JP7008247B2

JP7008247B2 - 電極板及び二次電池

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Publication number: JP7008247B2
Application number: JP2017234537A
Authority: JP
Inventors: 光宏吉永
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-12-06
Filing date: 2017-12-06
Publication date: 2022-02-10
Anticipated expiration: 2037-12-06
Also published as: JP2019102361A

Description

本開示は、電極板及び二次電池に関する。

電気自動車（ＥＶ：ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ：ＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）、プラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ：Ｐｌｕｇ－ｉｎＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）等の駆動用電源として、非水電解質二次電池等の二次電池が使用されている。これらの二次電池は、金属箔からなるシート状の芯体の表面に活物質を含んだ活物質層が形成された正極板及び負極板を備える。

特に、電気自動車、ハイブリッド電気自動車等に用いられる二次電池には、更なる体積エネルギー密度の増加が求められている。二次電池の体積エネルギー密度を増加させるために、活物質層の充填密度を高める方法が提案されている。例えば、芯体上に形成された活物質層をロールプレス機等を用いて圧縮処理することにより、活物質層の充填密度が高密度にされる。

しかしながら、芯体上に形成された活物質層を圧縮処理した場合、活物質層のみでなく、芯体も強く圧縮される。それにより、芯体が圧延される。

圧縮処理について、電極板の端部に活物質層が形成されていないタブ部などの芯体露出部が存在すると、その芯体露出部は、活物質層が形成された部分（活物質層形成部）に比べて厚みが小さいために、活物質層形成部に比べて大きな加重が加わらない。そのため、芯体における活物質層形成部は延伸するものの、芯体露出部はほとんど延伸しない。すなわち、芯体において活物質層形成部と芯体露出部との間に延伸量の差が生じる。その延伸量の差により、芯体に皺や亀裂が発生したり、電極板が湾曲する場合がある。

この問題に対処するために、特許文献１に記載の圧縮処理では、電極板の芯体における芯体露出部を予め延伸させた後、電極板の芯体をロールプレスすることが行われている。これにより、亀裂などの発生が抑制された信頼性が高い電極板が作製され、その電極板を使用することによって信頼性が高い二次電池を実現している。

特開２０１４－２２０１１３号公報

本願発明は、より信頼性の高い電極板及びそれを用いた二次電池を提供することを課題とする。

上述の課題を解決するために、本開示の一態様によれば、
本体部及び前記本体部から突出するタブ部を備えるシート状の芯体と、
前記芯体の本体部上に設けられた活物質層と、を有し、
前記タブ部と前記活物質層の両方に跨るように、前記タブ部と前記活物質層との境界に切欠き部が形成されている、電極板が提供される。

また、本開示の別態様によれば、
上述に記載の電極板と、
前記電極板を収容する外装体と、を備える、二次電池が提供される。

本開示によれば、より信頼性の高い電極板及び二次電池を提供することができる。

本開示の一実施形態に係る電極板に使用される、活物質層が形成された帯シート状の芯体の平面図図１のＡ―Ａ線に沿った芯体の断面図タブ部が形成された帯シート状の芯体の平面図切欠き部が形成された帯シート状の芯体の平面図活物質層の圧縮工程を示す図帯シート状の芯体を切断することによって作製された複数の電極板を示す図タブ部の拡大図二次電池の断面図負極板を示す図別の実施形態に係る電極板の部分拡大図別の実施形態に係る電極板の部分拡大図別の実施形態に係る電極板の部分拡大図別の実施形態に係る電極板の部分拡大図異なる実施形態に係る電極板の部分拡大図

本開示の実施形態に係る電極板及び二次電池を、非水電解質二次電池を例に挙げて説明する。なお、本開示は以下の形態に限定されない。

本開示の一実施形態に係る二次電池に使用される電極板（例えば正極板）は、概略すれば、例えば以下の手順で作製される。

まず、図１及び図２に示すように、帯シート状の芯体１０の両面に、部分的に活物質層（正極活物質層）１２が形成される。なお、図２は、図１のＡ－Ａ線に沿った断面図である。また、理解を容易にするために、図面にはＸ－Ｙ－Ｚ座標系が示されている。

具体的には、図１及び図２に示すように、帯シート状の芯体１０の両面それぞれにおける幅方向（Ｙ軸方向）の両側部分（芯体露出部）１０ａを残して、幅方向の中央部分（活物質層形成部）１０ｂに活物質層１２が形成される。なお、平面図における活物質層には、クロスハッチングが施されている。

活物質層１２が形成された後、必要であれば、芯体露出部１０ａにおける活物質層１２側に、保護層１４が部分的に形成される。なお、平面図における保護層には、ドットハッチングが施されている。

保護層１４が形成された後、図３に示すように、活物質層１２が形成されていない芯体露出部１０ａを部分的にカットして複数のタブ部１０ｃを形成する。複数のタブ部１０ｃは、帯シート状の芯体１０の長手方向（Ｘ軸方向）に間隔をあけて並んでいる。

複数のタブ部１０ｃが形成された後、図４に示すように、複数のタブ部１０ｃそれぞれと活物質層１２（活物質層形成部１０ｂ）との境界に、貫通穴状の切欠き部１０ｄが形成される。本実施形態の場合、タブ部１０ｃ（具体的にはタブ部上の保護層１４）と活物質層１２の両方を跨ぐように、切欠き部１０ｄが境界に形成される。なお、この切欠き部１０ｄを形成した理由については後述する。

切欠き部１０ｄが形成された後、芯体１０上に形成された活物質層１２を圧縮する圧縮工程が行われる。例えば、図５に示すように、芯体１０を、ロールプレス機の一対のプレスローラＲＡ、ＲＢによって芯体１０の厚み方向（Ｚ軸方向）に所定のプレス圧で挟持しつつ芯体１０の長手方向（Ｘ軸方向）に搬送することにより、芯体１０上の活物質層１２が圧縮される。その結果として、活物質層１２の充填密度が増加する。

活物質層１２の圧縮が完了した後、図６に示すように、帯シート状の芯体１０（活物質層形成部１０ｂ）を複数個所でその幅方向（Ｙ軸）に切断することにより（切断線ＣＬに沿って切断することにより）、複数の電極板（正極板）２０が作製される。具体的には、本体部１０ｅ及び該本体部１０ｅから突出するタブ部１０ｃを備えるシート状の芯体１０と、芯体１０の本体部１０ｅ上に設けられた活物質層１２とを有する電極板（正極板）２０が作製される。すなわち、電極板２０の本体部１０ｅは、帯シート状の芯体１０の活物質層形成部１０ｂを複数に分断することによって作製された矩形シート状の芯体１０から構成されている。また、保護層１４が、活物質層１２に隣接するようにタブ部１０ｃの根元部分を覆っている。

ここからは、活物質層１２の圧縮処理を行う前に、図４に示すように、タブ部１０ｃと活物質層１２との境界に切欠き部１０ｄを形成する理由について説明する。

発明者らは、活物質層の充填密度をより高密度にするために芯体のプレス処理（活物質層の圧縮処理）におけるプレス圧（圧縮圧）をより大きくすると、芯体におけるタブ部と活物質層（活物質層形成部）との境界近傍（すなわちタブ部の根元部分）に亀裂が発生することがあることを見出した。発明者らはまた、その対処としてその境界に切欠き部を形成することを考えた。

タブ部を形成した後に芯体をプレス処理した場合、活物質層が形成された芯体の部分（活物質層形成部）とタブ部は、その厚みが異なるために、異なる延伸量で延伸する。具体的に説明すると、タブ部は、活物質層が形成されていないために、活物質層形成部に比べて厚みが小さい。タブ部に保護層が形成されていても、保護層の厚みが活物質層の厚みに比べて小さいために、タブ部の厚みは活物質層形成部の厚みに比べて小さい。

このような厚みの違いにより、プレス処理中において、芯体の活物質層形成部にプレス圧が加わり、タブ部にはほとんどプレス圧が加わらない。その結果として、活物質層形成部がタブ部に比べて大きな延伸量で延伸する。この延伸量の違いによって活物質層形成部とタブ部との境界近傍にせん断応力が発生し、そのせん断応力が弾性限界を超えると境界近傍にしわ、湾曲、あるいは亀裂等が発生しうる。

ただし、実際には芯体の活物質層形成部とタブ部との境界近傍にシワ、湾曲、あるいは亀裂等は発生しにくく、その理由は、活物質層形成部と一つのタブ部との間の境界の長さが短いためと考えられる。また、理由として、活物質層形成部の延伸方向（芯体の搬送方向）に複数のタブ部が間隔をあけて設けられているために、タブ部がない位置で歪みが解放されることも考えられる。これらの結果として、活物質層形成部とタブ部との境界近傍に、亀裂等を発生させる程度にせん断応力が集中しにくいと考えられる。

ところが、発明者らが電極板（二次電池）の開発を行うなかで、芯体の活物質層形成部とタブ部との境界近傍に亀裂が発生することがあった。特に、プレス処理後の活物質層の充填密度が３．５８ｇ／ｃｍ^３以上であってタブ部の幅が１０ｍｍ以上である場合に、亀裂が顕著に発生することがあった。すなわち、活物質層への圧縮圧がより高圧になって活物質層形成部とタブ部との境界の長さ（すなわちタブ部の幅）がより大きくなると亀裂が顕著に発生することがあった。

なお、タブ部の幅を１０ｍｍよりも小さくすることによってタブ部の根元部分に亀裂が発生することをある程度抑制できるものの、タブ部の幅が小さくなりすぎると電気抵抗値が大きくなるため好ましくない。

そこで、発明者らは、芯体のプレス処理（活物質層の圧縮処理）の前に芯体のタブ部と活物質層形成部との境界に切欠き部を形成し、その切欠き部の形成後にプレス処理を行うと、タブ部と活物質層形成部との境界近傍での亀裂等の発生を効果的に抑制できることを見出した。

本開示の実施の形態に係る正極板の作製方法について、さらに詳細に説明する。

［正極活物質層スラリーの作製］
正極活物質としてのリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、導電剤としての炭素材料、及び分散媒としてのＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）をリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物：ＰＶｄＦ：炭素材料の質量比が９７．５：１：１．５となるように混練し、正極活物質層スラリーを作製する。なお、正極活物質層中の正極活物質の含有割合は９５質量％以上とすることが好ましく、９９質量％以下とすることが好ましい。また、正極活物質層中の結着剤の含有割合は０．５質量％以上とすることが好ましく、３質量％以下とすることが好ましい。

［保護層スラリーの作製］
アルミナ粉末、導電剤としての黒鉛、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）と分散媒としてのＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）を、アルミナ粉末：黒鉛：ＰＶｄＦの質量比が８３：３：１４となるように混練し、保護層スラリーを作製する。なお、保護層中の結着剤の含有割合は、５質量％以上であることが好ましく、８質量％以上であることがより好ましく、１０質量％以上であることが更に好ましい。保護層は結着剤のみから構成されてもよいが、アルミナ、ジルコニア、チタニア及びシリカ等のセラミック粒子を含むことが好ましい。保護層には正極活物質が含まれないことが好ましい。保護層に正極活物質が含まれる場合であっても、その含有割合は５質量％以下とすることが好ましく、１質量％以下とすることがより好ましい。

［活物質層形成工程・保護層形成工程］
正極板用の芯体としての厚み１５μｍのアルミニウム箔の両面それぞれに、正極活物質層スラリー及び保護層スラリーをダイコータによって塗布する。なお、芯体の厚みは、１０～２０μｍであってもよい。ただし、芯体が薄くなると、タブ部の根元部分に亀裂が発生しやすくなると想定される。

具体的には、芯体の幅方向の中央部分（活物質層形成部）に正極活物質層スラリーが塗布され、その塗布された正極活物質層スラリーの幅方向の両端それぞれに保護層スラリーが塗布される。なお、一つのダイコータのダイヘッド内部の吐出口近傍において正極活物質層スラリー及保護層スラリーを合流させ、正極活物質層スラリーと保護層スラリーを同時に芯体上に塗布してもよい。

正極活物質層スラリー及び保護層スラリーが塗布された芯体を乾燥させ、それによりスラリー中のＮＭＰを除去する。これにより正極活物質層及び保護層が芯体上に形成される。なお、正極活物質層の厚みは、保護層の厚みに比べて大きく、例えば、正極活物質層の厚みは５０～１００μｍであり、保護層の厚みは５～１０μｍ程度である。

［タブ部形成工程・切欠き部形成工程］
タブ部や切欠き部を形成するための芯体のカットは、例えば、レーザ等のエネルギー線を芯体に照射することによって行われる。代わりとして、プレス打ち抜き加工によってタブ部や切欠き部を形成してもよい。なお、タブ部と切欠き部が同時に形成されてもよく、異なるタイミングで形成されてもよい。また、タブ部と切欠き部が異なる方法で形成されてもよい。

［活物質層圧縮工程］
例えば、タブ部及び切欠き部が形成された正極板用の帯シート状の芯体が、ロールプレス機の一対のプレスローラ間に芯体の長手方向に搬送されて所定のプレス圧で挟持される。これにより、芯体上の活物質層が圧縮され、その結果として、活物質層の充填密度が高密度にされる。なお、正極活物質層１ｂの充填密度は、３．５８ｇ／ｃｍ^３以上とすることが好ましい。

［分断工程］
活物質層圧縮工程を経た芯体は、複数個所で幅方向に切断される。これにより、複数の正極板が完成する。

このような正極板の作製方法によれば、タブ部と活物質層との境界に切欠き部を形成することにより、その境界近傍に亀裂が発生することが抑制される。切欠き部によって亀裂の発生が抑制される効果が得られる理由は次のように推察される。

正極板の芯体は、プレス処理により延伸される。しかし、その延伸量は、芯体の部分によって異なる。まず、活物質層が設けられているために厚みが大きい芯体の活物質層形成部は活物質層が設けられていないために厚みが小さいタブ部に比べて大きく延伸し、タブ部はほとんど延伸しない。すなわち、タブ部と活物質層形成部との間に大きな延伸量の差が生じる。

また、芯体の活物質層形成部においても、部分によって延伸量が異なる。具体的には、タブ部に隣接する部分とタブ部に隣接しない部分とで延伸量が異なる。すなわち、タブ部に隣接する部分では、ほとんど延伸しないタブ部と接続しているために、延伸が制限され、その結果として、タブ部に隣接しない部分に比べて延伸量が小さい。しかし、芯体の活物質層形成部において、タブ部に隣接する部分とタブ部に隣接しない部分には同じプレス圧が加わっているので、延伸が制限されているタブ部に隣接する部分に内部応力が集中する。

タブ部と活物質層形成部との間の大きな延伸量の差と、活物質層形成部におけるタブ部に隣接する部分での内部応力の集中とにより、タブ部と活物質層形成部との境界近傍にせん断応力が発生する。このせん断応力は、芯体へのプレス圧が大きくなればなるほど大きくなる。

タブ部と活物質層（活物質層形成部）との境界に設けた切欠き部は、その境界近傍に発生するせん断力を小さくする役割をする。すなわち、切欠き部により、タブ部と活物質層形成部との境界の長さが実質的に短くなり、それによりタブ部によって引き起こされる活物質層形成部におけるタブ部に隣接する部分に対する延伸の制限が低減される。その結果として、タブ部に隣接する部分への内部応力の集中が抑制され、タブ部と活物質層との境界に発生するせん断力を亀裂等が発生しない程度に小さくすることができる。

なお、図７に示すように、正極板２０において、切欠き部１０ｄは、タブ部１０ｃが突出する本体部１０ｅ（活物質層形成部１０ｂ）の縁１０ｆの延在方向（Ｘ軸方向）（ロールプレス機での帯シート状の芯体１０の搬送方向）に長い形状が好ましい。すなわち、切欠き部１０ｄは、タブ部１０ｃと活物質層との境界に対して平行な長軸を備えるのが好ましい。これにより、切欠き部１０ｄの開口面積が同一である場合、タブ部１０ｃの突出方向（Ｙ軸方向）に平行な長軸を備える場合に比べて、タブ部１０ｃと活物質層形成部１０ｂとの境界をより短くすることができ、その結果として、活物質層の圧縮工程において境界近傍での亀裂の発生をより抑制することができる。

また、図７に示すように、正極板２０において、タブ部１０ｃの幅Ｗ１は１２ｍｍ～３０ｍｍが好ましい。正極板２０（芯体１０）の圧縮工程中、タブ部１０ｃの幅Ｗ１が小さくなればなるほど、亀裂は発生しにくい。しかしながら、タブ部１０ｃの幅Ｗ１が小さくなればなるほど、タブ部１０ｃでの電気抵抗が大きくなる。切欠き部１０ｄを設けることにより、電気抵抗の増加を抑制しつつ、亀裂の発生を抑制することができる。

さらに、切欠き部１０ｄの長さ（タブ部幅方向のサイズ）Ｗ２は、タブ部１０ｃの幅Ｗ１に対して１／２～４／５であるのが好ましい。切欠き部１０ｄの長さＷ２が大きすぎると、タブ部１０ｃと本体部１０ｅとの間の電気抵抗が大きくなりすぎ、ダブ部１０ｂと本体部１０ｅとの間で溶断が発生する可能性がある。一方、切欠き部１０ｄの長さＷ２が小さすぎると、上述したような亀裂発生を抑制する効果（せん断力を小さくする効果）が小さくなり、活物質層の圧縮工程中にタブ部１０ｃと本体部１０ｅとの間で破断が発生する可能性がある。したがって、切欠き部１０ｄの長さＷを適切に選択する必要がある。

さらにまた、一枚の正極板２０において設けられるタブ部１０ｃは一つのみ設けられることが好ましい。また、正極板２０を二次電池の積層型電極体に使用するために、活物質層１２が形成された正極板２０の本体部１０ｅは平坦であることが好ましい。

以上のような構成によれば、電極板（正極板）は、より高い信頼性を備えることができる。

ここからは、上述の電極板（正極板）を使用した、本開示の実施形態に係る二次電池について説明する。

［二次電池の製造方法］
上述の正極板を用いた二次電池（角形二次電池）の製造方法について、図８を参照しながら説明する。図８は、本開示の実施の形態に係る二次電池の断面図である。

［負極板の作製］
負極活物質としての黒鉛、結着剤としてのスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、及び水を含む負極活物質層スラリーを作製する。この負極活物質層スラリーを、負極板用の芯体としての厚み８μｍの矩形状の銅箔の両面それぞれに部分的に塗布する。そして、これを乾燥させることにより、負極活物質層スラリー中の水を取り除き、負芯体上に負極活物質層を形成する。その後、負極活物質層を所定厚みになるように圧縮処理を行う。圧縮処理が行われた芯体を、タブ部が形成されるように部分的にカットすることにより、図９に示すように、本体部３０ａと本体部３０ａから突出するタブ部３０ｂを備える芯体３０と、本体部３０ａ上に設けられた負極活物質層３２とを有する負極板４０が作製される。

［電極体の作製］
上述の方法で作成した複数の正極板２０と複数枚の負極板４０を、ポリオレフィン製のセパレータ（図示せず）を介して積層し、図８に示す積層型電極体５０が作製される。正極板２０及び負極板４０それぞれは湾曲せずに、平坦な状態で維持されている。積層型電極体５０は、その一方の端部から突出する正極タブ部５０ａと負極タブ部５０ｂとを備える。正極タブ部５０ａは、複数の正極板２０のタブ部１０ｃが重なることによって構成されている。負極タブ部５０ｂは複数の負極板４０のタブ部３０ｂが重なることによって構成されている。

なお、積層型電極体５０において、セパレータの形状は特に限定されない。平坦なセパレータを複数枚用いてもよい。また、正極板及び負極板の一方を内部に収容する袋状のセパレータを用いてもよい。あるいは、帯状のセパレータを九十九折りし、その九十九折りによって形成された複数のすきまに、正極板と負極板とを交互に配置してもよい。

［封口体の組立て］
図８に示すように、二次電池１００の封口板５２は正極端子取り付け孔５２ａ及び負極端子取り付け５２ｂを備える。

図８に示すように、正極端子取り付け孔５２ａに重なるように、封口板５２に対して電池内部側に絶縁部材５４及び正極集電体５６が配置される。また、正極端子取り付け孔５２ａに重なるように、封口板５２に対して電池外部側に絶縁部材５８が配置される。そして、絶縁部材５８、絶縁部材５４、及び正極集電体５６のそれぞれに設けられた貫通孔に、電池外部側から正極端子６０が挿入され、正極端子６０の先端が正極集電体５６にかしめ固定される。なお、かしめ固定された正極端子６０の先端を正極集電体５６に溶接してもよい。

同様に、負極端子取り付け孔５２ｂに重なるように、封口板５２に対して電池内部側に絶縁部材６２及び負極集電体６４が配置される。また、負極端子取り付け孔５ｂに重なるように、封口板５２に対して電池外部側に絶縁部材６６が配置される。そして、絶縁部材６６、絶縁部材６２、及び負極集電体６４のそれぞれに設けられた貫通孔に、電池外部側から負極端子６８が挿入され、負極端子６８の先端が負極集電体６４にかしめ固定される。なお、かしめ固定された負極端子６８の先端を負極集電体６４に溶接してもよい。

［タブ部と集電体の接続］
積層型電極体５０の正極タブ部５０ａが正極集電体５６に溶接され、負極タブ部５０ｂが負極集電体６４に溶接される。なお、これらの溶接として、抵抗溶接、レーザ溶接、超音波溶接等を用いることができる。

［二次電池の組立て］
絶縁シート７０で覆われた積層型電極体５０が有底角筒状の外装体７２に収容される。その後、外装体７２と封口板５２との間を溶接することにより、外装体７２の開口を封口板５２によって封口する。その後、封口板５２に設けられた電解液注液孔５２ｃを介して、電解質及び溶媒を含む非水電解液が、外装体７２内に注入される。その後、電解液注液孔５２ｃを封止栓７４によって封止する。

なお、封口板５２には、電池内部の圧力が所定値を超えたときに破断し、それにより電池内部のガスを外部へ排出するガス排出弁７６が設けられている。また、正極板２０と正極端子６０との間の導電経路又は負極板４０と負極端子６８との間の導電経路に、電流遮断機構を設けてもよい。電流遮断機構は、電池内部の圧力が所定値を超えたときに作動し、導電経路を切断するものが好ましい。この場合、電流遮断機構の作動圧は、ガス排出弁の作動圧に比べて低く設定される。

また、上述の二次電池１００における負極板４０には、図９に示すように、切欠き部が形成されていない。しかし、負極板４０にも、正極板２０と同様に、そのタブ部３０ｂと負極活性層３２が形成されている本体部３０ａとの境界に切欠き部を形成してもよい。ただし、切欠き部は正極板に適用することが特に有効である。特に、圧縮処理後の充填密度が３．５８ｇ／ｃｍ^３以上の正極活物質層を有する正極板に適用することが有効である。

より信頼性が高い正極板を使用することにより、二次電池はより高い信頼性を備えることができる。

以上、上述の実施形態を挙げて本開示に係る電極板と、その電極板を使用する二次電池を説明したが、本開示に係る実施形態は、上述の実施形態に限定されない。

例えば、上述の実施形態の場合、図６に示すように、電極板（正極板）２０におけるタブ部１０ｃの根元部分が保護層１４によって覆われている。例えば、二次電池の積層型電極体において、切欠き部が形成された電極板におけるタブ部の根元部分がセパレータに接触する可能性がある場合、この保護層が役に立つ。すなわち、切欠き部がタブ部上の保護層と活物質層の両方に跨るように形成されていることが役に立つ。このような可能性がある場合、保護層がなければ、タブ部側の切欠き部のエッジ、すなわち金属である芯体の鋭いエッジが、セパレータを貫通し、そのセパレータを挟んで対向する他の異極性の電極板に接触するおそれがある。保護層が切欠き部のエッジを覆うことにより、このおそれが低減する。また、保護層により、応力が集中しやすい切欠き部の端での亀裂の発生が抑制される。なお、切欠き部のエッジがセパレータを貫通するおそれや切欠き部の端での亀裂発生の可能性がほとんどない場合、保護層を省略することができる。

また、電極板に形成される切欠き部は、様々な形態が可能である。図１０～図１３は、別の実施形態に係る電極板の部分拡大図であって、様々な形態の切欠き部を示している。なお、図１０～１３に示す電極板は、切欠き部の形態を除いて、上述の実施形態と同一の構成である。

図１０に示す電極板２２０において、切欠き部２１０ｄは、図７に示す上述の実施形態に係る電極板２０における矩形状の切欠き部１０ｄとは異なり、三角形状である。具体的には、頂点がタブ部１０ｃにあって底辺が活物質層１２（本体部１０ｅ）にある三角形状である。

三角形状の底辺長さが図７に示す上述の実施形態の切欠き部１０ｄの長さＷ２と同一である場合、電極板２２０の切欠き部２１０ｄは、切欠き部１０ｄと同様に亀裂等の発生を抑制することができるとともに、切欠き部１０ｄに比べてタブ部１０ｃと本体部１０ｅとの間での電気抵抗の増加（切欠き部を形成することによって引き起こされる増加）を抑制することができる。すなわち、矩形状の切欠き部１０ｄの場合に比べて、三角形状の切欠き部２１０ｄの場合、タブ部１０ｃと本体部１０ｅとの境界長さ（接続長さ）が大きいために、電気抵抗が小さい。なお、電気抵抗を小さくするために、すなわち接続長さを大きくするために、切欠き部２１０ｄの三角形状において、高さは底辺長さに比べて小さいのが好ましい。

図１１に示す電極板３２０において、切欠き部３１０ｄは、タブ部１０ｃと活物質層１２（本体部１０ｅ）との境界上に並んで配置された複数の円形穴である。円形穴の数は４個以上が好ましく、その円形穴の直径サイズは、上述の実施形態における切欠き部１０ｄの長さＷ２の１／４以下が好ましい。これにより、図７に示す実施形態の切欠き部１０ｄとほぼ同程度に亀裂等の発生を抑制することができるとともに、切欠き部１０ｄに比べてタブ部１０ｃと本体部１０ｅとの間での電気抵抗の増加を抑制することができる。

図１２に示す電極板４２０において、切欠き部４１０ｄの端は、円弧状である。円弧状であるために、切欠き部４１０ｄの端に応力が集中しにくい。その結果、切欠き部の端での亀裂の発生が抑制される。

図１３に示す電極板５２０において、切欠き部５１０ｄは、両端がＶ字状である。具体的には、中点がタブ部１０ｃにあって両端が活物質層１２（本体部１０ｅ）にあるＶ字状である。この場合、図１０に示す三角形状の切欠き部２１０ｄと同様に亀裂等の発生と電気抵抗の増加を抑制することができる。また、Ｖ字状である場合、三角形状である場合に比べて、切欠き部の形成によってカットされる活物質の量が少ない。

さらに、図１４に示す異なる実施形態に係る電極板６２０のように、タブ部１０ｃと本体部１０ｅとの間に形成されるコーナー部１０ｇはＲ状コーナー部であってもよい。このＲ状コーナー部により、タブ部１０ｃと本体部１０ｅとの境界近傍にせん断力が発生する（応力が集中する）ことが抑制される。なお、図７、図１０～図１３に示す形態の電極板２０、２２０、３２０、４２０、５２０におけるタブ部１０ｃと本体部１０ｅとの間のコーナー部も、Ｒ状コーナー部であってもよい。

さらにまた、上述の実施形態の場合、電極板に形成される切欠き部は、芯体を貫通する貫通穴であるが、ノッチ状の切欠き部であってもよい。

さらに、本開示の実施形態に係る電極板における芯体は、非多孔性の金属箔であればよく、また好ましい。特に、正極板用の芯体としては、アルミニウム箔あるいはアルミニウム合金箔であることが好ましい。負極板用の芯体としては、銅箔あるいは銅金属箔であることが好ましい。

本開示の実施の形態に係る正極板としての電極板に使用される正極活物質は、リチウム遷移金属複合酸化物が好ましい。特にニッケル、コバルト及びマンガンの少なくとも一種を含有するリチウム遷移金属複合酸化物が好ましい。

本開示の実施の形態に係る負極板としての電極板に使用される負極活物質は、リチウムイオンの吸蔵・放出が可能な材料であればよい。リチウムイオンの吸蔵・放出が可能な材料としては、黒鉛、難黒鉛性炭素、易黒鉛性炭素、繊維状炭素、コークス及びカーボンブラック等の炭素材料が挙げられる。非炭素系材料としては、シリコン、スズ、及びそれらを主とする合金や酸化物などが挙げられる。炭素材料と非炭素材料を混合してもよい。

電極板の活物質層及び保護層に含まれる結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミイミド、ポリアクリルニトリル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸ヘキシル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸ヘキシル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリエーテル、ポリエーテルサルフォン、ヘキサフルオロポリプロピレン、スチレンブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、アクリルゴム、アクリレート系結着剤（アクリル酸のエステル又は塩）等を用いることができる。なお、これらを単独で用いてもよいし、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。活物質層に含まれる結着剤と保護層に含まれる結着剤は同じであってもよいし、異なるものであってもよい。また、結着剤は樹脂製であることが好ましい。

保護層中に含まれる結着剤の保護層に対する質量割合は、５質量％以上とすることが好ましく、１０質量％以上とすることがより好ましい。保護層中に含まれる結着剤の保護層に対する質量割合は、９５質量％以下であることが好ましい。但し、保護層が結着剤のみから構成されてもよい。但し、保護層は、セラミック粒子として、アルミナ、ジルコニア、チタニア及びシリカの少なくとも一つを含有することが好ましい。

また、本明細書においては、二次電池の電極板の製造方法も開示しており、具体的には、
本体部及び前記本体部から突出するタブ部を備えるシート状の芯体と、前記芯体の本体部上に設けられた活物質層とを有する二次電池用の電極板の製造方法であって、
前記芯体に前記活物質層を形成し、
前記タブ部と前記活物質層の両方に跨るように、前記タブ部と前記活物質層との境界に切欠き部を形成し、
前記切欠き部が形成された芯体上の活物質層を圧縮する、電極板の製造方法を開示している。

このような二次電池用の電極板の製造方法によれば、切欠き部により、活物質層の圧縮中にタブ部の根元に亀裂等が発生することが抑制される。その結果として、より信頼性が高い電極板を作製することができる。また、このような電極板を使用する二次電池はより高い信頼性を備えることができる。

以上のように、本開示における技術の例示として、実施形態を説明した。そのために、添付図面及び詳細な説明を提供した。したがって、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上述の技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、上述の実施形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略等を行うことができる。

例えば、本開示の実施の形態は、積層型電極体に使用される電極板に限らず、巻回型の電極体に使用される電極板にも適用可能である。

１０芯体
１０ｃタブ部
１０ｄ切欠き部
１０ｅ本体部
１２活物質層

Claims

本体部及び前記本体部から突出するタブ部を備えるシート状の芯体と、
前記芯体の本体部上に設けられた活物質層と、を有し、
前記タブ部と前記活物質層の両方に跨るように、前記タブ部と前記活物質層との境界に切欠き部が形成されており、
前記切欠き部は、頂点が前記タブ部にあって底辺が前記活物質層にある三角形状である、電極板。
前記切欠き部が、前記芯体を貫通する貫通穴である、請求項１に記載の電極板。
前記芯体はアルミニウム箔又はアルミニウム合金箔であり、
前記活物質層の充填密度は、３．５８ｇ／ｃｍ³以上である請求項１または２に記載の電極板。
前記切欠き部の三角形状の底辺長さは、前記タブ部の幅の１／２～４／５である、請求項１～３のいずれか一項に記載の電極板。
前記活物質層に隣接するように前記タブ部の根元部分を覆い、セラミック粒子及びバインダーを含む保護層をさらに有し、
前記タブ部上の保護層と前記活物質層の両方に跨るように、前記切欠き部が形成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の電極板。
前記切欠き部の端は、円弧状である、請求項１～５のいずれか一項に記載の電極板。
前記タブ部と前記本体部との間に形成されるコーナー部が、Ｒ状コーナー部である、請求項１～６のいずれか一項に記載の電極板。
請求項１～７のいずれか一項に記載の電極板と、
前記電極板を収容する外装体と、を備える、二次電池。
前記電極板は、正極用の電極板である、請求項８の二次電池。