JPH10125311A - 電池電極の製造方法 - Google Patents

電池電極の製造方法

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JPH10125311A
JPH10125311A JP8284054A JP28405496A JPH10125311A JP H10125311 A JPH10125311 A JP H10125311A JP 8284054 A JP8284054 A JP 8284054A JP 28405496 A JP28405496 A JP 28405496A JP H10125311 A JPH10125311 A JP H10125311A
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JP
Japan
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paste
oxide film
copper foil
foil
electrode
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JP8284054A
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English (en)
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Satoshi Uda
敏 宇田
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】電池の内部抵抗値を一層低くして電池出力を増
大できる電極とする。 【解決手段】ペーストを塗布する直前に金属箔表面の酸
化膜を少なくとも部分的に破壊する。酸化膜が形成され
る前にペーストが塗布されるので、酸化膜の形成が抑制
され、その分電池の内部抵抗値を低くすることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオン電
池などに用いられる電池電極の製造方法に関し、詳しく
は電池内部抵抗値を低減できる電池電極の製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】リチウムイオン電池は、リチウムイオン
が正極と負極の間を移動することにより、充放電を行う
2次電池である。このリチウムイオン電池は4V近い起
電力が得られ、また軽い元素なのでエネルギー密度が非
常に高い。しかしリチウムは水と反応するため、電解液
や電解質には有機溶媒や固体電解質を用いる必要があ
る。
【0003】ところが固体電解質などの非水電解質の電
気伝導度は、水系電解質の電気伝導度に比べて低いとい
う欠点がある。そこで円筒型電池では、シート状の電極
を巻回した渦巻き構造とすることにより、電極活物質の
充填量を多くして電池容量を確保している。このシート
状の電極は、アルミニウム、ニッケル、銅などの導電性
金属よりなる金属箔と、金属箔表面に塗布された電極活
物質を含む電極層とから構成されている。シート状の電
極の厚さは薄ければ薄いほど電池内の充填密度が高くな
るが、活物質の量は多いほど好ましい。そこで金属箔の
厚さは極力薄くし、電極活物質を含むペーストの塗布乾
燥後に数段のローラープレス機で圧延する操作を繰り返
して、所定の厚さ内で電極層の密度を極力高くし、活物
質の充填密度を極力高くするように工夫されている。
【0004】電極活物質を含むペーストは、ロールコー
タ、アプリケータ、あるいはスクリーン印刷などによっ
て塗布されている。そして例えば特開平7−94171
号公報には、塗布されたペーストを乾燥後ローラープレ
スにより加圧して、電極層の密度を高め、電極活物質の
充填密度を高めることが記載されている。ところでアル
ミニウム、ニッケル、銅などの導電性金属は、大気中の
酸素及び水分の存在により酸化され、表面に酸化膜が形
成される。この酸化膜は導電性が低く、電池電極として
は酸化膜の存在は好ましくない。
【0005】そこで従来は、金属箔を真空中やドライエ
アー中で保管し、金属箔表面の酸化を抑制することが行
われている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、金属箔に加
工する工程は大気中で行われるのであるから、金属箔に
は既に数nmから数百nmの厚さの酸化物層が形成され
ている。このような金属箔を上記のようにして保存して
も、新たな酸化物の生成は抑制されるものの、最初から
存在している酸化物層はそのまま残っている。
【0007】また活物質の塗布工程も大気中で行われる
のであるから、金属箔を保管場所から取り出して活物質
を塗布するまでの間に酸化物がさらに生成してしまう。
したがって従来の電極の製造方法においては、金属箔表
面には必然的に酸化膜が存在しているため、それから製
造される電池の内部抵抗値は酸化膜の抵抗値が加味され
たものとなり、電池出力がその分低くなっていた。
【0008】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、電池の内部抵抗値を一層低くして電池出力
を増大できる電極とすることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する請求
項1に記載の電池電極の製造方法の特徴は、導電性金属
よりなる金属箔表面に電極活物質を含むペーストを塗布
して電極層を形成する電池電極の製造方法において、ペ
ーストを塗布する直前に金属箔表面の酸化膜を少なくと
も部分的に破壊し、次いでペーストを塗布することにあ
る。
【0010】また請求項2に記載の電池電極の製造方法
の特徴は、請求項1に記載の電池電極の製造方法におい
て、金属箔表面の酸化膜を少なくとも部分的に破壊する
とともに金属箔表面に微細な凹凸を形成することにあ
る。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の電池電極の製造方法で
は、ペーストの塗布直前に金属箔表面の酸化膜が少なく
とも部分的に破壊される。酸化膜が破壊された部分には
金属箔の金属が表出し、その表面に直ちにペーストが塗
布される。したがって酸化膜が破壊された部分では、大
気と接触する時間がきわめて短いので、新たな酸化膜が
生成する前にペーストが塗布され、ペーストが塗布され
た後は電極層によって大気との接触が遮断されるため、
それ以後の酸化物の生成も阻止される。
【0012】これにより得られた電池電極では、従来に
比べて酸化膜が低減されているので、これから形成され
る電池の内部抵抗値を一層低くすることができる。金属
箔を構成する導電性金属としては、従来と同様にアルミ
ニウム、ニッケル、銅などが用いられる。この金属箔の
厚さは、従来と同様に10〜50μmとすることができ
る。
【0013】金属箔表面の酸化膜を少なくとも部分的に
破壊する方法としては、物理的に破壊する方法及び化学
的に破壊する方法のいずれも用いることができる。しか
しながら、化学的に破壊する方法では、破壊した後に洗
浄などの後処理工程が必要となり、その後処理工程を行
っている間に新たな酸化物が生成する場合がある。した
がって後処理工程が不要な物理的に破壊する方法を用い
ることが望ましい。
【0014】物理的に酸化膜を破壊する方法としては、
酸化膜及び金属箔より硬度の高いサンドペーパやワイヤ
ブラシなどで引っ掻く方法、サンドブラストなどのよう
に金属箔表面に傷を付けて酸化膜を破壊する方法が先ず
挙げられる。ただし、金属箔は薄くそれほど高い強度を
有していないので、砂の衝突速度を低くすれば別である
が一般のサンドブラストなどでは金属箔が破損する場合
がある。
【0015】なお、破壊され金属箔から脱落した酸化物
は、活物質層に残存しないようにすることが望ましい。
このように脱落した酸化物を除去するには、エアブロウ
などで吹き飛ばす方法、あるいは逆に負圧で吸引する方
法などが例示される。また酸化膜を物理的に破壊する別
の方法として、金属を圧延して金属箔とする方法も例示
される。酸化膜は靭性が金属より低いので、圧延時に酸
化膜にクラックが生じこれにより酸化膜が破壊できる。
したがってクラックの部分には金属が表出し、圧延後直
ちにペーストを塗布することによりその部分に酸化物が
新たに生成するのが抑制される。
【0016】酸化膜を破壊した後の金属箔表面には、微
細な凹凸が形成されているようにすることが望ましい。
例えばワイヤブラシなどで引っ掻いて物理的に破壊すれ
ば、引っ掻いた痕が凹部となって残るため、凹凸が形成
される。このよな凹凸を形成することにより、投錨効果
により金属箔と電極層との付着性が向上し、活物質の脱
落による電池出力の低下を防止することができる。また
凹凸により金属箔の表面積が増大するため、電極活物質
の利用率が向上するという効果も奏される。
【0017】この凹凸による表面粗さは金属箔の厚さ以
内であれば特に制限されないが、表面積増大の効果を得
るためには数十μm以上の粗さとすることが望ましい。
電極活物質を含むペーストは、電極活物質、導電剤、結
着剤、溶媒などを含むことができる。電極活物質として
は、水素イオン、リチウムイオン、ナトリウムイオン、
カリウムイオンなどが出入可能な化合物を用いることが
でき、リチウム含有金属酸化物、遷移金属酸化物、炭素
質材料が好ましい。
【0018】リチウム含有金属酸化物としては、LiC
oO2 、LiNiO2 、LiCo0. 5 Ni0.5 2 、L
iMn2 4 、LiCoVO4 、LiCo0.9 Sn0.1
2、LiCo0.9 Ti0.1 2 、LiCo0.9 Al
0.1 2 、LiCo0.9 In0. 1 2 、LiCo0.9
0.1 2 、LiCo0.9 Ce0.1 2 などが例示され
る。
【0019】また遷移金属酸化物としては、Fe
3 4 、V6 13、V2 5 などが例示され、炭素質材
料としては黒鉛、石油コークス、クレゾール樹脂焼成炭
素、気相成長炭素などが例示される。導電剤としては、
電池内で化学変化を起こさない導電性材料を用いること
ができ、天然黒鉛、人工黒鉛、カーボンブラック、炭素
繊維、金属繊維あるいは金属粉、あるいはポリフェニレ
ン誘導体などが例示される。
【0020】そして結着剤としては、デンプン、ポリビ
ニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロ
キシプロピルセルロース、アセチルセルロース、ポリ塩
化ビニル、ポリビニルピロリドン、フッ素樹脂、ポリエ
チレン、ポリプロピレン、EPDM、ポリブタジエン、
SBRなどが例示される。この結着剤は、溶媒に溶解し
てもよいし、溶媒に分散又は懸濁状態でも使用できる。
【0021】このペーストを金属箔表面に塗布する方法
としては、従来と同様にロールコータ、ナイフコータ、
アプリケータやブレードなどを用いて塗布する方法、あ
るいはスクリーン印刷法などを用いることができる。酸
化膜を破壊後にペーストを塗布するまでの時間は、短け
れば短いほど好ましく、長くても数秒以内とすることが
望ましい。この時間が10秒より長くなると金属箔表面
に新たな酸化物が生成しやすくなる。
【0022】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。 (実施例1)先ず厚さ20μmの銅箔を用意するととも
に、正極電極活物質としてLiNiO2 を90重量%含
有し、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを2重量%、
導電化剤としてカーボンを8重量%、さらに溶媒を含有
するペーストを用意した。
【0023】そして図1に示すように、アプリケータ1
を用いて銅箔2表面にペースト3を厚さ約50μmとな
るように塗布した。ここで、アプリケータ1に隣接する
ワイヤドラム4を用い、ペースト溜まり30の後方でワ
イヤドラム4を矢印A方向へ回転させながら、銅箔2を
矢印B方向へ約5cm/秒の速度で移動させてペースト
3を塗布した。つまり銅箔2表面は先ずワイヤドラム4
で引っ掻かれて表面の酸化膜が破壊され、その直後にそ
の表面にペースト3が塗布された。
【0024】ワイヤドラム4は真鍮製の直径0.2mm
のワイヤが多数束ねられ、各ワイヤの先端で円柱表面が
形成されている。その直径は約30mmであって、その
回転数は数百〜数千rpmである。またワイヤドラム4
の回転方向は銅箔2の移動方向と逆方向であり、銅箔2
の表面への引っ掻きの力を大きくするとともに、破壊さ
れた酸化膜の屑がペースト溜まり30に混入するのを避
けるようにした。さらにワイヤドラム4の側方には図示
しないブロワを配置し、酸化膜の屑を吹き飛ばして除去
するようにした。
【0025】ペースト3が塗布された銅箔2は、150
〜200℃で約1時間乾燥され、さらにローラープレス
で加圧されて厚さ約120μmの電極層が形成された。
そして形成された電極層をもつ銅箔2を所定形状に切断
し、負極にカーボンを、電解質にEC/DECを用いて
80mm×80mm×10組のセルからなるリチウムイ
オン電池を作製した。そしてこの電池の内部抵抗値と出
力を測定し、結果を表1に示す。
【0026】(比較例1)ワイヤドラム4を用いなかっ
たこと以外は実施例1と同様にして電極を作製し、同様
に電池を作製してその内部抵抗値と出力を測定した。結
果を表1に示す。
【0027】
【表1】 (評価)表1より、実施例1で得られた電極を用いた電
池では、比較例1に比べて内部抵抗値が10%低減さ
れ、それに伴って出力が15%向上していることがわか
る。つまりペーストの塗布直前に酸化膜を除去すること
により、内部抵抗値が低下し、それによって出力が向上
したことが明らかである。
【0028】(実施例2)本実施例では、図2に示すよ
うに厚さ50〜100mmの銅板20を圧延ロール5で
圧延して厚さ10〜50μmの銅箔2を形成し、圧延ロ
ール5の数cm前方にペースト塗布機6を配置して、圧
延後直ちに銅箔2の表裏両面にペースト3を塗布したこ
と以外は実施例1と同様にして電極を作製した。
【0029】本実施例で得られた電極を用い、実施例1
と同様にして電池を作製してその特性を調査したとこ
ろ、実施例1より出力が僅かに低かったが、実施例1と
同等の内部抵抗値を示した。実施例1と実施例2におけ
る電極の差異は、銅箔2表面の凹凸の程度だけであり、
出力の差がこの凹凸の差に対応していると考えられる。
つまり凹凸が大きい実施例1の方が凹凸のない実施例2
に比べて出力がやや向上したのは、銅箔2の表面積の差
に対応していると考えられる。
【0030】なお、圧延ロール5を用いて酸化膜を除去
する方法において凹凸の程度を大きくするには、圧延ロ
ール5の表面に凹凸を形成しておく方法がある。このよ
うにすれば、圧延時に圧延ロール5表面の形状が銅箔2
表面に転写され、銅箔2表面に凹凸を容易に形成するこ
とができる。
【0031】
【発明の効果】すなわち本発明の電池電極の製造方法に
よれば、金属箔の酸化膜を少なくとも部分的に破壊した
後直ちにペーストを塗布するため、電極層と金属箔とが
酸化膜を介さずに接触する部分が多くなり、電池の内部
抵抗値を低減することができる。したがって電池のエネ
ルギー密度及び出力密度が向上する。
【0032】また金属箔の酸化膜を破壊するとともに凹
凸を形成すれば、表面積の増加により出力密度が一層向
上し、かつ投錨効果により電極層の付着性が向上するた
め、振動や衝撃に対する耐性が向上し耐久性が向上す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例においてペーストを塗布して
いる状態を示す説明図である。
【図2】本発明の第2の実施例において、銅箔を圧延
し、それにペーストを塗布している状態を示す説明図で
ある。
【符号の説明】
1:アプリケータ 2:銅箔
3:ペースト 4:ワイヤドラム 5:圧延ロール
6:ペースト塗布機 30:ペースト溜まり

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電性金属よりなる金属箔表面に電極活
    物質を含むペーストを塗布して電極層を形成する電池電
    極の製造方法において、該ペーストを塗布する直前に該
    金属箔表面の酸化膜を少なくとも部分的に破壊し、次い
    で該ペーストを塗布することを特徴とする電池電極の製
    造方法。
  2. 【請求項2】 前記金属箔表面の酸化膜を少なくとも部
    分的に破壊するとともに該金属箔表面に微細な凹凸を形
    成することを特徴とする請求項1記載の電池電極の製造
    方法。
JP8284054A 1996-10-25 1996-10-25 電池電極の製造方法 Pending JPH10125311A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2262743A (en) * 1991-12-27 1993-06-30 Mitsui Toatsu Chemicals Electrically conductive copper paste
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