(57)【要約】【課題】二次電池を製造する際に活物質層への電解液の含浸に要する時間の短縮を図ることができる二次電池用電極を提供する。【解決手段】二次電池用電極１０は金属製の集電板１１の少なくとも片面に活物質が塗布された活物質層１２を有する電極からなる。活物質層１２は集電板１１の両面にそれぞれ２層に形成され、最も表面側の活物質層としての表面層１５は内側層１３の全面に塗布されるのではなく、少なくとも一端が表面層１５の外周端部まで達する溝１６が複数形成されている。表面層１５は間欠的に塗布されており、溝１６は集電板１１の長手方向と直交する方向に延び、かつ両端が表面層１５の外周端部まで達する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の集電板の少なくとも片面に活物質が塗布された活物質層を有する電極からなる二次電池用電極であって、前記活物質層は前記集電板の少なくとも片面に複数層に塗布され、最も表面側の前記活物質層には少なくとも一端が前記最も表面側の活物質層の外周端部まで達する溝が複数形成されていることを特徴とする二次電池用電極。
【請求項２】
前記活物質層は前記集電板の両面に塗布されている請求項１に記載の二次電池用電極。
【請求項３】
最も表面側の前記活物質層は間欠的に塗布されている請求項１又は請求項２に記載の二次電池用電極。
【請求項４】
前記集電板は一方向に長く延びる形状をしており、
前記溝は前記集電板の長手方向と直交する方向に延び、かつ両端が前記最も表面側の活物質層の外周端部まで達する請求項１〜３のいずれか一項に記載の二次電池用電極。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の二次電池用電極を用いた二次電池。
【請求項６】
請求項５に記載の二次電池を搭載した車両。
【請求項７】
金属製の集電板の少なくとも片面に活物質が塗布された活物質層を有する電極からなる二次電池用電極の製造方法であって、前記活物質の塗布工程において、前記集電板に活物質層が複数層になるように複数回に分けて塗布を行い、最も表面側の前記活物質層の塗布は間欠的に行うことを特徴とする二次電池用電極の製造方法。
【請求項８】
最も表面側の前記活物質層の塗布は転写ローラを用いて行われる請求項７に記載の二次電池用電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池用電極、二次電池用電極の製造方法及び二次電池並びに車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニッケル水素二次電池やリチウムイオン二次電池などの二次電池では、電極として金属製の集電板に活物質を塗布（担持）したものが使用されている。そして、集電板に塗布された活物質の量を多くすることにより、二次電池の出力（放電電流に放電電圧を乗じた値）を高くすることができる。
【０００３】
二次電池の基本的な構成は、金属製の集電板に活物質を塗布（担持）した正極用の集電板と負極用の集電板との間に帯状のセパレータを挟んだ積層状態で発電要素（電極組立体）が構成され、その発電要素が電解液と共に電池ケースに収容されている。二次電池の製造工程には、電池ケース内に収容された発電要素を構成する集電板に塗布された活物質に電解液を含浸させる工程があるが、活物質の量が多くなると、含浸に時間がかかり生産性が悪くなる。
【０００４】
電解液の含浸性を向上させる方法として、図５に示すように、溝加工用突条５０ａ，５１ａを有する一対の溝加工ローラ５０，５１間を、長尺帯状の銅箔製の集電用芯材５２の両面に正極活物質層５３が形成された正極板フープ材５４を通過させることにより両面の正極活物質層５３に溝部５５を形成する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１８６７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１の方法で形成された溝部５５は正極活物質層５３を圧縮して形成されているため、溝部５５の正極活物質層５３は高密度となり、電解液の含浸を阻害する。
【０００７】
本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、二次電池を製造する際に活物質層への電解液の含浸に要する時間の短縮を図ることができる二次電池用電極、二次電池用電極の製造方法及び二次電池並びにその二次電池を搭載した車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、金属製の集電板の少なくとも片面に活物質が塗布された活物質層を有する電極からなる二次電池用電極であって、前記活物質層は前記集電板の少なくとも片面に複数層に塗布され、最も表面側の前記活物質層には少なくとも一端が前記最も表面側の活物質層の外周端部まで達する溝が複数形成されている。
【０００９】
集電板に塗布された活物質層に電解液を含浸する際、含浸に要する時間は活物質層の密度が同じであれば、厚さが厚い方が長くなる。活物質層を圧縮して活物質層の厚さを薄くした場合は、薄くした分、密度が高くなるため、含浸に要する時間の短縮効果は低い。しかし、この発明では、集電板の少なくとも片面に塗布された活物質層は複数層からなり、最も表面側の活物質層は少なくとも一端が最も表面側の活物質層の外周端部まで達する溝が複数形成されて、溝は活物質層を圧縮せずに形成されているため、溝が形成された部分は他の部分より電解液の含浸が早くなる。また、溝が形成されていない部分も、表面からだけでなく溝の部分からも電解液が含浸するようになるため、電解液の含浸が早くなる。したがって、二次電池を製造する際に活物質層への電解液の含浸に要する時間の短縮を図ることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記活物質層は前記集電板の両面に塗布されている。一枚の電極板に塗布される活物質の量が同じばあい、活物質層が電極板の両面に形成されている方が片面に形成されている場合に比べて厚さが半分になり、二次電池を製造する際に活物質層への電解液の含浸に要する時間の短縮を図ることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、最も表面側の前記活物質層は間欠的に塗布されている。ここで、「間欠的に塗布されている」とは、最も表面側の活物質層を構成する活物質層が一つではなく、集電板の長手方向に間隔をおいて複数の部分が独立して存在することを意味する。この発明では、最も表面側の活物質層は間欠的に塗布されているため、最も表面側の活物質層には少なくとも一端が最も表面側の活物質層の外周端部まで達する溝が存在する状態になる。一般に二次電池では電極はセパレータを挟んで複数層に積層された状態で電池ケース内に収容され、電解液は電極とセパレータの間から電極の活物質層に含浸する。そのとき、少なくとも一端が最も表面側の活物質層の外周端部まで達する溝が存在すると、電解液が溝に浸入し易くなり活物質層への含浸がより早くなる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、前記集電板は一方向に長く延びる形状をしており、前記溝は前記集電板の長手方向と直交する方向に延び、かつ両端が前記最も表面側の活物質層の外周端部まで達する。この発明では、溝が集電板の長手方向と傾斜する状態で形成されたものに比べてローラを用いた活物質の塗布が容易になる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の二次電池用電極を用いた二次電池である。この発明の二次電池は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の二次電池用電極の効果が得られる。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の二次電池を搭載した車両である。したがって、この発明の車両は請求項５に記載の二次電池の効果が得られる。
請求項７に記載の発明は、金属製の集電板の少なくとも片面に活物質が塗布された活物質層を有する電極からなる二次電池用電極の製造方法であって、前記活物質の塗布工程において、前記集電板に活物質層が複数層になるように複数回に分けて塗布を行い、最も表面側の前記活物質層の塗布は間欠的に行う。したがって、最も表面側の活物質層には最も表面側の活物質層の外周端部まで達する溝が存在し、二次電池を製造する際に活物質層への電解液の含浸に要する時間の短縮を図ることができる二次電池用電極を容易に製造することができる。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、最も表面側の前記活物質層の塗布は転写ローラを用いて行われる。活物質を集電板に塗布する場合、活物質のペーストを集電板上あるいは集電板に塗布された活物質層上に直接塗布する方法では、集電板が移動する状態において所望の間隔で間欠的に塗布するのが難しい。しかし、この発明では、最も表面側の活物質層の活物質の塗布は転写ローラを用いて行われるため、集電板が移動する状態でも活物質を所望の間隔で間欠的に容易に塗布することができる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１〜請求項４に記載の発明によれば、二次電池を製造する際に活物質層への電解液の含浸に要する時間の短縮を図ることができる二次電池用電極を提供することができる。請求項５に記載の発明によれば、前記二次電池用電極の効果が得られる二次電池を提供することができる。請求項６に記載の発明によれば、前記二次電池の効果が得られる車両を提供することができる。請求項７及び請求項８に記載の発明によれば、二次電池を製造する際に活物質層への電解液の含浸に要する時間の短縮を図ることができる二次電池用電極の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）は電極の模式平面図、（ｂ）は模式側面図。
【図２】（ａ）は転写ローラを用いた活物質の塗布方法を示す模式図、（ｂ）は表面層の塗布方法を示す模式図。
【図３】電解液含浸時間と電極抵抗の関係を示すグラフ。
【図４】（ａ），（ｂ）は別の実施形態の電極の模式平面図、（ｃ）は別の実施形態の溝の形状を示す模式図。
【図５】従来技術の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、二次電池用電極１０は金属製の集電板１１の少なくとも片面に活物質が塗布された活物質層１２を有する電極からなる。この実施形態では、集電板１１は、例えば帯状の銅箔で形成され、活物質層１２は集電板１１の両面にそれぞれ複数層に塗布されている。この実施形態では活物質層１２は２層に形成され、内側層１３は集電板１１の幅方向の両側に存在する一定幅の活物質非塗布部１４を除いた部分全面に塗布されている。最も表面側の活物質層としての表面層１５は内側層１３の全面に塗布されるのではなく、少なくとも一端が表面層１５の外周端部まで達する溝１６が複数形成されている。内側層１３を構成する活物質と表面層１５を構成する活物質とは同じものが使用されている。
【００１９】
この実施形態では表面層１５は間欠的に塗布されている。また、集電板１１は一方向に長く延びる形状をしており、溝１６は集電板１１の長手方向と直交する方向に延び、かつ両端が表面層１５の外周端部まで達する。即ち、内側層１３上には集電板１１の長手方向に間隔をおいて複数の表面層１５が独立して存在する。各溝１６間の間隔Ｌは、例えば、内側層１３の幅以上に形成されている。
【００２０】
活物質は、例えば、ニッケル水素電池とリチウムイオン電池のように二次電池の種類によって異なる。また、同じ種類の二次電池でも正極用の電極に塗布されるものと負極用の電極に塗布されるものとでは異なる。
【００２１】
次に前記のように構成された二次電池用電極１０の製造方法を説明する。
二次電池用電極１０の製造方法として、活物質の塗布工程が従来と異なり、その他の工程は基本的に同じため、説明を省略する。活物質の塗布工程は内側層１３を形成する内側層塗布工程と、表面層１５を形成する表面層塗布工程とがあり、内側層塗布工程は従来と同様に行われる。そして、内側層塗布工程で形成された内側層１３が塗布された集電板１１の内側層１３上に表面層塗布工程で表面層１５が塗布される。
【００２２】
表面層塗布工程では転写ローラを用いて表面層１５の塗布が間欠的に行われる。転写ローラを用いた塗布装置は、図２に示すように、転写ローラ２１とニップローラ２２とが対向して設けられ、転写ローラ２１はニップローラ２２に対して接近、離間可能に図示しない駆動装置により移動されるようになっている。転写ローラ２１及びニップローラ２２の下方には帯状の集電板１１を案内するガイドローラ２３が設けられている。そして、内側層１３が塗布された集電板１１は、図示しない集電板供給ローラから供給されるとともに、ガイドローラ２３を経て転写ローラ２１とニップローラ２２の間を通過した後、図示しないガイドローラに案内されて図示しない巻き取りローラに巻き取られるようになっている。なお、集電板１１の移動経路にはガイドローラの他に図示しない張力調整機構が設けられている。転写ローラ２１近傍にはペースト状の活物質を転写ローラ２１上に供給する活物質供給部２４が、転写ローラ２１と一体的に移動可能に設けられている。
【００２３】
転写ローラ２１に活物質供給部２４から供給された活物質は、転写ローラ２１がニップローラ２２に接近した転写位置では転写ローラ２１とニップローラ２２とによりニップされた集電板１１上に転写される。また、転写ローラ２１がニップローラ２２から離れて集電板１１のニップが解除される位置に配置された状態では、転写ローラ２１上の活物質は集電板１１上に転写されない。活物質供給部２４は図示しない機構により、活物質を転写ローラ２１上へ供給可能な状態と、供給を停止する状態とに切り換えられるようになっている。そして、転写ローラ２１のニップローラ２２への接近、離間と、活物質供給部２４からの転写ローラ２１への活物質の供給、停止を制御することにより、図２（ａ）に示すように、集電板１１上に任意の長さの活物質層１２を塗布することが可能になっている。
【００２４】
そして、活物質が活物質供給部２４から一定の間隔で供給される状態で、転写ローラ２１が所定のタイミングでニップローラ２２に対して接近、離間を繰り返すことにより、図２（ｂ）に示すように、内側層塗布工程で内側層１３（図示せず）が形成された集電板１１上に活物質が表面層１５として間欠的に塗布される。活物質が片面に塗布されて表面層１５が片面に形成された集電板１１は巻き取りローラに巻き取られる。そして、片面に表面層１５が形成された集電板１１は、前述と同様にして反対側の面に活物質が塗布されて表面層１５が両面に形成された集電板１１が形成される。なお、図２（ｂ）では表面層１５が等間隔で塗布されていることを分かり易くするため、隣り合う表面層１５の間隔を表面層１５の長さに比べて広く図示している。
【００２５】
次に前記のように構成された二次電池用電極１０の作用を説明する。
二次電池の基本的な構成は、金属製の集電板１１に活物質を塗布（担持）した正極用の二次電池用電極１０と負極用の二次電池用電極１０との間に帯状のセパレータを挟んだ積層状態で発電要素（電極組立体）が構成され、その発電要素が電解液と共に電池ケースに収容されている。二次電池の製造工程には、電池ケース内に収容された発電要素を構成する集電板１１に塗布された活物質層１２に電解液を含浸させる工程があるが、活物質層１２の厚さが厚くなると、含浸に時間がかかり生産性が悪くなる。
【００２６】
集電板１１に塗布された活物質層１２に電解液が含浸される際、含浸に要する時間は活物質層１２の密度が同じであれば、厚さが厚い方が長くなる。活物質層１２を圧縮して活物質層１２の厚さを薄くした場合は、薄くした分、密度が高くなるため、含浸に要する時間の短縮効果は低い。しかし、この実施形態の二次電池用電極１０は、集電板１１の両面に塗布された活物質層１２は複数層からなり、表面層１５は少なくとも一端が表面層１５の外周端部まで達する溝１６が複数形成されているため、溝１６が形成された部分は他の部分より電解液の含浸が早くなる。また、溝１６が形成されていない部分も、表面からだけでなく溝１６の部分からも電解液が含浸するようになるため、電解液の含浸が早くなる。
【００２７】
二次電池用電極１０を構成する活物質層１２への電解液の含浸性に対する溝１６の効果を確認するため、集電板１１の内側層１３上に表面層１５が間欠的に形成された二次電池用電極（実施例）と、比較例として集電板１１上に内側層１３及び表面層１５の合計の厚さを有する１層の活物質層１２が形成された二次電池用電極を形成した。実施例と比較例の二次電池用電極について、電解液含浸時間と電極抵抗の関係を調べた。結果を図３に示す。図３において縦軸は電極抵抗を表し、横軸は浸漬時間を表す。
【００２８】
二次電池用電極に電解液の含浸を開始した時点では電極抵抗はｋΩ（キロオーム）のオーダーであるが、含浸の進行に伴って電極抵抗は低下し、ｍΩ（ミリオーム）のオーダーまで低下して安定化、即ちほぼ一定の値になる。電解液が活物質層１２全体に含浸されたことの確認は、電極抵抗がｍΩのオーダーで安定化することで行われる。図３に示すように、実施例の二次電池用電極は比較例の二次電池用電極に比べて電極抵抗の低下速度が大きく、安定化に要する時間が短くなった。比較例に比べて実施例では１／４程度の時間で安定化した。
【００２９】
前記の構成の二次電池用電極１０を用いた二次電池は種々の用途に使用されるが、例えば車両に搭載した状態でも使用される。
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
【００３０】
（１）二次電池用電極１０は、金属製の集電板１１の少なくとも片面に活物質が塗布された活物質層１２を有する電極からなり、活物質層１２は集電板１１の少なくとも片面に複数層に塗布され、最も表面側の活物質層（表面層１５）には少なくとも一端が表面層１５の外周端部まで達する溝１６が複数形成されている。そのため、活物質層１２を圧縮して溝１６を形成した場合に比べて電解液の含浸が早くなる。したがって、二次電池を製造する際に活物質層１２への電解液の含浸に要する時間の短縮を図ることができる。
【００３１】
（２）活物質層１２は集電板１１の両面に塗布されている。一枚の集電板１１に塗布される活物質の量が同じばあい、活物質層１２が集電板１１の両面に形成されている方が片面に形成されている場合に比べて厚さが半分になり、二次電池を製造する際に活物質層１２への電解液の含浸に要する時間の短縮を図ることができる。
【００３２】
（３）表面層１５は間欠的に塗布されているため、表面層１５には両端が表面層１５の外周端部まで達する溝１６が存在する状態になる。したがって、一端が表面層１５の外周端部まで達する溝が形成された場合に比べて、電解液が溝１６に浸入し易くなり活物質層１２への含浸がより早くなる。
【００３３】
（４）集電板１１は一方向に長く延びる形状をしており、溝１６は集電板１１の長手方向と直交する方向に延び、かつ両端が表面層１５の外周端部まで達する。したがって、溝１６が集電板１１の長手方向と傾斜する状態で形成されたものに比べてローラを用いた活物質の塗布が容易になる。
【００３４】
（５）二次電池用電極の製造方法は、金属製の集電板１１の少なくとも片面に活物質が塗布された活物質層１２を有する電極からなる二次電池用電極に対する活物質の塗布工程において、集電板１１に活物質層１２が複数層になるように複数回に分けて塗布を行い、最も表面側の活物質層(表面層１５)の塗布は間欠的に行う。したがって、表面層１５として両端が表面層１５の外周端部まで達する溝１６が存在し、電解液の含浸に要する時間の短縮を図ることができる二次電池用電極１０を容易に製造することができる。
【００３５】
（６）表面層１５の塗布は転写ローラ２１を用いて行われる。活物質を集電板１１に塗布する場合、活物質のペーストを集電板１１上あるいは集電板１１に塗布された活物質層１２上に直接塗布する方法では、集電板１１が移動する状態において所望の間隔で間欠的に塗布するのが難しい。しかし、表面層１５の塗布は転写ローラ２１を用いて行われるため、集電板１１が移動する状態でも活物質層１２を所望の間隔で間欠的に容易に塗布することができる。
【００３６】
（７）前記のように構成された二次電池用電極１０を用いた二次電池は、二次電池用電極１０が有する効果を得ることができる。
（８）前記の二次電池を車両に搭載して使用すると、その車両はその二次電池が有する効果を得ることができる。
【００３７】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○  活物質層１２は集電板１１の両面ではなく片面にのみ形成されていてもよい。即ち、活物質層１２は集電板１１の少なくとも片面に形成されていればよい。
【００３８】
○  溝１６は集電板１１の長手方向と直交する方向に延びるものに限らず、例えば、図４（ａ）に示すように、集電板１１の長手方向と傾斜する方向に延びる溝１６が形成されるように表面層１５が塗布されてもよい。
【００３９】
○  表面層１５は、内側層１３上に内側層１３の幅と同じ幅で塗布される代わりに、図４（ｂ）に示すように、内側層１３の幅より狭い幅で塗布されてもよい。この場合、電解液の含浸はより早く行われる。
【００４０】
○  隣り合う溝１６の間隔Ｌ、即ち表面層１５の長さは一定ではなく、異なる間隔Ｌの部分が存在してもよい。
○  表面層１５は両端が表面層１５の外周端部まで達する溝１６が複数存在する状態に限らず、少なくとも一端が表面層１５の外周端部まで達する溝１６が複数形成されていればよい。例えば、図４（ｃ）に示すように、隣り合う表面層１５同士が幅方向の一端で連続部１５ａを介して連続する状態に形成され、溝１６は両端が表面層１５の外周端部まで達する構成ではなく一端が表面層１５の外周端部まで達する構成であってもよい。
【００４１】
○  二次電池用電極１０は活物質非塗布部１４が集電板１１の幅方向の両側に設けられた構成に限らず、幅方向の片側に設けられた構成であってもよい。
○  集電板１１上に塗布された内側層１３上に活物質のペーストを間欠的に塗布して表面層１５を間欠的に形成する場合、転写ローラ２１を用いて塗布する代わりに、活物質供給部２４から活物質のペーストを直接内側層１３上に供給するようにしてもよい。また、ノズル噴射インクジェット式や塗布式などにより活物質のペーストを直接内側層１３上に供給するようにしてもよい。
【００４２】
○  集電板１１上に形成された活物質層１２は複数層で表面層１５の内側に内側層１３が２層以上存在してもよい。また、内側層１３が２層以上存在する場合、それらの幅が全て同じではなく、表面層１５に近い側の内側層１３の幅が狭くてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１０…二次電池用電極、１１…集電板、１２…活物質層、１５…最も表面側の活物質層としての表面層、１６…溝、２１…転写ローラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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