JP7100958B2 - ラミネート型蓄電素子の電極板、ラミネート型蓄電素子、ラミネート型蓄電素子用電極板の製造方法 - Google Patents
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Description
シート状のステンレス製集電体上に所定の厚さの電極材料が塗布されているとともに、周囲が剪断加工により裁断されて所定の平面形状に形成され、
前記電極材料には、電極活物質を含む粉体材料にエマルジョンからなるバインダが添加されている、
ことを特徴とするラミネート型蓄電素子の電極板としている。
扁平袋状に成形された外装体内にシート状の正極板と負極板がセパレーターを介して積層された電極体が電解液とともに密封されているラミネート型蓄電素子であって、
前記正極板及び前記負極板は、シート状の集電体上に電極活物質を含む電極材料が配置されてなり、
前記正極板および前記負極板の少なくとも一方は、シート状のステンレス製集電体上に所定の厚さの電極材料が塗布されているとともに、周囲が剪断加工により裁断されて所定の平面形状に形成され、
前記電極材料には、電極活物質を含む粉体材料にエマルジョンからなるバインダが添加されている、
ことを特徴とするラミネート型蓄電素子としている。
粉体状の電極活物質とバインダを含むスラリー状の電極材料を作成する電極材料作成ステップと、
シート状のステンレス製集電体上に前記スラリー状の電極材料を塗布する電極材料塗布ステップと、
前記ステンレス製集電体上に塗布された前記スラリー状の電極材料を乾燥させたのち、当該ステンレス製集電体の周囲を剪断加工することによって、当該ステンレス製集電体を所定の平面形状に裁断する裁断ステップと、
を含み、
前記電極材料作成ステップでは、前記バインダとして水を分散媒としたエマルジョンを用いる、
ことを特徴としている。
上述したように、従来のラミネート型蓄電素子では、シート状の集電体上にスラリー状の電極材料を塗布して乾燥させてなる電極板を剪断加工により裁断すると、集電体上の電極材料に欠けや亀裂などの破損が発生するという問題がある。そこで本発明者は、このような問題が発生する原因について考察してみた結果、スラリー状の電極材料に含まれるバインダに着目した。電極材料において、電極活物質や導電助剤などの放電反応に寄与する材料は本来粉体状であり、電極材料は、その粉体材料にバインダが添加されることで粘性を有するスラリー状に形成される。そして従来の電極板に用いられるバインダは、PVdFのNMP溶液など、有機溶媒に溶解させた樹脂材料である。
本発明の実施例に係るラミネート型蓄電素子の電極材料は、粉体材料の粒子同士を点結着させるとともに、環境や人に対する影響にも配慮し、水を分散媒としたにエマルジョンを用いている。図3に本発明の実施例に係る電極材料110bを模式的に示した。図3は、シート状の電極板100bの断面図を示しており、図3(A)は裁断前の電極板100bを示しており、図3(B)は裁断時における応力の伝搬状態を示している。エマルジョンは、分散媒と分散質がともに液体であり、図3(A)に示したように、エマルジョンからなるバインダでは、エマルジョンの分散質(乳化粒子)112bが粉体材料の粒子同士(111-111)の結着に寄与することになる。そしてその粒子同士(111-111)の結着に寄与する乳化粒子(以下、バインダ112bとも言う)は、図中網点で示したように、粉体材料の粒子111上に点在するように配置される。そのため、電極材料110b中で隣接し合う粉体材料の粒子同士(111-111)は、粒子状のバインダ112bが存在する点で結着し、その点を支点にして相対移動しやすい状態になる。すなわち電極材料110bは、乾燥後でも柔らかい厚膜状となる。
次にバインダにエマルジョンを用いた電極材料を用いて本発明の実施例に係る電極板を作製した。そして電極板の裁断時に電極材料に欠けが生じるかどうかを調べた。ここでは、図1(B)に示したラミネート型蓄電素子1における正極板10に相当する電極板を作製した。具体的には、正極活物質である電解二酸化マンガン(EMD)、導電助剤であるカーボンブラック、およびエマルジョンSBR(styrene-butadiene rubber:スチレン・ブタジエンゴム)からなるバインダを、93wt%、3wt%、および4wt%の割合で混合したものを純水を用いてスラリー状にして正極材料(以下、電極材料とも言う)を作製した。その電極材料を厚さ20μmのステンレス箔からなる集電体上に130μmの厚さとなるように塗布、圧延した後、電極材料を乾燥させ、裁断前の電極板を完成させた。次いで集電体を所定の平面形状と面積になるように裁断して実施例に係る電極板を作製した。そして実施例に係る電極板における電極材料の欠けや亀裂の発生状態を目視により調べた。なお電極材料の組成や電極板の構成は、バインダや電極材料の厚さ以外は、上記非特許文献1に記載の薄型リチウム一次電池(例えば、CF042722U型など)の正極板と同様である。
ところで、上記非特許文献1に記載の薄型リチウム一次電池では、集電体上の正極材料の厚さは100μm未満であり、実施例および比較例に係るサンプルにおける集電体上の電極材料(正極材料)の厚さ(130μm)よりも薄い。そして比較例に係る電極板は、電極材料の厚さ以外は上記薄型リチウム一次電池の正極板と同じ構成となっている。すなわち従来の薄型リチウム一次電池に用いられていた正極材料では、放電容量を大きくするために集電体上に厚く(例えば、100μm以上)塗工すると、正極板を作製する際の打ち抜き工程で欠けや剥離が発生する可能性が高くなる。しかし、本発明の実施例に係る電極板では、エマルジョンからなるバインダを含む正極材料を用いていており、正極材料が130μmの厚さで塗工されても、裁断時に欠けや亀裂が発生しない。すなわち、本発明の実施例に係る電極板を用いることで、ラミネート型蓄電素子の放電容量をより大きくすることが可能となる。そして電極材料の欠けによる内部短絡が発生し難く、安全性に優れたものとすることもできる。なおラミネート型蓄電素子の電極板が打ち抜き工程を経て作製されたものであるか否かは、集電体の周縁を電子顕微鏡で観察することで判定できる。また電極材料中のバインダがエマルジョンであるか否かも、蛍光X線分析装置や赤外分光分析(FT-IR)装置など周知の組成分析装置を用いれば判定できる。
エマルジョンをバインダとして用いた電極材料を用いるのであれば、本発明の実施例に係る電極板を構成する電極材料に含まれる電極活物質、導電助剤、およびバインダなどの原料やその割合などは、上記実施例のサンプルに用いたものに限らない。電極活物質は電極の極性(正極、負極)や蓄電素子の種別(一次電池、二次電池など)に応じて適宜に変更が可能である。混合割合についても同様である。エマルジョンとしては上記SRB系に限らず、アクリル系やPVC(ポリ塩化ビニル)系などが考えられる。また、これらのエマルジョンは分散媒として水を用いることができる。なお当然のことながら、本発明の実施例に係る電極板は、電極体に含まれる正極板と負極板を複数備えた多層型のラミネート型蓄電素子にも適用することができる。
11a,11b ラミネートフィルム、20 正極板、21 正極集電体、
22 正極材料、23 正極端子板、30 負極板、31 負極集電体、
32 負極材料、33 負極端子板、40 セパレーター、
100a,100b 電極板、110a,110b 電極材料、
111 粉体材料の粒子、112a,112b バインダ、113 集電体
Claims (5)
- 扁平袋状に成形された外装体内に平板状の電極体が電解液とともに密封されているラミネート型蓄電素子の前記電極体を構成する正極側と負極側の少なくとも一方の電極板であって、
シート状のステンレス製集電体上に所定の厚さの電極材料が塗布されているとともに、周囲が剪断加工により裁断されて所定の平面形状に形成され、
前記電極材料には、電極活物質を含む粉体材料にエマルジョンからなるバインダが添加されている、
ことを特徴とするラミネート型蓄電素子の電極板。 - 扁平袋状に成形された外装体内にシート状の正極板と負極板がセパレーターを介して積層された電極体が電解液とともに密封されているラミネート型蓄電素子であって、前記正極板及び前記負極板は、シート状の集電体上に電極活物質を含む電極材料が配置されてなり、
前記正極板および前記負極板の少なくとも一方は、シート状のステンレス製集電体上に所定の厚さの電極材料が塗布されているとともに、周囲が剪断加工により裁断されて所定の平面形状に形成され、
前記電極材料には、電極活物質を含む粉体材料にエマルジョンからなるバインダが添加されている、
ことを特徴とするラミネート型蓄電素子。 - 請求項2において、前記電極体は、前記正極板と前記負極板を一つずつ備えた一層型であることを特徴とするラミネート型蓄電素子。
- 請求項3において、前記ステンレス製集電体に前記電極材料が塗布されてなる前記電極板は、当該ステンレス製集電体上に前記電極材料が100μm以上の厚さで塗布されていることを特徴とするラミネート型蓄電素子。
- 扁平袋状に成形された外装体内にシート状の正極板と負極板がセパレーターを介して積層された電極体が電解液とともに密封されているラミネート型蓄電素子を構成する前記正極板および前記負極板の少なくとも一方の電極板の製造方法であって、
粉体状の電極活物質とバインダを含むスラリー状の電極材料を作成する電極材料作成ステップと、
シート状のステンレス製集電体上に前記スラリー状の電極材料を塗布する電極材料塗布ステップと、
前記ステンレス製集電体上に塗布された前記スラリー状の電極材料を乾燥させたのち、当該ステンレス製集電体の周囲を剪断加工することによって、当該ステンレス製集電体を所定の平面形状に裁断する裁断ステップと、
を含み、
前記電極材料作成ステップでは、前記バインダとして水を分散媒としたエマルジョンを用いる、
ことを特徴とするラミネート型蓄電素子用電極板の製造方法。
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