JP2015130297A - 電極の製造方法、電極板、及び２次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】あらかじめマイクロホールを形成した電極板を切断して電極を製造するプロセスにおいてマイクロホール周囲にクラックが発生するのを防止する。【解決手段】集電箔７に活物質１０を塗布して電極板１を作成し、電極板１に厚さ方向の複数の微細な孔部２を形成した後、所定の寸法に切断して電極４を製造する。切断予定位置５にあらかじめ孔部２を形成しない緩衝部３を設け、緩衝部３において電極板１を切断することで、孔部２に切断圧力が加わらないようにする。【選択図】図１

Description

この発明は、リチウムイオン電池の電極の製造に関する。

リチウムイオン２次電池は電解質内において電気化学反応により発電を行なう発電要素として、リチウム金属酸化物からなる正極と、炭素材からなる負極とを交互に積層している。

こうした、リチウムイオン２次電池の電極に関して、特許文献１は正極、負極及び分離膜に電極面に垂直な複数の微細な孔部（マイクロホール）をレーザー加工により形成し、電極への電解液の浸透を促進することを提案している。

特許３６９０５２２号公報

電極への電解液の浸透を均一化させるためには、マイクロホールは等間隔で形成することが望ましい。

しかしながら、電極板を所定の寸法に切断して電極を製造する際に、これらのマイクロホールに切断位置が重なると、切断作業によってマイクロホールの周囲にランダムなクラックや剥離が生じることがある。こうしたクラックや剥離は電極の品質の低下や製品としての歩留まりの低下を招く。

電極板の切断時にマイクロホール周囲にクラックや剥離が生じないようにする方法として、マイクロホールの形成に先立って電極板を切断しておくことが考えられる。この場合には、しかしながら、マイクロホール形成の加工対象物が電極板から電極に変わることで、加工対象物の数が増加し、加工対象物の搬送の手間が増加することで電極の製造コストを増加させるという問題が生じる。

この発明は、あらかじめマイクロホールを形成した電極板の切断プロセスにおいてマイクロホール周囲にクラックや剥離が発生するのを防止することである。

以上の課題を解決すべく、この発明のある実施形態による電極の製造方法は、集電箔に活物質を塗布して電極板を作成し、電極板に厚さ方向の複数の微細な孔部を形成した後、所定の寸法に切断することで電極を製造する。製造方法は、切断予定位置にあらかじめ孔部を形成しない緩衝部を設け、緩衝部において電極板を切断する。

孔部の形成されない緩衝部で電極板を切断して所定寸法の電極を形成するので、孔部が切断線と重複せず、切断によって孔部の周囲にクラックや剥離が生じにくい環境が得られる。その結果、クラックを剥離に起因する電極の品質の低下や製品としての歩留まりの低下を防止できる。

この発明の第１の実施形態による電極板の平面図である。 この発明の第２の実施形態による電極板の平面図である。 この発明の第３の実施形態による電極板要部の横断面図である。 この発明の第４の実施形態による電極板とローラの横断面図である。 この発明の第５の実施形態による電極板とローラの横断面図である。 この発明の第６の実施形態による電極板と保持具の横断面図である。

図１を参照して、この発明の第１の実施形態を説明する。

この実施形態はリチウムイオン２次電池の電極の製造方法に関する。リチウムイオン２次電池は電解質内において電気化学反応により発電を行なう発電要素として、リチウム金属酸化物からなる正極と、炭素材からなる負極と、を備える。正極と負極は交互に積層される。正極と負極はいずれも、集電箔の上に活物質を塗布することで形成される。正極と負極の相違は塗布される活物質が異なるのみであるので、以下の説明では正極と負極を電極と総称する。

図１を参照すると、電極４はあらかじめ準備した電極板１を所定の切断予定位置５で切断することで所定寸法に形成される。

電極４への電解質の浸透を促進すべく、切断に先立って集電箔上の活物質に電極板１の厚さ方向の複数の微細な孔部であるマイクロホール２が形成される。

マイクロホール２の形成は、例えば電極板１にレーザ加工により行なうことができる。ただし、この実施形態はマイクロホール２の形成方法には限定されず、いかなる形成方法でマイクロホール２を形成してもよい。

一方、電極板１の切断予定位置には、あらかじめマイクロホール２を形成しない緩衝部３を設けておく。具体的には、緩衝部３は切断予定位置５の両側に若干の幅をもって設定される。緩衝部３の両外側にマイクロホール２を形成する有孔部６が設けられる。有孔部６には複数のマイクロホール２が緩衝部３から遠ざかる方向、及びこれと直交する方向に関して等しい間隔で形成される。緩衝部３の幅は好ましくは０．１ミリメートル（ｍｍ）以上とする。また、緩衝部３は切断予定位置５と平行をなすように形成される。このようにして、電極板１には有孔部６と緩衝部３が交互に並んで形成される。

有孔部６と緩衝部３とを交互に形成した電極板１を、緩衝部３内の切断予定位置５で切断する。切断は例えばブレードやレーザを用いて行なうことができる。しかしながら、この実施形態は電極板１の切断方法には依存せず、いかなる切断方法を適用しても良い。

電極板１の切断の結果、複数の電極４が製造される。この電極板１の切断は、常に緩衝部３内で行なわれるため、切断位置にはマイクロホール２が存在しない。つまり、いかなるマイクロホール２にも切断圧力が直接作用することはないので、マイクロホール２の周囲に切断に伴うクラックや剥離が生じにくい環境が得られる。その結果、製造される電極４はクラックによる品質低下や製品としての歩留まりの低下を受けにくく、電極４を用いるリチウムイオン電池の品質と歩留まりを向上させることができる。

また、緩衝部３を切断予定位置５と平行をなすように形成することで、マイクロホール２が切断線と重複するのを確実に防止することができる。

緩衝部３の幅を０．１ミリメートル（ｍｍ）以上とすることで、マイクロホール２と切断線の重複を防止しつつ、緩衝部３の大きさを抑えることができる。

したがって、第１の実施形態により電極４の製造に関する歩留まりの向上を図ることができる。

図２を参照してこの発明の第２の実施形態を説明する。

この実施形態では、有孔部６に形成されるマイクロホール２のうち、緩衝部３に隣接する第１の孔部２ａと、第１の孔部２ａの隣の第２の孔部２ｂとの緩衝部３から遠ざかる方向の間隔ｂを、その他のマイクロホール２間の同方向の間隔ａより大きく設定している。その他の構成は第１の実施形態と同一である。

この実施行形態によれば、電極板１を切断予定位置５で切断する際のクラックの伝搬を防止して、切断部周辺の電極４の強度を向上させることができる。

図３を参照して、この発明の第３の実施形態を説明する。

この実施形態では、集電箔７に塗布する活物質１０の厚さを、部位によって変化させる。

具体的には緩衝部３の活物質１０の厚さｈ２に対して、有孔部６の活物質１０の厚さｈ１を大きくする。

このように緩衝部３の活物質１０の厚さｈ２を有孔部６の活物質１０の厚さｈ１に対して相対的に小さくすることで切断予定位置５における緩衝部３の切断が容易になる。また、切断後の電極４は両端に緩衝部３が位置するが、緩衝部３の両端が相対的に薄いことで、他の部材との密着性が向上する。

図４を参照して、この発明の第４の実施形態を説明する。

この実施形態は、マイクロホール２の形成方法に関する。この実施形態においては、マイクロホール２を外周に突起８ａを有するローラ状の金型８を用いて行なう。すなわち、金型８を電極位は１の上で転動させることで、外周面の突起８ａを活物質１０内に食い込ませ、塑性加工によりマイクロホール２を形成する。

緩衝部３においては金型８を図の上向き矢印に示すように上方へとリフトさせることで、マイクロホール２の形成されない緩衝部３を設ける。

このように、ローラ状の金型８を用いてマイクロホール２を形成することで、マイクロホール２を効率的に形成できる。したがって、マイクロホール２の形成に要するコストが低減されるとともに、電極板１の量産が可能となる。

図５を参照して、この発明の第５の実施形態を説明する。

この実施形態も第４の実施形態と同様に、マイクロホール２を外周に突起８ａを有するローラ状の金型８を用いて形成する。ただし、この実施形態においては、金型８の外周に突起８ａを設けない領域８ｂを設定する。

この実施形態においても、第４の実施形態と同様に金型８の転動により活物質１０にマイクロホール２を形成するが、領域８ｂに接する活物質１０の領域にはマイクロホール２が形成されない、この領域か緩衝部３を構成する。

この実施形態によれば、金型８をリフトさせることなく、有孔部６と緩衝部３を作り分けることが可能となる。このように、緩衝部３の形成を容易に行えるので、電極４の製造コストの低減にも好ましい効果が得られる。

図６を参照して、この発明の第６の実施形態を説明する。

この実施形態は電極板１の切断方法に関する。この実施形態では緩衝部３の両側に位置する有孔部６を、電極板１と直交する方向、すなわち上下方向から治具９を用いて把持する。この状態で緩衝部３内の切断予定位置５をブレードで切断する。

このように、有孔部６を治具９で把持することで、切断予定位置５における電極板１の切断を迅速に行なうことができ、電極４の製造に関わる作業効率を向上させることができる。

１ 電極板
２ マイクロホール
２ａ 孔部
２ｂ 孔部
３ 緩衝部
４ 電極
５ 切断予定位置
６ 有孔部
７ 集電箔
８ 金型
８ａ 突起
８ｂ 領域
９ 治具
１０ 活物質

Claims (11)

1. 集電箔に活物質を塗布して電極板を作成し、前記電極板に厚さ方向の複数の微細な孔部を形成した後、所定の寸法に切断する電極の製造方法において、
   切断予定位置にあらかじめ前記孔部を形成しない緩衝部を設け、前記緩衝部において前記電極板を切断することを特徴とする、電極の製造方法。
2. 前記緩衝部に隣接する第１の孔部と、前記第１の孔部の隣の第２の孔部との前記緩衝部から遠ざかる方向の間隔が、他の隣接する孔部間の前記緩衝部から遠ざかる方向の間隔より大きくなるように、前記孔部を形成することを特徴とする、請求項１に記載の電極の製造方法。
3. 前記緩衝部を前記電極板の他の部位より薄く形成することを特徴とする、請求項１または２に記載の電極の製造方法。
4. 外周に突起を有するローラを前記活物質上で転動させることで前記孔部を形成するとともに、前記緩衝部に相当する部位では前記ローラを前記活物質に対して上昇させることで前記緩衝部を形成することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の電極の製造方法。
5. 外周に突起を有するローラを前記活物質上で転動させることで前記孔部を形成するとともに、前記緩衝部に相当する部位で前記活物質に接する前記ローラの接触面には凸部を形成しないことで、前記緩衝部を形成することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の電極の製造方法。
6. 前記電極板の前記孔部を形成した部位を、前記電極板と直交する方向から挟持して前記切断予定位置で前記電極版を切断することを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の電極の製造方法。
7. 集電箔と、前記集電箔に塗布された活物質と、厚さ方向に形成された複数の微細な孔部とを有し、所定の寸法に切断することで電極を形成する電極板において、
   切断予定位置を含む領域に前記孔部の存在しない緩衝部を設けたことを特徴とする、電極板。
8. 前記緩衝部に隣接する第１の孔部と、前記第１の孔部の隣の第２の孔部との前記緩衝部から遠ざかる方向の間隔が、他の隣接する孔部間の前記緩衝部から遠ざかる方向の間隔より大きいことを特徴とする、請求項７に記載の電極板。
9. 前記緩衝部は前記切断予定位置に対応する切断線と略平行をなすことを特徴とする、請求項７または８に記載の電極板。
10. 前記緩衝部の幅が０．０１ミリメートル以上であることを特徴とする、請求項７から９のいずれかに記載の電極板。
11. 請求項７に記載の電極板を前記切断予定位置で切断した電極を用いることを特徴とする、２次電池。

Images