JP3468847B2 - 電池用電極装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、セパレータを一対の
電極で挟んだ帯状の電極対である電池用電極装置に関す
るものであり、１８０度ずつ向きを変えて折曲げあるい
は渦巻き状に巻き上げて形成された電池用電極装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】リチウム電池のような電解液の導電率が
低い電池や、ニッケルカドミウム電池のような大電流を
取り出すタイプの電池においては、電極面積を大きくす
る必要がある。このため、このような電池においては、
セパレータを介して正極側電極と負極側電極とを重ね合
わせた帯状の電池用電極装置（電極対）を、１８０度ず
つ向きを変えて折り畳むか、または、渦巻き状に巻き上
げることにより電池の主要部が形成されている。

【０００３】図１２は例えば特願平５−０７６８４０号
に記載された折り畳みタイプのリチウム二次電池の断面
を示している。このリチウム二次電池では、多孔性のセ
パレータ１の表面に正極側の電極２と負極側の電極３と
を形成して構成される帯状の電極対４である電池用電極
装置を、１８０度ずつ向きを変えつつ一定の大きさに折
り畳むことにより、電池の主要部が形成されている。な
お、５は絶縁性のシール材、６は電力取り出し用の導電
性板材である。

【０００４】さて、図１２で示される折り畳みタイプの
リチウム二次電池では、電極対４の折り畳み部４ａに引
張力や圧縮力がかかるため、電極２，３の活物質層に割
れが生じやすい。このため、例えば特願平５−０７６８
４０号においては、電極２，３の活物質固定用のバイン
ダに柔軟なフッ素樹脂を用いて、電極２，３の活物質層
に柔軟性を与えることにより、折り畳み部４ａにおける
電極２，３の割れを防止することが記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電極
２，３の活物質層に柔軟性を与えて、折り畳み部４ａに
おける電極２，３の割れを防止するバインダの種類にも
限度がある。すなわち、活物質の種類によってはこのよ
うなバインダと活物質粉体との混合時のなじみが悪いた
め、活物質層に充分な柔軟性を与えるバインダが使用で
きず、結果的に柔軟性の乏しいバインダを使用せざるを
得ない場合があるという問題があった。したがって、こ
のような場合には、上記リチウム二次電池の電極対４の
折り畳み部４ａに不都合な割れが生じてしまうという課
題があった。上記課題は帯状の電極対４を渦巻き状に巻
き上げる電池においても、同様に生じる。

【０００６】また、セパレータ上に直接活物質層を形成
するのは、正極、負極およびセパレータ間の相対的ずれ
の問題を解消する根本的な方法ではあるが、活物質層の
活物質種およびバインダー種によってはセパレータに対
する接着性に乏しい場合があり、このために所期の機能
が発現しないことがあった。

【０００７】更に、電極の厚さは、その性能のみではな
く電池全体のデザイン上の制約を受ける。例えば、極薄
型のシート状電池に用いるためには厚さが制限される
が、一定の厚さに対して活物質を充填し過ぎると、電極
の特に最大電流性能を損なうことがある。また、例えば
正極の性能を評価するために電池の充放電試験を行う
と、当然ながらその結果には負極の性能も同時に反映さ
れてしまうので、負極の性能の影響が無い、正極のみの
性能評価をすることができなかった。

【０００８】この発明は上記のような課題を解消するた
めになされたもので、折り曲げ時や巻き上げ時に電極が
割れたり剥離したりしない電池用電極装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】請求項１記載の電池用電極装置は、互いに
密着した活物質層および集電体をそれぞれ有する第１お
よび第２の電極と、この第１および第２の電極の前記活
物質層に接するセパレータとを備え、折曲部で折り曲げ
ることのできる電池用電極装置であって、前記第１およ
び第２の電極の前記活物質層が、それぞれ前記折曲部に
設けられて前記セパレータに向かって開いた電極折曲溝
を備え、前記折曲部の外側となる電極の前記電極折曲溝
は、前記折曲部の両端に一つずつ設けられた折曲溝であ
って、前記折曲溝の中心間の距離Ｗが前記第１および第
２の電極の厚さｄ１およびｄ２の合計の２倍以上の寸法
であり、前記折曲部の内側となる電極の前記電極折曲溝
は、前記折曲部のほぼ中央に設けられた折曲溝であるこ
とを特徴としている。

【００１０】請求項２記載の電池用電極装置は、前記第
１および第２の電極のうち前記電極の折曲部の外側とな
る電極に前記電極折曲溝がｎ本形成され、この電極折曲
溝の前記集電体側の溝幅をそれぞれｔ１１，ｔ１２，ｔ
１３，・・・・・ｔ１ｎとし、これに対応する前記セパ
レータ側の溝幅をそれぞれｔ２１，ｔ２２，ｔ２３，・
・・・・ｔ２ｎとし、かつ前記外側となる電極の厚さを
ｄ１とすれば、ｔ２１＋ｔ２２＋・・・・・＋ｔ２ｎ≧
４×ｄ１、かつ、ｔ２１≧ｔ１１、ｔ２２≧ｔ１２、・
・・・・および、ｔ２ｎ≧ｔ１ｎの関係が成立してい
る。

【００１１】請求項３記載の電池用電極装置は、前記折
曲部の外側となる電極の折曲部の両端に一つずつ設けら
れた折曲溝の内側にさらに複数の折曲溝を持ち、この折
曲部における前記両端に一つずつ設けられた折曲溝と前
記複数の折曲溝が形成される範囲の長さをＬ、かつ、前
記電極の厚さをそれぞれｄ１、ｄ２とすれば、円周率を
πとして、 ２（ｄ１＋ｄ２）≦Ｌ≦π×（ｄ１＋ｄ２） の関係が成立している。

【００１２】請求項４記載の電池用電極装置は、前記折
曲溝の溝幅が、この電極折曲溝の形成された活物質層が
圧縮により変形可能な割合に応じて小さく形成されてな
る。

【００１３】請求項５記載の電池用電極装置は、前記電
極折曲溝が、前記活物質層に設けられた格子状溝であ
る。

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【実施例】実施例１． 図１はこの発明の電池用電極装置の一実施例であるリチ
ウム二次電池用電極対の側面図であり、図２はこの電池
用電極装置を折曲て折曲部を形成した状態を示す側面図
である。図において、１０は正極集電体、１１は正極集
電体１０上に一定厚さｄ１（例えばｄ１＝２００μm ）
で形成された正極活物質層、１２は正極集電体１０と正
極活物質層１１とで構成される帯状の第１の電極である
正極側電極、１３は負極集電体、１４は負極集電体１３
上に一定厚さｄ２（例えばｄ２＝２００μm ）で形成さ
れた負極活物質層、１５は負極集電体１３と負極活物質
層１４とで構成される帯状の第２の電極である負極側電
極、１６は薄い帯状のセパレータ、１７は正極側電極１
２の正極活物質層１１側と負極側電極１５の負極活物質
層１４側とでセパレータ１６を挟みつけて形成される帯
状の電池用電極装置（電極対）である。なお、１７ａは
電極対１７の折曲部である。

【００２２】２０は正極集電体１０に達する深さで、か
つ、正極活物質層１１の幅（図１の紙面の上下方向）一
杯に、この正極活物質層１１に形成された折り畳み用の
電極折曲溝である。この電極折曲溝２０は、開口側溝幅
が４００μm で、互いの溝間隔が負極活物質層１４の厚
さｄ２の２倍（２００×２＝４００μm ）になるように
形成された、開き角がほぼ９０度の第１溝２０ａおよび
第２溝２０ｂと、開口側溝幅が１００μm で、第２溝２
０ｂとの間の溝間隔が例えば９．９ｃｍになるように形
成された第３溝２０ｃとの３種類の溝から構成されてい
る。正極活物質層１１には、この３種類の電極折曲溝２
０が繰り返し形成されている。

【００２３】２１は負極集電体１３に達する深さで、か
つ、負極活物質層１４の幅一杯に、この負極活物質層１
４に形成された電極折曲溝である。この電極折曲溝２１
は、正極側電極１２の第３溝２０ｃの両側に配置され、
開口側溝幅が４００μm で、互いの溝間隔が正極活物質
層１１の厚さｄ１の２倍（２００×２＝４００μm ）に
なるように形成された、開き角がほぼ９０度の第１溝２
１ａおよび第２溝２１ｂと、開口側溝幅が１００μm
で、正極側電極１２の第１溝２０ａと第２溝２０ｂとの
中間位置に配置される第３溝２１ｃとの３種類の溝から
構成されている。そして負極活物質層１４には、この３
種類の電極折曲溝２１が繰り返して形成されている。

【００２４】このように、この発明の電池用電極装置
は、互いに密着した活物質層１１および集電体１０を有
する第１の電極１２と、この第１の電極１２の活物質層
１１に接して設けられたセパレータ１６と、互いに密着
した活物質層１４および集電体１３を有し、この活物質
層１４に於いてセパレータ１６に接する第２の電極１５
とを備え、第１および第２の電極１２、１５の活物質層
１１、１４が電極折曲溝２０、２１を備えている。

【００２５】つぎに、この帯状の電極対１７を１８０度
ずつ向きを変えつつ折り畳んで、電池の主要部を形成す
る手順について説明する。例えば、図２で示されるよう
に、正極側電極１２を外側、負極側電極１５を内側とし
て、第１および第２溝２０ａ，２０ｂと第３溝２１ｃと
を折目として、電極対１７を１８０度折り畳む。この場
合、折曲部１７ａの正極側電極１２は、その第１および
第２溝２０ａ，２０ｂが閉じた状態になって、正極活物
質層１１に引張力や圧縮力が働くことなく、折り畳まれ
る。また、折曲部１７ａの負極側電極１５は、その第３
溝２１ｃがほぼ１８０度の角度に開いた状態となって、
負極活物質層１４に引張力や圧縮力が働くことなく折り
畳まれる。なお、セパレータ１６は正極側電極１２や負
極側電極１５との間で滑りを生じた状態で、負極側電極
１５の外面に沿って曲げられる。

【００２６】同様にして、正極側電極１２を内側、負極
側電極１５を外側として、第１および第２溝２１ａ，２
１ｂと第３溝２０ｃとを折り目として、電極対１７を前
述と逆側に１８０度折り畳む。この場合も、折り畳み部
１７ａの正極および負極活物質層１１，１４に引張力や
圧縮力が働くことなく、電極対１７は折り畳まれる。以
後同様にして、図１２で示されるように、この電極対１
７を１８０度ずつ向きを変えつつ折り畳んで電池の主要
部を形成する。

【００２７】つぎに、このリチウム二次電池の具体的製
造方法について説明する。まず、第１の電極である正極
側電極１２の作り方について説明する。ＬｉＣｏＯ₂ を
８７ｗｔ％、黒鉛粉（ロンザ（ＬＯＮＺＡ）社製ＫＳ−
６）を８ｗｔ％、バインダ（ポリフッ化ビニリデン）を
５ｗｔ％に調整した正極活物質ペーストを、正極集電体
１０となる厚さ２０μm の帯状のアルミ箔の上に、ドク
ターブレード法で厚さ３００μm に調整しつつ塗布して
活物質層を形成した後、これを８０℃の乾燥器中に３０
分放置して半乾きの状態にする。つぎに、この半乾きの
活物質層に、厚さ４００μm と厚さ１００μm のブレー
ドを使用して切目を入れて電極折曲溝２０を形成後、こ
れを１５０℃で１時間本乾燥する。つぎに、正極活物質
層を厚さが２００μm になるようプレスすることによ
り、アルミ箔の正極集電体１０上に２００μm の正極活
物質層１１が形成された帯状の正極側電極１２が完成す
る。なお、上記プレスにより、正極活物質層１１の空隙
率は１０〜３０％の範囲に納められる。

【００２８】つぎに、第２の電極である負極側電極１５
の作り方について説明する。メソフェーズマイクロビー
ズカーボン（大阪ガス製）を９５ｗｔ％、バインダを５
ｗｔ％に調整した負極活物質ペーストを、負極集電体１
３となる厚さ２０μm の帯状の銅箔上に、ドクターブレ
ード法で厚さ３００μm に調整しつつ塗布して活物質層
を形成した後、これを８０℃の乾燥器中に３０分放置し
て半乾き状態にする。つぎに、この半乾きの負極活物質
層に、厚さ４００μm と厚さ１００μm のブレードを使
用して切目を入れて電極折曲溝２１を形成後、これを１
５０℃で１時間本乾燥する。つぎに、負極活物質層を厚
さが２００μm になるようプレスすることにより、銅箔
の負極集電体１３上に２００μm の負極活物質層１４が
形成された帯状の負極側電極１５が完成する。なお、上
記プレスにより、負極活物質層１４の空隙率は１０〜３
０％の範囲に納められる。

【００２９】つぎに、この正極側電極１２と負極側電極
１５を用いたリチウム二次電池の作り方を説明する。ま
ず、セパレータ１６となる帯状のポリプロピレン製多孔
シート（ダイセル化学製セルガード♯２４００）を正極
側電極１２と負極側電極１５とで挟んで帯状の電極対１
７である電池用電極装置を形成する。この場合、例えば
正極側電極１２の第１および第２溝２０ａ，２０ｂ間
に、負極側電極１５の第３溝２１ｃが配置されるように
し、負極側電極１５の第１および第２溝２１ａ，２１ｂ
間に、正極側電極１２の第３溝２０ｃが配置されるよう
にする。つづいて、この電極対１７を電極折曲溝２０，
２１の位置で１８０度ずつ向きを変えつつ、例えば１２
回折り返して重ねたものを、ステンレス製の集電板で挟
んだ後、この電極対１７に、エチレンカーボネートとジ
メトキシエタンとを溶媒とし、過塩素酸リチウム塩を電
解質とする電解液を注入する。そして、電極対１７等の
周囲をポリエチレン樹脂で固めて封口処理すれば、リチ
ウム二次電池が完成する。

【００３０】以上のように、このリチウム二次電池で
は、正極側電極１２や負極側電極１５に所定の電極折曲
溝２０，２１を形成したため、電極対１７の折り畳み時
に、正極集電体１０や負極集電体１３に不都合な割れを
生じさせることはない。また、このリチウム二次電池で
は、電極折曲溝２０，２１により折り畳み位置が決定さ
れるため、電極対１７の折り畳みを迅速に行なうことが
できる。上記製法で連続して１０００個の電池を製作し
たが、電極対１７の折り畳み時に電極に不都合な割れが
生じた電池は皆無であった。なお、例えば正極側電極１
２のみを集電体と電極折曲溝２０が形成された活物質層
から構成し、負極側電極１５をリチウム金属とする場合
でも、上記と同様な効果を得ることができる。

【００３１】ここで、活物質層１１，１４の空隙率を１
０〜３０％とするのは、空隙率を１０％より下げると、
電池の最大電流性能が損なわれ、電池の性能が低下する
ためであり、空隙率を３０％より上げると、電池の容積
あたりの出力が低下するからである。

【００３２】実施例２． 図３は電極対１７の折曲部１７ａの外側に配置される電
極１２，１５に、１つの電極折曲溝２０，２１のみを形
成する場合の説明図である。この場合、折曲部１７ａの
外側に配置される電極（例えば正極側電極１２）の電極
折曲溝２０の形状は、集電体側溝幅をｔ１、開口側溝幅
をｔ２とすれば、 ｔ１≧２×（ｄ１＋ｄ２） ・・・・・ （１） ｔ２≧ｔ１ ・・・・・ （２） の条件を満たす必要がある。

【００３３】例えば、ｔ１＝ｔ２＝８００μm とした場
合、電極対１７の折り畳み時に折曲部１７ａの外側に配
置される正極活物質層１１には引張力や圧縮力は生じ
ず、この正極活物質層１１に不都合な割れは生じない。
また同様に、負極側電極１５が折曲部１７ａの外側に配
置される場合の、電極折曲溝２０の形状も、式（１）お
よび式（２）の条件を満たせばよい。なお、折曲部１７
ａの内側に配置される電極の電極折曲溝２０，２１は１
つでよく、かつ、その形状については特に制限はない。

【００３４】実施例３． 図４は電極対１７の折曲部１７ａの外側に配置される電
極１２，１５に、複数（例えばｎ個）の電極折曲溝２
０，２１を形成する場合の説明図である。この場合、折
曲部１７ａの外側に配置される電極（例えば正極側電極
１２）の電極折曲溝２０の形状は、１個からｎ個までの
電極折曲溝２０の集電体側溝幅をｔ１１，ｔ１２，・・
・・・ ｔ１ｎ、開口側溝幅をｔ２１，ｔ２２，・・・
・・ ｔ２ｎとすれば、 ｔ２１＋ｔ２２＋・・・・ ＋ｔ２ｎ≧４ｄ１ ・・・・（３） ２１≧ｔ１１、ｔ２２≧ｔ１２、・・・およびｔ２ｎ≧ｔ１ｎ ・・（４） の条件を満たす必要がある。

【００３５】実施例４． 例えば、図５で示されるように、正極側電極１２に２０
０μm の間隔で３個の電極折曲溝２０ａ，２０ｂ，２０
ｃを形成し、ｔ２１＝３００μm 、ｔ２２＝２００μm
、ｔ２３＝３００μm 、ｔ１１＝ｔ１２＝ｔ１３＝０
とした場合、電極対１７の折り畳み時に、折曲部１７ａ
の外側に配置される正極活物質層１１には引張力や圧縮
力は生じず、この正極活物質層１１に不都合な割れは生
じない。また、負極側電極１５が折曲部１７ａの外側に
配置される場合の、電極折曲溝２１の形状も、式（３）
および式（４）を満たせばよい。なお、折曲部１７ａの
内側に配置される電極の電極折曲溝２０，２１は、１つ
あればよく、かつ、その形状については特に制限はない

【００３６】実施例５． 図６は電極対１７の折曲部１７ａの外側に配置される電
極１２，１５についての、電極折曲溝２０，２１の形成
範囲の説明図である。折曲部１７ａの外側に配置される
電極（例えば正極側電極１２）に複数の電極折曲溝２０
を形成する場合に、この電極折曲溝２０を形成する範囲
の長さＬは、円周率をπとして、 Ｌ≦π×（ｄ１＋ｄ２） ・・・・・ （５） の条件を満たす必要がある。図６で示されるように、Ｌ
＝ π×（ｄ１＋ｄ２）は、折曲部１７ａの端部が円弧
状をしている場合の半円周長さを示しており、電極折曲
溝２０はこの長さＬ内に形成されている必要がある。な
お、負極側電極１５が折曲部１７ａの外側に配置される
場合についても、同様のことが言える。

【００３７】実施例６． 図７は正極側電極１２の電極折曲溝２０の溝幅と負極側
電極１５の電極折曲溝２１の溝幅が異なる場合を示して
いる。正極活物質層１１は最終的なプレスをしてしまう
とほとんど圧縮により変形できず、その圧縮率は１であ
る。しかし、カーボンを使用した負極活物質層１４は、
最終プレス後も８〜９割りの体積になるまで圧縮変形が
可能であり、その圧縮率は０．８〜０．９となってい
る。したがって、電極対１７の折曲部１７ａの外側に正
極側電極１２がきた場合、正極活物質層１１の第１溝２
０ａおよび第２溝２０ｂの開口側溝幅は４００μm ない
と、正極活物質層に圧縮による割れが生じる。一方、折
曲部１７ａの外側に負極側電極１５がきた場合、負極活
物質層１４の第１溝２１ａおよび第２溝２１ｂの開口側
溝幅は３５０μm であっても、負極活物質層１４が圧縮
されて縮むことににより、この負極活物質層１４に割れ
は生じない。すなわち、活物質層が圧縮により変形可能
である場合、電極の電極折曲溝２０，２１の溝幅は、必
要幅より小さくてもよい。

【００３８】実施例７． 図８はこの発明の電池用電極装置の別の実施例であるリ
チウム二次電池の電極対の分解斜視図である。図におい
て、２３は正極側電極１２の正極活物質層１１に形成さ
れた、例えば格子サイズ１．９５ｍｍ×１．０ｍｍで溝
幅が０．４ｍｍの格子状溝、２４は負極側電極１５の負
極活物質層１４に形成された、例えば格子サイズ１．９
５ｍｍ×１．０ｍｍで溝幅が０．４ｍｍの格子状溝であ
る。

【００３９】ここで、正極側電極１２は、実施例１で説
明した正極活物質ペーストを厚さ２０μm の帯状のアル
ミ箔上に３００μm の厚さになるようドクターブレード
法で塗布した後、これを８０℃の乾燥器中に３０分間放
置して半乾き状態にし、つぎに、この半乾き状態の正極
活物質ペーストを、これに格子サイズ１．９５ｍｍ×
１．０ｍｍで網線幅０．４ｍｍのエキスパンドメタルを
重ねて２Ｋｇ／ｃｍ2 で軽くプレスして、この正極活物
質ペーストに格子状溝２３を形成した後、これを１５０
℃で１時間本乾燥し、その後、この正極活物質層を厚さ
が２００μm になるよう（空隙率１０〜３０％）プレス
することにより完成される。

【００４０】また、負極側電極１５は、実施例１で説明
した負極活物質ペーストを厚さ２０μm の銅箔上に３０
０μm の厚さになるようにドクターブレード法で塗布し
た後、これを８０℃の乾燥器中に３０分間放置して半乾
き状態にし、つぎに、この半乾き状態の負極活物質ペー
ストを、これに格子サイズ１．９５ｍｍ×１．０ｍｍで
網線幅０．４ｍｍのエキスパンドメタルを重ねて２Ｋｇ
／ｃｍ2 で軽くプレスして、この負極活物質ペーストに
格子状溝２４を形成した後、これを１５０℃で１時間本
乾燥し、その後、この負極活物質層を厚さが２００μm
になるよう（空隙率１０〜３０％）プレスすることによ
り完成される。

【００４１】つぎに、図９および図１０を参照して、こ
の正極側電極１２と負極側電極１５を用いた巻き上げタ
イプのリチウム二次電池の作り方を説明する。実施例１
で説明した帯状のポリプロピレン製多孔シート（セパレ
ータ１６）を正極側電極１２の正極活物質層１１側と負
極側電極１５の負極活物質層１４側とで挟み付けるよう
にして、帯状の電極対１７を形成する。そして、この電
極対１７を、図９で示されるように、例えば負極側電極
１５を内側にし、折り畳み側の内部に負極集電タブ１５
ａを付けた状態で、２つ折りにする。そして、この２つ
折りにした電極対１７の一端側に正極集電タブ１２ａを
付けた状態で、図１０で示されるように、これをボビン
１８に巻回した後、ステンレス缶１９に挿入する。つぎ
に、正極集電タブ１２ａと正極端子とを接合した後、内
部に、エチレンカーボネイトとジメトキシエタンを溶媒
とし、過塩素酸リチウム塩を電解質とする電解液を注入
し、封口処理すれば、巻き上げタイプのリチウム二次電
池が完成する。

【００４２】以上のように、このリチウム二次電池で
は、正極側電極１２や負極側電極１５の活物質層１１，
１４全体に所定の格子状溝２３，２４を形成したため、
電極対１７をボビン１８に巻き上げた場合、正極側電極
１２や負極側電極１５はこの格子状溝２３，２４に沿っ
て曲げられ、正極活物質層１１や負極活物質層１４に不
都合な割れは生じない。上記製法で連続して１０００個
の電池を製作したが、電極対１７の巻き上げ時に、電極
に不都合な割れを生じた電極は皆無であった。なお、例
えば正極側電極１２のみを集電体と格子状溝２４が形成
された活物質層から構成し、負極側電極１５をリチウム
金属とする場合でも、上記と同様な効果を得ることがで
きる。

【００４３】ここで、エキスパンドメタルの格子サイズ
や網線幅を変えて、格子状溝２３，２４のサイズを適正
に調整すれば、この格子状溝２３，２４が形成された正
極側電極１２や負極側電極１５を有した電極対１７を用
いることにより、実施例１で示したような折り畳みタイ
プのリチウム二次電池が、不都合な割れを生じることな
く容易に製作される。

【００４４】また、負極側電極１５の負極活物質層１４
は０．８〜０．９の圧縮率を有しているため、上記実施
例において、負極活物質層１４の格子状溝２４の溝幅を
０．３５ｍｍ程度にしてもよい。

【００４５】さらに、正極側電極１２や負極側電極１５
を以下のようにして製作してもよい。まず、正極活物質
ペースト（負極活物質ペースト）を厚さ２０μm の帯状
のアルミ箔（銅箔）上に、例えば、２００μm の厚さに
なるようドクターブレード法で塗布した後、これを８０
℃の乾燥器中に３０分間放置して半乾き状態にする。つ
ぎに、この半乾き状態の正極活物質ペーストを、これに
格子サイズ１．９５ｍｍ×１．０ｍｍで網線幅０．４ｍ
ｍのエキスパンドメタルを重ねて２Ｋｇ／ｃｍ2 で軽く
プレスして、この正極活物質ペースト（負極活物質ペー
スト）に格子状溝２３，２４を形成した後、これを１５
０℃で１時間本乾燥する。そして、この正極活物質層
（負極活物質層）を、例えば、２ｔ／ｃｍ2 でプレスし
て、正極側電極１２（負極側電極１５）を製作する。な
お、この場合も、正極活物質層１１（負極活物質層１
４）の空隙率は１０〜３０％の範囲に納められる。

【００４６】実施例８． 図８、図９及び図１０を参照して、この発明の更に別の
実施例に係る電池用電極の製造方法について説明する。
なお、電極の構成は実施例７で説明したものと同一であ
る。

【００４７】まず、正極側電極１２の作り方について説
明する。実施例１で説明した正極活物質ペーストを厚さ
２０μm の帯状のアルミ箔上に２００μm の厚さになる
ようドクターブレード法で塗布した後、これを８０℃の
乾燥器中に２時間放置して充分に乾燥し、ペースト中の
溶媒を完全に追い出す。つぎに、乾燥したこの正極活物
質層を、これに格子サイズ１．９５ｍｍ×１．０ｍｍで
網線幅０．４ｍｍのエキスパンドメタルを重ねた状態
で、この正極活物質層を２ｔ／ｃｍ2 の圧力でプレスし
て、空隙率が１０〜３０％の正極側電極１２を製作す
る。

【００４８】つぎに、負極側電極１５の作り方について
説明する。実施例１で説明した負極活物質ペーストを厚
さ２０μm の帯状の銅箔上に２００μm の厚さになるよ
うドクターブレード法で塗布した後、これを８０℃の乾
燥器中に２時間放置して充分に乾燥し、ペースト中の溶
媒を完全に追い出す。つぎに、乾燥したこの負極活物質
層を、これに格子サイズ１．９５ｍｍ×１．０ｍｍで網
線幅０．４ｍｍのエキスパンドメタルを重ねた状態で、
この負極活物質層を２ｔ／ｃｍ2 の圧力でプレスして、
空隙率が１０〜３０％の負極側電極１５を製作する。

【００４９】以上のように、この電極の製造方法では、
集電体上に活物質を含んだペーストを塗布した後、これ
を充分に乾燥し、つぎに、この乾燥した活物質層に溝型
であるエキスパンドメタルを当てた状態で、これを加圧
するようにしているので、格子状溝を有した電極が短時
間のうちに製造される。具体的には、約１割程度の電池
の製作時間の短縮が図られる。

【００５０】なお、正極活物質層１１や負極活物質層１
４に電極折曲溝２０．２１を設ける場合も、同様な方法
で正極側電極１２および負極側電極１５を製造すること
ができる。

【００５１】実施例９． この発明の実施例に係る更に別のリチウム二次電池につ
いて以下説明する。このリチウム二次電池では、電極が
高分子電解質を介してセパレータに接合され、電極対の
取り扱いの容易化が図られている。例えば、図８に示す
実施例７で説明した格子状溝２３が形成された正極側電
極１２の正極活物質層１１と、同じく格子状溝２４が形
成された負極側電極１５の負極活物質層１４とに、ポリ
エチレンオキサイドを骨格とし、過塩素酸リチウム塩を
含む高分子電解質を、１０μm の厚さだけドクターブレ
ード法により塗布する。つぎに、この正極側電極１２と
負極側電極１５とでポリプロピレン製多孔シートからな
るセパレータ１６を挟みつけた後、これ等を２Ｋｇ／ｃ
ｍ2 の圧力でプレスして接着し、電極対１７を形成す
る。つぎに、図９で示されるように、この電極対１７を
２つ折りにしたものをボビン１８に巻回した後、これ
を、図１０で示されるように、ステンレス缶１９に挿入
する。そして、内部に、エチレンカーボネイトとジメト
キシエタンを溶媒とし、過塩素酸リチウム塩を電解質と
する電解液を注入した後、封口処理して、リチウム二次
電池を製作する。

【００５２】以上のように、このリチウム二次電池で
は、格子状溝２３，２４が形成された電極１２，１５を
高分子電解質を介してセパレータ１６に接合するように
しているため、電極対１７を巻き上げ（巻回）る場合
に、正極側電極１２と負極側電極１５とに生じる位置ず
れを気にすることなく、この電極対１７を従来より３０
％も高速に巻き上げることができた。もちろん、電極１
２，１５には格子状溝２３，２４が形成されているた
め、巻き上げ時に、活物質層１１、１４に不都合な割れ
は生じない。

【００５３】図１１は電池の放電カーブである。図か
ら、高分子電解質を用いないカーブａの電池に対して、
本実施例のように高分子電解質を用いたカーブｂの電池
の方が、放電時の電圧低下が大きくなっていることが明
らかである。これは、高分子電解質の伝導度が他の部分
に比べて小さいことに起因するものであるが、この程度
の電圧低下の違いは実用上問題とはならない。

【００５４】なお、電極折曲溝２０，２１を有した電極
１２，１５を高分子電解質を介してセパレータ１６に接
合するようにしても、同様の効果を得ることができる。

【００５５】また、例えば所定開口率のマスクを電極１
２，１５の活物質層１１，１４に当てた後、この上か
ら、この活物質層１１，１４に高分子電解質を塗布し
て、この高分子電解質の塗布面積を減少させ、その分、
電池の抵抗を減少させるようにしてもよい。

【００５６】ここで、活物質層１１，１４の接合部分の
面積をＳａ、非接合部分の面積をＳｂ、高分子電解質の
伝導度に対するその厚さの比の値をＴｐ、電解液の伝導
度に対する屈曲率を考慮したセパレータ１６の実効厚さ
の比の値をＴｑとすると、接合部のイオン伝導抵抗Ｒａ
と非接合部のイオン伝導抵抗Ｒｂとは、 Ｒａ＝（Ｔｑ＋Ｔｐ）×Ｓａ ・・・・・・・ (６） Ｒｂ＝Ｔｑ／Ｓｂ ・・・・・・・ （７） で示される。

【００５７】そして、活物質層が一様であれば、電池内
の反応電流はイオン伝導抵抗にほぼ反比例するので、電
池内の反応電流のばらつき、すなわち、反応のかたより
は、 Ｒａ／Ｒｂ＝Ｓｂ×（Ｔｐ／Ｔｑ＋１）／Ｓａ ・・・・・ （８） の式によって表わされる。したがって、０．９＜Ｒａ／
Ｒｂ＜１．１であれば、反応のかたよりを−１０％〜＋
１０％の間に抑えることができ、電池の出力を上げるこ
とができるようになる。

【００５８】ここで、上記マスクの開口率を例えば１３
％とすれば、このことにより、マスクを使用しない場合
に比べて、イオン伝導抵抗を４３％減少でき、かつ、ｒ
＝Ｓｂ／Ｓａの値から、電池内の反応かたよりを−０．
３％〜＋０．３％の範囲に納めることができる。

【００５９】なお、上記屈曲率を考慮したセパレータ１
６の実効厚さとは、多孔質体であるセパレータ１６内部
の折れ曲がった穴に沿って移動する電解質イオンの移動
距離のことであり、見かけの厚さに実験的に得られる定
数（屈曲率）をかけたものである。

【００６０】さらに、高分子電解質に含まれるリチウム
塩を、電池の電解液中に含まれる電解質塩と同一な過塩
素酸塩でなく、例えば、４フッ化ホウ素塩（４フッ化ホ
ウ素リチウム）にすれば、イオン伝導抵抗が、過塩素酸
塩の場合に比べ４０％増加し、図１１のカーブｃで示さ
れるように、放電特性が低下する。すなわち、高分子電
解質に含まれるリチウム塩は、電池の電解液中に含まれ
る電解質塩のアニオンまたはカチオンと同一としたほう
が、電池の出力特性が向上する。ちなみに、上記過塩素
酸塩をＣｕＩ塩とすれば、図１１のカーブｄで示される
ように、電池の放電特性は極端に悪くなる。

【００６１】

【発明の効果】請求項１記載の電池用電極装置は、互い
に密着した活物質層および集電体をそれぞれ有する第１
および第２の電極と、この第１および第２の電極の前記
活物質層に接するセパレータとを備え、折曲部で折り曲
げることのできる電池用電極装置であって、前記第１お
よび第２の電極の前記活物質層が、それぞれ前記折曲部
に設けられて前記セパレータに向かって開いた電極折曲
溝を備え、前記折曲部の外側となる電極の前記電極折曲
溝は、前記折曲部の両端に一つずつ設けられた折曲溝で
あって、前記折曲溝の中心間の距離Ｗが前記第１および
第２の電極の厚さｄ１およびｄ２の合計の２倍以上の寸
法であり、前記折曲部の内側となる電極の前記電極折曲
溝は、前記折曲部のほぼ中央に設けられた折曲溝である
ことを特徴とするものであるので、電極を折り曲げても
折曲部以外での活物質層の伸縮が殆ど起こらない。

【００６２】請求項２記載の電池用電極装置において
は、前記第１および第２の電極のうち前記電極の折曲部
の外側となる電極に前記電極折曲溝がｎ本形成され、こ
の電極折曲溝の前記集電体側の溝幅をそれぞれｔ１１，
ｔ１２，ｔ１３，・・・・・ｔ１ｎとし、これに対応す
る前記セパレータ側の溝幅をそれぞれｔ２１，ｔ２２，
ｔ２３，・・・・・ｔ２ｎとし、かつ前記外側となる電
極の厚さをｄ１とすれば、ｔ２１＋ｔ２２＋・・・・・
＋ｔ２ｎ≧４×ｄ１、かつ、ｔ２１≧ｔ１１、ｔ２２≧
ｔ１２、・・・・・および、ｔ２ｎ≧ｔ１ｎの関係が成
立しているので、柔軟性に乏しい電極を折り曲げても活
物質層の剥離が起こらない。

【００６３】請求項３記載の電池用電極装置において
は、前記折曲部の外側となる電極の折曲部の両端に一つ
ずつ設けられた折曲溝の内側にさらに複数の折曲溝を持
ち、この折曲部における前記両端に一つずつ設けられた
折曲溝と前記複数の折曲溝が形成される範囲の長さを
Ｌ、かつ、前記電極の厚さをそれぞれｄ１、ｄ２とすれ
ば、円周率をπとして、 ２（ｄ１＋ｄ２）≦Ｌ≦π×（ｄ１＋ｄ２） の関係が成立しているので、無駄な空間を形成せずに折
り曲げることができ、小型で大容量の電池を構成でき
る。

【００６４】請求項４記載の電池用電極装置において
は、前記折曲溝の溝幅が、この電極折曲溝の形成された
活物質層が圧縮により変形可能な割合に応じて小さく形
成されているので、活物質層に無理な応力が掛からず、
電極が切断することが防止できる。

【００６５】請求項５記載の電池用電極装置において
は、前記電極折曲溝が、前記活物質層に設けられた格子
状溝であるので、縦横の電極折曲溝に沿って２方向に折
り曲げることができる。

【００６６】請求項６記載の電池用電極装置において
は、電極折曲溝が、活物質層に設けられた電極折曲溝が
格子状溝であるので、縦横の電極折曲溝に沿って２方向
に折曲げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施例に係るリチウム二次電池の
電池用電極装置の概略側面図である。

【図２】 図１の電池用電極装置の折曲部の概略側面図
である。

【図３】 電池用電極装置の折曲部の外側に配置される
電極に電極折曲溝が１本しか形成されていない実施例の
説明図である。

【図４】 電池用電極装置の折曲部の外側に配置される
電極に電極折曲溝が複数本形成されている実施例の説明
図である。

【図５】 図４の説明図に対する別の実施例を示す概略
図である。

【図６】 電池用電極装置の折曲部の外側に配置される
電極に電極折曲溝を形成する場合の形成範囲を示す概略
図である。

【図７】 活物質層の圧縮率を考慮に入れて電極折曲溝
を形成したリチウム二次電池の電池用電極装置の概略側
面図である。

【図８】 この発明の別の実施例に係るリチウム二次電
池の電池用電極装置の分解斜視図である。

【図９】 図８の電池用電極装置を２つ折りにした場合
の斜視図である。

【図１０】 図８のリチウム二次電池の全体的概要を示
す図である。

【図１１】 この発明のものを含む種々のリチウム二次
電池の放電特性を示すグラフである。

【図１２】 従来のリチウム二次電池の一例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１０ 正極集電体（集電体）、１１ 正極活物質層（活
物質層）、１２ 正極側電極（第１の電極）、１３ 負
極集電体（集電体）、１４ 負極活物質層（活物質
層）、１５ 負極側電極（第２の電極）１６ セパレー
タ、１７ 電池用電極（電極対）、１７ａ 折曲部、２
０ 電極折曲溝、２１ 電極折曲溝、２３格子状溝、２
４ 格子状溝、ｄ１ 正極活物質層の厚さ（電極の厚
さ）、ｄ２負極活物質層の厚さ（電極の厚さ）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−153438（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−187998（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−274364（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−27456（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−14077（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−168577（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−13065（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−121099（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−64269（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−100359（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 4/02 H01M 4/04 H01M 10/04 H01M 10/40

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに密着した活物質層および集電体を
   それぞれ有する第１および第２の電極と、この第１およ
   び第２の電極の前記活物質層に接するセパレータとを備
   え、折曲部で折り曲げることのできる電池用電極装置で
   あって、 前記第１および第２の電極の前記活物質層が、それぞれ
   前記折曲部に設けられて前記セパレータに向かって開い
   た電極折曲溝を備え、 前記折曲部の外側となる電極の前記電極折曲溝は、前記
   折曲部の両端に一つずつ設けられた折曲溝であって、前
   記折曲溝の中心間の距離Ｗが前記第１および第２の電極
   の厚さｄ１およびｄ２の合計の２倍以上の寸法であり、 前記折曲部の内側となる電極の前記電極折曲溝は、前記
   折曲部のほぼ中央に設けられた折曲溝であることを特徴
   とする電池用電極装置。
2. 【請求項２】 前記第１および第２の電極のうち前記電
   極の折曲部の外側となる電極に前記電極折曲溝がｎ本形
   成され、この電極折曲溝の前記集電体側の溝幅をそれぞ
   れｔ１１，ｔ１２，ｔ１３，・・・・・ｔ１ｎとし、こ
   れに対応する前記セパレータ側の溝幅をそれぞれｔ２
   １，ｔ２２，ｔ２３，・・・・・ｔ２ｎとし、かつ前記
   外側となる電極の厚さをｄ１とすれば、 ｔ２１＋ｔ２２＋・・・・・＋ｔ２ｎ≧４×ｄ１、か
   つ、 ｔ２１≧ｔ１１、ｔ２２≧ｔ１２、・・・・・および、
   ｔ２ｎ≧ｔ１ｎ の関係が成立している請求項１記載の電池用電極装置。
3. 【請求項３】 前記折曲部の外側となる電極の折曲部の
   両端に一つずつ設けられた折曲溝の内側にさらに複数の
   折曲溝を持ち、この折曲部における前記両端に一つずつ
   設けられた折曲溝と前記複数の折曲溝が形成される範囲
   の長さをＬ、かつ、前記電極の厚さをそれぞれｄ１、ｄ
   ２とすれば、円周率をπとして、 ２（ｄ１＋ｄ２）≦Ｌ≦π×（ｄ１＋ｄ２） の関係が成立している請求項１記載の電池用電極装置。
4. 【請求項４】 前記折曲溝の溝幅が、この電極折曲溝の
   形成された活物質層が圧縮により変形可能な割合に応じ
   て小さく形成されてなる請求項１記載の電池用電極装
   置。
5. 【請求項５】 前記電極折曲溝が、前記活物質層に設け
   られた格子状溝である請求項１記載の電池用電極装置。