JPH01307157A - 電池用電極の製造方法 - Google Patents

電池用電極の製造方法

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、Ｎ／ｌ！！用電極の製造方法に関し、こと
に小型化、薄形化指向の各種電子機器の電源に用いられ
る電池用の電極の製造方法に関する。
（ロ）従来の技術 従来、電子機器用の電池として、電極活物質に黒鉛等の
導電剤及び結着剤を加え、よく混練し、この混練物を金
属ネット等の集電体に塗着し、成形することにより得ら
れる薄型の電極を用い、これをセパレータを介して対極
を載置して電池容器内に入れ、電解液を含浸させて封口
したものが広く用いられている。
しかし、この様な方法で成形される電極は電極活物質と
導電剤や集電体との電気的な接触が悪く、大きな抵抗成
分を有する欠点があり、また電極活物質の他に導電剤、
結着剤を加える必要があり、そのため電極活物質の量が
制限され電池の容量密度を減少させる原因となっていた
。
そこで、多孔体状等の三次元構造を有する導電性基体を
用い、この表面に炭素質材料を気相堆積させ、これを所
定の厚みになるように圧縮成形して活物質を高密度化し
た薄型の電極を用いること　　　　−も行われている。
（ハ）発明が解決しようとする課題 電池用電極は、電池構成前に、電極活性のさらなる向上
を意図して予め所定の電解液中で電荷担体イオンを活物
質中に電気化学的にドーピングする処理か行われること
が多く、ことに黒鉛等の炭素質材料を活物質として用い
た場合には、この炭素質材料と可逆的に層間挿入可能な
電荷担体イオンを挿入する処理、いわゆる化成処理が行
われる。
しかしながら、前記した三次元構造を有する導電性基体
の圧縮成型によって得られる薄型のＮ極を電解液中で化
成処理した場合には、活物質の体積変化や成形時の圧縮
応力の緩和等により電極寸法に著しい変化が生じて電池
構成時に支障が生じ易く、Ｎ極全体形状が崩れたり割れ
を生しる場合もあった。また、このような電極を用いて
電池を構成した後においてら、電極の機械的強度即ち形
状安定性が不充分で電池耐久性の点で満足できろ電池を
得ることは困難であった。
この発明は上記問題を解決するためになされたものであ
り、高い容量密度を有し、形状安定性が良好な薄形電極
を簡便に、かつ崩れや割れなどが無く歩留りよく製造で
きる電池用電極の製造方法を提供しようとするものであ
る。
（ニ）課題を解決するための手段 本発明者らは、上記観点から鋭意研究を行った結果、上
記薄形の電極の圧縮成形に先立って三次元構造の炭素材
料被覆導電性基体に先に化成処理を行いこの後に圧縮成
形することにより得られる薄形状の電極が、形状保持性
が良好であると共に高い電池容量を奏する電池用の電極
として機能する事実を見出し、この発明を完成するに至
った。
かくしてこの発明によれば、三次元構造を有する導電性
基体に炭化水素類の熱分解により炭素質材料を気相堆積
した後、この導電性基体を電解液中に配設して上記炭素
質材料中に可逆的に層間挿入可能な電荷担体イオンを電
気化学的に層間挿入し、次いでこの導電性基体を圧縮成
形に付すことにより、薄形化及び高密度化された炭素体
電極を得ることを特徴とする電池用電極の製造方法が提
供される。
この発明においては、まず、炭化水素類の熱分解により
三次元構造を有する導電性基体に炭素質材料を気相堆積
する。
この発明に用いる炭素質材料は、炭化水素類の低温熱分
解による気相堆積法により適当な基体上に堆積させるこ
とができる。このとき、出発原料である炭化水素類とし
ては、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、脂環族炭化水
素等のいずれであってもよい。また、これらは、窒素原
子、酸素原子等の各種複素原子を含んでいてもよく、ハ
ロゲン原子、水酸基、スルホン酸基、ニトロ基、ニトロ
ソ基、アミノ基、アゾ基、カルボキシル基等の特性基が
付加または置換されていてもよい。低温熱分解される炭
化水素類は気化され、反応系へ給送され、反応系内で熱
分解される。熱分解される炭化水素類の濃度、及び熱分
解する温度は、出発原料とする炭化水素類により異なる
が、通常、数ミリモルパーセントの濃度及び１０００℃
程度以下の温度が適当である。出発原料である炭化水素
類を気化する方法には、アルゴンガスをキャリアガスと
するバブラ法、他に種々のキャリアガスによるバブラ法
、蒸発法、昇華法等の方法がある。この発明における三
次元構造体を有する導電性基体としては、発泡体状（ス
ポンジ状）、ウール状、織物状、不織布状、ネット状等
のいずれの１３ｇ３であっても良く、少なくとも外部よ
り加えられる圧力により圧縮されて形状を変えろことが
できる加工性を有し、かつ、導電性を有するもの、また
は導電性を有する材料で表面を被覆しているものであれ
ばよい。
この発明においては、前記のように炭素質材料を堆積し
て得られた導電性基体を電解液中に配設して上記炭素質
材料中に可逆的に層間挿入可能な電荷担体イオンを電気
化学的に層間挿入する。電気化学的に層間挿入（インタ
ーカレーション）する方法としては、通常、電解液の入
った電解セル中に試料極及び対極を浸漬し、対向させ通
電する。
例えば、非水電解液電池の負極として該電極を用いるな
らば対極及び参照極にリチウムを用い、３極法にて該電
極に対してカソーデイック方向に電流を流す。通電法は
定電流法、定電位法等が挙げられる。この発明における
電解液としてはプロピレンカーボネート、エチレンカー
ボネート、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒド
ロフラン、γ−ブチルラクトン、ジメチルスルフ １．２−ジメトキシエタン、１．３−ジオキシソラン、
等の非プロトン性有機溶媒に過塩素酸リチウム、ホウフ
ッ化リチウム、六フブ化ヒ酸リチウム、六フッ化リン酸
リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム等の
軽金属イオンをカチオンとする電解質を溶かした溶液か
用いられる。この発明の可逆的に層間挿入可能な電荷担
体イオンとしてはアルカリ金属、アルカリ土類金属、希
土類金属等のドナー型のイオン及びハロゲン、ハロゲン
化合物、金属酸化物、酸素酸、水素化物等のアクセプタ
ー型のイオンを用いることができる。
この発明においては、前記のように炭素質材料に層間挿
入して得られた導電性基体を圧縮成形に付すことにより
、薄形化及び高密度化された炭素体電極を得る。圧縮は
ローラー圧延、プレス等の押圧手段により達成される。
電極は圧縮により、三次元構造体の圧縮限界まで任意に
制御でき、この範囲内で意図する厚味の成型体を適宜得
ることかできる。
（ホ）作用 この発明によれば、電極活物質である炭素質材料を電荷
集電体である導電性基体に直接堆積し、電気的、機械的
に連結されるので、結着剤や導電剤が不要であり、高容
量化が可能になる。さらに、この電極は化成後に所定の
薄い寸法に圧縮・成形を行うので、寸法精度が良く、強
度に優れる。
（へ）実施例 以下実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお
、本発明は以下の実施例で制限されるらのではない。
実施例１ まず、炭素質材料堆積装置を示す第１図に従ってこの発
明の詳細な説明する。炭化水素カス供給口３Ａと排気口
９を有し加熱炉８を貫通ずるように設けられた反応管４
の中の試料ホルダー７に縦１８ｍｍ、横２８工究、厚さ
１　、　５．ｗｚの発泡ニッケル板を載置し、反応管内
を、排気設備１０によって排気し、加熱炉ぺこよって１
０００℃に昇温した。脱水処理を施し、さらに真空移送
によって蒸留精製したベンゼンを収納したバブル容器１
にアルゴンガス供給器２よりアルゴンガスを供給し、ベ
ンゼンのバブルを行う。そして、気化したベンゼンをパ
イレックス製供給管３に通し、石英製反応管４へ供給し
た。このとき、バブル容器ｌをベンゼンの蒸発による吸
熱分だけ加熱することにより温度を一定に保ち、また、
ニードル弁５．６によりベンゼン量を調整して供給され
るベンゼンを熱分解し、約６０分間炭素材料を発泡ニッ
ケル板上に堆積させた。熱分解後に、反応管４内に残留
するガスは、排気口９から除去した。
次に、このように炭素質材料を堆積させた発泡ニッケル
板を第２図に示す電解槽１６による装置を用い、化成し
た。炭素体電極１１は集電体１２により固定されている
。対極１３及び参照極１４にはリチウム電極を用い、電
解液Ｉ５にはＩＭの過塩素酸リチウムを溶質として含む
プロピレンカーボネート溶液を用いた。この発明の電極
を対極であるリチウム極と外部回路でリード線をつない
だ状態で一夜放置したところ、リチウムｍｌに対し、３
０ｍＶの電位を示した。
次に、第３図に示すように化成した炭素質材料を有する
発泡ニッケル板１７をローラ圧延機の圧送ローラ１８に
より圧延を行い、厚さ０．２ｍｍに成型して電極を得た
。さらに所定の形状（　＋５Ｘ　２５ｍｍ）に切断する
ことによりこの発明の電極を得た。
上記の方法で作製した電極について、リチウム極に対し
２．５■まで放置したところ、該炭素質材ｕ１ｇｌＪｔ
Ｌ、２９０ｍＡｈという高い放電容量を得た。
すなわち、この発明の電極が化成後の圧縮・成型にもか
かわらず、リチウムを良く吸蔵していたことがわかった
。さらに、サイクル寿命を調べる目的でリチウム電極に
対し、ｏＶまで充電し、２．５ｖまで放電する充放電サ
イクルを繰り返したところ、２００回以上を繰り返して
も放電電気量の低下はほとんどみられず、充放電サイク
ル寿命は優れていた。
（ト）発明の効果 この発明の電池用電断の製造方法によれば、高い容量密
度を有し、また長期間にわたる充電・放電の操り返しに
よって、劣化しない電極の製造法を提供することができ
る。この発明の方法で得られた電極を用いて電池を構成
することによりエネルギー密度が高く、サイクル寿命の
優れた電池を得ることができる。さらに、電池組立時に
おいて、高精度の寸法・形状を有した電極を用いるため
に、組立時における内部短絡などによる不良の発生が抑
えられ、製造工程の歩留が飛躍的に向上する。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明における一工程に用いる炭素質材料堆
積装置の説明図、第２図はこの発明の炭素体電極を化成
するため及び放電容量、電位を測定するために用いた電
解槽の説明図、第３図はこの発明における一工程である
ローラー圧延状態を示す斜視図である。 ｌ・・・・バブル容器、２・・・・・・アルゴンガス供
給器、３・・・・・・供給管、　　３Ａ・・・・・・供
給口、４・・・・・反応管、　　５．６・・・・・・ニ
ードル弁、７・・・・・・試料ホルダー、８・・・・・
・加熱炉、９・・・・・・排気口、　　　１０・・・・
・・排気設備、１１・・・・・・炭素体電極、１２・・
・・・・集電棒、。 １３・・・・・・リチウム対極、 １４・・・・・・リチウム参照極、１５・・・・・・電
解液、１６・・・・・電解槽、 １７・・・・・・ｌ炭素質材料を有する発泡ニッケル板
、１８・・・・・圧送ローラー。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １、三次元構造を有する導電性基体に炭化水素類の熱分
    解により炭素質材料を気相堆積した後、この導電性基体
    を電解液中に配設して上記炭素質材料中に可逆的に層間
    挿入可能な電荷担体イオンを電気化学的に層間挿入し、
    次いでこの導電性基体を圧縮成形に付すことにより、薄
    形化及び高密度化された炭素体電極を得ることを特徴と
    する電池用電極の製造方法。
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