(57)【要約】【課題】集電効率が向上し、出力密度の向上及びエネルギー密度の向上を両立させることができる蓄電装置及び二次電池を提供する。【解決手段】蓄電装置（二次電池）が備える電極体が有する二次電池用電極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。集電板１１には、幅方向の一端側に活物質非塗布部１３が活物質層１２の全域に沿って設けられている。活物質層１２には、活物質層１２より厚さが薄い金属メッシュ１４が、少なくとも一部分が活物質層１２内に配置された状態で設けられている。金属メッシュ１４には、多角形の開口部１４ａが複数形成され、少なくとも、一つの開口部１４ａの各コーナー部の線幅は、開口部１４ａの直線部の線幅の２倍より狭い。【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構成の電極を有する電極体を備える蓄電装置であって、
前記活物質層より厚さが薄い金属メッシュが、少なくとも一部分が前記活物質層内に配置された状態で設けられており、前記金属メッシュには、多角形の開口部が複数形成され、少なくとも、一つの前記開口部の各コーナー部の線幅は、前記開口部の直線部の線幅の２倍より狭いことを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記金属メッシュは、少なくとも前記集電板の集電端子が接合される側の端部に前記開口部が形成されない帯状部を有する請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記集電板には、前記活物質が塗布された面に活物質が塗布されていない活物質非塗布部が形成されるとともに、前記活物質非塗布部は、集電端子が接合される側の辺の全域に沿って設けられており、前記金属メッシュは、前記開口部の開口率が前記活物質非塗布部に近い位置の方が遠い位置より小さく形成されている請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記金属メッシュは、前記開口部の大きさが前記活物質非塗布部に近い位置に存在する前記開口部の方が遠い位置に存在する前記開口部より小さく形成されている請求項３に記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記集電板には、前記活物質が塗布された面に活物質が塗布されていない活物質非塗布部が形成されるとともに、前記活物質非塗布部がタブ部として設けられ、前記金属メッシュは、前記開口部の開口率が前記タブ部に近い位置の方が遠い位置より小さく形成されている請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の蓄電装置。
【請求項６】
前記金属メッシュは、前記開口部の大きさが前記タブ部に近い位置に存在する前記開口部の方が遠い位置に存在する前記開口部より小さく形成されている請求項５に記載の蓄電装置。
【請求項７】
前記金属メッシュは、金属シートをエッチングして製造されたものである請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の蓄電装置。
【請求項８】
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構成の電極を有する電極体を備える蓄電装置の製造方法であって、
前記電極を製造する電極製造工程は、前記集電板の少なくとも片面にスラリー状又はペースト状の前記活物質を塗布するとともに、前記集電板上に塗布された活物質を乾燥して前記活物質層を形成する活物質層形成工程を備え、前記活物質層形成工程において、前記集電板上に塗布された活物質内に、開口部がエッチングで形成された金属メッシュの少なくとも一部分が配置された状態で前記活物質が乾燥されて前記活物質層が形成されることを特徴とする蓄電装置の製造方法。
【請求項９】
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構成の蓄電装置用電極の製造方法であって、前記集電板の表面にスラリー状又はペースト状の前記活物質を塗布して前記活物質層を形成した後、前記活物質層が柔らかな状態において前記活物質層の表面に金属メッシュを載置し、その状態で前記金属メッシュに対して、前記集電板の前記金属メッシュが載置された側と反対側から磁力を作用させて、前記金属メッシュを前記磁力によってスラリー状又はペースト状の前記活物質層内に引き入れた後、前記活物質層を乾燥させる工程を備えていることを特徴とする蓄電装置用電極の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の蓄電装置の構成を備えた二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置、二次電池及び蓄電装置の製造方法並びに蓄電装置用電極の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池は再充電が可能であり、繰り返し使用することができるため電源として広く利用されている。近年、化石燃料の使用削減（二酸化炭素排出規制）が求められており、電気自動車やハイブリッド車等の主電源や補助電源に使用される二次電池では、大電流での充電及び放電や二次電池の大容量化が要求されるようになっている。
【０００３】
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、電極として金属箔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。集電板に塗布（担持）される活物質量を多くする構成として、金属箔に多数の孔を形成した所謂パンチングメタルに活物質を塗布することが提案されている。また、水素吸蔵電極として、エキスパンドメタルを集電板に使用することが提案されている（特許文献１参照）。エキスパンドメタルとは、薄平板に互いに平行な線状で裏まで達する切り込みを多数設け、その薄平板を切り込み方向と直角方向に拡張して、多数の菱形状の開口を形成したものである。その結果、図１３に示すように、エキスパンドメタル５１では、一つの開口部５２を囲繞する線状部５３は、菱形の角部と対応する部分の線幅Ｗ１が他の部分の線幅Ｗ２の２倍になる。なお、特許文献１では、水素吸蔵合金粉末を結着剤とともに混練して予備成形したシートを、菱形状開口を有し、エキスパンドメタルからなる金属集電板に圧着して製造した水素吸蔵電極が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２５２９０２３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に電極は、集電板の幅方向の一端側に集電端子を接合する活物質非塗布部（タブ部）が形成されており、活物質非塗布部を除いた領域に活物質が塗布されて活物質層が形成されている。このような構成の電極を使用した二次電池では、活物質層で発電された電気は集電端子を介して出力される。しかし、活物質の導電率は金属箔の導電率に比べて小さいため、集電板としてパンチングメタルや金属メッシュを使用した場合は、導電率の大きな部分の面積が少なくなり、二次電池の放電時に活物質非塗布部に向かって電流密度の大きな状態で電流が流れることができず、集電効率が悪くなる。その結果、二次電池の出力密度、即ち二次電池の単位体積当たりの出力あるいは単位重量当たりの出力が小さくなる。
【０００６】
エキスパンドメタルにおいて、開口部の開口率の調整を行う方法としては、線幅の変更、ピッチの変更などがある。しかし、エキスパンドメタルにてピッチの変更を行うには，刃型を新しく作製しなければならず，多大なコストを要する。また、エキスパンドメタルでは加工できるピッチに限界があり，目の細かいメッシュを作成することが難しい。さらに、エキスパンドメタルでは、開口部の形状は菱形に限り、各角部と対応する部分の線幅Ｗ１が他の部分の線幅Ｗ２の２倍になるため、その分、開口率が減少する。また、パンチングメタルも開口率の調整や開口率と開口部の大きさの両方を同時に調整することは難しい。
【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、集電効率が向上し、出力密度の向上及びエネルギー密度の向上を両立させることができる蓄電装置及び二次電池を提供することにある。また、他の目的は、その蓄電装置の製造方法及び蓄電装置用電極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】
【０００８】
前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、金属製の集電板の表面に活物質が塗布された活物質層を有する構成の電極を有する電極体を備える蓄電装置であって、
前記活物質層より厚さが薄い金属メッシュが、少なくとも一部分が前記活物質層内に配置された状態で設けられており、前記金属メッシュには、多角形の開口部が複数形成され、少なくとも、一つの前記開口部の各コーナー部の線幅は、前記開口部の直線部の線幅の２倍より狭い。ここで、「少なくとも一部分が活物質層内に配置された状態」とは、金属メッシュの片面が活物質層から露出した状態あるいは、金属メッシュ全体が活物質層内に埋設された状態を意味し、金属メッシュ全体が活物質層内に埋設された状態には、金属メッシュが集電板と接触した状態と、集電板と接触しない状態とがある。なお、集電板と接触した状態には一体化された状態も含む。
【０００９】
この発明では、電極を構成する集電板はパンチングメタルや金属メッシュで構成されるのではなく、集電板自体には開口部は存在しない。そのため、この発明の電極を正極及び負極として用いた二次電池においては、集電板には二次電池の放電時に活物質非塗布部に向かって電流密度の大きな状態で電流が流れることができ、集電板をパンチングメタルや金属メッシュで構成した場合に比べて集電効率が良くなる。また、活物質層より厚さが薄い金属メッシュが、少なくとも一部分が活物質層内に配置された状態で設けられているため、活物質で発生した電気が金属メッシュを介して集電板に伝導される。その結果、金属メッシュが存在しない場合に比べて蓄電装置の出力密度が大きくなる。したがって、集電効率が向上し、蓄電装置の出力密度の向上及びエネルギー密度の向上を両立させることができる。また、金属メッシュには、多角形の開口部が複数形成され、少なくとも、一つの開口部の各コーナー部の線幅は、開口部の直線部の線幅の２倍より狭い。そのため、エキスパンドメタルを金属メッシュとして用いる場合に比べて、集電効率がより向上する。
【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、前記金属メッシュは、少なくとも前記集電板の集電端子が接合される側の端部に前記開口部が形成されない帯状部を有する。金属メッシュの厚さが薄い場合、例えば３０μｍ以下の場合、金属メッシュを取り扱う際に皺が生じる場合がある。しかし、この発明では、金属メッシュの少なくとも集電板の集電端子が接合される側の端部に、開口部が形成されない帯状部を有するため、帯状部の存在により、金属メッシュが平坦な状態に保持され易くなる。また、帯状部を集電端子が接合される側に形成したことにより、帯状部を反対側に形成した場合に比べて、電極が蓄電装置に使用された状態において、活物質層で発生した電気が効率良く電極端子に集められる。
【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、前記集電板には、前記活物質が塗布された面に活物質が塗布されていない活物質非塗布部が形成されるとともに、前記活物質非塗布部は、集電端子が接合される側の辺の全域に沿って設けられており、前記金属メッシュは、前記開口部の開口率が前記活物質非塗布部に近い位置の方が遠い位置より小さく形成されている。ここで、「活物質非塗布部」とは、電極と蓄電装置の電極端子とを電気的に接続する集電端子を接合する部分を意味する。
【００１２】
蓄電装置で放電を行う場合、電流は電極が蓄電装置の電極端子に接合される部分（例えば、集電端子に接合される部分）に近いほど電流密度が大きくなる状態で流れる。この発明では、集電板には、活物質が塗布された面に活物質が塗布されていない活物質非塗布部が形成されるとともに、活物質非塗布部は、集電端子が接合される側の辺の全域に沿って設けられており、金属メッシュは、開口部の開口率が活物質非塗布部に近い位置の方が遠い位置より小さく形成されている。そのため、電極は、電極が蓄電装置の電極端子に接合される部分に近い部分の方が単位面積当たりの電気抵抗が小さくなるため、集電効率がより向上する。また、活物質非塗布部が活物質層の全域に沿って設けられているため、集電端子の接合位置の自由度が高くなる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記金属メッシュは、前記開口部の大きさが前記活物質非塗布部に近い位置に存在する前記開口部の方が遠い位置に存在する前記開口部より小さく形成されている。この発明では、開口部の大きさが活物質非塗布部に近い位置に存在する開口部の方が遠い位置に存在する開口部より小さく形成されている。そのため、電極は、電極が蓄電装置の電極端子に接合される部分に近い部分の方が単位面積当たりの電気抵抗が小さくなるため、集電効率がより向上する。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発明において、前記集電板には、前記活物質が塗布された面に活物質が塗布されていない活物質非塗布部が形成されるとともに、前記活物質非塗布部がタブ部として設けられ、前記金属メッシュは、前記開口部の開口率が前記タブ部に近い位置の方が遠い位置より小さく形成されている。したがって、この発明においては、開口部の開口率が一定に形成された金属メッシュを使用する場合に比べて、集電効率が向上する。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記金属メッシュは、前記開口部の大きさが前記タブ部に近い位置に存在する前記開口部の方が遠い位置に存在する前記開口部より小さく形成されている。したがって、この発明においては、開口部の大きさが一定に形成された金属メッシュを使用する場合に比べて、集電効率が向上する。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の発明において、前記金属メッシュは、金属シートをエッチングして製造されたものである。この発明では、金属メッシュがエッチングで形成されているため、エキスパンドメタルやパンチングメタルで形成された金属メッシュに比べて、メッシュ形状や開口部の大きさを自由に設定することができる。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の蓄電装置の製造方法である。そして、前記電極を製造する電極製造工程は、前記集電板の少なくとも片面にスラリー状又はペースト状の前記活物質を塗布するとともに、前記集電板上に塗布された活物質を乾燥して前記活物質層を形成する活物質層形成工程を備え、前記活物質層形成工程において、前記集電板上に塗布された活物質内に、開口部がエッチングで形成された金属メッシュの少なくとも一部分が配置された状態で前記活物質が乾燥されて前記活物質層が形成される。
【００１８】
前記活物質層形成工程において、金属メッシュが集電板上に塗布された活物質内に一部が配置された状態にする場合、集電板上に金属メッシュが配置された状態で活物質を集電板上に塗布しても、集電板上に塗布された活物質内に金属メッシュの少なくとも一部を配置してもよい。この発明の方法で製造された蓄電装置は、開口部がエッチングで形成された金属メッシュを有しているため、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の蓄電装置の効果を有する。
【００１９】
請求項９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構成の蓄電装置用電極の製造方法であって、前記集電板の表面にスラリー状又はペースト状の前記活物質を塗布して前記活物質層を形成した後、前記活物質層が柔らかな状態において前記活物質層の表面に金属メッシュを載置し、その状態で前記金属メッシュに対して、前記集電板の前記金属メッシュが載置された側と反対側から磁力を作用させて、前記金属メッシュを前記磁力によってスラリー状又はペースト状の前記活物質層内に引き入れた後、前記活物質層を乾燥させる工程を備えている。この発明の蓄電装置用電極の製造方法では、活物質層の柔らかさと、金属メッシュに作用させる磁力の大きさの調整により、金属メッシュの活物質層に対する埋設状態を調整することが可能になる。
【００２０】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の蓄電装置の構成を備えた二次電池である。したがって、この発明の二次電池は、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の蓄電装置と同様の効果を有する。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１〜請求項８及び請求項１０に記載の発明によれば、集電効率が向上し、出力密度の向上及びエネルギー密度の向上を両立させることができる蓄電装置又は二次電池を提供することができる。請求項９に記載の発明によれば、前記蓄電装置に適した蓄電装置用電極を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施形態を示し、（ａ）は二次電池用電極の模式平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図。
【図２】（ａ）は金属メッシュの平面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図、（ｃ）は（ｂ）の部分拡大図。
【図３】（ａ）は正極、負極及びセパレータの一部を展開した状態の電極体の模式斜視図、（ｂ）は二次電池の模式断面図。
【図４】第２の実施形態の二次電池用電極の模式断面図。
【図５】（ａ），（ｂ），（ｃ）は二次電池用電極の製造方法を説明するための模式断面図。
【図６】第３の実施形態の二次電池用電極の模式平面図。
【図７】二次電池の模式断面図。
【図８】（ａ）は別の実施形態の金属メッシュの開口部の部分拡大図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図。
【図９】別の実施形態の金属メッシュの部分模式図。
【図１０】別の実施形態の活物質非塗布部と金属メッシュの開口部との関係を示す模式図。
【図１１】（ａ），（ｂ）は別の実施形態の二次電池用電極の模式断面図。
【図１２】別の実施形態の電極体の模式斜視図。
【図１３】従来技術の金属メッシュの部分拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、蓄電装置用電極としての二次電池用電極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。この実施形態では活物質は両面に塗布され、図１（ｂ）に示すように、活物質層１２は集電板１１の両面に形成されている。集電板１１は、例えば帯状の銅箔で形成されるが、二次電池がリチウムイオン電池の場合、正極用の集電板１１にはアルミニウム箔が使用され、負極用の集電板１１には銅箔が使用される。
【００２４】
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電極体を構成する際に、正極になる正極用の集電板１１と負極になる負極用の集電板１１に塗布されるものとでは異なる。
【００２５】
集電板１１には、活物質が塗布された面に活物質が塗布されていない活物質非塗布部１３が形成されるとともに、活物質非塗布部１３は、集電体端子が接合される側、図１（ａ）では上端側の辺の全域に沿って設けられている。活物質層１２には、活物質層１２より厚さの薄い金属メッシュ１４が、少なくとも一部分が活物質層１２内に配置された状態で設けられている。この実施形態では、金属メッシュ１４は、全体が活物質層１２内に埋設され、かつ金属メッシュ１４の片面が集電板１１と一体に設けられている。
【００２６】
金属メッシュには、多角形の開口部１４ａが複数形成され、少なくとも、一つの開口部１４ａの各コーナー部の線幅Ｗｃは、開口部１４ａの直線部の線幅Ｗの２倍より狭い。この実施形態では、金属メッシュ１４には、同じ大きさの正多角形、この実施形態では正六角形の開口部１４ａが形成されている。即ち、開口部１４ａは各コーナー部の内周面の形状が同じに形成されている。但し、図２（ａ）に示すように、金属メッシュ１４の周縁部には正多角形の一部が除去された形状の開口部も存在する。図２（ｃ）に示すように、開口部１４ａのコーナー部の線幅Ｗｃとは、コーナー部の内側の角と、その角に対応する２本の直線部の外形線の仮想交差部との距離である。
【００２７】
金属メッシュ１４は、少なくとも集電板１１の集電端子が接合される側の端部に、開口部１４ａが形成されない帯状部１４ｂを有する。金属メッシュ１４は、集電板１１と同じ材質で形成され、二次電池がリチウムイオン電池の場合、正極用の集電板１１に使用される金属メッシュ１４にはアルミニウム箔が使用され、負極用の集電板１１に使用される金属メッシュ１４には銅箔が使用される。
【００２８】
金属メッシュ１４を形成する金属箔の幅及び長さは、二次電池用電極が使用される二次電池の大きさに対応して設定される。金属メッシュ１４は、例えば、厚さが３０〜４０μで、開口部１４ａの大きさは、図２（ｂ）に示すように、正六角形の対向する二辺の距離Ｄが８００μｍ程度、各辺の幅（線幅Ｗ）が数十μｍ以下（例えば、２０μｍ）に形成されている。また、帯状部１４ｂは幅が数ｍｍ程度に形成されている。リチウムイオン電池の場合、金属メッシュ１４の開口部１４ａの各辺の幅が大きくなるとリチウムが析出し易くなるため、そのことも考慮して幅や開口部１４ａの大きさが設定される。なお、図１（ａ），（ｂ）において、二次電池用電極１０は、集電板１１、活物質層１２、活物質非塗布部１３、金属メッシュ１４、開口部１４ａ、帯状部１４ｂの寸法比を無視して模式的に表している。特に、開口部１４ａを分かり易くするため、開口部１４ａを他の部分に比べて大きく図示している。
【００２９】
金属メッシュ１４はエッチングにより製造されたものである。エッチングには公知のエッチング法が使用され、金属メッシュ１４の材料となる帯状金属箔（金属シート）にレジストパターンを形成した状態でエッチング液に浸漬することにより製造される。エッチングにより製造された金属メッシュ１４は、エキスパンドメタルと異なり、一つの開口部１４ａの各コーナー部の線幅Ｗｃが他の部分（直線部）の線幅Ｗの２倍になることはない。そのため、エキスパンドメタルで金属メッシュ１４を形成した場合に比べて開口率を有効に稼ぐことができる。開口部１４ａが正多角形状の場合、角部の角度が直角より大きな場合は、未エッチング部が残り難く、開口率をより有効に稼ぐことができる。
【００３０】
また、金属メッシュ１４をエッチングで製造する場合、エキスパンドメタルで金属メッシュ１４を製造する場合と異なり、メッシュ形状、即ち開口部１４ａの形状を自由に設計することができる。また、レジストは印刷により作製するため、版を一度作れば何度も使用することができ、版のコストが比較的安価になる。また、レジストパターンを金属箔上に形成する場合、同じパターンのネガマスクを使用して目的のレジストパターンのピッチになるように印刷することにより、細かいメッシュ（開口部１４ａの小さなメッシュ）を作製することができる。
【００３１】
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の製造方法は、先ず、帯状金属箔で集電板１１を形成し、その集電板１１に帯状金属箔で形成された金属メッシュ１４を接合する。接合は例えば溶接で行う。集電板１１への金属メッシュ１４の接合は、集電板１１の両面に対して同時に行っても、片面ずつ順次行ってもよい。次に金属メッシュ１４が接合された集電板１１に対して活物質の塗布を行う。活物質の塗布工程は従来同様であり、例えば、ペースト状の活物質を活物質供給部から集電板１１上の金属メッシュ１４が接合された領域に直接供給して塗布することにより活物質層１２を形成する。あるいは、ペースト状の活物質を活物質供給部から転写ローラ上に供給した後、転写ローラから集電板１１上に転写（供給）して塗布することにより活物質層１２を形成する。活物質の塗布は集電板１１の片面に対する塗布終了後、その活物質層１２が乾燥した後、他の面に対する塗布を行うようにしても、両面同時に行うようにしてもよい。
【００３２】
前記のようにして製造された二次電池用電極１０は、塗布される活物質により正極用の二次電池用電極１０ｐあるいは負極用の二次電池用電極１０ｎになる。図３（ａ）に示すように、正極用の活物質が塗布された正極用活物質層１２ａを有する正極用の二次電池用電極１０ｐと、負極用の活物質が塗布された負極用活物質層１２ｂを有する負極用の二次電池用電極１０ｎとが帯状のセパレータ１５が介在する状態で長円柱状に巻回されて巻回型の電極体２０が形成される。このとき、正極用の二次電池用電極１０ｐと負極用の二次電池用電極１０ｎとは、正極用活物質非塗布部１３ａと負極用活物質非塗布部１３ｂとが電極体２０の巻回軸方向の反対側に位置する状態に配置されて巻回される。
【００３３】
そして、電極体２０は、図３（ｂ）に示すように、正極用活物質非塗布部１３ａ及び負極用活物質非塗布部１３ｂに、正極用集電端子２１及び負極用集電端子２２がそれぞれ溶接で接合されて、電池ケース（電槽）２３に収容され、電解液２４とともに蓄電装置としての二次電池３０が構成される。なお、正極用集電端子２１及び負極用集電端子２２はそれぞれ二次電池３０の正極端子３１及び負極端子３２に固定される。
【００３４】
二次電池３０の製造方法は、電極を製造する電極製造工程の一部が従来の製造方法と異なる。電極製造工程は、集電板１１の少なくとも片面にスラリー状又はペースト状の活物質を塗布するとともに、集電板１１上に塗布された活物質を乾燥して活物質層１２を形成する活物質層形成工程を備える。活物質層形成工程において、集電板１１上に塗布された活物質内に、開口部１４ａがエッチングで形成された金属メッシュ１４の少なくとも一部分が配置された状態で活物質が乾燥されて活物質層１２が形成される。活物質層形成工程においては、金属メッシュ１４が接合された集電板１１上に活物質が塗布、乾燥されて、活物質内に金属メッシュ１４の少なくとも一部が配置された電極が形成される。
【００３５】
二次電池３０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。
次に前記のように構成された二次電池３０の作用を説明する。
【００３６】
二次電池３０の放電時（出力時）、正極用の二次電池用電極１０ｐの正極用集電端子２１から電流が取り出される。活物質層１２で発生した電流は集電板１１に向かって活物質層１２の厚さ方向に流れた後、集電板１１を正極用集電端子２１の接合された部分に向かって流れる。活物質の導電率は金属箔の導電率に比べて小さい。したがって、二次電池３０の容量を大きくするため活物質の塗布量を多くして、活物質層１２を厚くした場合、集電板１１としてパンチングメタルや金属メッシュを使用した場合は、導電率の大きな部分の面積が少なくなり、二次電池３０の放電時に活物質非塗布部１３に向かって電流密度の大きな状態で電流が流れることができず、集電効率が悪くなる。その結果、二次電池３０の出力密度、即ち二次電池３０の単位体積当たりの出力あるいは単位重量当たりの出力が小さくなる。
【００３７】
しかし、この実施形態では、二次電池用電極１０を構成する集電板１１はパンチングメタルや金属メッシュで構成されるのではなく、集電板１１自体には開口部１４ａは存在しない。そのため、二次電池用電極１０を正極及び負極として用いた二次電池３０においては、集電板１１には二次電池３０の放電時に活物質非塗布部１３に向かって電流密度の大きな状態で電流が流れることができ、集電板１１をパンチングメタルや金属メッシュで構成した場合に比べて集電効率が良くなる。また、活物質層１２より厚さが薄い金属メッシュ１４が、少なくとも一部分が活物質層１２内に配置された状態で設けられているため、活物質で発生した電気が金属メッシュ１４を介して集電板１１に伝導される。その結果、金属メッシュ１４が存在しない場合に比べて二次電池３０の出力密度が大きくなる。
【００３８】
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。
（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を有し、活物質層１２より厚さが薄い金属メッシュ１４が、少なくとも一部分が活物質層１２内に配置された状態で設けられている。そのため、この二次電池用電極１０の構成の正極及び負極を使用した電極体２０を用いた二次電池３０は、金属メッシュ１４が存在しない構成に比べて集電効率が向上し、二次電池３０の出力密度の向上及びエネルギー密度の向上を両立させることができる。また、金属メッシュ１４には、多角形の開口部１４ａが複数形成され、少なくとも、一つの開口部１４ａの各コーナー部の線幅Ｗｃは、開口部１４ａの直線部の線幅Ｗの２倍より狭い。そのため、エキスパンドメタルを金属メッシュ１４として用いる場合に比べて、集電効率がより向上する。
【００３９】
（２）集電板１１には両面に活物質層１２が形成され、各活物質層１２に金属メッシュ１４が埋設されている。したがって、片面に活物質層１２及び金属メッシュ１４が設けられた集電板１１を用いた場合に比べて、二次電池３０の出力密度がより向上し、エネルギー密度もより向上する。
【００４０】
（３）金属メッシュ１４は集電板１１に一体に接合された状態で活物質層１２に埋設されている。したがって、活物質層１２中を流れる電流は金属メッシュ１４に達した後は、活物質層１２を流れずに金属メッシュ１４から集電板１１へと流れることができ、金属メッシュ１４が集電板１１から離れた状態で埋設された構成に比べて、集電効率がより向上する。
【００４１】
（４）金属メッシュ１４はエッチングにより製造されたものである。したがって、メッシュ形状や大きさを自由に形成することができる。また、エキスパンドメタルで形成された金属メッシュ１４と異なり、開口部１４ａの角部と対応する部分の幅が他の部分の２倍になることはない。そのため、エキスパンドメタルで金属メッシュ１４を形成した場合に比べて開口率を有効に稼ぐことができる。しかも、エキスパンドメタルで金属メッシュ１４を製造する場合に比べて、製造コストを低減することができる。
【００４２】
（５）金属メッシュ１４は、一つの開口部１４ａの各コーナー部内周面の形状が同じに形成されている。したがって、例えば、エッチングによる製造が容易になる。
（６）開口部１４ａは正六角形状に形成されているため、各角部の角度が９０度より大きな角度になり、未エッチング部が生じ難く、開口部１４ａの形状が矩形状や正三角形状に形成された場合に比べて、開口率をより有効に稼ぐことができる。
【００４３】
（７）金属メッシュ１４は、少なくとも集電板１１の集電端子が接合される側、即ち活物質非塗布部１３側の端部に開口部１４ａが形成されない帯状部１４ｂを有する。金属メッシュ１４の厚さが薄い場合、例えば３０μｍ以下の場合、金属メッシュ１４を取り扱う際に皺が生じる場合がある。しかし、金属メッシュ１４に開口部１４ａが形成されない帯状部１４ｂが形成されているため、帯状部１４ｂの存在により、金属メッシュ１４が平坦な状態に保持され易くなり、皺が生じることを抑制することができる。また、帯状部１４ｂは集電端子が接合される活物質非塗布部１３側に形成されているため、帯状部１４ｂが反対側に形成された場合に比べて、二次電池用電極１０が二次電池３０に使用された状態において、活物質層１２で発生した電気が効率良く電極端子に集められる。
【００４４】
（８）活物質非塗布部１３は、集電端子が接合される側の辺の全域に沿って設けられている。したがって、活物質非塗布部１３が所謂タブ部のように活物質層１２の一部の領域に沿って設けられた場合と異なり、活物質非塗布部１３の一部を除去する手間が不要になる。
【００４５】
（９）二次電池３０は、二次電池用電極１０の構成を備えた正極及び負極を使用した電極体２０を備えた二次電池、即ち、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を有する構成の電極を有する電極体２０を備える二次電池である。したがって、集電板として金属メッシュやパンチングメタルを使用した電極を用いた二次電池に比べて、出力密度の向上及びエネルギー密度の向上を両立させることができる。また、前述した二次電池用電極１０の効果を得ることができる。
【００４６】
（１０）車両は二次電池３０を搭載している。したがって、前記二次電池の効果が得られる。また、二次電池３０は出力密度の向上及びエネルギー密度の向上を両立させることができるため、車両の駆動部の出力を高くすることができる。
【００４７】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を図４及び図５にしたがって説明する。この実施形態では、二次電池用電極１０の構造及び製造方法が第１の実施形態と大きく異なっている。第１の実施形態と同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００４８】
この実施形態の二次電池用電極１０に使用される金属メッシュ１４の材料は、磁力により引きつけられる性質を有する必要があり、例えば、ニッケルが使用される。また、活物質はスラリー状あるいはペースト状で集電板１１上に塗布された後、活物質層１２上に金属メッシュ１４を載置した状態で金属メッシュ１４に磁力を作用させた場合に、金属メッシュ１４が活物質層１２に侵入可能な柔らかい状態を維持可能に構成されている。
【００４９】
図４に示すように、二次電池用電極１０を構成する集電板１１には、両面に活物質層１２が形成され、幅方向の一端側、図４左端側に活物質非塗布部１３が活物質層１２の全域に沿って設けられている。活物質層１２には、活物質層１２より厚さの薄い金属メッシュ１４が、埋設された状態で設けられている。金属メッシュ１４は、表面が活物質層１２から露出せず、かつ集電板１１と対向する面が集電板１１と接触しない状態で活物質層１２に埋設された状態で設けられている。
【００５０】
次に前記のように構成された二次電池用電極１０の製造方法を図５（ａ），（ｂ），（ｃ）にしたがって説明する。
図５（ａ）に示すように、集電板１１の片面にスラリー状又はペースト状の活物質を塗布して活物質層１２を形成した状態で、活物質層１２上に金属メッシュ１４を載置する。この状態では、活物質層１２は金属メッシュ１４の自重では金属メッシュ１４が活物質層１２内に侵入できないが、金属メッシュ１４を上から押圧したり、金属メッシュ１４に磁力を作用させたりすると、金属メッシュ１４が活物質層１２内に進入可能な柔らかさになっている。
【００５１】
次に図示しない電磁石を集電板１１の下方に配置して、金属メッシュ１４に磁力を所定時間作用させると、図５（ｂ）に示すように、金属メッシュ１４が活物質層１２内に侵入して活物質層１２の厚さ方向の中間部まで移動する。その状態で活物質層１２を乾燥させた後、集電板１１の反対の面にスラリー状又はペースト状の活物質を塗布して活物質層１２を形成した状態で、図５（ｃ）に示すように、活物質層１２上に金属メッシュ１４を載置する。そして、その状態で集電板１１の下方から前述と同様に柔らかな状態の活物質層１２上に位置する金属メッシュ１４に磁力を作用させると、金属メッシュ１４は活物質層１２内に侵入して活物質層１２の厚さ方向の中間部まで移動する。その状態で活物質層１２を乾燥させると、図４に示す状態の二次電池用電極１０が製造される。
【００５２】
この第２の実施形態の二次電池用電極１０によれば、第１の実施形態の（１），（２）、（４）〜（６）と同様の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（１１）この実施形態の二次電池用電極１０の製造方法は、集電板１１の表面にスラリー状又はペースト状の活物質を塗布して活物質層１２を形成した後、活物質層１２が柔らかな状態において活物質層１２の表面に金属メッシュ１４を載置する。その状態で金属メッシュ１４に対して、集電板１１の金属メッシュ１４が載置された側と反対側から磁力を作用させて、金属メッシュ１４をスラリー状又はペースト状の活物質層１２内に磁力によって引き入れた後、活物質層１２を乾燥させる工程を備えている。したがって、活物質層１２の柔らかさと、金属メッシュ１４に作用させる磁力の大きさの調整により、金属メッシュ１４の活物質層１２に対する埋設状態を調整することが可能になる。
【００５３】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態を図６及び図７にしたがって説明する。この実施形態では、二次電池用電極１０が巻回型の電極体２０に適した構成ではなく、積層型の電極体に適した構成に形成されている点と、金属メッシュ１４の開口部１４ａの大きさが、活物質非塗布部１３に近い位置に存在する開口部１４ａの方が遠い位置に存在する開口部１４ａより小さく形成されている点が第１の実施形態と大きく異なっている。また、金属メッシュ１４は、開口部１４ａの開口率が活物質非塗布部１３に近い位置の方が遠い位置より小さく形成されている。第１の実施形態と同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００５４】
図６に示すように、二次電池用電極１０は、金属製で矩形状の集電板１１の長手方向（図６では左右方向）の一方の端部寄りに活物質非塗布部としてタブ部１６が突出形成されている。活物質層１２に埋設された金属メッシュ１４は、開口部１４ａの形状が正六角形状ではなく、矩形状（この実施形態では正四角形状）に形成されている。また、金属メッシュ１４は、全て同じ大きさの開口部１４ａが形成されているのではなく、図６に示すように、開口部１４ａの大きさは、タブ部１６に近い位置に存在する開口部１４ａの方が遠い位置に存在する開口部１４ａより小さく形成されている。金属メッシュ１４の直線部の線幅は一定に形成されており、開口部１４ａの開口率が活物質非塗布部１３に近い位置の方が遠い位置より小さく形成されている。
【００５５】
前記のように構成された二次電池用電極１０は、塗布される活物質により正極用の二次電池用電極１０ｐあるいは負極用の二次電池用電極１０ｎになる。複数枚の正極用の二次電池用電極１０ｐと、複数枚の負極用の二次電池用電極１０ｎとがセパレータ１５を挟む状態で交互に積層されて積層型の電極体２０を構成する。図７に示すように、正極用の二次電池用電極１０ｐと負極用の二次電池用電極１０ｎとは、正極用のタブ部１７ｐと負極用のタブ部１７ｎとが電極体２０の同じ側に突出するように配置されて積層される。
【００５６】
そして、電極体２０は、図７に示すように、正極用のタブ部１７ｐ及び負極用のタブ部１７ｎに、正極用集電端子２１及び負極用集電端子２２がそれぞれ溶接で接合されて、電池ケース（電槽）２３に収容され、電解液２４とともに二次電池３０が構成される。なお、正極用集電端子２１及び負極用集電端子２２はそれぞれ二次電池３０の正極端子３１及び負極端子３２に固定される。
【００５７】
二次電池３０で放電を行う場合、電流は電極が二次電池３０の電極端子に接合される部分（例えば、集電端子に接合される部分）に近いほど電流密度が大きくなる状態で流れる。この実施形態では、金属メッシュ１４は、その開口部１４ａの大きさが活物質非塗布部（タブ部１６）に近い位置に存在する開口部１４ａの方が遠い位置に存在する開口部１４ａより小さく形成されており、開口部１４ａの開口率が活物質非塗布部１３に近い位置の方が遠い位置より小さく形成されているため、金属メッシュ１４を流れる電流量が多くなっても対応でき、集電効率がより向上する。また、活物質非塗布部はタブ部１６として設けられているため、活物質非塗布部が活物質層１２の全域に沿って設けられ、かつ金属メッシュ１４は、その開口部１４ａの大きさが活物質非塗布部に近い位置に存在する開口部１４ａの方が遠い位置に存在する開口部１４ａより小さく形成された場合に比べて集電効率がより向上する。
【００５８】
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。
○  金属メッシュ１４をエッチングで製造する場合、エキスパンドメタルで形成する場合と異なり、開口部１４ａの形状を自由に変更することができ、正六角形や矩形に限らず、三角形や五角形、あるいは七角形以上の多角形としてもよい。しかし、開口部１４ａの角部の角度が直角になると、図８（ａ），（ｂ）に示すように、角部に未エッチング部１４ｃが残り易くなり、角部の角度が９０度より小さくなるほど未エッチング部１４ｃが残り易くなる。そのため、開口部１４ａの形状が多角形の場合は角部の角度が９０度より大きい方が好ましい。図８（ａ）に示す正四角形の開口部１４ａを有する金属メッシュ１４は、開口部１４ａの対向する二辺の距離Ｄが８００μｍ程度、各辺の幅が２０μｍ程度に形成したもので、角部に未エッチング部１４ｃが残っていた。この場合、図８（ｂ）に示すように、開口部１４ａのコーナー部の線幅Ｗｃとは、コーナー部の未エッチング部の対向する外形線間の距離である。
【００５９】
○  開口部１４ａの形状は多角形に限らず、曲線のみで形成された他の形状や曲線と直線で形成された形状であってもよい。
○  金属メッシュ１４は、一つの開口部１４ａの各コーナー部内周面の形状が同じに形成されているものに限らない。
【００６０】
○  開口部１４ａは異なる形状のものが混在してもよい。例えば、複数の正六角形が連続するパターンの一部を変更して、図９に示すように、正六角形の開口部１４ａと、八角形の開口部１４ａと、矩形の開口部１４ａとが混在するようにしてもよい。
【００６１】
○  金属メッシュ１４に帯状部１４ｂを設ける場合、帯状部１４ｂは、集電板１１の集電端子が接続される側、即ち活物質非塗布部１３側の１箇所だけでなく、活物質非塗布部１３と反対側の端部にも設けたり、積層型の電極体２０用の二次電池用電極１０の場合は帯状部１４ｂを二次電池用電極１０の周縁に沿って枠状に設けたりしてもよい。また、帯状部１４ｂを活物質非塗布部１３と反対側の１箇所にだけ設けてもよい。
【００６２】
○  金属メッシュ１４として、いずれの端部にも帯状部１４ｂを有さないものを使用してもよい。しかし、金属メッシュ１４を第２の実施形態のような方法で活物質層１２に埋設する場合は、帯状部１４ｂを有する方が、金属メッシュ１４を平面度が良い状態で柔らかな状態の活物質層１２に侵入させることができ、所望の位置に埋設し易くなるため好ましい。
【００６３】
○  集電板１１に活物質非塗布部１３が活物質層の全域に沿って設けられた場合においても、活物質層１２に埋設される金属メッシュ１４として、図１０に示すように、開口部１４ａの大きさが活物質非塗布部１３に近い位置に存在する開口部１４ａの方が遠い位置に存在する開口部１４ａより小さく形成されたものを使用してもよい。この場合も、開口部１４ａの大きさが一定、即ち開口率が変化しない金属メッシュ１４を使用した場合に比べて、集電効率がより向上する。
【００６４】
○  二次電池用電極１０を構成する金属メッシュ１４は、少なくとも一部分が活物質層１２内に配置されていればよく、全体が活物質層１２中に埋設（配置）された構成に限らず、図１１（ａ）に示すように、表面が露出する状態で活物質層１２に埋設（配置）された構成でもよい。この場合も、金属メッシュ１４がない場合に比べて集電効率が向上する。図１１（ａ）に示す金属メッシュ１４は帯状部１４ｂを有さないが、帯状部１４ｂを有する金属メッシュ１４を使用してもよい。
【００６５】
○  図１１（ｂ）に示すように、活物質層１２が集電板１１の片面にだけ形成されたものに適用してもよい。活物質層１２が集電板１１の片面にだけ形成された場合も、金属メッシュ１４の埋設（配置）位置は、金属メッシュ１４が集電板１１に接触あるいは一体化された状態や金属メッシュ１４が集電板１１からも活物質層１２の表面からも離れた位置であってもよい。図１１（ｂ）に示す金属メッシュ１４も帯状部１４ｂを有さないが、帯状部１４ｂを有する金属メッシュ１４を使用してもよい。
【００６６】
○  巻回型の電極体２０として、図１２に示すように、正極用のタブ部１７ｐと負極用のタブ部１７ｎとが電極体２０の同じ側に突出するように構成されたものに適用してもよい。この場合、正極用の二次電池用電極１０ｐには、複数の正極用のタブ部１７ｐが一体に巻回軸方向の同じ側に突出形成され、かつ巻回された状態で、複数の正極用のタブ部１７ｐ同士がそれぞれ巻回軸に対する径方向に重なる所定の間隔で形成されている。また、負極用の二次電池用電極１０ｎも同様に複数の負極用のタブ部１７ｎが所定の間隔で形成されている。
【００６７】
○  金属メッシュ１４が活物質層１２内に埋設（配置）された二次電池用電極１０の製造方法は、第１の実施形態や第２の実施形態の方法に限らない。例えば、活物質の結着材（例えば、バインダ）の種類によっては、特許文献１に開示されている方法、即ち活物質を結着材とともに混練して予備成形したシートを、金属メッシュ１４が接合された集電板１１に圧着して製造してもよい。また、柔らかな状態の活物質層１２に金属メッシュ１４を埋設する場合に、磁力を金属メッシュ１４に作用させる代わりに金属メッシュ１４の上方から機械的に金属メッシュ１４を押圧して所望の位置まで活物質層１２内に侵入させてもよい。
【００６８】
○  金属メッシュ１４に磁力を作用させて、金属メッシュ１４をスラリー状又はペースト状の活物質層１２内の所定位置に侵入させて二次電池用電極１０を製造する場合、金属メッシュ１４はエッチングで形成されたものに限らず、例えば、エキスパンドメタルで形成された金属メッシュ１４を使用してもよい。
【００６９】
○  蓄電装置は、二次電池３０に限らず、例えば、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等のようなキャパシタであってもよい。
【符号の説明】
【００７０】
Ｗ，Ｗｃ…線幅、１０，１０ｎ，１０ｐ…二次電池用電極、１１…集電板、１２…活物質層、１３…活物質非塗布部、１４…金属メッシュ、１４ａ…開口部、１４ｂ…帯状部、１６，１７ｎ，１７ｐ…タブ部、２０…電極体、３０…蓄電装置としての二次電池。
【図１】
2013214456.tif 000003
【図２】
2013214456.tif 000004
【図３】
2013214456.tif 000005
【図４】
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【図５】
2013214456.tif 000007
【図６】
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【図７】
2013214456.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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