WO2017085917A1 - 蓄電装置用電極板及びそれを備える蓄電装置 - Google Patents

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晃宏 堀川
智通 上田
昌弘 仲村
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三洋電機株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to an electrode plate for a power storage device and a power storage device including the same.
  • the positive electrode active material layer in a plan view is formed. Part of the rectangular area is peeled off. Then, a rectangular plain portion where no positive electrode active material is present is formed at the peeled portion of the positive electrode active material layer, and the positive electrode lead is welded to the plain portion.
  • the width of the uncoated portion shorter than the width of the positive electrode plate, the uncoated region is formed only in a part of the positive electrode plate in the width direction, so that the positive electrode active material layer region increases. In this manner, the capacity is increased by increasing the region where the charge / discharge reaction is performed.
  • a long current collector wound in a hoop shape is used. After the active material layer is provided on the long current collector, the long current collector is slit along the longitudinal direction to produce one or a plurality of rows of electrode plates.
  • the electrode plate material provided with the active material layer is wound into a hoop shape, and the hoop-shaped electrode plate material is put into a manufacturing process of the power storage device such as a winding process.
  • a long electrode plate wound in a hoop shape is used. Therefore, it is preferable to run the long electrode plate at a high speed in order to increase the productivity of the power storage device.
  • the electrode plate material is run at a high speed, it is necessary to apply high tension to the electrode plate material in order to prevent wrinkling and meandering of the electrode plate material.
  • An object of the present disclosure is to provide an electrode plate for a power storage device and a power storage device including the same, which can reduce the cost by increasing productivity as well as increasing the capacity.
  • An electrode plate for a power storage device includes a substantially rectangular current collector and an active material layer provided on at least one surface of the current collector, and the current collector is a plain color to which an electrode lead is connected.
  • the elastic modulus of the first region adjacent to the plain portion in the width direction is the plain portion and the first region. Is larger than the elastic modulus of the second region adjacent to the region occupied by the longitudinal direction.
  • the electrode plate for a power storage device and the power storage device according to the present disclosure it is possible to increase the capacity by increasing the filling amount of the active material and reduce the cost by improving the productivity.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a structure of a nonaqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment.
  • 2A is a plan view of a positive electrode plate according to an embodiment
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2A
  • FIG. 2C is a cross-sectional view of FIG. 2) is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 2
  • FIG. 2D is a plan view of the positive electrode plate to which the positive electrode lead is connected.
  • FIG. 3 is a schematic view showing an example of a method for manufacturing a positive electrode plate according to an embodiment.
  • FIG. 3 (a) and 3 (b) are schematic views showing a state in which the positive electrode active material slurry is applied to the long positive electrode current collector before being cut to a predetermined size, and FIG. 3 (c).
  • FIG. 3 is a schematic view showing a state in which the dried positive electrode active material slurry is compressed by a roll.
  • FIG. 4 is a partial plan view of the electrode plate material according to Comparative Example 1 showing, in chronological order, a state from when a high tension is applied until breakage occurs.
  • 4 (a) is a partial plan view of the electrode plate material just before the tension is applied
  • FIG. 4 (b) is a partial plan view of the electrode plate material in which deformation has occurred
  • FIG. 4 (c) is broken.
  • FIG. 5 is a partial plan view of an electrode plate material according to Comparative Example 2 in which a high tension is applied and fracture occurs.
  • FIG. 6 is a partial plan view of an electrode plate material for comparing Comparative Example 1 with one embodiment.
  • FIG. 6A is a partial plan view of the electrode plate material according to Comparative Example 1
  • FIG. 6B is a partial plan view of the electrode plate material according to the embodiment.
  • FIG. 7 is a partial plan view of the electrode plate material according to Experimental Example 10 in which breakage occurred.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a structure of a nonaqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present disclosure.
  • a nonaqueous electrolyte secondary battery is one of power storage devices.
  • the non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter simply referred to as a battery) 10 includes a positive electrode plate 1, a positive electrode lead 2, a negative electrode plate 3, a negative electrode lead 4, a separator 5, a battery case 6, a gasket 7, a positive electrode lid 8 and a sealing plate 9. Is provided.
  • the positive electrode plate 1 and the negative electrode plate 3 are wound through a separator 5 and are accommodated in a cylindrical battery case 6 together with an electrolytic solution.
  • the opening of the battery case 6 is sealed with a sealing plate 9 via a gasket 7, and the inside of the battery case 6 is sealed.
  • the positive electrode plate 1 is connected to the positive electrode lid 8 disposed on the sealing plate 9 by the positive electrode lead 2, and the positive electrode lid 8 serves as a positive electrode terminal of the battery.
  • the negative electrode plate 3 is connected to a battery case 6 by a negative electrode lead 4, and the battery case 6 serves as a negative electrode terminal of the battery.
  • the positive electrode plate 1 is manufactured as follows. A conductive agent, a binder, or the like is mixed with the positive electrode active material, and the mixture is kneaded in a dispersion medium to prepare a paste-like positive electrode active material slurry. Thereafter, the positive electrode active material slurry is applied onto a long positive electrode current collector made of a hoop material formed of a metal foil such as aluminum. Subsequently, a positive electrode active material layer is provided on the positive electrode current collector by drying and compressing the positive electrode active material slurry applied to the positive electrode current collector. Finally, the positive electrode current collector provided with the positive electrode active material layer is cut into a predetermined size to produce the positive electrode plate 1.
  • Examples of the positive electrode active material slurry include lithium nickel oxide as a positive electrode active material, acetylene black (hereinafter referred to as AB) as a conductive agent, polyvinylidene fluoride (hereinafter referred to as PVDF) as a binder, and N— Methyl-2-pyrrolidone can be used.
  • AB acetylene black
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • N— Methyl-2-pyrrolidone N— Methyl-2-pyrrolidone
  • the negative electrode plate 3 is manufactured as follows. A conductive agent, a binder, and the like are mixed with the negative electrode active material, and the mixture is kneaded in a dispersion medium to prepare a paste-like negative electrode active material slurry. Thereafter, the negative electrode active material slurry is applied onto a long negative electrode current collector made of a hoop material formed of a metal foil such as copper. Subsequently, the negative electrode active material slurry applied to the negative electrode current collector is dried and compressed to provide a negative electrode active material layer on the negative electrode current collector. Finally, the negative electrode current collector provided with the negative electrode active material layer is cut into a predetermined size to produce the negative electrode plate 3.
  • Examples of the negative electrode active material slurry include graphite as a negative electrode active material, styrene-butadiene copolymer rubber particle dispersion (SBR) as a binder, carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener, and water as a dispersion medium. Is preferably used.
  • FIG. 2A is a plan view of the positive electrode plate 1.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA not crossing the plain portion 40 of FIG.
  • FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line BB crossing the plain portion 40 of FIG.
  • FIG. 2D is a plan view of the positive electrode plate 1 to which the positive electrode lead 2 is connected.
  • the positive electrode plate 1 has a substantially rectangular planar shape.
  • the positive electrode plate 1 includes a positive electrode current collector 20 and a positive electrode active material layer 30 provided on both surfaces of the positive electrode current collector 20.
  • the positive electrode plate 1 has a plain portion 40.
  • the plain portion 40 exists at one end portion in the width direction Y at the center portion in the longitudinal direction X of the front side surface 21 and the back side surface 22 of the positive electrode current collector 20.
  • the plain portion 40 can be provided only on one surface of the positive electrode plate 1.
  • the positive electrode active material layer can be provided only on one side of the positive electrode current collector 20.
  • the positive electrode lead 2 is joined to the plain portion 40 of the positive electrode plate 1.
  • the plain portion 40 constitutes a lead connection portion to which the positive electrode lead 2 is connected.
  • the negative electrode plate 3 also has a solid portion to which the negative electrode active material slurry is not applied.
  • a negative electrode lead 4 is bonded to the plain portion of the negative electrode plate 3.
  • the plain portion of the negative electrode plate 3 constitutes a lead connection portion to which the negative electrode lead 4 is connected. Examples of the method for joining the positive electrode lead and the negative electrode lead include spot welding, ultrasonic welding, and caulking.
  • the plain portion 40 has a substantially rectangular shape in plan view.
  • the region where the positive electrode active material layer 30 is provided is divided into a first region 30a and second regions 30b and 30c.
  • the first region 30a and the second regions 30b and 30c are defined as follows. First, a region adjacent to the plain portion 40 in the width direction Y is defined as a first region 30a. When viewed from the width direction Y, the first region 30 a overlaps the plain portion 40. Next, regions adjacent to the region occupied by the plain portion 40 and the first region 30a in the longitudinal direction X are defined as second regions 30b and 30c. Second The uncoated region 40 and the first region 30a exist between the regions 30b and 30c.
  • the elastic modulus Eb1 of the first region 30a is larger than the elastic modulus Ec1 of the second regions 30b and 30c.
  • the elastic coefficient Ec1 of the second regions 30b and 30c is larger than the elastic coefficient Ea of the plain portion 40.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a method for manufacturing the positive electrode plate 1.
  • FIGS. 3A and 3B are schematic views showing a state in which the positive electrode active material slurry 64 is applied to the long positive electrode current collector 20 before being cut to a predetermined size.
  • FIG. 3C is a schematic view showing a state in which the dried positive electrode active material slurry 64 is compressed by a roll 85.
  • Application of the positive electrode active material slurry 64 to the positive electrode current collector 20 is performed using a first discharge nozzle having a discharge port 80 and a second discharge nozzle having a discharge port 81.
  • the discharge port 80 of the first discharge nozzle and the discharge port 81 of the second discharge nozzle are arranged so as to face the positive electrode current collector 20. Further, when viewed from the longitudinal direction X, the discharge ports 80 and 81 are arranged so that there is no gap between them.
  • the discharge ports 80 and 81 are moved relative to the positive electrode current collector 20 in the direction of arrow A.
  • the positive electrode active material slurry 64 is continuously discharged from the first discharge nozzle, and the positive electrode active material slurry 64 is intermittently discharged from the second discharge nozzle. In this way, the plain portion 40 is provided. Further, the discharge amount of the positive electrode active material slurry 64 in the first region 30a is controlled so that the application amount of the positive electrode active material slurry 64 in the first region 30a is larger than the application amount of the second regions 30b and 30c.
  • the applied positive electrode active material slurry 64 is dried. Subsequently, as shown in FIG. 3C, the roll 85 extending in the width direction Y of the positive electrode current collector 20 is relatively moved in the direction indicated by the arrow B with respect to the positive electrode current collector 20. An electrode plate material 70 having a positive electrode active material layer compressed to a predetermined thickness is formed.
  • the plain portion 40 can be formed only at one end in the width direction of the electrode plate material 70, and the active material filling density of the first region 30a can be made higher than the active material filling density of the second regions 30b and 30c. .
  • the elastic modulus Eb1 of the first region 30a can be made larger than the elastic modulus Ec1 of the second region.
  • Both ends in the width direction Y of the compressed long electrode plate material 70 are slit along the longitudinal direction X, and the portion where the positive electrode current collector is exposed is removed.
  • the slit-shaped long electrode plate material 70 is cut along a center line passing through a midpoint between the plain portions 40 adjacent to each other in the longitudinal direction X.
  • Comparative Example 1 and Comparative Example 2 in which the entire region provided with the positive electrode active material layer has a uniform elastic coefficient will be described and compared with one embodiment of the present disclosure. To do.
  • Comparative Example 1 will be described with reference to FIG.
  • Electrode plate 170 according to Comparative Example 1 and the elastic modulus of the first region 130a Eb2 [N / m 2] second region 130b, the elastic modulus of 130c Ec2 [N / m 2] are equal. Except for this point, the electrode plate material 170 according to the comparative example 1 has the same configuration as the electrode plate material 70 according to the embodiment.
  • Ea [N / m 2 ] is an elastic coefficient of the plain portion 140 and is equal to the elastic coefficient of the positive electrode current collector 20. Ea is smaller than Eb2.
  • Aa [m 2 ] represents the cross-sectional area of the electrode plate material 170 in the plain portion 140
  • Ab [m 2 ] represents the first The cross-sectional area of the electrode plate material 170 in one region 130a is represented.
  • the electrode plate 170 When the tension of the force F is applied in the longitudinal direction X, the electrode plate 170 is pulled in the longitudinal direction X and shifts from the state shown in FIG. 4A to the state shown in FIG. When the applied tension exceeds the breaking strength of the electrode plate 170, as shown in FIG. 4 (c), the breakage occurs starting from the boundary between the plain portion 140 and the second regions 130b and 130c.
  • the electrode plate 170 When the electrode plate 170 is compressed, the interior of the plain portion is not subjected to pressure, but the boundary portion is subjected to pressure. Therefore, there is a possibility that the breaking strength at the boundary portion between the plain portion 140 and the second regions 130 b and 130 c is lower than that inside the plain portion 140.
  • the electrode plate material 270 according to Comparative Example 2 has the same configuration as Comparative Example 1 except that the active material density of the positive electrode active material layer 230 is higher than the active material density of the positive electrode active material layer 130 of Comparative Example 1. That is, in the electrode plate material 270 according to the comparative example 2, the elastic coefficient Eb3 of the first region 230a is equal to the elastic modulus Ec3 of the second regions 230b and 230c, and they are larger than the elastic coefficients Eb2 and Ec2 of the comparative example 1.
  • FIG. 5 is a schematic view showing an electrode plate material 270 according to Comparative Example 2 in which breakage occurred. As in Comparative Example 1, when the electrode plate 270 is run while applying a high tension, the fracture shown in FIG. 5 occurs.
  • the elastic coefficients of the first regions 130a and 230a of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 are Eb2 and Eb3, respectively.
  • Fa2 on the left side is replaced with a force Fa3 that acts on the boundary portion between the plain portion 240 and the second regions 230b and 230c of Comparative Example 2.
  • Fa2> Fa3 is established. Therefore, it seems that the electrode plate material is prevented from being broken by increasing the active material density of the entire positive electrode active material layer.
  • FIG. 6 is a partial plan view of the electrode plate material for illustrating the correspondence relationship of the elastic coefficients between the electrode plate material according to Comparative Example 1 and the electrode plate material according to the embodiment.
  • the active material filling density of the first region 30a adjacent to the uncoated portion 40 in the width direction Y is set to the second region. It is higher than the active material packing density of 30b and 30c.
  • the elastic coefficient Eb1 of the first region 30a is made larger than the elastic coefficient Ec1 of the second regions 30b and 30c.
  • Fa2 on the left side is replaced with Fa1 of one embodiment.
  • the positive electrode active material slurry produced as described above was applied to both surfaces of a positive electrode current collector made of an aluminum foil according to the method described as an embodiment of the present disclosure, and dried.
  • the dried positive electrode active material slurry was compressed to a predetermined thickness to form a positive electrode active material layer, and both ends in the width direction of the positive electrode current collector were slit to produce a long positive electrode plate material.
  • Experimental example 1 in which the active material density in the first region is different from each other by adjusting the coating amount of the first region adjacent to the uncoated portion of the positive electrode plate material and the positive electrode current collector when applying the positive electrode active material slurry A positive electrode plate material according to 10 to 10 was produced.
  • the obtained long positive electrode plate material was wound into a hoop shape.
  • the elastic modulus of the first region adjacent to the plain portion of the positive electrode plate member and the positive electrode current collector in the width direction is Eb, and the elastic modulus of the second region constituting the region where the positive electrode active material layer excluding the first region is provided.
  • Ec The elastic modulus Eb of the first region of Experimental Examples 1 to 10 is shown in Table 1 as an equation using the elastic modulus Ec of the second region. A specific value of the elastic modulus Ec was 30 kN / mm 2 .
  • the negative electrode active material slurry produced as described above was applied to both surfaces of a negative electrode current collector made of copper foil and dried.
  • intermittent application of the conventional technique was adopted so that a solid portion was provided at one end in the longitudinal direction of the completed negative electrode plate.
  • the dried negative electrode active material slurry was compressed to a predetermined thickness to form a negative electrode active material layer, and both ends in the width direction of the negative electrode current collector were slit to produce a long negative electrode plate.
  • the obtained long negative electrode plate material was wound into a hoop shape.
  • electrode groups according to Experimental Examples 1 to 10 were produced as follows. First, a separator made of a positive electrode plate material, a negative electrode plate material, and a polyethylene microporous film was attached to a winding device. In the winding device, the ends of the positive electrode plate material and the negative electrode plate material were pulled out to the position of the core, and the positive electrode plate material and the negative electrode plate material were wound so that the separator was interposed between them. After winding, the positive electrode plate material and the negative electrode plate material were cut, and the outermost end of the electrode group was fixed with a tape to produce the electrode group.
  • the positive electrode plate material and the negative electrode plate material were cut with a winding device to form a positive electrode plate and a negative electrode plate, respectively.
  • the lead was joined to the plain part of the positive electrode plate material and the negative electrode plate material at the timing when the traveling of the positive electrode plate material and the negative electrode plate material was stopped in the winding device.
  • the length of the positive electrode plate in the width direction was 60 mm, and the length in the longitudinal direction was 1000 mm.
  • the length in the width direction of the plain portion of the positive electrode plate was 5 mm, and the length in the longitudinal direction was 6 mm.
  • the length of the width direction of a negative electrode plate was 61 mm, and the length of the longitudinal direction was 1050 mm.
  • the electrode group produced as described above can be inserted into a metal bottomed cylindrical outer can together with a non-aqueous electrolyte to produce the non-aqueous electrolyte secondary battery described as one embodiment of the present disclosure. .
  • the positive electrode plate material was run to produce 2000 electrode groups according to Experimental Examples 1 to 10, respectively. Further, the positive electrode plate material was run based on the above condition 2 to produce 2000 electrode groups according to Experimental Examples 1 to 10, respectively.
  • the obtained electrode group was disassembled, and the presence or absence of breakage of the positive electrode plate was visually confirmed. In both conditions 1 and 2, the case where no break was confirmed was marked with “ ⁇ ”, and the case where breakage was confirmed was marked with “x”. In addition, the case where the fracture was confirmed only under the condition 2 was set as “ ⁇ ”. The results are shown in Table 1.
  • the positive electrode plate was confirmed to be broken only when the positive electrode plate material was run based on Condition 2.
  • the breakage of the positive electrode plate of Experimental Example 10 occurred at the boundary between the first region and the second region as shown in FIG. That is, if the difference between the elastic modulus Eb of the first region and the elastic modulus Ec of the second region is too large, the force Fb acting on the boundary portion between the first region and the second region becomes large and breakage tends to occur. From the results of Experimental Examples 3 to 10, it can be seen that the elastic modulus Eb in the first region is preferably 5.5 times or less than the elastic modulus Ec in the second region.
  • a long electrode plate before cutting can be run at a high speed in the manufacturing process of the power storage device, so that the productivity of the power storage device can be increased.
  • the cost of the power storage device is reduced by reducing defects and improving productivity.
  • a positive electrode plate for a nonaqueous electrolyte secondary battery has been described in detail as an example of an electrode plate for a power storage device.
  • the power storage device of the present disclosure includes not only a non-aqueous electrolyte secondary battery but also other batteries such as a nickel cadmium battery and a nickel hydrogen battery.
  • the power storage device includes a capacitor in addition to the battery. Therefore, the electrode plate for a power storage device of the present disclosure includes a positive electrode plate and a negative electrode plate of a battery or a capacitor, and the material to be coated and the coated material are not limited to the materials described in the above embodiment.
  • a high-capacity and low-cost power storage device can be realized.
  • the power storage device of the present disclosure can be suitably applied to a main power source of a consumer mobile tool such as a notebook personal computer or a main power source of a large-sized device such as an electric vehicle (EV).
  • a consumer mobile tool such as a notebook personal computer
  • a main power source of a large-sized device such as an electric vehicle (EV).
  • EV electric vehicle

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Abstract

本開示は高容量化とともに、生産性の向上によるコストの低減が可能な蓄電装置用電極板及びそれを備える蓄電装置を提供することを目的とする。略矩形の正極集電体（２０）の少なくとも一方の面に正極活物質層（３０）を設ける。正極集電体（２０）が、正極リード（２）が接続される無地部（４０）を長手方向Ｘの一部領域における幅方向Ｙの一端部に有するようにする。正極活物質層（３０）が設けられた領域において、無地部（４０）に幅方向Ｙに隣り合う第１領域（３０ａ）の弾性係数Ｅｂ１が、無地部（４０）及び第１領域（３０ａ）が占める領域に長手方向Ｘに隣り合う第２領域（３０ｂ,３０ｃ）の弾性係数Ｅｃ１よりも大きくなるようにする。

Description

蓄電装置用電極板及びそれを備える蓄電装置
　本開示は、蓄電装置用電極板及びそれを備える蓄電装置に関する。
　近年、電子機器のポータブル化やコードレス化が急速に進むにしたがって、電子機器の駆動用電源として使用する二次電池を高容量化することへの要請が高まっている。また、自動車用蓄電池や電力貯蔵用蓄電池への二次電池の適用も進みつつあり、この観点からも二次電池の高容量化が求められている。
　このような背景において、特許文献１の非水電解質二次電池では、正極集電体上に正極活物質スラリーが塗布されて正極活物質層が形成された後、平面視における正極活物質層の矩形の一部領域が剥離される。そして、正極活物質層の剥離箇所に正極活物質が存在しない矩形の無地部が形成され、正極リードが無地部に溶接される。無地部の幅を正極板幅よりも短くすることによって、無地部が正極板の幅方向の一部にのみに形成されるため、正極活物質層領域が増大する。このようにして、充放電反応が行われる領域を増大させて高容量化を実現している。
特開２００３－６８２７１号公報
　電池などの蓄電装置用電極板を製造する場合、フープ状に巻き取られた長尺の集電体が用いられる。その長尺の集電体に活物質層を設けた後に、長尺の集電体を長手方向に沿ってスリットして１列又は複数列の極板材が作製される。活物質層が設けられた極板材はフープ状に巻き取られて、フープ状の極板材が巻回工程などの蓄電装置の製造工程に投入される。このように、蓄電装置の製造工程ではフープ状に巻き取られた長尺の極板材が用いられるため、蓄電装置の生産性を高めるために長尺の極板材を高速で走行させることが好ましい。極板材を高速で走行させる場合、極板材のしわや蛇行を防止するために極板材に高いテンションをかける必要がある。
　しかし、特許文献１に記載されているように幅方向の一部にのみ無地部が形成された極板材に高いテンションをかけた場合、次の問題が生じることが本発明者らによって見出された。すなわち、無地部とその無地部に長手方向に隣り合う正極活物質層との境界部分を起点として破断が生じやすい。極板材が高いテンションに耐えられずに破断が生じると、不良箇所の廃棄や生産性の低下により蓄電装置用電極板の製造コストが増加する。
　本開示の課題は、高容量化とともに、生産性の向上によるコストの低減が可能な蓄電装置用電極板及びそれを備える蓄電装置を提供することにある。
　本開示の蓄電装置用電極板は、略矩形の集電体と、集電体の少なくとも一方の面に設けられた活物質層と、を備え、集電体は、電極リードが接続される無地部を長手方向の一部領域における幅方向の一端部に有し、活物質層が設けられた領域において、無地部に幅方向に隣り合う第１領域の弾性係数が、無地部及び第１領域が占める領域に長手方向に隣り合う第２領域の弾性係数よりも大きい。
　本開示に係る蓄電装置用電極板及び蓄電装置によれば、活物質量の充填量の増加による高容量化とともに、生産性の向上によるコストの低減が可能である。
図１は一実施形態に係る非水電解質二次電池の構造を示す図である。 図２（ａ）は一実施形態に係る正極板の平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ－Ａ線断面図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）のＢ－Ｂ線断面図であり、図２（ｄ）は正極リードが接続された正極板の平面図である。 図３は一実施形態に係る正極板の製造方法の一例を示す模式図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）は所定寸法に切断される前の長尺の正極集電体に正極活物質スラリーを塗布している様子を示す模式図であり、図３（ｃ）は乾燥させた正極活物質スラリーをロールで圧縮している様子を示す模式図である。 図４は高いテンションがかけられて破断が生じるまでの様子を時系列で示す比較例１に係る極板材の部分平面図である。図４（ａ）はテンションがかけられる直前の極板材の部分平面図であり、図４（ｂ）は変形が生じた極板材の部分平面図であり、図４（ｃ）は破断が生じた極板材の部分平面図である。 図５は高いテンションがかけられて破断が生じた比較例２に係る極板材の部分平面図である。 図６は比較例１と一実施形態を対比するための極板材の部分平面図である。図６（ａ）は比較例１に係る極板材の部分平面図であり、図６（ｂ）は一実施形態に係る極板材の部分平面図である。 図７は破断が生じた実験例１０に係る極板材の部分平面図である。
　以下に、本開示に係る実施の形態（以下、実施形態という）について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本開示の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。また、実施形態の説明で参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは現物と異なる場合がある。本明細書において「略＊＊」との記載は、略全域を例に挙げて説明すると、全域はもとより実質的に全域と認められる場合を含む意図である。
　図１は、本開示の一実施形態である非水電解質二次電池の構造を示す図である。非水電解質二次電池は蓄電装置の一つである。
　この非水電解質二次電池（以下、単に電池という）１０は、正極板１、正極リード２、負極板３、負極リード４、セパレータ５、電池ケース６、ガスケット７、正極蓋８及び封口板９を備える。正極板１及び負極板３がセパレータ５を介して巻回され、円筒形の電池ケース６内に電解液と共に収容される。電池ケース６の開口部はガスケット７を介して封口板９で封口され、電池ケース６内は密閉される。正極板１は正極リード２により封口板９上に配設された正極蓋８に接続され、正極蓋８は電池の正極端子となる。また、負極板３は負極リード４により電池ケース６に接続され、電池ケース６は電池の負極端子となる。
　正極板１は、次のように作製される。正極活物質に導電剤や結着剤等を混合し、その混合物を分散媒中で混練することによってペースト状の正極活物質スラリーを作製する。その後、正極活物質スラリーをアルミニウム等の金属箔で形成したフープ材からなる長尺の正極集電体上に塗布する。続いて、正極集電体に塗布された正極活物質スラリーを乾燥、及び圧縮することによって正極集電体上に正極活物質層を設ける。最後に正極活物質層が設けられた正極集電体を所定寸法に切断することによって正極板１を作製する。
　正極活物質スラリーには、例えば、正極活物質としてリチウムニッケル酸化物を、導電剤としてアセチレンブラック（以下、ＡＢ）を、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦ）を、分散媒としてＮ－メチル－２－ピロリドンを用いることができる。
　負極板３は、次のように作製される。負極活物質に導電剤や結着剤等を混合し、その混合物を分散媒中で混練することによってペースト状の負極活物質スラリーを作製する。その後、負極活物質スラリーを銅等の金属箔で形成したフープ材からなる長尺の負極集電体上に塗布する。続いて、負極集電体に塗布された負極活物質スラリーを乾燥、及び圧縮することによって負極集電体上に負極活物質層を設ける。最後に負極活物質層が設けられた負極集電体を所定寸法に切断することによって負極板３を作製する。
　負極活物質スラリーには、例えば、負極活物質として黒鉛を、結着剤としてスチレンーブタジエン共重合体ゴム粒子分散体（ＳＢＲ）を、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を、分散媒として水を用いることが好ましい。
　図２（ａ）は正極板１の平面図である。図２（ｂ）は図２（ａ）の無地部４０を横断しないＡ－Ａ線断面図である。図２（ｃ）は図２（ａ）の無地部４０を横断するＢ－Ｂ線断面図である。図２（ｄ）は正極リード２が接続された正極板１の平面図である。
　図２（ａ）に示すように、正極板１は略矩形の平面形状を有する。図２（ｂ）に示すように、正極板１は、正極集電体２０と、正極集電体２０の両面に設けられた正極活物質層３０を有する。図２（ａ）及び（ｃ）に示すように、正極板１は無地部４０を有する。無地部４０は、正極集電体２０の表側面２１及び裏側面２２の長手方向Ｘの中央部における幅方向Ｙの一端部に存在する。正極活物質層３０が正極集電体２０の両面に設けられている場合に、無地部４０は正極板１の片側の面にのみ設けることもできる。正極活物質層は正極集電体２０の片面のみに設けることもできる。
　図２（ｄ）に示すように、正極板１の無地部４０には正極リード２が接合されている。無地部４０は、正極リード２が接続されるリード接続部を構成する。負極板３も負極活物質スラリーが塗布されない無地部を有する。負極板３の無地部には負極リード４が接合されている。負極板３の無地部は、負極リード４が接続されるリード接続部を構成する。正極リード及び負極リードの接合方法としてはスポット溶接、超音波溶接、及びカシメが例示される。
　図２（ａ）に示すように、無地部４０は平面視において略矩形の形状を有する。そして、正極活物質層３０が設けられた領域が、第１領域３０ａと第２領域３０ｂ，３０ｃに分割されている。本開示では、第１領域３０ａ及び第２領域３０ｂ，３０ｃを次のように定義する。まず、無地部４０に幅方向Ｙに隣り合う領域を第１領域３０ａとする。幅方向Ｙから見て、第１領域３０ａは無地部４０に重なっている。次に、無地部４０及び第１領域３０ａが占める領域に長手方向Ｘに隣り合う領域を第２領域３０ｂ,３０ｃとする。第２
領域３０ｂ，３０ｃの間に無地部４０及び第１領域３０ａが存在している。
　第１領域３０ａの弾性係数Ｅｂ１は、第２領域３０ｂ，３０ｃの弾性係数Ｅｃ１よりも大きい。第２領域３０ｂ，３０ｃの弾性係数Ｅｃ１は、無地部４０の弾性係数Ｅａよりも大きい。
　図３は、正極板１の製造方法の一例を示す模式図である。詳しくは、図３（ａ）及び図３（ｂ）は、所定寸法に切断される前の長尺の正極集電体２０に正極活物質スラリー６４を塗布している様子を示す模式図である。図３（ｃ）は、乾燥した正極活物質スラリー６４をロール８５で圧縮している様子を示す模式図である。
　正極集電体２０への正極活物質スラリー６４の塗布は、吐出口８０を有する第１吐出ノズルと、吐出口８１を有する第２吐出ノズルを用いて行われる。図３（ａ）に示すように、第１吐出ノズルの吐出口８０及び第２吐出ノズルの吐出口８１は正極集電体２０に対向するように配置されている。また、長手方向Ｘから見て吐出口８０，８１はそれらの間に隙間ができないように配置されている。正極活物質スラリー６４を塗布する際、吐出口８０，８１を正極集電体２０に対して矢印Ａの方向に相対移動させる。このとき、第１吐出ノズルから正極活物質スラリー６４が連続的に吐出され、第２吐出ノズルから正極活物質スラリー６４が間欠的に吐出される。このようにして無地部４０が設けられる。また、第１領域３０ａにおける正極活物質スラリー６４の塗布量が第２領域３０ｂ，３０ｃの塗布量より大きくなるように、第１領域３０ａにおける正極活物質スラリー６４の吐出量が制御される。
　正極活物質スラリー６４の塗布後、塗布された正極活物質スラリー６４を乾燥する。続いて、図３（ｃ）に示すように、正極集電体２０の幅方向Ｙに延在しているロール８５を正極集電体２０に対して矢印Ｂで示す方向に相対移動させて、所定厚みに圧縮された正極活物質層を有する極板材７０が形成される。
　上記の製法によって、無地部４０を、極板材７０の幅方向一端部のみに形成し、第１領域３０ａの活物質充填密度を第２領域３０ｂ,３０ｃの活物質充填密度より高くすること
ができる。第１領域３０ａの活物質充電密度を高くすることにより、第１領域３０ａの弾性係数Ｅｂ１を第２領域の弾性係数Ｅｃ１よりも大きくすることができる。
　圧縮された長尺の極板材７０の幅方向Ｙの両端部が長手方向Ｘに沿ってスリットされて、正極集電体が露出している部分が取り除かれる。スリットされた長尺の極板材７０は、長手方向Ｘに隣り合う無地部４０間の中点を通る中心線に沿って切断される。
　以下、本開示の一実施形態とは異なり、正極活物質層が設けられた全領域が均一の弾性係数を有する比較例1及び比較例２を説明し、それらを本開示の一実施形態と対比する。
　まず、図４（ａ）を参照して比較例１を説明する。比較例１に係る極板材１７０は第１領域１３０ａの弾性係数Ｅｂ２〔Ｎ／ｍ２〕と第２領域１３０ｂ，１３０ｃの弾性係数Ｅｃ２〔Ｎ／ｍ２〕が等しい。その点を除くと、比較例１に係る極板材１７０は一実施形態に係る極板材７０と同じ構成を有する。
　図４に示すように、力Ｆ〔Ｎ〕のテンションが加えられた極板材１７０の無地部１４０と第２領域１３０ｂ,１３０ｃとの境界部分に力Ｆａ２〔Ｎ〕が作用する。無地部１４０及び第１領域１３０ａが弾性を有し、長手方向Ｘに対して並列に接続されているため、以下の式（１）が導かれる。
　Ｆａ２＝Ｆ×〔（Ａａ×Ｅａ）／（Ａｂ×Ｅｂ２＋Ａａ×Ｅａ）〕…（式１）
　式（１）において、Ｅａ〔Ｎ／ｍ２〕は、無地部１４０の弾性係数であり、正極集電体２０の弾性係数に等しい。ＥａはＥｂ２より小さい。極板材１７０の長手方向Ｘに垂直な切断面の面積を極板材１７０の断面積としたとき、Ａａ〔ｍ２〕は無地部１４０における極板材１７０断面積を表し、Ａｂ〔ｍ２〕は第１領域１３０ａにおける極板材１７０の断
面積を表す。
　長手方向Ｘに力Ｆのテンションが加えられると、極板材１７０は長手方向Ｘに引っ張られて図４（ａ）に示す状態から図４（ｂ）に示す状態に移行する。加えられたテンションが極板材１７０の破断強度を超えると、図４（ｃ）に示すように、無地部１４０と第２領域１３０ｂ,１３０ｃの境界部分を起点として破断が生じる。極板材１７０の圧縮時に、無地部の内部は圧力を受けないが、境界部分は圧力を受ける。そのため、無地部１４０と第２領域１３０ｂ,１３０ｃの境界部分の破断強度が無地部１４０の内部に比べて低下している可能性がある。
　次に、図５を参照して比較例２について説明する。比較例２に係る極板材２７０は正極活物質層２３０の活物質密度が比較例１の正極活物質層１３０の活物質密度より高いこと以外は比較例１と同じ構成を有する。つまり、比較例２に係る極板材２７０において、第１領域２３０ａの弾性係数Ｅｂ３と第２領域２３０ｂ，２３０ｃの弾性係数Ｅｃ３は等しく、それらは比較例１の弾性係数Ｅｂ２及びＥｃ２より大きい。図５は破断が生じた比較例２に係る極板材２７０を示す模式図である。比較例１と同様に極板材２７０を高いテンションをかけながら走行させた場合に図５に示す破断が生じる。
　図４及び図５に示すように、比較例１及び比較例２の第１領域１３０ａ，２３０ａの弾性係数はそれぞれＥｂ２，Ｅｂ３である。式（１）において、右辺のＥｂ２をＥｂ３に置き換えると、左辺のＦａ２は比較例２の無地部２４０と第２領域２３０ｂ，２３０ｃの境界部分に作用する力Ｆａ３に置き換えられる。上記のとおり、Ｅｂ２とＥｂ３はＥｂ２＜Ｅｂ３の関係式を満たすため、Ｆａ２＞Ｆａ３の関係式が成り立つ。そのため、正極活物質層全体の活物質密度を大きくすることで極板材の破断が防止されるように思われる。しかしながら、正極活物質層全体の活物質密度を大きくすることは破断の防止に必ずしも効果的ではない。比較例２では正極活物質層２３０が比較例１より大きい圧力で圧縮されているため、無地部２４０と第２領域２３０ｂ，２３０ｃの境界部分の破断強度が比較例１より低下している可能性がある。
　図６は、比較例１に係る極板材と一実施形態に係る極板材の間の弾性係数の対応関係を示すための極板材の部分平面図である。図６（ｂ）に示す一実施形態では、図６（ａ）に示す比較例１との対比において、無地部４０と幅方向Ｙに隣り合う第１領域３０ａの活物質充填密度を第２領域３０ｂ,３０ｃの活物質充填密度よりも高くしている。このようにして、第１領域３０ａの弾性係数Ｅｂ１を第２領域３０ｂ,３０ｃの弾性係数Ｅｃ１よりも大きくしている。式（１）において、右辺のＥｂ２を一実施形態のＥｂ１に置き換えると左辺のＦａ２は一実施形態のＦａ１に置き換えられる。Ｅｂ２とＥｂ１はＥｂ２＜Ｅｂ１の関係式を満たすため、Ｆａ２＞Ｆａ１の関係式が成り立つ。すなわち、一実施形態のように第１領域３０ａの弾性係数Ｅｂ１を正極活物質層が設けられた他の領域を構成する第２領域３０ｂ，３０ｃの弾性係数Ｅｃ１より大きくすることにより、無地部４０と第２領域３０ｂ，３０ｃの境界部分に作用する力Ｆａ１を低減することができる。また、比較例２とは異なり、第１領域３０ａの活物質密度を高めるだけでよいため、無地部４０と第２領域３０ｂ，３０ｃとの境界部の機械的強度が低下するおそれがない。
　以下、本開示の実施形態について具体的な実験例を用いてより詳細に説明する。なお、本発明は下記の実験例によって何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
（実験例）
（正極活物質スラリーの作製）
　正極活物質としてのリチウムニッケル複合酸化物と、導電剤としてのアセチレンブラック（ＡＢ）と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）とを所定の割合で混合した。その混合物を分散媒としてのＮ－メチル－ピロリドン（ＮＭＰ）中で混練することによって正極活物質スラリーを作製した。
（正極極板材の作製）
　上記のようにして作製した正極活物質スラリーを本開示の一実施形態として説明した方法に従ってアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に塗布し、乾燥した。乾燥した正極活物質スラリーを所定厚みに圧縮して正極活物質層を形成し、正極集電体の幅方向の両端部をスリットして長尺の正極極板材を作製した。正極活物質スラリーを塗布する際、正極極板材の無地部と正極集電体の幅方向に隣り合う第１領域の塗布量を調整して、第１領域の活物質密度が互いに異なる実験例１～１０に係る正極極板材を作製した。得られた長尺の正極極板材はフープ状に巻き取った。正極極板材の無地部と正極集電体の幅方向に隣り合う第１領域の弾性係数をＥｂ、第１領域を除く正極活物質層が設けられた領域を構成する第２領域の弾性係数をＥｃとした。実験例１～１０の第１領域の弾性係数Ｅｂを、第２領域の弾性係数Ｅｃを用いた式で表１に示す。弾性係数Ｅｃの具体的な値は３０ｋＮ／ｍｍ２であった。
（負極活物質スラリーの作製）
　負極活物質として人造黒鉛と、結着剤としてのスチレン－ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）とを所定の割合で混合した。その混合物を分散媒としての水中で混練することによって負極活物質スラリーを作製した。
（負極極板材の作製）
　上記のようにして作製した負極活物質スラリーを銅箔からなる負極集電体の両面に塗布し、乾燥した。塗布方法としては、完成した負極板の長手方向に一端部に無地部が設けられるように従来技術の間欠塗布を採用した。乾燥した負極活物質スラリーを所定厚みに圧縮して負極活物質層を形成し、負極集電体の幅方向の両端部をスリットして長尺の負極極板材を作製した。得られた長尺の負極極板材はフープ状に巻き取った。
（電極群の作製）
　実験例１～１０に係る各正極極板材と上記の負極極板材と組み合わせて、次のように実験例１～１０に係る電極群を作製した。まず、正極極板材、負極極板材及びポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータを巻取装置に取り付けた。巻取装置では、正極極板材と負極極板材の端部を巻芯の位置まで引き出して、正極極板材と負極極板材をそれらの間にセパレータが介在するように巻回した。巻回後に正極極板材と負極極板材を切断し、電極群の最外周の端部をテープで固定して係る電極群を作製した。このように、正極極板材と負極極板材を巻取装置で切断してそれぞれ正極板と負極板を形成した。また、巻取装置内で正極極板材と負極極板材の走行が停止したタイミングで、正極極板材と負極極板材の無地部にリードを接合した。正極板の幅方向の長さを６０ｍｍ、長手方向の長さを１０００ｍｍとした。正極板の無地部の幅方向の長さを５ｍｍ、長手方向の長さを６ｍｍとした。そして、負極板の幅方向の長さを６１ｍｍ、長手方向の長さを１０５０ｍｍとした。
　上記のようにして作製した電極群を、金属製の有底筒状の外装缶に非水電解質とともに挿入して本開示の一実施形態として説明した非水電解質二次電池を作製することができる。
（破断の有無の確認）
　電極群の作製する際の正極極板材の走行条件として、正極極板材にかけられるテンション及び正極極板材の走行速度を以下のように二つの条件を採用し、それぞれの条件に基づいて電極群を作製した。
　　条件１　：　テンション　１３Ｎ、走行速度　５０ｍ／分
　　条件２　：　テンション　１８Ｎ、走行速度　６０ｍ／分
　上記の条件１に基づいて正極極板材を走行させて実験例１～１０に係る電極群をそれぞれ２０００個作製した。さらに、上記の条件２に基づいて正極極板材を走行させて実験例１～１０に係る電極群をそれぞれ２０００個作製した。得られた電極群を解体して、正極板の破断の有無を目視で確認した。条件１及び２のいずれにおいても破断が確認されなかった場合を「○」、破断が確認された場合を「×」とした。また、条件２においてのみ破断が確認された場合を「△」とした。その結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　正極活物質層の第１領域の弾性係数Ｅｂ及び第２領域の弾性係数Ｅｃが等しい実験例１は条件１及び２のいずれにおいても正極板の破断が確認された。実験例１の破断は、図４で示したように無地部と第２領域との境界部分を起点として生じていた。一方、第１領域の弾性係数Ｅｂを第２領域の弾性係数Ｅｃより大きくすることにより正極板の破断が抑制されることを表１の結果は示している。これは、本開示の一実施形態において説明したように、第１領域の弾性係数Ｅｂを大きくすることにより、無地部と第２領域との境界部分に作用する力Ｆａが低減されたためだと考えられる。
　実験例２において、条件２に基づいて正極極板材を走行させた場合にのみ正極板に破断が確認された。実験例２は実験例１に比べると、正極板の破断が抑制されているが、第１領域の弾性係数Ｅｂと第２領域の弾性係数Ｅｃの差が小さいため、無地部と第２領域との境界部分に作用する力Ｆａが十分に低減されていない。実験例２～９の結果から、第１領域の弾性係数Ｅｂを第２領域の弾性係数Ｅｃの１．１倍以上とすることが好ましいことがわかる。
　実験例２と同様に、実験例１０においても条件２に基づいて正極極板材を走行させた場合にのみ正極板に破断が確認された。実験例１０の正極板の破断は、図７に示すように第１領域と第２領域の境界部分を起点として生じていた。つまり、第１領域の弾性係数Ｅｂと第２領域の弾性係数Ｅｃの差が大きすぎると、第１領域と第２領域の境界部分に作用する力Ｆｂが大きくなって破断が生じやすくなる。実験例３～１０の結果から、第１領域の弾性係数Ｅｂを第２領域の弾性係数Ｅｃの５．５倍以下とすることが好ましいことがわかる。
　以上の結果をまとめると次の通りである。実験例２～１０のように第１領域の弾性係数Ｅｂを第２領域の弾性係数より大きくすることにより正極板の破断が抑制される。さらに、第１領域の弾性係数Ｅｂと第２領域の弾性係数Ｅｃが１.１×Ｅｃ≦Ｅｂ≦５.５×Ｅｃの関係式を満たすことがより好ましい。実験例２～１０はいずれも本開示の一実施形態に含まれる。すなわち、本開示の一実施形態によれば電極板の破断が抑制されるため、不良を削減することができる。また、本開示の一実施形態によれば切断前の長尺の電極板を蓄電装置の製造工程において高速で走行させることができるため、蓄電装置の生産性を高めることができる。このように不良を削減し、生産性を向上することで蓄電装置のコストが低減される。
　本開示の一実施形態では、蓄電装置用電極板の一例として非水電解質二次電池用正極板を詳細に説明した。しかし、本開示の蓄電装置には非水電解質二次電池だけでなく、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池などの他の電池が含まれる。さらに、蓄電装置には電池以外にキャパシタも含まれる。そのため、本開示の蓄電装置用電極板には電池やキャパシタの正極板や負極板が含まれ、被塗布物及び塗布物の材料は上記実施形態に記載された材料に限定されない。
　本開示によれば、高容量で低コストの蓄電装置を実現できる。本開示の蓄電装置は、ノート型パソコン等の民生用モバイルツールの主電源や電気自動車（ＥＶ）等の大型機器の主電源に好適に適用できる。
　１　正極板、２　正極リード、３　負極板、５　セパレータ、１０　非水電解質二次電池、２０　正極集電体、２１　正極集電体の表側面、２２　正極集電体の裏側面、３０　正極活物質層、３０ａ　第１領域、３０ｂ, ３０ｃ　第２領域、４０　無地部、Ｅｂ１　第１領域の弾性係数、Ｅｃ１　第２領域の弾性係数

Claims (5)

  1. 　略矩形の集電体と、
    　前記集電体の少なくとも一方の面に設けられた活物質層と、
    を備え、
    　前記集電体は、電極リードが接続される無地部を長手方向の一部領域における幅方向の一端部に有し、
    　前記活物質層が設けられた領域において、前記無地部に前記幅方向に隣り合う第１領域の弾性係数が前記無地部及び前記第１領域が占める領域に前記長手方向に隣り合う第２領域の弾性係数よりも大きい、蓄電装置用電極板。
  2. 　請求項１に記載の蓄電装置用電極板において、
    　前記第１領域の弾性係数を、Ｅｂ〔Ｎ／ｍ２〕とし、前記第２領域の弾性係数を、Ｅｃ〔Ｎ／ｍ２〕としたとき、
    　１.１×Ｅｃ≦Ｅｂ≦５.５×Ｅｃである、蓄電装置用電極板。
  3. 　請求項１又は２に記載の蓄電装置用電極板において、
    　前記第１領域に設けられた前記活物質層の密度が、前記第２領域に設けられた前記活物質層の密度よりも高い、蓄電装置用電極板。
  4. 　請求項１乃至３のいずれか１つに記載の蓄電装置用電極板を備える、蓄電装置。
  5. 　請求項４に記載の蓄電装置において、
    　前記蓄電装置用電極板が正極板であり、
    　さらに、活物質として黒鉛を含む負極板と、
    　前記正極板と前記負極板との間に配置されたセパレータと、
    を備える、蓄電装置。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008159331A (ja) * 2006-12-21 2008-07-10 Toyota Motor Corp 蓄電装置
JP2010250994A (ja) * 2009-04-13 2010-11-04 Gs Yuasa Corp 電池
JP2011204660A (ja) * 2010-03-04 2011-10-13 Sanyo Electric Co Ltd リチウム二次電池
JP2012038530A (ja) * 2010-08-05 2012-02-23 Toyota Motor Corp 組電池
JP2013196760A (ja) * 2012-03-15 2013-09-30 Toyota Industries Corp 蓄電装置及び二次電池並びに車両
JP2014029852A (ja) * 2012-07-03 2014-02-13 Toyota Industries Corp 電極の製造方法、電極及び蓄電装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57199956U (ja) * 1981-06-17 1982-12-18
JPH0714570A (ja) * 1993-06-25 1995-01-17 Furukawa Electric Co Ltd:The 電池用電極
JP2002124252A (ja) * 2000-10-12 2002-04-26 Yuasa Corp 蓄電池用極板の製造方法
JP2003068271A (ja) 2001-06-13 2003-03-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd リチウム二次電池及びこの電池に用いる正極板の製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008159331A (ja) * 2006-12-21 2008-07-10 Toyota Motor Corp 蓄電装置
JP2010250994A (ja) * 2009-04-13 2010-11-04 Gs Yuasa Corp 電池
JP2011204660A (ja) * 2010-03-04 2011-10-13 Sanyo Electric Co Ltd リチウム二次電池
JP2012038530A (ja) * 2010-08-05 2012-02-23 Toyota Motor Corp 組電池
JP2013196760A (ja) * 2012-03-15 2013-09-30 Toyota Industries Corp 蓄電装置及び二次電池並びに車両
JP2014029852A (ja) * 2012-07-03 2014-02-13 Toyota Industries Corp 電極の製造方法、電極及び蓄電装置

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