(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の貫通孔を有し、任意の貫通孔と隣接する貫通孔間のリブの最小幅が同一となるパターンを形成する薄板部材よりなる集電体と、前記集電体の少なくとも片側に付着される活物質シートとを含む電池の電極であって、
前記集電体の厚さをＴ１とし、集電体と活物質シートの厚さの和をＴ２とするとき、下記式：
【数１】
0004406149.tif 000011
を満足することを特徴とする電池の電極。
【請求項２】
前記貫通孔は円形であることを特徴とする請求項１に記載の電池の電極。
【請求項３】
前記貫通孔は正多角形であることを特徴とする請求項１に記載の電池の電極。
【請求項４】
前記集電体は銅またはアルミニウムよりなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池の電極。
【請求項５】
前記貫通孔の平均口径をＭとし、前記集電体と活物質シートの厚さの和をＴ２とする時、下記式を満足することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池の電極。
【数２】
0004406149.tif 000012
【請求項６】
前記貫通孔の平均口径をＭとし、前記貫通孔間のピッチをＰとする時、下記式を満足することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電池の電極。
【数３】
0004406149.tif 000013
【請求項７】
複数の貫通孔がパタ−ンを形成する薄板部材よりなる集電体と、前記集電体の少なくとも片側に活物質シートが付着されてなる電極と、前記電極間にセパレ−タが介される電極組立体と、前記電極組立体をつつんで密封するケ−スと、前記電極組立体のタブと連結されケ−スの外部へ突出されるタブとを備え、前記貫通孔は正多角形であり、任意の貫通孔と隣接する貫通孔間のリブの最小幅が同一である２次電池であって、
前記集電体の厚さをＴ１とし、集電体と活物質シートの厚さの和をＴ２とする時、下記式を満足することを特徴とする２次電池。
【数４】
0004406149.tif 000014
【請求項８】
前記貫通孔の平均口径をＭとし、前記集電体と活物質シートの厚さの和をＴ２とする時、下記式を満足することを特徴とする請求項７に記載の２次電池。
【数５】
0004406149.tif 000015
【請求項９】
前記貫通孔の平均口径をＭとし、前記貫通孔間のピッチをＰとする時、下記式を満足することを特徴とする請求項７または８に記載の２次電池。
【数６】
0004406149.tif 000016
【請求項１０】
前記集電体が銅、アルミニウムのうち何れか１つよりなることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の２次電池。
【請求項１１】
薄板部材に、任意の貫通孔と隣接する貫通孔間のリブの最小幅が同一となるように複数の貫通孔をパンチングすることにより集電体を形成し、前記集電体の少なくとも片側に活物質シートを下記式：
【数７】
0004406149.tif 000017
（式中、前記集電体の厚さをＴ１とし、集電体と活物質シートの厚さの和をＴ２とする）を満足するように付着することを特徴とする、電池用電極の製造方法。
【請求項１２】
さらに、前記貫通孔の平均口径をＭとし、前記集電体と活物質シートの厚さの和をＴ２とする時、下記式：
【数８】
0004406149.tif 000018
を満足することを特徴とする、請求項１１に記載の電池用電極の製造方法。
【請求項１３】
さらに、前記貫通孔の平均口径をＭとし、前記貫通孔間のピッチをＰとする時、下記式：
【数９】
0004406149.tif 000019
を満足することを特徴とする、請求項１１または１２に記載の電池用電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は２次電池に係り、特に構造の改善された集電体および電極並びにこの電極を用いた２次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に２次電池は充放電が可能な電池であり、ニッケル・カドミウム電池、鉛蓄電池、ニッケル・水素電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマ−電池、金属リチウム２次電池等、多様な種類のものがある。
【０００３】
前記電池のうち、リチウム２次電池はニッケル・カドミウム電池やニッケル・水素電池に比べて単位重量当たりのエネルギ−密度に優れるため、その使用が急速に伸びつつある。このようなリチウム２次電池は電解液の種類に応じて液体電解質電池と高分子電解質電池に分類でき、前者をリチウムイオン電池、後者をリチウムポリマ−電池という。
【０００４】
図１に、前記リチウムポリマ−電池の一例を示す。
【０００５】
前記電池は陽極板、陰極板がセパレ−タを介して積層されて成った電極組立体１１と、この電極組立体１１を密閉するケ−ス１２を備える。また、前記陽極板及び前記陰極板に付けられた連結タブ１３ａには電極タブ１３が連結され、この電極タブ１３はケ−ス１２外へ所定長さだけ引き出される。
【０００６】
前記陽極板及び前記陰極板は、銅またはアルミニウムよりなる集電体に陰極活物質または陽極活物質よりなるシ−トをラミネ−ション方式で圧着して製造される。陽極板と陰極板との間にはセパレ−ターが介され、前記陽極板、前記陰極板及び前記セパレ−ターから可塑剤が抽出され、可塑剤の抽出された空間に電解質が含浸する。
【０００７】
前記集電体は、活物質シ−トとの接着力を高め、接触面積の増加による導電性を向上させるため、エキスパンデッドメタルより形成される。
【０００８】
しかし、前記電極を連続工程で製造する際には、エキスパンデッドメタルには、エキスパンドメタルが延伸される方向に引張力が加えられ、集電体が延伸の際に変形する問題点がある。従って、前記エキスパンデッドメタルは、連続工程からなる大量生産には適しない。また、前記エキスパンデッドメタルは厚さが３５μｍ程度と厚いだけではなく、厚さの偏差が最大１０μｍにものぼるため、前記活物質シ−トを付着する工程での厚さの管理が難しい。さらに、前記活物質シ−トを集電体に圧着して製造した極板を所定の大きさに切断する場合、切断部位にバ−（ｂｕｒｒ）が発生して陽極板と陰極板間のショ−トの発生原因となる。
【０００９】
前述したような問題点を解決するためにパンチドメタルが使用されているが、パンチドメタルのホ−ルが狭すぎると、電気伝導度は向上するものの、可塑剤の抽出が円滑に成されない。また、パンチドメタルのホ−ルが広すぎると、可塑剤の抽出は円滑になるものの、電気伝導度は劣化する問題点がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、連続工程時の引張力による変形を小さくし、電気伝導度に優れ、可塑剤の抽出が容易な集電体および電極並びにこれらを用いた２次電池を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明により、上記の目的は達成できる。
【００１２】
即ち本発明は、（１）複数の貫通孔が形成され、前記貫通孔のリブ間隔が同一となるパターンよりなる薄板部材を含むことを特徴とする電池の集電体である。
【００１３】
本発明はまた、（２）前記貫通孔は円形であることを特徴とする（１）記載の電池の集電体である。
【００１４】
本発明はまた、（３）前記貫通孔は正多角形であることを特徴とする（１）記載の集電体である。
【００１５】
本発明はまた、（４）前記集電体が銅またはアルミニウムよりなることを特徴とする（１）記載の集電体である。
【００１６】
本発明はまた、（５）複数個の貫通孔がパターンを形成する薄板部材よりなる集電体と、前記集電体の少なくとも片側に付着される活物質シートを含み、前記貫通孔のリブ間隔が同一であることを特徴とする電池の電極である。
【００１７】
本発明はまた、（６）前記集電体の厚さをＴ１とし、集電体と活物質シートの厚さの和をＴ２とする時、下記式を満足することを特徴とする（５）に記載の電池の電極である。
【００１８】
【数７】
0004406149.tif 000002
【００１９】
本発明はまた、（７）前記貫通孔の平均口径Ｍとし、前記集電体と活物質シートの厚さの和をＴ２とする時、下記式を満足することを特徴とする（５）または（６）記載の電池の電極である。
【００２０】
【数８】
0004406149.tif 000003
【００２１】
本発明はまた、（８）前記貫通孔の平均口径をＭとし、前記貫通孔間のピッチをＰとする時、下記式を満足することを特徴とする（５）〜（７）のいずれか１項記載の電池の電極である。
【００２２】
【数９】
0004406149.tif 000004
【００２３】
本発明はまた、（９）前記貫通孔は正多角形であることを特徴とする（５）〜（８）のいずれか１項記載の電池の電極である。
【００２４】
本発明はまた、（１０）複数の貫通孔がパタ−ンを形成する薄板部材よりなる集電体と、前記集電体の少なくとも片側に活物質シートが付着されてなる電極と、前記電極間にセパレ−タが介される電極組立体と、前記電極組立体をつつんで密封するケ−スと、前記電極組立体のタブと連結されケ−スの外部へ突出されるタブとを備え、前記貫通孔は正多角形であり、前記貫通孔のリブ間隔が同一であることを特徴とする２次電池である。
【００２５】
本発明はまた、（１１）前記集電体の厚さをＴ１とし、集電体と活物質シートの厚さの和をＴ２とする時、下記式を満足することを特徴とする（１０）記載の２次電池である。
【００２６】
【数１０】
0004406149.tif 000005
【００２７】
本発明はまた、（１２）前記貫通孔の平均口径をＭとし、前記集電体と活物質シートの厚さの和をＴ２とする時、下記式を満足することを特徴とする（１０）または（１１）記載の２次電池である。
【００２８】
【数１１】
0004406149.tif 000006
【００２９】
本発明はまた、（１３）前記貫通孔の平均口径をＭとし、前記貫通孔間のピッチをＰとする時、下記式を満足することを特徴とする（１０）〜（１２）のいずれか１項記載の２次電池である。
【００３０】
【数１２】
0004406149.tif 000007
【００３１】
本発明はまた、（１４）前記集電体が銅、アルミニウムのうち何れか１つよりなることを特徴とする（１０）〜（１３）のいずれか１項記載の２次電池である。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
【００３３】
図２に、本発明に係る集電体とこの集電体を用いた２次電池の一実施例を示す。
【００３４】
電極組立体１００は陽電極１１０と陰電極１２０がセパレ−ター１３０をはさんで積層された構造より成る。前記陽電極１１０と陰電極１２０は、導電性連結部材１０２ａ、１０１ａによりそれぞれ電極タブ１０２、１０１に連結される。そして、電極組立体１００はケ−ス１４０内に密封され、前記電極タブ１０１、１０２の端部はケ−ス１４０の外部へ引き出される。
【００３５】
上記のように構成された２次電池において、陽電極１１０と陰電極１２０は各々図３に示すように、集電体１１１に活物質と添加剤を含む活物質シート１１５が接合されて成る。セパレ−ター１３０を介した状態で前記陽電極１１０と陰電極１２０を圧着した後、前記活物質シート１１５とセパレ−ター１３０から可塑剤を抽出し、電解物質を含浸させる。
【００３６】
前記集電体１１１は銅又はアルミニウムよりなる薄板であって、円形又は多角形の貫通孔１１２が形成されている。前記貫通孔１１２と隣接する貫通孔１１２間のリブ１１３の幅は全ての孔間で同一である。前記貫通孔１１２は正方形、正三角形、正六角形等の正多角形で形成されることが望ましい。
【００３７】
本発明者は、前記電極１１０、１２０の厚さ（図３のＴ２）と集電体１１１の厚さ（図３のＴ１）の電極性能への影響を調査した。結果を図４に示す。使用したパンチドメタルの厚さは１５μｍと２５μｍであった。
【００３８】
集電体厚さＴ１を一定に保ち、各集電体に圧着される活物質シートの厚さを増加させ電極の抵抗を測定した結果、厚さＴ１が１５μｍの集電体においては電極の厚さＴ２が１０２ｍｍの時、抵抗が１２０ｍΩに達し、電池として使用するには適しない値となった。そして、厚さＴ１が２５μｍの集電体においては電極の厚さＴ２が１５８ｍｍの時、抵抗が１２０ｍΩに達し、電池として使用するには適しない値となった。
【００３９】
本発明者の精密な計算により、集電体の厚さＴ１と電極の厚さＴ２との間には次のような関係があることが望ましいということが分かった。
【００４０】
【数１３】
0004406149.tif 000008
【００４１】
前記集電体１１１に形成された貫通孔１１２が小さい場合、集電体１１１と活物質シート１１５との接触面積が大きくなるので、伝導度は高まるが可塑剤の抽出が少なくなり、電解液の含浸量が減少することになる。また、貫通孔１１２の大きさは、電極及び集電体の耐引張力性に影響を及ぼす。
【００４２】
また、本発明者は貫通孔１１２の平均口径Ｍと伝導度の関係を調べるために、厚さ８０μｍの電極集電体１１１に、各々口径Ｍが０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、０．７ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍの貫通孔からなるパターンを形成した後、各電極集電体の抵抗を測定したところ、図５に示すように、貫通孔の平均口径Ｍが０．１ｍｍの時、４０ｍΩ程度の抵抗値を有して最良の伝導度を示し、貫通孔の平均口径Ｍが２．０ｍｍの時は、抵抗値が１５３ｍΩで電池の作動可能な抵抗値である１２０ｍΩを越えた。
【００４３】
集電体１１１における可塑剤抽出量と貫通孔の平均口径Ｍとの関係を図６に示す。貫通孔１１２の平均口径Ｍが０．３ｍｍ、０．７ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍの場合は、可塑剤が２０分で９０％以上抽出されるが、貫通孔の平均口径が０．１ｍｍの場合は５０分経過してようやく９０％以上抽出されることがわかった。
【００４４】
上記実験からわかるように、平均口径Ｍが０．１ｍｍの貫通孔１１２が形成された集電体の場合、伝導度は良い反面、可塑剤の抽出量が少ない。一方、平均口径Ｍが２．０ｍｍの貫通孔を形成した集電体を使用する場合、可塑剤の抽出量は多いが、伝導度は相対的に低い傾向を示した。電極の厚さが異なる場合にも同様の結果が得られた。従って、集電体１１１に形成された貫通孔１１２の平均口径Ｍは０．３〜１．５ｍｍの範囲であることが望ましく、これを電極の厚さＴ２との関係で示すと次の通りである。
【００４５】
【数１４】
0004406149.tif 000009
【００４６】
また、前記貫通孔１１２の中心間距離、即ちピッチＰと貫通孔の平均口径Ｍとの関係を調べるための実験をおこなった。結果を図７及び図８に示す。本実験では貫通孔の平均口径Ｍの１．１倍、１．２倍、１．３倍、１．５倍、１．６倍、１．７倍に相当するピッチＰを有するように貫通孔を集電体に形成し、各集電体の可塑剤抽出量と電気伝導度を測定した。
【００４７】
その結果、ピッチＰが１．１Ｍの場合には集電体の抵抗が電池の限界抵抗の１２０ｍWを越えて１５０ｍWに達していた。可塑剤の抽出量はピッチＰが１．１Ｍ〜１．６Ｍの時には３０分間で９２％以上と良好であったが、１．７Ｍの場合には３０分間の可塑剤抽出量は８７％であることがわかった。従って、貫通孔１１２のピッチＰは次のような関係が有することが望ましい。
【００４８】
【数１５】
0004406149.tif 000010
【００４９】
【発明の効果】
本発明に係る集電体とこの集電体を用いた２次電池は、集電体１１１を均等な厚さを有する薄材で形成し、前記板材に多角形の貫通孔１１２が一定の間隔で形成され、活物質シートと集電体間の電気伝導度が向上する。
【００５０】
また、前記貫通孔１１２のピッチＰが所定範囲内の値を有するとき、均一な電子移動経路が確保されると共に可塑剤の抽出が円滑になされる。さらに、活物質シートの一部が各貫通孔１１２内に押込まれるため、集電体と活物質シートの接着力を高めることができる。
【００５１】
また、本発明に係る集電体は、集電体の厚さ（Ｔ２）が電極の厚さ（Ｔ１）より十分薄いため、活物質シートが集電体に付着される時、活物質が貫通孔内に押し込まれ、空洞の発生を抑えることができる。
【００５２】
本発明に係る集電体は、多数個の貫通孔が形成されているので、従来のエキスパンデッドメタルのように小さな引張力で容易に変形せず、連続的なライン生産が可能である。即ち、本発明に係る集電体は伸張により貫通孔が形成されるものではなく、板材に所定形態の貫通孔を多数個パンチングして形成するものであり、小さな引張力により容易に変形されることを防止しうる。
【００５３】
本発明の実験結果によれば、集電体と活物質シートとの接着力は従来の１０Ｎ／ｍｍから１５Ｎ／ｍｍ以上に５０％以上向上し、電池のエネルギ−密度も５％〜１０％以上向上した。
【００５４】
本発明は図面に示した一実施例を参考に説明されたが、これは例示的なことに過ぎず、当業者ならこれより多様な変形及び均等な他の実施例が可能であることを理解しうるはずである。従って、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲によってのみ決まるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の２次電池の一実施例を示す分離斜視図である。
【図２】  本発明に係る２次電池の構造を示す分離斜視図である。
【図３】  本発明に係る電極の一実施形態の部分離斜視図である。
【図４】  電極の厚さと抵抗との関係を示すグラフである。
【図５】  貫通孔の平均口径と集電体の抵抗との関係を示すグラフである。
【図６】  貫通孔の平均口径と可塑剤の抽出量の関係を示すグラフである。
【図７】  貫通孔のピッチと集電体の抵抗との関係を示したグラフである。
【図８】  貫通孔のピッチと可塑剤の抽出量との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
１００                電極組立体
１０１、１０２        電極タブ
１０１ａ、１０２ａ    連結部材
１１０                陽電極
１１１                集電体
１１２                貫通孔
１１３                リブ
１１５                活物質シート
１２０                陰電極
１３０                セパレーター
１４０                ケース
【図１】
0004406149.tif 000020
【図２】
0004406149.tif 000021
【図３】
0004406149.tif 000022
【図４】
0004406149.tif 000023
【図５】
0004406149.tif 000024
【図６】
0004406149.tif 000025
【図７】
0004406149.tif 000026
【図８】
0004406149.tif 000027