JP5608990B2 - 集電箔、電池、車両、電池使用機器及び集電箔の製造方法 - Google Patents
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Description
なお、「車両」としては、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド鉄道車両、フォークリフト、電気車いす、電動アシスト自転車、電動スクータなどが挙げられる。
なお、「電池搭載機器」としては、例えば、パーソナルコンピュータ、携帯電話、電池駆動の電動工具、無停電電源装置など、電池で駆動される各種の家電製品、オフィス機器、産業機器などが挙げられる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図1に、本実施形態1に係る正極集電箔(集電箔)10の部分平面図を示し、図2に、この正極集電箔10の部分断面図を示す。
この正極集電箔10は、実施形態4で後述するように、リチウム二次電池(電池)100の電極体(発電要素)120を構成する正極集電箔である。この正極集電箔10は、箔表面11a及び箔裏面11bを有する長尺状のアルミニウム箔からなる金属箔11を有する。この金属箔11の箔表面11a上には、カーボン粒子を含むカーボンコート層13が積層されている。更に、このカーボンコート層13の層表面13a上には、正極活物質(活物質)を含む正極活物質層(活物質層)15が積層されている。
また、カーボンコート層13は、金属箔11のうち一方の長辺近傍部分(図1中、上側部分)を避けるようにして、金属箔11上に形成されている。このカーボンコート層13は、長さ5000mm、幅70mm、厚み1.9μmである。また、このカーボンコート層13は、層表面13aの表面粗さRaが0.5μm〜1.0μm、具体的にはRa=0.67μmとされている。
このカーボンペーストPPは、PVDF(株式会社クレハ社製 KFポリマー#9130)とアセチレンブラック(電気化学工業株式会社製 電化ブラック)とを、70:30wt%の比で混合して作成する。なお、固形分率NV=10%となるようにNMPで希釈し、混錬する。
その後、この長尺帯状をなす正極集電箔10を所定寸法毎に切断する。かくして、図1及び図2に示した正極集電箔10が完成する。
次いで、第2の実施の形態について説明する。本実施形態2に係る正極集電箔10は、上記実施形態1と同様であるが、正極集電箔10の製造方法のうちの塗工工程が、上記実施形態1の塗工工程と異なる。それ以外は、基本的に上記実施形態1と同様であるので、上記実施形態1と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。図9に、カーボンコート層形成工程のうち、本実施形態2に係る、ダイヘッド231を用いた塗工工程を示す。
本実施形態2では、塗工工程は、図9に示す塗工装置230によりダイ塗工を行う。この塗工装置230は、金属箔11にカーボンペーストPPを塗布するダイヘッド231と、金属箔11を搬送する搬送ロール237とを有する。
塗工工程後は、上記実施形態1と同様に、1分間以内に乾燥工程を開始し、乾燥装置40により塗布されたカーボンペーストPPを乾燥させて、カーボンコート層13を形成する(図3参照)。
その後は、活物質層形成工程において、カーボンコート層13の層表面13a上に、正極活物質層15を形成する。更に、この長尺帯状をなす正極集電箔10を所定寸法毎に切断すれば、上記実施形態1と同様な正極集電箔10が完成する。
次いで、第3の実施の形態について説明する。本実施形態3に係る正極集電箔10は、上記実施形態1,2と同様であるが、正極集電箔10の製造方法のうち、カーボンコート層形成工程が、上記実施形態1,2のカーボンコート層形成工程と異なる。それ以外は、基本的に上記実施形態1または2と同様であるので、上記実施形態1または2と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。図10に、本実施形態3に係るカーボンコート層形成工程を示す。
本実施形態3に係るカーボンコート層形成工程のうち、塗工工程においては、塗工装置330によりダイ塗工を行って、カーボンペーストPPを金属箔11の箔表面11aに塗布する。この塗工装置330のダイヘッド(不図示)は、ダイ先端部の上流側先端部も下流側先端部も、共になだらかな面とされている。従って、この塗工工程により金属箔11に塗布されるカーボンペーストPPの表面も、凹凸がなく、平坦に形成される。なお、本実施形態3では、ダイ塗工により塗工工程と行うが、塗工方法はこれに限定されず、例えばグラビア塗工やグラビアリバース塗工により塗工工程を行ってもよい。
なお、ラフロール335に付着したカーボンペーストPPを掻き落として回収するようにしてもよい。このようにすることで、ラフロール335に付着するカーボンペーストPPの量が一定となるので、塗膜(金属箔11上のカーボンペーストPP)の厚みバラツキや塗工幅バラツキを抑制でき、塗膜を均一に保つことが容易にできる。
その後、活物質層形成工程において、カーボンコート層13の層表面13a上に正極活物質層15を形成する。更に、この長尺帯状をなす正極集電箔10を所定寸法毎に切断すれば、上記実施形態1,2と同様な正極集電箔10が完成する。
次いで、第4の実施の形態について説明する。本実施形態4に係るリチウム二次電池(電池)100は、上記実施形態1等の正極集電箔10を有する電極体(発電要素)120を備える。図11に、本実施形態4に係るリチウム二次電池100の側面図を示し、図12に、リチウム二次電池100の縦断面図を示す。なお、図11及び図12における上方をリチウム二次電池100の上側、下方をリチウム二次電池100の下側として説明する。
正極電極端子部材130は、電池ケース110の内部において電極体120の正極集電箔10の金属箔11と電気的かつ機械的に接続する一方、電池ケース110(ケース蓋部材113)を貫通して、電池ケース110の外部(ケース蓋部材113上)に延出している。また、負極電極端子部材140は、電池ケース110の内部において電極体120の負極集電箔60の金属箔61と電気的かつ機械的に接続する一方、電池ケース110(ケース蓋部材113)を貫通して、電池ケース110の外部(ケース蓋部材113上)に延出している。
電極体120と要素接続部材131,131をそれぞれ用意する。そして、電極体120の軸方向の両端に、正極用の要素接続部材131と負極用の要素接続部材131を溶接する。その後、各要素接続部材131,131にそれぞれシールゴム160,160を配置する。また、各シールゴム160,160の径方向外側にそれぞれ内部絶縁部材170,170を配置する。更に、各内部絶縁部材170,170の上に、ケース蓋部材113を配置する。次に、このうちのケース蓋部材113上に、外部絶縁部材150,150を配置し、更にその上に、外部配置端子部材133,133と締結部材135,135を配置して、電極体120、電極端子部材130,140、ケース蓋部材113及び各絶縁部材150,160,170を互いに固定する。
次いで、本発明の効果を検証するために行った試験の結果について説明する。
(試験1)
本発明の実施例及び比較例として、上記実施形態4のリチウム二次電池100において、正極集電箔10のカーボンコート層13の表面粗さRaを様々に変更したリチウム二次電池を用意した。具体的には、下記表1にも示すように、実施例1は、カーボンコート層13の表面粗さRaを0.67μmとした。また、実施例2は、カーボンコート層13の表面粗さRaを0.82μmとした。また、比較例1は、カーボンコート層13の表面粗さRaを0.20μmとした。また、比較例2は、カーボンコート層13の表面粗さRaを0.38μmとした。また、比較例3は、カーボンコート層13の表面粗さRaを1.26μmとした。また、比較例4は、カーボンコート層13の表面粗さRaを1.70μmとした。
次に、本発明の実施例として、上記実施形態4のリチウム二次電池100において、正極集電箔10のカーボンコート層13について、表面積Sa(m2/m2 )及び細孔容積Va(cc/m2 )を様々に変更したリチウム二次電池を用意した。
次いで、第5の実施の形態について説明する。本実施形態5に係る車両700は、上記実施形態4のリチウム二次電池(電池)100を複数搭載したものである。具体的には、図13に示すように、この車両700は、エンジン740、フロントモータ720及びリアモータ730を併用して駆動するハイブリッド自動車である。この車両700は、車体790、エンジン740、これに取り付けられたフロントモータ720、リアモータ730、ケーブル750、インバータ760を備える。更に、この車両700は、複数のリチウム二次電池100を自身の内部に有する組電池710を備え、この組電池710による電気エネルギーを、フロントモータ720及びリアモータ730の駆動に利用している。
次いで、第6の実施の形態について説明する。本実施形態6のハンマードリル800は、上記実施形態4のリチウム二次電池(電池)100を含むバッテリパック810を搭載した電池使用機器である。図14に示すように、このハンマードリル800は、本体820の底部821に、バッテリパック810が収容されており、このバッテリパック810を、ドリルを駆動するためのエネルギー源として利用している。
例えば、上記実施形態4〜6では、捲回型の電極体120を有する電池100を例示したが、積層型の電極体を有する電池などにも、本発明を適用できる。
11 金属箔
11a 箔表面
11b 箔裏面
13 カーボンコート層
13a 層表面
15 正極活物質層(活物質層)
30,230,330 塗工装置
31 グラビアロール
33 ドクターブレード
40 乾燥装置
60 負極集電箔
231 ダイヘッド
335 ラフロール(ロール)
100 リチウム二次電池(電池)
120 電極体(発電要素)
PP カーボンペースト
700 車両
710 組電池(電池)
800 ハンマードリル(電池使用機器)
810 バッテリパック(電池)
Claims (6)
- 金属箔と、
前記金属箔の箔表面上に積層されてなり、カーボン粒子を含む多孔質のカーボンコート層と、
前記カーボンコート層の層表面上に積層されてなり、活物質を含む活物質層と、を備える
集電箔であって、
前記カーボンコート層は、
前記層表面の表面粗さRaが0.5μm〜1.0μmとされてなり、
前記集電箔のうち、前記カーボンコート層が形成された層形成領域の単位面積当たりの前記層表面の表面積Saが30m2/m2 以下とされてなり、かつ、
前記層形成領域の単位面積当たりの前記カーボンコート層の細孔容積Vaが5cc/m2 以下とされてなる
集電箔。 - 請求項1に記載の集電箔を含む発電要素を備える電池。
- 請求項2に記載の電池を搭載し、この電池による電気エネルギーを動力源の全部または一部に使用する車両。
- 請求項2に記載の電池を搭載し、この電池をエネルギー源の少なくとも1つとして使用する電池使用機器。
- 金属箔と、
前記金属箔の箔表面上に積層されてなり、カーボン粒子を含む多孔質のカーボンコート層と、
前記カーボンコート層の層表面上に積層されてなり、活物質を含む活物質層と、を備える
集電箔の製造方法であって、
前記金属箔の前記箔表面上に、前記層表面の表面粗さRaが0.5μm〜1.0μmであり、前記集電箔のうち、前記カーボンコート層が形成された層形成領域の単位面積当たりの前記層表面の表面積Saが30m2/m2 以下であり、かつ、前記層形成領域の単位面積当たりの前記カーボンコート層の細孔容積Vaが5cc/m2 以下である前記カーボンコート層を形成するカーボンコート層形成工程と、
前記カーボンコート層形成工程後、前記カーボンコート層の前記層表面上に、前記活物質層を形成する活物質層形成工程と、を備える
集電箔の製造方法。 - 請求項5に記載の集電箔の製造方法であって、
前記カーボンコート層形成工程は、
前記カーボン粒子を含み、粘度が3000Pa・s(@1rpm)〜12000Pa・s(@1rpm)のカーボンペーストを、前記箔表面上に塗布する塗工工程と、
前記塗工工程後、塗布された前記カーボンペーストを乾燥させて、前記カーボンコート層を形成する乾燥工程と、を有し、
前記乾燥工程を、前記塗工工程終了後、1分間以内に開始する
集電箔の製造方法。
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