JP2019021537A - Electrode, battery using the electrode, and method of manufacturing the battery - Google Patents

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Abstract

To provide a battery improved in energy density and output density.SOLUTION: A battery includes a foundation part 122 and a plurality of projecting portions 128 arranged to be spaced apart from each other and projecting from the foundation part 122. Each of the projecting portions 128 comprises: a projecting post part 124 projecting from the foundation part 122; and a projecting tip part 126 projecting from the projecting post part 124. The maximum width Wh of the projecting tip part 126 is larger than the minimum width Wp of the projecting post part 124, in a direction where the projecting portions 128 are arranged.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、電極、その電極を用いた電池およびその電池の製造方法に関する。   The present invention relates to an electrode, a battery using the electrode, and a method for manufacturing the battery.

近年急速に普及しつつある電気自動車は、一充電当たりの走行距離が長くしかも機敏に走ることができる、といった走行特性が求められる。このため、電気自動車に搭載する電池はエネルギー密度(Wh/Kg)および出力密度(W/Kg)が大きいことが要求される。また、電気自動車は電池の設置スペースが限られているため、電池の小型化も要求される。   In recent years, electric vehicles, which are rapidly spreading, are required to have a travel characteristic such as a long travel distance per charge and a quick travel. For this reason, the battery mounted in the electric vehicle is required to have a large energy density (Wh / Kg) and output density (W / Kg). In addition, since an electric vehicle has a limited battery installation space, it is required to reduce the size of the battery.

しかし、電池のエネルギー密度と電池の出力密度とは二律背反の関係にあるため、高エネルギー密度で高出力の電池を創ることは難しい。電池のエネルギー密度と電池の出力密度の共に大きい電池を製造するために、電極活物質、電解液の開発がされている。その一方で、下記特許文献1に示すような、電極構造を三次元化した電池の構造も開発されている。   However, since the energy density of the battery and the output density of the battery are in a trade-off relationship, it is difficult to create a battery with a high energy density and a high output. In order to produce a battery having both a high energy density and a high output density of the battery, an electrode active material and an electrolytic solution have been developed. On the other hand, as shown in Patent Document 1 below, a battery structure in which the electrode structure is made three-dimensional has been developed.

国際公開第2014/038455号International Publication No. 2014/038455

確かに、特許文献1に示されている電極構造の電池によれば、電池の出力密度を低下させることなく、エネルギー密度を向上させることができる。   Certainly, according to the battery having the electrode structure disclosed in Patent Document 1, the energy density can be improved without lowering the output density of the battery.

しかし、特許文献1に示されている電極構造は、正負の両電極が長方形の凹凸を繰り返す櫛形形状であるため、凹凸の角部分に電流が集中しやすくなる。このため、正負の電極間での電流の分布が不均一になり、エネルギー密度と出力密度とを向上させることは難しい。   However, since the electrode structure shown in Patent Document 1 has a comb shape in which both positive and negative electrodes repeat rectangular irregularities, current tends to concentrate on the corners of the irregularities. For this reason, the current distribution between the positive and negative electrodes becomes non-uniform, and it is difficult to improve the energy density and the output density.

エネルギー密度と出力密度とをさらに向上させるためには、理論的には、より高解像(細かなピッチ)で長方形の凹凸を繰り返す、高解像度の櫛形形状とすればよい。しかし、高解像度の櫛形形状の電極とすることは、生産性、信頼性、製造上の問題が生じるため、現実的ではない。   In order to further improve the energy density and the output density, theoretically, a high-resolution comb shape in which rectangular irregularities are repeated at a higher resolution (fine pitch) may be used. However, it is not practical to use a high-resolution comb-shaped electrode because of problems in productivity, reliability, and manufacturing.

本発明は、以上のような従来の技術の問題を解消するために成されたものであり、電池のエネルギー密度と電池の出力密度とを向上させることができる、電極、その電極を用いた電池およびその電池の製造方法の提供を目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and can improve the energy density of the battery and the output density of the battery, and a battery using the electrode. Another object is to provide a method for manufacturing the battery.

上記目的を達成するための本発明に係る電極は、土台部と、互いに間隔を開けて並び土台部から突出する複数の突起部と、を備えている。突起部のそれぞれは、土台部から突出する突起支柱部と、突起支柱部から突出する突起先端部と、から構成され、突起部が並ぶ方向の、突起先端部の最大幅は突起支柱部の最小幅よりも大きい。   In order to achieve the above object, an electrode according to the present invention includes a base portion and a plurality of protrusion portions that are arranged at intervals from each other and protrude from the base portion. Each of the protrusions is composed of a protrusion column part protruding from the base part and a protrusion tip part protruding from the protrusion column part, and the maximum width of the protrusion tip part in the direction in which the protrusions are aligned is the maximum width of the protrusion column part. Bigger than narrow.

上記目的を達成するための本発明に係る電池は、上記の電極を正極および負極とし、正極のそれぞれの隣り合う突起部の間に負極の突起部が位置され、正極の突起部と負極の突起部との間にはセパレータが介在される。   In order to achieve the above object, a battery according to the present invention uses the above electrode as a positive electrode and a negative electrode, and a negative electrode protrusion is positioned between adjacent protrusions of the positive electrode, and the positive electrode protrusion and the negative electrode protrusion A separator is interposed between the parts.

上記目的を達成するための本発明に係る電池の製造方法は、上記の電池を、3Dプリンタにより、正極または負極の土台部を形成する段階と、正極または負極の突起支柱部およびセパレータを交互に形成する段階と、正極または負極の突起支柱部、セパレータ、負極または正極の突起先端部、セパレータを繰り返し形成する段階と、正極または負極の突起先端部、セパレータ、負極または正極の突起支柱部、セパレータを繰り返し形成する段階と、負極または正極の突起支柱部およびセパレータを交互に形成する段階と、負極または正極の土台部を形成する段階と、を実施する。   In order to achieve the above object, a battery manufacturing method according to the present invention includes a step of forming a positive electrode or negative electrode base portion with a 3D printer, and a positive electrode or negative electrode protrusion strut portion and a separator alternately. A step of forming a positive electrode or negative electrode protrusion strut, a separator, a negative electrode or positive electrode protrusion tip, and a separator repeatedly, and a positive electrode or negative electrode protrusion tip, a separator, a negative electrode or positive electrode protrusion strut, a separator The step of repeatedly forming the step, the step of alternately forming the negative electrode or positive electrode protrusion struts and the separator, and the step of forming the base portion of the negative electrode or positive electrode are performed.

本発明に係る電極、その電極を用いた電池によれば、電池のエネルギー密度と電池の出力密度とを向上させることができる。   According to the electrode according to the present invention and the battery using the electrode, the energy density of the battery and the output density of the battery can be improved.

本発明に係る電池の製造方法によれば、エネルギー密度と出力密度とを向上させることができる電池を3Dプリンタによって製造することができる。   According to the battery manufacturing method of the present invention, a battery capable of improving energy density and output density can be manufactured by a 3D printer.

実施形態1に係る電池の断面図である。1 is a cross-sectional view of a battery according to Embodiment 1. FIG. 図1に記載した電池の正極の斜視図である。It is a perspective view of the positive electrode of the battery described in FIG. 実施形態1に係る電池の製造方法を示す図である。6 is a diagram showing a method for manufacturing the battery according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る電池の製造方法を示す図である。6 is a diagram showing a method for manufacturing the battery according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る電池の製造方法を示す図である。6 is a diagram showing a method for manufacturing the battery according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る電池の製造方法を示す図である。6 is a diagram showing a method for manufacturing the battery according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る電池の製造方法を示す図である。6 is a diagram showing a method for manufacturing the battery according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る電池の製造方法を示す図である。6 is a diagram showing a method for manufacturing the battery according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る電池の製造方法を示す図である。6 is a diagram showing a method for manufacturing the battery according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る電池の変形例を示す図である。6 is a diagram showing a modification of the battery according to Embodiment 1. FIG. 実施形態2に係る電池の断面図である。6 is a cross-sectional view of a battery according to Embodiment 2. FIG. 実施形態2に係る電池の変形例を示す図である。6 is a diagram showing a modification of the battery according to Embodiment 2. FIG. 実施形態3に係る電池の断面図である。6 is a cross-sectional view of a battery according to Embodiment 3. FIG. 実施形態3に係る電池の変形例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a modification of the battery according to Embodiment 3. 実施形態4に係る電池の断面図である。6 is a cross-sectional view of a battery according to Embodiment 4. FIG. 実施形態4に係る電池の変形例を示す図である。FIG. 10 is a view showing a modification of the battery according to Embodiment 4. 実施形態5に係る電池の断面図である。6 is a cross-sectional view of a battery according to Embodiment 5. FIG. 実施形態5に係る電池の変形例を示す図である。FIG. 10 is a view showing a modification of the battery according to Embodiment 5. 従来の電池の正極と負極との間の電流密度分布の説明に供する図である。It is a figure where it uses for description of the current density distribution between the positive electrode and negative electrode of the conventional battery. 従来の電池と実施形態1に係る電池のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the conventional battery and the battery which concerns on Embodiment 1. FIG. 従来の電池と実施形態1に係る電池のSOC−電圧特性(1C)を示すグラフである。It is a graph which shows the SOC-voltage characteristic (1C) of the conventional battery and the battery which concerns on Embodiment 1. FIG. 従来の電池と実施形態1に係る電池のSOC−電圧特性(5C)を示すグラフである。It is a graph which shows the SOC-voltage characteristic (5C) of the conventional battery and the battery which concerns on Embodiment 1. FIG. 従来の電池と実施形態1に係る電池のDOD−放電レート特性を示すグラフである。It is a graph which shows the DOD-discharge rate characteristic of the conventional battery and the battery which concerns on Embodiment 1. FIG.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を、[実施形態1]から[実施形態5]に分けて説明する。なお、図中、同様の部材には同一の符号を用いた。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張される場合があり、実際の比率とは異なる場合がある。   Hereinafter, with reference to the drawings, embodiments of the present invention will be described by dividing them from [Embodiment 1] to [Embodiment 5]. In addition, the same code | symbol was used for the same member in the figure. In addition, the dimensional ratios in the drawings may be exaggerated for convenience of explanation, and may be different from the actual ratios.

[実施形態1]
(電池の構成)
図1は、実施形態1に係る電池の断面図である。図1に示す電池100は、具体的には、扁平な矩形形状を有するリチウムイオン二次電池の発電要素となる。一般的には、多数の電池100を並列および直列に接続することによってリチウムイオン二次電池が構成される。
[Embodiment 1]
(Battery configuration)
1 is a cross-sectional view of a battery according to Embodiment 1. FIG. Specifically, the battery 100 illustrated in FIG. 1 serves as a power generation element of a lithium ion secondary battery having a flat rectangular shape. Generally, a lithium ion secondary battery is configured by connecting a large number of batteries 100 in parallel and in series.

電池100は、正極集電体110、正極電極120、セパレータ150、負極電極170、負極集電体160から構成される。正極集電体110と正極電極120とによって正極130が構成され、負極集電体160と負極電極170とによって負極180が構成される。   The battery 100 includes a positive electrode current collector 110, a positive electrode 120, a separator 150, a negative electrode 170, and a negative electrode current collector 160. The positive electrode current collector 110 and the positive electrode 120 constitute a positive electrode 130, and the negative electrode current collector 160 and the negative electrode 170 constitute a negative electrode 180.

電池100は、正極130および負極180が対向して配置されている。正極130のそれぞれの隣り合う突起部128の間に負極180の突起部178が互い違いに組み合うように位置される。正極130の突起部128の寸法および形状と負極180の突起部178の寸法および形状とは同一である。正極130の突起部128と負極180の突起部178との間にはセパレータ150が介在されている。   In the battery 100, the positive electrode 130 and the negative electrode 180 are arranged to face each other. The protrusions 178 of the negative electrode 180 are positioned alternately between the adjacent protrusions 128 of the positive electrode 130. The size and shape of the protrusion 128 of the positive electrode 130 are the same as the size and shape of the protrusion 178 of the negative electrode 180. A separator 150 is interposed between the protrusion 128 of the positive electrode 130 and the protrusion 178 of the negative electrode 180.

正極集電体110にはアルミニウム箔が用いられる。正極電極120は正極活物質によって形成され、正極活物質には、LiMn、LiCoO、およびLiNiO等の複合酸化物が用いられる。正極活物質は、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)等のバインダーにより結着され、炭素材料等の導電助剤が必要に応じて添加される。 An aluminum foil is used for the positive electrode current collector 110. The positive electrode 120 is formed of a positive electrode active material, and a composite oxide such as LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , and LiNiO 2 is used as the positive electrode active material. The positive electrode active material is bound by a binder such as polyvinylidene fluoride (PVdF), and a conductive aid such as a carbon material is added as necessary.

セパレータ150は、シート状の多孔質体であり、電解液を保持している。セパレータ150には、たとえば、ポリオレフィン微多孔膜が用いられ、電解液は、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の混合溶媒にLiPF6等のリチウム塩が溶解したものを用いている。電解液には、メチレンメタンジスルホネート(MMDS)、ビニレンカーボネート(VC)、およびフルオロエチレンカーボネート(FEC)等の電解液添加剤が添加される。   The separator 150 is a sheet-like porous body and holds an electrolytic solution. For example, a polyolefin microporous membrane is used as the separator 150, and an electrolytic solution in which a lithium salt such as LiPF6 is dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) is used. Electrolytic solution additives such as methylenemethane disulfonate (MMDS), vinylene carbonate (VC), and fluoroethylene carbonate (FEC) are added to the electrolytic solution.

負極集電体160には銅箔が用いられる。負極電極170は負極活物質によって形成され、負極活物質には、グラファイト、カーボンブラック、およびハードカーボン等の炭素材料が用いられる。負極活物質は、スチレンブタジエンラバー(SBR)/カルボキシメチルセルロース(CMC)混合バインダー等の水系バインダーにより結着され、炭素材料等の導電助剤が必要に応じて添加される。   A copper foil is used for the negative electrode current collector 160. The negative electrode 170 is formed of a negative electrode active material, and a carbon material such as graphite, carbon black, and hard carbon is used for the negative electrode active material. The negative electrode active material is bound by an aqueous binder such as a styrene butadiene rubber (SBR) / carboxymethyl cellulose (CMC) mixed binder, and a conductive aid such as a carbon material is added as necessary.

実施形態1に係る電池100は、正極130の突起部128の形状、負極180の突起部178の形状を工夫して、曲線のみの形状からなる円形形状としている。また、正極130の突起部128の寸法および形状と負極180の突起部178の寸法および形状とを同一にしている。これによって、突起部128、178間を流れる電流の分布は均一となって、局部的な電流集中を避けることができる。したがって、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池100が提供できる。   In the battery 100 according to Embodiment 1, the shape of the protruding portion 128 of the positive electrode 130 and the shape of the protruding portion 178 of the negative electrode 180 are devised to have a circular shape including only a curved shape. In addition, the size and shape of the protruding portion 128 of the positive electrode 130 are the same as the size and shape of the protruding portion 178 of the negative electrode 180. As a result, the distribution of current flowing between the protrusions 128 and 178 becomes uniform, and local current concentration can be avoided. Therefore, it is possible to provide a high capacity, high output battery 100 with improved energy density and output density.

(電極の構成)
図2は、図1に記載した電池100の正極130の斜視図である。図2に示すように、正極130は、正極集電体110上に正極電極120を形成したものである。
(Configuration of electrode)
FIG. 2 is a perspective view of the positive electrode 130 of the battery 100 illustrated in FIG. 1. As shown in FIG. 2, the positive electrode 130 is obtained by forming the positive electrode 120 on the positive electrode current collector 110.

正極電極120は、図に示す通り、土台部122と複数の突起部128とから構成される。土台部122は正極集電体110上に形成される。突起部128は、互いに間隔を開けて並び土台部122から突出する。突起部128のそれぞれは、土台部122から突出する突起支柱部124と、突起支柱部124から突出する突起先端部126と、から構成される。突起部128が並ぶ方向(図示X方向)の、突起先端部126の最大幅(先端部幅:Wh)は突起支柱部124の最小幅(支柱部幅:Wp)よりも大きい。具体的には、Wh≧1.2Wpである。   The positive electrode 120 includes a base portion 122 and a plurality of protrusions 128 as shown in the drawing. The base portion 122 is formed on the positive electrode current collector 110. The protruding portions 128 are arranged at intervals from each other and protrude from the base portion 122. Each of the protrusions 128 includes a protrusion support part 124 protruding from the base part 122 and a protrusion tip part 126 protruding from the protrusion support part 124. The maximum width (tip width: Wh) of the protrusion tip 126 in the direction in which the protrusions 128 are arranged (X direction in the drawing) is larger than the minimum width (post width: Wp) of the protrusion support 124. Specifically, Wh ≧ 1.2Wp.

このように、突起先端部126の最大幅Whを突起支柱部の124の最小幅Wpよりも大きくすることによって、突起部128の表面積が増加する。このため、突起部128を流出入する電流の集中を避けることができる。したがって、正極130を電池100に用いることによって、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池100が提供できる。   Thus, by making the maximum width Wh of the protrusion tip portion 126 larger than the minimum width Wp of the protrusion support portion 124, the surface area of the protrusion 128 increases. For this reason, it is possible to avoid concentration of current flowing in and out of the protrusion 128. Therefore, by using the positive electrode 130 for the battery 100, it is possible to provide a high-capacity, high-power battery 100 with improved energy density and power density.

ここで、土台部122は、正極電極120の内、正極集電体110の表面を図示Z方向に正極電極120の外表面と接触するまで移動させたときの、その移動後の表面と、正極集電体110の表面と、で形成される厚みを有した部分である。したがって、土台部122は隣り合う突起部128を連結する。土台部122の存在は正極集電体110との接触面積を十分に確保する意味で非常に重要である。土台部122の定義は実施形態1−5において同一である。   Here, the base portion 122 includes the surface after the movement when the surface of the positive electrode current collector 110 in the positive electrode 120 is moved in the Z direction until it contacts the outer surface of the positive electrode 120, and the positive electrode A portion having a thickness formed by the surface of the current collector 110. Accordingly, the base portion 122 connects the adjacent protrusions 128. The presence of the base portion 122 is very important in terms of ensuring a sufficient contact area with the positive electrode current collector 110. The definition of the base part 122 is the same in the embodiment 1-5.

突起先端部126は、正極電極120の先端部分の外形形状によって仮想的に形成した形状(図2では円形)の図示Z方向の厚み(図2では円の直径)を有した、正極電極120の先端の部分である。突起先端部126の定義は実施形態1−5において同一である。   The protrusion tip 126 has a thickness (circular diameter in FIG. 2) in the illustrated Z direction of a shape (circular in FIG. 2) virtually formed by the outer shape of the distal end portion of the positive electrode 120. It is the tip part. The definition of the protrusion tip portion 126 is the same as in Embodiment 1-5.

突起支柱部124は、土台部122と突起先端部126との間の部分である。突起支柱部124の定義は実施形態1−5において同一である。   The protruding support column portion 124 is a portion between the base portion 122 and the protruding tip portion 126. The definition of the protrusion support | pillar part 124 is the same in Embodiment 1-5.

また、突起部128を、突起部128が並ぶ方向に沿って垂直に切断したときの、突起先端部126の断面積は、突起支柱部124の断面積よりも大きい。   In addition, when the protrusion 128 is cut vertically along the direction in which the protrusions 128 are arranged, the cross-sectional area of the protrusion tip 126 is larger than the cross-sectional area of the protrusion support 124.

このように、突起先端部126の断面積を突起支柱部の124の断面積よりも大きくすることによって、突起先端部126と土台部122との電極容量バランスが合わせやすくなり、イオン移動距離を小さくできる。このため、突起先端部126を流出入する電流の集中を避けることができる。したがって、正極130を電池100に用いることによって、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池100が提供できる。   In this way, by making the cross-sectional area of the protrusion tip portion 126 larger than the cross-sectional area of the protrusion support portion 124, the electrode capacity balance between the protrusion tip portion 126 and the base portion 122 can be easily adjusted, and the ion movement distance can be reduced. it can. For this reason, it is possible to avoid the concentration of current flowing in and out of the protrusion tip portion 126. Therefore, by using the positive electrode 130 for the battery 100, it is possible to provide a high-capacity, high-power battery 100 with improved energy density and power density.

図2に示す通り、突起部128を、突起部128が並ぶ方向に沿って垂直に切断したときの、突起部128の断面の外形形状は曲線のみで形成されている。   As shown in FIG. 2, the outer shape of the cross section of the protrusion 128 when the protrusion 128 is cut vertically along the direction in which the protrusions 128 are arranged is formed only by a curve.

このように、突起部128の断面の外形形状を曲線のみで形成すると、突起部128を流出入する電流の集中を避けることができる。したがって、正極130を電池100に用いることによって、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池100が提供できる。   In this way, when the outer shape of the cross section of the protrusion 128 is formed by only a curve, it is possible to avoid the concentration of current flowing in and out of the protrusion 128. Therefore, by using the positive electrode 130 for the battery 100, it is possible to provide a high-capacity, high-power battery 100 with improved energy density and power density.

また、突起部128は、突起部128が並ぶ方向に対して交差する方向(図示Y方向)に延伸している。   Further, the protrusion 128 extends in a direction (Y direction in the drawing) intersecting the direction in which the protrusions 128 are arranged.

このように、突起部128を突起部128が並ぶ方向に対して交差する方向に延伸させると、突起部128の表面積が大きくなる。このため、突起部128を流出入する電流の集中を避けることができる。したがって、正極130を電池100に用いることによって、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池100が提供できる。   As described above, when the protrusion 128 is extended in a direction intersecting with the direction in which the protrusions 128 are arranged, the surface area of the protrusion 128 is increased. For this reason, it is possible to avoid concentration of current flowing in and out of the protrusion 128. Therefore, by using the positive electrode 130 for the battery 100, it is possible to provide a high-capacity, high-power battery 100 with improved energy density and power density.

正極130の構成は以上の通りである。なお、図1に示した負極180の構成も正極130の構成と同一である。したがって、正極130の突起部128の寸法および形状と負極180の突起部178の寸法および形状とは同一であり、正極130と負極180とは対称的な形状を有している。   The configuration of the positive electrode 130 is as described above. Note that the configuration of the negative electrode 180 illustrated in FIG. 1 is the same as the configuration of the positive electrode 130. Therefore, the size and shape of the protrusion 128 of the positive electrode 130 are the same as the size and shape of the protrusion 178 of the negative electrode 180, and the positive electrode 130 and the negative electrode 180 have a symmetrical shape.

(電池の製造方法)
次に、図1に示した電池の製造方法を説明する。図1に示した電池100は、3Dプリンタを用いて、次のような手順で製造される。
(Battery manufacturing method)
Next, a method for manufacturing the battery shown in FIG. 1 will be described. The battery 100 shown in FIG. 1 is manufactured by the following procedure using a 3D printer.

正極集電体110上に正極130の土台部122を形成する段階と、
正極130の突起支柱部124およびセパレータ150を交互に形成する段階と、
正極130の突起支柱部124、セパレータ150、負極180の突起先端部176、セパレータ150を繰り返し形成する段階と、
正極130の突起先端部126、セパレータ150、負極180の突起支柱部174、セパレータ150を繰り返し形成する段階と、
負極180の突起支柱部174およびセパレータ150を交互に形成する段階と、
負極180の土台部172を形成する段階と、
土台部172に負極集電体160を取り付ける段階と、
を実施することによって電池100を製造する。
Forming a base portion 122 of the positive electrode 130 on the positive electrode current collector 110;
Alternately forming protruding post portions 124 and separators 150 of the positive electrode 130;
Repetitively forming the protrusion support 124, the separator 150, the protrusion tip 176 of the negative electrode 180, and the separator 150;
Repeatedly forming the protrusion tip 126 of the positive electrode 130, the separator 150, the protrusion support 174 of the negative electrode 180, and the separator 150;
Alternately forming protruding post portions 174 and separators 150 of the negative electrode 180;
Forming a base portion 172 of the negative electrode 180;
Attaching the negative electrode current collector 160 to the base portion 172;
Is performed to manufacture the battery 100.

このような手順でそれぞれの部分を順に積層していくことによって、図1に示した電池100を製造することができる。上記の製造方法を用いて電池100を製造することによって、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池100が提供できる。   The battery 100 shown in FIG. 1 can be manufactured by sequentially stacking the respective parts in such a procedure. By manufacturing the battery 100 using the above manufacturing method, it is possible to provide a high-capacity, high-power battery 100 with improved energy density and power density.

図3から図9は、実施形態1に係る電池100の製造方法を示す図である。3Dプリンタのヘッドは図中左側から右側に向けて移動するものとする。   3 to 9 are views showing a method for manufacturing the battery 100 according to the first embodiment. It is assumed that the head of the 3D printer moves from the left side to the right side in the figure.

まず、図3に示すように、正極集電体110の上に、正極130(図2参照)の土台部122を形成する。   First, as shown in FIG. 3, the base portion 122 of the positive electrode 130 (see FIG. 2) is formed on the positive electrode current collector 110.

次に、図4に示すように、正極130の土台部122上に突出するように突起支柱部124およびセパレータ150を交互に形成する。   Next, as shown in FIG. 4, the protruding support portions 124 and the separators 150 are alternately formed so as to protrude on the base portion 122 of the positive electrode 130.

次に、図5に示すように、正極130の突起支柱部124、セパレータ150、負極180の突起先端部176、セパレータ150を繰り返し形成する。   Next, as shown in FIG. 5, the protrusion support 124, the separator 150, the protrusion tip 176 of the negative electrode 180, and the separator 150 are repeatedly formed.

次に、図6に示すように、正極130の突起支柱部124上に突出するように突起先端部126、セパレータ150、負極180の突起支柱部174、セパレータ150を繰り返し形成する。   Next, as shown in FIG. 6, the protrusion tip 126, the separator 150, the protrusion strut 174 of the negative electrode 180, and the separator 150 are repeatedly formed so as to protrude onto the protrusion strut 124 of the positive electrode 130.

次に、図7に示すように、負極180の突起支柱部174およびセパレータ150を交互に形成する。   Next, as shown in FIG. 7, the protruding support portions 174 and the separators 150 of the negative electrode 180 are alternately formed.

次に、図8に示すように、負極180の突起支柱部174に引き続き土台部172を形成する。   Next, as shown in FIG. 8, the base portion 172 is formed on the protruding support portion 174 of the negative electrode 180.

最後に、図9に示すように、土台部172に負極集電体160を取り付ける。   Finally, as shown in FIG. 9, the negative electrode current collector 160 is attached to the base portion 172.

以上のような手順によって図1に示した電池100が形成される。   The battery 100 shown in FIG. 1 is formed by the procedure as described above.

[実施形態1の変形例]
図10は、実施形態1に係る電池100の変形例を示す図である。なお、この変形例に係る電池100Aの構成は、以下説明する点を除き、図1に示した電池100の構成と同一である。
[Modification of Embodiment 1]
FIG. 10 is a diagram illustrating a modification of the battery 100 according to the first embodiment. The configuration of battery 100A according to this modification is the same as that of battery 100 shown in FIG. 1 except for the points described below.

変形例に係る電池100Aと図1に示した電池100との比較において、唯一異なる部分は、正極130の突起部128と負極180の突起部178である。   In the comparison between the battery 100A according to the modified example and the battery 100 shown in FIG. 1, the only difference is the protrusion 128 of the positive electrode 130 and the protrusion 178 of the negative electrode 180.

つまり、正極130の突起部128の寸法および形状は、負極180の突起部178の寸法および形状とは異なる寸法および形状である。また、正極130の突起部128を形成する突起先端部126の形状と負極180の突起部178を形成する突起先端部176の形状は類似する形状である。   That is, the size and shape of the protrusion 128 of the positive electrode 130 are different from the size and shape of the protrusion 178 of the negative electrode 180. Further, the shape of the protrusion tip portion 126 that forms the protrusion portion 128 of the positive electrode 130 is similar to the shape of the protrusion tip portion 176 that forms the protrusion portion 178 of the negative electrode 180.

図10の突起先端部126の形状と突起先端部176の形状とを比較すると、突起先端部126が円形状であるのに対して、突起先端部176は円形状ではなく、楕円形状であることがわかる。つまり、正極130と負極180とは非対照的な形状を有していることがわかる。   Comparing the shape of the protrusion tip 126 in FIG. 10 with the shape of the protrusion tip 176, the protrusion tip 126 is circular, whereas the protrusion tip 176 is not circular but elliptical. I understand. That is, it can be seen that the positive electrode 130 and the negative electrode 180 have an asymmetric shape.

このように、正極130と負極180とが非対称的な形状を有していても、突起部128と突起部178の断面の外形形状が曲線のみで形成されているので、突起部128と突起部178を流出入する電流の集中を避けることができる。したがって、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池100が提供できる。   Thus, even if the positive electrode 130 and the negative electrode 180 have an asymmetric shape, the outer shape of the cross section of the protrusion 128 and the protrusion 178 is formed only by a curve, so the protrusion 128 and the protrusion Concentration of current flowing in and out of 178 can be avoided. Therefore, it is possible to provide a high capacity, high output battery 100 with improved energy density and output density.

[実施形態2]
図11は、実施形態2に係る電池の断面図である。なお、実施形態2に係る電池100−2の構成は、以下説明する点を除き、図1に示した電池100の構成と同一である。
[Embodiment 2]
FIG. 11 is a cross-sectional view of the battery according to the second embodiment. The configuration of the battery 100-2 according to the second embodiment is the same as the configuration of the battery 100 illustrated in FIG. 1 except for the points described below.

電池100−2においては、正極130の突起部128を突起部128が並ぶ方向に沿って垂直に切断したときの、突起部128の断面の外形形状は、曲線および直線を交えて形成されている。負極180の突起部178の断面の外形形状も正極130の突起部128の断面の外形形状と同一である。   In the battery 100-2, the outer shape of the cross section of the protrusion 128 when the protrusion 128 of the positive electrode 130 is cut vertically along the direction in which the protrusions 128 are arranged is formed with a curve and a straight line. . The outer shape of the cross section of the protruding portion 178 of the negative electrode 180 is also the same as the outer shape of the cross section of the protruding portion 128 of the positive electrode 130.

電池100−2と図1に示した電池100との比較において、異なる部分は、正極130の突起部128の形状と負極180の突起部178の形状である。電池100−2の突起部128と突起部178の形状はキノコ形状であり、図1に示した電池100の突起部128と突起部178の形状は円形状である。   In the comparison between the battery 100-2 and the battery 100 shown in FIG. 1, different portions are the shape of the protruding portion 128 of the positive electrode 130 and the shape of the protruding portion 178 of the negative electrode 180. The shape of the protrusion 128 and the protrusion 178 of the battery 100-2 is a mushroom shape, and the shape of the protrusion 128 and the protrusion 178 of the battery 100 shown in FIG. 1 is a circle.

このように、正極130の突起部128と負極180の突起部178の形状を曲線および直線を交えたキノコ形状としても、突起部128、178の断面の外形形状に曲線の部分が含まれているので、突起先端部126、176との間の電流の集中を避けることができる。したがって、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池100−2が提供できる。   As described above, even when the shape of the protrusion 128 of the positive electrode 130 and the shape of the protrusion 178 of the negative electrode 180 is a mushroom shape with a curved line and a straight line, the outer shape of the cross section of the protrusions 128 and 178 includes a curved portion. Therefore, it is possible to avoid the concentration of current between the projecting tip portions 126 and 176. Therefore, a high-capacity, high-power battery 100-2 with improved energy density and power density can be provided.

[実施形態2の変形例]
図12は、実施形態2に係る電池100−2の変形例を示す図である。なお、この変形例に係る電池100A−2の構成は、以下説明する点を除き、図11に示した電池100−2の構成と同一である。
[Modification of Embodiment 2]
FIG. 12 is a diagram illustrating a modification of the battery 100-2 according to the second embodiment. The configuration of battery 100A-2 according to this modification is the same as that of battery 100-2 shown in FIG. 11 except for the points described below.

変形例に係る電池100A−2と図11に示した電池100−2との比較において、唯一異なる部分は、正極130の突起部128と負極180の突起部178である。   In the comparison between the battery 100A-2 according to the modification and the battery 100-2 shown in FIG. 11, the only difference is the protrusion 128 of the positive electrode 130 and the protrusion 178 of the negative electrode 180.

つまり、正極130の突起部128の寸法および形状は、負極180の突起部178の寸法および形状とは異なる寸法および形状である。また、正極130の突起部128を形成する突起先端部126の形状と負極180の突起部178を形成する突起先端部176の形状は類似する形状である。   That is, the size and shape of the protrusion 128 of the positive electrode 130 are different from the size and shape of the protrusion 178 of the negative electrode 180. Further, the shape of the protrusion tip portion 126 that forms the protrusion portion 128 of the positive electrode 130 is similar to the shape of the protrusion tip portion 176 that forms the protrusion portion 178 of the negative electrode 180.

図12の突起先端部126の形状と突起先端部176の形状とを比較すると、キノコ形状であることについては類似しているが、キノコ形状の傘の部分の厚みが異なっていることがわかる。つまり、正極130と負極180とは非対照的な形状を有していることがわかる。   Comparing the shape of the protrusion tip portion 126 and the shape of the protrusion tip portion 176 in FIG. 12, it can be seen that the mushroom shape is similar, but the thickness of the mushroom-shaped umbrella portion is different. That is, it can be seen that the positive electrode 130 and the negative electrode 180 have an asymmetric shape.

このように、正極130と負極180とが非対称的な形状を有していても、突起部128と突起部178の断面の外形形状に曲線の部分が含まれているので、突起部128と突起部178を流出入する電流の集中を避けることができる。したがって、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池100A−2が提供できる。   As described above, even if the positive electrode 130 and the negative electrode 180 have asymmetric shapes, the outer shape of the cross section of the protrusion 128 and the protrusion 178 includes a curved portion. Concentration of current flowing in and out of the portion 178 can be avoided. Therefore, a high-capacity, high-power battery 100A-2 with improved energy density and power density can be provided.

[実施形態3]
図13は、実施形態3に係る電池の断面図である。なお、実施形態3に係る電池100−3の構成は、以下説明する点を除き、図1に示した電池100の構成と同一である。
[Embodiment 3]
FIG. 13 is a cross-sectional view of the battery according to the third embodiment. The configuration of the battery 100-3 according to the third embodiment is the same as the configuration of the battery 100 illustrated in FIG. 1 except for the points described below.

電池100−3においては、正極130の突起部128を突起部128が並ぶ方向に沿って垂直に切断したときの、突起部128の断面の外形形状は、曲線および直線を交えて形成されている。また、突起部128の断面の外形形状の角部は、電流の集中を避けるため、少なくとも突起先端部126の最大幅Whの10%以上の範囲で曲線的に面取りされている。負極180の突起部178の断面の外形形状も正極130の突起部128の断面の外形形状と同一である。   In the battery 100-3, the outer shape of the cross section of the protrusion 128 when the protrusion 128 of the positive electrode 130 is cut vertically along the direction in which the protrusions 128 are arranged is formed with a curve and a straight line. . Further, the corners of the outer shape of the cross section of the protrusion 128 are chamfered in a curved line at least in the range of 10% or more of the maximum width Wh of the protrusion tip 126 in order to avoid current concentration. The outer shape of the cross section of the protruding portion 178 of the negative electrode 180 is also the same as the outer shape of the cross section of the protruding portion 128 of the positive electrode 130.

電池100−3と図1に示した電池100との比較において、異なる部分は、正極130の突起部128の形状と負極180の突起部178の形状である。   In the comparison between the battery 100-3 and the battery 100 shown in FIG. 1, different portions are the shape of the protruding portion 128 of the positive electrode 130 and the shape of the protruding portion 178 of the negative electrode 180.

このように、正極130の突起部128と負極180の突起部178の形状を曲線および直線を交えた形状としても、その角部が曲線的に面取りされているので、突起先端部126と突起先端部176との間の電流の集中を避けることができる。したがって、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池100−3が提供できる。   Thus, even if the shape of the protrusion 128 of the positive electrode 130 and the shape of the protrusion 178 of the negative electrode 180 are curved and straight, the corners thereof are chamfered in a curve, so the protrusion tip 126 and the protrusion tip Concentration of current with the portion 176 can be avoided. Therefore, the battery 100-3 having a high capacity and a high output with improved energy density and output density can be provided.

[実施形態3の変形例]
図14は、実施形態3に係る電池100−3の変形例を示す図である。なお、この変形例に係る電池100A−3の構成は、以下説明する点を除き、図13に示した電池100−3の構成と同一である。
[Modification of Embodiment 3]
FIG. 14 is a diagram illustrating a modification of the battery 100-3 according to the third embodiment. The configuration of battery 100A-3 according to this modification is the same as that of battery 100-3 shown in FIG. 13 except for the points described below.

変形例に係る電池100A−3と図13に示した電池100−3との比較において、唯一異なる部分は、正極130の突起部128と負極180の突起部178である。   In the comparison between the battery 100A-3 according to the modification and the battery 100-3 shown in FIG. 13, the only different portions are the protrusion 128 of the positive electrode 130 and the protrusion 178 of the negative electrode 180.

つまり、正極130の突起部128の寸法および形状は、負極180の突起部178の寸法および形状とは異なる寸法および形状である。また、正極130の突起部128を形成する突起先端部126の形状と負極180の突起部178を形成する突起先端部176の形状は類似する形状である。   That is, the size and shape of the protrusion 128 of the positive electrode 130 are different from the size and shape of the protrusion 178 of the negative electrode 180. Further, the shape of the protrusion tip portion 126 that forms the protrusion portion 128 of the positive electrode 130 is similar to the shape of the protrusion tip portion 176 that forms the protrusion portion 178 of the negative electrode 180.

図14の突起先端部126の形状と突起先端部176の形状とを比較すると、形状は類似しているが、その厚みが異なっていることがわかる。つまり、正極130と負極180とは非対照的な形状を有していることがわかる。   Comparing the shape of the protrusion tip portion 126 and the shape of the protrusion tip portion 176 in FIG. 14, it can be seen that the shapes are similar but the thicknesses are different. That is, it can be seen that the positive electrode 130 and the negative electrode 180 have an asymmetric shape.

このように、正極130と負極180とが非対称的な形状を有していても、突起部128と突起部178の断面の外形形状に曲線の部分が含まれているので、突起部128と突起部178を流出入する電流の集中を避けることができる。したがって、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池100A−3が提供できる。   As described above, even if the positive electrode 130 and the negative electrode 180 have asymmetric shapes, the outer shape of the cross section of the protrusion 128 and the protrusion 178 includes a curved portion. Concentration of current flowing in and out of the portion 178 can be avoided. Therefore, the high-capacity and high-power battery 100A-3 with improved energy density and power density can be provided.

[実施形態4]
図15は、実施形態4に係る電池の断面図である。なお、実施形態4に係る電池100−4の構成は、以下説明する点を除き、図1に示した電池100の構成と同一である。
[Embodiment 4]
FIG. 15 is a cross-sectional view of the battery according to the fourth embodiment. The configuration of the battery 100-4 according to the fourth embodiment is the same as the configuration of the battery 100 illustrated in FIG. 1 except for the points described below.

電池100−4においては、正極130の突起部128を突起部128が並ぶ方向に沿って垂直に切断したときの、突起部128の断面の外形形状は、直線のみで形成されている。また、突起部128の断面の外形形状の角部は、電流の集中を避けるため、少なくとも突起先端部126の最大幅Whの10%以上の範囲で直線的に面取りされている。負極180の突起部178の断面の外形形状も正極130の突起部128の断面の外形形状と同一である。   In the battery 100-4, the outer shape of the cross section of the protruding portion 128 when the protruding portion 128 of the positive electrode 130 is cut vertically along the direction in which the protruding portions 128 are arranged is only a straight line. Further, the corners of the outer shape of the cross section of the protrusion 128 are linearly chamfered in a range of at least 10% of the maximum width Wh of the protrusion tip 126 in order to avoid current concentration. The outer shape of the cross section of the protruding portion 178 of the negative electrode 180 is also the same as the outer shape of the cross section of the protruding portion 128 of the positive electrode 130.

電池100−4と図1に示した電池100との比較において、異なる部分は、正極130の突起部128の形状と負極180の突起部178の形状である。   In the comparison between the battery 100-4 and the battery 100 shown in FIG. 1, the different portions are the shape of the protruding portion 128 of the positive electrode 130 and the shape of the protruding portion 178 of the negative electrode 180.

このように、正極130の突起部128と負極180の突起部178の形状を直線のみの形状としても、その角部が直線的に面取りされているので、突起先端部126と突起先端部176との間の電流の集中を緩和することができる。したがって、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池100−4が提供できる。   As described above, even if the protrusions 128 of the positive electrode 130 and the protrusions 178 of the negative electrode 180 are only straight, the corners thereof are linearly chamfered, so that the protrusion tip 126 and the protrusion tip 176 Current concentration during the period can be relaxed. Therefore, the battery 100-4 having a high capacity and a high output with improved energy density and output density can be provided.

[実施形態4の変形例]
図16は、実施形態4に係る電池100−4の変形例を示す図である。なお、この変形例に係る電池100A−4の構成は、以下説明する点を除き、図15に示した電池100−4の構成と同一である。
[Modification of Embodiment 4]
FIG. 16 is a diagram illustrating a modification of the battery 100-4 according to the fourth embodiment. The configuration of battery 100A-4 according to this modification is the same as that of battery 100-4 shown in FIG. 15 except for the points described below.

変形例に係る電池100A−4と図15に示した電池100−4との比較において、唯一異なる部分は、正極130の突起部128と負極180の突起部178である。   In the comparison between the battery 100A-4 according to the modification and the battery 100-4 shown in FIG. 15, the only difference is the protrusion 128 of the positive electrode 130 and the protrusion 178 of the negative electrode 180.

つまり、正極130の突起部128の寸法および形状は、負極180の突起部178の寸法および形状とは異なる寸法および形状である。また、正極130の突起部128を形成する突起先端部126の形状と負極180の突起部178を形成する突起先端部176の形状は類似する形状である。   That is, the size and shape of the protrusion 128 of the positive electrode 130 are different from the size and shape of the protrusion 178 of the negative electrode 180. Further, the shape of the protrusion tip portion 126 that forms the protrusion portion 128 of the positive electrode 130 is similar to the shape of the protrusion tip portion 176 that forms the protrusion portion 178 of the negative electrode 180.

図16の突起先端部126の形状と突起先端部176の形状とを比較すると、形状は類似しているが、その厚みが異なっていることがわかる。つまり、正極130と負極180とは非対照的な形状を有していることがわかる。   Comparing the shape of the protrusion tip portion 126 and the shape of the protrusion tip portion 176 in FIG. 16, it can be seen that the shapes are similar but the thicknesses are different. That is, it can be seen that the positive electrode 130 and the negative electrode 180 have an asymmetric shape.

このように、正極130と負極180とが非対称的な形状を有していても、突起部128と突起部178の断面の外形形状に直線状に面取りされた部分が含まれているので、突起部128と突起部178を流出入する電流の集中を緩和することができる。したがって、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池100A−4が提供できる。   Thus, even if the positive electrode 130 and the negative electrode 180 have an asymmetric shape, the outer shape of the cross section of the protrusion 128 and the protrusion 178 includes a portion that is linearly chamfered. Concentration of current flowing in and out of the portion 128 and the protruding portion 178 can be reduced. Therefore, the high-capacity and high-power battery 100A-4 with improved energy density and power density can be provided.

[実施形態5]
図17は、実施形態5に係る電池の断面図である。なお、実施形態5に係る電池100−5の構成は、以下説明する点を除き、図1に示した電池100の構成と同一である。
[Embodiment 5]
FIG. 17 is a cross-sectional view of the battery according to the fifth embodiment. The configuration of the battery 100-5 according to the fifth embodiment is the same as the configuration of the battery 100 illustrated in FIG. 1 except for the points described below.

電池100−5においては、正極130の突起部128を突起部128が並ぶ方向に沿って垂直に切断したときの、突起部128の断面の外形形状は、直線のみで形成されている。負極180の突起部178の断面の外形形状も正極130の突起部128の断面形状と同一である。   In the battery 100-5, the outer shape of the cross section of the protrusion 128 when the protrusion 128 of the positive electrode 130 is cut vertically along the direction in which the protrusions 128 are arranged is only a straight line. The outer shape of the cross section of the protrusion 178 of the negative electrode 180 is also the same as the cross section of the protrusion 128 of the positive electrode 130.

電池100−5と図1に示した電池100との比較において、異なる部分は、正極130の突起部128の形状と負極180の突起部178の形状である。   In the comparison between the battery 100-5 and the battery 100 shown in FIG. 1, the different portions are the shape of the protruding portion 128 of the positive electrode 130 and the shape of the protruding portion 178 of the negative electrode 180.

このように、正極130の突起部128と負極180の突起部178の形状を直線のみの形状としても、突起部128の面積が大きくなっているので、突起先端部126と突起先端部176との間の電流の集中を緩和することができる。したがって、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池100−5が提供できる。   Thus, even if the shape of the protrusions 128 of the positive electrode 130 and the protrusions 178 of the negative electrode 180 is only a straight line shape, the area of the protrusion 128 is increased, so the protrusion tip 126 and the protrusion tip 176 It is possible to alleviate the concentration of current between them. Therefore, a high-capacity, high-power battery 100-5 with improved energy density and power density can be provided.

[実施形態5の変形例]
図18は、実施形態5に係る電池100−5の変形例を示す図である。なお、この変形例に係る電池100A−5の構成は、以下説明する点を除き、図17に示した電池100−5の構成と同一である。
[Modification of Embodiment 5]
FIG. 18 is a diagram illustrating a modified example of the battery 100-5 according to the fifth embodiment. The configuration of battery 100A-5 according to this modification is the same as the configuration of battery 100-5 shown in FIG. 17 except for the points described below.

変形例に係る電池100A−5と図17に示した電池100−5との比較において、唯一異なる部分は、正極130の突起部128と負極180の突起部178である。   In the comparison between the battery 100A-5 according to the modification and the battery 100-5 shown in FIG. 17, the only different parts are the protrusion 128 of the positive electrode 130 and the protrusion 178 of the negative electrode 180.

つまり、正極130の突起部128の寸法および形状は、負極180の突起部178の寸法および形状とは異なる寸法および形状である。また、正極130の突起部128を形成する突起先端部126の形状と負極180の突起部178を形成する突起先端部176の形状は類似する形状である。   That is, the size and shape of the protrusion 128 of the positive electrode 130 are different from the size and shape of the protrusion 178 of the negative electrode 180. Further, the shape of the protrusion tip portion 126 that forms the protrusion portion 128 of the positive electrode 130 is similar to the shape of the protrusion tip portion 176 that forms the protrusion portion 178 of the negative electrode 180.

図18の突起先端部126の形状と突起先端部176の形状とを比較すると、形状は類似しているが、その厚みが異なっていることがわかる。つまり、正極130と負極180とは非対照的な形状を有していることがわかる。   Comparing the shape of the protrusion tip portion 126 and the shape of the protrusion tip portion 176 in FIG. 18, it can be seen that the shapes are similar but the thicknesses are different. That is, it can be seen that the positive electrode 130 and the negative electrode 180 have an asymmetric shape.

このように、正極130と負極180とが非対称的な形状を有していても、突起部128と突起部178の面積が大きいので、突起部128と突起部178を流出入する電流の集中を緩和することができる。したがって、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池100A−5が提供できる。   Thus, even if the positive electrode 130 and the negative electrode 180 have asymmetric shapes, the areas of the protrusions 128 and the protrusions 178 are large, so that the current flowing in and out of the protrusions 128 and the protrusions 178 is concentrated. Can be relaxed. Therefore, the high-capacity and high-power battery 100A-5 with improved energy density and power density can be provided.

以上のように、実施形態1−5に係る電池100、100A、100−2、100A−2、100−3、100A−3、100−4、100A−4、100−5、100A−5によれば、正極130の突起部128と負極180の突起部178との間を流出入する電流の集中を避けることができる。このため、正極130と負極180との間で電流が均一に流れるようになり、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池が提供できる。また、これらの電池は3Dプリンタによって製造されるので、生産性、信頼性、製造上の問題が生じることがない。   As described above, according to the batteries 100, 100A, 100-2, 100A-2, 100-3, 100A-3, 100-4, 100A-4, 100-5, and 100A-5 according to Embodiment 1-5. For example, the concentration of current flowing in and out between the protrusion 128 of the positive electrode 130 and the protrusion 178 of the negative electrode 180 can be avoided. Therefore, a current flows uniformly between the positive electrode 130 and the negative electrode 180, and a high-capacity, high-power battery with improved energy density and output density can be provided. Further, since these batteries are manufactured by a 3D printer, there are no problems in productivity, reliability, and manufacturing.

(従来の電池と実施形態1−5に係る電池の比較)
次に、従来の電池と比較して実施形態1−5に係る電池が、同一の大きさであるのに高容量、高出力の電池とできる理由を、図面を参照しながら詳細に説明する。
(Comparison of Conventional Battery and Battery According to Embodiment 1-5)
Next, the reason why the battery according to Embodiment 1-5 can be a high-capacity and high-power battery although it has the same size as that of the conventional battery will be described in detail with reference to the drawings.

図19は、従来の電池の正極と負極との間の電流密度分布の説明に供する図である。   FIG. 19 is a diagram for explaining a current density distribution between a positive electrode and a negative electrode of a conventional battery.

図19に示す従来の電池は、正負の両電極が長方形の凹凸を繰り返す櫛形形状である。この電池は、図に示すように、正極および負極の両電極間を流出入する電流密度分布が均一ではなく、電流密度が粗の部分と電流密度が密の部分とが混在している。具体的には、正極および負極の突起している部分の隅部分、鋭角な部分に電流が集中し、正極および負極の平坦な部分は電流があまり流れていない。このように、電流密度が不均一な部分があると、電池としての十分な入出力特性を得ることができず、小型化を目指しつつ、高容量、高出力の電池とすることが難しい。   The conventional battery shown in FIG. 19 has a comb shape in which both positive and negative electrodes repeat rectangular irregularities. In this battery, as shown in the figure, the current density distribution flowing in and out between both the positive electrode and the negative electrode is not uniform, and a portion with a coarse current density and a portion with a dense current density are mixed. Specifically, current concentrates at the corners and sharp corners of the protruding portions of the positive electrode and the negative electrode, and current does not flow so much in the flat portions of the positive electrode and the negative electrode. Thus, if there is a portion where the current density is not uniform, sufficient input / output characteristics as a battery cannot be obtained, and it is difficult to achieve a battery with high capacity and high output while aiming for miniaturization.

このため、実施形態に係る電池では、正極および負極の突起部の形状から鋭角な部分を排除し突起部の形状を工夫することによって、電流が集中する部分をなくしている。実施形態1に係る電池100では、図1に示したように、正極130の突起部128および負極180の突起部178の形状を、曲線のみからなる形状としている。さらに、セパレータ150との接触面積が大きくなるように、突起支柱部124、174から突起先端部126、176に向けて、寸法が増加するような形状としている。これらの形状によって、正極130の突起部128と負極180の突起部178との間におけるリチウムイオンの移動距離を短くしている。   For this reason, in the battery according to the embodiment, the portion where the current concentrates is eliminated by eliminating the acute angle portion from the shape of the positive and negative electrode protrusions and devising the shape of the protrusion. In the battery 100 according to the first embodiment, as illustrated in FIG. 1, the shapes of the protrusions 128 of the positive electrode 130 and the protrusions 178 of the negative electrode 180 are formed only by curves. Further, the shape is such that the dimension increases from the projecting column portions 124 and 174 toward the projecting tip portions 126 and 176 so that the contact area with the separator 150 increases. With these shapes, the movement distance of lithium ions between the protrusion 128 of the positive electrode 130 and the protrusion 178 of the negative electrode 180 is shortened.

図20は、従来の電池と実施形態1に係る電池のシミュレーション結果を示す図である。シミュレーションは、正極と負極との間の電解液リチウム電位分布、電流密度分布、活物質リチウム濃度分布について行った。このシミュレーション手法とシミュレーション条件は、Graham M.Goldin et al.Electrochimica Acta,64,118−129(2012)[文献1]に記載されている多孔質電極理論(Porous Electrode Theory)を用い、多孔質電極理論に基づいて定型化している。その際の解析仮定は以下の通りである。
・SOC(充電率)=50%からの1Cの放電解析とする。
・固体・固体の界面抵抗の影響は無視する。
・体積膨張収縮の影響は無視する。
・等温状態であり過電圧による熱損失の影響は無視する。
・電極層は均一多孔質体(空隙率、活物質体積割合は一様一定)とする。
・正極と負極は対称構造であるとする。
・電解質中のイオン輸送は伝導のみで起きる(濃度勾配はなく拡散効果は無視する)とす
る。
・活物質内のリチウムイオンの拡散は十分速く、電解質界面と粒子内部の濃度分布はなく
、一様であるとする。
FIG. 20 is a diagram illustrating simulation results of the conventional battery and the battery according to Embodiment 1. The simulation was performed for the electrolyte lithium potential distribution, current density distribution, and active material lithium concentration distribution between the positive electrode and the negative electrode. This simulation technique and simulation conditions are described in Graham M. et al. Goldin et al. Electrochimica Acta, 64, 118-129 (2012) [Literature 1] is used, and it is standardized based on the porous electrode theory. The analysis assumptions at that time are as follows.
・ Discharge analysis of 1C from SOC (charge rate) = 50%.
・ Ignore the effects of solid / solid interface resistance.
・ Ignore the effects of volume expansion and contraction.
・ Ignore the effect of heat loss due to overvoltage in an isothermal state.
• The electrode layer should be a uniform porous body (porosity and active material volume ratio are uniform and constant).
-Assume that the positive and negative electrodes have a symmetrical structure.
・ Ion transport in the electrolyte occurs only by conduction (there is no concentration gradient and the diffusion effect is ignored).
• The diffusion of lithium ions in the active material is sufficiently fast, and there is no concentration distribution between the electrolyte interface and the inside of the particles, and it is assumed to be uniform.

また、シミュレーションに用いた基礎式は以下の通りである。
(1)活物質電位分布
The basic formula used for the simulation is as follows.
(1) Active material potential distribution

(2)電解質内Li+濃度分布 (2) Li + concentration distribution in electrolyte

(3)電解質電位分布 (3) Electrolyte potential distribution

(4)電極反応(Butler−Volmer式) (4) Electrode reaction (Butler-Volmer formula)

(5)交換電流密度 (5) Exchange current density

(6)過電圧(正極、負極) (6) Overvoltage (positive electrode, negative electrode)

[文献2]は、D.K.Karthikeyan et al.,J.Power Sources 185 1398(2008)であり、
[文献3]は、A.M.Colclasure et al.,Electrochim.Acta 55 8960(2010)である。
[Document 2] K. Karthikeyan et al. , J .; Power Sources 185 1398 (2008),
[Document 3] describes A. M.M. Colglasure et al. Electrochim. Acta 55 8960 (2010).

シミュレーションの計算条件は下記の通りである。
・正極:コバルト酸リチウム、負極:黒鉛、電解質:固体電解質
・電池全体:384μm×384μm(48メッシュ×48メッシュ)
・1メッシュ:8μm
・電池全体で正極、負極、電解質層の割合はそれぞれ等しく1/3ずつとする。
・電極層は活物質0.5、電解質0.3、電解質層は0.2の体積割合とする。
・有効イオン伝導度、有効電子伝導度は上記体積割合の2.4乗とする。
The calculation conditions for the simulation are as follows.
・ Positive electrode: lithium cobaltate, negative electrode: graphite, electrolyte: solid electrolyte ・ Battery: 384 μm × 384 μm (48 mesh × 48 mesh)
・ 1 mesh: 8μm
-The ratio of the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte layer in the entire battery is equal to 1/3.
The electrode layer has a volume ratio of 0.5 for the active material, 0.3 for the electrolyte, and 0.2 for the electrolyte layer.
・ Effective ion conductivity and effective electron conductivity shall be 2.4 of the above volume ratio.

このシミュレーションでは、以上の基礎式に基づきイオン電位、電子電位分布を収束計算により求め、その後各時間ステップで活物質内の濃度分布を計算する。これを時間ステップごとに繰り返すことにより、電池内部の状態の時間変化を算出する。   In this simulation, the ion potential and electron potential distributions are obtained by convergence calculation based on the above basic equations, and then the concentration distribution in the active material is calculated at each time step. By repeating this every time step, the time change of the state inside the battery is calculated.

以上のシミュレーション手法とシミュレーション条件によって、従来の電池と実施形態1に係る電池をシミュレーションした結果は、図20に示す通りである。   The results of simulating the conventional battery and the battery according to Embodiment 1 by the above simulation method and simulation conditions are as shown in FIG.

SOC=50%から1Cの放電を行ったときの、正極と負極との間の電解液リチウム電位分布をシミュレーションすると、実施形態1に係る電池100は、正極と負極との間の電解液リチウム電位分布が均一であることがわかる。一方、従来の電池は、正極と負極との間の電解液リチウム電位分布が均一でなく、特に、櫛形の電極の先端部の角の部分の電解液リチウム電位分布が明らかに不均一であることがわかる。   When the electrolyte lithium potential distribution between the positive electrode and the negative electrode when discharging from SOC = 50% to 1C is simulated, the battery 100 according to the first embodiment has the electrolyte lithium potential between the positive electrode and the negative electrode. It can be seen that the distribution is uniform. On the other hand, in the conventional battery, the electrolyte lithium potential distribution between the positive electrode and the negative electrode is not uniform, and in particular, the electrolyte lithium potential distribution at the corner of the tip of the comb-shaped electrode is clearly non-uniform. I understand.

また、SOC=50%から1Cの放電を行ったときの、正極と負極との間の電流密度分布をシミュレーションすると、実施形態1に係る電池100は、正極と負極との間の電流密度分布が均一であることがわかる。一方、従来の電池は、正極と負極との間の電位分布が均一でなく、特に、櫛形の電極の先端部の電流密度分布が明らかに高いことがわかる。   Moreover, when the current density distribution between the positive electrode and the negative electrode when discharging from SOC = 50% to 1C is simulated, the battery 100 according to Embodiment 1 has a current density distribution between the positive electrode and the negative electrode. It turns out that it is uniform. On the other hand, it can be seen that in the conventional battery, the potential distribution between the positive electrode and the negative electrode is not uniform, and in particular, the current density distribution at the tip of the comb-shaped electrode is clearly high.

さらに、SOC=50%から1Cの放電を行ったときの、正極と負極との間の活物質リチウム濃度分布をシミュレーションすると、実施形態1に係る電池100は、正極と負極との間の活物質リチウム濃度分布が均一であることがわかる。一方、従来の電池は、正極と負極との間の活物質リチウム濃度分布が均一でなく、特に、櫛形の電極の先端部の活物質リチウム濃度分布が不均一であることがわかる。   Furthermore, when the active material lithium concentration distribution between the positive electrode and the negative electrode when discharging from SOC = 50% to 1C is simulated, the battery 100 according to Embodiment 1 has an active material between the positive electrode and the negative electrode. It can be seen that the lithium concentration distribution is uniform. On the other hand, in the conventional battery, the active material lithium concentration distribution between the positive electrode and the negative electrode is not uniform, and in particular, the active material lithium concentration distribution at the tip of the comb-shaped electrode is not uniform.

以上のシミュレーション結果に示されている通り、実施形態1に係る電池100は、従来の電池と比較して、明らかに、正極と負極との間の電解液リチウム電位分布、電流密度分布、活物質リチウム濃度分布が均一である。   As shown in the above simulation results, the battery 100 according to the first embodiment clearly has an electrolyte lithium potential distribution, a current density distribution, an active material between the positive electrode and the negative electrode as compared with the conventional battery. The lithium concentration distribution is uniform.

その理由としては次のようなことが考えられる。従来の電池は正極および負極が櫛形であるので、正負極間の容量が突起部の先端においてアンバランスになっている、その先端部の電気抵抗が先端部で高くなっている、その先端部でイオン移動距離が長くなっている、などの不均一を誘発させる要因がある。一方、実施形態1に係る電池100は、正極および負極が球状であるので、上記のような、不均一を誘発させる要因はない。これがシミュレーションの結果をもたらす理由である。   The reason is considered as follows. In the conventional battery, since the positive electrode and the negative electrode are comb-shaped, the capacity between the positive and negative electrodes is unbalanced at the tip of the protrusion, the electrical resistance of the tip is high at the tip, and at the tip There are factors that induce non-uniformity, such as a long ion movement distance. On the other hand, in the battery 100 according to the first embodiment, since the positive electrode and the negative electrode are spherical, there is no cause of inhomogeneity as described above. This is the reason for the simulation results.

なお、シミュレーションは実施形態1に係る電池100について行っているが、実施形態1から5に係る全てのタイプの電池100A、100−2、100A−2、100−3、100A−3、100−4、100A−4、100−5、100A−5についても、実施形態1に係る電池100のシミュレーション結果と大差はない。   Although the simulation is performed for the battery 100 according to the first embodiment, all types of batteries 100A, 100-2, 100A-2, 100-3, 100A-3, 100-4 according to the first to fifth embodiments are performed. , 100A-4, 100-5, and 100A-5 are not significantly different from the simulation results of the battery 100 according to the first embodiment.

図21は、従来の電池と実施形態1に係る電池のSOC−電圧特性(1C)を示すグラフである。また、図22は、従来の電池と実施形態1に係る電池のSOC−電圧特性(5C)を示すグラフである。ここで、SOCとは、満充電を1とした場合の現在の電池の残容量の割合であり、電池の充電率のことをいう。たとえば、現在の電池の残容量が満充電の半分であれば、SOCは0.5である。   FIG. 21 is a graph showing SOC-voltage characteristics (1C) of the conventional battery and the battery according to Embodiment 1. FIG. 22 is a graph showing SOC-voltage characteristics (5C) of the conventional battery and the battery according to Embodiment 1. Here, the SOC is the ratio of the current remaining battery capacity when the full charge is 1, and means the battery charge rate. For example, if the current remaining battery capacity is half of full charge, the SOC is 0.5.

図21は、櫛形電極を持つ従来の電池と球状電極を持つ実施形態1に係る電池100が満充電(充電率1.0)の状態から1Cの放電を行ったときに、どのように電圧が低下するかを示している。また、図22は、満充電(充電率1.0)の状態から5Cの放電を行ったときに、どのように電圧が低下するかを示している。   FIG. 21 shows how the voltage is changed when the battery 100 according to the first embodiment having a conventional electrode having a comb-shaped electrode and the spherical electrode discharges 1 C from a fully charged state (charge rate: 1.0). It shows whether it falls. FIG. 22 shows how the voltage decreases when 5 C is discharged from a fully charged state (charge rate: 1.0).

まず、従来の電池で1Cの放電をさせたときには、電圧がSOCの低下ととともに低下し、SOC1.0の時に4.0Vであった電圧がSOC0.2では3.05V程度まで低下している。同様に、実施形態1に係る電池100で1Cの放電をさせたときには、従来の電池と同様に、電圧がSOCの低下ととともに低下するが、その低下の度合いは従来の電池よりも緩慢である。実施形態1に係る電池100では、SOC1.0の時に4.0Vであった電圧がSOC0.2でも3.5V程度までしか低下していない。   First, when discharging 1 C with a conventional battery, the voltage decreases with a decrease in SOC, and the voltage that was 4.0 V when SOC is 1.0 is decreased to about 3.05 V with SOC 0.2. . Similarly, when the battery 100 according to the first embodiment discharges 1 C, the voltage decreases as the SOC decreases, as in the conventional battery, but the degree of the decrease is slower than that of the conventional battery. . In the battery 100 according to the first embodiment, the voltage which was 4.0 V when the SOC is 1.0 is reduced only to about 3.5 V even when the SOC is 0.2.

また、従来の電池で5Cの放電をさせたときには、電圧がSOCの低下ととともに急激に低下し、SOC1.0の時に4.0Vであった電圧がSOC0.8では3.15V程度まで低下している。同様に、実施形態1に係る電池100で5Cの放電をさせたときには、従来の電池と同様に、電圧がSOCの低下ととともに急激に低下するが、その低下の程度は従来の電池よりも緩慢である。実施形態1に係る電池100では、SOC1.0の時に4.0Vであった電圧がSOC0.2でも3.6V程度までしか低下していない。   In addition, when 5C is discharged with a conventional battery, the voltage rapidly decreases as the SOC decreases, and the voltage that was 4.0V at SOC 1.0 decreases to about 3.15V at SOC 0.8. ing. Similarly, when the battery 100 according to Embodiment 1 is discharged at 5 C, the voltage rapidly decreases as the SOC decreases, as in the conventional battery, but the degree of the decrease is slower than in the conventional battery. It is. In the battery 100 according to the first embodiment, the voltage which was 4.0 V when the SOC is 1.0 is reduced only to about 3.6 V even when the SOC is 0.2.

これらのグラフを見ると、電池の性能としては、電圧の低下が緩慢である実施形態1に係る電池100の方が従来の電池に比較して優れていることは明らかである。   From these graphs, it is clear that the battery 100 according to Embodiment 1 in which the voltage drop is slow is superior to the conventional battery in terms of battery performance.

図23は、従来の電池と実施形態1に係る電池のDOD−放電レート特性を示すグラフである。ここで、DOD(放電深度)とは、電池の放電容量に対する放電量の比のことをいう。たとえば、放電容量1000mAhの電池を700mAhで放電したとすると、その放電深度は70%である。また、放電レートとは、電池容量に対する放電時の電流の相対的な比率である。たとえば、放電レートが1Cとは、公称容量値の容量を持つ電池を定電流放電して、ちょうど1時間で放電終了となる電流値のことであり、定格容量10Ahの電池において放電レートが1Cのときには10Aとなり、10Cのときには100Aとなる。   FIG. 23 is a graph showing DOD-discharge rate characteristics of the conventional battery and the battery according to Embodiment 1. Here, DOD (depth of discharge) refers to the ratio of the discharge amount to the discharge capacity of the battery. For example, if a battery having a discharge capacity of 1000 mAh is discharged at 700 mAh, the depth of discharge is 70%. The discharge rate is a relative ratio of current during discharge to battery capacity. For example, a discharge rate of 1C is a current value at which a battery having a nominal capacity is discharged at a constant current and discharge is completed in exactly one hour. A battery having a rated capacity of 10 Ah has a discharge rate of 1C. Sometimes 10A, and 10C, 100A.

図23のグラフに示されているように、従来の電池と比較して、実施形態1に係る電池100は、全ての放電レートの範囲に亘って、DODの値が大きくなっている。つまり、実施形態1に係る電池100は、大電流を出力しても大きな充電率を維持することができる。このため、実施形態1に係る電池100は、電池のエネルギー密度と電池の出力密度とが向上しており、高容量、高出力の電池となっている。   As shown in the graph of FIG. 23, compared to the conventional battery, the battery 100 according to the first embodiment has a large DOD value over the range of all discharge rates. That is, the battery 100 according to the first embodiment can maintain a large charging rate even when a large current is output. For this reason, the battery 100 according to the first embodiment is improved in the energy density of the battery and the output density of the battery, and thus has a high capacity and a high output.

これは、正負の電極間の電流密度が均一であるからであり、充放電サイクルの耐久性の向上にも期待ができる。このことは、実施形態1に係る電池100以外、実施形態1から5に係る全てのタイプの電池100A、100−2、100A−2、100−3、100A−3、100−4、100A−4、100−5、100A−5についても言えることである。   This is because the current density between the positive and negative electrodes is uniform, and it can be expected to improve the durability of the charge / discharge cycle. This means that all types of batteries 100A, 100-2, 100A-2, 100-3, 100A-3, 100-4, and 100A-4 according to the first to fifth embodiments except the battery 100 according to the first embodiment. , 100-5, 100A-5.

以上の説明の通り、実施形態1−5に係る電池100、100A、100−2、100A−2、100−3、100A−3、100−4、100A−4、100−5、100A−5によれば、正負の電極間に電流が均一に流れるようになるため、電池のエネルギー密度と電池の出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池とすることができる。   As described above, the batteries 100, 100A, 100-2, 100A-2, 100-3, 100A-3, 100-4, 100A-4, 100-5, and 100A-5 according to Embodiment 1-5 are used. According to this, since the current flows uniformly between the positive and negative electrodes, it is possible to obtain a high capacity and high output battery in which the energy density of the battery and the output density of the battery are improved.

以上、本発明に係る電極、その電極を用いた電池およびその電池の製造方法の実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲内において様々な形態を採ることもある。   The embodiment of the electrode according to the present invention, the battery using the electrode, and the method for manufacturing the battery has been described above, but the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the present invention is not limited thereto. Various forms may be adopted within the technical scope of the present invention.

100、100A、100−2、100A−2、100−3、100A−3、100−4、100A−4、100−5、100A−5 電池、
110 正極集電体、
120 正極電極、
122、172 土台部、
124、174 突起支柱部、
126、176 突起先端部、
128、178 突起部、
130 正極、
150 セパレータ、
160 負極集電体、
170 負極電極、
180 負極。
100, 100A, 100-2, 100A-2, 100-3, 100A-3, 100-4, 100A-4, 100-5, 100A-5 batteries,
110 positive electrode current collector,
120 positive electrode,
122, 172 Foundation part,
124, 174 Protruding struts,
126, 176 The tip of the protrusion,
128, 178 protrusion,
130 positive electrode,
150 separator,
160 negative electrode current collector,
170 negative electrode,
180 Negative electrode.

Claims (13)

土台部と、互いに間隔を開けて並び前記土台部から突出する複数の突起部と、を備え、
前記突起部のそれぞれは、
前記土台部から突出する突起支柱部と、
前記突起支柱部から突出する突起先端部と、から構成され、
前記突起部が並ぶ方向の、前記突起先端部の最大幅は前記突起支柱部の最小幅よりも大きいことを特徴とする電極。
A base portion, and a plurality of protrusions protruding from the base portion arranged at intervals from each other,
Each of the protrusions is
A protruding support column projecting from the base,
A protrusion tip portion protruding from the protrusion support portion, and
The electrode characterized in that the maximum width of the protrusion tip in the direction in which the protrusions are arranged is larger than the minimum width of the protrusion support.
前記突起部を、前記突起部が並ぶ方向に沿って垂直に切断したときの、前記突起先端部の断面積は、前記突起支柱部の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の電極。   2. The cross-sectional area of the protrusion tip portion when the protrusion is cut vertically along the direction in which the protrusions are arranged is larger than the cross-sectional area of the protrusion support portion. Electrodes. 前記突起部を、前記突起部が並ぶ方向に沿って垂直に切断したときの、前記突起部の断面の外形形状は曲線のみで形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の電極。   The outer shape of the cross section of the protrusion when the protrusion is cut vertically along the direction in which the protrusions are arranged is formed only by a curve. electrode. 前記突起部を、前記突起部が並ぶ方向に沿って垂直に切断したときの、前記突起部の断面の外形形状は曲線および直線を交えて形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の電極。   The outer shape of the cross section of the protrusion when the protrusion is cut vertically along the direction in which the protrusions are arranged is formed with a curve and a straight line. Electrode. 前記突起部の断面の外形形状の角部は、少なくとも前記突起先端部の最大幅の10%以上の範囲で曲線的に面取りされていることを特徴とする請求項4に記載の電極。   5. The electrode according to claim 4, wherein corners of the outer shape of the cross-section of the protrusion are chamfered in a curved line within a range of at least 10% of the maximum width of the protrusion tip. 前記突起部を、前記突起部が並ぶ方向に沿って垂直に切断したときの、前記突起部の断面の外形形状は直線のみで形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の電極。   The outer shape of the cross section of the protrusion when the protrusion is cut vertically along the direction in which the protrusions are arranged is formed only by a straight line. electrode. 前記突起部の断面の外形形状の角部は、少なくとも前記突起先端部の最大幅の10%以上の範囲で直線的に面取りされていることを特徴とする請求項6に記載の電極。   7. The electrode according to claim 6, wherein a corner of the outer shape of the cross section of the protrusion is linearly chamfered in a range of at least 10% of the maximum width of the protrusion tip. 前記突起部は、前記突起部が並ぶ方向に対して交差する方向に延伸していることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の電極。   The electrode according to claim 1, wherein the protrusion extends in a direction intersecting with a direction in which the protrusions are arranged. 請求項1から8のいずれかに記載された電極を正極および負極とし、
前記正極のそれぞれの隣り合う突起部の間に前記負極の突起部が位置され、前記正極の突起部と前記負極の突起部との間にはセパレータが介在されることを特徴とする電池。
The electrode according to any one of claims 1 to 8 as a positive electrode and a negative electrode,
The battery is characterized in that the negative electrode protrusion is positioned between the adjacent protrusions of the positive electrode, and a separator is interposed between the positive electrode protrusion and the negative electrode protrusion.
前記正極の突起部の寸法および形状と前記負極の突起部の寸法および形状とは同一であることを特徴とする請求項9に記載の電池。   The battery according to claim 9, wherein the size and shape of the positive electrode protrusion are the same as the size and shape of the negative electrode protrusion. 前記正極の突起部の寸法および形状は、前記負極の突起部の寸法および形状とは異なる寸法および形状であることを特徴とする請求項9に記載の電池。   10. The battery according to claim 9, wherein the size and shape of the protrusion of the positive electrode are different from the size and shape of the protrusion of the negative electrode. 前記正極の突起部を形成する突起先端部の形状と前記負極の突起部を形成する突起先端部の形状は類似する形状であることを特徴とする請求項11に記載の電池。   The battery according to claim 11, wherein a shape of a protrusion tip portion forming the protrusion portion of the positive electrode is similar to a shape of the protrusion tip portion forming the protrusion portion of the negative electrode. 請求項9から12のいずれかに記載の電池の製造方法であって、
3Dプリンタにより、
正極または負極の土台部を形成する段階と、
正極または負極の突起支柱部およびセパレータを交互に形成する段階と、
正極または負極の突起支柱部、セパレータ、負極または正極の突起先端部、セパレータを繰り返し形成する段階と、
正極または負極の突起先端部、セパレータ、負極または正極の突起支柱部、セパレータを繰り返し形成する段階と、
負極または正極の突起支柱部およびセパレータを交互に形成する段階と、
負極または正極の土台部を形成する段階と、
を実施することによって電池を製造することを特徴とする電池の製造方法。
A method for producing a battery according to any one of claims 9 to 12,
With 3D printer
Forming a base part of the positive electrode or the negative electrode;
Alternately forming positive or negative projection protrusions and separators;
A step of repeatedly forming a protruding column part of a positive electrode or a negative electrode, a separator, a protruding tip part of a negative electrode or a positive electrode, and a separator;
A step of repeatedly forming a positive or negative projection tip, a separator, a negative or positive projection post, and a separator;
Alternately forming negative or positive electrode protrusion struts and separators;
Forming a negative electrode or positive electrode base, and
A battery manufacturing method comprising manufacturing a battery by carrying out
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005525674A (en) * 2001-07-27 2005-08-25 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー Battery structure, self-organizing structure, and related method
JP2008016368A (en) * 2006-07-07 2008-01-24 Nec Corp Film armored battery and battery pack
JP2008135376A (en) * 2006-10-26 2008-06-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd Electrode plate for battery and lithium secondary battery including the same
JP2009099512A (en) * 2006-12-27 2009-05-07 Panasonic Corp Electric collector for electrodes
WO2014038455A1 (en) * 2012-09-07 2014-03-13 東京応化工業株式会社 Interdigitated electrode, method for producing same, and rechargeable battery
WO2016161587A1 (en) * 2015-04-09 2016-10-13 Kechuang Lin Electrode material and energy storage apparatus

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005525674A (en) * 2001-07-27 2005-08-25 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー Battery structure, self-organizing structure, and related method
JP2008016368A (en) * 2006-07-07 2008-01-24 Nec Corp Film armored battery and battery pack
JP2008135376A (en) * 2006-10-26 2008-06-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd Electrode plate for battery and lithium secondary battery including the same
JP2009099512A (en) * 2006-12-27 2009-05-07 Panasonic Corp Electric collector for electrodes
WO2014038455A1 (en) * 2012-09-07 2014-03-13 東京応化工業株式会社 Interdigitated electrode, method for producing same, and rechargeable battery
WO2016161587A1 (en) * 2015-04-09 2016-10-13 Kechuang Lin Electrode material and energy storage apparatus

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