JP2010080392A

JP2010080392A - 電池用電極及びその製造方法

Info

Publication number: JP2010080392A
Application number: JP2008250231A
Authority: JP
Inventors: Natsuki Toyoda; 夏樹豊田; Haruyoshi Ishii; 張愛石井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-09-29
Filing date: 2008-09-29
Publication date: 2010-04-08

Abstract

【課題】リード部の折れ曲がり不良を低減することが可能な電池用電極及びその製造方法とを提供する。
【解決手段】金属箔製の集電体と、前記集電体から延出された金属箔製のリード部５と、前記集電体の両面と、前記リード部５の付け根部分Ｘを含む領域６とに形成された活物質含有層とを具備することを特徴とする電池用電極。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車等の電源として使用する大電流用途のリチウムイオン二次電池に適用可能な電池用電極及びその製造方法に関するものである。

リチウムイオン二次電池の電極へのリード形成方法としては、金属箔からなる集電体の未塗工部にリードを溶接する方法や、金属箔からなる集電体の未塗工部を打ち抜き加工等によりリードに加工する方法が知られている。大電流用途のリチウムイオン二次電池には、後者の方が容易にリードの枚数を増やすことが出来るため有利である。

後者の方法が例えば特許文献１に開示されている。特許文献１には、集電体表面の電極長さ方向端部に連続して形成した活物質層が配されない部分の幅を１〜１０ｍｍとし、活物質層が配されない集電体部分には集電体を延長したリード片を所定間隔で多数形成した後、活物質層を厚さ方向に圧縮する電池用電極の製造方法が記載されている。

特許文献１に記載の方法によると、集電体を延長したリード片と活物質層との間に、活物質層が配されない部分が設けられるため、単位体積当たりの容量面に課題がある。
特開平１１−３１２５１７

本発明の目的は、リード部の折れ曲がり不良を低減することが可能な電池用電極及びその製造方法とを提供することを目的とする。

本発明に係る電池用電極は、金属箔製の集電体と、
前記集電体から延出された金属箔製のリード部と、
前記集電体の両面と、前記リード部の付け根部分を含む領域とに形成された活物質含有層と
を具備することを特徴とする。

本発明に係る電池用電極の製造方法は、金属箔製の集電体と、前記集電体から延出された金属箔製のリード部と、前記集電体の両面と、前記リード部の付け根部分を含む領域とに形成された活物質含有層とを具備する電池用電極の製造方法であって、
金属箔の両面に少なくとも、前記リード部が形成される一端部を除いて、活物質含有層を形成する工程と、
前記金属箔を裁断することにより、両面に前記活物質含有層が形成された前記集電体及び前記領域に前記活物質含有層が形成された前記リード部を得る工程と、
前記活物質含有層を厚さ方向に圧縮する工程と
を具備することを特徴とする。

本発明によれば、リード部の折れ曲がり不良を低減することが可能な電池用電極及びその製造方法とを提供することができる。

本発明の電池用電極は、金属箔製の集電体と、前記集電体から延出された金属箔製のリード部と、前記集電体の両面と、前記リード部の付け根部分を含む領域とに形成された活物質含有層とを具備する。

ここで、リード部の付け根部分とは、集電体のリード部が延出している辺と同位置にあるリード部末端部分をいう。

リチウムイオン二次電池のような非水電解質電池に用いられる電極群には、正極と負極をその間にセパレータを介して扁平状もしくは円筒状に捲回した電極群や、正極と負極をその間にセパレータを介して積層した電極群等が知られている。捲回式電極群の場合、金属箔からなる集電体の未塗工部にリード部を形成すると、リード部が金属箔からなるため、捲回工程等での電極の取り回しが難しく、リード部が折れ曲がったり、リード部を基点として電極が切断したりする問題が発生していた。

リード部の付け根部分を含む領域に活物質含有層を形成することによって、リード部の折れ曲がりに対する金属箔の強度を補うことができるため、電極群を作製する際の電極の取り扱いが容易となる。

また、領域の幅をリード部の付け根部分から３ｍｍ以下にすることによって、リード部の折れ曲がりに対する金属箔の強度を十分に高めることが可能となる。

本発明の電池用電極は、捲回式、積層型のいずれの電極群にも使用可能であるが、捲回式電極群に用いる場合、集電体は帯状で、集電体の長辺（捲回方向と平行な辺）からリード部が複数延出されていることが望ましい。この場合、リード部は、互いに対向する二辺が、集電体の長辺に対して９０度以上の角度を有していることが望ましい。このような二辺を有するリード部は、長方形もしくは台形状を有し、付け根部分の幅が先端の幅と同等もしくは広くなるため、捲回式電極群を作製するために電極を取りまわす際、リード付け根部分を基点として電極が切断するのを回避することができ、電極の取扱いが容易になる。また、リード部の付け根部分のコーナーをＲ形状にすることによって、電極の強度をより向上することができる。

本発明の電池用電極の製造方法は、金属箔の両面に少なくとも、リード部が形成される一端部を除いて、活物質含有層を形成する工程と、前記金属箔を裁断することにより、両面に活物質含有層が形成された集電体と、リード付け根部分を含む領域に活物質含有層が形成されたリード部とを得る工程と、活物質含有層を厚さ方向に圧縮する工程とを具備する。

金属箔からなる集電体の両面に活物質を含むスラリーを塗工する場合、両面の塗工位置を完璧に一致させることは量産的に不可能であり、少なからずズレを生じる。そのズレは３ｍｍ程度を見込んでおけば十分であり、また量産可能である。

しかしながら、集電体両面のスラリー塗工部にズレがある場合、片面のみスラリーが塗工されている部分は圧縮が不十分となり、両面にスラリーが塗工されている部分と比べて密度が低下する問題が生じる。また、片面のみスラリーが塗工されて圧縮された部分は密度が低いため、工程中で活物質の剥離が生じやすく、電池内部で活物質の剥離が起こった場合、内部ショートを引き起こす可能性があり、品質的に問題である。

さらに、両面にスラリーが塗工されている部分は、片面のみスラリーが塗工されている部分に比して大きな圧縮が加わるため、横方向に伸びが生じる。このため、スラリー未塗工部が形成されている電極をプレスする時には未塗工部の幅を狭くしたり、あるいはリードの幅を狭くしたりして、塗工部と未塗工部の電極の伸びの違いを吸収するように設計することが行われている。

また、大電流用途向けに電極を薄型化した場合、電極の積層枚数または捲回長さが増大するため、電極に活物質の未塗工部が残されていると、容量面で不利となる問題がある。

本願発明のように、リード部の付け根部分を含む領域に活物質含有層が形成されるように裁断することによって、塗工位置のズレにより片面のみに活物質含有層が形成されている部分がリードの付け根部分に用いられるため、両面に活物質含有層が形成されている部分を電極本体に使用することができる。その結果、均一な塗工量で均一な圧縮密度の部分のみを電極として用いることが出来るため、容量バラツキを低減することが出来る、また、電極として活物質未塗工部を極力排除することから、容量密度の観点からも有利である。さらに、片面のみ塗工されている部分を電極本体から除くことにより、集電体に対する密着性を均一にすることができ、電極剥離を抑制することが出来る。

また、裁断工程後に圧縮を行っているため、両面に活物質塗工部が形成されている部分の金属箔の圧縮による伸びと、リード部の圧縮による伸びとの違いが小さく、圧縮の際の電極のゆがみや湾曲を回避することができる。

活物質含有層を裁断する場合、バリが生じることがあるので、裁断工程後に圧縮を行なうことにより、バリを平滑化することができる。

本発明の実施形態を図１〜図３を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、積層型電極群に用いられる電極及びその製造工程を示す模式図である。

図１の（ａ）に示す通りに、矩形の金属箔１の四辺を除いた部分の両面に、活物質を含むスラリーを塗工した後、乾燥させ、塗工部の厚さ方向に圧縮（プレス）することにより、金属箔１の中央部分に活物質塗工部（活物質含有層）２ａを形成する。活物質塗工部２ａ，２ｂの周囲を囲んでいる、金属箔１が露出している部分は、未塗工部３である。

図１の（ｂ）に示す通りに、金属箔１の一方の面に形成された活物質塗工部２ａの塗工位置は、金属箔１の反対側の面に形成された活物質塗工部２ｂの塗工位置からズレており、そのズレ幅ｄ（活物質塗工部２ａの辺と活物質塗工部２ｂの辺との距離）は、３ｍｍ以下である。

次いで行われる裁断工程によって、活物質塗工部２ａ，２ｂが形成されている部分から電極本体４（両面に活物質含有層の形成された集電体）を打ち抜くと共に、リード部５の付け根部分Ｘを含む領域６に活物質含有層が形成されるように未塗工部３及び活物質塗工部２ａ，２ｂを打ち抜く。これにより、塗工位置のずれた部分をリード部５の領域６に用いることができるため、リード部５が突出した辺とこれと対向する辺については、両面ともに活物質含有層で覆うことができる。また、残りの互いに対向する二辺については、片面のみに活物質塗工部が形成されている部分を切除する。その結果、図１の（ｄ）に示すように、集電体の両面が活物質含有層で覆われる。

その後、活物質塗工部の厚さ方向に圧縮しても良い。これにより、均一な塗工量で均一な圧縮密度の部分のみを電極として用いることが出来るため、容量バラツキを低減することが出来る。また、電極として活物質未塗工部を極力排除することから、容量密度の観点からも有利である。さらに、片面のみ塗工されている部分を裁断することにより、集電体に対する密着性が均一であり、電極剥離を抑制することが出来る。

また、未塗工部３からリード部５を打ち抜いた後に圧縮を行うことにより、両面に活物質塗工部が形成されている部分の金属箔の圧縮時の伸びと、リード部の圧縮時の伸びとの違いが小さくなり、圧縮の際の電極のゆがみや湾曲を回避することができる。

さらに、活物質塗工部を裁断する場合、バリが生じることがあるので、裁断後に活物質の圧縮を行なうことにより、バリを平滑化することができる。

上記方法により製造された電極では、リード部５の付け根部分Ｘを含む領域６に活物質含有層が形成されているため、リード部５の折れ曲がりに対する金属箔の強度を補うことができる。よって、電極群を作製する際の電極の取り扱いが容易となる。

また、領域６の幅Ｗをリード部の付け根部分から３ｍｍ以下にすることによって、リード部の折れ曲がりに対する金属箔の強度を十分に高めることが可能となる。

（第２の実施形態）
図２は、捲回式電極群に用いられる電極及びその製造工程を示す模式図である。

図２の（ａ）に示す通りに、帯状の金属箔１の両方の長辺と片方の短辺とを除いた部分の両面に、活物質を含むスラリーを塗工した後、乾燥させることにより、活物質塗工部（活物質含有層）２ａ，２ｂを形成する。活物質塗工部２ａ，２ｂが形成されておらず、金属箔１が露出している部分を、未塗工部３と呼ぶ。金属箔１の短辺の両側に位置する未塗工部３のうち、幅の広い未塗工部３（図２では上部に位置する未塗工部３）に、後述する裁断工程によってリード部５が複数形成される。

金属箔１の一方の面に形成された活物質塗工部２ａの塗工位置は、金属箔１の反対側の面に形成された活物質塗工部２ｂの塗工位置からズレており、そのズレ幅ｄは、３ｍｍ以下に収まっている。

次いで行われる裁断工程によって、活物質塗工部２ａ，２ｂが形成されている部分から電極本体４（両面に活物質含有層の形成された集電体）を打ち抜くと共に、リード部５の付け根部分Ｘを含む領域に活物質含有層が形成されるように未塗工部３及び活物質塗工部２ａ，２ｂを打ち抜く。これにより、塗工位置のずれた部分をリード部５の当該領域に用いることができるため、両方の長辺については、両面ともに活物質含有層で覆うことができる。また、残りの二辺（短辺）については、片面のみに活物質塗工部が形成されている部分を切除する。その結果、集電体の両面が活物質含有層で覆われる。

その後、活物質塗工部の厚さ方向に圧縮することによって、均一な塗工量で均一な圧縮密度の部分のみを電極として用いることが出来るため、容量バラツキを低減することが出来る。また、電極として活物質未塗工部を極力排除することから、容量密度の観点からも有利である。さらに、片面のみ塗工されている部分を裁断することにより、集電体に対する密着性が均一であり、電極剥離を抑制することが出来る。

また、未塗工部３からリード部を打ち抜いた後に圧縮を行っているため、両面に活物質塗工部が形成されている部分の金属箔の圧縮時の伸びと、リード部の圧縮時の伸びとの違いが小さくなり、圧縮の際の電極のゆがみや湾曲を回避することができる。

さらに、活物質塗工部を裁断する場合、バリが生じることがあるので、裁断後に圧縮を行なうことにより、バリを平滑化することができる。

上記方法により製造された電極では、リード部５の付け根部分Ｘを含む領域に活物質含有層が形成されているため、リード部５の折れ曲がりに対する金属箔の強度を補うことができる。よって、電極群を作製する際の電極の取り扱いが容易となる。

また、領域の幅Ｗをリード部の付け根部分から３ｍｍ以下にすることによって、リード部の折れ曲がりに対する金属箔の強度を十分に高めることが可能となる。

（第３の実施形態）
図２に示す電極の複数のリード部５は、図３に示すように、互いに対向する二辺Ｙが、集電体の長辺（捲回方向に平行な辺）Ｌに対して９０度を超える角度θで傾斜していることが望ましい。このような二辺Ｙを有するリード部は、台形状を有し、付け根部分の幅が先端の幅に比して広くなるため、捲回式電極群を作製するために電極を取りまわす際、リード付け根部分を基点として電極が切断するのを回避することができ、電極の取扱いが容易になる。また、リード部の付け根部分をＲ形状にすることによって、リード部５の強度をさらに向上することができる。

本発明に係る電池用電極は、非水電解質電池用電極に適用することができる。

金属箔としては、例えば、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔等を使用することができる。アルミニウム箔及びアルミニウム合金箔の平均結晶粒径は５０μｍ以下にすることが望ましい。より好ましい平均結晶粒径は、３μｍ以下である。また、平均結晶粒径の下限値は０．０１μｍにすることが望ましい。

アルミニウムおよびアルミニウム合金の平均結晶粒径は、以下に説明する方法で測定される。集電体表面の組織を金属顕微鏡観察し、１ｍｍ×１ｍｍの視野内に存在する結晶粒子数ｎを測定し、下記（０）式より平均結晶粒子面積Ｓ（μｍ²）を算出する。

Ｓ＝（１×１０⁶）／ｎ（０）
ここで、（１×１０⁶）で表わされる値は１ｍｍ×１ｍｍの視野面積（μｍ²）で、ｎは結晶粒子数である。得られた平均結晶粒子面積Ｓを用いて下記（１）式から平均結晶粒径ｄ（μｍ）を算出した。このような平均結晶粒径ｄの算出を５箇所（５視野）について行ない、その平均値を平均結晶粒径とした。なお、想定誤差は約５％である。

ｄ＝２（Ｓ／π）^1/2 （１）
アルミニウムの純度は、耐食性の向上および高強度化のため、９９．９９％以上が好ましい。アルミニウム合金としては、アルミニウムの他に、鉄、マグネシウム、亜鉛、マンガン及びケイ素よりなる群から選択される１種類以上の元素を含む合金が好ましい。例えば、Ａｌ−Ｆｅ合金、Ａｌ−Ｍｎ系合金およびＡｌ−Ｍｇ系合金は、アルミニウムよりさらに高い強度を得ることが可能である。一方、アルミニウムおよびアルミニウム合金中のニッケル、クロムなどの遷移金属の含有量は１００ｐｐｍ以下（０ｐｐｍを含む）にすることが好ましい。アルミニウム合金中のアルミニウム含有量は、９５重量％以上、９９．５重量％以下にすることが望ましい。より好ましいアルミニウム含有量は、９８重量％以上、９９．５重量％以下である。

金属箔の厚さは、高容量化のため、２０μｍ以下が好ましい。より好ましい範囲は１２μｍ以下である。また、厚さの下限値は、３μｍにすることが望ましい。

負極活物質としては、リチウムを吸蔵放出する物質を使用することができ、例えば、炭素質物、金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、合金などが挙げられる。

炭素質物としては、例えば、黒鉛質材料もしくは炭素質材料（例えば、黒鉛、コークス、炭素繊維、球状炭素、熱分解気相炭素質物、樹脂焼成体など）を挙げることができる。

負極活物質のリチウム吸蔵電位は、０．４Ｖ（vs.Li/Li⁺）以上であることが好ましい。これにより、負極集電体のアルミニウム成分とリチウムとの合金化反応の進行および負極集電体の微紛化を抑制できる。さらに、リチウム吸蔵電位は、０．４Ｖ（vs.Li/Li⁺）以上、３Ｖ（vs.Li/Li⁺）以下の範囲であることが好ましい。これにより、電池電圧を向上させることができる。さらに好ましい電位範囲は、０．４Ｖ（vs.Li/Li⁺）以上、２Ｖ（vs.Li/Li⁺）以下である。

０．４Ｖ（vs.Li/Li⁺）以上、３Ｖ（vs.Li/Li⁺）以下の範囲でリチウムを吸蔵することが可能な金属酸化物としては、例えばＴｉＯ₂などのチタン酸化物、例えばスピネル型｛Ｌｉ_4+xＴｉ₅Ｏ₁₂（ｘは−１≦ｘ≦３）｝やラムスデライト型（Ｌｉ₂Ｔｉ₃Ｏ₇）などのリチウムチタン酸化物、例えばＷＯ₃などのタングステン酸化物、例えばＳｎＢ_0.4Ｐ_0.6Ｏ_3.1などのアモルファススズ酸化物、例えばＳｎＳｉＯ₃などのスズ珪素酸化物、例えばＳｉＯなどの酸化珪素などが挙げられる。

０．４Ｖ（vs.Li/Li⁺）以上、３Ｖ（vs.Li/Li⁺）以下の範囲でリチウムを吸蔵することが可能な金属硫化物としては、例えばＴｉＳ₂などの硫化リチウム、例えばＭｏＳ₂などの硫化モリブデン、例えばＦｅＳ、ＦｅＳ₂、Ｌｉ_xＦｅＳ₂などの硫化鉄等が挙げられる。

０．４Ｖ（vs.Li/Li⁺）以上、３Ｖ（vs.Li/Li⁺）以下の範囲でリチウムを吸蔵することが可能な金属窒化物としては、例えばＬｉ_xＣｏ_yＮ（０＜ｘ＜４，０＜ｙ＜０．５）などのリチウムコバルト窒化物等が挙げられる。

負極活物質としては、チタン酸リチウムが好ましい。これは、チタン酸リチウムのリチウム吸蔵電位が約１．５Ｖ（vs.Li/Li⁺）であり、アルミニウム箔集電体もしくはアルミニウム合金箔集電体に対して電気化学的に安定な材料であるためである。

負極活物質を含むスラリーは、例えば、負極活物質、導電剤及び結着剤を適当な溶媒に懸濁させることにより調製される。

電子伝導性を高め、集電体との接触抵抗を抑えるための導電剤として、炭素材料を用いることができる。例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、コークス、炭素繊維、黒鉛等を挙げることができる。

活物質と導電剤を結着させるための結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴム、スチレンブタジェンゴムなどが挙げられる。

一方、正極活物質としては、酸化物、硫化物、ポリマーなどが挙げられる。酸化物として、例えば、二酸化マンガン（ＭｎＯ₂）、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、例えばＬｉ_xＭｎ₂Ｏ₄またはＬｉ_xＭｎＯ₂などのリチウムマンガン複合酸化物、例えばＬｉ_xＮｉＯ₂などのリチウムニッケル複合酸化物、例えばＬｉ_xＣｏＯ₂などのリチウムコバルト複合酸化物、例えばＬｉＮｉ_1-yＣｏ_yＯ₂などのリチウムニッケルコバルト複合酸化物、例えばＬｉＭｎ_yＣｏ_1-yＯ₂などのリチウムマンガンコバルト複合酸化物、例えばＬｉ_xＭｎ_2-yＮｉ_yＯ₄などのスピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、例えばＬｉ_xＦｅＰＯ₄、Ｌｉ_xＦｅ_1-yＭｎ_yＰＯ₄、Ｌｉ_xＣｏＰＯ₄などのオリピン構造を有するリチウムリン酸化物、例えばＦｅ₂（ＳＯ₄）₃などの硫酸鉄、例えばＶ₂Ｏ₅などのバナジウム酸化物などが挙げられる。なお、ｘ、ｙは０〜１の範囲であることが好ましい。

例えば、ポリマーとしては、ポリアニリンやポリピロールなどの導電性ポリマー材料、ジスルフィド系ポリマー材料などが挙げられる。その他に、イオウ（Ｓ）、フッ化カーボンなども使用できる。好ましい正極活物質としては、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物、リチウムリン酸鉄などが挙げられる。これら活物質によると、高い正極電圧が得られる。

正極活物質を含むスラリーは、例えば、正極活物質、導電剤及び結着剤を適当な溶媒に懸濁させることにより調製される。

電子伝導性を高め、集電体との接触抵抗を抑えるための導電剤としては、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等を挙げることができる。

活物質と導電剤を結着させるための結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴムなどが挙げられる。

[実施例]
以下、本発明の実施例について、前述した図面を参照して説明する。なお、本発明の主旨を超えない限り、本発明は以下に掲載される実施例に限定されるものではない。

以下に本発明を、活物質にチタン酸リチウムを用いた非水電解質電池用負極を例に説明する。

（実施例１）
活物質であるリチウム吸蔵電位が１．５５Ｖ（vs.Li/Li⁺）のスピネル構造のチタン酸リチウム（Ｌｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂）粉末と、導電剤として炭素粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを重量比で９０：７：３となるように配合し、これらをｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶媒に分散してスラリーを調製した。厚さ１５μｍで、かつ平均結晶粒径が１μｍのアルミニウム箔（純度９９．９９％）の両面にスラリーを塗布した後、乾燥させた。

この際、金属箔の短辺の一方の端部に幅３５ｍｍ、もう一方の端部に幅１５ｍｍのスラリー未塗工部を残し、スラリーの塗工幅（金属箔の短辺に平行な塗工幅）は７０ｍｍとし、両面の活物質塗工位置のズレは３ｍｍ以下に調整した。

次に、該電極を裁断し、幅３５ｍｍの未塗工部側に複数のリード部を形成した。この時、リード部以外の部分には未塗工部が残らないようにし且つリード部の付け根に３ｍｍ以下の活物質塗工部分（活物質含有層）が残るように裁断した。さらにもう一方の端部も未塗工部が残らないように裁断した。したがって、裁断寸法よりも大きめの寸法でスラリーを塗工する必要があった。

次に、活物質含有層を厚さ方向に圧縮した後、裁断し、幅６０ｍｍ、長さ４５００ｍｍ、活物質含有層の厚み３５μｍの前述した図２に示す構造の負極を得た。活物質含有層部分の密度は約２．３ｇ／ｃｍ³となった。

（実施例２）
リード部の付け根部からの活物質含有層の幅Ｗを下記表１に示すように変更すること以外は、前述した実施例１で説明したのと同様な負極を作製した。なお、活物質含有層の幅が０ｍｍとは、リード部の付け根部から先端までに活物質含有層が形成されていないことを意味する。また、活物質含有層の幅が−１ｍｍとは、集電体に形成された活物質含有層の端部とリード部の付け根部との距離が１ｍｍであることを意味する。

各負極と正極との間にポリエチレン製の多孔質フィルムからなるセパレータを介在させ、これらを扁平状の渦巻きに捲回することにより電極群を作製した。正極の作製方法は以下の通りである。

活物質としてリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ₂）と、導電材として黒鉛粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを重量比で８７：８：５となるように配合し、これらをｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶媒に分散させてスラリーを調製した。厚さ１５μｍの平均結晶粒子径１０μｍのアルミニウム箔（純度９９．９９％）にスラリーを塗布し、乾燥した後、プレスすることにより電極密度３．５ｇ／ｃｍ³の正極を作製した。

上記捲回式電極群の作製工程における、リード部の折れ曲がり発生率を下記表１に示す。

表１から明らかなように、リード部の付け根に活物質含有層を３ｍｍ以下残した場合、リード部の折れ曲がり発生率が減少し、歩留を向上することが出来る。

（実施例３）
前述した実施例１の負極では、金属箔の両面の塗工位置について、少なからずの位置ズレが発生する。両面の塗工位置のズレを３ｍｍとし、スラリーの塗工幅（リード部を除いた短辺方向の塗工幅）と、裁断後の電極幅（リード部を除いた短辺方向の幅）とを下記表２に示すように変化させ、その際の電極両面の合計幅に対する塗工幅の比率を求め、その結果を下記表２に示す。

電極の裁断幅６０ｍｍに対し、塗工幅を６０ｍｍとした場合、塗工位置のズレが３ｍｍであるから、片面に未塗工部が残らないように裁断すると、裏面には３ｍｍ幅の未塗工部が残る。電極の裁断幅は両面とも６０ｍｍのため、これらの合計に対する未塗工部の割合を算出すると、未塗工部幅３ｍｍ／（表面の裁断幅６０ｍｍ＋裏面の裁断幅６０ｍｍ）＝２．５％の容量低下となる。表２の結果に示す通りに、裁断後の電極幅が狭いものほど影響が大きくなる。

本実施例では、裁断後の電極幅に対し塗工幅を１０ｍｍ余分に設定したが、両面の塗工位置のズレが３ｍｍ以下であれば、最小で３ｍｍの余分を塗工幅に持たせれば同等の効果が得られる。なお、裁断後の電極幅に対し塗工幅を１０ｍｍ余分に設定すると、リード部の付け根部からの活物質含有層の幅は１０ｍｍとなる。

また片面しか活物質含有層が形成されていない部分は、活物質の密度が低いため、剥離しやすく電池内部に活物質の剥離片が混入した場合、内部短絡による不具合を発生させる可能性がある。

（実施例４）
＜リード形状の違いによるリードの折れ曲がりの違いを比較＞
前述した実施例１の負極のリード部の互いに対向する二辺を捲回方向（長辺方向）に対して９０度未満（例えば８０度）の角度を持つように傾斜させると、正極とセパレータと負極とを捲回している間に負極が切断される場合が生じ、稼働率低下の恐れがあった。

リード部５の互いに対向する二辺Ｙを捲回方向（長辺方向）Ｌに対して９０度を超える角度（例えば１００度）θで傾斜させることにより、捲回中の負極の切断回数は減少し、稼働率が向上した。角度は出来るだけ大きい方が好ましいが、設計上の制約があり、リード部の幅を小さくしたい場合には、リード部の付け根部分をＲ形状とすることにより、９０度以上の角度でも同様の効果が得られることが確認された。なお、リード部５の付け根部分をＲ形状としても、リード部５の互いに対向する二辺と捲回方向（長辺方向）に平行な辺とのなす角が９０度未満になる部分があると、そこを基点として切断することが確認された。

（実施例５）
＜裁断工程と圧縮工程の順序によるバリの発生率の差を比較＞
電極の活物質含有層を裁断すると、裁断面に微小なバリが発生し電池内部で短絡等の不具合を起こすことがある。

前述した実施例１で示す通りに、活物質を含むスラリーを塗工後、乾燥し、裁断した後に圧縮工程を行なうことにより、裁断面のバリが平滑化され、電池内部での短絡等の不具合発生を減少することが出来る。

以上詳述したように、本実施形態に係る電池用電極の製造方法によると、電極の容量密度向上、容量バラツキ低減を実現すると同時に、電極活物質の剥離やバリによる内部欠陥を大幅に抑制した、大電流用途に適したリチウムイオン二次電池を提供することが出来る。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

第１の実施形態に係る電池用電極及び電池用電極を示す模式的な平面図。第２の実施形態に係る電池用電極及び電池用電極を示す模式的な平面図。第３の実施形態に係る電池用電極を示す模式的な平面図。

符号の説明

１…金属箔、２ａ，２ｂ…活物質含有層、３…未塗工部、４…電極本体、５…リード部、６…領域、Ｘ…付け根部分、Ｗ…活物質含有層の幅、Ｙ…リード部５の二辺、Ｌ…集電体の長辺（捲回方向に平行な辺）。

Claims

金属箔製の集電体と、
前記集電体から延出された金属箔製のリード部と、
前記集電体の両面と、前記リード部の付け根部分を含む領域とに形成された活物質含有層と
を具備することを特徴とする電池用電極。
前記領域の幅は、前記リード部の前記付け根部分から３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の電池用電極。
前記集電体は帯状で、前記集電体の長辺から前記リード部が複数延出されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電池用電極。
前記リード部は、互いに対向する二辺が、前記集電体の前記長辺に対して９０度以上の角度を有することを特徴とする請求項３記載の電池用電極。
請求項１に記載の電池用電極の製造方法であって、
金属箔の両面に少なくとも、前記リード部が形成される一端部を除いて、活物質含有層を形成する工程と、
前記金属箔を裁断することにより、両面に前記活物質含有層が形成された前記集電体及び前記領域に前記活物質含有層が形成された前記リード部を得る工程と、
前記活物質含有層を厚さ方向に圧縮する工程と
を具備することを特徴とする電池用電極の製造方法。