特許 7169337 二次電池用の電極、及び、これを用いた二次電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-01

(45)【発行日】2022-11-10

(54)【発明の名称】二次電池用の電極、及び、これを用いた二次電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/02 20060101AFI20221102BHJP

   H01M 4/70 20060101ALI20221102BHJP

   H01M 4/13 20100101ALI20221102BHJP

【ＦＩ】

H01M4/02 Z

H01M4/70 A

H01M4/13

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020502892

(86)(22)【出願日】2019-02-04

(86)【国際出願番号】 JP2019003831

(87)【国際公開番号】W WO2019167559

(87)【国際公開日】2019-09-06

【審査請求日】2021-10-15

(31)【優先権主張番号】P 2018034767

(32)【優先日】2018-02-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005821

【氏名又は名称】パナソニックホールディングス株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000001889

【氏名又は名称】三洋電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】笠原 英男

(72)【発明者】

【氏名】神山 遊馬

(72)【発明者】

【氏名】八木 弘雅

(72)【発明者】

【氏名】田島 寛之

【審査官】宮田 透

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－０３４００９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２１４０３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０８４６９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０２６２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／００４１７７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ４／００－ ４／６２

Ｈ０１Ｍ ４／６４－ ４／８４

Ｈ０１Ｍ １０／０５－１０／０５８７

Ｈ０１Ｍ １０／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

集電体と、集電体上に形成された活物質層と、を備える二次電池用の電極であって、
前記活物質層は、前記集電体上に形成された第１層と、この第１層の上に積層された第２層とを少なくとも含む複数層で構成され、
前記電極の端縁部における前記集電体の端部は、電極厚み方向において前記集電体の板厚よりも広がっており、
前記集電体の端部の広がった部分は、前記電極の端縁部において前記活物質層の第１層の端部を覆うと共に前記第２層の端部の少なくとも一部を覆っている、二次電池用の電極。

【請求項2】

前記活物質層の第１層および第２層は空隙を含み、前記集電体の端部の広がった部分において、集電体材料が前記空隙に入り込んでいる、請求項１に記載の二次電池用の電極。

【請求項3】

前記活物質層の第１層および第２層は空隙を含み、前記集電体の端部の広がった部分が形成されるときに溶融した集電体材料の一部が前記空隙に入り込んでいる、請求項２に記載の二次電池用の電極。

【請求項4】

前記第２層は第１層よりも空隙率が高く、前記集電体の端部の広がった部分が形成されるときに溶融した集電体材料は前記第１層よりも前記第２層の空隙により多く入り込んでいる、請求項３に記載の二次電池用の電極。

【請求項5】

前記活物質層において第１層の密度は第２層の密度よりも高い、請求項１～４のいずれか一項に記載の二次電池用の電極。

【請求項6】

前記集電体の端部の広がった部分の縁部は波打った形状に形成されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の二次電池用の電極。

【請求項7】

集電体と、集電体上に形成された活物質層と、を備える二次電池用の電極であって、
前記活物質層は、前記集電体上に形成された第１層と、この第１層の上に積層された第２層とを少なくとも含む複数層で構成され、
前記電極の端縁部における前記集電体の端部は、電極厚み方向において前記集電体の板厚よりも広がっており、
前記電極の端縁部には活物質材料が溶融して凝固した溶融凝固部が形成されており、前記集電体の端部の広がった部分の端面は、電極厚み方向の直角方向に関して、前記溶融凝固部よりも内側に位置している、二次電池用の電極。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか一項に記載の電極を用いた二次電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、二次電池用の電極、及び、これを用いた二次電池に関する。

【背景技術】

【0002】

二次電池に使用される電極は、例えば長尺状の芯体に活物質層を形成した後、当該芯体を所定の形状に裁断し、個々の電極サイズに形成される。特許文献１には、レーザを用いて長尺状の電極前駆体を所定の形状に裁断する技術が開示されている。特許文献１では、パルス方式のレーザ発振器を使用することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－３４００９号公報

【発明の概要】

【0004】

二次電池の高容量化のため活物質層の厚みが増加した電極を特許文献１のようにパルス方式のレーザで裁断した場合、裁断した端縁部で活物質層の脱落が起こり易くなる。このような電極を負極板や正極板を用いて電極体を構成し、この電極体をケースに収容して二次電池とした場合、電極の端縁部で脱落した活物質が正極板および負極板の間に侵入して短絡が生じやすくなるという課題がある。

【0005】

本開示の目的は、電極を構成する活物質層が複層になった場合でも裁断端縁部における活物質層の脱落を抑制することができる二次電池用の電極、及び、これを用いた二次電池を提供することである。

【0006】

本開示の一態様である二次電池用の電極は、集電体と、集電体上に形成された活物質層と、を備える二次電池用の電極であって、活物質層は、集電体上に形成された第１層と、この第１層の上に積層された第２層とを少なくとも含む複数層で構成される。電極の端縁部における集電体の端部は、電極厚み方向において前記集電体の板厚よりも広がっている。

【0007】

本開示に係る二次電池用の電極、及び、これを用いた二次電池によれば、電極の裁断端縁部における活物質の脱落が生じにくくなり、その結果、脱落片が正極板および負極板の間に侵入して短絡が生じるのを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態の一例である二次電池用の電極を示す正面図である。

【図2】図１におけるＡ－Ａ線断面拡大図である。

【図3】図１におけるＢ－Ｂ線断面拡大図である。

【図4】図１におけるＣ方向から見た電極の裁断端縁部の拡大図である。

【図5】図１に示した二次電池用の電極の裁断形成に用いる連続発振レーザを説明するための図である。

【図6】図１に示した二次電池用の電極が連続発振レーザによって裁断される様子を示す斜視図である。

【図7】実施形態の一例である二次電池の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照しながら、本開示に係る二次電池用電極及びその製造方法の実施形態の一例について詳細に説明する。実施形態の説明で参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法などは、現物と異なる場合がある。具体的な寸法等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。本明細書において「略～」との用語は、略同一を例に説明すると、完全に同一はもとより、実質的に同一と認められるものを含む意図である。

【0010】

以下では、積層型電極体に適用される二次電池用の電極を例示するが、本開示に係る二次電池用の電極は巻回型電極体に適用されてもよく、本開示に係る製造方法は巻回型電極体用の電極の製造にも適用できる。

【0011】

図１は、実施形態の一例である二次電池用の電極（以下、適宜に「電極」とだけいう）１０を示す正面図ある。図１及び図２に示すように、電極１０は、薄板状の集電体１１と、集電体１１の両面に形成された活物質層１２とを備える。活物質層１２は、集電体１１の一方の面のみに形成されてもよいが、好ましくは集電体１１の両面に形成される。以下において、集電体１１の両面に形成された活物質層１２を区別するときは、集電体１１の一方の面に形成された活物質層１２を活物質層１２ａといい、集電体１１の他方の面に形成された活物質層１２を活物質層１２ｂという。

【0012】

電極１０は、基部１３と、基部１３の一端から突出したリード部１４とを有する。電極１０では、基部１３とリード部１４が一体成形されている。基部１３は、活物質層１２が形成される部分であって、集電体１１の両面の全域に活物質層１２が形成されている。基部１３は、横方向に長い正面視矩形形状を有するが、その形状は特に限定されない。リード部１４は、基部１３の長辺部における短辺寄りの位置から突出し、正面視矩形形状を有する。活物質層１２は、一般的にリード部１４の付け根にも形成されるが、リード部１４の大部分には形成されない。

【0013】

電極１０の基部１３は、平面視矩形状をなし、互いに平行な２つの長辺部１３ａ，１３ｂを有する。一方の長辺部１３ａは、直線状に形成されている。長辺部１３ａは、後述するように、電極前駆体を連続発振レーザ（ＣＷレーザ）で裁断（または切断）することによって形成することができる。電極１０の基部１３の他方の長辺部１３ｂおよびリード部１４もまた、電極前駆体を連続発振レーザで裁断することによって形成することができる。

【0014】

図２に示すように、本実施形態の電極１０では、集電体１１上に形成された活物質層１２が、第１層１９ａと第２層１９ｂとを少なくとも含む複数層で構成されている。ここで、第１層１９ａが集電体１１の表面に接触して形成されており、第１層１９ａの上に第２層１９ｂが積層して形成されている。なお、活物質層１２は、３層以上の複層で構成されてもよい。

【0015】

活物質層１２の第１層１９ａおよび第２層１９ｂは、それぞれ多孔質層であって空隙を含む層として形成されている。本実施形態では、第２層１９ｂの方が第１層１９ａよりも空隙率が高くなるように形成されている。各層の空隙率は、例えば、クロスセクションポリッシャーを用いて断面を処理し、画像処理により、観察面全体における空隙の割合から算出される。

【0016】

第１層１９ａの密度が第２層１９ｂの密度よりも高くなるように形成されていることが好ましい。ここでの密度は、活物質層１２の第１層１９ａおよび第２層１９ｂを構成する材料と空隙とを含む単位体積辺りの質量を表す「かさ密度（ｇ／ｃｍ^３）」をいう。このような第１層１９ａと第２層１９ｂの空隙量や密度の相違は、例えば、第１層１９ａと第２層１９ｂを構成する材料を異ならせることによって実現できる。

【0017】

電極１０は、例えば、二次電池の一例であるリチウムイオン電池の電極体を構成する負極板に好適に用いることができる。電極体は、それぞれセパレータを挟んで正極板と負極板とを多数枚積層して一体化することにより構成される。

【0018】

ここで、リチウムイオン電池の電極体を構成する正極板、負極板、および、セパレータについて説明する。正極板は、箔状の正極芯体の両側表面に正極活物質層を形成して構成される。正極芯体は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金箔からなる。正極リード部は、正極活物質層が形成されていない正極芯体自体によって形成されている。

【0019】

正極活物質層は、例えば、正極活物質として、リチウムニッケル酸化物を用い、導電剤として、アセチレンブラック（ＡＢ）を用い、結着剤として、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用い、分散媒として、Ｎ－メチル－２－ピロリドンを用いることで作成できる。正極活物質について更に詳細に説明すると、正極活物質としては、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出することが可能な化合物であれば適宜選択して使用できる。これらの正極活物質としては、リチウム遷移金属複合酸化物が好ましい。例えば、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出することが可能なＬｉＭＯ_２（ただし、ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎの少なくとも１種である）で表されるリチウム遷移金属複合酸化物、すなわち、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＮｉ_ｙＣｏ_１－ｙＯ_２（ｙ＝０．０１～０．９９）、ＬｉＭｎＯ_２、ＬｉＣｏ_ｘＭｎ_ｙＮｉ_ｚＯ_２（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）や、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４又はＬｉＦｅＰＯ_４などを一種単独もしくは複数種を混合して用いることができる。さらには、リチウムコバルト複合酸化物にジルコニウムやマグネシウム、アルミニウム、タングステンなどの異種金属元素を添加したものも使用し得る。しかし、正極活物質層は、それら以外の公知の如何なる材料で作成されてもよい。

【0020】

正極板は、例えば、次のように作製される。正極活物質に導電剤や結着剤等を混合し、その混合物を分散媒中で混練することによってペースト状の正極活物質スラリーを作製する。その後、正極活物質スラリーを正極芯体上に塗布する。続いて、正極芯体に塗布された正極活物質スラリーを乾燥、及び圧縮して、正極活物質層を形成する。そして、正極芯体および正極活物質層を例えばレーザ溶断等によって切断することで、正極リード部を有する正極板が形成される。

【0021】

負極板は、箔状の負極芯体の両側表面に負極活物質層を形成して構成される。負極芯体は、例えば、銅又は銅合金箔からなる。負極リード部は、負極活物質層が形成されていない正極芯体自体によって形成されている。

【0022】

負極活物質層の負極活物質は、リチウムを可逆的に吸蔵・放出できるものであれば特に限定されず、例えば、炭素材料や、珪素材料、リチウム金属、リチウムと合金化する金属或いは合金材料や、金属酸化物などを用いることができる。珪素材料としては、例えば、Ｓｉ、ＳｉＯ_ｘ（ｘ＝０．５～１．５）などを用いることができる。炭素材料としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、メソフェーズピッチ系炭素繊維（ＭＣＦ）、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、コークス、ハードカーボンなどを用いることができる。負極活物質層の負極活物質は、第１層１９ａ及び第２層１９ｂとで異なっていてもよい。第１層１９ａが珪素材料と炭素材料を含み、第２層１９ｂが炭素材料のみからなる場合が例示される。

【0023】

また、負極活物質層は、結着剤として、スチレンーブタジエン共重合体ゴム粒子分散体（ＳＢＲ）を用い、増粘剤として、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を用い、分散媒として、水を用いて、作成されると好ましい。負極活物質層は、例えば、次のように作製される。負極活物質に導電剤や結着剤等を混合し、その混合物を分散媒中で混練することによってペースト状の負極活物質スラリーを作製する。その後、負極活物質スラリーを負極芯体上に塗布する。続いて、負極芯体に塗布された負極活物質スラリーを乾燥、及び圧縮すると、負極活物質層が形成される。そして、負極芯体および負極活物質層を例えばレーザ溶断等によって裁断することで、負極リード部を有する負極板が形成される。

【0024】

セパレータとしては、非水電解質二次電池において一般に使用されている公知のものを用いることができる。例えば、ポリオレフィンからなるセパレータが好ましい。具体的には、ポリエチレンからなるセパレータのみならず、ポリエチレンの表面にポリプロピレンからなる層が形成されたものや、ポリエチレンのセパレータの表面にアラミド系の樹脂が塗布されたものを用いても良い。

【0025】

正極板とセパレータとの界面ないし負極板とセパレータとの界面には、無機物のフィラー層を形成してもよい。このフィラーとしては、チタン、アルミニウム、ケイ素、マグネシウム等を単独もしくは複数用いた酸化物やリン酸化合物、またその表面が水酸化物などで処理されているものを用いることができる。また、このフィラー層は、正極板、負極板、又はセパレータに、フィラー含有スラリーを直接塗布して形成してもよく、フィラーで形成したシートを、正極板、負極板、又はセパレータに貼り付けることで形成してもよい。

【0026】

図３は、図１におけるＢ－Ｂ線断面拡大図である。図３には、電極１０においてリード部１４が設けられている長辺部１３ｂの拡大断面が示される。また、図３には、電極１０の表面に沿った面方向が矢印Ｙで示され、面方向の直角方向である電極１０の厚み方向が矢印Ｚで示されている。

【0027】

電極１０の長辺部１３ｂは、後述するように電極前駆体をレーザ溶断することによって裁断される端縁部である。この端縁部にでは、集電体１１の端部は、電極厚み方向において集電体１１の板厚よりも広がっている。具体的には、集電体１１の板板をｔ１とし、端縁部における集電体１１の電極厚み方向の寸法をｔ２としたとき、ｔ１＜ｔ２となっている。

【0028】

図３では、集電体１１の端部１６が略三角状に広がって形成されている例が模式的に示される。ただし、実際には、集電体１１の端部１６はこのような略三角状に広がって形成されていなくてもよく、板厚ｔ１よりも電極厚み方向の寸法ｔ２が大きくなる形状であればよい。具体的には、集電体１１の端部１６の断面形状は、略台形状であってもよいし、電極厚み方向に長い略長方形状であってもよい。

【0029】

集電体１１の端部１６において板厚ｔ１よりも広がった部分は、集電体１１の両面に形成された活物質層１２の第１層１９ａおよび第２層１９ｂの端部を覆っている。より詳しくは、集電体１１の端部１６において板厚ｔ１よりも広がった部分１６ａ，１６ｂは、活物質層１２の第１層１９ａの端部の全体を覆っている。また、集電体１１の端部１６において板厚ｔ１よりも広がった部分１６ａ，１６ｂは、活物質層１２の第２層１９ｂの端部の一部を覆っている。このように集電体１１の広がった部分１６ａ，１６ｂが第２層１９ｂの端部の一部を覆った状態に形成されることで、集電体１１の広がった部分が電極１０の活物質層１２の表面（すなわち第２層１９ｂの表面）を越えて形成されないようにしている。これにより、集電体１１の広がった部分１６ａ，１６ｂが電極１０の活物質層１２の表面を越えて形成されると生じやすくなる、隣接する異極電極（例えば正極板）との短絡を抑制することができる。

【0030】

このように集電体１１の端部１６が板厚ｔ１よりも広がった形状に形成されるのは次のような理由によるものと推察される。集電体１１がレーザ溶断されるとき、レーザ出力（例えば、１０００Ｗ～３０００Ｗ）が高いが故に高伝熱性の金属箔からなる集電体１１の溶融状態が面方向Ｙに瞬時に広がる。集電体１１の端部１６を形成する溶融した金属は、表面張力などの影響によって丸まろうとする。しかし、集電体１１の両面に活物質層１２が存在することによって完全に丸くなることが妨げられる。その結果、集電体１１の端部１６には、集電体１１の厚さ方向Ｚの両側に略三角形状に広がった部分１６ａ，１６ｂが形成されるものと推察される。このように集電体１１の端部１６が広がった部分１６ａ，１６ｂを有することで、電極１０の端縁部において活物質層１２が押さえられて集電体１１から脱落するのを抑制することができる。

【0031】

なお、図３では、集電体１１の端部１６の端面が活物質層１２の第２層１９ｂの端部と面方向Ｙにおいて面一に形成されている状態が示されるが、これに限定されるものではない。図３において破線で示すように、活物質層１２の第２層１９ｂの端部にはレーザ溶断時に活物質材料が溶融した後に凝固した溶融凝固部１８が形成されており、この溶融凝固部１８が集電体１１の端部１６の端面よりも面方向Ｙの外側に突出して形成されてもよい。換言すれば、集電体１１の端部１６の端面が活物質層１２の第２層１９ｂの溶融凝固部１８よりも面方向Ｙの内側に形成されてもよい。すなわち、この場合には集電体１１の端部１６の端面が第２層１９ｂの溶融凝固部１８に対して面方向Ｙに凹んだ位置になっている。このように集電体１１の端部１６の端面が凹んだように形成されることで、隣接する異極電極（例えば正極板）との短絡をより一層生じにくくすることができる。

【0032】

上述したように活物質層１２の第１層１９ａおよび第２層１９ｂは、それぞれ多孔質層であって空隙を含む層として形成されている。そのため、集電体１１の端部１６の広がった部分１６ａ，１６ｂが形成されるときに溶融した集電体１１の材料の一部が上記空隙に入り込んでいる。換言すると、図３において略三角状に広がった部分１６ａ，１６ｂは、溶融した集電体材料が第１層１９ａおよび第２層１９ｂの空隙に入り込んで形成されている。このように溶融した集電体１１の材料が活物質層１２の第１層１９ａおよび第２層１９ｂの端部の空隙に入り込んで固まっていることで、活物質層１２の第１層１９ａおよび第２層１９ｂの端部の脱落を効果的に抑制できる。

【0033】

また、本実施形態では、第２層１９ｂの方が第１層１９ａよりも空隙率が高くなるように形成されている。そのため、集電体１１の端部１６の広がった部分１６ａ，１６ｂが形成されるときに溶融した集電体１１の材料は第１層１９ａよりも第２層１９ｂの空隙により多く入り込んでいる。このように溶融した集電体１１の材料が活物質層１２の第２層１９ｂの端部の空隙により多く入り込んで固まっていることで、活物質層１２の第２層１９ｂの端部の脱落をより効果的に抑制できる。

【0034】

図２及び図３では、第１層１９ａと第２層１９ｂとの界面を明確に図示しているが、当該界面は明確でなくてもよい。例えば、第１層１９ａと第２層１９ｂとが混在した層が存在していてもよい。

【0035】

図４は、図１におけるＣ方向から見た電極１０の端縁部の拡大図である。図４に示すように、電極１０の端縁部において板厚ｔ１よりも広がって形成された部分１６ａ，１６ｂの縁部は波打ったような形状に形成されている。このように波打った形状の縁部を有する集電体１１の広がった部分１６ａ，１６ｂが活物質層１２の第２層１９ｂの表面を越えないように形成するのが好ましいことは上述したとおりである。

【0036】

次に、図５及び図６を参照しながら、電極１０の製造方法の一例について詳細に説明する。図５は、実施形態の電極１０の製造に使用されるレーザシステム３０の全体構成を示す。図６は、レーザシステム３０から出力されるレーザ光αにより電極前駆体２０を切断する様子を示す。ここでは、電極前駆体２０の切断により電極１０の集電体１１となる部材を長尺状芯体２１、活物質層１２となる層を活物質層２２とする。また、図５及び図６では、レーザ光αの照射位置に対する電極前駆体２０の相対的な移動方向が矢印Ｘで示されている。

【0037】

図５及び図６に例示するように、電極１０は、長尺状芯体２１の両面に活物質層２２が形成された長尺状の電極前駆体２０を所定の形状に切断して製造される。本実施形態の電極前駆体２０は、長尺状芯体２１の両面に活物質層２２が形成される。活物質層２２は、活物質等の構成材料を含む合材スラリーを調製する。このとき、活物質層１２の構成する第１層１９ａ用合材スラリーと、第２層１９ｂ用合材スラリーとを別々に調整する。そして、これらの合材スラリーを長尺状芯体２１の両面に重ねて塗布し、塗膜を乾燥させることによって形成される。

【0038】

活物質層２２の形成工程では、電極前駆体２０の長手方向に沿って、芯体表面が露出した露出部２３を形成する。露出部２３は、長尺状芯体２１の幅方向両端から略一定の幅でそれぞれ形成されることが好ましい。露出部２３は、長尺状芯体２１の両面の全域に活物質層２２を形成した後、活物質層２２の一部を剥離除去して形成されてもよいが、好ましくは長尺状芯体２１の一部に合材スラリーを塗布しないことにより形成される。

【0039】

長尺状芯体２１は、図６に示すように、長手方向と直交する幅方向に２枚の電極１０を形成可能な幅を有する。そのため、本実施形態のレーザシステム３０では、３本のレーザ光α１，α２，α３を用いて、電極前駆体２０を切断する。より詳しくは、レーザ光α１，α２は、電極前駆体２０の幅方向両端側に照射されて、電極１０の基部１３におけるリード部１４を含む長辺部１３ｂを形成する。レーザ光α３は、電極前駆体２０の幅方向中央に照射され、電極前駆体２０を２つの電極中間体２０ａ，２０ｂに切断する。

【0040】

電極前駆体２０の切断工程では、電極前駆体２０とレーザシステム３０の加工ヘッドとの相対位置を変化させながら、電極前駆体２０に対してレーザ光α１，α２，α３を照射する。電極前駆体２０を固定した状態でレーザ光α１，α２，α３を走査することも可能であるが、長尺状の電極前駆体２０を加工する場合は、電極前駆体２０を搬送しながら切断処理を行うことが好ましい。電極前駆体２０を搬送しながら、レーザ光α１，α２，α３を走査してもよい。

【0041】

図５には、電極前駆体２０の幅方向一端側に照射されるレーザ光α１を出力するレーザシステム３０が例示される。レーザ光α２，α３を出力するレーザシステムも同様に構成できる。

【0042】

図５に示すように、レーザシステム３０は、レーザ発振器３１と、ガルバノスキャナー３３を内蔵する加工ヘッドとを備える。ガルバノスキャナー３３を用いることで、加工ヘッド自体を固定した状態でレーザ光α１を走査することができる。レーザ発振器３１は、連続発振が可能な発振器である。レーザ発振器３１の例としては、連続発振モードでレーザ光α１を出力可能なＹＡＧレーザ、ＣＯ_２レーザ、Ａｒレーザ、ファイバーレーザなどが挙げられる。好適な一例は、ファイバーレーザである。発振波長の好適な範囲の一例は、９００ｎｍ～１２００ｎｍである。レーザシステム３０では、レーザ発振器３１とガルバノスキャナー３３の間に、レーザ発振器３１から出力されたレーザ光α１を平行なビームとするコリメータ３２が設けられている。

【0043】

ガルバノスキャナー３３は、レーザ発振器３１側から順に、反射ミラー３４、光学素子３５、Ｘ軸ミラー３６、Ｙ軸ミラー３７、及びＦθレンズ３８を有する。光学素子３５には、例えば回折格子等が用いられる。コリメータ３２を通過した連続波であるレーザ光α１は、反射ミラー３４で光学素子３５側に曲げられ、光学素子３５を通過して、Ｘ軸ミラー３６、Ｙ軸ミラー３７に導かれる。Ｘ軸ミラー３６及びＹ軸ミラー３７を動かすことでレーザ光α１を走査し、二次元平面内で照射スポットＰ１の位置を変更することができる。Ｘ軸ミラー３６及びＹ軸ミラー３７で反射されたレーザ光α１は、Ｆθレンズ３８及び保護ガラス３９を通って電極前駆体２０に照射される。

【0044】

レーザ照射条件は、長尺状芯体２１及び活物質層２２の材質、厚み、切断形状等に基づいて調整することが好ましいが、概ね、連続発振レーザ（レーザ発振器３１）の出力は５００Ｗ～５０００Ｗ、レーザ光α１のスポット径は５μｍ～１００μｍである。また、連続発振レーザによる電極前駆体２０の切断速度は、例えば５００ｍｍ／秒～８０００ｍｍ／秒である。電極前駆体２０が負極板の前駆体である場合と、正極板の前駆体である場合とで、照射条件を変更してもよい。一般的には、正極板の前駆体の方が切断し易い。

【0045】

レーザ出力、スポット径、及び切断速度に関する好適な範囲の一例は次の通りである。レーザ出力は、１０００Ｗ～３０００Ｗであることがより好ましい。スポット径は、１０μｍ～１００μｍであることが好ましく、１０μｍ～４０μｍであることが更に好ましい。切断速度は、１０００ｍｍ／秒～５０００ｍｍ／秒であることがより好ましい。

【0046】

ここで、電極前駆体２０に照射されるレーザ光α１，α２，α３の各出力は、同一に設定することができる。ただし、電極前駆体２０の幅方向両端側に照射されるレーザ光α１，α２は、集電体１１の露出部２３だけを切断する領域（すなわちリード部１４となる凸部２４の外形線）を含む。露出部２３は、活物質層２２が存在する領域に比べて、レーザ光の出力が低くても切断可能である。レーザ出力が過大であると、リード部１４となる凸部２４の周縁部が荒れた切断面になることがある。したがって、レーザ光α１，α２の各出力は、活物質層２２がある領域だけを切断するレーザ光α３の出力に比べて、低く設定されてもよい。

【0047】

図６に例示するように、電極前駆体２０の切断工程では、連続発振レーザを用いて、電極前駆体２０の活物質層２２が設けられた部分を露出部２３に沿って切断すると共に、略一定周期で切断方向を変えて露出部２３を切断することによりリード部１４となる凸部２４を形成する。レーザ光α１，α２は、活物質層２２が設けられた部分と露出部２３の境界位置に照射することもできるが、この場合、照射スポットＰ１，Ｐ２の僅かなズレでリード部１４以外の部分に集電体１１の露出した表面が形成される。リード部１４以外の部分の集電体１１の露出した表面は、正負極間の低抵抗な短絡を招くおそれがあるため、特に正極では当該露出部が形成されないように電極前駆体２０を切断することが好ましい。このため、露出部２３の近傍の活物質層２２が設けられた部分にレーザ光α１，α２を照射して電極前駆体２０を切断することが好ましい。

【0048】

レーザ光α１，α２は、露出部２３（電極前駆体２０の長手方向）に沿って走査され、凸部２４に対応する部分で露出部２３側（電極前駆体２０の幅方向）に走査される。このとき、レーザ光α１とレーザ光α２とは、互いに反対方向に走査される。活物質層２２が設けられた部分と露出部２３との境界位置においてもレーザ光α１，α２は連続的に照射されるため、活物質層２２が設けられた部分の切断部Ｃ_２２と、露出部２３の切断部Ｃ_２３とは、連続した線状に形成される。略一定周期で切断方向を変えて露出部２３を切断することで、電極前駆体２０の長手方向に略等間隔で並ぶ複数の凸部２４が形成される。そして、活物質層１２が全体に形成された基部１３と、付け根に活物質層１２が形成されたリード部１４とを有する電極１０が得られる。

【0049】

本実施形態では、連続発振レーザを用いて、電極前駆体２０を電極サイズに裁断する。上述のように、長尺状芯体２１が幅方向に２枚の電極１０が形成可能な幅を有するため、電極前駆体２０の幅方向中央にレーザ光α３を照射して、電極前駆体２０を長手方向に沿って裁断する。これにより、電極１０に対応する幅に切断された２枚の長尺状の電極中間体２０ａ，２０ｂが得られる。なお、電極前駆体２０は、幅方向中央でレーザ光α３によって直線状に裁断されるため、レーザ光α３は一次元的に走査可能であればよい。したがって、レーザ光α３を出力するレーザシステムでは、例えば、Ｙ軸ミラー３７を省略するか、又は、Ｙ軸ミラー３７を固定としてもよい。

【0050】

上記のように連続発振レーザを用いて２つに分断された電極中間体２０ａ，２０ｂは、活物質層２２の圧縮工程に供給されてもよい。圧縮工程の後、電極中間体２０ａ，２０ｂが裁断予定線２５で切断されることにより、個々の電極１０が得られる。個々の電極１０への裁断は、連続発振レーザを用いて行われてもよく、カッター等を用いた従来の一般的な裁断法を用いて行われてもよい。

【0051】

なお、図６では、３つのレーザ光α１，α２，α３が電極前駆体２０の幅方向に並んで照射される例を示したが、これに限定されず、レーザ光α１，α２，α３のうち少なくとも１つの照射位置が、電極前駆体２０の移動方向（矢印Ｘ）に関してずれていてもよい。

【0052】

次に、図７を参照して、電極１０を用いた二次電池１００の構成について説明する。

【0053】

図７に示すように、二次電池１００は、複数枚の正極と複数枚の負極とがセパレータを介して交互に積層された電極体５０が、電解液（図示せず）とともに、電池ケース６０内に収容されている。ここで、電極体５０を構成する負極極として電極１０を用いることができる。また、電極体５０を構成する正極板にも本実施形態の電極が用いられてもよい。

【0054】

電池ケース６０の開口部は、封口体６１によって封口されている。正極端子６２及び負極端子６３が、それぞれ、樹脂部材６４、６５を介して、封口体６１に固定されている。正極板は正極リード部５１及び正極集電部材５２を介して正極端子６２に電気的に接続されている。負極は負極リード部５３及び負極集電部材５４を介して負極端子６３に電気的に接続されている。封口体６１には、電解液を注液する注液孔が設けられ、この注液孔は、電解液を注液した後、封止部材６６で封止される。また、封口体６１には、電池ケース６０の内部圧力が上昇したときに、圧力を開放するガス排出弁６７が設けられている。電池ケース６０が金属製である場合、電極体５０を箱状又は袋状の絶縁シート５５の内部に配置した状態で電池ケース６０内に配置することが好ましい。

【0055】

なお、各正極から突出した正極リード部５１は、湾曲した状態とし、正極集電部材５２において、封口体６１と略平行に配置される部分に接続されることが好ましい。また、各負極から突出した負極リード部５３は、湾曲した状態とし、負極集電部材５４において、封口体６１と略平行に配置される部分に接続されることが好ましい。これにより、体積エネルギー密度のより高い二次電池となる。

【0056】

また、電極体５０を構成する正極板および負極板は、正極板と負極板との間に配置されるセパレータに接着されていることが好ましい。接着の方法としては、ポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフィン製等のセパレータの表面あるいは、電極の活物質層表面に接着層を設け、この接着層によりセパレータと活物質層を接着することが好ましい。接着としては圧着や熱溶着等が好ましい。接着層は特に限定されないが、セパレータよりも柔らかい層であることが好ましい。また、接着層として、樹脂製のものが好ましく、例えば、ポリフッ化ビニリデン、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等を用いることができる。

【0057】

活物質層とセパレータを接着層により接着する場合は、接着層が活物質層１２の溶融凝固部と接するようにすることが好ましい。これにより、二次電池を使用する際に溶融凝固部が活物質層から滑落することを防止できる。

【0058】

なお、本開示に係る二次電池用の電極及びこれを用いた二次電池は、上述した実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項の範囲内において種々の変更や改良が可能であることは勿論である。

【符号の説明】

【0059】

１０ 電極
１１ 集電体
１２，１２ａ，１２ｂ，２２ 活物質層
１３ 基部
１３ａ，１３ｂ 長辺部
１４ リード部
１６ 端部
１６ａ，１６ｂ 集電体の広がった部分
１８ 溶融凝固部
１９ａ 第１層
１９ｂ 第２層
２０ 電極前駆体
２０ａ，２０ｂ 電極中間体
２１ 長尺状芯体
２３ 露出部
２４ 凸部
２５ 裁断予定線
３０ レーザシステム
３１ レーザ発振器
３２ コリメータ
３３ ガルバノスキャナー
３４ 反射ミラー
３５ 光学素子
３６ Ｘ軸ミラー
３７ Ｙ軸ミラー
３８ Ｆθレンズ
３９ 保護ガラス
５０ 電極体
５１ 正極リード部
５２ 正極集電部材
５３ 負極リード部
５４ 負極集電部材
５５ 絶縁シート
６０ 電池ケース
６１ 封口体
６２ 正極端子
６３ 負極端子
６４，６５ 樹脂部材
６６ 封止部材
６７ ガス排出弁
１００ 二次電池
Ｃ_２２，Ｃ_２３ 切断部
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ 照射スポット
ｔ１ 板厚
ｔ２ 寸法
α１，α２，α３ レーザ光

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】