JP3473397B2 - 電池用電極の製造法 - Google Patents
電池用電極の製造法Info
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
- Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電池用電極の製造法
に関するものである。
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】金属箔からなる集電体表面に活物質層が
配される電池用電極は、リチウムイオン電池に代表され
る非水電解液電池に使用されている。前記集電体表面の
電極長さ方向端部に連続して形成した活物質層が配され
ない部分（以下活物質未塗布部と記す。）を有している
電池用電極については、特開平９−９２３３５号公報に
その記載がある。この公報では、活物質未塗布部を有
し、集電体を延長したリード片を所定間隔で多数形成し
ている構成が開示されている。
配される電池用電極は、リチウムイオン電池に代表され
る非水電解液電池に使用されている。前記集電体表面の
電極長さ方向端部に連続して形成した活物質層が配され
ない部分（以下活物質未塗布部と記す。）を有している
電池用電極については、特開平９−９２３３５号公報に
その記載がある。この公報では、活物質未塗布部を有
し、集電体を延長したリード片を所定間隔で多数形成し
ている構成が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記活物質未塗布部を
有している電極は、その厚さ方向に圧縮すると電極が変
形（湾曲、しわ、亀裂の発生）してしまう場合がある。
その理由は、前記圧縮時には活物質層と活物質層が配さ
れた部分の金属箔（集電体）のみに伸びが生じるのに対
し、活物質層が配されない金属箔部分は前記伸びに追随
しないためである。活物質未塗布部の幅が十分に狭い場
合は、前記追随が可能となり、活物質が配された部分と
活物質未塗布部との伸びの差は無視できる範囲となる
が、該幅が広ければ伸びの差は無視できない。また圧縮
力が十分に小さくても、前記伸びの差は無視できる範囲
となるが、圧縮力が小さすぎると電極の密度が小さくな
ったり、集電体／活物質間の導通が十分に取れなくな
り、電池のエネルギー密度が低下する。本発明が解決し
ようとする課題は、金属箔からなる集電体を用いた活物
質未塗布部を有する電極を、電池のエネルギー密度を低
下させない程度に変形を抑えながら圧縮する技術を提供
することである。
有している電極は、その厚さ方向に圧縮すると電極が変
形（湾曲、しわ、亀裂の発生）してしまう場合がある。
その理由は、前記圧縮時には活物質層と活物質層が配さ
れた部分の金属箔（集電体）のみに伸びが生じるのに対
し、活物質層が配されない金属箔部分は前記伸びに追随
しないためである。活物質未塗布部の幅が十分に狭い場
合は、前記追随が可能となり、活物質が配された部分と
活物質未塗布部との伸びの差は無視できる範囲となる
が、該幅が広ければ伸びの差は無視できない。また圧縮
力が十分に小さくても、前記伸びの差は無視できる範囲
となるが、圧縮力が小さすぎると電極の密度が小さくな
ったり、集電体／活物質間の導通が十分に取れなくな
り、電池のエネルギー密度が低下する。本発明が解決し
ようとする課題は、金属箔からなる集電体を用いた活物
質未塗布部を有する電極を、電池のエネルギー密度を低
下させない程度に変形を抑えながら圧縮する技術を提供
することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の金属箔からなる集電体表面に活物質層が配
され、当該活物質層を厚さ方向に圧縮する工程を有する
電池用電極の製造法は、前記集電体表面の電極長さ方向
端部に連続して活物質層が配されない部分を、集電体を
延長したリード片先端部までの幅で形成し、該部分から
リード片を所定間隔で多数残すように切り欠くことによ
り、各リード片の幅を合計した長さを電極長さの５０％
以下とするとともに、前記集電体表面の電極長さ方向端
部に連続して形成した活物質層が配されない部分の幅を
１〜１０ｍｍとした後、前記圧縮する工程を経ることを
特徴とする。前記金属箔は厚みが１〜６０μｍ程度のも
のである。上記条件を満足することで、金属箔からなる
集電体を用いた活物質未塗布部を有する電極を、電池の
エネルギー密度を低下させない程度に変形を抑えながら
圧縮することができる。電池のエネルギー密度を低下さ
せない程度の活物質密度は、例えばリチウムイオン電池
用正極において、活物質にマンガン酸リチウムを用いた
場合、凡そ２．５ｇ／ｃｍ３以上である。
に、本発明の金属箔からなる集電体表面に活物質層が配
され、当該活物質層を厚さ方向に圧縮する工程を有する
電池用電極の製造法は、前記集電体表面の電極長さ方向
端部に連続して活物質層が配されない部分を、集電体を
延長したリード片先端部までの幅で形成し、該部分から
リード片を所定間隔で多数残すように切り欠くことによ
り、各リード片の幅を合計した長さを電極長さの５０％
以下とするとともに、前記集電体表面の電極長さ方向端
部に連続して形成した活物質層が配されない部分の幅を
１〜１０ｍｍとした後、前記圧縮する工程を経ることを
特徴とする。前記金属箔は厚みが１〜６０μｍ程度のも
のである。上記条件を満足することで、金属箔からなる
集電体を用いた活物質未塗布部を有する電極を、電池の
エネルギー密度を低下させない程度に変形を抑えながら
圧縮することができる。電池のエネルギー密度を低下さ
せない程度の活物質密度は、例えばリチウムイオン電池
用正極において、活物質にマンガン酸リチウムを用いた
場合、凡そ２．５ｇ／ｃｍ３以上である。
【０００５】活物質未塗布部の幅が１０ｍｍを上回る
と、前述した伸びの差が無視できない範囲になる。ま
た、活物質未塗布部の幅が１ｍｍを下回ると、以下の不
都合が生じる。活物質未塗布部に集電体を延長したリー
ド片を所定間隔で多数形成する場合は、通常最初はリー
ド片先端部までの幅の活物質未塗布部があり、そこから
リード片を残すよう部分的に切り欠く工程を有し、その
後で活物質層を厚さ方向に圧縮する。この切り欠き工程
では活物質塗布部を切除しないよう注意する必要がある
ため、電極幅方向の切り欠く長さは多少の余裕を持っ
て、切り欠き可能な最大値よりも短めに設定する。前記
短めの距離を１ｍｍよりも短くすると、電極製造工程で
の電極搬送位置のばらつきに対応しにくくなる。
と、前述した伸びの差が無視できない範囲になる。ま
た、活物質未塗布部の幅が１ｍｍを下回ると、以下の不
都合が生じる。活物質未塗布部に集電体を延長したリー
ド片を所定間隔で多数形成する場合は、通常最初はリー
ド片先端部までの幅の活物質未塗布部があり、そこから
リード片を残すよう部分的に切り欠く工程を有し、その
後で活物質層を厚さ方向に圧縮する。この切り欠き工程
では活物質塗布部を切除しないよう注意する必要がある
ため、電極幅方向の切り欠く長さは多少の余裕を持っ
て、切り欠き可能な最大値よりも短めに設定する。前記
短めの距離を１ｍｍよりも短くすると、電極製造工程で
の電極搬送位置のばらつきに対応しにくくなる。
【０００６】特開平９−９２３３５号公報の構成のよう
に活物質未塗布部に集電体を延長したリード片を所定間
隔で多数形成する場合は、電極長さに対するリード片が
占有する全長さの比が５０％を上回ると、本発明者が検
討した範囲では、電池のエネルギー密度を低下させない
程度に電極を変形を抑えながら活物質層を厚さ方向に圧
縮することはできなかった。但し電極長さに対するリー
ド片が占有する全長さの比が５０％以下では、図１にお
ける活物質未塗布部の幅を１〜１０ｍｍとすることで、
電池のエネルギー密度を低下させない程度に電極を変形
を抑えながら活物質層を厚さ方向に圧縮することができ
る。
に活物質未塗布部に集電体を延長したリード片を所定間
隔で多数形成する場合は、電極長さに対するリード片が
占有する全長さの比が５０％を上回ると、本発明者が検
討した範囲では、電池のエネルギー密度を低下させない
程度に電極を変形を抑えながら活物質層を厚さ方向に圧
縮することはできなかった。但し電極長さに対するリー
ド片が占有する全長さの比が５０％以下では、図１にお
ける活物質未塗布部の幅を１〜１０ｍｍとすることで、
電池のエネルギー密度を低下させない程度に電極を変形
を抑えながら活物質層を厚さ方向に圧縮することができ
る。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下本発明を、活物質にマンガン
酸リチウムを用いたリチウムイオン電池用正極を例に説
明する。 （電極の作製）活物質であるマンガン酸リチウム（Ｌｉ
Ｍｎ2Ｏ4）粉末１００重量部に、導電剤として１０重量
部の鱗片状黒鉛（平均粒径：２０μｍ）と結着剤として
１０重量部のポリフッ化ビニリデンを添加し、これに分
散溶媒のＮ−メチルピロリドンを添加、混練したスラリ
を厚み２０μｍのアルミニウム箔（Ａ３００３：マンガ
ンとの合金箔）の両面に塗布した。この時極板長寸方向
の一方の側縁に幅３０ｍｍの活物質未塗布部を残した。
該活物質未塗布部に切り欠きを入れる。切り欠き残部は
リード片となる。極板からはリード片が８６本導出され
ている。隣り合うリード片は、１３ｍｍ間隔で設けられ
ている。またリード片先端部幅は１０ｍｍである。電極
長さに対するリード片が占有する全長さの比は４３％で
ある。またリード片が占有しないで且つ活物質層が配さ
れない部分（図１の活物質未塗布部）の幅は５ｍｍであ
る。その後乾燥、活物質層を厚さ方向に圧縮、裁断して
幅１３０ｍｍ、長さ２０００ｍｍ、活物質塗布部厚み２
００μｍの極板を得る。活物質層部分の密度は約２．７
ｇ／ｃｍ3となる。
酸リチウムを用いたリチウムイオン電池用正極を例に説
明する。 （電極の作製）活物質であるマンガン酸リチウム（Ｌｉ
Ｍｎ2Ｏ4）粉末１００重量部に、導電剤として１０重量
部の鱗片状黒鉛（平均粒径：２０μｍ）と結着剤として
１０重量部のポリフッ化ビニリデンを添加し、これに分
散溶媒のＮ−メチルピロリドンを添加、混練したスラリ
を厚み２０μｍのアルミニウム箔（Ａ３００３：マンガ
ンとの合金箔）の両面に塗布した。この時極板長寸方向
の一方の側縁に幅３０ｍｍの活物質未塗布部を残した。
該活物質未塗布部に切り欠きを入れる。切り欠き残部は
リード片となる。極板からはリード片が８６本導出され
ている。隣り合うリード片は、１３ｍｍ間隔で設けられ
ている。またリード片先端部幅は１０ｍｍである。電極
長さに対するリード片が占有する全長さの比は４３％で
ある。またリード片が占有しないで且つ活物質層が配さ
れない部分（図１の活物質未塗布部）の幅は５ｍｍであ
る。その後乾燥、活物質層を厚さ方向に圧縮、裁断して
幅１３０ｍｍ、長さ２０００ｍｍ、活物質塗布部厚み２
００μｍの極板を得る。活物質層部分の密度は約２．７
ｇ／ｃｍ3となる。
【０００８】本例では非水電解液電池であるリチウムイ
オン電池用正極を対象としたが、負極に適用してもよ
い。また本発明は非水電解液系の電池に限定されない。
但し非水電解液電池は水溶液系電解液電池に比して電池
内部抵抗が高く、電極を薄くしてその表面積を大きくし
て電池内部抵抗を下げることが好ましいため、金属箔を
集電体に用いることが多い。従ってリチウムイオン電池
に代表される非水電解液電池に本発明を適用するのは特
に有効である。また本例ではマンガン酸リチウムを活物
質として使用した正極を例示したが、これに限定されな
い。本例以外で用いることのできるリチウムイオン電池
用正極活物質としては、リチウムを挿入・脱離可能な材
料であり、予め十分な量のリチウムを挿入した材料が好
ましい。例えば、リチウム遷移金属複合酸化物であり、
リチウム・コバルト複合酸化物、リチウム・ニッケル複
合酸化物、リチウム・マンガン複合酸化物、リチウム・
バナジウム複合酸化物等がある。また、これらのリチウ
ム遷移金属複合酸化物の一部にそれ以外の元素を置換さ
せたようなものでも良い。またこれらとマンガン酸リチ
ウム（他元素による部分置換材料、非化学量論材料も含
む）との２種以上の併用も可である。但しマンガン酸リ
チウム（他元素による部分置換材料、非化学量論材料も
含む）は、現状で最も多くリチウムイオン電池に使用さ
れているコバルト酸リチウムよりも低コストであるた
め、本発明への適用は有効である。また一般にマンガン
酸リチウムはコバルト酸リチウムやニッケル酸リチウム
等に比して電子伝導性が低いため、それを含む極板の導
電性を向上させることが期待されている。従って活物質
密度を損なわせない効果を有する本発明はマンガン酸リ
チウムを活物質として用いる場合特に好ましい。
オン電池用正極を対象としたが、負極に適用してもよ
い。また本発明は非水電解液系の電池に限定されない。
但し非水電解液電池は水溶液系電解液電池に比して電池
内部抵抗が高く、電極を薄くしてその表面積を大きくし
て電池内部抵抗を下げることが好ましいため、金属箔を
集電体に用いることが多い。従ってリチウムイオン電池
に代表される非水電解液電池に本発明を適用するのは特
に有効である。また本例ではマンガン酸リチウムを活物
質として使用した正極を例示したが、これに限定されな
い。本例以外で用いることのできるリチウムイオン電池
用正極活物質としては、リチウムを挿入・脱離可能な材
料であり、予め十分な量のリチウムを挿入した材料が好
ましい。例えば、リチウム遷移金属複合酸化物であり、
リチウム・コバルト複合酸化物、リチウム・ニッケル複
合酸化物、リチウム・マンガン複合酸化物、リチウム・
バナジウム複合酸化物等がある。また、これらのリチウ
ム遷移金属複合酸化物の一部にそれ以外の元素を置換さ
せたようなものでも良い。またこれらとマンガン酸リチ
ウム（他元素による部分置換材料、非化学量論材料も含
む）との２種以上の併用も可である。但しマンガン酸リ
チウム（他元素による部分置換材料、非化学量論材料も
含む）は、現状で最も多くリチウムイオン電池に使用さ
れているコバルト酸リチウムよりも低コストであるた
め、本発明への適用は有効である。また一般にマンガン
酸リチウムはコバルト酸リチウムやニッケル酸リチウム
等に比して電子伝導性が低いため、それを含む極板の導
電性を向上させることが期待されている。従って活物質
密度を損なわせない効果を有する本発明はマンガン酸リ
チウムを活物質として用いる場合特に好ましい。
【０００９】また本例の電極集電体はアルミニウム箔
（Ａ３００３）であるが、これに限定されない。非水電
解液電池の場合、負極集電体に銅を用い本発明の構成を
備えていても良い。また非水電解液電池の場合、正極に
ステンレス箔を用い本発明の構成を備えていても良い。
本例のアルミニウム箔はアルミニウムとマンガンとの合
金だが、Ａ１０５０等の純アルミニウムを用いてもよ
い。但し電極集電体である金属箔は補強されていた方が
電極を圧縮する際に伸びを抑制でき、好ましい。補強手
段としては本例のようなアルミニウムとマンガンとの合
金化（マンガン含有量は０．１〜１．５重量％が特に好
ましい。）や、セラミック繊維の混入である。
（Ａ３００３）であるが、これに限定されない。非水電
解液電池の場合、負極集電体に銅を用い本発明の構成を
備えていても良い。また非水電解液電池の場合、正極に
ステンレス箔を用い本発明の構成を備えていても良い。
本例のアルミニウム箔はアルミニウムとマンガンとの合
金だが、Ａ１０５０等の純アルミニウムを用いてもよ
い。但し電極集電体である金属箔は補強されていた方が
電極を圧縮する際に伸びを抑制でき、好ましい。補強手
段としては本例のようなアルミニウムとマンガンとの合
金化（マンガン含有量は０．１〜１．５重量％が特に好
ましい。）や、セラミック繊維の混入である。
【００１０】
【実施例】上記発明の実施の形態にその製法を記載した
電極について、図１における活物質未塗布部の幅を変化
させ、電極が変形しない極限の圧縮を行ったときの、活
物質密度を測定した。図２に活物質未塗布部幅と活物質
密度との関係を示した。図２から明らかなように未塗布
部幅が１０ｍｍを超えると極端に活物質密度が低下す
る。未塗布部幅が１０ｍｍを超える値とし、活物質密度
を上げようとすると、過剰な圧縮により電極が変形して
しまい、使用できなかった。
電極について、図１における活物質未塗布部の幅を変化
させ、電極が変形しない極限の圧縮を行ったときの、活
物質密度を測定した。図２に活物質未塗布部幅と活物質
密度との関係を示した。図２から明らかなように未塗布
部幅が１０ｍｍを超えると極端に活物質密度が低下す
る。未塗布部幅が１０ｍｍを超える値とし、活物質密度
を上げようとすると、過剰な圧縮により電極が変形して
しまい、使用できなかった。
【００１１】図３には上記発明の実施の形態にその製法
を記載した電極の長さに対する各リード片の幅を合計し
た長さの比を変化させ、電極が変形しない極限の圧縮を
行ったときの、活物質密度を測定した結果を示してい
る。このときの活物質未塗布部の幅は５ｍｍである。図
３から明らかなように、電極の長さに対するリード片が
占有する全長さの比が５０％を上回ると活物質密度が低
下する。活物質密度を上げようとすると、過剰な圧縮に
より電極が変形してしまい、使用できなかった。
を記載した電極の長さに対する各リード片の幅を合計し
た長さの比を変化させ、電極が変形しない極限の圧縮を
行ったときの、活物質密度を測定した結果を示してい
る。このときの活物質未塗布部の幅は５ｍｍである。図
３から明らかなように、電極の長さに対するリード片が
占有する全長さの比が５０％を上回ると活物質密度が低
下する。活物質密度を上げようとすると、過剰な圧縮に
より電極が変形してしまい、使用できなかった。
【００１２】
【発明の効果】上述したように、本発明は、金属箔から
なる集電体表面に活物質層が配され、当該活物質層を厚
さ方向に圧縮する工程を有する電池用電極の製造法にお
いて、前記集電体表面の電極長さ方向端部に連続して活
物質層が配されない部分を、集電体を延長したリード片
先端部までの幅で形成し、該部分からリード片を所定間
隔で多数残すように切り欠くことにより、各リード片の
幅を合計した長さを電極長さの５０％以下とするととも
に、前記集電体表面の電極長さ方向端部に連続して形成
した活物質層が配されない部分の幅を１〜１０ｍｍとし
た後、前記圧縮する工程を経ることで、電池のエネルギ
ー密度を低下させない程度に変形を抑えながら圧縮する
技術を提供することができた。
なる集電体表面に活物質層が配され、当該活物質層を厚
さ方向に圧縮する工程を有する電池用電極の製造法にお
いて、前記集電体表面の電極長さ方向端部に連続して活
物質層が配されない部分を、集電体を延長したリード片
先端部までの幅で形成し、該部分からリード片を所定間
隔で多数残すように切り欠くことにより、各リード片の
幅を合計した長さを電極長さの５０％以下とするととも
に、前記集電体表面の電極長さ方向端部に連続して形成
した活物質層が配されない部分の幅を１〜１０ｍｍとし
た後、前記圧縮する工程を経ることで、電池のエネルギ
ー密度を低下させない程度に変形を抑えながら圧縮する
技術を提供することができた。
【図１】本発明の一例の電極の正面図である。
【図２】電極の未塗布部幅と活物質密度との関係を示し
た図である。
た図である。
【図３】電極長さに対するリード片占有比と活物質密度
との関係を示した図である。
との関係を示した図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平９−92335（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−306471（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−59949（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−226206（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−180878（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−40921（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−185734（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−241734（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−176447（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−111340（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−73995（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01M 4/04
H01M 2/26
H01M 4/64
H01M 4/66
H01M 10/04
H01M 10/40
Claims (3)
- 【請求項１】金属箔からなる集電体表面に活物質層が配
され、当該活物質層を厚さ方向に圧縮する工程を有する
電池用電極の製造法であって、前記集電体表面の電極長さ方向端部に連続して活物質層
が配されない部分を、集電体を延長したリード片先端部
までの幅で形成し、該部分からリード片を所定間隔で多
数残すように切り欠くことにより、各リード片の幅を合
計した長さを電極長さの５０％以下とするとともに、 前
記集電体表面の電極長さ方向端部に連続して形成した活
物質層が配されない部分の幅を１〜１０ｍｍとした後、
前記圧縮する工程を経ることを特徴とする電池用電極の
製造法。 - 【請求項２】前記金属箔がアルミニウム、ステンレスか
ら選ばれ、前記活物質がマンガン酸リチウムを含むもの
であり、前記電池用電極が非水電解液電池用正極である
ことを特徴とする請求項１記載の電池用電極の製造法。 - 【請求項３】前記金属箔が補強されており、金属箔がア
ルミニウムであり、補強手段がマンガンとの合金化であ
る請求項２記載の電池用電極の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11850698A JP3473397B2 (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 電池用電極の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11850698A JP3473397B2 (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 電池用電極の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11312517A JPH11312517A (ja) | 1999-11-09 |
| JP3473397B2 true JP3473397B2 (ja) | 2003-12-02 |
Family
ID=14738347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11850698A Expired - Lifetime JP3473397B2 (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 電池用電極の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3473397B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8334071B2 (en) | 2008-09-29 | 2012-12-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Non-aqueous electrolyte secondary battery, electrode used for secondary battery, and method of manufacturing electrode |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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