JP2003123727A - 電池の製造方法 - Google Patents
電池の製造方法Info
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Cell Separators (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 従来のセパレータは非水電解液で膨潤または
湿潤する性質を持ち、電池を組み立てた後に電解液を注
液するとセパレータ自体が膨潤するために正負極間でシ
ワが生じることにより、セパレータの厚さが場所によっ
て異なり、電流分布が不均一となったり、セパレータ挿
入時において、電極群を構成する際に電極に密着してい
ないためにシワが生じ、活物質の充填が難しくなり、安
定して電池を作製することが容易ではなくなるという課
題を有している。 【解決手段】 正極、負極および正負極間に多孔質樹脂
層を有する電池の製造方法において、吸熱性絶縁材料か
らなる樹脂材料４を含む溶液を霧状にし、少なくとも一
方の電極２上に吹きつけ、乾燥して電極表面に前記多孔
質樹脂層を形成し、対向する電極を重ねることを特徴と
する電池の製造方法である。
湿潤する性質を持ち、電池を組み立てた後に電解液を注
液するとセパレータ自体が膨潤するために正負極間でシ
ワが生じることにより、セパレータの厚さが場所によっ
て異なり、電流分布が不均一となったり、セパレータ挿
入時において、電極群を構成する際に電極に密着してい
ないためにシワが生じ、活物質の充填が難しくなり、安
定して電池を作製することが容易ではなくなるという課
題を有している。 【解決手段】 正極、負極および正負極間に多孔質樹脂
層を有する電池の製造方法において、吸熱性絶縁材料か
らなる樹脂材料４を含む溶液を霧状にし、少なくとも一
方の電極２上に吹きつけ、乾燥して電極表面に前記多孔
質樹脂層を形成し、対向する電極を重ねることを特徴と
する電池の製造方法である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電極およびセパレ
ータ一体の電池に関するものである。
ータ一体の電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】これまでリチウムイオン電池をはじめと
する電池においては、微多孔性を有するポリエチレンや
ポリプロピレンからなるセパレータを、正負極間に積層
あるいは捲回することにより電極群を構成している。
する電池においては、微多孔性を有するポリエチレンや
ポリプロピレンからなるセパレータを、正負極間に積層
あるいは捲回することにより電極群を構成している。
【０００３】ここでセパレータは、正負極電極間の電子
的接触を防止しつつイオンを通過させるスペーサーとし
て用いられている。また、電池短絡による異常電流、急
激な内圧上昇および温度上昇を防ぐという観点から、電
池の安全性を担っており、電池が何らかの原因で短絡を
引き起こした場合、大電流が流れることによる発生する
ジュール熱により異常に温度が上昇する危険性がある
が、その際にセパレータの微多孔膜の空孔が融点近くに
おいて閉塞されるため、電極間のイオンの透過を阻止
し、電流を遮断し、温度上昇を抑制するものである。
的接触を防止しつつイオンを通過させるスペーサーとし
て用いられている。また、電池短絡による異常電流、急
激な内圧上昇および温度上昇を防ぐという観点から、電
池の安全性を担っており、電池が何らかの原因で短絡を
引き起こした場合、大電流が流れることによる発生する
ジュール熱により異常に温度が上昇する危険性がある
が、その際にセパレータの微多孔膜の空孔が融点近くに
おいて閉塞されるため、電極間のイオンの透過を阻止
し、電流を遮断し、温度上昇を抑制するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
セパレータにおいては非水電解液で膨潤または湿潤する
性質を持ち、電池を組み立てた後に電解液を注液すると
セパレータ自体が膨潤するために正負極間でシワが生じ
ることにより、セパレータの厚さが場所によって異な
り、電流分布が不均一となった。
セパレータにおいては非水電解液で膨潤または湿潤する
性質を持ち、電池を組み立てた後に電解液を注液すると
セパレータ自体が膨潤するために正負極間でシワが生じ
ることにより、セパレータの厚さが場所によって異な
り、電流分布が不均一となった。
【０００５】またセパレータ挿入時において、電極群を
構成する際に電極に密着していないためにシワが生じ、
活物質の充填が難しくなり、安定して電池を作製するこ
とが容易ではなくなり、歩留まりを落とすことになって
いた。
構成する際に電極に密着していないためにシワが生じ、
活物質の充填が難しくなり、安定して電池を作製するこ
とが容易ではなくなり、歩留まりを落とすことになって
いた。
【０００６】さらに、電池を釘刺し試験や外部短絡試験
に供した場合、温度上昇によってセパレータが中央部に
収縮し、正極と負極間の周辺部にセパレータが存在しな
い部分が生じて短絡が起こるという課題を有していた。
に供した場合、温度上昇によってセパレータが中央部に
収縮し、正極と負極間の周辺部にセパレータが存在しな
い部分が生じて短絡が起こるという課題を有していた。
【０００７】なお、電池においてセパレータと電極が別
体ではなく、電極の少なくとも片面に多孔質の樹脂層を
一体的に積層してセパレータとすることで電極群の組立
性を改善したもの（特開平１１−３４５６０６号公報）
が知られているが、充分な効果が得られるものではなか
った。
体ではなく、電極の少なくとも片面に多孔質の樹脂層を
一体的に積層してセパレータとすることで電極群の組立
性を改善したもの（特開平１１−３４５６０６号公報）
が知られているが、充分な効果が得られるものではなか
った。
【０００８】本発明は、上記課題を解決し、製造上安定
したものを得、電池温度が上昇しても正負極間の短絡を
防ぐことができる電池を提供することを目的とするもの
である。
したものを得、電池温度が上昇しても正負極間の短絡を
防ぐことができる電池を提供す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】上記目的を達成するため
に本発明は、正極、負極および正負極間に多孔質樹脂層
を有する電池の製造方法において、吸熱性絶縁材料から
なる樹脂材料を含む溶液を霧状にし、少なくとも一方の
電極上に吹きつけ、乾燥して電極表面に前記多孔質樹脂
層を形成し、対向する電極を重ねることを特徴とするも
のであり、本発明の構成により電池特性、信頼性、安全
性を向上させ、さらには構成上の歩留まりを向上させ、
コストダウンを図ることができる。
に本発明は、正極、負極および正負極間に多孔質樹脂層
を有する電池の製造方法において、吸熱性絶縁材料から
なる樹脂材料を含む溶液を霧状にし、少なくとも一方の
電極上に吹きつけ、乾燥して電極表面に前記多孔質樹脂
層を形成し、対向する電極を重ねることを特徴とするも
のであり、本発明の構成により電池特性、信頼性、安全
性を向上させ、さらには構成上の歩留まりを向上させ、
コストダウンを図ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、正極、負極および正負極間に多孔質樹脂層を有する
電池の製造方法において、吸熱性絶縁材料からなる樹脂
材料を含む溶液を霧状にし、少なくとも一方の電極上に
吹きつけ、乾燥して電極表面に前記多孔質樹脂層を形成
し、対向する電極を重ねることを特徴とするものであ
る。
は、正極、負極および正負極間に多孔質樹脂層を有する
電池の製造方法において、吸熱性絶縁材料からなる樹脂
材料を含む溶液を霧状にし、少なくとも一方の電極上に
吹きつけ、乾燥して電極表面に前記多孔質樹脂層を形成
し、対向する電極を重ねることを特徴とするものであ
る。
【００１１】本発明の請求項２に記載の発明は、正極、
負極および正負極間に多孔質樹脂層を有する電池の製造
方法において、吸熱性絶縁材料からなる樹脂材料を含む
溶液を霧状にし、少なくとも一方の電極上に吹きつけ、
紫外線を照射し、乾燥して電極表面に前記多孔質樹脂層
を形成し、対向する電極を重ねることを特徴とするもの
である。
負極および正負極間に多孔質樹脂層を有する電池の製造
方法において、吸熱性絶縁材料からなる樹脂材料を含む
溶液を霧状にし、少なくとも一方の電極上に吹きつけ、
紫外線を照射し、乾燥して電極表面に前記多孔質樹脂層
を形成し、対向する電極を重ねることを特徴とするもの
である。
【００１２】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項
１または２に記載の電池の製造方法において、樹脂材料
を含む溶液を超音波振動により霧状にすることを特徴と
するものである。
１または２に記載の電池の製造方法において、樹脂材料
を含む溶液を超音波振動により霧状にすることを特徴と
するものである。
【００１３】本発明の請求項４に記載の発明は、請求項
１〜３のいずれかに記載の電池の製造方法において、吹
き付けられた樹脂を球状粒にせしめ電極面上に衝突さ
せ、溶剤を蒸発させて電極面に接着し、弾性を持った樹
脂スペーサとすることを特徴とするものである。
１〜３のいずれかに記載の電池の製造方法において、吹
き付けられた樹脂を球状粒にせしめ電極面上に衝突さ
せ、溶剤を蒸発させて電極面に接着し、弾性を持った樹
脂スペーサとすることを特徴とするものである。
【００１４】本発明の請求項５に記載の発明は、請求項
１〜４のいずれかに記載の電池の製造方法において、吹
き付けを斑にし、斑に樹脂を付けることにより多孔質樹
脂層を形成することを特徴とするものである。なお、斑
とは均一塗布しないことであり、塗布ムラのある状態
で、塗布スピードおよび塗布量で制御することができ
る。
１〜４のいずれかに記載の電池の製造方法において、吹
き付けを斑にし、斑に樹脂を付けることにより多孔質樹
脂層を形成することを特徴とするものである。なお、斑
とは均一塗布しないことであり、塗布ムラのある状態
で、塗布スピードおよび塗布量で制御することができ
る。
【００１５】本発明の請求項６に記載の発明は、請求項
１〜５のいずれかに記載の電池の製造方法において、霧
状の溶液を吹きつけるノズルと、吹きつけられた霧状の
溶液を吸い取り排気する排気ノズルを備えて、一定の吹
き付け流れを設けることを特徴とするものである。
１〜５のいずれかに記載の電池の製造方法において、霧
状の溶液を吹きつけるノズルと、吹きつけられた霧状の
溶液を吸い取り排気する排気ノズルを備えて、一定の吹
き付け流れを設けることを特徴とするものである。
【００１６】本発明になる電池は、霧状の樹脂溶液を電
極上に塗布し、球状又は斑状の樹脂層を設けることによ
り、多孔性、多隙間を有す吸熱性絶縁樹脂膜を形成する
ことで、従来のセパレータをなくすことができるもので
ある。イオンの移動は樹脂膜中の多孔又は隙間の連続孔
を通って成され、セパレータのもう一つの役目である安
全性の保持については、電極上に塗布形成した樹脂膜が
温度上昇と共に吸熱反応を起こし、温度上昇を和らげ、
更に、温度上昇を続けると溶融し、耐熱樹脂として存在
し、酸素遮断効果を発揮する。
極上に塗布し、球状又は斑状の樹脂層を設けることによ
り、多孔性、多隙間を有す吸熱性絶縁樹脂膜を形成する
ことで、従来のセパレータをなくすことができるもので
ある。イオンの移動は樹脂膜中の多孔又は隙間の連続孔
を通って成され、セパレータのもう一つの役目である安
全性の保持については、電極上に塗布形成した樹脂膜が
温度上昇と共に吸熱反応を起こし、温度上昇を和らげ、
更に、温度上昇を続けると溶融し、耐熱樹脂として存在
し、酸素遮断効果を発揮する。
【００１７】また、塗工、印刷等と異なり霧状に吹き付
けるため、溶剤の電極内へのしみ込みが無く、安定して
生産ができるものである。更に、本発明は塗布ノズルと
排気ノズルを塗布する対象物上に設けることで、塗布ノ
ズルだけの場合よりも対象物に溶剤がソフトに触れ、溶
剤分が滞留しないで気化することができ、電極内に染み
込まない工夫がなされている。すなわち、溶剤が電極内
に存在すると特性に影響を及ぼすことは一般に知られて
いるため、電極内にしみこみにくい溶剤や樹脂材料が選
択されていたが、本発明の方法であれば、その制約が緩
和されるわけである。
けるため、溶剤の電極内へのしみ込みが無く、安定して
生産ができるものである。更に、本発明は塗布ノズルと
排気ノズルを塗布する対象物上に設けることで、塗布ノ
ズルだけの場合よりも対象物に溶剤がソフトに触れ、溶
剤分が滞留しないで気化することができ、電極内に染み
込まない工夫がなされている。すなわち、溶剤が電極内
に存在すると特性に影響を及ぼすことは一般に知られて
いるため、電極内にしみこみにくい溶剤や樹脂材料が選
択されていたが、本発明の方法であれば、その制約が緩
和されるわけである。
【００１８】また、電極面上に固着されていることで、
セパレータにシワが発生する問題も解消され、安定した
特性を得ることができ、さらには釘さし試験での安全確
認でも問題なく、従来電池の課題を解決できるものが得
られた。安全で製造上安定した電池を得ることができる
わけである。
セパレータにシワが発生する問題も解消され、安定した
特性を得ることができ、さらには釘さし試験での安全確
認でも問題なく、従来電池の課題を解決できるものが得
られた。安全で製造上安定した電池を得ることができる
わけである。
【００１９】また、極板の電極未塗工部にも樹脂層を形
成することによって、振動試験で従来の電池の場合電極
やセパレータがずれて短絡してしまうことがあったが、
それを防止することができ、より一層の安全性を得るこ
とができた。
成することによって、振動試験で従来の電池の場合電極
やセパレータがずれて短絡してしまうことがあったが、
それを防止することができ、より一層の安全性を得るこ
とができた。
【００２０】さらに、球状樹脂が形成され、可撓性が得
られ、電池内のエネルギーバランスも均一となり、円筒
型電池だけでなく、角形電池やその他の形状の電池でも
安定した特性を得ることが可能となり、電池形状の応用
性が拡がるものとなった。
られ、電池内のエネルギーバランスも均一となり、円筒
型電池だけでなく、角形電池やその他の形状の電池でも
安定した特性を得ることが可能となり、電池形状の応用
性が拡がるものとなった。
【００２１】また、セパレータの工程を削減でき、コス
トダウンを図れ、歩留まりを向上させることができる。
トダウンを図れ、歩留まりを向上させることができる。
【００２２】なお、樹脂膜層を形成する極板は負極板、
正極板あるいは両極板のいずれでも可能である。
正極板あるいは両極板のいずれでも可能である。
【００２３】また、この樹脂膜の厚みは薄すぎると正極
及び負極間における短絡の危険性を有し、厚すぎると正
極負極の極板距離が長くなり、内部抵抗が高くなる傾向
を有することから、最適な膜厚の設計がそれぞれの電池
において必要となる。
及び負極間における短絡の危険性を有し、厚すぎると正
極負極の極板距離が長くなり、内部抵抗が高くなる傾向
を有することから、最適な膜厚の設計がそれぞれの電池
において必要となる。
【００２４】なお、多孔性（隙間度）は最終製品の用途
に応じて適宜調整すれば良く、調整方法としては塗布質
量、塗布時間、樹脂材料の種類、塗布溶液の樹脂濃度、
塗布溶液のミスト発生量、超音波振動のパワー、乾燥温
度、乾燥時昇温レート等によってなす事ができる。
に応じて適宜調整すれば良く、調整方法としては塗布質
量、塗布時間、樹脂材料の種類、塗布溶液の樹脂濃度、
塗布溶液のミスト発生量、超音波振動のパワー、乾燥温
度、乾燥時昇温レート等によってなす事ができる。
【００２５】また、樹脂材料は霧（ミスト）化が実現で
き、吸熱性を有す絶縁樹脂であれば特に制限されるもの
ではない。但し、用いる電解液と樹脂との組み合わせに
よっては、樹脂が膨潤する場合が有り、このような場合
には膨潤によって樹脂の多孔性が損なわれる。したがっ
て、用いる電解液の種類等に応じて膨潤度合い等により
樹脂を適宜選択することになる。
き、吸熱性を有す絶縁樹脂であれば特に制限されるもの
ではない。但し、用いる電解液と樹脂との組み合わせに
よっては、樹脂が膨潤する場合が有り、このような場合
には膨潤によって樹脂の多孔性が損なわれる。したがっ
て、用いる電解液の種類等に応じて膨潤度合い等により
樹脂を適宜選択することになる。
【００２６】すなわち、電解液に対して、耐溶剤性を有
する樹脂を用いることが好ましい。プロピレンカーボネ
ート等のカーボネート類に対して、耐溶剤性に優れてい
るものとして、ブチルゴム、エチレンプロピレンジエン
ゴム、ブチルイソシアネート、スチレン、ＳＢＲ、ＰＶ
ｄＦ、ＰＴＦＥ等があり、これらより選択するのが好ま
しい。これらはプロピレンカーボネートによって膨潤し
ないので、その樹脂を用いても優れた多孔性を安定して
維持できる結果、従来のものよりも優れた静電容量を発
揮することができるとともに、振動などに対しても、変
形やずれが生じず、安定であること、例え、釘刺し試
験、過充電試験などに見られる熱上昇があっても樹脂の
吸熱性により、温度上昇を抑制し温度の昇温速度を緩や
かとし、従来危険性があったものを抑制できるものとな
る。さらに、本樹脂が溶融して、シャッター効果を有
し、その後、酸素遮断することができる。
する樹脂を用いることが好ましい。プロピレンカーボネ
ート等のカーボネート類に対して、耐溶剤性に優れてい
るものとして、ブチルゴム、エチレンプロピレンジエン
ゴム、ブチルイソシアネート、スチレン、ＳＢＲ、ＰＶ
ｄＦ、ＰＴＦＥ等があり、これらより選択するのが好ま
しい。これらはプロピレンカーボネートによって膨潤し
ないので、その樹脂を用いても優れた多孔性を安定して
維持できる結果、従来のものよりも優れた静電容量を発
揮することができるとともに、振動などに対しても、変
形やずれが生じず、安定であること、例え、釘刺し試
験、過充電試験などに見られる熱上昇があっても樹脂の
吸熱性により、温度上昇を抑制し温度の昇温速度を緩や
かとし、従来危険性があったものを抑制できるものとな
る。さらに、本樹脂が溶融して、シャッター効果を有
し、その後、酸素遮断することができる。
【００２７】また、本発明に用いる吸熱性樹脂の溶剤と
しては、用いる樹脂を溶解できるもので有れば特に制限
されず、樹脂の種類などに応じて溶剤の中から適宜選択
使用すれば良い。例えば、ブチルゴム、エチレンプロピ
レンジエンゴム、ブチルイソシアネート、スチレン、Ｓ
ＢＲ等は一般的にトルエン、キシレン、エチルシクロヘ
キサン等をそれぞれ溶剤として用いることができる。こ
の時、樹脂溶液の樹脂固形分濃度は特に制限されるもの
ではなく、形成する膜厚等の設計上適宜設定すれば良
い。また、樹脂溶液には、更に必要に応じて、接着増強
剤、樹脂劣化防止剤、樹脂架橋剤、樹脂架橋促進剤、酸
化防止剤、消化剤、発泡剤等の各種添加物を配合しても
良い。
しては、用いる樹脂を溶解できるもので有れば特に制限
されず、樹脂の種類などに応じて溶剤の中から適宜選択
使用すれば良い。例えば、ブチルゴム、エチレンプロピ
レンジエンゴム、ブチルイソシアネート、スチレン、Ｓ
ＢＲ等は一般的にトルエン、キシレン、エチルシクロヘ
キサン等をそれぞれ溶剤として用いることができる。こ
の時、樹脂溶液の樹脂固形分濃度は特に制限されるもの
ではなく、形成する膜厚等の設計上適宜設定すれば良
い。また、樹脂溶液には、更に必要に応じて、接着増強
剤、樹脂劣化防止剤、樹脂架橋剤、樹脂架橋促進剤、酸
化防止剤、消化剤、発泡剤等の各種添加物を配合しても
良い。
【００２８】また、塗布形成する樹脂膜の膜厚は、最終
製品の用途等によって適宜設定され、好ましくは５μｍ
以上１００μｍ以下である。
製品の用途等によって適宜設定され、好ましくは５μｍ
以上１００μｍ以下である。
【００２９】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００３０】（実施例１）図１に示すように、負極は集
電体である銅箔３（厚み１０μｍ）に、負極活物質の黒
鉛及び樹脂からなる層（厚み約３０μｍ）を形成し、そ
の上に樹脂膜を塗布形成したものである。これらの形成
方法は次のようである。すなわち、人造黒鉛粉末（平均
粒径１０μｍ程度）と結着剤として機能するポリフッ化
ビニリデン（ＰＶｄＦ）と粘度調整のための溶剤である
ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を混合したペースト状
の混合物（質量比で人造黒鉛：ＰＶｄＦ＝１００：９．
０）を用い、塗工機により混合物を集電体の両面に塗工
し、その後、溶媒を気化させるために乾燥機で乾燥（１
４０℃、１時間）することにより、負極電極を得る。
電体である銅箔３（厚み１０μｍ）に、負極活物質の黒
鉛及び樹脂からなる層（厚み約３０μｍ）を形成し、そ
の上に樹脂膜を塗布形成したものである。これらの形成
方法は次のようである。すなわち、人造黒鉛粉末（平均
粒径１０μｍ程度）と結着剤として機能するポリフッ化
ビニリデン（ＰＶｄＦ）と粘度調整のための溶剤である
ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を混合したペースト状
の混合物（質量比で人造黒鉛：ＰＶｄＦ＝１００：９．
０）を用い、塗工機により混合物を集電体の両面に塗工
し、その後、溶媒を気化させるために乾燥機で乾燥（１
４０℃、１時間）することにより、負極電極を得る。
【００３１】次いで、ブチルイソシアネート樹脂７０質
量％とＰＶｄＦ３０質量％の樹脂材料をトルエン９０質
量％とＮＭＰ１０質量％の溶剤に溶かして粘度８４００
ｍＰａ・ｓで固形分量約２質量％として樹脂溶液７を作
製し、図３、図４に示すように、ミスト発生器９内に樹
脂溶液７を入れ、超音波振動子８に電気を流して、樹脂
溶液７を霧（ミスト）化し、吹き付けノズル５及び排気
ノズル６の下を一定スピードで前記負極電極を通し、電
極上に塗布し、乾燥機で残留溶媒を気化（１３０℃、１
５分）させることによって、多孔質樹脂層を負極電極上
に形成させた。
量％とＰＶｄＦ３０質量％の樹脂材料をトルエン９０質
量％とＮＭＰ１０質量％の溶剤に溶かして粘度８４００
ｍＰａ・ｓで固形分量約２質量％として樹脂溶液７を作
製し、図３、図４に示すように、ミスト発生器９内に樹
脂溶液７を入れ、超音波振動子８に電気を流して、樹脂
溶液７を霧（ミスト）化し、吹き付けノズル５及び排気
ノズル６の下を一定スピードで前記負極電極を通し、電
極上に塗布し、乾燥機で残留溶媒を気化（１３０℃、１
５分）させることによって、多孔質樹脂層を負極電極上
に形成させた。
【００３２】また、この樹脂膜は負極電極内にしみ込み
落ち込んでいることなく表面に形成されていることがＳ
ＥＭ（走査電子顕微鏡）観察の結果明らかとなり、さら
にオスミウム染色を樹脂膜にすることによってＳＥＭ観
察で孔又は隙間の様子を見たところ、図１に示すように
球状に樹脂が形成され、電極と反対側である対面の樹脂
表面から電極表面に至り球同士の非接触部からなる連続
孔を有すところが観察できた。なお、樹脂膜厚は２５μ
ｍ程度であった。
落ち込んでいることなく表面に形成されていることがＳ
ＥＭ（走査電子顕微鏡）観察の結果明らかとなり、さら
にオスミウム染色を樹脂膜にすることによってＳＥＭ観
察で孔又は隙間の様子を見たところ、図１に示すように
球状に樹脂が形成され、電極と反対側である対面の樹脂
表面から電極表面に至り球同士の非接触部からなる連続
孔を有すところが観察できた。なお、樹脂膜厚は２５μ
ｍ程度であった。
【００３３】また、樹脂膜が形成された負極電極に対し
て、加温していくと、１３０℃から１５５℃において樹
脂膜が吸熱反応を起こし前記電極の温度上昇が抑制さ
れ、１６０℃で瞬時に樹脂膜が溶融して孔が塞がり、更
に温度を上げても約２７０℃まで耐熱性樹脂として酸素
遮断（酸素吸入しても酸素濃度計から酸素を通さない）
も確認できた。
て、加温していくと、１３０℃から１５５℃において樹
脂膜が吸熱反応を起こし前記電極の温度上昇が抑制さ
れ、１６０℃で瞬時に樹脂膜が溶融して孔が塞がり、更
に温度を上げても約２７０℃まで耐熱性樹脂として酸素
遮断（酸素吸入しても酸素濃度計から酸素を通さない）
も確認できた。
【００３４】これに対して、正極は、マンガン酸リチウ
ム（ＬｉＭｎ2Ｏ4）と導電剤としてのＡＢ（アセチレン
ブラック）の混合粉末に、結着剤としてのＰＶｄＦをＮ
ＭＰ溶液に加え、質量比でＬｉＭｎ2Ｏ4：ＡＢ：ＰＶｄ
Ｆ＝１００：２．５：４．０となるように混合したもの
をアルミ箔（厚さ２０μｍ）の両面に塗工し、乾燥に圧
延を行い、所定の大きさに切断したものとした。
ム（ＬｉＭｎ2Ｏ4）と導電剤としてのＡＢ（アセチレン
ブラック）の混合粉末に、結着剤としてのＰＶｄＦをＮ
ＭＰ溶液に加え、質量比でＬｉＭｎ2Ｏ4：ＡＢ：ＰＶｄ
Ｆ＝１００：２．５：４．０となるように混合したもの
をアルミ箔（厚さ２０μｍ）の両面に塗工し、乾燥に圧
延を行い、所定の大きさに切断したものとした。
【００３５】このように得られた多孔質樹脂膜が形成さ
れた負極電極と正極電極とを渦巻き状に巻回し、極板群
を構成した（図５参照）。極板群の上部にポリプロピレ
ン製の上部絶縁板を、極板群の下部にはポリプロピレン
製の下部絶縁板を取り付け、鉄にニッケルメッキした電
池ケースに納入した。
れた負極電極と正極電極とを渦巻き状に巻回し、極板群
を構成した（図５参照）。極板群の上部にポリプロピレ
ン製の上部絶縁板を、極板群の下部にはポリプロピレン
製の下部絶縁板を取り付け、鉄にニッケルメッキした電
池ケースに納入した。
【００３６】電解液には、エチレンカーボネートとジメ
チルカーボネートとエチルメチルカーボネートを３０：
５６：１４の体積比で混合した溶媒に１．０ｍｏｌ／ｌ
のＬｉＰＦ6を溶解したものを用い、これを注液した
後、開口部を封口板により封口して電池Ａとした。
チルカーボネートとエチルメチルカーボネートを３０：
５６：１４の体積比で混合した溶媒に１．０ｍｏｌ／ｌ
のＬｉＰＦ6を溶解したものを用い、これを注液した
後、開口部を封口板により封口して電池Ａとした。
【００３７】（実施例２）実施例１において、正極をコ
バルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）７０質量％、ＡＢ６
質量％、ＰＶｄＦ９質量％、ＮＭＰ１５質量％を混合し
たペーストを集電体であるアルミ箔（厚さ２０μｍ）上
両面に塗布し、１５０℃、１時間乾燥してＮＭＰを蒸発
させ、圧延し、所定の大きさに切断したものとした。こ
れによって得られた電池を電池Ｂとした。
バルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）７０質量％、ＡＢ６
質量％、ＰＶｄＦ９質量％、ＮＭＰ１５質量％を混合し
たペーストを集電体であるアルミ箔（厚さ２０μｍ）上
両面に塗布し、１５０℃、１時間乾燥してＮＭＰを蒸発
させ、圧延し、所定の大きさに切断したものとした。こ
れによって得られた電池を電池Ｂとした。
【００３８】（実施例３）実施例２と同様に、正極とし
て、市販のリチウムニッケルコバルトアルミ複合酸化物
（Ｌｉ1.05Ｎｉ0.8Ｃｏ0.15Ａｌ0.05Ｏ2）７５質量％、
導電剤としてＡＢ２０質量％結着剤としてポリテトラフ
ルオロエチレン（ＰＴＦＥ）５質量％を使用し、粘度調
整にＮＭＰ溶剤を使用した。これによって得られた電池
を電池Ｃとした。
て、市販のリチウムニッケルコバルトアルミ複合酸化物
（Ｌｉ1.05Ｎｉ0.8Ｃｏ0.15Ａｌ0.05Ｏ2）７５質量％、
導電剤としてＡＢ２０質量％結着剤としてポリテトラフ
ルオロエチレン（ＰＴＦＥ）５質量％を使用し、粘度調
整にＮＭＰ溶剤を使用した。これによって得られた電池
を電池Ｃとした。
【００３９】また、比較例としてこれらのリチウム電池
において、樹脂膜を形成させず従来のセパレータフィル
ムを挟んだ構造での電池を作製し、それぞれ電池Ｄ、電
池Ｅ、電池Ｆとした。これらの保存特性（保持率）、特
性維持率（５００サイクル）、振動試験合格割合、過充
電での安全性試験合格割合、釘刺し試験合格割合（ＳＢ
Ａ安全性評価基準ガイドライン参照）を表１に示す。
において、樹脂膜を形成させず従来のセパレータフィル
ムを挟んだ構造での電池を作製し、それぞれ電池Ｄ、電
池Ｅ、電池Ｆとした。これらの保存特性（保持率）、特
性維持率（５００サイクル）、振動試験合格割合、過充
電での安全性試験合格割合、釘刺し試験合格割合（ＳＢ
Ａ安全性評価基準ガイドライン参照）を表１に示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】このように、本発明の構造を成すことで、
電池特性が大きく改善し、安全性を得ることができる。
樹脂膜中の孔が樹脂球同士の非接触部であることで、デ
ンドライトによるセパレータの孔を塞ぐような現象が生
じないため、保存特性が向上し、セパレータフィルムの
ようにサイクル寿命試験や振動試験でずれが生じること
はこのような塗膜構造をとることで防ぐことができる。
電池特性が大きく改善し、安全性を得ることができる。
樹脂膜中の孔が樹脂球同士の非接触部であることで、デ
ンドライトによるセパレータの孔を塞ぐような現象が生
じないため、保存特性が向上し、セパレータフィルムの
ようにサイクル寿命試験や振動試験でずれが生じること
はこのような塗膜構造をとることで防ぐことができる。
【００４２】また、安全性試験は樹脂の吸熱性により、
過充電での温度上昇を抑制し、釘刺し試験も同様に樹脂
膜が溶融して酸素遮断することで安全性に優れたシステ
ムができる。これによって、安全なものを得ることがで
きる。更に、一般的な樹脂を容易に塗膜形成して使用で
きるためコストダウンが図れる。
過充電での温度上昇を抑制し、釘刺し試験も同様に樹脂
膜が溶融して酸素遮断することで安全性に優れたシステ
ムができる。これによって、安全なものを得ることがで
きる。更に、一般的な樹脂を容易に塗膜形成して使用で
きるためコストダウンが図れる。
【００４３】また、円筒形だけでなく角形に対しても同
様の性能を得たが、従来のセパレータを用いた場合だ
と、角形化によるセパレータ機能のバランスの崩れ、応
力の偏り、孔の状態の変形などによりエネルギーバラン
スが崩れて静電容量を落とすのに対して、球状樹脂スペ
ーサを持つ本発明ではエネルギーバランスの崩れ、静電
容量の低下はなく、セパレータ機能部分が可撓性を有す
ため製造の安定化がはかられ、歩留まりを向上させるこ
とができる。
様の性能を得たが、従来のセパレータを用いた場合だ
と、角形化によるセパレータ機能のバランスの崩れ、応
力の偏り、孔の状態の変形などによりエネルギーバラン
スが崩れて静電容量を落とすのに対して、球状樹脂スペ
ーサを持つ本発明ではエネルギーバランスの崩れ、静電
容量の低下はなく、セパレータ機能部分が可撓性を有す
ため製造の安定化がはかられ、歩留まりを向上させるこ
とができる。
【００４４】次いで、リチウム電池以外の場合について
以下に示す。
以下に示す。
【００４５】（実施例４）Ｎｉ−Ｃｄ電池において、負
極のＣｄ及びＣｄ（ＯＨ）2含有電極表面に、実施例１
記載の樹脂膜材料に対して、トリアジン架橋剤を添加
し、三次元架橋させ、末端基にプラス及びマイナスの両
電荷を近くに持った樹脂材料を実施例１と同様に霧状に
塗布し、乾燥機で残留溶媒を気化（１３０℃、１５分）
させることによって、球状粒からなる樹脂層を負極電極
上に形成することができた。この場合も実施例１と同様
な孔形状及び構造となっていた。これを用いて電池を作
製したところ、実施例１と同様に、従来のものよりも信
頼性の高いものを安定して得ることができた。また、樹
脂材料の末端基にプラスとマイナスの電荷を近くに配置
した構造の樹脂膜とすることで、強アルカリ中でも樹脂
膜が安定することがわかった。
極のＣｄ及びＣｄ（ＯＨ）2含有電極表面に、実施例１
記載の樹脂膜材料に対して、トリアジン架橋剤を添加
し、三次元架橋させ、末端基にプラス及びマイナスの両
電荷を近くに持った樹脂材料を実施例１と同様に霧状に
塗布し、乾燥機で残留溶媒を気化（１３０℃、１５分）
させることによって、球状粒からなる樹脂層を負極電極
上に形成することができた。この場合も実施例１と同様
な孔形状及び構造となっていた。これを用いて電池を作
製したところ、実施例１と同様に、従来のものよりも信
頼性の高いものを安定して得ることができた。また、樹
脂材料の末端基にプラスとマイナスの電荷を近くに配置
した構造の樹脂膜とすることで、強アルカリ中でも樹脂
膜が安定することがわかった。
【００４６】（実施例５）ニッケル水素電池において、
多孔性基板にミッシュメタルのニッケル水素化物ＭｍＮ
ｉ5Ｈを充填した負極電極上に実施例４と同様、実施例
１記載の樹脂膜材料に対して、トリアジン架橋剤を添加
し、三次元架橋させ、末端基にプラス及びマイナスの両
電荷を近くに持った樹脂としてトルエン８５質量％ＮＭ
Ｐ１５質量％の混合溶剤に溶かして実施例１と同様に塗
布したところ、実施例１と同様に樹脂膜を得た。樹脂孔
の形状及び構造は実施例１と同様のものを得、これをニ
ッケル水素電池として組んだところ、従来のものよりも
信頼性の高いものを安定して得ることができた。また、
樹脂材料の末端基にプラスとマイナスの電荷を近くに配
置した構造の樹脂膜とすることで、強アルカリ中でも樹
脂膜が安定することがわかった。
多孔性基板にミッシュメタルのニッケル水素化物ＭｍＮ
ｉ5Ｈを充填した負極電極上に実施例４と同様、実施例
１記載の樹脂膜材料に対して、トリアジン架橋剤を添加
し、三次元架橋させ、末端基にプラス及びマイナスの両
電荷を近くに持った樹脂としてトルエン８５質量％ＮＭ
Ｐ１５質量％の混合溶剤に溶かして実施例１と同様に塗
布したところ、実施例１と同様に樹脂膜を得た。樹脂孔
の形状及び構造は実施例１と同様のものを得、これをニ
ッケル水素電池として組んだところ、従来のものよりも
信頼性の高いものを安定して得ることができた。また、
樹脂材料の末端基にプラスとマイナスの電荷を近くに配
置した構造の樹脂膜とすることで、強アルカリ中でも樹
脂膜が安定することがわかった。
【００４７】（実施例６）鉛蓄電池において、負極Ｐｂ
ペースト式電極表面に実施例１と同様に樹脂膜を形成し
たところ、同様に安定して信頼性を向上させることがで
き、更に、単純な樹脂であるため、従来のセパレータに
比べて大きくコストダウンできた。
ペースト式電極表面に実施例１と同様に樹脂膜を形成し
たところ、同様に安定して信頼性を向上させることがで
き、更に、単純な樹脂であるため、従来のセパレータに
比べて大きくコストダウンできた。
【００４８】（実施例７）ニッケル亜鉛蓄電池におい
て、負極のＺｎ表面に実施例５と同様に樹脂膜を形成し
たところ、従来に比べて、同様に安定して大きく信頼性
を向上させることができた。
て、負極のＺｎ表面に実施例５と同様に樹脂膜を形成し
たところ、従来に比べて、同様に安定して大きく信頼性
を向上させることができた。
【００４９】（実施例８）酸化銀・亜鉛電池において、
負極のＺｎ表面に実施例１と同様に樹脂膜を形成したと
ころ、従来の課題であった亜鉛及び酸化銀のデンドライ
ト析出による内部短絡を防止する事ができ、保存特性を
改善し、さらには、安定して信頼性を向上させることが
できた。
負極のＺｎ表面に実施例１と同様に樹脂膜を形成したと
ころ、従来の課題であった亜鉛及び酸化銀のデンドライ
ト析出による内部短絡を防止する事ができ、保存特性を
改善し、さらには、安定して信頼性を向上させることが
できた。
【００５０】（実施例９）実施例１において、樹脂材料
をブチルイソシアネート樹脂５０質量％とＰＶｄＦ３０
質量％、アクリル樹脂１９質量％、光重合開始剤である
イルガキュア６５１（チバガイギー（株）製）１質量％
混合物とし、塗布後、紫外線照射し、その後、実施例１
と同様に乾燥処理以降の処理を行ったところ、実施例１
で得られた粒よりも小さな粒よりなる樹脂層を得ること
ができ、イオンの通路である隙間孔を小さくでき、さら
に、デンドライト析出率を下げ、保存試験期間中ではデ
ンドライト析出がないものを得ることができた。これ
は、実施例１では、乾燥時に界面張力で持っている樹脂
粒が乾燥するために加温されることで、張力が弱まり、
膨張、隣の粒とつながり粒成長するのに対して、加温前
にある程度、紫外線硬化で固定化することで、粒成長を
防止したためである。これによって、さらに安定した生
産ができた。
をブチルイソシアネート樹脂５０質量％とＰＶｄＦ３０
質量％、アクリル樹脂１９質量％、光重合開始剤である
イルガキュア６５１（チバガイギー（株）製）１質量％
混合物とし、塗布後、紫外線照射し、その後、実施例１
と同様に乾燥処理以降の処理を行ったところ、実施例１
で得られた粒よりも小さな粒よりなる樹脂層を得ること
ができ、イオンの通路である隙間孔を小さくでき、さら
に、デンドライト析出率を下げ、保存試験期間中ではデ
ンドライト析出がないものを得ることができた。これ
は、実施例１では、乾燥時に界面張力で持っている樹脂
粒が乾燥するために加温されることで、張力が弱まり、
膨張、隣の粒とつながり粒成長するのに対して、加温前
にある程度、紫外線硬化で固定化することで、粒成長を
防止したためである。これによって、さらに安定した生
産ができた。
【００５１】（実施例１０）実施例１において、樹脂材
料をブチルイソシアネートのみにし、溶剤をトルエンの
みとして、同様に霧状とし、電極の搬送スピードを変え
ることで、隙間ができるように塗布し、図２のような電
極上に斑模様の樹脂を形成した。樹脂層の厚みは２２μ
ｍ程度であった。これも、従来のようなセパレータを必
要としない電池となり、実施例１と同様に安全性を確保
できた。また、ＰＶｄＦを含有した実施例１の場合は球
状樹脂を得ることができたが、これは、ＰＶｄＦの界面
活性力の強さ、接触角の高さによるもので、ＰＶｄＦ以
外でも接触角の高いポリプロピレン等も実施例１と同様
に球状樹脂構造のものを得ることができた。実施例９で
得られたものでもブチルイソシアネートが吸熱性絶縁樹
脂であることから安全性を確保でき、本発明の方法によ
れば容易に安定した電池を生産できる。
料をブチルイソシアネートのみにし、溶剤をトルエンの
みとして、同様に霧状とし、電極の搬送スピードを変え
ることで、隙間ができるように塗布し、図２のような電
極上に斑模様の樹脂を形成した。樹脂層の厚みは２２μ
ｍ程度であった。これも、従来のようなセパレータを必
要としない電池となり、実施例１と同様に安全性を確保
できた。また、ＰＶｄＦを含有した実施例１の場合は球
状樹脂を得ることができたが、これは、ＰＶｄＦの界面
活性力の強さ、接触角の高さによるもので、ＰＶｄＦ以
外でも接触角の高いポリプロピレン等も実施例１と同様
に球状樹脂構造のものを得ることができた。実施例９で
得られたものでもブチルイソシアネートが吸熱性絶縁樹
脂であることから安全性を確保でき、本発明の方法によ
れば容易に安定した電池を生産できる。
【００５２】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、電池系に
よらず、電池特性、信頼性、安全性、製造安定性を格段
に向上させることができ、さらに構成上の歩留まりを向
上させ、コストダウンを図ることができる。
よらず、電池特性、信頼性、安全性、製造安定性を格段
に向上させることができ、さらに構成上の歩留まりを向
上させ、コストダウンを図ることができる。
【図１】本発明の実施例における電池構造断面図
【図２】本発明の実施例における電池構造断面図
【図３】本発明の実施例における電池の製造方法の模式
図
図
【図４】本発明の実施例における電池の製造方法の模式
図
図
【図５】本発明の実施例における円筒型電池模式図
１ 球状絶縁樹脂
２ 負極電極
３ 銅箔（集電体）
４ 絶縁樹脂
５ 吹き付けノズル
６ 排気ノズル
７ 樹脂溶液
８ 超音波振動子
９ ミスト発生器
１０ 正極
１１ 負極
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
Ｆターム(参考） 5H021 BB01 BB12 BB15 BB19 CC04
CC05 EE02
5H028 BB02 BB03 BB05 CC12 EE06
5H029 AJ01 AJ12 AJ14 AK03 AL07
AM03 AM05 AM07 BJ14 CJ02
CJ22 DJ04 EJ04 EJ12
5H050 AA01 AA15 AA19 BA09 BA11
BA13 BA14 BA17 CA03 CA08
CA09 CB08 CB13 CB14 CB15
CB16 CB17 DA19 EA23 EA24
FA05 GA00 GA02 GA22
Claims (6)
- 【請求項１】 正極、負極および正負極間に多孔質樹脂
層を有する電池の製造方法において、吸熱性絶縁材料か
らなる樹脂材料を含む溶液を霧状にし、少なくとも一方
の電極上に吹きつけ、乾燥して電極表面に前記多孔質樹
脂層を形成し、対向する電極を重ねることを特徴とする
電池の製造方法。 - 【請求項２】 正極、負極および正負極間に多孔質樹脂
層を有する電池の製造方法において、吸熱性絶縁材料か
らなる樹脂材料を含む溶液を霧状にし、少なくとも一方
の電極上に吹きつけ、紫外線を照射し、乾燥して電極表
面に前記多孔質樹脂層を形成し、対向する電極を重ねる
ことを特徴とする電池の製造方法。 - 【請求項３】 樹脂材料を含む溶液を超音波振動により
霧状にすることを特徴とする請求項１または２に記載の
電池の製造方法。 - 【請求項４】 吹き付けられた樹脂を球状粒にせしめ電
極面上に衝突させ、溶剤を蒸発させて電極面に接着し、
弾性を持った樹脂スペーサとすることを特徴とする請求
項１〜３のいずれかに記載の電池の製造方法。 - 【請求項５】 吹き付けを斑にし、斑に樹脂を付けるこ
とにより多孔質樹脂層を形成することを特徴とする請求
項１〜４のいずれかに記載の電池の製造方法。 - 【請求項６】 霧状の溶液を吹きつけるノズルと、吹き
つけられた霧状の溶液を吸い取り排気する排気ノズルを
備えて、一定の吹き付け流れを設けることを特徴とする
請求項１〜５のいずれかに記載の電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001316419A JP4016631B2 (ja) | 2001-10-15 | 2001-10-15 | リチウムイオン電池の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001316419A JP4016631B2 (ja) | 2001-10-15 | 2001-10-15 | リチウムイオン電池の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003123727A true JP2003123727A (ja) | 2003-04-25 |
| JP4016631B2 JP4016631B2 (ja) | 2007-12-05 |
Family
ID=19134441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001316419A Expired - Fee Related JP4016631B2 (ja) | 2001-10-15 | 2001-10-15 | リチウムイオン電池の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4016631B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003162991A (ja) * | 2001-11-27 | 2003-06-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電池用セパレータの製造方法および電池用セパレータならびにそれを用いた電池 |
| US11342544B2 (en) | 2013-06-25 | 2022-05-24 | Quantumscape Battery, Inc. | Pulse plating of lithium material in electrochemical devices |
| US11735780B2 (en) * | 2017-03-10 | 2023-08-22 | Quantumscape Battery, Inc. | Metal negative electrode ultrasonic charging |
-
2001
- 2001-10-15 JP JP2001316419A patent/JP4016631B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003162991A (ja) * | 2001-11-27 | 2003-06-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電池用セパレータの製造方法および電池用セパレータならびにそれを用いた電池 |
| US11342544B2 (en) | 2013-06-25 | 2022-05-24 | Quantumscape Battery, Inc. | Pulse plating of lithium material in electrochemical devices |
| US11355740B2 (en) | 2013-06-25 | 2022-06-07 | Quantumscape Battery, Inc. | Pulse plating of lithium matertal in electrochemical devices |
| US12027690B2 (en) | 2013-06-25 | 2024-07-02 | Quantumscape Battery, Inc. | Pulse plating of lithium material in electrochemical devices |
| US11735780B2 (en) * | 2017-03-10 | 2023-08-22 | Quantumscape Battery, Inc. | Metal negative electrode ultrasonic charging |
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|---|---|
| JP4016631B2 (ja) | 2007-12-05 |
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