(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電板の両面に電極活物質層を有する正及び負の電極が電解質保持層を介して配置された発電要素を備えた電池において、少なくとも正負いずれか一方の電極の両電極活物質層に、少なくとも一端が電極の端部に至る複数の溝が形成され、該溝の断面形状が側面部と底面部を有し、該底面部と側面部とのなす角度が鈍角であり、両電極活物質層の溝の底面部が、略対向する位置に形成され、上記両電極活物質層の溝の断面形状における底面部幅が異なっていることを特徴とする電池。
【請求項２】
集電板の両面に電極活物質層を有する正及び負の電極が、電解質保持層を介して配置された発電要素を備えた電池の電極成形装置において、上記電極を挟んで配置され、上部に平面部と、この平面部となす角度が鈍角に形成された側面部とからなる突起部が形成された２つの金型、及びこの金型を上記電極の両側から押し当てて上記電極活物質層を圧縮する金形駆動部を備え、上記２つの金型の突起部の平面部は、略対向するように配置され、断面形状における平面部の幅が異なっていることを特徴とする電極成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、正負の電極が交互にセパレータ等の電解質を保持するための電解質保持層を介して近接して配置された発電要素を備えた電池、並びにこの電池の電極成形方法及び電極成形装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、一次電池や二次電池などの化学電池は、電解質の保持や絶縁膜の役割を担うセパレータ等を介して正負の電極を近接させて配置した発電要素よりなっている。例えば、巻き型電池は、正負１枚ずつの電極の間にセパレータを介して渦巻型に巻回させることで円筒状の発電要素を形成している。また、積層型電池は複数枚の正負の電極をセパレータを介して交互に積層させることにより発電要素を形成している。形成された発電要素をケースに収納し、外から圧迫することによって正負電極それぞれとセパレータとの間の密着性を維持して、位置ずれや抵抗上昇を防いでいる。また、上記発電要素の正負電極とセパレータとの間を電解質保持性の樹脂等で接合させて、外から圧迫しなくても密着性を維持している電池もある。
【０００３】
ところが、従来のように外的な圧迫もしくは内的な接合により形成された発電要素を密着させてしまうと、電極とセパレータとの間の隙間がほとんどなくなるので、電解液を注入した場合に、発電要素内部への電解液の浸透は、電極の側面からの浸透やセパレータからの浸透がほとんどになる。従って、発電要素全体に電解液が浸み渡るのには、かなりの長時間を要していた。
【０００４】
この問題を解決する方法として、国際公開公報、ＷＯ９，８４８，４６６に電極表面に溝を設けることが開示されている。これによれば電極の端部に至る溝を形成することにより、電解液の注液浸透速度および内部に発生するガス抜き速度、接着用の溶剤蒸発速度を速くすることが可能になると開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
電極に溝を形成する場合、例えば、断面形状がくさび形や丸形などの形状になっている溝においては、圧縮により溝を形成する際に、溝部分が損傷したり、損傷が激しいときは切断したりする恐れがあった。
【０００６】
また、溝底面部と側面部を有する溝断面形状において溝底面部と側面部とのなす角度が直角もしくは鋭角になると、成形用突起により圧縮して溝加工を行う際に、溝周辺部の破損が生じやすく、この破損による破片が金型や溝加工後の電極に付着して不良品を発生させ、歩留まりを低下させる原因になっていた。
【０００７】
また、集電板の両面に活物質層を形成した電極においては、その電極の両面に溝を形成する場合に変形を起こしやすく、また溝形成後の厚み調整用圧延プレスを通した後において、溝の変形が残る、あるいは溝の深さが浅くなるなどの問題が生じる可能性があった。
【０００８】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、電解液の注液速度やガス抜き速度、溶剤の乾燥速度を速めるための溝形成が、より確実に、かつ電極を破損させることなくできるようにして、歩留まりを向上させることを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電池は、集電板の両面に電極活物質層を有する正及び負の電極が電解質保持層を介して配置された発電要素を備えた電池において、少なくとも正負いずれか一方の電極の両電極活物質層に、少なくとも一端が電極の端部に至る複数の溝が形成され、該溝の断面形状が側面部と底面部を有し、該底面部と側面部とのなす角度が鈍角であり、両電極活物質層の溝の底面部が、略対向する位置に形成され、上記両電極活物質層の溝の断面形状における底面部幅が異なっているものである。
【００１０】
本発明に係る電極成形装置は、集電板の両面に電極活物質層を有する正及び負の電極が、電解質保持層を介して配置された発電要素を備えた電池の電極成形装置において、上記電極を挟んで配置され、上部に平面部と、この平面部となす角度が鈍角に形成された側面部とからなる突起部が形成された２つの金型、及びこの金型を上記電極の両側から押し当てて上記電極活物質層を圧縮する金形駆動部を備え、両電極活物質層の溝の底面部が、略対向する位置に形成され、上記両電極活物質層の溝の断面形状における底面部幅が異なっているものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、現在携帯機器用を中心として開発が盛んに行われているリチウムイオン電池を中心に説明をするが、発明がこれに限定されるものではない。また、発明の対象となるのは正極もしくは負極のいずれでもよく、本実施の形態において、正極、負極いずれの極を用いた例を示したものにおいても、他方の極について適用することができる。
【００１２】
図１は、本発明の一実施の形態を示す断面図であり、溝加工を施した電極の形状を示す断面図である。図において、１は正極、２は正極活物質層、３は正極集電体、４は正極１の正極活物質層２に形成された溝で、少なくとも一端が正極１の端部まで形成され、形成された溝４の底面部５と側面部６とのなす角度αは鈍角になっているものである。
【００１３】
このような溝４の形成は、正極１や正極集電板３に損傷を与えにくく、また、溝４の形成後においても溝４の形状を維持し易いため、電解液の浸透速度や発生ガスのガス抜き速度、接着剤の溶剤の乾燥速度を速くすることができる。
【００１４】
溝４の断面形状としては底面部５と側面部６とを有しており、且つこの底面部５と側面部６のなす角度αが鈍角であれば、特に制限はない。このとき正極１の平坦部（上の面）と溝４の底面部５とは必ずしも平行である必要もなく、また、溝４の断面形状は直線のみで構成されている必要はなく、丸みを帯びているなどの形状でもよい。
【００１５】
溝４の底面部５の長さは長ければ注液性や乾燥性を良くできるが、長すぎると電池特性を悪化させることがあるので、好ましくは１．０ｍｍ以下がよい。しかし、短すぎると上下の溝４の位置がずれやすくなるため、好ましくは０．１ｍｍ以上がよい。
【００１６】
上下の溝４の底面部５の幅ｗは同一でもよいし、どちらかの幅ｗを長くしてもよい。好ましくは、上下の溝４の位置がずれを生じないようにするために、一方の底面部５の幅ｗに対して他方の底面部５の幅ｗを１倍以上、３倍以下とするのがよい。このとき、図２の断面図に示すように、上下一方の面の底面部５の幅ｗを狭くし、他方の面の底面部５の幅ｗを広くしてもよいし、ランダムにいずれか一方の面の底面部５の幅ｗを狭くし、他方の面の底面部５の幅ｗを広くしても特に問題はない。また、図３の断面図に示すように、１つ面内の底面部５の幅ｗを交互に広くすると注液や乾燥の効率がよくなる。
【００１７】
また、溝４の深さ方向の形状としては、電極に損傷を与えなければ、ある程度の深さが良いが、図４の断面図に示すように、正極１の厚さをｔ１、正極集電板３の厚さをｔ２、溝４部の正極１の厚さをｔ３、正極１（活物質層２）のポロシティＰ、活物質層２の圧縮による横方向への伸び率をｒ１、集電板３の圧縮による横方向への伸び率をｒ２としたときに、下記式（１）を満たすような形状であれば、電極及び集電板にほとんど損傷を与えることなく加工を行うことができるので好ましい。従って、突起状金型を用いたプレス加工などの圧縮によって溝形成を行う場合、突起状金型の突起高さは、この式（１）に則るように決定すればよい。
ｔ３＝（ｔ１−ｔ２）×（１−Ｐ）×（１−ｒ１）
＋ｔ２×（１−ｒ２）                    式（１）
【００１８】
また、各溝４は少なくとも一端が正極１の端部に至るものであれば、必ずしも直線状である必要はなく、また、図５乃至図７の平面図に示すように、複数本を平行線状、格子状、斜め格子状に形成することも可能である（図において、実線部が溝を示している）。溝４の正極１表面に占める面積割合は多ければ注液性や乾燥性を良くできるが、多すぎると電池特性を悪化させることがあるので、好ましくは２０％以下がよい。
【００１９】
次に、上記正極１の成形方法について説明する。
まず、正極１は、アルミニウム箔等の導電性金属板等からなる正極集電板３の上下面に、リチウムコバルト複合酸化物等の正極活物質と導電剤と結着剤と溶剤からなる正極合剤ペーストをそれぞれ塗布し、乾燥させることにより溶剤を揮発させて、正極活物質層２を形成する。
【００２０】
次に、正極活物質層２の両面に溝４を形成する。溝４を形成する方法は、例えば、図８の側面図および図９の平面図に示すような、突起部４３を有する平板状の金型４１，４２を上下させて加工する平板プレス加工や、図１０の側面図および図１１の斜視図に示すような突起部５３を有する２本のロール状金型５１，５２間に正極１を通すことにより溝４を形成するロール状プレス方法を適用することができる。なお、図９および図１１において、実線部が突起部４３，５３を示している。
【００２１】
平板状の金型４１，４２、あるいはロール状金型５１，５２に設けられた突起部４３，５３は上面が平面で、この平面部と側面部とのなす角度は鈍角になっている。
【００２２】
また、上下の平板状金型４１，４２もしくはロール状金型５１，５２の両方に同形状の突起部４３，５３を形成させて、上下の突起部４３，５３が重なり合うようにし、正極１の両面に同時に同位置に溝４を形成させることにより、正極１や集電板３に損傷を与えにくくし、また、溝４の形成後においても溝４の形状を維持し易くする効果が大きくなる。
【００２３】
また、重なり合う突起部４３，５３の断面形状における平面部の幅の比率が１倍以上、３倍以下とすることにより、両面に塗布された電極活物質層の両面の対向した溝同士の位置ずれを少なくし、溝形状の変形を少なくすることができる。
【００２４】
また、上下２つの金型４１，４２または５１，５２の突起部４３または５３の平面部が、略対向するように配置し、断面形状における平面部の幅を上下で異なるようにすることによって、上下対向するように形成された溝の位置ずれが生じても互いに重なり合いやすくなり、正極１や集電体３へのダメージを少なくすることができる。
【００２５】
また、突起部４３，５３の平面部と側面部とのなす角度を９０度より大きく１７０度以下とすることによって、溝形成時に溝周辺の脱落等を抑えることができ、量産性を向上させることができる。
【００２６】
また、突起部４３，５３の断面形状における平面部の幅を、０．１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下とすることによって、電池の放電特性を維持しながら、電解液の注液速度および乾燥速度を速めることができる。
【００２７】
また、隣り合う突起４３，５３同士の間隔を２０ｍｍ以下とすることによって、正極１の乾燥速度および電解液の注液速度を速めることができる。
【００２８】
溝４を形成した後、最終的に目標の厚みにプレスを行い、正極１表面を平滑にすると共に厚み調整も同時に行う。
【００２９】
次に、上記溝４を形成した正極１を用いたリチウムイオン電池の製造方法について説明する。
まず、銅箔等の金属集電板等からなる負極集電板に、グラファイト等のリチウムイオンを吸蔵・放出可能なホスト物質と結着剤とを有する負極合剤を塗布し、負極を形成する。
【００３０】
次に、負極および溝４を形成した正極１それぞれを方形に切断し、図１２の斜視図および図１３の断面図に示すように、セパレータ７、正極１、セパレータ７、負極８を交互に配して重ね合わせることによって、積層型の発電要素９を形成する。
【００３１】
図１３に示したように、正極１が必ず負極８と対向していなければならない場合、正極１を負極８よりも少し小さいサイズに形成すると共に、積層の上下端にそれぞれ負極８を配置するようにしている。そして、セパレータ７は、絶縁を確実にするために、負極８より少し大きいサイズに形成すると共に、積層の上下端に配置した負極８の上下にも配置するようにしている。さらに、正極１と負極８とセパレータ７は、それぞれ隣接する対向面同士が固着されて発電要素９を一体化している。
【００３２】
セパレータ７は、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどの微多孔性樹脂フイルム等の方形のシートであり、上記のように正極１よりもサイズが少し大きくなっている。
【００３３】
また、上記微多孔性樹脂フイルムに代えて、アルミナ、シリカ、二酸化チタン、あるいは窒化アルミニウム等の金属酸化物、金属窒化物等の微粒子等からなる多孔質体を用いてもよい。
【００３４】
また、各正極１とセパレータ７間および各負極８とセパレータ７間は接着剤等両者を固着させる溶液等で固着してもよい。
【００３５】
この接着剤等としては例えばポリフッ化ビニリデンやポリビニールアルコールなどの接着性樹脂溶液やその樹脂溶液にアルミナやシリカ、二酸化チタン、窒化アルミニウム等の金属酸化物、金属窒化物等のフィラーを添加、分散させた溶液を用いても良い。
【００３６】
次に、上記のようにして、作製された積層型の発電要素９は、図１４の斜視図に示すように、バリア性を有するアルミラミネートシート１０で覆い、まず、アルミラミネートシート１０の一辺を残して周囲を封口する。この際、発電要素９の各正極１と各負極８にそれぞれリード１１を予め接続しておき、リード１１はアルミラミネートシート１０を重ね合わせた間から先端部を突出させた状態で確実に封口する。
【００３７】
次に、アルミラミネートシート１０をチャンバー内に収容する等して真空引きすることにより、発電要素９の内部から空気を引き抜き、アルミラミネートシート１０内に非水電解液を注入する。そして、リード１１を介して予備充電を行うことにより正極１と負極８間にガスを発生させてから、再度真空引きして、このガスを引き抜き、その後、アルミラミネートシート１０の残る１辺を完全に封口し内部を密封することによりリチウムイオン電池を完成する。
【００３８】
本実施の形態のリチウムイオン電池は、正極１と負極８とセパレータ７を固着して発電要素９を一体化することにより、発電要素９をテープ等で止め付けたり金属容器等に収納して圧迫しなくても、正極１と負極８間の間隔距離が変化したり、これら電極１，８とセパレータ７の重なりがずれたりする恐れをなくすことができるので、このように柔軟なアルミラミネートシート１０内に収納することが可能となる。
【００３９】
また、本実施の形態のリチウムイオン電池は、最初の充電時にのみ正極１からガスが発生するので、アルミラミネートシート１０を完全に封口する前に予備充電を行ってガスを予め抜いておくことが必要になる。
【００４０】
一般に、発電要素９の電極１，８とセパレータ７との間が接着剤によって固着されている場合、非水電解液を注入した際に、電極１，８とセパレータ７との間から非水電解液が発電要素９の内部に浸入することができないし、また、セパレータ７は、微多孔性樹脂フイルム等を用いるので、不織布等に比べて非水電解液が染み込みにくい。
【００４１】
しかし、本実施の形態においては、正極１には複数本の溝４が形成されているので、非水電解液は発電要素９の側面に開口する溝４を伝わって内部に入り込み、溝４周囲の正極１の正極活物質層２の中やセパレータ７中に迅速に浸透すると共に、セパレータ７を介して対向する負極の負極合剤層中にも迅速に浸透することができる。
【００４２】
また、非水電解液を注入する前の真空引きの際や、予備充電後の真空引きの際にも、発電要素９の内部の空気や予備充電で発生したガスをこの正極１の溝４を通して迅速に引き抜くことができるようになる。
【００４３】
さらに、正極１とセパレータ７とを接着剤で接着し乾燥させる際にも、この接着剤の溶媒を溝４を通して迅速に揮発させることができるようになる。
【００４４】
以上説明したように、本実施の形態のリチウムイオン電池によれば、発電要素９内への非水電解液の拡散速度が向上すると共に、発電要素９内からガス抜きを迅速に行うことができるようになるので、非水電解液の注入作業や真空引きの作業時間を短縮して生産性を向上させることができる。
【００４５】
また、非水電解液の拡散、ガス抜きや溶剤の乾燥が迅速に行われることにより、電極１，８とセパレータ７とを固着して発電要素９を一体化しても、生産性が低下するようなことがなくなる。また、固着して発電要素９を一体化することにより、発電要素９を柔軟なアルミラミネートシート１０内に収納して、電池容器の肉厚を薄く、軽量で安価なものとすることができる。
【００４６】
なお、上記実施の形態は、正極１と負極８とセパレータ７を固着する場合について説明したが、これらが固着されない場合であっても、同様の効果が得られる。
【００４７】
また、上記実施の形態では、発電要素９をアルミラミネートシート１０内に収納する場合について説明したが、これに限らず、他の柔軟なシート状の電池容器に収納しても良く、金属缶等からなる堅牢な電池容器に収納しても良い。
【００４８】
また、上記実施の形態では、正極１にのみ溝４を設けたが、正極１が必ず負極８と対向していなければならないというような事情がなければ、負極８にも溝４を設けることができ、負極８にのみ溝４を設けることも可能となる。
【００４９】
また、上記実施の形態では、図１３に示したような方形の正極１、負極８の間にセパレータ７を介して重ねた積層型の発電要素９の例を説明したが、図１５のような正極１と負極８の間にセパレータ７を介して巻いた巻き型の発電要素９、その他正極と負極の間にセパレータを介して楕円状に巻いた楕円状の巻き型の発電要素、正極と負極の間にセパレータを介して折り畳んだ折り畳み型発電要素に適用して効果を発揮する。
【００５０】
また、上記実施の形態では、リチウムイオン電池について説明したが、本発明は、これに限らず一次電池や他の二次電池にも同様に実施することができる。そして、正極と負極とセパレータの構成も、これら電池の種類等に応じて任意に変更することができる。
【００５１】
【実施例】
以下に、より具体的な実施例を示す。
実施例１．
正極は、厚さ２０μｍのアルミニウム箔からなる正極集電板の両面に、正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ２）を９０重量部と導電剤として人造黒鉛を６重量部と結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を４重量部に溶剤としてＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を適当量加えたものからなる正極合剤ペーストをそれぞれ塗布し乾燥させることにより、正極活物質層を形成し、作製した。
【００５２】
この正極をロール加圧式溝加工機に通すことにより溝形成を行った。この溝加工機は、直径２５０ｍｍ、長さ４００ｍｍでステンレス製のロール表面に凸状の突起を斜め格子状（９０度交差）に形成し、このロールを二本対向させて、そのロール間に正極を通すことで溝を加工することができる装置である。この溝加工機のロールの突起の断面形状は、上ロールの突起上面の幅が０．３ｍｍ、突起下面の幅が０．３５ｍｍ、突起高さが３０μｍの断面形状が台形状で、突起の間隔が１０ｍｍであり、下ロールの突起上面の幅が０．４ｍｍ、突起下面の幅が０．４５ｍｍ、突起高さが３０μｍの断面形状が台形状で、突起の間隔が１０ｍｍである。このロールで正極の両面に溝を形成したとき、正極の片面には溝底面の幅が０．３ｍｍ、深さが３０μｍの溝が形成され、もう一方の面には溝底面の幅が０．４ｍｍ、深さが３０μｍの長方形状の溝が形成され、全体の厚さが１７０μｍの正極となった。
【００５３】
この溝形成後の正極に損傷等は見当たらなく、断面観察を行うと、両面において溝形成の位置にずれはなかった。この正極をロールプレス機にかけて、最終厚さを１６０μｍとした時、溝深さは２５μｍとなった。この厚み調整のために行ったプレス後の正極に損傷等は見当たらなく、断面観察を行うと、図１６の断面図に示すように、両面において形成された溝４の位置にずれはなく、溝４の形状に変形はなかった。この正極１シートを幅１００ｍｍ、長さ１５０ｍｍに切断して正極とした。
【００５４】
負極は、厚さ１５μｍの銅箔からなる負極集電体の両面にグラファイト９０重量部と、結着剤であるＰＶＤＦ１０重量部に溶剤としてＮＭＰを適当量加えたものとからなる負極合剤ペーストをそれぞれ塗布し、乾燥させることにより負極合剤層を形成し、さらに、ロールプレス機にかけて最終厚み１６０μｍの負極シートとした。この負極シートを幅１０５ｍｍ、長さ１５５ｍｍに切断して負極とした。
【００５５】
セパレータは厚さ２５μｍのポリエチレン製微多孔性樹脂フイルムのシートを幅１１０ｍｍ、長さ１６０ｍｍに切断して用意した。
【００５６】
これら正極、負極とセパレータとを固着させる接着剤として、ＰＶＤＦ樹脂をＮＭＰに溶かした溶液に平均粒径０．０１μｍのアルミナ粉末を分散させたペーストを作製した。
【００５７】
負極、セパレータ、正極、セパレータ、負極の順に上記接着剤を塗布しながら積層し、８０℃に設定した真空乾燥機中で加圧しながら乾燥させて、積層型発電要素とした。このときの乾燥終了の目安は正極集電体と負極集電体との間の電気抵抗が１００ＭΩに達した時とした。この時の乾燥時間は４０分であった。
【００５８】
上記作製した積層型発電要素の正極集電体および負極集電体にリード端子をスポット溶接機で取り付けた後、この積層型発電要素を、３辺を熱融着させて袋状にした幅１４０ｍｍ、長さ２００ｍｍのアルミラミネートシートの袋に入れて、真空チャンバ内で、６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を１ｍｏｌ／ｌ含むエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の１：１溶液からなる電解液を適当量袋内に注入し、これを真空に引いて電解液を真空含浸させた後、予備充電を行い、発生したガスを引き抜いてから、熱融着機で残る１辺を封口して積層型電池とした。
【００５９】
この積層型発電要素に電解液を注液する速度や、ガス抜き速度は特に問題にならなかった。
【００６０】
実施例２．
直径２５０ｍｍ、長さ４００ｍｍでステンレス製のロール表面に凸状の突起を平行に形成した２本のロールを用いた。上ロールの突起断面形状は、突起上面の幅が０．３ｍｍ、突起下面の幅が０．３５ｍｍ、突起高さが３０μｍで、突起の間隔が１０ｍｍであり、下ロールの突起断面形状は、突起上面の幅が０．３ｍｍ、突起下面の幅が０．３５ｍｍ、突起高さが３０μｍの断面形状が長方形状で、突起の間隔が１０ｍｍである。溝形成以外は、実施例１と同様にして積層型電池を作製した。
【００６１】
このロールで正極の両面に溝を形成したとき、正極の片方の面には溝底面の幅が０．３ｍｍ、深さが３０μｍの溝が形成され、もう一方の面には溝底面の幅が０．３ｍｍ、深さが３０μｍの長方形状の溝が形成され、全体厚さが１７０μｍの正極となった。
【００６２】
この溝形成後の正極に損傷等は見あたらなかったが、断面観察を行うと、両面溝において、約０．１５ｍｍの位置ずれが生じていた。上下の溝形状の幅が同じであると、溝形成時に位置ずれを生じやすい。この正極をロールプレスにかけて最終厚みを１６０μｍとした結果、溝深さが２５μｍとなった。この厚み調整のために行ったプレス後の正極に損傷等は見当たらなかったが、断面観察を行うと、図１７の断面図に示すように、両面において溝形成の位置にずれがあるため、溝形状に変形が生じていた。
【００６３】
この正極シートを用いて実施例１と同様に、積層型発電要素を組み上げ、乾燥した。この時の乾燥時間は４５分であった。この積層型発電要素に電解液を注液する速度や、ガス抜き速度は特に問題にならなかった。溝形状に変形が生じたため、溝断面面積が減少して若干乾燥速度等が遅くなったが、問題はなかった。
【００６４】
比較例１．
実施例１と同様に凸状の突起を斜め格子状（９０度交差）に形成したロールを用いた。上ロールの突起断面形状は、突起上面の幅が０ｍｍ、突起下面の幅が０．３ｍｍ、突起高さが３０μｍの断面形状がくさび状で、突起の間隔が１０ｍｍであり、下ロールの突起断面形状は、突起上面の幅が０ｍｍ、突起下面の幅が０．３ｍｍ、突起高さが３０μｍの断面形状がくさび状で、突起の間隔が１０ｍｍである。溝形成以外は実施例１と同様にして行った。
【００６５】
このロールで正極の両面に溝を形成したとき、正極は溝部で切断され、損傷が激しく、電池に仕上げることはできなかった。
【００６６】
比較例２．
実施例１で用いた上下ロールのロールの突起高さを４０μｍに変更し、その他の突起形状寸法は実施例１と同一にしたロールを用いて、溝形成を行った。
【００６７】
このロールで正極の両面に溝を形成したとき、正極の片方の面には溝底面の幅が０．３ｍｍ、深さが４０μｍの溝が形成され、もう一方の面には溝底面の幅が０．４ｍｍ、深さが４０μｍの長方形状の溝が形成され、全体厚さが１７０μｍの正極となった。
【００６８】
この溝形成後の正極には表面に凹凸が多く見られ、断面観察を行うと、集電板が大きく変形し、損傷を受けている様子が見受けられた。これは上下の溝形成において、突起の高さが高すぎ、上記式（１）以上に圧縮を行ったため、電極及び集電板にダメージを与えたものである。
【００６９】
実施例３．
実施例１において用いた溝形成用ロールの突起形状の幅および突起の間隔（ピッチ）を変化させて溝形成を行った。溝形成以外は実施例１と同様にして積層型電池を作製し、溝幅と乾燥時間および放電容量との関係、溝の間隔と乾燥時間の関係および平面内の溝面積比率と放電容量との関係を調べた。
【００７０】
図１８は、溝幅と乾燥時間および放電容量との関係を示す図である。図１８に示したように、溝幅が狭くなると乾燥時間が長くなる傾向にあり、溝幅が０．１ｍｍ以下になると乾燥時間が６０分を越えるので、時間がかかり過ぎる。溝幅が広くなるほど放電容量が低下する傾向にあり、溝幅が１．０ｍｍを越えると放電容量が８０％より小さくなるので問題になる。また、溝幅が０．１ｍｍ以下になると溝形成において位置ずれが生じやすく、溝形成が難しくなる。この結果から溝幅は０．１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下が好ましいことがわかる。
【００７１】
図１９は、溝幅を０．３ｍｍに固定した場合の溝の間隔と乾燥時間の関係を示す図である。図１９に示したように、溝間隔が広くなると乾燥時間が長くなる傾向にあり、溝間隔が２０ｍｍより大きくなると、乾燥時間が６０分を越えることがわかった。このため、溝間隔は２０ｍｍ以下が好ましい。
【００７２】
図２０は、平面内の溝面積比率と放電容量との関係を示す図である。図２０に示したように、溝面積比率が２０％を越えると電池の放電容量が８０％より低下するので、溝の面内に占める面積比率は２０％以下が好ましい。
【００７３】
実施例４．
実施例１と同様に凸状の突起を斜め格子状（９０度交差）に形成したロールを用いた。上下ロールの突起断面形状は、突起高さが３０μｍ、底面部と側面部とのなす角度が１４５度、突起の間隔が１０ｍｍの断面形状が台形状であり、溝幅比率、すなわち、上ロールの溝幅と、この上ロールの溝と対向する下ロールの溝幅との比を１〜４まで変化させた上下ロールを用いて溝形成を行った。具体的には、上ロールの溝幅を０．３ｍｍ、下ロールの溝幅を０．３ｍｍとした場合、上ロールの溝幅を０．２ｍｍ、下ロールの溝幅を０．４ｍｍとした場合、上ロールの溝幅を０．１５ｍｍ、下ロールの溝幅を０．４５ｍｍとした場合、上ロールの溝幅を０．１２ｍｍ、下ロールの溝幅を０．４８ｍｍとした場合に、溝断面積をほぼ一定にして、溝形成を行った。
【００７４】
この溝形成後の溝形状は、一方のロールの溝幅が大きくなるほど、溝幅が大きい方の溝の変形が大きく、溝深さが浅くなる傾向があった。図２１は、溝幅比率と乾燥時間との関係を示す図であり、図２１に示したように、溝幅の比率が１：３より大きくなると乾燥時間が６０分より長くなり、乾燥時間がかかりすぎることがわかる。従って、溝幅の比率は１：３以下とするのが好ましい。
【００７５】
比較例３．
実施例２で用いた上ロールと下ロールを用い、下ロールを溝幅方向に０．４５ｍｍずらして溝形成を行った。
【００７６】
このとき、正極の片方の面には溝底面幅が０．３ｍｍ、深さが３０μｍの溝が形成され、もう一方の面には溝底面幅が０．３ｍｍ、深さが３０μｍの長方形状の溝が形成され、全体厚さ１７０μｍの正極となった。
【００７７】
この溝形成後の正極表面に凹凸が現れ、所々溝部で切断されているところが見られた。断面観察を行うと、図２２の断面図に示すように、両面において、溝形成位置が約０．３ｍｍずれ、上下の溝４が完全にずれているため、集電体３に一部損傷が見受けられ、溝４が上下で完全にずれてしまうと、正極１極として使用できないことがわかった。
【００７８】
実施例５．
実施例１と同様に凸状の突起を斜め格子状（９０度交差）に形成したロールを用いた。ロールの突起断面形状は、突起上面の幅を０．３ｍｍに固定し、突起上面部と側面部の角度を変化させて溝形成を行い、突起上面部と側面部の角度（溝側面角度）と乾燥速度との関係を調べた。
【００７９】
図２３は、溝側面角度と乾燥速度との関係を示す図であり、図に示されているように、１５０度以上の角度になると乾燥時間が長くなる傾向にあり、１７０度を越えると急激に乾燥時間が長くなる。従って、溝側面角度は１７０度以下とするのがよい。角度が１７０度を越えると急激に乾燥時間が長くなる原因は、溝加工の後の厚さ調整のためのプレス加工時に、溝が潰されてしまい、溝断面積が小さくなっているためであることがわかった。
【００８０】
実施例６．
実施例１で作製した正極シートを幅５０ｍｍ、長さ２５０ｍｍに切断して正極とし、実施例１で作製した負極シートを幅５２ｍｍ、長さ３００ｍｍに切断して、負極とした。
【００８１】
実施例１と同様のセパレータを幅５４ｍｍ長さ３０５ｍｍに切断して、正極および負極の各表面に実施例１と同様の接着剤を塗布しながら、セパレータ・正極・セパレータ・負極と重ね、これを回巻して巻き型電極体を作成した。この巻型電極体を８０℃に設定した真空乾燥機中で乾燥させて、巻き型発電要素とした。このときの乾燥時間は４０分であった。
【００８２】
上記作製した巻き型発電要素にリード端子をスポット溶接機で取り付けた後、アルミニウム缶に入れて、実施例１と同様の電解液を適当量注入し、真空に引いて電解液を真空含浸させた後、予備充電を行い、発生したガスを引き抜いてから、封口して円筒巻き型電池とした。
【００８３】
この円筒巻き型発電要素に電解液を注液する速度や、ガス抜き速度は特に問題にならなかった。この円筒巻き型電池の電池特性も従来と同様であった。
【００８４】
実施例７．
実施例１で作製した正極シートを幅５０ｍｍ、長さ２５０ｍｍに切断して正極とし、実施例１で作製した負極シートを幅５２ｍｍ、長さ３００ｍｍに切断して、負極とした。
【００８５】
実施例１と同様のセパレータを幅５４ｍｍ長さ３０５ｍｍに切断して、正極および負極の各表面に実施例１と同様の接着剤を塗布しながら、セパレータ・正極・セパレータ・負極と重ねて、楕円状に回巻して楕円状巻き型電極体を作製し、この楕円状巻き型電極体を８０℃に設定した真空乾燥機中で加圧しながら乾燥させて、扁平状巻き型発電要素とした。このときの乾燥時間は４０分であった。
【００８６】
上記作製した扁平状巻き型発電要素にリード端子をスポット溶接機で取り付けた後、３辺を熱融着させて袋状にしたアルミラミネートシートに入れて、実施例１と同様の電解液を適当量注入し、これを真空に引いて電解液を真空含浸させた後、予備充電を行い、発生したガスを引き抜いてから、熱融着機で残る１辺を封口して平板状巻き型電池とした。
【００８７】
上記扁平状巻き型発電要素に電解液を注液する速度や、ガス抜き速度は特に問題にならなかった。この平板巻き型電池の電池特性も従来と同様であった。
【００８８】
【発明の効果】
本発明に係る電池によれば、集電板の両面に電極活物質層を有する正及び負の電極が電解質保持層を介して配置された発電要素を備えた電池において、少なくとも正負いずれか一方の電極の両電極活物質層に、少なくとも一端が電極の端部に至る複数の溝が形成され、該溝の断面形状が側面部と底面部を有し、該底面部と側面部とのなす角度が鈍角であり、両電極活物質層の溝の底面部が、略対向する位置に形成され、上記両電極活物質層の溝の断面形状における底面部幅が異なっているものであるので、溝形成において電極や集電板に損傷を与えにくく、また、溝形成後においても溝の形状を維持し易いため、電解液の浸透速度や発生ガスのガス抜き速度、接着剤の溶剤の乾燥速度を速くすることができ、また、対向する溝の位置ずれが生じても互いに重なり合いやすく、電極や集電体へのダメージを少なくすることができる。
【００８９】
本発明に係る電極成形装置によれば、集電板の両面に電極活物質層を有する正及び負の電極が、電解質保持層を介して配置された発電要素を備えた電池の電極成形装置において、上記電極を挟んで配置され、上部に平面部と、この平面部となす角度が鈍角に形成された側面部とからなる突起部が形成された２つの金型、及びこの金型を上記電極の両側から押し当てて上記電極活物質層を圧縮する金形駆動部を備え、両電極活物質層の溝の底面部が、略対向する位置に形成され、上記両電極活物質層の溝の断面形状における底面部幅が異なっているものであるので、溝形成において電極や集電板に損傷を与えにくく、また、溝形成後においても溝の形状を維持し易いため、電解液の浸透速度や発生ガスのガス抜き速度、接着剤の溶剤の乾燥速度を速くすることができ、また、対向する溝の位置ずれが生じても互いに重なり合いやすく、電極や集電体へのダメージを少なくすることができる。る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態を示すものであって、溝加工を施した電極の形状を示す断面図である。
【図２】  本発明の一実施の形態を示すものであって、溝加工を施した電極の形状を示す断面図である。
【図３】  本発明の一実施の形態を示すものであって、溝加工を施した電極の形状を示す断面図である。
【図４】  本発明の一実施の形態を示すものであって、溝加工を施した電極の断面寸法を説明する断面図である。
【図５】  本発明の一実施の形態を示すものであって、溝加工を施した電極の溝パターンを示す平面図である。
【図６】  本発明の一実施の形態を示すものであって、溝加工を施した電極の溝パターンを示す平面図である。
【図７】  本発明の一実施の形態を示すものであって、溝加工を施した電極の溝パターンを示す平面図である。
【図８】  本発明の一実施の形態を示すものであって、平板プレスによる溝加工を模式的に示す側面図である。
【図９】  本発明の一実施の形態を示すものであって、平板プレスによる溝加工の金型表面を示す平面図である。
【図１０】  本発明の一実施の形態を示すものであって、ロール状プレス機による溝加工を模式的に示す側面図である。
【図１１】  本発明の一実施の形態を示すものであって、ロール状プレス機による溝加工のロール金型表面を示す斜視図である。
【図１２】  本発明の一実施の形態を示すものであって、非水電解質二次電池の電極とセパレータを示す分解斜視図である。
【図１３】  本発明の一実施の形態を示すものであって、積層型非水電解質二次電池の構造を示す縦断面図である。
【図１４】  本発明の一実施の形態を示すものであって、発電要素をアルミラニネートシートで封口した非水電解質二次電池を示す斜視図である。
【図１５】  本発明の一実施の形態を示すものであって、巻き型非水電解質二次電池の発電要素の構造を示す縦断面図である。
【図１６】  本発明の実施例１を示すものであって、溝加工を施した電極の溝形状を示す断面図である。
【図１７】  本発明の実施例２を示すものであって、溝加工を施した電極の溝形状を示す断面図である。
【図１８】  本発明の実施例３を示すものであって、溝の幅と乾燥時間および放電容量の関係を示す図である。
【図１９】  本発明の実施例３を示すものであって、溝間隔と乾燥時間の関係を示す図である。
【図２０】  本発明の実施例３を示すものであって、溝面積比率と放電容量の関係を示す図である。
【図２１】  本発明の実施例４を示すものであって、上下の溝幅の比率と放電容量の関係を示す図である。
【図２２】  本発明の実施例５を示すものであって、溝加工を施した電極の形状を示す断面図である。
【図２３】  本発明の実施例６を示すものであって、溝側面角度と乾燥時間との関係を示す図である。
【符号の説明】
１  正極、２  正極活物質層、３  正極集電板、４  溝、５  底面部、６  側面部、
７  セパレータ、８  負極、９  積層型の発電要素、１０  アルミラミネートシート、
１１  端子、１２  外装缶、４１  平板型上金型、４２  平板型下金型、
４３，５３  突起部、５１  ロール状上金型、５２  ロール状下金型。
【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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【図７】
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【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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