JP2003100282A - 電極及びその製造方法 - Google Patents

電極及びその製造方法

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JP2003100282A JP2001287563A JP2001287563A JP2003100282A JP 2003100282 A JP2003100282 A JP 2003100282A JP 2001287563 A JP2001287563 A JP 2001287563A JP 2001287563 A JP2001287563 A JP 2001287563A JP 2003100282 A JP2003100282 A JP 2003100282A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 生産性に優れ、高容量化に寄与する新規形状
の電極を提供する。 【解決手段】 略矩形状に形成された複数の集電体の一
方の主面に、正極活物質又は負極活物質の何れか一方を
含有する合剤が塗布されて形成される合剤層と、長手方
向の両端部に当該合剤が塗布されていない未塗布部とが
形成され、一の集電体は、上記未塗布部と連続して設け
られ上記合剤が塗布されていない接続部を介して、長手
方向の一端側で一方の隣り合う他の集電体と接続されて
いる。このように構成される電極は、複数の集電体を積
層して多層化することが可能であるとともに、集電体の
一端部のみに溶接したリードから集電をとることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、集電体と、正極活
物質又は負極活物質の何れか一方を含有する合剤が塗布
されて形成される合剤層とを備える電極及びその製造方
法に関し、特に、電極形状が新規形状の電極及びその製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】電子器機のコードレス化、ポータブル化
に伴い、各種電子器機の駆動用電源として使用される電
池、特に二次電池に対して、小型化、軽量化が求められ
ている。これら電子器機には、ニッケルカドミウム二次
電池、鉛電池、及びリチウムを吸蔵放出可能な活物質を
用いてなる非水電解質電池、いわゆるリチウム系電池等
が使用されている。
【0003】これらの電池の中でも、特に、リチウム電
池やリチウムイオン電池等のリチウム系電池は、電池電
圧が高く、高エネルギー密度を有し、自己放電も少な
く、且つサイクル特性に優れるという利点を有している
ので、実用電池として使用されつつある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】近年、リチウム系電池
には、電子器機の形状に適応した電池形状を有すること
が求められている。例えば、ハードウエア等の電子器機
に搭載可能となるようなシート形或いは短冊形の電池形
状を有することが求められている。
【0005】電解質として非水電解液を用いている液系
電池は、液漏れを防止して安全性を確保するために外装
材として金属缶を用いているので、電池形状が可変でな
い。このため、液系電池の形状を電子器機の形状に適応
させることは困難であり、例えばシート形或いは短冊形
の電池形状とすることができない。
【0006】そこで、電解質として液漏れの心配が無い
固体電解質を用い、外装材としてラミネートフィルム等
を用いた固体電解質電池が実用化されている。固体電解
質及び外装材として用いるラミネートフィルムは、柔軟
性に優れているので、これらを備える固体電解質電池も
柔軟性に優れており、電池形状を比較的容易にシート形
或いは短冊形とすることができる。
【0007】ところで、ハードウエアの多機能性を考慮
すると、電池の高容量化は必須であり、合剤層と集電体
とを備える電極の面積を広く確保する必要がある。単層
構造の電極とする場合、所望の電池容量を達成可能する
ためには、広大な電極面積が必要となる。さらに、電池
外装としては電極と同等以上の面積が必要となる。この
ため、単層構造の電極において電極面積の拡大を図る
と、使用用途が限定され、製造コストが高くなるという
不都合がある。そこで、合剤層が形成され、例えば矩形
状の集電体を積層して多層構造の電極とすることによ
り、電極面積を広く確保して、所望の電池容量を達成す
るとともに、電池外形を小型化することが提案されてい
る。
【0008】しかしながら、集電体を積層してなる多層
構造の電極とする場合、電池作製時において各集電体か
らリードを引き出す必要があるので、リードの分だけ体
積エネルギー密度が小さくなり、更なる高容量化を達成
するのがむずかしいという問題がある。
【0009】また、多層構造の電極とする場合、電池作
製時において各集電体毎のリードの切り出し、リードの
溶接接続といった種々の工程が必要となるので、製造コ
スト及び製造の手間が多く、生産性が良好でないという
問題がある。
【0010】本発明は、電池内において多層化が可能で
ありながらも、リードの引き出しが必要最小限、具体的
には集電体の一端部のみでよく、生産性が良好で、一定
形状の電池において高容量化に寄与する新規形状の電池
及びその製造方法を提供することを目的として提案され
たものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明に係る電極は、略矩形状に形成された複数
の集電体の一方の主面に、正極活物質又は負極活物質の
何れか一方を含有する合剤が塗布されて形成される合剤
層と、長手方向の両端部に当該合剤が塗布されていない
未塗布部とが形成され、一の集電体は、上記未塗布部と
連続して設けられ上記合剤が塗布されていない接続部を
介して、長手方向の一端側で一方の隣り合う他の集電体
と接続されている。
【0012】以上のように構成される本発明に係る電極
では、複数の集電体が接続部を介して接続されているの
で、一の集電体と他の集電体とが電気的に接続されてい
る。したがって、本発明に係る電極では、複数の集電体
を積層して多層化することが可能であるとともに、集電
体の一端部のみに溶接したリードから集電をとることが
できる。
【0013】また、本発明に係る電極の製造方法によれ
ば、集電体の一方の主面に、正極活物質又は負極活物質
の何れか一方を含有する合剤を塗布して合剤層を形成す
るとともに、長手方向の両端部に当該合剤を塗布しない
未塗布部を形成してなる原反を作製する原反作製工程
と、上記原反を裁断して、略矩形状の複数の集電体を形
成し、且つ、一の集電体が、上記未塗布部と連続して設
け上記合剤を塗布しない接続部を介して、長手方向の一
端側で一方の隣り合う他の集電体と接続されるようする
原反裁断工程とを備える。
【0014】以上のように構成される本発明に係る電極
の製造方法によれば、複数の集電体を接続部を介して接
続することにより、一の集電体と他の集電体とを電気的
に接続している。したがって、本発明に係る電極の製造
方法によれば、複数の集電体を積層して多層化すること
が可能であるとともに、集電体の一端部のみに溶接した
リードから集電をとることができる電極を製造すること
ができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した電極及び
これを用いた電池について、図面を参照して詳細に説明
する。
【0016】この電池1は、図1に示すように、正極1
0と負極20と固体電解質フィルム2とを備える素子3
を有している。さらに、この電池1においては、素子3
が、外装フィルム4で外装されている。
【0017】正極10は、図2に示すように、略矩形状
に形成された複数の正極集電体11の一方の主面に、正
極活物質を含有する正極合剤が塗布されて形成される正
極合剤層12と、長手方向の両端部に正極合剤が塗布さ
れていない未塗布部13とが形成され、一の正極集電体
11は、未塗布部13と連続して設けられ正極合剤が塗
布されていない接続部14を介して、長手方向の一端側
で一方の隣り合う他の正極集電体11と接続されたもの
である。また、正極集電体11の一端部には、正極リー
ド15が設けられている。
【0018】正極10は、具体的には、一の正極集電体
11αの長手方向の一端における正極合剤が塗布されて
いない未塗布部13a、未塗布部13aに隣接する第1
の正極合剤層12a、第1の正極合剤層12aの未塗布
部13a側とは反対側に隣接する未塗布部13b、未塗
布部13bの第1の正極合剤層12a側とは反対側に隣
接する第2の正極合剤層12b、第2の正極合剤層12
bの未塗布部13b側とは反対側に隣接する未塗布部1
3c、未塗布部13cと連続して設けられ正極合剤が塗
布されていない接続部14、他の正極集電体11βにお
いて接続部14と連続して設けられている未塗布部13
d、未塗布部13dに隣接する第3の正極合剤層12
c、第3の正極合剤層12cの未塗布部13d側とは反
対側に隣接する未塗布部13e、未塗布部13eの第3
の正極合剤層12c側とは反対側に隣接する第4の正極
合剤層12d、第4の正極合剤層12dの未塗布部13
e側とは反対側に隣接する未塗布部13fを備える。
【0019】この正極10と組み合わされる負極20
は、図3に示すように、略矩形状の複数の負極集電体2
1と、負極集電体21の両面に形成され、負極活物質を
含有する負極合剤層22とを備える。また、負極集電体
21の一端には、負極リード24が設けられている。
【0020】負極20は、具体的には、一の負極集電体
21αの一方の面に形成された負極合剤層22a、一の
負極集電体21αの他方の面に形成された負極合剤層2
2b、他の負極集電体21βの一方の面に形成された負
極合剤層22c、他の負極集電体21βの他方の面に形
成された負極合剤層22dを備える。また、負極20で
は、一の負極リード24aと他の負極リード24bとが
一体化されている。
【0021】素子3は、図1に示すように、固体電解質
フィルム2を介して、負極20の両面に設けられた負極
合剤層22が、正極10が未塗布部13で折曲されるこ
とにより正極10の主面に設けられた一の正極合剤層1
2と他の正極合剤層12とで挟み込まれたものである。
つまり、この電池1は、正極10と負極20とが積層さ
れた積層構造の電極を備えている。
【0022】従来、電極面積を広く確保して高容量化を
図るために、正極合剤層が形成されている複数の正極集
電体を積層してなる正極からは、各正極集電体から正極
リードを引き出して集電をとる必要があった。このた
め、正極の生産性は、正極集電体毎に正極リードを溶接
するという手間がかかるため、非常に悪かった。また、
正極集電体毎に正極リードを引き出すと、電池内に占め
る正極リードの体積分だけ正極の体積を減らす必要があ
り、電池の高容量化を達成する妨げになっていた。
【0023】これに対し、本発明を適用した正極10
は、複数の正極集電体11を備え、これら複数の正極集
電体11が積層された構造とされているが、一の正極集
電体11αと隣り合う他の正極集電体11βとは、正極
合剤が塗布されていない接続部14を介して長手方向の
一端側で接続されているので、一の正極集電体11αと
他の正極集電体11βとが電気的に接続されている。し
たがって、本発明を適用した正極10は、一の正極集電
体11αと他の正極集電体11βとを積層して多層化す
ることが可能であるとともに、正極集電体11の一端部
のみに正極リード15を溶接すれば、集電をとることが
できる。
【0024】このように、本発明を適用した正極10
は、従来にはない新規形状の正極10であり、従来の積
層構造の正極と比較して、正極リード15を溶接する手
間が格段に減っているので、生産性に非常に優れる。ま
た、本発明を適用した正極10によれば、電池1内にお
ける正極リード15の占有体積が、従来の積層構造の正
極から引き出される正極リードの占有体積と比較して格
段に低減するので、従来電池の電極面積を確保しつつ、
電池1の小型化を達成できる。又は、電池1の外寸を維
持しつつ、電極面積の増大が可能となり単位体積あたり
の高容量化を達成する。
【0025】なお、正極10の正極合剤層12は、各正
極集電体11上に一区画のみ設けられても良いが、所望
の電池容量を達成するために、図2に示すように、間欠
塗布により複数区の正極合剤層12が設けられてもよ
い。
【0026】また、本発明を適用した他の正極として
は、図4に示すように、他の正極集電体11βが、長手
方向の他端側で他方の隣り合うさらに他の正極集電体1
1γと接続されていてもよい。
【0027】上述した正極10は、正極集電体11の主
面に、正極活物質と結着剤とを有機溶剤中に分散して調
整された正極合剤を塗布して形成された正極合剤層12
を備えるものであり、次のような材料が用いられてい
る。
【0028】正極活物質としては、TiS、Mo
、NbSe、V等の金属硫化物又は酸化物
を使用することができる。また、LiMO(式中M
は一種以上の遷移金属を表し、xは電池の充放電状態に
よって異なり、通常0.05以上、1.10以下であ
る。)を主体とするリチウム複合酸化物等を使用するこ
とができる。このリチウム複合酸化物を構成する遷移金
属Mとしては、Co、Ni、Mn等が好ましい。このよ
うなリチウム複合酸化物の具体例としてはLiCo
、LiNiO、LiNiCo1−y(式
中、0<y<1である。)、LiMn等を挙げる
ことができる。特に、正極活物質としてLiCoO
用いることが好ましい。
【0029】結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン
(PVDF)、ポリアクリロニトリル(PAN)等、公
知の結着剤を用いることができる。
【0030】有機溶剤としては、アセトニトリル、N−
メチルピロリドン(NMP)、テトラヒドロフラン等の
無水物を使用できる。
【0031】正極合剤層12の厚みは、所望の電池性能
及び形状により適宜選択されるものであるが、プレス後
の厚みが5μm〜50μm程度となるようにプレス機等
により圧縮成形されていることが好ましい。
【0032】正極集電体11としては、アルミニウム等
を使用できる。正極集電体21の厚みは、所望の電池性
能及び形状により適宜選択されるものであるが、5μm
〜50μm程度であることが好ましい。
【0033】上述した負極20は、負極集電体21の両
面に、負極活物質と結着剤とを有機溶剤中に分散して調
整された負極合剤層を塗布して形成された負極合剤層2
2を備えるものであり、次のような材料が用いられてい
る。
【0034】負極活物質としては、リチウム金属、リチ
ウム合金又はリチウム若しくはリチウムイオンをドープ
・脱ドープできる材料を使用することが好ましい。リチ
ウム若しくはリチウムイオンをドープ・脱ドープできる
材料としては、熱分解炭素、コークス類(ピッチコーク
ス、ニードルコークス、石油コークス等)、グラファイ
ト類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体(フェ
ノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化
したもの)、炭素繊維、活性炭等の炭素質材料等が挙げ
られる。また、リチウム若しくはリチウムイオンをドー
プ・脱ドープできる材料としては、ポリアセチレン、ポ
リピロール等のポリマーを使用することもできる。ま
た、リチウム合金としては、例えばリチウム−アルミニ
ウム合金等が挙げられる。
【0035】負極合剤層22の厚みは、所望の電池性能
及び形状により適宜選択されるものであるが、3μm〜
50μm程度となるようにプレス機等により圧縮成形さ
れていることが好ましい。
【0036】負極集電体21としては、銅等を使用でき
る。負極集電体11の厚みは、所望の電池性能及び形状
により適宜選択されるものであるが、1μm〜100μ
m程度であることが好ましい。
【0037】上述した固体電解質フィルム2は、例えば
特開平11−185773号公報、特開平8−2222
35号公報等に列挙される固体電解質と、シロキサン
と、リチウム塩と、TMPT(trimethylol-propane tr
imethacrylate)等の結着剤とを含有する。特に、固体
電解質として、ポリエチレンオキサイド誘導体又はエチ
レンオキサイド共重合体等を用いることが好ましい。
【0038】外装フィルム4としては、金属箔、アルミ
ラミネートフィルム等を使用できる。
【0039】以上のように構成される正極10は、以下
のようにして製造される。
【0040】まず、正極集電体11の主面に、正極活物
質を含有する正極合剤を塗布して正極合剤層12を形成
するとともに、長手方向の両端部に正極合剤を塗布しな
い未塗布部13を形成してなる原反を作製する原反作製
工程を行う。
【0041】原反作製工程では、まず、正極活物質と結
着剤とを有機溶剤中に分散してなる正極合剤を調整す
る。次に、この正極合剤を正極集電体11の主面に塗布
して乾燥させて正極合剤層12を形成するとともに、正
極集電体11の長手方向の両端部に正極合剤を塗布せず
に未塗布部13を形成する。正極合剤層12の厚みは、
所望の電池性能によって適宜変化されるが、例えば20
〜60μmであることが好ましい。
【0042】0 また、原反作製工程においては、正極
合剤層12を間欠塗布により複数区画設けてもよい。正
極合剤層12を間欠塗布するとき、1区画あたりの正極
合剤層12の長手方向の塗布長は、所望の電池性能によ
って適宜変化されるが、例えば180mm程度とする。
【0043】なお、塗布方法としては、従来公知の手法
を何れも適用可能であり、例えばスピンコート、ロール
コート、ダイコート、ブレードコード、インクジェット
塗布、電着、印刷、ディスペンサー塗布、ドライフィル
ム転写、かけ流し塗布、スタンプ転写、ディップコー
ト、熱転写、スプレー転写、刷毛塗り、電解印加、磁界
印加及び染色法等を適用できる。
【0044】次に、原反を裁断して、略矩形状の複数の
正極集電体11を形成し、且つ、一の正極集電体11α
が、未塗布部13と連続して設け正極合剤を塗布しない
接続部14を介して、長手方向の一端側で一方の隣り合
う他の正極集電体11βと接続されるようする原反裁断
工程を行う。
【0045】原反を裁断して略矩形状の複数の正極集電
体11を形成するとき、各正極集電体11の長手方向の
長さ及び幅は、所望の電池特性によって適宜変化される
が、例えば長さ200mm程度、幅5mm程度の矩形状
とする。
【0046】また、原反裁断工程においては、さらに、
他の正極集電体11βを、長手方向の他端側で他方の隣
り合うさらに他の正極集電体11γと接続されるように
することがよい。
【0047】このようにして、本発明を適用した正極1
0が製造される。なお、原反裁断工程の後、正極10を
加熱しながらプレスして追加成形してもよい。塗布乾燥
直後の正極合剤層12は多孔質であり追加成形を行いや
すい反面、剥がれやすく、電子伝導性に劣るが、追加成
形を施すことにより、正極合剤層12が剥がれにくくな
り、電子伝導性が向上する。
【0048】また、以上のように構成される正極10を
備える電池1は、例えば次のようにして作製される。
【0049】まず、以下のようにして素子3を作製す
る。負極合剤層22a,22b,22c,22d上に図
示しない固体電解質フィルム2を貼りつけた後、図5に
示すように、負極合剤層22aと正極合剤層12aとを
貼り合わせる。
【0050】次に、図6に示すように、未塗布部13b
を谷折り方向に折曲し、負極合剤層22bと正極合剤層
12bとを貼り合わせる。
【0051】次に、図7に示すように、接続部14を正
極の長手方向と同じ方向に谷折りし、正極合剤層12b
が形成されている面とは反対側の正極集電体11の面
と、正極合剤層12cが形成されている面とは反対側の
正極集電体11の面とを貼り合わせる。
【0052】次に、図8に示すように、正極合剤層12
cと負極合剤層22cとを貼り合わせる。
【0053】次に、未塗布部13eを谷折り方向に折曲
し、負極合剤層22dと正極合剤層12dとを貼り合わ
せて素子3を形成する。
【0054】次に、素子3を外装フィルム4で外装する
工程を行う。外装フィルム4による素子3外装は、真空
減圧下において行う。このようにして、電池1を作製す
る。
【0055】なお、本発明はこれに限定されず、略矩形
状に形成された複数の負極集電体の一方の主面に、負極
活物質を含有する負極合剤が塗布されて形成される負極
合剤層と、長手方向の両端部に負極合剤が塗布されてい
ない未塗布部とが形成され、一の負極集電体は、未塗布
部と連続して設けられ負極合剤が塗布されていない接続
部を介して、長手方向の一端側で一方の隣り合う他の負
極集電体と接続され、さらに、負極集電体の一端部に
は、負極リードが設けられている負極、即ち、図2に示
す形状の負極であってもよい。
【0056】この負極と電池において組み合わせる正極
としては、図3に示す形状の正極、即ち、略矩形状の複
数の正極集電体と、正極集電体の両面に形成され、正極
活物質を含有する正極合剤層とを備え、正極集電体一端
には、正極リードが設けられている正極であることが好
ましい。
【0057】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る電極は、複数の集電体が接続部を介して電気的に
接続されており、複数の集電体を積層して多層化するこ
とが可能であるとともに、集電体の一端部のみに溶接し
たリードから集電をとることができる。
【0058】したがって、本発明に係る電極は、従来の
積層構造の電極と比較してリードを溶接する手間が格段
に減っており、生産性に非常に優れる。また、電池内に
おけるリードの占有体積が、従来の積層構造の電極から
引き出されるリードの占有体積と比較して格段に低減す
るので、従来の電極面積を確保しつつ、電池の小型化を
達成する。又は、電池の外寸を維持しつつ、電極面積の
増大が可能となり単位体積あたりの高容量化を達成す
る。
【0059】また、本発明に係る電極の製造方法によれ
ば、複数の集電体を接続部を介して電気的に接続してい
るので、電池内において複数の集電体を積層して多層化
でき、さらに、集電体の一端部のみに溶接したリードか
ら集電可能な電極を製造できる。
【0060】したがって、本発明に係る電極の製造方法
によれば、従来の積層構造の電極を製造する工程と比較
して、リードを溶接する手間が格段に減り、非常に高い
生産効率で正極を製造できる。また、電池内におけるリ
ードの占有体積を、従来の積層構造の電極から引き出さ
れるリードの占有体積と比較して格段に低減することが
でき、従来の電極面積を確保しつつ、電池の小型化を達
成できる。又は、電池の外寸を維持しつつ、電極面積の
増大が可能となり単位体積あたりの高容量化を達成でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】電池の断面図である。
【図2】本発明を適用した正極の(a)模式図及び
(b)斜視図である。
【図3】負極の(a)模式図及び(b)断面図である。
【図4】本発明を適用した他の正極の模式図である。
【図5】本発明を適用した正極を備える電池を作製する
途中の模式図である。
【図6】本発明を適用した正極を備える電池を作製する
途中の模式図である。
【図7】本発明を適用した正極を備える電池を作製する
途中の模式図である。
【図8】本発明を適用した正極を備える電池を作製する
途中の模式図である。
【符号の説明】
1 電池、2 固体電解質フィルム、3 素子、4 外
装フィルム、10 正極、11 正極集電体、12 正
極合剤層、20負極、21 負極集電体、22負極合剤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 10/40 H01M 10/40 Z (72)発明者 村瀬 英寿 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 Fターム(参考) 5H017 AA03 AS02 BB08 BB11 BB14 HH05 5H022 AA09 BB02 BB11 CC12 CC16 5H029 AJ03 AJ14 AK03 AK05 AL06 AL07 AL08 AL12 AL16 AM16 BJ04 BJ12 CJ04 CJ05 CJ22 CJ28 DJ07 HJ12 5H050 AA08 AA19 BA16 BA17 CA07 CA08 CA09 CA11 CA20 CA25 CB07 CB08 CB09 CB12 DA02 DA04 DA20 GA04 GA07 GA22 GA27 HA12

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 略矩形状に形成された複数の集電体の一
    方の主面に、正極活物質又は負極活物質の何れか一方を
    含有する合剤が塗布されて形成される合剤層と、長手方
    向の両端部に当該合剤が塗布されていない未塗布部とが
    形成され、 一の集電体は、上記未塗布部と連続して設けられ上記合
    剤が塗布されていない接続部を介して、長手方向の一端
    側で一方の隣り合う他の集電体と接続されている電極。
  2. 【請求項2】 更に、上記他の集電体は、長手方向の他
    端側で他方の隣り合うさらに他の集電体と接続されてい
    る請求項1記載の電極。
  3. 【請求項3】 上記合剤層は、間欠塗布により複数区画
    設けられている請求項1記載の電極。
  4. 【請求項4】 正極として用いられる請求項1記載の電
    極。
  5. 【請求項5】 集電体の一方の主面に、正極活物質又は
    負極活物質の何れか一方を含有する合剤を塗布して合剤
    層を形成するとともに、長手方向の両端部に当該合剤を
    塗布しない未塗布部を形成してなる原反を作製する原反
    作製工程と、 上記原反を裁断して、略矩形状の複数の集電体を形成
    し、且つ、一の集電体が、上記未塗布部と連続して設け
    上記合剤を塗布しない接続部を介して、長手方向の一端
    側で一方の隣り合う他の集電体と接続されるようする原
    反裁断工程とを備える電極の製造方法。
  6. 【請求項6】 上記原反裁断工程において、更に、上記
    他の集電体を、長手方向の他端側で他方の隣り合うさら
    に他の集電体と接続されるようにする請求項5記載の電
    極の製造方法。
  7. 【請求項7】 上記合剤層を、間欠塗布により複数区画
    設ける請求項5記載の電極の製造方法。
  8. 【請求項8】 正極として用いる請求項5記載の電極の
    製造方法。
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