JP7601018B2 - 電池およびその製造方法 - Google Patents

電池およびその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP7601018B2
JP7601018B2 JP2022011523A JP2022011523A JP7601018B2 JP 7601018 B2 JP7601018 B2 JP 7601018B2 JP 2022011523 A JP2022011523 A JP 2022011523A JP 2022011523 A JP2022011523 A JP 2022011523A JP 7601018 B2 JP7601018 B2 JP 7601018B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
layer
paste
battery
average particle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2022011523A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2023110219A (ja
Inventor
正晴 瀬上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2022011523A priority Critical patent/JP7601018B2/ja
Priority to US17/990,921 priority patent/US20230246300A1/en
Priority to CN202310002706.0A priority patent/CN116598414A/zh
Publication of JP2023110219A publication Critical patent/JP2023110219A/ja
Priority to US18/444,366 priority patent/US20240195014A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7601018B2 publication Critical patent/JP7601018B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0422—Cells or battery with cylindrical casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/403—Manufacturing processes of separators, membranes or diaphragms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H01M50/426—Fluorocarbon polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H01M50/434—Ceramics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/443—Particulate material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/446—Composite material consisting of a mixture of organic and inorganic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/451—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising layers of only organic material and layers containing inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/457—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising three or more layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/46—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H01M50/491—Porosity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/025—Electrodes composed of, or comprising, active material with shapes other than plane or cylindrical
    • 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
    • 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
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Cell Separators (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

本開示は、電池およびその製造方法に関する。
特開２０２０－１２３４８４号公報（特許文献１）は、複数の貫通孔を有する電極と、該貫通孔の内壁に積層されたセパレータ層と、を開示する。
特開２０２０－１２３４８４号公報
電池は、第１電極と第２電極とを含む。第２電極は、第１電極と異なる極性を有する。第１電極と第２電極との接触を回避するため、第１電極と第２電極との間にセパレータが配置される。セパレータは電気絶縁性である。セパレータは多孔質であり、イオン透過性を有する。一般に電極はシート状である。シート状の電極に対応して、フィルム状のセパレータが使用されている。例えば、ポリオレフィン製の微多孔フィルム等がセパレータとして普及している。
特殊構造の電極も検討されている。例えば、第１電極に貫通孔が形成される。貫通孔の内壁がセパレータで被覆される。内壁がセパレータで被覆された貫通孔内に、第２電極が配置される。電極がシート状ではないため、フィルム状のセパレータにより、第１電極と第２電極との接触を回避することは困難である。
そこで、例えば、塗布型セパレータの使用が考えられる。すなわち、貫通孔の内壁に無機粒子群が塗布されることにより、塗布型セパレータが形成され得る。しかしながら、本開示の新知見によると、貫通孔の内壁に形成された塗布型セパレータには、ボイド（気泡）が残存しやすい傾向がある。ボイドが存在する位置では、局所的に絶縁耐力が低下する可能性がある。例えば、ボイドに電極の一部が侵入することにより、短絡経路が形成される可能性がある。例えば、ボイドによってピンホールが形成される可能性もある。
本開示の目的は、貫通孔の内壁に形成された塗布型セパレータにおいて、ボイドを低減することである。
以下、本開示の技術的構成および作用効果が説明される。ただし本明細書の作用メカニズムは推定を含む。作用メカニズムは本開示の技術的範囲を限定しない。
１．電池は、第１電極と、第２電極と、セパレータとを含む。第１電極は、第１主面と第２主面とを含む。第２主面は、第１主面の反対面である。第１電極に、複数個の貫通孔が形成されている。貫通孔は、第１主面から第２主面まで第１電極を貫通している。
セパレータは、貫通孔の内壁を被覆している。第２電極は、第１電極と異なる極性を有する。第２電極は、貫通孔内に配置されている。第２電極は、貫通孔の軸方向に沿って延びている。
セパレータは、第１厚さを有する第１層と、第２厚さを有する第２層とを含む。第１層は、内壁と第２層との間に配置されている。第１層は、第１平均粒子径を有する第１無機粒子群を含む。第２層は、第２平均粒子径を有する第２無機粒子群を含む。第２平均粒子径は、第１平均粒子径に比して小さい。
塗布型セパレータにおいて、無機粒子群の粒子サイズが小さくなる程、ボイドのサイズが小さくなる傾向がある。したがって、粒子サイズが小さい無機粒子群が使用されることにより、ボイドの低減が期待される。ただし、無機粒子群の粒子サイズが小さくなる程、塗布型セパレータが緻密になり、イオン透過性が低下し得る。すなわち電池抵抗が増大し得る。
上記「１．」の電池においては、セパレータが第１層と第２層とを含む。第１層（下層）は、第２層（上層）に比して、内壁に近接している。第１層は、第１無機粒子群（大粒子群）により形成されている。第２層は、第２無機粒子群（小粒子群）により形成されている。第２層の形成時、第１層中のボイドに、小粒子群の一部が充填され得る。すなわちボイドが低減され得ると考えられる。さらに第１層が大粒子群により形成されていることにより、セパレータが適度に疎となり得る。そのため、電池抵抗の増大が軽減され得る。
２．第１電極は、例えばハニカムコアを形成していてもよい。
すなわち、第１電極の軸方向と直交する断面において、貫通孔がハニカム状に敷き詰められていてもよい。特殊構造の電極として、ハニカム構造の電極が有望である。電極がハニカム構造を有することにより、反応面積の増大と、活物質密度の増大とが期待される。すなわち、入出力特性とエネルギー密度との両立が期待される。
第１電極がハニカム構造を有する時、塗布型セパレータ以外のセパレータを適用することは困難であると考えられる。第１電極がハニカム構造を有する時、貫通孔の内壁に形成された塗布型セパレータの欠陥を検出することは困難であると考えられる。またハニカム構造を破壊せずに、塗布型セパレータの欠陥を除去することも困難であると考えられる。上記「１．」のセパレータは、ハニカム構造の電極に対して、有効であると考えられる。
３．第１層にボイドが形成されていてもよい。ボイドに第２無機粒子群の一部が充填されていてもよい。
４．第２平均粒子径は、例えば第１厚さに比して小さくてもよい。
メカニズムは不明ながら、ボイドのサイズは、第１層の厚さ（第１厚さ）に依存し得る。第２無機粒子群の粒子サイズが、第１厚さに比して小さいことにより、第２無機粒子群がボイドを埋めやすくなることが期待される。
５．第１厚さに対する、第２平均粒子径の比は、例えば１／３００以下であってもよい。ボイドの低減が期待されるためである。
６．第１平均粒子径は、例えば０．３～２μｍであってもよい。
７．第１厚さは、例えば１０～１５０μｍであってもよい。
８．第２厚さは、例えば３０μｍ以下であってもよい。
９．第１厚さに対する、第２厚さの比は、例えば０．５以下であってもよい。電池抵抗の増大が軽減され得るためである。
１０．第１層は、第１バインダをさらに含んでいてもよい。第２層は、第２バインダをさらに含んでいてもよい。
１１．第１無機粒子群および第２無機粒子群は、それぞれ独立に、例えば酸化アルミニウム、酸化アルミニウム水和物、水酸化アルミニウムおよび酸化チタンからなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。
１２．第１電極は、例えば、柱状であってもよい。第１主面および第２主面は、それぞれ、第１電極の軸方向の両端に位置していてもよい。
１３．電池は、電解液をさらに含んでいてもよい。
１４．電池の製造方法は、下記（ａ）～（ｃ）を含む。
（ａ）複数個の貫通孔が形成された第１電極を準備する。
（ｂ）貫通孔の内壁を被覆するセパレータを形成する。
（ｃ）上記（ｂ）の後、貫通孔内に第２電極を配置する。
上記（ｂ）は、下記（ｂ１）および（ｂ２）を含む。
（ｂ１）貫通孔の内壁に第１ペーストを塗布することにより、第１層を形成する。
（ｂ２）第１層の表面に第２ペーストを塗布することにより、第２層を形成する。
第２電極は、第１電極と異なる極性を有する。第１ペーストは、第１平均粒子径を有する第１無機粒子群を含む。第２ペーストは、第２平均粒子径を有する第２無機粒子群を含む。第２平均粒子径は、第１平均粒子径に比して小さい。
上記「１４．」の製造方法によれば、上記「１．」の電池が製造され得る。
１５．第１電極は、第１主面と第２主面とを含む。第２主面は、第１主面の反対面である。貫通孔は、第１主面から第２主面まで第１電極を貫通している。
上記（ｂ１）は、第１主面または第２主面から、第１ペーストを吸引することを含んでいてもよい。
上記（ｂ２）は、第１主面または第２主面から、第２ペーストを吸引することを含んでいてもよい。
貫通孔内にペーストが吸引されることにより、貫通孔の内壁にペーストが塗布され得る。
１６．第１ペーストは、第１バインダと第１分散媒とをさらに含んでいてもよい。第２ペーストは、第２バインダと第２分散媒とをさらに含んでいてもよい。
１７．電池の製造方法は、下記（ｄ）をさらに含んでいてもよい。
（ｄ）セパレータに電解液を含浸する。
以下、本開示の実施形態（以下「本実施形態」と略記され得る。）、および本開示の実施例（以下「本実施例」と略記され得る。）が説明される。ただし、本実施形態および本実施例は、本開示の技術的範囲を限定しない。
図１は、本実施形態における電池の一例を示す概略図である。 図２は、第１電極の一例を示す概略図である。 図３は、貫通孔の第１例を示す概略断面図である。 図４は、貫通孔の第２例を示す概略断面図である。 図５は、電池要素の概略断面図である。 図６は、セパレータの概略断面図である。 図７は、本実施形態における電池の製造方法の概略フローチャートである。 図８は、本実施例におけるセパレータの形成過程を示す第１図である。 図９は、本実施例におけるセパレータの形成過程を示す第２図である。
＜用語の定義等＞
本明細書において、「備える」、「含む」、「有する」、および、これらの変形（例えば「から構成される」等）の記載は、オープンエンド形式である。オープンエンド形式は必須要素に加えて、追加要素をさらに含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。「からなる」との記載はクローズド形式である。ただしクローズド形式であっても、通常において付随する不純物であったり、本開示技術に無関係であったりする付加的な要素は排除されない。「実質的に…からなる」との記載はセミクローズド形式である。セミクローズド形式においては、本開示技術の基本的かつ新規な特性に実質的に影響しない要素の付加が許容される。
本明細書において、「してもよい」、「し得る」等の表現は、義務的な意味「しなければならないという意味」ではなく、許容的な意味「する可能性を有するという意味」で使用されている。
本明細書において、各種方法に含まれる複数のステップ、動作および操作等は、特に断りのない限り、その実行順序が記載順序に限定されない。例えば、複数のステップが同時進行してもよい。例えば複数のステップが相前後してもよい。
本明細書における幾何学的な用語（例えば「平行」、「垂直」、「直交」等）は、厳密な意味に解されるべきではない。例えば「平行」は、厳密な意味での「平行」から多少ずれていてもよい。本明細書における幾何学的な用語は、例えば、設計上、作業上、製造上等の公差、誤差等を含み得る。各図中の寸法関係は、実際の寸法関係と一致しない場合がある。本開示技術の理解を助けるために、各図中の寸法関係（長さ、幅、厚さ等）が変更されている場合がある。さらに一部の構成が省略されている場合もある。
本明細書において、例えば「ｍ～ｎ％」等の数値範囲は、特に断りのない限り、上限値および下限値を含む。すなわち「ｍ～ｎ％」は、「ｍ％以上ｎ％以下」の数値範囲を示す。また「ｍ％以上ｎ％以下」は「ｍ％超ｎ％未満」を含む。さらに数値範囲内から任意に選択された数値が、新たな上限値または下限値とされてもよい。例えば、数値範囲内の数値と、本明細書中の別の部分、表中、図中等に記載された数値とが任意に組み合わされることにより、新たな数値範囲が設定されてもよい。
本明細書において、全ての数値は用語「約」によって修飾されている。用語「約」は、例えば±５％、±３％、±１％等を意味し得る。全ての数値は、本開示技術の利用形態によって変化し得る近似値であり得る。全ての数値は有効数字で表示され得る。測定値は、複数回の測定における平均値であり得る。測定回数は、３回以上であってもよいし、５回以上であってもよいし、１０回以上であってもよい。一般に測定回数が多い程、平均値の信頼性が向上することが期待される。測定値は有効数字の桁数に基づいて、四捨五入により端数処理され得る。測定値は、例えば測定装置の検出限界等に伴う誤差等を含み得る。
本明細書において、化合物が化学量論的組成式（例えば「ＬｉＣｏＯ2」等）によって表現されている場合、該化学量論的組成式は該化合物の代表例に過ぎない。化合物は、非化学量論的組成を有していてもよい。例えば、コバルト酸リチウムが「ＬｉＣｏＯ2」と表現されている時、特に断りのない限り、コバルト酸リチウムは「Ｌｉ／Ｃｏ／Ｏ＝１／１／２」の組成比に限定されず、任意の組成比でＬｉ、ＣｏおよびＯを含み得る。さらに、微量元素によるドープ、置換等も許容され得る。
本明細書において、「固形分率」は、塗料（例えばペースト等）における、固体成分の合計質量分率を示す。なお、分散媒に溶解している成分は、固体成分とみなされる。
本明細書の「平均粒子径」は、体積基準の粒子径分布において、粒子径が小さい側からの頻度の累積が５０％に到達する粒子径を示す。平均粒子径は、レーザ回折法により測定され得る。
本明細書の「電池」は、任意の電池系であり得る。本実施形態においては、一例として、電池がリチウムイオン電池である形態が説明される。第２電極は、第１電極と異なる極性を有する。第１電極は正極であってもよいし、負極であってもよい。本実施形態においては、一例として、第１電極が負極である形態が説明される。
＜電池＞
図１は、本実施形態における電池の一例を示す概略図である。以下「本実施形態における電池」が「本電池」と略記され得る。本電池１００は、電池要素５０を含む。本電池１００は、例えば、電解液、外装体等（いずれも不図示）をさらに含んでいてもよい。外装体は、電池要素５０および電解液を収納し得る。外装体は、例えば、金属製の容器等であってもよいし、金属箔ラミネートフィルム製のパウチ等であってもよい。電解液は、電池要素５０に含浸されていてもよい。電池要素５０は、第１電極１０と、第２電極２０と、セパレータ３０とを含む。電池要素５０は、集電体、端子等（いずれも不図示）をさらに含んでいてもよい。
《第１電極》
図２は、第１電極の一例を示す概略図である。第１電極１０は、任意の外形を有し得る。第１電極１０は、例えば柱状であってもよい。第１電極１０は、例えば円柱状であってもよいし、角柱状であってもよい。
図２において、第１電極１０はＺ軸方向に延びている。第１電極１０が延びる方向は、「軸方向」とも記される。本実施形態において、軸方向と直交する断面は「ＸＹ平面」とも記される。軸方向と平行な断面は「ＹＺ平面」とも記される。
第１電極１０は、直径ｄを有する。直径ｄは、ＸＹ平面における最大幅を示す。直径ｄは、例えば、１～１０００ｍｍであってもよいし、１０～１００ｍｍであってもよい。第１電極１０は、高さｈを有する。高さｈは、ＹＺ平面における最大幅を示す。高さｈは、例えば、１～１０００ｍｍであってもよいし、５～５００ｍｍであってもよいし、１０～１００ｍｍであってもよい。直径ｄに対する、高さｈの比は、例えば、０．１～１０であってもよいし、０．１～１であってもよい。
本電池１００において、第１電極１０は負極である。第１電極１０は、負極活物質を含む。第１電極１０は、導電材、バインダ等をさらに含んでいてもよい。第１電極１０は、例えば、質量分率で、１～１０％のバインダと、０～１０％の導電材と、残部の負極活物質とを含んでいてもよい。
負極活物質は、任意の成分を含み得る。負極活物質は、例えば、黒鉛、ソフトカーボン、ハードカーボン、珪素、酸化珪素、錫、酸化錫およびチタン酸リチウムからなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。導電材は、例えば、アセチレンブラック、カーボンナノチューブ等を含んでいてもよい。バインダは、例えば、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等を含んでいてもよい。
第１電極１０は、第１主面１１と第２主面１２とを含む。第１主面１１および第２主面１２は、軸方向の両端に配置されている。第２主面１２は、第１主面１１の反対面である。第１主面１１および第２主面１２の各々は、ＸＹ平面と平行であってもよいし、非平行であってもよい。第１主面１１および第２主面１２の各々は、平坦面であってもよいし、曲面であってもよい。
第１電極１０には、複数個の貫通孔１３が形成されている。複数個の貫通孔１３は、規則的に配置されていてもよいし、ランダムに配置されていてもよい。複数個の貫通孔１３は、例えばハニカム状に形成されていてもよい。すなわち、第１電極１０は、ハニカムコアを形成していてもよい。ＸＹ平面において、貫通孔１３は、例えば、０．１～１０個／ｍｍ2の密度を有していてもよい。
貫通孔１３は、第１主面１１から第２主面１２まで第１電極１０を貫通している。すなわち、貫通孔１３は、第１主面１１および第２主面１２の各々に開口部を有する。複数個の貫通孔１３の延びる方向（軸方向）は、第１電極１０の軸方向と平行であってもよい。ＸＹ平面において、貫通孔１３は、任意の断面形状を有し得る。貫通孔１３の断面形状は、例えば円形状であってもよいし、多角形状であってもよい。多角形は、例えば、３～１２角形であってもよい。多角形は、正多角形であってもよい。
図３は、貫通孔の第１例を示す概略断面図である。ＸＹ平面において、貫通孔１３の断面形状は、例えば四角形状であってもよい。「孔径」は、ＸＹ平面における貫通孔１３の最大幅を示す。貫通孔１３は、例えば、０．１～１０ｍｍの孔径を有していてもよいし、０．５～５ｍｍの孔径を有していてもよいし、１～３ｍｍの孔径を有していてもよい。
貫通孔１３同士を隔てる壁は、「リブ」とも称される。ＸＹ平面において、リブは、例えば網目状に延びていてもよい。リブは、例えば、５０～５００μｍの厚さを有していてもよいし、１００～３００μｍの厚さを有していてもよい。
図４は、貫通孔の第２例を示す概略断面図である。ＸＹ平面において、貫通孔１３の平面形状は、例えば六角形状であってもよい。貫通孔１３の平面形状が六角形状であることにより、例えば充放電に伴う歪みが緩和される傾向がある。
《セパレータ》
図５は、電池要素の概略断面図である。セパレータ３０は、貫通孔１３の内壁を被覆している。セパレータ３０は、第１電極１０と第２電極２０との間に介在している。セパレータ３０は、第１電極１０から第２電極２０を分離するように延びる。
図６は、セパレータの概略断面図である。セパレータ３０は、第１層３１と第２層３２とを含む。第１層３１は、貫通孔１３の内壁（第１電極１０）と、第２層３２との間に配置されている。第１層３１は、内壁に直接接触していてもよい。第２層３２は、第１層３１に直接接触していてもよい。第２層３２は、第２電極２０に直接接触していてもよい。
第１層３１は、第１厚さＴ１を有する。第２層３２は、第２厚さＴ２を有する。第２厚さＴ２は、例えば、第１厚さＴ１以下であってもよい。すなわち、「Ｔ２／Ｔ１≦１」の関係が満たされていてもよいし、「Ｔ２／Ｔ１＜１」の関係が満たされていてもよいし、「Ｔ２／Ｔ１≦０．９」の関係が満たされていてもよいし、「Ｔ２／Ｔ１≦０．６」の関係が満たされていてもよいし、「Ｔ２／Ｔ１≦０．５」の関係が満たされていてもよい。「Ｔ２／Ｔ１≦０．５」の関係が満たされることにより、電池抵抗の増大が軽減され得る。例えば、「０．３≦Ｔ２／Ｔ１」の関係が満たされていてもよい。
第１厚さＴ１は、例えば１０～１５０μｍであってもよいし、３０～１００μｍであってもよいし、３０～７０μｍであってもよい。第２厚さＴ２は、例えば、１～６０μｍであってもよいし、１０～４０μｍであってもよいし、１０～３０μｍであってもよい。
第１層３１は、第１無機粒子群１を含む。第１無機粒子群１は、第１平均粒子径Ｄ1５０を有する。第２層３２は、第２無機粒子群２を含む。第２無機粒子群２は、第２平均粒子径Ｄ2５０を有する。第２平均粒子径Ｄ2５０は、第１平均粒子径Ｄ1５０に比して小さい。すなわち「Ｄ2５０＜Ｄ1５０」の関係が満たされている。例えば、「０＜Ｄ2５０／Ｄ1５０＜１」の関係が満たされていてもよいし、「０．１＜Ｄ2５０／Ｄ1５０＜１」の関係が満たされていてもよいし、「０．１２５≦Ｄ2５０／Ｄ1５０≦０．５」の関係が満たされていてもよいし、「０．１２５≦Ｄ2５０／Ｄ1５０≦０．２５」の関係が満たされていてもよい。
第１平均粒子径Ｄ1５０は、例えば、０．３～２μｍであってもよいし、０．８～１．５μｍであってもよい。第２平均粒子径Ｄ2５０は、例えば、０．０５～０．３μｍであってもよいし、０．１～０．２μｍであってもよい。
第１層３１にボイド３が形成されていてもよい。ボイド３に第２無機粒子群２の一部が充填されていてもよい。ボイド３が第２無機粒子群２の一部によって埋められることにより、短絡耐性の向上が期待される。下記表１に、第１厚さＴ１とボイド３の平均径との関係が示される。ボイド３の平均径は、Ｘ線ＣＴ画像において測定され得る。
Figure 0007601018000001
上記表１に示されるように、ボイド３のサイズは、第１厚さＴ１に依存する傾向がある。第２無機粒子群２の第２平均粒子径Ｄ2５０は、例えば、第１厚さＴ１に比して小さくてもよい。これにより、ボイド３に第２無機粒子群２が入り込みやすくなることが期待される。
ボイド３の平均径は、第１厚さＴ１の１／２～１／３であり得る。第２無機粒子群２の第２平均粒子径Ｄ2５０は、例えば、第１厚さＴ１の１／２以下であってもよい。すなわち「Ｄ2５０／Ｔ１≦１／２」の関係が満たされていてもよい。例えば、「Ｄ2５０／Ｔ１≦１／３」の関係が満たされていてもよいし、「Ｄ2５０／Ｔ１≦１／１０」の関係が満たされていてもよいし、「Ｄ2５０／Ｔ１≦１／１００」の関係が満たされていてもよいし、「Ｄ2５０／Ｔ１≦１／３００」の関係が満たされていてもよい。「Ｄ2５０／Ｔ１≦１／３００」の関係が満たされることにより、短絡耐性の向上が期待される。
第１無機粒子群１および第２無機粒子群２は、電気絶縁性の無機化合物を含む。第１無機粒子群１と第２無機粒子群２とは、同一組成を有していてもよいし、互いに異なる組成を有していてもよい。例えば、第１無機粒子群１および第２無機粒子群２は、それぞれ独立に、酸化アルミニウム、酸化アルミニウム水和物、水酸化アルミニウムおよび酸化チタンからなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。例えば、第１無機粒子群１および第２無機粒子群２は、それぞれ独立に、アルミナ、ベーマイト、ギブサイト、およびチタニアからなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。
第１層３１は、第１バインダ（不図示）をさらに含んでいてもよい。第２層３２は、第２バインダ（不図示）をさらに含んでいてもよい。第１バインダと第２バインダとは、同一組成を有していてもよいし、互いに異なる組成を有していてもよい。第１バインダおよび第２バインダは、それぞれ独立に、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＰＶＤＦ－ＨＦＰ）、およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。
第１層３１は、例えば、質量分率で、１～２０％の第１バインダと、残部の第１無機粒子群１とを含んでいてもよい。第２層３２は、例えば、質量分率で、１～２０％の第２バインダと、残部の第２無機粒子群２とを含んでいてもよい。
《第２電極》
第２電極２０は、貫通孔１３内に配置されている。第２電極２０は、柱状（ピラー状）であってもよい。第２電極２０は、貫通孔１３の軸方向に沿って延びている。第２電極２０は、貫通孔１３の外部まで延びていてもよい。
本電池１００において、第２電極２０は正極である。第２電極２０は、正極活物質を含む。第２電極２０は、導電材、バインダ等をさらに含んでいてもよい。第２電極２０は、例えば、質量分率で、１～１０％のバインダと、１～１０％の導電材と、残部の正極活物質とを含んでいてもよい。
正極活物質は、任意の成分を含み得る。正極活物質は、例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム、ニッケルコバルトアルミン酸リチウム、およびリン酸鉄リチウムからなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。導電材は、例えば、アセチレンブラック等を含んでいてもよい。バインダは、例えばＰＶＤＦ等を含んでいてもよい。
《電解液》
本電池１００は、電解液をさらに含んでいてもよい。電解液は、支持電解質と溶媒とを含む。支持電解質は溶媒に溶解している。支持電解質は、任意の成分を含み得る。支持電解質は、例えば、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、およびＬｉ（ＦＳＯ2）2Ｎからなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。支持電解質の濃度は、例えば、０．５～２ｍоｌ／ｋｇであってもよい。
溶媒は、非プロトン性である。溶媒は、任意の成分を含み得る。溶媒は、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）およびジエチルカーボネート（ＤＥＣ）からなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。電解液は、支持電解質および溶媒に加えて、任意の添加剤をさらに含んでいてもよい。
＜電池の製造方法＞
図７は、本実施形態における電池の製造方法の概略フローチャートである。以下「本実施形態における電池の製造方法」が「本製造方法」と略記され得る。本製造方法は、「（ａ）第１電極の準備」、「（ｂ）セパレータの形成」および「（ｃ）第２電極の配置」を含む。本製造方法は、例えば「（ｄ）電解液の含浸」等をさらに含んでいてもよい。
《（ａ）第１電極の準備》
本製造方法は、第１電極１０を準備することを含む。第１電極１０には、複数個の貫通孔１３が形成されている。第１電極１０は、任意の方法により準備され得る。例えば、押出成形により、第１電極１０が準備されてもよい。
例えば、負極活物質とバインダと分散媒とが混合されることにより、負極ペーストが準備される。例えば、バインダの種類等に応じて適当な分散媒が選択され得る。分散媒は、例えば水等を含んでいてもよい。金型が準備される。金型は、押出口（ダイ）を有する。押出口は、第１電極１０の形状と対応する。押出口から負極ペーストが押し出されることにより、成形体が形成される。成形体は、複数個の貫通孔１３を有するように形成される。成形体が乾燥されることにより、第１電極１０が準備され得る。
《（ｂ）セパレータの形成》
本製造方法は、セパレータ３０を形成することを含む。セパレータ３０は、貫通孔１３の内壁を被覆する。すなわち、本製造方法は、「（ｂ１）第１層の形成」と「（ｂ２）第２層の形成」とを含む。
（ｂ１）第１層の形成
本製造方法は、貫通孔１３の内壁に第１ペーストを塗布することにより、第１層３１を形成することを含む。第１ペーストは、第１無機粒子群１を含む。第１ペーストは、第１バインダと第１分散媒とをさらに含んでいてもよい。例えば、第１無機粒子群１と、第１バインダと、第１分散媒とが混合されることにより、第１ペーストが準備され得る。例えば、第１バインダの種類等に応じて、適当な材料が第１分散媒として選択され得る。第１分散媒は、例えば、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）等を含んでいてもよい。
塗布方法は任意である。例えば、第１主面１１または第２主面１２から、第１ペーストが吸引されてもよい。例えば、第１主面１１上に第１ペーストが載せられる。例えば真空ポンプ等により、第２主面１２側から第１ペーストが吸引されてもよい。これにより第１ペーストが貫通孔１３の内壁に付着し得る。以下、当該方法が「吸引法」とも記される。吸引法は、貫通孔１３の内壁にペーストを塗布する方法として好適である。その半面、吸引法によると、ペーストに気体（気泡）が混入しやすい可能性がある。ペーストに混入した気体は、ボイド３を形成する可能性がある。本製造方法においては、第１層３１と第２層３２とが順次形成されることにより、ボイド３が低減され得る。
内壁に付着した第１ペーストが乾燥することにより、第１層３１が形成され得る。第１層３１の第１厚さＴ１は、例えば、第１ペーストの固形分率により調整され得る。固形分率が低い程、第１厚さＴ１が薄くなる傾向がある。第１ペーストの固形分率は、例えば、４５～６５％であってもよいし、５５～６５％であってもよい。
（ｂ２）第２層の形成
本製造方法は、第１層３１の表面に第２ペーストを塗布することにより、第２層３２を形成することを含む。第２ペーストは、第２無機粒子群２を含む。第２ペーストは、第２バインダと第２分散媒とをさらに含んでいてもよい。例えば、第２無機粒子群２と、第２バインダと、第２分散媒とが混合されることにより、第２ペーストが準備され得る。例えば、第２バインダの種類等に応じて、適当な材料が第２分散媒として選択され得る。第２分散媒は、例えば、ＮＭＰ等を含んでいてもよい。
第２ペーストも吸引法により塗布されてもよい。すなわち、第１主面１１または第２主面１２から、第２ペーストが吸引されてもよい。これにより第２ペーストが第１層３１の表面に付着し得る。第１層３１に付着した第２ペーストが乾燥することにより、第２層３２が形成され得る。第２層３２の第２厚さＴ２は、例えば、第２ペーストの固形分率により調整され得る。第２ペーストの固形分率は、例えば、４５～６５％であってもよいし、４５～５５％であってもよい。
《（ｃ）第２電極の配置》
本製造方法は、セパレータ３０の形成後、貫通孔１３内に第２電極２０を配置することを含む。
例えば、第２電極２０の配置に先立って、端面（第１主面１１および第２主面１２）に絶縁処理が施されてもよい。例えば、電着法等により、端面に樹脂粒子群が付着され得る。これにより絶縁膜（不図示）が形成され得る。絶縁膜は、第２電極２０が貫通孔に挿入される際に、第２電極２０と第１電極１０との接触を阻害し得る。樹脂粒子群は、例えば、ポリイミド等を含んでいてもよい。
第２電極２０は、任意の方法により配置され得る。例えば、正極活物質と導電材とバインダと分散媒とが混合されることにより、正極ペーストが準備される。例えば正極ペーストが貫通孔１３に圧入されてもよい。これにより貫通孔１３内に正極ペーストが充填され得る。正極ペーストが乾燥されることにより、第２電極２０が形成され得る。
以上より、電池要素５０が形成され得る。電池要素５０に集電体が取り付けられてもよい。例えば、第１電極１０の側面に金属線が巻き付けられてもよい。金属線は、第１電極１０の集電体として機能し得る。例えば、第１主面１１および第２主面の少なくとも一方に金属箔が貼り付けられてもよい。金属箔は、第２電極２０と接触する。金属箔は、第２電極２０の集電体として機能し得る。さらに、各集電体に端子が接続されてもよい。
《（ｄ）電解液の含浸》
本製造方法は、セパレータ３０に電解液を含浸することを含んでいてもよい。例えば、外装体が準備される。外装体に電池要素５０が収納される。外装体内に電解液が注入される。電解液の注入後、外装体が密閉される。電解液はセパレータ３０に含浸され得る。
以上より、本電池１００が製造され得る。
＜試験電池の製造＞
以下のように、Ｎｏ．１～９に係る試験電池が製造された。以下、例えば「Ｎｏ．１に係る試験電池」が「Ｎｏ．１」と略記され得る。
《Ｎｏ．１》
（ａ）第１電極の準備
下記材料が準備された。
負極活物質：天然黒鉛（Ｄ５０：１５μｍ）
バインダ：ＣＭＣ
分散媒：イオン交換水
１００質量部の負極活物質と、１０質量部のバインダと、６０質量部の分散媒とが混合されることにより、負極ペーストが準備された。負極ペーストが金型から押し出されることにより、成形体が形成された。成形体が１２０℃で３時間乾燥されることにより、第１電極が形成された。第１電極は下記構造を有していた。
外形：円柱状（直径：２０ｍｍ、高さ：１０ｍｍ）
貫通孔の配置：規則的（ハニカム状）
貫通孔：正六角形状（１辺の長さ：７００μｍ、リブの厚さ：２００μｍ）
（ｂ）セパレータの形成
（ｂ１）第１層の形成
下記材料が準備された。
第１無機粒子群：ベーマイト（Ｄ1５０：０．５μｍ）
第１バインダ：ＰＶＤＦ（製品名「ＫＦポリマー」、グレード「♯８５００」、クレハ社製）
第１分散媒：ＮＭＰ
５７質量部の第１無機粒子群と、５質量部の第１バインダと、３８質量部の第１分散媒とが混合されることにより、第１ペーストが準備された。３～５ｇの第１ペーストが第１電極の第１主面に載せられた。真空ポンプにより、第２主面側から第１ペーストが貫通孔内に吸引された。これにより第１ペーストが貫通孔の内壁に付着した。第１ペーストが付着した第１電極（ハニカム電極）が１２０℃で１５分乾燥された。これにより第１層が形成された。光学顕微鏡により、第１層の平均厚さ（第１厚さ）が測定された。第１厚さは６５μｍであった。
（ｂ２）第２層の形成
下記材料が準備された。
第２無機粒子群：酸化アルミニウム（Ｄ2５０：０．１μｍ）
第２バインダ：ＰＶＤＦ（製品名「ＫＦポリマー」、グレード「♯８５００」、クレハ社製）
第２分散媒：ＮＭＰ
４５質量部の第２無機粒子群と、７質量部の第２バインダと、４８質量部の第２分散媒とが混合されることにより、第２ペーストが準備された。３～５ｇの第２ペーストが第１電極の第１主面に載せられた。真空ポンプにより、第２主面側から第２ペーストが貫通孔内に吸引された。これにより第２ペーストが第１層の表面に付着した。第２ペーストが付着した第１電極が１２０℃で１５分乾燥された。これにより第２層が形成された。光学顕微鏡により、セパレータ全体の厚さ（第１層と第２層との合計厚さ）が測定された。セパレータ全体の厚さは８７μｍであった。すなわち第２層の厚さ（第２厚さ）は、２２μｍであった。
図８は、本実施例におけるセパレータの形成過程を示す第１図である。図８には、第１層３１形成後のＸ線ＣＴ画像が示されている。第１電極１０（ハニカム電極）に、複数の貫通孔１３が形成されている。貫通孔１３の内壁が第１層３１で被覆されている。
図９は、本実施例におけるセパレータの形成過程を示す第２図である。図９には、第１層３１形成後のＸ線ＣＴ画像と、第２層３２形成後のＸ線ＣＴ画像とが示されている。第１層３１の形成後、第１層３１内に球状のボイド３がみられる。第２層３２の形成後（セパレータ３０の形成後）、ボイド３が小さくなっている。第２無機粒子群２の一部がボイド３に充填されるためと考えられる。
（ｃ）第２電極の配置
電着塗料（製品名「エレコートＰＩ」、シミズ社製）が準備された。電着塗料は、分散質と、分散媒とを含んでいた。分散質は、樹脂粒子群（ポリイミド）を含んでいた。分散媒は、水を含んでいた。Ｎｉ平線（厚さ：５０μｍ、幅：３ｍｍ）が準備された。Ｎｉ平線が第１電極の側面に巻き付けられた。Ｎｉ平線が電源に接続された。第１電極が電着塗料に浸漬された。第１電極を陰極とし、かつ作用極を陽極として、３０Ｖの電圧が２分間印加された。これにより、第１主面および第２主面が絶縁膜で被覆された。絶縁膜の形成後、水によって第１電極が軽く洗浄されることにより、余分な電着塗料が除去された。洗浄後、第１電極が１８０℃で１時間熱処理された。
下記材料が準備された。
正極活物質：コバルト酸リチウム（Ｄ５０：１０μｍ）
導電材：アセチレンブラック
バインダ：ＰＶＤＦ（製品名「ＫＦポリマー」、グレード「♯１３００」、クレハ社製）
分散媒：ＮＭＰ
６４質量部の正極活物質と、４質量部の導電材と、２質量部のバインダと、３０質量部の分散媒とが混合されることにより、正極ペーストが準備された。プラスチック製のシリンジが準備された。シリンジのバレル内に、第１電極（ハニカム電極）が固定された。バレル内において、第１電極とプランジャとの間に、３．５ｇの正極ペーストが配置された。プランジャにより、正極ペーストが第１電極内に押し込まれた。すなわち、正極ペーストが貫通孔に圧入された。押し込み側と反対側の開口部から、正極ペーストが吐出した時点で、プランジャの押し込みが停止された。正極ペーストの圧入後、第１電極が１２０℃で３時間乾燥された。これにより、貫通孔内に第２電極が形成された。以上より電池要素が形成された。
電池要素において、第１電極と第２電極との間の直流抵抗がテスターにより測定された。下記表２において、「ＯＫ」は、直流抵抗が１ＭΩ以上であったことを示す。「ＮＧ」は、直流抵抗が１ＭΩ未満であったことを示す。なお結果が「ＯＫ」であった試料では、直流抵抗が測定限界を超えていた。
第１主面と第２主面とに、それぞれ、０．５ｇの正極ペーストが塗布された。正極ペーストを接着材として、アルミニウム（Ａｌ）箔が第１主面および第２主面に貼り付けられた。Ａｌ箔は第１電極（正極）の集電体である。Ａｌ箔は１５μｍの厚さを有していた。電池要素が１２０℃で１５分乾燥された。第２電極の側面（外周面）に、Ｎｉ平線（厚さ：５０μｍ、幅：３ｍｍ）が１周にわたって巻き付けられた。Ｎｉ平線は第２電極（負極）の集電体である。Ａｌ箔と、Ｎｉ平線とに、それぞれステンレス製のリードタブ（端子）が溶接された。
（ｄ）電解液の含浸
外装体として、アルミニウムラミネートフィルム製のパウチが準備された。外装体に、電池要素が収納された。５ｇの電解液が外装体に注入された。電解液の注入後、外装体が真空封止された。電解液は下記組成を有していた。
電解液の組成
支持電解質：ＬｉＰＦ6（濃度：１ｍоｌ／ｋｇ）
溶媒：ＥＣ／ＥＭＣ／ＤＭＣ＝１／１／１（体積比）
以上より、試験電池が製造された。試験電池の設計容量は、４００ｍＡｈであった。
初回充放電
下記条件の充電、休止、放電が順次実施された。
充電：ＣＣＣＶ、ＣＣ電流＝４０ｍＡ、ＣＶ電圧＝４．２Ｖ、終止電流＝１０ｍＡ
休止：１０分
放電：ＣＣＣＶ、ＣＣ電流＝４０ｍＡ、ＣＶ電圧＝３Ｖ、終止電流＝１０ｍＡ
なお「ＣＣ」は定電流方式を示し、「ＣＶ」は定電圧方式を示し、「ＣＣＣＶ」は定電流－定電圧方式を示す。
初回充放電後、下記条件により、試験電池の電圧が調整された。
充電：ＣＣＣＶ、ＣＣ電流＝４０ｍＡ、ＣＶ電圧＝３．８５Ｖ、終止電流＝１０ｍＡ
電圧の調整後、２００ｍＡのＣＣ電流で、試験電池が５秒間放電された。放電開始から５秒経過後の電圧降下量が測定された。電圧降下量と放電電流とから、電池抵抗が求められた。電池抵抗は、下記表２に示される。
《Ｎｏ．２～９》
下記表２のセパレータを有する試験電池がそれぞれ製造された。第１厚さおよび第２厚さは、第１ペーストおよび第２ペーストの固形分率により調整された。
Ｎｏ．６においては、ベーマイトに代えて酸化チタンが第１無機粒子群として使用された。
Ｎｏ．９においては、第２層が形成されなかった。すなわちＮｏ．９において、セパレータが第１層からなる。Ｎｏ．９は、絶縁が不十分であったため、電池抵抗が測定されていない。
Figure 0007601018000002
＜結果＞
Ｎｏ．１～８においては、十分な絶縁が達成された。Ｎｏ．１～８においては、セパレータが第１層と第２層とを有し、第２平均粒子径が第１平均粒子径に比して小さい。Ｎｏ．１～８においては、ボイドが低減されていると考えられる。
Ｎｏ．９においては、絶縁が不十分であった。Ｎｏ．９においては、セパレータが単層構造を有する。Ｎｏ．９においては、大きいボイドが残存していると考えられる。
Ｎｏ．１～６は、Ｎｏ．７～８に比して、小さい電池抵抗を有していた。Ｎｏ．１～６においては、「Ｔ２／Ｔ１≦０．５」の関係が満たされている。
本実施形態および本実施例は、全ての点で例示である。本実施形態および本実施例は、制限的ではない。本開示の技術的範囲は、特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内における全ての変更を包含する。例えば、本実施形態および本実施例から、任意の構成が抽出され、それらが任意に組み合わされることも当初から予定されている。
１ 第１無機粒子群、２ 第２無機粒子群、３ ボイド、１０ 第１電極、１１ 第１主面、１２ 第２主面、１３ 貫通孔、２０ 第２電極、３０ セパレータ、３１ 第１層、３２ 第２層、５０ 電池要素、１００ 電池。

Claims (16)

  1. 第１電極と、
    第２電極と、
    セパレータと
    を含み、
    前記第１電極は、第１主面と第２主面とを含み、
    前記第２主面は、前記第１主面の反対面であり、
    前記第１電極に、複数個の貫通孔が形成されており、
    前記貫通孔は、前記第１主面から前記第２主面まで前記第１電極を貫通しており、
    前記セパレータは、前記貫通孔の内壁を被覆しており、
    前記第２電極は、前記第１電極と異なる極性を有し、
    前記第２電極は、前記貫通孔内に配置されており、
    前記第２電極は、前記貫通孔の軸方向に沿って延びており、
    前記セパレータは、第１厚さを有する第１層と、第２厚さを有する第２層とを含み、
    前記第１層は、前記内壁と前記第２層との間に配置されており、
    前記第１層は、第１平均粒子径を有する第１無機粒子群を含み、
    前記第２層は、第２平均粒子径を有する第２無機粒子群を含み、
    前記第２平均粒子径は、前記第１平均粒子径に比して小さく、
    前記第１層にボイドが形成されており、
    前記ボイドに前記第２無機粒子群の一部が充填されている、
    電池。
  2. 前記第１電極は、ハニカムコアを形成している、
    請求項１に記載の電池。
  3. 前記第２平均粒子径は、前記第１厚さに比して小さい、
    請求項１または請求項２に記載の電池。
  4. 前記第１厚さに対する、前記第２平均粒子径の比は、１／３００以下である、
    請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電池。
  5. 前記第１平均粒子径は、０．３～２μｍである、
    請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電池。
  6. 前記第１厚さは、１０～１５０μｍである、
    請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電池。
  7. 前記第２厚さは、３０μｍ以下である、
    請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電池。
  8. 前記第１厚さに対する、前記第２厚さの比は、０．５以下である、
    請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電池。
  9. 前記第１層は、第１バインダをさらに含み、
    前記第２層は、第２バインダをさらに含む、
    請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電池。
  10. 前記第１無機粒子群および前記第２無機粒子群は、それぞれ独立に、酸化アルミニウム、酸化アルミニウム水和物、水酸化アルミニウムおよび酸化チタンからなる群より選択される少なくとも１種を含む、
    請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電池。
  11. 前記第１電極は、柱状であり、
    前記第１主面および前記第２主面は、それぞれ、前記第１電極の軸方向の両端に位置する、
    請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の電池。
  12. 電解液をさらに含む、
    請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の電池。
  13. （ａ）複数個の貫通孔が形成された第１電極を準備すること、
    （ｂ）前記貫通孔の内壁を被覆するセパレータを形成すること、および
    （ｃ）前記（ｂ）の後、前記貫通孔内に第２電極を配置すること
    を含み、
    前記（ｂ）は、
    （ｂ１）前記貫通孔の前記内壁に第１ペーストを塗布することにより、第１層を形成すること、および
    （ｂ２）前記第１層の表面に第２ペーストを塗布することにより、第２層を形成すること、
    を含み、
    前記第２電極は、前記第１電極と異なる極性を有し、
    前記第１ペーストは、第１平均粒子径を有する第１無機粒子群を含み、
    前記第２ペーストは、第２平均粒子径を有する第２無機粒子群を含み、
    前記第２平均粒子径は、前記第１平均粒子径に比して小さい、
    電池の製造方法。
  14. 前記第１電極は、第１主面と第２主面とを含み、
    前記第２主面は、前記第１主面の反対面であり、
    前記貫通孔は、前記第１主面から前記第２主面まで前記第１電極を貫通しており、
    前記（ｂ１）は、前記第１主面または前記第２主面から、前記第１ペーストを吸引することを含み、
    前記（ｂ２）は、前記第１主面または前記第２主面から、前記第２ペーストを吸引することを含む、
    請求項１３に記載の電池の製造方法。
  15. 前記第１ペーストは、第１バインダと第１分散媒とをさらに含み、
    前記第２ペーストは、第２バインダと第２分散媒とをさらに含む、
    請求項１３または請求項１４に記載の電池の製造方法。
  16. （ｄ）前記セパレータに電解液を含浸すること
    をさらに含む、
    請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載の電池の製造方法。
JP2022011523A 2022-01-28 2022-01-28 電池およびその製造方法 Active JP7601018B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022011523A JP7601018B2 (ja) 2022-01-28 2022-01-28 電池およびその製造方法
US17/990,921 US20230246300A1 (en) 2022-01-28 2022-11-21 Battery and manufacturing method of battery
CN202310002706.0A CN116598414A (zh) 2022-01-28 2023-01-03 电池及其制造方法
US18/444,366 US20240195014A1 (en) 2022-01-28 2024-02-16 Battery and manufacturing method of battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022011523A JP7601018B2 (ja) 2022-01-28 2022-01-28 電池およびその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023110219A JP2023110219A (ja) 2023-08-09
JP7601018B2 true JP7601018B2 (ja) 2024-12-17

Family

ID=87432661

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022011523A Active JP7601018B2 (ja) 2022-01-28 2022-01-28 電池およびその製造方法

Country Status (3)

Country Link
US (2) US20230246300A1 (ja)
JP (1) JP7601018B2 (ja)
CN (1) CN116598414A (ja)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080082289A (ko) 2007-03-08 2008-09-11 삼성에스디아이 주식회사 전극 조립체 및 이를 구비하는 이차 전지
JP2020123484A (ja) 2019-01-30 2020-08-13 トヨタ自動車株式会社 二次電池及び二次電池の製造方法
JP2020123543A (ja) 2019-01-31 2020-08-13 トヨタ自動車株式会社 二次電池
WO2021153966A1 (ko) 2020-01-31 2021-08-05 주식회사 엘지에너지솔루션 다층 구조의 무기물층을 포함하는 분리막합체전극 제조방법 및 그에 따른 분리막합체전극
JP2022014065A (ja) 2020-07-06 2022-01-19 トヨタ自動車株式会社 電池

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018137062A (ja) * 2017-02-20 2018-08-30 積水化学工業株式会社 非水電解質二次電池
JP7226264B2 (ja) * 2019-11-20 2023-02-21 トヨタ自動車株式会社 全固体電池
KR102648386B1 (ko) * 2020-01-31 2024-03-18 주식회사 엘지에너지솔루션 다층 구조의 무기물층을 포함하는 분리막합체전극 제조방법 및 그에 따른 분리막합체전극

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080082289A (ko) 2007-03-08 2008-09-11 삼성에스디아이 주식회사 전극 조립체 및 이를 구비하는 이차 전지
JP2020123484A (ja) 2019-01-30 2020-08-13 トヨタ自動車株式会社 二次電池及び二次電池の製造方法
JP2020123543A (ja) 2019-01-31 2020-08-13 トヨタ自動車株式会社 二次電池
WO2021153966A1 (ko) 2020-01-31 2021-08-05 주식회사 엘지에너지솔루션 다층 구조의 무기물층을 포함하는 분리막합체전극 제조방법 및 그에 따른 분리막합체전극
JP2022014065A (ja) 2020-07-06 2022-01-19 トヨタ自動車株式会社 電池

Also Published As

Publication number Publication date
US20240195014A1 (en) 2024-06-13
CN116598414A (zh) 2023-08-15
JP2023110219A (ja) 2023-08-09
US20230246300A1 (en) 2023-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106716684B (zh) 非水电解质蓄电元件用负极、非水电解质蓄电元件和蓄电装置
JP7160731B2 (ja) 二次電池
US11081700B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery and method for producing nonaqueous electrolyte secondary battery
KR20160027088A (ko) 비수 전해액 이차 전지 및 그 제조 방법
JP2015037008A (ja) 非水電解質二次電池用の電極活物質層とその製造方法
JP2018174096A (ja) 蓄電素子
US12283652B2 (en) Battery
JP3508455B2 (ja) リチウムイオン電池用負極板及びその製造方法
WO2018168043A1 (ja) リチウムイオン二次電池
JP7088969B2 (ja) リチウムイオン（ｌｉｔｈｉｕｍ ｉｏｎ）二次電池用セパレータ（ｓｅｐａｒａｔｏｒ）及びリチウムイオン二次電池
JP7601018B2 (ja) 電池およびその製造方法
JP2001084987A (ja) 電気化学デバイス
JP2019096475A (ja) リチウム金属二次電池
JP6413347B2 (ja) 蓄電素子
JP7107809B2 (ja) 二次電池用正極
JP6848363B2 (ja) 負極及び非水電解質蓄電素子
JP4561034B2 (ja) 非水電解液電池の製造方法
JP7626115B2 (ja) 電池およびその製造方法
JP2022022761A (ja) 電池
JP2017073462A (ja) 電気化学デバイス
JP7613777B2 (ja) 二次電池の活性化方法
JP7626114B2 (ja) 電池
JP7153701B2 (ja) 非水電解質二次電池
US20250233155A1 (en) Negative Electrode, Lithium-Ion Secondary Battery, and Method of Producing Negative Electrode
JP7731704B2 (ja) 蓄電デバイス及び蓄電デバイスの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230623

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240725

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240730

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240902

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20241105

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20241118

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7601018

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150