JP2000208129A - リチウム二次電池 - Google Patents
リチウム二次電池Info
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- JP2000208129A JP2000208129A JP11006746A JP674699A JP2000208129A JP 2000208129 A JP2000208129 A JP 2000208129A JP 11006746 A JP11006746 A JP 11006746A JP 674699 A JP674699 A JP 674699A JP 2000208129 A JP2000208129 A JP 2000208129A
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- lithium secondary
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Secondary Cells (AREA)
- Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電極板に生ずる波打ちや皺等の歪みを低減し
て、電極板の平坦化を促進し、かつ電極板の抵抗を低減
した高密度の電極活物質層を有するリチウム二次電池を
提供する。 【解決手段】 集電基板に電極活物質を塗工してなる正
極板及び負極板をセパレータを介して巻芯外周に捲回し
てなる内部電極体並びに非水電解液を用いてなるリチウ
ム二次電池である。正極板2の幅方向(Y軸方向)端部
に形成された電極活物質未塗工領域7における集電基板
12に、集電基板12の幅方向に平行なスリット21を
形成した。また、負極板についても同様とした。
て、電極板の平坦化を促進し、かつ電極板の抵抗を低減
した高密度の電極活物質層を有するリチウム二次電池を
提供する。 【解決手段】 集電基板に電極活物質を塗工してなる正
極板及び負極板をセパレータを介して巻芯外周に捲回し
てなる内部電極体並びに非水電解液を用いてなるリチウ
ム二次電池である。正極板2の幅方向(Y軸方向)端部
に形成された電極活物質未塗工領域7における集電基板
12に、集電基板12の幅方向に平行なスリット21を
形成した。また、負極板についても同様とした。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】 本発明は、電極板に生ずる
波打ちや皺等の歪みを低減して、電極板の平坦化を促進
し、かつ電極板の抵抗を低減した高密度の電極活物質層
を有するリチウム二次電池に関する。
波打ちや皺等の歪みを低減して、電極板の平坦化を促進
し、かつ電極板の抵抗を低減した高密度の電極活物質層
を有するリチウム二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】 近年、リチウム二次電池は、携帯電
話、VTR、ノート型コンピュータ等の携帯型電子機器
の電源用電池として、広く用いられるようになってきて
いる。また、リチウム二次電池はエネルギー密度が大き
いことから、前記携帯型電子機器のみならず、最近の環
境問題を背景に、低公害車として積極的に一般への普及
が図られている電気自動車(EV)あるいはハイブリッ
ド電気自動車(HEV)のモータ駆動電源としても注目
を集めている。
話、VTR、ノート型コンピュータ等の携帯型電子機器
の電源用電池として、広く用いられるようになってきて
いる。また、リチウム二次電池はエネルギー密度が大き
いことから、前記携帯型電子機器のみならず、最近の環
境問題を背景に、低公害車として積極的に一般への普及
が図られている電気自動車(EV)あるいはハイブリッ
ド電気自動車(HEV)のモータ駆動電源としても注目
を集めている。
【0003】 ここで、EV用電池には、所定の加速性
能、登坂性能、継続走行性能等を得るために、大容量、
高出力であることが先ず第一に要求される。このため、
電池反応を行う電極体における電極面積を大きく取るこ
とが必要となる。そこで、EV用電池においては、主に
図1に示すような、正極板2と負極板3とをセパレータ
4を介して巻芯9の外周に捲回して構成された捲回体が
内部電極体として検討されており、正極板2及び負極板
3の幅方向の端部、即ち内部電極体1の長さ方向の端面
近傍の部分には、それぞれ集電用電極リードとしての正
極用タブ5(以下、「タブ5」という。)及び負極用タ
ブ6(以下、「タブ6」という。)が配設される。
能、登坂性能、継続走行性能等を得るために、大容量、
高出力であることが先ず第一に要求される。このため、
電池反応を行う電極体における電極面積を大きく取るこ
とが必要となる。そこで、EV用電池においては、主に
図1に示すような、正極板2と負極板3とをセパレータ
4を介して巻芯9の外周に捲回して構成された捲回体が
内部電極体として検討されており、正極板2及び負極板
3の幅方向の端部、即ち内部電極体1の長さ方向の端面
近傍の部分には、それぞれ集電用電極リードとしての正
極用タブ5(以下、「タブ5」という。)及び負極用タ
ブ6(以下、「タブ6」という。)が配設される。
【0004】 ここで、正極板2の作製工程を更に詳述
すると、正極板2は、一般的には、集電基板(以下、単
に「基板」という。)としてアルミニウム箔等の帯状金
属箔を用い、この基板の両表面にスラリー化した正極活
物質を塗工し、乾燥後に更にロールプレス等を用いて、
正極板2の長さ方向に連続的な圧力印加を行うことで作
製される。このロールプレス等によるプレス処理は、正
極活物質層を高密度化して正極活物質粒子の接触面積を
大きくし、内部抵抗を低減することを主目的として行わ
れる。なお、前述したタブ5は基板に直接に取り付ける
必要があることから、正極活物質の塗工は、基板の幅方
向における少なくとも一方の端部には行われない。
すると、正極板2は、一般的には、集電基板(以下、単
に「基板」という。)としてアルミニウム箔等の帯状金
属箔を用い、この基板の両表面にスラリー化した正極活
物質を塗工し、乾燥後に更にロールプレス等を用いて、
正極板2の長さ方向に連続的な圧力印加を行うことで作
製される。このロールプレス等によるプレス処理は、正
極活物質層を高密度化して正極活物質粒子の接触面積を
大きくし、内部抵抗を低減することを主目的として行わ
れる。なお、前述したタブ5は基板に直接に取り付ける
必要があることから、正極活物質の塗工は、基板の幅方
向における少なくとも一方の端部には行われない。
【0005】 従って、作製される正極板2の表面は、
図2に示すように、正極板2の幅方向であるY軸方向の
端部に形成される少なくとも1箇所の電極活物質未塗工
領域7(以下、「未塗工領域」という。)と電極活物質
塗工領域8(以下、「塗工領域」という。また、塗工領
域は電極活物質層である。)とに分けられる。この未塗
工領域7を形成し、未塗工領域7に複数のタブ5を設け
ることは、幅広かつ帯長である大面積の正極板2にあっ
ては、集電抵抗を低減して電池の内部抵抗を低減するた
めに不可欠である。なお、負極板3は、銅箔等の金属箔
を基板として、その両表面に負極活物質を塗工等するこ
とにより、正極板2と同様にして作製される。
図2に示すように、正極板2の幅方向であるY軸方向の
端部に形成される少なくとも1箇所の電極活物質未塗工
領域7(以下、「未塗工領域」という。)と電極活物質
塗工領域8(以下、「塗工領域」という。また、塗工領
域は電極活物質層である。)とに分けられる。この未塗
工領域7を形成し、未塗工領域7に複数のタブ5を設け
ることは、幅広かつ帯長である大面積の正極板2にあっ
ては、集電抵抗を低減して電池の内部抵抗を低減するた
めに不可欠である。なお、負極板3は、銅箔等の金属箔
を基板として、その両表面に負極活物質を塗工等するこ
とにより、正極板2と同様にして作製される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】 さて、上述したよう
に、基板に電極活物質(正極活物質、負極活物質を指
す。)を塗工した後に、電極板(正極板、負極板を指
す。)にロールプレスによる圧力印加を行った際には、
その肉厚差に起因して、塗工領域のみに圧力が掛かり、
一方の未塗工領域には圧力は掛からない。例えば、基板
の厚みが10〜20μm程度であるのに対して、電極活
物質層は厚みが約100μm前後で形成されるため、塗
工領域と未塗工領域の厚み差は歴然としている。
に、基板に電極活物質(正極活物質、負極活物質を指
す。)を塗工した後に、電極板(正極板、負極板を指
す。)にロールプレスによる圧力印加を行った際には、
その肉厚差に起因して、塗工領域のみに圧力が掛かり、
一方の未塗工領域には圧力は掛からない。例えば、基板
の厚みが10〜20μm程度であるのに対して、電極活
物質層は厚みが約100μm前後で形成されるため、塗
工領域と未塗工領域の厚み差は歴然としている。
【0007】 このため、塗工領域直下の基板部分には
電極活物質層を介して圧力が伝えられるが、未塗工領域
の基板部分には圧力が加わらないために、塗工領域直下
の基板には、基板の長さ方向に引張応力が生ずることと
なる。その結果、特に未塗工領域と塗工領域との境界に
歪みが集中し、波打ちや皺が生ずることが通常であっ
た。
電極活物質層を介して圧力が伝えられるが、未塗工領域
の基板部分には圧力が加わらないために、塗工領域直下
の基板には、基板の長さ方向に引張応力が生ずることと
なる。その結果、特に未塗工領域と塗工領域との境界に
歪みが集中し、波打ちや皺が生ずることが通常であっ
た。
【0008】 このような波打ち等が発生した電極板を
用いた場合には、捲回時におけるタブの取付作業性が低
下し、また、内部電極体の端面に大きな隙間を有する襞
が生ずる等して電極活物質間に隙間が生じ、電池の内部
抵抗が大きくなるという問題を招く。一方、波打ち等が
発生しないように、ロールプレスの圧力を下げると、電
極活物質の充填密度が小さくなり、電極活物質粒子間の
接触面積が低下して内部抵抗が大きくなることとなる。
用いた場合には、捲回時におけるタブの取付作業性が低
下し、また、内部電極体の端面に大きな隙間を有する襞
が生ずる等して電極活物質間に隙間が生じ、電池の内部
抵抗が大きくなるという問題を招く。一方、波打ち等が
発生しないように、ロールプレスの圧力を下げると、電
極活物質の充填密度が小さくなり、電極活物質粒子間の
接触面積が低下して内部抵抗が大きくなることとなる。
【0009】 このような問題は、小型電池では捲回型
の内部電極体を用いた場合には生じていなかった。その
理由としては、小型電池では、図6に示すように、電極
板91の面積が小さいためにタブ92の取付は電極板9
1の長さ方向(X軸方向)の端部1箇所のみで足りるこ
と、これによって電極活物質93の塗工は電極板91の
幅方向(Y軸方向)全体に渡って行うことが可能であ
り、プレス処理を行っても幅方向の歪みが生じ難いこ
と、更にプレス処理を行ったときに生ずる歪みが大面積
の電極板の場合と比較して小さいこと等が挙げられる。
の内部電極体を用いた場合には生じていなかった。その
理由としては、小型電池では、図6に示すように、電極
板91の面積が小さいためにタブ92の取付は電極板9
1の長さ方向(X軸方向)の端部1箇所のみで足りるこ
と、これによって電極活物質93の塗工は電極板91の
幅方向(Y軸方向)全体に渡って行うことが可能であ
り、プレス処理を行っても幅方向の歪みが生じ難いこ
と、更にプレス処理を行ったときに生ずる歪みが大面積
の電極板の場合と比較して小さいこと等が挙げられる。
【0010】
【課題を解決するための手段】 本発明は、このような
従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、大面積の電極板の内部抵抗を上昇さ
せることなく、しかも波打ち等の発生を防止して、捲回
作業性に優れた電極板を作製することにより、良好な電
池特性を有するリチウム二次電池を提供することにあ
る。
従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、大面積の電極板の内部抵抗を上昇さ
せることなく、しかも波打ち等の発生を防止して、捲回
作業性に優れた電極板を作製することにより、良好な電
池特性を有するリチウム二次電池を提供することにあ
る。
【0011】 即ち、本発明によれば、集電基板に電極
活物質を塗工してなる正極板及び負極板をセパレータを
介して巻芯外周に捲回してなる内部電極体並びに非水電
解液を用いてなるリチウム二次電池であって、当該正極
板及び当該負極板の幅方向端部に形成された電極活物質
未塗工領域における当該集電基板に、当該集電基板の幅
方向に平行なスリットが形成されていることを特徴とす
るリチウム二次電池、が提供される。ここで、スリット
は、電極活物質塗工領域と電極活物質未塗工領域との境
界に到達して形成されていることが好ましい。
活物質を塗工してなる正極板及び負極板をセパレータを
介して巻芯外周に捲回してなる内部電極体並びに非水電
解液を用いてなるリチウム二次電池であって、当該正極
板及び当該負極板の幅方向端部に形成された電極活物質
未塗工領域における当該集電基板に、当該集電基板の幅
方向に平行なスリットが形成されていることを特徴とす
るリチウム二次電池、が提供される。ここで、スリット
は、電極活物質塗工領域と電極活物質未塗工領域との境
界に到達して形成されていることが好ましい。
【0012】 また、本発明によれば、集電基板に電極
活物質を塗工してなる正極板及び負極板をセパレータを
介して巻芯外周に捲回してなる内部電極体並びに非水電
解液を用いてなるリチウム二次電池であって、当該正極
板及び当該負極板における電極活物質未塗工領域が、当
該集電基板の表面全体に電極活物質層を形成した後に、
当該電極活物質層の一部を除去することにより形成され
たものであることを特徴とするリチウム二次電池、が提
供される。ここでは、電極活物質層の除去は、レーザに
よるトリミングもしくは有機溶剤を用いた剥離或いは予
め集電基板に塗布又は貼着されたマスキング材の剥離に
よって好適に行われる。
活物質を塗工してなる正極板及び負極板をセパレータを
介して巻芯外周に捲回してなる内部電極体並びに非水電
解液を用いてなるリチウム二次電池であって、当該正極
板及び当該負極板における電極活物質未塗工領域が、当
該集電基板の表面全体に電極活物質層を形成した後に、
当該電極活物質層の一部を除去することにより形成され
たものであることを特徴とするリチウム二次電池、が提
供される。ここでは、電極活物質層の除去は、レーザに
よるトリミングもしくは有機溶剤を用いた剥離或いは予
め集電基板に塗布又は貼着されたマスキング材の剥離に
よって好適に行われる。
【0013】 さて、このような本発明のリチウム二次
電池に用いられる正極板及び負極板においては、集電基
板として金属箔が好適に用いられ、電極活物質未塗工領
域には複数の集電用タブが取り付けられる。また、正極
板及び負極板は、電極活物質の塗工後にロールプレス処
理されて作製される。本発明のリチウム二次電池は、2
Ah以上の大きな電池容量を有する電池に本発明は好適
に適用され、優れた生産性、電池特性を有することか
ら、電気自動車もしくはハイブリッド電気自動車のモー
タ駆動用電源として好適に用いられる。
電池に用いられる正極板及び負極板においては、集電基
板として金属箔が好適に用いられ、電極活物質未塗工領
域には複数の集電用タブが取り付けられる。また、正極
板及び負極板は、電極活物質の塗工後にロールプレス処
理されて作製される。本発明のリチウム二次電池は、2
Ah以上の大きな電池容量を有する電池に本発明は好適
に適用され、優れた生産性、電池特性を有することか
ら、電気自動車もしくはハイブリッド電気自動車のモー
タ駆動用電源として好適に用いられる。
【0014】
【発明の実施の形態】 以下、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明するが、本発明は以下の実
施の形態に限定されるものではない。本発明のリチウム
二次電池に使用される捲回型内部電極体の構成は、前述
した図1記載のものと同等である。即ち、内部電極体1
は、正極板2及び負極板3をセパレータ4を介して、巻
芯9の外周に捲回して形成される。
いて図面を参照しながら説明するが、本発明は以下の実
施の形態に限定されるものではない。本発明のリチウム
二次電池に使用される捲回型内部電極体の構成は、前述
した図1記載のものと同等である。即ち、内部電極体1
は、正極板2及び負極板3をセパレータ4を介して、巻
芯9の外周に捲回して形成される。
【0015】 図3は本発明のリチウム二次電池に好適
に用いられる正極板2の作製方法の一実施形態を示す説
明図である。正極板2における集電基板12(以下、
「基板12」と記す。)12としては、アルミニウム箔
やチタン箔等の正極電気化学反応に対する耐蝕性が良好
である金属箔が用いられる。図3(a)に示されるよう
に、正極活物質塗工前の基板12は帯状の一枚板の状態
にある。
に用いられる正極板2の作製方法の一実施形態を示す説
明図である。正極板2における集電基板12(以下、
「基板12」と記す。)12としては、アルミニウム箔
やチタン箔等の正極電気化学反応に対する耐蝕性が良好
である金属箔が用いられる。図3(a)に示されるよう
に、正極活物質塗工前の基板12は帯状の一枚板の状態
にある。
【0016】 なお、基板12としては、その他にパン
チングにより複数の孔部を形成したパンチングメタル或
いはメッシュ(網)を用いることもできる。これらを用
いた場合にも、後述する金属箔を用いた場合と同様に、
本発明が意図するプレス処理における応力緩和の効果を
得ることができる。
チングにより複数の孔部を形成したパンチングメタル或
いはメッシュ(網)を用いることもできる。これらを用
いた場合にも、後述する金属箔を用いた場合と同様に、
本発明が意図するプレス処理における応力緩和の効果を
得ることができる。
【0017】 この基板12に正極活物質を塗工する。
ここで、正極活物質としては、マンガン酸リチウムやコ
バルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム等のリチウム遷
移金属複合酸化物が好適に用いられ、好ましくは、これ
らにアセチレンブラック等の炭素微粉末を導電助材が加
えられる。このような正極活物質粉末に溶剤やバインダ
等を添加して作製したスラリー或いはペーストを、ロー
ルコータ法等を用いて、基板12の幅方向(Y軸方向)
の少なくとも一方の端部に未塗工領域7を形成しつつ、
基板12の両面に塗布、固着させて、塗工領域8を形成
する。図3(b)には、未塗工領域7を基板12の幅方
向の両端部に一定幅で形成した形態を示した。
ここで、正極活物質としては、マンガン酸リチウムやコ
バルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム等のリチウム遷
移金属複合酸化物が好適に用いられ、好ましくは、これ
らにアセチレンブラック等の炭素微粉末を導電助材が加
えられる。このような正極活物質粉末に溶剤やバインダ
等を添加して作製したスラリー或いはペーストを、ロー
ルコータ法等を用いて、基板12の幅方向(Y軸方向)
の少なくとも一方の端部に未塗工領域7を形成しつつ、
基板12の両面に塗布、固着させて、塗工領域8を形成
する。図3(b)には、未塗工領域7を基板12の幅方
向の両端部に一定幅で形成した形態を示した。
【0018】 続いて、図3(c)に示されるように、
本発明においては、こうして基板12の幅方向の端部に
形成された未塗工領域7に、幅方向に平行なスリット2
1を形成し、その後にプレス処理を行う。プレス処理に
より、正極板2のように、一方の方向に長い電極板のプ
レス処理に当たっては、ロールプレスにより、ロール間
を正極板2が長さ方向(X軸方向)に通過するように連
続的に処理を行うことで、図3(d)に示されるよう
に、正極板2における塗工領域8の正極活物質層の厚み
を薄くしつつ、かつ一定厚みとして、正極活物質層の高
密度化が図られる。ここで、ロールプレスの回数は1回
のみに限定されるものではなく、数回にかけて徐々に塗
工領域の厚みを減少させてゆくことも好ましい。
本発明においては、こうして基板12の幅方向の端部に
形成された未塗工領域7に、幅方向に平行なスリット2
1を形成し、その後にプレス処理を行う。プレス処理に
より、正極板2のように、一方の方向に長い電極板のプ
レス処理に当たっては、ロールプレスにより、ロール間
を正極板2が長さ方向(X軸方向)に通過するように連
続的に処理を行うことで、図3(d)に示されるよう
に、正極板2における塗工領域8の正極活物質層の厚み
を薄くしつつ、かつ一定厚みとして、正極活物質層の高
密度化が図られる。ここで、ロールプレスの回数は1回
のみに限定されるものではなく、数回にかけて徐々に塗
工領域の厚みを減少させてゆくことも好ましい。
【0019】 このプレス処理においては、塗工領域8
よりも薄い未塗工領域7には、圧力が掛からないため、
塗工領域8直下の基板部分に長さ方向に引張応力が生
じ、未塗工領域7と塗工領域8との境界に特に歪みが集
中するが、本発明においては、未塗工領域7にスリット
21が形成されているために、スリット21によって引
張応力が緩和され、その結果、正極板2の幅方向端部に
おける波打ちや皺の発生を回避することが可能となる。
よりも薄い未塗工領域7には、圧力が掛からないため、
塗工領域8直下の基板部分に長さ方向に引張応力が生
じ、未塗工領域7と塗工領域8との境界に特に歪みが集
中するが、本発明においては、未塗工領域7にスリット
21が形成されているために、スリット21によって引
張応力が緩和され、その結果、正極板2の幅方向端部に
おける波打ちや皺の発生を回避することが可能となる。
【0020】 なお、この応力緩和を効果的とするため
には、スリット21は、塗工領域8と未塗工領域7との
境界に到達して形成されていることが好ましい。このよ
うなスリット21は、正極活物質のスラリー等の塗工前
に、予め基板12に形成しておくことは可能であるが、
スリット21を通してスラリーが流出する可能性がある
ことや、スリット21上に形成された正極活物質が捲回
時等に割裂等して他の正常な部分に悪影響を与えるおそ
れがあることを考慮すると、スリット21の形成は、正
極活物質の塗工後、プレス処理前に行うことが好まし
い。
には、スリット21は、塗工領域8と未塗工領域7との
境界に到達して形成されていることが好ましい。このよ
うなスリット21は、正極活物質のスラリー等の塗工前
に、予め基板12に形成しておくことは可能であるが、
スリット21を通してスラリーが流出する可能性がある
ことや、スリット21上に形成された正極活物質が捲回
時等に割裂等して他の正常な部分に悪影響を与えるおそ
れがあることを考慮すると、スリット21の形成は、正
極活物質の塗工後、プレス処理前に行うことが好まし
い。
【0021】 負極板3についても正極板2と同様にし
て作製することができることはいうまでもない。負極板
3の集電体としては、銅箔もしくはニッケル箔等の負極
電気化学反応に対する耐蝕性が良好な金属箔が用いら
れ、負極活物質としては、ソフトカーボンやハードカー
ボンといったアモルファス系炭素質材料や、人造黒鉛や
天然黒鉛等の高黒鉛化炭素質粉末が用いられる。
て作製することができることはいうまでもない。負極板
3の集電体としては、銅箔もしくはニッケル箔等の負極
電気化学反応に対する耐蝕性が良好な金属箔が用いら
れ、負極活物質としては、ソフトカーボンやハードカー
ボンといったアモルファス系炭素質材料や、人造黒鉛や
天然黒鉛等の高黒鉛化炭素質粉末が用いられる。
【0022】 こうして作製された平坦性に優れる正極
板2及び負極板3を、図1に示したように、セパレータ
4を介して正極板2と負極板3が互いに接触しないよう
に巻芯9の外周に捲回することで、形状に歪みの少ない
内部電極体1を得ることができる。ここで、セパレータ
4としては、マイクロポアを有するリチウムイオン透過
性のポリエチレンフィルム(PEフィルム)を、多孔性
のリチウムイオン透過性のポリプロピレンフィルム(P
Pフィルム)で挟んだ三層構造としたものが好適に用い
られる。これは、内部電極体の温度が上昇した場合に、
PEフィルムが約130℃で軟化してマイクロポアが潰
れ、リチウムイオンの移動すなわち電池反応を抑制する
安全機構を兼ねたものである。そして、このPEフィル
ムをより軟化温度の高いPPフィルムで挟持することに
よって、PEフィルムが軟化した場合においても、PP
フィルムが形状を保持して正極板2と負極板3の接触・
短絡を防止し、電池反応の確実な抑制と安全性の確保が
可能となる。
板2及び負極板3を、図1に示したように、セパレータ
4を介して正極板2と負極板3が互いに接触しないよう
に巻芯9の外周に捲回することで、形状に歪みの少ない
内部電極体1を得ることができる。ここで、セパレータ
4としては、マイクロポアを有するリチウムイオン透過
性のポリエチレンフィルム(PEフィルム)を、多孔性
のリチウムイオン透過性のポリプロピレンフィルム(P
Pフィルム)で挟んだ三層構造としたものが好適に用い
られる。これは、内部電極体の温度が上昇した場合に、
PEフィルムが約130℃で軟化してマイクロポアが潰
れ、リチウムイオンの移動すなわち電池反応を抑制する
安全機構を兼ねたものである。そして、このPEフィル
ムをより軟化温度の高いPPフィルムで挟持することに
よって、PEフィルムが軟化した場合においても、PP
フィルムが形状を保持して正極板2と負極板3の接触・
短絡を防止し、電池反応の確実な抑制と安全性の確保が
可能となる。
【0023】 この捲回作業時に、正極板2及び負極板
3に形成された未塗工領域7にタブ5・6がそれぞれ取
り付けられる。タブ5・6としては、それぞれ正極板2
及び負極板3の基板たる金属箔と同じ材質からなる箔状
のものが好適に用いられる。この場合には、タブ5・6
と未塗工領域7とを互いに面どうしで溶接することがで
きるため、未塗工領域7にスリット21が形成されてい
ても、タブ5・6の取り付けに何ら支障は生じない。
3に形成された未塗工領域7にタブ5・6がそれぞれ取
り付けられる。タブ5・6としては、それぞれ正極板2
及び負極板3の基板たる金属箔と同じ材質からなる箔状
のものが好適に用いられる。この場合には、タブ5・6
と未塗工領域7とを互いに面どうしで溶接することがで
きるため、未塗工領域7にスリット21が形成されてい
ても、タブ5・6の取り付けに何ら支障は生じない。
【0024】 なお、タブ5・6の未塗工領域7への取
付は、超音波溶接やスポット溶接等を用いて行うことが
できる。このとき、図1に示されるように、内部電極体
1の一端面に一方のタブが配置されるようにタブ5・6
をそれぞれ取り付けると、タブ5・6間の接触を防止す
ることができ、好ましい。
付は、超音波溶接やスポット溶接等を用いて行うことが
できる。このとき、図1に示されるように、内部電極体
1の一端面に一方のタブが配置されるようにタブ5・6
をそれぞれ取り付けると、タブ5・6間の接触を防止す
ることができ、好ましい。
【0025】 作製された内部電極体1を、電流を外部
に取り出すための端子とのタブ5・6との導通を確保し
つつ、電池ケースに挿入し載置し、非水電解液を含浸さ
せた後に、電池ケースを封止することで電池が作製され
る。
に取り出すための端子とのタブ5・6との導通を確保し
つつ、電池ケースに挿入し載置し、非水電解液を含浸さ
せた後に、電池ケースを封止することで電池が作製され
る。
【0026】 ここで、電池ケースの形状や電池端部に
おける構造には特に制限がないことはいうまでもない。
図5は、得られた内部電極体1を用いた電池の一実施形
態を示す断面図である。内部電極体1のタブ5・6は、
それぞれ正極内部端子74A(アルミニウム製)・負極
内部端子74B(銅製)として用いられているリベット
に、かしめ加工により集合接続されている。そして、正
極内部端子74Aはアルミニウムからなる正極蓋71A
に接合され、正極蓋71Aには同じくアルミニウムから
なる雌ネジ形状の正極外部端子73Aが接合されてい
る。なお、正極外部端子73Aの下部には、正極蓋71
Aを貫通するように電解液注入口77が設けられてい
る。
おける構造には特に制限がないことはいうまでもない。
図5は、得られた内部電極体1を用いた電池の一実施形
態を示す断面図である。内部電極体1のタブ5・6は、
それぞれ正極内部端子74A(アルミニウム製)・負極
内部端子74B(銅製)として用いられているリベット
に、かしめ加工により集合接続されている。そして、正
極内部端子74Aはアルミニウムからなる正極蓋71A
に接合され、正極蓋71Aには同じくアルミニウムから
なる雌ネジ形状の正極外部端子73Aが接合されてい
る。なお、正極外部端子73Aの下部には、正極蓋71
Aを貫通するように電解液注入口77が設けられてい
る。
【0027】 負極側の構造も正極側と同様であるが、
負極内部端子74B、負極蓋71B、雄ネジ形状の負極
外部端子73Bには全て銅製部材が好適に用いられる。
但し、負極蓋71Bには電解液注入口77は設けられて
いない。このように各極の外部端子73A・73Bが互
いの結合が容易となるように相補する形状に設定されて
いると、電池50間の直列接続が容易に行うことがで
き、好ましい。電池50では、電池50を回転させて負
極外部端子73Bを正極内部端子73Aにねじ込めばよ
い。
負極内部端子74B、負極蓋71B、雄ネジ形状の負極
外部端子73Bには全て銅製部材が好適に用いられる。
但し、負極蓋71Bには電解液注入口77は設けられて
いない。このように各極の外部端子73A・73Bが互
いの結合が容易となるように相補する形状に設定されて
いると、電池50間の直列接続が容易に行うことがで
き、好ましい。電池50では、電池50を回転させて負
極外部端子73Bを正極内部端子73Aにねじ込めばよ
い。
【0028】 電池ケース72に形成された突起部81
は、正負両極の内部端子74A・74B等を取り付けた
内部電極体1を円筒形電池ケース72に挿入した後、内
部電極体1の両端近傍において、電池ケース72に絞り
加工を行うことで形成される。そして、電池ケース72
の端面は、絶縁材料からなるシール材82を用いて電池
ケース72と正負両極の蓋71A・71Bが導通しない
ように、電池ケース72の両端をかしめ加工により封止
することで形成されている。なお、内部電極体1と電池
ケース72の内周面との間には、絶縁性ポリマーフィル
ム79が配置されており、本発明においては、通気性を
有する多孔質フィルムを用いることが好ましい。
は、正負両極の内部端子74A・74B等を取り付けた
内部電極体1を円筒形電池ケース72に挿入した後、内
部電極体1の両端近傍において、電池ケース72に絞り
加工を行うことで形成される。そして、電池ケース72
の端面は、絶縁材料からなるシール材82を用いて電池
ケース72と正負両極の蓋71A・71Bが導通しない
ように、電池ケース72の両端をかしめ加工により封止
することで形成されている。なお、内部電極体1と電池
ケース72の内周面との間には、絶縁性ポリマーフィル
ム79が配置されており、本発明においては、通気性を
有する多孔質フィルムを用いることが好ましい。
【0029】 この電池に50における非水電解液の充
填は、電解液注入口77を上向きとして、電池50を減
圧雰囲気下に載置し、電解液注入口77と巻芯9の中空
部分を貫通するように、電解液注入ノズルを電池の底部
へ挿入し、所定量の電解液を注入して十分に内部電極体
1への含浸処理を行った後、不活性ガス雰囲気として、
不要な電解液を電解液注入ノズルで排出し、電解液注入
口77をネジにより封止する方法等を用いて、簡単に行
うことが可能である。
填は、電解液注入口77を上向きとして、電池50を減
圧雰囲気下に載置し、電解液注入口77と巻芯9の中空
部分を貫通するように、電解液注入ノズルを電池の底部
へ挿入し、所定量の電解液を注入して十分に内部電極体
1への含浸処理を行った後、不活性ガス雰囲気として、
不要な電解液を電解液注入ノズルで排出し、電解液注入
口77をネジにより封止する方法等を用いて、簡単に行
うことが可能である。
【0030】 非水電解液としては、エチレンカーボネ
ート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメ
チルカーボネート(DMC)といった炭酸エステル系の
もの、プロピレンカーボネート(PC)やγ−ブチロラ
クトン、テトラヒドロフラン、アセトニトリル等の有機
溶媒の単独溶媒もしくは混合溶媒に、電解質としてのL
iPF6やLiBF4等のリチウム錯体フッ素化合物、あ
るいはLiClO4といったリチウムハロゲン化物等を
1種類もしくは2種類以上を溶解した非水電解液が好適
に用いられる。
ート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメ
チルカーボネート(DMC)といった炭酸エステル系の
もの、プロピレンカーボネート(PC)やγ−ブチロラ
クトン、テトラヒドロフラン、アセトニトリル等の有機
溶媒の単独溶媒もしくは混合溶媒に、電解質としてのL
iPF6やLiBF4等のリチウム錯体フッ素化合物、あ
るいはLiClO4といったリチウムハロゲン化物等を
1種類もしくは2種類以上を溶解した非水電解液が好適
に用いられる。
【0031】 なお、リチウム二次電池には、内部短
絡、外部短絡等によって異常に大きな電流が流れた場合
に、電池温度が急激に上昇して電解液が蒸発し、電池内
圧が急激に上昇することによって生ずる電池の破裂事故
を防止するために、種々の放圧弁が設けられる。図5に
はこのような放圧弁は図示はしていないが、発明者ら
は、先に特願平10−165213号において、V字型
溝や金属箔を用いた種々の放圧弁(圧力解放機構)を提
案している。このような放圧弁が本発明のリチウム二次
電池にも好適に適用される。
絡、外部短絡等によって異常に大きな電流が流れた場合
に、電池温度が急激に上昇して電解液が蒸発し、電池内
圧が急激に上昇することによって生ずる電池の破裂事故
を防止するために、種々の放圧弁が設けられる。図5に
はこのような放圧弁は図示はしていないが、発明者ら
は、先に特願平10−165213号において、V字型
溝や金属箔を用いた種々の放圧弁(圧力解放機構)を提
案している。このような放圧弁が本発明のリチウム二次
電池にも好適に適用される。
【0032】 次に、本発明のリチウム二次電池に用い
られる電極板の別の作製方法について、図4を参照しな
がら説明する。上述の通り、塗工領域8と未塗工領域7
との間に生ずる歪みは、塗工領域8と未塗工領域7の厚
み差に起因するものであるから、プレス処理時に、この
厚み差を無くすことで、引張応力の発生を抑制すること
が可能と考えられる。そこで、本発明においては、正極
板2及び負極板3における未塗工領域7が、基板12の
表面に電極活物質層(塗工領域8)を形成した後に、電
極活物質層(塗工領域8)の一部を除去することにより
形成する方法が用いられる。
られる電極板の別の作製方法について、図4を参照しな
がら説明する。上述の通り、塗工領域8と未塗工領域7
との間に生ずる歪みは、塗工領域8と未塗工領域7の厚
み差に起因するものであるから、プレス処理時に、この
厚み差を無くすことで、引張応力の発生を抑制すること
が可能と考えられる。そこで、本発明においては、正極
板2及び負極板3における未塗工領域7が、基板12の
表面に電極活物質層(塗工領域8)を形成した後に、電
極活物質層(塗工領域8)の一部を除去することにより
形成する方法が用いられる。
【0033】 即ち、正極板2について説明すると、図
4(a)に示される基板12の全面に正極活物質を塗工
すると、図4(b)に示されるような、基板12の全面
が塗工領域8からなり、未塗工領域7が形成されていな
い正極板2が作製される。この状態で正極板2のロール
プレスによるプレス処理を行っても、正極板2自体に
は、正極活物質の塗布による厚みバラツキ程度の僅かな
厚み差しか存在していないので、正極板2全体に渡って
均一なプレス処理を行うことができる。こうして、基板
12への引張応力の発生が抑制されるので、正極板2の
幅方向の端部の波打ちや皺の発生が回避され、図4
(c)に示されるような、塗工領域8の厚みが薄くなっ
た正極板2が得られる。
4(a)に示される基板12の全面に正極活物質を塗工
すると、図4(b)に示されるような、基板12の全面
が塗工領域8からなり、未塗工領域7が形成されていな
い正極板2が作製される。この状態で正極板2のロール
プレスによるプレス処理を行っても、正極板2自体に
は、正極活物質の塗布による厚みバラツキ程度の僅かな
厚み差しか存在していないので、正極板2全体に渡って
均一なプレス処理を行うことができる。こうして、基板
12への引張応力の発生が抑制されるので、正極板2の
幅方向の端部の波打ちや皺の発生が回避され、図4
(c)に示されるような、塗工領域8の厚みが薄くなっ
た正極板2が得られる。
【0034】 このプレス処理後に、塗工領域8におけ
る幅方向端部の電極活物質を除去することで、未塗工領
域7を形成することが可能となり、平坦性に優れる正極
板2を得ることができる。このとき、図4(d)に示さ
れるように、未塗工領域7を正極板2の幅方向端部に一
定の幅で形成してもよく、一方、図4(e)に示される
ように、未塗工領域7をタブ5を取り付ける部分とその
近傍のみに形成してもよい。負極板3も同様にして作製
される。
る幅方向端部の電極活物質を除去することで、未塗工領
域7を形成することが可能となり、平坦性に優れる正極
板2を得ることができる。このとき、図4(d)に示さ
れるように、未塗工領域7を正極板2の幅方向端部に一
定の幅で形成してもよく、一方、図4(e)に示される
ように、未塗工領域7をタブ5を取り付ける部分とその
近傍のみに形成してもよい。負極板3も同様にして作製
される。
【0035】 このような電極板の作製方法における塗
工領域8からの電極活物質層の除去は、第4次高調波Y
AGレーザやエキシマレーザ等を用いたトリミングによ
り行うと、乾式で形状精度よくしかも短時間で行うこと
ができ、好ましい。また、電極活物質層は溶剤を加えて
作製されたスラリー等を乾燥して形成されたものである
ため、有機溶剤を用いて部分的にバインダによる電極活
物質粒子間の結合を解き、電極活物質層から溶出するこ
とも可能である。
工領域8からの電極活物質層の除去は、第4次高調波Y
AGレーザやエキシマレーザ等を用いたトリミングによ
り行うと、乾式で形状精度よくしかも短時間で行うこと
ができ、好ましい。また、電極活物質層は溶剤を加えて
作製されたスラリー等を乾燥して形成されたものである
ため、有機溶剤を用いて部分的にバインダによる電極活
物質粒子間の結合を解き、電極活物質層から溶出するこ
とも可能である。
【0036】 更に、電極活物質のスラリーを塗布する
前の基板において、最終的に未塗工領域7となる部分
に、プレス処理による波打ち等が発生しない程度に薄
く、マスキング材を塗布又は貼着しておき、電極活物質
の塗布、プレス処理後に、マスキング材を基板から剥離
し、同時に、マスキング材上の電極活物質層を剥離する
ことによっても容易に行うことができる。マスキング材
としては、マスキングテープや硬化性樹脂等を挙げるこ
とができる。
前の基板において、最終的に未塗工領域7となる部分
に、プレス処理による波打ち等が発生しない程度に薄
く、マスキング材を塗布又は貼着しておき、電極活物質
の塗布、プレス処理後に、マスキング材を基板から剥離
し、同時に、マスキング材上の電極活物質層を剥離する
ことによっても容易に行うことができる。マスキング材
としては、マスキングテープや硬化性樹脂等を挙げるこ
とができる。
【0037】 以上、低抵抗で平坦性に優れた電極板を
用いた本発明のリチウム二次電池の実施の形態について
説明してきたが、上記趣旨から、電極板における電極活
物質の未塗工領域には、複数のタブが配設される。即
ち、本発明は、複数箇所による集電が必要と考えられる
大容量電池に好適に適用される。電池容量としては2A
h以上であることが好ましい。
用いた本発明のリチウム二次電池の実施の形態について
説明してきたが、上記趣旨から、電極板における電極活
物質の未塗工領域には、複数のタブが配設される。即
ち、本発明は、複数箇所による集電が必要と考えられる
大容量電池に好適に適用される。電池容量としては2A
h以上であることが好ましい。
【0038】 また、本発明のリチウム二次電池は、内
部抵抗が小さいために良好な充放電特性を有し、また、
内部電極体の作製における生産性も良好であることか
ら、高信頼性、低コストが要求される電気自動車もしく
はハイブリッド電気自動車のモータ駆動用電源として好
適に用いることができる。
部抵抗が小さいために良好な充放電特性を有し、また、
内部電極体の作製における生産性も良好であることか
ら、高信頼性、低コストが要求される電気自動車もしく
はハイブリッド電気自動車のモータ駆動用電源として好
適に用いることができる。
【0039】
【発明の効果】 上述の通り、本発明のリチウム二次電
池によれば、低抵抗かつ平坦性に優れた電極板を用いて
形状歪みの小さい内部電極体を作製することができるの
で、内部電極体内において電池反応が均一に誘起され、
これによって充放電特性に優れた電池となる顕著な効果
が認められる。また、従来の平坦性に劣る電極板を用い
た場合と比較して生産性が向上し、低コスト化が図られ
る効果をも奏する。
池によれば、低抵抗かつ平坦性に優れた電極板を用いて
形状歪みの小さい内部電極体を作製することができるの
で、内部電極体内において電池反応が均一に誘起され、
これによって充放電特性に優れた電池となる顕著な効果
が認められる。また、従来の平坦性に劣る電極板を用い
た場合と比較して生産性が向上し、低コスト化が図られ
る効果をも奏する。
【図1】 リチウム二次電池に用いられる内部電極体の
一般的構造を示す斜視図である。
一般的構造を示す斜視図である。
【図2】 リチウム二次電池に用いられる正極板(電極
板)の平面図である。
板)の平面図である。
【図3】 本発明のリチウム二次電池に好適に用いられ
る正極板(電極板)の作製方法の一例を示す説明図であ
る。
る正極板(電極板)の作製方法の一例を示す説明図であ
る。
【図4】 本発明のリチウム二次電池に好適に用いられ
る正極板(電極板)の作製方法の別の例を示す説明図で
ある。
る正極板(電極板)の作製方法の別の例を示す説明図で
ある。
【図5】 本発明のリチウム二次電池に好適に採用され
る電池構造の一実施形態を示す断面図である。
る電池構造の一実施形態を示す断面図である。
【図6】 従来の小型リチウム二次電池に用いられる電
極板の構造の一形態を示す平面図である。
極板の構造の一形態を示す平面図である。
1…内部電極体、2…正極板、3…負極板、4…セパレ
ータ、5…正極用タブ、6…負極用タブ、7…電極活物
質未塗工領域(未塗工領域)、8…電極活物質塗工領域
(塗工領域)、9…巻芯、12…集電基板(基板)、2
1…スリット、50…電池、71A…正極蓋、71B…
負極蓋、72…電池ケース、73A…正極外部端子、7
3B…負極外部端子、74A…正極内部端子、74B…
負極内部端子、77…電解液注入口、79…絶縁フィル
ム、81…突起部、82…シール材、91…電極板、9
2…タブ、93…電極活物質。
ータ、5…正極用タブ、6…負極用タブ、7…電極活物
質未塗工領域(未塗工領域)、8…電極活物質塗工領域
(塗工領域)、9…巻芯、12…集電基板(基板)、2
1…スリット、50…電池、71A…正極蓋、71B…
負極蓋、72…電池ケース、73A…正極外部端子、7
3B…負極外部端子、74A…正極内部端子、74B…
負極内部端子、77…電解液注入口、79…絶縁フィル
ム、81…突起部、82…シール材、91…電極板、9
2…タブ、93…電極活物質。
フロントページの続き Fターム(参考) 5H022 AA09 AA18 BB01 BB02 BB17 BB21 CC12 CC19 CC22 5H029 AJ02 AJ14 AK03 AL06 AL07 AL08 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ02 BJ14 CJ03 CJ04 DJ05 DJ07
Claims (9)
- 【請求項1】 集電基板に電極活物質を塗工してなる正
極板及び負極板をセパレータを介して巻芯外周に捲回し
てなる内部電極体並びに非水電解液を用いてなるリチウ
ム二次電池であって、 当該正極板及び当該負極板の幅方向端部に形成された電
極活物質未塗工領域における当該集電基板に、当該集電
基板の幅方向に平行なスリットが形成されていることを
特徴とするリチウム二次電池。 - 【請求項2】 当該スリットが、電極活物質塗工領域と
当該電極活物質未塗工領域との境界に到達していること
を特徴とする請求項1記載のリチウム二次電池。 - 【請求項3】 集電基板に電極活物質を塗工してなる正
極板及び負極板をセパレータを介して巻芯外周に捲回し
てなる内部電極体並びに非水電解液を用いてなるリチウ
ム二次電池であって、 当該正極板及び当該負極板における電極活物質未塗工領
域が、当該集電基板の表面全体に電極活物質層を形成し
た後に、当該電極活物質層の一部を除去することにより
形成されたものであることを特徴とするリチウム二次電
池。 - 【請求項4】 当該電極活物質層の除去が、レーザによ
るトリミングもしくは有機溶剤を用いた溶出或いは予め
当該集電基板に塗布又は貼着されたマスキング材の剥離
によって行われたものであることを特徴とする請求項3
記載のリチウム二次電池。 - 【請求項5】 当該集電基板が、金属箔であることを特
徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のリチウム
二次電池。 - 【請求項6】 当該電極活物質未塗工領域に、複数の集
電用タブが取り付けられていることを特徴とする請求項
1〜5のいずれか一項に記載のリチウム二次電池。 - 【請求項7】 当該正極板及び当該負極板が、電極活物
質の塗工後に、ロールプレス処理されたものであること
を特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のリチ
ウム二次電池。 - 【請求項8】 電気自動車もしくはハイブリッド電気自
動車のモータ駆動用電源として用いられることを特徴と
する請求項1〜7のいずれか一項に記載のリチウム二次
電池。 - 【請求項9】 2Ah以上の電池容量を有することを特
徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載のリチウム
二次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11006746A JP2000208129A (ja) | 1999-01-13 | 1999-01-13 | リチウム二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11006746A JP2000208129A (ja) | 1999-01-13 | 1999-01-13 | リチウム二次電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000208129A true JP2000208129A (ja) | 2000-07-28 |
Family
ID=11646773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11006746A Withdrawn JP2000208129A (ja) | 1999-01-13 | 1999-01-13 | リチウム二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000208129A (ja) |
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000331674A (ja) * | 1999-05-20 | 2000-11-30 | Dainippon Printing Co Ltd | 非水電解液二次電池用電極板及び該電極板の中間製品、及びその製造方法 |
| KR100627340B1 (ko) * | 2005-03-25 | 2006-09-25 | 삼성에스디아이 주식회사 | 전극 조립체 및 이의 이차전지 및 전극 모듈 |
| KR100637505B1 (ko) * | 2005-03-25 | 2006-10-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | 이차전지의 전극판, 이의 제조 방법 및 이 전극판을 이용한이차전지 |
| KR20080063966A (ko) * | 2007-01-03 | 2008-07-08 | 주식회사 엘지화학 | 비수 전해액 2차 전지 |
| US8277967B2 (en) | 2007-01-26 | 2012-10-02 | Panasonic Corporation | Energy device, method for manufacturing the same, and apparatus including the same |
| WO2013035519A1 (ja) * | 2011-09-09 | 2013-03-14 | 株式会社 村田製作所 | 全固体電池およびその製造方法 |
| JP2013544424A (ja) * | 2010-11-29 | 2013-12-12 | ツェントルム フュア ゾンネンエネルギー ウント ヴァッサーシュトッフ フォルシュング バーデンヴュルテンベルク ゲマインニュッツィゲ シュティフトゥング | バッテリー電極、及びバッテリー電極の製造方法 |
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