专利名称：电极和电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有正负电极中介隔离物等用于保持电解质的电解质保持层交替接近配置的发电元件的电极和电池。
背景技术：
电池(保持活性物质形式的化学电池，包括一次电池和二次电池)，一般具有正负电极中介隔离物配置而成的发电元件。隔离物是隔离这些正负电极用的绝缘体，使用能够浸渍电解液的物质。例如缠绕型电池，是隔离物处于正负电极之间，由一带状正极和一带状负极与两带状隔离物缠绕形成发电元件的。而积层电池，是将数片片状隔离物置于数片薄板状正负电极之间积层而成发电元件的。这样缠绕和积层而成的发电元件，为了防止电极和隔离物之间因部分脱离而使电极间距离发生变化，或者电极和隔离物重叠的错动，用胶带等固定后置于金属壳之类坚固电池容器中加压。
然而，已有电池中的发电元件，由于用胶带固定和电池容器的挤压，电极和隔离物之间接近得几乎没有间隙，所以向电池容器内注入电解液时，只能从发电元件表面上露出的隔离物边沿部分缓缓浸透，因此要使电解液充分扩散到发电元件中心部位需要很长时间。无论一次电池还是二次电池，也无论缠绕型电池还是积层电池，都共同存在此问题，尤其对于电极面积大的电池来说，此问题将特别明显。
此外，就充电时电极向几乎不产生气体的非水电解液二次电池而言，有人提出利用将正负电极粘合在中介于其间的隔离物上的方法，使发电元件一体化。如果使发电元件一体化，则即使不用胶带等固定或放入电池壳中后加压，也没有电极间距离变化和电极与隔离物重叠错动之虞，所以可以将这种发电元件放入柔软性片状电池容器之中。
但是，若以这种方法使发电元件一体化，则电极和隔离物之间将变成完全贴合而无间隙。对于非水电解质二次电池而言，由于一般使用微孔性树脂膜作为隔离物，所以电解液的浸透速度比无纺布等制成的隔离物慢。因此，这种情况下电解液扩散速度将会比通常电池的更低。
而且，对于非水电解质二次电池来说，仅在最初充电时才在电极间产生气体，所以有时对装入发电元件的电池容器抽真空注入电解液，一旦预充电后再次抽真空，由此进行抽出产生的气体的操作。因此，这些抽真空操作时，发生发电元件中气体的排出状况恶化的问题。
不仅如此，这种电池中的隔离物和电极界面是用含溶剂的粘接剂粘接的，所以制造电池时除去粘接剂中所含溶剂的工序也是必须的。此工序中可以采用加热干燥、真空干燥和真空加热干燥等方法，但是仍然需要很长时间来除去溶剂，成为问题。
另外，在电极和隔离物接近设置的电池中，据认为电解液是通过隔离物断面浸渍的，所以即使采用真空浸渍法也需要花费时间。
鉴于上述，本发明目的在于利用在电极表面上形成沟槽的方法，提供一种能够提高发电元件内注入电解液的扩散速度、气体从发电元件中的排出速度以及溶剂的除去速度的电极和使用此电极的电池。
发明的公开也就是说，为了解决上述课题，本发明是(1)一种具有发电元件的电池用电极，其中所述的发电元件是正负电极各一个以上中介隔离物等保持电解质的电解质保持层交替接近配置的，其特征在于至少在一种电极的、中介电解质保持层与另一种电极相对的相对面上，形成至少一端直至电极端部的沟槽。按照这种手段(1)，由于在至少一种电极的相对面上形成沟槽，所以注入的电解液不仅能从发电元件侧面浸透到电解质保持层，而且能通过此沟槽直接浸入发电元件内部，因而能由此浸透到电解质保持层中和电极的活性物质中，电解液的扩散速度提高。
而且，(2)一种具有发电元件的电池用电极，其中所述的发电元件是正负电极各一个以上中介电解质保持层交替接近配置的，其特征在于至少在一种电极表面、并中介电解质保持层与另一种电极相对的面上，形成至少一端直至电极端部的沟槽。
此外，(3)上述(1)或(2)中的沟槽，其特征在于具有持有10μm以上深度的部分。
或者，(4)上述(1)或(3)中的电极，其特征在于所形成的沟槽的截面积，占形成有所述沟槽的合剂层总截面积的0.2％以上10％以下。
或者，(5)上述(1)或(4)之任一中的电极，其特征在于形成的沟槽呈直线状。
或者，(6)上述(1)或(5)之任一中的电极，其特征在于形成的沟槽是由沿电极表面一个方向的一系列沟槽形成的沟槽组和沿与之不同方向的一系列沟槽形成的沟槽组的至少两种沟槽组，构成电极中的沟槽的。
或者，(7)一种电池，其特征在于具有上述(1)～(6)中任何手段的电极。
或者，(8)一种电池，由正极、负极和电解质保持层构成，其特征在于在由所述的正极、负极和电解质保持层的任何二者形成的界面中，至少有一界面是由含有微粒的粘接层粘接的，而且正极和负极中至少一种电极保有上述手段(2)～(6)中所述的任何沟槽。
此外，(9)上述(2)～(8)中任何一项手段所述的电池，其特征在于正负电极被粘合在中介于正负电极之间的电解质保持层上。按照这种手段(9)，在非水电解质二次电池的情况下，将电极粘合在电解质保持层上，能够防止电解液扩散和气体排出的进一步恶化。另外，非水电解质二次电池中有正极必须与负极相对的，这种情况下最好仅在正极的相对面上设置沟槽。
此外，(10)上述(7)～(9)中任何一项所述的电池，其特征在于发电元件容纳在以金属和树脂的层叠片为构成元件的电池容器内。按照此手段(10)，若将电极粘合在电解质保持层上使发电元件一体化，即使将这种发电元件置于柔软的片状电池容器内，也没有电极间距离的变化之虞和电极和电解质保持层重叠上的错动之虞，所以能将这种电池容器制成壁薄、重量轻和廉价品。
或者(11)一种沟槽加工法以及按照该方法制成的电极，沟槽加工法是具有在曲面状辊子表面上形成凸状突起并旋转的机构，同时设置与该辊子相接触地进行移动的电极板，当与电极板接触时形成所述沟槽的方法，其特征在于加工是利用上述辊子挤压电极板进行的。
或者(12)一种沟槽加工法以及按照该方法制成的电极，沟槽加工法是具有在曲面状辊子表面上形成凸状突起并旋转的机构，同时设置与该辊子相接触地进行移动的电极板，当与电极板接触时形成所述沟槽的方法，其特征在于利用上述辊子挤压电极板同时用加热机构加热电极板的方法作沟槽加工。
或者(13)一种沟槽加工法以及按照该方法制成的电极，沟槽加工法是具有在曲面状辊子表面上形成凸状突起并旋转的机构，同时设置与该辊子相接触地进行移动的电极板，当与电极板接触时形成所述沟槽的方法，其特征在于调节凸状突起的深度和挤压力，使得在上述辊子挤压电极板时辊子表面凸状突起以外的部位与电极板相接触。
对于已有电池而言，迄今为止尚未从蒸发速度的观点来阐明最佳沟槽的形状以及在活性物质面上的最佳数目。因而就所述的沟槽形状和数目等对干燥时间的影响作了研究，结果查明了最佳形状和数目等，用上述手段能缩短干燥时间。还确认了，由这种手段制作的沟槽具有用于电解液浸渍的沟槽的功能。
由于上述理由，上述各种手段，适用于包括使溶剂干燥的制造工序或浸渍电解液(注液)工序的电池，特别是对上述粘接式电池有效，但是从电池部件的干燥和电解液的注入来看，对其他电池也是有效的；无论被粘接与否，上述各种手段适用于非水电解质电池形式的有机电解液型锂离子电池、固体电解质型离子电池、凝胶电解质型离子电池、其他锂电池以及使用水系电解液的一次电池和二次电池等。
附图的简要说明
图1是本发明一种实施方式的示意图，是表示一个正极及在其上下配置的隔离物的斜视图。
图2是本发明一种实施方式的示意图，是表示上下两面均固定了隔离物的一种正极的斜视图。
图3是本发明一种实施方式的示意图，是表示发电元件经铝层叠膜封口的一种非水电解质二次电池的斜视图。
图4是本发明一种实施方式的示意图，是表示非水电解质二次电池发电元件结构的纵剖面图。
图5是表示本发明实施例1的示意图，是沟槽加工后的电极的截面图。
图6是表示本发明实施例1的示意图，是两面在位置稍有不同处进行了沟槽加工后的电极的截面图。
图7是本发明实施例2的示意图，是沟槽加工后沟槽图案的平面图。
图8说明本发明实施例2，表示在正极集电板两面上各形成预定厚度的正极活性物质层，然后使表面上形成的沟槽变化的情况下，电池制作时干燥时间与放电容量之间关系的示意图。
图9说明本发明实施例2，是表示正极活性物质层表面上形成的沟槽深度对干燥时间的影响的示意图。
图10说明本发明实施例2，是表示活性物质层表面形成的沟槽的截面积对干燥时间的影响的示意图。
图11说明本发明实施例3，是表示沟槽加工后的电极沟槽图案的平面图。
图12说明本发明实施例4，是表示沟槽加工后的电极沟槽图案的平面图。
图13说明本发明实施例4，是表示沟槽加工后的电极沟槽图案的平面图。
实施发明的最佳方式以下参照图说明本发明的实施方式，以现在用于便携式装置的电池为主，说明正在大力开发的锂离子电池。作为发明对象既可以是正极，也可以是负极。在本发明实施方式中，不管示出了使用哪种极板的例子，都能用于另一种极板。此外，虽然举出了以隔离物作为电解质保持层的实例，但是也可以由氧化镁、二氧化硅、氮化铝等的微粒等制成的多孔性物质构成。
图1～图4，表示本发明一种实施方式示意图。图1是一正极及在其上下配置的隔离物的斜视图；图2是上下两面均粘合了隔离物的正极的斜视图；图3是发电元件经铝层叠膜封口的一种非水电解质二次电池的斜视图；图4是非水电解质二次电池中发电元件结构的纵剖面图。
如图3所示，这种实施方式说明用铝层叠膜2将积层式的发电元件1封口的非水电解质二次电池。如图4所示，这种发电元件1由多片矩形正极11、负极12和隔离物13层叠而成。此时，正极11和负极12均各一片片地交替设置，并在正极11和负极12之间各设置一隔离物13。而且在本实施例的非水电解质二次电池中，正极11必须与负极12相对设置，因而正极11的尺寸形成为小于负极12，同时叠层的上下端各设置负极12。为了确保绝缘性能，隔离物13形成为与负极12尺寸相同，同时在处于层叠体上下端的负极12的上下方，还设置了隔离物13。这些正极11、负极12和隔离物13，相邻的相对面分别被粘合，使发电元件一体化。
如图1所示，上述正极11是在导电性金属板制成的正极集电板11a的上下两面上，各涂布锂钴复合氧化物等正极活性物质(正极合剂层)11b并使其干燥，而载带了该物质的矩形薄板。而且，在此正极11的上下两面上，各以等间隔平行地形成数条直至矩形两端的直线形沟槽11c。这些沟槽11c是在正极活性物质层11b表面上稍许凹陷而成的。例如，在正极集电板11a的上下表面上，各形成厚度140μm左右的正极活性物质层11b，若用辊压法上下加压，使加压部位被压成100μm左右的厚度，则在上下两面相同位置上能够形成深度大约40μm的沟槽11c。此外，这种沟槽11c也可以在涂布正极活性物质层11b时通过控制厚度的方法形成。当作为载带这种正极活性物质层11b的材料使用的正极集电板11a具有一定厚度的情况下，也可以用事先在其上设置凹陷部位的方法形成。此外，若各沟槽11c为至少一端至正极11端部的沟槽，则不一定呈直线状，而且除数条沟槽呈平行之外，既可以形成纵横棋盘状的网格，也可以形成为放射状。
隔离物13是微孔性树脂膜等矩形薄片，按照上述那样，将其制得比正极11尺寸稍大。而且如图2所示，通过在正极11的上下两面上涂布例如PVDF等粘接剂粘接的方法加以粘合。此外，图4所示的负极12，是在负极集电板上涂布了含有石墨等能够吸附和释放离子的宿主物质和粘接剂的负极合剂的矩形薄板。而且，隔离物13，虽然在图1和图2中没有示出，但是也同样被粘合在此负极12的两个表面上，以这种方式使正极11和负极12中介隔离物13交替层叠形成图4所示的形状。
上述发电元件1，如图3所示，用具有阻挡性的铝层叠膜2覆盖，首先将剩下一部分之外的周围部分封口。此时，将连接发电元件1各正极11和各负极12的引线3端部从铝层叠膜2重叠的间隙引出，在此状态下可靠地封口。进而将铝层叠膜2置于腔室中并抽真空，排出发电元件1内部的空气，向铝层叠膜2内注入非水电解液。接着利用引线3进行预充电，使电极11和12之间产生气体后，再次抽真空除去这些气体。然后将铝层叠膜22完全封口密封其内部，制成非水电解质二次电池。本实施方式的非水电解质二次电池，通过将正极11、负极12和隔离物13粘合而使发电元件一体化，所以这种发电元件即使不用胶带等固定或者放入电池壳中加压，电极11和12之间的间隔距离也不变化，还能够杜绝这些电极11、12和隔离物13之间重叠的错动，因此可以将其容纳在柔软的铝层叠膜2中。此外，本实施方式的非电解质二次电池，仅在最初充电时才会在正极11和负极12间产生气体，所以对铝层叠膜2完全封口之前必须预充电并排出产生的气体。这种非水电解质二次电池，例如将其容纳在卡片型外壳内可以作为卡片型二次电池使用。此外，图1、2和4中所示正极11、负极12和隔离物13的厚度，是为便于阐明发电元件结构而示出的，比实际厚度大。
在具有上述结构的非水电解质二次电池中，发电元件的正极11、负极12和隔离物13间被粘接剂所粘合，所以注入非水电解液时，非水电解液不能从这些电极11、2和隔离物13之间浸入发电元件1内部。而且隔离物13使用微孔性树脂，所以与无纺布等相比非水电解液更难渗入。但是，正极11上有形成的数条沟槽11c，所以图2所示的非水电解液A，能够通过在发电元件1侧面开口的这些沟槽11c浸入内部，并能由此向周围正极11的正极活性物质11b中和隔离物13中迅速渗透，同时还能通过隔离物13向与其相对的负极12上的负极合剂层中迅速渗透。而且注入非水电解液A之前进行抽真空操作和预充电后的抽真空操作时，通过这种正极11上的沟槽11c，也能迅速抽出发电元件1内部的空气和预充电产生的气体。此外，在使用粘接剂将正极11和隔离物13粘接后进行干燥时能够使粘接剂中的溶剂通过沟槽11c迅速挥发。
然而，可以认为代替正极11在隔离物13表面上形成沟槽，也能得到同样效果。但是为了在隔离物13上形成沟槽，必须加大隔离物13厚度，这将会使电极11和12之间距离过长而不适于实用。
从上述说明可知，本实施方式中的非水电解质二次电池，能够提高非水电解液向发电元件1内扩散的速度，同时能够迅速从此发电元件1内排出气体，所以能够缩短非水电解液注入和真空排气所需的时间，提高生产率。由于非水电解液扩散、气体排出及溶剂蒸发的速度的加快，即使将电极11、12和隔离物13粘合使发电元件1一体化，生产率也不会降低，所以将这种发电元件1置于柔软的铝层叠膜2内，能够制成壁薄、重量轻而且价格低廉的电池容器。
在上述实施方式中虽然是就将正极11、负极12和隔离物13粘合的情况进行说明的，但是即使不将这些电极和隔离物粘合，因为其间几乎没有间隙，所以只要在电极上设置沟槽就能使电解液迅速扩散。上述实施方式中虽然是就将发电元件1置于铝层叠膜2中的情况进行说明的，但是并不限于这种情况，既可以将其置于其他柔软性片状电池容器中，也可以将其置于金属壳等制成的坚固电池容器之中。
上述实施方式中虽然仅在正极11上设置沟槽11c，但是如果不是正极11必须与负极12相对设置的情况，则也可以在负极12上设置沟槽，还可以仅在负极12上设置沟槽。此外，上述实施方式中虽然仅就非水电解质二次电池进行了说明，但是本发明并不限于此，同样适用于一次电池和其他二次电池。而且，正极11、负极12和隔离物13的结构，可以根据这些电池的种类等作任意变化。
实施例1图5和图6表示本发明的实施例1，是沟槽加工后的电极的截面图；图7是实施例2中沟槽加工后的沟槽图案的平面图。
正极11，在例如铝箔制成的正极集电板11a的两表面上，各形成预定厚度的正极活性物质层(正极合剂)11b。进而在该正极活性物质层11b表面上，于该正极活性物质层11b中形成从电极板11的一端至另一端连续的、矩形(但是并不限于矩形)断面沟槽11c。其中正极活性物质层，是将90重量份正极活性物质、4重量份乙炔黑导电剂和6重量份PVDF粘接剂混合，加入适量N-甲基吡咯烷酮溶剂制成的糊状物，涂布、干燥后的物质。正极活性物质使用LiCoO2。
实施例1中正极11，正极集电板11a厚度20μm，正极活性物质层11b的单面厚度90μm、宽150mm、长100mm，沟槽11c深度50μm、宽0.3mm，沟槽中心距离5mm。
负极是在10μm铜箔制成的负极集电体两表面上，将94重量份石墨和6重量份PVDF粘接剂混合，加入适量N-甲基吡咯烷酮溶剂制成糊状物，涂布、干燥后的物质。负极尺寸宽160mm、长110mm。
隔离物是厚度25μm，160mm×110mm的聚乙烯微孔性膜。
如图6所示，正极活性物质层11b两表面上的沟槽位置不必一致。而且，电极表面上沟槽11c的沟槽加工图案，如图7所示，形成为数条沟槽11c和沟槽11c互相平行。这些沟槽11c的成形方法，可以采用冲模加工等机械加工法、压力加工法或激光加工法中任何加工方法。本实施例中用压力加工法形成沟槽11c。按照正极、聚乙烯隔离物13和负极的顺序，使用在NMP(N-甲基吡咯烷酮)中溶解的PVDF(聚偏氟乙烯)作为粘接剂将其粘接。粘接剂涂布后，将粘接的正极11、隔离物13和负极形成的电极体置于设定温度为80℃的真空干燥箱中，抽真空。以两极板间电阻达到100MΩ时作为干燥终止的指标。与未按此法形成沟槽11c的同样电极相比，形成沟槽11c的干燥时间可以从150分钟缩短到30分钟。结果使制造电池的生产率大幅度提高。
此外，粘接剂使用在NMP中溶解了PVDF的溶液中，相对于100重量份PVDF混有50～500重量份平均粒径0.01μm的氧化铝细粉的物质，按照同样结构和顺序制成电池。这种电池也能得到同样的结果。这种氧化铝细粉是干燥后形成的0.1μm～20μm厚的多孔性粘接层的填料。氧化铝细粉可以是二次粒子化的物质或烧结物。而且并不限于氧化铝，还可以使用例如氧化镁、氮化铝和二氧化硅等。
实施例2图8是表示，在正极集电板11a两表面上各形成预定厚度的正极活性物质层(例如使用LiCoO2作为正极活性物质)11b，并使正极活性物质层11b表面上形成的沟槽11c的宽度发生变化来制造电池时，电极体的干燥时间与用该电极体制造的电池的放电容量之间的关系。
实施例2中使用于图5和图7所示实施例1中制作的正极11。也就是说，正极11使用在20μm厚的铝箔制成的正极集电板11a的两表面上，各形成90μm厚的正极活性物质层11b，其宽150mm，长100mm的电极。对于这种正极11，使沟槽的深度和宽度产生变化。
正极活性物质层11b表面上形成的沟槽11c，是在正极活性物质层11b表面上从电极板11一端至另一端连续形成的，在使该沟槽11c宽度变化的条件下测定了所需的干燥时间与放电容量。沟槽11c的形成方法，如上所述可以采用冲模加工等机械加工法、压力加工法或激光加工法中任何加工方法。本实施例中，使用由压力加工法形成沟槽11c的正极11制成积层电池。负极和隔离物与实施例1相同，将连接有引线的正极、隔离物和连接有引线的负极粘合制成的电极体放入袋状铝层叠膜中，热熔封口后制成电池。有机电解液使用含有1摩尔/升浓度LiPF6的DC+DEC/1∶1有机电解液。而且，使用在NMP(N-甲基吡咯烷酮)中溶解了PVDF(聚偏氟乙烯)的溶液作粘接剂，将正极集电板11a、隔离物13和负极粘接。粘接剂涂布后，将粘接的正极11、隔离物13和负极置于设定温度80℃的真空干燥箱中，抽真空。以两极板间电阻达到100MΩ时作为干燥的终点。
在上述条件下进行试验后发现，如图8所示，沟槽11c宽度处于0.1mm以下时，干燥时间有延长的倾向，而宽度超过0.8mm时放电容量降低。由此试验结果得知，沟槽宽度优选处于0.1～0.8mm范围内。
本实施例2中，上述沟槽11c的深度对干燥时间的影响的结果示于图9。由图9可以看出，当深度超过10μm时，能有效地缩短干燥时间。而图10表示沟槽11c的截面积对干燥时间的影响。所述的截面积是指，在与沟槽11c垂直地切开的断面上由沟槽11c形成的开口部分总面积与活性物质层截面积之比。图10说明，所述的截面积越大干燥时间越短。而且对沟槽11c截面积与电池特性(充放电容量)之间关系的研究表明，截面积越大充放电容量越低。
上述试验说明，能够使充放电容量维持在一定数值以上同时能缩短干燥时间的条件，例如能获得60mAh以上充放电容量和20分钟以下干燥时间的条件是，最好使所述的截面积处于0.002～0.08范围内。
实施例3在本实施例3中，正极11使用的正极在20μm厚的铝箔制成的正极集电板11a两表面上，各形成90μm厚的正极活性物质层11b，并在该正极活性物质层11b的宽150mm和长100mm的表面上，从电极一端向相对的另一端连续形成深度50μm、宽度0.3mm的矩形直线形沟槽11c，如图11所示，这样加工后连续延伸的沟槽组11c、11c…中，相邻的沟槽只延伸到相互对置的电极端部的一端，而沟槽的另一端并不延伸到电极的端部而是中途停止。这些沟槽11c形成数个，电极表面上沟槽中心之间的间距为10mm。沟槽11c的成形方法，可以采用如上所述的冲模加工等机械加工法、压力加工法或激光加工法中任何加工方法。本例中使用经压力加工法形成了沟槽11c的正极11制成积层电池。此时，使用在NMP(N-甲基吡咯烷酮)中溶解了PVDF(聚偏氟乙烯)的溶液作粘接剂，将正极11、隔离物13和负极粘接。粘接剂涂布后，将粘接的正极11、隔离物13和负极12放入设定温度为80℃的真空干燥箱中，抽真空。以两极板间电阻达到100MΩ的时间点作为干燥终点。其中，正极、负极、隔离物、电池的结构材料等与实施例1相同。
在此实施例3中，相邻沟槽分别延伸到对置的电极端部的一端的电极11与全部沟槽均延伸到电极两端的电极11，二者干燥时间相比，后者即全部沟槽均连通到电极两端部的电极11的干燥时间，较前者缩短20％左右，从这点来看后者的电极11的加工方法优越。但是，从电极11的弯曲强度等机械强度的角度来看，前者优于后者，在电极的处理上能够得到改善。结果提高了电池制作的生产率。无论哪种情况，与没有进行沟槽加工的电极相比，干燥时间都得到显著缩短，两种沟槽加工方法都是优选的。
实施例4本实施例4使用的正极11是，在20μm厚的铝箔制成的正极集电板11a的两表面上，各形成90μm厚的正极活性物质层11b，并在活性物质层11b宽150mm、长100mm的表面上，从电极板11一端向相对的另一端连续形成深度50μm、宽度0.3mm的矩形直线型沟槽11c。这些沟槽11c形成数条，电极表面上沟槽中心之间的间距为5mm。而且，本例中形成的的沟槽11c，如图12所示，形成为一系列的沟槽组和沟槽组互相垂直，这些沟槽组11c在电极表面上形成网格。此时的沟槽11c的图案，沿两方向的沟槽不必互相垂直，也可以呈图13所示的形状。尤其对缠绕型电池来说，从能够防止缠绕时从沟槽11c处断裂的观点来看，应当优选图13所示的图案，即与电池缠绕方向不呈近90°夹角的图案。沟槽的成形方法，可以采用如上所述的冲模加工等机械加工法、压力加工法或激光加工法中任何加工方法。使用压力加工法时，可以根据沟槽方向的不同分次加工，也可以使用预先雕刻有加工沟槽形状的模具辊子一次加工成形。本实施例4使用经压力加工法成形沟槽的电极11，而且与实施例1同样制成积层电池。此时，使用在NMP(N-甲基吡咯烷酮)中溶解有PVDF(聚偏氟乙烯)的溶液作粘接剂，将正极、隔离物13和负极粘接。粘接剂涂布后，将粘接的正极11、隔离物13和负极12置于设定温度为80℃的真空干燥箱中，抽真空。以两极板间电阻达到100MΩ的时间点作为干燥终点。
在此实施例4中，与没有沟槽的电极相比，形成了沟槽的电极11的干燥时间，可以从150分钟缩短到25分钟。结果大幅度提高了生产率。此外，正极、负极、隔离物，电极的结构、材料等均与实施例1相同。
实施例5本实施例5中使用的正极11是，在20μm厚的铝箔制成的正极集电板11a的两表面上，各形成90μm厚的正极活性物质层11b，并在活性物质层11b宽150mm、长100mm的表面上，从电极板11一端向另一端连续形成深度50μm、宽度0.3mm的矩形直线状沟槽11c。这些沟槽11c形成数条，电极表面上沟槽中心之间的间距为10mm。而且将沟槽形状加工成，沟槽的宽度从电极中央至端部逐渐加大的形状。还制作了沟槽形状加工成沟槽的深度从电极中央至端部越来越深的电极11。沟槽11c的成形方法，可以采用机械加工法等任何加工方法。本实施例5中使用经压力加工法形成了沟槽的电极11，而且与实施例1同样制成积层电池。此时，使用在NMP(N-甲基吡咯烷酮)中溶解有PVDF(聚偏氟乙烯)的溶液作粘接剂，将正极11、隔离物13和负极12粘接。粘接剂涂布后，将粘接的正极11、隔离物13和负极12置于设定温度为80℃的真空干燥箱中，抽真空。以两极板间电阻达到100MΩ的时间点作为干燥终点。
根据实施例5的电极11，在电极表面上越接近端部沟槽的宽度和深度越大，与电极表面上沟槽宽度或深度不变的电极相比，干燥时间可以从35分钟缩短到28分钟。结果能提高电池制作的生产率。此外，正极、负极、隔离物、电极的结构、材料等均与实施例1相同。
实施例6
实施例6中使用的正极11是，在20μm厚的铝箔制成的正极集电板11a的两表面上，各形成90μm厚的正极活性物质层11b，并在活性物质层11b宽150mm和长100mm的表面上，从电极板11一端向另一端连续形成深度50μm、宽度0.3mm的矩形直线状沟槽11c。这些沟槽11c形成数条，电极表面上沟槽中心之间的间距为5mm。沟槽11c的成形方法，可以采用如上所述的机械加工、压力加工或激光加工等任何加工方法。本发明的实施例6中，利用雕刻法在直径400mm、长400mm的不锈钢辊子上制出直线形凸起；凸起的间距5mm、宽0.3mm、高度0.05mm。准备两根经这种凸起加工的辊子，使在正极集电板11a两表面均形成有正极活性物质11b的正极11通过这两根辊子之间，在电极活性物质层11b两表面同时形成沟槽11c。使用经这种辊子加工形成了沟槽11c的正极11，与实施例1同样制成积层电池。此时，使用在NMP(N-甲基吡咯烷酮)中溶解有PVDF(聚偏氟乙烯)的溶液作粘接剂，将正极11、隔离物13和负极粘接。粘接剂涂布后，将粘接的正极11和隔离物13置于设定温度为80℃的真空干燥箱中，抽真空。以两极板间电阻达到100MΩ的时间点作为干燥终点。作为加压的压力，采用25～250kgf/cm(每极板宽度)是适当的。
按照上述实施例6，与电极表面上沟槽宽度或深度不变的电极相比，干燥时间可以从150分钟缩短到30分钟。结果提高了电池制作的生产率。此外，正极、负极、隔离物、电极的结构、材料等均与实施例7实施例7中，除了辊子上的凸起的高度制成0.1mm之外，与实施例6同样地进行沟槽加工，并制成电池。与0.05mm沟槽高度的情况相比，在电极上实际形成的沟槽深度并没有明显变大，但是在辊子的凸起高度为0.1mm的情况下形成了沟槽的电极的平坦性变差，于沟槽11c处发生弯曲。可以认为，降低辊子凸起的高度，使凸起部分以外的辊子部分与电极接触，能够抑制弯曲。
上述各实施方式和实施例中，虽然是就积层型发电元件进行说明的，但是对于缠绕型等其他结构的发电元件也能同样实施。
产业上利用的可能性正如以上说明的那样，按照本发明的电池，由于注入的电解液沿着电极内的沟槽迅速浸入发电元件内部，故能够提高这种电解液的扩散速度。而且，即使在电极被粘合在隔离物上使发电元件一体化的情况下，也能防止这种电解液扩散和气体排出的恶化。而且，由于这种发电元件的一体化，能够使用柔软的片状电池容器，所以能够谋求电池薄壁小型化和轻量化而降低成本。此外粘接剂层中溶剂的蒸发速度也得以加快，所以能在高生产率下制造电池。不仅如此，沟槽形状即使做成沟槽底部保持平坦部分的形状，也能够缩短干燥时间，平坦部分的长度最好至少占沟槽深度的10％。
权利要求
1．一种具有发电元件的电池用电极，其中所述的发电元件是正负电极各一个以上中介隔离物交替接近配置的，其特征在于在至少一种电极的、中介隔离物与另一种电极相对的相对面上，形成至少一端到达电极端部的沟槽。
2．一种具有发电元件的电池用电极，其中所述的发电元件是正负电极各一个以上中介电解质保持层交替接近配置的，其特征在于在至少一种电极的表面、并中介电解质保持层与另一种电极相对的面上，形成至少一端到达电极端部的沟槽。
3．按照权利要求1或2所述的电极，其特征在于所述的沟槽具有持有10μm以上深度的部分。
4．按照权利要求1或3所述的电极，其特征在于所形成的沟槽的截面积，占形成有所述沟槽的合剂层总截面积的0.2％以上10％以下。
5．按照权利要求1至4中任何一项所述的电极，其特征在于形成的沟槽呈直线状。
6．按照权利要求1至5中任何一项所述的电极，其特征在于电极中的沟槽，是由沿电极表面一个方向的一系列沟槽形成的沟槽组和沿与之不同方向的一系列沟槽形成的沟槽组的至少两种沟槽组构成的。
7．一种电池，其特征在于具有权利要求1～6中任何一项记载的电极。
8．一种电池，由正极、负极和电解质保持层构成，其特征在于在由所述的正极、负极和电解质保持层的任何二者形成的界面中，至少有一界面是由含有微粒的粘接层粘接的，而且正极和负极中至少一种电极具有权利要求2～6中任何一项记载的沟槽。
9．按照权利要求2～8中任何一项所述的电池，其特征在于正负电极被粘合在中介于其间的电解质保持层上。
10．按照权利要求7～9中任何一项所述的电池，其特征在于将所述的发电元件容纳在以金属和树脂的层叠片为构成要件的电池容器内。
11．一种沟槽加工法以及按照该方法制成的电极，沟槽加工法是具有在曲面状辊子表面上形成凸状突起并旋转的机构，同时设置与该辊子相接触地进行移动的电极板，当与电极板接触时形成所述沟槽的方法，其特征在于加工是利用上述辊子挤压电极板进行的。
12．一种沟槽加工法以及按照该方法制成的电极，沟槽加工法是具有在曲面状辊子表面上形成凸状突起并旋转的机构，同时设置与该辊子相接触地进行移动的电极板，当与电极板接触时形成所述沟槽的方法，其特征在于利用上述辊子挤压电极板同时用加热机构加热电极板的方法作沟槽加工。
13．一种沟槽加工法以及按照该方法制成的电极，沟槽加工法是具有在曲面状辊子表面上形成凸状突起并旋转的机构，同时设置与该辊子相接触地进行移动的电极板，当与电极板接触时形成所述沟槽的方法，其特征在于调节凸状突起的深度和挤压力，使得在上述辊子挤压电极板时辊子表面凸状突起以外的部位与电极板相接触。
全文摘要
具有可以实现轻量和薄型化的电池结构的锂离子二次电池等电池,通过在电极上设置用于干燥电池制造时使用的溶剂的沟槽,来提高电池的生产率。作为实现此目的的手段,其特征在于在由正极、负极和电解质保持层构成的电池中,在正极和负极中至少一种电极上,例如在正极(11)上形成溶剂蒸发用的沟槽(11c)。
文档编号H01M10/52GK1285959SQ98812971
公开日2001年2月28日 申请日期1998年4月22日 优先权日1997年4月23日
发明者有马要一郎, 冢本寿, 相原茂, 竹村大吾, 塩田久, 漆畑广明, 荒金淳, 吉冈省二, 吉濑万希子 申请人:日本电池株式会社, 三菱电机株式会社