JP5326450B2 - 電極およびその製造方法 - Google Patents
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Description
樹脂層2は、導電性を有し、必須に樹脂を含み、集電体の役割を果たす。樹脂層2が導電性を有するには、具体的な形態として、1)樹脂を構成する高分子材料が導電性高分子である形態、2)樹脂層が樹脂および導電性粒子を含む形態が挙げられる。
[正極(正極活物質層)及び負極(負極活物質層)]
正極活物質層3または負極活物質層4は活物質を含み、必要に応じてその他の添加剤をさらに含む。
電解質層35を構成する電解質としては、液体電解質またはポリマー電解質が用いられうる。
最外層集電体としては、例えば、アルミニウム箔、ステンレス(SUS)箔、ニッケルとアルミニウムのクラッド材、銅とアルミニウムのクラッド材、あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材などが挙げられる。中でも正極、負極両電位に耐えうる集電体とするためには、ステンレス箔が好ましい。最外層集電体として、上記樹脂層を用いてもよい。集電体の一般的な厚さは、1〜30μmである。
電池外部に電流を取り出す目的で、各集電体に電気的に接続されたタブ(正極タブ38および負極タブ39)が電池外装材の外部に取り出されている。具体的には、図2に示すように最外層正極集電体31aに電気的に接続された正極タブ38と最外層負極集電体31bに電気的に接続された負極タブ39とが、電池外装材42であるラミネートシートの外部に取り出される。
正極端子リードおよび負極端子リードに関しても、必要に応じて使用する。例えば、最外層集電体31aおよび31bから出力電極端子となる正極タブ38および負極タブ39を直接取り出す場合には、正極端子リードおよび負極端子リードは用いなくてもよい。
電池外装材42としては、公知の金属缶ケースを用いることができるほか、発電要素(電池要素)を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた袋状のケースが用いられうる。該ラミネートフィルムには、例えば、PP、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。本発明では、高出力化や冷却性能に優れ、EV、HEV用の大型機器用電池に好適に利用することができるラミネートフィルムが望ましい。
活物質スラリーは、溶媒に、活物質を添加することにより調整される。所望の活物質、導電助剤、および必要に応じて他の成分(例えば、バインダ、イオン伝導性ポリマー、支持塩(リチウム塩)、分散剤(ポリオキシステアリルアミンなど)、重合開始剤など)を、溶媒中で混合して、活物質スラリーを調製する。この活物質スラリー中に配合される各成分の具体的な形態については、上記の本発明の電極の構成の欄において説明した通りであるため、ここでは詳細な説明を省略する。なお、活物質スラリーにイオン伝導性ポリマーが添加され、当該イオン伝導性ポリマーを架橋させる目的で重合開始剤がさらに添加される場合には、塗工工程における乾燥と同時に、または当該乾燥の前もしくは後に、重合処理を施してもよい(重合工程)。
続いて活物質スラリーを樹脂層に塗布する。活物質スラリーを樹脂層の表面に塗布するための塗布手段も特に制限されず、電池の製造分野において従来公知の手法が適宜採用されうる。一例を挙げると、ドクターブレード方式、インクジェット方式、スクリーン印刷方式、ダイコータ方式などの手法が例示される。
プレス工程にて、塗膜形成工程を経て作製された積層体を、前記活物質が前記樹脂層に取り込まれるように、積層方向にプレスする。プレス方法としては特に限定されるものではないが、ロールプレス法、平板プレス法、熱ロール法等を用いることができる。ロールプレスの際のプレス線圧は、樹脂層の材料または塗膜の状態等により、適宜設定されるが、2,000〜30,000N/cmであることが好ましく、10,000〜30,000N/cmであることがより好ましい。プレス圧をかような範囲に設定することで、樹脂層から活物質層がはがれにくく、また、電池として機能しない活物質量が少ないため、エネルギー、出力の低下を抑制することができる。プレス圧N/cmは、ロールプレスをかける場合の単位となり、線圧となる。例えば2,000N/cmは、幅30cmのローラーに60,000Nの押し付け力を持たせた条件となる。平板プレスの際のプレス圧は、4.0×107〜6.0×108Paであることが好ましく、2.0×108〜6.0×108Paであることがより好ましい。
図3は、本発明に係る電池の代表的な実施形態である積層型の扁平な非双極型あるいは双極型のリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。
本発明の組電池は、本発明の電池を複数個接続して構成した物である。詳しくは少なくとも2つ以上用いて、直列化あるいは並列化あるいはその両方で構成されるものである。直列、並列化することで容量および電圧を自由に調節することが可能になる。なお、本発明の組電池では、非双極型リチウムイオン二次電池と双極型リチウムイオン二次電池を用いて、これらを直列に、並列に、または直列と並列とに、複数個組み合わせて、組電池を構成することもできる。
本発明の車両は、本発明の電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池を搭載したことを特徴とするものである。本発明の電極を用いると高出力の電池を構成できることから、こうした電池を搭載するとEV走行距離の長いプラグインハイブリッド電気自動車や、一充電走行距離の長い電気自動車を構成できる。言い換えれば、本発明の電池またはこれらを複数個組み合わせてなる組電池は、車両の駆動用電源として用いられうる。車両としては、例えば、自動車ならばハイブリット車、燃料電池車、電気自動車(いずれも四輪車(乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など)のほか、二輪車(バイク)や三輪車を含む)が挙げられる。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、他の車両、例えば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。
(実施例1)
樹脂層は、高分子材料として、ポリプロピレン(90質量%)および導電性フィラーとして、ケッチェンブラック(平均粒径1μm、10質量%)からなる樹脂層(厚み50μm)を用いた。
(実施例2)
(1)電極の作製
正極活物質として、マンガン酸リチウム(LiMnO4)(平均粒子径5μm)(96質量%)、導電助剤として、アセチレンブラック(2.2質量%)、バインダとして、PVdF(1.8質量%)を混合した。前記混合物に対して、溶媒としてNMPを加えて十分に撹拌してスラリーを調製した。得られたスラリーを樹脂層に塗布し、120℃で乾燥した。乾燥後、下記表2に記載の種々のプレス線圧で、プレスを行って正極を得た。
正極、セパレータ、負極をこの順に積層した。この積層体を外装ケースに載置後、電解液(電解液組成:EC:DEC=4:6(体積比)混合液にリチウム塩としてLiPF6が1.0Mの濃度に溶解した溶液)を注液した。この後、絶縁用のガスケットを用いて封口することによりコイン型の電池を作製した。
以下の方法により、電池の内部抵抗を測定した。
実施例3〜5および比較例1〜2について、実施例2と同様にして電池を得た。ただし、実施例3〜5については、プレス線圧を各々7,500N/cm、50,000N/cm、50,000N/cmとした。また、実施例5については、樹脂層にコロナ処理を行った。コロナ処理条件は、ジェネレーター出力1,000W、ラインスピード3.0m/min、処理出力1,100W/m2/minである。コロナ処理は、従来金属との密着性を向上させるために用いられている処理である(例えば、特開平3−2229号公報)。
比較例1については、プレスを行わなかった。比較例2は、樹脂層にコロナ処理を行ったものを用い(コロナ処理条件は、実施例6と同じ)、プレスは行わなかった。活物質層の空孔率は以下の通りであった。比較例1:80%、比較例2:80%。
2、31 樹脂層、
3、32 正極活物質層、
4、33 負極活物質層、
5 正極活物質、
6 負極活物質、
30 双極型リチウムイオン二次電池、
31a、31b 最外層集電体、
35 電解質層、
36 単電池層(=電池単位ないし単セル)、
37、57 発電要素(電池要素;積層体)、
38、58 正極タブ、
39、59 負極タブ、
40 正極端子リード、
41 負極端子リード、
42、52 電池外装材(たとえばラミネートフィルム)、
43 シール部(絶縁層)、
50 リチウムイオン二次電池、
250 小型の組電池、
300 組電池、
310 接続治具、
400 電気自動車。
Claims (8)
- 導電性を有する樹脂層からなる集電体と、
前記樹脂層上に形成され、活物質を含む活物質層と、
を有し、前記活物質の一部が樹脂層に取り込まれている、電極。 - 前記活物質が前記樹脂層に取り込まれている最大深さは、厚み方向で、前記活物質の平均粒子径の1/4〜1/2である、請求項1に記載の電極。
- 前記樹脂層が、導電性粒子を含む、請求項1または2に記載の電極。
- 前記活物質層の空孔率が30〜55%である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電極。
- 溶媒に、活物質を添加することにより、活物質スラリーを調製する活物質スラリー調製工程と、
前記活物質スラリーを導電性を有する樹脂層からなる集電体の表面に塗布する塗工工程と、
前記塗工工程を経て作製された積層体を、前記活物質が前記樹脂層に取り込まれるように、積層方向にプレスするプレス工程と、
を含む電極の製造方法。 - 前記プレス工程において、プレス線圧を2000〜30000N/cmとする、請求項5に記載の電極の製造方法。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の電極、または請求項5もしくは6の製造方法により得られる電極を用いる電池。
- 双極型電池である、請求項7に記載の電池。
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