JP2023528447A - 電極シート及び電池 - Google Patents

Abstract

本発明は、電極シート及び電池を提供し、当該電極シートは集電体と集電体の第１の表面に位置する機能層とを含み、第１の表面にタブが設けられ、機能層はタブから遠い通常領域とタブに近い凹み領域とからなり、凹み領域の厚さは通常領域の厚さよりも小さい。本発明は、タブに近接したセルの部位が厚すぎるなどの問題を効果的に回避することができ、電池の安全性及び充放電レートなどの品質を向上させる。【選択図】図１

Description

本発明は、電池分野に関し、具体的には、電極シート及び当該電極シートを採用する電池に関する。

リチウムイオン電池は、環境に優しく、作動電圧が高く、比容量が大きく、及びサイクル寿命が長いなどの利点を有するため、大衆消費電子製品及び電気自動車などの分野で広く応用されており、リチウムイオン電池の急速充電能力及び寿命と安全性などの品質を向上させ、電池の実際の普及応用に重要な意義を持っている。

巻回型電池は、比較的常用する電池の１種であり、主に正極シート、セパレータ、負極シートを積層して設けた後に巻回してセルを形成し、さらに注液、パッケージ、化成などのプロセスを経て製造されるが、通常のセルは、通常、電極シートのタブ部位に近接した箇所が厚すぎ、特にタブを電極シートの中央（端部ではない）に設計した電極シートを採用する場合、タブ部位に粘着紙を貼り付ける必要があるなどの理由により、タブ部位に近接したセルの箇所に厚すぎる現象がより発生しやすく、厚さ規格を超え、リチウム析出、電池内部抵抗の増大などの問題を招き、電池の安全性、セルの体積エネルギー密度及び充放電レートなどの性能に不利である。

本発明は、上記従来技術に存在するセルにおける電極シートのタブ部位に近接した箇所の厚すぎ及びそれに起因する電池の安全性の低さ、充放電レート性能の悪さなどの問題を少なくとも解決するために、電極シートを提供する。

本発明は、電池をさらに提供し、上記電極シートを採用して、電極シートのタブ部位に近接したそのセルの箇所が厚すぎるなどの問題を効果的に回避することができ、良好な充放電レート性能、安全性及び比較的長い使用寿命を有する。

本発明の一態様は、電極シートを提供し、集電体と集電体の第１の表面に位置する機能層とを含み、前記第１の表面にタブが設けられ、前記第１の表面の機能層は、タブから遠い通常領域とタブに近い凹み領域とからなり、前記凹み領域の厚さは、通常領域の厚さよりも小さい。

本発明の一実施形態によれば、前記機能層は、下塗り層と活性材料層とを含み、前記下塗り層は、集電体の表面と活性材料層との間に位置し、前記下塗り層の原料は、活性材料、粘着剤及び導電剤を含み、前記活性材料層の原料は、活性材料、粘着剤及び導電剤を含み、前記下塗り層における粘着剤の含有量は、活性材料層における粘着剤の含有量よりも高い。

本発明の一実施形態によれば、前記凹み領域の厚さは、通常領域の厚さよりも５～１２５μｍ小さい。

本発明の一実施形態によれば、前記凹み領域の下塗り層の厚さは０～１５μｍであり、凹み領域の活性材料層の厚さは０～１０５μｍであり、及び／又は、前記通常領域の下塗り層の厚さは５～１５μｍであり、前記通常領域の活性材料層の厚さは９０～１１０μｍである。

本発明の一実施形態によれば、前記凹み領域の幅は３～５０ｍｍである。

本発明の一実施形態によれば、前記下塗り層は、多孔質構造であり、その空隙率が２０％～４５％であり、及び／又は、前記活性材料層は、多孔質構造であり、その空隙率が２５％～５０％である。

本発明の一実施形態によれば、前記下塗り層の原料において、活性材料の質量含有量が４９～９４％であり、粘着剤の質量含有量が４～５０％であり、導電剤の質量含有量が１～５％であり、及び／又は、前記活性材料層の原料において、活性材料の質量含有量が９３～９６％であり、粘着剤の質量含有量が０．９～１．５％であり、導電剤の質量含有量が１～３％である。

本発明の一実施形態によれば、前記電極シートは、正極シートであり、前記活性材料は、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム、リン酸鉄リチウム、リン酸マンガン鉄リチウム、リン酸バナジウムリチウム、リン酸バナジウムオキシリチウム、リチウムリッチマンガン系材料、ニッケルコバルトアルミニウム酸リチウム及びチタン酸リチウムのうちの少なくとも１種を含む。

本発明の一実施形態によれば、前記電極シートは、負極シートであり、前記活性材料は、黒鉛、中間相炭素微小球、軟質炭素、硬質炭素、シリコン材料、シリコン酸素材料、シリコン炭素材料、チタン酸リチウム材料のうちの少なくとも１種を含む。

本発明の別の態様は、上記電極シートを含む電池を提供する。

本発明にて提供される電極シートは、上記特殊な構造設計により、良好な安全性を有し、それを電池に応用する際に、タブに近接したセルの部位が厚すぎるなどの問題を効果的に回避することができ、電池の安全性及び充放電レートなどの品質を向上させ、本発明にて提供される電池は、上記電極シートを採用し、良好な安全性及び充放電レートなどの性能を有し、産業上でより大きな実用的意義を有する。

本発明の一実施形態の電極シートの構造模式図である。 本発明の一実施形態の電池のセル巻回構造の模式図である。 本発明の一実施形態において電極シートを製造する際に用いられるグラビアロールの模式図である。

当業者が本発明の態様をよりよく理解するために、以下に図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。

本発明の一態様は、電極シートを提供し、図１に示すように、当該電極シートは、集電体１と集電体１の第１の表面に位置する機能層とを含み、第１の表面にタブ４が設けられ、第１の表面の機能層は、タブから遠い通常領域３１とタブに近い凹み領域３２とからなり、凹み領域３２の厚さは、通常領域の厚さよりも小さい。

本発明にて提供される電極シートは、上記凹み領域の設計により、当該電極シートを採用して形成されたセルにおけるタブ部位に近接した箇所の厚さが厚すぎるという問題を効果的に回避することができ、さらに電池の安全性及び充放電レートなどの品質を確保する。

上記機能層は、下塗り層２と活性材料層３とを含んでもよく、下塗り層２は、集電体１の表面と活性材料層３との間に位置し、下塗り層２の原料は、活性材料、粘着剤及び導電剤を含み、活性材料層３の原料は、活性材料、粘着剤及び導電剤を含み、下塗り層２における粘着剤の含有量は、活性材料層３における粘着剤の含有量よりも高く、上記下塗り層（又は安全コーティング層と呼ばれる）は、集電体の表面との粘着力が高く、電極シートの安全性などの性能をさらに向上させることができる。

具体的には、本発明では、タブ４は、電極シートの中央部（即ち端部ではない）に位置してもよく、機能層は、タブの周りに設けられる。一般に、タブ４の厚さは、凹み領域３２の厚さ以下であり、即ちタブが設けられた集電体の表面（即ち第１の表面）において、集電体の当該表面を基準とし、タブ４の高さは、凹み領域３２の高さ以下である。

本発明では、集電体１の第１の表面のみに機能層を設けてもよいし、第１の表面に対向する第２の表面に機能層を同時に設けてもよく（集電体の正逆両面にいずれも機能層を設ける）、好ましくは後者であり、電極シートのエネルギー密度などの特性をさらに向上させることができる。２つの表面にいずれも機能層が設けられている場合、第２の表面上のタブに対応する位置に機能層がコーティングされてもよいし、コーティング層のない未コーティング領域であってもよく、好ましくはコーティング層のない未コーティング領域であり、セルの超厚現象の回避により有利であるとともに、電極シートの作製にもより有利であり、具体的な一実施形態では、集電体１の２つの表面にいずれも機能層が設けられている場合、第２の表面にコーティング層のない未コーティング領域６が設けられ、未コーティング領域６が第１の表面のタブ４位置に対応し、第２の表面の機能層に凹み領域が設けられなくてもよく、未コーティング領域６に近接した位置に凹み領域が設けられてもよく（即ち第２の表面の機能層は、未コーティング領域６に近い凹み領域と未コーティング領域６から遠い通常領域とを含む）、第１の表面の凹み領域、第２の表面の凹み領域の形状、面積の大きさ、厚さなどのパラメータは、同じであっても異なっていてもよく、好ましくは同じである。

本発明では、通常領域３１の下塗り層と凹み領域３２の下塗り層の厚さは、凹み領域３２の厚さが通常領域３１の厚さよりも小さいことを満たせば、同じであっても異なっていてもよく、つまり、凹み領域の深さＨ１＝通常領域の厚さ－凹み領域の厚さであり、Ｈ１＞０である。本発明の研究によれば、上記凹み領域の厚さは一般的に通常領域の厚さよりも５～１２５μｍ小さくてもよく、即ちＨ１は５～１２５μｍであり、さらに１０～１２５μｍであってもよく、例えば１０～１００μｍ又は１０～９０μｍ又は１０～８０μｍ又は１０～７０μｍ又は１０～６５μｍ又は２０～６５μｍ又は３０～６５μｍ又は４０～６５μｍ又は４５～６５μｍ又は５０～６５μｍ又は５５～６５μｍ又は６０～６５μｍであってもよい。

上記凹み領域３２の厚さは、凹み領域３２の下塗り層の厚さと凹み領域３２の活性材料層の厚さとの和にほぼ等しく、好ましい一実施形態では、凹み領域の下塗り層の厚さは、０～１５μｍであってもよく、例えば５～１２μｍであってもよく、凹み領域の活性材料層の厚さは、０～１０５μｍであってもよく、例えば４５～１０５μｍであってもよい。

具体的には、本発明の一実施形態では、凹み領域の厚さは、０～１２５μｍであり、さらに０～１２０μｍであってもよく、よりさらに５０～１１２μｍであってもよく、例えば５０μｍ、５７μｍ、６３μｍ、７４μｍ、９０μｍ、１０１μｍ、１１０μｍ、１１２μｍであってもよい。

本発明の通常領域３１の厚さは、当該分野における通常の電極シートのコーティング層の厚さに従って設定されてもよく、通常領域３１の厚さは、通常領域の下塗り層の厚さと通常領域の活性材料層の厚さとの和にほぼ等しい。好ましい一実施形態では、通常領域の下塗り層の厚さは、５～１５μｍであり、さらに５～１２μｍであってもよく、例えば５～８μｍであってもよく、電極シートに良好な安全性及び比較的低い内部抵抗を両立させることに有利であり、通常領域の活性材料層の厚さは９０～１１０μｍであり、電極シートのエネルギー密度などの特性をさらに向上させることに有利である。

さらに、上記凹み領域３２の幅は、一般的に３～５０ｍｍであってもよく、さらに３～３０ｍｍであってもよく、例えば１０～３０ｍｍ又は２０～３０ｍｍ又は２５～３０ｍｍであってもよい。

一般に、上記下塗り層２は、多孔質構造であり、その空隙率が２０％～４５％であってもよく、及び／又は、活性材料層３は、多孔質構造であり、その空隙率が２５％～５０％であってもよい。

さらに検討したところ、上記下塗り層２の原料において、活性材料の質量含有量が４９～９４％であり、及び／又は、粘着剤の質量含有量が４～５０％であり、導電剤の質量含有量が１～５％であり、上記活性材料層３の原料において、活性材料の質量含有量が９３～９６％であり、例えば９４～９６％であり、及び／又は、粘着剤の質量含有量が０．９～１．５％であり、例えば２～３．５％であり、導電剤の質量含有量が１～３％であり、例えば１～２％である。

本発明では、活性材料、粘着剤、導電剤はいずれも当該分野における通常の材料であってもよく、例えば、粘着剤は、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン－ヘキサフルオロプロピレンの共重合体、ポリアミド、ポリアクリロニトリル、ポリアクリレート、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸塩、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ポリビニルピロリドン、ポリビニルエーテル、ポリメタクリル酸メチル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン及びスチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）のうちの少なくとも１種を含んでもよく、導電剤は、カーボンブラック、炭素繊維、カーボンナノチューブ、黒鉛、グラフェン、金属材料、導電性セラミック材料のうちの少なくとも１種を含んでもよい。

具体的には、上記電極シートは、正極シート又は負極シートであってもよく、例えば、一実施形態では、上記電極シートは、正極シートであり、上記活性材料は、リチウム含有活性材料などの当該分野における通常の正極活性材料であってもよく、例えばコバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム、リン酸鉄リチウム、リン酸マンガン鉄リチウム、リン酸バナジウムリチウム、リン酸バナジウムオキシリチウム、リチウムリッチマンガン系材料、ニッケルコバルトアルミニウム酸リチウムのうちの少なくとも１種を含んでもよく、上記集電体は、アルミニウム箔などの当該分野における通常の正極集電体であってもよく、別の実施形態では、上記電極シートは、負極シートであり、上記活性材料は、黒鉛、中間相炭素微小球、軟質炭素、硬質炭素、シリコン材料、シリコン酸素材料、シリコン炭素材料、チタン酸リチウム材料などのうちの少なくとも１種を含んでもよく、上記集電体は、銅箔などの当該分野における通常の負極集電体であってもよい。

上記電極シートが負極シートである場合、下塗り層２の原料及び／又は活性材料層３の原料は分散剤をさらに含んでもよく、下塗り層２における分散剤の質量含有量は１．５～２．５％であってもよく、活性材料層３における分散剤の質量含有量は１．５～２．５％であってもよく、当該分散剤は、カルボキシメチルセルロースナトリウム（ＣＭＣ）などの通常の分散剤であってもよい。

本発明の電極シートは、コーティング法などの当該分野における通常の方法に従って製造されることができ、例えば一実施形態では、その製造方法は具体的には、集電体１の表面に下塗り層２を塗布した後、下塗り層２の表面に活性材料層３を塗布し、そして予め設定されたタブ部位の下塗り層及び活性材料層を除去した後、予め設定されたタブ部位の集電体にタブを溶接し、かつ予め設定された凹み領域の幅、厚さなどのパラメータに応じて予め設定された凹み領域の機能層を除去して凹み領域３２を形成し、電極シートを得ることを含んでもよく、ここで、グラビア塗布法を採用して下塗り層を塗布し、図３に示すように、グラビア塗布法に用いられるグラビアロールに予備タブ部位９が設けられ、集電体１上の予め設定されたタブ部位がグラビアロールの予備タブ部位９の位置に対応し、転写塗布、押出塗布、スクリーン印刷などの通常の方法を採用して上記活性材料層を塗布してもよいし、グラビア塗布法を採用して上記活性材料層を塗布してもよく、レーザー又はドクターブレードによる掻き取り又は両者の組合せなどの当該分野における通常の方式を採用して予め設定されたタブ部位のコーティング層を除去することができる。

一般に、まず下塗り層のスラリーを集電体にコーティングした後、乾燥／乾かし処理（乾かしの温度は１００～１３０℃に制御されてもよく、例えば１１０℃）を経て、集電体に下塗り層を形成し、そして下塗り層の表面に活性材料層のスラリーをコーティングし、コーティングが完了した後、乾燥（乾燥温度は８０～１１０℃であってもよい）及びロールプレス処理を経て、その後段差ドクターブレード又はレーザー洗浄などの方式を採用して予め設定された凹み領域の機能層を除去して凹み領域を形成し、かつ予め設定されたタブ部位の全ての機能層を除去し、集電体を露出させ、集電体にタブを溶接し、電極シートを得ることができる。ここで、上記スラリーの溶媒は、Ｎ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）などの当該分野における通常の溶媒であってもよい。

具体的には、図３に示すように、上記グラビアロールは、ロール本体を含み、ロール本体の表面に電極シートのコーティング層に対応する少なくとも１つの塗布領域が設けられ、塗布領域は、アニロックスが彫刻された彫刻領域８と彫刻されていない予備タブ部位９とを含み、残りは未彫刻領域（即ち非塗布領域）１０である。上記予め設定されたタブ部位は、タブを溶接するために用いられ、その表面形状の大きさは、いずれも溶接対象タブの底面形状の大きさと同じであり、上記予備タブ部位９の形状の大きさは、溶接対象タブの形状の大きさに応じて設定されてもよく、通常予備タブ部位の形状は予め設定されたタブ部位の形状と類似しているが、その寸法は一般的に予め設定されたタブ部位の寸法よりも少し大きい。

上記グラビアロールを採用して形成されたグラビアコーターは、具体的には、コーティング層スラリーを収容するためのシュート、前記シュートの上方に位置するグラビアロール、当該グラビアロールに嵌合するゴムロール（通常グラビアロールの上方に位置する）、及び当該グラビアロールに嵌合するドクターブレード（通常グラビアロールの側面に位置し、かつグラビアロールに圧着される）を含んでもよく、ここで、シュート、ゴムロール、ドクターブレード及びその位置はいずれも当該分野における通常の設定であり、繰り返して説明しない。具体的に実施する際に、下塗り層原料を溶媒に入れてコーティング層スラリーを形成し、ドクターブレード圧力、ゴムロール圧力、塗布速度、オーブン温度などのパラメータ又は条件を設定した後、上記スラリーをグラビアコーターのシュートに入れ、集電体などの基材の塗布を開始し、塗布が完了した後、乾燥処理を経て、基材に下塗り層を形成し、下塗り層がコーティングされた原反を得、そして当該原反に正極活性層をコーティングした後、ロールプレスして予め設定された形状、大きさなどのパラメータに適合する電極シートにスリット加工することができる。具体的には、上記グラビア塗布の条件は、塗布速度が１０～３０ｍ／ｍｉｎであり、例えば２０ｍ／ｍｉｎであってもよく、ドクターブレード圧力が０．２～０．６ＭＰａであり、例えば０．４ＭＰａであり、ゴムロール圧力が０．２～０．６ＭＰａであり、例えば０．４ＭＰａであることであってもよい。

上記方法を採用して電極シートを製造することにより、電極シートの安全性、充放電レートなどの性能を向上させることができるだけでなく、電極シートの製造歩留まりを向上させることができ、産業化生産及び応用に有利である。

本発明の別の態様は、上記電極シートを含む電池をさらに提供する。

本発明の電池は、上記構造設計を有する正極シートを含み（即ち上記電極シートは正極シートである）、又は上記構造設計を有する負極シートを含んでもよく（即ち上記電極シートは負極シートである）、又は上記構造設計を有する正極シートと上記構造設計を有する負極シートとを同時に含んでもよい（即ち上記電極シートは正極シートと負極シートとを含む）。上記電極シートが負極シートである場合、上記電池は正極シートをさらに含み、当該正極シートも当該分野における通常の正極シートであってもよく、上記電極シートが正極シートである場合、上記電池は負極シートをさらに含み、当該負極シートは当該分野における通常の負極シートであってもよく、例えば一実施形態では、当該負極シートは負極集電体と負極集電体上に位置する負極機能層とを含み、当該負極機能層の厚さは、１００～１２０μｍであってもよく、その原料は、負極活性材料、粘着剤、分散剤及び導電剤を含み、ここで、負極活性材料の質量含有量は、９４～９６％であってもよく、粘着剤の質量含有量は、２～３．５％であってもよく、分散剤の質量含有量は、１．５～２．５％であってもよく、導電剤の質量含有量は、１～２％であってもよく、粘着剤、導電剤、負極活性材料、分散剤は、上述のような通常の材料であってもよく、繰り返して説明しない。

上記電池は、正極シートと負極シートとの間に位置するセパレータをさらに含み、当該セパレータは、正極シートと負極シートとを離隔するために用いられ、それは当該分野における通常のセパレータであってもよく、本発明はこれに対しても特に限定しない。

一般に、電極シートのタブが設けられた一表面に粘着紙５が貼り付けられ、粘着紙５とタブ４、タブ４を囲む少なくとも一部の凹み領域３２（タブに近い凹み領域３２）が接着され、タブ４が凹み領域３２、粘着紙５、集電体１で囲まれたキャビティ内に位置し、粘着紙５の上面が通常領域３１の表面の下方に位置し、つまり、粘着紙５の上面から通常領域３１の表面までの距離Ｈ２＝通常領域３１の厚さ－粘着紙５の上面から当該粘着紙が位置する側の集電体の表面までの距離であり、Ｈ２＞０である。

本発明の好ましい一実施形態では、集電体１の２つの表面にいずれも機能層が設けられ、第２の表面にコーティング層のない未コーティング領域６が設けられ、未コーティング領域６が第１の表面のタブ４の位置に対応し、２つの表面の機能層にいずれも凹み領域３２が設けられ、２つの表面にいずれも粘着紙５が貼り付けられ、第２の表面における粘着紙５の貼り付け方式が第１の表面における貼り付け方式と同じであり、即ち、第２の表面において、粘着紙５と未コーティング領域６を囲む少なくとも一部の凹み領域３２（未コーティング領域に近い凹み領域）が接着され、未コーティング領域６が凹み領域３２、粘着紙５、集電体１で囲まれたキャビティ内に位置し、粘着紙５の上面が通常領域３２の表面の下方に位置する。

本発明は当該分野における通常の粘着紙を採用してもよく、好ましい一実施形態では、粘着紙の厚さは一般的に１６～３０μｍであってもよい。

図２に示すように、上記電池は巻回型リチウムイオン電池であってもよく、正タブ４付きの正極シートと負タブ７付きの負極シートとの間はセパレータによって隔てられており、タブに近接した部位に厚すぎる現象がない。

上記巻回型電池は、当該分野における通常の方法に従って製造されてもよく、例えば正極シート、セパレータ、負極シートを積層して設けた後、巻回、組み立て、真空ベーキング、注液、静置、パッケージ、化成、容量グレーディングなどの処理を経て巻回型リチウムイオン電池を製造し、上記巻回、組み立て、真空ベーキング、注液、静置、パッケージ、化成、容量グレーディングは、いずれも当該分野における通常の工程であってもよく、用いられるセパレータ、電解液などは、いずれも当該分野における通常の材料であってもよく、繰り返して説明しない。

本発明の目的、技術案及び利点をより明確にするために、以下に本発明の実施例に関連して本発明の実施例における技術案を明確、完全に説明し、明らかに、説明された実施例は本発明の一部の実施例であり、全ての実施例ではない。本発明における実施例に基づいて、当業者が創造的な労働を行うことなく取得した他の全ての実施例は、本発明の保護の範囲に属する。

特に断りのない限り、以下の実施例では、グラビア塗布法を採用して塗布する過程で用いられるグラビアコーターは、コーティング層スラリーを収容するためのシュート、前記シュートの上方に位置するグラビアロール、当該グラビアロールに嵌合するゴムロール（通常グラビアロールの上方に位置する）、及び当該グラビアロールに嵌合するドクターブレード（通常グラビアロールの側面に位置し、かつグラビアロールに圧着される）を含み、ここで、グラビアロールは、ロール本体を含み、ロール本体の表面に電極シートのコーティング層に対応する少なくとも１つの塗布領域が設けられ、塗布領域は、アニロックスが彫刻された通常領域と彫刻されていない予備タブ部位とを含み、残りは非塗布領域であり、塗布時に、塗布速度を２０ｍ／ｍｉｎ、ドクターブレード圧力を０．４ＭＰａ、ゴムロール圧力を０．４ＭＰａに制御する。
実施例１

本実施例の正極シートは、正極集電体と正極集電体の２つの表面にコーティングされた正極機能層とを含み、正極集電体の一表面に正タブ（正タブは正極シートの中央部に位置する）が設けられ、当該表面の正極機能層が正タブから遠い通常領域と正タブに近い凹み領域とからなり、前記凹み領域の厚さが通常領域の厚さよりも小さく、正極集電体の別の表面に正タブ位置に対応する未コーティング領域が設けられ、当該別の表面の正極機能層は正タブが設けられた表面の正極機能層と同じであり（上記通常領域と凹み領域とからなる）、上記両表面の正極機能層は、下塗り層と正極活性材料層とを含み、下塗り層が正極集電体の表面と正極活性材料層との間に位置し、ここで、凹み領域の下塗り層が通常領域の下塗り層の厚さと同じであり、下塗り層の厚さが５μｍであり、凹み領域の正極活性材料層の厚さが４５μｍであり、通常領域の正極活性材料層の厚さが１１０μｍであり、凹み領域の深さＨ１が６５μｍであり、凹み領域の幅が３０ｍｍであり、下塗り層の空隙率が２８％であり、正極活性層の空隙率が３５％であり、正極集電体がアルミニウム箔である。

上記正極シート及び当該正極シートを採用して形成された巻回型リチウムイオン電池は具体的には以下のようにして製造され、
（１）リン酸鉄リチウム、ポリフッ化ビニリデン及びカーボンブラックを質量比６５：３０：５でＮＭＰに均一に混合して下塗り層スラリー（固形分は１５％）を形成し、上記下塗り層スラリーをグラビアコーターのシュートに入れ、塗布を起動し、それをアルミニウム箔の両面に塗布し、そして１１０℃で乾かした後、下塗り層がコーティングされた原反を得た。
コバルト酸リチウム、ポリフッ化ビニリデン及びカーボンブラックを質量比９７：１．３：１．４でＮＭＰに均一に混合して正極活性層スラリーを形成し、スリット式押出塗布機器を採用してそれを上記原反の両面に塗布し、１００℃で２～５ｍｉｎ乾燥した後、ロールプレスにより１０００ｍｍ×６５ｍｍの正極シート前駆体にスリット加工し、正極シート前駆体の予め設定されたタブ部位のコーティング層を洗浄して除去した後、タブを溶接し、正極シートを得た。
（２）黒鉛、ＣＭＣ、ＳＢＲ及びカーボンブラックを質量比９５：１．５：１．５：２で脱イオン水に均一に混合して負極活性層スラリーを形成し、当該スラリーを銅箔の２つの表面にコーティングし、７０～１００℃で２～５ｍｉｎ乾かし、そしてロールプレスして１１００ｍｍ×６６．５ｍｍの負極シートにスリット加工し、ここで、負極シート機能層（その上記スラリーを乾燥、ロールプレスした後に形成されたコーティング層）の厚さが１２０μｍであった。
（３）通常のリチウム電池巻回プロセスに従って、上記正極シート、負極シートを採用して巻回型電池を作製した。ここで、正極シートの２つの表面にいずれも粘着紙が貼り付けられ、正タブが設けられた表面において、粘着紙と正タブ、正タブを囲む凹み領域が接着され、正タブが凹み領域、粘着紙、正極集電体で囲まれたキャビティ内に位置し、粘着紙の上面が通常領域の表面の下方に位置し、未コーティング領域が設けられた表面において、粘着紙と未コーティング領域を囲む凹み領域が接着され、未コーティング領域が凹み領域、粘着紙、正極集電体で囲まれたキャビティ内に位置し、粘着紙の上面が通常領域の表面の下方に位置し、用いられた粘着紙の厚さが１６μｍであった。
実施例２

本実施例は、下塗り層の厚さを７μｍ、凹み領域の正極活性材料層の厚さを５０μｍ、凹み領域の深さを６０μｍとした点で実施例１と異なり、他の条件は実施例１と同様にした。
実施例３

本実施例は、下塗り層の厚さを８μｍ、凹み領域の正極活性材料層の厚さを５５μｍ、凹み領域の深さを５５μｍとした点で実施例１と異なり、他の条件は実施例１と同様にした。
実施例４

本実施例は、下塗り層の厚さを９μｍ、凹み領域の正極活性材料層の厚さを６５μｍ、凹み領域の深さを４５μｍとした点で実施例１と異なり、他の条件は実施例１と同様にした。
実施例５

本実施例は、下塗り層の厚さを１０μｍ、凹み領域の正極活性材料層の厚さを８０μｍ、凹み領域の深さを３０μｍとした点で実施例１と異なり、他の条件は実施例１と同様にした。
実施例６

本実施例は、下塗り層の厚さを１１μｍ、凹み領域の正極活性材料層の厚さを９０μｍ、凹み領域の深さを２０μｍとした点で実施例１と異なり、他の条件は実施例１と同様にした。
実施例７

本実施例は、下塗り層の厚さを１２μｍ、凹み領域の正極活性材料層の厚さを１００μｍ、凹み領域の深さを１０μｍとした点で実施例１と異なり、他の条件は実施例１と同様にした。
実施例８

当該実施例は、凹み領域の深さを５μｍ、凹み領域の正極活性材料層の厚さを１０５μｍとした点で実施例１と異なり、他の条件は実施例１と同様にした。
実施例９

当該実施例は、正極シート凹み領域の幅を５０ｍｍとした点で実施例１と異なり、他の条件は実施例１と同様にした。
比較例１

当該比較例は、下塗り層が設けられておらず、凹み領域の厚さが通常領域の厚さと同じであり（即ち凹み領域が設けられていない）、タブが電極シートの端部に設けられているという点で実施例１と異なり、その他は実施例１と同じ条件であった。
比較例２

当該比較例は、凹み領域の厚さが通常領域の厚さと同じである（即ち凹み領域が設けられていない）という点で実施例１と異なり、他の条件は実施例１と同様にした。
性能試験

測定した実施例１～９、比較例１及び２のリチウムイオン電池の電池内部抵抗、２Ｃ充電レート、セル超厚割合、釘刺し合格率を表１に示し、各実施例及び比較例における凹み領域の深さ、凹み領域の幅、下塗り層の厚さ、電池の容量も表１にまとめた。

ここで、各試験方法は以下のとおりであり、
（１）電池内部抵抗：セルを５０％ＳＯＣまで充電したとき、１ＫＨＺの電圧内部抵抗テスタでセル又は電池の内部抵抗を検出した。
（２）２Ｃ充放電レート
レート充電：２５℃±５℃の条件下で、セルを０．２Ｃ電流で３．０Ｖまで定電流放電し、１０ｍｉｎ静置し、さらに２Ｃで４．３５Ｖまで定電流充電し、そして充電電流≦０．０２Ｃになるまで定電圧充電に変更し、ここで、定電流段階の充電容量をＣｃ１、総充電容量をＣ１、定電流充電容量比＝Ｃｃ１／Ｃ１とした。
レート放電：２５℃±５℃の条件下で、セルを０．２Ｃ電流で３．０Ｖまで定電流放電し、そして０．２Ｃで４．３５Ｖのカットオフ電圧まで定電流定電圧充電し、さらに０．２Ｃ及び２Ｃで３．０Ｖまで放電し、ここで、０．２Ｃ放電容量をＣ０、２Ｃ放電容量をＣ２、放電容量比＝Ｃ２／Ｃ０とした。
（３）セル超厚割合
以下の過程に従って各実施例及び比較例のセル超厚割合をそれぞれ測定し、平面厚さ計を採用して２００個のセル厚さ数値を測定し（各実施例及び比較例のセル厚さが３．９６５ｍｍを超えないことが望ましい）、規格限界（３．９６５＋０．０８ｍｍ）を超えたセルの数をＮ、超厚割合＝Ｎ／５０とした。
（４）釘刺し合格率：常温環境下で、リチウムイオン電池を０．５Ｃで電圧が４．３５Ｖになるまで定電流充電し、そして電流が０．０２５Ｃになるまで定電圧充電し、リチウムイオン電池を釘刺し試験機器に移し、試験環境温度を２５℃に維持し、直径が４ｍｍの鋼釘を用いて、３０ｍｍ／ｓの速度でリチウムイオン電池の負タブ側のセル側端から７ｍｍの位置を等速で通過し、３００ｓの間保留し、リチウムイオン電池が発火せず爆発しない場合、合格と記した。各実施例／比較例は５個のリチウムイオン電池を試験し、釘刺し試験合格率をリチウムイオン電池の安全性を評価する指標とし、ここで、釘刺し試験合格率＝釘刺し合格電池数／釘刺し総電池数であった。

表１の結果から分かるように、比較例１及び２に対して、実施例１～９の電池は、セル超厚割合が極めて低く、大部分の超厚割合が０であるが、比較的高い釘刺し合格率、比較的低い電池内部抵抗、比較的高いセル容量及びレート性能などの優位性を同時に有し、特に実施例１～９の電池は、より優れたセル容量、充放電レート、釘刺し合格率などの総合性能を兼ね備えている。より具体的には、実施例１～７から分かるように、下塗り層の厚さが増加するにつれて、電池釘刺し合格率が増加し、下塗り層の厚さの増加による電池の安全性向上効果が明らかであることを示すが、高すぎると電池内部抵抗などの性能に影響し、実施例１、８、９から分かるように、凹み領域の深さが増大するにつれて、電池の超厚割合が低下するが、凹み領域が大きすぎると、電池の容量に影響するが、凹み領域の深さが低すぎると、電池の超厚割合がやや高く、即ち相対的に高い超厚リスクが存在し、実施例１及び比較例１～２から分かるように、正極シートの凹み領域設計は、正極シート、セパレータ及び負極シートが巻回されて形成された電池セルにおいて、正極シート、セパレータ、負極シート間の接触をより緊密にすることができ、セルの内部抵抗の低下及び充放電レート性能の発揮に有利である。

したがって、上記実施例及び比較例の結果から、本発明は、正極シートのタブ部位に上記特定の凹み領域を設けることにより、セルの超厚問題を効果的に解決し、電池の安全性を向上させるとともに、電池の容量、充放電レートなどの性能の向上を両立させることができることが明らかになる。

本願は、２０２０年１２月３０日に中国特許庁に提出された、出願番号が２０２０１１６２８６４３．２で、出願の名称が「電極シート及び電池」の中国特許出願の優先権を主張し、その全ての内容は、参照により本願に組み込まれる。

１：集電体、２：下塗り層、３：活性材料層、３１：通常領域、３２：凹み領域、４：タブ、５：粘着紙、６：未コーティング領域、７：負タブ、８：彫刻領域、９：予備タブ部位、１０：未彫刻領域、Ｈ１：凹み領域の深さ、Ｈ２：粘着紙の上面から通常領域の表面までの距離。

Claims (10)

1. 電極シートであって、集電体と集電体の第１の表面に位置する機能層とを含み、前記第１の表面にタブが設けられ、前記第１の表面の機能層は、タブから遠い通常領域とタブに近い凹み領域とからなり、前記凹み領域の厚さは、通常領域の厚さよりも小さい、
   ことを特徴とする電極シート。
2. 前記機能層は、下塗り層と活性材料層とを含み、前記下塗り層は、集電体の表面と活性材料層との間に位置し、前記下塗り層の原料は、活性材料、粘着剤及び導電剤を含み、前記活性材料層の原料は、活性材料、粘着剤及び導電剤を含み、前記下塗り層における粘着剤の含有量は、活性材料層における粘着剤の含有量よりも高い、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電極シート。
3. 前記凹み領域の厚さは、通常領域の厚さよりも５～１２５μｍ小さい、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電極シート。
4. 前記凹み領域の下塗り層の厚さは０～１５μｍであり、凹み領域の活性材料層の厚さは０～１０５μｍであり、及び／又は、前記通常領域の下塗り層の厚さは５～１５μｍであり、前記通常領域の活性材料層の厚さは９０～１１０μｍである、
   ことを特徴とする請求項２に記載の電極シート。
5. 前記凹み領域の幅は３～５０ｍｍである、
   ことを特徴とする請求項１又は３に記載の電極シート。
6. 前記下塗り層は、多孔質構造であり、その空隙率が２０％～４５％であり、及び／又は、前記活性材料層は、多孔質構造であり、その空隙率が２５％～５０％である、
   ことを特徴とする請求項２に記載の電極シート。
7. 前記下塗り層の原料において、活性材料の質量含有量が４９～９４％であり、粘着剤の質量含有量が４～５０％であり、導電剤の質量含有量が１～５％であり、及び／又は、前記活性材料層の原料において、活性材料の質量含有量が９３～９６％であり、粘着剤の質量含有量が０．９～１．５％であり、導電剤の質量含有量が１～３％である、
   ことを特徴とする請求項２に記載の電極シート。
8. 前記電極シートは、正極シートであり、前記活性材料は、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム、リン酸鉄リチウム、リン酸マンガン鉄リチウム、リン酸バナジウムリチウム、リン酸バナジウムオキシリチウム、リチウムリッチマンガン系材料、ニッケルコバルトアルミニウム酸リチウム及びチタン酸リチウムのうちの少なくとも１種を含む、
   ことを特徴とする請求項２に記載の電極シート。
9. 前記電極シートは、負極シートであり、前記活性材料は、黒鉛、中間相炭素微小球、軟質炭素、硬質炭素、シリコン材料、シリコン酸素材料、シリコン炭素材料、チタン酸リチウム材料のうちの少なくとも１種を含む、
   ことを特徴とする請求項２に記載の電極シート。
10. 請求項１～９のいずれか一項に記載の電極シートを含む、
    ことを特徴とする電池。

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