JP6624432B2 - Electrode structure for secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、ニッケル水素電池、リチウム二次電池等の二次電池に備えられる電極として使用され得る二次電池用電極構造体に関する。 The present invention relates to an electrode structure for a secondary battery that can be used as an electrode provided in a secondary battery such as a nickel hydrogen battery and a lithium secondary battery.
幅広い用途に二次電池が電源として利用されている。特に最近は、ニッケル水素電池(広義の意味での用語であり、狭義のニッケル金属水素化物電池(Ni−MH)を包含する。以下同じ。)、リチウム二次電池(いわゆるリチウムイオン二次電池、リチウムポリマー二次電池等を包含する。以下同じ。)のような、比較的高容量であり且つ急速充放電性能(ハイレート特性)に優れる二次電池が、自動車等の車両の駆動用電源として広く使用されている。例えば、比較的大型のニッケル水素電池やリチウム二次電池が、ハイブリッド車等の駆動用電源として普及している。 Secondary batteries are used as power sources for a wide range of applications. Particularly recently, nickel-metal hydride batteries (a term in a broad sense and includes a nickel-metal hydride battery (Ni-MH) in a narrow sense; the same applies hereinafter), a lithium secondary battery (a so-called lithium ion secondary battery, Rechargeable batteries having relatively high capacity and excellent rapid charge / discharge performance (high-rate characteristics), such as lithium polymer secondary batteries, etc., are widely used as power sources for driving vehicles such as automobiles. It is used. For example, relatively large nickel-metal hydride batteries and lithium secondary batteries have become widespread as power sources for driving hybrid vehicles and the like.
駆動用電源として利用される二次電池では、上記のとおり、急速な充放電を可能とする性能(ハイレート特性)が求められており、そのための改良が二次電池の構成に関して様々な観点から行われている。そのための一つのアプローチとして、電極の構成、構造の検討・改良が挙げられる。
特に、電池容量の増大や電極間における、よりいっそうの急速なイオンや電子の移動を実現するべく、正負極それぞれについての活物質の組成や形状の改良研究が活発に行われている。近年では、無機物と有機物とのハイブリッド材料(いわゆる無機/有機ハイブリッド材料)によって高性能な活物質を開発しようとする試みも数多くなされてきている。
例えば特許文献1には、亜鉛含有化合物を負極活物質として含む亜鉛合材をニッケルメッシュ等の集電体に塗工して構成した亜鉛負極を備える二次電池が開示されている。
As described above, a secondary battery used as a driving power source is required to have a performance (high-rate characteristic) that enables rapid charging and discharging, and improvements are being made from various viewpoints regarding the configuration of the secondary battery. Has been done. One approach to that is to study and improve the configuration and structure of the electrodes.
In particular, in order to realize an increase in battery capacity and a more rapid transfer of ions and electrons between electrodes, research on improving the composition and shape of the active material for each of the positive and negative electrodes has been actively conducted. In recent years, many attempts have been made to develop a high-performance active material using a hybrid material of an inorganic substance and an organic substance (so-called inorganic / organic hybrid material).
For example, Patent Literature 1 discloses a secondary battery including a zinc negative electrode formed by applying a zinc mixture containing a zinc-containing compound as a negative electrode active material to a current collector such as a nickel mesh.
ところで、上記ハイレート特性等の向上のためには、集電体に保持された正極合材または負極合材中の活物質と集電体との間で良好な電子伝導パス、あるいはイオン伝導パス(以下、これらを総称して「導電パス」という。)を形成する必要がある。特にナノサイズの微小な活物質粒子と有機材料(典型的には有機電解質)とが高度に分散した状態で存在する無機/有機ハイブリッド材料を含む正極合材または負極合材を用いる場合には、ハイレート特性の向上等を実現するため、集電体への当該合材の安定的な保持とともに合材中の活物質と集電体との間での良好な導電パスの構築は重要である。
そこで、本発明は、かかる課題を解決するべく創出されたものであり、集電体と該集電体に保持された電極合材中の活物質との間で偏りなく良好な導電パスを形成可能な電極構造体の提供を目的とする。
By the way, in order to improve the high rate characteristics and the like, a good electron conduction path or an ion conduction path between the active material in the positive electrode composite material or the negative electrode composite material held by the current collector and the current collector ( Hereinafter, these are collectively referred to as “conductive paths”.) In particular, when using a positive electrode mixture or a negative electrode mixture containing an inorganic / organic hybrid material in which nano-sized fine active material particles and an organic material (typically, an organic electrolyte) are present in a highly dispersed state, In order to improve the high-rate characteristics, it is important to stably hold the mixture on the current collector and to establish a good conductive path between the active material in the mixture and the current collector.
Therefore, the present invention has been created to solve such a problem, and forms a good conductive path without bias between the current collector and the active material in the electrode mixture held by the current collector. It is intended to provide a possible electrode structure.
ここで開示される電極構造体は、二次電池の正極または負極に用いられる電極構造体である。その電極構造体は、全体がプレート状(換言すればシート状)の構造体である。
そして、該プレート状構造体は、該プレート状構造体の少なくとも一部を構成する集電体であって、少なくとも一部分が該プレート状構造体の一方の幅広平面から該プレート状構造体厚み方向に延びて他方の幅広平面まで至るように形成された一又は複数の集電体と、該集電体に保持された電極合材層とを有している。
そして、集電体および電極合材層は、上記プレート状構造体の厚み方向に直交する一方向における一方の端部から他方の端部に至る全領域において、所定の規則性を保持しつつ混在していることを特徴とする。
The electrode structure disclosed herein is an electrode structure used for a positive electrode or a negative electrode of a secondary battery. The electrode structure is a plate-like (in other words, sheet-like) structure as a whole.
The plate-like structure is a current collector that forms at least a part of the plate-like structure, and at least a part of the plate-like structure extends in a thickness direction of the plate-like structure from one wide plane of the plate-like structure. It has one or more current collectors formed to extend to the other wide plane, and an electrode mixture layer held by the current collectors.
The current collector and the electrode mixture layer are mixed while maintaining a predetermined regularity in an entire region from one end to the other end in one direction orthogonal to the thickness direction of the plate-shaped structure. It is characterized by doing.
かかる構成の電極構造体では、プレート状(薄板状あるいはシート状ともいえる)の電極構造体の全体にわたって所定の規則性を保ちつつ集電体と電極合材層とが混在する。このことは、換言すれば、本構成の巨視的にみてプレート状である電極構造体は、その構成要素を上記厚み方向に直交する一方向に沿ってみれば、集電体と電極合材層との規則性のある混在構造で構成されている。
このことにより、本構成の電極構造体では、例えば同じ体積のプレート状の電極構造体であって、一つのシート状に形成された電極合材層の表面の一方又は両方に同様のシート状集電体が配置された従来のプレート状電極構造体と比較して、集電体と該集電体に保持された電極合材層中の活物質との間の導電パスを電極構造体の全体にわたって偏りなく増大させることができる。
従って、本発明によると、ハイレート特性等の電池性能の向上に貢献する電極構造体の提供を実現することができる。
In the electrode structure having such a configuration, the current collector and the electrode mixture layer are mixed while maintaining a predetermined regularity over the entire plate-shaped (thin-plate or sheet-shaped) electrode structure. This means that, in other words, the macroscopically plate-shaped electrode structure of the present configuration has a structure in which the constituent elements are viewed along one direction orthogonal to the thickness direction, and the current collector and the electrode mixture layer And a regular mixed structure.
As a result, in the electrode structure of the present configuration, for example, a plate-shaped electrode structure having the same volume, and a similar sheet-like collection is formed on one or both of the surfaces of the electrode mixture layer formed in one sheet. Compared with a conventional plate-shaped electrode structure in which a current collector is disposed, a conductive path between a current collector and an active material in an electrode mixture layer held by the current collector is entirely formed in the electrode structure. Can be increased without bias.
Therefore, according to the present invention, provision of an electrode structure that contributes to improvement in battery performance such as high-rate characteristics can be realized.
また、ここで開示される電極構造体の好ましい一つの態様では、上記集電体および電極合材層の上記プレート状構造体の厚み方向に直交する一方向における一方の端部から他方の端部に至る全領域において所定の規則性を保持しつつ混在していることが、蛇腹形状(波板形状)の一つのシート状集電体が配置されることによって実現されていることを特徴とする。
また、ここで開示される電極構造体の好ましい他の一つの態様では、上記集電体および電極合材層の上記プレート状構造体の厚み方向に直交する一方向における一方の端部から他方の端部に至る全領域において所定の規則性を保持しつつ混在していることが、同方向にシート状集電体と電極合材とが交互に積層された積層構造体によって実現されていることを特徴とする。
In one preferred embodiment of the electrode structure disclosed herein, the current collector and the electrode mixture layer have one end to the other end in one direction orthogonal to the thickness direction of the plate-shaped structure. Is characterized by being arranged while one sheet-like current collector having a bellows shape (corrugated plate shape) is arranged while maintaining a predetermined regularity in the entire region up to. .
In another preferred embodiment of the electrode structure disclosed herein, the current collector and the electrode mixture layer have one end in one direction perpendicular to the thickness direction of the plate-like structure and the other end. It is realized by a laminated structure in which the sheet-like current collector and the electrode mixture are alternately laminated in the same direction while maintaining a predetermined regularity in the entire region up to the end. It is characterized by.
また、ここで開示される電極構造体の好ましい他の一つの態様では、上記集電体および電極合材層の上記プレート状構造体の厚み方向に直交する一方向における一方の端部から他方の端部に至る全領域において所定の規則性を保持しつつ混在していることが、上記幅広平面からみて渦巻き状に形成された集電体と当該渦巻き状集電体に対応する渦巻き状溝部に配置された電極合材との構成によって実現されていることを特徴とする。
これらの構成によると、上記ハイレート特性等の電池性能の向上を好適に実現することができる。
In another preferred embodiment of the electrode structure disclosed herein, the current collector and the electrode mixture layer have one end in one direction perpendicular to the thickness direction of the plate-like structure and the other end. The fact that they are mixed while maintaining a predetermined regularity in the entire region up to the end portion is formed in the spirally-shaped current collector and the spirally-shaped groove corresponding to the spirally-shaped current collector when viewed from the wide plane. It is characterized by being realized by the configuration with the arranged electrode mixture.
According to these configurations, improvement in battery performance such as the high-rate characteristics can be suitably realized.
以下、図面を参照しつつ、ここで開示される電極構造体の好適な幾つかの実施形態を説明する。
本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば、本発明を特徴付けない二次電池全体の一般的な構成および製造プロセス)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、以下の図面における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は、説明を容易にするためにデフォルメされており、実際の寸法関係を反映するものではない。
Hereinafter, some preferred embodiments of the electrode structure disclosed herein will be described with reference to the drawings.
Matters other than those specifically mentioned in the present specification and necessary for practicing the present invention (for example, a general configuration and a manufacturing process of the whole secondary battery which does not characterize the present invention) are described in the related art. Can be grasped as a design matter of a person skilled in the art based on the prior art. The present invention can be implemented based on the contents disclosed in this specification and common general technical knowledge in the relevant field. The dimensional relationships (length, width, thickness, etc.) in the following drawings are deformed for ease of explanation and do not reflect actual dimensional relationships.
本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、いわゆる蓄電池、電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を包含する用語である。
また、「電極合材」とは、所定の正負極何れかの活物質を含む組成物(合材)をいい、当該合材を構成する活物質の内容やその他の成分(各種添加材)は、ニッケル水素電池、リチウム二次電池、等の二次電池の種類に応じて異なり得る。
従って、電極合材層(具体的には正極合材層若しくは負極合材層)とは、当該電極合材を対象とする集電体に付与することによって形成された活物質を主体とする層(活物質層ともいう。)を指しており、必ずしも集電体に付与する前の電極合材の組成と、電極合材層(活物質層)を構成する組成物の組成とが一致するものではない。例えば、有機溶媒が電極合材に含まれる場合には、電極合材層形成時に当該有機溶媒が蒸発されて失われることが通常であるが、そのような場合でも、該電極合材を集電体に付与することによって形成された層を、電極合材層ということができる。
In this specification, the term “secondary battery” generally refers to a power storage device that can be repeatedly charged and discharged, and is a term that includes a power storage element such as a storage battery and an electric double layer capacitor.
In addition, the “electrode mixture” refers to a composition (mixture) containing an active material of any of the predetermined positive and negative electrodes, and the content of the active material constituting the mixture and other components (various additives) are , A nickel-metal hydride battery, a lithium secondary battery, or the like.
Accordingly, an electrode mixture layer (specifically, a positive electrode mixture layer or a negative electrode mixture layer) is a layer mainly composed of an active material formed by applying the electrode mixture to a target current collector. (Also referred to as an active material layer), in which the composition of the electrode mixture before being applied to the current collector necessarily matches the composition of the composition constituting the electrode mixture layer (active material layer). is not. For example, when an organic solvent is contained in the electrode mixture, the organic solvent is usually evaporated and lost when the electrode mixture layer is formed, but even in such a case, the electrode mixture is collected. The layer formed by applying it to the body can be referred to as an electrode mixture layer.
先ず、図1を参照しつつ、ここで開示される電極構造体を正極(または負極)として用いることができる好適な二次電池の一例として箱形のニッケル水素電池について、簡単に説明する。
図1に示すように、本実施形態に係るニッケル水素電池100は、蓋体42を含む電池ケース40を備える。ケース40内には、本実施形態に係るニッケル水素電池100の電極体を構成する正極10、負極20、およびセパレータ30が収容されている。
正極10は、複数の薄い矩形プレート状(シート状)の電極構造体から構成されており、それらは正極集電タブ12を介して正極端子14に電気的に接続されている。一方、負極20は、正極側と同様の形状であり、複数の薄い矩形プレート状(シート状)の電極構造体から構成されており、それらは負極集電部材(図示せず)を介してケース40の底面に設けられた負極端子(図示せず)に接続されている。また、蓋体42よりもケース40の内側には、スペーサ60とその周囲に設けられたガスケット50とが装着されており、ケース40内部の密閉状態を保持している。
なお、スペーサ60には、電池100の内部(ケース40の内部)のガス圧が異常に高くなった場合に、内部ガスをケースの外方に排出するためのガス排出弁構造が形成されているが、従来のニッケル水素電池に付設されているものと同様でよく、本発明を特徴付ける構造ではないので、これ以上の詳細な説明は省略する。また、ニッケル水素電池100の各構成部分(正負極、セパレータ、ケース、等)の材質や形状についても、ここで開示される電極構造体10Aを適用する部分を除いて、従来の同様の形態のニッケル水素電池と同じでよく、特に本発明を特徴付けるものではないため、これ以上の詳細な説明は省略する。
First, a box-shaped nickel-metal hydride battery as an example of a suitable secondary battery in which the electrode structure disclosed herein can be used as a positive electrode (or a negative electrode) will be briefly described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the nickel-
The
The
次に、第1実施形態に係る電極構造体10Aについて図2を参照しつつ詳細に説明する。本実施形態に係る電極構造体10Aは、図1に示すニッケル水素電池100において正極10を構成する構造体である。
図2に示すように、正極10を構成する本実施形態に係る電極構造体10Aは、その全体が電池ケース40の形状に対応した矩形のプレート状(シート状)形状を有している。図面では説明のため、サイズ、形状等(特に厚み)がデフォルメされている。
本実施形態に係る電極構造体10Aは、図示されるように、その骨格として一つの矩形シート状の集電体であって、蛇腹(波板)形状となるように、長辺方向に所定の間隔で交互に折れ曲がった形状を有する集電体15A(以下「蛇腹型集電体15A」という。)を備える。
Next, the
As shown in FIG. 2, the
As illustrated, the
具体的には、蛇腹型集電体15Aは、矩形プレート状の電極構造体10Aの長辺方向に沿って配置されており、その一方の先端部は電極構造体10Aの幅広平面の長辺方向の一方の端面に達し、他方の先端部は、当該長辺方向の他方の端面に達している。さらに、図2に示すように、折れ曲がった波板(ジグザグ)構造の一方の面側の折曲り頂端部17Aは、一方の幅広平面に配置され、他方の面側の折曲り頂端部17Bはプレート状電極構造体10Aの厚み方向に延びて他方の幅広平面に至っている。
そして電極合材層(ここでは正極合材層)16Aは、当該蛇腹型集電体15Aの表面に配置されている。具体的には、折れ曲がった波板(ジグザグ)構造によって形成された凹み部分に電極合材が充填されて電極合材層16Aが形成されている。かかる蛇腹型集電体15Aとその両側に充填された電極合材層16Aとにより、上記矩形プレート状の電極構造体10Aが形成されている。
Specifically, the bellows-type
The electrode mixture layer (here, the positive electrode mixture layer) 16A is disposed on the surface of the bellows-type
このように、本実施形態に係る矩形プレート状の電極構造体10Aでは、蛇腹型集電体15Aおよびその周囲に配置された電極合材層16Aは、プレート状電極構造体10Aの厚み方向に直交する一方向(ここでは幅広平面の長辺方向)における一方の端部から他方の端部に至る全領域において、所定の規則性を保持しつつ混在している。
これにより、本実施形態に係る電極構造体10Aによると、電極構造体の全体にわたって偏りなく、集電体15Aと該集電体に保持された電極合材層16A中の活物質との間の導電パスを増大させることができる。
As described above, in the rectangular plate-shaped
As a result, according to the
なお、図2に示す形態は一例にすぎず、集電体15Aの形状は、プレート状構造体10Aの一方の幅広平面から該プレート状構造体厚み方向に延びて他方の幅広平面まで至るように形成されており、そのうえで、当該集電体および電極合材層が、上記厚み方向に直交する一方向における一方の端部から他方の端部に至る全領域において、所定の規則性を保持しつつ混在した状態を形成可能であればよく、特に図2に示す形態に限定されない。例えば、図2に示す形態では、折曲り頂端部17A,17Bが鋭角に尖った形状であるが、緩やかな円弧(R部)からなる頂端部であってもよい。
、また、集電体15Aの表面構造に関しても特に限定はなく、全くのフラットな表面構造でもよいが、適度な凹凸構造を有することが、電極合材層16Aとの接触面積の増大という観点から好ましい。多孔質であるもの、パンチングされて小孔が規則的に形成されているものであってもよい。波板形状形成のための折れ曲がりの角度も特に限定はない。典型的には60度以上120度以下である。例えば90度±15度程度が好ましい。
Note that the form shown in FIG. 2 is merely an example, and the shape of the
Also, the surface structure of the
集電体15Aのサイズに関しては、対象とする二次電池のサイズや形状によって異なり得るため、特に限定されるものではないが、集電効率の観点からは厚みは、例えば10μm以上50μm以下程度が好適である。
なお、集電体15Aの形状(波板形状とするためにジグザグに折り曲げる前のフラットなシート状態での長辺および短辺のサイズ)については、電極構造体のプレート形状によって異なり得る。電極構造体10Aは、それ全体の厚み方向のイオン伝導性を考慮すると、厚み方向のサイズは0.5mm以下が適当である。
The size of the
Note that the shape of the
集電体15Aと電極合材層16Aとからなる電極構造体10Aの形状を保持する手段については、特に制限はなく、例えば、蛇腹型集電体15Aに配置(充填)される電極合材に適量のバインダ(結着材)を含ませておき、電極合材層16Aが集電体15Aとの電極構造体10Aの形状を保持する接着剤層としての機能をあわせもつように構成してもよい。
また、図示していないが、電極構造体10A自体の構造安定化を高レベルに実現するため、何らかの拘束部材で電極構造体10Aを拘束してもよい。例えば、テープ(若しくはひも)状の拘束部材を採用することができる。
Means for maintaining the shape of the
Although not shown, the
本実施形態に係る電極構造体10Aの骨格をなす集電体15Aの金属組成としては、電極合材層16Aとの導電パスを構築できる限りにおいて、特に制限はない。この種の二次電池の正負極に用いられている種々の金属(または合金)から形成することができる。例えば、一般的なニッケル水素電池の正極板に使用される金属、典型的にはニッケルやニッケルを主体とする合金等が挙げられる。多孔質な金属部材(例えば、従来のニッケル水素電池の極板に用いられるパンチングメタル部材)であってもよい。
また、使用する集電体15Aは、磁気を帯びていてもよい。電極構造体10A構築後に蛇腹型集電体15Aを磁化してもよい。磁気を帯びることにより、積層構造自体の安定性をより一層向上することができる。
あるいはまた、図2に示すように、電極構造体10Aには、好ましくは幅広平面に沿ってガイド部材(好ましくはプレート状ガイド部材)19を設けてもよい。ガイド部材19を付設することにより、構造安定性の向上を図ることができる。さらに、ガイド部材19が集電可能な導電性部材から構成されている場合には、電極の集電部(コレクター)として機能させることができる。
The metal composition of the
Further, the
Alternatively, as shown in FIG. 2, a guide member (preferably a plate-like guide member) 19 may be provided on the
一方、電極合材層16Aの構成は、特に限定はなく、ニッケル水素電池、リチウム二次電池等、対象とする二次電池の種類に応じて要求されるタイプの種々の正負極いずれかの電極活物質(ここでは正極活物質)と、種々の添加材(副成分)を用いることができる。
例えば、ニッケル水素電池の正極活物質である場合、水酸化ニッケル、オキシ水酸化ニッケル、およびそれらの誘導体から選ばれる少なくとも一種のニッケル化合物を電極合材層(正極合材層)16Aに含ませる活物質成分とすることができる。
これらニッケル化合物から成る活物質においては、ニッケル元素の一部が他の金属元素(コバルト、アルミニウム、亜鉛、マンガン、タングステン、チタン、ニオブ、ルテニウム、金、等)で置換されていてもよい。活物質を構成する化合物は、結晶構造体であっても、アモルファス体であってもよい。
正極活物質(上記ニッケル化合物等)は、電顕観察あるいはレーザ回折・光散乱法に基づく平均粒子径が1nm以上10nm以下程度の微粒子であることが好ましいが、これよりも大きい平均粒子径(例えば10nm以上10μm以下)を有するような活物質粒子を使用してもよい。なお、活物質以外の添加材としては、正極または負極のいずれかに応じて、適切な材料、例えば、種々の導電材、電解質(液体状若しくはゲル状ポリマーであり得る)、バインダ(結着材)、溶媒、等が挙げられるが、従来の各種の二次電池において採用されているものを使用すればよく、本発明を特徴付けるものではないため、これ以上の詳細な説明は省略する。
電極合材(正極合材または負極合材)は、典型的には、必要な固形成分を溶媒とともに混合してスラリー状(ペースト状)に調製され、そのスラリー状電極合材を隣接する集電体と集電体との間に充填する(典型的にはその後に乾燥工程を含む。)ことにより電極合材層が形成される。特に10nm以下程度のナノサイズの微小な活物質粒子と、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合樹脂、等の有機材料(有機電解質)とが、高度に分散した状態(必要に応じてさらに導電材微粒子を分散させてもよい。)で存在する無機/有機ハイブリッド材料を含む正極合材または負極合材の使用が好ましい。
On the other hand, the configuration of the
For example, in the case of a positive electrode active material of a nickel-metal hydride battery, at least one nickel compound selected from nickel hydroxide, nickel oxyhydroxide, and their derivatives is contained in the electrode mixture layer (positive electrode mixture layer) 16A. It can be a substance component.
In the active material composed of these nickel compounds, part of the nickel element may be replaced by another metal element (cobalt, aluminum, zinc, manganese, tungsten, titanium, niobium, ruthenium, gold, etc.). The compound constituting the active material may be a crystalline structure or an amorphous material.
The positive electrode active material (such as the above nickel compound) is preferably a fine particle having an average particle diameter of about 1 nm or more and about 10 nm or less based on observation with an electron microscope or a laser diffraction / light scattering method. Active material particles having a thickness of 10 nm to 10 μm) may be used. As an additive other than the active material, an appropriate material, for example, various conductive materials, electrolytes (which may be liquid or gel polymers), binders (binders) ), A solvent, and the like, but those employed in various conventional secondary batteries may be used, and do not characterize the present invention. Therefore, further detailed description will be omitted.
An electrode mixture (a positive electrode mixture or a negative electrode mixture) is typically prepared in a slurry (paste) by mixing a necessary solid component with a solvent, and the slurry-like electrode mixture is mixed with an adjacent current collector. Filling between the body and the current collector (typically including a drying step thereafter) forms an electrode mixture layer. In particular, a nano-sized fine active material particle of about 10 nm or less and an organic material (organic electrolyte) such as polyvinyl alcohol and ethylene-vinyl alcohol copolymer resin are highly dispersed (if necessary, a conductive material It is preferable to use a positive electrode mixture or a negative electrode mixture containing an inorganic / organic hybrid material which is present in (fine particles may be dispersed).
以上、図2を参照しつつ、ここで開示される電極構造体および集電体の好適な第1実施形態を説明したが、これら図面に示す形態に限定されない。ここで開示される集電体の形状は、プレート状電極構造体の一方の幅広平面から該構造体の厚み方向に延びて他方の幅広平面まで至るように形成されており、且つ、当該集電体および電極合材層が、上記厚み方向に直交する一方向における一方の端部から他方の端部に至る全領域において、所定の規則性を保持しつつ混在した状態を形成可能であればよい。
例えば、他の好適な一実施形態(第2実施形態)として、図3に示すような積層構造が挙げられる。具体的には、図3に示す第2実施形態に係る電極構造体10Bは、複数のシート状集電体15Bがそれらの面対向方向に積層して得られる集電体積層構造を形成し、該集電体積層構造を構成する複数のシート状集電体15A間に電極合材層(即ち正極合材層)16Bが形成されている。換言すれば、本実施形態に係る電極構造体10Bは、複数のシート状集電体15Bと電極合材層16Bとが集電体積層方向に交互に積み重なるようにして構成されたプレート状(シート状)の電極構造体10Bである。
As described above, the preferred first embodiment of the electrode structure and the current collector disclosed herein has been described with reference to FIG. 2, but the present invention is not limited to the embodiments shown in the drawings. The shape of the current collector disclosed here is formed so as to extend from one wide plane of the plate-shaped electrode structure in the thickness direction of the structure to reach the other wide plane, and It is only necessary that the body and the electrode mixture layer can form a mixed state while maintaining a predetermined regularity in the entire region from one end to the other end in one direction orthogonal to the thickness direction. .
For example, another preferred embodiment (second embodiment) includes a laminated structure as shown in FIG. Specifically, the
かかる構造の本実施形態に係る電極構造体10Bによると、隣接する二つのシート状集電体15Bに挟持されることによって電極合材層16Bを安定的に保持することもできる。また、このような積層構造の電極構造体10Bによると、電極合材層16Bの単位容積あたりの集電体15Bとの接触面積を大きくすることができる。このため、集電体15Bと該集電体15Bに保持された電極合材層16B中の活物質との間の導電パスを増大させることができる。これにより、ハイレート特性等の電池性能の向上を図ることができる。
また、本実施形態に係る積層構造の電極構造体10Bは、シート状集電体15Bおよび電極合材層16Bが交互に積層して成る積層構造であるから、プレート状電極構造体10Bの厚み方向に直交する一方向(ここでは幅広平面の長辺方向)における一方の端部から他方の端部に至る全領域において、所定の規則性を保持しつつ混在している。
これにより、本実施形態に係る電極構造体10Bによっても、電極構造体の全体にわたって偏りなく、集電体15Bと該集電体に保持された電極合材層16B中の活物質との間の導電パスを増大させることができる。
According to the
In addition, since the
Accordingly, even with the
電極構造体10Bの全体の体積に占める集電体15B部分の体積割合は、特に限定しない。容量確保の観点からは電極合材層16Bの比率が高い方が好ましい。他方において、良好な導電パスが形成され、迅速な充放電機能を発揮させるという観点からは、集電体15B部分の体積割合が70vol%以上90vol%以下程度が好ましい。
また、本実施形態に係る電極構造体10Bを構成する個々のシート状集電体15Bの厚みについては、上述した第1実施形態と同様でよい。また、集電体15Bの形状(長辺および短辺のサイズ)については、電極構造体10B全体の厚み方向のイオン伝導性を考慮すると、電極構造体10Bの厚みに相当する集電体15Bの短辺長さは0.5mm以下が適当である。また、上記積層方向に直交する電極構造体10Bの幅方向の長さに相当する集電体15Bの長辺長さは、特に限定されないが、例えば上記短辺長さに対してアスペクト比(長辺長さ/短辺長さ)で100以下(例えば10以上100以下)となるようにサイズを規定することが好ましい。
集電体15Bと電極合材層16Bとからなる電極構造体10Bの形状を保持する手段、ならびに集電体15Bおよび電極合材層16Bの組成、等については、上述した第1実施形態と同様でよく、重複した説明はしない。
The volume ratio of the
Further, the thickness of each sheet-like
The means for maintaining the shape of the
また、他の好適な一実施形態(第3実施形態)として、図4に示すような渦巻き型の構造体が挙げられる。具体的には、図4に示す第3実施形態に係る電極構造体10Cは、矩形プレート状電極構造体10Cにおける幅広平面からみて、外形が矩形シート(プレート状)状の渦巻き状に形成された集電体15C(以下「渦巻き型集電体15C」という。)と当該集電体15Cの渦巻き形状に対応して生じる渦巻き状溝部に配置された渦巻き状の電極合材層16Cとから構成されている。これら二つが合わさることによって、一つの矩形プレート状電極構造体10Cが形成される。
かかる第3実施形態の電極構造体10Cにおいても、渦巻き型集電体15Cおよびその渦巻き形状に対応する渦巻き状溝部に配置された渦巻き状電極合材層16Cは、プレート状電極構造体10Cの厚み方向に直交する一方向(ここでは幅広平面の長辺方向および短辺方向のいずれでもよい)における一方の端部から他方の端部に至る全領域において、所定の規則性を保持しつつ混在している。
これにより、本実施形態に係る電極構造体10Cによっても、電極構造体の全体にわたって偏りなく、集電体15Cと該集電体に保持された電極合材層16C中の活物質との間の導電パスを増大させることができる。
As another preferred embodiment (third embodiment), there is a spiral structure as shown in FIG. Specifically, the
Also in the
Thereby, even with the
以上、幾つかの実施形態に係る電極構造体10A,10B,10Cを説明したが、これら電極構造体を電極として備える二次電池(例えばニッケル水素電池100)は、各種用途に利用可能であり、好適な用途としては、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)等の車両に搭載される駆動用電源としての二次電池の電極を構成する構造体として好適である。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
Although the
As mentioned above, although the specific example of this invention was demonstrated in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
10 正極
10A,10B,10C 電極構造体
12 正極集電タブ
14 正極端子
15A,15B,15C 集電体
16A,16B,16C 電極合材層(正極合材層)
17A,17B 折曲り頂端部
19 ガイド部材
20 負極
30 セパレータ
40 ケース
42 蓋体
50 ガスケット
60 スペーサ
100 二次電池(ニッケル水素電池)
DESCRIPTION OF
17A, 17B Folded
Claims (1)
該電極構造体は、全体がプレート状の構造体であり、
該プレート状構造体の少なくとも一部を構成する一の矩形シート状集電体であって、少
なくとも一部分が該プレート状構造体の一方の幅広平面から該プレート状構造体厚み方向
に延びて他方の幅広平面まで至るように形成され、且つ、該一方の幅広平面からみて渦巻
き形状であるシート状集電体と、
該集電体に接触する電極合材層と、
を有しており、
ここで、前記電極合材層は、前記一方の幅広平面からみて前記集電体の渦巻き形状に対
応して生じる渦巻き状溝部に配置された渦巻き状に形成されていることを特徴とする、電
極構造体。
An electrode structure used for a positive electrode or a negative electrode of a secondary battery,
The electrode structure is a plate-like structure as a whole,
One rectangular sheet-like current collector constituting at least a part of the plate-like structure, at least a part of which extends from one wide plane of the plate-like structure in the thickness direction of the plate-like structure and the other thereof. A sheet-like current collector formed to reach the wide plane, and having a spiral shape when viewed from the one wide plane;
An electrode mixture layer that contacts the current collector;
Has,
Here, the electrode mixture layer is formed in a spiral shape disposed in a spiral groove portion corresponding to the spiral shape of the current collector when viewed from the one wide plane, Structure.
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