正電極板、電池、車両、電池搭載機器、正電極板の製造方法、および電池の製造方法
【課題】 導電性の高い正電極板、これを用いて出力やエネルギー密度を向上させた電池、この電池を搭載した車両、およびこの電池を搭載した電池搭載機器を提供する。また、正電極板の製造方法、および正電極板を用いた電池の製造方法を提供する。
【解決手段】 正電極板２０は、第１主面２０ａおよび第２主面２０ｂを有する板状で、電池１の正電極に用いる正電極板２０であって、粒子形状を有し、正極活物質からなる多数の活物質粒子２２と、金属からなり、上記活物質粒子２２の表面２２Ｓの少なくとも一部を覆って、上記活物質粒子２２を保持してなる正電極板本体２１と、を備え、上記第１主面２０ａおよび第２主面２０ｂの少なくともいずれかに、上記活物質粒子２２が露出してなる。
【解決手段】 正電極板２０は、第１主面２０ａおよび第２主面２０ｂを有する板状で、電池１の正電極に用いる正電極板２０であって、粒子形状を有し、正極活物質からなる多数の活物質粒子２２と、金属からなり、上記活物質粒子２２の表面２２Ｓの少なくとも一部を覆って、上記活物質粒子２２を保持してなる正電極板本体２１と、を備え、上記第１主面２０ａおよび第２主面２０ｂの少なくともいずれかに、上記活物質粒子２２が露出してなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正電極板、正電極板を備える電池、電池を搭載する車両、電池搭載機器、正電極板の製造方法、および、電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池等の電池に用いる正電極板としては、例えば、金属箔に正極活物質を塗布してなるものが知られている。このような正電極板は、金属箔に正極活物質とともに、結着剤および導電化材を混練したものを金属箔に塗布してなる。
その他、正電極板としては、アルミニウムを主成分とする金属繊維を溶融紡糸し、三次元の網目構造を有するように形成したアルミニウム不織布を正極集電体とし、これに正極活物質、結着剤、および導電化剤を混練したものを塗布、圧着してなるものも知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１５５７３９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のアルミニウム不織布を用いたものでは、複数の金属繊維によって三次元的に粒子形状の正極活物質を担持するため、正極活物質の密着性は向上させうる。しかし、この場合でも、アルミニウム不織布に正極活物質を担持させるために結着剤および導電化剤を使用している。従って、結着剤が正電極部材を構成する正極集電体と正極活物質との間で抵抗体となり、この間の導電性が低下する。さらに、結着剤および導電化剤も正電極部材の体積や重量に含まれるので、正電極板の体積や重量がかさむ不具合もある。
【０００５】
さらに、上述の正電極部材を用いた電池では、正極集電体が有する結着剤による抵抗体の分、この電池の内部抵抗値が大きいため、たとえ使用初期でも出力が小さい。また、電池全体に占める正電極部材の体積および重量が共に大きいため、その分、体積エネルギー密度および重量エネルギー密度も低い。
さらに、このような電池を搭載した車両および電池搭載機器では、車両全体あるいは電池搭載機器全体に占める電池の総体積や総重量が増大する不具合がある。
【０００６】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、導電性の高い正電極板、これを用いて出力やエネルギー密度を向上させた電池、この電池を搭載した車両、およびこの電池を搭載した電池搭載機器を提供することを目的とする。また、正電極板の製造方法、および正電極板を用いた電池の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そして、その解決手段は、第１主面および第２主面を有する板状で、電池の正電極に用いる正電極板であって、粒子形状を有し、正極活物質からなる多数の活物質粒子と、金属からなり、上記活物質粒子の表面の少なくとも一部を覆って、上記活物質粒子を保持してなる正電極板本体と、を備え、上記第１主面および第２主面の少なくともいずれかに、上記活物質粒子が露出してなる、正電極板である。
【０００８】
本発明の正電極板では、活物質粒子の少なくとも一部を、金属からなる正電極板本体で覆って、これを直接保持しているので、抵抗体となる結着剤が介在せず、正電極板本体と活物質粒子との間での導電性が向上する。また、結着剤、導電化剤を用いなくとも活物質粒子を保持できるので、結着剤、導電化剤の分だけ正電極板の体積および重量を低減できる。従って、この正電極板を電池に用いれば、電池出力を向上することができ、さらに、体積エネルギー密度および重量エネルギー密度も向上できる。
【０００９】
なお、正極活物質としては、電気化学的に自由にリチウムイオンの授受が可能な固体リチウム化合物であればよく、例えばＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＦｅＯ2、Ｌｉ5ＦｅＯ4、Ｌｉ2ＭｎＯ3、ＬｉＦｅＰＯ4、ＬｉＶ2Ｏ4、これらの混合物等が挙げられる。
また、正極活物質粒子であるリチウム化合物の焼成温度は、例えばＬｉＣｏＯ2が７００〜９６０℃、ＬｉＮｉＯ2が６００〜８５０℃、ＬｉＭｎ2Ｏ4が７５０〜８５０℃である。
【００１０】
また、正電極板本体の材質としては、正極活物質の材質、電池に用いる電解質、負電極等を考慮して適宜選択できるが、体積固有抵抗が小さく、融点が正極活物質の焼成温度よりも低い金属が好ましい。具体的には、アルミニウム（融点、６５９℃）が挙げられる。
【００１１】
さらに、他の解決手段は、上述の正電極板を用いてなる電池である。
【００１２】
本発明の電池では、上述の活物質粒子と正電極板本体とからなる正電極板を用いる。従って、正電極板における正電極板本体と活物質粒子との間の導電性が高いことから、電池の内部抵抗を低減でき、電池出力を向上させることができる。また、電池の体積および重量を低減できる。
【００１３】
なお、電池としては、上述の正電極板を用いた電池であれば良いが、例えば、この正電極板のほか負極活物質を担持した負電極板、およびこれらの間に介在するセパレータを備える電池が挙げられる。従って例えば、複数の正電極板と複数の負電極板とを、セパレータを介して交互に積層した積層型の電池や、帯状の正電極板と帯状の負電極板を帯状のセパレータを介して捲回した捲回型の電池が挙げられる。
また、セパレータとしては、正電極板と負電極板とを互いに離間して配置するものであり、繊維等から構成されて、内部および表面に電解液を含みうるもののほか、固体電解質体を用いて、離間と共に電解質の役割を担わせたものも含まれる。
【００１４】
さらに、他の解決手段は、上述の電池を搭載した車両である。
【００１５】
本発明の車両では、上述の電池を搭載しているので、小型あるいは小数の電池で足り、電池の総体積、総重量を低減した車両とすることができる。
【００１６】
なお、電池を搭載した車両としては、その動力源の全部あるいは一部に電池による電気エネルギーを使用している車両であれば良く、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、フォークリフト、電気車いす、電動アシスト自転車、電動スクータ、鉄道車両が挙げられる。
【００１７】
またさらに他の解決手段は、上述の電池を搭載した電池搭載機器である。
【００１８】
本発明の電池搭載機器では、上述の電池を搭載しているので、小型あるいは小数の電池で足り、電池の総体積、総重量を低減した電池搭載機器とすることができる。
【００１９】
なお、電池搭載機器としては、電池を搭載しこれをエネルギー源の少なくとも１つとして利用する機器であれば良く、例えば、パーソナルコンピュータ、携帯電話、電池駆動の電動工具など、電池で駆動される各種の家電製品、オフィス機器、産業機器が挙げられる。
【００２０】
他の解決手段は、粒子形状を有し、正極活物質からなる多数の活物質粒子を、上記正極活物質の焼成温度より低い温度で溶融させた金属の中に混入する粒子混入工程と、上記活物質粒子が混入した上記金属を冷却固化して金属塊を形成する金属塊形成工程と、上記金属塊を圧延して、上記第１主面および第２主面を有する板状で、上記金属で上記活物質粒子を保持した正電極板を形成する圧延工程と、を備える正電極板の製造方法である。
【００２１】
本発明の正電極板の製造方法では、まず、粒子混入工程で溶融させた金属に活物質粒子を混入する。このときの金属の温度を、正極活物質の焼成温度よりも低くしておく。これにより活物質粒子を溶融状態の金属の中に混入しても、正極活物質の特性を維持できる。
さらに金属塊形成工程および圧延工程を経た正電極板は、金属が活物質粒子が直接接触しているので、結着剤が介在する従来の正電極板よりも、正極集電体として機能する金属と活物質粒子との間に生じる電気抵抗が低くなり導電性が向上する。さらに、活物質粒子の保持の為の結着剤、導電化剤が不要である分、正電極板の体積および重量を低減できる。
【００２２】
さらに、上述の正電極板の製造方法であって、前記圧延工程の後に、前記正電極板の前記第１主面および第２主面の少なくともいずれかに露出する前記金属を溶解し、前記活物質粒子の露出面積を増加させる溶解工程を備える正電極板の製造方法とすると良い。
【００２３】
本発明の正電極板の製造方法では、溶解工程で活物質粒子の露出面積を増加させる。従って、溶解前には電池反応に寄与できていなかった活物質粒子あるいは活物質粒子の表面を、新たに電池反応に利用することができるので、電池内のリチウムイオン量を増やして電池容量を増加させることができる。さらに、この溶解により、正電極板のうちの金属の重量を低減できるので、正電極板のさらなる軽量化を図ることができる。
【００２４】
なお、正電極板の第１主面および第２主面を形成する金属を溶解する手段としては、例えば酸、塩基のいずれかの溶液に浸漬する処理、電気分解処理等が挙げられる。
【００２５】
さらに、他の解決手段は、第１板主面および第２板主面を有する板状の金属板の、上記第１板主面および第２板主面の少なくともいずれかを、正極活物質の焼成温度より低い温度で軟化させて軟化面とする軟化工程と、粒子形状を有し上記正極活物質からなる活物質粒子を多数、上記金属板の上記軟化面にそれぞれ配置した後に、上記活物質粒子の形状を保ちつつ上記金属板の内側に向けて押し込む粒子押込み工程と、を備える正電極板の製造方法である。
【００２６】
本発明の正電極板の製造方法では、軟化工程で、金属板の有する第１板主面および第２板主面の少なくともいずれかを熱で軟化させて、粒子押込み工程で活物質粒子の形状を保ちつつ、第１板主面あるいは第２板主面からその内部に向けて押し込む。そのときの金属板の軟化面の温度は、正極活物質の焼成温度よりも低くしてある。このため、この軟化面から押し込まれた活物質粒子は、その特性を維持できる。
また、粒子押込み工程では、活物質粒子を軟化面から金属板の内側に向けて押し込むので、押し込まれたいずれの活物質粒子も金属板の第１板主面あるいは第２板主面に露出しており、いずれの活物質粒子も電池反応に寄与できる状態となる。従って、すべての活物質粒子を無駄なく電池反応に利用することができる。また、電池内のリチウムイオン量を増やして電池容量を増加させることができる。
さらに、本発明の製造法で製造された正電極板は、金属板と活物質粒子とが直接接触しているので、その間に生じる電気抵抗が低くなり導電性が向上する。また、結着剤や導電化剤を要しないので、その分正電極板の体積および重量が低減できている。
なお、軟化面の温度は、活物質粒子を金属板の第１板主面あるいは第２板主面に押し込んだときに、活物質粒子がその形状を保ちうる状態にまで軟化する温度とする。従って、金属板の材質および活物質粒子の材質に応じて軟化面の温度を選択する。
【００２７】
さらに他の解決方法は、正電極板を備える電池の製造方法であって、上記正電極板を、上述の正電極板の製造方法で製造する電池の製造方法である。
【００２８】
本発明の電池の製造方法では、正電極板の製造にあたり上述の正電極板の製造方法を用いる。従って、正電極板内に生じる抵抗が小さくなり、ひいては電池全体の内部抵抗を低くできる。これにより電池出力が向上させた電池を製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
（実施形態１）
次に、本発明の実施形態１について、図面を参照しつつ説明する。
まず、本実施形態１にかかる正電極板２０について説明する。図１（ａ）は正電極板２０の斜視図、図１（ｂ）はその断面図（図１（ａ）のＡ−Ａを含む断面）である。
本実施形態１にかかる正電極板２０は、第１主面２０ａおよび第２主面２０ｂを有する平板状であり、第１主面２０ａと第２主面２０ｂの間の厚さＴＨ１は５５μｍである。この正電極板２０は、正電極板本体２１と、この内部に分散して配置された活物質粒子２２とからなる。このうち、正電極板本体２１は、アルミニウムからなり、第１本体主面２１ａおよび第２本体主面２１ｂを有する板状である。また活物質粒子２２は、平均粒径が２０μｍの粒子形状で、正極活物質のＬｉＭｎ2Ｏ4からなる。この活物質粒子２２は、その表面２２Ｓの少なくとも一部を正電極板本体２１が覆うことによって、この正電極板本体２１に保持されている。従って、この活物質粒子２２の中には、表面２２Ｓのうち、露出面２２Ｈが正電極板本体２１の第１本体主面２１ａあるいは第２本体主面２１ｂよりも外部に露出しているものもある。なお、本実施形態では、活物質粒子２２の中には、その表面２２Ｓのすべてが正電極板本体２１の内部に埋没した状態とされているものも含まれうる。
【００３０】
一方、図２は従来の正電極板ＰＰを示した断面図である。従来の正電極板ＰＰは、金属箔ＰＦと、活物質層ＰＬを備える。具体的には、従来の正電極板ＰＰは、平板状のアルミニウムからなる金属箔ＰＦの第１主面ＰＦａおよび第２主面ＰＦｂに、正極活物質のＬｉＭｎ2Ｏ4からなる活物質粒子ＰＡ、結着剤ＡＭ、および導電化剤ＣＭを混練した活物質層ＰＬ（例えば、重量比で活物質粒子ＰＡ：結着剤ＡＭ：導電化剤ＣＭ＝８：１：１）を塗布してなる。なお、例えば、結着剤ＡＭにはポリフッ化ビニリデン樹脂、導電化剤ＣＭにはアセチレンブラックがそれぞれ使用される。
このように、従来の正電極板ＰＰは、金属箔ＰＦと活物質粒子ＰＡとの間には、結着剤ＡＭおよび導電化剤ＣＭが介在している。
【００３１】
これに対し、本実施形態１の正電極板２０は前述の通り、活物質粒子２２の少なくとも一部を正電極板本体２１で覆って、これを直接保持しているので、抵抗体となる結着剤が介在せず、正電極板本体２１と活物質粒子２２との間での導電性が向上する。また、結着剤、導電化剤を用いなくとも活物質粒子２２を保持できるので、結着剤、導電化剤の分だけ正電極板２０の体積および重量を低減できる。
【００３２】
次に、本実施形態１にかかる電池１について説明する。図３（ａ）は電池１の斜視図、図３（ｂ）はその断面図（図３（ａ）のＢ−Ｂを含む断面）、図４は電池断面図の拡大図（図３のＣ部）である。電池１は発電要素１０、正極タブ６０、負極タブ７０、ラミネートフィルム５０を備える積層型のリチウムイオン二次電池である。このうち、発電要素１０は、正電極板２０、負電極板３０、セパレータ４０、および図示しない電解液を含む。また、正極タブ６０は電池内部の複数の正電極板２０と、負極タブ７０は電池内部の複数の負電極板３０と、ラミネートフィルム５０の内部でそれぞれ接続され、このラミネートフィルム５０の外部へ突出している。
【００３３】
それぞれ板状の正電極板２０および負電極板３０は、セパレータ４０を介して、交互に積層されている。電解液には、ＥＣ（エチレンカーボネート）とＤＥＣ（ジエチルカーボネート）との混合有機溶媒に、溶質としてＬｉＰＦ6を添加した有機電解質を用いる。
このうち、正電極板２０は前述の正電極板である。一方、負電極板３０は、銅からなる金属箔３１と、この第１主面３１ａと第２主面３１ｂとに塗布された、炭素からなる負極活物質層３２とで構成されている。
ラミネートフィルム５０は、金属箔５３、およびその両面にコーティングされた第１樹脂層５１および第２樹脂層５２を有する。そして、２枚のラミネートフィルム５０は、発電要素１０を挟み込み、互いに熱溶着されて、発電要素１０を密封している。
【００３４】
本実施形態１の電池１では、上述の通り、前述の正電極板本体２１と活物質粒子２２とからなる正電極板２０を用いる。この正電極板２０は、正電極板本体２１と活物質粒子２２との間の導電性が高いことから、電池１の内部抵抗を低減でき、電池出力を向上させることができる。また、正電極板２０の体積および重量が小さいことから、電池１の体積および重量をも低減できる。
【００３５】
次に、電池１の製造方法について説明する。
まず、正電極板２０の製造方法について、図５、６を参照して説明する。
正電極板２０の製造方法は、粒子混入工程、金属塊形成工程、圧延工程、および溶解工程を備えている。
まず、粒子混入工程では、溶解炉８００のうち、るつぼ８１０にアルミニウム９０を２．０ｋｇ投入し、大気雰囲気中で、ヒータ８２０でアルミニウム９０を７００℃に加熱し、熱溶解させる。そこに平均粒径２０μｍのＬｉＭｎ2Ｏ4からなる活物質粒子２２を２．０ｋｇ投入し、十分に撹拌させる（図５（ａ）および（ｂ））。７００℃はＬｉＭｎ2Ｏ4である正極活物質の焼成温度に満たないため、活物質粒子２２（ＬｉＭｎ2Ｏ4）は、その特性を維持したまま、溶融したアルミニウム９０中に存在できる。
【００３６】
次いで金属塊形成工程では、撹拌された活物質粒子２２を含むアルミニウム９０を冷却固化させてアルミニウム金属塊９１を鋳造する（図５（ｃ）および（ｄ））。
【００３７】
次いで圧延工程では、鋳造されたアルミニウム金属塊９１をプレスローラ８００を用いて圧延し、厚さＴＨ２が５５μｍの正電極板１２０を作製する（図７）。
【００３８】
上述の製造方法で製造された正電極板１２０は、正電極板本体１２１が活物質粒子２２に直接接触しているので、結着剤ＡＭが介在する従来の正電極板ＰＰ（図２参照）よりも、正極集電体として機能する正電極本体１２１と活物質粒子２２との間に生じる電気抵抗が低くなり導電性が向上する。さらに、正電極板１２０の体積および重量を低減できる。
【００３９】
なお、この正電極板１２０でも、電池の正電極板として使用することができるが、その第１，第２主面１２０ａ，１２０ｂに露出する活物質粒子２２の露出面２２Ｈの面積が少ない場合がある。
【００４０】
そこで、さらに上述の圧延工程後に、以下の溶解工程を施すとよい。
この溶解工程では、図７に示す正電極板１２０の第１主面１２０ａおよび第２主面１２０ｂのうち、正電極板本体１２１の第１本体主面１２１ａおよび第２本体主面１２１ｂを、所定濃度の硝酸９００による腐食処理で厚さＴＨ３ずつ溶解させ、活物質粒子２２の露出面２２Ｈの面積を増加させる（図８参照）。
【００４１】
この溶解工程により、溶解前には電池反応に寄与できていなかった活物質粒子２２あるいは活物質粒子２２の表面２２Ｓ（露出面２２Ｈ）を、新たに電池反応に利用することができるので、電池１内のリチウムイオン量を増やして電池容量を増加させることができる。さらにこの溶解により、正電極板２０のうちの正電極板本体２１の重量を低減できるので、正電極板２０のさらなる軽量化を図ることができる。かくして、正電極版２０が完成する。
【００４２】
なお、本実施形態１の電池１の製造方法のうち、正電極板１２０，２０の製造方法以外は、公知の手法によれば良いので、記載を省略する。
【００４３】
本実施形態１の電池１の製造方法によれば、正電極板１２０、あるいは正電極板２０に生じる抵抗を小さくできるので、ひいては電池１の全体の内部抵抗を低くできる。これにより、電池出力を向上させた電池１を製造することができる。
【００４４】
次いで、本実施形態１にかかる電池１を用いた車両５００について説明する。この車両５００は、本実施形態１の電池１を、公知の手法で搭載したものである。具体的には図９に示すように、エンジン５１０、フロントモータ５２０、およびリアモータ５３０を併用して駆動するハイブリッド電気自動車である。この車両５００は、車体５７０、エンジン５１０、これに取り付けられたフロントモータ５２０、リアモータ５３０、ケーブル５５０、インバータ５６０およびバッテリパック５４０を備えている。バッテリパック５４０は、車両５００の車体５７０に取り付けられている。そして、バッテリパック５４０の内部には、詳細を図示しないが、複数の電池１が電気的に直列に連結されて配置されている。
このように、この車両５００では、上述の電池１を用いているので、小型あるいは小数の電池１を用いれば足り、電池１の総体積、総重量（バッテリパック５４０の体積、重量）を低減した車両５００とすることができる。
【００４５】
さらに、本実施形態１にかかる電池１を用いた電池搭載機器６００について説明する。携帯電話６００は、上述の方法で製造された電池１を、公知の手法で搭載したものである。具体的には、図１０に示すように、電池パック６１０、本体６２０を有する電池搭載機器である。電池パック６１０は、携帯電話６００の本体６２０に収容されており、電池パック６１０の内には、電池１が収容されている。
この携帯電話６００でも、上述の電池１を用いているので、小型あるいは小数の電池１で足り、電池１（バッテリパック６１０）の体積、重量を低減した電池搭載機器６００とすることができる。
【００４６】
（実施形態２）
次に、本実施形態２にかかる正電極板２２０について説明する。図１１は、正電極板２２０の断面図（図１３のＥ−Ｅ断面）である。
本実施形態２にかかる正電極板２２０は、第１主面２２０ａおよび第２主面２２０ｂを有し、この第１主面２２０ａと第２主面２２０ｂとの間の厚さＴＨ４は、５５μｍである。この正電極板２２０は、正電極板本体２２１と、この表面部分に分散して配置された実施形態１と同様の活物質粒子２２とからなる。このうち、正電極板本体２２１は、アルミニウムからなり、第１本体主面２２１ａおよび第２本体主面２２１ｂを有する板状のアルミ箔である。また活物質粒子２２は、前述したように、平均粒径が２０μｍの粒子形状で、正極活物質のＬｉＭｎ2Ｏ4からなる。この活物質粒子２２は、正電極板本体２２１の第１本体主面２２１ａあるいは第２本体主面２２１ｂより内側に押し込まれることにより、その表面２２Ｓの一部を正電極板本体２２１が覆う形態とされ、これによって、この正電極板本体２２１に保持されている。なお、本実施形態２ではいずれの活物質粒子２２についても、表面２２Ｓのうちの露出面２２Ｈが、正電極板本体２２１の第１本体主面２２１ａあるいは第２本体主面２２１ｂよりも外部に露出している。
【００４７】
本実施形態２の正電極板２２０は、上述の通り、活物質粒子２２の一部を正電極板本体２２１で覆って、これを直接に保持しているので、抵抗体となる結着剤が介在せず、正電極板本体２２１と活物質粒子２２との間での導電性が向上する。また、結着剤、導電化剤を用いなくとも活物質粒子２２を保持できるので、結着剤、導電化剤の分だけ正電極板２２０の体積および重量を低減できる。さらに、いずれの活物質粒子２２も電池反応に寄与できる状態となっている。
【００４８】
次に、本実施形態２にかかる電池２０１について図３および図１２を用いて説明する。電池２０１は、図３に示すように、実施形態１にかかる電池１と同様、発電要素２１０、正極タブ６０、負極タブ７０、ラミネートフィルム５０を備える積層型のリチウムイオン二次電池である。このうち、発電要素２１０は、正電極板２２０、負電極板３０、セパレータ４０、および図示しない電解液を含む。また、正極タブ６０は電池内部の複数の正電極板２２０と、負極タブ７０は電池内部の複数の負電極板３０と、ラミネートフィルム５０の内部でそれぞれ接続され、このラミネートフィルム５０の外部へ突出している。
【００４９】
図１２は電池２０１の拡大断面図（図３のＣ部）である。それぞれ板状の正電極板２２０と負電極板３０とが、セパレータ４０を介して交互に積層されている。
このうち、負電極板３０、セパレータ４０、ラミネートフィルム５０、および電解液については、実施形態１にかかる電池１と同様である。
【００５０】
本実施形態２の電池２０１は、前述の正電極板本体２２１と活物質粒子２２とからなる正電極板２２０を用いる。この正電極板２２０は、正電極板本体２２１と活物質粒子２２との間の導電性が高いことから、電池２０１の内部抵抗を低減でき、電池出力を向上させることができる。また、電池２０１の体積および重量を低減できる。さらに、すべての活物質粒子２２を無駄なく電池反応に利用することができ、電池２０１内のリチウムイオン量を増やして電池容量を増加させることができる。
【００５１】
次に、本実施形態２の正電極板２２０の製造方法について、図１３を参照して説明する。まず、図１３のうち上部に示すように、アルミニウムからなり、長尺で、第１板主面２９１ａおよび第２板主面２９１ｂを有し、厚さＴＨ５が５０μｍの金属板２９１を用意する。この金属板２９１をローラ８４０で送ると共に、その第１板主面２９１ａおよび第２板主面２９１ｂをヒータ８５０で加熱し、軟化させて、それぞれ第１軟化面２９１ｃおよび第２軟化面２９１ｄとする。
なお、軟化面２９１ｃ，２９１ｄの温度は、次述するように、この第１軟化面２９１ｃ（第１板主面２９１ａ）および第２軟化面（第２板主面２９１ｂ）が、活物質粒子２２を押し込んだ際に、活物質粒子２２に圧壊、変形等を生じず、その形状を保って圧入できる状態にまで軟化させる温度とする。また、第１軟化面２９１ｃおよび第２軟化面２９１ｄは、活物質粒子２２、具体的には正極活物質のＬｉＭｎ2Ｏ4の焼成温度に満たない温度とする。これにより、活物質粒子２２は、押し込まれた後もその特性を維持できるからである。本実施形態２においては概略６００℃とする。
【００５２】
次いで粒子押込み工程では、活物質粒子２２を金属板２９１の第１軟化面２９１ｃおよび第２軟化面２９１ｄにホッパ８６０を用いて散布する。
次いでプレスローラ８７０により、活物質粒子２２を第１軟化面２９１ｃおよび第２軟化面２９１ｄから、金属板２９１の内側に向けて押し込む。上述したように、第１軟化面２９１ｃおよび第２軟化面２９１ｄの温度を調整してあるので、活物質粒子２２を押し込む際、この活物質粒子２２が圧壊、変形することはない。なお、プレスローラ８７０同士の間隔を、金属板２９１の厚さＴＨ５より若干大きい値に調製しておく。かくして、正電極板２２０が完成する。
【００５３】
本実施形態２の製造方法で製造された正電極板２２０は、活物質粒子２２のすべてが、電池反応に寄与できる状態で、金属板２９１である正電極板本体２２１に担持されるので、活物質粒子２２を無駄なく電池反応に利用することができる。さらに、正電極板本体２２１（金属板２９１）と活物質粒子２２とが直接接触してなるので、その間に生じる電気抵抗が低くなり導電性が向上する。また、結着剤や導電化剤を要しないので、その分、正電極板２２０の体積および重量が低減できている。
【００５４】
さらに、本実施形態２の電池２０１は、正電極板２２０を上述の製造方法で製造するほかは、公地の手法を用いて製造する。
【００５５】
さらに、この電池２０１も、実施形態１の電池１を用いた車両５００（バッテリパック５４０）と同様、車両５０１（バッテリパック５４１）に搭載することができる。
この車両５０１は、上述の電池２０１を用いたバッテリパック５４１を搭載しているので、小型あるいは小数の電池２０１で足り、電池２０１の総体積、総重量、従ってバッテリパック５４１の体積、重量を低減することができる。
【００５６】
また、電池２０１も、実施形態１の電池を用いた携帯電話６００と同様、携帯電話６０１（図１０参照）に搭載することができる。
この携帯電話６０１は、上述の電池２０１を用いたバッテリパック６１１を搭載しているので、小型あるいは小数の電池２０１で足り、電池２０１の、従って携帯電話６０１の体積、重量を低減することができる。
【００５７】
以上において、本発明を実施形態１および２に即して説明したが、本発明は上記実施形態１および２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。
【００５８】
例えば、本実施形態１および２として電池１，２０１をリチウムイオン二次電池としたが、本発明は、リチウムイオン二次電池に限らず、正電極板を使用した発電要素を有する電池であれば、いずれの種類の電池にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施形態１にかかる正電極板２０を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
【図２】従来の正電極板ＰＰの模式例を示す断面図である。
【図３】実施形態１および２にかかる電池１，２０１を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。
【図４】実施形態１にかかる電池１の部分拡大断面図（図３のＣ部）である。
【図５】実施形態１にかかる正電極板１２０，２０の製造方法のうち、粒子混入工程および金属塊形成工程を説明するための説明図であり、（ａ）は活物質粒子２２の投入、（ｂ）は活物質粒子２２の撹拌、（ｃ）は活物質粒子２２が分散した金属の冷却、および（ｄ）は、取り出しの様子を示す。
【図６】実施形態１にかかる正電極板の製造方法のうち、圧延工程を説明するための説明図である。
【図７】圧延により形成された正電極板１２０を示す断面図（図６のＤ−Ｄ断面）である。
【図８】溶解工程後の正電極板２０の断面図である。
【図９】実施形態１および２にかかる電池１，２０１を搭載した車両５００，５０１（ハイブリッド電気自動車）を示す説明図である。
【図１０】実施形態１および２にかかる電池１，２０１を搭載した携帯電話６００，６０１を示す説明図である。
【図１１】実施形態２にかかる正電極板２２０の断面図である。
【図１２】実施形態２にかかる電池２０１の部分拡大断面図（図３のＣ部）である。
【図１３】実施形態２にかかる正電極板２２０の製造方法の、軟化工程および粒子押込み工程を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１，２０１ 電池
２０，１２０，２２０ 正電極板
２０ａ，１２０ａ，２２０ａ 第１主面
２０ｂ，１２０ｂ，２２０ｂ 第２主面
２１，１２１，２２１ 正電極板本体
２２ 活物質粒子
２２Ｓ 表面
９０ アルミニウム（金属）
９１ 金属塊
２９１ 金属板
２９１ａ 第１板主面
２９１ｂ 第２板主面
２９１ｃ 第１軟化面
２９１ｄ 第２軟化面
５００，５０１ 車両
６００，６０１ 携帯電話（電池搭載機器）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正電極板、正電極板を備える電池、電池を搭載する車両、電池搭載機器、正電極板の製造方法、および、電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池等の電池に用いる正電極板としては、例えば、金属箔に正極活物質を塗布してなるものが知られている。このような正電極板は、金属箔に正極活物質とともに、結着剤および導電化材を混練したものを金属箔に塗布してなる。
その他、正電極板としては、アルミニウムを主成分とする金属繊維を溶融紡糸し、三次元の網目構造を有するように形成したアルミニウム不織布を正極集電体とし、これに正極活物質、結着剤、および導電化剤を混練したものを塗布、圧着してなるものも知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１５５７３９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のアルミニウム不織布を用いたものでは、複数の金属繊維によって三次元的に粒子形状の正極活物質を担持するため、正極活物質の密着性は向上させうる。しかし、この場合でも、アルミニウム不織布に正極活物質を担持させるために結着剤および導電化剤を使用している。従って、結着剤が正電極部材を構成する正極集電体と正極活物質との間で抵抗体となり、この間の導電性が低下する。さらに、結着剤および導電化剤も正電極部材の体積や重量に含まれるので、正電極板の体積や重量がかさむ不具合もある。
【０００５】
さらに、上述の正電極部材を用いた電池では、正極集電体が有する結着剤による抵抗体の分、この電池の内部抵抗値が大きいため、たとえ使用初期でも出力が小さい。また、電池全体に占める正電極部材の体積および重量が共に大きいため、その分、体積エネルギー密度および重量エネルギー密度も低い。
さらに、このような電池を搭載した車両および電池搭載機器では、車両全体あるいは電池搭載機器全体に占める電池の総体積や総重量が増大する不具合がある。
【０００６】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、導電性の高い正電極板、これを用いて出力やエネルギー密度を向上させた電池、この電池を搭載した車両、およびこの電池を搭載した電池搭載機器を提供することを目的とする。また、正電極板の製造方法、および正電極板を用いた電池の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そして、その解決手段は、第１主面および第２主面を有する板状で、電池の正電極に用いる正電極板であって、粒子形状を有し、正極活物質からなる多数の活物質粒子と、金属からなり、上記活物質粒子の表面の少なくとも一部を覆って、上記活物質粒子を保持してなる正電極板本体と、を備え、上記第１主面および第２主面の少なくともいずれかに、上記活物質粒子が露出してなる、正電極板である。
【０００８】
本発明の正電極板では、活物質粒子の少なくとも一部を、金属からなる正電極板本体で覆って、これを直接保持しているので、抵抗体となる結着剤が介在せず、正電極板本体と活物質粒子との間での導電性が向上する。また、結着剤、導電化剤を用いなくとも活物質粒子を保持できるので、結着剤、導電化剤の分だけ正電極板の体積および重量を低減できる。従って、この正電極板を電池に用いれば、電池出力を向上することができ、さらに、体積エネルギー密度および重量エネルギー密度も向上できる。
【０００９】
なお、正極活物質としては、電気化学的に自由にリチウムイオンの授受が可能な固体リチウム化合物であればよく、例えばＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＦｅＯ2、Ｌｉ5ＦｅＯ4、Ｌｉ2ＭｎＯ3、ＬｉＦｅＰＯ4、ＬｉＶ2Ｏ4、これらの混合物等が挙げられる。
また、正極活物質粒子であるリチウム化合物の焼成温度は、例えばＬｉＣｏＯ2が７００〜９６０℃、ＬｉＮｉＯ2が６００〜８５０℃、ＬｉＭｎ2Ｏ4が７５０〜８５０℃である。
【００１０】
また、正電極板本体の材質としては、正極活物質の材質、電池に用いる電解質、負電極等を考慮して適宜選択できるが、体積固有抵抗が小さく、融点が正極活物質の焼成温度よりも低い金属が好ましい。具体的には、アルミニウム（融点、６５９℃）が挙げられる。
【００１１】
さらに、他の解決手段は、上述の正電極板を用いてなる電池である。
【００１２】
本発明の電池では、上述の活物質粒子と正電極板本体とからなる正電極板を用いる。従って、正電極板における正電極板本体と活物質粒子との間の導電性が高いことから、電池の内部抵抗を低減でき、電池出力を向上させることができる。また、電池の体積および重量を低減できる。
【００１３】
なお、電池としては、上述の正電極板を用いた電池であれば良いが、例えば、この正電極板のほか負極活物質を担持した負電極板、およびこれらの間に介在するセパレータを備える電池が挙げられる。従って例えば、複数の正電極板と複数の負電極板とを、セパレータを介して交互に積層した積層型の電池や、帯状の正電極板と帯状の負電極板を帯状のセパレータを介して捲回した捲回型の電池が挙げられる。
また、セパレータとしては、正電極板と負電極板とを互いに離間して配置するものであり、繊維等から構成されて、内部および表面に電解液を含みうるもののほか、固体電解質体を用いて、離間と共に電解質の役割を担わせたものも含まれる。
【００１４】
さらに、他の解決手段は、上述の電池を搭載した車両である。
【００１５】
本発明の車両では、上述の電池を搭載しているので、小型あるいは小数の電池で足り、電池の総体積、総重量を低減した車両とすることができる。
【００１６】
なお、電池を搭載した車両としては、その動力源の全部あるいは一部に電池による電気エネルギーを使用している車両であれば良く、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、フォークリフト、電気車いす、電動アシスト自転車、電動スクータ、鉄道車両が挙げられる。
【００１７】
またさらに他の解決手段は、上述の電池を搭載した電池搭載機器である。
【００１８】
本発明の電池搭載機器では、上述の電池を搭載しているので、小型あるいは小数の電池で足り、電池の総体積、総重量を低減した電池搭載機器とすることができる。
【００１９】
なお、電池搭載機器としては、電池を搭載しこれをエネルギー源の少なくとも１つとして利用する機器であれば良く、例えば、パーソナルコンピュータ、携帯電話、電池駆動の電動工具など、電池で駆動される各種の家電製品、オフィス機器、産業機器が挙げられる。
【００２０】
他の解決手段は、粒子形状を有し、正極活物質からなる多数の活物質粒子を、上記正極活物質の焼成温度より低い温度で溶融させた金属の中に混入する粒子混入工程と、上記活物質粒子が混入した上記金属を冷却固化して金属塊を形成する金属塊形成工程と、上記金属塊を圧延して、上記第１主面および第２主面を有する板状で、上記金属で上記活物質粒子を保持した正電極板を形成する圧延工程と、を備える正電極板の製造方法である。
【００２１】
本発明の正電極板の製造方法では、まず、粒子混入工程で溶融させた金属に活物質粒子を混入する。このときの金属の温度を、正極活物質の焼成温度よりも低くしておく。これにより活物質粒子を溶融状態の金属の中に混入しても、正極活物質の特性を維持できる。
さらに金属塊形成工程および圧延工程を経た正電極板は、金属が活物質粒子が直接接触しているので、結着剤が介在する従来の正電極板よりも、正極集電体として機能する金属と活物質粒子との間に生じる電気抵抗が低くなり導電性が向上する。さらに、活物質粒子の保持の為の結着剤、導電化剤が不要である分、正電極板の体積および重量を低減できる。
【００２２】
さらに、上述の正電極板の製造方法であって、前記圧延工程の後に、前記正電極板の前記第１主面および第２主面の少なくともいずれかに露出する前記金属を溶解し、前記活物質粒子の露出面積を増加させる溶解工程を備える正電極板の製造方法とすると良い。
【００２３】
本発明の正電極板の製造方法では、溶解工程で活物質粒子の露出面積を増加させる。従って、溶解前には電池反応に寄与できていなかった活物質粒子あるいは活物質粒子の表面を、新たに電池反応に利用することができるので、電池内のリチウムイオン量を増やして電池容量を増加させることができる。さらに、この溶解により、正電極板のうちの金属の重量を低減できるので、正電極板のさらなる軽量化を図ることができる。
【００２４】
なお、正電極板の第１主面および第２主面を形成する金属を溶解する手段としては、例えば酸、塩基のいずれかの溶液に浸漬する処理、電気分解処理等が挙げられる。
【００２５】
さらに、他の解決手段は、第１板主面および第２板主面を有する板状の金属板の、上記第１板主面および第２板主面の少なくともいずれかを、正極活物質の焼成温度より低い温度で軟化させて軟化面とする軟化工程と、粒子形状を有し上記正極活物質からなる活物質粒子を多数、上記金属板の上記軟化面にそれぞれ配置した後に、上記活物質粒子の形状を保ちつつ上記金属板の内側に向けて押し込む粒子押込み工程と、を備える正電極板の製造方法である。
【００２６】
本発明の正電極板の製造方法では、軟化工程で、金属板の有する第１板主面および第２板主面の少なくともいずれかを熱で軟化させて、粒子押込み工程で活物質粒子の形状を保ちつつ、第１板主面あるいは第２板主面からその内部に向けて押し込む。そのときの金属板の軟化面の温度は、正極活物質の焼成温度よりも低くしてある。このため、この軟化面から押し込まれた活物質粒子は、その特性を維持できる。
また、粒子押込み工程では、活物質粒子を軟化面から金属板の内側に向けて押し込むので、押し込まれたいずれの活物質粒子も金属板の第１板主面あるいは第２板主面に露出しており、いずれの活物質粒子も電池反応に寄与できる状態となる。従って、すべての活物質粒子を無駄なく電池反応に利用することができる。また、電池内のリチウムイオン量を増やして電池容量を増加させることができる。
さらに、本発明の製造法で製造された正電極板は、金属板と活物質粒子とが直接接触しているので、その間に生じる電気抵抗が低くなり導電性が向上する。また、結着剤や導電化剤を要しないので、その分正電極板の体積および重量が低減できている。
なお、軟化面の温度は、活物質粒子を金属板の第１板主面あるいは第２板主面に押し込んだときに、活物質粒子がその形状を保ちうる状態にまで軟化する温度とする。従って、金属板の材質および活物質粒子の材質に応じて軟化面の温度を選択する。
【００２７】
さらに他の解決方法は、正電極板を備える電池の製造方法であって、上記正電極板を、上述の正電極板の製造方法で製造する電池の製造方法である。
【００２８】
本発明の電池の製造方法では、正電極板の製造にあたり上述の正電極板の製造方法を用いる。従って、正電極板内に生じる抵抗が小さくなり、ひいては電池全体の内部抵抗を低くできる。これにより電池出力が向上させた電池を製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
（実施形態１）
次に、本発明の実施形態１について、図面を参照しつつ説明する。
まず、本実施形態１にかかる正電極板２０について説明する。図１（ａ）は正電極板２０の斜視図、図１（ｂ）はその断面図（図１（ａ）のＡ−Ａを含む断面）である。
本実施形態１にかかる正電極板２０は、第１主面２０ａおよび第２主面２０ｂを有する平板状であり、第１主面２０ａと第２主面２０ｂの間の厚さＴＨ１は５５μｍである。この正電極板２０は、正電極板本体２１と、この内部に分散して配置された活物質粒子２２とからなる。このうち、正電極板本体２１は、アルミニウムからなり、第１本体主面２１ａおよび第２本体主面２１ｂを有する板状である。また活物質粒子２２は、平均粒径が２０μｍの粒子形状で、正極活物質のＬｉＭｎ2Ｏ4からなる。この活物質粒子２２は、その表面２２Ｓの少なくとも一部を正電極板本体２１が覆うことによって、この正電極板本体２１に保持されている。従って、この活物質粒子２２の中には、表面２２Ｓのうち、露出面２２Ｈが正電極板本体２１の第１本体主面２１ａあるいは第２本体主面２１ｂよりも外部に露出しているものもある。なお、本実施形態では、活物質粒子２２の中には、その表面２２Ｓのすべてが正電極板本体２１の内部に埋没した状態とされているものも含まれうる。
【００３０】
一方、図２は従来の正電極板ＰＰを示した断面図である。従来の正電極板ＰＰは、金属箔ＰＦと、活物質層ＰＬを備える。具体的には、従来の正電極板ＰＰは、平板状のアルミニウムからなる金属箔ＰＦの第１主面ＰＦａおよび第２主面ＰＦｂに、正極活物質のＬｉＭｎ2Ｏ4からなる活物質粒子ＰＡ、結着剤ＡＭ、および導電化剤ＣＭを混練した活物質層ＰＬ（例えば、重量比で活物質粒子ＰＡ：結着剤ＡＭ：導電化剤ＣＭ＝８：１：１）を塗布してなる。なお、例えば、結着剤ＡＭにはポリフッ化ビニリデン樹脂、導電化剤ＣＭにはアセチレンブラックがそれぞれ使用される。
このように、従来の正電極板ＰＰは、金属箔ＰＦと活物質粒子ＰＡとの間には、結着剤ＡＭおよび導電化剤ＣＭが介在している。
【００３１】
これに対し、本実施形態１の正電極板２０は前述の通り、活物質粒子２２の少なくとも一部を正電極板本体２１で覆って、これを直接保持しているので、抵抗体となる結着剤が介在せず、正電極板本体２１と活物質粒子２２との間での導電性が向上する。また、結着剤、導電化剤を用いなくとも活物質粒子２２を保持できるので、結着剤、導電化剤の分だけ正電極板２０の体積および重量を低減できる。
【００３２】
次に、本実施形態１にかかる電池１について説明する。図３（ａ）は電池１の斜視図、図３（ｂ）はその断面図（図３（ａ）のＢ−Ｂを含む断面）、図４は電池断面図の拡大図（図３のＣ部）である。電池１は発電要素１０、正極タブ６０、負極タブ７０、ラミネートフィルム５０を備える積層型のリチウムイオン二次電池である。このうち、発電要素１０は、正電極板２０、負電極板３０、セパレータ４０、および図示しない電解液を含む。また、正極タブ６０は電池内部の複数の正電極板２０と、負極タブ７０は電池内部の複数の負電極板３０と、ラミネートフィルム５０の内部でそれぞれ接続され、このラミネートフィルム５０の外部へ突出している。
【００３３】
それぞれ板状の正電極板２０および負電極板３０は、セパレータ４０を介して、交互に積層されている。電解液には、ＥＣ（エチレンカーボネート）とＤＥＣ（ジエチルカーボネート）との混合有機溶媒に、溶質としてＬｉＰＦ6を添加した有機電解質を用いる。
このうち、正電極板２０は前述の正電極板である。一方、負電極板３０は、銅からなる金属箔３１と、この第１主面３１ａと第２主面３１ｂとに塗布された、炭素からなる負極活物質層３２とで構成されている。
ラミネートフィルム５０は、金属箔５３、およびその両面にコーティングされた第１樹脂層５１および第２樹脂層５２を有する。そして、２枚のラミネートフィルム５０は、発電要素１０を挟み込み、互いに熱溶着されて、発電要素１０を密封している。
【００３４】
本実施形態１の電池１では、上述の通り、前述の正電極板本体２１と活物質粒子２２とからなる正電極板２０を用いる。この正電極板２０は、正電極板本体２１と活物質粒子２２との間の導電性が高いことから、電池１の内部抵抗を低減でき、電池出力を向上させることができる。また、正電極板２０の体積および重量が小さいことから、電池１の体積および重量をも低減できる。
【００３５】
次に、電池１の製造方法について説明する。
まず、正電極板２０の製造方法について、図５、６を参照して説明する。
正電極板２０の製造方法は、粒子混入工程、金属塊形成工程、圧延工程、および溶解工程を備えている。
まず、粒子混入工程では、溶解炉８００のうち、るつぼ８１０にアルミニウム９０を２．０ｋｇ投入し、大気雰囲気中で、ヒータ８２０でアルミニウム９０を７００℃に加熱し、熱溶解させる。そこに平均粒径２０μｍのＬｉＭｎ2Ｏ4からなる活物質粒子２２を２．０ｋｇ投入し、十分に撹拌させる（図５（ａ）および（ｂ））。７００℃はＬｉＭｎ2Ｏ4である正極活物質の焼成温度に満たないため、活物質粒子２２（ＬｉＭｎ2Ｏ4）は、その特性を維持したまま、溶融したアルミニウム９０中に存在できる。
【００３６】
次いで金属塊形成工程では、撹拌された活物質粒子２２を含むアルミニウム９０を冷却固化させてアルミニウム金属塊９１を鋳造する（図５（ｃ）および（ｄ））。
【００３７】
次いで圧延工程では、鋳造されたアルミニウム金属塊９１をプレスローラ８００を用いて圧延し、厚さＴＨ２が５５μｍの正電極板１２０を作製する（図７）。
【００３８】
上述の製造方法で製造された正電極板１２０は、正電極板本体１２１が活物質粒子２２に直接接触しているので、結着剤ＡＭが介在する従来の正電極板ＰＰ（図２参照）よりも、正極集電体として機能する正電極本体１２１と活物質粒子２２との間に生じる電気抵抗が低くなり導電性が向上する。さらに、正電極板１２０の体積および重量を低減できる。
【００３９】
なお、この正電極板１２０でも、電池の正電極板として使用することができるが、その第１，第２主面１２０ａ，１２０ｂに露出する活物質粒子２２の露出面２２Ｈの面積が少ない場合がある。
【００４０】
そこで、さらに上述の圧延工程後に、以下の溶解工程を施すとよい。
この溶解工程では、図７に示す正電極板１２０の第１主面１２０ａおよび第２主面１２０ｂのうち、正電極板本体１２１の第１本体主面１２１ａおよび第２本体主面１２１ｂを、所定濃度の硝酸９００による腐食処理で厚さＴＨ３ずつ溶解させ、活物質粒子２２の露出面２２Ｈの面積を増加させる（図８参照）。
【００４１】
この溶解工程により、溶解前には電池反応に寄与できていなかった活物質粒子２２あるいは活物質粒子２２の表面２２Ｓ（露出面２２Ｈ）を、新たに電池反応に利用することができるので、電池１内のリチウムイオン量を増やして電池容量を増加させることができる。さらにこの溶解により、正電極板２０のうちの正電極板本体２１の重量を低減できるので、正電極板２０のさらなる軽量化を図ることができる。かくして、正電極版２０が完成する。
【００４２】
なお、本実施形態１の電池１の製造方法のうち、正電極板１２０，２０の製造方法以外は、公知の手法によれば良いので、記載を省略する。
【００４３】
本実施形態１の電池１の製造方法によれば、正電極板１２０、あるいは正電極板２０に生じる抵抗を小さくできるので、ひいては電池１の全体の内部抵抗を低くできる。これにより、電池出力を向上させた電池１を製造することができる。
【００４４】
次いで、本実施形態１にかかる電池１を用いた車両５００について説明する。この車両５００は、本実施形態１の電池１を、公知の手法で搭載したものである。具体的には図９に示すように、エンジン５１０、フロントモータ５２０、およびリアモータ５３０を併用して駆動するハイブリッド電気自動車である。この車両５００は、車体５７０、エンジン５１０、これに取り付けられたフロントモータ５２０、リアモータ５３０、ケーブル５５０、インバータ５６０およびバッテリパック５４０を備えている。バッテリパック５４０は、車両５００の車体５７０に取り付けられている。そして、バッテリパック５４０の内部には、詳細を図示しないが、複数の電池１が電気的に直列に連結されて配置されている。
このように、この車両５００では、上述の電池１を用いているので、小型あるいは小数の電池１を用いれば足り、電池１の総体積、総重量（バッテリパック５４０の体積、重量）を低減した車両５００とすることができる。
【００４５】
さらに、本実施形態１にかかる電池１を用いた電池搭載機器６００について説明する。携帯電話６００は、上述の方法で製造された電池１を、公知の手法で搭載したものである。具体的には、図１０に示すように、電池パック６１０、本体６２０を有する電池搭載機器である。電池パック６１０は、携帯電話６００の本体６２０に収容されており、電池パック６１０の内には、電池１が収容されている。
この携帯電話６００でも、上述の電池１を用いているので、小型あるいは小数の電池１で足り、電池１（バッテリパック６１０）の体積、重量を低減した電池搭載機器６００とすることができる。
【００４６】
（実施形態２）
次に、本実施形態２にかかる正電極板２２０について説明する。図１１は、正電極板２２０の断面図（図１３のＥ−Ｅ断面）である。
本実施形態２にかかる正電極板２２０は、第１主面２２０ａおよび第２主面２２０ｂを有し、この第１主面２２０ａと第２主面２２０ｂとの間の厚さＴＨ４は、５５μｍである。この正電極板２２０は、正電極板本体２２１と、この表面部分に分散して配置された実施形態１と同様の活物質粒子２２とからなる。このうち、正電極板本体２２１は、アルミニウムからなり、第１本体主面２２１ａおよび第２本体主面２２１ｂを有する板状のアルミ箔である。また活物質粒子２２は、前述したように、平均粒径が２０μｍの粒子形状で、正極活物質のＬｉＭｎ2Ｏ4からなる。この活物質粒子２２は、正電極板本体２２１の第１本体主面２２１ａあるいは第２本体主面２２１ｂより内側に押し込まれることにより、その表面２２Ｓの一部を正電極板本体２２１が覆う形態とされ、これによって、この正電極板本体２２１に保持されている。なお、本実施形態２ではいずれの活物質粒子２２についても、表面２２Ｓのうちの露出面２２Ｈが、正電極板本体２２１の第１本体主面２２１ａあるいは第２本体主面２２１ｂよりも外部に露出している。
【００４７】
本実施形態２の正電極板２２０は、上述の通り、活物質粒子２２の一部を正電極板本体２２１で覆って、これを直接に保持しているので、抵抗体となる結着剤が介在せず、正電極板本体２２１と活物質粒子２２との間での導電性が向上する。また、結着剤、導電化剤を用いなくとも活物質粒子２２を保持できるので、結着剤、導電化剤の分だけ正電極板２２０の体積および重量を低減できる。さらに、いずれの活物質粒子２２も電池反応に寄与できる状態となっている。
【００４８】
次に、本実施形態２にかかる電池２０１について図３および図１２を用いて説明する。電池２０１は、図３に示すように、実施形態１にかかる電池１と同様、発電要素２１０、正極タブ６０、負極タブ７０、ラミネートフィルム５０を備える積層型のリチウムイオン二次電池である。このうち、発電要素２１０は、正電極板２２０、負電極板３０、セパレータ４０、および図示しない電解液を含む。また、正極タブ６０は電池内部の複数の正電極板２２０と、負極タブ７０は電池内部の複数の負電極板３０と、ラミネートフィルム５０の内部でそれぞれ接続され、このラミネートフィルム５０の外部へ突出している。
【００４９】
図１２は電池２０１の拡大断面図（図３のＣ部）である。それぞれ板状の正電極板２２０と負電極板３０とが、セパレータ４０を介して交互に積層されている。
このうち、負電極板３０、セパレータ４０、ラミネートフィルム５０、および電解液については、実施形態１にかかる電池１と同様である。
【００５０】
本実施形態２の電池２０１は、前述の正電極板本体２２１と活物質粒子２２とからなる正電極板２２０を用いる。この正電極板２２０は、正電極板本体２２１と活物質粒子２２との間の導電性が高いことから、電池２０１の内部抵抗を低減でき、電池出力を向上させることができる。また、電池２０１の体積および重量を低減できる。さらに、すべての活物質粒子２２を無駄なく電池反応に利用することができ、電池２０１内のリチウムイオン量を増やして電池容量を増加させることができる。
【００５１】
次に、本実施形態２の正電極板２２０の製造方法について、図１３を参照して説明する。まず、図１３のうち上部に示すように、アルミニウムからなり、長尺で、第１板主面２９１ａおよび第２板主面２９１ｂを有し、厚さＴＨ５が５０μｍの金属板２９１を用意する。この金属板２９１をローラ８４０で送ると共に、その第１板主面２９１ａおよび第２板主面２９１ｂをヒータ８５０で加熱し、軟化させて、それぞれ第１軟化面２９１ｃおよび第２軟化面２９１ｄとする。
なお、軟化面２９１ｃ，２９１ｄの温度は、次述するように、この第１軟化面２９１ｃ（第１板主面２９１ａ）および第２軟化面（第２板主面２９１ｂ）が、活物質粒子２２を押し込んだ際に、活物質粒子２２に圧壊、変形等を生じず、その形状を保って圧入できる状態にまで軟化させる温度とする。また、第１軟化面２９１ｃおよび第２軟化面２９１ｄは、活物質粒子２２、具体的には正極活物質のＬｉＭｎ2Ｏ4の焼成温度に満たない温度とする。これにより、活物質粒子２２は、押し込まれた後もその特性を維持できるからである。本実施形態２においては概略６００℃とする。
【００５２】
次いで粒子押込み工程では、活物質粒子２２を金属板２９１の第１軟化面２９１ｃおよび第２軟化面２９１ｄにホッパ８６０を用いて散布する。
次いでプレスローラ８７０により、活物質粒子２２を第１軟化面２９１ｃおよび第２軟化面２９１ｄから、金属板２９１の内側に向けて押し込む。上述したように、第１軟化面２９１ｃおよび第２軟化面２９１ｄの温度を調整してあるので、活物質粒子２２を押し込む際、この活物質粒子２２が圧壊、変形することはない。なお、プレスローラ８７０同士の間隔を、金属板２９１の厚さＴＨ５より若干大きい値に調製しておく。かくして、正電極板２２０が完成する。
【００５３】
本実施形態２の製造方法で製造された正電極板２２０は、活物質粒子２２のすべてが、電池反応に寄与できる状態で、金属板２９１である正電極板本体２２１に担持されるので、活物質粒子２２を無駄なく電池反応に利用することができる。さらに、正電極板本体２２１（金属板２９１）と活物質粒子２２とが直接接触してなるので、その間に生じる電気抵抗が低くなり導電性が向上する。また、結着剤や導電化剤を要しないので、その分、正電極板２２０の体積および重量が低減できている。
【００５４】
さらに、本実施形態２の電池２０１は、正電極板２２０を上述の製造方法で製造するほかは、公地の手法を用いて製造する。
【００５５】
さらに、この電池２０１も、実施形態１の電池１を用いた車両５００（バッテリパック５４０）と同様、車両５０１（バッテリパック５４１）に搭載することができる。
この車両５０１は、上述の電池２０１を用いたバッテリパック５４１を搭載しているので、小型あるいは小数の電池２０１で足り、電池２０１の総体積、総重量、従ってバッテリパック５４１の体積、重量を低減することができる。
【００５６】
また、電池２０１も、実施形態１の電池を用いた携帯電話６００と同様、携帯電話６０１（図１０参照）に搭載することができる。
この携帯電話６０１は、上述の電池２０１を用いたバッテリパック６１１を搭載しているので、小型あるいは小数の電池２０１で足り、電池２０１の、従って携帯電話６０１の体積、重量を低減することができる。
【００５７】
以上において、本発明を実施形態１および２に即して説明したが、本発明は上記実施形態１および２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。
【００５８】
例えば、本実施形態１および２として電池１，２０１をリチウムイオン二次電池としたが、本発明は、リチウムイオン二次電池に限らず、正電極板を使用した発電要素を有する電池であれば、いずれの種類の電池にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施形態１にかかる正電極板２０を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
【図２】従来の正電極板ＰＰの模式例を示す断面図である。
【図３】実施形態１および２にかかる電池１，２０１を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。
【図４】実施形態１にかかる電池１の部分拡大断面図（図３のＣ部）である。
【図５】実施形態１にかかる正電極板１２０，２０の製造方法のうち、粒子混入工程および金属塊形成工程を説明するための説明図であり、（ａ）は活物質粒子２２の投入、（ｂ）は活物質粒子２２の撹拌、（ｃ）は活物質粒子２２が分散した金属の冷却、および（ｄ）は、取り出しの様子を示す。
【図６】実施形態１にかかる正電極板の製造方法のうち、圧延工程を説明するための説明図である。
【図７】圧延により形成された正電極板１２０を示す断面図（図６のＤ−Ｄ断面）である。
【図８】溶解工程後の正電極板２０の断面図である。
【図９】実施形態１および２にかかる電池１，２０１を搭載した車両５００，５０１（ハイブリッド電気自動車）を示す説明図である。
【図１０】実施形態１および２にかかる電池１，２０１を搭載した携帯電話６００，６０１を示す説明図である。
【図１１】実施形態２にかかる正電極板２２０の断面図である。
【図１２】実施形態２にかかる電池２０１の部分拡大断面図（図３のＣ部）である。
【図１３】実施形態２にかかる正電極板２２０の製造方法の、軟化工程および粒子押込み工程を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１，２０１ 電池
２０，１２０，２２０ 正電極板
２０ａ，１２０ａ，２２０ａ 第１主面
２０ｂ，１２０ｂ，２２０ｂ 第２主面
２１，１２１，２２１ 正電極板本体
２２ 活物質粒子
２２Ｓ 表面
９０ アルミニウム（金属）
９１ 金属塊
２９１ 金属板
２９１ａ 第１板主面
２９１ｂ 第２板主面
２９１ｃ 第１軟化面
２９１ｄ 第２軟化面
５００，５０１ 車両
６００，６０１ 携帯電話（電池搭載機器）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面および第２主面を有する板状で、電池の正電極に用いる正電極板であって、
粒子形状を有し、正極活物質からなる多数の活物質粒子と、
金属からなり、上記活物質粒子の表面の少なくとも一部を覆って、上記活物質粒子を保持してなる正電極板本体と、を備え、
上記第１主面および第２主面の少なくともいずれかに、上記活物質粒子が露出してなる、
正電極板。
【請求項２】
請求項１に記載の正電極板を用いてなる電池。
【請求項３】
請求項２に記載の電池を搭載した車両。
【請求項４】
請求項２に記載の電池を搭載した電池搭載機器。
【請求項５】
粒子形状を有し、正極活物質からなる多数の活物質粒子を、上記正極活物質の焼成温度より低い温度で溶融させた金属の中に混入する粒子混入工程と、
上記活物質粒子が混入した上記金属を冷却固化して金属塊を形成する金属塊形成工程と、
上記金属塊を圧延して、上記第１主面および第２主面を有する板状で、上記金属で上記活物質粒子を保持した正電極板を形成する圧延工程と、を備える
正電極板の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の正電極板の製造方法であって、
前記圧延工程の後に、前記正電極板の前記第１主面および第２主面の少なくともいずれかに露出する前記金属を溶解し、前記活物質粒子の露出面積を増加させる溶解工程を備える
正電極板の製造方法。
【請求項７】
第１板主面および第２板主面を有する板状の金属板の、上記第１板主面および第２板主面の少なくともいずれかを、正極活物質の焼成温度より低い温度で軟化させて軟化面とする軟化工程と、
粒子形状を有し上記正極活物質からなる活物質粒子を多数、上記金属板の上記軟化面にそれぞれ配置した後に、上記活物質粒子の形状を保ちつつ上記金属板の内側に向けて押し込む粒子押込み工程と、を備える
正電極板の製造方法。
【請求項８】
正電極板を備える電池の製造方法であって、
上記正電極板を、請求項５〜７のいずれか１項に記載の正電極板の製造方法で製造する電池の製造方法。
【請求項１】
第１主面および第２主面を有する板状で、電池の正電極に用いる正電極板であって、
粒子形状を有し、正極活物質からなる多数の活物質粒子と、
金属からなり、上記活物質粒子の表面の少なくとも一部を覆って、上記活物質粒子を保持してなる正電極板本体と、を備え、
上記第１主面および第２主面の少なくともいずれかに、上記活物質粒子が露出してなる、
正電極板。
【請求項２】
請求項１に記載の正電極板を用いてなる電池。
【請求項３】
請求項２に記載の電池を搭載した車両。
【請求項４】
請求項２に記載の電池を搭載した電池搭載機器。
【請求項５】
粒子形状を有し、正極活物質からなる多数の活物質粒子を、上記正極活物質の焼成温度より低い温度で溶融させた金属の中に混入する粒子混入工程と、
上記活物質粒子が混入した上記金属を冷却固化して金属塊を形成する金属塊形成工程と、
上記金属塊を圧延して、上記第１主面および第２主面を有する板状で、上記金属で上記活物質粒子を保持した正電極板を形成する圧延工程と、を備える
正電極板の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の正電極板の製造方法であって、
前記圧延工程の後に、前記正電極板の前記第１主面および第２主面の少なくともいずれかに露出する前記金属を溶解し、前記活物質粒子の露出面積を増加させる溶解工程を備える
正電極板の製造方法。
【請求項７】
第１板主面および第２板主面を有する板状の金属板の、上記第１板主面および第２板主面の少なくともいずれかを、正極活物質の焼成温度より低い温度で軟化させて軟化面とする軟化工程と、
粒子形状を有し上記正極活物質からなる活物質粒子を多数、上記金属板の上記軟化面にそれぞれ配置した後に、上記活物質粒子の形状を保ちつつ上記金属板の内側に向けて押し込む粒子押込み工程と、を備える
正電極板の製造方法。
【請求項８】
正電極板を備える電池の製造方法であって、
上記正電極板を、請求項５〜７のいずれか１項に記載の正電極板の製造方法で製造する電池の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−１９２５４７（Ｐ２００８−１９２５４７Ａ）
【公開日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７９９８（Ｐ２００７−２７９９８）
【出願日】平成１９年２月７日（２００７．２．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月７日（２００７．２．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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