JPH11144709A - 電気化学素子用電極及びその製造方法 - Google Patents
電気化学素子用電極及びその製造方法Info
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- JPH11144709A JPH11144709A JP9316605A JP31660597A JPH11144709A JP H11144709 A JPH11144709 A JP H11144709A JP 9316605 A JP9316605 A JP 9316605A JP 31660597 A JP31660597 A JP 31660597A JP H11144709 A JPH11144709 A JP H11144709A
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- electrode
- metal layer
- sheet
- electrochemical element
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 効率的な内部導電助剤との電子伝導を可能と
し、集電部分との接触をより確実、強固とすることが可
能で、内部抵抗の低減が可能な電気化学素子用電極及び
その製造方法を提供する。 【解決手段】 活物質、導電助剤、バインダーを含む電
極シート２の表面に金属層３を設けて電気化学素子用電
極を作製する。前記金属層３はアルミ、ニッケル、銅、
チタン、タングステン、ステンレス、金、白金のいずれ
かからなり、溶射又は薄膜作製技術により形成できる。
し、集電部分との接触をより確実、強固とすることが可
能で、内部抵抗の低減が可能な電気化学素子用電極及び
その製造方法を提供する。 【解決手段】 活物質、導電助剤、バインダーを含む電
極シート２の表面に金属層３を設けて電気化学素子用電
極を作製する。前記金属層３はアルミ、ニッケル、銅、
チタン、タングステン、ステンレス、金、白金のいずれ
かからなり、溶射又は薄膜作製技術により形成できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオン電
池、電気二重層キャパシタ等に適用可能な電気化学素子
用電極及びその製造方法に係り、とくにシート状電極及
びその製造方法に関するものである。
池、電気二重層キャパシタ等に適用可能な電気化学素子
用電極及びその製造方法に係り、とくにシート状電極及
びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在様々な形の電池がエレクトロニクス
の分野から自動車用途あるいは電力貯蔵を意図した大型
のものまで広く利用されている。
の分野から自動車用途あるいは電力貯蔵を意図した大型
のものまで広く利用されている。
【０００３】このような電池において通常電解液は液体
が用いられているが、これを固体状に置き換えることに
より、液漏れの防止あるいはシート構造化が可能になる
ことが予想され、次世代タイプの電池として注目を集め
ている。特に現在、ノートブックパソコン等で急速に利
用されているリチウムイオン二次電池等のシート化ある
いは積層小型化が実現できれば、さらに応用展開が加速
されることと予測されている。こうした固体状の電解質
を用いる場合、セラミックス材料、あるいは高分子材
料、あるいはそれらを複合化した材料が提案されてい
る。その中で高分子電解質を電解液等を用い可塑化した
ゲル電解質は、液体系の高導電率と高分子系のプラスチ
ック性を兼ね備えており、電解質開発の上で有望視され
ている。
が用いられているが、これを固体状に置き換えることに
より、液漏れの防止あるいはシート構造化が可能になる
ことが予想され、次世代タイプの電池として注目を集め
ている。特に現在、ノートブックパソコン等で急速に利
用されているリチウムイオン二次電池等のシート化ある
いは積層小型化が実現できれば、さらに応用展開が加速
されることと予測されている。こうした固体状の電解質
を用いる場合、セラミックス材料、あるいは高分子材
料、あるいはそれらを複合化した材料が提案されてい
る。その中で高分子電解質を電解液等を用い可塑化した
ゲル電解質は、液体系の高導電率と高分子系のプラスチ
ック性を兼ね備えており、電解質開発の上で有望視され
ている。
【０００４】ところで、ゲル状の電解質を電池に利用し
た例はすでに G.Feuillade,J.Appl.Electrochem.5(197
5)p.63-69により開示されており、さらに米国特許第５
２９６３１８号により実用的な系も提示されている。
た例はすでに G.Feuillade,J.Appl.Electrochem.5(197
5)p.63-69により開示されており、さらに米国特許第５
２９６３１８号により実用的な系も提示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このようなシート型電
池の作製方法では、正極、負極、固体電解質を順次積層
する。従って、従来の円筒型とは異なり平面型及び大面
積のものが可能になる。しかしながらゲル状電解質を用
いる場合、本質的に溶液系ではないため、電解質部分の
内部抵抗が大きくなることは避けられない。従って、よ
り実用に供するのに適した電池にするために、電極部分
の抵抗を極力下げることが技術課題となっていた。
池の作製方法では、正極、負極、固体電解質を順次積層
する。従って、従来の円筒型とは異なり平面型及び大面
積のものが可能になる。しかしながらゲル状電解質を用
いる場合、本質的に溶液系ではないため、電解質部分の
内部抵抗が大きくなることは避けられない。従って、よ
り実用に供するのに適した電池にするために、電極部分
の抵抗を極力下げることが技術課題となっていた。
【０００６】この電極部分の抵抗を発現させる要因とし
て下記の４項目が考えられる。 (1) 電極内部における電解質部分の抵抗 (2) 電極活物質の反応速度に起因する抵抗 (3) 電極内部の電子導電性を向上させるために添加し
ている導電助剤の分散等による抵抗 (4) 電極シートと集電体との接触抵抗
て下記の４項目が考えられる。 (1) 電極内部における電解質部分の抵抗 (2) 電極活物質の反応速度に起因する抵抗 (3) 電極内部の電子導電性を向上させるために添加し
ている導電助剤の分散等による抵抗 (4) 電極シートと集電体との接触抵抗
【０００７】実際問題としてこれらの要因を分離するこ
とは困難であるが、特に大面積シート型を考える時、項
目(4)の寄与が大きくなることが予測される。すなわち
金属グリッド等の集電体を活物質、バインダーが主成分
である電極に均一に接触させることが難しいことによ
る。
とは困難であるが、特に大面積シート型を考える時、項
目(4)の寄与が大きくなることが予測される。すなわち
金属グリッド等の集電体を活物質、バインダーが主成分
である電極に均一に接触させることが難しいことによ
る。
【０００８】このため従来技術、例えば米国特許第５４
３７６９２号等では、導電塗料を電極と集電体との界面
に塗布することが考えられている。こうした方法によっ
ても抵抗が低減されることは確かであるが、導電塗料は
通常樹脂成分が主成分であるため特に大面積にする場合
均一に接触させることが難しく、また電池等の電極材料
に用いる場合、焼き付けあるいは加熱処理に制限がある
ため、やはり接触に不安定要因が生じている。
３７６９２号等では、導電塗料を電極と集電体との界面
に塗布することが考えられている。こうした方法によっ
ても抵抗が低減されることは確かであるが、導電塗料は
通常樹脂成分が主成分であるため特に大面積にする場合
均一に接触させることが難しく、また電池等の電極材料
に用いる場合、焼き付けあるいは加熱処理に制限がある
ため、やはり接触に不安定要因が生じている。
【０００９】以上の背景を考慮し本発明者らは検討した
結果、集電体に用いる金属材料の選択よりも集電体自身
と電極シートとの界面抵抗が影響していることが明らか
になり、シート型電池（或いは電気二重層キャパシタ）
の電極として最適な、電極と集電体との界面構造及びこ
れを作製する手段を見出した。
結果、集電体に用いる金属材料の選択よりも集電体自身
と電極シートとの界面抵抗が影響していることが明らか
になり、シート型電池（或いは電気二重層キャパシタ）
の電極として最適な、電極と集電体との界面構造及びこ
れを作製する手段を見出した。
【００１０】本発明は、上記の点に鑑み、効率的な内部
導電助剤との電子伝導を可能とし、集電部分との接触を
より確実、強固とすることが可能で、内部抵抗の低減が
可能な電気化学素子用電極及びその製造方法を提供する
ことを目的とする。
導電助剤との電子伝導を可能とし、集電部分との接触を
より確実、強固とすることが可能で、内部抵抗の低減が
可能な電気化学素子用電極及びその製造方法を提供する
ことを目的とする。
【００１１】本発明のその他の目的や新規な特徴は後述
の実施の形態において明らかにする。
の実施の形態において明らかにする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電気化学素子用電極は、活物質、導電助
剤、バインダーを含むシート状電極材料の表面に金属層
を設けた構成としている。
に、本発明の電気化学素子用電極は、活物質、導電助
剤、バインダーを含むシート状電極材料の表面に金属層
を設けた構成としている。
【００１３】前記電気化学素子用電極において、前記金
属層がアルミ、ニッケル、銅、チタン、タングステン、
ステンレス、金、白金のいずれかであるとよい。
属層がアルミ、ニッケル、銅、チタン、タングステン、
ステンレス、金、白金のいずれかであるとよい。
【００１４】本発明の電気化学素子用電極の製造方法
は、活物質、導電助剤、バインダーを含むシート状電極
材料の表面に、溶射又は薄膜作製技術により金属層を形
成したことを特徴としている。
は、活物質、導電助剤、バインダーを含むシート状電極
材料の表面に、溶射又は薄膜作製技術により金属層を形
成したことを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る電気化学素子
用電極及びその製造方法の実施の形態を図面に従って説
明する。
用電極及びその製造方法の実施の形態を図面に従って説
明する。
【００１６】図１は本発明の実施の形態であって、電極
と集電体とを一体化する前の状態を示す。この図におい
て、１は正極又は負極となる電極であり、正極又は負極
活物質、バインダー、導電助剤からなる電極シート（シ
ート状電極材料）２の片面に、溶射（プラズマ溶射、ア
ーク溶射等）、あるいは薄膜作製技術（スパッタリン
グ、蒸着、プラズマＣＶＤ等）により金属層３を被着形
成したものである。４は金属箔、金属メッシュ等の集電
体であり、この集電体４は例えば導電塗料（導電性接着
剤）５を塗布した状態にて金属層３に接合一体化され
る。この場合、導電塗料５が硬化した導電塗料層を介し
金属層３と集電体４とが接合されることになる。金属層
３はアルミ、ニッケル、銅、チタン、タングステン、ス
テンレス、金、白金のいずれかからなることが好まし
い。
と集電体とを一体化する前の状態を示す。この図におい
て、１は正極又は負極となる電極であり、正極又は負極
活物質、バインダー、導電助剤からなる電極シート（シ
ート状電極材料）２の片面に、溶射（プラズマ溶射、ア
ーク溶射等）、あるいは薄膜作製技術（スパッタリン
グ、蒸着、プラズマＣＶＤ等）により金属層３を被着形
成したものである。４は金属箔、金属メッシュ等の集電
体であり、この集電体４は例えば導電塗料（導電性接着
剤）５を塗布した状態にて金属層３に接合一体化され
る。この場合、導電塗料５が硬化した導電塗料層を介し
金属層３と集電体４とが接合されることになる。金属層
３はアルミ、ニッケル、銅、チタン、タングステン、ス
テンレス、金、白金のいずれかからなることが好まし
い。
【００１７】なお、集電体４に導電塗料を塗布しない
で、金属層３を集電体４と直接接合させる構成とするこ
とも可能である。
で、金属層３を集電体４と直接接合させる構成とするこ
とも可能である。
【００１８】本発明の実施の形態では、電極１表面に上
記方法により金属層３を設けることにより、効率的な内
部導電助剤との電子伝導が可能になり、また得られた金
属層３表面も適度に粗くすることができるため、集電部
分との接触をより確実、強固にすることができる。従っ
て、これらより、内部抵抗の低減効果が得られる。
記方法により金属層３を設けることにより、効率的な内
部導電助剤との電子伝導が可能になり、また得られた金
属層３表面も適度に粗くすることができるため、集電部
分との接触をより確実、強固にすることができる。従っ
て、これらより、内部抵抗の低減効果が得られる。
【００１９】なお、金属層３がアルミ、ニッケル、銅、
チタン、タングステン、ステンレス、金、白金のいずれ
かであれば、リチウムイオン電池、電気二重層キャパシ
タ等の電解質又は正負極の材質に対して化学的に安定で
ある。
チタン、タングステン、ステンレス、金、白金のいずれ
かであれば、リチウムイオン電池、電気二重層キャパシ
タ等の電解質又は正負極の材質に対して化学的に安定で
ある。
【００２０】また、金属層３の形成を溶射で行う場合、
大気中での処理となり、製造上有利である。
大気中での処理となり、製造上有利である。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の実施例をリチウムイオン二次
電池の電極を構成した場合を例にとり詳述する。
電池の電極を構成した場合を例にとり詳述する。
【００２２】［実施例１］本実施例では下記の組成で正
極を作製した。 正極活物質 ＬｉＣｏＯ2 バインダー ＰＶＤＦ Kynar 741（フッ化ビニリデン
ホモポリマー） 導電助剤 アセチレンブラック これらの材料を重量比で８０：１０：１０の割合で溶媒
はＮＭＰ（ノルマルメチルピロリドン）を用いてペース
トとしＰＥＴフィルム上に塗布した。乾燥後ＰＥＴフィ
ルムから剥離させ正極シートとした。
極を作製した。 正極活物質 ＬｉＣｏＯ2 バインダー ＰＶＤＦ Kynar 741（フッ化ビニリデン
ホモポリマー） 導電助剤 アセチレンブラック これらの材料を重量比で８０：１０：１０の割合で溶媒
はＮＭＰ（ノルマルメチルピロリドン）を用いてペース
トとしＰＥＴフィルム上に塗布した。乾燥後ＰＥＴフィ
ルムから剥離させ正極シートとした。
【００２３】次に電極上に作製する金属層について説明
する。この金属層はプラズマ溶射、アーク溶射等により
直接正極シートの片側表面に形成する。溶射金属はＡ
ｌ，Ｎｉ，Ｃｕ等であるが正極の場合は電気化学的にＡ
ｌが適当である。溶射による付着量は０．０２ｍｇ／ｃ
ｍ2から８００ｍｇ／ｃｍ2が適当である。この範囲に入
っていれば正極シートから剥離もなくまた接触も十分に
とれる。こうした金属層は電極材料内部にまで浸透でき
るため樹脂を基本とした導電塗料より、良好な接触が得
られる。なお、溶射による付着量が０．０２ｍｇ／ｃｍ
2未満では、金属層が薄すぎ、剥離し易く、接触も不十
分となり易い。また、８００ｍｇ／ｃｍ2を越えると、
金属層の厚みが過大となり、シートとしての柔軟性が失
われ、また溶射の作業時間も長くなる。
する。この金属層はプラズマ溶射、アーク溶射等により
直接正極シートの片側表面に形成する。溶射金属はＡ
ｌ，Ｎｉ，Ｃｕ等であるが正極の場合は電気化学的にＡ
ｌが適当である。溶射による付着量は０．０２ｍｇ／ｃ
ｍ2から８００ｍｇ／ｃｍ2が適当である。この範囲に入
っていれば正極シートから剥離もなくまた接触も十分に
とれる。こうした金属層は電極材料内部にまで浸透でき
るため樹脂を基本とした導電塗料より、良好な接触が得
られる。なお、溶射による付着量が０．０２ｍｇ／ｃｍ
2未満では、金属層が薄すぎ、剥離し易く、接触も不十
分となり易い。また、８００ｍｇ／ｃｍ2を越えると、
金属層の厚みが過大となり、シートとしての柔軟性が失
われ、また溶射の作業時間も長くなる。
【００２４】［実施例２］本実施例では負極を作製し
た。 負極活物質 黒鉛 バインダー ＰＶＤＦ Kynar 741 導電助剤 アセチレンブラック これらの材料を重量比で８２：９：９に混合し溶媒はＮ
ＭＰを用いてペーストとし、実施例１と同様に塗布して
電極化し、負極シートとした。溶射も同様に行うが、こ
の場合はＣｕを用いた。
た。 負極活物質 黒鉛 バインダー ＰＶＤＦ Kynar 741 導電助剤 アセチレンブラック これらの材料を重量比で８２：９：９に混合し溶媒はＮ
ＭＰを用いてペーストとし、実施例１と同様に塗布して
電極化し、負極シートとした。溶射も同様に行うが、こ
の場合はＣｕを用いた。
【００２５】［実施例３］本実施例では実施例１と同様
に作製するがバインダーはＰＶＤＦ Kynar 2801（フッ
化ビニリデンと６フッ化プロピレンの共重合体）とし
た。他の条件は全く同じである。
に作製するがバインダーはＰＶＤＦ Kynar 2801（フッ
化ビニリデンと６フッ化プロピレンの共重合体）とし
た。他の条件は全く同じである。
【００２６】［比較例］通常の電極、すなわち金属層を
形成しない正負電極を同様に作製した。
形成しない正負電極を同様に作製した。
【００２７】以上の作製方法により作製した実施例１，
２，３の電極に対して、比較例の通常の電極を作製し
て、内部抵抗の差の評価及び高分子固体電解質を用いて
シート型電池の評価を行った結果、本発明の実施例１，
２，３では比較例よりも１Ｃにおける放電容量が１５％
増加した。
２，３の電極に対して、比較例の通常の電極を作製し
て、内部抵抗の差の評価及び高分子固体電解質を用いて
シート型電池の評価を行った結果、本発明の実施例１，
２，３では比較例よりも１Ｃにおける放電容量が１５％
増加した。
【００２８】以下の表１に内部抵抗を示した。但し、試
料Ｎｏ．１〜３は実施例１で作製した電極、試料Ｎｏ．
４〜６は実施例２で作製した電極、試料Ｎｏ．７〜９は
実施例３で作製した電極であり、金属層が形成されてい
ない比較例の正負電極の場合の抵抗値に対する比で表し
た。
料Ｎｏ．１〜３は実施例１で作製した電極、試料Ｎｏ．
４〜６は実施例２で作製した電極、試料Ｎｏ．７〜９は
実施例３で作製した電極であり、金属層が形成されてい
ない比較例の正負電極の場合の抵抗値に対する比で表し
た。
【００２９】表１内部抵抗（相対値） 試料Ｎｏ．１ ０．８５ 試料Ｎｏ．２ ０．８３ 試料Ｎｏ．３ ０．８０ 試料Ｎｏ．４ ０．７６ 試料Ｎｏ．５ ０．８２ 試料Ｎｏ．６ ０．７６ 試料Ｎｏ．７ ０．８７ 試料Ｎｏ．８ ０．９１ 試料Ｎｏ．９ ０．８５
【００３０】表１から本発明による電極を用いた場合、
内部抵抗が低下していること及び放電レート特性が向上
していることがわかる。
内部抵抗が低下していること及び放電レート特性が向上
していることがわかる。
【００３１】以上本発明の実施の形態について説明して
きたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記
載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当
業者には自明であろう。
きたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記
載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当
業者には自明であろう。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
活物質、導電助剤、バインダーを含むシート状電極材料
の表面に金属層を形成したので、シート状の電極と集電
体との界面抵抗を低減させることができ、また効率的な
内部導電助剤との電子伝導を可能とし、集電部分との接
触をより確実、強固とすることが可能で、内部抵抗の低
減が可能となる。また、二次電池に適用したときに放電
レート特性の向上を図ることができる。
活物質、導電助剤、バインダーを含むシート状電極材料
の表面に金属層を形成したので、シート状の電極と集電
体との界面抵抗を低減させることができ、また効率的な
内部導電助剤との電子伝導を可能とし、集電部分との接
触をより確実、強固とすることが可能で、内部抵抗の低
減が可能となる。また、二次電池に適用したときに放電
レート特性の向上を図ることができる。
【図１】本発明に係る電気化学素子用電極及びその製造
方法の実施の形態であって、電極と集電体とを一体化す
る前の状態を示す概略断面図である。
方法の実施の形態であって、電極と集電体とを一体化す
る前の状態を示す概略断面図である。
１ 電極 ２ 電極シート ３ 金属層 ４ 集電体
Claims (3)
- 【請求項１】 活物質、導電助剤、バインダーを含むシ
ート状電極材料の表面に金属層を設けたことを特徴とす
る電気化学素子用電極。 - 【請求項２】 前記金属層がアルミ、ニッケル、銅、チ
タン、タングステン、ステンレス、金、白金のいずれか
からなる請求項１記載の電気化学素子用電極。 - 【請求項３】 活物質、導電助剤、バインダーを含むシ
ート状電極材料の表面に、溶射又は薄膜作製技術により
金属層を形成したことを特徴とする電気化学素子用電極
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9316605A JPH11144709A (ja) | 1997-11-04 | 1997-11-04 | 電気化学素子用電極及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9316605A JPH11144709A (ja) | 1997-11-04 | 1997-11-04 | 電気化学素子用電極及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11144709A true JPH11144709A (ja) | 1999-05-28 |
Family
ID=18078942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9316605A Withdrawn JPH11144709A (ja) | 1997-11-04 | 1997-11-04 | 電気化学素子用電極及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11144709A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002064038A (ja) * | 2000-08-18 | 2002-02-28 | Kyocera Corp | 電気二重層コンデンサ |
| JP2005340109A (ja) * | 2004-05-28 | 2005-12-08 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | 非水電解液二次電池用負極 |
| US7317206B2 (en) | 2003-03-12 | 2008-01-08 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Conductive elements for thin film transistors used in a flat panel display |
| JP2014225445A (ja) * | 2013-04-19 | 2014-12-04 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 二次電池およびその作製方法 |
| US8980472B2 (en) | 2010-08-05 | 2015-03-17 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Secondary battery |
| JP2019160814A (ja) * | 2013-10-22 | 2019-09-19 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 電極およびその製造方法 |
| CN111540902A (zh) * | 2019-02-06 | 2020-08-14 | 丰田自动车株式会社 | 全固体电池及其制造方法 |
-
1997
- 1997-11-04 JP JP9316605A patent/JPH11144709A/ja not_active Withdrawn
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