JP2024068830A - 電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は、集電箔および端子の破損を抑制できる電極の製造方法を提供することを主目的とする。【解決手段】電極は、集電箔１１と一端が前記集電箔上に配置され、かつ他端が集電箔の端部から突出した端子２と、集電箔および端子の重複部分を覆う第１、第２樹脂層１、１２を有し、電極の製造方法は、第１樹脂層と一端が第１樹脂層上に固定され、かつ他端が第１樹脂層の端部から突出した端子とを有し、厚さ方向における第１樹脂層の一方の面に端子が取り付けられている端子部材１０を準備する工程と集電箔の第１面と端子部材における端子側の面とが対向するように集電箔および端子部材を配置し、かつ集電箔の第１面とは反対側の第２面と対向するように第２樹脂層を配置して電極前駆体２０を得る電極前駆体作製工程と電極前駆体を厚さ方向から加熱プレスして集電箔および端子を前記第１樹脂層および第２樹脂層によって固定する工程とを有する。【選択図】図１

Description

本開示は、電極の製造方法に関する。

電極の製造方法においては、集電箔と、外部接続用の端子（集電端子）とを接続・固定することが知られている。例えば特許文献１においては、相互に異なる金属からなる複数の集電箔と集電端子とを、超音波接合する方法が開示されている。

特開２０２１－０１６８７８号公報

ここで、集電箔および端子などの金属部材に超音波振動を印可した場合、超音波振動の振動数と金属部材の固有振動数の関係によっては、共振が発生して、集電箔および端子が破損する恐れがある。

本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、集電箔および端子の破損を抑制できる電極の製造方法を提供することを主目的とする。

［１］
電極の製造方法であって、上記電極は、集電箔と、一端が上記集電箔上に配置され、かつ、他端が前記集電箔の端部から突出した端子と、上記集電箔および上記端子の重複部分を覆う第１樹脂層と、第２樹脂層と、を有し、上記製造方法は、上記第１樹脂層と、上記一端が上記第１樹脂層上に固定され、かつ、上記他端が上記第１樹脂層の端部から突出した上記端子と、を有し、厚さ方向における上記第１樹脂層の一方の面に上記端子が取り付けられている端子部材を準備する、準備工程と、上記集電箔の第１面と、上記端子部材における上記端子側の面とが対向するように、上記集電箔および上記端子部材を配置し、かつ、上記集電箔の上記第１面とは反対側の第２面と対向するように、上記第２樹脂層を配置して、電極前駆体を得る、電極前駆体作製工程と、上記電極前駆体を厚さ方向から加熱プレスして、上記集電箔および上記端子を、上記第１樹脂層および上記第２樹脂層によって固定する、加熱プレス工程と、を有する電極の製造方法。

［２］
上記準備工程において、加熱した上記端子を上記第１樹脂層に接触させることで、上記第１樹脂層の上記面に上記端子を溶着して、上記端子部材を準備する、［１］に記載の電極の製造方法。

［３］
上記端子部材を上記厚さ方向において断面視した場合に、上記端子の少なくとも一部は、上記第１樹脂層に埋設されている、［１］または［２］に記載の電極の製造方法。

［４］
上記端子部材を上記厚さ方向において断面視した場合に、上記端子の全体は、上記第１樹脂層に埋設され、上記端子部材における上記端子側の面は、上記第１樹脂層の上記面、および、上記端子の面を含む平面である、［１］から［３］までのいずれかに記載の電極の製造方法。

［５］
上記電極前駆体を上記厚さ方向において平面視した場合に、上記電極前駆体は、上記端子、上記第１樹脂層および上記第２樹脂層より中央側に、活物質層を有する、［１］から［４］までのいずれかに記載の電極の製造方法。

本開示においては、集電箔および端子の破損を抑制できるという効果を奏する。

本開示における電極の製造方法を例示する概略断面図である。 本開示における端子部材を例示する概略断面図および概略平面図である。 本開示における電極前駆体を例示する概略平面図および概略断面図である。 本開示における電極を例示する概略断面図および概略平面図である。

以下、本開示における電極の製造方法について、詳細に説明する。本明細書において、ある部材に対して他の部材を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」または「下に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある部材に接するように、直上または直下に他の部材を配置する場合と、ある部材の上方または下方に、別の部材を介して他の部材を配置する場合との両方を含む。

図１は、本開示における電極の製造方法を例示する概略断面図である。まず、図１（ａ）に示すように、端子部材１０を準備する（準備工程）。端子部材１０は、第１樹脂層１と、一端Ｘ１が第１樹脂層１上に固定され、かつ、他端Ｘ２が第１樹脂層１の端部Ｙから突出した端子２と、を有する。また、端子部材１０においては、厚さ方向Ｄにおける第１樹脂層１の一方の面に端子２が取り付けられている。次に、図１（ｂ）に示すように、集電箔１１の第１面Ｐ１と、端子部材１０における端子２側の面とが対向するように、集電箔１１および端子部材１０を配置し、かつ、集電箔１１の第１面Ｐ１とは反対側の第２面Ｐ２と対向するように、第２樹脂層１２を配置して、電極前駆体２０を得る（電極前駆体作製工程）。次に、図１（ｃ）に示すように、電極前駆体２０を厚さ方向Ｄから加熱プレスして、集電箔１１および端子２を、第１樹脂層１および第２樹脂層１２によって固定する（加熱プレス工程）。

本開示によれば、加熱プレスして、集電箔および端子を、第１樹脂層および第２樹脂層１２によって固定するため、集電箔および端子の破損を抑制することができる。

例えば、集電箔および端子として、金属製の部材を用いることが想定される。そして、上述のように、金属製の集電箔および端子を、超音波振動を印可することにより接合（固定）することが知られている。ここで、超音波振動の振動数と、集電箔および端子の固有振動数との関係によっては、共振が発生する場合がある。ここで、複数の金属箔を接着剤層を介して積層した合わせ箔を集電箔として用いた場合に集電箔が共振すると、金属箔が剥がれる恐れがある。また、端子が共振すると、端子が破断する恐れがある。また、集電箔には後述する活物質層との接着性を良好にする観点から、接着層などのコート層が形成されている場合がある。その場合、印可するエネルギー量を大きくする必要があり、金属箔の剥がれおよび端子の破断がより懸念される。これに対して、本開示においては、加熱プレスによる第１樹脂層および第２樹脂層の溶着により、集電箔に端子を固定できるため、共振が発生する恐れがない。また、一般的に超音波接合に用いられる装置は高価な場合が多い。一方で、本開示における電極の製造方法では、加熱プレスにより端子を集電箔に固定するため、高価な装置を用いる必要がなく、電極の製造コストを抑えることができる。なお、電極において電解液の液漏れ防止のために集電箔の外縁部を樹脂で封止（被覆）することが想定されるが、本開示における製造方法であれば、樹脂の封止とともに端子の接合を行うことができる。その結果、工程数を削減することが可能となり、さらに電極の製造コストを抑えることができる。

１．準備工程
本開示における準備工程は、一端が第１樹脂層上に配置され、かつ、他端が第１樹脂層の端部から突出した端子と、を有し、厚さ方向における第１樹脂層の一方の面に端子が取り付けられている端子部材を準備する工程である。

図１（ａ）に示すように、端子部材１０において、端子２の一端Ｘ１は第１樹脂層１上に配置され、端子２の他端Ｘ２は第１樹脂層１の端部Ｙから突出している。第１樹脂層１から端子２が突出する方向は、厚さ方向Ｄにおいて断面視した場合に、通常、厚さ方向Ｄと交差する方向であり、厚さ方向Ｄと直交する方向であることが好ましい。

また、図１（ａ）および図２（ａ）に示すように、端子部材１０を厚さ方向Ｄにおいて断面視した場合に、端子２の少なくとも一部は、第１樹脂層１に埋設されていることが好ましい。「端子の少なくとも一部は、第１樹脂層に埋設されている」とは、図２（ａ）に示すように、端子部材１０を厚さ方向Ｄにおいて断面視した場合に、厚さ方向Ｄにおいて、第１樹脂層１の下端の位置をｔ１とし、端子２の上端の位置をｔ２とした場合、ｔ２がｔ１よりも上（ｔ１よりも第１樹脂層１の上端側）に位置することをいう。

図２（ａ）に示すように、厚さ方向Ｄにおいて、端子２のｔ２とは反対側の端（下端）の位置をｔ３とする。端子２が第１樹脂層１に埋設されている場合、厚さ方向Ｄにおいて、ｔ１とｔ３とは一致していてもよい。この場合、図２（ａ）に示すように、端子部材における端子側の面は、第１樹脂層の面、および、端子の面を含む平面であると捉えることができる。一方、ｔ１とｔ３とは一致していなくてもよい。この場合、ｔ１とｔ３との距離をｔｘとし、ｔ２とｔ３との距離（つまり、端子の厚さ）をｔｙとした場合、ｔｙに対するｔｘの割合（ｔｘ／ｔｙ）は、例えば、０．３以下であることが好ましい。

一方、図２（ｂ）に示すように、端子部材における端子２は、第１樹脂層１に埋設されていなくてもよい。この場合、厚さ方向Ｄにおいて、ｔ１とｔ２とは一致している。なお、後述する加熱プレス工程を行うことで、電極における端子は、通常、第１樹脂層に埋設される。

図２（ｃ）は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示された端子部材１０を、厚さ方向Ｄにおいて端子２側から見た概略平面図である。図２（ｃ）に示すように、端子２は第１樹脂層１の一部に固定されていることが好ましい。端子部材１０を厚さ方向Ｄにおいて平面視した場合に、端子２の延在方向をｄ１方向とする。ｄ１方向における第１樹脂層全体の長さ（Ｌａ１）に対する、第１樹脂層において端子と重複している部分の長さ（Ｌａ２）の割合は、例えば、０．２以上、０．８以下である。

端子は、例えば接着剤を用いて第１樹脂層に固定されていてもよい。また、端子は、第１樹脂層の熱溶着により固定されていてもよい。この場合、加熱した端子を第１樹脂層に接触させることで、厚さ方向における第１樹脂層の一方の面に端子を溶着して固定化することができる。このようにして、厚さ方向における第１樹脂層の一方の面に端子を取り付けることができる。端子の加熱温度は、通常、第１樹脂層が含有する樹脂の軟化点以上であり、融点以上であってもよい。また、端子の平面視形状は、特に限定されないが、例えば、針状、長方形状である。

第１樹脂層の材料は特に限定されないが、熱可塑性樹脂が好ましい。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレンが挙げられる。第１樹脂層の厚さは特に限定されないが、例えば、０．１μｍ以上、１０００μｍ以下である。また、第１樹脂層の平面視形状は、特に限定されないが、例えば、枠状である。

端子の材料は特に限定されないが、金属材料が好ましい。金属材料としては、例えば、アルミニウム、銅、ＳＵＳ、ニッケル等の単体、これら金属の合金が挙げられる。端子の用途としては、例えば、電圧検出用端子が挙げられる。

２．電極前駆体作製工程
本開示における電極前駆体作製工程は、集電箔の第１面と、端子部材における端子側の面とが対向するように、集電箔および端子部材を配置し、かつ、集電箔の第１面とは反対側の第２面と対向するように、第２樹脂層を配置して、電極前駆体を得る工程である。

図１（ｂ）に示すように、電極前駆体２０は、厚さ方向Ｄにおいて、第２樹脂層１２、集電箔１１、端子２および第１樹脂層１がこの順に積層された積層体と捉えることができる。言い換えると、電極前駆体２０を厚さ方向Ｄにおいて断面視した場合、電極前駆体２０は、第１樹脂層１、端子２、集電箔１１および第２樹脂層１２が、厚さ方向Ｄに積層された部分（図１（ｂ）において点線で囲んだ部分）を有する。また、図１（ｂ）に示すように、厚さＤに直交する方向（紙面左右方向）において、第１樹脂層１の一端Ｙが集電箔１１よりも突出するように端子部材１０が配置されることが好ましい。同様に、厚さ方向Ｄに直交する方向において、第２樹脂層１２の一端Ｚが集電箔１１から突出するように配置されることが好ましい。図１（ｃ）に示すように、後述する加熱プレス工程において、集電箔１１の端部を樹脂層で覆うことができるからである。また、図３（ａ）に示すように、厚さ方向Ｄにおいて平面視した場合に、第１樹脂層１が端子２および集電箔１１の重複部分αの全体を覆うように端子部材を配置することが好ましい。特に図示しないが、第２樹脂層についても同様に配置することが好ましい。すなわち、厚さ方向において平面視した場合に、端子および集電箔の重複部分の全体を覆うように第２樹脂層を配置することが好ましい。

第２樹脂層の材料および厚さは、上述した第１樹脂層と同様の材料および厚さを挙げることができる。第１樹脂層および第２樹脂層の材料および厚さは同じであってもよく、異なっていてもよい。

集電箔は、正極集電体および負極集電体のいずれであってもよい。また、集電箔の材料は、上述した端子と同じ材料であってもよく、異なる材料であってもよい。集電箔が正極集電体である場合、集電箔の材料としては、例えば、アルミニウム、ＳＵＳ、ニッケル等の金属が挙げられる。また、集電箔が負極集電体である場合、集電箔の材料としては、例えば、銅、ＳＵＳ、ニッケル等の金属が挙げられる。集電箔の厚さは、例えば、０．１μｍ以上、５００μｍ以下である。

図３は、本開示における電極前駆体を例示する概略平面図および概略断面図である。具体的には、図３（ａ）は、電極前駆体を厚さ方向において第１樹脂層側から平面視した概略平面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した電極前駆体のＡ－Ａ断面図である。なお、図３（ｂ）においては、第１樹脂層、端子および第２樹脂層は省略している。後述する図３（ｃ）においても同様に、第１樹脂層、端子および第２樹脂層は省略している。図３（ａ）に示すように、電極前駆体２０を厚さ方向において平面視した場合に、電極前駆体２０は、端子２、第１樹脂層１および第２樹脂層（図示せず）より中央側に、活物質層４０を有していてもよい。

また、図３（ｂ）に示すように、活物質層４０は、集電箔１１の第１面Ｐ１に形成され、第２面Ｐ２に形成されていなくてもよい。また、特に図示しないが、活物質層は、集電箔の第１面に形成されておらず、第２面に形成されていてもよい。一方、図３（ｃ）に示すように、活物質層４０（４０ａ、４０ｂ）は、集電箔１１の第１面Ｐ１および第２面Ｐ２の両面に、それぞれ形成されていてもよい。この場合、活物質層（第１活物質層４０ａ、第２活物質層４０ｂ）は、互いに極性が異なる活物質層であることが好ましい。

ここで、電極前駆体（後述する加熱プレス工程前の電極前駆体）は上述した活物質層を有していなくてもよい。この場合、例えば、後述する加熱プレス工程後の電極前駆体における集電箔上に、上述した活物質層を形成する。これにより、集電箔上に活物質層が形成された電極とすることができる。

活物質層は、正極活物質層および負極活物質層のいずれかであってもよい。正極活物質層は、少なくとも正極活物質を含有する。また、負極活物質層は少なくとも負極活物質を含有する。また、正極活物質層および負極活物質層は、導電材およびバインダーの少なくとも一つをさらに含有していてもよい。

正極活物質としては、例えば、酸化物活物質および硫黄（Ｓ）が挙げられる。酸化物活物質としては、例えばリン酸鉄リチウムが挙げられる。正極活物質の形状は、例えば粒子状である。負極活物質としては、例えば、Ｌｉ、Ｓｉ等の金属活物質、グラファイト等のカーボン活物質、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２等の酸化物活物質が挙げられる。負極活物質の形状は、例えば、粒子状、箔状である。

導電材としては、例えば、炭素材料が挙げられる。炭素材料としては、例えば、アセチレンブラック（ＡＢ）、ケッチェンブラック（ＫＢ）等の粒子状炭素材料、炭素繊維、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンナノファイバー（ＣＮＦ）等の繊維状炭素材料が挙げられる。

３．加熱プレス工程
本開示における加熱プレス工程は、電極前駆体を厚さ方向から加熱プレスして、集電箔および端子を、第１樹脂層および第２樹脂層によって固定する工程である。

図１（ｃ）に示すように、加熱プレスは、例えば、所定の温度に加熱した加熱部材３０を、電極前駆体２０の厚さ方向Ｄから押し付けて行う。

加熱プレス工程における条件は特に限定されない。加熱プレスの温度は、第１樹脂層および第２樹脂層が軟化または溶解する温度であることが好ましい。加熱プレスの温度は、例えば、８０℃以上、２００℃以下である。加熱プレスの圧力（面圧）は、例えば、０．１ＭＰａ以上、２ＭＰａ以下である。

４．電極
図４は本開示における電極を例示する概略断面図および概略平面図である。具体的には、図４（ａ）は電極を厚さ方向において断面視した概略断面図であり、図４（ｂ）は電極を厚さ方向から平面視した概略平面図である。図４（ａ）に示すように電極１００は、集電箔１１と、一端が集電箔１１上に配置され、かつ、他端が集電箔１１の端部から突出した端子２と、集電箔１１および端子２の重複部分を覆う第１樹脂層１と、第２樹脂層１２と、を有している。また、電極１００は、通常、集電箔１１の第１面Ｐ１およびＰ２の少なくとも一方の面に形成された活物質層４０（第１活物質層４０ａ、第２活物質層４０ｂ）を有する。ここで、図４（ｂ）に示すように、集電箔１１の外縁部の全周が樹脂（１、１２、５０）で覆われていてもよい。一方、図４（ａ）に示すように、電極１００における集電箔１１において、外縁部の一部、例えば端子２と接合された端部（図面右側の端部）とは反対側の端部（図面左側の端部）が、樹脂５０で覆われていてもよい。電極における各部材は上述したとおりである。

本開示における電極は、通常電池に用いられる。電池の種類としては、リチウムイオン電池が好ましい。また、電池は電解質層が固体電解質層である固体電池であってもよく、電解質層が液系電解質層である、液系電池であってもよい。また、電池の用途としては、例えば、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）、電気自動車（ＢＥＶ）、ガソリン自動車、ディーゼル自動車等の車両の電源が挙げられる。特に、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）または電気自動車（ＢＥＶ）の駆動用電源に用いられることが好ましい。また、電池は、車両以外の移動体（例えば、鉄道、船舶、航空機）の電源として用いられてもよく、情報処理装置等の電気製品の電源として用いられてもよい。

なお、本開示は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本開示における特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本開示における技術的範囲に包含される。

１ …第１樹脂層
２ …端子
１０ …端子部材
１１ …集電箔
１２ …第２樹脂層
２０ …電極前駆体
３０ …加熱部材
４０ …活物質層
１００ …電極

Claims (5)

1. 電極の製造方法であって、
   前記電極は、集電箔と、一端が前記集電箔上に配置され、かつ、他端が前記集電箔の端部から突出した端子と、前記集電箔および前記端子の重複部分を覆う第１樹脂層と、第２樹脂層と、を有し、
   前記製造方法は、
   前記第１樹脂層と、前記一端が前記第１樹脂層上に固定され、かつ、前記他端が前記第１樹脂層の端部から突出した前記端子と、を有し、厚さ方向における前記第１樹脂層の一方の面に前記端子が取り付けられている端子部材を準備する、準備工程と、
   前記集電箔の第１面と、前記端子部材における前記端子側の面とが対向するように、前記集電箔および前記端子部材を配置し、かつ、前記集電箔の前記第１面とは反対側の第２面と対向するように、前記第２樹脂層を配置して、電極前駆体を得る、電極前駆体作製工程と、
   前記電極前駆体を厚さ方向から加熱プレスして、前記集電箔および前記端子を、前記第１樹脂層および前記第２樹脂層によって固定する、加熱プレス工程と、を有する電極の製造方法。
2. 前記準備工程において、加熱した前記端子を前記第１樹脂層に接触させることで、前記第１樹脂層の前記面に前記端子を溶着して、前記端子部材を準備する、請求項１に記載の電極の製造方法。
3. 前記端子部材を前記厚さ方向において断面視した場合に、前記端子の少なくとも一部は、前記第１樹脂層に埋設されている、請求項１に記載の電極の製造方法。
4. 前記端子部材を前記厚さ方向において断面視した場合に、前記端子の全体は、前記第１樹脂層に埋設され、
   前記端子部材における前記端子側の面は、前記第１樹脂層の前記面、および、前記端子の面を含む平面である、請求項１に記載の電極の製造方法。
5. 前記電極前駆体を前記厚さ方向において平面視した場合に、前記電極前駆体は、前記端子、前記第１樹脂層および前記第２樹脂層より中央側に、活物質層を有する、請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載の電極の製造方法。