JP5217095B2 - 非水系二次電池の製造方法、及び、電極の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属集電体に活物質層が形成された電極を備える非水系二次電池の製造方法、及び、このような非水系二次電池に用いる電極の製造方法に関する。

従来より、金属集電体に活物質層が形成された電極や、このような電極を有する非水系二次電池が知られている。例えば特許文献１〜５に、このような電極や非水系二次電池が開示されている。活物質層は電池の性能に様々な影響を及ぼすため、これらの特許文献１〜５では、活物質層を改良する提案がなされている。
特許文献１には、活物質層を構成する活物質粒子の平均粒子サイズが、活物質層の表面側で大きく、金属集電体側で小さくなるように配置した電極やこれを用いた非水系二次電池が開示されている（特許文献１の特許請求の範囲等を参照）。活物質層をこのような構成とすることで、放電容量が高く、繰り返しの使用においても高い放電容量を維持可能な非水系二次電池を提供できる。

特許文献２には、正極活物質層を構成する正極活物質粒子の比表面積が、正極活物質層の表面側で小さく、正極金属集電体側で大きくなるように配置した正極電極やこれを用いた非水系二次電池が開示されている（特許文献２の特許請求の範囲等を参照）。正極活物質層をこのような構成とすることで、放電容量が高く、繰り返しの使用においても高い放電容量を維持可能な非水系二次電池を提供できる。

特許文献３には、正極活物質層を構成する正極活物質の真比重が、正極活物質層の表面側で大きく、金属集電体側で小さくした正極電極やこれを用いた非水系二次電池が開示されている（特許文献３の特許請求の範囲等を参照）。正極活物質層をこのような構成とすることで、電解液の浸透性を確保しつつ、高エネルギー密度化を図ることができ、優れた電池性能を有する非水系二次電池を提供できる。

特許文献４には、タップ密度が異なる正極活物質（コバルト酸リチウム）を混合し、これを用いて正極活物質層を形成した正極電極やこれを用いた非水系二次電池が開示されている（特許文献４の特許請求の範囲等を参照）。このような正極活物質層を形成することで、安全性に優れ、急速充放電に優れた非水系二次電池を提供できる。
また、特許文献５には、正極活物質の二次粒子形状を改良して、高負荷時における放電容量を向上させた非水系二次電池が開示されている（特許文献５の特許請求の範囲等を参照）。

特開平１１−２５９５５号公報 特開平１１−２５９５６号公報 特開２００３−１９７１８０号公報 特開２００４−１８２５６４号公報 特開２００１−２４３９５１号公報

しかしながら、上記特許文献１〜５に開示された非水系二次電池では、活物質層を改良することで容量やサイクル特性を改善できることはあっても、未だに十分に高い電池出力が得られない。

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、十分に高い電池出力が得られる非水系二次電池の製造方法、及び、このような非水系二次電池に用いる電極の製造方法を提供することを目的とする。

まず、金属集電体に活物質層が形成された電極を備える非水系二次電池であって、前記活物質層は、その厚み方向に見て、その表面側の方が前記金属集電体側よりも空隙率が大きくされてなる非水系二次電池とするのが好ましい。
或いは、金属集電体に活物質層が形成された、非水系二次電池用の電極であって、前記活物質層は、その厚み方向に見て、その表面側の方が前記金属集電体側よりも空隙率が大きくされてなる電極とするのが好ましい。

これらによれば、電極の活物質層のうち表面側の空隙率が大きいので、電解液の浸透性が良く、ハイレート特性が良好となる。一方、活物質層のうち金属集電体側の空隙率は小さいので、導電パスが多く、活物質層と金属集電体との導電性に優れている。従って、非水系二次電池を構成したときに、従来よりも電池出力を向上させることができる。

ここで、「電極」の極性は特に限定されず、正極電極でも、負極電極でもよい。
「金属集電体」は、非水系二次電池の電極として用いることが可能なものであればよく、その材質や形態等は適宜選択できる。金属集電体としては、例えば、アルミニウム箔、ステンレス箔、ニッケル箔、チタン箔、銅箔、ステンレス箔、ニッケル箔、チタン箔や、これらの合金からなる金属箔などが挙げられる。また、金属集電体の形態としては、一般的には、長尺状をなすものや矩形状をなすものが挙げられる。

「活物質層」は、上記の要件を満たすものであればよく、その組成や厚みなどの寸法は適宜選択できる。また、活物質層は、金属集電体の片面にのみ形成してもよいし、両面に形成してもよい。また、活物質層の組成は、全体として均一である必要はなく、例えば、その厚み方向に見て表面側と金属集電体側とで、活物質等の種類を変えたり、活物質等の形状や大きさを変えることもできる。活物質層は、一般的には、活物質に、例えば、導電化材や結着剤、分散剤、フィラー、イオン導電剤、圧力増強剤、各種添加剤など加え、水等で混練した活物質ペーストを用いて形成される。従って、活物質層は、活物質や導電化材、結着剤、フィラーなどにより構成される。

活物質としては、リチウム系のものとして、例えば、ＬｉＭｅＯ₂（ＭｅはＮｉ，Ｍｎ，Ｃｏの少なくともいずれか）、ＬｉＭｅＰＯ₄（ＭｅはＮｉ，Ｍｎ，Ｃｏの少なくともいずれか）、ＬｉＭｅ_xＭｎ_(1-x)Ｏ₄（ＭｅはＮｉ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｃｒの少なくともいずれか）が挙げられる。また、その他の金属系のものとして、例えば、Ｍｅ_xＴｉＯ₂、Ｍｅ_xＣｒＯ₂、Ｍｅ_xＣｏＯ₂、Ｍｅ_xＮｉＯ₂、Ｍｅ_xＴｉ₂（ＰＯ₄）₃、Ｍｅ_xＦｅ₂（ＰＯ₄）₃、Ｍｅ_xＶ₂（ＰＯ₄）₃、Ｍｅ_xＦｅＯ₂、Ｍｅ_xＭｎＯ₂（これらにおいてＭｅはＮａ，Ｃａ，Ｍｇのいずれか）が挙げられる。
導電化材としては、例えば、グラファイト、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンファイバーが挙げられる。
結着剤としては、例えば、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンが挙げられる。

また、活物質層は、その表面側の方が金属集電体側よりも空隙率が大きくされていればよく、例えば、金属集電体側から表面側に向かって徐々に空隙率が大きくなる形態とすることができる。また、活物質層を複数の層からなる構成とし、表面側の層の空隙率の方が、金属箔集電体側の層の空隙率よりも大きくなる形態とすることもできる。

更に、前記の非水系二次電池であって、前記活物質層は、前記表面側に位置する第２活物質層と、前記金属集電体側に位置する第１活物質層とからなり、前記第２活物質層の方が前記第１活物質層よりも空隙率が大きくされてなる非水系二次電池とすると良い。
或いは、前記の電極であって、前記活物質層は、前記表面側に位置する第２活物質層と、前記金属集電体側に位置する第１活物質層とからなり、前記第２活物質層の方が前記第１活物質層よりも空隙率が大きくされてなる電極とすると良い。

これらによれば、活物質層を第１活物質層と第２活物質層とからなる２層構造とし、表面側の第２活物質層の空隙率を金属集電体側の第１活物質層の空隙率よりも大きくしている。このように２層構造とすれば、第１活物質層と第２活物質層とを別々に形成できるので、第１活物質層と第２活物質層の空隙率を異ならせることが容易である。従って、表面側の空隙率が大きく、金属集電体側の空隙率が小さい活物質層を容易に形成できる。

その解決手段は、金属集電体に活物質層が形成された電極を備え、前記活物質層は、その厚み方向に見て、その表面側の方が前記金属集電体側よりも空隙率が大きくされてなる非水系二次電池の製造方法であって、前記電極を形成する電極形成工程を備え、前記電極形成工程は、第１活物質ペーストであって、これに含まれる粉体成分全体を第１粉体としたとき、この第１粉体のタップ密度が第１タップ密度である第１活物質ペーストと、第２活物質ペーストであって、これに含まれる粉体成分全体を第２粉体としたとき、この第２粉体のタップ密度が上記第１タップ密度よりも小さい第２タップ密度である第２活物質ペーストと、を用いて、前記金属集電体上に前記第１活物質ペーストからなる第１活物質層を形成し、前記第１活物質層上に前記第２活物質ペーストからなり、前記第１活物質層よりも空隙率が大きい第２活物質層を形成して、これら第１活物質層と第２活物質層とからなる前記活物質層を形成する活物質層形成工程を含み、前記活物質層形成工程は、前記第１粉体に含まれる第１導電化材粉末の第１導電化材タップ密度よりも、前記第２粉体に含まれる第２導電化材粉末の第２導電化材タップ密度が小さいために、前記第１粉体の前記第１タップ密度よりも前記第２粉体の前記第２タップ密度が小さい前記第２活物質ペー
ストを用いる非水系二次電池の製造方法である。

或いは、その解決手段は、金属集電体に活物質層が形成され、前記活物質層は、その厚み方向に見て、その表面側の方が前記金属集電体側よりも空隙率が大きくされてなる非水系二次電池用の電極の製造方法であって、第１活物質ペーストであって、これに含まれる粉体成分全体を第１粉体としたとき、この第１粉体のタップ密度が第１タップ密度である第１活物質ペーストと、第２活物質ペーストであって、これに含まれる粉体成分全体を第２粉体としたとき、この第２粉体のタップ密度が上記第１タップ密度よりも小さい第２タップ密度である第２活物質ペーストと、を用いて、前記金属集電体上に前記第１活物質ペーストからなる第１活物質層を形成し、前記第１活物質層上に前記第２活物質ペーストからなり、前記第１活物質層よりも空隙率が大きい第２活物質層を形成して、これら第１活物質層と第２活物質層とからなる前記活物質層を形成する活物質層形成工程を備え、前記活物質層形成工程は、前記第１粉体に含まれる第１導電化材粉末の第１導電化材タップ密度よりも、前記第２粉体に含まれる第２導電化材粉末の第２導電化材タップ密度が小さいために、前記第１粉体の前記第１タップ密度よりも前記第２粉体の前記第２タップ密度が小さい前記第２活物質ペーストを用いる電極の製造方法である。

これらの発明によれば、活物質層として、第１活物質層と第２活物質層の２層からなる活物質層を形成する。金属集電体上に形成される第１活物質層は、含有する粉体成分全体（第１粉体）のタップ密度（第１タップ密度）が大きい第１活物質ペーストを用いて形成するため、その空隙率を小さくできる。その結果、導電パスが多くなり、活物質層（第１活物質層）と金属集電体との導電性がよくなる。一方、第１活物質層上に形成される第２活物質層は、含有する粉体成分全体（第２粉体）のタップ密度（第２タップ密度）が小さい第２活物質ペーストを用いて形成するため、その空隙率を大きくできる。その結果、電解液の浸透性が良くなり、ハイレート特性が良好となる。従って、非水系二次電池を構成したときに、従来よりも電池出力を向上させることができる。
また、２種類の活物質ペースト（第１活物質ペースト及び第２活物質ペースト）を用いて２層からなる活物質層を形成するので、表面側の空隙率が大きく、金属集電体側の空隙率が小さい活物質層を容易に形成できる。
更に、これらの発明によれば、第１粉体に含まれる第１導電化材粉末の第１導電化材タップ密度よりも、第２粉体に含まれる第２導電化材粉末の第２導電化材タップ密度が小さいために、第１粉体の第１タップ密度よりも第２粉体の第２タップ密度が小さい第２活物質ペーストを用いる。このようにすれば、用いる導電化材粉末の導電化材タップ密度を変えるだけで、容易に、表面側の空隙率が大きくされた活物質層を製造できる。なお、第１導電化材粉末の第１導電化材タップ密度よりも、第２導電材粉末の第２導電化材タップ密度を小さくするには、異なる組成の導電化材粉末を用いてもよいし、形状や大きさが異なる導電化材粉末を用いてもよい。

ここで、「活物質層形成工程」は、上記の要件を満たす限りにおいて、その手法を適宜選択できる。例えば、第１活物質ペーストと第２活物質ペーストとをこの順で金属集電体上に同時に配置し、その後これらを一緒に乾燥させて、第１活物質層及び第２活物質層を形成することができる。また、先に第１活物質ペーストを金属集電体上に配置してから、その上に第２活物質ペーストを配置し、その後これらを一緒に乾燥させて、第１活物質層及び第２活物質層を形成してもよい。また、先に第１活物質ペーストを金属集電体上に配置した後に、まずこれを乾燥させて第１活物質層を形成し、その後、第１活物質層上に第２活物質ペーストを配置し、これを別途乾燥させて第２活物質層を形成してもよい。

また、活物質ペーストを金属集電体上等に配置する手法やその量等も適宜選択できる。例えば、ドクターブレードやロールコータにより活物質ペーストを塗布する手法や、ノズルにより活物質ペーストを噴射して塗布する手法、ダイコータにより活物質ペーストを配置する手法などが挙げられる。また、ダイコータを利用する場合には、共押し出しにより第１活物質ペーストと第２活物質ペーストを同時に配置してもよい。

更に、前記の非水系二次電池の製造方法であって、前記活物質層形成工程は、前記第１粉体に含まれる第１活物質粉末の第１活物質タップ密度よりも、前記第２粉体に含まれる第２活物質粉末の第２活物質タップ密度が小さいために、前記第１粉体の前記第１タップ密度よりも前記第２粉体の前記第２タップ密度が小さい前記第２活物質ペーストを用いる非水系二次電池の製造方法とすると良い。

或いは、前記の電極の製造方法であって、前記活物質層形成工程は、前記第１粉体に含まれる第１活物質粉末の第１活物質タップ密度よりも、前記第２粉体に含まれる第２活物質粉体の第２活物質タップ密度が小さいために、前記第１粉体の前記第１タップ密度よりも前記第２粉体の前記第２タップ密度が小さい前記第２活物質ペーストを用いる電極の製造方法とすると良い。

これらによれば、第１粉体に含まれる第１活物質粉末の第１活物質タップ密度よりも、第２粉体に含まれる第２活物質粉末の第２活物質タップ密度が小さいために、第１粉体の第１タップ密度よりも第２粉体の第２タップ密度が小さい第２活物質ペーストを用いる。このようにすれば、用いる活物質粉末の活物質タップ密度を変えるだけで、容易に、表面側の空隙率が大きくされた活物質層を製造できる。なお、第１活物質粉末の第１活物質タップ密度よりも、第２活物質粉末の第２活物質タップ密度を小さくするには、異なる組成の活物質粉末を用いてもよいし、形状や大きさが異なる活物質粉末を用いてもよい。

更に、前記のいずれかに記載の非水系二次電池の製造方法であって、前記第１粉体の前記第１タップ密度が、前記第２粉体の前記第２タップ密度の１．１倍以上である非水系二次電池の製造方法とするのが好ましい。
或いは、前記のいずれかに記載の電極の製造方法であって、前記第１粉体の前記第１タップ密度が、前記第２粉体の前記第２タップ密度の１．１倍以上である電極の製造方法とするとするのが好ましい。

これらの発明によれば、第１粉体の第１タップ密度が第２粉体の第２タップ密度の１．１倍以上であるので、活物質層を形成し、更に非水系二次電池を構成したときに、電池出力を特に向上させることができる。

（参考形態）
まず、参考形態を、図面を参照しつつ説明する。図１に参考形態に係るリチウム二次電池１００を示す。このリチウム二次電池１００は、ハイブリットカーや電気自動車の動力源として利用される密閉型の非水系二次電池である。また、このリチウム二次電池１００は、略直方体形状をなす角型電池である。リチウム二次電池１００は、電池容器１１０、電池容器１１０に設けられた安全弁１２０、電池容器１１０内に収容された捲回型電極体１３０、電池容器１１０にそれぞれ固設された正極外部端子１６１及び負極外部端子１６３等から構成されている。電池容器１１０内には、非水系の電解液、具体的には、ＥＣ＋ＤＥＣ／１Ｍ−ＬｉＰＦ₆が注入され封止されている。

詳細には、電池容器１１０は、捲回型電極体１３０を収容する容器本体１１１と、この容器本体１１１を封口する蓋体１１３とからなる。容器本体１１１と蓋体１１３は、共に金属によって形成されている。容器本体１１１は、外形が直方体形状をなし、平板状で矩形状の底部１１１ａと、平板状で矩形状をなし、底部１１１ａの周縁からそれぞれ底部１１１ａに対して垂直に延びる４つの側壁部１１１ｂ，１１１ｂ，…とから構成されている。一方、蓋体１１３は、概略板形状をなす。そして、容器本体１１１と蓋体１１３とは、容器本体１１１の各側壁部１１１ｂ，１１１ｂ，…に蓋体１１３を当接させた状態で蓋体１１３の全周にわたって溶接されている。

電池容器１１０の蓋体１１３の略中央には、安全弁１２０が設けられている。この安全弁１２０は、電池容器１１０内の圧力が一定以上に達したときに作動して、電池容器１１０内のガスを電池外部へ排出する。
また、蓋体１１３の所定位置には、正極外部端子１６１と負極外部端子１６３とがそれぞれ固設されている。正極外部端子１６１は、電池内部において、正極リード１６２等を介して、後述する捲回型電極体１３０の正極電極１３１と電気的に接続する一方、電池外部に露出し、外部との電気的接続に利用される。また、負極退部端子１６３は、電池内部において、負極リード１６４等を介して、後述する捲回型電極体１３０の負極電極１４１と電気的に接続する一方、電池外部に露出し、外部との電気的接続に利用される。

次に、捲回型電極体１３０について詳述する（図１の他、図２及び図３も参照）。図２に捲回型電極体１３０の概略形態を示す。但し、セパレータ１５１のうち最表面の部分は省略してある。また、図３に捲回型電極体１３０を構成する正極電極１３１、負極電極１４１及びセパレータ１５１の各部についての厚み方向の位置関係を示す。なお、図３中、上下方向がそれぞれ正極電極１３１、負極電極１４１及びセパレータ１５１の長手方向になる。

この捲回型電極体１３０は、長尺状の正極電極１３１と長尺状の負極電極１４１とを通気性を有する長尺状のセパレータ１５１を介して積層し、これを複数回、軸線ＡＸ周りに扁平状に捲回することにより構成されている（図２等参照）。捲回型電極体１３０の軸線ＡＸ方向の一端部（図１〜図３において左端部）には、前述の正極リード１６２と電気的に接続するために、正極電極１３１の一部が突出している。また、捲回型電極体１３０の軸線ＡＸ方向の他端部（図１〜図３において右端部）には、前述の負極リード部１６４と電気的に接続するために、負極電極１４１の一部が突出している。

次に、正極電極１３１について説明する（図３の他、図４及び図５を参照）。なお、図４はこの正極電極１３１の断面図を示す。また、図５は正極活物質層１３３の断面を模式的に描いた図を示す。正極電極１３１は、芯材として、厚み１０μｍのアルミニウム箔からなる正極金属集電体１３２を有する。そして、この正極金属集電体１３２の表面（両面）には、長手方向に沿った帯状の正極活物質層１３３が形成されている。また、これに伴い正極金属集電体１３２の幅方向の一端部（図３中、左端部）には、正極活物質層１３３を有しない、正極活物質未塗工部１３９が長手方向に沿って帯状に形成されている。

正極活物質層１３３は、２層構造をなす。即ち、正極活物質層１３３は、正極金属集電体１３２側に位置する厚み３０μｍの正極第１活物質層１３４と、表面１３３ｈ側に位置する厚み３０μｍの正極第２活物質層１３５とからなる。正極第１活物質層１３４と正極第２活物質層１３５とは、その製造方法の説明で後述するように、これらに含まれる正極第１活物質粉末ｓｋ１及び正極第２活物質粉末ｓｋ２が、共にリチウムコバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ₂）であるが、その形状や大きさが異なる。これに伴い、正極第２活物質層１３５の空隙率が正極第１活物質層１３４の空隙率よりも大きくなっている（図５参照）。なお、図５中に示した小さな粒子は、導電化材粉末ｓｄである。正極第１活物質層１３４に含まれる粉体成分全体（第１粉体）のタップ密度（第１タップ密度）と、正極第２活物質層１３５に含まれる粉体成分全体（第２粉体）のタップ密度（第２タップ密度）とに基づいて計算すると、理論上は、正極第１活物質層１３４の空隙率が６９％、正極第２活物質層１３５の空隙率が７５％である。

このように参考形態では、正極活物質層１３３のうち表面１３３ｈ側の正極第２活物質層１３５の空隙率が大きいので、電解液の浸透性が良く、ハイレート特性が良好となる。一方、正極活物質層１３３のうち正極金属集電体１３２側の正極第１活物質層１３４の空隙率が小さいので、導電パスが多く、正極活物質層１３３と正極金属集電体１３２との導電性に優れている。従って、このリチウム二次電池１００では、従来のものよりも電池出力を向上させることができる。

次に、負極電極１４１について説明する（図３の他、図６及び図７を参照）。なお、図６はこの負極電極１４１の断面図を示す。また、図７は負極活物質層１４３の断面を模式的に描いた図を示す。負極電極１４１は、芯材として、厚み３０μｍの銅箔からなる負極金属集電体１４２を有する。そして、この負極金属集電体１４２の表面（両面）には、長手方向に沿った帯状の負極活物質層１４３が形成されている。また、これに伴い負極金属集電体１４２の幅方向の一端部（図３中、右端部）には、負極活物質層１４３を有しない、負極活物質未塗工部１４９が長手方向に沿って帯状に形成されている。

この負極活物質層１４３も、２層構造をなす。即ち、負極活物質層１４３は、負極金属集電体１４２側に位置する厚み３０μｍの負極第１活物質層１４４と、表面１４３ｈ側に位置する厚み３０μｍの負極第２活物質層１４５とからなる。負極第１活物質層１４４と負極第２活物質層１４５とは、その製造方法の説明で後述するように、これらに含まれる負極第１活物質粉末ｆｋ１及び負極第２活物質粉末ｆｋ２が、共に天然黒鉛であるが、その形状や大きさが異なる。これに伴い、負極第２活物質層１４５の空隙率が負極第１活物質層１４４の空隙率よりも大きくなっている（図７参照）。負極第１活物質層１４４に含まれる粉体成分全体（第１粉体）のタップ密度（第１タップ密度）と、負極第２活物質層１４５に含まれる粉体成分全体（第２粉体）のタップ密度（第２タップ密度）とに基づいて計算すると、理論上は、負極第１活物質層１４４の空隙率が５２％、負極第２活物質層１４５の空隙率が６８％である。

このように参考形態では、負極電極１４１についても、負極活物質層１４３のうち表面１４３ｈ側の負極第２活物質層１４５の空隙率が大きいので、電解液の浸透性が良く、ハイレート特性が良好となる。一方、負極活物質層１４３のうち負極金属集電体１４２側の負極第１活物質層１４４の空隙率が小さいので、導電パスが多く、負極活物質層１４３と負極金属集電体１４２との導電性に優れている。従って、このリチウム二次電池１００では、従来のものよりも電池出力を更に向上させることができる。

次いで、このような正極電極１３１及び負極電極１４１、並びに、リチウム二次電池１００の製造方法について説明する。最初に、正極電極１３１の製造方法（電極形成工程）について説明する。まず、正極第１活物質ペースト及び正極第２活物質ペーストを作成する。
具体的には、正極第１活物質粉末ｓｋ１としてのリチウムコバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ₂）８５ｗｔ％と、導電化材粉末ｓｄとしてのアセチレンブラック（ＡＢ）８．５ｗｔ％と、結着剤（バインダー）としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）６．５ｗｔ％とからなる正極材料を、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）中で攪拌混合して、正極第１活物質ペーストを作成する。このとき、固形分量は、正極第１活物質ペースト全体の５０％とする。

なお、ここで使用した正極第１活物質粉末ｓｋ１のタップ密度（第１活物質タップ密度）は、２．５ｇ／ｃｃである。また、正極第１活物質ペーストには、粉体成分として、
正極第１活物質粉末ｓｋ１以外に、導電化材粉末ｓｄが含まれる。この導電化材粉末ｓｄのタップ密度は、０．２３ｇ／ｃｃである。このため、正極第１活物質ペーストに含まれる粉体成分全体（第１粉体）のタップ密度（第１タップ密度）は、１．２４ｇ／ｃｃである。

また、正極第２活物質粉末ｓｋ２として、タップ密度（第２活物質タップ密度）が１．７ｇ／ｃｃのリチウムコバルト複合酸化物を用いて、それ以外は、上記正極第１活物質ペーストと同様な組成で同様にして正極第２活物質ペーストを作成する。この正極第２活物質ペーストに含まれる粉体成分全体（第２粉体）のタップ密度（第２タップ密度）は、１．０２ｇ／ｃｃである。
従って、正極第１活物質ペーストと正極第２活物質ペーストとを比較すると、正極第１活物質ペーストに含まれる正極第１活物質粉末ｓｋ１のタップ密度（２．５ｇ／ｃｃ）よりも、正極第２活物質ペーストに含まれる正極第２活物質粉末ｓｋ２のタップ密度（１．７ｇ／ｃｃ）が小さいために、正極第１活物質ペーストに含まれる粉体成分全体（第１粉体）の第１タップ密度（１．２４ｇ／ｃｃ）よりも、正極第２活物質ペーストに含まれる粉体成分全体（第２粉体）の第２タップ密度（１．０２ｇ／ｃｃ）の方が小さい。

次に、長尺状をなすアルミニウム箔からなる正極金属集電体１３２を用意する。そして、活物質層形成工程において、図８に示すように、共押し出し可能なダイコータＤ１，Ｄ１を利用して、正極金属集電体１３２の表面（両面）に、正極第１活物質ペースト１３４ｐと正極第２活物質ペースト１３５ｐとをこの順でそれぞれ配置する。即ち、正極金属集電体１３２の上に正極第１活物質ペースト１３４ｐを、この正極第１活物質ペースト１３４ｐの上に正極第２活物質ペースト１３５ｐをそれぞれ配置する。その際、正極金属集電体１３２の両端部に長手方向に沿う帯状の未塗工部１３８，１３８を形成しつつ、中央部に正極第１活物質ペースト１３４ｐ及び正極第２活物質ペースト１３５ｐを配置する。

なお、ダイコータＤ１，Ｄ１には、正極第１活物質ペースト１３４ｐをダイコータＤ１，Ｄ１に供給可能にポンプやタンク等から構成された第１ペースト供給装置Ｋ１と、正極第２活物質ペースト１３５ｐをダイコータＤ１，Ｄ１に供給可能にポンプやタンク等から構成された第２ペースト供給装置Ｋ２とがそれぞれ接続されている。

次に、正極金属集電体１３２に配置された正極第１活物質ペースト１３４ｐ及び正極第２活物質ペースト１３５ｐを乾燥させる。具体的には、正極金属集電体１３２等を乾燥炉（図示しない）に入れ、８０℃の熱風を吹き付けて、正極第１活物質ペースト１３４ｐ乾燥させて正極第１活物質層１３４を形成すると共に、正極第２活物質ペースト１３５ｐ乾燥させて正極第２活物質層１３５を形成する。かくして、正極第１活物質層１３４と正極第２活物質層１３５とからなる正極活物質層１３３が形成される。

次に、電極密度を向上させるために、正極活物質層１３３のプレス成形を行う。即ち、正極活物質層１３３が形成された正極金属集電体１３２を一対の加圧ロール（図示しない）間に通して厚み方向に加圧し、正極活物質層１３３を圧縮成形する。その後は、このシート状正極電極を裁断し、所定形状の正極電極１３１を形成する。かくして、正極電極１３１ができる。

このように形成した正極活物質層１３３は、正極金属集電体１３２上の正極第１活物質層１３４が、含有する第１粉体（正極第１活物質粉末ｓｋ１及び導電化材粉末ｓｄ）の全体としてのタップ密度が大きい正極第１活物質ペースト１３４ｐを用いて形成しているため、前述したように、その空隙率が小さくなる。その結果、導電パスが多くなり、正極活物質層１３３（正極第１活物質層１３４）と正極金属集電体１３２との導電性がよくな
る。一方、正極第１活物質層１３４上の正極第２活物質層１３５は、含有する第２粉体
（正極第２活物質粉末ｓｋ２及び導電化材粉末ｓｄ）の全体としてのタップ密度が小さい
正極第２活物質ペースト１３５ｐを用いて形成しているため、前述したように、その空隙率を大きくなる。その結果、電解液の浸透性がよくなり、ハイレート特性が良好となる。従って、リチウム二次電池１００を構成したときに、従来よりも電池出力を向上させることができる。
また、上記の方法では、２種類の正極活物質ペースト（正極第１活物質ペースト１３４ｐ及び正極第２活物質ペースト１３５ｐ）を用いて２層からなる正極活物質層１３３を形成しているので、表面１３３ｈ側の空隙率が大きく、正極金属集電体１３２側の空隙率が小さい正極活物質層１３３を容易に形成できる。

次に、負極電極１４１の製造方法（電極形成工程）について説明する。まず、負極第１活物質ペースト及び負極第２活物質ペーストを作成する。
具体的には、負極第１活物質粉末ｆｋ１としての天然黒鉛９５ｗｔ％と、結着剤（バインダー）としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）５ｗｔ％とからなる負極材料を、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）中で攪拌混合して、負極第１活物質ペーストを作成する。このとき、固形分量は、負極第１活物質ペースト全体の５０％とする。なお、ここで使用した負極第１活物質粉末ｆｋ１のタップ密度（第１活物質タップ密度）は、１．０５ｇ／ｃｃである。負極第１活物質ペーストに含まれる粉体成分は、この負極第１活物質粉末ｆｋ１のみであるから、粉体成分全体（第１粉体）としてのタップ密度（第１タップ密度）も、１．０５ｇ／ｃｃである。

また、負極第２活物質粉末ｆｋ２として、タップ密度（第２活物質タップ密度）が０．７０ｇ／ｃｃの天然黒鉛を用いて、それ以外は、上記負極第１活物質ペーストと同様な組成で同様にして負極第２活物質ペーストを作成する。この負極第２活物質ペーストに含まれる粉体成分も、負極活物質ｆｋ２のみであるから、粉体成分全体（第２粉体）としてのタップ密度（第２タップ密度）も、０．７０ｇ／ｃｃである。
従って、負極第１活物質ペーストと負極第２活物質ペーストとを比較すると、負極第１活物質ペーストに含まれる負極第１活物質粉末ｆｋ１のタップ密度（１．０５ｇ／ｃｃ）よりも、負極第２活物質ペーストに含まれる負極第２活物質粉末ｆｋ２のタップ密度（０．７０ｇ／ｃｃ）が小さいために、負極第１活物質ペーストの第１タップ密度（１．０５ｇ／ｃｃ）よりも、負極第２活物質ペーストの第２タップ密度（０．７０ｇ／ｃｃ）の方が小さい。

次に、長尺状をなす銅箔からなる負極金属集電体１４２を用意する。そして、活物質層形成工程において、正極電極１３１のときと同様にして、ダイコータＤ１，Ｄ１を利用し、負極金属集電体１４２の表面（両面）に、負極第１活物質ペースト１４４ｐと負極第２活物質ペースト１４５ｐとをこの順でそれぞれ配置する（図８参照）。その際、負極金属集電体１４２の両端部に長手方向に沿う帯状の未塗工部１４８，１４８を形成しつつ、中央部に負極第１活物質ペースト１４４ｐ及び負極第２活物質ペースト１４５ｐを配置する。

次に、負極金属集電体１４２に配置された負極第１活物質ペースト１４４ｐ及び負極第２活物質ペースト１４５ｐを、正極電極１３１のときと同様にして、乾燥させる。そして、負極第１活物質層１４４と負極第２活物質層１４５とからなる負極活物質層１４３を形成する。
その後も、正極電極１３１のときと同様にして、負極活物質層１４３のプレス成形を行ってから、そのシート状負極電極を裁断し、所定形状の負極電極１４１を形成する。かくして、負極電極１４１ができる。

このように形成した負極活物質層１４３も、負極金属集電体１４２上の負極第１活物質層１４４が、含有する粉体成分（負極第１活物質粉末ｆｋ１）の全体としてのタップ密度が大きい負極第１活物質ペースト１４４ｐを用いて形成しているため、前述したように、その空隙率が小さくなる。その結果、導電パスが多くなり、負極活物質層１４３（負極第１活物質層１４４）と負極金属集電体１４２との導電性がよくなる。一方、負極第１活物質層１４４上の負極第２活物質層１４５は、含有する粉体成分（負極第２活物質粉末ｆｋ２）の全体としてのタップ密度が小さい負極第２活物質ペースト１４５ｐを用いて形成しているため、前述したように、その空隙率を大きくなる。その結果、電解液の浸透性がよくなり、ハイレート特性が良好となる。従って、リチウム二次電池１００を構成したときに、従来よりも電池出力を向上させることができる。
また、ここでも２種類の負極活物質ペースト（負極第１活物質ペースト１４４ｐ及び負極第２活物質ペースト１４５ｐ）を用いて２層からなる負極活物質層１４３を形成しているので、表面１４３ｈ側の空隙率が大きく、負極金属集電体１４２側の空隙率が小さい負極活物質層１４３を容易に形成できる。

次に、正極電極１３１と負極電極１４１とをセパレータ１５１を介して位置合わせをして積層する。その後、公知の手法により、これらを所定回数、扁平状に捲回して、捲回型電極体１３０を作製する。
また一方で、公知の手法で製造された、リチウム二次電池１００を構成するその他の部品を用意する。そして、捲回型電極体１３０とその他の部品を用いて、公知の手法により、リチウム二次電池１００を組み立てる。かくして、リチウム二次電池１００が完成する。

（参考例１）
上記参考形態の効果を検証するために、参考例１として、上記参考形態の正極電極１３１を用いて製造したリチウム二次電池を用意した。なお、負極電極は、その負極活物質層を、負極第１活物質ペーストのみを用いて、上記参考形態の負極活物質層１４３と同形状に形成したものを用いた。それ以外の構成は、上記参考形態のリチウム二次電池１００と同様である。

一方、比較例１として、正極電極の正極活物質層を、正極第１活物質ペーストを使用しないで、正極第２活物質ペーストのみを用いて、上記参考形態の正極活物質層１３３と同形状に形成し、それ以外の構成は上記参考例１と同様にしたリチウム二次電池を用意した。つまり、このリチウム二次電池は、正極活物質層の空隙率がその表面側と正極金属集電体１３２側とで等しくなっている。
また、比較例２として、正極電極の正極活物質層を、正極第２活物質ペーストを使用しないで、正極第１活物質ペーストのみを用いて、上記参考形態の正極活物質層１３３と同形状に形成し、それ以外の構成は上記参考例１と同様にしたリチウム二次電池を用意した。つまり、このリチウム二次電池も、正極活物質層の空隙率がその表面側と正極金属集電体１３２側とで等しくなっている。

次に、これらのリチウム二次電池について、それぞれ−１０℃での放電電圧を測定した。その結果を図９にグラフで示す。この結果から明らかなように、比較例１，２に比して参考例１のリチウム二次電池では、時間が経過しても高い電圧を維持し続けている。従って、参考例１のリチウム二次電池は、電池特性に優れ、高い電池出力が得られることが判る。

（参考例２）
次いで、参考例２として、上記参考形態の負極電極１４１を用いて製造したリチウム二次電池を用意した。なお、正極電極は、その正極活物質層を、正極第１活物質ペーストのみを用いて、上記参考形態の正極活物質層１３３と同形状に形成したものを用いた。それ以外の構成は、上記参考形態のリチウム二次電池１００と同様である。

一方、比較例３として、負極電極の負極活物質層を、負極第１活物質ペーストを使用しないで、負極第２活物質ペーストのみを用いて、上記参考形態の負極活物質層１４３と同形状に形成し、それ以外の構成は上記参考例２と同様にしたリチウム二次電池を用意した。つまり、このリチウム二次電池は、負極活物質層の空隙率がその表面側と負極金属集電体１４２側とで等しくなっている。
また、比較例４として、負極電極の負極活物質層を、負極第２活物質ペーストを使用しないで、負極第１活物質ペーストのみを用いて、上記参考形態の負極活物質層１４３と同形状に形成し、それ以外の構成は上記参考例２と同様にしたリチウム二次電池を用意した。つまり、このリチウム二次電池も、負極活物質層の空隙率がその表面側と負極金属集電体１４２側とで等しくなっている。

次に、これらのリチウム二次電池について、それぞれ−１０℃での放電電圧を測定した。その結果を図１０にグラフで示す。この結果から明らかなように、比較例３，４に比して参考例２のリチウム二次電池では、時間が経過しても高い電圧を維持し続けている。従って、参考例２のリチウム二次電池は、電池特性に優れ、高い電池出力が得られることが判る。

（実施形態）
次いで、本発明の実施の形態について説明する。なお、上記参考形態と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。本実施形態は、正極電極１３１の正極活物質層２３３の組成が、上記参考形態の正極電極１３１の正極活物質層１３３の組成と異なる。それ以外は、概略上記参考形態と同様であるので、同一の符号を付して、その説明を省略または簡略化する。

本実施形態の正極電極１３１について説明する（図３、図４及び図１１を参照）。正極電極１３１は、上記参考形態と同様な正極金属集電体１３２を有し、その表面（両面）には、長手方向に沿った帯状の正極活物質層２３３が形成されている。この正極活物質層２３３も、その表面２３３ｈ側に位置する正極第２活物質層２３５と、正極金属集電体１３２側に位置する正極第１活物質層２３４とからなる。

本実施形態では、正極第１活物質層２３４と正極第２活物質層２３５とに含まれる正極活物質は、全く同一のリチウムコバルト複合酸化物からなる正極活物質粉末ｓｋである。一方、これら正極第１活物質層２３４と正極第２活物質層２３５とに含まれる導電化材が異なる。具体的には、正極第１活物質層２３４には、導電化材として、アセチレンブラック（ＡＢ）からなる第１導電化材粉末ｓｄ１が含まれている。一方、正極第２活物質層２３５には、導電化材として、カーボンファイバー（ＶＧＣＦ）からなる第２導電化材粉末ｓｄ２が含まれている。これに伴い、上記参考形態と概略同様に、正極第２活物質層２３５の空隙率が正極第１活物質層２３４の空隙率よりも大きくなっている（図１１参照）。正極第１活物質層２３４に含まれる粉体成分全体（第１粉体）のタップ密度（第１タップ密度）と、正極第２活物質層２３５に含まれる粉体成分全体（第２粉体）のタップ密度（第２タップ密度）とに基づいて計算すると、理論上は、正極第１活物質層２３４の空隙率が６９％、正極第２活物質層２３５の空隙率が８２％である。

このように本実施形態でも、正極活物質層２３３のうち表面２３３ｈ側の正極第２活物質層２３５の空隙率が大きいので、電解液の浸透性が良く、ハイレート特性が良好となる。また、正極活物質層２３３のうち正極金属集電体１３２側の正極第１活物質層２３４の空隙率が小さいので、導電パスが多く、正極活物質層２３３と正極金属集電体１３２との導電性に優れている。従って、このリチウム二次電池１００も、従来よりも電池出力を向上させることができる。

次に、このような正極電極１３１の製造方法（電極形成工程）について説明する。まず、正極第１活物質ペースト及び正極第２活物質ペーストを作成する。
具体的には、正極活物質としてのリチウムコバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ₂）８５ｗｔ％と、導電化材としてのアセチレンブラック（ＡＢ）８．５ｗｔ％と、結着剤（バインダー）としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）６．５ｗｔ％とからなる正極材料を、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）中で攪拌混合して、正極第１活物質ペーストを作成する。

なお、ここで使用した第１導電化材粉末ｓｄ１のタップ密度（第１導電化材タップ密度）は、０．２３ｇ／ｃｃである。また、正極第１活物質ペーストには、粉体成分として、第１導電化材粉末ｓｄ１以外に、正極活物質粉末ｓｋが含まれる。この正極活物質粉末ｓｋのタップ密度は、２．５ｇ／ｃｃである。従って、正極第１活物質ペーストに含まれる粉体成分全体（第１粉体）の全体としてのタップ密度（第１タップ密度）は、１．２４ｇ／ｃｃである。

また、導電化材として、タップ密度（第２導電化材タップ密度）が０．１０ｇ／ｃｃのカーボンファイバー（ＶＧＣＦ）からなる第２導電化材粉末ｓｄ２を用いて、それ以外は、上記正極第１活物質ペーストと同様な組成で同様にして正極第２活物質ペーストを作成する。この正極第２活物質ペーストに含まれる粉体成分全体（第２粉体）としてのタップ密度（第２タップ密度）は、０．７３ｇ／ｃｃである。
従って、正極第１活物質ペーストと正極第２活物質ペーストとを比較すると、正極第１活物質ペーストに含まれる第１導電化材粉体ｓｄ１のタップ密度よりも、正極第２活物質ペーストに含まれる第２導電化材粉体ｓｄ２のタップ密度が小さいために、正極第１活物質ペーストのタップ密度（第１タップ密度）よりも、正極第２活物質ペーストのタップ密度（第２タップ密度）の方が小さい。

その後は、これら正極第１活物質ペースト及び正極第２活物質ペーストを用いて、上記参考形態と同様に、正極第１活物質ペーストから正極第１活物質層２３４を形成すると共に、正極第２活物質ペーストから正極第２活部室層２３５を形成し、これらからなる正極活物質層２３３を形成する。その後、プレス成形や裁断を行い、所定形状の正極電極１３１を形成する。

このように形成した正極活物質層２３３は、正極金属集電体１３２上の正極第１活物質層２３４が、含有する粉体成分（正極活物質粉末ｓｋ及び第１導電化材粉末ｓｄ１）の全体としてのタップ密度が大きい正極第１活物質ペーストを用いて形成しているため、前述したように、その空隙率が小さくなる。その結果、導電パスが多くなり、正極活物質層２３３（正極第１活物質層２３４）と正極金属集電体１３２との導電性がよくなる。一方、正極第１活物質層２３４上の正極第２活物質層２３５は、含有する粉体成分（正極活物質粉末ｓｋ及び第２導電化材粉末ｓｄ２）の全体としてのタップ密度が小さい正極第２活物質ペーストを用いて形成しているため、前述したように、その空隙率を大きくなる。その結果、電解液の浸透性がよくなり、ハイレート特性が良好となる。従って、リチウム二次電池１００を構成したときに、従来よりも電池出力を向上させることができる。

負極電極１４１は、上記参考形態と同様に形成すればよい。またその後も、上記参考形態と同様に、捲回型電極体１３０を作製し、更にこれを用いてリチウム二次電池１００を組み立てればよい。なお、本実施形態において、上記参考形態と同様な部分は、上記参考形態と同様な作用効果を奏する。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。

参考形態及び実施形態に係るリチウム二次電池の概略形態を示す説明図である。 参考形態及び実施形態に係るリチウム二次電池の捲回型電極体の概略形態を示す説明図である。 参考形態及び実施形態に係るリチウム二次電池の捲回型電極体を構成する正極板、負極板及びセパレータについて、各部の厚さ方向の位置関係を示す説明図である。 参考形態及び実施形態に係るリチウム二次電池の正極電極の断面図である。 参考形態及び実施形態に係るリチウム二次電池のうち、正極電極の正極活物質層の断面を模式的に示す説明図である。 参考形態及び実施形態に係るリチウム二次電池の負極電極の断面図である。 参考形態及び実施形態に係るリチウム二次電池のうち、負極電極の負極活物質層の断面を模式的に示す説明図である。 参考形態及び実施形態に係るリチウム二次電池の電極の製造方法に関し、金属集電体に第１活物質ペースト及び第２活物質ペーストを配置する様子を示す説明図である。 参考例１及び比較例１，２のリチウム二次電池に関し、それらの放電カーブを示すグラフである。 参考例２及び比較例３，４のリチウム二次電池に関し、それらの放電カーブを示すグラフである。 実施形態に係るリチウム二次電池のうち、正極電極の正極活物質層の断面を模式的に示す説明図である。

１００ リチウム二次電池（非水系二次電池）
１３１ 正極電極
１３２ 正極金属集電体
１３３，２３３ 正極活物質層
１３３ｈ，２３３ｈ （正極活物質層の）表面
１３４，２３４ 正極第１活物質層
１３４ｐ 正極第１活物質ペースト
１３５，２３５ 正極第２活物質層
１３５ｐ 正極第２活物質ペースト
１４１ 負極電極
１４２ 負極金属集電体
１４３，２４３ 負極活物質層
１４３ｈ，２４３ｈ （負極活物質層の）表面
１４４，２４４ 負極第１活物質層
１４４ｐ 負極第１活物質ペースト
１４５，２４５ 負極第２活物質層
１４５ｐ 負極第２活物質ペースト
ｓｋ１ 正極第１活物質粉末
ｓｋ２ 正極第２活物質粉末
ｓｋ 正極活物質粉末
ｆｋ１ 負極第１活物質粉末
ｆｋ２ 負極第２活物質粉末
ｓｄ１ 第１導電化材粉末
ｓｄ２ 第２導電化材粉末
ｓｄ 導電化材粉末

Claims (2)

1. 金属集電体に活物質層が形成された電極を備え、
   前記活物質層は、その厚み方向に見て、その表面側の方が前記金属集電体側よりも空隙率が大きくされてなる
   非水系二次電池の製造方法であって、
   前記電極を形成する電極形成工程を備え、
   前記電極形成工程は、
   第１活物質ペーストであって、これに含まれる粉体成分全体を第１粉体としたとき、この第１粉体のタップ密度が第１タップ密度である第１活物質ペーストと、
   第２活物質ペーストであって、これに含まれる粉体成分全体を第２粉体としたとき、この第２粉体のタップ密度が上記第１タップ密度よりも小さい第２タップ密度である第２活物質ペーストと、を用いて、
   前記金属集電体上に前記第１活物質ペーストからなる第１活物質層を形成し、前記第１活物質層上に前記第２活物質ペーストからなり、前記第１活物質層よりも空隙率が大きい第２活物質層を形成して、これら第１活物質層と第２活物質層とからなる前記活物質層を形成する活物質層形成工程を含み、
   前記活物質層形成工程は、
   前記第１粉体に含まれる第１導電化材粉末の第１導電化材タップ密度よりも、前記第２粉体に含まれる第２導電化材粉末の第２導電化材タップ密度が小さいために、前記第１粉体の前記第１タップ密度よりも前記第２粉体の前記第２タップ密度が小さい前記第２活物質ペーストを用いる
   非水系二次電池の製造方法。
2. 金属集電体に活物質層が形成され、
   前記活物質層は、その厚み方向に見て、その表面側の方が前記金属集電体側よりも空隙率が大きくされてなる
   非水系二次電池用の電極の製造方法であって、
   第１活物質ペーストであって、これに含まれる粉体成分全体を第１粉体としたとき、この第１粉体のタップ密度が第１タップ密度である第１活物質ペーストと、
   第２活物質ペーストであって、これに含まれる粉体成分全体を第２粉体としたとき、この第２粉体のタップ密度が上記第１タップ密度よりも小さい第２タップ密度である第２活物質ペーストと、を用いて、
   前記金属集電体上に前記第１活物質ペーストからなる第１活物質層を形成し、前記第１活物質層上に前記第２活物質ペーストからなり、前記第１活物質層よりも空隙率が大きい第２活物質層を形成して、これら第１活物質層と第２活物質層とからなる前記活物質層を形成する活物質層形成工程を備え、
   前記活物質層形成工程は、
   前記第１粉体に含まれる第１導電化材粉末の第１導電化材タップ密度よりも、前記第２粉体に含まれる第２導電化材粉末の第２導電化材タップ密度が小さいために、前記第１粉体の前記第１タップ密度よりも前記第２粉体の前記第２タップ密度が小さい前記第２活物質ペーストを用いる
   電極の製造方法。

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