JP2012248477A - 電池、電池の製造方法および電池の製造装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】集電体(正極集電体12または負極集電体22)上に活物質を含む電極層(正極層11,13または負極層21,23)がそれぞれ形成された正極板10および負極板20と、正極板10と負極板20との間に介在させる絶縁性のセパレータ30とを備える電池において、正極板10および負極板20のうちで一方または双方の電極板の全域に乾燥で生じたクラックC1,C2を有する。この構成によれば、乾燥で生じさせたクラックC1,C2は集電体には影響を及ぼさないので、集電体の強度や耐久性等を確保することができる。
【選択図】図1
Description
実施の形態1は、捲回型電池に本発明を適用した例であって、図1〜図9を参照しながら説明する。まず、捲回型電池の基礎となる帯状電極板の構成例について、図1および図2を参照しながら説明する。電極板の構成例を模式的に図1に示す。図1(A)には乾燥前の状態を断面図で示し、図1(B)には乾燥によるクラック形成後の状態を断面図で示し、図1(C)にはさらにプレス後の状態を断面図で示す。図2には電極板におけるクラックの形成例を平面図で示す。図2(A)は電極板の全域にクラックを形成する例であり、図2(B)は電極板の一部(帯状中央部)にクラックを形成する例である。いずれの図も分かり易くするために、クラックの形成部位を網掛けで示す。
まず、正極集電体12の面上に形成する正極層11,13の混練物を作製する混練工程を行う〔ステップS10〕。混練物は、バインダ10a、正極活物質10b、導電材10c、溶媒10dなどを混合してペースト状(あるいは液状)にした物である。
負極集電体22に形成する負極層21,23の混練物を作製する混練工程を行う〔ステップS20〕。混練物は、バインダ20a、負極活物質20b、導電材20c、溶媒20dなどを混練した物である。
第1工程で形成された正極板10、第2工程で形成された負極板20、セパレータ30などを積層して渦巻き状に捲回する捲回工程を行い〔ステップS30〕、当該捲回工程によって形成される捲回体100を扁平状にプレスする扁平プレス工程を行う〔ステップS32〕。扁平プレス後は、電極体となる扁平体200が形成される(図9を参照)。
実施の形態2は、積層型電池に本発明を適用した例であって、図10〜図12を参照しながら説明する。なお説明を簡単にするために、実施の形態2では実施の形態1と異なる点について説明する。よって実施の形態1で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
以上では本発明を実施するための形態について実施の形態1,2に従って説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。
正極板10は、正極活物質10bとしてのリチウム燐酸鉄(LiFePO4)や、導電材10cとしてのアセチレンブラック(AB)および気相成長炭素繊維(VGCF)などを混合して、正極集電体12の面上に厚みD1,D2が100[μm]となるように正極層11,13を形成した。初期の乾燥速度dw/dtを0.2[min-1]として、図6に示す制御線L2に従って正極層11,13を乾燥させたところ、形成されたクラックC1,C2の面方向総クラック長は0.6[cm/cm2]になった。
正極板10は、正極活物質10bとしてのリチウム燐酸鉄(LiFePO4)や、導電材10cとしてのアセチレンブラック(AB)および気相成長炭素繊維(VGCF)などを混合して、正極集電体12の面上に厚みD1,D2が120[μm]となるように正極層11,13を形成した。初期の乾燥速度dw/dtを0.1[min-1]として、図6に示す制御線L2に従って正極層11,13を乾燥させたところ、クラックC1,C2は形成されなかった。
正極板10は、正極活物質10bとしてのリチウム燐酸鉄(LiFePO4)や、導電材10cとしてのアセチレンブラック(AB)などを混合して、正極集電体12の面上に厚みD1,D2が100[μm]となるように正極層11,13を形成した。初期の乾燥速度dw/dtを0.2[min-1]として、図6に示す制御線L2に従って正極層11,13を乾燥させたところ、形成されたクラックC1,C2の面方向総クラック長は1.0[cm/cm2]になった。
正極板10は、正極活物質10bとしてのニッケル酸リチウム(LiNiO2)や、導電材10cとしてのアセチレンブラック(AB)などを混合して、正極集電体12の面上に厚みD1,D2が80[μm]となるように正極層11,13を形成した。初期の乾燥速度dw/dtを0.3[min-1]として、図6に示す制御線L2に従って正極層11,13を乾燥させたところ、形成されたクラックC1,C2の面方向総クラック長は0.2[cm/cm2]になった。
正極板10は、正極活物質10bとしてのニッケル酸リチウム(LiNiO2)や、導電材10cとしてのアセチレンブラック(AB)などを混合して、正極集電体12の面上に厚みD1,D2が100[μm]となるように正極層11,13を形成した。初期の乾燥速度dw/dtを0.3[min-1]として、図6に示す制御線L2に従って正極層11,13を乾燥させたところ、形成されたクラックC1,C2の面方向総クラック長は0.6[cm/cm2]になった。
正極板10は、正極活物質10bとしてのニッケルコバルトマンガン酸リチウム(LiNiCoMnO2)や、導電材10cとしてのアセチレンブラック(AB)などを混合して、正極集電体12の面上に厚みD1,D2が80[μm]となるように正極層11,13を形成した。初期の乾燥速度dw/dtを0.3[min-1]として、図6に示す制御線L2に従って正極層11,13を乾燥させたところ、形成されたクラックC1,C2の面方向総クラック長は0.3[cm/cm2]になった。
正極板10は、正極活物質10bとしてのリチウム燐酸鉄(LiFePO4)や、導電材10cとしてのアセチレンブラック(AB)および気相成長炭素繊維(VGCF)などを混合して、正極集電体12の面上に厚みD1,D2が100[μm]となるように正極層11,13を形成した。初期の乾燥速度dw/dtを0.1[min-1]として、図6に示す制御線L2に従って正極層11,13を乾燥させたところ、クラックC1,C2は形成されなかった。
正極板10は、正極活物質10bとしてのニッケル酸リチウム(LiNiO2)や、導電材10cとしてのアセチレンブラック(AB)などを混合して、正極集電体12の面上に厚みD1,D2が80[μm]となるように正極層11,13を形成した。初期の乾燥速度dw/dtを0.2[min-1]として、図6に示す制御線L2に従って正極層11,13を乾燥させたところ、クラックC1,C2は形成されなかった。
正極板10は、正極活物質10bとしてのニッケルコバルトマンガン酸リチウム(LiNiCoMnO2)や、導電材10cとしてのアセチレンブラック(AB)などを混合して、正極集電体12の面上に厚みD1,D2が80[μm]となるように正極層11,13を形成した。初期の乾燥速度dw/dtを0.2[min-1]として、図6に示す制御線L2に従って正極層11,13を乾燥させたところ、クラックC1,C2は形成されなかった。
10a,20a バインダ(結着剤)
10b 正極活物質(電極活物質)
10c,20c 導電材
10d,20d 溶媒
11,13 正極層(電極層)
12 正極集電体(集電体)
20 負極板(電極板)
20b 負極活物質(電極活物質)
21,23 負極層(電極層)
22 負極集電体(集電体)
30 セパレータ
40 乾燥手段
50 捲回手段
52 扁平プレス手段
100 捲回体
200 扁平体(電極体)
300 積層体(電極体)
A1,A2 クラック形成部位
C1,C2 クラック
Claims (13)
- 集電体上に活物質を含む電極層がそれぞれ形成された正極板および負極板と、前記正極板と前記負極板との間に介在させる絶縁性のセパレータとを備える電池において、
前記正極板および前記負極板のうちで一方または双方の電極板の全域に乾燥で生じたクラックを有することを特徴とする電池。 - 集電体上に活物質を含む電極層がそれぞれ形成された正極板および負極板と、前記正極板と前記負極板との間に介在させる絶縁性のセパレータとを備える電池において、
前記正極板および前記負極板のうちで一方または双方の電極板の一部であって、電極に接続する接続部から所定距離以上離れた領域内に乾燥で生じたクラックを有することを特徴とする電池。 - 前記クラックは、前記集電体上に前記電極層が形成された前記電極板に対し、所定の乾燥速度で前記電極層を乾燥させて形成することを特徴とする請求項1または2に記載の電池。
- 前記クラックは、前記電極層の内部にも有することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の電池。
- 前記クラックは、相互間距離が前記活物質の平均粒子径に対して2〜10倍を最大値とすることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の電池。
- 前記クラックは、前記電極板の面方向において、単位面積当たりの総クラック長が0.1〜1.0cm/cm2の割合であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の電池。
- 前記電極層は、繊維状の導電材を含むことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の電池の製造方法。
- 前記クラックは、捲回した電極体における所定周回までの部位、または、積層した電極体における中央層から所定数層までの部位に形成されることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の電池の製造方法。
- 集電体上に活物質を含む電極層がそれぞれ形成された正極板および負極板と、前記正極板と前記負極板との間に介在させる絶縁性のセパレータとを備える電池を製造する電池の製造方法において、
前記集電体上に前記電極層が形成された前記電極板に対し、所定の乾燥速度で前記電極層を乾燥させてクラックを形成するクラック形成工程を有することを特徴とする電池の製造方法。 - 前記クラック形成工程は、前記電極板における幅方向の中央部を熱して乾燥させることを特徴とする請求項9に記載の電池の製造方法。
- 前記クラック形成工程は、前記クラックの相互間距離が前記活物質の平均粒子径に対して2〜10倍を最大値となるように、前記所定の乾燥速度を制御することを特徴とする請求項9または10に記載の電池の製造方法。
- 前記クラック形成工程は、前記クラックが、前記電極板の面方向において、単位面積当たりの総クラック長が0.1〜1.0cm/cm2の割合となるように、前記所定の乾燥速度を制御することを特徴とする請求項9から11のいずれか一項に記載の電池の製造方法。
- 集電体上に活物質を含む電極層がそれぞれ形成された正極板および負極板と、前記正極板と前記負極板との間に介在させる絶縁性のセパレータとを備える電池を製造する電池の製造装置において、
前記集電体上に前記電極層が形成された前記電極板に対し、所定の乾燥速度で前記電極層を乾燥させてクラックを形成するクラック形成手段を有することを特徴とする電池の製造装置。
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