JP2002541634A - 導電性集電体を自己支持電極上に施与する方法、及び電極と集電体との組立体 - Google Patents
導電性集電体を自己支持電極上に施与する方法、及び電極と集電体との組立体Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、例えば自己支持電極上の金属製の集電体の蒸着のような、物理的蒸着又は化学的蒸着に関する。このような電極はＬｉイオン充電可能電池に使用されうる。本発明は、該集電体を形成する導電層が、当該層が本来前記電極の表面に形成されるので該電極の表面に続くように具備されることを特徴とする。このようにして、導電性集電体が、様々な技術、例えば、物理的蒸着、化学的蒸着、スパッタ、電気めっき等の様々な技術により、アノード及びカソードを提供しうる。該物理的蒸着は、該電極と該集電体との間の良好な表面接触のためには好適である。本発明はさらに、集電体、アノード、セパレータ、カソード、集電体、及び電解質の順に配されており、本発明による電池は、少なくとも構成部である集電体／アノード及び集電体／カソードが本発明による組立体であることを特徴とする。
Description
【０００１】
本発明は、導電性集電体を自己支持可能な電極上に施与する方法に関する。さ
らに、本発明はこのような方法によって得られる導電性集電体と電極との組立体
、並びに集電体、アノード、セパレータ、カソード、集電体、及び電解質の１つ
以上の層がこの順番に配された構成を有する電池に関する。
らに、本発明はこのような方法によって得られる導電性集電体と電極との組立体
、並びに集電体、アノード、セパレータ、カソード、集電体、及び電解質の１つ
以上の層がこの順番に配された構成を有する電池に関する。
【０００２】
導電性集電体を自己支持電極上に施与するこのような方法自体は、米国特許５
，４７０，３５７号公報から知られている。リチウムイオンバッテリの製造に際
し、正の電極フィルム又は膜（membrane）は、例えば共重合体マトリックス溶液
中のマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）粉末のような相互に作用する電極組
立体の分散材であって、引き続き膜を形成するように乾燥された、コーティング
層として独立して製造される。アルミニウム箔の正の集電体層は、次にこの集電
体上に配される正電極との接着を増進させるために、上記マトリックスの共重合
体と互換性のあるポリマー型の材料を用いて前処理される。ＶｄＦ（弗化ビニリ
デン）とＨＦＰ（ヘキサフロロプロピレン）との共重合体及び可塑剤からなる溶
液を有する組成物から乾燥したコーティング層として形成される電解質／セパレ
ータ膜は、次に正の電極フィルム上に配される。共重合体マトリックス溶液中で
粉末状のカーボン分散材の乾燥されたコーティング層として形成される負電極膜
が、対応する態様でセパレータ膜層上に配される。正の集電体用に使用されたそ
れに対応する態様で前処理された負の銅製の集電体箔は負の電極層上に配されて
おり、このようにして当該セル構造が完成する。次に、この構造は、可塑化され
た共重合体マトリックス成分と上記集電体箔との間の接合を達成するために圧力
の下、熱がかけられ、その結果、セル要素が凝集性（コヒーレント）のフレキシ
ブルな（可撓性のある）バッテリセル構造の積層が完遂される。
，４７０，３５７号公報から知られている。リチウムイオンバッテリの製造に際
し、正の電極フィルム又は膜（membrane）は、例えば共重合体マトリックス溶液
中のマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）粉末のような相互に作用する電極組
立体の分散材であって、引き続き膜を形成するように乾燥された、コーティング
層として独立して製造される。アルミニウム箔の正の集電体層は、次にこの集電
体上に配される正電極との接着を増進させるために、上記マトリックスの共重合
体と互換性のあるポリマー型の材料を用いて前処理される。ＶｄＦ（弗化ビニリ
デン）とＨＦＰ（ヘキサフロロプロピレン）との共重合体及び可塑剤からなる溶
液を有する組成物から乾燥したコーティング層として形成される電解質／セパレ
ータ膜は、次に正の電極フィルム上に配される。共重合体マトリックス溶液中で
粉末状のカーボン分散材の乾燥されたコーティング層として形成される負電極膜
が、対応する態様でセパレータ膜層上に配される。正の集電体用に使用されたそ
れに対応する態様で前処理された負の銅製の集電体箔は負の電極層上に配されて
おり、このようにして当該セル構造が完成する。次に、この構造は、可塑化され
た共重合体マトリックス成分と上記集電体箔との間の接合を達成するために圧力
の下、熱がかけられ、その結果、セル要素が凝集性（コヒーレント）のフレキシ
ブルな（可撓性のある）バッテリセル構造の積層が完遂される。
【０００３】 このような自己支持電極の不利な点は、適用される集電体が、特にカソード又
はアノードである土台となる電極との十分良好な接触部を持たないことである。
さらに、電池の寿命が尽きるまで電極の粒子と集電体との間で、良好な接触部が
維持される必要がある。それゆえに、当該技術の現状では、電池の寿命が尽きる
まで上記圧力が維持可能とされるキャニスタの中に当該電池が収納されている。
集電体と電極との間の接触部はこのような実施態様においてのみ物理的性質を有
し、もって、該接触部は上記電極と上記集電体との間の境界において該接触部の
表面により規定される。
はアノードである土台となる電極との十分良好な接触部を持たないことである。
さらに、電池の寿命が尽きるまで電極の粒子と集電体との間で、良好な接触部が
維持される必要がある。それゆえに、当該技術の現状では、電池の寿命が尽きる
まで上記圧力が維持可能とされるキャニスタの中に当該電池が収納されている。
集電体と電極との間の接触部はこのような実施態様においてのみ物理的性質を有
し、もって、該接触部は上記電極と上記集電体との間の境界において該接触部の
表面により規定される。
【０００４】 したがって、電池効率における実質的な改善を達成するように集電体と電極と
の間の接触部の表面領域を増加させることが本発明の目的である。
の間の接触部の表面領域を増加させることが本発明の目的である。
【０００５】 本発明の他の目的は、電極の表面内のいかなるむらも、具備された集電体と、
上記自己支持電極との間の接触部の表面領域における減少を実質的に導出せずに
、自己支持電極上で導電性集電体を施与する方法を提供することである。
上記自己支持電極との間の接触部の表面領域における減少を実質的に導出せずに
、自己支持電極上で導電性集電体を施与する方法を提供することである。
【０００６】
この明細書の冒頭段落で述べられたような方法は、集電体を形成する導電性の
層が、当該導線層が本来電極の表面に形成されるので電極の表面にこの導電性の
層が続いて存在するように具備されることを特徴とする。
層が、当該導線層が本来電極の表面に形成されるので電極の表面にこの導電性の
層が続いて存在するように具備されることを特徴とする。
【０００７】 このように、導電性集電体は、物理的蒸着、化学的蒸着、スパッタ、又は電気
めっきのような様々な技術によりアノード材及びカソード材上に具備されうる。
なお、物理的蒸着が電極と集電体との間の良好な表面接触のために好適である。
めっきのような様々な技術によりアノード材及びカソード材上に具備されうる。
なお、物理的蒸着が電極と集電体との間の良好な表面接触のために好適である。
【０００８】 ここでは、“カソード”の語は正電極を示し、“アノード”の語は負電極を示
すのに使われていることは自明であろう。
すのに使われていることは自明であろう。
【０００９】 電解液の素早い浸透が電池製造中に安全を保つことを保証するために、導電層
が上記自己支持電極上にドット状に具備されることが好適である。ここでは、“
ドット状”の表現が上記電極の必ずしも全体の表面領域が導電層を具備するもの
ではないことを意味すると理解されたい。
が上記自己支持電極上にドット状に具備されることが好適である。ここでは、“
ドット状”の表現が上記電極の必ずしも全体の表面領域が導電層を具備するもの
ではないことを意味すると理解されたい。
【００１０】 本発明による方法では、正の自己支持電極上の導電層と負の自己支持電極上の
導電層との両方を提供することが可能である。好適にはアルミニウムで構成され
る導電層がカソード上で施与される場合は、正の集電体とカソードとの組立体が
得られる。好適には銅製の導電層がアノード上で施与される場合に、負の集電体
とアノードとの組立体が得られる。
導電層との両方を提供することが可能である。好適にはアルミニウムで構成され
る導電層がカソード上で施与される場合は、正の集電体とカソードとの組立体が
得られる。好適には銅製の導電層がアノード上で施与される場合に、負の集電体
とアノードとの組立体が得られる。
【００１１】 本発明はさらに、集電体、アノード、セパレータ、カソード、集電体、及び電
解液の順番で配された電池に関する。そして本発明による当該電池は、以下の部
品、すなわち集電体／アノード及び集電体／カソードの少なくとも１つが、本発
明による組立体であることを特徴とする。
解液の順番で配された電池に関する。そして本発明による当該電池は、以下の部
品、すなわち集電体／アノード及び集電体／カソードの少なくとも１つが、本発
明による組立体であることを特徴とする。
【００１２】 以下、本発明は実施態様を参照して説明される。しかし、本発明は該実施態様
には限定されない。
には限定されない。
【００１３】
【発明の実施の態様】アノードの製造 メソカーボン微粒子５．３ｇと、デカリン５ｇと、分子量が１００万以上の超高
分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）０．０５ｇとの混合物を調製した。それか
ら、この混合物は１６０℃で加熱されフィルム状に成形した。過剰な溶媒を除去
し、圧延することによりこのフィルムの密度を高めた。カソードの製造 カソードは、初めに、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）５ｇと、デカリン５
ｇと、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）０．０５ｇと、煤（soot）０．
３ｇとを含むように混合物を調製することを除き、アノードと同様にして製造し
た。それから、負極の場合と同様にして高分子材料に加熱及びその他の処理を施
した。溶媒を除去した後、乾燥したプレートを得た。集電体、アノード、集電体及びカソードの組立体の製造 カソード及びアノードは上述のようにして得られた。その上に、負極用の銅の層
及び正極用のアルミニウムの層であって、それぞれが１μｍの厚さを有する、こ
れらの層は蒸着により施与された。集電体及びアルミニウム層を備えたカソード
と、集電体及び銅層を備えたアノードとの組立体がこのようにして得られた。
実施態様１ カソード材料と集電体との接触抵抗を測定するために、上述した方法により製造
された１００μｍの厚さを持つカソード材料が使用され、この材料から１．５ｃ
ｍの直径を持つディスクが切り出された。少量の溶媒の存在の下、加熱及び圧力
の影響下で交番構造で積層されている３つのカソードディスクの間に配される、
カソード材料と同一の表面領域を備えた２つの１０μｍの厚さの孔あきアルミニ
ウムフィルムを使用して、比較サンプルが製造された。本発明によるサンプルは
アルミニウム電極を直接的に上記カソード材料の表面へと蒸着することにより準
備された。
分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）０．０５ｇとの混合物を調製した。それか
ら、この混合物は１６０℃で加熱されフィルム状に成形した。過剰な溶媒を除去
し、圧延することによりこのフィルムの密度を高めた。カソードの製造 カソードは、初めに、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）５ｇと、デカリン５
ｇと、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）０．０５ｇと、煤（soot）０．
３ｇとを含むように混合物を調製することを除き、アノードと同様にして製造し
た。それから、負極の場合と同様にして高分子材料に加熱及びその他の処理を施
した。溶媒を除去した後、乾燥したプレートを得た。集電体、アノード、集電体及びカソードの組立体の製造 カソード及びアノードは上述のようにして得られた。その上に、負極用の銅の層
及び正極用のアルミニウムの層であって、それぞれが１μｍの厚さを有する、こ
れらの層は蒸着により施与された。集電体及びアルミニウム層を備えたカソード
と、集電体及び銅層を備えたアノードとの組立体がこのようにして得られた。
実施態様１ カソード材料と集電体との接触抵抗を測定するために、上述した方法により製造
された１００μｍの厚さを持つカソード材料が使用され、この材料から１．５ｃ
ｍの直径を持つディスクが切り出された。少量の溶媒の存在の下、加熱及び圧力
の影響下で交番構造で積層されている３つのカソードディスクの間に配される、
カソード材料と同一の表面領域を備えた２つの１０μｍの厚さの孔あきアルミニ
ウムフィルムを使用して、比較サンプルが製造された。本発明によるサンプルは
アルミニウム電極を直接的に上記カソード材料の表面へと蒸着することにより準
備された。
【００１４】 時間の関数としての上記サンプルの抵抗値が、これらのサンプルがアセトンで
湿らされた後で測定された。この測定結果が添付の図１及び図２に示されている
。これらの図から、当該抵抗値は上記積層電極の実施態様において始めの時点で
既に高い値を示していることが明らかである（図２参照）。該サンプルが湿らさ
れたときに、この抵抗値が１０より大きいファクタ分増加する。アセトンがこの
系から蒸発するので、抵抗値は減少するが初期値には達しない。物理的蒸着によ
り得られる電極を具備した実施態様（図１参照）では、抵抗値が僅かに増加し、
アセトンが上記系から蒸発完了後、初期値が回復される。実施態様２ 実施態様１で製造されたような物理的蒸着によって得られる電極は、アノード材
料とカソード材料との間に配されているポリテン（polytene）の多孔質のセパレ
ータを備えて使用された。次に、当該電池構造はエチルカーボネート（ＥＣ）：
ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）＝１：１である１モルのフッ素化リンリチウム
（ＬｉＰＦ６）を有する電解質の組成物を具備した。この電池は充電／放電のサ
イクルに晒されても何ら問題を呈しなかった。
湿らされた後で測定された。この測定結果が添付の図１及び図２に示されている
。これらの図から、当該抵抗値は上記積層電極の実施態様において始めの時点で
既に高い値を示していることが明らかである（図２参照）。該サンプルが湿らさ
れたときに、この抵抗値が１０より大きいファクタ分増加する。アセトンがこの
系から蒸発するので、抵抗値は減少するが初期値には達しない。物理的蒸着によ
り得られる電極を具備した実施態様（図１参照）では、抵抗値が僅かに増加し、
アセトンが上記系から蒸発完了後、初期値が回復される。実施態様２ 実施態様１で製造されたような物理的蒸着によって得られる電極は、アノード材
料とカソード材料との間に配されているポリテン（polytene）の多孔質のセパレ
ータを備えて使用された。次に、当該電池構造はエチルカーボネート（ＥＣ）：
ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）＝１：１である１モルのフッ素化リンリチウム
（ＬｉＰＦ６）を有する電解質の組成物を具備した。この電池は充電／放電のサ
イクルに晒されても何ら問題を呈しなかった。
【図１】 物理的蒸着により得られた電極を用いた実施態様を示す。
【図２】 積層電極の実施態様を示す。
Ｔ 時間 Ｒ 抵抗値
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H017 AA03 AS02 BB00 BB06 BB16 CC01 DD05 DD06 EE00 EE05 5H050 AA12 BA17 CA08 CB07 DA02 DA03 DA07 DA08 FA12 GA24 GA27
Claims (11)
- 【請求項１】 導電性集電体を自己支持電極上に施与する方法であって、 前記集電体を形成する導電層が、当該導電層が本来前記電極の表面に形成され
るので前記電極の表面に続くように、具備されることを特徴とする方法。 - 【請求項２】 前記層は、物理的蒸着、化学的蒸着、スパッタ、又は電気め
っきにより得られることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 物理的蒸着が使用される請求項１に記載の方法。
- 【請求項４】 前記導電層がドット状に配されることを特徴とする請求項１
乃至３に記載の方法。 - 【請求項５】 腐食防止層が前記導電層上に配されることを特徴とする請求
項１乃至４に記載の方法。 - 【請求項６】 請求項１乃至５に記載の方法によって得られる導電性集電体
と電極との組立体。 - 【請求項７】 導電層が正の電極上に設けられていることを特徴とする請求
項６に記載の組立体。 - 【請求項８】 アルミニウムが使用されていることを特徴とする請求項７に
記載の組立体。 - 【請求項９】 導電層が負の電極上に配されていることを特徴とする請求項
６に記載の組立体。 - 【請求項１０】 銅が使用されていることを特徴とする請求項９に記載の組
立体。 - 【請求項１１】 集電体、アノード、セパレータ、カソード及び集電体、並
びに電解液の１つ以上の層が、この順番で配されている電池であって、 集電体とアノードとの組立体及び集電体とカソードとの組立体の少なくとも１
つが、請求項７に記載の組立体又は請求項９に記載の組立体であることを特徴と
する電池。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP99201022.3 | 1999-03-31 | ||
| EP99201022 | 1999-03-31 | ||
| PCT/EP2000/002076 WO2000060685A1 (en) | 1999-03-31 | 2000-03-09 | Method of applying an electrically conducting current collector on a self-supporting electrode and assembly of electrode and current collector |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002541634A true JP2002541634A (ja) | 2002-12-03 |
Family
ID=8240054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000610080A Withdrawn JP2002541634A (ja) | 1999-03-31 | 2000-03-09 | 導電性集電体を自己支持電極上に施与する方法、及び電極と集電体との組立体 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1088358A1 (ja) |
| JP (1) | JP2002541634A (ja) |
| WO (1) | WO2000060685A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111244434A (zh) * | 2020-01-21 | 2020-06-05 | 黑龙江科技大学 | 一种cvd结合mao制备锂离子电池负极材料的方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3277667D1 (en) * | 1981-04-13 | 1987-12-17 | Wonder Piles | Method of manufacturing thin electrodes, particularly gas electrodes, for electrochemical devices, and thin electrodes obtained by such a method, the electrodes possibly being provided with current collectors |
| FR2503936B1 (fr) * | 1981-04-13 | 1985-11-08 | Wonder | Procede de preparation de collecteurs de courant pour dispositifs electrochimiques, par depot sur des electrodes pour de tels dispositifs, et ensembles unitaires electrodes-collecteurs obtenus par ce procede |
| FR2562330B1 (fr) * | 1984-03-28 | 1987-02-27 | Accumulateurs Fixes | Generateur electrochimique de grande energie specifique, a impedance initiale reduite |
| JPH02158054A (ja) * | 1988-12-09 | 1990-06-18 | Komatsu Ltd | プラスチック電池 |
| CA2016517C (en) * | 1989-05-11 | 1999-01-12 | Dale R. Shackle | Solid state electrochemical cell having microroughened current collector |
| CA2051614C (fr) * | 1991-09-17 | 1996-01-23 | Michel Gauthier | Collecteurs de courant pour generateurs electrochimiques securitaires, procedes de preparation et generateurs obtenus |
| US5554460A (en) * | 1994-07-05 | 1996-09-10 | Motorola, Inc. | Multi-layered coated membrane electrodes for electrochemical cells and cells using same |
-
2000
- 2000-03-09 WO PCT/EP2000/002076 patent/WO2000060685A1/en not_active Application Discontinuation
- 2000-03-09 EP EP00918781A patent/EP1088358A1/en not_active Withdrawn
- 2000-03-09 JP JP2000610080A patent/JP2002541634A/ja not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2000060685A1 (en) | 2000-10-12 |
| EP1088358A1 (en) | 2001-04-04 |
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