JP2000311693A - 集電体および電極並びにこれらを用いた２次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 連続工程時引張力による変形が小さく、電気
伝導度に優れ、可塑剤の抽出が容易な集電体および電極
並びにこれら用いた２次電池を提供する。 【解決手段】 複数の貫通孔が形成され、前記貫通孔の
リブ間隔が同一となるパターンよりなる薄板部材を含
み、前記貫通孔は円形または正多角形であり、銅または
アルミニウムよりなることを特徴とする電池の集電体お
よびこれを用いた電極並びにこれらを用いた２次電池。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は２次電池に係り、特
に構造の改善された集電体および電極並びにこの電極を
用いた２次電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に２次電池は充放電が可能な電池
であり、ニッケル・カドミウム電池、鉛蓄電池、ニッケ
ル・水素電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマ−
電池、金属リチウム２次電池等、多様な種類のものがあ
る。

【０００３】前記電池のうち、リチウム２次電池はニッ
ケル・カドミウム電池やニッケル・水素電池に比べて単
位重量当たりのエネルギ−密度に優れるため、その使用
が急速に伸びつつある。このようなリチウム２次電池は
電解液の種類に応じて液体電解質電池と高分子電解質電
池に分類でき、前者をリチウムイオン電池、後者をリチ
ウムポリマ−電池という。

【０００４】図１に、前記リチウムポリマ−電池の一例
を示す。

【０００５】前記電池は陽極板、陰極板がセパレ−タを
介して積層されて成った電極組立体１１と、この電極組
立体１１を密閉するケ−ス１２を備える。また、前記陽
極板及び前記陰極板に付けられた連結タブ１３ａには電
極タブ１３が連結され、この電極タブ１３はケ−ス１２
外へ所定長さだけ引き出される。

【０００６】前記陽極板及び前記陰極板は、銅またはア
ルミニウムよりなる集電体に陰極活物質または陽極活物
質よりなるシ−トをラミネ−ション方式で圧着して製造
される。陽極板と陰極板との間にはセパレ−ターが介さ
れ、前記陽極板、前記陰極板及び前記セパレ−ターから
可塑剤が抽出され、可塑剤の抽出された空間に電解質が
含浸する。

【０００７】前記集電体は、活物質シ−トとの接着力を
高め、接触面積の増加による導電性を向上させるため、
エキスパンデッドメタルより形成される。

【０００８】しかし、前記電極を連続工程で製造する際
には、エキスパンデッドメタルには、エキスパンドメタ
ルが延伸される方向に引張力が加えられ、集電体が延伸
の際に変形する問題点がある。従って、前記エキスパン
デッドメタルは、連続工程からなる大量生産には適しな
い。また、前記エキスパンデッドメタルは厚さが３５μ
ｍ程度と厚いだけではなく、厚さの偏差が最大１０μｍ
にものぼるため、前記活物質シ−トを付着する工程での
厚さの管理が難しい。さらに、前記活物質シ−トを集電
体に圧着して製造した極板を所定の大きさに切断する場
合、切断部位にバ−（ｂｕｒｒ）が発生して陽極板と陰
極板間のショ−トの発生原因となる。

【０００９】前述したような問題点を解決するためにパ
ンチドメタルが使用されているが、パンチドメタルのホ
−ルが狭すぎると、電気伝導度は向上するものの、可塑
剤の抽出が円滑に成されない。また、パンチドメタルの
ホ−ルが広すぎると、可塑剤の抽出は円滑になるもの
の、電気伝導度は劣化する問題点がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、連続
工程時の引張力による変形を小さくし、電気伝導度に優
れ、可塑剤の抽出が容易な集電体および電極並びにこれ
らを用いた２次電池を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明により、上記の目
的は達成できる。

【００１２】即ち本発明は、（１）複数の貫通孔が形成
され、前記貫通孔のリブ間隔が同一となるパターンより
なる薄板部材を含むことを特徴とする電池の集電体であ
る。

【００１３】本発明はまた、（２）前記貫通孔は円形で
あることを特徴とする（１）記載の電池の集電体であ
る。

【００１４】本発明はまた、（３）前記貫通孔は正多角
形であることを特徴とする（１）記載の集電体である。

【００１５】本発明はまた、（４）前記集電体が銅また
はアルミニウムよりなることを特徴とする（１）記載の
集電体である。

【００１６】本発明はまた、（５）複数個の貫通孔がパ
ターンを形成する薄板部材よりなる集電体と、前記集電
体の少なくとも片側に付着される活物質シートを含み、
前記貫通孔のリブ間隔が同一であることを特徴とする電
池の電極である。

【００１７】本発明はまた、（６）前記集電体の厚さを
Ｔ１とし、集電体と活物質シートの厚さの和をＴ２とす
る時、下記式を満足することを特徴とする（５）に記載
の電池の電極である。

【００１８】

【数７】

【００１９】本発明はまた、（７）前記貫通孔の平均口
径Ｍとし、前記集電体と活物質シートの厚さの和をＴ２
とする時、下記式を満足することを特徴とする（５）ま
たは（６）記載の電池の電極である。

【００２０】

【数８】

【００２１】本発明はまた、（８）前記貫通孔の平均口
径をＭとし、前記貫通孔間のピッチをＰとする時、下記
式を満足することを特徴とする（５）〜（７）のいずれ
か１項記載の電池の電極である。

【００２２】

【数９】

【００２３】本発明はまた、（９）前記貫通孔は正多角
形であることを特徴とする（５）〜（８）のいずれか１
項記載の電池の電極である。

【００２４】本発明はまた、（１０）複数の貫通孔がパ
タ−ンを形成する薄板部材よりなる集電体と、前記集電
体の少なくとも片側に活物質シートが付着されてなる電
極と、前記電極間にセパレ−タが介される電極組立体
と、前記電極組立体をつつんで密封するケ−スと、前記
電極組立体のタブと連結されケ−スの外部へ突出される
タブとを備え、前記貫通孔は正多角形であり、前記貫通
孔のリブ間隔が同一であることを特徴とする２次電池で
ある。

【００２５】本発明はまた、（１１）前記集電体の厚さ
をＴ１とし、集電体と活物質シートの厚さの和をＴ２と
する時、下記式を満足することを特徴とする（１０）記
載の２次電池である。

【００２６】

【数１０】

【００２７】本発明はまた、（１２）前記貫通孔の平均
口径をＭとし、前記集電体と活物質シートの厚さの和を
Ｔ２とする時、下記式を満足することを特徴とする（１
０）または（１１）記載の２次電池である。

【００２８】

【数１１】

【００２９】本発明はまた、（１３）前記貫通孔の平均
口径をＭとし、前記貫通孔間のピッチをＰとする時、下
記式を満足することを特徴とする（１０）〜（１２）の
いずれか１項記載の２次電池である。

【００３０】

【数１２】

【００３１】本発明はまた、（１４）前記集電体が銅、
アルミニウムのうち何れか１つよりなることを特徴とす
る（１０）〜（１３）のいずれか１項記載の２次電池で
ある。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
ましい実施例を詳細に説明する。

【００３３】図２に、本発明に係る集電体とこの集電体
を用いた２次電池の一実施例を示す。

【００３４】電極組立体１００は陽電極１１０と陰電極
１２０がセパレ−ター１３０をはさんで積層された構造
より成る。前記陽電極１１０と陰電極１２０は、導電性
連結部材１０２ａ、１０１ａによりそれぞれ電極タブ１
０２、１０１に連結される。そして、電極組立体１００
はケ−ス１４０内に密封され、前記電極タブ１０１、１
０２の端部はケ−ス１４０の外部へ引き出される。

【００３５】上記のように構成された２次電池におい
て、陽電極１１０と陰電極１２０は各々図３に示すよう
に、集電体１１１に活物質と添加剤を含む活物質シート
１１５が接合されて成る。セパレ−ター１３０を介した
状態で前記陽電極１１０と陰電極１２０を圧着した後、
前記活物質シート１１５とセパレ−ター１３０から可塑
剤を抽出し、電解物質を含浸させる。

【００３６】前記集電体１１１は銅又はアルミニウムよ
りなる薄板であって、円形又は多角形の貫通孔１１２が
形成されている。前記貫通孔１１２と隣接する貫通孔１
１２間のリブ１１３の幅は全ての孔間で同一である。前
記貫通孔１１２は正方形、正三角形、正六角形等の正多
角形で形成されることが望ましい。

【００３７】本発明者は、前記電極１１０、１２０の厚
さ（図３のＴ２）と集電体１１１の厚さ（図３のＴ１）
の電極性能への影響を調査した。結果を図４に示す。使
用したパンチドメタルの厚さは１５μｍと２５μｍであ
った。

【００３８】集電体厚さＴ１を一定に保ち、各集電体に
圧着される活物質シートの厚さを増加させ電極の抵抗を
測定した結果、厚さＴ１が１５μｍの集電体においては
電極の厚さＴ２が１０２ｍｍの時、抵抗が１２０ｍΩに
達し、電池として使用するには適しない値となった。そ
して、厚さＴ１が２５μｍの集電体においては電極の厚
さＴ２が１５８ｍｍの時、抵抗が１２０ｍΩに達し、電
池として使用するには適しない値となった。

【００３９】本発明者の精密な計算により、集電体の厚
さＴ１と電極の厚さＴ２との間には次のような関係があ
ることが望ましいということが分かった。

【００４０】

【数１３】

【００４１】前記集電体１１１に形成された貫通孔１１
２が小さい場合、集電体１１１と活物質シート１１５と
の接触面積が大きくなるので、伝導度は高まるが可塑剤
の抽出が少なくなり、電解液の含浸量が減少することに
なる。また、貫通孔１１２の大きさは、電極及び集電体
の耐引張力性に影響を及ぼす。

【００４２】また、本発明者は貫通孔１１２の平均口径
Ｍと伝導度の関係を調べるために、厚さ８０μｍの電極
集電体１１１に、各々口径Ｍが０．１ｍｍ、０．３ｍ
ｍ、０．７ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍの貫通孔から
なるパターンを形成した後、各電極集電体の抵抗を測定
したところ、図５に示すように、貫通孔の平均口径Ｍが
０．１ｍｍの時、４０ｍΩ程度の抵抗値を有して最良の
伝導度を示し、貫通孔の平均口径Ｍが２．０ｍｍの時
は、抵抗値が１５３ｍΩで電池の作動可能な抵抗値であ
る１２０ｍΩを越えた。

【００４３】集電体１１１における可塑剤抽出量と貫通
孔の平均口径Ｍとの関係を図６に示す。貫通孔１１２の
平均口径Ｍが０．３ｍｍ、０．７ｍｍ、１．５ｍｍ、
２．０ｍｍの場合は、可塑剤が２０分で９０％以上抽出
されるが、貫通孔の平均口径が０．１ｍｍの場合は５０
分経過してようやく９０％以上抽出されることがわかっ
た。

【００４４】上記実験からわかるように、平均口径Ｍが
０．１ｍｍの貫通孔１１２が形成された集電体の場合、
伝導度は良い反面、可塑剤の抽出量が少ない。一方、平
均口径Ｍが２．０ｍｍの貫通孔を形成した集電体を使用
する場合、可塑剤の抽出量は多いが、伝導度は相対的に
低い傾向を示した。電極の厚さが異なる場合にも同様の
結果が得られた。従って、集電体１１１に形成された貫
通孔１１２の平均口径Ｍは０．３〜１．５ｍｍの範囲で
あることが望ましく、これを電極の厚さＴ２との関係で
示すと次の通りである。

【００４５】

【数１４】

【００４６】また、前記貫通孔１１２の中心間距離、即
ちピッチＰと貫通孔の平均口径Ｍとの関係を調べるため
の実験をおこなった。結果を図７及び図８に示す。本実
験では貫通孔の平均口径Ｍの１．１倍、１．２倍、１．
３倍、１．５倍、１．６倍、１．７倍に相当するピッチ
Ｐを有するように貫通孔を集電体に形成し、各集電体の
可塑剤抽出量と電気伝導度を測定した。

【００４７】その結果、ピッチＰが１．１Ｍの場合には
集電体の抵抗が電池の限界抵抗の１２０ｍWを越えて１
５０ｍWに達していた。可塑剤の抽出量はピッチＰが
１．１Ｍ〜１．６Ｍの時には３０分間で９２％以上と良
好であったが、１．７Ｍの場合には３０分間の可塑剤抽
出量は８７％であることがわかった。従って、貫通孔１
１２のピッチＰは次のような関係が有することが望まし
い。

【００４８】

【数１５】

【００４９】

【発明の効果】本発明に係る集電体とこの集電体を用い
た２次電池は、集電体１１１を均等な厚さを有する薄材
で形成し、前記板材に多角形の貫通孔１１２が一定の間
隔で形成され、活物質シートと集電体間の電気伝導度が
向上する。

【００５０】また、前記貫通孔１１２のピッチＰが所定
範囲内の値を有するとき、均一な電子移動経路が確保さ
れると共に可塑剤の抽出が円滑になされる。さらに、活
物質シートの一部が各貫通孔１１２内に押込まれるた
め、集電体と活物質シートの接着力を高めることができ
る。

【００５１】また、本発明に係る集電体は、集電体の厚
さ（Ｔ２）が電極の厚さ（Ｔ１）より十分薄いため、活
物質シートが集電体に付着される時、活物質が貫通孔内
に押し込まれ、空洞の発生を抑えることができる。

【００５２】本発明に係る集電体は、多数個の貫通孔が
形成されているので、従来のエキスパンデッドメタルの
ように小さな引張力で容易に変形せず、連続的なライン
生産が可能である。即ち、本発明に係る集電体は伸張に
より貫通孔が形成されるものではなく、板材に所定形態
の貫通孔を多数個パンチングして形成するものであり、
小さな引張力により容易に変形されることを防止しう
る。

【００５３】本発明の実験結果によれば、集電体と活物
質シートとの接着力は従来の１０Ｎ／ｍｍから１５Ｎ／
ｍｍ以上に５０％以上向上し、電池のエネルギ−密度も
５％〜１０％以上向上した。

【００５４】本発明は図面に示した一実施例を参考に説
明されたが、これは例示的なことに過ぎず、当業者なら
これより多様な変形及び均等な他の実施例が可能である
ことを理解しうるはずである。従って、本発明の真の技
術的保護範囲は特許請求の範囲によってのみ決まるべき
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の２次電池の一実施例を示す分離斜視図
である。

【図２】 本発明に係る２次電池の構造を示す分離斜視
図である。

【図３】 本発明に係る電極の一実施形態の部分離斜視
図である。

【図４】 電極の厚さと抵抗との関係を示すグラフであ
る。

【図５】 貫通孔の平均口径と集電体の抵抗との関係を
示すグラフである。

【図６】 貫通孔の平均口径と可塑剤の抽出量の関係を
示すグラフである。

【図７】 貫通孔のピッチと集電体の抵抗との関係を示
したグラフである。

【図８】 貫通孔のピッチと可塑剤の抽出量との関係を
示したグラフである。

【符号の説明】

１００ 電極組立体 １０１、１０２ 電極タブ １０１ａ、１０２ａ 連結部材 １１０ 陽電極 １１１ 集電体 １１２ 貫通孔 １１３ リブ １１５ 活物質シート １２０ 陰電極 １３０ セパレーター １４０ ケース

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の貫通孔が形成され、前記貫通孔の
   リブ間隔が同一となるパターンよりなる薄板部材を含む
   ことを特徴とする電池の集電体。
2. 【請求項２】 前記貫通孔は円形であることを特徴とす
   る請求項１に記載の電池の集電体。
3. 【請求項３】 前記貫通孔は正多角形であることを特徴
   とする請求項１に記載の電池の集電体。
4. 【請求項４】 前記集電体は銅またはアルミニウムより
   なることを特徴とする請求項１に記載の集電体。
5. 【請求項５】 複数の貫通孔がパターンを形成する薄板
   部材よりなる集電体と、 前記集電体の少なくとも片側に付着される活物質シート
   を含み、 前記貫通孔のリブ間隔が同一であることを特徴とする電
   池の電極。
6. 【請求項６】 前記集電体の厚さをＴ１とし、集電体と
   活物質シートの厚さの和をＴ２とするとき、下記式を満
   足することを特徴とする請求項５に記載の電池の電極。 【数１】
7. 【請求項７】 前記貫通孔の平均口径をＭとし、前記集
   電体と活物質シートの厚さの和をＴ２とする時、下記式
   を満足することを特徴とする請求項５または６に記載の
   電池の電極。 【数２】
8. 【請求項８】 前記貫通孔の平均口径をＭとし、前記貫
   通孔間のピッチをＰとする時、下記式を満足することを
   特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の電池の
   電極。 【数３】
9. 【請求項９】 前記貫通孔は正多角形であることを特徴
   とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の電池の電
   極。
10. 【請求項１０】 複数の貫通孔がパタ−ンを形成する薄
    板部材よりなる集電体と、前記集電体の少なくとも片側
    に活物質シートが付着されてなる電極と、前記電極間に
    セパレ−タが介される電極組立体と、前記電極組立体を
    つつんで密封するケ−スと、前記電極組立体のタブと連
    結されケ−スの外部へ突出されるタブとを備え、前記貫
    通孔は正多角形であり、前記貫通孔のリブ間隔が同一で
    あることを特徴とする２次電池。
11. 【請求項１１】 前記集電体の厚さをＴ１とし、集電体
    と活物質シートの厚さの和をＴ２とする時、下記式を満
    足することを特徴とする請求項１０に記載の２次電池。 【数４】
12. 【請求項１２】 前記貫通孔の平均口径をＭとし、前記
    集電体と活物質シートの厚さの和をＴ２とする時、下記
    式を満足することを特徴とする請求項１０または１１に
    記載の２次電池。 【数５】
13. 【請求項１３】 前記貫通孔の平均口径をＭとし、前記
    貫通孔間のピッチをＰとする時、下記式を満足すること
    を特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の
    ２次電池。 【数６】
14. 【請求項１４】 前記集電体が銅、アルミニウムのうち
    何れか１つよりなることを特徴とする請求項１０〜１３
    のいずれか１項に記載の２次電池。