JP2010040277A - 電池用電極、電池用電極の製造方法、電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】接触抵抗の低い電池用電極を提供する。
【解決手段】集電体と、前記集電体の表面に形成された活物質層とを有する電池用電極であって、前記活物質層には、活物質と、導電材が含まれ、前記導電材には、金属材料が含まれる。
【選択図】図２
【解決手段】集電体と、前記集電体の表面に形成された活物質層とを有する電池用電極であって、前記活物質層には、活物質と、導電材が含まれ、前記導電材には、金属材料が含まれる。
【選択図】図２
Description
本発明は、電池用電極、電池用電極の製造方法、電池に関する。
近年、環境問題等に対し、例えば、自動車業界にあっては、二酸化炭素排出量の低減のため、モータ駆動用電池の開発が進められている。モータ駆動用電池としては、高出力、高寿命、小型化等の観点からリチウムイオン二次電池が開発されている。そして、リチウムイオン二次電池の電極は、例えば、集電体と、集電体の表面に形成された活物質を含む活物質層等で構成されている（例えば、特許文献１を参照）。
ところで、上記のように構成された電池では内部抵抗が高い、という課題があった。
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［適用例１］本適用例にかかる電池用電極は、集電体と、前記集電体の表面に形成された活物質層とを有する電池用電極であって、前記活物質層には、活物質と、導電材が含まれ、前記導電材には、金属材料が含まれることを特徴とする。
この構成によれば、金属材料を含むことにより、良好な電子伝導性が確保されるので、内部抵抗を低減させることができる。
［適用例２］上記適用例にかかる電池用電極は、前記金属材料は、前記集電体と同一の材質であることを特徴とする。
この構成によれば、金属材料と集電体の材質を同一にすることで、集電体と活物質層との導電性をさらに向上させることができる。
［適用例３］上記適用例にかかる電池用電極は、前記金属材料は、金属微粒子であり、かつ、前記活物質層における前記金属微粒子の濃度が、前記活物質層の表面側から前記集電体側に向かって増加することを特徴とする。
この構成によれば、活物質層と集電体との間の界面領域における電子伝導性を高めることができる。
［適用例４］上記適用例にかかる電池用電極は、前記活物質層は、前記集電体の表面に形成された前記金属材料からなる凸形状を有する導電部を含むことを特徴とする。
この構成によれば、活物質層の内部に導電部を形成することにより、活物質層の厚み方向に電子の導電パスが形成されるので、内部抵抗を低減することができる。
［適用例５］本適用例にかかる電池は、正極と、電解質層と、負極とを有する電池であって、前記正極または前記負極の少なくとも一方が、上記の電池用電極を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、内部抵抗が低減された電池を提供することができる。この場合の電池としては、例えば、リチウムイオン二次電池の構成に採用することができる。そして、高出力が要求される車両や電動工具等の他、電子機器等への搭載に適用することができる。
［適用例６］本適用例にかかる電池用電極の製造方法は、集電体と、活物質層とを有する電池用電極の製造方法であって、前記集電体の表面に、前記活物質層の材料となる液状体を塗布して、前記活物質層を形成する活物質層形成工程を有し、前記活物質層形成工程における前記液状体には、活物質と、導電材が含まれ、前記導電材には、前記集電体と前記活物質との電子の導電性を促進させる金属材料を含むことを特徴とする。
この構成によれば、金属材料を含むことにより、良好な電子伝導性が確保されるので、内部抵抗を低減させることができる。
［適用例７］上記適用例にかかる電池用電極の製造方法は、前記活物質層形成工程における前記金属材料は、前記集電体と同一の材質であることを特徴とする。
この構成によれば、金属材料と集電体の材質を同一にすることで、さらに、電子伝導性を高めることができる。
［適用例８］上記適用例にかかる電池用電極の製造方法は、前記活物質層形成工程では、前記液状体に含まれる前記金属材料が金属微粒子であり、前記活物質層における前記金属材料の濃度が、前記活物質層の表面側から前記集電体側に向かって増加するように、前記金属微粒子の濃度が異なる前記液状体を塗布することを特徴とする。
この構成によれば、活物質層と集電体との間の界面領域における電子伝導性を高めることができる。
［適用例９］上記適用例にかかる電池用電極の製造方法では、前記活物質層形成工程は、前記集電体の表面に、前記金属材料を含む前記液状体を塗布して、凸形状の導電部を形成する導電部形成工程を含むことを特徴とする。
この構成によれば、活物質層の内部に導電部を形成することにより、活物質層の厚み方向に電子の導電パスが形成されるので、内部抵抗を低減することができる。
以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参考にしながら説明する。なお、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材ごとに縮小を異ならせて図示している。
［第１実施形態］
（電池の構成）
まず、本発明にかかる電池の構成について説明する。図１は、電池の構成を示す断面図である。本実施形態では、バイポーラ型のリチウムイオン二次電池（以下、「バイポーラ電池」とも称する）を例に挙げて説明する。
（電池の構成）
まず、本発明にかかる電池の構成について説明する。図１は、電池の構成を示す断面図である。本実施形態では、バイポーラ型のリチウムイオン二次電池（以下、「バイポーラ電池」とも称する）を例に挙げて説明する。
バイポーラ電池１は、積層された電池用電極１０と、積層された電池用電極１０の間に配置された電解質層９と、これらを外装するシート材５等で構成されている。より具体的には、電池用電極１０は、集電体１１のそれぞれの面に正極活物質層１５と負極活物質層１９とで構成されている（電池用電極の詳細については後述する）。そして、電池用電極１０は、一方の電池用電極１０の正極活物質層１５と他方の電池用電極１０の負極活物質層１９とが対向するように電解質層９を介して積層されている。なお、電池用電極１０の積層数は特に限定されない。
また、電池用電極１０の外周は、隣接する集電体１１間を絶縁するための絶縁層２が設けられている。積層された電池用電極１０のうち最外層に位置する最外層集電体１１ａ’，１１ｂ’には、片面にのみ正極活物質層１５または負極活物質層１９が形成されている。そして、正極側最外層集電体１１ａ’が延長されて正極端子６としてシート材５から導出されている。一方、負極側最外層集電体１１ｂ’が延長されて負極端子７としてシート材５から導出されている。
電解質層９の電解質としては、液体電解質またはポリマー電解質を用いることができる。
液体電解質は、有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）やプロピレンカーボネート（ＰＣ）等のカーボネート類が例示される。また、支持塩（リチウム塩）としては、ＬｉＢＥＴＩ等の活物質層に添加され得る化合物も採用することができる。
一方、ポリマー電解質は、電解液を含むゲル電解質と、電解液を含まない真正ポリマー電解質に分類される。
ゲル電解質は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマーに、上記の液体電解質が注入された構成を有する。マトリックスポリマーとして用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、およびこれらの共重合体等が挙げられる。
なお、電解質層９が液体電解質やゲル電解質から構成される場合には、電解質層９にセパレータを用いてもよい。セパレータとしては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンからなる微多孔膜が挙げられる。
真正ポリマー電解質は、上記のマトリックスポリマーに支持塩（リチウム塩）が溶解した構成を有し、有機溶剤を含まない。従って、電解質層９が真正ポリマー電解質で構成される場合には、液体漏れを防ぐことができる。
絶縁層２としては、絶縁性、活物質の脱落や水分の透侵を防ぐシール性、耐熱性等を有する材料を採用することができ、例えば、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴム等を用いることができる。
正極端子６、負極端子７としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼等を用いることができる。
シート材５としては、高分子−金属複合ラミネートシート等を用いることができる。
（電池用電極の構成）
次に、電池用電極の構成について説明する。図２は、本実施形態における電池用電極の構成を示す断面図である。本実施形態では、バイポーラ電極を例に挙げて説明する。
次に、電池用電極の構成について説明する。図２は、本実施形態における電池用電極の構成を示す断面図である。本実施形態では、バイポーラ電極を例に挙げて説明する。
電池用電極１０は、正極集電体１１ａの面に形成された正極活物質層１５と、負極集電体１１ｂの面に形成された負極活物質層１９で構成されている。さらに、正極活物質層１５は、正極活物質と第１導電材を含む正極活物質部１２と正極集電体１１ａの面に形成された第２導電材としての金属材料からなる凸形状の第１導電部１３を含んでいる。また、負極活物質層１９は、負極活物質と第１導電材を含む負極活物質部１７と負極集電体１１ｂの面に形成された第３導電材としての金属材料からなる凸形状の第２導電部１８を含んでいる。
各集電体１１ａ，１１ｂは、アルミニウム箔、ニッケル箔、銅箔、ステンレス箔等、導電性の材料を採用することができる。本実施形態では、正極集電体１１ａの材料としてアルミニウム箔を採用し、負極集電体１１ｂの材料として銅箔を採用している。
正極活物質部１２の正極活物質としては、例えば、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ2）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ2Ｏ4）、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ4）、ニッケル／コバルト酸リチウム（ＬｉＮｉ1-xＣｏxＯ2）、ニッケル／マンガン酸リチウム（ＬｉＮｉ0.5Ｍｎ0.5Ｏ2）、ニッケル／マンガン／コバルト酸リチウム（ＬｉＮｉ1/3Ｍｎ1/3Ｃｏ1/3Ｏ2）、チタン酸リチウム（Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12）、硫化リチウム（Ｌｉ2Ｓ）等を用いることができる。また、上記の２種類以上の材料を併用してもよい。
正極活物質部１２の第１導電材は、例えば、アセチレンブラック、グラファイトなどのカーボン粉末や、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ（登録商標））等の種々の炭素繊維を採用することができる。
第１導電部１３は、例えば、正極集電体１１ａと同一材料であるアルミニウムを採用できる他、ニッケル、金、銀、銅等の金属材料も採用することができる。
負極活物質部１７の負極活物質としては、炭素・黒鉛（ＬｉＣ6）、チタン酸リチウム（Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12）、シリコン（Ｌｉ22Ｓｉ5）、リチウム（Ｌｉ）等を用いることができる。また、上記の２種類以上の材料を併用してもよい。
負極活物質部１７の第１導電材は、正極活物質部１２の第１導電材と同様の材料を用いることができる。
第２導電部１８は、例えば、負極集電体１１ｂと同一材料である銅を採用できる他、ニッケル、金、銀、銅等の金属材料も採用することができる。
（液滴吐出装置の構成）
次に、電池用電極１０の製造に用いられる液滴吐出装置の構成について説明する。本実施形態では、電池用電極１０の活物質層の材料となる液状体を塗布する方法として、液滴吐出法を例に説明する。図３は、液滴吐出法を可能とする液滴吐出装置の構成を示す斜視図である。
次に、電池用電極１０の製造に用いられる液滴吐出装置の構成について説明する。本実施形態では、電池用電極１０の活物質層の材料となる液状体を塗布する方法として、液滴吐出法を例に説明する。図３は、液滴吐出法を可能とする液滴吐出装置の構成を示す斜視図である。
図３において、液滴吐出装置３０は、活物質層の材料となる液状体を液滴として吐出するヘッド部５０を有するヘッド機構部３２と、ヘッド部５０から吐出された液滴の吐出対象であるワークＷを載置するワーク機構部３３と、ヘッド部５０に液状体を供給する材料供給部３４と、ヘッド部５０の保守を行うメンテナンス機構部３５と、これら各機構部および供給部を統括的に制御する制御部３６等を備えている。
液滴吐出装置３０は、床上に設置された複数の支持脚４１と、支持脚４１の上側に設置された定盤４２を備えている。定盤４２の上側には、ワーク機構部３３が定盤４２の長手方向（Ｘ軸方向）に延在するように配置されている。ワーク機構部３３の上方には、定盤４２に固定された２本の支持柱５２で支持されているヘッド機構部３２が、ワーク機構部３３と直交する方向（Ｙ軸方向）に延在して配置されている。また、定盤４２の一方の端部には、ヘッド機構部３２のヘッド部５０から連通して液状体を供給する材料供給部３４が配置されている。そして、ヘッド機構部３２の一方の支持柱５２近傍には、メンテナンス機構部３５がワーク機構部３３と並んでＸ軸方向に延在するように配置されている。さらに、定盤４２の下側には、制御部３６が備えられている。
ヘッド機構部３２は、液状体を吐出するヘッド部５０と、ヘッド部５０を懸架したヘッドキャリッジ５１と、ヘッドキャリッジ５１のＹ軸方向への移動をガイドするＹ軸ガイド５３と、Ｙ軸ガイド５３の側方にＹ軸ガイド５３と平行に設置されたＹ軸リニアモータ５４等を備えている。
ワーク機構部３３は、ヘッド機構部３２の下方に位置し、ヘッド機構部３２とほぼ同様の構成でＸ軸方向に延在するように配置されており、ワークＷを載置している載置台６１と、載置台６１の移動をガイドするＸ軸ガイド６３と、Ｘ軸ガイド６３の側方にＸ軸ガイド６３と平行に設置されたＸ軸リニアモータ６４等を備えている。これらの構成により、ヘッド部５０とワークＷとは、それぞれＹ軸方向およびＸ軸方向に往復自在に移動することができる。
ヘッド部５０に液状体を供給する材料供給部３４は、タンク７５と、ポンプ７４と、タンク７５からポンプ７４を経てヘッド部５０までを接続する流路チューブ７９とを備えている。
次に、ヘッド部５０に備えられた吐出ヘッドの構造について説明する。図４は、吐出ヘッドの構造を示し、図４（ａ）は一部破断した斜視図であり、同図（ｂ）は断面図である。
図４（ａ）において、吐出ヘッド１１０は、振動板１１４と、ノズルプレート１１５を備えている。振動板１１４とノズルプレート１１５との間には、液溜まり１１６が配置され、孔１１８を介して供給される液状体が常に充填されるようになっている。また、振動板１１４と、ノズルプレート１１５との間には、複数の隔壁１１２が位置している。そして、振動板１１４と、ノズルプレート１１５と、一対の隔壁１１２とによって囲まれた部分がキャビティ１１１である。キャビティ１１１は、ノズル１２０に対応して設けられているため、キャビティ１１１の数とノズル１２０の数とは同じである。キャビティ１１１には、一対の隔壁１１２間に位置する供給口１１７を介して、液溜まり１１６から液状体が供給される。
図４（ｂ）に示すように、振動板１１４上には、それぞれのキャビティ１１１に対応して振動子１１３が取り付けられている。振動子１１３は、ピエゾ素子１１３ｃと、ピエゾ素子１１３ｃを挟む一対の電極１１３ａ，１１３ｂを有する。この一対の電極１１３ａ，１１３ｂに駆動電圧を与えることで、対応するノズル１２０から液状体が液滴１２１となって吐出される。なお、液状体を吐出させるために、振動子１１３の代わりに電気熱変換素子を用いてもよく、電気熱変換素子による液状体の熱膨張を利用して、液滴として吐出することができる。
図３に戻り、次に、メンテナンス機構部３５について説明する。メンテナンス機構部３５は、キャッピングユニット８６、ワイピングユニット８７、およびフラッシングユニット８８のメンテナンスユニットを備えている。さらに、メンテナンスユニットを載置するメンテキャリッジ８１と、メンテキャリッジ８１の移動をガイドするメンテキャリッジガイド８２と、メンテキャリッジ８１と一体の螺合部８５と、螺合部８５が螺合するボールねじ８４と、ボールねじ８４を回転させるメンテモータ８３とを備えている。これにより、メンテモータ８３が正逆回転すると、ボールねじ８４が回転し、螺合部８５を介してメンテキャリッジ８１が、Ｘ軸方向に移動する。メンテキャリッジ８１がヘッド部５０のメンテナンスのために移動するときには、Ｙ軸ガイド５３に沿ってヘッド部５０が移動して、メンテナンスユニットの直上部に臨んでいる。これらのメンテナンスユニットにより、液滴吐出装置３０の非稼動時やワークＷを交換載置している加工待ち時などに、吐出ヘッド１１０の状態を保全して良好な吐出状態を保つことができる。
これらの構成により、ヘッド部５０とワークＷとは、それぞれＹ軸方向およびＸ軸方向に往復自在に移動することができる。
次に、以上述べた構成を制御する制御部３６の構成について説明する。図５は、制御部３６の構成を示すブロック図である。制御部３６は、指令部１３０と駆動部１４０とを備え、指令部１３０は、ＣＰＵ１３２、記憶手段としてのＲＯＭ１３３、ＲＡＭ１３４および入出力インターフェース１３１からなり、ＣＰＵ１３２が入出力インターフェース１３１を介して入力される各種信号を、ＲＯＭ１３３、ＲＡＭ１３４のデータに基づき処理し、入出力インターフェース１３１を介して駆動部１４０へ制御信号を出力する。
駆動部１４０は、ヘッドドライバ１４１、モータドライバ１４２、ポンプドライバ１４３及びメンテドライバ１４５から構成されている。モータドライバ１４２は、指令部１３０の制御信号により、Ｘ軸リニアモータ６４、Ｙ軸リニアモータ５４を制御し、ワークＷ、ヘッド部５０の移動を制御する。さらに、メンテモータ８３を制御してメンテナンス機構部３５の必要なユニットをメンテナンス位置へ移動させる。ヘッドドライバ１４１は、吐出ヘッド１１０からの液状体の吐出を制御し、モータドライバ１４２の制御と同調して、ワークＷ上の所定位置に吐出などが行えるようにする。また、ポンプドライバ１４３は、液状体の吐出状態に対応してポンプ７４を制御し、吐出ヘッド１１０への供給を最適に制御する。そして、メンテドライバ１４５は、メンテナンス機構部３５のキャッピングユニット８６、ワイピングユニット８７およびフラッシングユニット８８を制御する。
（電池用電極の製造方法）
次に、電池用電極の製造方法について説明する。図６は、第１実施形態における電池用電極の製造方法を示す工程図である。
次に、電池用電極の製造方法について説明する。図６は、第１実施形態における電池用電極の製造方法を示す工程図である。
まず、正極活物質層形成工程について説明する。図６（ａ）の第１導電部形成工程では、正極集電体１１ａの面に、第１導電部１３の材料となる第１液状体を塗布する。具体的には、液滴吐出装置３０の吐出ヘッド１１０から正極集電体１１ａの面の所定領域に向けて第１液状体を液滴１２１として吐出して、正極集電体１１ａに第１液状体１３ａを塗布する。本実施形態では、正極集電体１１ａの面に対して点在するように、第１液状体１３ａを塗布する。第１液状体１３ａは、例えば、溶媒と金属材料のアルミニウム微粒子を含む液状体を用いる。そして、塗布された第１液状体１３ａを乾燥処理等により固化し、凸形状の第１導電部１３を形成する。
次に、図６（ｂ）に示すように、正極集電体１１ａの面および第１導電部１３に、正極活物質部１２の材料となる第２液状体を塗布する。具体的には、液滴吐出装置３０の吐出ヘッド１１０から正極集電体１１ａの面および第１導電部１３に向けて第２液状体を液滴１２１として吐出して、正極集電体１１ａおよび第１導電部１３に第２液状体１２ａを塗布する。第２液状体１２ａは、例えば、溶媒と正極活物質としてのマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ2Ｏ4）と第１導電材としてのアセチレンブラックを含む液状体を用いる。そして、塗布された第２液状体１２ａを乾燥処理等により固化し、正極活物質部１２を形成する。
上記の工程を経ることにより、正極活物質部１２と第１導電部１３を有する正極活物質層１５が形成される（図６（ｃ））。
次に、負極活物質層形成工程について説明する。図６（ｃ）の第２導電部形成工程では、負極集電体１１ｂの面に、第２導電部１８の材料となる第３液状体を塗布する。具体的には、液滴吐出装置３０の吐出ヘッド１１０から負極集電体１１ｂに向けて第３液状体を液滴１２１として吐出して、負極集電体１１ｂに第３液状体１８ａを塗布する。本実施形態では、負極集電体１１ｂの面に対して点在するように、第３液状体１８ａを塗布する。第３液状体１８ａは、例えば、溶媒と金属材料の銅微粒子を含む液状体を用いる。そして、塗布された第３液状体１８ａを乾燥処理等により固化し、凸形状の第２導電部１８を形成する。
次に、図６（ｄ）に示すように、負極集電体１１ｂの面および第２導電部１８に、負極活物質部１７の材料となる第４液状体を塗布する。具体的には、液滴吐出装置３０の吐出ヘッド１１０から負極集電体１１ｂの面および第２導電部１８に向けて第４液状体を液滴１２１として吐出して、負極集電体１１ｂおよび第２導電部１８に第４液状体１７ａを塗布する。第４液状体１７ａは、例えば、溶媒に負極活物質としてのチタン酸リチウム（Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12）と第１導電材としてのアセチレンブラックを含む液状体を用いる。そして、塗布された第４液状体１７ａを乾燥処理等により固化し、負極活物質部１７を形成する。
上記の工程を経ることにより、負極活物質部１７と第２導電部１８とを有する負極活物質層１９が形成される。そして、全体として電池用電極１０（バイポーラ電極）が形成される（図６（ｅ））。
従って、上記の第１実施形態によれば、以下に示す効果がある。
（１）各集電体１１ａ，１１ｂの面に第１及び第２導電部１３，１８を形成したことにより、各活物質層１５，１９における導電パスが構築される。このため、電子伝導性が向上し、内部抵抗を低減することができる。
（２）第１及び第２導電部１３，１８のそれぞれの材質とこれらに対応する各集電体１１ａ，１１ｂの材質を同一としたので、さらに、電子伝導性を向上させることができる。
（３）第１及び第２導電部１３，１８を凸状に形成したので、各活物質層１５，１９の厚み方向に対して効率よく、電子伝導性を確保することができる。
（４）各集電体１１ａ，１１ｂの表面に第１及び第２導電部１３，１８を形成することにより、各集電体１１ａ，１１ｂの表面形状が凹凸形状となって、各活物質部１２，１７との接触面積が増加する。従って、各集電体１１ａ，１１ｂと各活物質層１５，１９との接触抵抗を低減することができる。
［第２実施形態］
次に、本発明にかかる第２実施形態について説明する。なお、電池の基本的な構成、液滴吐出装置の基本的な構成は、第１実施形態と同様なので説明を省略する。
次に、本発明にかかる第２実施形態について説明する。なお、電池の基本的な構成、液滴吐出装置の基本的な構成は、第１実施形態と同様なので説明を省略する。
（電池用電極の構成）
図７は、本実施形態における電池用電極の構成を示す断面図である。本実施形態では、バイポーラ電極を例に挙げて説明する。
図７は、本実施形態における電池用電極の構成を示す断面図である。本実施形態では、バイポーラ電極を例に挙げて説明する。
電池用電極２００は、正極集電体１１ａの面に形成された正極活物質層２７０と、負極集電体１１ｂの面に形成された負極活物質層３３０で構成されている。さらに、正極活物質層２７０は、正極集電体１１ａの面に形成された第１正極活物質層２５０と第１正極活物質層２５０の上に形成された第２正極活物質層２６０で構成されている。また、負極活物質層３３０は、負極集電体１１ｂの面に形成された第１負極活物質層３１０と第１負極活物質層３１０の上に形成された第２負極活物質層３２０で構成されている。
また、正極活物質層２７０は、正極活物質と第１導電材と第２導電材としての金属材料を含み、負極活物質層３３０は、負極活物質と第１導電材と第３導電材としての金属材料を含んでいる。そして、各活物質層２７０，３３０に含まれる金属材料の濃度が、各活物質層２７０，３３０の表面側から各集電体１１ａ，１１ｂに向って増加している。
各集電体１１ａ，１１ｂは、アルミニウム箔、ニッケル箔、銅箔、ステンレス箔等、導電性の材料を採用することができる。本実施形態では、正極集電体１１ａの材料としてアルミニウム箔を採用し、負極集電体１１ｂの材料として銅箔を採用している。
正極活物質層２７０に含まれる正極活物質としては、例えば、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ2）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ2Ｏ4）、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ4）、ニッケル／コバルト酸リチウム（ＬｉＮｉ1-xＣｏxＯ2）、ニッケル／マンガン酸リチウム（ＬｉＮｉ0.5Ｍｎ0.5Ｏ2）、ニッケル／マンガン／コバルト酸リチウム（ＬｉＮｉ1/3Ｍｎ1/3Ｃｏ1/3Ｏ2）、チタン酸リチウム（Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12）、硫化リチウム（Ｌｉ2Ｓ）等を用いることができる。また、上記の２種類以上の材料を併用してもよい。
正極活物質層２７０に含まれる第１導電材は、例えば、アセチレンブラック、グラファイトなどのカーボン粉末や、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ（登録商標））等の種々の炭素繊維を採用することができる。
正極活物質層２７０に含まれる第２導電材としての金属材料は、例えば、正極集電体１１ａと同一材料であるアルミニウムを採用することが好ましいが、その他、ニッケル、金、銀、銅等の金属材料も採用することができる。
負極活物質層３３０の負極活物質としては、炭素・黒鉛（ＬｉＣ6）、チタン酸リチウム（Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12）、シリコン（Ｌｉ22Ｓｉ5）、チウム（Ｌｉ）等を用いることができる。また、上記の２種類以上の材料を併用してもよい。
負極活物質層３３０の第１導電材は、正極活物質部１２の第１導電材と同様の材料を用いることができる。
負極活物質層３３０に含まれる第３導電材としての金属材料は、例えば、負極集電体１１ｂと同一材料である銅を採用することが好ましいが、その他、ニッケル、金、銀、銅等の金属材料も採用することができる。
（電池用電極の製造方法）
次に、電池用電極の製造方法について説明する。
次に、電池用電極の製造方法について説明する。
まず、正極活物質層形成工程について説明する。図８（ａ）に示すように、正極集電体１１ａの面に、第１正極活物質層２５０の材料となる第１液状体を塗布する。具体的には、液滴吐出装置３０の吐出ヘッド１１０から正極集電体１１ａの面に向けて第１液状体を液滴１２１として吐出して、正極集電体１１ａに第１液状体２５０ａを塗布する。第１液状体２５０ａは、例えば、溶媒と正極活物質としてのマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ2Ｏ4）と第１導電材としてのアセチレンブラックと所定の濃度に調整された第２導電材としての金属材料のアルミニウム微粒子を含む液状体を用いる。そして、塗布された第１液状体２５０ａは自然乾燥等により粘度が高まり、液状状態の第１正極活物質層２５０ｂが形成される。
次に、図８（ｂ）に示すように、液状状態の第１正極活物質層２５０ｂの上に、第２正極活物質層２６０の材料となる第２液状体を塗布する。具体的には、液滴吐出装置３０の吐出ヘッド１１０から液状状態の第１正極活物質層２５０ｂに向けて第２液状体を液滴１２１として吐出して、第２液状体２６０ａを塗布する。第２液状体２６０ａは、例えば、溶媒と正極活物質としてのマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ2Ｏ4）と第１導電材としてのアセチレンブラックと所定の濃度に調整された第２導電材としての金属材料のアルミニウム微粒子を含む液状体を用いる。
そして、液状状態の第１正極活物質層２５０ｂと第２液状体２６０ａを乾燥処理等により固化し、第１正極活物質層２５０と第２正極活物質層２６０を形成する。これにより、正極活物質層２７０が形成される（図８（ｃ））。
ここで、第１液状体２５０ａに含まれるアルミニウム微粒子の濃度は、第２液状体２６０ａに含まれるアルミニウム微粒子の濃度よりも高くなるように濃度調整される。従って、第１正極活物質層２５０に含まれるアルミニウム微粒子の濃度は、第２正極活物質層２６０に含まれるアルミニウム微粒子の濃度よりも高くなり、正極集電体１１ａの表面側に向ってアルミニウム微粒子の濃度が増加する濃度勾配を有する正極活物質層２７０が形成される。
次に、負極活物質層形成工程について説明する。図８（ｃ）に示すように、負極集電体１１ｂの面に、第１負極活物質層３１０の材料となる第３液状体を塗布する。具体的には、液滴吐出装置３０の吐出ヘッド１１０から負極集電体１１ｂの面に向けて第３液状体を液滴１２１として吐出して、負極集電体１１ｂに第３液状体３１０ａを塗布する。第３液状体３１０ａは、例えば、溶媒と負極活物質としてのチタン酸リチウム（Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12）と第１導電材としてのアセチレンブラックと所定の濃度に調整された第３導電材としての金属材料の銅微粒子を含む液状体を用いる。そして、塗布された第３液状体３１０ａは自然乾燥等により粘度が高まり、液状状態の第１負極活物質層３１０ｂが形成される。
次に、図８（ｄ）に示すように、液状状態の第１負極活物質層３１０ｂの上に、第２負極活物質層３２０の材料となる第４液状体を塗布する。具体的には、液滴吐出装置３０の吐出ヘッド１１０から液状状態の第１負極活物質層３１０ｂに向けて第４液状体を液滴１２１として吐出して、第４液状体３２０ａを塗布する。第４液状体３２０ａは、例えば、溶媒と負極活物質としてのチタン酸リチウム（Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12）と第１導電材としてのアセチレンブラックと所定の濃度に調整された第３導電材としての金属材料の銅微粒子を含む液状体を用いる。
そして、液状状態の第１負極活物質層３１０ｂと第４液状体３２０ａを乾燥処理等により固化し、第１負極活物質層３１０と第２負極活物質層３２０を形成する。これにより、負極活物質層３３０が形成される（図８（ｅ））。
ここで、第３液状体３１０ａに含まれる銅微粒子の濃度は、第４液状体３２０ａに含まれる銅微粒子の濃度よりも高くなるように濃度調整される。従って、第１負極活物質層３１０に含まれる銅微粒子の濃度は、第２負極活物質層３２０に含まれる銅微粒子の濃度よりも高くなり、負極集電体１１ｂの表面側に向って銅微粒子の濃度が増加する濃度勾配を有する負極活物質層３３０が形成される。
上記の工程を経ることによって、電池用電極２００（バイポーラ電極）が形成される。
従って、上記の第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加え、以下に示す効果がある。
（１）各集電体１１ａ，１１ｂ側に向かうほど金属材料の濃度が増加することにより、集電体側での電子伝導性を促進させることができる。
（２）第１正極活物質層２５０と第２正極活物質層２６０の形成において、液状状態の第１正極活物質層２５０ｂの上に第２正極活物質層２６０の材料となる第２液状体２６０ａを塗布し、その後、固化するので、各活物質層間における接触抵抗を低減させることができる。
なお、上記の実施形態に限定されるものではなく、以下のような変形例が挙げられる。
（変形例１）上記実施形態では、各集電体１１ａ，１１ｂのそれぞれの正極または負極活物質層１５，１９に金属材料を含めたが、これに限定されない。いずれか一方の活物質層にのみ金属材料を含めた構成としてもよい。このようにしても、上記の効果と同様の効果を得ることができる。
（変形例２）第２実施形態では、各活物質層２７０，３３０のそれぞれを２層構造としたが、この構造に限定されない。例えば、一層或いは三層以上の構造としてもよい。この場合において、活物質層に含まれる金属材料の濃度を活物質層の表面側から集電体側に向けて濃度が高くなるように形成すればよい。このようにしても、活物質層に金属材料の濃度勾配を形成することができる。
１…電池としてのバイポーラ電池、９…電解質層、１０，２００…電池用電極、１１…集電体、１１ａ…正極集電体、１１ｂ…負極集電体、１２…正極活物質部、１３…第１導電部、１２ａ，１３ａ，１７ａ，１８ａ，２５０ａ，２６０ａ，３１０ａ，３２０ａ…液状体、１５…正極活物質層、１７…負極活物質部、１８…第２導電部、１９…負極活物質層、３０…液滴吐出装置、１１０…吐出ヘッド、２５０…第１正極活物質層、２６０…第２正極活物質層、２７０…正極活物質層、３１０…第１負極活物質層、３２０…第２負極活物質層、３３０…負極活物質層。
Claims (9)
- 集電体と、前記集電体の表面に形成された活物質層とを有する電池用電極であって、
前記活物質層には、活物質と、導電材が含まれ、
前記導電材には、金属材料が含まれることを特徴とする電池用電極。 - 請求項１に記載の電池用電極において、
前記金属材料は、前記集電体と同一の材質であることを特徴とする電池用電極。 - 請求項１または２に記載の電池用電極において、
前記金属材料は、金属微粒子であり、かつ、
前記活物質層における前記金属微粒子の濃度が、前記活物質層の表面側から前記集電体側に向かって増加することを特徴とする電池用電極。 - 請求項１または２に記載の電池用電極において、
前記活物質層は、
前記集電体の表面に形成された前記金属材料からなる凸形状を有する導電部を含むことを特徴とする電池用電極。 - 正極と、電解質層と、負極とを有する電池であって、
前記正極または前記負極の少なくとも一方が、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電池用電極を備えたことを特徴とする電池。 - 集電体と、活物質層とを有する電池用電極の製造方法であって、
前記集電体の表面に、前記活物質層の材料となる液状体を塗布して、前記活物質層を形成する活物質層形成工程を有し、
前記活物質層形成工程における前記液状体には、活物質と、導電材が含まれ、
前記導電材には、前記集電体と前記活物質との電子の導電性を促進させる金属材料を含むことを特徴とする電池用電極の製造方法。 - 請求項６に記載の電池用電極の製造方法であって、
前記活物質層形成工程における前記金属材料は、前記集電体と同一の材質であることを特徴とする電池用電極の製造方法。 - 請求項６または７に記載の電池用電極の製造方法であって、
前記活物質層形成工程では、
前記液状体に含まれる前記金属材料が金属微粒子であり、前記活物質層における前記金属材料の濃度が、前記活物質層の表面側から前記集電体側に向かって増加するように、前記金属微粒子の濃度が異なる前記液状体を塗布することを特徴とする電池用電極の製造方法。 - 請求項６または７に記載の電池用電極の製造方法において、
前記活物質層形成工程は、
前記集電体の表面に、前記金属材料を含む前記液状体を塗布して、凸形状の導電部を形成する導電部形成工程を含むことを特徴とする電池用電極の製造方法。
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