JP7212773B2 - 二次電池及びその製造方法、電極部材及びその製造方法、集電体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電池分野に関し、特に、二次電池及びその製造方法、電極部材及びその製造方法、集電体の製造方法に関する。

二次電池の電極部材は、一般的に、集電体と、集電体の表面に塗布された活物質層とを含む。二次電池の安全性能を向上させるために、一部の電極部材は、多層構造の集電体を選択し、図１乃至図３に示すように、前記集電体は、絶縁基体１１と、絶縁基体１１の表面に接続された導電層１２とを含み、活物質層１３は、導電層１２の表面に塗布されている。

電極部材の製造過程において、活物質層１３を薄くして、エネルギー密度を高めるように、活物質層１３をロールプレスする必要がある。絶縁基体１１は比較的柔らかい材質（例えばＰＥＴプラスチック）であるが、導電層１２は通常、金属材質であり、絶縁基体１１の弾性率は導電層１２の弾性率よりも小さいため、絶縁基材１１の延性は、導電層１２の延性よりも高い。絶縁基体１１が展延する過程において、絶縁基体１１は導電層１２に力を加えるが、絶縁基体１１と導電層１２との間の接続力は小さいため、導電層１２がある程度まで展延すると、導電層１２が絶縁基体１１の表面から外れて、電極部材の性能に影響を及ぼすおそれがある。

本発明は、背景技術における問題点に鑑みてなされたものであり、応力集中を低減し、導電層が外れるリスクを減少し、電極部材の性能を確保することができる二次電池及びその製造方法、電極部材及びその製造方法、集電体の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、二次電池の電極部材を提供する。

前記電極部材は、絶縁基体と、第１の導電層と、活物質層とを含む。前記第１の導電層は、前記絶縁基体の表面に設けられており、前記活物質層は、前記第１の導電層の前記絶縁基体から遠い側に設けられている。前記第１の導電層には、高さ方向に延びるストライプ状の溝が設けられている。

前記電極部材は、さらに、前記ストライプ溝内に位置した第１の部分を有する第２の導電層を含む。

前記第２の導電層は、前記第１の導電層の前記絶縁基体から離れた面に設けられており、且つ前記第１の部分に接続された第２の部分をさらに備え、前記活物質層は、前記第２部分の前記第１の導電層から離れた面に設けられている。

前記第１の導電層は、前記活物質層が塗布された本体部と、前記本体部から延びる、前記活物質層が塗布されていない突部とを含む。前記ストライプ状の溝は、前記突部に形成された第１の溝を含み、且つ前記第２の部分は、少なくとも一部が前記突部の前記絶縁基体から離れた面に位置している。

前記ストライプ状の溝は、前記本体部に形成された第２の溝をさらに含み、前記第１の凹溝と前記第２の凹溝とが連通している。

前記電極部材は、前記第２部分の前記突部から離れた表面に設けられており、且つ前記活物質層に接続された保護層をさらに含み、前記第１の溝が前記保護層からはみ出しない。

前記第２の導電層の剛性は、前記第１の導電層の剛性よりも小さい。

前記ストライプ状の溝は、厚さ方向に沿って前記第１の導電層を貫通し、前記第２の導電層の前記第１の部分が前記絶縁基体に接続されている。

前記ストライプ状の溝が複数であり、複数の前記ストライプ状の溝が幅方向に間隔を空けて配置されている。

上記目的を達成するために、本発明は、さらに二次電池を提供する。前記二次電池は、前記電極部材を含む電極組立体を備える。

上記目的を達成するために、本発明は、さらに集電体の製造方法を提供する。前記集電体の製造方法は、絶縁基体を準備することと、導電性材料を前記絶縁基体の表面に固着することで第１の導電層を形成し、且つ前記第１の導電層に高さ方向に延びるストライプ状の溝が設けられていることと、を含む。

前記導電性材料は、気相成長法または無電解めっきにより絶縁基体の表面に固定されている。

前記集電体の製造方法は、導電性スラリーを前記第１の導電層の表面の一部の領域に塗布し、前記導電性スラリーをストライプ状の溝に充填すること、を更に含む。前記導電性スラリーの硬化後に第２の導電層を形成する。

上記目的を達成するために、本発明は、さらに電極部材の製造方法を提供する。前記電極部材の製造方法は、前記集電体の製造方法により製造された集電体を準備することと、前記第１の導電層の表面の一部の領域に活物質を含むスラリーを塗布し、前記活物質を含むスラリーを前記ストライプ状の溝に充填させることと、前記活物質を含むスラリーの硬化後に活物質層を形成して、前記活物質層をロールプレスすることと、前記第１の導電層の前記活物質層が塗布されていない領域に金属箔材を溶接することと、前記金属箔材の一部と前記集電体の一部とを取り除いて、間隔が設けられた複数の導電構造と間隔が設けられた複数の電気ガイド部とを形成することと、を備える。

前記電極部材の製造方法は、前記第１の導電層の表面の一部の領域に、絶縁材料を含むスラリーを塗布し、前記絶縁材料を含むスラリーの硬化後に保護層を形成すること、を更に備える。前記保護層は、前記金属箔材を溶接する前に形成する。

上記目的を達成するために、本発明は、さらに二次電池の製造方法を提供する。前記二次電池の製造方法は、正極部材と負極部材とダイアフラムとを準備し、前記正極部材と前記ダイアフラムと前記負極部材とを一体に巻き回して電極組立体を形成し、前記正極部材及び前記負極部材の少なくとも一方は、前記電極部材の製造方法により製造されることと、アダプタ片を準備し、前記電極組立体の複数の導電構造を積層してアダプタ片に溶接することと、トップカバー板と、トップカバー板に固定された電極端子とを準備し、前記アダプタ片を前記電極端子に溶接することと、ケースを準備し、前記電極組立体を前記ケース内に配置して、前記トップカバー板を前記ケースに接続することと、を備える。

上記目的を達成するために、本発明はさらに別の電極部材の製造方法を提供する。前記電極部材の製造方法は、前記集電体の製造方法により製造された集電体を準備することと、活物質を含むスラリーを前記第２の導電層の表面の一部の領域に塗布することと、前記活物質を含むスラリーの硬化後、活物質層を形成して、前記活物質層をロールプレスすることと、前記第１の導電層の前記第２の導電層が塗布されていない領域に金属箔材を溶接することと、前記金属箔材の一部と前記集電体の一部とを取り除いて、間隔が設けられた複数の導電構造と間隔が設けられた複数の電気ガイド部とを形成することと、を備える。

前記電極部材の製造方法は、前記第２の導電層の表面の一部の領域に、絶縁材料を含むスラリーを塗布した後、前記絶縁材料を含むスラリーを硬化させて保護層を形成することを、さらに備える。前記保護層は、前記金属箔材を溶接する前に形成する。

上記目的を達成するために、本発明はさらに別の二次電池の製造方法を提供する。前記二次電池の製造方法は、正極部材と負極部材とダイアフラムとを準備し、前記正極部材と、前記ダイアフラムと前記負極部材とを一体に巻き回して電極組立体を形成し、前記正極部材及び前記負極部材の少なくとも一方は、前記の別の電極部材の製造方法により製造されることと、アダプタ片を準備し、前記電極組立体の複数の導電構造を積層して前記アダプタ片に溶接することと、トップカバー板と、トップカバー板に固定された電極端子とを準備し、前記アダプタ片を前記電極端子に溶接することと、ケースを準備し、前記電極組立体を前記ケース内に配置して、前記カバープレートを前記ケースに接続することと、を備える。

本願は、以下の有益の効果を有する。本願では、第１の導電層にはストライプ状の溝が形成されているため、ストライプ状の溝が第１の導電層にかかる力を効果的に解放し、応力集中を低減し、第１の導電層が絶縁基体の表面から外れるリスクを効果的に減少し、電極部材の性能を確保することができる。

従来技術の電極部材の模式図である。 図１の電極部材をロールプレスする過程における模式図である。 図１の電極部材の絶縁基材及び導電層のロールプレス前の模式図である。 図１の電極部材の絶縁基材及び導電層のロールプレス後の模式図である。 本発明による二次電池の模式図である。 本発明による電極組立体の断面図である。 本発明による電極部材の第１の実施例の模式図である。 図７の線Ａ－Ａに沿った断面図である。 図７の電極部材の成形中の模式図である。 図７の電極部材の成形中の別の模式図である。 図１０の第１の導電層のロールプレス後の模式図である。 図７の電極部材の成形中のさらに別の模式図である。 図７の電極部材の巻回後の模式図である。 本発明による電極部材の第２の実施例の模式図である。 図１４のＢ－Ｂ線に沿った断面図である。 図１５の絶縁基体と第１の導電層の模式図である。 本発明による電極部材の第３の実施例の模式図である。 図１７のＣ－Ｃ線に沿った断面図である。 本発明による電極部材の第４の実施例の模式図である。 図１９のＤ－Ｄ線に沿った断面図である。 図１９の電極部材の第１の導電層の模式図である。 本発明による電極部材の第５の実施例の模式図である。 図２２のＥ－Ｅ線に沿った断面図である。 図２２の電極部材の第１の導電層の模式図である。

本願の実施例における技術案については、本願の実施例における図面を参照して以下に明確かつ完全に説明する。明らかに、説明された実施例は、すべての実施例ではなく、本願の実施例の一部にすぎない。少なくとも１つの例示的な実施例の以下の説明は、実際には単なる例示的なものであり、本願及びその用途又は使用を限定するものではない。本願の実施例に基づいて、創造的な作業を行うことなく当業者によって得られる他のすべての実施例は、本願の保護範囲に含まれる。

本願の記載において、「第1」、「第２」等の用語を用いて部品を限定するのは、当該部品の区別を容易にするためのものであり、特に断りのない限り、上記の用語は、特に意味するものではないので、本願の保護範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

本発明の二次電池は、電極組立体を備え、図６を参照して、電極組立体は、正極部材２と、負極部材３と、正極部材２と負極部材３との間に設けられたダイアフラム４とを含む。正極部材２、ダイアフラム４及び負極部材３は、積層されて扁平状に巻き回されている。電極組立体は、二次電池の充放電機能を実現するためのコア部品である。

本発明の二次電池は、正極部材２、ダイアフラム４及び負極部材３が巻き回されてなる電極組立体が直接包装袋に封入されたソフトパック電池であってもよい。当該包装袋は、アルミプラスチックフィルムであってもよい。

もちろん、本願の二次電池は、ハードシェル電池であってもよい。具体的には、図５を参照すると、二次電池は、電極組立体と、ケース５と、トップカバー板６と、電極端子７と、アダプタ片８とを主に備えている。

ケース５は、六面体形状又は他の形状を有してもよい。ケース５の内部には、電極組立体及び電解液を収容するための空洞が形成されている。ケース５は、一端に開口部を形成しており、電極組立体は、上記開口部を介してケース５の収容室に配置されてもよい。ケース５は、アルミニウムやアルミニウム合金等の導電金属の材料で作成されていてもよいし、プラスチック等の絶縁材料で作成されていてもよい。

トップカバー板６は、ケース５に設けられてケース５の開口部を覆うことで、電極組立体をケース５内に閉じ込める。電極端子７はトップカバー板６に設けられ、電極端子７の上端はトップカバー板６の上側に突出し、下端はトップカバー板６を貫通してケース５内に延びている。アダプタ片８は、ケース５内に設けられて電極端子７に固定されている。電極端子７とアダプタ片８はいずれも２つであり、正極部材２は一方のアダプタ片８を介して一方の電極端子７に電気的に接続されており、負極部材３は他方のアダプタ片８を介して他方の電極端子７に電気的に接続されている。アダプタ片８は、電極端子７に溶接されている。

二次電池では、正極部材２及び負極部材３の少なくとも一方に、後述する電極部材１が用いられている。

図７～図１３は、本発明に係る電極部材１の第１の実施例の模式図である。図７及び図８を参照して、第１実施例の電極部材１は、絶縁基体１１と、第１の導電層１２と、活物質層１３とを備える。第１の導電層１２は絶縁基体１１の両面に設けられ、活物質層１３は第１の導電層１２の絶縁基体１１から遠い側に設けられている。

絶縁基材１１の材質は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムやＰＰ（ポリプロピレン）フィルムであるもよい。

第１の導電層１２の材料は、金属導電材料、炭素系導電材料のうちの少なくとも１種であり、金属導電材料は、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、銀、ニッケル銅合金、アルミニウムジルコニウム合金のうちの少なくとも１種であることが好ましく、前記炭素系導電材料は、黒鉛、アセチレンブラック、グラフェン、カーボンナノチューブの少なくとも１種であることが好ましい。

第１の導電層１２は、気相成長法（ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、無電解めっき法（ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ ｐｌａｔｉｎｇ）の少なくとも１つにより絶縁基体１１の表面に形成することができる。その中で、気相成長法において、物理気相成長法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＰＶＤ）、例えば、熱蒸着法（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が好ましい。

活物質層１３は、塗布によって第１の導電層１２の表面に設けることもできる。活物質層１３は、マンガン酸リチウム、リン酸鉄リチウム等の活物質、接着剤、導電剤、溶媒をスラリーとした後、スラリーを二つの第１の導電層１２の外表面に塗布し、スラリーを硬化させることで、形成することができる。

図９を参照すると、第１の導電層１２には、ほぼ高さ方向Ｚに沿って延び、且つ第１の導電層１２の応力を解放するためのストライプ状の溝Ｇが設けられている。ストライプ溝Ｇの幅方向Ｘに沿った長さは、０．００１ｍｍ～１ｍｍであり、且つストライプ状の溝Ｇの高さ方向Ｚに沿った長さよりも十分に短い。ストライプ状の溝Ｇは、直線状であっても曲線状であってもよく、全体としてほぼ高さ方向Ｚに沿って延びていればよく、即ち、ストライプ状の溝Ｇの延在方向と高さ方向Ｚとの間に小さな角度が存在してもよい（例えば、当該角度は１０°未満であってもよい）。

絶縁基体１１の厚さは１μｍ～２０μｍとすることができ、第１の導電層１２の厚さは０．１μｍ～１０μｍとすることができる。第１の導電層１２が薄いため、電極部材１を切断する際に第１の導電層１２に発生するバリが小さく、十数μｍのダイアフラム４を突き破ることが困難であり、短絡を避けて安全性能を向上させることができる。また、異物が二次電池の電極部材１を突き破る際に、第１の導電層１２の厚みが小さいため、第１の導電層１２の異物が突き破る箇所に発生するバリは小さく、ダイアフラム４を突き破ることが困難であり、これにより短絡を避けて安全性能を向上させることができる。

第１の導電層１２は、活物質層１３が塗布された本体部１２１と、活物質層１３が塗布されていない本体部１２１から延びる突部１２２とを有する。なお、活物質層１３は、本体部１２１の表面に直接塗布されてもよい。もちろん、代わりとして、本体部１２１と活物質層１３との間に他の物質が設けられていてもよい。

絶縁基体１１の突部１２２に対応する部分と突部１２２とは、電気ガイド部Ｐを形成している。複数の電気ガイド部Ｐは、幅方向Ｘにおいて間隔を空けて配置されていてもよい。図１３を参照して、電極部材１が巻回成形されると、上記複数の電気ガイド部Ｐが厚さ方向Ｙにおいて積層されて配置される。

電極部材１は、さらに、突部１２２の絶縁基体１１から遠い側に設けられ、且つ活物質層１３に接続された保護層１５を備えている。

保護層１５は、接着剤及び絶縁材料を含む。上記絶縁材料は、三酸化アルミニウム及びオキシ水酸化アルミニウムの少なくとも一方を含む。接着剤、絶縁材料及び溶媒を混合して、突起１２２の表面に塗布し、硬化させた後に保護層１５を形成するスラリーを製成する。保護層１５の硬さは、突部１２２の硬さよりも大きい。

電極部材１は、さらに、突起１２２の保護層１５によって覆われていない領域に溶接された導電構造１６を含む。図７及び図８を参照して、各電気ガイド部Ｐの厚さ方向Ｙに沿った両側には、いずれも導電構造１６が固定されている。図１３を参照すると、電極部材１を巻回成形した後、全ての導電構造１６が積層されて設けられ、アダプタ片８に同時に溶接される。図５を参照すると、電極部材１内の電流は、アダプタ片８及び電極端子７を介して外部に出力することができる。

第１の実施例の電極部材１は、以下の工程で成形することができる。

（１）絶縁基材１１の表面に気相成長法または無電解めっき法により第１の導電層１２を形成して複合テープ材料を作成する。図９に示すように、成形工程において、第１の導電層１２にはストライプ状の溝Ｇが予め形成されている。

（２）図１０を参照して、第１の導電層１２の表面に活物質層１３と保護層１５とを同時に塗布する。

（３）活物質層１３をロールプレスして、活物質層１３を圧密化し、密度を高める。

（４）図１２を参照して、ロールプレスした後、第１の導電層１２に金属箔材（例えば、アルミニウム箔）を溶接した後、図１２中の破線に沿って複数の電気ガイド部Ｐと複数の導電構造１６とを切り出し、さらに図７に示す電極部材１を得ることができる。

工程（１）において、第１の導電層１２は、気相成長法または無電解めっき法により絶縁基体１１の表面に形成することができるので、第１の導電層１２と絶縁基体１１との間の接続力が小さく、外力により第１の導電層１２が絶縁基体１１の表面から剥がれやすくなるおそれがある。

絶縁基体１１の弾性率は、第１の導電層１２の弾性率よりも小さいので、絶縁基体１１の延性は、第１の導電層１２の延性よりも高い。工程（３）では、絶縁基体１１が加圧されて展延し、絶縁基体１１の延性が高いため、絶縁基体１１が第１の導電層１２に力を加える。従来技術では、第１の導電層１２にかかる力を解放することができないため、第１の導電層１２がある程度まで展延すると、第１の導電層１２にかかる力は、絶縁基体１１と第１の導電層１２との間の接続力よりも大きくなり、絶縁基体１１と第１の導電層１２とが相対的にスライドし、第１の導電層１２が絶縁基体１１の表面から外れ、電極部材１の性能に影響を及ぼす。

本願では、第１の導電層１２にストライプ状の溝Ｇが形成されているが、ストライプ状の溝Ｇは、第１の導電層１２にかかる力を効果的に解放し、応力集中を低減し、第１の導電層１２にかかる力が大きすぎることを回避して、第１の導電層１２が絶縁基体１１の表面から外れるリスクを効果的に減少し、電極部材１の性能を確保する。

具体的には、図１１は、第１の導電層１２がロールプレスされた状態を示しており、破線は、ストライプ状の溝Ｇがロールプレスされる前の状態を示している。工程（３）のロールプレス工程では、第１の導電層１２にかかる力がストライプ状の溝Ｇに徐に集中し、第１の導電層１２にかかる力が大きい場合には、第１の導電層１２は、力によってストライプ状の溝Ｇに沿って裂けるので、応力が速やかに解放され、第１の導電層１２にかかる力が絶縁基体１１と第１の導電層１２との間の接続力より大きいことを回避することができ、絶縁基体１１と第１の導電層１２とが相対的にスライドする確率が低減され、電極部材１の性能が確保される。

二次電池の使用には、活物質層１３で発生した電流が本体部１２１を介して突部１２２に流れ、即ち、第１の導電層１２には、電流が略高さ方向Ｚに沿って流れるため、第１の導電層１２の過電流面積は、第１の導電層１２の高さ方向Ｚに垂直な断面の面積に依存する。本願において、ストライプ状の溝Ｇは、概ね高さ方向Ｚに沿って延びており、幅方向Ｘの長さが小さい。即ち、ストライプ状の溝Ｇの高さ方向Ｚに沿った寸法は、ストライプ状の溝Ｇの幅方向Ｘに沿った寸法よりも大きい。このため、第１の導電層１２がロールプレスされる過程でストライプ状の溝Ｇに沿って裂けた場合に、ストライプ状の溝Ｇが第１の導電層１２の過電流面積に与える影響が少なく、ひいては第１の導電層１２の過電流能力を十分に確保することができる。

工程（３）では、ロールプレスの進行に伴って、第１の導電層１２にかかる力が徐に大きくなり、図１１を参照して、電極部材１が幅方向Ｘに沿って一定の長さでロールプレスされたときに、第１の導電層１２にかかる力は、第１の導電層１２をストライプ状の溝Ｇに沿って裂け、応力が速やかに解放される。第１の導電層１２は、幅方向Ｘの長さが長いため、ストライプ状の溝Ｇは、複数であり、幅方向Ｘにおいて間隔を置いて配置されていることが好ましい。前記複数のストライプ状の溝Ｇはロールプレス中に段階的に応力を解放することができ、第一導電層１２にかかる力が絶縁基体１１と第一導電層１２との間の接続力よりも大きくなることを回避して、絶縁基体１１と第１の導電層１２とが相対的にスライドする確率が低減され、電極部材１の性能が確保される。

図８及び図９を参照すると、ストライプ状の溝Ｇは、第１の導電層１２を厚さ方向Ｙに貫通しており、即ち、ストライプ状の溝Ｇの深さは、厚さ方向Ｙにおいて第１の導電層１２の厚さと等しい。このとき、第１の導電層１２は、ロールプレス中にストライプ状の溝Ｇに沿って裂けやすくなり、応力が速やかに解放される。

工程（２）では、活物質層１３をストライプ状の溝Ｇに充填することができるので、活物質層１３上の電流がストライプ状の溝Ｇの周壁を介して第１の導電層１２に流すことができ、これにより、第１の導電層１２の集電性が向上することができる。工程（３）において、第１の導電層１２がストライプ状の溝Ｇに沿って裂けても、活物質層１３は、ロールプレスの力によって裂けた箇所まで充填される。

絶縁基体１１の弾性率が小さいため、工程（３）では、本体部１２１に対応する絶縁基体１１が突部１２２の下側に展延し、突部１２２の内側の絶縁基体１１が膨らんで変形することを生じて、突部１２２が絶縁基体１１の作用力によって変形しやすくなり、クラックが発生する。一方、本願では、保護層１５は、高い強度を有しており、電極部材１をロールプレスする過程で突部１２２に支持力を与え、突部１２２の変形を規制し、突部１２２にクラックが発生する確率を小さくし、電極部材１の過電流能力を改善することができる。

二次電池の動作時には、振動等により突部１２２が外れるおそれがあるため、保護層１５を活物質層１３に接続することにより、保護層１５を活物質層１３に固定することができ、保護層１５の電極部材１への結合力を大きくして耐震能力を高め、保護層１５が突部１２２とともに外れることを回避することができる。同時に、突部１２２は、活物質層１３の根元付近（即ち、突部１２２と本体部１２１との境界）で最も膨らみやすいので、保護層１５と活物質層１３とがつながったときに、突部１２２の変形を小さくし、クラックが発生する確率が低減され、電極部材１の過電流能力を改善することができる。

次に、他の４つの実施例について説明する。説明を簡単にするために、以下では、他の４つの実施例の、第１の実施例と異なる部分のみについて主に説明し、説明していない部分については第１の実施例を参照して理解されたい。

図１４～図１６は、本発明に係る電極部材の第２実施例を示す模式図である。図１４及び図１６を参照すると、厚さ方向Ｙに沿って、ストライプ状の溝Ｇの深さは、第１の導電層１２の厚さよりも小さい。第１の実施例と比較して、第２の実施例の第１の導電層１２は、過電流面積が大きい。ストライプ状の溝Ｇの断面は、Ｕ字状であってもＶ字状であってもよい。

図１７及び図１８は、本発明に係る電極部材の第３の実施例を示す模式図である。図１７及び図１８を参照すると、第３の実施例の電極部材１は、第１の実施例と比較して、ストライプ状の溝Ｇ内に位置する第１の部分１４１を有する第２の導電層１４をさらに含む。第１の部分１４１は、ストライプ状の溝Ｇ内に充填され、ストライプ状の溝Ｇの周囲の電流が第１の部分１４１を介して伝送することができる。換言すれば、第１の部分１４１は、第１の導電層１２の導電エリアを修復させ、過電流面積を増大させ、電極部材１の全体の過電流能力を確保することができる。

第１の実施例では、活物質層１３がストライプ状の溝Ｇ内に充填されているため、活物質層１３の分布が均一ではなく、即ち、ストライプ状の溝Ｇにおける活物質層１３の厚さは、他の箇所の厚さよりも厚くなっている。二次電池の動作中において、活物質層１３は、ストライプ状の溝Ｇに対応する位置でリチウムを溶出することがある。第３の実施例では、第１の部分１４１がストライプ状の溝Ｇ内に充填されることにより、第１の導電層１２の平坦性が確保され、活物質層１３の分布の均一性が改善され、リチウム溶出のリスクが低減される。

第２の導電層１４は、第１の導電層１２の絶縁基体１１から離れた面に設けられ、第１の部分１４１に接続された第２の部分１４２をさらに含み、活物質層１３は、第２部分１４２の第１の導電層１２から離れた表面に設けられている。

第２の導電層１４は、金属材料であってもよいし、非金属材料であってもよい。第２の導電層１４は、異物が電極部材１に突き破る際に発生するバリを小さくするために、バリが発生しにくい非金属材料であることが好ましい。具体的には、まず、導電性カーボン、接着剤及び溶剤をスラリーとした後、スラリーを第１の導電層１２に塗布し、スラリーを硬化させて第２の導電層１４を形成することができる。塗布中において、スラリーは、ストライプ状の溝Ｇ内に充填されて第１の部分１４１が形成される。

工程（２）において、第２の導電層１４のスラリーを第１の導電層１２に塗布してから、活物質層１３のスラリーと保護層１５のスラリーとを第２の導電層１４の表面に塗布してもよい。

工程（３）では、第１の導電層１２がストライプ状の溝Ｇに沿って裂けても、第２の部分１４２がロールプレスの力によって裂けた箇所まで充填され、これにより、第１の導電層１２の導電エリアが修復され、過電流面積が増大し、電極部材１の全体の過電流能力が確保される。

第２の導電層１４が第１の導電層１２の表面のみに設けられている場合、第２の導電層１４の電流は、第１の導電層１２の表面を介して第１の導電層１２に伝導されるだけである。本願では、第２の導電層１４の第１の部分１４１が第１の導電層１２のストライプ状の溝Ｇに埋め込まれているので、第１の導電層１２の表面を介して第１の導電層１２に電流を伝導するだけでなく、ストライプ溝Ｇの周壁を介して伝導することにより、複数の導通経路を増加させ、複数の箇所の導電エリアを形成し、電極部材１の導電性能を改善し、電極部材１及び二次電池の分極を減少し、二次電池の高倍率の充放電性能を改善することができる。

第２の部分１４２は、少なくとも一部が突出部１２２の絶縁基体１１から離れた表面に配置される。保護層１５は、第２の部分１４２の突起１２２から離れたの表面に設けることができる。導電構造１６は、突部１２２の第２の部分１４２によって覆われていない領域に溶接されている。

工程（３）では、本体部１２１は絶縁基材１１によって展延されるが、突部１２２はほとんど展延されない。本体部１２１と絶縁基体１１は、展延時に突部１２２に力を加えるが、突部１２２が薄いため、力によって突部１２２にマイクロのクラックを発生する。これに対し、本願では、第２の部分１４２が突部１２２の表面に設けられているので、突部１２２がロールプレスされる過程でクラックを発生しても、クラックでの電流が第２の部分１４２を介して外部に流すことができ、これにより、導電エリアの修復が実現され、電極部材１の全体の過電流能力が確保される。

第２の導電層１４の剛性は、第１の導電層１２の剛性よりも低い。つまり、力が加わられるときに第２の導電層１４が変形しやすくなる。突部１２２が変形すると、突部１２２に伴って第２部分１４２も変形し、突部１２２が変形しすぎて裂けたとしても、第２部分１４２が裂けることはなく、電流の伝達が確保される。

ストライプ状の溝Ｇは、第１の導電層１２を厚さ方向Ｙに貫通しており、第２の導電層１４の第１の部分１４１は、絶縁基体１１に接続されている。第１部分１４１は、ストライプ状の溝Ｇに嵌め込まれて絶縁基体１１に接着されることで、第１の導電層１２、第２の導電層１４及び絶縁基体１１の接続強度を高める。

図１９～図２１は、本発明に係る電極部材の第４実施例を示す模式図である。図１９～図２１を参照して、第４の実施例のストライプ状の溝Ｇは、第３の実施例と比較して、突部１２２に形成された第１の溝Ｇ１を含む。

工程（３）では、絶縁基体１１の本体部１２１に対応する部分がロールプレスされて展延され、絶縁基体１１の本体部１２１に対応する部分は、絶縁基体１１の突部１２２に対応する部分に力を加えることで、絶縁基体１１の突部１２２に対応する部分を展延させる。一方、突部１２２は、保護層１５によって規制されているため、ほとんど展延することができず、絶縁基体１１の突部１２２に対応する部分は、展延時に突部１２２に力を加え、かかる力が絶縁基体１１と突部１２２との接続力よりも大きいと、突部１２２が絶縁基体１１から外れやすくなる。これに対し、本願では、第１の凹溝Ｇ１は、突部１２２にかかる力を効果的に解放し、応力集中を低減し、突部１２２にかかる力が過大になることを回避し、突部１２２が外れる確率を効果的に減少し、電極部材１の性能が確保される。

好ましくは、第１の溝Ｇ１は、活物質層１３から離れる方向において保護層１５からはみ出しない。突部１２２の保護層１５で覆われている領域が最も大きい応力を受けるため、第１の溝Ｇ１は突部１２２の保護層１５で覆われている領域に設ければよい。一方、突部１２２の保護層１５で覆われていない領域が受ける力は小さく、外れのおそれがないが、第１の溝Ｇ１が突部１２２の保護層１５で覆われていない領域まで延びていれば、逆に突部１２２の過電流能力が低下してしまう。

ストライプ状の溝Ｇは、本体部１２１に形成されている第２溝Ｇ２を更に含み、第１の溝Ｇ１と第２溝Ｇ２とが連通している。

工程（３）において、本体部１２１は、絶縁基体１１がかかる力を受けて展延する。突部１２２は保護層１５によって規制されており、突部１２２はほとんど展延しないため、本体部１２１の突部１２２に近い領域は突部１２２の反力を受けることになる。つまり、本体部１２１の突部１２２に近いの領域が絶縁基体１１と突部１２２の作用力を同時に受けるので、本体部１２１の突部１２２に近い領域が絶縁基体１１から外れやすい。これに対し、本願では、第２の溝Ｇ２が本体部１２１の突部１２２に近い領域まで延びていることにより、本体部１２１にかかる力が効果的に解放され、応力集中が低減され、絶縁基体１１と本体部１２１とが相対的にスライドする確率が効果的に減少され、電極部材１の性能が確保される。

ストライプ状の溝Ｇは、本体部１２１に形成された、幅方向Ｘに間隔を空けて配置された複数の第３の溝Ｇ３を備えている。幅方向Ｘにおいて、各第３の溝Ｇ３が隣り合う２つの第２の溝Ｇ２の間に位置し、高さ方向Ｚにおいて、第３の溝Ｇ３と第２の溝Ｇ２とが互いにずれている。

図２２～図２４は、本発明に係る電極部材の第５実施例を示す模式図である。図２２～図２４を参照して、第５の実施例のストライプ状の溝Ｇは、本体部１２１に形成された第３の溝Ｇ３と第４の溝Ｇ４とを含む。第３の溝Ｇ３は、複数であり、幅方向Ｘに間隔を空けて配置されており、第４の溝Ｇ４は、複数であり、幅方向Ｘに間隔を空けて配置されている。

幅方向Ｘにおいて、各第３の溝Ｇ３は、隣り合う２つの第４の溝Ｇ４の間に位置している。高さ方向Ｚにおいて、第３の溝Ｇ３と第４の溝Ｇ４とは、互いにずれている。第３の溝Ｇ３及び第４の溝Ｇ４は、幅方向Ｘ及び高さ方向Ｚに分散して配置されており、応力が解放される効果を向上させ、均一性を向上させることができる。

本願は、さらに二次電池の安全性能を向上させることができる二次電池の製造方法を提供する。二次電池の製造方法は、正極部材２、負極部材３及びダイアフラム４を準備し、上記正極部材２、上記ダイアフラム４及び上記負極部材３を一体に巻き回して電極組立体を形成し、上記正極部材２及び上記負極部材３の少なくとも一方には、上記の電極部材１が用いられることと、アダプタ片８を準備し、上記電極組立体の複数の導電構造１６を積層して上記アダプタ片８に溶接することと、トップカバー板６と、トップカバー板６に固定された電極端子７とを準備し、上記アダプタ片８を上記電極端子７に溶接することと、ケース５を準備し、上記電極組立体を上記ケース５内に配置して、上記トップカバー板６を上記ケース５に接続することとを備える。

作製した二次電池に用いられる電極部材１は、第１の導電層１２の厚みが薄く、異物が二次電池の電極部材１を突き破った際に、第１の導電層１２は、異物が突き破った箇所に発生するバリが小さく、ダイアフラム４を突き破ることが困難であるので、短絡を回避して安全性能を向上させる。また、第１の導電層１２には、ストライプ状の溝Ｇが形成されており、ストライプ状の溝Ｇは、第１の導電層１２にかかる力を効果的に解放し、応力集中を低減し、第１の導電層１２が絶縁基体１１の表面から外れるリスクを効果的に減少し、電極部材１及び二次電池の性能を確保することができる。

なお、以下では、図面符号を説明する。
１ 電極部材、５ ケース、１１ 絶縁基体、６ トップカバー板、１２ 第１の導電層、７ 電極端子、１２１ 本体部、８ アダプタ片、１２２ 突部、９ ローラ、１３ 活物質層、Ｇ ストライプ状の溝、１４ 第２の導電層、Ｇ１ 第１の溝、１４１ 第１の部分、Ｇ２ 第２の溝、１４２ 第２の部分、Ｇ３ 第３の溝、１５ 保護層、Ｇ４ 第４の溝、１６ 導電構造、Ｐ 電気ガイド部、２ 正極部材、Ｘ 幅方向、３ 負極部材、Ｙ 厚み方向、４ ダイアフラム、Ｚ 高さ方向。

Claims (17)

1. 二次電池の電極部材（１）であって、該電極部材（１）は、
   絶縁基体（１１）と、第１の導電層（１２）と、活物質層（１３）とを含み、
   前記第１の導電層（１２）は前記絶縁基体（１１）の表面に設けられており、前記活物質層（１３）は前記第１の導電層（１２）の前記絶縁基体（１１）から遠い側に設けられており、
   第１の導電層（１２）には、前記電極部材（１）の高さ方向（Ｚ）に延びるストライプ状の溝（Ｇ）が設けられており、
   前記ストライプ状の溝（Ｇ）内に位置した第１の部分（１４１）を有する第２の導電層（１４）をさらに含む、
   ことを特徴とする電極部材（１）。
2. 前記第２の導電層（１４）は、前記第１の導電層（１２）の前記絶縁基体（１１）から離れた面に設けられており、且つ前記第１の部分（１４１）に接続された第２の部分（１４２）をさらに備え、前記活物質層（１３）は、前記第２の部分（１４２）の前記第１の導電層（１２）から離れた面に設けられている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電極部材（１）。
3. 前記第１の導電層（１２）は、前記活物質層（１３）が塗布された本体部（１２１）と、前記本体部（１２１）から延びる、前記活物質層（１３）が塗布されていない突部（１２２）とを含み、
   前記ストライプ状の溝（Ｇ）は、前記突部（１２２）に形成された第１の溝（Ｇ１）を含み、且つ前記第２の部分（１４２）は、少なくとも一部が前記突部（１２２）の前記絶縁基体（１１）から離れた面に位置している、
   ことを特徴とする請求項２に記載の電極部材（１）。
4. 前記ストライプ状の溝（Ｇ）は、前記本体部（１２１）に形成された第２の溝（Ｇ２）をさらに含み、前記第１の溝（Ｇ１）と前記第２の溝（Ｇ２）とが連通している、
   ことを特徴とする請求項３に記載の電極部材（１）。
5. 前記第２の部分（１４２）の前記突部（１２２）から離れた表面に設けられており、且つ前記活物質層（１３）に接続された保護層（１５）をさらに含み、
   前記第１の溝（Ｇ１）が前記保護層（１５）からはみ出しない、
   ことを特徴とする請求項３に記載の電極部材（１）。
6. 前記第２の導電層（１４）の剛性は、前記第１の導電層（１２）の剛性よりも小さい、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電極部材（１）。
7. 前記ストライプ状の溝（Ｇ）は、前記電極部材（１）の厚さ方向（Ｙ）に沿って前記第１の導電層（１２）を貫通し、前記第２の導電層（１４）の前記第１の部分（１４１）が前記絶縁基体（１１）に接続されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電極部材（１）。
8. 前記ストライプ状の溝（Ｇ）が複数であり、複数の前記ストライプ状の溝（Ｇ）が前記電極部材（１）の幅方向（Ｘ）に間隔を空けて配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電極部材（１）。
9. 請求項１～８のいずれか１項に記載の電極部材（１）を含む電極組立体を備える、
   ことを特徴とする二次電池。
10. 集電体の製造方法であって、該製造方法は、
    絶縁基体（１１）を準備することと、
    導電性材料を前記絶縁基体（１１）の表面に固着することで第１の導電層（１２）を形成し、且つ前記第１の導電層（１２）に前記集電体の高さ方向（Ｚ）に延びるストライプ状の溝（Ｇ）が設けられていることと、
    導電性スラリーを本体部（１２１）と前記本体部（１２１）から延びる突部（１２２）とを含む前記第１の導電層（１２）の前記本体部（１２１）の表面及び前記突部（１２２）の少なくとも一部の表面に塗布し、前記導電性スラリーをストライプ状の溝に充填することと、
    前記導電性スラリーの硬化後に第２の導電層（１４）を形成することと、
    を含むことを特徴とする製造方法。
11. 前記導電性材料は、気相成長法または無電解めっきにより絶縁基体（１１）の表面に固定されている、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の集電体の製造方法。
12. 請求項１０又は１１に記載の製造方法により製造された集電体を準備することと、
    前記第１の導電層（１２）の本体部（１２１）の表面に活物質を含むスラリーを塗布し、前記活物質を含むスラリーを前記ストライプ状の溝（G）に充填させることと、
    前記活物質を含むスラリーの硬化後に活物質層（１３）を形成して、前記活物質層（１３）をロールプレスすることと、
    前記第１の導電層の前記活物質層（１３）が塗布されていない領域に金属箔材を溶接することと、
    前記金属箔材の一部と前記集電体の一部とを取り除いて、間隔が設けられた複数の導電構造（１６）と間隔が設けられた複数の電気ガイド部（Ｐ）とを形成することと、
    を備えることを特徴とする電極部材の製造方法。
13. 前記第１の導電層（１２）の表面の一部の領域に、絶縁材料を含むスラリーを塗布し、前記絶縁材料を含むスラリーの硬化後に保護層（１５）を形成することと、
    前記保護層（１５）は、前記金属箔材を溶接する前に形成することと、を備える、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の電極部材の製造方法。
14. 正極部材（２）と負極部材（３）とダイアフラム（４）とを準備し、前記正極部材（２）と前記ダイアフラム（４）と前記負極部材（３）とを一体に巻き回して電極組立体を形成し、前記正極部材（２）及び前記負極部材（３）の少なくとも一方は、請求項１２または１３に記載の電極部材の製造方法により製造されることと、
    アダプタ片（８）を準備し、前記電極組立体の複数の導電構造（１６）を積層してアダプタ片（８）に溶接することと、
    トップカバー板（６）と、トップカバー板（６）に固定された電極端子（７）とを準備し、前記アダプタ片（８）を前記電極端子（７）に固定することと、
    ケース（５）を準備し、前記電極組立体を前記ケース（５）内に配置して、前記トップカバー板（６）を前記ケース（５）に接続することと、
    を備えることを特徴とする二次電池の製造方法。
15. 請求項１０に記載の製造方法により製造された集電体を準備することと、
    活物質を含むスラリーを前記第２の導電層（１４）の表面の一部の領域に塗布することと、
    前記活物質を含むスラリーの硬化後、活物質層（１３）を形成して、前記活物質層（１３）をロールプレスすることと、
    前記第１の導電層（１２）の前記第２の導電層（１４）が塗布されていない領域に金属箔材を溶接することと、
    前記金属箔材の一部と前記集電体の一部とを取り除いて、間隔が設けられた複数の導電構造（１６）と間隔が設けられた複数の電気ガイド部（Ｐ）とを形成することと、
    を備えることを特徴とする電極部材の製造方法。
16. 前記第２の導電層（１４）の表面の一部の領域に、絶縁材料を含むスラリーを塗布した後、前記絶縁材料を含むスラリーを硬化させて保護層（１５）を形成することと、
    前記保護層（１５）は、前記金属箔材を溶接する前に形成することと、をさらに備える、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の電極部材の製造方法。
17. 正極部材（２）と負極部材（３）とダイアフラム（４）とを準備し、前記正極部材（２）と、前記ダイアフラム（４）と前記負極部材（３）とを一体に巻き回して電極組立体を形成し、前記正極部材（２）及び前記負極部材（３）の少なくとも一方は、請求項１５または１６に記載の電極部材の製造方法により製造されることと、
    アダプタ片（８）を準備し、前記電極組立体の複数の導電構造（１６）を積層して前記アダプタ片（８）に溶接することと、
    トップカバー板（６）と、トップカバー板（６）に固定された電極端子（７）とを準備し、前記アダプタ片（８）を前記電極端子（７）に固定することと、
    ケース（５）を準備し、前記電極組立体を前記ケース（５）内に配置して、前記トップカバー板（６）を前記ケース（５）に接続することと、
    を備えることを特徴とする二次電池の製造方法。

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