JP6977775B2

JP6977775B2 - 集電体とそれを用いた電池

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Inventors: 和彦井上
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Description

本発明は、集電体に関し、特に電池用電極に用い、開口を形成した集電体とそれを用いた電池に関する。

二次電池は、携帯電話、デジタルカメラ、ノートＰＣ等のポータブル機器の電源として、また、車両や家庭用の電源として広く普及している。例えば、高エネルギー密度で軽量なリチウムイオン二次電池は、生活に欠かせないエネルギー蓄積デバイスである。

図７、図８は積層型のリチウムイオン二次電池１０の一例を示す斜視図である。電池素子４００と、それを電解液とともに封入する外装容器８０１とを備えている。このリチウムイオン二次電池１０における電池素子４００は、図７に示すように、正極８００（カソード）と負極７００（アノード）とがセパレータ３５０によって隔離されながら交互に繰り返し積層された構造を有している。

正極８００は、集電体上に正極用活物質をバインダで固めた活物質層が形成されたものであり、正極活物質形成部８１０と、リード部を設けるために活物質層が形成されていない正極活物質未形成部８２０とを有している。同様に、負極７００も、集電体上に負極用活物質をバインダで固めた活物質層が形成されたものであり、負極活物質形成部７１０と負極活物質未形成部７２０とを有している。

それぞれの正極活物質未形成部は超音波接合等によって束ねられて、図８（ａ）に示すように、正極リード部４６０となっている。同様に、それぞれの負極活物質未形成部２２０も束ねられて負極リード部４８０となっている。正極リード部４６０と負極リード部４８０は、それぞれ正極端子８３０と負極端子８４０とに電気的に接続されている。図８（ｂ）は図８（ａ）を、正極端子８３０を含むように切断した断面図である。

集電体は平坦な主面の金属箔を用いるが、電池を充放電するとリチウムイオンが電極間を移動して正極または負極の活物質層に入り込み、正極または負極が膨張する。特に負極は正極に比べて高エネルギーであり、負極の活物質層の方が正極のそれより膨張する。膨張した活物質層は集電体から剥がれる危険性がある。

活物質層が集電体から剥離するのを防ぐ（剥離耐性を高める）等を目的として、集電体に所定の間隔で穴を開ける技術が知られている。平坦な集電体では、集電体は活物質層と平坦面で接触するだけであるため、活物質層が集電体から剥離することがある。しかし穴開け加工で穴の先端が凸形状（以下突出部と称する）になるため、活物質層となる合剤を塗工等で集電体に形成する際に、穴の中つまり平坦面以外にも活物質層が回り込むため、剥離耐性が向上する。その結果電池の寿命や安全性が向上する。

しかし穴を開けると、活物質の剥離耐性が向上する代わりに、集電箔の強度が低下する。特に電池用電極の負極は、充放電による活物質の膨張・収縮が大きく、集電箔の周辺部に応力が加わる。周辺部に穴を開けないようにすれば周辺部にかかる応力に対抗できる。

特許文献１（特開平11-288723号公報）の電気化学素子用集電体１では、方形の金属シート２の周辺部を額縁状に面状連続体３として孔あけ加工せずに残し、額縁状の面状連続体３で囲まれた内側部分に孔あけ加工（いわゆるグリッド、パンチングとしての加工等）を施して多数の貫通孔５のある多孔領域４としている。（（0017）段落、図１）グリッド、パンチングメタル切断部分がバリとして残り、その結果電極間短絡が生じることがあったが、特許文献１では周辺部に穴あけ加工しないので、この短絡事故を防ぐことができたとしている。（0021段落）
また特許文献２（特開2003-208899号公報）に開示された二次電池用電極の正極集電体２ａおよび負極集電体３ａには、その周縁部を除く中心側に多数の孔Ｋが穿設されている。具体的には、これら孔Ｋは、正極集電体２ａおよび負極集電体３ａの周縁部から少なくとも０．５ｍｍ程度の幅でなる無孔部Ｎを介した中心側に穿設されている（（0055）〜（0056）段落、図２）。このように構成すると、多数の孔Ｋを穿設してなる正極集電体２ａおよび負極集電体３ａが、それぞれ周縁部に無孔部Ｎを有する（すなわち凹凸部分が形成されていない）ことから、その製造途中で正極集電体２ａおよび負極集電体３ａがセパレータ４に引っ掛かったり、その完成後にこれら正極集電体２ａおよび負極集電体３ａがセパレータ４を突き破ったりするのを未然に回避することができ、これらに起因して完成したリチウム二次電池１において、内部短絡が生じるのを防止することができる、としている（0059段落）。

特開平11-288723号公報特開2003-208899号公報

特許文献１，２では、集電箔の周縁部全域が開口を形成しない領域である。しかしこのようにすると、電池の製造工程において、電解液が周縁部から中央部に入りにくくなる。図８で述べたように、蓄電池は正負の電池用電極を交互に積層して電池素子を形成した後、外装容器に入れ、外装容器の注液口から電解液を注入し、その後封入する。電解液を注入していくと、電解液が活物質層とセパレータの間隙内や活物質層内の間隙やセパレータ内の間隙に毛細管現象で入り込んで、そこに存在する空気を置き換えていく。できるだけ時間をかけずに電池素子全体に電解液を含侵させることが望ましい。ところが、これらの間隙は非常に狭いため、電解液が電池素子の中央まで浸透し、空気を置き換えるのに時間がかかる。集電箔に開口部を形成すると、集電箔による壁が無くなるため、積層体内で隣接する層間での電解液や空気の移動が可能になり、電解液の含浸が速くなる。しかしながら、端面全域に開口を形成しない場合、空気だまりが出来て、含浸が止まる。

本発明の目的は、以上述べた問題点を解決し、強度が高くしかも電解液が含侵しやすい集電体とそれを用いた電池を提供することである。

本発明は、開口を複数設けた開口形成部を備えた集電体であって、前記開口の先端には突出部が形成され、前記開口形成部は一部の箇所でのみ前記集電体の端面に達し、それ以外の箇所では前記端面に達していないことを特徴とする集電体である。

本発明によれば、強度が高くしかも電解液が含侵しやすい集電体とそれを用いた電池を提供することが可能になる。

本発明の第１の実施形態の集電体を示す模式的平面図である。本発明の第２の実施形態の集電体を示す模式的平面図である。本発明の第３の実施形態の集電体を示す模式的平面図である。本発明の第４の実施形態の集電体を示す模式的平面図である。本発明の第５の実施形態の集電体を示す模式的平面図である。本発明の第１の実施形態の集電体の端面と開口の位置関係を示す模式的平面図で、（ａ）は開口が集電体の端面に達している場合、（ｂ）は達していない場合である。既存の積層型のリチウムイオン二次電池の一例を示す斜視図である。既存の積層型のリチウムイオン二次電池の一例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。本発明の実施形態で用いる電池用電極を示す断面図で、（ａ）は活物質層を集電箔の両面に塗工した状態の断面、（ｂ）は活物質層上に絶縁層を塗工した状態の断面である。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態の集電箔１００を示す模式的平面図である。本実施形態では、平坦な集電箔の端面１０３を除いた中央部の大きな領域に、複数の開口のある領域（開口形成部２０２）を形成する。さらに、開口形成部２０２の一部に端面１０３に達し、複数の開口のある開口形成部２２３を４つ設ける。

開口形成部２０２、２２３の開口の先端は突出していて突出部となっている。集電箔１００の開口形成部２０２，２２３以外の箇所２１０は平坦なままである。図１では、集電箔１００の４つの辺のうち、リード部２１５（正極リード部または負極リード部）のない２つの辺と中央部の開口形成部２０２をつなぐ細い開口形成部２２３を４本形成している。集電箔１００の片面または両面に活物質層（不図示）等を形成して電極とする。電極は複数層積層して積層体とし、その長辺を上下に向けた垂直な状態で袋状の外装体に入れられ、上方の注入口から電解液が注入される。電極に開口形成部があると、積層体周辺部からだけではなく、積層体の最外層表面から積層体の層間を横断するように含浸する。一方電極端面に開口形成部が無い場合、この部分の含浸速度が遅く、積層体の間隙から空気が抜けにくくなる。図１は、開口形成部２２３のような、積層体の端部と内部をつなぐ部分があるため、積層体の下部からの含浸が速くなり、電解液は空気だまりを形成することなく、全ての間隙に含浸することができる。また端面の一部に達するように開口形成部を設けるが、それ以外の大部分の端面には達しないようにするので、充放電による活物質の膨張・収縮によって端面に加わる応力に対抗できる。

電解液の含浸性を高めるためには、開口形成部２２３が端面１０３に達している部分の長さ（４本の開口形成部２２３の幅の合計）は、開口形成部２２３を設ける集電箔１００の辺（図１では上と下の２辺）の長さの合計の１０％以上あることが好ましく、２０％以上あることが更に好ましい。一方、活物質の膨張収縮による集電箔端面への応力に対抗するためには、開口形成部２２３の長さは、開口形成部２２３を設ける集電箔１００の辺の長さの８０％以下であることが好ましく、６０％以下であることが更に好ましい。

図６（ａ）に示すように開口形成部２２３内の開口２４０は端面１０３にかかって形成されていても良いし、図６（ｂ）に示すようにかからなくても良い。かからない場合は、開口形成部２２３内の開口２４０と端面１０３の間に周縁部２７０が存在する。周縁部２７０は電解液の含侵を妨げない程度の幅ｄ、例えば開口２４０の開口径あるいは、開口と開口のピッチ間程度にすると良い。

また、集電箔の厚みは、厚い方が応力に対抗出来るため、５μｍ以上、好ましくは６μｍ以上であることが望ましい。さらに、材質は負極の場合、電解銅箔、圧延銅箔、ステンレス箔などが挙げられるが、応力に対抗するためには、圧延銅箔が好ましく、更にステンレス箔が好ましい。

集電箔１００を形成した後、活物質層となる合剤をダイコーター等で集電箔１００の両面全体に塗工し、図７、８で述べたように、正極用集電箔と負極用集電箔を、セパレータを介して交互に繰り返し積層し、外装容器に収納し、電解液を含侵させた後外装容器を封じて電池が完成する。

なお開口形成部２２３は１本でも良いが、電解液の含侵の効率を考慮すると、複数本形成した方が良い。

以上述べたように、本実施形態によれば、集電体の強度が高くしかも電解液が含侵しやすくなる。

また集電箔に開口を形成するには、プレス機の表面に凸部を設け、そのプレス機で穴開け加工（パンチング）して形成する。この加工で開口が突出して開口の先端に突出部が形成される。プレス機は平板状でもロール状でも良い。ロールプレス機を用いる場合は、ローラの径、ローラ表面における凸部の密度、位置、集電箔の移動速度、ローラの回転速度等を調整して、開口形成部を図１に示した形状になるようにする。なお集電箔の両側からパンチングで形成してもよいし、片側からだけパンチングしてもよい。また開口はエッチングで形成してもよい。また活物質層になる合剤は集電箔の片面にだけ塗工してもよい。

さらに、本実施形態の集電箔１００は正極用でも負極用でも良いが、上述のように負極の方が充放電による活物質の膨張・収縮が大きく、集電箔の端面に、より応力が加わる。そのため負極に適用すると、より効果がある。また、正極の合剤層が負極の合剤層よりも厚い場合は、正極合剤層への電解液の含浸性を高めるために、正極に適用することが望ましい。また、集電体全体への含浸性を高めるためには、正極と負極の両方の集電箔に開口部を形成することが好ましい。また開口形成部２２３が端面１０３に接続する位置、あるいは接続位置及び開口形成部２２３の形状が、正極と負極で重なるようにパンチングを施すと、積層方向へ電解液含浸流路が最短距離となるため更に効果がある。

さらに、正極の開口形成部２２３と２０２の形状と負極の開口形成部２２３と２０２の形状が電極を重ねて積層体を形成したときに一致していると、電解液の含侵性が高い。これは以下の実施形態でも同じである。
（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態を示す模式的平面図である。本実施形態では、平坦な集電箔１００に対して細長い開口形成部を十字状に形成している。開口形成部２０５は、リード部２１５のある側の辺のリード部以外の箇所から反対側の辺まで通して形成する。それに交差させて、同様の細長い形状の開口形成部２０４を二本、集電箔１００の別の辺からその反対側の辺まで通して形成することで、十字形状を呈している。

このようにすると、図１の場合と同様に電解液が周辺から集電箔の平坦部２１０の中央部に浸透しやすくなる。中央部に大きな開口部がないため、電解液は下部の長辺部分及び短辺部分から順次含浸するため、空気だまりが更に生じにくくなるため好ましい。
（第３の実施形態）
図３は本発明の第３の実施形態を示す模式的平面図である。本実施形態では、細長い形状でしかも両端で集電箔の平坦部２１０の両端に達する開口形成部２０４を３本形成している。

電解液は下部の長辺部分から順次含浸するため、空気だまりが更に生じにくくなるため好ましい。但し、電極の一辺が２００ｍｍを超えるような大きな電極の場合、第１の実施形態のように集電箔１００の中央部に広い面積の開口形成部２０２がある方が、電解液の含浸は速くなるため好ましい。

また本実施形態では、集電箔１００の長辺の中央部に位置する開口形成部２０４があるため、未開口部の空気だまりが形成されにくく好ましい。
（第４の実施形態）
図４は本発明の第４の実施形態を示す模式的平面図である。本実施形態では、リード部のない辺からその反対側の辺まで、端面に達しない細長い長方形の開口形成部２０２を３本形成し、３本の開口形成部２０２の間に端面に達する開口形成部２０４を２本形成している。更に開口形成部２０２、２０４全てと交差する開口形成部２０６を設けている。

開口形成部２０２，２０４を開口形成部２０６でつなげているため、電解液がより速く奥まで浸透する。
（第５の実施形態）
図５は本発明の第５の実施形態の集電体５００の模式的平面図である。平坦な集電体シート５０１に開口形成部５２０を設ける。開口形成部５２０は一部の箇所５２３でのみ集電体シート５０１の端面５０３に達し、それ以外の箇所では端面５０３に達していない。

このような構成によって、電解液が集電体５００の周辺から接続箇所５２３を通って開口形成部５０２に浸透しやすくなる。また一部の箇所５２３以外の大部分の端面には開口を形成しないので、充放電による活物質の膨張・収縮によって端面に加わる応力に対抗できる。
（他の実施形態）
正極リード部と負極リード部は複数枚束ねて超音波接合し、接合したものをそれぞれ正極端子と負極端子に溶接する。そのため、正極リード部と負極リード部及びそれらの周辺で、接合、溶接に用いる部分及び接合、溶接、使用、運搬等で応力を受ける部分には開口を形成しないことが望ましい。

以上実施形態を説明したが、粘度の高い電解液を注入する場合、開口形成部がない場合２４時間ほどかかる例がある。集電箔の中央部に形成する開口形成部２０２によって６時間程（1/4程）短縮すると推定される。さらに、端面に達した開口形成部によって３時間程（1/8程）短縮すると推定されるので、合計で９時間程（９/２４≒３７％程）の短縮になる。（電極構成材料）
ここで電極を構成する材料について絶縁層も含めて述べる。以下は例示であり、材料は特に限定されず、既知の材料を用いることができる。

正極用集電体の材料としてはアルミニウム、金、白金等を用いることができる。負極用集電体の材料も正極用材料と同様であるが、特に銅、鉄・ニッケル・クロム系・モリブデン系のステンレス、アルミニウム、アルミニウム合金、白金、金、パラジウム、イリジウム、ロジウム等を用いることができる。

正極活物質としては例えば、ＬｉＮｉＯ_２、Ｌｉ_ｙＮｉ_{（１−ｘ）}Ｍ_ｘＯ_２・・・（式Ａ）（但し、０≦ｘ＜１、０＜ｙ≦１．２、ＭはＣｏ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｔｉ及びＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素である）を用いることができる。

また例えば、Ｌｉ_αＮｉ_βＣｏ_γＭｎ_δＯ_２（０＜α≦１．２好ましくは１≦α≦１．２、β＋γ＋δ＝１、β≧０．７、γ≦０．２）、Ｌｉ_αＮｉ_βＣｏ_γＡｌ_δＯ_２（０＜α≦１．２好ましくは１≦α≦１．２、β＋γ＋δ＝１、β≧０．６好ましくはβ≧０．７、γ≦０．２）なども挙げられ、特に、ＬｉＮｉ_βＣｏ_γＭｎ_δＯ_２（０．７５≦β≦０．８５、０．０５≦γ≦０．１５、０．１０≦δ≦０．２０）が挙げられる。より具体的には、例えば、ＬｉＮｉ_０．８Ｃｏ_０．０５Ｍｎ_０．１５Ｏ_２、ＬｉＮｉ_０．８Ｃｏ_０．１Ｍｎ_０．１Ｏ_２、ＬｉＮｉ_０．８Ｃｏ_０．１５Ａｌ_０．０５Ｏ_２、ＬｉＮｉ_０．８Ｃｏ_０．１Ａｌ_０．１Ｏ_２等を好ましく用いることができる。なおＮｉの含有量を高くすると（例えば０．６を超える）、電池のエネルギー密度を高くすることができるが、本発明はそのような場合でも有効である。

また、上述の（式Ａ）で表される化合物を２種以上混合して使用してもよく、例えば、ＮＣＭ５３２またはＮＣＭ５２３とＮＣＭ４３３とを９：１〜１：９の範囲（典型的な例として、２：１）で混合して使用することも好ましい。さらに、（式Ａ）においてＮｉの含有量が高い材料（ｘが０．４以下）と、Ｎｉの含有量が０．５を超えない材料（ｘが０．５以上、例えばＮＣＭ４３３）とを混合することで、高容量で熱安定性の高い電池を構成することもできる。

上記以外にも正極活物質として、例えば、ＬｉＭｎＯ_２、Ｌｉ_ｘＭｎ_２Ｏ_４（０＜ｘ＜２）、Ｌｉ_２ＭｎＯ_３、Ｌｉ_ｘＭｎ_１．５Ｎｉ_０．５Ｏ_４（０＜ｘ＜２）等の層状構造またはスピネル構造を有するマンガン酸リチウム；ＬｉＣｏＯ_２またはこれらの遷移金属の一部を他の金属で置き換えたもの；これらのリチウム遷移金属酸化物において化学量論組成よりもＬｉを過剰にしたもの；及びＬｉＦｅＰＯ_４などのオリビン構造を有するもの等が挙げられる。さらに、これらの金属酸化物をＡｌ、Ｆｅ、Ｐ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ａｇ、Ｂａ、Ｃａ、Ｈｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｌａ等により一部置換した材料も使用することができる。上記に記載した正極活物質はいずれも、１種を単独で、または２種以上を組合せて用いることができる。

また負極活物質は金属および／または金属酸化物ならびに炭素を負極活物質として含む。金属としては、例えば、Ｌｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ａｇ、Ｂａ、Ｃａ、Ｈｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｌａ、またはこれらの２種以上の合金等が挙げられる。また、これらの金属又は合金は２種以上混合して用いてもよい。また、これらの金属又は合金は１種以上の非金属元素を含んでもよい。

金属酸化物としては、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化リチウム、またはこれらの複合物等が挙げられる。本実施形態では、負極活物質として酸化スズもしくは酸化シリコンを含むことが好ましく、酸化シリコンを含むことがより好ましい。これは、酸化シリコンが、比較的安定で他の化合物との反応を引き起こしにくいからである。また、金属酸化物に、窒素、ホウ素および硫黄の中から選ばれる一種または二種以上の元素を、例えば０．１〜５質量％添加することもできる。こうすることで、金属酸化物の電気伝導性を向上させることができる。また、金属や金属酸化物を、たとえば蒸着などの方法で、炭素等の導電物質を用いて被覆することでも、同様に電気伝導度を向上させることができる。

炭素としては、例えば、黒鉛、非晶質炭素、ダイヤモンド状炭素、カーボンナノチューブ、またはこれらの複合物等が挙げられる。ここで、結晶性の高い黒鉛は、電気伝導性が高く、銅などの金属からなる負極集電体との接着性および電圧平坦性が優れている。一方、結晶性の低い非晶質炭素は、体積膨張が比較的小さいため、負極全体の体積膨張を緩和する効果が高く、かつ結晶粒界や欠陥といった不均一性に起因する劣化が起きにくい。

金属および金属酸化物は、リチウムの受容能力が炭素に比べて遥かに大きいことが特徴である。したがって、負極活物質として金属および金属酸化物を多く使用することで電池のエネルギー密度を改善することができる。高エネルギー密度を達成するため、負極活物質中の金属および／または金属酸化物の含有比率が高い方が好ましい。金属および／または金属酸化物は、多いほど負極全体としての容量が増加するので好ましい。金属および／または金属酸化物は、負極活物質の０．１質量％以上の量で負極に含まれることが好ましく、１質量％以上がより好ましく、１０質量％以上が更に好ましい。しかしながら、金属および／または金属酸化物は、炭素にくらべてリチウムを吸蔵・放出した際の体積変化が大きくなり、電気的な接合が失われる場合があることから、９９質量％以下、好ましくは９０質量％以下である。上述した通り、負極活物質は、負極中の充放電に伴いリチウムイオンを可逆的に受容、放出可能な材料であり、それ以外の結着剤などは含まない。

絶縁層は、耐熱性を有することが好ましく、エンジニアプラスチックなどの耐熱樹脂や、金属酸化物などの無機材料で構成される。これらの材料を絶縁性フィラーとして用い、絶縁性フィラーを結着する結着剤とを含む絶縁層を形成することも可能である。正極上に形成する絶縁層については、正極活物質として、ニッケル含有量が高いリチウムニッケル複合酸化物を含む正極に設置するばあいは、絶縁層の構成材料は、耐酸化性を有するものが好ましい。

無機材料としては、例えば、金属の酸化物や窒化物、具体的には、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化ケイ素（シリカ）、酸化チタン（チタニア）、酸化ジルコニウム（ジルコニア）、酸化マグネシウム（マグネシア）、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等が挙げられるが、溶融しないため、無機粒子として上記の結着剤と共に用いることが好ましい。有機粒子に比べ、無機粒子は耐酸化性を有するため好ましい。

有機材料としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンやシリコーンゴムなどが挙げられる。有機溶媒に溶融して塗工することが可能な材料については、無機粒子に比べ絶縁層の形成が容易である点で好ましい。また、有機材料は、比重が無機材料に比べ低いため、電池の重量を小さく出来る点で好ましい。

正極活物質、負極活物質、絶縁層に結着剤を用いる場合、特に正極活物質や正極に形成する絶縁層の結着剤については、耐酸化性に優れるものが好ましく、分子軌道計算で得られるＨＯＭＯ（Highest Occupied Molecular Orbit：最高被占軌道）の値が小さいものの方が好ましい。フッ素や塩素などハロゲンを含有するポリマーが耐酸化性に優れるため、本実施形態において使用される結着剤に適している。より具体的には、このような結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリヘキサフルオロプロピレン（ＰＨＦＰ）、ポリ三フッ化塩化エチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリパーフルオロアルコキシフルオロエチレンなどのフッ素または塩素を含有するポリオレフィンが挙げられる。

この他にも電極合剤層の結着に用いる結着剤を使用してもよい。

正極活物質、負極活物質、絶縁層を集電箔に塗工する際に用いる塗工液（スラリー）が水系の溶媒（結着剤の分散媒として水または水を主成分とする混合溶媒を用いた溶液）を使用する場合には、水系の溶媒に分散または溶解するポリマーを用いることができる。水系溶媒に分散または溶解するポリマーとしては、例えば、アクリル系樹脂が挙げられる。アクリル系樹脂としては、アクリル酸、メタクリル酸、アクリルアミド、メタクリルアミド、２‐ヒドロキシエチルアクリレート、２‐ヒドロキシエチルメタクリレート、メチルメタアクリレート、エチルヘキシルアクリレート、ブチルアクリレート等のモノマーを１種類で重合した単独重合体が好ましく用いられる。また、アクリル系樹脂は、２種以上の上記モノマーを重合した共重合体であってもよい。さらに、上記単独重合体及び共重合体の２種類以上を混合したものであってもよい。上述したアクリル系樹脂のほかに、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリエチレン（ＰＥ）等のポリオレフィン系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等を用いることができる。これらポリマーは、一種のみを単独で、あるいは二種以上を組み合わせて用いることができる。結着剤の形態は特に制限されず、粒子状（粉末状）のものをそのまま用いてもよく、溶液状あるいはエマルジョン状に調製したものを用いてもよい。二種以上の結着剤を、それぞれ異なる形態で用いてもよい。

塗工液は、上述した材料以外の材料を必要に応じて含有することができる。そのような材料の例として、後述する塗工液の増粘剤として機能し得る各種のポリマー材料が挙げられる。特に水系溶媒を使用する場合、上記増粘剤として機能するポリマーを含有することが好ましい。該増粘剤として機能するポリマーとしてはカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）やメチルセルロース（ＭＣ）が好ましく用いられる。

上記の正極活物質、負極活物質、絶縁性フィラー及び結着剤を溶媒に混合させる操作は、ボールミル、ホモディスパー、ディスパーミル（登録商標）、クレアミックス（登録商標）、フィルミックス（登録商標）、超音波分散機などの適当な混練機を用いて行うことができる。

絶縁層形成用塗工液を塗布する操作は、既存の一般的な塗布手段を特に限定することなく使用することができる。例えば、適当な塗布装置（グラビアコーター、スリットコーター、ダイコーター、コンマコーター、ディップコート等）を使用して、所定量の絶縁層形成用塗料を均一な厚さにコーティングすることにより塗布され得る。

その後、適当な乾燥手段で塗布物を乾燥（例えば１４０℃以下、例えば３０〜１１０℃）することによって、絶縁層形成用塗料中の溶媒を除去する。

本実施形態に係る電極は、突起形状を持つ集電箔に、活物質、結着剤及び溶媒を含む塗工液を塗布、乾燥後、プレスを行い、さらに絶縁層用の塗工液を塗布、乾燥し、必要に応じてプレスすることにより作製できる。ここで、集電箔に突起形状（突出部）を形成するには、前述のように、プレス機の表面に凸部を設け、そのプレス機で集電箔に穴開け加工（パンチング）する。加工後、活物質層となる合剤をダイコーター等で集電箔の両面全体に塗工する。図９（ａ）に活物質層１３０を集電箔１１０の両面に塗工した状態の電池用電極９００の断面を示す。パンチングによって先端に突出部１５０がある開口１２０が形成されている。図９の例では集電箔１１０の両側から交互にパンチングしているため、集電箔の面に対して上下に交互に突出部１５０が形成されている。図９では突出部の大きさを、集電箔の他の部分に比べて強調して示している。なお開口１２０を形成したことで集電箔１１０が凹凸になるため、活物質層１３０の両面に窪み１４０が生じる。開口部は根本の部分で１０μｍ〜１００μｍ程度で先端部分で５μｍ〜５０μｍ程度、穴の間隔は１００μｍから５００μｍ程度が電解液の含浸性を高めつつ、集電箔の強度を維持する上で好ましい。

穴開け加工では多数の突出部を形成するため、開口の形状を完全に揃えるのは難しく、所々に活物質層１３０から飛び出した突出部１５３が発生することがある。そのため図９（ｂ）に示すように、活物質層１３０上に絶縁層１７０を塗工して突出部１５３を被覆して、隣接する電極との間の短絡を防ぐことができる。このように、活物質層１３０上に絶縁層１７０を塗工して形成した場合にも、一般的なセパレータ部材を別部材として構成した場合と同様に活物質層全体への電解液の浸透を促進することができる。

上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
開口を複数設けた開口形成部を備えた集電体であって、前記開口の先端には突出部が形成され、前記開口形成部は一部の箇所でのみ前記集電体の端面に達し、それ以外の箇所では前記端面に達していないことを特徴とする集電体。
（付記２）
前記開口形成部は複数の箇所で前記端面に達している付記１に記載の集電体。
（付記３）
前記開口形成部が十字形状を呈する付記１または２に記載の集電体。
（付記４）
前記開口形成部がストライプ状である付記１または２に記載の集電体。
（付記５）
前記開口形成部のうち、前記端面に達している部分の長さは、前記開口形成部が前記端面に達している集電体の辺の長さの１０％以上である付記１から４のいずれか一項に記載の集電体。
（付記６）
前記開口形成部のうち、前記端面に達している部分の長さは、前記開口形成部が前記端面に達している集電体の辺の長さの８０％以下である付記１から４のいずれか一項に記載の集電体。
（付記７）
前記開口形成部のうち、前記端面に達している部分の長さは、前記開口形成部が前記端面に達している集電体の辺の長さの２０％以上である付記１から６のいずれか一項に記載の集電体。
（付記８）
前記開口形成部のうち、前記端面に達している部分の長さは、前記開口形成部が前記端面に達している集電体の辺の長さの６０％以下である付記１から６のいずれか一項に記載の集電体。
（付記９）
前記開口形成部は、前記集電体の正極リード部または負極リード部を設けない側で前記端面に達している付記１から８のいずれか一項に記載の集電体。
（付記１０）
正極リード部または負極リード部になる部分及びその周辺には前記開口形成部を設けない付記１から９のいずれか一項に記載の集電体。
（付記１１）
前記開口形成部が前記端面に達する位置が正極と負極で重なる付記１から１０のいずれか一項に記載の集電体を備えた電池。
（付記１２）
前記正極と負極で前記開口形成部の形状が、積層体を形成した際に一致する付記１１に記載の電池。
（付記１３）
前記開口形成部の開口が、前記端面にかかっている付記１から１２のいずれか一項に記載の集電体。
（付記１４）
前記開口形成部の開口が、前記端面にかかっておらず、前記開口と前記端面の間に周縁部を有する付記１から１２のいずれか一項に記載の集電体。
（付記１５）
前記周縁部の幅は電解液の含侵を妨げない程度の幅である付記１４に記載の集電体。
（付記１６）
前記集電体を構成する活物質層上に絶縁層を形成した付記１から１５のいずれか一項に記載の集電体。

以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。

この出願は、２０１７年９月２１日に出願された日本出願特願２０１７−１８１４３８を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１０リチウムイオン二次電池
１００集電箔
１０３、５０３端面
１２０開口
１３０活物質層
１４０窪み
１５０、１５３突出部
１７０絶縁層
２１０平坦部
２１５リード部
２０２、２０４、２２３、５０２開口形成部
２４０開口
４００電池素子
５００集電体
５０１集電体シート
７００負極
７１０負極活物質形成部
７２０負極活物質未形成部
８００正極
８１０正極活物質形成部
８２０正極活物質未形成部
９００電池用電極

Claims

開口を複数設けた開口形成部を備えた集電体であって、前記開口の先端には突出部が形成され、前記開口形成部は一部の箇所でのみ前記集電体の端面に達し、それ以外の箇所では前記端面に達していない集電体を有する電池であって、
前記開口形成部が前記端面に達する位置が正極と負極で重なっている、電池。
前記開口形成部は複数の箇所で前記端面に達している請求項１に記載の電池。
前記開口形成部が十字形状を呈する請求項１または２に記載の電池。
前記開口形成部がストライプ状である請求項１または２に記載の電池。
前記開口形成部のうち、前記端面に達している部分の長さは、前記開口形成部が前記端面に達している集電体の辺の長さの１０％以上または８０％以下である請求項１から４のいずれか一項に記載の電池。
前記開口形成部のうち、前記端面に達している部分の長さは、前記開口形成部が前記端面に達している集電体の辺の長さの２０％以上または６０％以下である請求項１から４のいずれか一項に記載の電池。
前記開口形成部は、前記集電体の正極リード部または負極リード部を設けない側で前記端面に達している請求項１から６のいずれか一項に記載の電池。
正極リード部または負極リード部になる部分及びその周辺には前記開口形成部を設けない請求項１から７のいずれか一項に記載の電池。
前記正極と負極で前記開口形成部の形状が、積層体を形成した際に一致する請求項１から８のいずれか一項に記載の電池。
開口を複数設けた開口形成部を備えた集電体であって、前記開口形成部が十字形状を呈し、前記開口の先端には突出部が形成され、前記開口形成部は一部の箇所でのみ前記集電体の端面に達し、それ以外の箇所では前記端面に達していないことを特徴とする集電体。
前記開口形成部は複数の箇所で前記端面に達している請求項１０に記載の集電体。
前記開口形成部のうち、前記端面に達している部分の長さは、前記開口形成部が前記端面に達している集電体の辺の長さの１０％以上または８０％以下である請求項１０または１１に記載の集電体。
前記開口形成部のうち、前記端面に達している部分の長さは、前記開口形成部が前記端面に達している集電体の辺の長さの２０％以上または６０％以下である請求項１０または１１に記載の集電体。
前記開口形成部は、前記集電体の正極リード部または負極リード部を設けない側で前記端面に達している請求項１０から１３のいずれか一項に記載の集電体。
正極リード部または負極リード部になる部分及びその周辺には前記開口形成部を設けない請求項１０から１４のいずれか一項に記載の集電体。