電極体の製造方法及び電池
【課題】電気抵抗の小さい電極体を製造する。
【解決手段】活物質塗布装置５６と乾燥装置６０によって、集電体１２ｂの表面に活物質層を形成する工程Ａを実施する。電圧印加装置７０によって電圧を印加された一対のプレスローラ６４の間を表面に活物質層が形成された集電体（電極体１０ｂ）を通過させることで、集電体１２と、集電体の表面に形成された活物質層の表面との間に所定の電圧を印加する工程Ｂを実施する。電圧を印加することによって、集電体と活物質層との界面に生じた酸化膜や不動態膜を破壊することができる。電気抵抗の要因となる界面に生じた酸化膜や不動態膜を破壊することによって、電気抵抗を低減した電極体を製造することができる。
【解決手段】活物質塗布装置５６と乾燥装置６０によって、集電体１２ｂの表面に活物質層を形成する工程Ａを実施する。電圧印加装置７０によって電圧を印加された一対のプレスローラ６４の間を表面に活物質層が形成された集電体（電極体１０ｂ）を通過させることで、集電体１２と、集電体の表面に形成された活物質層の表面との間に所定の電圧を印加する工程Ｂを実施する。電圧を印加することによって、集電体と活物質層との界面に生じた酸化膜や不動態膜を破壊することができる。電気抵抗の要因となる界面に生じた酸化膜や不動態膜を破壊することによって、電気抵抗を低減した電極体を製造することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極体の製造方法に関する。また、その製造方法によって製造された電極体を利用する電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
集電体の表面に活物質を主成分とする層を有する電極体が知られている。そのような電極体は、例えば電池の電極体に利用される。以下、本明細書では、「活物質を主成分とする層」を活物質層と称する。
活物質層は、正極または負極となる集電体における電子の授受を促進するために設けられる。活物質としては、例えば、Ni系酸化物のものや炭素系のものなどの物質が利用される。集電体としては、例えばアルミニウムを主成分とする金属あるいは銅を主成分とする金属が利用される。
集電体の表面に活物質を結着させて活物質層を形成するために、活物質層の成分には活物質の他に結着材を混合させる場合がある。活物質と結着材を混合した混合物を液状あるいはペースト状にして集電体に結着させる。
集電体の表面に活物質層を形成すると、活物質と集電体との界面に結着材が不動態皮膜となって生成される場合がある。あるいは、活物質そのもの、又は活物質層に含まれるその他の成分が酸化し、活物質と集電体との界面に酸化膜が生成される場合もある。
不動態皮膜や酸化膜は、電気抵抗体として作用する。従って、活物質層と集電体の界面に不動態膜や酸化膜が存在すると、それらは電極体全体の電気抵抗となる。電極体の電気抵抗は小さい方が好ましいので、不動態膜や酸化膜は除去した方が良い。
特許文献１には、電池に組み込まれた電極体の抵抗を低減するための技術が開示されている。特許文献１の技術は、電極体を組み込んだ電池の両極にパルス状の電圧あるいは電流あるいは電気量を印加することによって、電極体の集電体と活物質層の界面に生じた酸化膜を除去する。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２１４６３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、電極体を組み込んだ電池の両極にパルス状の電圧あるいは電流あるいは電気量を印加する。パルス状の電圧等を印加することによって、界面に生じた酸化膜を還元させて除去する。
しかし界面に生じた不動態膜や酸化膜が多い場合には、電極体を組み込んだ電池に電圧等を印加しても不動態膜や酸化膜を十分に除去できない可能性がある。電極体が電池に組み込まれた状態では、電極体は電解液に浸されており、電池の許容値以上の電圧等を印加すると、電解液等、電池を構成する物質が破壊されてしまう虞があるからである。
集電体と活物質層の界面に生じた不動態膜や酸化膜を十分に除去して電極体の電気抵抗を低減する技術が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、電極体の製造方法であり、集電体の少なくとも一表面に活物質を主成分とする活物質層を形成する活物質層形成工程と、集電体と集電体の表面に形成された活物質層の表面との間に所定の電圧を印加する電圧印加工程を含む。
電極体を組み込んだ電池、あるいは電極体を組み込んだ装置では、その電池あるいは装置の許容値以上の電圧を印加することはできない。しかし電池や装置に組み込む前の電極体であれば、電池や装置の許容値以上の電圧を印加することができる。電池や装置に組み込む前であれば、その電池や装置の許容する電圧値を考慮することなく許容値以上の電圧を電極体に印加することができる。集電体の少なくとも一表面に活物質を主成分とする活物質層が形成された状態の電極体に、集電体と活物質層の表面との間に所定の電圧を印加することによって、集電体と活物質層との界面に生じた不動態膜や酸化膜を十分に除去することができる。電気抵抗の少ない電極体を製造することができる。
【０００６】
前記集電体は、シート状に形成されていることが好ましい。集電体をシート状に形成することによって、シート状の電極体を製造することができる。シート状の電極体は、例えば積層式や巻回式の電池を製造する上で好都合である。
【０００７】
活物質層が形成された集電体は、一対のローラの間を通過させることによって所定の厚さに形成される。前記電圧印加工程は、前記一対のローラを介して所定の電圧を印加することが好ましい。
活物質層が形成された集電体（即ち電極体）は、その用途に応じて所定の厚さに形成される。電極体を一対のローラの間に通すことによって所定の厚さに圧延される。圧延される際に電極体にはその厚さ方向に圧力が加えられる。そのローラを利用して電極体に通電すると、印加された電圧と、一対のローラから集電体と活物質層の界面に加えられる物理的な圧力との相乗効果によって、界面に生じた不動態膜や酸化膜をより効果的に除去することができる。
【０００８】
前記所定の電圧は、略１０Ｖ以上であることが好ましい。発明者らの実験によると、前記所定の電圧は、略１０Ｖ以上、より好ましくは略１０Ｖ程度であると、界面に生じた不動態膜や酸化膜を十分に除去できることが判明した。
【０００９】
本発明は、上記の製造方法で製造された電極体を用いた電池に具現化することもできる。この電池は、正極と負極の少なくとも一方の電極体が上記の製造方法により製造された正極用の電極体及び負極用の電極体と、セパレータを備えており、正極用の電極体と負極用の電極体は、セパレータを介して積層されていることを特徴とする。
【００１０】
電池の正極用の電極体と負極用の電極体の少なくとも一方の電極体に、上記製造方法によって製造された電極体を用いることによって、内部抵抗を低減した電池を実現できる。ここでいう「電池」は、正極用の電極体と負極用の電極体をセパレータを介して積層したものを巻回したいわゆる巻回式の電池であってもよい。また、化学反応を利用する狭義の電池に限られず、コンデンサ（キャパシタ）などの様なイオン吸脱着反応を利用した蓄電式の素子であってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、集電体と集電体の表面に形成された活物質層の間に生じた不動態膜や酸化膜を除去して電気抵抗を低減した電極体を製造することができる。また、本発明によれば、内部抵抗を低減した電池を実現することができる。
【実施例】
【００１２】
まず、図１を参照して電気抵抗を低減した電極体の製造方法を概説する。図１（Ａ）は、シート状の集電体１２の両面に活物質を主成分とする活物質層１４を形成した電極体１０の模式的断面図である。図１（Ｂ）は、図１に符号Ｂで示した集電体１２と活物質層１４の界面の模式的拡大図である。図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）の拡大図において、図１（Ｂ）に矢印３０で示すように、活物質層１４の表面と集電体との間に所定の電圧を印加した後の図である。なお、矢印３０が示す方向は電圧を印加する方向を示すが、電圧を印加する方向は矢印３０と逆向きであってもよい。矢印３０は、単に活物質層１４の表面と集電体１２の間に電圧を印加することを示している。
電極体１０の集電体１２は、正極用の電極体であれば、例えばアルミニウムを主成分とする導電性材料で形成される。また、負極用の電極体であれば例えば銅を主成分とする導電性材料で形成される。
集電体１２の表面に形成する活物質層１４は、例えば質量比でNi系活物質８５％、導電化材１０％、活物質と集電体１２を結着させるための結着材５％の原料を水で混合した液状又はペースト状の混合物が利用される。又は、例えば質量比で炭素系活物質９５％、結着材５％の原料を水で混合した液状又はペースト状の混合物が利用される。前者は集電体がアルミニウム等を主成分として含む正極用の電極体に適しており、後者は集電体が銅等を主成分として含む負極用の電極体に適している。
図１（Ａ）では、集電体１２の両面に活物質層１４が形成されている。活物質層１４は、例えば、上記の混合物を集電体１２の表面に塗布し、その後８０℃以上の熱風にて乾燥させることで形成する。
【００１３】
図１（Ｂ）は、図１に符号Ｂで示した集電体１２と活物質層１４の界面の模式的拡大図である。活物質の粒子を符号２０で示す。活物質の粒子２０ａ、２０ｂ、２０ｃは同じ活物質の粒子を表す。添え字ａ、ｂ、ｃは、個別の活物質の粒子の状態を説明するために付加したものである。以下では、簡単化のため、「活物質の粒子２０」を単に「粒子２０」と称することにする。また、図１には、一部の粒子にのみ符号２０を付している。
粒子２０ａは、その表面の一部２６ａで集電体１２と接触している。従って粒子２０ａと集電体１２は、電気的に結合している。また粒子２０ａは、集電体１２と接触している部分２６ａの周囲で結着材２２によって集電体１２と接合している。
粒子２０ｂは、その一部２６ｂで集電体１２の表面に生じた酸化膜２４と接触しており、集電体１２とは直接接触していない。従って粒子２０ｂは、集電体１２とは電気的に結合していない。なお粒子２０ｂはその一部２６ｂの周囲で結着材２２によって酸化膜２４と接合している。
粒子２０ｃは、結着材２２により集電体１２に結合している。しかし粒子２０ｃの集電体１２に最も近い部分２６ｃと集電体１２の間に結着材２２が介在している。従って、粒子２０ｃも集電体１２とは電気的に結合されていない。なお、結着材２２が集電体１２上で膜状に固化したものが不動態膜である。
粒子２０ｂと集電体１２の間に介在する酸化膜２４や、粒子２０ｃと集電体１２の間に介在する結着材２２が電極体１０の電気抵抗を生じさせる原因となる。
【００１４】
図１（Ｂ）に矢印３０で示すように電圧を印加すると、図１（Ｂ）で示した界面は図１（Ｃ）のように変化する。
電圧を印加すると、電気的に結合していない粒子２０ｂと集電体１２の間に電位差が生じる。電位差によって、粒子２０ｂと集電体１２の間に電界が生じる。電気は最短距離を流れようとするので、電界の強さは、粒子２０ｂのうちの集電体１２との距離が最も近い部分２６ｂと集電体１２の間が最も強くなる。この電界の作用によって、粒子２０ｂと集電体１２の間に介在する酸化膜２４が破壊される。その結果、粒子２０ｂはその一部２６ｂで集電体１２と接触することになる。粒子２０ｂと集電体１２が電気的に結合される。
同様に、粒子２０ｃのうちの集電体１２との距離が最も近い部分２６ｃと集電体１２の間に生じる電界によって、粒子２０ｃと集電体１２の間に介在した結着材２２（不動態膜）が破壊される。その結果、粒子２０ｃはその一部２６ｃで集電体１２と接触することになる。粒子２０ｃと集電体１２も電気的に結合される。
以上のように、活物質層１４の表面と集電体１２の間に所定の電圧を加えることで、活物質層１４に含まれる活物質粒子２０と集電体１２との間に介在する酸化膜２４や結着材２２（不動態膜）を除去することができる。従って集電体１２と活物質層１４中の活物質粒子との総合的な接触面積が増加する。その結果、電極体１０の電気抵抗を低減することができる。
集電体１２と活物質層１４の表面との間に電圧を印加するのは、電極体が単体の状態で行われる。従って、電極体が電池や装置などに組み込まれた状態と異なり、電池や装置の耐電圧値とは無関係に所定の電圧を電極体に印加することができる。酸化膜２４や結着材２２（不動態膜）を除去するのに十分な電圧を電極体に印加することができる。
【００１５】
なお、界面に生じる酸化膜２４や結着材２２によって形成される不動態膜は、電圧を印加することによって、集電体１２と粒子２０との間の距離が短い箇所、換言すれば集電体１２と粒子２０との間の膜厚の薄い箇所から破壊される。膜厚の薄い箇所は電位差によって生じる電界が最も強くなる箇所である。酸化膜２４や結着材２２によって形成される不動態膜は、電界の強さによって破壊される。従って、図１（Ｃ）において、粒子２０ｂと集電体１２の間のうち、それらの距離が最も短い符号２６ｂで示す部分に対応する酸化膜２４の部位が最初に破壊される。また、粒子２０ｃと集電体１２の間のうち、それらの距離が最も近い符号２６ｃで示す部分に対応する結着材２２（不動態膜２２）の部位が破壊される。酸化膜２４や不動態膜２２は、電圧を上げるに従い破壊される領域が広がることになる。電圧を上げすぎると結着材２２全体が破壊され、活物質層が剥がれ易くなる。従って印加する電圧には適切な範囲がある。印加する電圧には適切な範囲があるが、発明者らの実験によると、印加する電圧は略１０V以上で集電体から活物質層が剥離しない限度、より好ましくは略１０V程度が適切であるとの知見を得た。
【００１６】
図２に発明者らが行った実験の結果を示す。試験片とした電極体は、厚さ１５μmのアルミニウムシートを集電体に用いた。集電体の両面に、質量比Ni系活物質８５％、導電化材１０％、活物質と集電体１２を結着させるための結着材５％の原料を水で混合したペースト状の混合物を片面当たりの乾燥後の単位面積当たりの質量が６．４mg/cmとなるように塗布した後、８０℃以上の熱風で乾燥させた。乾燥後にロールプレスを施すことによって、片面当たりの活物質層の層厚を３６．５μmに形成した。
この試験片に電圧を印加したときの電極体の電気抵抗値の変化を図２に示す。電圧を印加開始直後の試験片の電気抵抗値は点ａに示すように約２４００Ωであった。電圧を１０Vまで徐々に上げていくと電気抵抗値は点ａ→点ｂ→点ｃ→点ｄ→点ｅ→点ｆ→点ｇと変化した。点ａから点ｇまでは試験結果にふらつきはあるものの、傾向として電圧を上げるにつれて電極体の電気抵抗値も小さくなることがわかる。印加電圧を１０Vとすると、点ｈに示すように電極体の電気抵抗値はほぼゼロとなった。その後、電圧をゼロまで下げても抵抗は上昇せず点ｊに示すようにほぼゼロのままとなった。なお、ここで「ほぼゼロ」とは、図２に示すグラフ縦軸の１０００Ωのオーダーと比較してほぼゼロであることを意味する。
【００１７】
上記実験結果からわかるように、集電体１２の表面に活物質層１４を形成した後に、集電体１２と活物質層１４の間に所定の電圧を印加することによって、電気抵抗を低減した電極体１０を製造することができる。
集電体の表面に活物質層を有する電極体の利用物、例えば電池では、定格電圧は概ね３V程度である。従って、電極体を組み込んだ電池の両電極間に１０Vの電圧を印加すると、電池自体が破壊される虞がある。電極体の製造過程で集電体１２と活物質層１４の間に所定の電圧を印加することによって、電気抵抗を低減した電極体を製造することができる。この電極体を利用すると、その利用物、例えば電池などの全体の電気抵抗値を低減することができる。
【００１８】
＜実施例１＞ 次に実施例１について説明する。図３は実施例に係る電極体１０の製造装置１００の模式図である。
この製造装置１００は、集電体ロール支持装置５０と、活物質塗布装置５６と、乾燥装置６０と、一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂと、電圧印加装置７０と、電極体巻取り装置６８を備える。
また、各装置の間で集電体や電極体を次の装置へ案内する第１ガイドローラ５２と第２ガイドローラ５８と第３ガイドローラ６２と第４ガイドローラ６６を備える。
集電体ロール支持装置５０は、シート状の集電体１２ｂを巻回した集電体ロール１２ａを支持している。
活物質塗布装置５６には、第１ガイドローラ５２によってシート状の集電体１２ｂが搬入される。活物質塗布装置５６では、活物質層の材料となる混合物が集電体１２ｂの表面に塗布される。混合物は前述したように、質量比でNi系活物質８５％、導電化材１０％、結着材５％の原料を水で混合した混合物や、質量比で炭素系活物質９５％、結着材５％の原料を水で混合した混合物などである。
活物質塗布装置５６内でシート状の集電体１２ｂの表面に混合物が塗布された電極体１０ａは、第２ガイドローラ５８によって乾燥装置６０へ搬入される。乾燥装置６０では、塗布された混合物を乾燥させる。塗布された混合物が乾燥し、集電体１２ｂの表面に活物質層が形成された電極体を電極体１０ｂと称する。
乾燥装置６０から搬出された電極体１０ｂは、第３ガイドローラ６２によって、一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂの間に挿入される。一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂによって、電極体１０ｂは厚さ方向に圧力が加えられて所定の厚さに延ばされる。また一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂには電圧印加装置７０が接続されている。電圧印加装置７０によって、一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂの間に電圧が加えられる。電極体１０ｂは、一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂと接触して圧力を受ける。従って一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂを介して電極体１０ｂにおける活物質層の表面と集電体の間に電圧が印加される。一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂによって所定の厚さに形成され、かつ電圧を印加された電極体を電極体１０ｃと称する。一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂを通過した電極体１０ｃは、第４ガイドローラ６６によって、電極体巻取り装置６８へ送られる。
電極体巻取り装置６８では、完成した電極体１０ｃがロール状に巻き取られ、電極体ロール１０ｄとなる。
【００１９】
活物質塗布装置５６と乾燥装置６０によって、集電体１２ｂの表面に活物質層を形成する工程Ａが実施される。電圧を印加された一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂによって、集電体１２ｂと、集電体１２ｂの表面に形成された活物質層の表面との間に所定の電圧を印加する工程Ｂが実施される。
【００２０】
図４に、電極体１０ｂが一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂを通過して所定の厚さの電極体１０ｃに形成される様子を模式的に示す。
所定の厚さに形成される前の電極体１０ｂの厚さはＴ１である。この厚さＴ１の電極体１０ｂが一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂの間を通過する際に、電極体１０ｂはその厚さ方向に一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂから圧力を受ける。電極体１０ｂは、一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂから受ける圧力によって、その厚さがＴ２となる。特に集電体１２ｂより剛性の低い活物質層１４がその厚さ方向に延ばされる。その結果、厚さＴ２の電極体１０ｃが形成される。
また、一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂには電圧印加装置７０が接続されている。電圧印加装置７０によって、一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂの間に電圧が加えられる。従って、一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂを介して、電極体１０ｂにおける活物質層１４の表面と集電体１２ｂの間に電圧が印加される。厚さＴ１の電極体１０ｂは、ローラ間に電圧が印加された一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂによって、集電体１２ｂと活物質層１４との界面には電圧とともに、物理的な圧力が印加される。電圧と物理的な圧力の相乗効果によって、界面に生じた不動態膜や酸化膜をより効果的に除去することができる。
電圧印加装置７０が一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂに印加する電圧は、直流電圧でもよいし交流電圧でもよい。
【００２１】
上記に説明した実施例の製造装置１００では、集電体１２ｂに活物質層を形成する工程Ａと、集電体１２ｂと集電体１２ｂの表面に形成された活物質層１４の表面との間に所定の電圧を印加する工程Ｂを一貫して実施することができる。集電体１２ｂに活物質層１４を形成する工程Ａと、集電体１２ｂと集電体１２ｂの表面に形成された活物質層１４の表面との間に所定の電圧を印加する工程Ｂは、別々の装置によって実施してもよい。
【００２２】
＜実施例２＞ 次に実施例２について説明する。この実施例は、内部電気抵抗を低減した電池である。
図５に電池２００の縦断面図を示す。電池２００は、有底円筒状であり、導電材質で形成された容器８４の底部に下部絶縁部品８６が配置されており、下部絶縁部品８６の上に電池本体８２が配置されている。電池本体８２の上部には上部絶縁部品８８が配置されており、その上に絶縁ガスケット９０が配置されている。絶縁ガスケット９０の周縁は、容器８４の上部端に固着されており、容器８４内に密閉空間を形成している。絶縁ガスケット９０は、その中央に貫通孔９０ａを有している。貫通孔９０ａを覆うように正極端子９４が配置されている。
容器８４の内部には電解液が含浸されている後述のセパレータ７４ｂ、７４ｄを含む電池本体８２が収納されている。
容器８４の側面外周と、上面外縁と、下面外縁を外周絶縁部品９６が覆っている。
【００２３】
電池本体８２は、シート状の負極用電極体７２ｃと、シート状の第１セパレータ７４ｂと、シート状の正極用電極体７６ｃと、シート状の第２セパレータ７４ｄがこの順番で積層され巻回されている。図５では、積層された負極用電極体７２ｃ等が一重に巻回された状態が示してあるが、実際には何重にも巻回されている。
負極用電極体７２ｃと正極用電極体７６ｃは、実施例１で述べた材料により形成されている。第１セパレータ７４ｂと第２セパレータ７４ｄは、例えばポリエチレンの多孔シートや、ポリエチレンの多孔シートの両面にポリプロピレンの多孔シートを形成した３層構造のシートなどが用いられる。第１セパレータ７４ｂと第２セパレータ７４ｄは、その両側に位置する負極用電極体７２ｃと正極用電極体７６ｃを絶縁する役割を果たす。第１セパレータ７４ｂと第２セパレータ７４ｄには、電解液が含浸されている。なお、第１セパレータ７４ｂと第２セパレータ７４ｄのいずれか一方、あるいは両方を誘電体で構成してもよい。セパレータを誘電体で構成することによって、電池本体８２をコンデンサ（キャパシタ）として機能させることができる。そうすることによって、コンデンサ（キャパシタ）に蓄電する蓄電式の電池を実現することができる。
【００２４】
シート状の負極用電極体７２ｃ等が巻回された電池本体８２の最外周は負極用電極体７２ｃとなっており、容器８４の内周と接している。容器８４は導電材料で形成されているので、負極用電極体７２ｃと容器８４は電気的に接続されている。一方、容器８４の側面外周は外周絶縁部品９６で外部と絶縁され、容器８４の上面は絶縁ガスケット９０で外部と絶縁されている。従って、外部に露出している容器８４の下面が電池２００の負極端子となる。
電池本体８２の正極用電極体７６ｃと正極端子９４を電気的に接続する正極リード部品９２が電池２００の上部に配置されている。正極リード部品９２は、一端が正極用電極体７６ｃの上部と接しており、他端が正極端子９４に接している。正極リード部品９２は、上部絶縁部品８８を貫通し、絶縁ガスケット９０の貫通孔９０ａを通って配置されており、正極用電極体７６ｃと正極端子９４を電気的に接続している。
電池本体８２の正極用電極体７６ｃと正極端子９４は、電気的に接続されているので、正極端子９４が、電池２００の正極端子となる。
この電池２００は、正極端子９４に正、負極端子（容器８４の下面）に負の電圧を印加すれば電池本体８２に電気を充電することができ、充電状態で正極端子９４と負極端子の間にモータや電球等の負荷を接続すれば放電することができる。
【００２５】
電池２００の電池本体８２の製造方法を図６を参照して説明する。
図６に左側にはロール状の負極用電極体７２ａとロール状の第１セパレータ７４ａとロール状の正極用電極体７６ａとロール状の第２セパレータ７４ｃが示されている。
ロール状の負極用電極体７２ａに巻かれている負極用電極体７２ｂは、実施例１の図３に示す工程Ａ、即ち、シート状の集電体の両側に活物質層が形成された状態のものであり、電圧を印加する前の電極体である。ロール状の負極用電極体７２ａから巻き戻された電圧印加前の負極用電極体７２ｂは、一対の第１プレスローラ７８ａのローラ間を通る際に所定の厚さに圧延される。一対の第１プレスローラ７８ａの夫々のローラには電圧印加装置７０によって電圧が印加されている。従って、電圧印加前の負極用電極体７２ｂは、図４と同様に、一対の第１プレスローラ７８ａによって所定の厚さに圧延されると同時に、電圧印加前の負極用電極体７２ｂの集電体と活物質層との間に電圧が印加される。その結果、一対の第１プレスローラ７８ａを通過した負極用電極体７２ｃは、所定の厚さに圧延されるとともに、集電体と活物質層との間の酸化膜や不動態膜が破壊されて電気抵抗が低減されている。圧延され同時に電圧が印加されて電気抵抗が低減された負極用電極体７２ｃは巻回装置８１へ送られる。
ロール状の正極用電極体７６ａから巻き戻されたシート状の正極用電極体７６ｂは、実施例１の図３に示す工程Ａ、即ち、シート状の集電体の両側に活物質層が形成された状態のものであり、電圧を印加する前の電極体である。ロール状の正極用電極体７６ａから巻き戻された電圧印加前の正極用電極体７６ｂは、一対の第２プレスローラ７８ｂのローラ間を通る際に所定の厚さに圧延される。一対の第２プレスローラ７８ｂの夫々のローラには電圧印加装置７０によって電圧が印加されている。従って、電圧印加前の正極用電極体７６ｂは、図４と同様に、一対の第２プレスローラ７８ｂによって所定の厚さに圧延されると同時に、電圧印加前の正極用電極体７６ｂの集電体と活物質層との間に電圧が印加される。その結果、一対の第２プレスローラ７８ｂを通過した正極用電極体７６ｃは、所定の厚さに圧延されるとともに、集電体と活物質層との間の酸化膜や不動態膜が破壊されて電気抵抗が低減されている。圧延され同時に電圧が印加されて電気抵抗が低減された正極用電極体７６ｃは巻回装置８１へ送られる。
ロール状の第１セパレータ７４ａから巻き戻されたシート状の第１セパレータ７４ｂは一対の第１送りローラ８０ａによって巻回装置８１へ送られる。ロール状の第２セパレータ７４ｃから巻き戻されたシート状の第２セパレータ７４ｄは一対の第２送りローラ８０ｂによって巻回装置８１へ送られる。
巻回装置８１は、外側から負極用電極体７２ｃ、第１セパレータ７４ｂ、正極用電極体７６ｃ、第２セパレータ７４ｄの順に積層されながら巻回されて電池本体８２となる。
こうして製造された電池本体８２が図５で示した電池２００に用いられる。
【００２６】
本実施例では、電圧印加前の負極用電極体７２ｂと電圧印加前の正極用電極体７６ｂと第１セパレータ７４ｂと第２セパレータ７４ｄを巻回して電池本体８２を製造する際に、巻回前に負極用電極体７２ｂと正極用電極体７６ｂの夫々に電圧を印加する。電圧を印加するのは、負極用電極体７２ｂ単体あるいは正極用電極体７６ｂ単体であるので、完成した電池２００の許容電圧値に関わりなく電圧を印加できる。夫々の電極体の集電体と活物質層の界面に生じた酸化膜や不動態膜を破壊するために十分な電圧を印加することができる。従って、電池本体８２として巻回された負極用電極体７２ｃと正極用電極体７６ｃは、電気抵抗が低減されている。電気抵抗の低減された負極用電極体７２ｃと正極用電極体７６ｃがセパレータを介して巻回された電池本体８２を図５に示す電池２００に利用することによって、内部電気抵抗を低減した電池２００を実現できる。
【００２７】
集電体の表面に活物質層を有する電極体を利用した電池の定格電圧はせいぜい３V程度である。これは、電池内部の電解液や、電池を構成するその他の物質の耐電圧性によって規定される。従って、電極体を組み込んだ電池の両電極間に、電極体を構成する集電体と活物質層の界面に生じた酸化膜や不動態膜を破壊するために３Vを超える大きな電圧を印加すると、電池自体が破壊される虞がある。電極体を電池に組み込む前に、電極体を構成する集電体と活物質層の間に所定の電圧を印加することによって、電気抵抗を低減した電極体を製造することができる。この電気抵抗を低減した電極体を、セパレータを介して積層し、積層したものを電池本体とする電池を製造すると、内部電気抵抗を低減した電池を実現することができる。
【００２８】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００２９】
例えば、上記の実施例では、一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂの間に電圧を印加する構成とした（図３及び図４参照）。これに代えて、集電体１２とプレスローラ６４ａの間及び、集電体１２とプレスローラ６４ｂの間の夫々に電圧を印加するようにしてもよい。具体的には、例えば、集電体１２の表面の一部に活物質層を塗布しない領域がある場合に、その領域に電圧印加装置の一方の電極を接触させ、プレスローラ６４ａ、６４ｂの双方に電圧印加装置の他方の電極を接続する構成とすればよい。
【００３０】
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１（Ａ）は集電体に活物質層を形成した電極体の模式図である。図１（Ｂ）は、集電体と活物質層の界面の模式的拡大図である。図１（Ｃ）は、電圧を印加した後の集電体と活物質層の界面の模式的拡大図である。
【図２】電極体の試験片に電圧を印加する実験における電圧と試験片の電気抵抗との関係を示す図である。
【図３】実施例１に係る電極体の製造装置の模式図である。
【図４】電圧を印加した一対のプレスローラによる電極体の圧延の様子を説明する図である。
【図５】実施例２に係る電池の縦断面図である。
【図６】負極用電極体と正極用電極体をセパレータを介して積層した電池本体の製造工程を説明する図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ：電極体
１２：集電体
１４：活物質層
２０：活物質の粒子
２２：結着材
２４：酸化膜
５０：集電体ロール支持装置
５６：活物質塗布装置
６０：乾燥装置
６４ａ、６４ｂ：プレスローラ
６８：電極体巻取り装置
７０：電圧印加装置
７２ａ：ロール状の負極用電極体
７２ｂ、７２ｃ：負極用電極体
７４ａ、７４ｃ：ロール状のセパレータ
７４ｂ、７４ｄ：セパレータ
７６ａ：ロール状の正極用電極体
７６ｂ、７６ｃ：正極用電極体
７８ａ、７８ｂ：プレスローラ
８０ａ、８０ｂ：送りローラ
８１：巻回装置
８２：電池本体
８４：容器
８６：下部絶縁部品
８８：上部絶縁部品
９０：絶縁ガスケット
９０ａ：貫通孔
９２：正極リード部品
９４：正極端子
９６：外周絶縁部品
２００：電池
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極体の製造方法に関する。また、その製造方法によって製造された電極体を利用する電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
集電体の表面に活物質を主成分とする層を有する電極体が知られている。そのような電極体は、例えば電池の電極体に利用される。以下、本明細書では、「活物質を主成分とする層」を活物質層と称する。
活物質層は、正極または負極となる集電体における電子の授受を促進するために設けられる。活物質としては、例えば、Ni系酸化物のものや炭素系のものなどの物質が利用される。集電体としては、例えばアルミニウムを主成分とする金属あるいは銅を主成分とする金属が利用される。
集電体の表面に活物質を結着させて活物質層を形成するために、活物質層の成分には活物質の他に結着材を混合させる場合がある。活物質と結着材を混合した混合物を液状あるいはペースト状にして集電体に結着させる。
集電体の表面に活物質層を形成すると、活物質と集電体との界面に結着材が不動態皮膜となって生成される場合がある。あるいは、活物質そのもの、又は活物質層に含まれるその他の成分が酸化し、活物質と集電体との界面に酸化膜が生成される場合もある。
不動態皮膜や酸化膜は、電気抵抗体として作用する。従って、活物質層と集電体の界面に不動態膜や酸化膜が存在すると、それらは電極体全体の電気抵抗となる。電極体の電気抵抗は小さい方が好ましいので、不動態膜や酸化膜は除去した方が良い。
特許文献１には、電池に組み込まれた電極体の抵抗を低減するための技術が開示されている。特許文献１の技術は、電極体を組み込んだ電池の両極にパルス状の電圧あるいは電流あるいは電気量を印加することによって、電極体の集電体と活物質層の界面に生じた酸化膜を除去する。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２１４６３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、電極体を組み込んだ電池の両極にパルス状の電圧あるいは電流あるいは電気量を印加する。パルス状の電圧等を印加することによって、界面に生じた酸化膜を還元させて除去する。
しかし界面に生じた不動態膜や酸化膜が多い場合には、電極体を組み込んだ電池に電圧等を印加しても不動態膜や酸化膜を十分に除去できない可能性がある。電極体が電池に組み込まれた状態では、電極体は電解液に浸されており、電池の許容値以上の電圧等を印加すると、電解液等、電池を構成する物質が破壊されてしまう虞があるからである。
集電体と活物質層の界面に生じた不動態膜や酸化膜を十分に除去して電極体の電気抵抗を低減する技術が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、電極体の製造方法であり、集電体の少なくとも一表面に活物質を主成分とする活物質層を形成する活物質層形成工程と、集電体と集電体の表面に形成された活物質層の表面との間に所定の電圧を印加する電圧印加工程を含む。
電極体を組み込んだ電池、あるいは電極体を組み込んだ装置では、その電池あるいは装置の許容値以上の電圧を印加することはできない。しかし電池や装置に組み込む前の電極体であれば、電池や装置の許容値以上の電圧を印加することができる。電池や装置に組み込む前であれば、その電池や装置の許容する電圧値を考慮することなく許容値以上の電圧を電極体に印加することができる。集電体の少なくとも一表面に活物質を主成分とする活物質層が形成された状態の電極体に、集電体と活物質層の表面との間に所定の電圧を印加することによって、集電体と活物質層との界面に生じた不動態膜や酸化膜を十分に除去することができる。電気抵抗の少ない電極体を製造することができる。
【０００６】
前記集電体は、シート状に形成されていることが好ましい。集電体をシート状に形成することによって、シート状の電極体を製造することができる。シート状の電極体は、例えば積層式や巻回式の電池を製造する上で好都合である。
【０００７】
活物質層が形成された集電体は、一対のローラの間を通過させることによって所定の厚さに形成される。前記電圧印加工程は、前記一対のローラを介して所定の電圧を印加することが好ましい。
活物質層が形成された集電体（即ち電極体）は、その用途に応じて所定の厚さに形成される。電極体を一対のローラの間に通すことによって所定の厚さに圧延される。圧延される際に電極体にはその厚さ方向に圧力が加えられる。そのローラを利用して電極体に通電すると、印加された電圧と、一対のローラから集電体と活物質層の界面に加えられる物理的な圧力との相乗効果によって、界面に生じた不動態膜や酸化膜をより効果的に除去することができる。
【０００８】
前記所定の電圧は、略１０Ｖ以上であることが好ましい。発明者らの実験によると、前記所定の電圧は、略１０Ｖ以上、より好ましくは略１０Ｖ程度であると、界面に生じた不動態膜や酸化膜を十分に除去できることが判明した。
【０００９】
本発明は、上記の製造方法で製造された電極体を用いた電池に具現化することもできる。この電池は、正極と負極の少なくとも一方の電極体が上記の製造方法により製造された正極用の電極体及び負極用の電極体と、セパレータを備えており、正極用の電極体と負極用の電極体は、セパレータを介して積層されていることを特徴とする。
【００１０】
電池の正極用の電極体と負極用の電極体の少なくとも一方の電極体に、上記製造方法によって製造された電極体を用いることによって、内部抵抗を低減した電池を実現できる。ここでいう「電池」は、正極用の電極体と負極用の電極体をセパレータを介して積層したものを巻回したいわゆる巻回式の電池であってもよい。また、化学反応を利用する狭義の電池に限られず、コンデンサ（キャパシタ）などの様なイオン吸脱着反応を利用した蓄電式の素子であってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、集電体と集電体の表面に形成された活物質層の間に生じた不動態膜や酸化膜を除去して電気抵抗を低減した電極体を製造することができる。また、本発明によれば、内部抵抗を低減した電池を実現することができる。
【実施例】
【００１２】
まず、図１を参照して電気抵抗を低減した電極体の製造方法を概説する。図１（Ａ）は、シート状の集電体１２の両面に活物質を主成分とする活物質層１４を形成した電極体１０の模式的断面図である。図１（Ｂ）は、図１に符号Ｂで示した集電体１２と活物質層１４の界面の模式的拡大図である。図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）の拡大図において、図１（Ｂ）に矢印３０で示すように、活物質層１４の表面と集電体との間に所定の電圧を印加した後の図である。なお、矢印３０が示す方向は電圧を印加する方向を示すが、電圧を印加する方向は矢印３０と逆向きであってもよい。矢印３０は、単に活物質層１４の表面と集電体１２の間に電圧を印加することを示している。
電極体１０の集電体１２は、正極用の電極体であれば、例えばアルミニウムを主成分とする導電性材料で形成される。また、負極用の電極体であれば例えば銅を主成分とする導電性材料で形成される。
集電体１２の表面に形成する活物質層１４は、例えば質量比でNi系活物質８５％、導電化材１０％、活物質と集電体１２を結着させるための結着材５％の原料を水で混合した液状又はペースト状の混合物が利用される。又は、例えば質量比で炭素系活物質９５％、結着材５％の原料を水で混合した液状又はペースト状の混合物が利用される。前者は集電体がアルミニウム等を主成分として含む正極用の電極体に適しており、後者は集電体が銅等を主成分として含む負極用の電極体に適している。
図１（Ａ）では、集電体１２の両面に活物質層１４が形成されている。活物質層１４は、例えば、上記の混合物を集電体１２の表面に塗布し、その後８０℃以上の熱風にて乾燥させることで形成する。
【００１３】
図１（Ｂ）は、図１に符号Ｂで示した集電体１２と活物質層１４の界面の模式的拡大図である。活物質の粒子を符号２０で示す。活物質の粒子２０ａ、２０ｂ、２０ｃは同じ活物質の粒子を表す。添え字ａ、ｂ、ｃは、個別の活物質の粒子の状態を説明するために付加したものである。以下では、簡単化のため、「活物質の粒子２０」を単に「粒子２０」と称することにする。また、図１には、一部の粒子にのみ符号２０を付している。
粒子２０ａは、その表面の一部２６ａで集電体１２と接触している。従って粒子２０ａと集電体１２は、電気的に結合している。また粒子２０ａは、集電体１２と接触している部分２６ａの周囲で結着材２２によって集電体１２と接合している。
粒子２０ｂは、その一部２６ｂで集電体１２の表面に生じた酸化膜２４と接触しており、集電体１２とは直接接触していない。従って粒子２０ｂは、集電体１２とは電気的に結合していない。なお粒子２０ｂはその一部２６ｂの周囲で結着材２２によって酸化膜２４と接合している。
粒子２０ｃは、結着材２２により集電体１２に結合している。しかし粒子２０ｃの集電体１２に最も近い部分２６ｃと集電体１２の間に結着材２２が介在している。従って、粒子２０ｃも集電体１２とは電気的に結合されていない。なお、結着材２２が集電体１２上で膜状に固化したものが不動態膜である。
粒子２０ｂと集電体１２の間に介在する酸化膜２４や、粒子２０ｃと集電体１２の間に介在する結着材２２が電極体１０の電気抵抗を生じさせる原因となる。
【００１４】
図１（Ｂ）に矢印３０で示すように電圧を印加すると、図１（Ｂ）で示した界面は図１（Ｃ）のように変化する。
電圧を印加すると、電気的に結合していない粒子２０ｂと集電体１２の間に電位差が生じる。電位差によって、粒子２０ｂと集電体１２の間に電界が生じる。電気は最短距離を流れようとするので、電界の強さは、粒子２０ｂのうちの集電体１２との距離が最も近い部分２６ｂと集電体１２の間が最も強くなる。この電界の作用によって、粒子２０ｂと集電体１２の間に介在する酸化膜２４が破壊される。その結果、粒子２０ｂはその一部２６ｂで集電体１２と接触することになる。粒子２０ｂと集電体１２が電気的に結合される。
同様に、粒子２０ｃのうちの集電体１２との距離が最も近い部分２６ｃと集電体１２の間に生じる電界によって、粒子２０ｃと集電体１２の間に介在した結着材２２（不動態膜）が破壊される。その結果、粒子２０ｃはその一部２６ｃで集電体１２と接触することになる。粒子２０ｃと集電体１２も電気的に結合される。
以上のように、活物質層１４の表面と集電体１２の間に所定の電圧を加えることで、活物質層１４に含まれる活物質粒子２０と集電体１２との間に介在する酸化膜２４や結着材２２（不動態膜）を除去することができる。従って集電体１２と活物質層１４中の活物質粒子との総合的な接触面積が増加する。その結果、電極体１０の電気抵抗を低減することができる。
集電体１２と活物質層１４の表面との間に電圧を印加するのは、電極体が単体の状態で行われる。従って、電極体が電池や装置などに組み込まれた状態と異なり、電池や装置の耐電圧値とは無関係に所定の電圧を電極体に印加することができる。酸化膜２４や結着材２２（不動態膜）を除去するのに十分な電圧を電極体に印加することができる。
【００１５】
なお、界面に生じる酸化膜２４や結着材２２によって形成される不動態膜は、電圧を印加することによって、集電体１２と粒子２０との間の距離が短い箇所、換言すれば集電体１２と粒子２０との間の膜厚の薄い箇所から破壊される。膜厚の薄い箇所は電位差によって生じる電界が最も強くなる箇所である。酸化膜２４や結着材２２によって形成される不動態膜は、電界の強さによって破壊される。従って、図１（Ｃ）において、粒子２０ｂと集電体１２の間のうち、それらの距離が最も短い符号２６ｂで示す部分に対応する酸化膜２４の部位が最初に破壊される。また、粒子２０ｃと集電体１２の間のうち、それらの距離が最も近い符号２６ｃで示す部分に対応する結着材２２（不動態膜２２）の部位が破壊される。酸化膜２４や不動態膜２２は、電圧を上げるに従い破壊される領域が広がることになる。電圧を上げすぎると結着材２２全体が破壊され、活物質層が剥がれ易くなる。従って印加する電圧には適切な範囲がある。印加する電圧には適切な範囲があるが、発明者らの実験によると、印加する電圧は略１０V以上で集電体から活物質層が剥離しない限度、より好ましくは略１０V程度が適切であるとの知見を得た。
【００１６】
図２に発明者らが行った実験の結果を示す。試験片とした電極体は、厚さ１５μmのアルミニウムシートを集電体に用いた。集電体の両面に、質量比Ni系活物質８５％、導電化材１０％、活物質と集電体１２を結着させるための結着材５％の原料を水で混合したペースト状の混合物を片面当たりの乾燥後の単位面積当たりの質量が６．４mg/cmとなるように塗布した後、８０℃以上の熱風で乾燥させた。乾燥後にロールプレスを施すことによって、片面当たりの活物質層の層厚を３６．５μmに形成した。
この試験片に電圧を印加したときの電極体の電気抵抗値の変化を図２に示す。電圧を印加開始直後の試験片の電気抵抗値は点ａに示すように約２４００Ωであった。電圧を１０Vまで徐々に上げていくと電気抵抗値は点ａ→点ｂ→点ｃ→点ｄ→点ｅ→点ｆ→点ｇと変化した。点ａから点ｇまでは試験結果にふらつきはあるものの、傾向として電圧を上げるにつれて電極体の電気抵抗値も小さくなることがわかる。印加電圧を１０Vとすると、点ｈに示すように電極体の電気抵抗値はほぼゼロとなった。その後、電圧をゼロまで下げても抵抗は上昇せず点ｊに示すようにほぼゼロのままとなった。なお、ここで「ほぼゼロ」とは、図２に示すグラフ縦軸の１０００Ωのオーダーと比較してほぼゼロであることを意味する。
【００１７】
上記実験結果からわかるように、集電体１２の表面に活物質層１４を形成した後に、集電体１２と活物質層１４の間に所定の電圧を印加することによって、電気抵抗を低減した電極体１０を製造することができる。
集電体の表面に活物質層を有する電極体の利用物、例えば電池では、定格電圧は概ね３V程度である。従って、電極体を組み込んだ電池の両電極間に１０Vの電圧を印加すると、電池自体が破壊される虞がある。電極体の製造過程で集電体１２と活物質層１４の間に所定の電圧を印加することによって、電気抵抗を低減した電極体を製造することができる。この電極体を利用すると、その利用物、例えば電池などの全体の電気抵抗値を低減することができる。
【００１８】
＜実施例１＞ 次に実施例１について説明する。図３は実施例に係る電極体１０の製造装置１００の模式図である。
この製造装置１００は、集電体ロール支持装置５０と、活物質塗布装置５６と、乾燥装置６０と、一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂと、電圧印加装置７０と、電極体巻取り装置６８を備える。
また、各装置の間で集電体や電極体を次の装置へ案内する第１ガイドローラ５２と第２ガイドローラ５８と第３ガイドローラ６２と第４ガイドローラ６６を備える。
集電体ロール支持装置５０は、シート状の集電体１２ｂを巻回した集電体ロール１２ａを支持している。
活物質塗布装置５６には、第１ガイドローラ５２によってシート状の集電体１２ｂが搬入される。活物質塗布装置５６では、活物質層の材料となる混合物が集電体１２ｂの表面に塗布される。混合物は前述したように、質量比でNi系活物質８５％、導電化材１０％、結着材５％の原料を水で混合した混合物や、質量比で炭素系活物質９５％、結着材５％の原料を水で混合した混合物などである。
活物質塗布装置５６内でシート状の集電体１２ｂの表面に混合物が塗布された電極体１０ａは、第２ガイドローラ５８によって乾燥装置６０へ搬入される。乾燥装置６０では、塗布された混合物を乾燥させる。塗布された混合物が乾燥し、集電体１２ｂの表面に活物質層が形成された電極体を電極体１０ｂと称する。
乾燥装置６０から搬出された電極体１０ｂは、第３ガイドローラ６２によって、一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂの間に挿入される。一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂによって、電極体１０ｂは厚さ方向に圧力が加えられて所定の厚さに延ばされる。また一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂには電圧印加装置７０が接続されている。電圧印加装置７０によって、一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂの間に電圧が加えられる。電極体１０ｂは、一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂと接触して圧力を受ける。従って一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂを介して電極体１０ｂにおける活物質層の表面と集電体の間に電圧が印加される。一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂによって所定の厚さに形成され、かつ電圧を印加された電極体を電極体１０ｃと称する。一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂを通過した電極体１０ｃは、第４ガイドローラ６６によって、電極体巻取り装置６８へ送られる。
電極体巻取り装置６８では、完成した電極体１０ｃがロール状に巻き取られ、電極体ロール１０ｄとなる。
【００１９】
活物質塗布装置５６と乾燥装置６０によって、集電体１２ｂの表面に活物質層を形成する工程Ａが実施される。電圧を印加された一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂによって、集電体１２ｂと、集電体１２ｂの表面に形成された活物質層の表面との間に所定の電圧を印加する工程Ｂが実施される。
【００２０】
図４に、電極体１０ｂが一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂを通過して所定の厚さの電極体１０ｃに形成される様子を模式的に示す。
所定の厚さに形成される前の電極体１０ｂの厚さはＴ１である。この厚さＴ１の電極体１０ｂが一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂの間を通過する際に、電極体１０ｂはその厚さ方向に一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂから圧力を受ける。電極体１０ｂは、一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂから受ける圧力によって、その厚さがＴ２となる。特に集電体１２ｂより剛性の低い活物質層１４がその厚さ方向に延ばされる。その結果、厚さＴ２の電極体１０ｃが形成される。
また、一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂには電圧印加装置７０が接続されている。電圧印加装置７０によって、一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂの間に電圧が加えられる。従って、一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂを介して、電極体１０ｂにおける活物質層１４の表面と集電体１２ｂの間に電圧が印加される。厚さＴ１の電極体１０ｂは、ローラ間に電圧が印加された一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂによって、集電体１２ｂと活物質層１４との界面には電圧とともに、物理的な圧力が印加される。電圧と物理的な圧力の相乗効果によって、界面に生じた不動態膜や酸化膜をより効果的に除去することができる。
電圧印加装置７０が一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂに印加する電圧は、直流電圧でもよいし交流電圧でもよい。
【００２１】
上記に説明した実施例の製造装置１００では、集電体１２ｂに活物質層を形成する工程Ａと、集電体１２ｂと集電体１２ｂの表面に形成された活物質層１４の表面との間に所定の電圧を印加する工程Ｂを一貫して実施することができる。集電体１２ｂに活物質層１４を形成する工程Ａと、集電体１２ｂと集電体１２ｂの表面に形成された活物質層１４の表面との間に所定の電圧を印加する工程Ｂは、別々の装置によって実施してもよい。
【００２２】
＜実施例２＞ 次に実施例２について説明する。この実施例は、内部電気抵抗を低減した電池である。
図５に電池２００の縦断面図を示す。電池２００は、有底円筒状であり、導電材質で形成された容器８４の底部に下部絶縁部品８６が配置されており、下部絶縁部品８６の上に電池本体８２が配置されている。電池本体８２の上部には上部絶縁部品８８が配置されており、その上に絶縁ガスケット９０が配置されている。絶縁ガスケット９０の周縁は、容器８４の上部端に固着されており、容器８４内に密閉空間を形成している。絶縁ガスケット９０は、その中央に貫通孔９０ａを有している。貫通孔９０ａを覆うように正極端子９４が配置されている。
容器８４の内部には電解液が含浸されている後述のセパレータ７４ｂ、７４ｄを含む電池本体８２が収納されている。
容器８４の側面外周と、上面外縁と、下面外縁を外周絶縁部品９６が覆っている。
【００２３】
電池本体８２は、シート状の負極用電極体７２ｃと、シート状の第１セパレータ７４ｂと、シート状の正極用電極体７６ｃと、シート状の第２セパレータ７４ｄがこの順番で積層され巻回されている。図５では、積層された負極用電極体７２ｃ等が一重に巻回された状態が示してあるが、実際には何重にも巻回されている。
負極用電極体７２ｃと正極用電極体７６ｃは、実施例１で述べた材料により形成されている。第１セパレータ７４ｂと第２セパレータ７４ｄは、例えばポリエチレンの多孔シートや、ポリエチレンの多孔シートの両面にポリプロピレンの多孔シートを形成した３層構造のシートなどが用いられる。第１セパレータ７４ｂと第２セパレータ７４ｄは、その両側に位置する負極用電極体７２ｃと正極用電極体７６ｃを絶縁する役割を果たす。第１セパレータ７４ｂと第２セパレータ７４ｄには、電解液が含浸されている。なお、第１セパレータ７４ｂと第２セパレータ７４ｄのいずれか一方、あるいは両方を誘電体で構成してもよい。セパレータを誘電体で構成することによって、電池本体８２をコンデンサ（キャパシタ）として機能させることができる。そうすることによって、コンデンサ（キャパシタ）に蓄電する蓄電式の電池を実現することができる。
【００２４】
シート状の負極用電極体７２ｃ等が巻回された電池本体８２の最外周は負極用電極体７２ｃとなっており、容器８４の内周と接している。容器８４は導電材料で形成されているので、負極用電極体７２ｃと容器８４は電気的に接続されている。一方、容器８４の側面外周は外周絶縁部品９６で外部と絶縁され、容器８４の上面は絶縁ガスケット９０で外部と絶縁されている。従って、外部に露出している容器８４の下面が電池２００の負極端子となる。
電池本体８２の正極用電極体７６ｃと正極端子９４を電気的に接続する正極リード部品９２が電池２００の上部に配置されている。正極リード部品９２は、一端が正極用電極体７６ｃの上部と接しており、他端が正極端子９４に接している。正極リード部品９２は、上部絶縁部品８８を貫通し、絶縁ガスケット９０の貫通孔９０ａを通って配置されており、正極用電極体７６ｃと正極端子９４を電気的に接続している。
電池本体８２の正極用電極体７６ｃと正極端子９４は、電気的に接続されているので、正極端子９４が、電池２００の正極端子となる。
この電池２００は、正極端子９４に正、負極端子（容器８４の下面）に負の電圧を印加すれば電池本体８２に電気を充電することができ、充電状態で正極端子９４と負極端子の間にモータや電球等の負荷を接続すれば放電することができる。
【００２５】
電池２００の電池本体８２の製造方法を図６を参照して説明する。
図６に左側にはロール状の負極用電極体７２ａとロール状の第１セパレータ７４ａとロール状の正極用電極体７６ａとロール状の第２セパレータ７４ｃが示されている。
ロール状の負極用電極体７２ａに巻かれている負極用電極体７２ｂは、実施例１の図３に示す工程Ａ、即ち、シート状の集電体の両側に活物質層が形成された状態のものであり、電圧を印加する前の電極体である。ロール状の負極用電極体７２ａから巻き戻された電圧印加前の負極用電極体７２ｂは、一対の第１プレスローラ７８ａのローラ間を通る際に所定の厚さに圧延される。一対の第１プレスローラ７８ａの夫々のローラには電圧印加装置７０によって電圧が印加されている。従って、電圧印加前の負極用電極体７２ｂは、図４と同様に、一対の第１プレスローラ７８ａによって所定の厚さに圧延されると同時に、電圧印加前の負極用電極体７２ｂの集電体と活物質層との間に電圧が印加される。その結果、一対の第１プレスローラ７８ａを通過した負極用電極体７２ｃは、所定の厚さに圧延されるとともに、集電体と活物質層との間の酸化膜や不動態膜が破壊されて電気抵抗が低減されている。圧延され同時に電圧が印加されて電気抵抗が低減された負極用電極体７２ｃは巻回装置８１へ送られる。
ロール状の正極用電極体７６ａから巻き戻されたシート状の正極用電極体７６ｂは、実施例１の図３に示す工程Ａ、即ち、シート状の集電体の両側に活物質層が形成された状態のものであり、電圧を印加する前の電極体である。ロール状の正極用電極体７６ａから巻き戻された電圧印加前の正極用電極体７６ｂは、一対の第２プレスローラ７８ｂのローラ間を通る際に所定の厚さに圧延される。一対の第２プレスローラ７８ｂの夫々のローラには電圧印加装置７０によって電圧が印加されている。従って、電圧印加前の正極用電極体７６ｂは、図４と同様に、一対の第２プレスローラ７８ｂによって所定の厚さに圧延されると同時に、電圧印加前の正極用電極体７６ｂの集電体と活物質層との間に電圧が印加される。その結果、一対の第２プレスローラ７８ｂを通過した正極用電極体７６ｃは、所定の厚さに圧延されるとともに、集電体と活物質層との間の酸化膜や不動態膜が破壊されて電気抵抗が低減されている。圧延され同時に電圧が印加されて電気抵抗が低減された正極用電極体７６ｃは巻回装置８１へ送られる。
ロール状の第１セパレータ７４ａから巻き戻されたシート状の第１セパレータ７４ｂは一対の第１送りローラ８０ａによって巻回装置８１へ送られる。ロール状の第２セパレータ７４ｃから巻き戻されたシート状の第２セパレータ７４ｄは一対の第２送りローラ８０ｂによって巻回装置８１へ送られる。
巻回装置８１は、外側から負極用電極体７２ｃ、第１セパレータ７４ｂ、正極用電極体７６ｃ、第２セパレータ７４ｄの順に積層されながら巻回されて電池本体８２となる。
こうして製造された電池本体８２が図５で示した電池２００に用いられる。
【００２６】
本実施例では、電圧印加前の負極用電極体７２ｂと電圧印加前の正極用電極体７６ｂと第１セパレータ７４ｂと第２セパレータ７４ｄを巻回して電池本体８２を製造する際に、巻回前に負極用電極体７２ｂと正極用電極体７６ｂの夫々に電圧を印加する。電圧を印加するのは、負極用電極体７２ｂ単体あるいは正極用電極体７６ｂ単体であるので、完成した電池２００の許容電圧値に関わりなく電圧を印加できる。夫々の電極体の集電体と活物質層の界面に生じた酸化膜や不動態膜を破壊するために十分な電圧を印加することができる。従って、電池本体８２として巻回された負極用電極体７２ｃと正極用電極体７６ｃは、電気抵抗が低減されている。電気抵抗の低減された負極用電極体７２ｃと正極用電極体７６ｃがセパレータを介して巻回された電池本体８２を図５に示す電池２００に利用することによって、内部電気抵抗を低減した電池２００を実現できる。
【００２７】
集電体の表面に活物質層を有する電極体を利用した電池の定格電圧はせいぜい３V程度である。これは、電池内部の電解液や、電池を構成するその他の物質の耐電圧性によって規定される。従って、電極体を組み込んだ電池の両電極間に、電極体を構成する集電体と活物質層の界面に生じた酸化膜や不動態膜を破壊するために３Vを超える大きな電圧を印加すると、電池自体が破壊される虞がある。電極体を電池に組み込む前に、電極体を構成する集電体と活物質層の間に所定の電圧を印加することによって、電気抵抗を低減した電極体を製造することができる。この電気抵抗を低減した電極体を、セパレータを介して積層し、積層したものを電池本体とする電池を製造すると、内部電気抵抗を低減した電池を実現することができる。
【００２８】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００２９】
例えば、上記の実施例では、一対のプレスローラ６４ａ、６４ｂの間に電圧を印加する構成とした（図３及び図４参照）。これに代えて、集電体１２とプレスローラ６４ａの間及び、集電体１２とプレスローラ６４ｂの間の夫々に電圧を印加するようにしてもよい。具体的には、例えば、集電体１２の表面の一部に活物質層を塗布しない領域がある場合に、その領域に電圧印加装置の一方の電極を接触させ、プレスローラ６４ａ、６４ｂの双方に電圧印加装置の他方の電極を接続する構成とすればよい。
【００３０】
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１（Ａ）は集電体に活物質層を形成した電極体の模式図である。図１（Ｂ）は、集電体と活物質層の界面の模式的拡大図である。図１（Ｃ）は、電圧を印加した後の集電体と活物質層の界面の模式的拡大図である。
【図２】電極体の試験片に電圧を印加する実験における電圧と試験片の電気抵抗との関係を示す図である。
【図３】実施例１に係る電極体の製造装置の模式図である。
【図４】電圧を印加した一対のプレスローラによる電極体の圧延の様子を説明する図である。
【図５】実施例２に係る電池の縦断面図である。
【図６】負極用電極体と正極用電極体をセパレータを介して積層した電池本体の製造工程を説明する図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ：電極体
１２：集電体
１４：活物質層
２０：活物質の粒子
２２：結着材
２４：酸化膜
５０：集電体ロール支持装置
５６：活物質塗布装置
６０：乾燥装置
６４ａ、６４ｂ：プレスローラ
６８：電極体巻取り装置
７０：電圧印加装置
７２ａ：ロール状の負極用電極体
７２ｂ、７２ｃ：負極用電極体
７４ａ、７４ｃ：ロール状のセパレータ
７４ｂ、７４ｄ：セパレータ
７６ａ：ロール状の正極用電極体
７６ｂ、７６ｃ：正極用電極体
７８ａ、７８ｂ：プレスローラ
８０ａ、８０ｂ：送りローラ
８１：巻回装置
８２：電池本体
８４：容器
８６：下部絶縁部品
８８：上部絶縁部品
９０：絶縁ガスケット
９０ａ：貫通孔
９２：正極リード部品
９４：正極端子
９６：外周絶縁部品
２００：電池
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極体の製造方法であり、
集電体の少なくとも一表面に活物質を主成分とする活物質層を形成する活物質層形成工程と、
集電体と、集電体の表面に形成された活物質層の表面との間に所定の電圧を印加する電圧印加工程と、
を含むことを特徴とする電極体の製造方法。
【請求項２】
前記集電体は、シート状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電極体の製造方法。
【請求項３】
活物質層が形成された集電体は、一対のローラの間を通過させることによって所定の厚さに形成され、
前記電圧印加工程は、前記一対のローラを介して所定の電圧を印加することを特徴とする請求項２に記載の電極体の製造方法。
【請求項４】
前記所定の電圧は、略１０Ｖ以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電極体の製造方法。
【請求項５】
正極と負極の少なくとも一方の電極体が請求項１から４のいずれか１項に記載の製造方法により製造された正極用の電極体及び負極用の電極体と、
セパレータと、を備え、
正極用の電極体と負極用の電極体は、セパレータを介して積層されていることを特徴とする電池。
【請求項１】
電極体の製造方法であり、
集電体の少なくとも一表面に活物質を主成分とする活物質層を形成する活物質層形成工程と、
集電体と、集電体の表面に形成された活物質層の表面との間に所定の電圧を印加する電圧印加工程と、
を含むことを特徴とする電極体の製造方法。
【請求項２】
前記集電体は、シート状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電極体の製造方法。
【請求項３】
活物質層が形成された集電体は、一対のローラの間を通過させることによって所定の厚さに形成され、
前記電圧印加工程は、前記一対のローラを介して所定の電圧を印加することを特徴とする請求項２に記載の電極体の製造方法。
【請求項４】
前記所定の電圧は、略１０Ｖ以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電極体の製造方法。
【請求項５】
正極と負極の少なくとも一方の電極体が請求項１から４のいずれか１項に記載の製造方法により製造された正極用の電極体及び負極用の電極体と、
セパレータと、を備え、
正極用の電極体と負極用の電極体は、セパレータを介して積層されていることを特徴とする電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−１９３９８７（Ｐ２００７−１９３９８７Ａ）
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−９０５３（Ｐ２００６−９０５３）
【出願日】平成１８年１月１７日（２００６．１．１７）
【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１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月１７日（２００６．１．１７）
【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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