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公開番号2025141113
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-29
出願番号2024040885
出願日2024-03-15
発明の名称電極及びその製造方法
出願人株式会社リコー
代理人個人,個人
主分類H01M 4/13 20100101AFI20250919BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】サイクル特性及びレート特性に優れた電極の提供。
【解決手段】
基体と、前記基体上に設けられる電極合材層と、を有する電極であって、前記電極合材層は、活物質、及びバインダを含み、前記電極合材層中の前記バインダ濃度は、前記電極合材層の厚み方向に対して直交する、少なくとも一方向において周期的かつ連続的に異なることを特徴とする電極である。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
基体と、
前記基体上に設けられる電極合材層と、を有する電極であって、
前記電極合材層は、活物質、及びバインダを含み、
前記電極合材層中の前記バインダ濃度は、前記電極合材層の厚み方向に対して直交する、少なくとも一方向において周期的かつ連続的に異なることを特徴とする電極。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
前記バインダ濃度の周期は、０．２ｍｍ以上２．５ｍｍ以下である、請求項１に記載の電極。
【請求項３】
前記電極合材層中の平均バインダ濃度に対して、前記バインダ濃度が高い領域を領域Ａ
Ｈｉｇｈ
とし、前記電極合材層中の平均バインダ濃度に対して、前記バインダ濃度が低い領域を領域Ａ
Ｌｏｗ
としたとき、
前記領域Ａ
Ｈｉｇｈ
における平均厚みｔ
Ｈｉｇｈ
と、前記領域Ａ
Ｌｏｗ
における平均厚みｔ
Ｌｏｗ
とは、下記式（１）を満たす、請求項１又は２に記載の電極。
ｔ
Ｈｉｇｈ
＜ｔ
Ｌｏｗ
・・・式（１）
【請求項４】
前記電極合材層中の平均バインダ濃度に対して、前記バインダ濃度が高い領域を領域Ａ
Ｈｉｇｈ
とし、前記電極合材層中の平均バインダ濃度に対して、前記バインダ濃度が低い領域を領域Ａ
Ｌｏｗ
としたとき、
前記領域Ａ
Ｈｉｇｈ
における平均空隙率φ
Ｈｉｇｈ
と、前記領域Ａ
Ｌｏｗ
における平均空隙率φ
Ｌｏｗ
とは、下記式（２）を満たす、請求項１又は２に記載の電極。
φ
Ｈｉｇｈ
＞φ
Ｌｏｗ
・・・式（２）
【請求項５】
前記電極合材層中の平均バインダ濃度に対して、前記バインダ濃度が高い領域を領域Ａ
Ｈｉｇｈ
とし、
前記領域Ａ
Ｈｉｇｈ
における平均厚みｔ
Ｈｉｇｈ
を、前記電極合材層の厚み方向に対して直交する方向に２等分する仮想線を基準として、前記電極合材層における前記基体側の領域を領域Ａ
Ｈｉｇｈ，Ｕｎｄｅｒ
、前記電極合材層における前記基体側ではない領域を領域Ａ
Ｈｉｇｈ，ｓｕｒｆａｃｅ
とそれぞれしたとき、
前記領域Ａ
Ｈｉｇｈ，Ｕｎｄｅｒ
における平均バインダ濃度Ｃ
Ｈｉｇｈ，Ｕｎｄｅｒ
と、前記領域Ａ
Ｈｉｇｈ，ｓｕｒｆａｃｅ
における平均バインダ濃度Ｃ
Ｈｉｇｈ，ｓｕｒｆａｃｅ
とは、下記式（３）を満たす、請求項１又は２に記載の電極。
Ｃ
Ｈｉｇｈ，Ｕｎｄｅｒ
＜Ｃ
Ｈｉｇｈ，ｓｕｒｆａｃｅ
・・・式（３）
【請求項６】
基体上に、電極合材層を形成する電極合材層形成工程を含む電極の製造方法であって、
前記電極合材層形成工程は、
前記基体上に、活物質、バインダ、及び分散媒を含有する電極合材層形成用液体組成物を付与する電極合材層形成用液体組成物付与工程と、
付与された前記電極合材層形成用液体組成物を乾燥する電極合材層形成用液体組成物乾燥工程と、を含み、
前記電極合材層は、前記電極合材層中の前記バインダ濃度が、前記電極合材層の厚み方向に対して直交する、少なくとも一方向において周期的かつ連続的に異なることを特徴とする電極の製造方法。
【請求項７】
前記電極合材層形成用液体組成物付与工程は、前記基体上に、前記電極合材層形成用液体組成物を０．２ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の周期で付与する、請求項６に記載の電極の製造方法。
【請求項８】
前記電極合材層形成用液体組成物乾燥工程は、前記電極合材層形成用液体組成物が平坦化する前に乾燥する、請求項６又は７に記載の電極の製造方法。
【請求項９】
前記電極合材層形成用液体組成物付与工程と、前記電極合材層形成用液体組成物乾燥工程との間に待機工程を含む、請求項６又は７に記載の電極の製造方法。
【請求項１０】
前記電極合材層形成用液体組成物中、前記バインダが前記分散媒に溶解している、請求項６又は７に記載の電極の製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、レドックスキャパシタ等の電気化学素子は、ウェアラブルデバイス又はスマートフォン等の民生用小型デバイスから、電気自動車又は定置用蓄電池等の大型デバイスまで利用範囲が急速に拡大している。
このような電気化学素子の多様化するニーズに対して、柔軟に製造品種を切り替え可能な、新たな電極の製造方法の提供が望まれている。
【０００３】
例えば、充放電を繰り返した際に、基体や電極合材層中における電極活物質が脱落し、容量が損なわれることを防ぐ目的として、電極合材層中のバインダ濃度を意図的に変化させた電極合材層が提案されている。より具体的には、非水電解質二次電池用の正極であって、正極合材層内のバインダ濃度が集電体近くにおいて濃くなるようにし、かつ強制乾燥により正極合材層内の表面近くのバインダ濃度が中心側よりも高くなっており、かつ集電体・電極表面間の中心のバインダ濃度が、集電体近くのバインダ濃度に比べて５０～９０％である非水電解質二次電池用電極が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、集電体と、集電体の表面に形成され、バインダ樹脂、活物質及び導電助剤を含む電極層と、を有するリチウムイオン二次電池用電極において、電極層は、第一電極層と、バインダ樹脂濃度が第一電極層のバインダ樹脂濃度よりも高い第二電極層とからなり、第一電極層は集電体の表面に配置され、第二電極層は集電体の表面及び第一電極層の少なくとも側面に接するように少なくとも集電体の表面に配置されているリチウムイオン二次電池用電極が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、サイクル特性及びレート特性に優れた電極を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
課題を解決するための手段としての本発明の電極は、
基体と、
基体上に設けられる電極合材層と、を有する電極であって、
電極合材層は、活物質、及びバインダを含み、
電極合材層中のバインダ濃度は、電極合材層の厚み方向に対して直交する、少なくとも一方向において周期的かつ連続的に異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、サイクル特性及びレート特性に優れた電極を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１Ａは、本発明の一実施形態に係る電極を示す概略断面図である。
図１Ｂは、本発明の一実施形態に係る電極におけるバインダ濃度勾配を説明するための概略断面図である。
図２は、本発明の他の実施形態に係る電極を示す概略断面図である。
図３は、本発明の他の実施形態に係る電極を示す概略断面図である。
図４は、電極合材層の平均空隙率の測定方法における二値化処理後の画像の一例である。
図５は、本発明の他の実施形態に係る電極を示す概略断面図である。
図６Ａは、本発明の他の実施形態に係る電極を示す概略断面図である。
図６Ｂは、発明の他の実施形態に係る電極を示す概略断面図である。
図７は、本発明の一実施形態に係る電極の製造装置を示す模式図である。
図８は、本発明の他の実施形態に係る電極の製造装置を示す模式図である。
図９は、本発明の他の実施形態に係る電極の製造装置を示す模式図である。
図１０は、本発明の一実施形態に係る電極の製造装置の変形例を示す模式図である。
図１１は、本発明の一実施形態に係る電極の製造装置における電極合材層形成用液体組成物付与手段としてインクジェット方式、及び転写方式を採用した印刷部の一例を示す構成図（その１）である。
図１２は、本発明の一実施形態に係る電極の製造装置における電極合材層形成用液体組成物付与手段としてインクジェット方式、及び転写方式を採用した印刷部の一例を示す構成図（その２）である。
図１３は、本発明の一実施形態に係る電極の製造方法における電極合材層の形成パターンの一例を示す模式図である。
図１４は、本発明の一実施形態に係る電極の製造方法における電極合材層の形成パターンの他の例を示す模式図である。
図１５は、本発明の一実施形態に係る電極の製造方法における電極合材層の形成パターンの他の例を示す模式図である。
図１６は、本発明の一実施形態に係る電極の製造方法における電極合材層の形成パターンの他の例を示す模式図である。
図１７は、本発明の一実施形態に係る電気化学素子を示す概略断面図である。
図１８は、本発明の他の実施形態に係る電気化学素子を示す概略断面図である。
図１９は、本発明の一実施形態に係る電気化学素子である移動体を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
特許文献１を含む従来の電極においては、基体／電極合材層の界面及び電極合材層表面に、バインダ濃度が高い領域が集中しているため、基体／電極合材層の界面における電子抵抗、及び電極合材層表面における溶液抵抗が比較的大きく、急速充放電が求められるようなアプリケーションへの適用は好ましくない。また、活物質に対するバインダ添加量が少ない場合や、体積膨張変化率が大きい活物質を用いた場合には、バインダ濃度が低い層にて脱落が発生してしまうことが懸念されていた。
特許文献１の課題に対する技術として特許文献２が提案されているが、バインダ濃度が低い第一電極層と、バインダ濃度が高い第二電極層とを用いるため、その界面ではバインダ濃度が不連続的に変化し、それに起因した電流密度の不均一化によってＬｉデンドライトが発生しやすく、結果として十分なサイクル特性が得られず、改善の余地があった。
【０００９】
本発明の電極は、基体と、基体上に設けられる電極合材層と、を有する電極であって、電極合材層は、活物質、及びバインダを含み、電極合材層中のバインダ濃度は、電極合材層の厚み方向に対して直交する、少なくとも一方向において周期的かつ連続的に異なる。このような構成は、従来技術における各種懸念事項を十分に解消することができる。より具体的には、サイクル特性及びレート特性に優れた電極を実現することができる。
【００１０】
以下に、本発明の詳細を記載する。
（【００１１】以降は省略されています）

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