(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗布方向を相互に反対向きにして集電用芯材の両面に活物質を間欠的に塗布して乾燥固化して成る電極合剤部を有する電池用電極板において、
前記電極合剤部の塗布始端部は盛り上がり部を有し、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開始部寄りに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ことにより、
一面と他面の何れか一方の面の前記電極合剤部の有する塗布始端部と未塗布部の境界部が反対側の面における電極合剤部の塗布終端部に対向していることを特徴とする電池用電極板。
【請求項２】
請求項１記載の配置構成を有し、その電極合剤がリチウムを可逆的に吸蔵・放出可能な材料を含む活物質から成る正極側電極板と、負極側電極板とがそれらの間にセパレータを介在した状態で渦巻き状に巻回された電極群と、この電極群を収容した電池ケースと、電池ケース内に注液された電解液と、電池ケースの開口部を封口する封口板とを備えたことを特徴とする電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてリチウムイオン二次電池などの非水電解液二次電池の発電要素として用いられる電池用電極板とその製造方法及びその電極板を用いて構成された電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、民生用電子機器のポータブル化、コードレス化が急速に促進されている。これらの電子機器の駆動用電源としては、従来はニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池、或いは密閉型鉛蓄電池が主に用いられていたが、電子機器のポータブル化やコードレス化が進展して定着するに従って、駆動用電源となる二次電池の高エネルギー密度化や小型軽量化の要望がますます強くなっている。
【０００３】
また、近年では、ＡＶ機器、ノート型パソコン、或いは携帯型通信機器などのポータブル化やコードレス化も急速に促進されていることから、これらの駆動用電源として、効率充放電が可能な電池の出現が要望されている。
【０００４】
このような状況から、近年では効率充放電特性を示すリチウムコバルト複合酸化物、例えばＬｉＣｏＯ2 を正極活物質に用いてリチウムイオンの挿入、離脱を利用したリチウムイオン二次電池に代表される非水電解液（有機溶媒系電解液）二次電池が主流になりつつある。
【０００５】
リチウムイオン二次電池は、小型・軽量でありながら急速充電が可能で、高エネルギー密度を有するという極めて顕著な特徴を有するものである。このような非水電解液二次電池では、効率充放電を可能にするため、正極側電極板及び負極側電極板をこれらの間にセパレータを介在して積層した状態で渦巻き状に巻回して電極群を構成することにより、電池ケース内において化学反応に寄与する電極板の面積を可及的に大きくする工夫がなされている。
【０００６】
ところで、電池用電極板の製造に際しては、図３に示すように、アルミニウム箔や銅箔からなる帯状の集電用芯材１をＡ矢印方向に移送しながら、この集電用芯材１の一面１ａにペースト状活物質を間欠的に塗布し、この活物質を乾燥して固化させることによって電極合剤部２を形成し、一面１ａに対する電極合剤部２の形成が終了したのちに、集電用芯材１をＢ矢印方向に移送しながら、この集電用芯材１の他面１ｂにペースト状活物質を間欠的に塗布し、この活物質を乾燥して固化させることによって電極合剤部２を形成し、続いて集電用芯材１の両面に形成された電極合剤部２、２を加圧圧延して所定厚みにし、その後所定の寸法に裁断するという工程で製造されている。
【０００７】
また、上述の集電用芯材１にペースト状活物質を塗布するに際しては、巻き取り機から繰り出した集電用芯材１を、ドラム状のバックアップロールの外周の一部に巻き付けた状態で移送しながら、バックアップロールに対して所定の間隙をあけて対向されたダイノズルからペースト状活物質を集電用芯材１に向けて吐出させることで、間欠塗布を連続的に行うようにしている。
【０００８】
そして、集電用芯材１に対してペースト状活物質の未塗布部を形成する際には、切替え弁の作動によりペースト状活物質の吐出を停止するとともにダイの上側に設置されている内のピストンを後退させることによって行い、塗布を開始又は再開する際には、切替え弁の作動と同時にピストンに瞬時に所定の圧力を付与してノズルからペースト状活物質を吐出している。
【０００９】
また、一面１ａの電極合剤部２の形成が終了した集電用芯材１は一旦巻き取り機に巻き取られ、この巻き取り機を繰り出し側に移して設置し、この巻き取り機から集電用芯材１を繰り出しながら他面１ｂへのペースト状活物質の塗布が行われる。従って、他面１ｂへのペースト状活物質の間欠塗布時には、集電用芯材１を一面１ａへの塗布時とは逆方向に移送しながら、一面１ａの塗布終端部２ｂに合わせて塗布を開始するとともに、一面１ａの電極合剤部２の塗布開始部２ａに合わせて塗布を停止している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の電極板の製造方法では、一面、他面の塗布開始時にはダイ内部の圧力が高くなっているため、一面１ａ、他面１ｂにおける塗布開始端部２ａに比較的大きな盛り上がり部２ｃ、２ｄができてしまう。また、特に他面１ｂの塗布始端部２ａは、一面１ａの塗布終端部２ｂは塗布厚みが他の箇所よりも薄くなっているので、この塗布始端部２ａとダイのスリットノズルとの間隔が、一面１ａの塗布終端部２ｂの厚みが薄くなっている分広がった状態になるために、さらに大きな盛り上がり部２ｄができてしまう。
【００１１】
この盛り上がり部２ｃ、２ｄは、電極合剤部２の形成後の加圧圧延時や、正負の電極板をこれらの間にセパレータを介在して渦巻き状に巻回する際に、集電用芯材１の塗布始端部２ａ及び塗布終端部２ｂと未塗布部との境界部に曲げ力と引張力を発生させて集電用芯材１にストレスがかかり、加工硬化して集電用芯材１が破断することがあり、これらが電池用電極板の歩留り低下の一因になっているという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、電極合剤部の塗布始端部と未塗布部の境界部での集電用芯材の切断防止を図れる電池用電極板とその製造方法及びをそれを用いた電池を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
また、本発明の電池用電極板は、塗布方向を相互に反対向きにして集電用芯材の両面に活物質を間欠的に塗布して乾燥固化して成る電極合剤部を有する電池用電極板において、前記電極合剤部の塗布始端部は盛り上がり部を有し、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開始部寄りに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ことにより、一面と他面の何れか一方の面の前記電極合剤部の有する塗布始端部と未塗布部の境界部が反対側の面における電極合剤部の塗布終端部に対向するものである。
【００１５】
この電池用電極板によれば、一面と他面の何れか一方の面の合剤塗布部の塗布始端と未塗布部の境界の反対側の面には合剤塗布部の塗布終端部が存在し、この塗布終端部で集電用芯材がバックアップされているので、圧延時に合剤塗布部の始端部にその突出部により大きな負荷が作用しても、始端と未塗布部の境界で集電用芯材にかかる曲げ力を抑制することができ、加圧圧延時やセパレータを介して渦巻き状に巻回する時に集電用芯材が切断するのを防止でき、電池用電極を歩留り良く生産することができる。
【００１６】
また、本発明の電池は、上記配置構成を有し、その電極合剤がリチウムを可逆的に吸蔵・放出可能な材料を含む活物質から成る正極側電極板と、負極側電極板とがそれらの間にセパレータを介在した状態で渦巻き状に巻回された電極群と、この電極群を収容した電池ケースと、電池ケース内に注液された電解液と、電池ケースの開口部を封口する封口板とを備えたものであり、正極側電極板の芯材に切れや亀裂が生じることがなく、その電極板の電気抵抗が常に安定した状態を保持することから、電池内部抵抗の増大による不具合が発生せず、高い電池性能を得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電池用電極板とその製造方法及びそれを用いた電池の一実施形態について、図１、図２を参照して説明する。
【００１８】
なお、図１において、図３で説明した従来例と同一又は同様の構成要素については同一参照符号を付してその説明を省略する。
【００１９】
図１は、帯状の集電用芯材１の両面にそれぞれ電極合剤部２を間欠的に形成する工程を経た状態であって、圧延して個々の電池用電極板に切断位置で裁断する以前の状態を示す。
【００２０】
集電用芯材１の一面１ａには、図３の従来例と同様の間欠的な配置で電極合剤部２が形成されているが、集電用芯材１の他面１ｂの電極合剤部２は、塗布始端部２ａが一面１ａの塗布終端部２ｂから塗布始端部２ａ寄りにｄ＝１ｍｍ〜５ｍｍ程度離れた位置に設定されるとともに、塗布終端部２ｂが一面１ａの塗布始端部２ａから未塗布側に同様にｄ＝１ｍｍ〜５ｍｍ程度離れた位置に設定されて形成されている。
【００２１】
次に、この電池用電極板を正極用電極板に適用した円筒型リチウムイオン二次電池について図２を参照して説明する。
【００２２】
図２において、１２は正極側電極板で、例えばアルミニウム箔からなる集電用芯材１の両面にペースト状活物質を図１に示すように間欠塗布して乾燥した後所定の厚みに圧延することによって電極合剤部２を設け、これを所定の長さのシート状に裁断することによって製作されている。この正極側電極板１２の一端部の電極合剤部２が形成されていないリード取付部に、例えばアルミニウムからなる正極リード１７が溶接により取付けられている。１３は負極側電極板であり、例えば帯状の銅箔からなる集電用芯材の両面にペースト状活物質を間欠塗布して乾燥した後に所定の厚みに圧延することによって電極合剤部を設け、これを所定長さのシート状に裁断することによって製作されている。この負極側電極板１３の端部の電極合剤部が形成されていないリード取付部に負極リード１８が溶接により取付けられている。
【００２３】
これら正極側電極板１２及び負極側電極板１３をそれらの間に例えばポリエチレン製のセパレータ１４を介在して積層した状態で渦巻き状に巻回して電極群１１が構成され、この電極群１１が、耐有機電解液性のステンレス鋼板を加工して形成された電池ケース１９内に収容され、正極リード１７の他端部が封口板２０にスポット溶接によって接続されるとともに、負極リード１８の一端部がスポット溶接により電池ケース１９の底部に接続されている。なお、電極群１１の上下部にはそれぞれ絶縁板２１、２２が配設されている。
【００２４】
さらに電池ケース１９内には、炭酸エチレンと炭酸ジエキル等の等容積混合溶媒に六フッ化リン酸リチウム１モル／ｌの割合で溶解してなる非水電解液が注液され、続いて安全弁２３を設けた封口板２０が絶縁パッキン２４を介在して電池ケース１９の開口部にかしめ込まれた後に、電池ケース１９の開口部の周縁部を内方にかしめ加工することにより、開口部が密閉されている。
【００２５】
次に、上記正極側電極板１２の実施例について、詳細を説明する。
【００２６】
正極活物質は、コバルト酸リチウムを１００重量部に対して、導電剤としてアセチレンブラックを３重量部、結着剤としてＰＴＦＥとＦＥＰを混合したディスパージョンを固形分で４重量部とカルボキシメチルセルロースを０．８重量部を加え、水を溶媒として混練してペースト状とした。この混練したペースト状活物質を、厚さ１５μｍの帯状の圧延アルミ箔からなる集電用芯材１の一面１ａに塗工部長さが４４６．５ｍｍで非塗工部長さが６．５ｍｍ（したがって、電極板のピッチが４４６．５ｍｍ＋６．５ｍｍ＝４５３ｍｍ）の配置で連続的に間欠塗布を行い、その後に乾燥して固化させることにより、電極合剤部２を形成した。
【００２７】
次に、集電用芯材１の他面１ｂにも、同様にペースト状活物質を間欠塗布した。この他面１ｂに間欠塗布を行う際の間欠塗布開始位置を、一面１ａの塗布終端部２ｂから塗布始端部２ａ寄りに２ｍｍ離れた位置に設定して、塗工部長さが４４６．５ｍｍで非塗工部長さが６．５ｍｍの配置で連続的に間欠塗工を行い、その後に乾燥して固化させることにより電極合剤部２を形成し、これを第１の電池用電極板とした。
【００２８】
これとは別に、他面１ｂに間欠塗布を行う際に間欠塗布開始位置を、一面１ａの塗布終端部２ｂから塗布始端部２ａ寄りに１ｍｍ離れた位置に設定して、塗工長さが４４６．５ｍｍで、非塗工部の長さが６．５ｍｍの配置で連続的に間欠塗布を行い、その後に乾燥して固化させることにより電極合剤部２を形成し、これを第２の電池用電極板とした。
【００２９】
また、上記実施例とは別に、それと比較するために、集電用芯材１の他面１ｂに間欠的に塗布を行う際の間欠塗布開始位置を、一面１ａの塗布終端部２ｂから塗布始端部２ａ寄りに２ｍｍ離れた位置に設定して、塗工長さが４４４．５ｍｍで非塗工部長さが８．５ｍｍの配置で、一面１ａの電極合剤部２の塗布開始位置２ａに合わせて塗布を停止するように連続的に間欠塗布を行い、その後乾燥して固化させることにより電極合剤部２を形成し、これを第３の電池用電極板とした。
【００３０】
さらに、別の比較例として、集電用芯材１の他面１ｂに間欠的に塗布を行う際の間欠塗布開始位置を、図３に示す従来の電極板と同様に、一面１ａの塗布終端部２ｂに一致する位置に設定して、塗工長さが４４６．５ｍｍで、非塗工部長さが６．５ｍｍの配置で、一面１ａの電極合剤部２の塗布開始位置２ａに合わせて塗布を停止するように連続的に間欠塗布を行い、その後に乾燥して固化させることにより電極合剤部２を形成し、これを第４の電池用電極板とした。
【００３１】
上記４種の電極板は以下のように統一した。すなわち、集電用芯材１の他面１ｂの極板ピッチは、全て一面１ａの極板ピッチである４５３ｍｍに合わせて、ペースト状活物質の乾燥後の塗布重量を集電用芯材１の一面１ａまたは他面１ｂ当たり２．４１ｇ／１００2 （集電用芯材１の重量を除く）とした。また、各電極板におけるペースト状活物質の長手方向塗布長さは４４６．５ｍｍで、乾燥後の電極板における集電用芯材１を含む厚みは０．２４０ｍｍとした。このようにしてペースト状活物質を乾燥した後、これをロールプレス機によって所定の厚みになるまで圧縮成型を施して、全体の厚みを０．１４７ｍｍとした。圧延は、定圧圧延方式で行い、加圧力は線圧１７００ｋｇ／ｃｍで４回圧延を行った。
【００３２】
以上のように製作した４種の電極板における集電用芯材１の他面１ｂと電極合剤部２の塗布始端部２ａの境界部の圧延時の芯材切断率を測定したところ、第３の電極板が７％、第４の電極板が３２％であったのに対し、第１及び第２の電極板では集電用芯材１の切断は全く発生しなかった。
【００３３】
以上の試験結果から、集電用芯材１の他面１ｂへのペースト状活物質の間欠塗布開始位置を、一面１ａの電極合剤部２における塗布終端部２ｂから塗布始端部２ａ寄りに１ｍｍまたは２ｍｍ離れた位置に設定し、かつ塗布終端部２ｂを一面１ａの電極合剤部２の塗布始端部２ａから未塗布側に１ｍｍまたは２ｍｍ離れた位置にすることにより、電極合剤部２の塗布始端部２ａと未塗布部の境界部が反対側の面における電極合剤部２の塗布終端部２ｂに対向することから、圧延時の合剤塗布部と未塗布部の境界部の芯材にかかる曲げ力を抑制できることが判明した。
【００３４】
これに対し、集電用芯材１の他面１ｂのペースト状活物質の間欠塗布開始位置を、一面１ａの電極合材部２における塗布終端部２ｂに一致する位置に設定し、かつ間欠塗布終了位置２ｂを一面１ａの電極合剤部２の塗布始端部２ａに一致する位置に設定すると、特に他面１ｂの塗布始端部２ａの盛り上がり量が増大してしまい、圧延時の合剤塗布部と未塗布部の境界部の芯材にかかる曲げ力が増大し、圧延時の芯材の切断が多発してしまう。
【００３５】
以上の実施例の説明では、集電用芯材１の他面１ｂへのペースト状活物質の塗布開始位置を、一面１ａの電極合剤部２における塗布終端部２ｂから塗布始端部２ａ寄りに１ｍｍ又は２ｍｍ離れた位置に設定し、かつ塗布終端部２ｂを一面１ａにおける電極合剤部２の塗布始端部２ａから未塗布側に１ｍｍまたは２ｍｍ離れた位置に設定した例を示したが、これらを１ｍｍ〜５ｍｍの範囲とすることによって、電極合剤部２の塗布始端部２ａと未塗布部の境界部が反対側の面における電極合剤部２の塗布終端部２ｂに対向することから、圧延時の合剤塗布部と未塗布部の境界部の芯材にかかる曲げ力を抑制できることが判明している。
【００３６】
かくして、以上の正極側電極板１２を用いたリチウムイオン二次電池では、正極側電極板１２に芯剤の切れなどが生じないので、高い電池性能を得ることができる。なお、負極側電極板１３にも本発明を適用することができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の電池用電極板及びその製造方法によれば、以上のように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開始部寄りに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たので、一面と他面の何れか一方の面の合剤塗布部の始端と未塗布部の境界の反対側の面には合剤塗布部の終端部が存在し、この合剤塗布終端部で集電用芯材がバックアップされ、圧延時に合剤塗布部の始端部にその突出部により大きな負荷が作用しても、始端と未塗布部の境界で集電用芯材にかかる曲げ力を抑制することができ、加圧圧延時やセパレータを介して渦巻き状に巻回する時に集電用芯材が切断するのを防止でき、電池用電極を歩留り良く生産することができる。
【００３８】
また、本発明の電池によれば、電極合剤がリチウムを可逆的に吸蔵・放出可能な材料を含む活物質から成る上記の正極側電極板と、負極側電極板とがそれらの間にセパレータを介在した状態で渦巻き状に巻回された電極群と、この電極群を収容した電池ケースと、電池ケース内に注液された電解液と、電池ケースの開口部を封口する封口板とを備えているので、正極側電極板の芯材に切れや亀裂が生じることがなく、その電極板の電気抵抗が常に安定した状態を保持することから、電池内部抵抗の増大による不具合が発生せず、高い電池性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の電池用電極板の製造過程における電池用電極板の縦断面図である。
【図２】同実施形態にかかる電池の構成を示す縦断面図である。
【図３】従来例の電池用電極板の製造過程における電池用電極板の縦断面図である。
【符号の説明】
１  集電用芯材
１ａ  一面
１ｂ  他面
２  電極合剤部
２ａ  塗布始端部
２ｂ  塗布終端部
１１  電極群
１２  正極側電極板
１３  負極側電極板
１４  セパレータ
１９  電池ケース
２０  封口板
【図１】
0004975901.tif 000002
【図２】
0004975901.tif 000003
【図３】
0004975901.tif 000004