JPH11144708A - 電気化学素子用電極構造 - Google Patents

電気化学素子用電極構造

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JPH11144708A
JPH11144708A JP9316604A JP31660497A JPH11144708A JP H11144708 A JPH11144708 A JP H11144708A JP 9316604 A JP9316604 A JP 9316604A JP 31660497 A JP31660497 A JP 31660497A JP H11144708 A JPH11144708 A JP H11144708A
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JP
Japan
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current collector
electrode
nonwoven fabric
electrode structure
binder
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JP9316604A
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English (en)
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Satoru Maruyama
哲 丸山
Masahito Kurihara
雅人 栗原
Takeshi Iijima
剛 飯島
Makoto Furubayashi
眞 古林
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TDK Corp
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TDK Corp
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極と集電体間の接触抵抗を減じかつ両者間
の接触の安定化を図ることが可能な電気化学素子用電極
構造を提供する。 【解決手段】 炭素不織布を集電体1とし、活物質、導
電助剤、バインダーを含む電極2を前記集電体1と一体
化したもので、前記炭素不織布はフェノール系樹脂材料
不織布を炭化させたものを用いている。また、フェノー
ル系樹脂材料不織布に導電塗料を塗布して集電体とする
ことも可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオン電
池、電気二重層キャパシタ等に適用可能な電気化学素子
用電極構造、とくにシート状電極構造に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】現在様々な形の電池がエレクトロニクス
の分野から自動車用途あるいは電力貯蔵を意図した大型
のものまで広く利用されている。
【0003】このような電池において通常電解液は液体
が用いられているが、これを固体状に置き換えることに
より、液漏れの防止あるいはシート構造化が可能になる
ことが予想され、次世代タイプの電池として注目を集め
ている。特に現在、ノートブックパソコン等で急速に利
用されているリチウムイオン二次電池等のシート化ある
いは積層小型化が実現できれば、さらに応用展開が加速
されることと予測されている。こうした固体状の電解質
を用いる場合、セラミックス材料、あるいは高分子材
料、あるいはそれらを複合化した材料が提案されてい
る。その中で高分子電解質を電解液等を用い可塑化した
ゲル電解質は、液体系の高導電率と高分子系のプラスチ
ック性を兼ね備えており、電解質開発の上で有望視され
ている。
【0004】ところで、ゲル状の電解質を電池に利用し
た例はすでに G.Feuillade,J.Appl.Electrochem.5(197
5)p.63-69により開示されており、さらに米国特許第5
296318号により実用的な系も提示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このようなシート型電
池の作製方法では、正極、負極、固体電解質を順次積層
する。従って、従来の円筒型とは異なり平面型及び大面
積のものが可能になる。しかしながらゲル状電解質を用
いる場合、本質的に溶液系ではないため、電解質部分の
内部抵抗が大きくなることは避けられない。従って、よ
り実用に供するのに適した電池にするために、電極部分
の抵抗を極力下げることが技術課題となっていた。
【0006】この電極部分の抵抗を発現させる要因とし
て下記の4項目が考えられる。 (1) 電極内部における電解質部分の抵抗 (2) 電極活物質の反応速度に起因する抵抗 (3) 電極内部の電子導電性を向上させるために添加し
ている導電助剤の分散等による抵抗 (4) 電極シートと集電体との接触抵抗
【0007】実際問題としてこれらの要因を分離するこ
とは困難であるが、特に大面積シート型を考える時、項
目(4)の寄与が大きくなることが予測される。すなわち
金属グリッド等の集電体を活物質、バインダーが主成分
である電極に均一に接触させることが難しいことによ
る。
【0008】このため従来技術、例えば米国特許第54
37692号等では、導電塗料を電極と集電体との界面
に塗布することが考えられている。こうした方法によっ
ても抵抗が低減されることは確かであるが、導電塗料は
通常樹脂成分が主成分であるため特に大面積にする場合
均一に接触させることが難しく、また電池等の電極材料
に用いる場合、焼き付けあるいは加熱処理に制限がある
ため、やはり接触に不安定要因が生じている。
【0009】また従来から集電体として金属のパンチン
グメタル、グリッドを用いることも試みられているが、
これらの材料のコストが高いこと、またグリッドの場合
埋め込みが困難であることから実用化の障害となってい
た。
【0010】以上の背景を考慮し本発明者らは検討した
結果、シート型電池(或いは電気二重層キャパシタ)の
電極構造として最適な電極と集電体を見出した。
【0011】本発明の目的は、電極と集電体間の接触抵
抗を減じかつ両者間の接触の安定化を図ることが可能な
電気化学素子用電極構造を提供することにある。
【0012】本発明のその他の目的や新規な特徴は後述
の実施の形態において明らかにする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る第1の電気化学素子用電極構造は、炭
素不織布を集電体とし、活物質、導電助剤、バインダー
を含む電極を前記集電体と一体化した構成としている。
【0014】前記第1の電気化学素子用電極構造におい
て、前記炭素不織布はフェノール系樹脂材料不織布を炭
化させたものであるとよい。
【0015】本発明に係る第2の電気化学素子用電極構
造は、フェノール系樹脂材料不織布に導電塗料を塗布し
て集電体とし、活物質、導電助剤、バインダーを含む電
極を前記集電体と一体化した構成としている。
【0016】本発明に係る第3の電気化学素子用電極構
造は、フェノール系樹脂材料不織布にアルミ、ニッケ
ル、銅、チタン、タングステンのいずれかからなる金属
膜を溶射により形成して集電体とし、活物質、導電助
剤、バインダーを含む電極を前記集電体と一体化した構
成としている。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る電気化学素子
用電極構造の実施の形態を図面に従って説明する。
【0018】図1は本発明に係る電気化学素子用電極構
造の第1の実施の形態であって、1は集電体で、フェノ
ール系樹脂材料不織布を炭化させた炭素不織布である。
2は正極又は負極となる電極であり、正極又は負極活物
質、バインダー、導電助剤を溶媒を用いてペーストとし
炭素不織布集電体1に直接塗布、含浸させることによ
り、集電体1にシート状に形成、一体化されている。
【0019】この第1の実施の形態では、フェノール系
樹脂材料の不織布を炭化し導電体化した炭素不織布で集
電体1を構成することを基本とするものであり、この炭
素不織布は空孔率も高くゲル系電解質を用いた場合の電
極に適しており、電極内部への集電体埋め込みも可能で
ある。また、炭素系材料のため電気化学的に安定であ
る。さらに不織布が三次元構造を形成しているので電解
質、導電助剤及び集電体による三相界面が形成されるた
め、放電レート特性も向上する。また、炭素処理後も適
度の強度を有するため折り曲げあるいは打ち抜き等の工
程にも適用でき、切断等の際のバリの発生も少ない。
【0020】図2は本発明の第2の実施の形態であっ
て、1Aは集電体で、フェノール系樹脂材料不織布11
に導電塗料12をディッピング等により塗布し導電体化
したものである。2は正極又は負極となる電極であり、
正極又は負極活物質、バインダー、導電助剤を溶媒を用
いてペーストとし集電体1Aに直接塗布、含浸させるこ
とにより、集電体1Aにシート状に形成、一体化されて
いる。
【0021】この第2の実施の形態では、フェノール系
樹脂材料不織布11を導電塗料12でコーティングして
集電体1Aを構成しており、やはり空孔率が高くゲル系
電解質を用いた場合の電極に適しており、電極内部への
集電体埋め込みも可能である。また、不織布が三次元構
造を形成しているので電解質、導電助剤及び集電体によ
る三相界面が形成されるため、放電レート特性も向上す
る。また、適度の強度を有するため折り曲げあるいは打
ち抜き等の工程にも適用できる。
【0022】図3は本発明の第3の実施の形態であっ
て、1Bは集電体で、フェノール系樹脂材料不織布11
にアルミ、ニッケル、銅、チタン、タングステンのいず
れかからなる金属膜13を溶射により形成したものであ
る。2は正極又は負極となる電極であり、正極又は負極
活物質、バインダー、導電助剤を溶媒を用いてペースト
とし集電体1Bに直接塗布、含浸させることにより、集
電体1Bにシート状に形成、一体化されている。
【0023】この第3の実施の形態では、フェノール系
樹脂材料不織布11に溶射による金属膜13を形成して
集電体1Bを構成しており、やはり空孔率が高くゲル系
電解質を用いた場合の電極に適しており、電極内部への
集電体埋め込みも可能である。また、不織布が三次元構
造を形成しているので電解質、導電助剤及び集電体によ
る三相界面が形成されるため、放電レート特性も向上す
る。また、適度の強度を有するため折り曲げあるいは打
ち抜き等の工程にも適用できる。また、金属膜13がア
ルミ、ニッケル、銅、チタン、タングステンのいずれか
であり、リチウムイオン電池のゲル系電解質に対して耐
食性のある材質である。
【0024】
【実施例】以下、本発明の実施例をリチウムイオン二次
電池のシート状電極を構成した場合を例にとり詳述す
る。
【0025】[実施例1]本実施例では下記の組成で正
極を作製した。 正極活物質 LiCoO2 バインダー PVDF Kynar 741(フッ化ビニリデン
ホモポリマー) 導電助剤 アセチレンブラック これらの材料を重量比で80:10:10の割合で溶媒
はNMP(ノルマルメチルピロリドン)を用いてペース
トとし炭素不織布集電体に直接塗布した。炭素不織布集
電体は以下の工程を経て作製される。フェノール系樹脂
材料不織布(日本カイノール製)を用い、これを還元雰
囲気中900℃で炭化した。次に負極を作製した。 負極活物質 黒鉛 バインダー PVDF Kynar 741 導電助剤 アセチレンブラック これらの材料を重量比で82:9:9に混合し溶媒はN
MP(ノルマルメチルピロリドン)を用いてペーストと
し正極と同様に塗布し電極化した。
【0026】[実施例2]本実施例では実施例1と同様
に作製するがバインダーはPVDF Kynar 2801(フッ
化ビニリデンと6フッ化プロピレンの共重合体)とし
た。他の条件は全く同じである。
【0027】[比較例]通常の電極すなわち集電体とし
てエキスパンドメタル(金属メッシュ)を用いて同様の
正負電極を作製した。
【0028】以上の作製方法により作製した実施例1の
電極に対して、通常の電極すなわち集電体としてエキス
パンドメタルを用いた比較例の電極を作製して内部抵抗
の差の評価及び高分子固体電解質を用いたシート型電池
の評価を行い、下記の表1に示した。表1は内部抵抗の
差及び放電容量増加率を対比した。
【0029】 表1 内部抵抗(相対値%) 容量増加率(%) (実施例・試料1) 82 10 (実施例・試料2) 84 13 (実施例・試料3) 78 15 (比較例・試料4) 93 0 (比較例・試料5) 100 0 (但し、内部抵抗は比較例・試料5の場合を100とした相対値である)
【0030】本発明による電極を用いた場合、内部抵抗
が低下していること及び容量が増加していることがわか
る。
【0031】以上本発明の実施の形態について説明して
きたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記
載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当
業者には自明であろう。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る電気
化学素子用電極構造によれば、電極と集電体間の接触抵
抗を減じかつ両者間の接触の安定化を図ることが可能で
あり、2次電池に適用したときに放電レート特性の向上
を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電気化学素子用電極構造の第1の
実施の形態を示す概略断面図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態を示す概略断面図で
ある。
【図3】本発明の第3の実施の形態を示す概略断面図で
ある。
【符号の説明】
1,1A,1B 集電体 2 電極 11 フェノール系樹脂材料不織布 12 導電塗料 13 金属膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01M 4/66 H01G 9/00 301B 10/40 301F (72)発明者 古林 眞 東京都中央区日本橋一丁目13番1号ティー ディーケイ株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素不織布を集電体とし、活物質、導電
    助剤、バインダーを含む電極を前記集電体と一体化した
    ことを特徴とする電気化学素子用電極構造。
  2. 【請求項2】 前記炭素不織布はフェノール系樹脂材料
    不織布を炭化させたものである請求項1記載の電気化学
    素子用電極構造。
  3. 【請求項3】 フェノール系樹脂材料不織布に導電塗料
    を塗布して集電体とし、活物質、導電助剤、バインダー
    を含む電極を前記集電体と一体化したことを特徴とする
    電気化学素子用電極構造。
  4. 【請求項4】 フェノール系樹脂材料不織布にアルミ、
    ニッケル、銅、チタン、タングステンのいずれかからな
    る金属膜を溶射により形成して集電体とし、活物質、導
    電助剤、バインダーを含む電極を前記集電体と一体化し
    たことを特徴とする電気化学素子用電極構造。
JP9316604A 1997-11-04 1997-11-04 電気化学素子用電極構造 Pending JPH11144708A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003534636A (ja) * 2000-05-24 2003-11-18 リテック,リミテッド ライアビリテイ カンパニー リチウムイオン電気化学電池及び蓄電池
JP2008181763A (ja) * 2007-01-24 2008-08-07 Nissan Motor Co Ltd 酸化タングステンウィスカーまたはファイバーを用いたリチウムイオン二次電池
KR101506319B1 (ko) * 2008-04-01 2015-03-26 재단법인서울대학교산학협력재단 리튬 이온 배터리용 일체형 전극 제조방법 및 그 방법에의해 제조된 일체형 전극

Cited By (3)

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JP2003534636A (ja) * 2000-05-24 2003-11-18 リテック,リミテッド ライアビリテイ カンパニー リチウムイオン電気化学電池及び蓄電池
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