JP2022087890A - リチウムイオン二次電池用電極及びその製造方法 - Google Patents
リチウムイオン二次電池用電極及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022087890A JP2022087890A JP2020200013A JP2020200013A JP2022087890A JP 2022087890 A JP2022087890 A JP 2022087890A JP 2020200013 A JP2020200013 A JP 2020200013A JP 2020200013 A JP2020200013 A JP 2020200013A JP 2022087890 A JP2022087890 A JP 2022087890A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- ion secondary
- tab
- impregnated
- mixture
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 75
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 75
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 90
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 78
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 78
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims abstract description 34
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 66
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 27
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 24
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 4
- 239000002470 thermal conductor Substances 0.000 claims description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 abstract description 17
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 19
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 12
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 12
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 12
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 11
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 10
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 6
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N Dimethoxyethane Chemical compound COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 5
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 description 3
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 3
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 3
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- DHKHKXVYLBGOIT-UHFFFAOYSA-N 1,1-Diethoxyethane Chemical compound CCOC(C)OCC DHKHKXVYLBGOIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002845 Poly(methacrylic acid) Polymers 0.000 description 2
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 2
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 2
- -1 but for example Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 2
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 2
- 229920005749 polyurethane resin Polymers 0.000 description 2
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- RPAJSBKBKSSMLJ-DFWYDOINSA-N (2s)-2-aminopentanedioic acid;hydrochloride Chemical class Cl.OC(=O)[C@@H](N)CCC(O)=O RPAJSBKBKSSMLJ-DFWYDOINSA-N 0.000 description 1
- LZDKZFUFMNSQCJ-UHFFFAOYSA-N 1,2-diethoxyethane Chemical compound CCOCCOCC LZDKZFUFMNSQCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WNXJIVFYUVYPPR-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxolane Chemical compound C1COCO1 WNXJIVFYUVYPPR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 1,4-Dioxane Chemical compound C1COCCO1 RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JWUJQDFVADABEY-UHFFFAOYSA-N 2-methyltetrahydrofuran Chemical compound CC1CCCO1 JWUJQDFVADABEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005279 LLTO - Lithium Lanthanum Titanium Oxide Substances 0.000 description 1
- 229910018091 Li 2 S Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000733 Li alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004493 Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910009511 Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013063 LiBF 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013372 LiC 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013684 LiClO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012820 LiCoO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012851 LiCoO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010707 LiFePO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015643 LiMn 2 O 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013131 LiN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013290 LiNiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012305 LiPON Inorganic materials 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005144 Ni5/10Co2/10Mn3/10 Inorganic materials 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000000010 aprotic solvent Substances 0.000 description 1
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006255 coating slurry Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- SBZXBUIDTXKZTM-UHFFFAOYSA-N diglyme Chemical compound COCCOCCOC SBZXBUIDTXKZTM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 1
- 238000005429 filling process Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 229910021385 hard carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002596 lactones Chemical class 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000001989 lithium alloy Substances 0.000 description 1
- 229910000664 lithium aluminum titanium phosphates (LATP) Inorganic materials 0.000 description 1
- PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M lithium fluoride Inorganic materials [Li+].[F-] PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M lithium iodide Inorganic materials [Li+].[I-] HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- GLNWILHOFOBOFD-UHFFFAOYSA-N lithium sulfide Chemical compound [Li+].[Li+].[S-2] GLNWILHOFOBOFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052976 metal sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002825 nitriles Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- LYGJENNIWJXYER-UHFFFAOYSA-N nitromethane Chemical compound C[N+]([O-])=O LYGJENNIWJXYER-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005668 polycarbonate resin Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920001225 polyester resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004645 polyester resin Substances 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 1
- 229920005672 polyolefin resin Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 229920005990 polystyrene resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- FVSKHRXBFJPNKK-UHFFFAOYSA-N propionitrile Chemical compound CCC#N FVSKHRXBFJPNKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000009751 slip forming Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 229910021384 soft carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000002203 sulfidic glass Substances 0.000 description 1
- HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N sulfolane Chemical compound O=S1(=O)CCCC1 HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003457 sulfones Chemical class 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 1
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
- H01M4/80—Porous plates, e.g. sintered carriers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/139—Processes of manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/624—Electric conductive fillers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/66—Selection of materials
- H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/66—Selection of materials
- H01M4/665—Composites
- H01M4/667—Composites in the form of layers, e.g. coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
- H01M4/76—Containers for holding the active material, e.g. tubes, capsules
- H01M4/762—Porous or perforated metallic containers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
- H01M50/533—Electrode connections inside a battery casing characterised by the shape of the leads or tabs
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
- Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
Abstract
【課題】短絡やコンタミの発生を抑制できる、リチウムイオン二次電池用電極及びその製造方法を提供する。【解決手段】リチウムイオン二次電池に用いられる電極１０であって、電極は、金属多孔体により構成される集電体を含み、集電体は、電極活物質を含む電極合材が含浸された合材層１１と、電極合材が含浸されていない、タブ部１３及びタブ収束部１２からなる合材非含浸部と、を有し、合材非含浸部の表面粗さＲａは、合材層１１の表面粗さ以下である、リチウムイオン二次電池用電極。【選択図】図２
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池用電極及びその製造方法に関する。
従来、高エネルギー密度を有する二次電池として、リチウムイオン二次電池が幅広く普及している。リチウムイオン二次電池は、例えば、正極と負極との間にセパレータを存在させ、液体の電解質を充填した構造を有する。近年、電解質として固体電解質を用いたリチウムイオン二次電池に関する技術も提案されている。
一方、正極および負極を構成する集電体として、金属多孔体を用いる技術も提案されている。集電体として金属多孔体を用いることにより、多孔体の内部に電極活物質を含む電極合材を含浸できることから、電池のエネルギー密度を更に向上させることができる。
集電体として金属多孔体を用いる場合、金属多孔体に電極合材が含浸されない合材非含浸部が設けられ、リードタブ等と電気的に接続される。上記合材非含浸部は、空孔部と金属部とからなり、表面上に凹凸が形成される。このため、例えばリチウムイオン二次電池を製造する際の電極の積層時に、上記合材非含浸部の一部が他の電極と接触した場合に、短絡が発生する恐れや、表面上の凸部に応力が集中する結果、金属多孔体の素線が切断されることでコンタミが発生する恐れがあった。
特許文献１には、電極合材層の固体電解質層側の表面粗さＲｍａｘを規定することで、活物質粒子が正負極間を貫通してショートを確実に防ぐことが記載されている。しかし、合材非含浸部に起因する短絡やコンタミの発生を防止できる技術については、未だ検討されていなかった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、短絡やコンタミの発生を抑制できる、リチウムイオン二次電池用電極及びその製造方法を提供することを目的とする。
（１） 本発明は、リチウムイオン二次電池に用いられる電極であって、前記電極は、金属多孔体により構成される集電体を含み、前記集電体は、電極活物質を含む電極合材が含浸された合材層と、前記電極合材が含浸されていない合材非含浸部と、を有し、前記合材非含浸部の表面粗さＲａは、前記合材層の表面粗さ以下である、リチウムイオン二次電池用電極に関する。
（１）の発明によれば、リチウムイオンの授受が行われず短絡等を抑制することが重要である合材非含浸部において、短絡やコンタミの発生を抑制できる、リチウムイオン二次電池用電極を提供できる。
（２） 前記合材非含浸部は、前記合材層よりも高い金属密度を有するタブ部と、前記合材層と前記タブ部との間に形成されるタブ収束部と、を含み、前記タブ収束部の表面粗さＲａは、前記合材層の厚みの１／１０以下である、（１）に記載のリチウムイオン二次電池用電極。
（２）の発明によれば、タブ収束部が他の電極と接触することによる短絡やコンタミの発生を抑制できる、リチウムイオン二次電池用電極を提供できる。
（３） 前記合材非含浸部は、前記合材層よりも高い金属密度を有するタブ部と、前記合材層と前記タブ部との間に形成されるタブ収束部と、を含み、前記タブ収束部の表面粗さＲａは、前記金属多孔体の平均素線径以下である、（１）又は（２）に記載のリチウムイオン二次電池用電極。
（３）の発明によれば、タブ収束部が他の電極と接触することによる短絡やコンタミの発生をより好ましく抑制できる、リチウムイオン二次電池用電極を提供できる。
（４） 前記合材非含浸部は、前記合材層よりも高い金属密度を有するタブ部と、前記合材層と前記タブ部との間に形成されるタブ収束部と、を含み、前記タブ部の表面粗さＲａは、前記合材層の厚みの１／１０以下である、（１）～（３）いずれかに記載のリチウムイオン二次電池用電極。
（４）の発明によれば、タブ部が他の電極と接触することによる短絡やコンタミの発生、及び、タブ部を溶接する際の溶接不良を抑制できる、リチウムイオン二次電池用電極を提供できる。
（５） 前記合材非含浸部は、前記合材層よりも高い金属密度を有するタブ部と、前記合材層と前記タブ部との間に形成されるタブ収束部と、を含み、前記タブ部の表面粗さＲａは、前記金属多孔体の平均素線径以下である、（１）～（４）いずれかに記載のリチウムイオン二次電池用電極。
（５）の発明によれば、タブ部が他の電極と接触することによる短絡やコンタミの発生、及び、タブ部を溶接する際の溶接不良をより好ましく抑制できる、リチウムイオン二次電池用電極を提供できる。
（６） 前記合材非含浸部の少なくとも表面には、充填剤が充填される、（１）～（５）のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用電極。
（６）の発明によれば、合材非含浸部の表面粗さＲａを容易に調整できる。
（７） 前記充填剤は、絶縁体又は熱伝導体のうち少なくとも何れかである、（６）に記載のリチウムイオン二次電池用電極。
（７）の発明によれば、合材非含浸部が他の電極と接触することによる短絡やコンタミの発生を抑制できる。また、好ましい放熱効果が得られる。
（８） また、本発明は、リチウムイオン二次電池用電極の製造方法であって、金属多孔体により構成される集電体の一部に、電極合材を含浸させる電極合材含浸工程と、前記集電体の前記電極合材が含浸されない合材非含浸部の表面粗さＲａが前記合材層の厚みの１／１０以下となるように前記集電体をプレスするプレス工程と、を含む、リチウムイオン二次電池用電極の製造方法に関する。
（８）の発明によれば、合材非含浸部が他の電極と接触することによる短絡やコンタミの発生を抑制できるリチウムイオン二次電池用電極を製造できる。
（９） また、本発明は、リチウムイオン二次電池用電極の製造方法であって、金属多孔体により構成される集電体の一部に、電極合材を含浸させる電極合材含浸工程と、前記集電体の前記電極合材が含浸されない合材非含浸部の表面粗さＲａが前記金属多孔体の平均素線径以下となるように前記集電体をプレスするプレス工程と、を含む、リチウムイオン二次電池用電極の製造方法に関する。
（９）の発明によれば、合材非含浸部が他の電極と接触することによる短絡やコンタミの発生を好ましく抑制できるリチウムイオン二次電池用電極を製造できる。
（１０） 前記プレス工程よりも前に、前記合材非含浸部の少なくとも表面に充填剤を充填する充填剤充填工程を有する、（８）又は（９）に記載のリチウムイオン二次電池用電極の製造方法。
（１０）の発明によれば、リチウムイオン二次電池用電極の製造時において、合材非含浸部の表面粗さＲａを容易に調整できる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。但し、以下に示す実施形態は本発明を例示するものであって、本発明は以下の実施形態に限定されない。
＜リチウムイオン二次電池用電極＞
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用電極は、金属多孔体である集電体を含む。上記集電体の一部には、電極活物質を含む電極合材が含浸され、他の一部には、電極合材が含浸されない合材非含浸部が形成される。
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用電極は、金属多孔体である集電体を含む。上記集電体の一部には、電極活物質を含む電極合材が含浸され、他の一部には、電極合材が含浸されない合材非含浸部が形成される。
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用電極が適用できる電池は、液体の電解質である電解液を用いるものであってもよいし、固体の電解質である固体電解質を用いるものであってもよい。また、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用電極は、正極に適用してもよく、負極に適用してもよい。また、正極及び負極の両者に適用してもよい。なお、正極は負極よりも小さく、正極の合材非含浸部が負極へ接触するリスクがより大きいことから、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用電極は、正極に適用することがより好ましい。
［集電体］
正極１０及び負極３０を構成する集電体は、金属多孔体により構成される。金属多孔体は、互いに連続した孔部を有し、孔部の内部に電極活物質を含む電極合材を含浸できる。上記金属多孔体としては、互いに連続した孔部を有するものであれば特に制限されず、例えば発泡による孔部を有する発泡金属、金属メッシュ、エキスパンドメタル、パンチングメタル、金属不織布等の形態が挙げられる。金属多孔体に用いられる金属としては、導電性を有するものであれば特に限定されないが、例えば、ニッケル、アルミニウム、ステンレス、チタン、銅、銀等が挙げられる。これらの中では、正極を構成する集電体としては、発泡アルミニウム、発泡ニッケル及び発泡ステンレスが好ましく、負極を構成する集電体としては、発泡銅及び発泡ステンレスを好ましく用いることができる。
正極１０及び負極３０を構成する集電体は、金属多孔体により構成される。金属多孔体は、互いに連続した孔部を有し、孔部の内部に電極活物質を含む電極合材を含浸できる。上記金属多孔体としては、互いに連続した孔部を有するものであれば特に制限されず、例えば発泡による孔部を有する発泡金属、金属メッシュ、エキスパンドメタル、パンチングメタル、金属不織布等の形態が挙げられる。金属多孔体に用いられる金属としては、導電性を有するものであれば特に限定されないが、例えば、ニッケル、アルミニウム、ステンレス、チタン、銅、銀等が挙げられる。これらの中では、正極を構成する集電体としては、発泡アルミニウム、発泡ニッケル及び発泡ステンレスが好ましく、負極を構成する集電体としては、発泡銅及び発泡ステンレスを好ましく用いることができる。
金属多孔体である集電体は、内部に互いに連続した孔部を有し、従来の金属箔である集電体よりも表面積が大きい。上記金属多孔体を集電体として用いることにより、上記孔部の内部に、電極活物質を含む電極合材を含浸することができる。これにより、電極層の単位面積あたりの活物質量を増加させることができ、その結果、リチウムイオン二次電池の体積エネルギー密度を向上させることができる。また、電極合材の固定化が容易となるため、従来の金属箔を集電体として用いる電極とは異なり、合材層を厚膜化する際に、合材層を形成する塗工用スラリーを増粘する必要がない。このため、増粘に必要であった有機高分子化合物等の結着剤を低減することができる。従って、電極の単位面積当たりの容量を増加させることができ、リチウムイオン二次電池の高容量化を実現することができる。
金属多孔体である集電体は、線状の金属部と、空孔部と、からなる。線状の金属部は、三次元網目構造を有していてもよい。上記のような金属多孔体を集電体として用いることで、集電体の表面に凹凸が形成される。これにより、電極の積層時等において、特に集電体の合材非含浸部が他の電極と接触することで、短絡やコンタミ等が発生する恐れがある。本実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、上記のような短絡やコンタミを抑制できる。
以下、正極１０を例に挙げて集電体の構成を説明するが、同様の構成を負極３０に対しても適用できる。また、正極１０及び負極３０の両方に以下の構成を適用してもよい。図２は、本実施形態に係る正極１０の態様を示す側部断面図である。正極１０は、図２に示すように、正極合材が含浸される合材層１１と、タブ収束部１２及びタブ部１３により構成され、正極合材が含浸されない合材非含浸部と、を有する。
［合材層］
合材層１１に含浸される電極合材は、電極活物質を少なくとも含む。本実施形態に適用できる電極合材は、電極活物質を必須成分として含んでいれば、その他の成分を任意で含んでいてもよい。その他の成分としては特に限定されるものではなく、リチウムイオン二次電池を作製する際に用い得る成分であればよい。例えば、電解質、導電助剤、結着剤等が挙げられる。
合材層１１に含浸される電極合材は、電極活物質を少なくとも含む。本実施形態に適用できる電極合材は、電極活物質を必須成分として含んでいれば、その他の成分を任意で含んでいてもよい。その他の成分としては特に限定されるものではなく、リチウムイオン二次電池を作製する際に用い得る成分であればよい。例えば、電解質、導電助剤、結着剤等が挙げられる。
正極１０を構成する正極合材には、少なくとも正極活物質を含有させ、その他の成分として、例えば、固体電解質、導電助剤、結着剤等を含有させてもよい。正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵・放出することができるものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、ＬｉＣｏＯ２、Ｌｉ（Ｎｉ５／１０Ｃｏ２／１０Ｍｎ３／１０）Ｏ２、Ｌｉ（Ｎｉ６／１０Ｃｏ２／１０Ｍｎ２／１０）Ｏ２、Ｌｉ（Ｎｉ８／１０Ｃｏ１／１０Ｍｎ１／１０）Ｏ２、Ｌｉ（Ｎｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５）Ｏ２、Ｌｉ（Ｎｉ１／６Ｃｏ４／６Ｍｎ１／６）Ｏ２、Ｌｉ（Ｎｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３）Ｏ２、ＬｉＣｏＯ４、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４、硫化リチウム、硫黄等を挙げることができる。
負極３０を構成する正極合材には、少なくとも負極活物質を含有させ、その他の成分として、例えば、固体電解質、導電助剤、結着剤等を含有させてもよい。負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵・放出することができるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、金属リチウム、リチウム合金、金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、Ｓｉ、ＳｉＯ、及び人工黒鉛、天然黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素材料等を挙げることができる。
［合材非含浸部］
合材非含浸部は、金属多孔体の内部に電極合材が含浸しておらず、電極合材が存在しない領域である。合材非含浸部は、金属多孔体の一部に電極合材を含浸させ、その後に、金属多孔体をプレスすることで図２に示すような形状に形成される。上記プレスにより、電極合材の充填密度が向上されると共に、電極が薄層化される。合材非含浸部は、タブ収束部１２及びタブ部１３からなる。タブ部１３は、リードタブ（図示省略）と、溶接により電気的に接続される。タブ収束部１２は、タブ部１３が形成される際に、タブ部１３と合材層１１との間に形成される。
合材非含浸部は、金属多孔体の内部に電極合材が含浸しておらず、電極合材が存在しない領域である。合材非含浸部は、金属多孔体の一部に電極合材を含浸させ、その後に、金属多孔体をプレスすることで図２に示すような形状に形成される。上記プレスにより、電極合材の充填密度が向上されると共に、電極が薄層化される。合材非含浸部は、タブ収束部１２及びタブ部１３からなる。タブ部１３は、リードタブ（図示省略）と、溶接により電気的に接続される。タブ収束部１２は、タブ部１３が形成される際に、タブ部１３と合材層１１との間に形成される。
合材非含浸部の表面粗さＲａは、合材層１１の表面粗さ以下であることが好ましい。表面粗さＲａは、ＪＩＳ－Ｂ０６０１：２００１に準拠して測定される算術平均粗さＲａとして測定することができる。
タブ収束部１２は、タブ部１３と合材層１１との間に形成される。タブ収束部１２は、合材層１１及びタブ部１３と連続的に形成され、合材層１１からタブ部１３に向かうにつれて厚みが薄くなるように形成される。また、合材層１１からタブ部１３に向かうにつれて金属多孔体の金属部の密度が高くなるように形成される。
タブ部１３は、図２に示すように、正極１０の合材層１１から離れた部分に形成される。タブ部１３には、電極合材が含浸されていないため、金属多孔体がプレスされることで合材層１１よりも薄い厚みを有して形成される。また、タブ部１３は、合材層１１よりも金属多孔体の金属部の密度が高い、一様な金属密度を有して形成される。タブ部１３は、リードタブ（図示省略）と、溶接により電気的に接続される。
タブ収束部１２及びタブ部１３のうち少なくとも何れかは、表面粗さＲａが合材層１１の厚みの１／１０以下であることが好ましい。これにより、電極を積層する際にタブ収束部１２及びタブ部１３が他の電極に接触することによる短絡の発生や、金属多孔体の素線が切断されることによるコンタミの発生を抑制できる。合材層１１の厚みは通常約数百μｍであることから、タブ収束部１２及びタブ部１３の表面粗さＲａを合材層１１の厚みの１／１０以下とすることにより、タブ収束部１２及びタブ部１３の表面粗さＲａを数十μｍ以下とすることができる。従って、上記により、積層誤差を勘案してもタブ収束部１２及びタブ部１３が他の電極に接触することを抑制でき、短絡やコンタミが発生することを抑制できる。上記に加えて、タブ部１３とリードタブを溶接する際に、溶接不良となることを抑制できる。
タブ収束部１２及びタブ部１３のうち少なくとも何れかは、表面粗さＲａが金属多孔体の金属素線径の平均である平均素線径よりも小さいことが好ましい。なお、金属素線径とは、金属部と空孔部からなる金属多孔体の、線状の金属部の径の太さを意味する。これにより、金属素線が表面上に飛び出ることがないため、タブ収束部１２及びタブ部１３が他の電極に接触することによる短絡やコンタミを確実に防止できる。上記に加えて、タブ部１３とリードタブを溶接する際に、溶接不良となることをより好ましく抑制できる。
タブ収束部１２の表面１２１及びタブ部１３の表面１３１のうち少なくとも何れかには、充填剤が充填されることが好ましい。これにより、タブ収束部１２及びタブ部１３の表面粗さＲａを容易に調整できる。上記充填剤としては、例えば、絶縁体又は熱伝導体のうち少なくとも何れかであることが好ましい。充填剤として絶縁体を用いることにより、短絡をより好ましく抑制できる。充填剤として熱伝導率の高い熱伝導体を用いることで、合材層１１で発生した熱を、タブ収束部１２及びタブ部１３を介して外部に効率よく放出することが可能となる。
上記充填剤としては、例えば、合成樹脂等が挙げられる。特に限定されず、例えば、熱硬化性樹脂であれば、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリウレタン系樹脂等を、熱可塑性樹脂であれば、ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリメタクリル酸系樹脂、ポリウレタン系樹脂等を、光硬化性樹脂であれば、シリコーン系樹脂、ポリメタクリル酸系樹脂、ポリエステル系樹脂等を挙げることができる。
上記充填剤としての、熱伝導率の高い熱伝導体の例としては、例えば、高熱伝導ＰＣ（ポリカーボネート）樹脂、高熱伝導ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂高熱伝導ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂等、更に、高熱伝導シリコーン材料等、熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以上の高熱伝導樹脂材が挙げられる。上記高熱伝導樹脂材は、電気絶縁性も兼ね備えたものであることが好ましい。
＜リチウムイオン二次電池＞
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用電極が適用されるリチウムイオン二次電池として、固体電解質を有するリチウムイオン二次電池１を例示して以下に説明する。
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用電極が適用されるリチウムイオン二次電池として、固体電解質を有するリチウムイオン二次電池１を例示して以下に説明する。
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、図１に示すように、リチウムイオン二次電池用電極としての正極１０及び負極３０と、正極１０と負極３０との間に配置される固体電解質２０とを積層した積層体を有する。
［電解質］
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池に用いられる電解質は、非水溶媒に電解質を溶解させた液体の電解液であってもよいし、固体又はゲル状の電解質である固体電解質であってもよい。本実施形態において、電解質としての固体電解質２０は、図１に示すように、正極１０と、負極３０との間に積層され、例えば層状に形成される。固体電解質２０は、少なくとも固体電解質材料を含有する層である。上記固体電解質材料を介して、正極活物質及び負極活物質の間の電荷移動を行うことができる。
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池に用いられる電解質は、非水溶媒に電解質を溶解させた液体の電解液であってもよいし、固体又はゲル状の電解質である固体電解質であってもよい。本実施形態において、電解質としての固体電解質２０は、図１に示すように、正極１０と、負極３０との間に積層され、例えば層状に形成される。固体電解質２０は、少なくとも固体電解質材料を含有する層である。上記固体電解質材料を介して、正極活物質及び負極活物質の間の電荷移動を行うことができる。
固体電解質材料としては、特に限定されないが、例えば、硫化物固体電解質材料、酸化物固体電解質材料、窒化物固体電解質材料、ハロゲン化物固体電解質材料等を挙げることができる。
電解質として、液体の電解液を使用する場合、非水溶媒に溶解される電解質としては、特に限定されないが、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣ４Ｆ９ＳＯ３、ＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）３、ＬｉＦ、ＬｉＣｌ、ＬｉＩ、Ｌｉ２Ｓ、Ｌｉ３Ｎ、Ｌｉ３Ｐ、Ｌｉ１０ＧｅＰ２Ｓ１２（ＬＧＰＳ）、Ｌｉ３ＰＳ４、Ｌｉ６ＰＳ５Ｃｌ、Ｌｉ７Ｐ２Ｓ８Ｉ、ＬｉｘＰＯｙＮｚ（ｘ＝２ｙ＋３ｚ－５、ＬｉＰＯＮ）、Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２（ＬＬＺＯ）、Ｌｉ３ｘＬａ２／３－ｘＴｉＯ３（ＬＬＴＯ）、Ｌｉ１＋ｘＡｌｘＴｉ２－ｘ（ＰＯ４）３（０≦ｘ≦１、ＬＡＴＰ）、Ｌｉ１．５Ａｌ０．５Ｇｅ１．５（ＰＯ４）３（ＬＡＧＰ）、Ｌｉ１＋ｘ＋ｙＡｌｘＴｉ２－ｘＳｉｙＰ３－ｙＯ１２、Ｌｉ１＋ｘ＋ｙＡｌｘ（Ｔｉ，Ｇｅ）２－ｘＳｉｙＰ３－ｙＯ１２、Ｌｉ４－２ｘＺｎｘＧｅＯ４（ＬＩＳＩＣＯＮ）等を挙げることができる。上記は１種を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
電解液に含まれる非水溶媒としては、特に限定されないが、カーボネート類、エステル類、エーテル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等の非プロトン性溶媒を挙げることができる。具体的には、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、１，２－ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、１，２－ジエトキシエタン（ＤＥＥ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２－メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、１，３－ジオキソラン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、アセトニトリル（ＡＮ）、プロピオニトリル、ニトロメタン、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ－ブチロラクトン等を挙げることができる。上記は１種を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
リチウムイオン二次電池１は、上記以外に、リードタブと、外装体と、を有する。リードタブは、その一端側が正極１０及び負極３０のタブ部と溶接等によって電気的に接続されると共に、他端側が外装体から延出されて、電極部を構成する。リードタブは、特に限定されず、例えば、アルミ、銅等の可撓性を有する線状の板状部材が用いられる。外装体は、正極１０、固体電解質２０、及び負極３０を含む積層体及び上記リードタブの一部を収容する。外装体としては特に限定されず、例えばラミネートフィルムからなるラミネートセル等が挙げられる。また、リチウムイオン二次電池の電解質として液体の電解液を用いる場合、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、セパレータを含んでいてもよい。セパレータは、正極と負極との間に位置する。その材料や厚み等は特に限定されるものではなく、リチウムイオン二次電池に用いうる公知のセパレータを適用することができる。
＜リチウムイオン二次電池用電極の製造方法＞
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用電極の製造方法は、金属多孔体により構成される集電体の一部に、電極合材を含浸させる電極合材含浸工程と、集電体をプレスするプレス工程と、を含む。また、上記プレス工程よりも前に、合材非含浸部の少なくとも表面に充填剤を充填する充填剤充填工程と、を含むことが好ましい。
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用電極の製造方法は、金属多孔体により構成される集電体の一部に、電極合材を含浸させる電極合材含浸工程と、集電体をプレスするプレス工程と、を含む。また、上記プレス工程よりも前に、合材非含浸部の少なくとも表面に充填剤を充填する充填剤充填工程と、を含むことが好ましい。
［電極合材含浸工程］
電極合材含浸工程は、金属多孔体により構成される集電体の一部に、電極合材を含浸させ合材層を形成する工程である。金属多孔体に電極合材を含浸させる方法は、特に限定されず、例えば、プランジャー式ダイコーターを用いて、圧力をかけて、金属多孔体の孔部に電極合材を含むスラリーを含浸させる方法、ディップ方式により金属多孔体の孔部に電極合材を含浸させる方法等が挙げられる。
電極合材含浸工程は、金属多孔体により構成される集電体の一部に、電極合材を含浸させ合材層を形成する工程である。金属多孔体に電極合材を含浸させる方法は、特に限定されず、例えば、プランジャー式ダイコーターを用いて、圧力をかけて、金属多孔体の孔部に電極合材を含むスラリーを含浸させる方法、ディップ方式により金属多孔体の孔部に電極合材を含浸させる方法等が挙げられる。
［充填剤充填工程］
充填剤充填工程は、金属多孔体における電極合材が含浸されない合材非含浸部に、充填剤を充填する工程である。充填剤充填工程は、後述するプレス工程の前に行われることが好ましい。これにより、通常はプレス圧がかからない孔部に充填剤が充填されるため、プレス圧が均一化され、電極表面の粗さを小さくしやすくなる。上記に加え、タブ収束部はタブ部に向かうにつれ空孔率が減少するため、プレス工程後に充填剤充填工程を行うと、タブ側程充填剤が充填されにくくなり、均一に充填剤を充填することができない。充填剤充填工程をプレス工程の前に行うことで、タブ収束部に均一に充填剤を充填できる。
充填剤充填工程は、金属多孔体における電極合材が含浸されない合材非含浸部に、充填剤を充填する工程である。充填剤充填工程は、後述するプレス工程の前に行われることが好ましい。これにより、通常はプレス圧がかからない孔部に充填剤が充填されるため、プレス圧が均一化され、電極表面の粗さを小さくしやすくなる。上記に加え、タブ収束部はタブ部に向かうにつれ空孔率が減少するため、プレス工程後に充填剤充填工程を行うと、タブ側程充填剤が充填されにくくなり、均一に充填剤を充填することができない。充填剤充填工程をプレス工程の前に行うことで、タブ収束部に均一に充填剤を充填できる。
充填剤充填工程により合材非含浸部に充填剤を充填する方法は、特に限定されず、電極合材含浸工程と同様に、プランジャー式ダイコーターを用いて、圧力をかけて、合材非含浸部に充填剤を充填する方法、ディップ方式により合材非含浸部に充填剤を充填する方法が挙げられる。なお、充填剤充填工程の前に、合材非含浸部における金属多孔体の金属素線径を細くしておくことで、又は金属多孔体の空孔率を高くしておくことで、充填剤を合材非含浸部に容易に充填することができる。
［プレス工程］
プレス工程は、一部に電極合材が含浸された集電体をロールプレス等の方法によりプレスする工程である。プレス工程において、合材非含浸部の表面粗さＲａが合材層の厚みの１／１０以下となるようにプレスすることが好ましい。また、プレス工程において、合材非含浸部の表面粗さＲａが金属多孔体の平均素線径以下となるようにプレスすることが好ましい。上記は、例えば、集電体の合材非含浸部をプレスする際の圧力やプレス時の温度を調整することにより行われる。上記以外に、プレス時の圧力及び温度が一定である場合には、充填剤の種類を選択することや、合材非含浸部における金属多孔体の空孔率や素線径を調整することで上記表面粗さＲａの調整を行ってもよい。
プレス工程は、一部に電極合材が含浸された集電体をロールプレス等の方法によりプレスする工程である。プレス工程において、合材非含浸部の表面粗さＲａが合材層の厚みの１／１０以下となるようにプレスすることが好ましい。また、プレス工程において、合材非含浸部の表面粗さＲａが金属多孔体の平均素線径以下となるようにプレスすることが好ましい。上記は、例えば、集電体の合材非含浸部をプレスする際の圧力やプレス時の温度を調整することにより行われる。上記以外に、プレス時の圧力及び温度が一定である場合には、充填剤の種類を選択することや、合材非含浸部における金属多孔体の空孔率や素線径を調整することで上記表面粗さＲａの調整を行ってもよい。
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池用電極の製造方法は、上記以外の工程を有していてもよい。例えば、充填剤充填工程に代えて、集電体の表面の一部を、酸やハロゲン等の化学物質により腐食又は溶解させることで、合材非含浸部の表面粗さＲａを調整する工程を有していてもよい。また、金属多孔体の孔部に充填された充填剤を、有機溶剤等を用いて溶解させ、平滑化させることで、合材非含浸部の表面粗さＲａを調整する工程を有していてもよい。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明の内容は上記実施形態に限定されず、適宜変更が可能である。
１ リチウムイオン二次電池
１０ 正極（リチウムイオン二次電池用電極）
１１ 合材層
１２ タブ収束部（合材非含浸部）
１３ タブ部（合材非含浸部）
２０ 固体電解質
３０ 負極（リチウムイオン二次電池用電極）
１０ 正極（リチウムイオン二次電池用電極）
１１ 合材層
１２ タブ収束部（合材非含浸部）
１３ タブ部（合材非含浸部）
２０ 固体電解質
３０ 負極（リチウムイオン二次電池用電極）
Claims (10)
- リチウムイオン二次電池に用いられる電極であって、
前記電極は、金属多孔体により構成される集電体を含み、前記集電体は、電極活物質を含む電極合材が含浸された合材層と、前記電極合材が含浸されていない合材非含浸部と、を有し、
前記合材非含浸部の表面粗さＲａは、前記合材層の表面粗さ以下である、リチウムイオン二次電池用電極。 - 前記合材非含浸部は、前記合材層よりも高い金属密度を有するタブ部と、前記合材層と前記タブ部との間に形成されるタブ収束部と、を含み、
前記タブ収束部の表面粗さＲａは、前記合材層の厚みの１／１０以下である、請求項１に記載のリチウムイオン二次電池用電極。 - 前記合材非含浸部は、前記合材層よりも高い金属密度を有するタブ部と、前記合材層と前記タブ部との間に形成されるタブ収束部と、を含み、
前記タブ収束部の表面粗さＲａは、前記金属多孔体の平均素線径以下である、請求項１又は２に記載のリチウムイオン二次電池用電極。 - 前記合材非含浸部は、前記合材層よりも高い金属密度を有するタブ部と、前記合材層と前記タブ部との間に形成されるタブ収束部と、を含み、
前記タブ部の表面粗さＲａは、前記合材層の厚みの１／１０以下である、請求項１～３いずれかに記載のリチウムイオン二次電池用電極。 - 前記合材非含浸部は、前記合材層よりも高い金属密度を有するタブ部と、前記合材層と前記タブ部との間に形成されるタブ収束部と、を含み、
前記タブ部の表面粗さＲａは、前記金属多孔体の平均素線径以下である、請求項１～４いずれかに記載のリチウムイオン二次電池用電極。 - 前記合材非含浸部の少なくとも表面には、充填剤が充填される、請求項１～５のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用電極。
- 前記充填剤は、絶縁体又は熱伝導体のうち少なくとも何れかである、請求項６に記載のリチウムイオン二次電池用電極。
- リチウムイオン二次電池用電極の製造方法であって、
金属多孔体により構成される集電体の一部に、電極合材を含浸させ合材層を形成する電極合材含浸工程と、
前記集電体の前記電極合材が含浸されない合材非含浸部の表面粗さＲａが前記合材層の厚みの１／１０以下となるように前記集電体をプレスするプレス工程と、を含む、リチウムイオン二次電池用電極の製造方法。 - リチウムイオン二次電池用電極の製造方法であって、
金属多孔体により構成される集電体の一部に、電極合材を含浸させる電極合材含浸工程と、
前記集電体の前記電極合材が含浸されない合材非含浸部の表面粗さＲａが前記金属多孔体の平均素線径以下となるように前記集電体をプレスするプレス工程と、を含む、リチウムイオン二次電池用電極の製造方法。 - 前記プレス工程よりも前に、前記合材非含浸部の少なくとも表面に充填剤を充填する充填剤充填工程を有する、請求項８又は９に記載のリチウムイオン二次電池用電極の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020200013A JP2022087890A (ja) | 2020-12-02 | 2020-12-02 | リチウムイオン二次電池用電極及びその製造方法 |
| US17/456,880 US20220173406A1 (en) | 2020-12-02 | 2021-11-29 | Lithium ion secondary battery electrode and method for manufacturing the same |
| CN202111452626.2A CN114597422A (zh) | 2020-12-02 | 2021-12-01 | 锂离子二次电池用电极及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020200013A JP2022087890A (ja) | 2020-12-02 | 2020-12-02 | リチウムイオン二次電池用電極及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022087890A true JP2022087890A (ja) | 2022-06-14 |
Family
ID=81751831
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020200013A Pending JP2022087890A (ja) | 2020-12-02 | 2020-12-02 | リチウムイオン二次電池用電極及びその製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20220173406A1 (ja) |
| JP (1) | JP2022087890A (ja) |
| CN (1) | CN114597422A (ja) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010135342A (ja) * | 2010-02-08 | 2010-06-17 | Sony Corp | 電極および電池 |
| JP2015125915A (ja) * | 2013-12-26 | 2015-07-06 | トヨタ自動車株式会社 | リチウムイオン二次電池用の正極 |
| WO2020115955A1 (ja) * | 2018-12-07 | 2020-06-11 | 日本碍子株式会社 | 二次電池用正極構造体 |
| WO2020115954A1 (ja) * | 2018-12-07 | 2020-06-11 | 日本碍子株式会社 | 二次電池用正極構造体 |
| JP2020107441A (ja) * | 2018-12-26 | 2020-07-09 | 本田技研工業株式会社 | 固体電池用電極および固体電池 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100601562B1 (ko) * | 2004-07-29 | 2006-07-19 | 삼성에스디아이 주식회사 | 전극 조립체 및 이를 이용한 리튬 이차 전지 |
| US10483592B2 (en) * | 2017-08-30 | 2019-11-19 | GM Global Technology Operations LLC | Method of manufacturing lithium ion battery cells |
-
2020
- 2020-12-02 JP JP2020200013A patent/JP2022087890A/ja active Pending
-
2021
- 2021-11-29 US US17/456,880 patent/US20220173406A1/en active Pending
- 2021-12-01 CN CN202111452626.2A patent/CN114597422A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010135342A (ja) * | 2010-02-08 | 2010-06-17 | Sony Corp | 電極および電池 |
| JP2015125915A (ja) * | 2013-12-26 | 2015-07-06 | トヨタ自動車株式会社 | リチウムイオン二次電池用の正極 |
| WO2020115955A1 (ja) * | 2018-12-07 | 2020-06-11 | 日本碍子株式会社 | 二次電池用正極構造体 |
| WO2020115954A1 (ja) * | 2018-12-07 | 2020-06-11 | 日本碍子株式会社 | 二次電池用正極構造体 |
| JP2020107441A (ja) * | 2018-12-26 | 2020-07-09 | 本田技研工業株式会社 | 固体電池用電極および固体電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114597422A (zh) | 2022-06-07 |
| US20220173406A1 (en) | 2022-06-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7311994B2 (en) | Separator for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery provided therewith | |
| JP4431304B2 (ja) | リチウムイオン二次電池用セパレータおよびこれを備えたリチウムイオン二次電池 | |
| US20200212450A1 (en) | Electrode for solid state battery and solid state battery | |
| JP4839111B2 (ja) | リチウム二次電池 | |
| JP4414165B2 (ja) | 電子部品用セパレータおよび電子部品 | |
| JP2007141482A (ja) | 非水電解質捲回型二次電池 | |
| JPWO2002091514A1 (ja) | 非水電解質電池およびその製造方法 | |
| US20220181677A1 (en) | Lithium ion secondary battery | |
| JP2005019157A (ja) | 電子部品用セパレータおよび電子部品 | |
| JP2022087890A (ja) | リチウムイオン二次電池用電極及びその製造方法 | |
| JP2000113872A (ja) | 非水電解質二次電池およびその製造方法 | |
| CN112216812B (zh) | 锂离子电池重复单元、锂离子电池及其使用方法、电池模组和汽车 | |
| JP7239537B2 (ja) | リチウムイオン二次電池用電極、及びリチウムイオン二次電池用電極の製造方法 | |
| JP2004127839A (ja) | 電気化学デバイス | |
| US20220166061A1 (en) | Electrode for lithium-ion secondary battery, and lithium-ion secondary battery | |
| CN111540869A (zh) | 锂离子二次电池用正极、锂离子二次电池用负极、锂离子二次电池及其制造方法 | |
| JP4018881B2 (ja) | 電気化学デバイス | |
| JP7368400B2 (ja) | 集電体構造及びそれを用いた二次電池 | |
| US20220181640A1 (en) | Electrode and lithium-ion secondary battery made using the same | |
| JP2019029183A (ja) | セパレータ付き二次電池用電極、二次電池、それらの製造方法 | |
| JP5017759B2 (ja) | 電気化学デバイス用セパレータおよび電気化学デバイス | |
| US20220231328A1 (en) | Current collector structure and secondary battery having the same | |
| US11804618B2 (en) | Solid-state battery | |
| US20220223920A1 (en) | Electrode and secondary battery including the same | |
| JP2000323121A (ja) | 非水電解質二次電池とその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20221128 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20231016 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20231114 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20231228 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240319 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240515 |