JP2014102896A - 蓄電装置及び二次電池並びに電極の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】二次電池は、金属箔16の両面に非有機ラジカル化合物からなる活物質22が塗布された活物質層13aを有する正極13及び負極が、その間にセパレータが存在する状態で積層された電極組立体を備えている。正極13は、活物質層13aにおける厚さ方向の中央より金属箔16から遠い側における活物質22の体積量が、中央より金属箔16に近い側における活物質22の体積量より多く、遠い側における活物質22の体積量に対する近い側における活物質22の体積量の割合が95%以下である。
【選択図】図3
Description
また、一般に、シート状の正極及びシート状の負極の製造工程では、活物質を含む活物質合剤を、帯状の金属箔に塗布、乾燥して活物質層を形成した後、活物質層の密度を高めるためにロールプレスを行う。ところが、活物質として有機ラジカル化合物を利用した二次電池では、有機ラジカル化合物の機械的強度が無機の活物質に比べて小さく、変形を伴う圧密化が起こり易いため、電極のプレスは行われていなかった。
図1に示すように、蓄電装置としての二次電池10は、ケース本体11a及び蓋体11bで構成されたケース11内に、積層型の電極組立体12が収容されている。なお、ケース11内には図示しないが電解液も収容されている。二次電池10は、リチウムイオン二次電池に具体化されている。
図3(a)に示すように、正極13は、活物質層13aにおける厚さ方向の中央より金属箔16から遠い側における活物質22の体積量が、中央より金属箔16に近い側における活物質22の体積量より多く、遠い側における活物質22の体積量に対する近い側における活物質22の体積量の割合が95%以下である。活物質層13aは厚さが80μm以上で、例えば95μmである。そして、活物質層13aの密度は、金属箔16に近い側の密度が2.8〜3.2g/cm3程度であり、金属箔16から遠い側の密度が3.0〜3.4g/cm3程度である。即ち、活物質層13aにおける厚さ方向の中央より金属箔16から遠い側における活物質層13aの密度が、中央より金属箔16に近い側における活物質層13aの密度より高く、遠い側における活物質22の量に対する近い側における活物質22の量の割合が95%以下である。
次に電極(正極13)の製造方法を説明する。
(比較例1)
(比較例2)
二次電池10は、単体でも使用されるが、一般には複数の二次電池10が直列あるいは並列に接続されて構成された組電池として使用される。そして、二次電池10は種々の用途に使用されるが、例えば、車両に搭載されて走行用モータの電源や他の電気機器の電源としても使用される。
(1)二次電池10は、金属箔16の少なくとも片面に非有機ラジカル化合物からなる活物質が塗布された活物質層13a,14aを有する正極13及び負極14が間にセパレータ15が存在する状態で積層された電極組立体12を備えている。そして、正極13及び負極14の少なくとも一方の電極(この実施形態では正極13)は、活物質層13aにおける厚さ方向の中央より金属箔16から遠い側における活物質22の体積量が、中央より金属箔16に近い側における活物質22の体積量より多く、遠い側における活物質22の体積量に対する近い側における活物質22の体積量の割合が95%以下である。そのため、活物質全体の量が同じで、活物質22の体積量がほぼ一定に構成された電極を備えた場合と、容量は変わらずに出力が高くなる。したがって、活物質として有機ラジカル化合物を使用せずに、従来の非有機ラジカル化合物を活物質とする電極を備えた場合に、出力特性を二次電池の体格を大きくせずに、従来より負荷が大きな場合に対応することができる。そのため、車両の電源として好ましい。
○ 二次電池10は、正極13及び負極14の両電極の少なくとも一方の電極が、活物質層13a,14aの厚さ方向における活物質22の体積量が、金属箔16に近い側より金属箔16から遠い側の方が多い構成であればよい。したがって、正極13ではなく、負極14において、活物質層14aの厚さ方向における活物質22の体積量が、金属箔16に近い側より金属箔16から遠い側の方が多い構成としてもよい。この場合も、正極13及び負極14とも活物質の体積量が金属箔16に近い側及び金属箔16から遠い側で同等な場合に比べて、出力特性が向上する。また、正極13及び負極14の両電極において、活物質層13a,14aの厚さ方向における活物質22の体積量が、金属箔16に近い側より金属箔16から遠い側の方が多い構成としてもよい。この場合、出力特性がより向上する。なお、活物質層13a,14aの厚さ方向における活物質22の体積量が、金属箔16に近い側より金属箔16から遠い側の方が多い構成は、活物質層13a,14aの密度が活物質層13a,14aの厚さ方向における金属箔16に近い側より金属箔16から遠い側の方が高くなる。
○ 積層型の電極組立体12に限らず、巻回型の電極組立体12を備えた二次電池10に適用してもよい。
○ 蓄電装置は、二次電池10に限らず、例えば、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等のようなキャパシタであってもよい。
Claims (7)
- 金属箔の少なくとも片面に非有機ラジカル化合物からなる活物質が塗布された活物質層を有する正極用の電極及び負極用の電極が、その間にセパレータが存在する状態で積層された電極組立体を備えた蓄電装置であって、
前記正極用の電極及び前記負極用の電極の少なくとも一方の電極は、前記活物質層における厚さ方向の中央より前記金属箔から遠い側における前記活物質の体積量が、前記中央より前記金属箔に近い側における活物質の体積量より多く、前記遠い側における前記活物質の体積量に対する前記近い側における前記活物質の体積量の割合が95%以下であることを特徴とする蓄電装置。 - 前記活物質層は、前記活物質の体積量が多い領域と、前記活物質の体積量が少ない領域とが同一層内に形成されている請求項1に記載の蓄電装置。
- 前記活物質層の厚さ方向における前記活物質の体積量が異なる電極は、前記活物質がリチウム化合物からなる正極である請求項1又は請求項2に記載の蓄電装置。
- 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の蓄電装置の構成を備えた二次電池。
- 金属箔の少なくとも片面に非有機ラジカル化合物からなる活物質が塗布された活物質層を有する電極の製造方法であって、
前記金属箔の少なくとも片面に、前記活物質を含有するスラリー状又はペースト状の活物質合剤を塗布する塗布工程と、
前記塗布工程で塗布された後、前記活物質合剤が乾燥されて前記活物質層が形成された前記金属箔をロールプレスするプレス工程と
を有し、
前記プレス工程では、ロールプレスを複数回行い、1回目の前記ロールプレスの際のプレスロール間のギャップを、最後の回の前記ロールプレスの際の前記プレスロール間のギャップより大きく設定し、かつ1回目の前記ロールプレスを2回目以降の前記ロールプレスより低い加圧力で行うことを特徴とする電極の製造方法。 - 前記ロールプレスは2回行い、1回目の前記ロールプレスの際の加圧力を、2回目の前記ロールプレスの際の加圧力の45〜55%の大きさで行う請求項5に記載の電極の製造方法。
- 前記プレス工程における前記プレスロールの線圧力範囲は、2回目のロールプレスの際が10〜15kN/cmであり、1回目のロールプレスの際は、2回目のロールプレスの際の半分の値である請求項6に記載の電極の製造方法。
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