(57)【要約】 【課題】  加圧工程での破断がなく、巻き回し工程の作業効率が向上した、二次電池用の電極とその製造方法、並びに前記電極を用いた二次電池を提供すること。【解決手段】  集電体１の両面に電極活物質層を形成する際に、集電体１を介して対向した位置に配される、第一面に形成された電極活物質層２ａの長さを、第二面に形成された電極活物質層２ｂよりも長くし、対向する位置に配される二つの電極活物質層端部間の集電体の長手方向における距離、ｄ1、ｄ2をそれぞれ、１〜５ｍｍ、５〜１００ｍｍとする。これによって、電極活物質層の空隙を減少するための加圧を行う際に、集電体の特定箇所に圧力が集中することがくなり、破断不良を減少することができる。【選択図】  図１
2005116376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の導電材からなる集電体における対向する第一面及び第二面に、電極活物質層形成部分及び電極活物質層非形成部分を有する電極において、前記第一面の前記電極活物質層形成部分の一方の端部は、前記集電体を介して対向する位置の前記第二面の前記電極活物質層形成部分の一方の端部よりも、他方の端部側に５〜１００ｍｍ偏倚して配置され、かつ、前記第一面の前記電極活物質層形成部分の他方の端部は、前記集電体を介して対向する位置の前記第二面の前記電極活物質層形成部分の前記他方の端部よりも、前記一方の端部側に１〜５ｍｍ偏倚して配置されてなることを特徴とする電極。
【請求項２】
帯状の導体からなる集電体における対向する第一面および第二面に、不連続的に電極活物質層を形成する電極の製造方法において、前記第一面に形成する電極活物質層は、前記集電体を介して対向する位置に形成された前記第二面の電極活物質層の一方の端部よりも、他方の端部側に５〜１００ｍｍ偏倚した位置から形成を開始し、かつ、前記集電体を介して対向する位置に形成された前記第二面の電極活物質層の前記他方の端部よりも、前記一方の端部側に１〜５ｍｍ偏倚した位置で形成を終了することを特徴とする電極の製造方法。
【請求項３】
帯状の導体からなる集電体における対向する第一面および第二面に、不連続的に電極活物質層を形成する電極の製造方法において、前記第一面に形成する電極活物質層は、前記集電体を介して対向する位置に形成された前記第二面の電極活物質層の一方の端部よりも、他方の端部側に１〜５ｍｍ偏倚した位置から形成を開始し、かつ、前記集電体を介して対向する位置に形成された前記第二面の電極活物質層の前記他方の端部よりも、前記一方の端部側に５〜１００ｍｍ偏倚した位置で形成を終了することを特徴とする電極の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の構造を有する正極電極及び負極電極を、間に介在するセパレータとともに巻き回してなる巻回素子を有することを特徴とする二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にリチウムイオン二次電池などの非水電解液二次電池に用いられる電極、及びその製造方法、並びにその電極を構成要素とする二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータに代表される携帯用通信端末には、小型の電源としての二次電池が必須である。しかも機器全体の小型化軽量化への要求は、ますます増加する傾向にあり、これに対応するために、二次電池も小型、高性能のものが開発、実用化されている。
【０００３】
リチウムイオン電池は、これまでの二次電池の中で、最も高電圧かつ高エネルギー密度が実現できることが期待されていて、現在においても、なお、特性改善や小型化に関する検討が盛んに進められている。
【０００４】
リチウムイオン二次電池は、その主要な構成要素として、導電体からなるシート状の集電体に、正極電極活物質層、負極電極活物質層を形成した正極電極及び負極電極、正負の電極の間に介在するセパレータ、電解液を有する。現在、実用に供されているリチウムイオン二次電池においては、正極には電極活物質として、リチウムコバルト酸化物を主成分とする粉末、負極には電極活物質として、炭素系材料の粉末が用いられている。また、セパレータには、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの高分子材料からなる多孔質フィルムが用いられている。
【０００５】
図２は、正極電極及び負極電極を、セパレータを介在させて重ねて巻き回した構成の例を示す斜視図である。図２において、４ａは正極電極、４ｂは負極電極、６ａは正極電流取出タブ、６ｂは負極電流取出タブ、５はセパレータ、７は巻回素子である。
【０００６】
この例においては、まず、集電体として帯状の導電体を準備し、正負の電極活物質層（図示せず）を集電体表面に形成して正極電極４ａ及び負極電極４ｂを作製する。そして、正極電極及び負極電極の間にセパレータ５を介在させ、扁平形状に巻き回して巻回素子７とするものである。
【０００７】
前記のように、リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高いという特長を有するが、近年の電子機器の発達に伴い、さらにエネルギー密度を高くすることが要求されている。このためには、前記の電極活物質層の増加などが必要となるが、単なる増加では、電池の大型化を招来するので、電極活物質層の空隙率を減少することが行われている。
【０００８】
電極活物質層を形成する方法は、電極活物質の粉末と、バインダとなる高分子材料、高分子材料を溶解する溶媒を混合したペーストを、集電体表面に塗布し、乾燥により溶媒を除去するのが一般的である。そして、乾燥後の電極活物質層は、溶媒を除去した分だけの空隙を有するので、空隙率を減少するためには、ロールなどを用いて加圧するのが効果的である。
【０００９】
ところが、一方で、電極を巻き回す工程における作業効率向上などのため、電極表面には巻き始め部分などに、電極活物質層を形成しない部分を設けることが行われていて、集電体両面に設けられた二つの電極活物質層の形成開始端が一致すると、電極活物質層から伝播される圧力が集中し、この部分で集電体が破断することがあり、製造コストを押し上げる要因となる。
【００１０】
このような破断を未然に防止するために、集電体を介して対向する二つの電極活物質層の形成開始端及び形成終了端を偏倚させて配置することが行われている。このような方法によれば、加圧の際に電極活物質層を介して集電体に加わる圧力が、狭い範囲に集中することがないので、前記の破断防止には一定の効果を発現する。
【００１１】
特許文献１には、集電用芯材の一面に、活物質を間欠的に塗着し、乾燥固化させて電極合剤部を形成し、集電用芯材の他面に、塗布開始位置を一面における電極合剤部の塗布終端部から塗布始端部寄りに１〜５ｍｍ離れた位置に、塗布終端位置を一面における電極合剤部の塗布始端部から未塗布側に１〜５ｍｍ離れた位置に設定した状態で活物質を間欠的に塗着し、乾燥固化させて電極合剤部を形成し、電極合剤部の始端と未塗布部の境界が反対側の面の電極合剤部の終端部に対向し、この合剤塗布終端部で集電用芯材がバックアップされるようにする技術が開示されている。
【００１２】
図３は、特許文献１に開示されている、従来技術による電極の断面の模式図である。図３において、８は集電体、９ａは一面に形成された電極活物質層、９ｂは他面に形成された電極活物質層、１０ａ、１０ｂは、盛り上がり部、１１は電極である。盛り上がり部１０ａ、１０ｂは、電極活物質層を形成するためのペーストの塗布に用いるダイ内部の、塗布開始時の圧力増加によって不可避的に生じるものである。
【００１３】
また、ｄ3は、集電体を介して対向する電極活物質層の形成開始端と形成終了端の距離、即ち、偏倚量である。なお、図３における矢印はペーストを塗布する際の集電体の移動方向を示し、図３における上下の面でそれぞれ逆方向に塗布する。
【００１４】
そして、特許文献１に開示されている技術によっても、加圧工程における不良低減には、ある程度の効果が認められる。しかしながら、図３のように、電極活物質層の形成位置を同一方向に１〜５ｍｍ偏倚させただけでは、電極活物質層９ｂが、端部で必要以上に厚くなり、材料を必要以上に使用してしまったり、これに伴い、局所的な正極と負極のバランスの不整合が生じたりするという不具合が生じる。
【００１５】
また、電極活物質層を形成しない部分を設けるのは、前記のように電極を巻き回す工程の効率向上にも寄与するものであるが、特許文献１に開示されているように、端部の偏倚量を両方とも１〜５ｍｍとしたのでは、特に図２に示した巻回素子のように、折り返し部を有する場合、電極活物質層を形成しない部分の長さが不足し、その効果を十分に発現できないことがある。
【００１６】
【特許文献１】特開２００２−１３４１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従って、本発明の課題は、加圧工程での破断がなく、巻き回し工程の作業効率が向上した、二次電池用の電極とその製造方法、並びに前記電極を用いた二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、前記の課題を解決するため、集電体の両面における電極活物質層の配置を再検討した結果なされたものである。
【００１９】
即ち、本発明は、帯状の導電材からなる集電体における対向する第一面及び第二面に、電極活物質層形成部分及び電極活物質層非形成部分を有する電極において、前記第一面の前記電極活物質層形成部分の一方の端部は、前記集電体を介して対向する位置の前記第二面の前記電極活物質層形成部分の一方の端部よりも、他方の端部側に５〜１００ｍｍ偏倚して配置され、かつ、前記第一面の前記電極活物質層形成部分の他方の端部は、前記集電体を介して対向する位置の前記第二面の前記電極活物質層形成部分の前記他方の端部よりも、前記一方の端部側に１〜５ｍｍ偏倚して配置されてなることを特徴とする電極である。
【００２０】
また、本発明は、帯状の導体からなる集電体における対向する第一面および第二面に、不連続的に電極活物質層を形成する電極の製造方法において、前記第一面に形成する電極活物質層は、前記集電体を介して対向する位置に形成された前記第二面の電極活物質層の一方の端部よりも、他方の端部側に５〜１００ｍｍ偏倚した位置から形成を開始し、かつ、前記集電体を介して対向する位置に形成された前記第二面の電極活物質層の前記他方の端部よりも、前記一方の端部側に１〜５ｍｍ偏倚した位置で形成を終了することを特徴とする電極の製造方法である。
【００２１】
また、本発明は、帯状の導体からなる集電体における対向する第一面および第二面に、不連続的に電極活物質層を形成する電極の製造方法において、前記第一面に形成する電極活物質層は、前記集電体を介して対向する位置に形成された前記第二面の電極活物質層の一方の端部よりも、他方の端部側に１〜５ｍｍ偏倚した位置から形成を開始し、かつ、前記集電体を介して対向する位置に形成された前記第二面の電極活物質層の前記他方の端部よりも、前記一方の端部側に５〜１００ｍｍ偏倚した位置で形成を終了することを特徴とする電極の製造方法である。
【００２２】
また、本発明は、前記の構造を有する正極電極及び負極電極を、間に介在するセパレータとともに巻き回してなる巻回素子を有することを特徴とする二次電池である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の電極においては、集電体の両面に電極活物質層形成部分と電極活物質層非形成部分が設けられ、集電体を介して対向する電極活物質層の形成開始端または形成終了端の位置が相互に偏倚しているので、加圧工程における破断不良を極めて少なくすることができる。
【００２４】
また、巻き回し工程において、折り返す場合のように極率半径が小さくなる場合でも、本発明の電極は、電極活物質層非形成部分を長くした部分を設けることで対応できるため、巻き回し工程の効率が向上し、不良発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１は、本発明を実施するための最良の形態に係る、電極の例の断面を模式的に示した図である。図１において、１は集電体、２ａは第一面に形成された電極活物質層、２ｂは第二面に形成された電極活物質層、３は電極である。偏倚量であるｄ1及びｄ2は、それぞれ１〜５ｍｍ、５〜１００ｍｍに設定する。この中で特にｄ2は電極の巻き回し径、巻き回し回数などによって、適宜調製することも可能である。
【００２６】
また、集電体に用いられる材質としては、導電性を有するものであれば特に限定されるものではなく、各種の金属箔、導電性粉末を分散した可撓性を有する高分子シートなどが用いられる。なお、材質の選択にあたっては、電解液と化学反応を起こさないこと、電解液を構成する溶媒に不溶であることなどを考慮する必要があることは勿論である。
【００２７】
また、正極電極活物質としては、リチウムイオン二次電池であれば、リチウム−コバルト複合酸化物などが、グラファイトなどの導電性炭素材料とともに用いられ、負極電極活物質としては、グラファイト、コークス、活性炭などが用いられる。
【００２８】
これらの電極活物質を、集電体表面に塗布するには、材料を適当な粒度の粉末に調製した後、たとえばポリフッ化ビニリデンなどのバインダ、たとえばＮ−メチル−２−ピロリドンなどの溶媒と混合してペーストとして塗布する方法などが用いられる。
【実施例１】
【００２９】
次に、具体的な例を挙げ、本発明について、さらに詳しく説明する。
【００３０】
まず、正極電極の製造方法について説明する。ここでは、炭酸リチウムと炭酸コバルトを、リチウムとコバルトのモル比が１：１になるように混合し、空気中で９００℃、５時間焼成した。この焼成体を、乳鉢を用いて粉砕し、平均粒径が１５μｍの焼成粉末とした。さらに得られた焼成粉末と炭酸リチウム粉末を、重量比で９５／５となるように混合した。
【００３１】
前記混合粉末と、導電材としてのグラファイトと、バインダとしてのポリフッ化ビニリデンを、重量比で９１／６／３となるように秤量混合し、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに分散して正極電極活物質層形成用ペーストとした。このペーストを集電体として準備した厚さが２０μｍのアルミニウム箔に塗布して、電極活物質層を形成した。
【００３２】
塗布の工程は、まず第一面に、電極活物質層形成部分の長さが４２０ｍｍ、電極活物質層非形成部分の長さが６ｍｍの繰り返しパターンとなるようにペーストを塗布した。なお、電極活物質層の乾燥後の厚さが１１０μｍとなるように、ペーストの塗布量を調整した。
【００３３】
次に、第二面に、図１におけるｄ1及びｄ2がそれぞれ３ｍｍ、６０ｍｍとなるように、ペーストを塗布した。第二面側も、電極活物質層の乾燥後の厚さが１１０μｍとなるように、ペーストの塗布量を調整した。次いで、集電体の両面に電極活物質層を形成したシートを、ロールを用いて加圧し、全体の厚さを１６０μｍとした。
【００３４】
次に、負極電極の製造方法について説明する。ここでは、フェノール樹脂を不活性ガス気流中で焼成後、粉砕して得られた平均粒径２０μｍの炭素材料と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデンを、重量比で９０／１０となるように秤量混合し、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに分散して負極電極活物質層形成用のペーストとした。その後の工程は、正極電極の場合と同様にして、負極電極を得た。なお、集電体に用いた金属箔は、厚みが２０μｍの銅箔である。
【００３５】
このようにして得られた正極電極及び負極電極は、いずれも破断がまったく見られず、加圧工程において、集電体の特定箇所に、圧力の集中が起こらないことが判明した。従って、本発明により二次電池の生産性や信頼性を向上できることが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
また、前記実施例では、リチウムイオン二次電池について説明したが、他の二次電池や、同様の構造を有する電気二重層キャパシタなどの、電気化学セルにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明を実施するため最良の形態に係る電極の例の断面模式図。
【図２】正極電極及び負極電極をセパレータを介在させて重ねて巻き回した構成の例を示す斜視図。
【図３】従来技術による電極の断面の模式図。
【符号の説明】
【００３８】
１，８    集電体
２ａ    第一面に形成された電極活物質層
２ｂ    第二面に形成された電極活物質層
３，１１    電極
４ａ    正極電極
４ｂ    負極電極
５    セパレータ
６ａ    正極電流取出タブ
６ｂ    負極電流取出タブ
７    巻回素子
９ａ    一面に形成された電極活物質層
９ｂ    他面に形成された電極活物質層
１０ａ，１０ｂ    盛り上がり部
ｄ1，ｄ2，ｄ3偏倚量
【図１】
2005116376.tif 000003
【図２】
2005116376.tif 000004
【図３】
2005116376.tif 000005