專利名稱：電化學裝置用電極以及電化學裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及電化學裝置用電極以及電化學裝置。
背景技術：
巻繞式電化學裝置是通過將在細長的集電體上形成有活性物質層 的電極在長度方向上巻繞而形成的。在集電體的長度方向上的長度較 長的情況下，為了抑制大電流的集中導致的發熱或極化等，在集電體 上在其長度方向上間隔地設置多個引線(參照例如，日本特開平
7-192717號公報、日本特開平11-283882號公報、日本特開平11-283883 號公報、日本特開平11-317218號公報、日本特開2000-106167號公報、 日本特開2000-182656號公報、日本特開2000-110453號公報、日本特 開2006-260892號公報、日本特開2006-286404號公報)。

發明內容
以往技術中，例如在巻繞時引線被配置于集電體上并且極性相同 的引線大致重疊，沒有特別注意引線的配置間隔或配置數量等。然而， 為了高效地利用電化學裝置，需要進一步降低電化學裝置的阻抗。從 降低電化學裝置的阻抗的觀點出發，可以考慮增加引線的數量并使引 線的配置間隔變小，從而減小對集電體的阻抗的貢獻的方法，然而， 本發明者們經過研究發現，當引線的配置間隔過小時，會增加漏電流。 而漏電流的增加會導致能量的損耗，因此不妥。即本發明者們發現了 引線配置間隔存在適宜的范圍。
本發明正是基于上述發現而完成的，其目的在于提供一種可以降 低阻抗并可以減少漏電流的電化學裝置用電極以及使用此電極的電化 學裝置。
3本發明所涉及的電化學裝置用電極具有細長的集電體、設置于 集電體的長度方向的中途的引線、以及設置于集電體的表面的活性物 質層。
此外，當將從集電體的長度方向上的一端至引線的距離設定為La、將從集電體的長度方向上的另一端至引線的距離設定為Lb[m]、 將集電體在25'C時的電阻率設定為p [Qm]、將L。pt [m]設定為1.9 X 106p時，U及Lb分別在0.95 L。pt以上且1.05 L。pt以下。
本發明所涉及的其它的電化學裝置用電極具有細長的集電體、 設置于集電體上且在該集電體的長度方向上相互間隔的n (n為2以上
的整數)個引線、以及設置于集電體的表面的活性物質層。
此外，當將從集電體的長度方向上的一端至最接近于集電體的一 端的引線的距離設定為U [m]、將從集電體的長度方向上的另一端至 最接近于集電體的另一端的引線的距離設定為Lb [m]、將相鄰引線之 間的距離分別設定為Li、 L2、……、Ln., [m]，將集電體在25'C時的 電阻率設定為p [Qm]、將L豐[m]設定為1.9Xl()6p時，U及U分 別在0.95 L豐以上且1.05 L豐以下、(W2)、 (L2/2)、…….、(1^/2) 分別在0.95 L。pt以上且1.05 L。pt以下。
本發明所涉及的電化學裝置具有一對電極，該電極中的任意一個 均為上述的電化學裝置用電極。
利用這樣的電化學裝置用電極可以制造阻抗低且漏電流低的電化 學裝置。


圖1為第1實施方式所涉及的電化學裝置用電極的概略立體圖。 圖2為第2實施方式所涉及的電化學裝置用電極的概略立體圖。 圖3為第3實施方式所涉及的電化學裝置用電極的概略立體圖。 圖4為第4實施方式所涉及的電化學裝置用電極的概略立體圖。 圖5為示意本發明的實施方式所涉及的電化學裝置的一個例子的
部分剖面概略立體圖。
圖6為示意本發明的實施方式所涉及的電化學裝置的其它例子的
部分剖面概略立體圖。圖7為示意實施例及比較例的條件及結果的表。
具體實施例方式
以下，參照附圖對本發明的優選的實施方式進行詳細說明。其中 在

中，對同一或相當的要素標記同一符號，省略重復的說明。 而且，各圖的尺寸比例不一定與實際的尺寸比例一致。
(第1實施方式)
參照

第1實施方式所涉及的電化學裝置用電極10。該電 化學裝置用電極10主要具有集電體12、含有活性物質的活性物質層 13A、 13C、以及引線15。
集電體12為呈矩形的細長板狀的導電性部件。對集電體的材質沒 有特別的限制，但優選金屬材料，例如可列舉銅、鋁、鎳等。銅、鋁、 鎳的電阻率P分別為1.68Xl(T8Qm、 2.65Xl(T8Qm、 6.99X10—8Qm。對 集電體的厚度沒有特別的限制，例如可以使之成為10 50pm。此外， 對長度方向的長度Lo、與長度方向交叉的方向(寬度方向)的長度 Wo分別沒有特別的限制，例如可以使長度方向的長度"成為80 150mm、寬度方向的長度Wo成為12 16mm。優選集電體的長寬比(IV W0)為5 10，更優選為7.0左右。
引線15是用于對集電體12輸入或輸出電流的起到輸入輸出端子 作用的導電性部件。引線15為矩形板狀，以垂直于集電體12的長度 方向的方向為其長度方向。在本實施方式中，引線15的長度方向上的 一個端面15d延伸至與集電體12的長度方向垂直的方向(寬度方向) 的上一個側面12d，引線15的長度方向上的另一個端面15c延伸并超 出與集電體12的長度方向垂直的方向(寬度方向)上的另一個側面12c。 對引線15的厚度沒有特別的限制，可以設定為例如與集電體12同等 的程度。此外，引線15的長度方向上的長度，只要使引線15的另一 端面15c突出于集電體12的側面12c，即可根據引線的使用形態而適 宜設定。此外，與引線15的長度方向垂直的方向上的長度A，只要比 集電體12的長度方向上的長度U足夠短即可。例如，可以使引線15從集電體12的側面12c突出10 25mm左右、使引線15的寬度A為 2 10mm左右。
弓l線15和集電體12可以利用例如導電性粘結劑、焊接、熔接等 固定并電連接。此外，在引線15的長度方向上延伸的側面15a， 15b 分別平行于與集電體12的長度方向垂直的端面(一端、另一端)12a， 12b。
活性物質層13A、 13C為含有活性物質的層，分別設置于集電體 12的正面及背面。具體而言，在集電體12中的未設置有引線15的面 上，幾乎整個一面上都設置有活性物質層13C。而在集電體12中的設 置有引線15的面上，在設置有引線15的部分之外的部分上分開地設 置活性物質層13A、 13A。
優選活性物質層13A、 13C包含活性物質以及粘結劑。更優選活 性物質層13A、 13C包含導電助劑。
作為鋰離子二次電池的正極用活性物質，只要是可以可逆地進行 鋰離子的吸藏及釋放、鋰離子的脫離及嵌入(intercalation)、或鋰離子 和該鋰離子的對陰離子(例如CK)4—)的摻雜和去除慘雜，就沒有特別 的限定，可以使用各種活性物質。例如，可列舉含鋰金屬氧化物。作 為含鋰金屬氧化物，例如列舉LiM02(M為Co、Ni或Mn)、LiCOxNh.x02、 LiMn204、 LiCoxNiyMn！,02 (在此，x， y超過0而不足l)等包含選 自Co、Ni以及Mn的至少一種金屬的鋰氧化物、鋰礬化合物(LiV20s)、 橄欖石型LiMP04 (其中，M為Co、 Ni、 Mn或Fe)等。
作為鋰離子二次電池的負極用活性物質，只要是可以可逆地進行 鋰離子的吸藏及釋放、鋰離子的脫離及嵌入(intercalations或鋰離子
和該鋰離子的對陰離子(例如cior)的摻雜和去除摻雜，就沒有特別
的限定，可以使用各種活性物質。例如，可列舉天然石墨、人造石墨、 中間相炭微球、中間相碳纖維(MCF)、焦炭類、玻璃狀碳素、有機化 合物燒結體等碳素材料，Al、 Si、 Sn等可以與鋰化合的金屬，以SiCb、 Sn02等氧化物為主體的非晶質化合物等。
此外，作為雙電層電容器用電極，可列舉各種具有電子性導電性 的多孔體。例如可以適宜使用天然石墨、人造石墨、中間相炭微球、中間相碳纖維(MCF)、焦炭類、玻璃狀碳素、有機化合物燒結體等碳 素材料。
作為粘結劑，只要可以將上述活性物質、以及最好是導電助劑固 定于集電體就沒有特別的限制，可以使用各種粘結劑。例如可列舉聚
偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTEE)等氟樹脂、丁苯橡膠(SBR) 與水溶性高分子(羧甲基纖維素、聚乙烯醇、聚丙烯酸鈉、糊精、麩 質(gluten))等的混合物。
作為導電助劑，例如可以列舉炭黑類、銅、鎳、不銹鋼、鐵等金 屬粉，碳素材料以及金屬微粉的混合物，ITO等導電性氧化物。導電 助劑是為了提高活性物質層13A、 13C的電子傳導性而添加的材料。 作為導電助劑可以優選使用乙炔黑或炭黑。
活性物質層13A、 13C的形成方法可以利用公知的方法。在此， 優選活性物質層13A、 13C覆蓋盡量多的集電體12的正面與背面，但 不必覆蓋全部區域，例如，即使在集電體的邊緣處等存在未被覆蓋的 區域也無妨。
此外，在本實施方式中，集電體12的長度方向上的端面(一端) 12a與引線15的距離U、以及集電體12的長度方向上的端面(另一端) 12b與引線15的距離Lb，分別在0.95L。pt以上且在1.05L。pt以下。
在此，L。pt[m!hl.9X10V集電體12在25。C時的電阻率為p[Qm]。
距離U以及距離U分別可以被認為是當通過該集電體12向活 性物質層13A、 13C進行電流的供給及放電時，電流在集電體12中流 動的最大距離。此外，L。pt為由集電體12的電阻率確定的該最大距離 的最佳值。因此，在本實施方式中，距離U以及Lb分別在最佳值L。pt 的95 105%的范圍內。
使用這樣的電極的電化學裝置阻抗極低且漏電流也極小，實現了 性能的提高。若距離U或Lb不足0.95L。pt，則存在漏電流增加的趨勢。 而距離U或Lb超過1.05L。pt時，則存在電化學裝置的阻抗增大的趨勢。
(第2實施方式)
接著，參照圖2說明第2實施方式所涉及的電化學裝置用電極10。 本實施方式所涉及的電化學裝置用電極10與第1實施方式所涉及的電化學裝置用電極的不同之處在于引線15的形狀，因此，只針對這一點
進行說明。第2實施方式所涉及引線15的端面15d不突出至集電體12 的側面12d，而是位于集電體12的表面12e上。這樣的電化學裝置用 電極IO也可以達到與第1實施方式相同的效果。
(第3實施方式)
接著，參照圖3說明第3實施方式所涉及的電化學裝置用電極10。 本實施方式所涉及的電化學裝置用電極10與第1實施方式所涉及的電 化學裝置用電極的不同之處在于引線15的形狀，因此，只針對這一點 進行說明。第3實施方式所涉及的引線15不是設置于集電體12的表 面或背面，而是設置于集電體12的側面12d。由此，活性物質層13A 與活性物質層13C同樣地沒有被分開而成為一體。這樣的引線15可通 過從一塊導電性板切出集電體12和引線15而容易地形成。這樣的電 化學裝置用電極IO也可以達到與第1實施方式相同的效果。
(第4實施方式)
接著，參照圖4說明第4實施方式所涉及的電化學裝置用電極10。 與第1實施方式所涉及的電化學裝置用電極IO相比，本實施方式所涉 及的電化學裝置用電極10的集電體12在長度方向上的長度較長。而 且，在集電體12的長度方向上間隔地設置有n個引線15。在此，n為 2以上的整數。在此，n個引線從圖4的左側開始依次被稱為15,、
152........ 15n。此外，以與第1實施方式相同的方式定義距離La、
Lb，且將其規定在與第1實施方式相同的范圍內。優選n的個數為例 如4個左右。
此外，設相鄰的引線15^ 152之間的距離為Li、相鄰的引線152、
153之間的距離為L2、.......相鄰的引線15"、 15n之間的距離為L^。
則在本實施方式中，各距離Lp L2， ......、U-,的(L"2)， (L2/2)，......，
(Ln-,/2)均被設定為滿足0.95L叩t以上且不足1.05L叩t的條件。
與第l實施方式的La、 Lb相同，(IV2)， (L2/2)， ......， (Ln.,/2)
可以被認為是，在向該電極IO進行電流的供給及充電時，電流在集電 體12中流動的各部分中的最大距離。此外，L。pt為該最大距離的最佳值，在本實施方式中，包括距離L,以及L2在內，各(IV2)， (L2/2)，......，
(LnV2)也分別在最佳值的95 105%的范圍內。
這樣的電化學裝置用電極IO也可以達到與第1實施方式相同的效 果。此外，無需贅言，也可以使第2實施方式或第3實施方式的電極 如第4實施方式那樣具有多個電極。
(電化學裝置)
接著，參照圖5及圖6說明使用上述電極10的電化學裝置。在此， 對使用第1實施方式的電化學裝置用電極的情況進行說明，使用其它 實施方式的電化學裝置用電極的情況也相同。
圖5、圖6所示的電化學裝置100具有箱體50、巻繞體30以及省 略圖示的收容于箱體內并浸滲于巻繞體30內的電解質溶液。
箱體50密封巻繞體30，并用于防止向箱體內部侵入空氣以及水 分。作為箱體50的材質，例如可以使用環氧樹脂等的合成樹脂，鋁等 的金屬片與樹脂層疊而成的產品。巻繞體30的引線15從箱體50突出。
電解質溶液(未圖示)被填充于箱體50的內部空間中，其中一部 分包含于電極IO、電極10以及隔離層20的內部。
作為電解質溶液，例如在鋰離子二次電池中，可以使用例如將鋰 鹽溶解于有機溶劑中的非水電解質溶液。鋰鹽可以使用LiPF6、 LiC104、 LiBF4、 LiAsF6、 LiCF3S03、 LiCF3CF2S03、 LiC(CF3S02)3、 LiN(CF3S02)2、 LiN(CF3CF2S02)2、 LiN(CF3S02)(C4F9S02)、 LiN(CF3CF2CO)2等鹽。
此外，在雙電層電容器中，可以使用例如將四乙基四氟硼酸銨 (TEA+BF4—)、甲基三乙基銨-四氟硼酸鹽(TEMA+BF4_)等季銨鹽溶解 于有機溶劑中的電解液。
其中，這些鹽可以單獨使用，也可以兩種以上并用。此外，也可 以通過添加高分子等而使電解質溶液呈凝膠狀。
此外，有機溶劑可以使用公知的電化學裝置中所使用的溶劑。例 如可以優選列舉碳酸亞丙基酯、碳酸亞乙基酯以及碳酸二乙酯等。這 些可以單獨使用，也可以以任意比例配合兩種以上使用。
巻繞體30為將上述一對電化學用電極10、 10在長度方向上巻繞， 并且使隔離層20介于電化學用電極10、 IO之間而形成的。具體而言，例如通過將電極10/隔離層20/電極10/隔離層20重疊 而成的層疊體，從層疊體的端部巻繞為圓筒狀，從而得到如圖5所示 的截面大致為圓筒狀的巻繞體30。另外，通過將上述層疊體以能形成 平坦部分的形式從端部彎曲，并多次巻繞，從而可以得到如圖6所示 的層疊體被巻繞為截面大致呈橢圓狀的巻繞體30。
引線15突出的位置可以如圖6所示在電極間的同一方向，也可以 如圖5所示在電極間的相反方向。
隔離層20為使電化學裝置用電極10、 IO之間電絕緣的層，是電 絕緣性多孔體。對隔離層的材料沒有特別的限定，可以使用各種隔離 層材料。作為電絕緣性多孔體，例如列舉由聚乙烯、聚丙烯或聚烯烴 形成的薄膜的單層體、疊層體或上述樹脂混合物的延展膜，或由選自 纖維素、聚酯以及聚丙烯的至少一種構成材料形成的纖維無紡布等。
在這樣的電化學裝置中，兩方電極必須使用La， Lb，或U， Lb、 (L,/2)， (L2/2)，......，以及(LnV2)被規定為滿足如上所述條件的
電化學裝置用電極。這樣的電化學裝置阻抗小且漏電流小。
本發明不限于上述實施方式，可以有各種變形方式。例如，在上 述實施方式中集電體為細長板狀，然而只要是細長的且具有長度方向 的形狀即可，例如也可以為細長線狀的集電體。
此外，電化學裝置不限于鋰離子二次電池等電池或雙電層電容器 等，也可以為電解電容器。
(實施例)
(雙電層電容器(EDLC):實施例A1 A3、比較例A1、 A2) 使用活性炭粒子作為活性物質、使用PVDF作為粘結劑，以使活 性物質粘結劑=70:30的形式將其混合，在所得到的混合物中添加N-甲基吡咯烷酮并進行混煉，從而制作出涂料。利用刮刀法將該涂料涂 敷于30pm的鋁箔的兩面上的、引線的預定設置區域以外的部分上，此 后使涂敷膜干燥。之后，將形成有涂敷膜的鋁箔沖壓為長方形狀，將 寬度A為2mm、長度為25mm、厚度為O.lmm的引線如圖1所示的方 式超聲焊接于集電體上未被涂敷的部分上，得到一對雙電層電容器用 電極。在各實施例、比較例中，集電體的長度方向上的長度"、從集電體的各端部至引線的距離La、 Lb分別設定為如圖7所示。此外，設
定集電體的寬度W。為10mm。
以作為隔離層的再生纖維素制無紡布(厚度30pm)覆蓋所得到的 一個電極的兩面后，使其與另一個電極相對，將該層疊體從端部以圓 筒狀進行巻繞，之后，放入到鋁層疊薄膜制的箱體內，從開口部取出 引線，夾住引線部并熱壓接鋁層疊薄膜的開口部。從放入層疊體的鋁 層疊薄膜外裝袋的最后殘留的開口部，對層疊體注入雙電層電容器用 電解液，通過真空熱壓接進行密封、修邊，從而分別得到雙電層電容 器。電解液為將電解質四乙基四氟硼酸銨(TEA+BF4-)溶解于有機溶 劑碳酸亞丙基酯(PC)中而成的電解液，電解液中的電解質濃度為 1.0mol/L。
(雙電層電容器實施例A4 A5、比較例A3、 A4) 集電體材料以厚度為17pm的銅箔替代鋁箔，并且將LQ、 La、 Lb 設定為如圖7所示之外，其它與實施例1同樣，從而得到雙電層電容 器。
(鋰離子二次電池(LIB):實施例B1 B3、比較例B1 B4) 按以下順序制作了陰極電極。首先，準備正極活性物質LiCo02、 導電助劑乙炔黑、粘結劑聚偏二氟乙烯(PVDF)，以使其重量比成為正
極活性物質導電助劑粘結劑=90: 6: 4的形式用行星攪拌機混合分
散之后，在其中混合適量的溶劑NMP以調整粘度，從而調制出漿料狀 的陰極用涂敷液(漿料)。
接著，準備集電體鋁箔(厚度20pm)，利用刮刀法將陰極用涂敷 液涂敷于該鋁箔的兩面上的、引線熔接預定區域以外的部分上，且使 活性物質的擔持量成為1.0mg/cm2，此后使其千燥。此后，利用砑光輥 進行壓制使得所涂覆的活性物質層的氣孔率達到28%，將其沖壓成為 長方形狀而作為陰極電極。將Lo、 La、 Lb設定為如圖7所示，將寬度 Wo設定為10mm。
此后，按以下順序制作了陽極電極。首先，準備負極活性物質天 然炭黑、粘結劑PVdF,以使其重量比為負極活性物質粘結劑=95: 5的形式用行星攪拌機進行混合分散之后，在其中混合適量的溶劑NMP 以調整粘度，從而調制出漿料狀的陽極用涂敷液。此后，準備鋁箔(厚
度17pm)，利用刮刀法將陽極用涂敷液涂敷于該鋁箔的兩面上的、引
線焊接預定區域以外的部分上，且使陽極電極的活性物質的擔持量成
為3.0mg/cm2，此后使其干燥。此后，利用砑光輥進行壓制使得陽極電 極的活性物質層的氣孔率為30%，將其沖壓為長方形狀而作為陽極電 極。將L。、 La、 U設定為如圖7所示，將寬度Wo設定為10mm。
以隔離層即單層聚乙烯多孔膜(厚度12pm)覆蓋所得到的一個電 極的兩面后，使其與另一個電極相對，將該層疊體從端部以圓筒狀進 行巻繞，之后將其放入到鋁層疊薄膜制的箱體內，從開口部取出引線， 夾住引線部并熱壓接層疊薄膜的開口部。從放入層疊體的鋁層疊薄膜 外裝袋的最后殘留的開口部，向層疊體注入鋰離子二次電池用電解液， 之后，利用真空熱壓接對殘留的開口部進行密封、修邊，從而分別得 到鋰離子二次電池。
鋰離子二次電池的電解液是，在將碳酸亞丙基酯(PC)、碳酸亞乙 基酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)以2: 1: 7的體積比混合而成的溶劑 中，溶解LiPF3，并且使其濃度達到1.5mol/dm3，進一步對該溶液100 重量份添加3重量份的1,3-丙烷磺內酯的溶液。
(雙電層電容器以及鋰離子二次電池的性能評價) 對各實施例以及比較例的雙電層電容器以及鋰離子二次電池測定 了阻抗以及漏電流。各個值示于圖7中。其中，對于雙電層電容器測 定了放電狀態下的阻抗，并且測定了以4V充電1小時后的漏電流。對 于鋰離子二次電池則測定了放電至3V之后的狀態下的阻抗，并且測定 了以4V充電1小時之后的漏電流。
在使用鋁制集電體的雙電層電容器所涉及的實施例A1 A3中實 現了不足100mQ的阻抗，在使用銅制集電體的雙電層電容器所涉及的 實施例A4、 A5中實現了不足60mQ的阻抗，在鋰離子二次電池所涉 及的實施例B1 B3中實現了不足130mQ的阻抗。此外，在這些實施 例中實現了 20mA/h以下的漏電流。
1權利要求
1. 一種電化學裝置用電極，其特征在于，具有細長的集電體、設置于所述集電體的長度方向的中途的引線、以及設置于所述集電體上的活性物質層，當將從所述集電體的長度方向上的一端至引線的距離設定為La[m]、將從所述集電體的長度方向上的另一端至引線的距離設定為Lb[m]、將所述集電體在25℃時的電阻率設定為ρ[Ωm]、將Lopt[m]設定為1.9×106ρ時，La及Lb分別在0.95Lopt以上且1.05Lopt以下。
2. —種電化學裝置用電極，其特征在于，具有細長的集電體；設置于所述集電體上且在該集電體的長度 方向上相互間隔的n個引線，其中n為2以上的整數；以及設置于所 述集電體上的活性物質層，當將從所述集電體的長度方向上的一端至最接近于所述集電體的 所述一端的引線的距離設定為U [m]、將從所述集電體的長度方向上的另一端至最接近于所述集電體的 所述另一端的引線的距離設定為Lb [m]、將相鄰的所述引線之間的距離分別設定為L卜L2、……、[m]、 將所述集電體在25'C時的電阻率設定為p [Qm]、 將L叩t [m]設定為1.9Xl()6p時， U及"分別在0.95 L。pt以上且1.05 L。pt以下，并且， (L"2)、 (L2/2)、……、(Ln.,/2)分別在0.95 L叩t以上且1.05 L。pt以下。
3. —種電化學裝置，其特征在于，具有一對電極，該電極中的任意一個均為權利要求1或2所述的 電化學裝置用電極。
全文摘要
本發明涉及電化學裝置用電極，其具有細長的集電體(12)、設置于集電體(12)的長度方向的中途的引線(15)、以及設置于集電體(12)上的活性物質層(13A、13C)。當將從集電體(12)的長度方向上的一端(12a)至引線(15)的距離設定為L_a[m]、將從集電體(12)的長度方向上的另一端(12b)至引線(15)的距離設定為L_b[m]、將集電體(12)在25℃時的電阻率設定為ρ[Ωm]、將L_opt[m]設定為1.9×10⁶ρ時，L_a及L_b分別在0.95L_opt以上且1.05L_opt以下。
文檔編號H01M4/02GK101471437SQ20081018912
公開日2009年7月1日 申請日期2008年12月29日 優先權日2007年12月28日
發明者大橋良彥, 小林桂太, 檜圭憲, 片井一夫 申請人:Tdk株式會社