KR20240051833A - 전극체 및 전지 - Google Patents
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Abstract
[과제] 본 개시는, 전극층의 단면에 있어서의 결함의 발생을 억제한 전극체를 제공하는 것을 주목적으로 한다.
[해결 수단]
본 개시에 있어서는, 전지에 이용되는 전극체에 있어서, 상기 전극체는, 집전체 및 전극층을 가지며, 상기 전극층은, 두께 방향에 있어서, 상기 집전체측으로부터 순서대로, 제 1 전극층 및 제 2 전극층을 가지고, 상기 제 1 전극층은 단면(A)을 가지고, 상기 제 2 전극층은 단면(B)을 가지며, 상기 두께 방향의 단면에서 보았을 때에 있어서, 상기 단면(A)은, 상기 집전체측의 단부(A1)와, 상기 제 2 전극층측의 단부(A2)를 가지고, 상기 단면(B)은, 상기 제 1 전극층측의 단부(B1)와, 상기 제 1 전극층과는 반대측의 단부(B2)를 가지며, 상기 단면(A)은, 상기 두께 방향과 수직한 방향에 있어서, 상기 단부(A1)가 상기 단부(A2)보다 돌출한 제 1 경사부를 가지고, 상기 전극체를 상기 두께 방향에서 보았을 경우에, 상기 제 2 전극층의 외연 전체 둘레가, 상기 제 1 전극층의 외연 전체 둘레보다 내측에 배치되는, 전극체를 제공함으로써, 상기 과제를 해결한다.
[해결 수단]
본 개시에 있어서는, 전지에 이용되는 전극체에 있어서, 상기 전극체는, 집전체 및 전극층을 가지며, 상기 전극층은, 두께 방향에 있어서, 상기 집전체측으로부터 순서대로, 제 1 전극층 및 제 2 전극층을 가지고, 상기 제 1 전극층은 단면(A)을 가지고, 상기 제 2 전극층은 단면(B)을 가지며, 상기 두께 방향의 단면에서 보았을 때에 있어서, 상기 단면(A)은, 상기 집전체측의 단부(A1)와, 상기 제 2 전극층측의 단부(A2)를 가지고, 상기 단면(B)은, 상기 제 1 전극층측의 단부(B1)와, 상기 제 1 전극층과는 반대측의 단부(B2)를 가지며, 상기 단면(A)은, 상기 두께 방향과 수직한 방향에 있어서, 상기 단부(A1)가 상기 단부(A2)보다 돌출한 제 1 경사부를 가지고, 상기 전극체를 상기 두께 방향에서 보았을 경우에, 상기 제 2 전극층의 외연 전체 둘레가, 상기 제 1 전극층의 외연 전체 둘레보다 내측에 배치되는, 전극체를 제공함으로써, 상기 과제를 해결한다.
Description
본 개시는, 전극체 및 전지에 관한 것이다.
리튬 이온 이차 전지 등의 전지는, 집전체와, 활물질을 함유하는 전극층을 가지는 전극체를 구비한다. 예를 들면 특허문헌 1에는, 집전체로서의 집전박과, 복수의 전극막층이 적층된 전극막을 가지는 리튬 이온 이차 전지가 개시되어 있다. 특허문헌 1에는, 리튬 이온 이차 전지가, 전극막층으로서, 집전박측의 바인더의 농도가 집전박의 반대측의 바인더의 농도보다도 높은 층을 포함하는 것이 개시되어 있다.
특허문헌 2에는, 집전체의 표면에 제 1 층용 슬러리를 도공하는 공정과, 제 1 층용 슬러리가 건조되기 전에, 제 1 층용 슬러리 상에 제 2 층용 슬러리를 도공하는 공정을 가지는 이차 전지용 전극의 제조 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 2에는, 제 1 층용 슬러리에 이용하는 제 1 바인더가, 제 2 층용 슬러리에 이용하는 제 2 바인더보다, 점성이 높은 것이 개시되어 있다.
특허문헌 3에는, 집전체와, 집전체의 표면에 형성되며, 바인더 수지, 활물질 및 도전조제를 포함하는 전극층을 가지는 리튬 이온 이차 전지용 전극이 개시되어 있다. 특허문헌 3에는, 전극층은, 제 1 전극층과, 바인더 수지 농도가 제 1 전극층의 바인더 수지 농도보다도 높은 제 2 전극층을 가지는 것이 개시되어 있다. 또한, 전극에 관한 기술이 아니지만, 특허문헌 4에는, 기재와, LFP 입자 및 제 1 바인더를 포함하는 제 1 층과, 유기 입자 및 제 2 바인더를 포함하는 제 2 층을 가지는 분리막이 개시되어 있다.
예를 들면 특허문헌 2에는, 집전체의 표면에, 슬러리를 도공하여 전극층을 제조하는 것이 개시되어 있다. 슬러리를 집전체에 도공하면, 슬러리의 유동성에 의해, 도공층(건조 전의 전극층)의 단면(端面)이 경사진다(처진다). 경사진 단면에서는, 크랙 등의 결함이 생기기 쉽다. 특히 도공층의 두께가 클수록, 단면의 경사량(처짐양)은 커져, 결함의 발생을 억제하는 것이 어렵다.
본 개시는, 상기 실정을 감안하여 이루어진 것으로서, 전극층의 단면에 있어서의 결함의 발생을 억제한 전극체를 제공하는 것을 주목적으로 한다.
[1]
전지에 이용되는 전극체에 있어서,
상기 전극체는, 집전체 및 전극층을 가지며,
상기 전극층은, 두께 방향에 있어서, 상기 집전체측으로부터 순서대로, 제 1 전극층 및 제 2 전극층을 가지고,
상기 제 1 전극층은 단면(A)을 가지고, 상기 제 2 전극층은 단면(B)을 가지며,
상기 두께 방향의 단면에서 보았을 때에 있어서, 상기 단면(A)은, 상기 집전체측의 단부(端部)(A1)와, 상기 제 2 전극층측의 단부(A2)를 가지고, 상기 단면(B)은, 상기 제 1 전극층측의 단부(B1)와, 상기 제 1 전극층과는 반대측의 단부(B2)를 가지며,
상기 단면(A)은, 상기 두께 방향과 수직한 방향에 있어서, 상기 단부(A1)가 상기 단부(A2)보다 돌출한 제 1 경사부를 가지고,
상기 전극체를 상기 두께 방향에서 보았을 경우에, 상기 제 2 전극층의 외연(外緣) 전체 둘레가, 상기 제 1 전극층의 외연 전체 둘레보다 내측에 배치되는, 전극체.
[2]
상기 단면(B)은, 상기 두께 방향과 수직한 방향에 있어서, 상기 단부(B1)가 상기 단부(B2)보다 돌출한 제 2 경사부를 가지고,
상기 두께 방향의 단면에서 보았을 때에 있어서, 상기 제 1 경사부는, 상기 제 2 경사부보다 외측에 배치되는, [1]에 기재된 전극체.
[3]
상기 전극체를 상기 두께 방향에서 보았을 경우에, 상기 제 1 경사부는, 상기 제 1 전극층의 상기 외연 전체 둘레를 따라 배치되고, 상기 제 2 경사부는, 상기 제 2 전극층의 상기 외연 전체 둘레를 따라 배치되어 있는, [1] 또는 [2]에 기재된 전극체.
[4]
상기 전극체는, 상기 두께 방향과 수직한 방향에 있어서 상기 단부(A2)가 상기 단부(B1)보다 돌출함으로써, 상기 제 1 전극층이 상기 제 2 전극층으로부터 노출한 노출부를 가지는, [1]에서 [3]까지의 어느 것에 기재된 전극체.
[5]
상기 전극체를 상기 두께 방향에서 보았을 경우에, 상기 노출부는, 상기 제 1 전극층의 상기 외연 전체 둘레를 따라, 상기 제 1 경사부를 개재하여 배치되어 있는, [4]에 기재된 전극체.
[6]
상기 단면(A)에 있어서의 상기 단부(A2)는, 상기 두께 방향으로 연장하는 돌기의 선단(T1)이며,
상기 두께 방향의 단면에서 보았을 때에 있어서, 상기 제 2 전극층의 상기 외연에 해당하는 단부(B3)는, 상기 선단(T1)보다 내측에 배치되는, [1] 또는 [2]에 기재된 전극체.
[7]
상기 전극체를 상기 두께 방향에서 보았을 경우에, 상기 제 2 전극층의 상기 외연 전체 둘레가, 상기 선단(T1)의 전체 둘레보다 내측에 배치되는, [6]에 기재된 전극체.
[8]
상기 제 2 전극층의 두께가, 상기 제 1 전극층의 두께보다 큰, [1]에서 [7]까지의 어느 것에 기재된 전극체.
[9]
상기 전극층의 두께가, 200㎛ 이상인, [1]에서 [8]까지의 어느 것에 기재된 전극체.
[10]
상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층이, 각각 바인더를 함유하고,
상기 제 1 전극층에 있어서의 상기 바인더의 비율이, 상기 제 2 전극층에 있어서의 상기 바인더의 비율보다 많은, [1]에서 [9]까지의 어느 것에 기재된 전극체.
[11]
[1]에서 [10]까지의 어느 것에 기재된 전극체를 가지는, 전지.
본 개시에 있어서의 전극체는, 전극층의 단면에 있어서의 결함의 발생을 억제할 수 있다고 하는 효과를 가진다.
도 1은 본 개시에 있어서의 전극체를 예시하는 개략 평면도 및 개략 단면도이다.
도 2는 본 개시에 있어서의 전극체를 예시하는 개략 단면도이다.
도 3은 본 개시에 있어서의 전극체를 예시하는 개략 단면도이다.
도 4는 본 개시에 있어서의 전극체를 예시하는 개략 평면도 및 개략 단면도이다.
도 5는 본 개시에 있어서의 전극체를 예시하는 개략 단면도이다.
도 6은 본 개시에 있어서의 전극체의 제조 방법을 설명하는 개략 단면도이다.
도 7은 본 개시에 있어서의 전지를 예시하는 개략 단면도이다.
도 2는 본 개시에 있어서의 전극체를 예시하는 개략 단면도이다.
도 3은 본 개시에 있어서의 전극체를 예시하는 개략 단면도이다.
도 4는 본 개시에 있어서의 전극체를 예시하는 개략 평면도 및 개략 단면도이다.
도 5는 본 개시에 있어서의 전극체를 예시하는 개략 단면도이다.
도 6은 본 개시에 있어서의 전극체의 제조 방법을 설명하는 개략 단면도이다.
도 7은 본 개시에 있어서의 전지를 예시하는 개략 단면도이다.
이하, 본 개시에 있어서의 실시형태에 대하여, 도면을 이용하여 상세하게 설명한다. 이하에 나타내는 각 도는, 모식적으로 나타낸 것이며, 각 부의 크기, 형상은, 이해를 용이하게 하기 위하여, 적절히 과장하고 있다. 또한, 본 명세서에 있어서, 어떤 부재에 대하여 다른 부재를 배치하는 양태를 표현함에 있어서, 단지 「상에」 또는 「하에」라고 표기하는 경우, 특별히 언급하지 않는 한은, 어떤 부재에 접하도록, 바로 위 또는 바로 아래에 다른 부재를 배치하는 경우와, 어떤 부재의 상방 또는 하방에, 별도의 부재를 개재하여 다른 부재를 배치하는 경우의 양방을 포함한다.
A. 전극체
도 1의 (a)는 본 개시에 있어서의 전극체를 예시하는 개략 평면도이며, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 X-X 단면도이다. 도 1의 (a) 및 도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이, 전극체(10)는, 집전체(1)와, 집전체(1) 상에 배치된 전극층(E1)을 가진다. 전극층(E1)은, 두께 방향 D3에 있어서, 집전체(1)측으로부터 순서대로, 제 1 전극층(2) 및 제 2 전극층(3)을 가진다. 또한, 도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이, 제 1 전극층(2)은 단면(A)을 가지고, 제 2 전극층(3)은 단면(B)을 가진다.
도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이, 두께 방향 D3의 단면에서 보았을 때에 있어서, 단면(A)은, 집전체(1)측의 단부(A1)와, 제 2 전극층(3)측의 단부(A2)를 가진다. 또한, 단면(B)은, 제 1 전극층(2)측의 단부(B1)와, 제 1 전극층(2)과는 반대측의 단부(B2)를 가진다. 또한, 단면(A)은, 두께 방향 D3과 수직한 방향 D1에 있어서, 단부(A1)가 단부(A2)보다 돌출한 제 1 경사부(S1)를 가진다. 또한, 도 1의 (a)에 나타내는 바와 같이, 전극체(10)를 두께 방향에서 보았을 경우에, 제 2 전극층(3)의 외연(O2)의 전체 둘레가, 제 1 전극층(2)의 외연(O1)의 전체 둘레보다 내측에 배치된다. 도 1의 (a) 및 도 1의 (b)에 있어서, 제 1 전극층(2)의 외연(O1)은, 단면(A)에 있어서의 단부(A1)에 의해 규정되고, 제 2 전극층(3)의 외연(O2)은, 단면(B)에 있어서의 단부(B1)에 의해 규정된다.
본 개시에 의하면, 전극층이 제 1 전극층 및 제 2 전극층을 가지고, 추가로, 제 2 전극층의 외연 전체 둘레가, 제 1 전극층의 외연 전체 둘레보다 내측에 배치되므로, 전극층의 단면에 있어서의 결함의 발생을 억제한 전극체가 된다. 상기 서술한 바와 같이, 예를 들면 특허문헌 2에는, 집전체의 표면에, 슬러리를 도공하여 전극층을 제조하는 것이 개시되어 있다. 슬러리를 집전체에 도공하면, 슬러리의 유동성에 의해, 도공층(건조 전의 전극층)의 단면이 경사진다(처진다). 경사진 단면에서는, 크랙 등의 결함이 생기기 쉽다. 특히 도공층의 두께가 클수록, 단면의 경사량(처짐양)은 커져, 결함의 발생을 억제하는 것이 어렵다.
이에 비하여, 본 개시에 있어서의 전극층은, 제 1 전극층 및 제 2 전극층을 가진다. 그 때문에, 제 1 전극층 및 제 2 전극층의 제조 시에, 제 1 전극층의 단면 형상 및 제 2 전극층의 단면 형상을, 치밀하게 제어할 수 있다. 그 결과, 예를 들면 같은 두께의 전극층을 제조하는 경우, 전극층이 제 1 전극층만의 단층인 경우에 비하여, 전극층의 단면에 있어서의 결함의 발생을 억제할 수 있다.
추가로, 제 2 전극층의 외연 전체 둘레가, 제 1 전극층의 외연 전체 둘레보다 내측에 배치되므로, 제 2 전극층의 단면의 경사량(처짐양)이 과대해지는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 제 2 전극층의 단면에 있어서의 결함의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 전극층의 단면의 경사량(처짐양)이 과대해지는 것을 방지함으로써, 전극층의 유효 면적이 작아지는 것을 방지할 수 있어, 고용량인 전극체가 얻어진다.
또한, 전극층의 단면의 경사량(처짐양)이 지나치게 작으면, 전극층의 반송 시 및 전극층 프레스 시에, 전극층의 모서리가 박리하기 쉬워진다. 이에 비하여, 본 개시에 있어서는, 제 1 전극층 및 제 2 전극층이, 각각 단면(A) 및 단면(B)을 가지므로, 전극층의 단면의 경사량(처짐양)이 지나치게 작아지는 것을 방지할 수 있어, 전극층의 모서리가 박리하는 것을 방지할 수 있다.
1. 전극체의 구성
본 개시에 있어서의 전극체는, 집전체 및 전극층을 가진다.
(1) 집전체
집전체의 평면에서 보았을 때의 형상(두께 방향에서 본 형상)은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 장방형, 정방형 등의 사각형이다. 예를 들면, 도 1의 (a)에 나타내는 집전체(1)의 평면에서 보았을 때의 형상은 장방형이며, 제 1 방향 D1이 긴 길이 방향에 해당하고, 제 2 방향 D2(제 1 방향 D1과 직교하는 방향)이 짧은 길이 방향에 해당한다. 제 1 방향 D1은, 예를 들면, 전극체의 제조 시에 있어서의 집전체(1)의 반송 방향에 해당한다.
(2) 전극층
전극층의 평면에서 보았을 때의 형상은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 장방형, 정방형 등의 사각형이다. 도 1의 (a)에 나타내는 전극층(E1)의 평면에서 보았을 때의 형상은 장방형이며, 제 1 방향 D1이 긴 길이 방향에 해당하고, 제 2 방향 D2가 짧은 길이 방향에 해당한다.
도 1의 (a) 및 도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이, 전극층(E1)은, 두께 방향 D3에 있어서, 집전체(1)측으로부터 순서대로, 제 1 전극층(2) 및 제 2 전극층(3)을 가진다. 즉, 집전체(1) 상에 제 1 전극층(2)이 배치되고, 제 1 전극층(2) 상에 제 2 전극층(3)이 배치된다. 두께 방향 D3은, 전극체의 두께에 대응하는 방향이며, 통상, 제 1 방향 D1 및 제 2 방향 D2과 직교한다.
도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이, 제 1 전극층(2)은, 집전체(1)측의 주면(主面)(21)과, 제 2 전극층(3)측의 주면(22)을 가진다. 제 1 전극층(2)에 있어서의 단면(A)은, 주면(21) 및 주면(22)을 연결하는 측면이다. 단면(A)은, 주면(21)의 외연 전체 둘레, 및, 주면(22)의 외연 전체 둘레를 따라 배치된다.
도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이, 단면(A)은, 두께 방향 D3과 수직한 방향 D1에 있어서, 단부(A1)가 단부(A2)보다 돌출한 제 1 경사부(S1)를 가진다. 제 1 경사부(S1)는, 전형적으로는, 제 1 전극층(2)의 제조 시에, 슬러리의 유동성에 기인하여 생기는 부위이다. 도 1의 (b)에서는, 제 1 방향 D1에 있어서의 단면(A)이, 제 1 경사부(S1)를 가진다. 도시하지 않았지만, 제 1 방향 D1에 있어서, 대향하는 2개의 단면(A)이, 각각, 제 1 경사부(S1)를 가지고 있어도 된다. 또한, 도 1의 (a)에 나타내는 바와 같이, 제 2 방향 D2에 있어서의 단면(A)이, 제 1 경사부(S1)를 가지고 있어도 된다. 도시하지 않았지만, 제 2 방향 D2에 있어서, 대향하는 2개의 단면(A)이, 각각, 제 1 경사부(S1)를 가지고 있어도 된다.
도 1의 (a)에 나타내는 바와 같이, 전극체(10)를 두께 방향에서 보았을 경우에, 제 1 경사부(S1)는, 제 1 전극층(2)의 외연(O1)의 전체 둘레를 따라 배치되어 있어도 된다. 이 경우, 외연(O1)은, 단면(A)에 있어서의 단부(A1)에 의해 규정되며, 외연(O1)의 내측에 제 1 경사부(S1)가 배치된다.
도 1의 (a)에 나타내는 바와 같이, 전극체(10)를 두께 방향에서 보았을 경우에, 제 2 전극층(3)의 외연(O2)의 전체 둘레가, 제 1 전극층(2)의 외연(O1)의 전체 둘레보다 내측에 배치된다. 이에 의해, 전극층의 단면에 있어서의 결함의 발생을 억제할 수 있다.
도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이, 단면(B)은, 두께 방향 D3과 수직한 방향 D1에 있어서, 단부(B1)가 단부(B2)보다 돌출한 제 2 경사부(S2)를 가지고 있어도 된다. 제 2 경사부(S2)는, 전형적으로는, 제 2 전극층(3)의 제조 시에, 슬러리의 유동성에 기인하여 생기는 부위이다. 도 1의 (b)에서는, 제 1 방향 D1에 있어서의 단면(B)이, 제 2 경사부(S2)를 가진다. 도시하지 않았지만, 제 1 방향 D1에 있어서, 대향하는 2개의 단면(B)이, 각각, 제 2 경사부(S2)를 가지고 있어도 된다. 또한, 도 1의 (a)에 나타내는 바와 같이, 제 2 방향 D2에 있어서의 단면(B)이, 제 2 경사부(S2)를 가지고 있어도 된다. 도시하지 않았지만, 제 2 방향 D2에 있어서, 대향하는 2개의 단면(B)이, 각각, 제 2 경사부(S2)를 가지고 있어도 된다.
도 1의 (a)에 나타내는 바와 같이, 전극체(10)를 두께 방향에서 보았을 경우에, 제 2 경사부(S2)는, 제 2 전극층(3)의 외연(O2)의 전체 둘레를 따라 배치되어 있어도 된다. 이 경우, 외연(O2)은, 단면(B)에 있어서의 단부(B1)에 의해 규정되며, 외연(O2)의 내측에 제 2 경사부(S2)가 배치된다.
두께 방향 D3의 단면에서 보았을 때에 있어서, 제 1 경사부(S1)는, 제 2 경사부(S2)보다 외측에 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 1의 (b)에서는, 제 1 방향 D1에 있어서, 제 1 경사부(S1)의 전체가, 제 2 경사부(S2)보다 외측에 배치되어 있다.
도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이, 전극체(10)는, 노출부(23)를 가지고 있어도 된다. 노출부(23)는, 두께 방향 D3과 수직한 방향 D1에 있어서 단부(A2)가 단부(B1)보다 돌출함으로써, 제 1 전극층(2)이 제 2 전극층(3)으로부터 노출한 부위이다. 도 1의 (b)에서는, 제 1 방향 D1에 있어서의 단면(A) 및 단면(B)의 사이에, 노출부(23)가 배치되어 있다. 도시하지 않았지만, 제 1 방향 D1에 있어서의 전극체(10)의 양단면에, 각각, 노출부(23)가 배치되어 있어도 된다. 또한, 도 1의 (a)에 나타내는 바와 같이, 제 2 방향 D2에 있어서의 단면(A) 및 단면(B)의 사이에, 노출부(23)가 배치되어 있어도 된다. 도시하지 않았지만, 제 2 방향 D2에 있어서의 전극체(10)의 양단면에, 각각, 노출부(23)가 배치되어 있어도 된다. 또한, 도 1의 (a)에 나타내는 바와 같이, 전극체(10)를 두께 방향에서 보았을 경우에, 노출부(23)는, 제 1 전극층(2)의 외연(O1)의 전체 둘레를 따라, 제 1 경사부(S1)를 개재하여, 배치되어 있어도 된다.
도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이, 제 1 경사부(S1)의 폭을 WA로 하고, 제 2 경사부(S2)의 폭을 WB로 하고, 노출부(23)의 폭을 WC로 한다. WA는, 예를 들면, 0.1㎜ 이상 10㎜ 이하이며, 0.5㎜ 이상 2㎜ 이하여도 된다. WB는, 예를 들면, 0.1㎜ 이상 10㎜ 이하이며, 0.5㎜ 이상 2㎜ 이하여도 된다. WC는, 예를 들면, 0.1㎜ 이상 10㎜ 이하이며, 0.1㎜ 이상 2㎜ 이하여도 된다.
제 1 전극층의 두께, 및, 제 2 전극층의 두께의 관계는, 특별하게 한정되는 것은 아니다. 양자의 두께는, 같아도 되고, 달라도 된다. 「제 1 전극층의 두께, 및, 제 2 전극층의 두께가 같다」란, 양자의 두께의 차가, 10㎛ 이하인 것을 말한다.
도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 제 2 전극층(3)의 두께 T2는, 제 1 전극층(2)의 두께 T1보다 커도 된다. 이 경우, T1에 대한 T2의 비율(T2/T1)은, 1보다 크고, 1.5 이상이어도 된다. 한편, T2/T1은, 예를 들면 10 이하이며, 5 이하여도 된다.
도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이, 제 2 전극층(3)의 두께 T2는, 제 1 전극층(2)의 두께 T1보다 작아도 된다. 이 경우, T1에 대한 T2의 비율(T2/T1)은, 1보다 작고, 0.9 이하여도 되고, 0.5 이하여도 된다. 한편, T2/T1은, 예를 들면 0.1 이상이다.
본 개시에 있어서의 전극층은, 제 1 전극층 및 제 2 전극층을 적어도 가진다. 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 전극층(E1)은, 제 1 전극층(2) 및 제 2 전극층(3)만을 가지고 있어도 된다. 한편, 도 2의 (c)에 나타내는 바와 같이, 전극층(E1)은, 제 1 전극층(2) 및 제 2 전극층(3)에 추가하여, 다른 전극층(4)을 가지고 있어도 된다. 다른 전극층(4)은, 단일의 층이어도 되고, 복수의 층이어도 된다.
제 1 전극층(2)의 두께 T1은, 예를 들면, 50㎛ 이상이며, 500㎛ 이하이다. 제 2 전극층(3)의 두께 T2는, 예를 들면, 50㎛ 이상이며, 500㎛ 이하이다. 또한, 전극층(E1)의 두께는, 예를 들면 200㎛ 이상이며, 400㎛ 이상이어도 되고, 600㎛ 이상이어도 된다. 한편, 전극층(E1)의 두께는, 예를 들면 1000㎛ 이하이다.
도 2의 (d)에 나타내는 바와 같이, 전극체(10)는, 상기 서술한 노출부(예를 들면, 도 1의 (b)에 있어서의 노출부(23))를 가지지 않아도 된다. 도 2의 (d)에 있어서, 제 1 전극층(2)에 있어서의 단부(A2)의 위치와, 제 2 전극층(3)에 있어서의 단부(B1)의 위치가, 일치하고 있다.
제 1 전극층 및 제 2 전극층은, 각각 바인더를 함유하고 있어도 된다. 그 경우, 제 1 전극층에 있어서의 바인더의 비율(중량%)과, 제 2 전극층에 있어서의 바인더의 비율(중량%)의 관계는 특별하게 한정되는 것은 아니다. 양자의 비율은, 같아도 되고, 달라도 된다. 「제 1 전극층에 있어서의 바인더의 비율(중량%)과, 제 2 전극층에 있어서의 바인더의 비율(중량%)이 같다」란, 양자의 비율의 차가, 1% 이하인 것을 말한다.
제 1 전극층에 있어서의 바인더의 비율(중량%)을 C1로 하고, 제 2 전극층에 있어서의 바인더의 비율(중량%)을 C2로 한다. C1>C2의 경우, C2에 대한 C1의 비율(C1/C2)은, 예를 들면 3 이상이며, 5 이상이어도 된다. 한편, C1/C2는, 예를 들면 10 이하이다. 또한, C1>C2의 경우, 상기 서술한 두께의 관계는, 특별하게 한정되지 않으며, T2>T1이어도 되고, T2=T1이어도 되고, T2<T1이어도 된다.
C1<C2의 경우, C2에 대한 C1의 비율(C1/C2)은, 예를 들면 0.9 이하이며, 0.8 이하여도 된다. 한편, C1/C2는, 예를 들면 0.1 이상이다. 또한, C1<C2의 경우, 상기 서술한 두께의 관계는, 특별하게 한정되지 않으며, T2>T1이어도 되고, T2=T1이어도 되고, T2<T1이어도 된다. 또한, C1=C2의 경우도, 상기 서술한 두께의 관계는, 특별하게 한정되지 않으며, T2>T1이어도 되고, T2=T1이어도 되고, T2<T1이어도 된다.
도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 전극체(10)는, 집전체(1)의 일방의 면 상에 전극층(E1)을 가지고, 집전체(1)의 타방의 면 상에 전극층을 가지지 않아도 된다. 또한, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 전극체(10)는, 집전체(1)의 일방의 면 상에 전극층(E1)을 가지고, 집전체(1)의 타방의 면 상에 전극층(E2)을 가져도 된다. 전극층(E2)은, 단일의 층이어도 되고, 복수의 층이어도 된다. 예를 들면, 도 3의 (b)에 있어서의 전극층(E2)은, 집전체(1)측으로부터 순서대로, 제 3 전극층(5) 및 제 4 전극층(6)을 가진다. 전극층(E1) 및 전극층(E2)은, 극성이 같아도 되고, 반대여도 된다. 전자의 경우, 전극층(E1) 및 전극층(E2)이 정극층이어도 되고, 전극층(E1) 및 전극층(E2)이 부극층이어도 된다. 후자의 경우, 전극층(E1)이 정극층이고, 전극층(E2)이 부극층이어도 되고, 전극층(E1)이 부극층이고, 전극층(E2)이 정극층이어도 된다. 전극층(E2)의 상세에 대해서는, 상기 서술한 전극층(E1)에 기재한 내용과 마찬가지이다. 제 3 전극층은, 상기 서술한 제 1 전극층과 마찬가지의 특징을 가지고 있어도 된다. 또한, 제 4 전극층은, 상기 서술한 제 2 전극층과 마찬가지의 특징을 가지고 있어도 된다.
(변형예)
본 개시에 있어서의 전극층의 바람직한 변형예는, 이하와 같다. 즉, 상기 단면(A)에 있어서의 상기 단부(A2)는, 상기 두께 방향으로 연장하는 돌기의 선단(T1)이며, 상기 두께 방향의 단면에서 보았을 때에 있어서, 상기 제 2 전극층의 상기 외연에 해당하는 단부(B3)는, 상기 선단(T1)보다 내측에 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 변형예의 바람직한 특징에 대해서는, 돌기를 마련한 것 이외에는, 상기 서술한 내용과 마찬가지이다.
도 4의 (a)는 본 개시에 있어서의 전극체를 예시하는 개략 평면도이며, 도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 X-X 단면도이다. 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 단면(A)에 있어서의 단부(A2)는, 두께 방향 D3으로 연장하는 돌기(P)의 선단(T1)이며, 두께 방향 D3의 단면에서 보았을 때에 있어서, 제 2 전극층(3)의 외연(O2)에 해당하는 단부(B3)는, 선단(T1)보다 내측에 배치되는 것이 바람직하다.
도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 제 1 방향 D1에 있어서, 제 2 전극층(3)의 외연(O2)에 해당하는 단부(B3)는, 선단(T1)보다 내측에 배치되어 있어도 된다. 도시하지 않았지만, 제 1 방향 D1에 있어서, 대향하는 2개의 단부(B3)가, 각각, 선단(T1)보다 내측에 배치되어 있어도 된다. 또한, 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 제 2 방향 D2에 있어서, 제 2 전극층(3)의 외연(O2)에 해당하는 단부(B3)는, 선단(T1)보다 내측에 배치되어 있어도 된다. 도시하지 않았지만, 제 2 방향 D2에 있어서, 대향하는 2개의 단부(B3)가, 각각, 선단(T1)보다 내측에 배치되어 있어도 된다. 또한, 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 전극체(10)를 두께 방향에서 보았을 경우에, 선단(T1)이, 제 1 전극층(2)의 외연(O1)의 전체 둘레를 따라 배치되어 있어도 된다. 추가로, 제 2 전극층(3)의 외연(O2)의 전체 둘레가, 선단(T1)의 전체 둘레보다 내측에 배치되어 있어도 된다.
도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 돌기(P)의 폭을 WD로 한다. WD는, 예를 들면, 0.1㎜ 이상, 10㎜ 이하이며, 1㎜ 이상, 3㎜ 이하여도 된다.
도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 제 1 전극층(2)의 두께를 T1로 하고, 돌기(P)의 두께를 T11로 한다. T1은, 돌기(P) 이외의 평탄면에서의 두께이며, 구체적으로는, 제 1 전극층(2)에 있어서의 주면(21) 및 주면(22)의 거리(두께 방향 D3에 있어서의 거리)이다. 한편, T11은, 제 1 전극층(2)에 있어서의 주면(21) 및 돌기(P)의 선단(T1)의 거리(두께 방향 D3에 있어서의 거리)이다. T1에 대한 T11의 비율(T11/T1)은, 예를 들면 1.1 이상이며, 1.3 이상이어도 된다. 한편, T11/T1은, 예를 들면 2 이하이며, 1.8 이하여도 된다.
도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 단부(B2)는, 두께 방향 D3에 있어서, 돌기(P)의 선단(T1)보다 돌출하여 있어도 된다. 이 경우, 통상, 단부(B2)보다 외측(도면 우측)에, 단부(B3)가 배치된다.
도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 돌기(P)의 선단(T1)은, 두께 방향 D3에 있어서, 단부(B2)보다 돌출하여 있어도 된다. 또한, 도 5의 (c)에 나타내는 바와 같이, 돌기(P)의 선단(T1)의 위치와, 단부(B2)의 위치가 일치하고 있어도 된다. 이들의 경우, 단부(B2)가, 단부(B3)와 일치한다. 또한, 도 5의 (d)에 나타내는 바와 같이, 돌기(P)의 선단(T1)은, 곡선 형상이어도 된다.
2. 전극체의 부재
본 개시에 있어서의 전극체는, 집전체와, 상기 집전체 상에 배치된 전극층을 가진다. 집전체의 재료로서는, 예를 들면, 알루미늄, 구리, SUS, 니켈 등의 금속 재료를 들 수 있다. 집전체의 형상은, 예를 들면 박상(箔狀)이다.
전극층은, 활물질을 적어도 함유한다. 전극층은, 활물질로서, 정극 활물질을 함유하고 있어도 되고, 부극 활물질을 함유하고 있어도 된다. 정극 활물질로서는, 예를 들면 산화물 활물질을 들 수 있다. 산화물 활물질로서는, 구체적으로는, LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2, LiVO2, LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 등의 암염 층상형 활물질, LiMn2O4, Li(Ni0.5Mn1.5)O4 등의 스피넬형 활물질, LiFePO4, LiMnPO4, LiNiPO4, LiCoPO4 등의 올리빈형 활물질을 들 수 있다. 한편, 부극 활물질로서는, 예를 들면, Li, Li 합금 등의 Li계 활물질, 그라파이트 등의 카본 활물질, Si, SiO 등의 Si계 활물질을 들 수 있다.
전극층은, 도전재를 함유하고 있어도 된다. 도전재로서는, 예를 들면, 탄소 재료를 들 수 있다. 탄소 재료로서는, 예를 들면, 아세틸렌 블랙(AB), 케첸 블랙(KB) 등의 입자상(狀) 탄소 재료, 탄소 섬유, 카본 나노 튜브(CNT), 카본 나노 파이버(CNF) 등의 섬유상 탄소 재료를 들 수 있다. 전극층은, 도전재를 1종만 함유하고 있어도 되고, 2종 이상 함유하고 있어도 된다.
전극층은, 바인더를 함유하고 있어도 된다. 바인더로서는, 예를 들면, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 등의 셀룰로오스계 바인더, 스티렌부타디엔 고무(SBR) 등의 고무계 바인더, 폴리불화비닐리덴(PVDF) 등의 불소계 바인더를 들 수 있다. 전극층은, 바인더를 1종만 함유하고 있어도 되고, 2종 이상 함유하고 있어도 된다.
3. 전극체의 제조 방법
본 개시에 있어서는, 상기 서술한 전극체를 제조하는 전극체의 제조 방법에 있어서, 상기 집전체에 제 1 슬러리를 도공하여, 제 1 도공층을 형성하는 제 1 도공층 형성 공정과, 상기 제 1 도공층에 제 2 슬러리를 도공하여, 제 2 도공층을 형성하는 제 2 도공층 형성 공정과, 상기 제 1 도공층 및 상기 제 2 도공층을 건조하여, 상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층을 형성하는 건조 공정을 가지는, 전극체의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 6은, 본 개시에 있어서의 전극체의 제조 방법을 설명하는 개략 단면도이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 집전체(1)를 반송하면서, 다이 코터(60a)를 이용하여, 제 1 슬러리를, 롤러(50) 상에 배치된 집전체(1)에 도공하여, 제 1 도공층(2x)을 형성한다(제 1 도공층 형성 공정). 다음으로, 집전체(1)를 반송하면서, 다이 코터(60b)를 이용하여, 제 2 슬러리를, 롤러(50) 상에 배치된 제 1 도공층(2x)에 도공하여, 제 2 도공층(3x)을 형성한다(제 2 도공층 형성 공정). 그 후, 특별히 도시하지 않았지만, 제 1 도공층 및 제 2 도공층을 건조하여, 제 1 전극층 및 제 2 전극층을 형성한다(건조 공정).
(1) 제 1 도공층 형성 공정
제 1 도공층 형성 공정은, 상기 집전체에 제 1 슬러리를 도공하여, 제 1 도공층을 형성하는 공정이다. 제 1 슬러리는, 활물질 및 분산매를 적어도 함유한다. 또한, 제 1 슬러리는, 도전재 및 바인더의 적어도 일방을 함유하는 것이 바람직하다.
제 1 슬러리의 고형분에 있어서의 바인더의 비율(중량%)은, 후술하는 제 2 슬러리의 고형분에 있어서의 바인더의 비율(중량%)보다 많은 것이 바람직하다. 제 1 슬러리의 고형분에 있어서의 바인더의 비율(중량%)을 C1'로 하고, 제 2 슬러리의 고형분에 있어서의 바인더의 비율(중량%)을 C2'로 한다. C2'에 대한 C1'의 비율(C1'/C2')은, 예를 들면 3 이상이며, 5 이상이어도 된다. 한편, C1'/C2'는, 예를 들면 10 이하이다. 또한, C1' 및 C2'의 관계에 대해서는, 상기 서술한 C1 및 C2의 관계와 마찬가지여도 된다.
집전체에 제 1 슬러리를 도공하는 방법은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 슬릿 다이 코터 등의 다이 코터를 이용하는 방법을 들 수 있다.
(2) 제 2 도공층 형성 공정
제 2 도공층 형성 공정은, 상기 제 1 도공층에 제 2 슬러리를 도공하여, 제 2 도공층을 형성하는 공정이다. 제 2 슬러리는, 활물질 및 분산매를 적어도 함유한다. 또한, 제 2 슬러리는, 도전재 및 바인더의 적어도 일방을 함유하는 것이 바람직하다.
제 1 도공층에 제 2 슬러리를 도공하는 방법은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 슬릿 다이 코터 등의 다이 코터를 이용하는 방법을 들 수 있다.
예를 들면, 도 1의 (a)에 있어서의 제 1 방향 D1을, 도 6에 있어서의 집전체(1)의 반송 방향으로 한다. 이 경우, 도 1의 (b)에 나타내는 구조는, 예를 들면, 도 6에 있어서의 다이 코터(60b)가 제 2 슬러리의 도공을 개시하는 타이밍을 조정함으로써, 형성할 수 있다. 또한, 제 2 방향 D2에 있어서, 도 1의 (b)에 나타내는 구조와 마찬가지의 구조를 형성하기 위하여, 예를 들면, 도 6에 있어서의 다이 코터(60b)의 다이헤드의 폭(제 2 방향 D2에 있어서의 길이)을, 다이 코터(60a)의 다이헤드의 폭보다 작게 하는 방법을 채용하여도 된다.
예를 들면, 도 4의 (a)에 있어서의 제 1 방향 D1을, 도 6에 있어서의 집전체(1)의 반송 방향으로 한다. 이 경우, 도 4의 (b)에 나타내는 구조는, 예를 들면, 도 6에 있어서의 다이 코터(60a)의 슬러리 도공량을, 단면에 있어서 일시적으로 증가시킴으로써, 형성할 수 있다. 또한, 제 2 방향 D2에 있어서, 도 4의 (b)에 나타내는 구조와 마찬가지의 구조를 형성하기 위하여, 예를 들면, 도 6에 있어서의 다이 코터(60a)에 있어서, 다이헤드의 폭방향에 있어서의 단부의 슬러리 도공량을, 중앙부의 슬러리 도공량 보다 많게 하는 방법을 채용하여도 된다. 또한, 돌기(P)를 형성하기 위하여, 별도, 다이 코터를 이용하여도 된다.
(3) 건조 공정
건조 공정은, 상기 제 1 도공층 및 상기 제 2 도공층을 건조하여, 상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층을 형성하는 공정이다. 건조 방법 및 건조 조건에 대해서는, 특별하게 한정되지 않으며, 공지의 방법 및 공지의 조건을 채용할 수 있다.
B. 전지
본 개시에 있어서의 전지는, 상기 「A. 전극체」에 기재된 전극체를 가진다.
본 개시에 의하면, 상기 서술한 전극체를 이용함으로써, 전극층의 단면에 있어서의 결함의 발생을 억제한 전지가 된다.
도 7은, 본 개시에 있어서의 전지를 예시하는 개략 단면도이다. 도 7에 나타내는 전지(100)는, 전극체(10A), 전극체(10B) 및 전극체(10C)를 가진다. 전극체(10A), 전극체(10B) 및 전극체(10C)의 적어도 하나가, 상기 「A. 전극체」에 기재된 전극체이다.
전극체(10A)는, 집전체(11)와, 집전체(11) 상에 배치된 정극층(12)을 가진다. 전극체(10A)에 있어서의 집전체(11)는, 정극 집전체로서 기능한다. 또한, 전극체(10B)는, 집전체(11)와, 집전체(11)의 일방의 면 상에 배치된 정극층(12)과, 집전체(11)의 타방의 면 상에 배치된 부극층(13)을 가진다. 전극체(10B)에 있어서의 부극층(13)과, 전극체(10A)에 있어서의 정극층(12)은, 세퍼레이터(14)를 개재하여, 대향하도록 배치되어 있다. 또한, 전극체(10C)는, 집전체(11)와, 집전체(11) 상에 배치된 부극층(13)을 가진다. 전극체(10C)에 있어서의 집전체(11)는, 부극 집전체로서 기능한다. 또한, 전극체(10C)에 있어서의 부극층(13)과, 전극체(10B)에 있어서의 정극층(12)은, 세퍼레이터(14)를 개재하여, 대향하도록 배치되어 있다.
본 개시에 있어서의 전지는, 상기 「A. 전극체」에 기재된 전극체를, 하나만 가지고 있어도 되고, 복수 가지고 있어도 된다. 본 개시에 있어서의 전지는, 세퍼레이터 및 전해액을 가지고 있어도 된다. 세퍼레이터 및 전해액의 종류는 특별하게 한정되지 않으며, 공지의 세퍼레이터 및 공지의 전해액을 이용할 수 있다. 또한, 본 개시에 있어서의 전지는, 겔 전해질, 폴리머 전해질 등의 고체 전해질을 함유하고 있어도 된다.
본 개시에 있어서의 전지의 종류는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 리튬 이온 이차 전지를 들 수 있다. 전지의 용도로서는, 예를 들면, 하이브리드차(HEV), 플러그인 하이브리드차(PHEV), 전기 자동차(BEV), 가솔린 자동차, 디젤 자동차 등의 차량의 전원을 들 수 있다. 특히, 하이브리드차(HEV), 플러그인 하이브리드차(PHEV) 또는 전기 자동차(BEV)의 구동용 전원에 이용되는 것이 바람직하다. 또한, 본 개시에 있어서의 전지는, 차량 이외의 이동체(예를 들면, 철도, 선박, 항공기)의 전원으로서 이용되어도 되고, 정보 처리 장치 등의 전기 제품의 전원으로서 이용되어도 된다.
본 개시는, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는, 예시이며, 본 개시에 있어서의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지고, 마찬가지의 작용 효과를 가지는 것은, 어떠한 것이어도 본 개시에 있어서의 기술적 범위에 포함된다.
1…집전체
2…제 1 전극층
3…제 2 전극층
10…전극체
100…전지
2…제 1 전극층
3…제 2 전극층
10…전극체
100…전지
Claims (11)
- 전지에 이용되는 전극체에 있어서,
상기 전극체는, 집전체 및 전극층을 가지며,
상기 전극층은, 두께 방향에 있어서, 상기 집전체측으로부터 순서대로, 제 1 전극층 및 제 2 전극층을 가지고,
상기 제 1 전극층은 단면(A)을 가지고, 상기 제 2 전극층은 단면(B)을 가지며,
상기 두께 방향의 단면에서 보았을 때에 있어서, 상기 단면(A)은, 상기 집전체측의 단부(A1)와, 상기 제 2 전극층측의 단부(A2)를 가지고, 상기 단면(B)은, 상기 제 1 전극층측의 단부(B1)와, 상기 제 1 전극층과는 반대측의 단부(B2)를 가지며,
상기 단면(A)은, 상기 두께 방향과 수직한 방향에 있어서, 상기 단부(A1)가 상기 단부(A2)보다 돌출한 제 1 경사부를 가지고,
상기 전극체를 상기 두께 방향에서 보았을 경우에, 상기 제 2 전극층의 외연 전체 둘레가, 상기 제 1 전극층의 외연 전체 둘레보다 내측에 배치되는, 전극체. - 제 1 항에 있어서,
상기 단면(B)은, 상기 두께 방향과 수직한 방향에 있어서, 상기 단부(B1)가 상기 단부(B2)보다 돌출한 제 2 경사부를 가지고,
상기 두께 방향의 단면에서 보았을 때에 있어서, 상기 제 1 경사부는, 상기 제 2 경사부보다 외측에 배치되는, 전극체. - 제 2 항에 있어서,
상기 전극체를 상기 두께 방향에서 보았을 경우에, 상기 제 1 경사부는, 상기 제 1 전극층의 상기 외연 전체 둘레를 따라 배치되고, 상기 제 2 경사부는, 상기 제 2 전극층의 상기 외연 전체 둘레를 따라 배치되어 있는, 전극체. - 제 2 항에 있어서,
상기 전극체는, 상기 두께 방향과 수직한 방향에 있어서 상기 단부(A2)가 상기 단부(B1)보다 돌출함으로써, 상기 제 1 전극층이 상기 제 2 전극층으로부터 노출한 노출부를 가지는, 전극체. - 제 4 항에 있어서,
상기 전극체를 상기 두께 방향에서 보았을 경우에, 상기 노출부는, 상기 제 1 전극층의 상기 외연 전체 둘레를 따라, 상기 제 1 경사부를 개재하여 배치되어 있는, 전극체. - 제 1 항에 있어서,
상기 단면(A)에 있어서의 상기 단부(A2)는, 상기 두께 방향으로 연장하는 돌기의 선단(T1)이며,
상기 두께 방향의 단면에서 보았을 때에 있어서, 상기 제 2 전극층의 상기 외연에 해당하는 단부(B3)는, 상기 선단(T1)보다 내측에 배치되는, 전극체. - 제 6 항에 있어서,
상기 전극체를 상기 두께 방향에서 보았을 경우에, 상기 제 2 전극층의 상기 외연 전체 둘레가, 상기 선단(T1)의 전체 둘레보다 내측에 배치되는, 전극체. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 전극층의 두께가, 상기 제 1 전극층의 두께보다 큰, 전극체. - 제 1 항에 있어서,
상기 전극층의 두께가, 200㎛ 이상인, 전극체. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층이, 각각 바인더를 함유하고,
상기 제 1 전극층에 있어서의 상기 바인더의 비율이, 상기 제 2 전극층에 있어서의 상기 바인더의 비율보다 많은, 전극체. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 전극체를 가지는, 전지.
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