二次電池用の正極及び負極、及び二次電池

【課題】正極及び負極の切断部位に生じるバリを介して正極と負極とが短絡してしまうことを防止すること。
【解決手段】正極１２を、スリッタにより切断された切断部位４２にバインダを塗布するとともに、バインダが塗布された切断部位４２を一対のローラ７１，７２により正極１２の厚さ方向に圧延することで形成した。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池用の正極及び負極、及び二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の二次電池の正極及び負極は、短時間で且つ大量に無駄なく製造するために、表面に活物質が塗布された金属箔（金属薄板）を、スリッタにより所望幅で切断されることで形成される。しかし、この場合、正極及び負極の切断面（切断部位）にはバリが生じるため、活物質が剥離し易くなっている。そこで、特許文献１では、正極及び負極の切断面に沿って撥水性樹脂膜を塗布することで、切断面において、活物質が剥離してしまうことを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１６７６１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、正極及び負極の切断面に生じるバリについては、何ら
考慮されていない。よって、切断面にバリが生じた状態で、正極及び負極との間にセパレータを介在させて、これらを捲回、又は積層した際には、正極及び負極の切断面に生じるバリがセパレータを貫通してしまう場合があり、この場合、貫通したバリを介して正極と負極とが短絡してしまう虞がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、正極及び負極の切断部位に生じるバリを介して正極と負極とが短絡してしまうことを防止することができる二次電池用の正極及び負極、及び二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、表面に活物質が塗布された金属薄板を切断することで形成される二次電池用の正極及び負極であって、前記正極及び前記負極は、少なくとも切断部位にバインダが塗布されるとともに、少なくとも前記切断部位が前記金属薄板の厚さ方向に圧延されていることを要旨とする。
【０００７】
この発明によれば、バインダが塗布された切断部位は、バインダが塗布されたことで柔らかくなるため、この柔らかくなった状態の切断部位を金属薄板の厚さ方向に圧延することで、正極及び負極の切断部位に生じるバリを押圧することができる。その結果として、正極及び負極との間にセパレータを介在させて、これらを捲回、又は積層した際に、正極及び負極の切断部位に生じるバリがセパレータを貫通して、貫通したバリを介して正極と負極とが短絡してしまうことを防止することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の二次電池用の正極及び負極を有し、その正極と負極との間にセパレータを介在させて、これらを捲回、又は積層してなる電極体を備えることを要旨とする。この発明によれば、請求項１と同様な効果を得ることができる。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、正極及び負極の切断部位に生じるバリを介して正極と負極とが短絡してしまうことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態における二次電池の縦断面図。
【図２】電極体の一部を展開して示す斜視図。
【図３】金属箔の平面図。
【図４】金属箔をスリッタにより切断している状態を示す斜視図。
【図５】２枚の正極を示す平面図。
【図６】正極の切断部位を示す写真図。
【図７】正極の切断部位にバインダを塗布している状態を示す側断面図。
【図８】正極をローラにより圧延している状態を示す斜視図。
【図９】正極の切断部位を示す写真図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図９にしたがって説明する。
図１に示すように、二次電池１０は、二次電池１０用の電極体１１と、電極体１１を収容するケースＣと、ケースＣの蓋Ｆとから構成されている。ケースＣは一面が開口する有底矩形箱状をなすとともに、内部に電解液が注入されている。蓋Ｆには、正極端子Ｆ１及び負極端子Ｆ２が取り付けられている。
【００１２】
図２に示すように、電極体１１は、帯状の正極１２と帯状の負極１３との間に帯状のセパレータ１４を介在させて、これらを捲回軸Ｌ周りに渦捲き状に捲回して構成されている。正極１２はアルミニウムから形成されるとともに、負極１３は銅から形成されている。正極１２及び負極１３には、活物質が塗布されている塗工部１２ａ，１３ａと、活物質が塗布されていない未塗工部１２ｂ，１３ｂとが形成されている。
【００１３】
正極１２及び負極１３は、セパレータ１４を介して幅方向にずらして積層されるとともに、正極１２及び負極１３の未塗工部１２ｂ，１３ｂを、セパレータ１４の両端縁１４ａ，１４ｂからそれぞれ外側へ突出させた状態で捲回軸Ｌ周りに渦捲き状に捲回される。そして、正極１２、負極１３及びセパレータ１４が渦捲き状に捲回された後、正極１２、負極１３及びセパレータ１４を径方向両側から圧縮することにより扁平状の電極体１１が形成される。電極体１１は、長径方向（図２に示す矢印Ｙ１の方向）両端に位置する弧状に湾曲するように折り曲げられる両折り曲げ部２１，２２と、長径方向に延びて両折り曲げ部２１，２２同士を繋ぐ連結部２３とから形成されている。
【００１４】
捲回軸Ｌ方向において、負極１３の塗工部１３ａにおける正極１２の未塗工部１２ｂ側の端縁１３１ａは、セパレータ１４を介して正極１２の塗工部１２ａと重なっている。また、捲回軸Ｌ方向において、正極１２の塗工部１２ａにおける負極１３の未塗工部１３ｂ側の端縁１２１ａは、セパレータ１４を介して負極１３の塗工部１３ａと重なっている。
【００１５】
図１に示すように、電極体１１の捲回軸Ｌ方向両端において、連結部２３を形成する正極１２及び負極１３の未塗工部１２ｂ，１３ｂの一部には集電端子３０の一端がそれぞれ接合されている。そして、各集電端子３０の他端と正極端子Ｆ１又は負極端子Ｆ２とが接続されることで、正極１２と正極端子Ｆ１及び負極１３と負極端子Ｆ２とが各集電端子３０を介して電気的に接続されるようになっている。そして、各集電端子３０を介して正極１２又は負極１３と正極端子Ｆ１又は負極端子Ｆ２とが接続された電極体１１をケースＣに収容し、蓋ＦによりケースＣの開口を塞いで密閉することで二次電池１０が構成される。
【００１６】
次に、正極１２の製造方法について説明する。
図３に示すように、まず、金属薄板としての帯状の金属箔４１の長手方向（図３に示す矢印Ｘ１の方向）に沿って延びる金属箔４１の中央線Ｌ１から金属箔４１の短手方向（図３に示す矢印Ｘ２の方向）両側へ同じ幅だけ離れた金属箔４１の表面の部位までの領域に活物質を塗布する。すると、中央線Ｌ１から金属箔４１の短手方向両側へ同じ幅だけ離れた金属箔４１の表面の部位までの領域には、活物質が塗布された部位が形成されるとともに、中央線Ｌ１から金属箔４１の短手方向両側へ同じ幅だけ離れた部位よりも短手方向外側の金属箔４１の表面の領域には、活物質が塗布されていない部位が形成される。続いて、活物質が塗布された金属箔４１を乾燥させて圧延する。なお、正極１２の母材となる金属箔４１はアルミニウム箔である。
【００１７】
続いて、図４に示すように、スリッタ６１を用いて、金属箔４１における活物質が塗布された部位に相当する中央線Ｌ１に沿って金属箔４１を切断する。すると、図５に示すように、同じサイズの２枚の正極１２が形成される。このようにして形成された正極１２において、その長手方向に沿って延びる切断部位４２には、図６に示すように、正極１２の表面から反り返るようにバリが生じている。
【００１８】
続いて、図７に示すように、塗布工程として、ローラ６４の外周面に正極１２を捲き付けた状態で、液状のバインダ６５が貯留された槽６６内に正極１２を通過させる。このとき、正極１２における切断部位４２を含む端部のみにバインダ６５が塗布されるように、ローラ６４の角度が設定されている。これにより、正極１２の切断部位４２にバインダ６５が塗布される。正極１２に塗布されるバインダ６５としては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）が用いられる。すると、切断部位４２に塗布されたバインダ６５により、切断部位４２に塗布されている活物質の表面に被膜層が形成される。また、バインダ６５が塗布された切断部位４２は、バインダ６５が塗布されたことで柔らかくなる。
【００１９】
続いて、図８に示すように、圧延工程として、一対のローラ７１，７２を用いて、正極１２全体を正極１２（金属箔４１）の厚さ方向に圧延する。すると、柔らかくなった状態の切断部位４２が一対のローラ７１，７２により圧延され、正極１２の切断部位４２に生じるバリが、正極１２の長手方向に沿って押圧される。これにより、図９に示すように、正極１２の切断部位４２に生じていたバリが、正極１２の表面から反り返った状態から押し潰される。このようにして、切断部位４２に正極１２の表面から反り返るようなバリが生じていない正極１２が形成される。
【００２０】
このように形成された正極１２において、切断部位４２（端縁１２１ａ）を例えばＳＥＭ（電子顕微鏡）等で観察してみると、切断部位４２の組織は、一対のローラ７１，７２によりバリが押し潰されたことで、一度変形し再び圧延されたため活物質を充填した正極１２における切断部位４２以外の部位の組織に比べて不連続性を有する等の変化が生じている。この組織の変化を観察することで、本実施形態の製造方法で形成された正極１２であるか否かを判断することができる。
【００２１】
なお、負極１３の製造方法は、正極１２の製造方法と同じであるため、その詳細な説明を省略する。負極１３の母材となる金属箔４１は銅箔である。また、負極１３に塗布されるバインダ６５としては、例えばポリアミドイミド（ＰＡＩ）が用いられる。
【００２２】
次に、本実施形態の作用について説明する。
上記の製造方法によって形成された正極１２及び負極１３には、切断部位４２にバリが生じていない。よって、正極１２と負極１３との間にセパレータ１４を介在させて、これらを渦捲き状に捲回しても、正極１２及び負極１３の切断部位４２に生じるバリがセパレータ１４を貫通して、貫通したバリを介して正極１２と負極１３とが短絡してしまうことがない。
【００２３】
上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）正極１２及び負極１３を、スリッタ６１により切断された切断部位４２にバインダ６５を塗布するとともに、バインダ６５が塗布された切断部位４２を一対のローラ７１，７２により正極１２及び負極１３（金属箔４１）の厚さ方向に圧延することで形成した。よって、バインダ６５が塗布された切断部位４２は、バインダ６５が塗布されたことで柔らかくなるため、この柔らかくなった状態の切断部位４２を一対のローラ７１，７２により正極１２及び負極１３の厚さ方向に圧延することで、正極１２又は負極１３の切断部位４２に生じるバリを押し潰し易くすることができる。その結果として、正極１２及び負極１３との間にセパレータ１４を介在させて、これらを渦捲き状に捲回した際に、正極１２及び負極１３の切断部位４２に生じるバリがセパレータ１４を貫通して、貫通したバリを介して正極１２と負極１３とが短絡してしまうことを防止することができる。
【００２４】
（２）本実施形態によれば、切断部位４２に正極１２又は負極１３の表面から反り返るようなバリが生じていない正極１２又は負極１３を形成することができるため、例えば、切断部位４２にバリが生じないように、スリッタ６１の切断速度を落として形成する必要が無く、正極１２又は負極１３の生産性を向上させることができる。
【００２５】
（３）切断部位４２に塗布されたバインダ６５により、切断部位４２に塗布されている活物質の表面に被膜層を形成することができ、切断部位４２に塗布された活物質が剥離してしまうことを防止することができる。
【００２６】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態において、正極１２及び負極１３に塗布されるバインダ６５は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれかであれば、材質は特に限定されない。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、スチレンブタジエンゴム、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体であってもよい。また、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、フッ化ビニリデン−ペンタフルオロプロピレン共重合体、プロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体であってもよい。さらに、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン共重合体であってもよい。また、エチレン−アクリル酸共重合体又は前記材料の（Ｎａ+）イオン架橋体、エチレン−メタクリル酸共重合体又は前記材料の（Ｎａ+）イオン架橋体、エチレン−アクリル酸メチル共重合体又は前記材料の（Ｎａ+）イオン架橋体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体又は前記材料の（Ｎａ+）イオン架橋体であってもよい。さらには、これらの材料を単独又は混合物として、バインダ６５として使用してもよい。
【００２７】
○ 実施形態では、圧延工程において、一対のローラ７１，７２により、正極１２又は負極１３全体を圧延したが、これに限らず、正極１２又は負極１３の切断部位４２のみを圧延するようにしてもよい。
【００２８】
○ 実施形態では、塗布工程において、正極１２又は負極１３の切断部位４２を含む端部のみにバインダ６５を塗布したが、これに限らず、正極１２又は負極１３全体にバインダ６５を塗布するようにしてもよい。
【００２９】
○ 実施形態では、金属薄板として金属箔４１を用いたが、これに限らず、電極として用いることが可能な薄さであれば、箔に限られない。例えば、箔よりも厚くした板であってもよいし、箔をさらに薄くしたシート状のものであってもよい。
【００３０】
○ 実施形態において、金属箔４１の中央線Ｌ１から短手方向両側へ同じ幅だけ離れた金属箔４１の表面の部位までの領域に活物質を塗布せずに、中央線Ｌ１から金属箔４１の短手方向両側へ同じ幅だけ離れた部位よりも短手方向外側の金属箔４１の表面の領域に活物質を塗布してもよい。そして、金属箔における活物質が塗布されていない部位に相当する中央線Ｌ１に沿って金属箔４１を切断してもよい。
【００３１】
○ 実施形態では、帯状の正極１２と帯状の負極１３との間に帯状のセパレータ１４を介在させて、これらを捲回軸Ｌ周りに渦捲き状に捲回して構成された電極体１１を用いたが、これに限らず、例えば、正極と負極との間にセパレータを介在させて、これらを積層して構成された電極体を用いてもよい。
【００３２】
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）表面に活物質が塗布された金属薄板を切断することで形成される二次電池用の正極及び負極の製造方法であって、切断部位にバインダを塗布する塗布工程と、前記塗布工程後に、前記バインダが塗布された切断部位を前記金属薄板の厚さ方向に圧延する圧延工程とを備えることを特徴とする二次電池用の正極及び負極の製造方法。
【符号の説明】
【００３３】
１０…二次電池、１１…電極体、１２…正極、１３…負極、１４…セパレータ、４１…金属薄板としての金属箔、４２…切断部位、６５…バインダ。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に活物質が塗布された金属薄板を切断することで形成される二次電池用の正極及び負極であって、
前記正極及び前記負極は、少なくとも切断部位にバインダが塗布されるとともに、少なくとも前記切断部位が前記金属薄板の厚さ方向に圧延されていることを特徴とする二次電池用の正極及び負極。
【請求項２】
請求項１に記載の二次電池用の正極及び負極を有し、その正極と負極との間にセパレータを介在させて、これらを捲回、又は積層してなる電極体を備えることを特徴とする二次電池。

【図１】