JP2015082421A - 電極、電池、電極の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】イオン伝導性を改善しつつ電池容量の損失を抑制し得る電極を提供する。【解決手段】集電体（４，９）に所定厚さで形成された活物質層（５，６，１０，１１）が凸部（２３）を有する金型（２２）で押しつけられ一方向に圧延されることによって、活物質層（５，６，１０，１１）の面方向に複数の穴（２５，２７，２９，３１）が穿設された電極（３，８）であって、金型（２２）を圧延する方向に並ぶ穴（２５，２７，２９，３１）の間隔よりも前記金型を圧延する方向と直交する方向に並ぶ穴（２５，２７，２９，３１）の間隔が大きい。【選択図】図２

Description

この発明は電極、電池、電極の製造方法及び製造装置に関する。

電極のイオン伝導性を改善するため、集電体に所定厚さで形成された活物質層の面方向にレーザー加工によって複数の穴を穿設するものがある（特許文献１参照）。

特許第３６９０５２２号公報

ところで、上記特許文献１のように活物質層の面内に多数の穴を穿設することは、一方でイオン伝導性を改善することになっても、他方で穴の数が多くなるほど放電容量の損失が大きくなる。

そこで本発明は、イオン伝導性を改善しつつ電池容量の損失を抑制し得る電極を提供することを目的とする。

本発明の電極は、集電体に所定厚さで形成された活物質層が凸部を有する金型で押しつけられ一方向に圧延されることによって、前記活物質層の面方向に複数の穴が穿設された電極を前提とするものである。そして、前記金型を圧延する方向に並ぶ前記穴の間隔よりも前記金型を圧延する方向と直交する方向に並ぶ前記穴の間隔が大きいものである。

本発明によれば、圧延方向に並ぶ穴の間隔を、圧延方向及びこれに直交する方向の２方向で穴の間隔を同じにしている比較例１の場合と同じ値とすれば、圧延方向と直交する方向に並ぶ穴の間隔が比較例１の場合より大きい分だけ、活物質層全体の穴の数が減る。
活物質層全体の穴の数が減れば、その分、活物質層の体積が減少することを阻止できるため、電池の放電容量の低下を抑制できる。このように、本発明によればイオン伝導性を改善しつつ電池容量の損失を抑制することができる。

本発明の第１実施形態の発電要素の概略断面図である。 参考例１及び第１実施形態の塑性加工工程によって形成される負極の平面図である。 第１実施形態においてリチウムイオンの動きをモデルで示した負極の平面図である。 第１実施形態の負極の製造方法を説明する図である。 参考例２及び第２実施形態の塑性加工工程によって形成される負極の平面図である。 参考例３及び第３実施形態の塑性加工工程によって形成される負極の平面図である。 参考例３及び第４実施形態の塑性加工工程によって形成される負極の平面図である。 比較例１，２、実施例１の放電性能の特性図である。

以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張している箇所があり、その箇所においては実際の比率と異なっている。

（第１実施形態）
リチウムイオン二次電池１は、実際に充放電反応が進行する略四角扁平状の発電要素２が、電解液に浸された状態で電池外装体であるラミネートフィルムの内部に封止された構造を有している。図１は本発明の第１実施形態の発電要素２の概略縦断面図である。

図１において発電要素２は、負極３、セパレータ１３、正極８をこの順に積層した構造を有している。なお、図１には２つの負極、一つの正極、２つのセパレータしか図示してない。ここで、電極のうちの負極３は四角薄板状の負極集電体４の両面（表面）に負極活物質層５、６を配置したものである。同様に、正極８は四角薄板状の正極集電体９の両面（表面）に正極活物質層１０、１１を配置したものである。セパレータ１３は主に多孔質の熱可塑性樹脂から形成されている。電解液はこの多孔質の孔を介して正極側や負極側へと行き来する。これにより、隣接する負極３、セパレータ１３及び正極８が１つの単電池層１５（単電池）を構成する。単電池層１５では、電子とイオンが２つの電極間を移動して電池の充放電反応を行う。

さて、リチウムイオン二次電池において、電極３，８内のイオン伝導性を向上させることで、電池の性能を向上できる。電極内のイオン伝導性を向上させるためには、電極内の〈１〉電極の厚さ方向、〈２〉電極の面方向の両方向のイオン伝導性を向上させることが重要である。ここで、「電極の厚さ方向」とは、電極３，８の積層方向（図１で上下方向）のことである。一方、電極３，８は四角薄板状であるため平面を有する。「電極の面方向」とはこの平面に沿う方向のことである。以下、本発明では、電極の面方向のイオン伝導性を対象とする。

このため、電極３，８の面方向に一様な複数の円柱状の穴を穿設した参考例１がある。穴を電極３，８の面方向に多数穿設すると、多数の各穴に電解液が充満し、各穴内ではイオンが自由に行き来し得ることとなり、電極３，８の面方向におけるイオン伝導性が向上する。しかしながらその一方で、電極３，８に多数の穴を穿設することは、その１つの穴の体積×穴の個数の分だけ活物質層の体積が減少することを意味し、放電容量の損失を招く。これは、電池の電気的な容量は電極の体積（詳細には活物質層の体積）に比例するため、多数の穴を形成したのでは容量損となるためである。

そこで本発明の第１実施形態では、活物質層形成工程＃１の後に、表面に凸部を有する金型で一方向に圧延しつつ活物質層の面方向に複数の円柱状の穴を穿設する塑性加工工程＃２を行わせる。この場合に、金型を圧延する方向（以下、単に「圧延方向」という。）に並ぶ円柱状の穴の間隔よりも圧延方向と直交する方向に並ぶ円柱状の穴の間隔を大きくする。ここで、圧延方向と、この圧延方向と直交する方向との２方向は活物質層の面方向に含まれる。活物質層の面方向には任意の方向が含まれるが、任意の方向のうちから、特に圧延方向と、この圧延方向と直交する方向との２方向に着目するのである。

これについて負極３の場合で図２を参照して詳述すると、図２（Ａ）は参考例１の場合の塑性加工工程＃２によって形成される負極３の平面図、図２（Ｂ）は第１実施形態の塑性加工工程＃２によって形成される負極３の平面図である。なお、図２（Ｂ）において破線で示した円柱状の穴は、第１実施形態では穿設されていないことを表している。後述する図３（Ｂ）においても同じである。

参考例１は、図２（Ａ）に示したように負極活物質層５の面方向に円柱状の穴２５を複数穿設したものである。ここで、円柱状の穴２５は圧延方向と、圧延方向と直交する方向とに同じ径、同じ深さで整列しているものとする。また、参考例１では圧延方向に並ぶ円柱状の穴２５の間隔（ピッチ）を所定値ｂとし、圧延方向と直交する方向に並ぶ円柱状の穴２５の間隔（ピッチ）も所定値ｂとする。

一方、本実施形態では、図２（Ｂ）に示したように圧延方向に並ぶ円柱状の穴２５の間隔を参考例１の場合と同じ所定値ｂとしたとき、圧延方向と直交する方向に並ぶ円柱状の穴２５の間隔を所定値ｂより大きい所定値ａとする。

なお、第１実施形態では同じ径、同じ深さの円柱状の穴を活物質層の面方向に複数穿設する場合であるが、この場合に限られない。例えば同じ形状、同じ深さの正三角柱状、正四角柱状、正六角柱状、正八角柱状、楕円柱状の各穴を活物質層の面方向に複数穿設する場合であってよい。

上記圧延方向に並ぶ円柱状の穴２５の間隔としては、圧延方向に隣接する２つの円柱状の穴２５，２５のうち一方の穴２５の芯と他方の穴２５の芯の間の距離を採用する。同様に、圧延方向と直交する方向に並ぶ円柱状の穴２５の間隔としては、圧延方向と直交する方向に隣接する２つの円柱状の穴２５，２５のうち一方の穴２５の芯と他方の穴２５の芯の間の距離を採用する。

圧延方向に並ぶ円柱状の穴２５の間隔、圧延方向と直交する方向に並ぶ円柱状の穴２５の間隔はこれに限られるものでない。例えば、圧延方向に並ぶ円柱状の穴２５の間隔としては、圧延方向に隣合う２つの穴２５，２５のうち、一方の穴２５の他方の穴側の端から他方の穴２５の一方の穴側の端までの、穴でない活物質層部分の距離である所定値ｂ’であってよい（図２（Ｂ）参照）。圧延方向と直交する方向に並ぶ円柱状の穴２５の間隔としても同様である。すなわち、圧延方向と直交する方向に隣合う２つの穴２５，２５のうち、一方の穴２５の他方の穴側の端から他方の穴２５の一方の穴側の端までの、穴でない活物質層部分の距離である所定値ａ’であってよい（図２（Ｂ）参照）。このときには所定値ｂ’より所定値ａ’が大きくなる。

このように、圧延方向と直交する方向に並ぶ円柱状の穴２５の間隔である所定値ａを圧延方向に並ぶ円柱状の穴２５の間隔である所定値ｂより大きくしたのは次の理由による。すなわち、負極集電体４の上に負極活物質層５を形成した後には、負極活物質層５と負極集電体４とを圧着させるため、ローラ２２（金型）により負極活物質層５の上から一方向に圧延している。このローラ２２による負極活物質層５への圧延によって負極活物質層５が塑性変形する。この負極活物質層５の塑性変形によってイオン伝導性が圧延方向と圧延方向と直交する方向とで異なることとなる。そして、図３（Ｂ）に示したように圧延方向より圧延方向と直交する方向のほうがリチウムイオンが単位時間当たりに移動する量が大きい（つまりリチウムイオンの伝導性がよい）ことを本発明者が新たに見い出している。ここで、図３（Ｂ）は本実施形態においてリチウムイオンの動きをモデルで示した負極３の平面図である。圧延方向にリチウムイオンが単位時間当たりに移動する量（矢印の長さで表す）より、圧延方向と直交する方向にリチウムイオンが単位時間当たりに移動する量のほうが大きいことがわかる。

このように圧延方向と圧延方向と直交する方向との２方向でリチウムイオンの伝導性が相違する場合に、両方向でリチウムイオンの伝導性を等しくすることを考える。これは、活物質層５，６の面方向のリチウムイオンの伝導性としては、面方向のうちの任意の方向でリチウムイオンが単位時間当たりに移動する量が等しい（リチウムイオンの伝導性が等しい）ことが望ましいためである。リチウムイオンの伝導性がよい部分と悪い部分とが偏在すると、リチウムイオンの伝導性がよい部分の活物質層が早く劣化してしまうので、これを避けるためである。

すると、圧延方向と直交する方向に並ぶ円柱状の穴２５の間隔である所定値ａは、圧延方向に並ぶ円柱状の穴２５の間隔である所定値ｂより長くてよいこととなる。これは、圧延方向と直交する方向に並ぶ円柱状の穴２５の間隔を大きくするほど、穴でない活物質層部分が長くなる。この部分ではリチウムイオンが単位時間当たりに移動する量が小さくなり、リチウムイオンの伝導性が悪くなってゆくためである。圧延方向と直交する方向に並ぶ円柱状の穴２５の間隔を大きくすることで、圧延方向と直交する方向のリチウムイオンの伝導性を悪くし、圧延方向のリチウムイオンの伝導性と等しくするのである。従って、両方向でリチウムイオンの伝導性が等しくなるように圧延方向と直交する方向に並ぶ円柱状の穴２５の間隔である所定値ａと圧延方向に並ぶ円柱状の穴２５の間隔である所定値ｂの関係を定めることができる。実験してみると、所定値ａと所定値ｂの比であるａ／ｂは１．１〜２．０の間にあればよいことが分かっている。

一方、参考例１の場合には、図３（Ａ）に示したように両方向でリチウムイオンが単位時間当たりに移動する量が等しい（リチウムイオンの伝導性が等しい）と仮定していたために、圧延方向に並ぶ円柱状の穴２５の間隔と、圧延方向と直交する方向に並ぶ円柱状の穴２５の間隔とを同じ所定値ｂとしていたわけである。

なお、参考例１及び第１実施形態の活物質層の面方向に穿設する各穴２５，２７，２９，３１の穴径及び圧延方向に隣合う２つの穴の間隔（ピッチ）は次のように定まっている。すなわち、各穴２５，２７，２９，３１の孔径は１００μｍ以下である。このように各穴２５，２７，２９，３１の穴径を１００μｍ以下とする理由は、各穴２５，２７，２９，３１を形成することによって電極の体積が減ることを抑制するためである。電池の電気的な容量は電極の体積（詳細には活物質層の体積）に比例するため、大きな穴を形成したのでは容量損となる。各穴２５，２７，２９，３１の径を１００μｍ以下とすることで、この容量損を低減できる。

圧延方向に隣合う２つの穴の間の距離（ピッチ）は２００μｍ以下である。これは、これまでの発明者の知見から電極内の効果的なイオン伝導が可能な距離は、おおよそ１００μｍであることがわかっているためである。そのため、各穴２５，２７，２９，３１の圧延方向のピッチを２００μｍ（片側１００μｍ）以下とすることで、圧延方向でのイオン伝導性の改善効果を発揮できる。

次に、本実施形態の負極３の製造方法を説明すると、集電体４に電極スラリーを塗布して乾燥させることで負極活物質層５を形成する活物質層形成工程＃１と、上記の塑性加工工程＃２とを含ませる。当該塑性加工工程＃２では、まず図４に示したように、電極スラリーを片面に塗布し乾燥させて負極活物質層５を形成した負極集電体４を、台２１上に負極活物質層５を上にして置き、金型としてのローラ２２との間を移動させる。ローラ２２の外周には負極活物質層５の厚さより長い円柱状の凸部２３（加工部）をローラ２２の回転方向（つまり圧延方向）及びローラ２２の軸方向（つまり圧延方向と直交する方向）に多数設けてある。ここで、ローラ２２の外周に設ける複数の凸部２３は、ローラ２２により負極３を圧延した後に凸部２３により穿設されている穴の配置が図２（Ｂ）に示した穴２５の配置となるように形成しておく。このローラ２２の凸部２３を負極活物質層５に上方から一方向に圧延（プレス）することによって負極活物質層５に対して図２（Ｂ）に示したように負極活物質層５の面方向に多数の円柱状の穴２５を穿つ。

負極活物質層５に円柱状の穴２５を穿設することによって各穴２５は、円筒状の側面２５ａと円状の底面２５ｂとで構成される。ローラ２２の凸部２３は負極活物質層５の厚さより長いため、図１にも示したように穴２５の底面は負極集電体４を貫通している。なお、図４では穴２５が負極集電体４を貫通しない場合で示してあるが、穴２５は負極集電体４を貫通していなくてもかまわない。

次に、図示しないが、電極スラリーをもう一つの片面に塗布し乾燥させて負極活物質層６を形成した負極集電体４を台２１上に負極活物質層６を上にして置き、再びローラ２２との間を移動させる。このときには負極集電体４の両面にそれぞれ負極活物質層５，６が形成されているため、前回とは負極の厚さが異なる。このため、負極活物質層６にもこれと反対側の負極活物質層５と同様の穴深さで円柱状の穴２７が形成されるように台２１とローラ２２中心との距離を調整する。これによって、負極活物質層６にも円柱状の穴２７がローラ２２の回転方向（つまり圧延方向）及びローラ２２の軸方向（つまり圧延方向と直交する方向）に多数形成される（図１参照）。負極活物質層６に形成される各穴２７も、円筒状の側面と円状の底面とで構成され、各穴２７の底面は負極集電体４を貫通している。なお、穴２７も負極集電体４を貫通しない場合で合ってよい。

これで負極３について各活物質層５、６に対する穴加工が終了するので、次には正極８について同様に行い、各活物質層１０，１１に円柱状の穴２９，３１を形成する（図１参照）。すなわち、正極活物質層１０，１１と正極集電体９とを圧着させるため、ローラ（金型）により正極活物質層１０，１１の上から一方向に圧延したとき、正極活物質層１０，１１の塑性変形によってイオン伝導性が圧延方向と圧延方向と直交する方向とで異なる。そして、図３（Ｂ）に示したと同様に圧延方向より圧延方向と直交する方向のほうがイオンが単位時間当たりに移動する量が大きい（つまりイオンの伝導性がよい）ことを本発明者が新たに見い出している。そこで、正極８においても、圧延方向に並ぶ円柱状の穴２９，３１の間隔より圧延方向と直交する方向に並ぶ円柱状の穴２９，３１の間隔を大きくする。詳細には、圧延方向と、これと直交する方向との両方向でイオンの伝導性が等しくなるように圧延方向と直交する方向に並ぶ円柱状の穴２９，３１と圧延方向に並ぶ円柱状の穴２９，３１の間隔の関係を定める。実験してみると、圧延方向と直交する方向に並ぶ円柱状の穴２９，３１の間隔と圧延方向に並ぶ円柱状の穴２９，３１の間隔の比は、負極側と同様に１．１〜２．０の間にあればよいことが分かっている。

このようにして各活物質層５、６、１０、１１に円柱状の各穴２５，２７，２９，３１を穿設した２つの電極３、８をセパレータ１３を介して積層したとき図１に示したようになるのであり、各穴２５，２７，２９，３１に電解液が満たされる。なお、図１では円柱状の穴２５，２７，２９，３１が集電体４，９を貫通しているが、この場合に限られない。円柱状の穴２５，２７，２９，３１が集電体４，９を貫通していない場合であってよい。要は穴２５，２７，２９，３１は少なくとも活物質層５，６，１０，１１に形成されていればよい。

本実施形態の電極３，８は、集電体４，９に所定厚さで形成された活物質層５，６等が凸部２３を有する金型２２で押しつけられ一方向に圧延される。これによって、電極３，８に活物質層５，６等の面方向に複数の円柱状の穴２５，２７等が穿設される。さらに、圧延方向（金型を圧延する方向）に並ぶ円柱状の穴２５，２７等の間隔ｂよりも圧延方向と直交する方向（金型を圧延する方向と直交する方向）に並ぶ円柱状の穴２５，２７等の間隔ａが大きい。これによって、本実施形態によれば、圧延方向に並ぶ円柱状の穴２５，２７等の間隔を参考例１の場合と同じ値（ｂ）とすれば、圧延方向と直交する方向に並ぶ円柱状の穴２５，２７等の間隔（ａ）が参考例１の場合より大きい。その分だけ、活物質層５，６等全体の穴２５，２７等の数が減る。活物質層５，６等全体の穴２５，２７等の数が減ればその分、活物質層５，６等の体積が減少することを阻止できるため、イオン伝導性を参考例１と同等に保ちつつ電池の放電容量の低下を抑制できる。また、穴２５，２７等の数が減れば、金型２２に形成する凸部２３の数が減るので、その分、金型２２の加工コストを低減できる。また、穴２５，２７等の数が減る分だけ電極３，８の機械的強度を増加させることができる。

本実施形態では、圧延方向と直交する方向（金型を圧延する方向と直交する方向）及び圧延方向（金型を圧延する方向）でイオン伝導性が等しくなるように圧延方向と直交する方向に並ぶ穴の間隔と、圧延方向に並ぶ穴の間隔との比を設定する。これによって、イオン伝導性がよい部分と悪い部分とに偏在することがなくなり、活物質層（電池）の劣化を抑制できる。

（第２実施形態）
図５（Ａ）は参考例２の場合の塑性加工工程＃２によって形成される負極３の平面図、図５（Ｂ）は第２実施形態の場合の塑性加工工程によって形成される負極３の平面図である。

参考例２は、図５（Ａ）に示したように、円柱状の穴２５の活物質層５の面方向での配置を二次元の最密構造としたものである。ここで、「二次元の最密構造」とは、活物質層５の面方向において１つの円柱状の穴の周囲に、この穴と径が同じ４つの円柱状の穴を等間隔でかつ正方形を形成するように配置したものをいう。この場合に、１つの円柱状の穴２５の周囲の４つの円柱状の穴２５を２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄで区別する。そして、４つの同じ円柱状の穴のうち２つの穴２５Ａ，２５Ｂが並ぶ方向が圧延方向と重なり、また２つの穴２５Ａ，２５Ｄが並ぶ方向が圧延方向と直交する方向と重なっているとする。また、圧延方向に並ぶ円柱状の穴の間隔を所定値ｄ、圧延方向と直交する方向に並ぶ円柱状の穴の間隔も所定値ｄであるとする。

一方、第２実施形態では、複数の同じ径の円柱状の穴２５の配置を活物質層５の面方向に二次元の最密構造としたものを基準として、図５（Ｂ）に示したように圧延方向と直交する方向の円柱状の穴２５の間隔を参考例２の場合より広げる。すなわち、圧延方向と直交する方向に並ぶ円柱状の穴２５の間隔を、圧延方向に並ぶ円柱状の穴２５の間隔である所定値ｄより大きくした所定値ｃとする。そして、圧延方向と直交する方向のイオン伝導性が圧延方向のイオン伝導性と同程度となるように、所定値ｄと所定値ｃの関係を定める。

隣合う２つの円柱状の穴２５，２５の間の間隔をイオン移動距離とすれば、参考例２の場合のように、複数の同じ径の円柱状の穴２５の配置を活物質層５の面方向に二次元の最密構造とすることで、イオン移動距離が参考例１の場合より短くなる。このように、参考例２はイオン移動距離を短くする方法としては参考例１の場合より優れているのであるが、基本的にはイオン伝導性について参考例１と同じ立場に立つものである。すなわち、参考例２でも、圧延方向とこれに直交する方向の２方向でイオン伝導性が等しいことを前提とするものである。

一方、第２実施形態では、活物質層５の面方向に二次元の最密構造で配置された円柱状の穴２５が圧延方向と直交する方向に広がっている。図示しない活物質層６についても、活物質層６の面方向に二次元の最密構造で配置された円柱状の穴２７が圧延方向と直交する方向に広がるようにする。図示しない正極の活物質層１０，１１についても、活物質層１０，１１の面方向に二次元の最密構造で配置された円柱状の穴２９，３１が圧延方向と直交する方向に広がるようにする。

これによって、もともとよい圧延方向と直交する方向のイオン伝導性を圧延方向のイオン伝導性と同程度にまで落とすことで、円柱状の穴２５，２７，２９，３１の穿設に伴う活物質層５，６，１０，１１の体積の減少を抑制できる。

第２実施形態では、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。すなわち、第２実施形態でも、活物質層５，６等全体の穴２５，２７等の数が減ってその分、活物質層５，６等の体積が減少することを阻止できるため、イオン伝導性を参考例２と同等に保ちつつ電池の放電容量の低下を抑制できる。

（第３、第４の実施形態）
図６（Ａ）は参考例３の場合の塑性加工工程＃２によって形成される負極３の平面図、図６（Ｂ）は第３実施形態の場合の塑性加工工程＃２によって形成される負極３の平面図である。図７（Ａ）は参考例３の場合の塑性加工工程＃２によって形成される負極３の平面図、図７（Ｂ）は第４実施形態の場合の塑性加工工程＃２によって形成される負極３の平面図である。

参考例３及び第３，第４の実施形態とも圧延方向に並ぶ穴２５，２５’，２５’’の間隔と、圧延方向と直交する方向に並ぶ穴２５，２５’，２５’’の間隔とは所定値ｄで同じであることを前提とする。この場合に、比較例３及び第３，第４の実施形態では、圧延方向、圧延方向と直交する方向に並ぶ穴の間隔ではなく、隣合う２つの穴の間の、穴でない活物質層部分の距離を採用する。すなわち、参考例３では、隣合う２つの穴２５，２５のうち、一方の穴２５の他方の穴側端から、圧延方向の隣の穴である他方の穴２５の一方の穴側端までの活物質層部分の距離（この距離を「第１距離」という。）を所定値ｆとする（図６（Ａ）参照）。また、一方の穴２５の他方の穴側端から圧延方向と直交する方向の隣の穴である他方の穴２５の一方の穴側端までの活物質層部分の距離（この距離を「第２距離」という。）を所定値ｆとする（図６（Ａ）参照）。つまり、参考例３では第１距離と第２距離がともに所定値ｆで等しいとする。

一方、第３実施形態は、図６（Ｂ）に示したように穴の圧延方向の径は参考例３と同じままで穴の形状を圧延方向と直交する方向に縮めた形状の穴２５’とするものである。
第４実施形態は、図７（Ｂ）に示したように穴の圧延方向の径を参考例３より拡大しつつ穴の形状を圧延方向と直交する方向に縮めた形状の穴２５’’とするものである。つまり、各穴２５’，２５’’の活物質層５の面方向の断面をいずれも楕円形状（扁平状）とするものである。

この場合に第３実施形態では、隣合う２つの穴２５’，２５’のうち一方の穴２５’の他方の穴側端から、圧延方向の隣の穴である他方の穴２５’の一方の穴側端までの活物質層部分の距離である第１距離を所定値ｆとする（図６（Ｂ）参照）。また、一方の穴２５’の他方の穴側端から圧延方向と直交する方向の隣の穴である他方の穴２５’の一方の穴側端までの活物質層部分の距離である第２距離を所定値ｅとする（図６（Ｂ）参照）。このとき所定値ｆより所定値ｅのほうが長くなる。そこで、第３実施形態では、圧延方向と直交する方向のイオン伝導性が圧延方向のイオン伝導性と同程度となるように、穴２５’の形状及び所定値ｆと所定値ｅの関係を定める。

同様に、第４実施形態では、隣合う２つの穴２５’’，２５’’のうち一方の穴２５’’の他方の穴側端から、圧延方向の隣の穴である他方の穴２５’’の一方の穴側端までの活物質層部分の距離である第１距離を所定値ｇとする（図７（Ｂ）参照）。また、一方の穴２５’’の他方の穴側端から圧延方向と直交する方向の隣の穴である他方の穴２５’’の一方の穴側端までの活物質層部分の距離である第２距離を所定値ｅとする（図７（Ｂ）参照）。このとき所定値ｇ（ｇ＜ｆ）より所定値ｅのほうが長くなる。そこで、第４実施形態では、圧延方向と直交する方向のイオン伝導性が圧延方向のイオン伝導性と同程度となるように、穴２５’’の形状及び所定値ｇと所定値ｅの関係を定める。

なお、穴の深さを同じとすれば、第３実施形態では、穴の圧延方向の径は参考例３と同じままで穴の形状を圧延方向と直交する方向に縮めているので、１つの穴２５’の体積が参考例３の１つの穴２５の体積より必ず小さくなる。一方、第４実施形態では、穴２５’’の圧延方向の径を参考例３より拡大している（つまり体積が増える方向である）ので、１つの穴２５’’の体積が参考例３の１つの穴２５の体積より必ず小さくなるとはいえない。このため、第４実施形態では、１つの穴２５’’の体積が参考例３の１つの穴２５の体積より小さくなるように穴２５’’の圧延方向の径を定めることで、活物質層全体の体積が参考例３の場合より増加するようにする。

第３、第４の実施形態では、圧延方向（金型を圧延する方向）に並ぶ穴２５’の間隔と圧延方向と直交する方向（金型を圧延する方向と直交する方向）に並ぶ穴２５’の間隔とが同じである場合に、穴２５’が圧延方向と直交する方向に縮んだ形状である。これによって、もともとよい圧延方向と直交する方向のイオン伝導性を圧延方向のイオン伝導性と同程度にまで落とすことで、穴の穿設に伴う活物質層の体積の減少を抑制できる。第３実施形態では、活物質層全体で穴の数は参考例３と同じでありながら、イオン伝導性を参考例３と同等に保ちつつ電池の放電容量の低下を抑制できる。

（比較例１）
活物質層の面方向に穴を穿設してない負極３、正極８を用いた電池（コインセル）を比較例１として製作した。正極活物質層の厚さは例えば１０８μｍ〜１３９μｍあった。

（比較例２）
活物質層の面方向に穴を穿設し、圧延方向に並ぶ穴の間隔と圧延方向と直交する方向に並ぶ穴の間隔を等しくした負極３、正極８を作成し、この負極３、正極８を用いた電池を比較例２として製作した。ここでは負極３、正極８の各活物質層をロール（金型）で一方向に圧延した後に、ドリル加工手段（機械加工手段）により活物質層の面方向に複数の穴２５，２７，２９，３１を穿設した。上記各穴２５，２７，２９，３１の孔径を１００μｍ以下の例えば５１〜５５μｍとした。負極３、正極８の各活物質層の面方向（圧延方向及び圧延方向と直交する方向の２方向）に隣合う２つの穴の間の距離は２００μｍ以下の１４９〜１５５μｍとした。

（実施例１）
活物質層の面方向に穴を形成し、圧延方向に並ぶ穴の間隔を比較例２と同じにし、圧延方向と直交する方向に並ぶ穴の間隔を圧延方向に並ぶ穴の間隔より大きくした負極３、正極８を作成し、この負極３、正極８を用いた電池を実施例１として製作した。

（評価）
図８は、所定のレートでの放電容量を計測してまとめた比較例１，２及び実施例１の放電性能の特性図である。図８によれば、実施例１のほうが、放電容量を比較例２より増加できている。

実施形態では、二次電池である場合で説明したが、一次電池であってよい。

＃１ 活物質層形成工程
＃２ 塑性加工工程
１ リチウムイオン二次電池
２ 発電要素
３ 負極（電極）
４ 負極集電体（集電体）
５，６ 負極活物質層（活物質層）
８ 正極（電極）
９ 正極集電体（集電体）
１０，１１ 正極活物質層（活物質層）
２２ ローラ（金型）
２３ 凸部
２５，２７，２９，３１ 円柱状の穴
２５’，２５’’ 穴

Claims (8)

1. 集電体に所定厚さで形成された活物質層が凸部を有する金型で押しつけられ一方向に圧延されることによって、または、集電体に所定厚さで形成された活物質層が金型で押しつけられ一方向に圧延された後に穴加工されることによって、前記活物質層の面方向に複数の穴が穿設された電極であって、
   前記金型を圧延する方向に並ぶ前記穴の間隔よりも前記金型を圧延する方向と直交する方向に並ぶ前記穴の間隔が大きいことを特徴とする電極。
2. 前記活物質層の面方向に二次元の最密構造で配置された前記穴が前記圧延方向と直交する方向に広がっていることを特徴とする請求項１に記載の電極。
3. 前記金型を圧延する方向と直交する方向及び前記金型を圧延する方向でイオン伝導性が等しくなるように前記金型を圧延する方向と直交する方向に並ぶ穴の間隔と、前記金型を圧延する方向に並ぶ穴の間隔との比を設定することを特徴とする請求項１または２に記載の電極。
4. 前記金型を圧延する方向と直交する方向に並ぶ穴の間隔と、前記金型を圧延する方向に並ぶ穴の間隔との比は、１．１倍から２．０倍までであることを特徴とする請求項３に記載の電極。
5. 前記金型を圧延する方向に並ぶ前記穴の間隔と前記金型を圧延する方向と直交する方向に並ぶ前記穴の間隔とが同じである場合に、前記穴は前記圧延方向と直交する方向に縮んだ形状であることを特徴とする請求項１に記載の電極。
6. 前記請求項１から５までのいずれか一つの電極を用いた電池。
7. 集電体に電極スラリーを塗布して乾燥させることで活物質層を形成する活物質層形成工程と、
   この活物質層形成工程の後に、表面に凸部を有する金型で一方向に圧延しつつ前記活物質層の面方向に複数の穴を穿設するか、または、前記活物質層形成工程の後に、金型で一方向に圧延してから前記活物質層の面方向に複数の穴を穿設する塑性加工工程と
   を有する電極の製造方法において、
   前記金型を圧延する方向に並ぶ前記穴の間隔よりも前記金型を圧延する方向と直交する方向に並ぶ前記穴の間隔を大きくすることを特徴とする電極の製造方法。
8. 集電体に電極スラリーを塗布して乾燥させることで活物質層を形成する手段と、
   前記活物質層の形成後に一方向に圧延しつつ前記活物質層の面方向に複数の穴を穿設する表面に凸部を有する金型か、または、前記活物質層の形成後に一方向に圧延する金型及び前記圧延した活物質層の面方向に複数の穴を穿設する機械工作手段
   を有する電極の製造装置において、
   前記金型を圧延する方向に並ぶ前記穴の間隔よりも前記金型を圧延する方向と直交する方向に並ぶ前記穴の間隔を大きくすることを特徴とする電極の製造装置。