、負極材料としては、スズ、コバルトおよび炭素を構成元素として含み、炭素の含有量が９．９質量％以上２９．７質量％以下の範囲内、スズおよびコバルトの合計に対するコバルトの割合（Ｃｏ／（Ｓｎ＋Ｃｏ））が３０質量％以上７０質量％以下の範囲内であるＣｏＳｎＣ含有材料が好ましい。このような組成範囲において、高いエネルギー密度が得られると共に優れたサイクル特性が得られるからである。
【００８５】
このＣｏＳｎＣ含有材料は、必要に応じて、さらに他の構成元素を含んでいてもよい。他の構成元素としては、例えば、ケイ素、鉄、ニッケル、クロム、インジウム、ニオブ、ゲルマニウム、チタン、モリブデン、アルミニウム、リン、ガリウムあるいはビスマスなどが好ましく、それらの２種以上を含んでいてもよい。容量あるいはサイクル特性がさらに向上するからである。
【００８６】
なお、ＣｏＳｎＣ含有材料は、スズ、コバルトおよび炭素を含む相を有しており、この相は結晶性の低いまたは非晶質な構造を有していることが好ましい。また、ＣｏＳｎＣ含有材料では、構成元素である炭素の少なくとも一部が、他の構成元素である金属元素あるいは半金属元素と結合していることが好ましい。サイクル特性の低下は、スズなどが凝集あるいは結晶化することによるものであると考えられるが、炭素が他の元素と結合することにより、そのような凝集または結晶化が抑制されるからである。
【００８７】
元素の結合状態を調べる測定方法としては、例えばＸ線光電子分光法（X-ray Photoelectron Spectroscopy：ＸＰＳ）が挙げられる。このＸＰＳでは、金原子の４ｆ軌道（Ａｕ４ｆ）のピークが８４．０ｅＶに得られるようにエネルギー較正された装置において、グラファイトであれば、炭素の１ｓ軌道（Ｃ１ｓ）のピークは２８４．５ｅＶに現れる。また、表面汚染炭素であれば、２８４．８ｅＶに現れる。これに対して、炭素元素の電荷密度が高くなる場合、例えば、炭素が金属元素あるいは半金属元素と結合している場合には、Ｃ１ｓのピークは２８４．５ｅＶよりも低い領域に現れる。すなわち、ＣｏＳｎＣ含有材料について得られるＣ１ｓの合成波のピークが２８４．５ｅＶよりも低い領域に現れる場合には、ＣｏＳｎＣ含有材料に含まれる炭素の少なくとも一部が他の構成元素である金属元素あるいは半金属元素と結合している。
【００８８】
なお、ＸＰＳでは、例えば、スペクトルのエネルギー軸の補正に、Ｃ１ｓのピークを用いる。通常、表面には表面汚染炭素が存在しているので、表面汚染炭素のＣ１ｓのピークを２８４．８ｅＶとし、これをエネルギー基準とする。ＸＰＳにおいて、Ｃ１ｓのピークの波形は、表面汚染炭素のピークとＣｏＳｎＣ含有材料中の炭素のピークとを含んだ形として得られるので、例えば、市販のソフトウエアを用いて解析することにより、表面汚染炭素のピークと、ＣｏＳｎＣ含有材料中の炭素のピークとを分離する。波形の解析では、最低束縛エネルギー側に存在する主ピークの位置をエネルギー基準（２８４．８ｅＶ）とする。
【００８９】
この負極活物質層２２Ｂは、例えば、気相法、液相法あるいは溶射法、またはそれらの２種以上の方法を用いて形成されたものであり、負極活物質層２２Ｂと負極集電体２２Ａとが界面の少なくとも一部において合金化しているのが好ましい。具体的には、界面において負極集電体２２Ａの構成元素が負極活物質層２２Ｂに拡散し、あるいは負極活物質層２２Ｂの構成元素が負極集電体２２Ａに拡散し、または両者の構成元素が互いに拡散し合っているのが好ましい。充放電に伴う負極活物質層２２Ｂの膨張および収縮による破壊が抑制されると共に、負極活物質層２２Ｂと負極集電体２２Ａとの間の電子伝導性が向上するからである。
【００９０】
なお、気相法としては、例えば、物理堆積法あるいは化学堆積法、具体的には真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、熱化学気相成長（Chemical Vapor Deposition ：ＣＶＤ）法あるいはプラズマ化学気相成長法などが挙げられる。液相法としては、電気鍍金あるいは無電解鍍金などの公知の手法を用いることができる。焼成法とは、例えば、粒子状の負極活物質を結着剤などと混合して溶剤に分散させることにより塗布したのち、結着剤などの融点よりも高い温度で熱処理する方法である。焼成法に関しても公知の手法が利用可能であり、例えば、雰囲気焼成法、反応焼成法あるいはホットプレス焼成法が挙げられる。
【００９１】
この二次電池では、例えば、正極活物質とリチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料との間で量が調整されることにより、正極活物質による充電容量よりも負極活物質の充電容量が大きくなり、完全充電時においても負極２２にリチウム金属が析出しないようになっている。
【００９２】
セパレータ２３は、正極２１と負極２２とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつリチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ２３は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどよりなる合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の多硬質膜により構成されており、これらの２種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリオレフィン製の多孔質膜は、ショート防止効果に優れ、かつシャットダウン効果による電池の安全性向上を図ることができるので好ましい。特に、ポリエチレンは、１００℃以上１６０℃以下の範囲内でシャットダウン効果を得ることができると共に、電気化学的安定性にも優れているので好ましい。また、ポリプロピレンも好ましく、他にも化学的安定性を備えた樹脂であれば、ポリエチレンあるいはポリプロピレンと共重合させたものであったり、ブレンド化したものであってもよい。
【００９３】
このセパレータ２３には、例えば、液状の電解質として電解液が含浸されている。この電解液は、溶媒と、それに溶解された電解質塩とを含んでいる。
【００９４】
溶媒は、例えば、有機溶剤などの非水溶媒の１種あるいは２種以上を含有している。この非水溶媒としては、例えば、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチルあるいは炭酸メチルプロピルなどの炭酸エステル系溶媒が挙げられる。優れた容量特性、保存特性およびサイクル特性が得られるからである。これらは単独で用いられてもよいし、複数種が混合されて用いられてもよい。中でも、溶媒としては、炭酸エチレンあるいは炭酸プロピレンなどの高粘度溶媒と、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチルあるいは炭酸ジエチルなどの低粘度溶媒とを混合したものが好ましい。電解質塩の解離性およびイオンの移動度が向上するため、より高い効果が得られるからである。
【００９５】
特に、溶媒は、ハロゲン化炭酸エステルを含有しているのが好ましい。負極２２の表面に安定な被膜が形成されて電解液の分解反応が抑制されるため、サイクル特性が向上するからである。このハロゲン化炭酸エステルとしては、４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンや４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンなどのフッ素化炭酸エステルが好ましい。より高い効果が得られるからである。
【００９６】
また、溶媒は、不飽和結合を有する環状炭酸エステルを含有しているのが好ましい。サイクル特性が向上するからである。この不飽和結合を有する環状炭酸エステルとしては、例えば、炭酸ビニレンあるいは炭酸ビニルエチレンなどが挙げられる。
【００９７】
電解質塩は、例えば、リチウム塩などの軽金属塩の１種あるいは２種以上を含んでいる。このリチウム塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6 ）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4 ）あるいは六フッ化ヒ酸リチウム（ＬｉＡｓＦ6 ）などが挙げられる。優れた容量特性、保存特性およびサイクル特性が得られるからである。これらは単独で用いられてもよいし、複数種が混合されて用いられてもよい。中でも、電解質塩としては、六フッ化リン酸リチウムが好ましい。内部抵抗が低下するため、より高い効果が得られるからである。溶媒中における電解質塩の含有量は、例えば、０．３ｍｏｌ／ｋｇ以上３．０ｍｏｌ／ｋｇ以下の範囲内である。優れた容量特性が得られるからである。
【００９８】
なお、この二次電池では、液状の電解質（電解液）に代えて、固体状あるいはゲル状の電解質を用いてもよい。
【００９９】
固体状の電解質は、イオン伝導性を有していれば、無機固体電解質でもよいし、高分子固体電解質でもよい。無機固体電解質としては、例えば、窒化リチウムあるいはヨウ化リチウムなどが挙げられる。高分子固体電解質としては、例えば、電解質塩とそれを保持する高分子化合物とを含むものが挙げられる。この高分子化合物としては、例えば、ポリエチレンオキサイドあるいはその架橋体などのエーテル系高分子や、ポリメタクリレートエステル系高分子や、アクリレート系高分子や、それらの共重合体あるいは混合物などが挙げられる。
【０１００】
ゲル状の電解質は、電解液とそれを保持する高分子化合物とを含んでおり、その高分子化合物が電解液を保持してゲル化しているものである。この高分子化合物としては、例えば、ポリフッ化ビニリデンあるいはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとを成分とする共重合体などのフッ素系高分子や、ポリエチレンオキサイドあるいはその架橋体などのエーテル系高分子や、ポリアクリロニトリルなどが挙げられる。中でも、酸化還元に対する安定性の観点から、フッ素系高分子が好ましい。
【０１０１】
この二次電池は、例えば、以下の手順により製造される。
【０１０２】
まず、気相法、液相法、溶射法あるいはそれらの２種以上の方法を用いて正極集電体２１Ａの両面に正極活物質層２１Ｂを形成することにより、正極２１を作製する。こののち、上記した電極構造体の製造手順と同様の手順により、正極２１と正極リード２５とをかしめて固定する。
【０１０３】
また、上記した正極２１の作製手順と同様の手順により、負極集電体２２Ａの両面に負極活物質層２２Ｂを形成して負極２２を作製したのち、上記した電極構造体の製造手順と同様の手順により、負極２２と負極リード２６とをかしめて固定する。
【０１０４】
次に、正極２１と負極２２とをセパレータ２３を介して巻回させることにより、巻回電極体２０を形成する。この場合には、負極２２が外側となるようにする。続いて、正極リード２５の先端部を安全弁機構１５に溶接すると共に負極リード２６の先端部を電池缶１１に溶接したのち、巻回電極体２０を一対の絶縁板１２，１３で挟みながら電池缶１１の内部に収納する。
【０１０５】
最後に、電池缶１１の内部に電解液を注入してセパレータ２３に含浸させたのち、その電池缶１１の開口端部に電池蓋１４、安全弁機構１５および熱感抵抗素子１６をガスケット１７を介してかしめることにより固定する。これにより、図２１および図２２に示した二次電池が完成する。
【０１０６】
この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極２１からリチウムイオンが放出され、電解液を介して負極２２に吸蔵される。一方、放電を行うと、例えば、負極２２からリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極２１に吸蔵される。
【０１０７】
この二次電池によれば、正極２１および正極リード２５が上記した電極構造体と同様の構成を有しているので、それらの間に十分な電気的導通が得られる。この作用は、正極２１および正極リード２５だけでなく、やはり上記した電極構造体と同様の構成を有している負極２２および負極リード２６についても得られる。したがって、容量特性などの電気的性能のばらつきを抑え、性能を安定化させると共に歩留まりを向上させることができる。
【０１０８】
なお、この二次電池では、正極２１および正極リード２５、ならびに負極２２および負極リード２６がいずれも上記した電極構造体と同様の構成を有するようにしたが、必ずしもこれに限られず、いずれか一方だけが電極構造体と同様の構成を有するようにしてもよい。ただし、双方が電極構造体と同様の構成を有していれば、二次電池全体としての電気伝導性が向上するため、より高い効果を得ることができる。
【実施例】
【０１０９】
本発明の実施例について詳細に説明する。
【０１１０】
（実施例１−１〜１−４）
第１の実施の形態において説明した手順（図３〜図８参照）により、電極構造体を作製した。図２３は、評価用の電極構造体の構成を表しており、図１（Ａ）に対応する平面構成を示している。ここでは、電極構造体が図１に代えて図２３に示した構成を有するようにした。
【０１１１】
電極構造体を作製する際には、帯状の電解銅箔（厚さ＝１８μｍ，長さ＝５０ｍｍ，幅＝１５ｍｍ）からなる集電体と、帯状のニッケル箔（厚さ＝５０μｍ，長さ＝３８ｍｍ，幅＝４ｍｍ）からなる電極リード１０２とを準備したのち、まず、電子線加熱方式の真空蒸着法によって集電体の両面にケイ素を堆積させて活物質層を形成することにより、電極１０１を作製した。この場合には、集電体の片面側における活物質層の厚さを４段階（４μｍ，６μｍ，８μｍ，１０μｍ）に変化させた。
【０１１２】
続いて、下側押さえプレート３および上側押さえプレート４を用いて電極１０１を固定したのち、その上側押さえプレート４に設けられたスリット４Ｓに電極リード１０２を挿入して電極上に１０１に重ねた。この場合には、電極１０１および電極リード１０２を長手方向に沿って部分的に重ねると共に、その電極リード１０２の突出長さＬ１を１０ｍｍとした。続いて、リード押さえ５を用いて電極リード１０２を固定したのち、電極リード１０２および電極１０１にこの順に穿孔用針６を貫通させて穿孔Ｈを形成することにより、それらを穿孔Ｈの周囲において電極１０１を内側にしながら貫通方向に折り曲げた。この場合には、穿孔用針６の外径を１ｍｍ、その先端部分６Ｐの立体形状を四角錐、穿孔Ｈの形成数を３つ、各穿孔Ｈ間の間隔Ｌ２を５ｍｍとした。
【０１１３】
続いて、穿孔用針６を穿孔Ｈに貫通させた状態のままで、かしめパンチ７を用いて電極１０１および電極リード１０２を１次プレスすることにより、それらの折り曲げられた部分を穿孔Ｈから離れる方向に折り返した。この場合には、１次プレス圧を１ｋＮとした。最後に、穿孔用針６を穿孔Ｈから引き抜いたのち、下側プレス板８および上側プレス板９を用いて電極１０１および電極リード１０２を２次プレスした。この場合には、２次プレス圧を４ｋＮとした。これにより、電極１０１と電極リード１０２とが３箇所（かしめ点数＝３点）においてかしめられることにより固定され、図１に示した構成に対応する構成を有する電極構造体が完成した。
【０１１４】
（比較例１−１〜１−４）
第１の実施の形態において比較例として説明した手順（図９参照）を経たことを除き、実施例１−１〜１−４と同様に電極構造体を作製した。すなわち、穿孔用針６を穿孔Ｈから引き抜いたのちに１次プレスした。
【０１１５】
これらの実施例１−１〜１−４および比較例１−１〜１−４の電極構造体について電気抵抗特性を調べたところ、表１に示した結果が得られた。この電気抵抗特性を調べる際には、４端子測定法により、電極１０１の一端部Ｅ１と電極リード１０２の一端部Ｅ２との間における電気抵抗値（ｍΩ）を測定したのち、その平均（平均抵抗値）を求めた。この場合には、サンプル数（いわゆるｎ数）を２０とした。なお、電気抵抗特性を調べる際の手順は、以降の一連の実施例および比較例についても同様である。
【０１１６】
【表１】
2008210617.tif 000003
【０１１７】
表１に示したように、実施例１−１〜１−４では、活物質層の厚さごとに比較例１−１〜１−４よりも平均抵抗値が低くなった。この場合には、特に、活物質層の厚さが大きくなるにしたがって、比較例１−１〜１−４では平均抵抗値が大幅に増加したが、実施例１−１〜１−４では平均抵抗値がほぼ一定であった。この結果は、比較例１−１〜１−４よりも実施例１−１〜１−４において、電極１０１と電極リード１０２とが十分にかしめられているため、それらの間の電気伝導性が向上していることを表している。このことから、本発明の第１の実施の形態の電極構造体では、電気伝導性が安定に向上することが確認されたと共に、その効果は活物質層の厚さを変更した場合においても得られることが確認された。
【０１１８】
（実施例２−１，２−２）
活物質層の厚さを５μｍとし、集電体の厚さを２段階（１５μｍ，１８μｍ）に変化させたことを除き、実施例１−１〜１−４と同様の手順により電極構造体を作製した。
【０１１９】
（比較例２−１、２−２）
比較例１−１〜１−４と同様に穿孔用針を穿孔から引き抜いたのちに１次プレスしたことを除き、実施例２−１，２−２と同様の手順により電極構造体を作製した。
【０１２０】
これらの実施例２−１，２−２および比較例２−１，２−２の電極構造体について電気抵抗特性を調べたところ、表２に示した結果が得られた。
【０１２１】
【表２】
2008210617.tif 000004
【０１２２】
表２に示したように、実施例２−１，２−２では、平均抵抗値がほぼ一定であった。もちろん、比較例２−１，２−２でも平均抵抗値はほぼ同等であり、実施例２−１，２−２では比較例２−１，２−２よりも平均抵抗値が低くなった。このことから、本発明の第１の実施の形態の電極構造体では、集電体の厚さを変更した場合においても電気伝導性が安定に向上することが確認された。
【０１２３】
（実施例３−１〜３−１６）
活物質層の厚さを５μｍとし、１次プレス圧および２次プレス圧をそれぞれ４段階（１ｋＮ，２ｋＮ，３ｋＮ，４ｋＮ）に変化させて組み合わせたことを除き、実施例１−１〜１−４と同様の手順により電極構造体を作製した。
【０１２４】
これらの実施例３−１〜３−１６の電極構造体について電気抵抗特性を調べたところ、表３に示した結果が得られた。
【０１２５】
【表３】
2008210617.tif 000005
【０１２６】
表３に示したように、実施例３−１〜３−４では、２次プレス圧が大きくなるにしたがって平均抵抗値がおおむね低下する傾向を示した。この傾向は、実施例３−１〜３−４とは１次プレス圧が異なる実施例３−５〜３−１６においても同様であった。また、実施例３−１〜３−１６では、１次プレス圧が大きくなるにしたがって平均抵抗値が低下した。この場合には、特に、２次プレス圧が３ｋＮ以上になると、平均抵抗値がほぼ一定となった。このことから、本発明の第１の実施の形態の電極構造体では、１次プレス圧および２次プレス圧を変更した場合においても電気伝導性が安定に向上することが確認されたと共に、その効果は両プレス圧を大きくすれば高くなることが確認された。
【０１２７】
（実施例４−１〜４−５）
活物質層の厚さを５μｍとし、かしめ点数を５段階（１点，２点，３点，４点，５点）に変化させたことを除き、実施例１−１〜１−４と同様の手順により電極構造体を作製した。なお、かしめ点数を変更する際には、電極リード１０２の長さを一定としたままで、各穿孔Ｈ間の間隔Ｌ２を調整した。
【０１２８】
これらの実施例４−１〜４−５の電極構造体について電気抵抗特性を調べたところ、表４に示した結果が得られた。
【０１２９】
【表４】
2008210617.tif 000006
【０１３０】
表４に示したように、実施例４−１〜４−５では、かしめ点数が増えるにしたがって平均抵抗値がおおむね低下する傾向を示した。この場合には、特に、かしめ点数が２点以上になると、平均抵抗値がほぼ一定となった。このことから、本発明の第１の実施の形態の電極構造体では、かしめ点数を変更した場合においても電気伝導性が安定に向上することが確認されたと共に、その効果はかしめ点数を増やせば高くなることが確認された。
【０１３１】
（実施例５）
活物質層の厚さを５μｍとし、穿孔用針６の外径を１．５ｍｍに変更したことを除き、実施例１−１〜１−４と同様の手順により電極構造体を作製した。
【０１３２】
（比較例３）
比較例１−１〜１−４と同様に穿孔用針６を穿孔Ｈから引き抜いたのちに１次プレスしたことを除き、実施例５と同様の手順により電極構造体を作製した。
【０１３３】
これらの実施例５および比較例３の電極構造体について電気抵抗特性を調べたところ、表５に示した結果が得られた。なお、表５には、実施例２−２および比較例２−２の結果も併せて示した。
【０１３４】
【表５】
2008210617.tif 000007
【０１３５】
表５に示したように、実施例２−２，５では、平均抵抗値がほぼ一定であった。もちろん、実施例２−２，５では、比較例２−２，３よりも平均抵抗値が低くなった。この場合には、特に、比較例２−２，３では、穿孔用針６の外径が大きくなると平均抵抗値が低下した。この結果は、穿孔用針６の外径を大きくすると、電極１０１および電極リード１０２の折り返し部分の長さ（折り返し部分の面積）が大きくなるため、抵抗値が低下したものと考えられる。このことから、本発明の第１の実施の形態の電極構造体では、穿孔用針６の外径を変更した場合においても電気伝導性が安定に向上することが確認された。
【０１３６】
（実施例６）
第２の実施の形態において説明した手順（図１２〜図１５参照）により、図２３に示した評価用の電極構造体を作製した。
【０１３７】
電極構造体を作製する際には、電極１０１を作製したのち、まず、ＹＡＧレーザにより電極１０１の中央近傍に開口１Ｋを形成した。この場合には、レーザ出力を１．７Ｗ、開口１Ｋの内径を０．８ｍｍとした。続いて、下側押さえプレート３および上側押さえプレート４で電極１０１を固定したのち、その上に電極リード１０２を重ねてリード押さえ５で固定した。続いて、電極１０１に設けられた開口１Ｋを通過するように電極リード１０２および電極１０１にこの順に穿孔用針６を貫通させて穿孔Ｈを形成することにより、それらを穿孔Ｈの周囲において電極１０１を内側にしながら貫通方向に折り曲げた。続いて、穿孔用針６を穿孔Ｈから引き抜いたのち、かしめパンチ７で電極１０１および電極リード１０２を１次プレスすることにより、穿孔Ｈから離れる方向に折り返した。最後に、下側プレス板８および上側プレス板９で電極１０１および電極リード１０２を２次プレスした。これにより、電極１０１と電極リード１０２とがかしめられて固定され、図１１に示した構成に対応する構成を有する電極構造体が完成した。なお、上記以外の手順および条件は、実施例１−１〜１−４と同様にした。
【０１３８】
（実施例７）
第３の実施の形態において説明した手順（図１７〜図２０参照）により、図２３に示した評価用の電極構造体を作製した。
【０１３９】
電極構造体を作製する際には、まず、下側押さえプレート３および上側押さえプレート４で電極１０１を固定したのち、その下に電極リード１０２を重ねてリード押さえ５で固定した。続いて、電極１０１および電極リード１０２にこの順に穿孔用針６を貫通させて穿孔Ｈを形成することにより、それらを穿孔Ｈの周囲において電極リード１０２を内側にしながら貫通方向に折り曲げた。続いて、穿孔用針６を穿孔Ｈから引き抜いたのち、かしめパンチ７で電極１０１および電極リード１０２を１次プレスすることにより、穿孔Ｈから離れる方向に折り返した。最後に、下側プレス板８および上側プレス板９で電極１０１および電極リード１０２を２次プレスした。これにより、電極１０１と電極リード１０２とがかしめられて固定され、図１６に示した構成に対応する構成を有する電極構造体が完成した。なお、上記以外の手順および条件は、実施例１−１〜１−４と同様にした。
【０１４０】
これらの実施例６，７の電極構造体について電気抵抗特性を調べたところ、表６に示した結果が得られた。なお、表６には、実施例２−２および比較例２−２の結果も併せて示した。
【０１４１】
【表６】
2008210617.tif 000008
【０１４２】
表６に示したように、実施例６，７では、実施例２−２と同様に、比較例２−２よりも平均抵抗値が低くなった。この場合には、特に、実施例７，６，２−２の順に平均抵抗値が低くなった。このことから、本発明の第２および第３の実施の形態の電極構造体においても、上記した本発明の第１の実施の形態の電極構造体と同様に、電気伝導性が安定に向上することが確認された。また、上記した効果は、第３、第２および第１の実施の形態の順に高くなることが確認された。
【０１４３】
（実施例８−１〜８−４）
以下の手順により、実施例２−２の電極構造体を負極２２および負極リード２６として用いて図２１および図２２に示した円筒型の二次電池を作製したのち、充放電させた。
【０１４４】
まず、正極２１を作製した。この場合には、まず、炭酸リチウム（Ｌｉ2 ＣＯ3 ）と炭酸コバルト（ＣｏＣＯ3 ）とを０．５：１のモル比で混合したのち、空気中において９００℃で５時間焼成してリチウム・コバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ2 ）を得た。続いて、正極活物質としてリチウム・コバルト複合酸化物（平均粒径＝５μｍ）９２質量部と、導電剤としてカーボンブラック３質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン５質量部とを混合して正極合剤としたのち、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに分散させてペースト状の正極合剤スラリーとした。続いて、アルミニウム箔（厚さ＝１５μｍ）からなる帯状の正極集電体２１Ａの両面に正極合剤スラリーを均一に塗布して乾燥させたのち、ロールプレス機で圧縮成型して正極活物質層２１Ｂを形成した。こののち、正極集電体２１Ａの一端に、アルミニウム製の正極リード２５を溶接して取り付けた。
【０１４５】
次に、二次電池を組み立てた。この場合には、まず、セパレータ２３（厚さ＝２３μｍ）を準備し、正極２１と負極２２とをセパレータ２３を介して交互に積層させたのち、その積層体を多数回巻回させて巻回電極体２０を作製した。このセパレータ２３としては、多穴性ポリプロピレンを主成分とするフィルムにより多孔性ポリエチレンを主成分とする中心材フィルムを挟んだ３層構造品を用いた。続いて、正極リード２５を安全弁機構１５に溶接すると共に負極リード２６を電池缶１１に溶接したのち、ニッケルめっきが施された鉄製の電池缶１１の内部に巻回電極体２０を一対の絶縁板１２，１３で巻回電極体２０を挟みながら収納した。続いて、減圧方式により電池缶１１の内部に電解液を注入してセパレータ２３に含浸させた。この場合には、溶媒として炭酸エチレンと炭酸ジメチルとを１：１の質量比で混合したのち、電解質塩として六フッ化リン酸リチウムを濃度が１ｍｏｌ／ｄｍ3 となるように溶解させたものを電解液として用いた。最後に、アスファルトが塗布されたガスケット１７を介して電池缶１１をかしめることにより、安全弁機構１５、熱感抵抗素子１６および電池蓋１４を固定した。これにより、電池缶１１の内部の気密性が確保され、負極２２の容量がリチウムの吸蔵および放出に基づく容量成分により表される円筒型の二次電池（リチウムイオン二次電池）が完成した。
【０１４６】
最後に、充放電サイクル数を４段階（０サイクル，２サイクル，１００サイクル，２００サイクル）に変化させながら二次電池を充放電させた。この充放電条件（２５℃環境中）は、以下の通りである。１サイクル目については、０．２ｍＡ／ｃｍ2 の定電流密度で電池電圧が４．２Ｖに到達するまで充電し、さらに４．２Ｖの定電圧で電流密度が０．０５ｍＡ／ｃｍ2 に到達するまで充電したのち、０．２ｍＡ／ｃｍ2 の定電流密度で電池電圧が２．５Ｖに到達するまで放電した。また、２サイクル目以降については、２ｍＡ／ｃｍ2 の定電流密度で電池電圧が４．２Ｖに到達するまで充電し、さらに４．２Ｖの定電圧で電流密度が０．１ｍＡ／ｃｍ2 に到達するまで充電したのち、２ｍＡ／ｃｍ2 の定電流密度で電池電圧が２．５Ｖに到達するまで放電した。
【０１４７】
（比較例４−１〜４−４）
以下の手順により作製した電極構造体を負極２２および負極リード２６として用いたことを除き、実施例８−１〜８−４と同様の手順により二次電池を作製した。電極構造体を作製する際には、リュータで電極１０１の活物質層を研削して集電体を露出させたのち、抵抗溶接法により集電体の露出面に電極リード１０２を接合させた。
【０１４８】
これらの実施例８−１〜８−４および比較例４−１〜４−４の二次電池について、正極２１と負極２２との間における電気抵抗特性を調べたところ、表７に示した結果が得られた。この電気抵抗特性を調べる際には、複数のサンプル（ｎ数＝２０）についてインピーダンス値（ｍΩ）を測定したのち、その平均（平均インピーダンス値）を求めた。
【０１４９】
【表７】
2008210617.tif 000009
【０１５０】
表７に示したように、実施例８−１〜８−４では、充放電サイクル数ごとに平均インピーダンス値が比較例４−１〜４−４とほぼ同等になり、厳密にはより低くなった。この結果は、実施例８−１〜８−４では、形式的には電極リード１０２を集電体に直接的に接合させないかしめ法を用いているにもかかわらず、電極リード１０２を集電体に直接的に接合させる抵抗溶接法を用いた場合と同程度までインピーダンス値が低下することを表している。このことから、本発明の二次電池では、十分な電気伝導性が得られることが確認された。
【０１５１】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記した実施の形態および実施例において説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、本発明の電極構造体の用途は、必ずしも電池に限らず、電池以外の他の電気化学デバイスであっても良い。この他の用途としては、例えば、キャパシタなどが挙げられる。
【０１５２】
また、上記した実施の形態および実施例では、電池の種類として、負極の容量がリチウムの吸蔵および放出に基づく容量成分により表されるリチウムイオン二次電池について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。本発明の電池は、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料の充電容量を正極の充電容量よりも小さくすることにより、負極の容量がリチウムの吸蔵および放出に基づく容量成分とリチウムの析出および溶解に基づく容量成分とを含み、かつ、それらの容量成分の和により表される二次電池についても同様に適用可能である。
【０１５３】
また、上記した実施の形態および実施例では、電池の構造が円筒型である場合を例に挙げて説明したが、本発明の電池は、正極および負極が巻回された状態で用いられる角型あるいはラミネートフィルム型などの他の構造についても同様に適用可能である。このラミネートフィルム型とは、巻回電極体がフィルム状の外装部材に収納された構造である。また、本発明の電池は、二次電池に限らず、一次電池などの他の種類の電池についても同様に適用可能である。
【０１５４】
また、上記した実施の形態および実施例では、電極反応物質としてリチウムを用いる場合について説明したが、ナトリウム（Ｎａ）あるいはカリウム（Ｋ）などの他の１Ａ族元素や、マグネシウム（Ｍｇ）あるいはカルシウム（Ｃａ）などの２Ａ族元素や、アルミニウムなどの他の軽金属を用いてもよい。これらの場合においても、負極活物質として、上記した実施の形態で説明した負極材料を用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電極構造体の構成を表す平面図および断面図である。
【図２】図１に示した電極構造体の主要部のＳＥＭ写真およびその模式図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る電極構造体の製造工程における一工程を説明するための断面図である。
【図４】図３に続く工程を説明するための断面図である。
【図５】図４に続く工程を説明するための断面図である。
【図６】図５に続く工程を説明するための断面図である。
【図７】図６に続く工程を説明するための断面図である。
【図８】図７に続く工程を説明するための断面図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る電極構造体に対する比較例の電極構造体の製造工程を説明するための断面図である。
【図１０】比較例の電極構造体の主要部のＳＥＭ写真およびその模式図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る電極構造体の構成を表す断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る電極構造体の製造工程における一工程を説明するための断面図である。
【図１３】図１２に続く工程を説明するための断面図である。
【図１４】図１３に続く工程を説明するための断面図である。
【図１５】図１４に続く工程を説明するための断面図である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態に係る電極構造体の構成を表す断面図である。
【図１７】本発明の第３の実施の形態に係る電極構造体の製造工程における一工程を説明するための断面図である。
【図１８】図１７に続く工程を説明するための断面図である。
【図１９】図１８に続く工程を説明するための断面図である。
【図２０】図１９に続く工程を説明するための断面図である。
【図２１】本発明の電極構造体を用いた電池の構成を表す断面図である。
【図２２】図２１に示した電池の主要部を拡大して表す断面図である。
【図２３】評価用の電極構造体の構成を表す平面図である。
【符号の説明】
【０１５６】
１…電極、１Ａ…集電体、１Ｂ…活物質層、１Ｋ，３Ｋ，４Ｋ，５Ｋ，７Ｋ…開口、１Ｔ，２Ｔ…折り返し部分、２…電極リード、３…下側押さえプレート、３Ｓ，４Ｓ…スリット、４…上側押さえプレート、５…リード押さえ、５Ｐ，６Ｐ…先端部分、６…穿孔用針、７…かしめパンチ、８…下側プレス板、９…上側プレス板、１１…電池缶、１２，１３…絶縁板、１４…電池蓋、１５…安全弁機構、１５Ａ…ディスク板、１６…熱感抵抗素子、１７…ガスケット、２０…巻回電極体、２１…正極、２１Ａ…正極集電体、２１Ｂ…正極活物質層、２２…負極、２２Ａ…負極集電体、２２Ｂ…負極活物質層、２３…セパレータ、２４…センターピン、２５…正極リード、２６…負極リード、Ｃ…接点、Ｈ…穿孔、Ｐ１，Ｐ２…位置、Ｒ…かしめ部分。
【図１】
2008210617.tif 000010
【図２】
2008210617.tif 000011
【図３】
2008210617.tif 000012
【図４】
2008210617.tif 000013
【図５】
2008210617.tif 000014
【図６】
2008210617.tif 000015
【図７】
2008210617.tif 000016
【図８】
2008210617.tif 000017
【図９】
2008210617.tif 000018
【図１０】
2008210617.tif 000019
【図１１】
2008210617.tif 000020
【図１２】
2008210617.tif 000021
【図１３】
2008210617.tif 000022
【図１４】
2008210617.tif 000023
【図１５】
2008210617.tif 000024
【図１６】
2008210617.tif 000025
【図１７】
2008210617.tif 000026
【図１８】
2008210617.tif 000027
【図１９】
2008210617.tif 000028
【図２０】
2008210617.tif 000029
【図２１】
2008210617.tif 000030
【図２２】
2008210617.tif 000031
【図２３】
2008210617.tif 000032
【手続補正書】
【提出日】平成20年2月13日(2008.2.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
電極構造体を製造する際には、電極１および電極リード２を準備したのち、まず、図３に示したように、下側押さえプレート３および上側押さえプレート４を用いて電極１を固定する。この下側押さえプレート３は、中心近傍に開口３Ｋを有している。また、上側押さえプレート４は、開口３Ｋと連通する開口４Ｋを有していると共に、下側押さえプレート３に対向する面にスリット４Ｓを有している。電極１を固定する際には、下側押さえプレート３上に電極１を載置したのち、その電極１上に上側押さえプレート４を載置し、それらで電極１を挟み込む。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
最後に、図２０に示したように、図８を参照して説明した手順により、下側プレス板８および上側プレス板９を用いて電極１および電極リード２を押圧する（２次プレス）。これにより、電極１および電極リード２がかしめられて固定されるため、図１６に示した電極構造体が完成する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８９】
この負極活物質層２２Ｂは、例えば、気相法、液相法、溶射法あるいは焼成法、またはそれらの２種以上の方法を用いて形成されたものであり、負極活物質層２２Ｂと負極集電体２２Ａとが界面の少なくとも一部において合金化しているのが好ましい。具体的には、界面において負極集電体２２Ａの構成元素が負極活物質層２２Ｂに拡散し、あるいは負極活物質層２２Ｂの構成元素が負極集電体２２Ａに拡散し、または両者の構成元素が互いに拡散し合っているのが好ましい。充放電に伴う負極活物質層２２Ｂの膨張および収縮による破壊が抑制されると共に、負極活物質層２２Ｂと負極集電体２２Ａとの間の電子伝導性が向上するからである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９２】
セパレータ２３は、正極２１と負極２２とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつリチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ２３は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどよりなる合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の多孔質膜により構成されており、これらの２種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリオレフィン製の多孔質膜は、ショート防止効果に優れ、かつシャットダウン効果による電池の安全性向上を図ることができるので好ましい。特に、ポリエチレンは、１００℃以上１６０℃以下の範囲内でシャットダウン効果を得ることができると共に、電気化学的安定性にも優れているので好ましい。また、ポリプロピレンも好ましく、他にも化学的安定性を備えた樹脂であれば、ポリエチレンあるいはポリプロピレンと共重合させたものであったり、ブレンド化したものであってもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１２】
続いて、下側押さえプレート３および上側押さえプレート４を用いて電極１０１を固定したのち、その上側押さえプレート４に設けられたスリット４Ｓに電極リード１０２を挿入して電極１０１上に重ねた。この場合には、電極１０１および電極リード１０２を長手方向に沿って部分的に重ねると共に、その電極リード１０２の突出長さＬ１を１０ｍｍとした。続いて、リード押さえ５を用いて電極リード１０２を固定したのち、電極リード１０２および電極１０１にこの順に穿孔用針６を貫通させて穿孔Ｈを形成することにより、それらを穿孔Ｈの周囲において電極１０１を内側にしながら貫通方向に折り曲げた。この場合には、穿孔用針６の外径を１ｍｍ、その先端部分６Ｐの立体形状を四角錐、穿孔Ｈの形成数を３つ、各穿孔Ｈ間の間隔Ｌ２を５ｍｍとした。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１９】
（比較例２−１、２−２）
比較例１−１〜１−４と同様に穿孔用針６を穿孔Ｈから引き抜いたのちに１次プレスしたことを除き、実施例２−１，２−２と同様の手順により電極構造体を作製した。