(57)【要約】【課題】電極板に溝を形成するにあたり、正極板と負極板に同等の深さの溝を形成することにより、正極板の方が負極板よりも硬く、溝の形成に大きな力を必要とするために、電極板厚さの増加、電極板の伸び、剥離強度の低下といった電極板への悪影響が発生するといった課題を有していた。【解決手段】正極板３と負極板５で深さの異なる溝７を形成することにより、硬度の高い側の電極板に形成する溝を浅くし溝の形成に必要な力を小さくすることで、溝７の形成による電極板厚み増加、電極板の伸び、剥離強度の低下といった電極板への悪影響を低減することを目的とした非水系二次電池である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属箔からなる集電体の上に少なくとも正極活物質または負極活物質を担持した正極板および負極板とをセパレータを介して渦巻状に巻回して形成した電極群を非水電解液と共に電池ケースに封入してなる非水系二次電池であって、前記正極板および負極板の活物質層に深さが異なる溝を形成したことを特徴とする非水系二次電池。
【請求項２】
前記正極板と負極板に形成された溝の深さの比を１：１．０５〜２となるように形成したことを特徴とする請求項１記載の非水系二次電池。
【請求項３】
前記正極板に形成された溝の深さを２μｍ以上５μｍ以下としたことを特徴とする請求項１記載の非水系二次電池。
【請求項４】
前記正極板と負極板に形成された溝の底部の幅を、溝の開口部の幅と同等もしくはそれ以下としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の非水系二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン電池に代表される非水系二次電池に関し、特に渦巻状の電極群を形成する電極板に改良を加えたものに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯用電子機器及び通信機器の多機能化に伴い、リチウム二次電池は、さらなる高容量化が望まれており、この傾向は今後も続くものと予想される。新材料の開発も次々に行われているが、高容量化を達成するためには、高加圧のロールプレスで活物質の充填密度を上げる必要があり、そのために、近年の電池は電解液の含浸性が大幅に悪化している。そこで、含浸性を向上するために、電極板の活物質層に溝を形成することにより電池ケース内に注液した電解液を電極群の内部へと拡散させ、電極群の内部から電解液を含浸させる方法が種々提案されている。例えば、図４に示すように、正極板と負極板の少なくとも一方に、一端が電極板１１の端部に至る溝１２を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、少なくとも一方の電極板２１に少なくとも一端が活物質層の長辺側の端部に至り、深さが活物質層厚さの８０％以下、幅が溝長さの５０％以下の溝２２を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、図６に示すように電極板２４の表面にピッチＰが０．０２〜０．０１ｍｍで、深さＨが０．０１〜０．１ｍｍである溝２３を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】再公表９８／０４８４６６号公報
【特許文献２】特開２００１−１７６５５８号公報
【特許文献３】特開２０００−００３７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１の従来技術では、正極板と負極板の少なくとも一方に、一端が電極板の端部に至る溝を形成しているが、電極板に溝加工を行うことにより、形成した溝分の活物質層が周囲に押しやられることによる電極板厚みの増加や電極板への加圧による電極板の伸び、活物質層への塑性変形による剥離強度低下といった電極板への悪影響が発生するという課題を有していた。
【０００６】
また、特許文献２の従来技術では、少なくとも一方の電極板に電極板の端部に至り深さが活物質層の８０％以下、幅が溝長さの５０％以下の溝を形成しているが、電極板に溝加工を行うことにより、形成した溝分の活物質層が周囲に押しやられることによる電極板厚みの増加や電極板への加圧による電極板の伸び、活物質層への塑性変形による剥離強度低下といった電極板へ悪影響が発生し、溝深さが深くなりすぎると活物質層の剥離が発生するという課題を有していた。また、負極板と正極板に同等深さの溝を形成することにより、正極板の方が硬いために負極板よりも大きな電極板厚みの増加、電極板伸び、剥離強度の低下が発生するという課題を有していた。
【０００７】
さらに、特許文献３の従来技術では、電極板の表面にピッチ０．０２〜０．０１ｍｍ、深さ０．０１〜０．１ｍｍの溝を形成しているが、電極板に溝加工を行うことにより、形成した溝分の活物質層が周囲に押しやられることによる電極板の厚みの増加や電極板への加圧による電極板の伸び、活物質層への塑性変形による剥離強度低下といった電極板への
悪影響が発生するという課題を有していた。また、負極板と正極板に同等深さの溝を形成することにより、正極板の方が硬いために負極板よりも大きな電極板厚みの増加、電極板伸び、剥離強度の低下が発生するという課題を有していた。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を鑑みてなされたもので、正極板と負極板で深さの異なる溝を活物質層に形成することにより、硬度の高い側の電極板に形成される溝の深さを浅くすることで溝加工に伴い発生する電極板厚みの増加、電極板伸び、剥離強度の低下といった電極板への悪影響を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記従来の課題を解決するために本発明の非水系二次電池は、金属箔からなる集電体の上に少なくとも正極活物質または負極活物質を担持した正極板および負極板とセパレータとを介して渦巻状に巻回して形成した電極群を非水電解液と共に封入してなる非水系二次電池であって、正極板および負極板の活物質層に深さが異なる溝を形成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の非水系二次電池によると、正極板と負極板で深さの異なる溝を形成することにより、正極板に発生する電極板への影響を低減することが可能となり、電極板厚みの増加や電極板伸び、剥離強度低下といった電極板への悪影響を低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の第１の発明においては、金属箔からなる集電体の上に少なくとも正極活物質または負極活物質を担持した正極板および負極板とセパレータとを介して渦巻状に巻回して形成した電極群を非水電解液と共に電池ケースに封入してなる非水系二次電池であって、正極板および負極板の活物質層に深さが異なる溝を形成したことにより、硬度の高い側の電極板に形成する溝を浅くすることが可能となり、溝加工により発生する電極板厚みの増加や電極板伸び、剥離強度低下といった電極板への悪影響を低減することができる。
【００１２】
本発明の第２の発明においては、正極板と負極板に形成される溝の深さの比を１：１．０５〜２とすることにより、負極板よりも硬度が高いために溝の形成による電極板厚みの増加や電極板伸び、剥離強度低下といった悪影響が大きい正極板に対する悪影響を低減することができる。
【００１３】
本発明の第３の発明においては、正極板に形成された溝の深さを２μｍ以上５μｍ以下としたことにより、正極板に溝を形成することにより発生する電極板厚みの増加や電極板伸び、剥離強度低下といった電極板への悪影響を小さくすることが可能となる。
【００１４】
本発明の第４の発明においては、正極板と負極板に形成された溝の底部の幅を、溝の開口部の幅と同等もしくはそれ以下としたことにより、溝の形成における加工性の向上と電解液の注液性を向上させることができる。
【００１５】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。円筒形の非水系二次電池は、図1に示すように、アルミニウム箔からなる集電体の上に複合リチウム酸化物を活物質として担持した正極板３と、銅箔からなる集電体の上にリチウムを保持しうる材料を活物質として担持した負極板５とをセパレータ４を介し渦巻き状に捲回した後、この渦巻き状の電極群２を、有底円筒形の電池ケース１の内部に収容し、次いでこの電池ケース１に所定量の非水溶媒からなる電解液を注液した後、電池ケース１の開口部にガスケットを周縁に取付けた封口板６を挿入し、電池ケース１の開口部を内方向に折り曲げて封口している。
【００１６】
本発明では、図２（ｂ）に示すように正極板３の両面の活物質層に深さ４μｍの溝７を形成し、図２（ａ）に示すように負極板５の両面の活物質層に深さ８μｍの溝７を形成することにより、負極板５よりも硬い正極板３に形成する溝の深さを浅くしたことで正極板３に加える力を少なくすることによって、溝加工により発生する形成した溝分の活物質層が溝部の周囲に押しやられ、活物質層が盛り上がることによる電極板厚みの増加や電極板に加えられる圧力による電極板伸び、活物質層への塑性変形により活物質層と金属箔の結着力の低下による剥離強度低下といった電極板への悪影響を低減しつつ、非水系二次電池の注液性を向上することができる。
【００１７】
ここで、電極板厚みの増加や電極板伸びが発生すると電極板を渦巻き状に捲回したときに電極群２の径が大きくなり、電池ケース１への挿入時にかじりや挿入不能といったことが発生する。また、剥離強度が低下すると電池にした際に活物質層の剥離が発生し、電池容量の低下や電池電圧の低下が発生する。また、正極板３は負極板５よりも硬いために溝７を形成するために必要な加圧力が負極板５よりも大きくなるので、正極板３に形成する溝７の深さを負極板５に形成する溝７よりも浅くすることで、正極板３の溝加工に必要な加圧力を低減し、加工性の向上が可能となる。
【００１８】
また、溝の底部の幅が、溝の開口部の幅と同等もしくはそれ以下である溝の断面形状としては以下のような形状が考えられる。例えば、図３（ａ）に示すように溝７の開口部の幅と溝７の底部の幅が同一である方形とすることができる。この方形の形状では、注液性が良い。また図３（ｂ）に示されるように溝７の開口部の幅より溝７の底部の幅が小さい台形としてもよい。この台形の形状では、溝７の加工性が良く、活物質層の脱落が少なく、捲回による溝７のつぶれに対して耐性が高い。さらに図３（ｃ）に示されるように溝７の開口部の幅より溝７の底部の幅が小さく、溝７の底部と溝７の開口部が円弧状となっている円弧台形としてもよい。この円弧台形の形状では、溝７の加工性が向上しており溝７の形成を行いやすく、活物質層の脱落も少なく、捲回による溝７のつぶれに対して耐性が高い。
【００１９】
さらに図３（ｄ）に示されるように半円形としてもよい。この半円形の形状では、溝７の加工性が良い。さらに図３（ｅ）に示されるように溝７の開口部の幅から一点に集中するＶ字形としてもよい。このＶ字形の形状では加工性が非常に良い。さらに図３（ｆ）に示されるように開口部の幅と溝７の底部の幅が同一であり底部が円弧状になった円弧方形としてもよい。この円弧方形では、注液性が良く、加工性も良い。なお、この実施の形態として、正極板３に深さ４μｍ、負極板５に深さ８μｍの溝７を形成したが、溝深さはこの深さに限定されるものではない。また、本発明は円筒形の非水系二次電池に限定するものではない。以下、本発明の具体的実施例に基づいて、さらに詳しく説明する。
【実施例１】
【００２０】
図２（ｂ）に示すように、複合リチウム酸化物を正極活物質とする正極板３の両面に  溝７を形成した。このとき、溝深さを２μｍ、４μｍ、６μｍ、８μｍ、１０μｍに変更して溝７を形成したものを実施例Ａ、実施例Ｂ、実施例Ｃ、実施例Ｄ、実施例Ｅとした。また、図２（ａ）に示すように、リチウムを保持しうる材料を負極活物質とする負極板５の両面に溝７を形成した。このとき、溝深さを２μｍ、４μｍ、６μｍ、８μｍ、１０μｍに変更して溝７を形成したものを実施例Ｆ、実施例Ｇ、実施例Ｈ、実施例Ｉ、実施例Ｊとした。
【００２１】
上記の条件で作成した電極板の厚みと長さを溝加工前後で測定し、溝７の形成による電極板の厚み変化と長さ変化についての評価を行った結果と溝加工を行った電極板と通常極板、セパレータを用いて捲回を行い電極群を作成し、群径の評価を行った結果を（表１）
に示した。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
（表１）の結果から明らかなように、同じ深さの溝７の形成を正極板３と負極板５に行った場合、正極板３の方が負極板５よりも硬いために電極板の厚み変化、電極板の長さ変化ともに大きくなる。よって、溝７の形成による電極板への影響は正極板３の方が大きい。また、電極板の厚み増加、電極板の長さ増加により電極群径も大きくなり、電池ケース１への電極群２の挿入時にかじりが発生しやすくなる。正極板３に形成した溝７の深さが負極板５に形成した溝７の深さの半分程度の場合には、電極板の厚み増加は同等となり、電極群２の径の増加も同等に押さえることが可能である。
【００２４】
以上の結果より、電極板に形成する溝７の深さを正極板３と負極板５で異なる深さにすることにより、硬度の高い側の電極板に形成される溝７の深さを浅くすることで溝７の形成による電極板厚みの増加、電極板伸び、剥離強度の低下といった電極板への悪影響を低減することができる。
【実施例２】
【００２５】
直径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍの円筒形電池ケース１に複合リチウム酸化物を活物質とし、両面の活物質層に図３（ｃ）に示されるような溝の開口部の幅より溝の底部の幅が小さく、溝底と開口部が円弧状となっている円弧台形の形状で深さ４μｍの溝７を形成した正極板３と、リチウムを保持しうる材料を活物質とし、両面の活物質層に図３（ｃ）に示されるような溝の開口部の幅より溝の底部の幅が小さく、溝底と開口部が円弧状となっている円弧台形の形状で深さ８μｍの溝７を形成した負極板５とをセパレータ４を介し渦巻き状に捲回した後、この渦巻き状の電極群２を、有底円筒形の電池ケース１の内部に収容し構成したものを実施例２とした。
【００２６】
（比較例１）
直径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍの円筒形電池ケースに複合リチウム酸化物を活物質とした正極板と、リチウムを保持しうる材料を活物質とした負極板とをセパレータを介し渦巻き状に捲回した後、この渦巻き状の電極群を、有底円筒形の電池ケースの内部に収容し構成したものを比較例１とした。
【００２７】
上記実施例２および比較例1に電解液を注液し、電解液の含浸性の評価を行った。この際、一回では電解液を注液しきれないので、所定量の電解液を供給した後に、真空ブースに入れ、電極群の中の空気を排出し、続いてブース内に大気を導き、差圧で電極群に電解液を含浸させるというサイクルを5回繰り返す注液方法を用いた。含浸完了の見極めは、電池を真上から覗き込み、電極群の上から完全に液がなくなったことで判断し、実施例２
と比較例１の含浸性の評価を行った結果を（表２）に示した。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
（表２）の結果から明らかなように、溝を形成した電極板を用いて電極群を構成した方が電極群の含浸性は溝を形成しない電極板を用いて構成した電極群よりも良くなる。
【００３０】
以上の結果より、本発明の溝の仕様で溝を形成すれば、注液性が大幅に向上することが確認された。また、結果には示さないが溝の形状を他の形状に変更して同じように実験を行った場合、注液時間に若干の差はあるものの同じような結果となった。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明に係る非水系二次電池用電極板は、正極板と負極板で形成する溝の深さを異なった深さにすることにより、溝の形成による電極板への影響を低減することが可能であるので、溝を保有する電極板の製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の非水系二次電池の実施の形態における一部切欠斜視図
【図２】（ａ）本発明における実施の形態における負極板の断面図、（ｂ）本発明における実施の形態における正極板の断面図
【図３】（ａ）本発明における方形形状の溝の断面図、（ｂ）本発明における台形形状の溝の断面図、（ｃ）本発明における円弧台形形状の溝の断面図、（ｄ）本発明における半円形形状の溝の断面図、（ｅ）本発明におけるＶ字形の溝の断面図、（ｆ）本発明における円弧方形形状の溝の断面図
【図４】従来例における電極板の斜視図
【図５】（ａ）他の従来例における電極板の斜視図、（ｂ）他の従来例における電極板の断面図
【図６】他の従来例における電極板の断面図
【符号の説明】
【００３３】
１  電池ケース
２  電極群
３  正極板
４  セパレータ
５  負極板
６  封口板
７  溝
【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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【図６】
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