JPWO2011052122A1 - 非水電解質二次電池用集電体、電極、及び非水電解質二次電池、並びにその製造方法 - Google Patents

非水電解質二次電池用集電体、電極、及び非水電解質二次電池、並びにその製造方法 Download PDF

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Abstract

集電体は、金属箔に複数の貫通孔を形成して構成されている。金属箔を、外部端子との接続箇所からの距離が大きい遠距離領域、並びに遠距離領域と面積の等しい、接続箇所からの距離が小さい近距離領域の２つの領域に区分すると、金属箔は、遠距離領域の開口率が、近距離領域の開口率よりも大きくなっている。これにより、近距離領域の電気抵抗を、遠距離領域の電気抵抗よりも小さくすることができる。したがって、近距離領域の通電による発熱を抑えることができる。

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池に関するものであり、特に、非水電解質二次電池のサイクル特性を向上させるための集電体及び電極の改良に関する。
近年、携帯用電子機器及び携帯用通信機器の電源としてリチウムイオン二次電池が広く使用されている。リチウムイオン二次電池は、負極活物質に、リチウムの吸蔵及び放出が可能な材料、例えば炭素質材料を使用している。また、正極活物質には、ＬｉＣｏＯ2（コバルト酸リチウム）等の遷移金属とリチウムとの複合酸化物（リチウム含有複合酸化物）を使用している。これにより、リチウムイオン二次電池においては、高電圧かつ高放電容量の電池特性を実現することが可能である。
しかしながら、近年、電子機器及び通信機器は益々多機能化している。それに伴って、リチウムイオン二次電池等の二次電池の電池特性の更なる向上が求められている。特に、充放電の繰り返しにより電池性能（容量及び電圧）が低下する性質（以下、サイクル特性という）についての更なる改善が望まれている。
以下、リチウムイオン二次電池のサイクル特性について概説する。
一般的に、リチウムイオン二次電池の発電要素である電極（正極及び負極）は以下の通りにして作製される。
正極活物質または負極活物質、結着材、並びに必要に応じて加えた導電材を分散媒に分散させて合剤塗料を調製する。調製された合剤塗料を、集電体の片面もしくは両面に塗布し、乾燥させて、活物質層を形成する。活物質層が形成された集電体を、全体の厚みが所定厚となるようにプレスする。
以上のような工程で作製される電極を使用して製造された二次電池の電池性能が、使用とともに低下する主な要因として、活物質層と集電体との間の結着力が徐々に低下することが挙げられる。それにより、活物質が集電体から脱落するからである。活物質層と集電体との間の結着力の低下は、充放電の繰り返しに伴って、活物質が膨張と収縮を繰り返すことにより引き起こされる。
また、非水電解質二次電池の電池性能が、使用とともに低下する別の要因として、通電による集電体の発熱が挙げられる。集電体が発熱すると、その周囲の活物質の劣化が促進されるとともに、電解液の分解が促進される。これにより、電池性能が低下する。
この点に関連して、特許文献１は、以下の技術を提案している。
通電による集電体の発熱は、電流の集中するリード設置部（集電箇所）において最も大きい。このため、集電体の厚みを、集電箇所に近い部分において最も大きくし、集電箇所から遠ざかるほど集電体の厚みを小さくする。
特許文献１は、これにより、集電体で生じる抵抗や発熱を最小限にとどめることが可能となるとしている。
特開平９−１９９１７７号公報
リチウムイオン二次電池においては、集電体として、厚みが５〜１５μｍ程度の金属箔（銅箔、アルミニウム箔等）を使用することがある。このように厚みが極めて小さい金属箔を、その厚みを徐々に変化させるように加工することは、非常に困難なことである。したがって、特許文献１の技術は、たとえ理論的には正しくとも、実際には、実用化が非常に困難な技術であるといえる。
そこで、本発明は、通電による発熱を抑えて、非水電解質二次電池のサイクル特性を向上させることができ、かつ製造の容易な非水電解質二次電池用集電体、並びにそのような集電体を使用した電極、及び非水電解質二次電池、並びにその製造方法を提供することを目的としている。
本発明は、非水電解質二次電池用集電体であって、
前記集電体は、複数の貫通孔を有する金属箔を含み、
前記金属箔は、電極活物質を担持させる集電領域と、外部端子との接続箇所とを有し、
前記集電領域を、
（i）前記接続箇所からの距離が大きい遠距離領域、並びに
（ii）前記遠距離領域と面積の等しい、前記接続箇所からの距離が小さい近距離領域の２つに区分したときに、
前記遠距離領域の開口率が、前記近距離領域の開口率よりも大きくなるように、前記複数の貫通孔が分配されている、集電体を提供する。
また、本発明は、（ａ）電極活物質を担持させる集電領域と、外部端子との接続箇所とを有する金属箔を準備する工程、並びに
（ｂ）前記金属箔に複数の貫通孔を形成する工程、を含み、
前記工程ｂは、前記金属箔を、
（i）前記接続箇所からの距離が大きい遠距離領域、並びに
（ii）前記遠距離領域と面積の等しい、前記接続箇所からの距離が小さい近距離領域の２つに区分したときに、
前記遠距離領域の開口率が、前記近距離領域の開口率よりも大きくなるように、前記複数の貫通孔を分配することを含む非水電解質二次電池用集電体の製造方法を提供する。
本発明によれば、金属箔は、遠距離領域の開口率が、近距離領域の開口率よりも大きくなっている。これにより、近距離領域の電気抵抗は、遠距離領域の電気抵抗よりも小さくなる。その結果、遠距離領域及び近距離領域の電流密度の差異は小さくなる。したがって、遠距離領域及び近距離領域における発熱量の差異を小さくすることができ、集電体の各部分における、通電による発熱量を均一化することができる。
よって、集電体の特定の部分、特に外部端子との接続箇所の近傍の領域で、活物質の劣化が促進されるのを防止することができるとともに、電解液の分解が促進されるのを防止することができる。したがって、非水電解質二次電池のサイクル特性を向上させることができる。
本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池用集電体の概略構成を示す平面図である。 本発明の別の実施形態に係る非水電解質二次電池用集電体の概略構成を示す平面図である。 本発明の更に別の実施形態に係る非水電解質二次電池用集電体の概略構成を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の概略構成を示す縦断面図である。
本発明の集電体は、非水電解質二次電池用集電体であって、複数の貫通孔を有する金属箔を含んでいる。その金属箔は、電極活物質を担持させる集電領域と、外部端子との接続箇所とを有する。ここで、集電領域を、（i）上記接続箇所からの距離が大きい遠距離領域、並びに（ii）遠距離領域と面積の等しい、上記接続箇所からの距離が小さい近距離領域の２つに区分したとき、複数の貫通孔は、遠距離領域の開口率が近距離領域の開口率よりも大きくなるように分配されている。
二次電池が放電されるとき、集電体には、集電領域の各部の電極活物質の起電力により電流が流れる。よって、電流の絶対量は、近距離領域の方が遠距離領域よりも大きくなる。ここで、遠距離領域の開口率が近距離領域の開口率よりも大きくなっていることで、集電領域の各部から接続箇所に向かう導電経路の有効断面積は、近距離領域の方が遠距離領域よりも大きくなる。よって、近距離領域の電流密度と、遠距離領域の電流密度との差異を小さくすることができる。二次電池が充電されるときにも、同様の理由により、近距離領域の電流密度と、遠距離領域の電流密度との差異を小さくすることができる。
本発明の一形態の集電体は、金属箔が、一対の長手端部と、一対の短手端部と、を有する帯状であり、接続箇所は、その長手端部の一方に沿って設けられている。そして、近距離領域と遠距離領域との境界は、長手端部と平行な直線になるように、集電領域を２つに区分している。一対の長手端部とは、帯状の金属箔の一対の長辺に沿った部分をいう。一対の短手端部とは、帯状の金属箔の一対の短辺に沿った部分をいう。
本発明の他の形態の集電体は、金属箔が、一対の長手端部と、一対の短手端部と、を有する帯状であり、接続箇所は、その短手端部の一方に沿って設けられている。そして、近距離領域と遠距離領域との境界は、短手端部と平行な直線になるように、集電領域を２つに区分している。
本発明のさらに他の形態の集電体は、金属箔が、一対の長手端部と、一対の短手端部と、を有する帯状であり、接続箇所は、短手端部の一方および他方から、それぞれ所定の距離を介して離れた位置に設けられている。そして、近距離領域と遠距離領域との境界が、短手方向と平行な直線になるように、集電領域を２つに区分している。
ここで、近距離領域の開口率Ａと、遠距離領域の開口率Ｂとの比、Ａ／Ｂは、０．１〜０．８の範囲とするのが好ましい。Ａ／Ｂが０．１よりも小さいと、遠距離領域の開口率Ｂが大きくなりすぎる場合があり、その場合には、集電体の強度の低下を招く場合がある。一方、Ａ／Ｂが０．８よりも大きいと、ＡとＢとの差が小さすぎて、電流密度の差異を十分な程度に解消することが困難となる場合がある。
さらに、複数の貫通孔の径は、０．０１〜５ｍｍであるのが好ましい。貫通孔の径が、５ｍｍを超えると、集電体の強度が大きく低下する場合がある。逆に、貫通孔の径が、０．０１ｍｍを下回ると、電流密度の差異を十分な程度に解消するために必要とされる貫通孔の数が膨大となる。よって、貫通孔を形成する工程における作業量が増大する。
本発明のさらに他の形態の集電体においては、金属箔は、接続箇所からの距離に比例して開口率が増大するように、複数の貫通孔が分配されている。開口率がそのように変化するように金属箔における貫通孔の分布を設定することで、集電体各部の電流密度をより均一化することができる。
さらに、本発明は、上記非水電解質二次電池用集電体、及びその片面または両面に担持された電極活物質を含む非水電解質二次電池用電極に関する。
本発明の一形態の非水電解質二次電池用電極においては、金属箔の両面に形成された電極活物質層が、複数の貫通孔を通して結合している。これにより、電極活物質層の集電体からの脱落を抑えることができる。
さらに、本発明は、正極、負極および両電極の間に介在されるセパレータを積層または巻回して構成された電極群と、非水電解質と、電極群および非水電解質を収納する、開口部を有する電池ケースと、開口部を封口する封口体と、を備えた非水電解質二次電池に関する。本発明の非水電解質二次電池は、正極及び負極の少なくとも一方が、上記非水電解質二次電池用電極から構成されている。
さらに、本発明は、（ａ）電極活物質を担持させる集電領域と、外部端子との接続箇所とを有する金属箔を準備する工程、並びに（ｂ）金属箔に複数の貫通孔を形成する工程、を含む。ここで、工程（ｂ）は、金属箔を、（i）接続箇所からの距離が大きい遠距離領域、並びに（ii）遠距離領域と面積の等しい、接続箇所からの距離が小さい近距離領域の２つに区分したときに、遠距離領域の開口率が、近距離領域の開口率よりも大きくなるように、複数の貫通孔を分配することを含む。
ここで、貫通孔は、プレス加工、エッチング加工、及びレーザー加工よりなる群から選択される少なくとも１種により形成することができる。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施形態１）
図１に、本発明の実施形態１に係る非水電解質二次電池用集電体の概略構成を平面図により示す。
図示例の集電体１０は、帯状の金属箔１１からなる。金属箔１１には所定の配置で複数の貫通孔１２が形成されている。
集電体１０は、幅方向の一端部１３に図示しない電極リードが取り付けられる。つまり、集電体１０は、幅方向の一端部（長手端部の一方）１３が、電流の集中する、外部端子との接続箇所となっている。集電体１０のそれ以外の部分は、活物質を担持させる集電領域２２となっている。ここで、帯状とは、一対の長手端部と、一対の短手端部と、を有する形状をいう。
貫通孔１２の配置については、外部端子との接続箇所である一端部１３に近づくほどに、開口率が小さくなるように、集電領域２２に貫通孔１２を形成するのが好ましい。ここで、開口率とは、集電領域２２を幅方向に等分して所定個数の領域に区分したときに、各領域における貫通孔１２の開口面積を、その領域全体の面積で割った値をいう。このとき、各領域の境界線は、金属箔１１の長手端部と平行である。
つまり、一端部１３に近い領域ほど、貫通孔１２の総開口面積を小さくする。例えば、集電領域２２を集電体１０の幅方向に２等分した２つの領域を考える。この場合には、一端部１３に近い領域における開口率が、一端部１３から遠い領域における開口率よりも小さくなるように、集電領域２２に貫通孔１２を形成する。このとき、一端部１３に近い領域における開口率Ａと、一端部１３から遠い領域における開口率Ｂとの比、Ａ／Ｂは、０．１ 〜０．８の範囲とするのが好ましい。これにより、上記２つの領域の電流密度の差異を小さくして、一端部１３に近い領域における、通電による発熱量を小さくすることができる。
図１の例では、集電領域２２を集電体１０の幅方向に４等分した、４つの領域の間で、開口率は、一端部１３に近づくほどに小さくなっている。また、集電領域２２を幅方向に２等分した、２つの領域の間においても、開口率は、一端部１３に近い領域の方が小さくなっている。
以上のように、図示例の集電体１０は、外部端子との接続箇所である幅方向の一端部１３に近づくほどに、開口率が小さくなるように、集電領域２２に貫通孔１２が形成されている。これにより、集電領域２２の、接続箇所の近傍の部分で電気抵抗は相対的に小さくなっている。一方、接続箇所から離れた部分で電気抵抗は相対的に大きくなっている。
その結果、この集電体１０を使用して電極を構成し、その電極を使用して非水電解質二次電池を構成した場合に、その非水電解質二次電池の充電及び放電を行ったときの、集電領域２２の各部における電流密度の差を小さくすることができる。よって、集電体１０の各部分における発熱量の差を小さくすることができる。
このとき、活物質は、貫通孔１２の内部にも充填できるので、たとえ集電体１０全体の厚みをわずかに大きくしても、電池の内部の活物質の量は削減されない。これにより、電池性能を低下させることなく、集電領域２２の、接続箇所の近傍の部分における発熱量を抑えることができる。よって、接続箇所の近傍の部分の活物質及び電解質が強く加熱されて、活物質の劣化が促進されたり、電解液が分解されたりするのを避けることができる。したがって、非水電解質二次電池の電池性能の低下を抑制することが可能となり、サイクル特性が向上する。
理想的には、集電領域２２の各部分の電流密度が全て等しくなるように、貫通孔１２を形成するのがよい。したがって、集電領域２２の各部分の抵抗値が、接続箇所である一端部１３からの距離と比例するように貫通孔１２を形成するのがよい。そのように集電領域２２の各部分の抵抗値を設定することによって、通電による発熱量を、集電領域２２の全域に亘ってより均一なものとすることが可能となる。その結果、非水電解質二次電池のサイクル特性をより顕著に向上させることができる。
ここで、貫通孔１２は、径、形及び面積は特に限定されない。また、貫通孔１２は、径、形及び面積は全て等しくしてもよいし、貫通孔１２毎に径、形及び面積を異ならせてもよい。例えば、集電領域２２に貫通孔１２を設ける密度は一定にして、集電領域２２の、接続箇所からの距離が大きくなる程に、貫通孔１２の径を大きくするようにしてもよい。
しかしながら、多数の貫通孔１２を形成するときの加工の容易さを考えれば、貫通孔１２は、全て同じ径、形及び面積とするのが好ましい。これにより、製造コストの増大を抑えることができる。
貫通孔１２の形は、特に限定されず、三角形、正方形、長方形、菱形、これら以外の平行四辺形、台形、及び五角形以上の多角形等、任意の形状とすることができる。しかしながら、多数の貫通孔１２を集電領域２２に形成したときに、集電体１０の強度ができるだけ低下しないようにするためには、貫通孔１２は円形または楕円形とするのが好ましい。最も好ましいのは円形であり、これにより、集電領域２２の強度の低下を抑えることができる。
また、貫通孔１２の径（最大径）は、０．０１〜５ｍｍとするのが好ましい。貫通孔１２の径が、５ｍｍを超えると、集電体１０の強度が大きく低下する。逆に、貫通孔１２の径が、０．０１ｍｍを下回ると、所望の効果を得るために必要とされる貫通孔１２の数が膨大となる。よって、貫通孔１２を形成する工程における作業量が増大する。その結果、製造コストが増大する。したがって、貫通孔１２の径を、０．０１〜５ｍｍとすることによって、集電体１０の製造コストの増大を抑えることができるとともに、強度の低下を抑えることができる。
また、貫通孔１２を設けることによる強度の低下を抑えるために、集電体１０の厚みＤ０は、貫通孔１２を備えていない集電体と比較して、大きくするのが好ましい。貫通孔１２を備えていない集電体に必要とされる最低限の厚みをＤ１とすれば、集電体１０の厚みＤ０は、Ｄ１の１２０〜６００％とするのがよい。
このように、集電体１０の厚みを通常よりも大きくしても、貫通孔１２の中に活物質を保持することができるので、電池性能の低下を抑えることができる。
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２を説明する。
図２に、実施形態２の非水電解質二次電池用集電体の概略構成を平面図により示す。図２において、図１と同様の要素は同じ符号により示している。
図示例の集電体１０Ａもまた、図１の集電体１０と同様に、帯状の金属箔１１からなり、金属箔１１には、複数の貫通孔１２が形成されている。集電体１０Ａが、図１の集電体１０と異なるのは、長手方向の一端部（短手端部の一方）１３Ａに図示しない電極リードが接続される点である。つまり、集電体１０Ａは、長手方向の一端部１３Ａが外部端子との接続箇所となっている。集電体１０Ａのそれ以外の部分は、活物質を担持させる集電領域２２Ａとなっている。
集電体１０Ａにおいても、集電領域２２Ａの開口率は、接続箇所である一端部１３Ａに近づくほどに小さくなっている。つまり、集電領域２２Ａを集電体１０Ａの長手方向に等分した、所定個数（代表的には２個）の領域を考えたときに、一端部１３Ａに近い領域ほど、開口率は小さくなっている。なお、各領域の境界線は集電体１０Ａの短手端部と平行である。
以上の構成により、接続箇所が集電体の長手方向の一端部に形成される場合にも、実施形態１と同様の効果を達成することが可能となる。
（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３を説明する。
図３に、実施形態３の非水電解質二次電池用集電体の概略構成を平面図により示す。図３において、図１と同様の要素は同じ符号により示している。
図示例の集電体１０Ｂもまた、図１の集電体１０と同様に、金属箔１１からなり、金属箔１１には、複数の貫通孔１２が形成されている。集電体１０Ｂが、図１の集電体１０と異なるのは、長手方向の中間部１３Ｂに図示しない電極リードが接続される点である。つまり、集電体１０Ｂは、長手方向の中間部１３Ｂが、外部端子との接続箇所となっている。集電体１０Ｂのそれ以外の部分は、活物質を担持させる集電領域２２Ｂとなっている。なお、集電体１０Ｂにおいては、集電領域２２Ｂは、中間部１３Ｂにより２分割されている。
集電体１０Ｂにおいても、各集電領域２２Ｂの開口率は、接続箇所である中間部１３Ｂに近づくほどに小さくなっている。つまり、集電体１０Ｂを中央で２等分した各部分１４Ａ及び１４Ｂにおいて、集電領域２２Ｂのそれぞれを集電体１０Ｂの長手方向に等分した、所定個数（代表的には２個）の領域を考える。これらの領域も全て、接続箇所である中間部１３Ｂに近い領域ほど開口率は小さくなっている。なお、各領域の境界線は集電体１０Ｂの短手端部と平行である。
次に、集電体に正極活物質または負極活物質を担持させて作製される非水電解質二次電池用電極について説明する。
電極が正極であれば、正極集電体の素材として、アルミニウムまたはアルミニウム合金製の箔を用いることができる。その厚みは５μｍ〜３０μｍとすることができる。正極集電体の片面または両面に、ダイコーターを用いて、正極合剤塗料を塗布し、乾燥した後、プレスにより、全体の厚みが所定厚みとなるまで圧延して、正極が作製される。正極合剤塗料は、正極活物質、正極導電材、及び正極結着材を分散媒中にプラネタリーミキサー等の分散機により混合分散させて調製される。
正極活物質としては、例えばコバルト酸リチウム及びその変性体（コバルト酸リチウムにアルミニウムやマグネシウムを固溶させたものなど）、ニッケル酸リチウム及びその変性体（ニッケルの一部をコバルトと置換させたものなど）、マンガン酸リチウム及びその変性体などのリチウム含有遷移金属酸化物を使用することができる。
正極導電材としては、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック、並びに各種グラファイトを単独あるいは組み合わせて使用することができる。
正極結着材としては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリフッ化ビニリデンの変性体、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、及びアクリレート単位を有するゴム粒子を用いることができる。この際に、反応性官能基を導入したアクリレートモノマー、またはアクリレートオリゴマーを結着材中に混入させることも可能である。
電極が負極であれば、負極集電体の素材として、圧延銅箔、及び電解銅箔等を用いることができる。その厚みは、５μｍ〜３０μｍとすることができる。負極集電体の片面または両面に、ダイコーターを用いて負極合剤塗料を塗布し、乾燥した後、プレスにより全体の厚みが所定厚みとなるように圧延して、負極が得られる。負極合剤塗料は、負極活物質、負極結着材、並びに必要に応じて負極導電材及び増粘剤を分散媒中にプラネタリーミキサー等の分散機により混合分散させて調製される。
負極活物質としては、黒鉛などの炭素材料、並びに合金系材料などが好ましく用いられる。合金系材料としては、ケイ素酸化物、ケイ素、ケイ素合金、スズ酸化物、スズ、スズ合金などを用いることができる。なかでも特に、ケイ素酸化物が好ましい。ケイ素酸化物は、一般式ＳｉＯxで表され、０＜ｘ＜２、好ましくは０．０１≦ｘ≦１を満たす組成を有することが望ましい。ケイ素合金中のケイ素以外の金属元素は、リチウムと合金を形成しない金属元素、例えばチタン、銅、ニッケルが望ましい。
負極結着材としては、ＰＶｄＦ及びその変性体をはじめとする各種バインダーを用いることができる。リチウムイオン受入れ性向上の観点からは、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム粒子（ＳＢＲ）及びその変性体を用いることもできる。
増粘剤としては、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）及びポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等の水溶液としたときに粘性を有する材料を使用することができ、特に限定されない。しかしながら、合剤塗料の分散性及び増粘性の観点からは、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）をはじめとするセルロース系樹脂及びその変性体を使用するのが好ましい。
活物質層の厚みは、作製すべき非水電解質二次電池の要求特性によっても異なるが、５〜１５０μｍの範囲が好ましく、さらに１０〜１２０μｍの範囲であることがより好ましい。
また、活物質層を集電体の両面に形成する場合、集電体の一方の面の活物質層と、他方の面の活物質層とは、貫通孔１２を通して結合させるのが好ましい。これにより、活物質層と集電体との間の結合強度を大きくすることができる。よって、活物質の集電体からの脱落を抑えることができる。したがって、非水電解質二次電池のサイクル特性を向上させることができる。
また、貫通孔１２に活物質を充填するのが好ましい。これにより、所定容積の電池ケースに収容し得る活物質の量を大きくすることができる。よって、非水電解質二次電池の電池性能を向上させることができる。なお、集電体に貫通孔１２があいていれば、電極をプレスして所定厚みとする工程で、自然と貫通孔１２に活物質が充填されることになる。したがって、特に工程数を増大させることなく、電池性能を向上させることが可能となる。
次に、上述した実施形態１〜３の非水電解質二次電池用集電体を使用して構成した非水電解質二次電池を説明する。
図４に、そのような非水電解質二次電池の一例を示す。図示例の二次電池７０は、正極集電体上に正極活物質層が形成された正極７５と、負極集電体上に負極活物質層が形成された負極７６とを含んでいる。正極７５及び負極７６を、セパレータ７７を間に介在させて、渦巻状に巻回して、電極群８０が構成される。また、正極７５には正極リード７５ａが接合され、負極７６には負極リード７６ａが接合されている。
電極群８０は、上下に絶縁板７８Ａ及び７８Ｂを配した状態で、有底円筒形の電池ケース７１の内部に収納される。電極群８０の下部より導出した負極リード７６ａは、電池ケース７１の底部に接続される。一方、電極群８０の上部より導出した正極リード７５ａは、電池ケース７１の開口部を封口する封口体７２に接続される。また、電池ケース７１には、所定量の非水電解液（図示せず）が注液される。非水電解液は、電極群８０を電池ケース７１に収納した後に注液される。非水電解液の注液が終了すると、電池ケース７１の開口部に、封口ガスケット７３を周縁に取り付けた封口体７２を挿入し、電池ケース７１の開口部を内方向に折り曲げるようにかしめて、リチウムイオン二次電池７０が構成される。
ここで、セパレータ７７は、非水電解質二次電池用セパレータとしての使用に耐えうる組成であれば特に限定されない。好ましくは、セパレータ７７には、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂の微多貫通孔フィルムを、単一あるいは複合して用いることができる。セパレータ７７の厚みは特に限定されない。好ましいセパレータ７７の厚みは、１０〜３０μｍである。
非水電解液は、電解質塩としてＬｉＰＦ6及びＬＩＢＦ4などの各種リチウム化合物を用いることができる。また溶媒としてエチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、及びメチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）を単独または組み合わせて用いることができる。また、正極７５または負極７６の表面に良好な皮膜を形成させる、あるいは過充電時の安定性を保証するために、ビニレンカーボネート（ＶＣ）やシクロヘキシルベンゼン（ＣＨＢ）及びその変性体を非水電解液に添加することも好ましい。
次に、上記実施形態１〜３に関する実施例を説明する。本発明は、これら実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
以下のようにして、リチウムイオン二次電池を作製した。
（正極の作製）
正極集電体の素材として、厚さ２０μｍ、幅５０ｍｍ、長さ６００ｍｍのアルミニウム箔を準備した。その正極集電体の中間部を、外部端子との接続箇所とするものとし、図３に示したような態様で、正極集電体に複数の貫通孔を形成した。貫通孔の形は円形とし、径は２ｍｍとした。
上記中間部から、正極集電体の長手方向の一端部（例えば図の右端部）までの部分を６等分した各領域において、開口率が、上記中間部に近い領域ほど小さくなるように、正極集電体に貫通孔を形成した。つまり、上記中間部に隣接する、最も近い領域の開口率を１０％とし、上記一端部に隣接する、最も遠い領域の開口率を６０％とした。そして、それらの間の４つの領域の開口率をそれぞれ、上記中間部に近い領域から順に、２０％、３０％、４０％、及び５０％とした。また、中間部から上記一端部までの部分を集電体
の長手方向に２等分した２つの領域を考えると、その開口率の比は０．３７５であった。
同様に、上記中間部から、正極集電体の長手方向の他端部（例えば図の左端部）までの部分を６等分した各領域において、開口率が、上記中間部に近い領域ほど小さくなるように、正極集電体に貫通孔を形成した。つまり、上記中間部に隣接する、最も近い領域の開口率を１０％とし、上記一端部に隣接する、最も遠い領域の開口率を６０％とした。そして、それらの間の４つの領域の開口率をそれぞれ、上記中間部に近い領域から順に、２０％、３０％、４０％、及び５０％とした。また、中間部から上記一端部までの部分を集電体の長手方向に２等分した２つの領域を考えると、その開口率の比は０．３７５であった。
以上のように加工した正極集電体を使用して、正極を作製した。
正極活物質として平均粒径０．８μｍのＬｉＮｉ0.85Ｃｏ0.12Ａｌ0.03Ｏ2の組成で表されるリチウム含有複合酸化物を用いた。分散媒であるＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）１００質量部に対し、正極活物質５質量部を添加し、充分に撹拌混合して分散させることにより、正極活物質インクを調製した。
正極結着剤として呉羽化学（株）製のＰＶＤＦ「＃１３２０（商品名）」（ＰＶＤＦを１２質量％含むＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶液）を用いた。ＮＭＰ１００質量部に対し、ＰＶＤＦ５質量部（固形分）を添加し、充分に撹拌混合して溶解させることにより、正極結着剤インクを調製した。
導電材として平均粒径５０ｎｍのアセチレンブラックを用いた。ＮＭＰ１００質量部に対し、アセチレンブラック５質量部を充分に撹拌混合して分散させることにより、導電材インクを調製した。
そして、得られた正極活物質インク、正極結着剤インク、及び導電材インクを、正極集電体の表面に、上記中間部を除いて、インクジェット塗布装置により塗布した。なお、塗布は所定の厚みの合剤層を形成するために複数回繰り返した。そして、形成された塗膜を１００℃、１時間の条件で乾燥した。そして、乾燥された塗膜を、ロールプレス機を用いて圧延処理することにより、上記中間部を除いて、厚さ４０μｍの正極合剤層を形成した。同様にして他の一面にも正極合剤層を形成した。なお、他の一面は、全面的に正極合剤層を形成した。そして、集電体が露出している上記中間部に電極リードを取り付けた。
（負極の作製）
負極集電体の素材として、厚さ１５μｍ、幅６０ｍｍ、長さ７００ｍｍの銅箔を準備した。その負極集電体の長手方向の一端部を接続箇所とするものとし、図２に示したような態様で、負極集電体に複数の貫通孔を形成した。貫通孔の形は円形とし、径は２ｍｍとした。
負正極集電体の集電領域を長手方向に６等分した各領域において、開口率が、上記一端部に近い領域ほど小さくなるように、負極集電体に貫通孔を形成した。つまり、負極集電体の上記一端部に隣接する、最も近い領域の開口率を１０％とし、負極集電体の他端部に隣接する、最も遠い領域の開口率を６０％とした。そして、それらの間の４つの領域の開口率をそれぞれ、上記一端部に近い領域から順に、２０％、３０％、４０％、及び５０％とした。また、集電体を、長手方向に２等分した２つの領域を考えると、その開口率の比は０．３７５であった。
以上のように加工した負極集電体を使用して、負極を作製した。
負極活物質として平均粒径１μｍの人造黒鉛を用いた。分散媒である脱イオン水１００質量部に対し、人造黒鉛５質量部を添加し、充分に撹拌混合することにより分散させた。そして、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）の１質量％水溶液を適量加えて負極活物質インクを調製した。
負極結着剤としてＪＳＲ（株）製のスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）（固形分４０質量％の水性分散液）を用いた。脱イオン水１００質量 部に対し、ＳＢＲ１質量部を添加し、充分に撹拌混合することにより分散させた。そして、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）の１質量％水溶液を適量加え て負極結着剤インクを調製した。
そして、得られた負極活物質インク、及び負極結着剤インクを、負極集電体の表面に、上記一端部を除いて、インクジェット塗布装置２０により塗布した。なお、塗布は所定の厚みの合剤層を形成するために複数回繰り返した。そして、形成された塗膜を１００℃、１時間の条件で乾燥した。そして、乾燥された塗膜を、ロールプレス機を用いて圧延処理することにより、上記一端部を除いて、厚さ５０μｍの負極合剤層を形成した。同様にして他の一面にも負極合剤層を形成した。なお、他の一面は、全面的に負極合剤層を形成した。そして、集電体が露出している上記一端部に電極リードを取り付けた。
（電解液の調製）
エチレンカーボネートと、メチルエチルカーボネートとを、体積比１：３で含む混合溶媒に、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）を１ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解し、非水電解液を調製した。
次に、正極と負極とを、セパレータを間に介在させながら渦巻状に巻回して、電極群を作製した。作製した電極群と、上記調製した電解液を用いて、図４により示したリチウムイオン二次電池を１００個作製した。
（比較例１）
正極集電体及び負極集電体に貫通孔を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様にしてリチウムイオン二次電池を１００個作製した。
実施例１及び比較例１の、それぞれ１００個のリチウムイオン二次電池に対して３００サイクルの充放電を行った。このとき、２０℃の環境下において、０．７Ｃで４．２Ｖまで定電流充電した後、終止電圧０．０５Ｃまで定電圧充電し、０．２Ｃで２．５Ｖまで定電流放電した。このときの放電容量を初回放電容量とした。その後、放電時の電流値を１Ｃとし充放電サイクルを繰り返す、という条件で充放電を行った。
その結果、実施例１においては、容量維持率の平均値が９３％であるのに対して、比較例１においては、容量維持率の平均値が８１％であった。これにより、本発明を適用することによって、サイクル特性が顕著に向上することが確かめられた。
本発明に係る非水電解質二次電池用集電体においては、外部端子との接続箇所からの距離が小さい部分と大きい部分との間で、通電による発熱量の差異が小さくなっている。したがって、特に、接続箇所の近傍において、加熱による活物質の劣化及び電解液の分解を抑制することができる。よって、本発明は、携帯機器用の電源として良好なサイクル特性が望まれる非水電解質二次電池に適用するのに好適である。
１０ 集電体
１１ 金属箔
１２ 貫通孔
７０ 二次電池
本発明は、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池に関するものであり、特に、非水電解質二次電池のサイクル特性を向上させるための集電体及び電極の改良に関する。
近年、携帯用電子機器及び携帯用通信機器の電源としてリチウムイオン二次電池が広く使用されている。リチウムイオン二次電池は、負極活物質に、リチウムの吸蔵及び放出が可能な材料、例えば炭素質材料を使用している。また、正極活物質には、ＬｉＣｏＯ2（コバルト酸リチウム）等の遷移金属とリチウムとの複合酸化物（リチウム含有複合酸化物）を使用している。これにより、リチウムイオン二次電池においては、高電圧かつ高放電容量の電池特性を実現することが可能である。
しかしながら、近年、電子機器及び通信機器は益々多機能化している。それに伴って、リチウムイオン二次電池等の二次電池の電池特性の更なる向上が求められている。特に、充放電の繰り返しにより電池性能（容量及び電圧）が低下する性質（以下、サイクル特性という）についての更なる改善が望まれている。
以下、リチウムイオン二次電池のサイクル特性について概説する。
一般的に、リチウムイオン二次電池の発電要素である電極（正極及び負極）は以下の通りにして作製される。
正極活物質または負極活物質、結着材、並びに必要に応じて加えた導電材を分散媒に分散させて合剤塗料を調製する。調製された合剤塗料を、集電体の片面もしくは両面に塗布し、乾燥させて、活物質層を形成する。活物質層が形成された集電体を、全体の厚みが所定厚となるようにプレスする。
以上のような工程で作製される電極を使用して製造された二次電池の電池性能が、使用とともに低下する主な要因として、活物質層と集電体との間の結着力が徐々に低下することが挙げられる。それにより、活物質が集電体から脱落するからである。活物質層と集電体との間の結着力の低下は、充放電の繰り返しに伴って、活物質が膨張と収縮を繰り返すことにより引き起こされる。
また、非水電解質二次電池の電池性能が、使用とともに低下する別の要因として、通電による集電体の発熱が挙げられる。集電体が発熱すると、その周囲の活物質の劣化が促進されるとともに、電解液の分解が促進される。これにより、電池性能が低下する。
この点に関連して、特許文献１は、以下の技術を提案している。
通電による集電体の発熱は、電流の集中するリード設置部（集電箇所）において最も大きい。このため、集電体の厚みを、集電箇所に近い部分において最も大きくし、集電箇所から遠ざかるほど集電体の厚みを小さくする。
特許文献１は、これにより、集電体で生じる抵抗や発熱を最小限にとどめることが可能となるとしている。
特開平９−１９９１７７号公報
リチウムイオン二次電池においては、集電体として、厚みが５〜１５μｍ程度の金属箔（銅箔、アルミニウム箔等）を使用することがある。このように厚みが極めて小さい金属箔を、その厚みを徐々に変化させるように加工することは、非常に困難なことである。したがって、特許文献１の技術は、たとえ理論的には正しくとも、実際には、実用化が非常に困難な技術であるといえる。
そこで、本発明は、通電による発熱を抑えて、非水電解質二次電池のサイクル特性を向上させることができ、かつ製造の容易な非水電解質二次電池用集電体、並びにそのような集電体を使用した電極、及び非水電解質二次電池、並びにその製造方法を提供することを目的としている。
本発明は、非水電解質二次電池用集電体であって、
前記集電体は、複数の貫通孔を有する金属箔を含み、
前記金属箔は、電極活物質を担持させる集電領域と、外部端子との接続箇所とを有し、
前記集電領域を、
（i）前記接続箇所からの距離が大きい遠距離領域、並びに
（ii）前記遠距離領域と面積の等しい、前記接続箇所からの距離が小さい近距離領域の２つに区分したときに、
前記遠距離領域の開口率が、前記近距離領域の開口率よりも大きくなるように、前記複数の貫通孔が分配されている、集電体を提供する。
また、本発明は、（ａ）電極活物質を担持させる集電領域と、外部端子との接続箇所とを有する金属箔を準備する工程、並びに
（ｂ）前記金属箔に複数の貫通孔を形成する工程、を含み、
前記工程ｂは、前記金属箔を、
（i）前記接続箇所からの距離が大きい遠距離領域、並びに
（ii）前記遠距離領域と面積の等しい、前記接続箇所からの距離が小さい近距離領域の２つに区分したときに、
前記遠距離領域の開口率が、前記近距離領域の開口率よりも大きくなるように、前記複数の貫通孔を分配することを含む非水電解質二次電池用集電体の製造方法を提供する。
本発明によれば、金属箔は、遠距離領域の開口率が、近距離領域の開口率よりも大きくなっている。これにより、近距離領域の電気抵抗は、遠距離領域の電気抵抗よりも小さくなる。その結果、遠距離領域及び近距離領域の電流密度の差異は小さくなる。したがって、遠距離領域及び近距離領域における発熱量の差異を小さくすることができ、集電体の各部分における、通電による発熱量を均一化することができる。
よって、集電体の特定の部分、特に外部端子との接続箇所の近傍の領域で、活物質の劣化が促進されるのを防止することができるとともに、電解液の分解が促進されるのを防止することができる。したがって、非水電解質二次電池のサイクル特性を向上させることができる。
本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池用集電体の概略構成を示す平面図である。 本発明の別の実施形態に係る非水電解質二次電池用集電体の概略構成を示す平面図である。 本発明の更に別の実施形態に係る非水電解質二次電池用集電体の概略構成を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の概略構成を示す縦断面図である。
本発明の集電体は、非水電解質二次電池用集電体であって、複数の貫通孔を有する金属箔を含んでいる。その金属箔は、電極活物質を担持させる集電領域と、外部端子との接続箇所とを有する。ここで、集電領域を、（i）上記接続箇所からの距離が大きい遠距離領域、並びに（ii）遠距離領域と面積の等しい、上記接続箇所からの距離が小さい近距離領域の２つに区分したとき、複数の貫通孔は、遠距離領域の開口率が近距離領域の開口率よりも大きくなるように分配されている。
二次電池が放電されるとき、集電体には、集電領域の各部の電極活物質の起電力により電流が流れる。よって、電流の絶対量は、近距離領域の方が遠距離領域よりも大きくなる。ここで、遠距離領域の開口率が近距離領域の開口率よりも大きくなっていることで、集電領域の各部から接続箇所に向かう導電経路の有効断面積は、近距離領域の方が遠距離領域よりも大きくなる。よって、近距離領域の電流密度と、遠距離領域の電流密度との差異を小さくすることができる。二次電池が充電されるときにも、同様の理由により、近距離領域の電流密度と、遠距離領域の電流密度との差異を小さくすることができる。
本発明の一形態の集電体は、金属箔が、一対の長手端部と、一対の短手端部と、を有する帯状であり、接続箇所は、その長手端部の一方に沿って設けられている。そして、近距離領域と遠距離領域との境界は、長手端部と平行な直線になるように、集電領域を２つに区分している。一対の長手端部とは、帯状の金属箔の一対の長辺に沿った部分をいう。一対の短手端部とは、帯状の金属箔の一対の短辺に沿った部分をいう。
本発明の他の形態の集電体は、金属箔が、一対の長手端部と、一対の短手端部と、を有する帯状であり、接続箇所は、その短手端部の一方に沿って設けられている。そして、近距離領域と遠距離領域との境界は、短手端部と平行な直線になるように、集電領域を２つに区分している。
本発明のさらに他の形態の集電体は、金属箔が、一対の長手端部と、一対の短手端部と、を有する帯状であり、接続箇所は、短手端部の一方および他方から、それぞれ所定の距離を介して離れた位置に設けられている。そして、近距離領域と遠距離領域との境界が、短手方向と平行な直線になるように、集電領域を２つに区分している。
ここで、近距離領域の開口率Ａと、遠距離領域の開口率Ｂとの比、Ａ／Ｂは、０．１〜０．８の範囲とするのが好ましい。Ａ／Ｂが０．１よりも小さいと、遠距離領域の開口率Ｂが大きくなりすぎる場合があり、その場合には、集電体の強度の低下を招く場合がある。一方、Ａ／Ｂが０．８よりも大きいと、ＡとＢとの差が小さすぎて、電流密度の差異を十分な程度に解消することが困難となる場合がある。
さらに、複数の貫通孔の径は、０．０１〜５ｍｍであるのが好ましい。貫通孔の径が、５ｍｍを超えると、集電体の強度が大きく低下する場合がある。逆に、貫通孔の径が、０．０１ｍｍを下回ると、電流密度の差異を十分な程度に解消するために必要とされる貫通孔の数が膨大となる。よって、貫通孔を形成する工程における作業量が増大する。
本発明のさらに他の形態の集電体においては、金属箔は、接続箇所からの距離に比例して開口率が増大するように、複数の貫通孔が分配されている。開口率がそのように変化するように金属箔における貫通孔の分布を設定することで、集電体各部の電流密度をより均一化することができる。
さらに、本発明は、上記非水電解質二次電池用集電体、及びその片面または両面に担持された電極活物質を含む非水電解質二次電池用電極に関する。
本発明の一形態の非水電解質二次電池用電極においては、金属箔の両面に形成された電極活物質層が、複数の貫通孔を通して結合している。これにより、電極活物質層の集電体からの脱落を抑えることができる。
さらに、本発明は、正極、負極および両電極の間に介在されるセパレータを積層または巻回して構成された電極群と、非水電解質と、電極群および非水電解質を収納する、開口部を有する電池ケースと、開口部を封口する封口体と、を備えた非水電解質二次電池に関する。本発明の非水電解質二次電池は、正極及び負極の少なくとも一方が、上記非水電解質二次電池用電極から構成されている。
さらに、本発明は、（ａ）電極活物質を担持させる集電領域と、外部端子との接続箇所とを有する金属箔を準備する工程、並びに（ｂ）金属箔に複数の貫通孔を形成する工程、を含む。ここで、工程（ｂ）は、金属箔を、（i）接続箇所からの距離が大きい遠距離領域、並びに（ii）遠距離領域と面積の等しい、接続箇所からの距離が小さい近距離領域の２つに区分したときに、遠距離領域の開口率が、近距離領域の開口率よりも大きくなるように、複数の貫通孔を分配することを含む。
ここで、貫通孔は、プレス加工、エッチング加工、及びレーザー加工よりなる群から選択される少なくとも１種により形成することができる。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施形態１）
図１に、本発明の実施形態１に係る非水電解質二次電池用集電体の概略構成を平面図により示す。
図示例の集電体１０は、帯状の金属箔１１からなる。金属箔１１には所定の配置で複数の貫通孔１２が形成されている。
集電体１０は、幅方向の一端部１３に図示しない電極リードが取り付けられる。つまり、集電体１０は、幅方向の一端部（長手端部の一方）１３が、電流の集中する、外部端子との接続箇所となっている。集電体１０のそれ以外の部分は、活物質を担持させる集電領域２２となっている。ここで、帯状とは、一対の長手端部と、一対の短手端部と、を有する形状をいう。
貫通孔１２の配置については、外部端子との接続箇所である一端部１３に近づくほどに、開口率が小さくなるように、集電領域２２に貫通孔１２を形成するのが好ましい。ここで、開口率とは、集電領域２２を幅方向に等分して所定個数の領域に区分したときに、各領域における貫通孔１２の開口面積を、その領域全体の面積で割った値をいう。このとき、各領域の境界線は、金属箔１１の長手端部と平行である。
つまり、一端部１３に近い領域ほど、貫通孔１２の総開口面積を小さくする。例えば、集電領域２２を集電体１０の幅方向に２等分した２つの領域を考える。この場合には、一端部１３に近い領域における開口率が、一端部１３から遠い領域における開口率よりも小さくなるように、集電領域２２に貫通孔１２を形成する。このとき、一端部１３に近い領域における開口率Ａと、一端部１３から遠い領域における開口率Ｂとの比、Ａ／Ｂは、０．１ 〜０．８の範囲とするのが好ましい。これにより、上記２つの領域の電流密度の差異を小さくして、一端部１３に近い領域における、通電による発熱量を小さくすることができる。
図１の例では、集電領域２２を集電体１０の幅方向に４等分した、４つの領域の間で、開口率は、一端部１３に近づくほどに小さくなっている。また、集電領域２２を幅方向に２等分した、２つの領域の間においても、開口率は、一端部１３に近い領域の方が小さくなっている。
以上のように、図示例の集電体１０は、外部端子との接続箇所である幅方向の一端部１３に近づくほどに、開口率が小さくなるように、集電領域２２に貫通孔１２が形成されている。これにより、集電領域２２の、接続箇所の近傍の部分で電気抵抗は相対的に小さくなっている。一方、接続箇所から離れた部分で電気抵抗は相対的に大きくなっている。
その結果、この集電体１０を使用して電極を構成し、その電極を使用して非水電解質二次電池を構成した場合に、その非水電解質二次電池の充電及び放電を行ったときの、集電領域２２の各部における電流密度の差を小さくすることができる。よって、集電体１０の各部分における発熱量の差を小さくすることができる。
このとき、活物質は、貫通孔１２の内部にも充填できるので、たとえ集電体１０全体の厚みをわずかに大きくしても、電池の内部の活物質の量は削減されない。これにより、電池性能を低下させることなく、集電領域２２の、接続箇所の近傍の部分における発熱量を抑えることができる。よって、接続箇所の近傍の部分の活物質及び電解質が強く加熱されて、活物質の劣化が促進されたり、電解液が分解されたりするのを避けることができる。したがって、非水電解質二次電池の電池性能の低下を抑制することが可能となり、サイクル特性が向上する。
理想的には、集電領域２２の各部分の電流密度が全て等しくなるように、貫通孔１２を形成するのがよい。したがって、集電領域２２の各部分の抵抗値が、接続箇所である一端部１３からの距離と比例するように貫通孔１２を形成するのがよい。そのように集電領域２２の各部分の抵抗値を設定することによって、通電による発熱量を、集電領域２２の全域に亘ってより均一なものとすることが可能となる。その結果、非水電解質二次電池のサイクル特性をより顕著に向上させることができる。
ここで、貫通孔１２は、径、形及び面積は特に限定されない。また、貫通孔１２は、径、形及び面積は全て等しくしてもよいし、貫通孔１２毎に径、形及び面積を異ならせてもよい。例えば、集電領域２２に貫通孔１２を設ける密度は一定にして、集電領域２２の、接続箇所からの距離が大きくなる程に、貫通孔１２の径を大きくするようにしてもよい。
しかしながら、多数の貫通孔１２を形成するときの加工の容易さを考えれば、貫通孔１２は、全て同じ径、形及び面積とするのが好ましい。これにより、製造コストの増大を抑えることができる。
貫通孔１２の形は、特に限定されず、三角形、正方形、長方形、菱形、これら以外の平行四辺形、台形、及び五角形以上の多角形等、任意の形状とすることができる。しかしながら、多数の貫通孔１２を集電領域２２に形成したときに、集電体１０の強度ができるだけ低下しないようにするためには、貫通孔１２は円形または楕円形とするのが好ましい。最も好ましいのは円形であり、これにより、集電領域２２の強度の低下を抑えることができる。
また、貫通孔１２の径（最大径）は、０．０１〜５ｍｍとするのが好ましい。貫通孔１２の径が、５ｍｍを超えると、集電体１０の強度が大きく低下する。逆に、貫通孔１２の径が、０．０１ｍｍを下回ると、所望の効果を得るために必要とされる貫通孔１２の数が膨大となる。よって、貫通孔１２を形成する工程における作業量が増大する。その結果、製造コストが増大する。したがって、貫通孔１２の径を、０．０１〜５ｍｍとすることによって、集電体１０の製造コストの増大を抑えることができるとともに、強度の低下を抑えることができる。
また、貫通孔１２を設けることによる強度の低下を抑えるために、集電体１０の厚みＤ０は、貫通孔１２を備えていない集電体と比較して、大きくするのが好ましい。貫通孔１２を備えていない集電体に必要とされる最低限の厚みをＤ１とすれば、集電体１０の厚みＤ０は、Ｄ１の１２０〜６００％とするのがよい。
このように、集電体１０の厚みを通常よりも大きくしても、貫通孔１２の中に活物質を保持することができるので、電池性能の低下を抑えることができる。
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２を説明する。
図２に、実施形態２の非水電解質二次電池用集電体の概略構成を平面図により示す。図２において、図１と同様の要素は同じ符号により示している。
図示例の集電体１０Ａもまた、図１の集電体１０と同様に、帯状の金属箔１１からなり、金属箔１１には、複数の貫通孔１２が形成されている。集電体１０Ａが、図１の集電体１０と異なるのは、長手方向の一端部（短手端部の一方）１３Ａに図示しない電極リードが接続される点である。つまり、集電体１０Ａは、長手方向の一端部１３Ａが外部端子との接続箇所となっている。集電体１０Ａのそれ以外の部分は、活物質を担持させる集電領域２２Ａとなっている。
集電体１０Ａにおいても、集電領域２２Ａの開口率は、接続箇所である一端部１３Ａに近づくほどに小さくなっている。つまり、集電領域２２Ａを集電体１０Ａの長手方向に等分した、所定個数（代表的には２個）の領域を考えたときに、一端部１３Ａに近い領域ほど、開口率は小さくなっている。なお、各領域の境界線は集電体１０Ａの短手端部と平行である。
以上の構成により、接続箇所が集電体の長手方向の一端部に形成される場合にも、実施形態１と同様の効果を達成することが可能となる。
（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３を説明する。
図３に、実施形態３の非水電解質二次電池用集電体の概略構成を平面図により示す。図３において、図１と同様の要素は同じ符号により示している。
図示例の集電体１０Ｂもまた、図１の集電体１０と同様に、金属箔１１からなり、金属箔１１には、複数の貫通孔１２が形成されている。集電体１０Ｂが、図１の集電体１０と異なるのは、長手方向の中間部１３Ｂに図示しない電極リードが接続される点である。つまり、集電体１０Ｂは、長手方向の中間部１３Ｂが、外部端子との接続箇所となっている。集電体１０Ｂのそれ以外の部分は、活物質を担持させる集電領域２２Ｂとなっている。なお、集電体１０Ｂにおいては、集電領域２２Ｂは、中間部１３Ｂにより２分割されている。
集電体１０Ｂにおいても、各集電領域２２Ｂの開口率は、接続箇所である中間部１３Ｂに近づくほどに小さくなっている。つまり、集電体１０Ｂを中央で２等分した各部分１４Ａ及び１４Ｂにおいて、集電領域２２Ｂのそれぞれを集電体１０Ｂの長手方向に等分した、所定個数（代表的には２個）の領域を考える。これらの領域も全て、接続箇所である中間部１３Ｂに近い領域ほど開口率は小さくなっている。なお、各領域の境界線は集電体１０Ｂの短手端部と平行である。
次に、集電体に正極活物質または負極活物質を担持させて作製される非水電解質二次電池用電極について説明する。
電極が正極であれば、正極集電体の素材として、アルミニウムまたはアルミニウム合金製の箔を用いることができる。その厚みは５μｍ〜３０μｍとすることができる。正極集電体の片面または両面に、ダイコーターを用いて、正極合剤塗料を塗布し、乾燥した後、プレスにより、全体の厚みが所定厚みとなるまで圧延して、正極が作製される。正極合剤塗料は、正極活物質、正極導電材、及び正極結着材を分散媒中にプラネタリーミキサー等の分散機により混合分散させて調製される。
正極活物質としては、例えばコバルト酸リチウム及びその変性体（コバルト酸リチウムにアルミニウムやマグネシウムを固溶させたものなど）、ニッケル酸リチウム及びその変性体（ニッケルの一部をコバルトと置換させたものなど）、マンガン酸リチウム及びその変性体などのリチウム含有遷移金属酸化物を使用することができる。
正極導電材としては、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック、並びに各種グラファイトを単独あるいは組み合わせて使用することができる。
正極結着材としては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリフッ化ビニリデンの変性体、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、及びアクリレート単位を有するゴム粒子を用いることができる。この際に、反応性官能基を導入したアクリレートモノマー、またはアクリレートオリゴマーを結着材中に混入させることも可能である。
電極が負極であれば、負極集電体の素材として、圧延銅箔、及び電解銅箔等を用いることができる。その厚みは、５μｍ〜３０μｍとすることができる。負極集電体の片面または両面に、ダイコーターを用いて負極合剤塗料を塗布し、乾燥した後、プレスにより全体の厚みが所定厚みとなるように圧延して、負極が得られる。負極合剤塗料は、負極活物質、負極結着材、並びに必要に応じて負極導電材及び増粘剤を分散媒中にプラネタリーミキサー等の分散機により混合分散させて調製される。
負極活物質としては、黒鉛などの炭素材料、並びに合金系材料などが好ましく用いられる。合金系材料としては、ケイ素酸化物、ケイ素、ケイ素合金、スズ酸化物、スズ、スズ合金などを用いることができる。なかでも特に、ケイ素酸化物が好ましい。ケイ素酸化物は、一般式ＳｉＯxで表され、０＜ｘ＜２、好ましくは０．０１≦ｘ≦１を満たす組成を有することが望ましい。ケイ素合金中のケイ素以外の金属元素は、リチウムと合金を形成しない金属元素、例えばチタン、銅、ニッケルが望ましい。
負極結着材としては、ＰＶｄＦ及びその変性体をはじめとする各種バインダーを用いることができる。リチウムイオン受入れ性向上の観点からは、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム粒子（ＳＢＲ）及びその変性体を用いることもできる。
増粘剤としては、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）及びポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等の水溶液としたときに粘性を有する材料を使用することができ、特に限定されない。しかしながら、合剤塗料の分散性及び増粘性の観点からは、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）をはじめとするセルロース系樹脂及びその変性体を使用するのが好ましい。
活物質層の厚みは、作製すべき非水電解質二次電池の要求特性によっても異なるが、５〜１５０μｍの範囲が好ましく、さらに１０〜１２０μｍの範囲であることがより好ましい。
また、活物質層を集電体の両面に形成する場合、集電体の一方の面の活物質層と、他方の面の活物質層とは、貫通孔１２を通して結合させるのが好ましい。これにより、活物質層と集電体との間の結合強度を大きくすることができる。よって、活物質の集電体からの脱落を抑えることができる。したがって、非水電解質二次電池のサイクル特性を向上させることができる。
また、貫通孔１２に活物質を充填するのが好ましい。これにより、所定容積の電池ケースに収容し得る活物質の量を大きくすることができる。よって、非水電解質二次電池の電池性能を向上させることができる。なお、集電体に貫通孔１２があいていれば、電極をプレスして所定厚みとする工程で、自然と貫通孔１２に活物質が充填されることになる。したがって、特に工程数を増大させることなく、電池性能を向上させることが可能となる。
次に、上述した実施形態１〜３の非水電解質二次電池用集電体を使用して構成した非水電解質二次電池を説明する。
図４に、そのような非水電解質二次電池の一例を示す。図示例の二次電池７０は、正極集電体上に正極活物質層が形成された正極７５と、負極集電体上に負極活物質層が形成された負極７６とを含んでいる。正極７５及び負極７６を、セパレータ７７を間に介在させて、渦巻状に巻回して、電極群８０が構成される。また、正極７５には正極リード７５ａが接合され、負極７６には負極リード７６ａが接合されている。
電極群８０は、上下に絶縁板７８Ａ及び７８Ｂを配した状態で、有底円筒形の電池ケース７１の内部に収納される。電極群８０の下部より導出した負極リード７６ａは、電池ケース７１の底部に接続される。一方、電極群８０の上部より導出した正極リード７５ａは、電池ケース７１の開口部を封口する封口体７２に接続される。また、電池ケース７１には、所定量の非水電解液（図示せず）が注液される。非水電解液は、電極群８０を電池ケース７１に収納した後に注液される。非水電解液の注液が終了すると、電池ケース７１の開口部に、封口ガスケット７３を周縁に取り付けた封口体７２を挿入し、電池ケース７１の開口部を内方向に折り曲げるようにかしめて、リチウムイオン二次電池７０が構成される。
ここで、セパレータ７７は、非水電解質二次電池用セパレータとしての使用に耐えうる組成であれば特に限定されない。好ましくは、セパレータ７７には、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂の微多貫通孔フィルムを、単一あるいは複合して用いることができる。セパレータ７７の厚みは特に限定されない。好ましいセパレータ７７の厚みは、１０〜３０μｍである。
非水電解液は、電解質塩としてＬｉＰＦ6及びＬＩＢＦ4などの各種リチウム化合物を用いることができる。また溶媒としてエチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、及びメチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）を単独または組み合わせて用いることができる。また、正極７５または負極７６の表面に良好な皮膜を形成させる、あるいは過充電時の安定性を保証するために、ビニレンカーボネート（ＶＣ）やシクロヘキシルベンゼン（ＣＨＢ）及びその変性体を非水電解液に添加することも好ましい。
次に、上記実施形態１〜３に関する実施例を説明する。本発明は、これら実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
以下のようにして、リチウムイオン二次電池を作製した。
（正極の作製）
正極集電体の素材として、厚さ２０μｍ、幅５０ｍｍ、長さ６００ｍｍのアルミニウム箔を準備した。その正極集電体の中間部を、外部端子との接続箇所とするものとし、図３に示したような態様で、正極集電体に複数の貫通孔を形成した。貫通孔の形は円形とし、径は２ｍｍとした。
上記中間部から、正極集電体の長手方向の一端部（例えば図の右端部）までの部分を６等分した各領域において、開口率が、上記中間部に近い領域ほど小さくなるように、正極集電体に貫通孔を形成した。つまり、上記中間部に隣接する、最も近い領域の開口率を１０％とし、上記一端部に隣接する、最も遠い領域の開口率を６０％とした。そして、それらの間の４つの領域の開口率をそれぞれ、上記中間部に近い領域から順に、２０％、３０％、４０％、及び５０％とした。また、中間部から上記一端部までの部分を集電体
の長手方向に２等分した２つの領域を考えると、その開口率の比は０．３７５であった。
同様に、上記中間部から、正極集電体の長手方向の他端部（例えば図の左端部）までの部分を６等分した各領域において、開口率が、上記中間部に近い領域ほど小さくなるように、正極集電体に貫通孔を形成した。つまり、上記中間部に隣接する、最も近い領域の開口率を１０％とし、上記一端部に隣接する、最も遠い領域の開口率を６０％とした。そして、それらの間の４つの領域の開口率をそれぞれ、上記中間部に近い領域から順に、２０％、３０％、４０％、及び５０％とした。また、中間部から上記一端部までの部分を集電体の長手方向に２等分した２つの領域を考えると、その開口率の比は０．３７５であった。
以上のように加工した正極集電体を使用して、正極を作製した。
正極活物質として平均粒径０．８μｍのＬｉＮｉ0.85Ｃｏ0.12Ａｌ0.03Ｏ2の組成で表されるリチウム含有複合酸化物を用いた。分散媒であるＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）１００質量部に対し、正極活物質５質量部を添加し、充分に撹拌混合して分散させることにより、正極活物質インクを調製した。
正極結着剤として呉羽化学（株）製のＰＶＤＦ「＃１３２０（商品名）」（ＰＶＤＦを１２質量％含むＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶液）を用いた。ＮＭＰ１００質量部に対し、ＰＶＤＦ５質量部（固形分）を添加し、充分に撹拌混合して溶解させることにより、正極結着剤インクを調製した。
導電材として平均粒径５０ｎｍのアセチレンブラックを用いた。ＮＭＰ１００質量部に対し、アセチレンブラック５質量部を充分に撹拌混合して分散させることにより、導電材インクを調製した。
そして、得られた正極活物質インク、正極結着剤インク、及び導電材インクを、正極集電体の表面に、上記中間部を除いて、インクジェット塗布装置により塗布した。なお、塗布は所定の厚みの合剤層を形成するために複数回繰り返した。そして、形成された塗膜を１００℃、１時間の条件で乾燥した。そして、乾燥された塗膜を、ロールプレス機を用いて圧延処理することにより、上記中間部を除いて、厚さ４０μｍの正極合剤層を形成した。同様にして他の一面にも正極合剤層を形成した。なお、他の一面は、全面的に正極合剤層を形成した。そして、集電体が露出している上記中間部に電極リードを取り付けた。
（負極の作製）
負極集電体の素材として、厚さ１５μｍ、幅６０ｍｍ、長さ７００ｍｍの銅箔を準備した。その負極集電体の長手方向の一端部を接続箇所とするものとし、図２に示したような態様で、負極集電体に複数の貫通孔を形成した。貫通孔の形は円形とし、径は２ｍｍとした。
負正極集電体の集電領域を長手方向に６等分した各領域において、開口率が、上記一端部に近い領域ほど小さくなるように、負極集電体に貫通孔を形成した。つまり、負極集電体の上記一端部に隣接する、最も近い領域の開口率を１０％とし、負極集電体の他端部に隣接する、最も遠い領域の開口率を６０％とした。そして、それらの間の４つの領域の開口率をそれぞれ、上記一端部に近い領域から順に、２０％、３０％、４０％、及び５０％とした。また、集電体を、長手方向に２等分した２つの領域を考えると、その開口率の比は０．３７５であった。
以上のように加工した負極集電体を使用して、負極を作製した。
負極活物質として平均粒径１μｍの人造黒鉛を用いた。分散媒である脱イオン水１００質量部に対し、人造黒鉛５質量部を添加し、充分に撹拌混合することにより分散させた。そして、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）の１質量％水溶液を適量加えて負極活物質インクを調製した。
負極結着剤としてＪＳＲ（株）製のスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）（固形分４０質量％の水性分散液）を用いた。脱イオン水１００質量 部に対し、ＳＢＲ１質量部を添加し、充分に撹拌混合することにより分散させた。そして、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）の１質量％水溶液を適量加え て負極結着剤インクを調製した。
そして、得られた負極活物質インク、及び負極結着剤インクを、負極集電体の表面に、上記一端部を除いて、インクジェット塗布装置２０により塗布した。なお、塗布は所定の厚みの合剤層を形成するために複数回繰り返した。そして、形成された塗膜を１００℃、１時間の条件で乾燥した。そして、乾燥された塗膜を、ロールプレス機を用いて圧延処理することにより、上記一端部を除いて、厚さ５０μｍの負極合剤層を形成した。同様にして他の一面にも負極合剤層を形成した。なお、他の一面は、全面的に負極合剤層を形成した。そして、集電体が露出している上記一端部に電極リードを取り付けた。
（電解液の調製）
エチレンカーボネートと、メチルエチルカーボネートとを、体積比１：３で含む混合溶媒に、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）を１ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解し、非水電解液を調製した。
次に、正極と負極とを、セパレータを間に介在させながら渦巻状に巻回して、電極群を作製した。作製した電極群と、上記調製した電解液を用いて、図４により示したリチウムイオン二次電池を１００個作製した。
（比較例１）
正極集電体及び負極集電体に貫通孔を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様にしてリチウムイオン二次電池を１００個作製した。
実施例１及び比較例１の、それぞれ１００個のリチウムイオン二次電池に対して３００サイクルの充放電を行った。このとき、２０℃の環境下において、０．７Ｃで４．２Ｖまで定電流充電した後、終止電圧０．０５Ｃまで定電圧充電し、０．２Ｃで２．５Ｖまで定電流放電した。このときの放電容量を初回放電容量とした。その後、放電時の電流値を１Ｃとし充放電サイクルを繰り返す、という条件で充放電を行った。
その結果、実施例１においては、容量維持率の平均値が９３％であるのに対して、比較例１においては、容量維持率の平均値が８１％であった。これにより、本発明を適用することによって、サイクル特性が顕著に向上することが確かめられた。
本発明に係る非水電解質二次電池用集電体においては、外部端子との接続箇所からの距離が小さい部分と大きい部分との間で、通電による発熱量の差異が小さくなっている。したがって、特に、接続箇所の近傍において、加熱による活物質の劣化及び電解液の分解を抑制することができる。よって、本発明は、携帯機器用の電源として良好なサイクル特性が望まれる非水電解質二次電池に適用するのに好適である。
１０ 集電体
１１ 金属箔
１２ 貫通孔
７０ 二次電池

Claims (12)

  1. 非水電解質二次電池用集電体であって、
    前記集電体は、複数の貫通孔を有する金属箔を含み、
    前記金属箔は、電極活物質を担持させる集電領域と、外部端子との接続箇所とを有し、
    前記集電領域を、
    （i）前記接続箇所からの距離が大きい遠距離領域、並びに
    （ii）前記遠距離領域と面積の等しい、前記接続箇所からの距離が小さい近距離領域の２つに区分したときに、
    前記遠距離領域の開口率が、前記近距離領域の開口率よりも大きくなるように、前記複数の貫通孔が分配されている、集電体。
  2. 前記金属箔は、一対の長手端部と、一対の短手端部と、を有する帯状であり、
    前記接続箇所は、前記長手端部の一方に沿って設けられており、
    前記近距離領域と前記遠距離領域との境界が、前記長手端部と平行な直線になるように、前記集電領域を２つに区分する、請求項１記載の集電体。
  3. 前記金属箔は、一対の長手端部と、一対の短手端部と、を有する帯状であり、
    前記接続箇所は、前記短手端部の一方に沿って設けられており、
    前記近距離領域と前記遠距離領域との境界が、前記短手端部と平行な直線になるように、前記集電領域を２つに区分する、請求項１記載の集電体。
  4. 前記金属箔は、一対の長手端部と、一対の短手端部と、を有する帯状であり、
    前記接続箇所は、前記短手端部の一方および他方から、それぞれ所定の距離を介して離れた位置に設けられており、
    前記近距離領域と前記遠距離領域との境界が、前記短手方向と平行な直線になるように、前記集電領域を２つに区分する、請求項１記載の集電体。
  5. 前記近距離領域の開口率Ａと、前記遠距離領域の開口率Ｂとの比、Ａ／Ｂが、０．１〜０．８の範囲である、請求項１〜４のいずれかに記載の集電体。
  6. 前記複数の貫通孔の径が、０．０１〜５ｍｍである請求項１〜５のいずれかに記載の集電体。
  7. 前記金属箔は、前記接続箇所からの距離に比例して開口率が増大するように、前記複数の貫通孔が分配されている請求項１〜６のいずれかに記載の集電体。
  8. 請求項１〜７のいずれかに記載の非水電解質二次電池用集電体、及びその片面または両面に担持された電極活物質を含む非水電解質二次電池用電極。
  9. 前記金属箔の両面に形成された電極活物質層が、前記複数の貫通孔を通して結合している請求項８記載の非水電解質二次電池用電極。
  10. 正極、負極および両電極の間に介在されるセパレータを積層または巻回して構成された電極群と、
    非水電解質と、
    前記電極群および非水電解質を収納する、開口部を有する電池ケースと、
    前記開口部を封口する封口体と、を備え、
    前記正極及び負極の少なくとも一方が、請求項８または９記載の非水電解質二次電池用電極から構成される非水電解質二次電池。
  11. （ａ）電極活物質を担持させる集電領域と、外部端子との接続箇所とを有する金属箔を準備する工程、並びに
    （ｂ）前記金属箔に複数の貫通孔を形成する工程、を含み、
    前記工程ｂは、前記金属箔を、
    （i）前記接続箇所からの距離が大きい遠距離領域、並びに
    （ii）前記遠距離領域と面積の等しい、前記接続箇所からの距離が小さい近距離領域の２つに区分したときに、
    前記遠距離領域の開口率が、前記近距離領域の開口率よりも大きくなるように、前記複数の貫通孔を分配することを含む非水電解質二次電池用集電体の製造方法。
  12. 前記貫通孔を、プレス加工、エッチング加工、及びレーザー加工よりなる群から選択される少なくとも１種により形成する請求項１１記載の非水電解質二次電池用集電体の製造方法。
JP2011511548A 2009-10-26 2010-08-20 非水電解質二次電池用集電体、電極、及び非水電解質二次電池、並びにその製造方法 Withdrawn JPWO2011052122A1 (ja)

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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9356294B2 (en) * 2012-03-02 2016-05-31 Samsung Sdi Co., Ltd. Secondary battery including collectors with pores and manufacturing method thereof
EP3101159B1 (en) * 2014-01-31 2019-05-15 FUJIFILM Corporation Method for manufacturing aluminum plate, aluminum plate, current collector for electric storage device, and electric storage device
JP6866202B2 (ja) 2017-03-28 2021-04-28 太陽誘電株式会社 電気化学デバイス
JP6829130B2 (ja) * 2017-03-28 2021-02-10 太陽誘電株式会社 電気化学デバイス
JP6959054B2 (ja) * 2017-07-18 2021-11-02 福田金属箔粉工業株式会社 開孔金属箔
WO2019151063A1 (ja) * 2018-01-30 2019-08-08 シャープ株式会社 金属空気電池用負極
JP7190582B2 (ja) * 2019-08-22 2022-12-15 富士フイルム株式会社 アルミニウム箔
WO2024055187A1 (zh) * 2022-09-14 2024-03-21 宁德时代新能源科技股份有限公司 集流体、极片、电极组件、电池单体、电池以及用电装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6247963A (ja) 1985-08-26 1987-03-02 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 密閉形アルカリ蓄電池用極板の芯材
KR100329560B1 (ko) * 1999-04-16 2002-03-20 김순택 집전체와 전극 및 이 전극을 이용한 이차전지
JP2001006688A (ja) * 1999-06-16 2001-01-12 Toshiba Battery Co Ltd ニッケル・水素二次電池
US7000297B2 (en) * 2001-11-28 2006-02-21 Wilson Greatbatch Technologies, Inc. Electrochemical cell current collector having openings of progressively larger sizes converging at a tab
JP4016703B2 (ja) * 2002-04-22 2007-12-05 松下電器産業株式会社 電極用基板および電極
CN200959346Y (zh) * 2006-09-27 2007-10-10 万向电动汽车有限公司 一种聚合物锂离子动力电池
JP2008269890A (ja) 2007-04-18 2008-11-06 Nissan Motor Co Ltd 非水電解質二次電池用電極
JP2008311041A (ja) 2007-06-13 2008-12-25 Nissan Motor Co Ltd 非水電解質二次電池用負極およびその製造方法
JP5220510B2 (ja) * 2008-08-06 2013-06-26 富士重工業株式会社 蓄電デバイス

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