JP6958804B2 - Electrodes, batteries using the electrodes, and methods for manufacturing the batteries - Google Patents
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Description
本発明は、電極、その電極を用いた電池およびその電池の製造方法に関する。 The present invention relates to an electrode, a battery using the electrode, and a method for manufacturing the battery.
近年急速に普及しつつある電気自動車は、一充電当たりの走行距離が長くしかも機敏に走ることができる、といった走行特性が求められる。このため、電気自動車に搭載する電池はエネルギー密度（Ｗｈ／Ｋｇ）および出力密度（Ｗ／Ｋｇ）が大きいことが要求される。また、電気自動車は電池の設置スペースが限られているため、電池の小型化も要求される。 Electric vehicles, which are rapidly becoming widespread in recent years, are required to have driving characteristics such as a long mileage per charge and agility. Therefore, batteries mounted on electric vehicles are required to have high energy density (Wh / Kg) and output density (W / Kg). In addition, since the installation space for batteries in electric vehicles is limited, miniaturization of batteries is also required.
しかし、電池のエネルギー密度と電池の出力密度とは二律背反の関係にあるため、高エネルギー密度で高出力の電池を創ることは難しい。電池のエネルギー密度と電池の出力密度の共に大きい電池を製造するために、電極活物質、電解液の開発がされている。その一方で、下記特許文献１に示すような、電極構造を三次元化した電池の構造も開発されている。
However, since the energy density of a battery and the output density of a battery are in a trade-off relationship, it is difficult to create a battery with a high energy density and a high output. Electrode active materials and electrolytes are being developed to manufacture batteries with high battery energy density and battery output density. On the other hand, a battery structure having a three-dimensional electrode structure as shown in
確かに、特許文献１に示されている電極構造の電池によれば、電池の出力密度を低下させることなく、エネルギー密度を向上させることができる。
Certainly, according to the battery having the electrode structure shown in
しかし、特許文献１に示されている電極構造は、正負の両電極が長方形の凹凸を繰り返す櫛形形状であるため、凹凸の角部分に電流が集中しやすくなる。このため、正負の電極間での電流の分布が不均一になり、エネルギー密度と出力密度とを向上させることは難しい。
However, since the electrode structure shown in
エネルギー密度と出力密度とをさらに向上させるためには、理論的には、より高解像（細かなピッチ）で長方形の凹凸を繰り返す、高解像度の櫛形形状とすればよい。しかし、高解像度の櫛形形状の電極とすることは、生産性、信頼性、製造上の問題が生じるため、現実的ではない。 In order to further improve the energy density and the output density, theoretically, a high-resolution comb-shaped shape that repeats rectangular irregularities with a higher resolution (fine pitch) may be used. However, it is not realistic to use a high-resolution comb-shaped electrode because of problems in productivity, reliability, and manufacturing.
本発明は、以上のような従来の技術の問題を解消するために成されたものであり、電池のエネルギー密度と電池の出力密度とを向上させることができる、電極、その電極を用いた電池およびその電池の製造方法の提供を目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and can improve the energy density of the battery and the output density of the battery, the electrode, and the battery using the electrode. And the purpose is to provide a method for manufacturing the battery.
上記目的を達成するための本発明に係る電極は、土台部と、互いに間隔を開けて並び土台部から突出する複数の突起部と、を備えている。突起部のそれぞれは、土台部から突出する突起支柱部と、突起支柱部から突出する突起先端部と、から構成され、突起部が並ぶ方向の、突起先端部の最大幅は突起支柱部の最小幅よりも大きい。 The electrode according to the present invention for achieving the above object includes a base portion and a plurality of protrusions that are arranged at intervals from each other and project from the base portion. Each of the protrusions is composed of a protrusion support portion protruding from the base portion and a protrusion tip portion protruding from the protrusion support portion, and the maximum width of the protrusion tip portion in the direction in which the protrusions are lined up is the maximum of the protrusion support portion. Larger than narrow.
上記目的を達成するための本発明に係る電池は、上記の電極を正極および負極とし、正極のそれぞれの隣り合う突起部の間に負極の突起部が位置され、正極の突起部と負極の突起部との間にはセパレータが介在される。 In the battery according to the present invention for achieving the above object, the above electrodes are used as a positive electrode and a negative electrode, a negative electrode protrusion is located between adjacent protrusions of the positive electrode, and a positive electrode protrusion and a negative electrode protrusion. A separator is interposed between the portions.
上記目的を達成するための本発明に係る電池の製造方法は、上記の電池を、３Ｄプリンタにより、正極または負極の土台部を形成する段階と、正極または負極の突起支柱部およびセパレータを交互に形成する段階と、正極または負極の突起支柱部、セパレータ、負極または正極の突起先端部、セパレータを繰り返し形成する段階と、正極または負極の突起先端部、セパレータ、負極または正極の突起支柱部、セパレータを繰り返し形成する段階と、負極または正極の突起支柱部およびセパレータを交互に形成する段階と、負極または正極の土台部を形成する段階と、を実施する。 In the method for manufacturing a battery according to the present invention for achieving the above object, the above-mentioned battery is alternately subjected to a step of forming a base portion of a positive electrode or a negative electrode by a 3D printer and a protruding column portion and a separator of the positive electrode or the negative electrode. The stage of forming, the step of repeatedly forming the positive electrode or negative electrode protrusion support, separator, negative electrode or positive electrode protrusion tip, and separator, and the positive or negative electrode protrusion tip, separator, negative electrode or positive electrode protrusion support, separator. The step of repeatedly forming the negative electrode or the positive electrode, the step of alternately forming the protruding strut portion and the separator of the negative electrode or the positive electrode, and the step of forming the base portion of the negative electrode or the positive electrode are carried out.
本発明に係る電極、その電極を用いた電池によれば、電池のエネルギー密度と電池の出力密度とを向上させることができる。 According to the electrode according to the present invention and the battery using the electrode, the energy density of the battery and the output density of the battery can be improved.
本発明に係る電池の製造方法によれば、エネルギー密度と出力密度とを向上させることができる電池を３Ｄプリンタによって製造することができる。 According to the method for manufacturing a battery according to the present invention, a battery capable of improving the energy density and the output density can be manufactured by a 3D printer.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を、［実施形態１］から［実施形態５］に分けて説明する。なお、図中、同様の部材には同一の符号を用いた。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張される場合があり、実際の比率とは異なる場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described separately from [Embodiment 1] to [Embodiment 5] with reference to the drawings. In the figure, the same reference numerals are used for similar members. In addition, the dimensional ratio of the drawings may be exaggerated for convenience of explanation and may differ from the actual ratio.
［実施形態１］
（電池の構成）
図１は、実施形態１に係る電池の断面図である。図１に示す電池１００は、具体的には、扁平な矩形形状を有するリチウムイオン二次電池の発電要素となる。一般的には、多数の電池１００を並列および直列に接続することによってリチウムイオン二次電池が構成される。
[Embodiment 1]
(Battery configuration)
FIG. 1 is a cross-sectional view of the battery according to the first embodiment. Specifically, the
電池１００は、正極集電体１１０、正極電極１２０、セパレータ１５０、負極電極１７０、負極集電体１６０から構成される。正極集電体１１０と正極電極１２０とによって正極１３０が構成され、負極集電体１６０と負極電極１７０とによって負極１８０が構成される。
The
電池１００は、正極１３０および負極１８０が対向して配置されている。正極１３０のそれぞれの隣り合う突起部１２８の間に負極１８０の突起部１７８が互い違いに組み合うように位置される。正極１３０の突起部１２８の寸法および形状と負極１８０の突起部１７８の寸法および形状とは同一である。正極１３０の突起部１２８と負極１８０の突起部１７８との間にはセパレータ１５０が介在されている。
In the
正極集電体１１０にはアルミニウム箔が用いられる。正極電極１２０は正極活物質によって形成され、正極活物質には、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＣｏＯ２、およびＬｉＮｉＯ２等の複合酸化物が用いられる。正極活物質は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等のバインダーにより結着され、炭素材料等の導電助剤が必要に応じて添加される。
Aluminum foil is used for the positive electrode
セパレータ１５０は、シート状の多孔質体であり、電解液を保持している。セパレータ１５０には、たとえば、ポリオレフィン微多孔膜が用いられ、電解液は、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合溶媒にＬｉＰＦ６等のリチウム塩が溶解したものを用いている。電解液には、メチレンメタンジスルホネート（ＭＭＤＳ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、およびフルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）等の電解液添加剤が添加される。
The
負極集電体１６０には銅箔が用いられる。負極電極１７０は負極活物質によって形成され、負極活物質には、グラファイト、カーボンブラック、およびハードカーボン等の炭素材料が用いられる。負極活物質は、スチレンブタジエンラバー（ＳＢＲ）／カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）混合バインダー等の水系バインダーにより結着され、炭素材料等の導電助剤が必要に応じて添加される。
Copper foil is used for the negative electrode
実施形態１に係る電池１００は、正極１３０の突起部１２８の形状、負極１８０の突起部１７８の形状を工夫して、曲線のみの形状からなる円形形状としている。また、正極１３０の突起部１２８の寸法および形状と負極１８０の突起部１７８の寸法および形状とを同一にしている。これによって、突起部１２８、１７８間を流れる電流の分布は均一となって、局部的な電流集中を避けることができる。したがって、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池１００が提供できる。
The
（電極の構成）
図２は、図１に記載した電池１００の正極１３０の斜視図である。図２に示すように、正極１３０は、正極集電体１１０上に正極電極１２０を形成したものである。
(Electrode configuration)
FIG. 2 is a perspective view of the
正極電極１２０は、図に示す通り、土台部１２２と複数の突起部１２８とから構成される。土台部１２２は正極集電体１１０上に形成される。突起部１２８は、互いに間隔を開けて並び土台部１２２から突出する。突起部１２８のそれぞれは、土台部１２２から突出する突起支柱部１２４と、突起支柱部１２４から突出する突起先端部１２６と、から構成される。突起部１２８が並ぶ方向（図示Ｘ方向）の、突起先端部１２６の最大幅（先端部幅：Ｗｈ）は突起支柱部１２４の最小幅（支柱部幅：Ｗｐ）よりも大きい。具体的には、Ｗｈ≧１．２Ｗｐである。
As shown in the figure, the
このように、突起先端部１２６の最大幅Ｗｈを突起支柱部の１２４の最小幅Ｗｐよりも大きくすることによって、突起部１２８の表面積が増加する。このため、突起部１２８を流出入する電流の集中を避けることができる。したがって、正極１３０を電池１００に用いることによって、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池１００が提供できる。
In this way, the surface area of the
ここで、土台部１２２は、正極電極１２０の内、正極集電体１１０の表面を図示Ｚ方向に正極電極１２０の外表面と接触するまで移動させたときの、その移動後の表面と、正極集電体１１０の表面と、で形成される厚みを有した部分である。したがって、土台部１２２は隣り合う突起部１２８を連結する。土台部１２２の存在は正極集電体１１０との接触面積を十分に確保する意味で非常に重要である。土台部１２２の定義は実施形態１−５において同一である。
Here, the
突起先端部１２６は、正極電極１２０の先端部分の外形形状によって仮想的に形成した形状（図２では円形）の図示Ｚ方向の厚み（図２では円の直径）を有した、正極電極１２０の先端の部分である。突起先端部１２６の定義は実施形態１−５において同一である。
The
突起支柱部１２４は、土台部１２２と突起先端部１２６との間の部分である。突起支柱部１２４の定義は実施形態１−５において同一である。
The
また、突起部１２８を、突起部１２８が並ぶ方向に沿って垂直に切断したときの、突起先端部１２６の断面積は、突起支柱部１２４の断面積よりも大きい。
Further, when the
このように、突起先端部１２６の断面積を突起支柱部の１２４の断面積よりも大きくすることによって、突起先端部１２６と土台部１２２との電極容量バランスが合わせやすくなり、イオン移動距離を小さくできる。このため、突起先端部１２６を流出入する電流の集中を避けることができる。したがって、正極１３０を電池１００に用いることによって、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池１００が提供できる。
By making the cross-sectional area of the
図２に示す通り、突起部１２８を、突起部１２８が並ぶ方向に沿って垂直に切断したときの、突起部１２８の断面の外形形状は曲線のみで形成されている。
As shown in FIG. 2, when the
このように、突起部１２８の断面の外形形状を曲線のみで形成すると、突起部１２８を流出入する電流の集中を避けることができる。したがって、正極１３０を電池１００に用いることによって、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池１００が提供できる。
In this way, if the outer shape of the cross section of the
また、突起部１２８は、突起部１２８が並ぶ方向に対して交差する方向（図示Ｙ方向）に延伸している。
Further, the
このように、突起部１２８を突起部１２８が並ぶ方向に対して交差する方向に延伸させると、突起部１２８の表面積が大きくなる。このため、突起部１２８を流出入する電流の集中を避けることができる。したがって、正極１３０を電池１００に用いることによって、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池１００が提供できる。
In this way, when the
正極１３０の構成は以上の通りである。なお、図１に示した負極１８０の構成も正極１３０の構成と同一である。したがって、正極１３０の突起部１２８の寸法および形状と負極１８０の突起部１７８の寸法および形状とは同一であり、正極１３０と負極１８０とは対称的な形状を有している。
The configuration of the
（電池の製造方法）
次に、図１に示した電池の製造方法を説明する。図１に示した電池１００は、３Ｄプリンタを用いて、次のような手順で製造される。
(Battery manufacturing method)
Next, the method of manufacturing the battery shown in FIG. 1 will be described. The
正極集電体１１０上に正極１３０の土台部１２２を形成する段階と、
正極１３０の突起支柱部１２４およびセパレータ１５０を交互に形成する段階と、
正極１３０の突起支柱部１２４、セパレータ１５０、負極１８０の突起先端部１７６、セパレータ１５０を繰り返し形成する段階と、
正極１３０の突起先端部１２６、セパレータ１５０、負極１８０の突起支柱部１７４、セパレータ１５０を繰り返し形成する段階と、
負極１８０の突起支柱部１７４およびセパレータ１５０を交互に形成する段階と、
負極１８０の土台部１７２を形成する段階と、
土台部１７２に負極集電体１６０を取り付ける段階と、
を実施することによって電池１００を製造する。
At the stage of forming the
At the stage of alternately forming the
The stage of repeatedly forming the
The stage of repeatedly forming the
At the stage of alternately forming the protruding
The stage of forming the
At the stage of attaching the negative electrode
The
このような手順でそれぞれの部分を順に積層していくことによって、図１に示した電池１００を製造することができる。上記の製造方法を用いて電池１００を製造することによって、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池１００が提供できる。
The
図３から図９は、実施形態１に係る電池１００の製造方法を示す図である。３Ｄプリンタのヘッドは図中左側から右側に向けて移動するものとする。
3 to 9 are views showing a method of manufacturing the
まず、図３に示すように、正極集電体１１０の上に、正極１３０（図２参照）の土台部１２２を形成する。
First, as shown in FIG. 3, a
次に、図４に示すように、正極１３０の土台部１２２上に突出するように突起支柱部１２４およびセパレータ１５０を交互に形成する。
Next, as shown in FIG. 4, the protruding
次に、図５に示すように、正極１３０の突起支柱部１２４、セパレータ１５０、負極１８０の突起先端部１７６、セパレータ１５０を繰り返し形成する。
Next, as shown in FIG. 5, the
次に、図６に示すように、正極１３０の突起支柱部１２４上に突出するように突起先端部１２６、セパレータ１５０、負極１８０の突起支柱部１７４、セパレータ１５０を繰り返し形成する。
Next, as shown in FIG. 6, the
次に、図７に示すように、負極１８０の突起支柱部１７４およびセパレータ１５０を交互に形成する。
Next, as shown in FIG. 7, the protrusion struts 174 of the
次に、図８に示すように、負極１８０の突起支柱部１７４に引き続き土台部１７２を形成する。
Next, as shown in FIG. 8, a
最後に、図９に示すように、土台部１７２に負極集電体１６０を取り付ける。
Finally, as shown in FIG. 9, the negative electrode
以上のような手順によって図１に示した電池１００が形成される。
The
［実施形態１の変形例］
図１０は、実施形態１に係る電池１００の変形例を示す図である。なお、この変形例に係る電池１００Ａの構成は、以下説明する点を除き、図１に示した電池１００の構成と同一である。
[Modification of Embodiment 1]
FIG. 10 is a diagram showing a modified example of the
変形例に係る電池１００Ａと図１に示した電池１００との比較において、唯一異なる部分は、正極１３０の突起部１２８と負極１８０の突起部１７８である。
In the comparison between the
つまり、正極１３０の突起部１２８の寸法および形状は、負極１８０の突起部１７８の寸法および形状とは異なる寸法および形状である。また、正極１３０の突起部１２８を形成する突起先端部１２６の形状と負極１８０の突起部１７８を形成する突起先端部１７６の形状は類似する形状である。
That is, the size and shape of the
図１０の突起先端部１２６の形状と突起先端部１７６の形状とを比較すると、突起先端部１２６が円形状であるのに対して、突起先端部１７６は円形状ではなく、楕円形状であることがわかる。つまり、正極１３０と負極１８０とは非対照的な形状を有していることがわかる。
Comparing the shape of the
このように、正極１３０と負極１８０とが非対称的な形状を有していても、突起部１２８と突起部１７８の断面の外形形状が曲線のみで形成されているので、突起部１２８と突起部１７８を流出入する電流の集中を避けることができる。したがって、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池１００が提供できる。
As described above, even if the
［実施形態２］
図１１は、実施形態２に係る電池の断面図である。なお、実施形態２に係る電池１００−２の構成は、以下説明する点を除き、図１に示した電池１００の構成と同一である。
[Embodiment 2]
FIG. 11 is a cross-sectional view of the battery according to the second embodiment. The configuration of the battery 100-2 according to the second embodiment is the same as the configuration of the
電池１００−２においては、正極１３０の突起部１２８を突起部１２８が並ぶ方向に沿って垂直に切断したときの、突起部１２８の断面の外形形状は、曲線および直線を交えて形成されている。負極１８０の突起部１７８の断面の外形形状も正極１３０の突起部１２８の断面の外形形状と同一である。
In the battery 100-2, the outer shape of the cross section of the
電池１００−２と図１に示した電池１００との比較において、異なる部分は、正極１３０の突起部１２８の形状と負極１８０の突起部１７８の形状である。電池１００−２の突起部１２８と突起部１７８の形状はキノコ形状であり、図１に示した電池１００の突起部１２８と突起部１７８の形状は円形状である。
In the comparison between the battery 100-2 and the
このように、正極１３０の突起部１２８と負極１８０の突起部１７８の形状を曲線および直線を交えたキノコ形状としても、突起部１２８、１７８の断面の外形形状に曲線の部分が含まれているので、突起先端部１２６、１７６との間の電流の集中を避けることができる。したがって、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池１００−２が提供できる。
As described above, even if the shape of the
［実施形態２の変形例］
図１２は、実施形態２に係る電池１００−２の変形例を示す図である。なお、この変形例に係る電池１００Ａ−２の構成は、以下説明する点を除き、図１１に示した電池１００−２の構成と同一である。
[Modified Example of Embodiment 2]
FIG. 12 is a diagram showing a modified example of the battery 100-2 according to the second embodiment. The configuration of the
変形例に係る電池１００Ａ−２と図１１に示した電池１００−２との比較において、唯一異なる部分は、正極１３０の突起部１２８と負極１８０の突起部１７８である。
In the comparison between the
つまり、正極１３０の突起部１２８の寸法および形状は、負極１８０の突起部１７８の寸法および形状とは異なる寸法および形状である。また、正極１３０の突起部１２８を形成する突起先端部１２６の形状と負極１８０の突起部１７８を形成する突起先端部１７６の形状は類似する形状である。
That is, the size and shape of the
図１２の突起先端部１２６の形状と突起先端部１７６の形状とを比較すると、キノコ形状であることについては類似しているが、キノコ形状の傘の部分の厚みが異なっていることがわかる。つまり、正極１３０と負極１８０とは非対照的な形状を有していることがわかる。
Comparing the shape of the
このように、正極１３０と負極１８０とが非対称的な形状を有していても、突起部１２８と突起部１７８の断面の外形形状に曲線の部分が含まれているので、突起部１２８と突起部１７８を流出入する電流の集中を避けることができる。したがって、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池１００Ａ−２が提供できる。
As described above, even if the
［実施形態３］
図１３は、実施形態３に係る電池の断面図である。なお、実施形態３に係る電池１００−３の構成は、以下説明する点を除き、図１に示した電池１００の構成と同一である。
[Embodiment 3]
FIG. 13 is a cross-sectional view of the battery according to the third embodiment. The configuration of the battery 100-3 according to the third embodiment is the same as the configuration of the
電池１００−３においては、正極１３０の突起部１２８を突起部１２８が並ぶ方向に沿って垂直に切断したときの、突起部１２８の断面の外形形状は、曲線および直線を交えて形成されている。また、突起部１２８の断面の外形形状の角部は、電流の集中を避けるため、少なくとも突起先端部１２６の最大幅Ｗｈの１０％以上の範囲で曲線的に面取りされている。負極１８０の突起部１７８の断面の外形形状も正極１３０の突起部１２８の断面の外形形状と同一である。
In the battery 100-3, the outer shape of the cross section of the
電池１００−３と図１に示した電池１００との比較において、異なる部分は、正極１３０の突起部１２８の形状と負極１８０の突起部１７８の形状である。
In the comparison between the battery 100-3 and the
このように、正極１３０の突起部１２８と負極１８０の突起部１７８の形状を曲線および直線を交えた形状としても、その角部が曲線的に面取りされているので、突起先端部１２６と突起先端部１７６との間の電流の集中を避けることができる。したがって、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池１００−３が提供できる。
In this way, even if the shape of the
［実施形態３の変形例］
図１４は、実施形態３に係る電池１００−３の変形例を示す図である。なお、この変形例に係る電池１００Ａ−３の構成は、以下説明する点を除き、図１３に示した電池１００−３の構成と同一である。
[Modified Example of Embodiment 3]
FIG. 14 is a diagram showing a modified example of the battery 100-3 according to the third embodiment. The configuration of the
変形例に係る電池１００Ａ−３と図１３に示した電池１００−３との比較において、唯一異なる部分は、正極１３０の突起部１２８と負極１８０の突起部１７８である。
In the comparison between the
つまり、正極１３０の突起部１２８の寸法および形状は、負極１８０の突起部１７８の寸法および形状とは異なる寸法および形状である。また、正極１３０の突起部１２８を形成する突起先端部１２６の形状と負極１８０の突起部１７８を形成する突起先端部１７６の形状は類似する形状である。
That is, the size and shape of the
図１４の突起先端部１２６の形状と突起先端部１７６の形状とを比較すると、形状は類似しているが、その厚みが異なっていることがわかる。つまり、正極１３０と負極１８０とは非対照的な形状を有していることがわかる。
Comparing the shape of the
このように、正極１３０と負極１８０とが非対称的な形状を有していても、突起部１２８と突起部１７８の断面の外形形状に曲線の部分が含まれているので、突起部１２８と突起部１７８を流出入する電流の集中を避けることができる。したがって、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池１００Ａ−３が提供できる。
As described above, even if the
［実施形態４］
図１５は、実施形態４に係る電池の断面図である。なお、実施形態４に係る電池１００−４の構成は、以下説明する点を除き、図１に示した電池１００の構成と同一である。
[Embodiment 4]
FIG. 15 is a cross-sectional view of the battery according to the fourth embodiment. The configuration of the battery 100-4 according to the fourth embodiment is the same as the configuration of the
電池１００−４においては、正極１３０の突起部１２８を突起部１２８が並ぶ方向に沿って垂直に切断したときの、突起部１２８の断面の外形形状は、直線のみで形成されている。また、突起部１２８の断面の外形形状の角部は、電流の集中を避けるため、少なくとも突起先端部１２６の最大幅Ｗｈの１０％以上の範囲で直線的に面取りされている。負極１８０の突起部１７８の断面の外形形状も正極１３０の突起部１２８の断面の外形形状と同一である。
In the battery 100-4, the outer shape of the cross section of the
電池１００−４と図１に示した電池１００との比較において、異なる部分は、正極１３０の突起部１２８の形状と負極１８０の突起部１７８の形状である。
In the comparison between the battery 100-4 and the
このように、正極１３０の突起部１２８と負極１８０の突起部１７８の形状を直線のみの形状としても、その角部が直線的に面取りされているので、突起先端部１２６と突起先端部１７６との間の電流の集中を緩和することができる。したがって、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池１００−４が提供できる。
In this way, even if the shape of the
［実施形態４の変形例］
図１６は、実施形態４に係る電池１００−４の変形例を示す図である。なお、この変形例に係る電池１００Ａ−４の構成は、以下説明する点を除き、図１５に示した電池１００−４の構成と同一である。
[Modified Example of Embodiment 4]
FIG. 16 is a diagram showing a modified example of the battery 100-4 according to the fourth embodiment. The configuration of the
変形例に係る電池１００Ａ−４と図１５に示した電池１００−４との比較において、唯一異なる部分は、正極１３０の突起部１２８と負極１８０の突起部１７８である。
In the comparison between the
つまり、正極１３０の突起部１２８の寸法および形状は、負極１８０の突起部１７８の寸法および形状とは異なる寸法および形状である。また、正極１３０の突起部１２８を形成する突起先端部１２６の形状と負極１８０の突起部１７８を形成する突起先端部１７６の形状は類似する形状である。
That is, the size and shape of the
図１６の突起先端部１２６の形状と突起先端部１７６の形状とを比較すると、形状は類似しているが、その厚みが異なっていることがわかる。つまり、正極１３０と負極１８０とは非対照的な形状を有していることがわかる。
Comparing the shape of the
このように、正極１３０と負極１８０とが非対称的な形状を有していても、突起部１２８と突起部１７８の断面の外形形状に直線状に面取りされた部分が含まれているので、突起部１２８と突起部１７８を流出入する電流の集中を緩和することができる。したがって、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池１００Ａ−４が提供できる。
As described above, even if the
［実施形態５］
図１７は、実施形態５に係る電池の断面図である。なお、実施形態５に係る電池１００−５の構成は、以下説明する点を除き、図１に示した電池１００の構成と同一である。
[Embodiment 5]
FIG. 17 is a cross-sectional view of the battery according to the fifth embodiment. The configuration of the battery 100-5 according to the fifth embodiment is the same as the configuration of the
電池１００−５においては、正極１３０の突起部１２８を突起部１２８が並ぶ方向に沿って垂直に切断したときの、突起部１２８の断面の外形形状は、直線のみで形成されている。負極１８０の突起部１７８の断面の外形形状も正極１３０の突起部１２８の断面形状と同一である。
In the battery 100-5, the outer shape of the cross section of the
電池１００−５と図１に示した電池１００との比較において、異なる部分は、正極１３０の突起部１２８の形状と負極１８０の突起部１７８の形状である。
In the comparison between the battery 100-5 and the
このように、正極１３０の突起部１２８と負極１８０の突起部１７８の形状を直線のみの形状としても、突起部１２８の面積が大きくなっているので、突起先端部１２６と突起先端部１７６との間の電流の集中を緩和することができる。したがって、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池１００−５が提供できる。
As described above, even if the shape of the
［実施形態５の変形例］
図１８は、実施形態５に係る電池１００−５の変形例を示す図である。なお、この変形例に係る電池１００Ａ−５の構成は、以下説明する点を除き、図１７に示した電池１００−５の構成と同一である。
[Modified Example of Embodiment 5]
FIG. 18 is a diagram showing a modified example of the battery 100-5 according to the fifth embodiment. The configuration of the
変形例に係る電池１００Ａ−５と図１７に示した電池１００−５との比較において、唯一異なる部分は、正極１３０の突起部１２８と負極１８０の突起部１７８である。
In the comparison between the
つまり、正極１３０の突起部１２８の寸法および形状は、負極１８０の突起部１７８の寸法および形状とは異なる寸法および形状である。また、正極１３０の突起部１２８を形成する突起先端部１２６の形状と負極１８０の突起部１７８を形成する突起先端部１７６の形状は類似する形状である。
That is, the size and shape of the
図１８の突起先端部１２６の形状と突起先端部１７６の形状とを比較すると、形状は類似しているが、その厚みが異なっていることがわかる。つまり、正極１３０と負極１８０とは非対照的な形状を有していることがわかる。
Comparing the shape of the
このように、正極１３０と負極１８０とが非対称的な形状を有していても、突起部１２８と突起部１７８の面積が大きいので、突起部１２８と突起部１７８を流出入する電流の集中を緩和することができる。したがって、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池１００Ａ−５が提供できる。
In this way, even if the
以上のように、実施形態１−５に係る電池１００、１００Ａ、１００−２、１００Ａ−２、１００−３、１００Ａ−３、１００−４、１００Ａ−４、１００−５、１００Ａ−５によれば、正極１３０の突起部１２８と負極１８０の突起部１７８との間を流出入する電流の集中を避けることができる。このため、正極１３０と負極１８０との間で電流が均一に流れるようになり、エネルギー密度と出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池が提供できる。また、これらの電池は３Ｄプリンタによって製造されるので、生産性、信頼性、製造上の問題が生じることがない。
As described above, the
（従来の電池と実施形態１−５に係る電池の比較）
次に、従来の電池と比較して実施形態１−５に係る電池が、同一の大きさであるのに高容量、高出力の電池とできる理由を、図面を参照しながら詳細に説明する。
(Comparison between the conventional battery and the battery according to the first to fifth embodiment)
Next, the reason why the batteries according to the first to fifth embodiments can be the same size but high capacity and high output batteries as compared with the conventional batteries will be described in detail with reference to the drawings.
図１９は、従来の電池の正極と負極との間の電流密度分布の説明に供する図である。 FIG. 19 is a diagram used to explain the current density distribution between the positive electrode and the negative electrode of a conventional battery.
図１９に示す従来の電池は、正負の両電極が長方形の凹凸を繰り返す櫛形形状である。この電池は、図に示すように、正極および負極の両電極間を流出入する電流密度分布が均一ではなく、電流密度が粗の部分と電流密度が密の部分とが混在している。具体的には、正極および負極の突起している部分の隅部分、鋭角な部分に電流が集中し、正極および負極の平坦な部分は電流があまり流れていない。このように、電流密度が不均一な部分があると、電池としての十分な入出力特性を得ることができず、小型化を目指しつつ、高容量、高出力の電池とすることが難しい。 The conventional battery shown in FIG. 19 has a comb shape in which both positive and negative electrodes repeat rectangular irregularities. As shown in the figure, in this battery, the current density distribution flowing in and out between both the positive electrode and the negative electrode is not uniform, and a portion having a coarse current density and a portion having a dense current density coexist. Specifically, the current is concentrated in the corner portion and the acute-angled portion of the protruding portion of the positive electrode and the negative electrode, and the current does not flow much in the flat portion of the positive electrode and the negative electrode. As described above, if there is a portion where the current density is non-uniform, it is not possible to obtain sufficient input / output characteristics as a battery, and it is difficult to obtain a high-capacity, high-output battery while aiming for miniaturization.
このため、実施形態に係る電池では、正極および負極の突起部の形状から鋭角な部分を排除し突起部の形状を工夫することによって、電流が集中する部分をなくしている。実施形態１に係る電池１００では、図１に示したように、正極１３０の突起部１２８および負極１８０の突起部１７８の形状を、曲線のみからなる形状としている。さらに、セパレータ１５０との接触面積が大きくなるように、突起支柱部１２４、１７４から突起先端部１２６、１７６に向けて、寸法が増加するような形状としている。これらの形状によって、正極１３０の突起部１２８と負極１８０の突起部１７８との間におけるリチウムイオンの移動距離を短くしている。
Therefore, in the battery according to the embodiment, the acute-angled portion is removed from the shape of the protrusions of the positive electrode and the negative electrode, and the shape of the protrusion is devised to eliminate the portion where the current is concentrated. In the
図２０は、従来の電池と実施形態１に係る電池のシミュレーション結果を示す図である。シミュレーションは、正極と負極との間の電解液リチウム電位分布、電流密度分布、活物質リチウム濃度分布について行った。このシミュレーション手法とシミュレーション条件は、Ｇｒａｈａｍ Ｍ．Ｇｏｌｄｉｎ ｅｔ ａｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａ Ａｃｔａ，６４，１１８−１２９（２０１２）［文献１］に記載されている多孔質電極理論（Ｐｏｒｏｕｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｔｈｅｏｒｙ）を用い、多孔質電極理論に基づいて定型化している。その際の解析仮定は以下の通りである。
・ＳＯＣ（充電率）＝５０％からの１Ｃの放電解析とする。
・固体・固体の界面抵抗の影響は無視する。
・体積膨張収縮の影響は無視する。
・等温状態であり過電圧による熱損失の影響は無視する。
・電極層は均一多孔質体（空隙率、活物質体積割合は一様一定）とする。
・正極と負極は対称構造であるとする。
・電解質中のイオン輸送は伝導のみで起きる（濃度勾配はなく拡散効果は無視する）とす
る。
・活物質内のリチウムイオンの拡散は十分速く、電解質界面と粒子内部の濃度分布はなく
、一様であるとする。
FIG. 20 is a diagram showing simulation results of a conventional battery and a battery according to the first embodiment. The simulation was performed on the electrolyte lithium potential distribution, the current density distribution, and the active material lithium concentration distribution between the positive electrode and the negative electrode. This simulation method and simulation conditions are described in Graham M. et al. Goldin et al. It is standardized based on the porous electrode theory by using the porous electrode theory (Porous Electrode Theory) described in Electrochimica Acta, 64, 118-129 (2012) [Reference 1]. The analysis assumptions at that time are as follows.
・ SOC (charge rate) = 50% to 1C discharge analysis.
-Ignore the influence of solid-solid interfacial resistance.
-Ignore the effects of volume expansion and contraction.
・ Ignore the effect of heat loss due to overvoltage because it is in an isothermal state.
-The electrode layer should be a uniform porous material (porosity and active material volume ratio are uniformly constant).
-It is assumed that the positive electrode and the negative electrode have a symmetrical structure.
-Ion transport in the electrolyte is assumed to occur only by conduction (there is no concentration gradient and the diffusion effect is ignored).
-It is assumed that the diffusion of lithium ions in the active material is sufficiently fast, and the concentration distribution between the electrolyte interface and the inside of the particles is uniform.
また、シミュレーションに用いた基礎式は以下の通りである。
（１）活物質電位分布
The basic formula used in the simulation is as follows.
(1) Active material potential distribution
（２）電解質内Ｌｉ＋濃度分布 (2) Li + concentration distribution in the electrolyte
（３）電解質電位分布 (3) Electrolyte potential distribution
（４）電極反応（Ｂｕｔｌｅｒ−Ｖｏｌｍｅｒ式） (4) Electrode reaction (Butler-Volmer equation)
（５）交換電流密度 (5) Exchange current density
（６）過電圧（正極、負極） (6) Overvoltage (positive electrode, negative electrode)
［文献２］は、Ｄ．Ｋ．Ｋａｒｔｈｉｋｅｙａｎ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ １８５ １３９８（２００８）であり、
［文献３］は、Ａ．Ｍ．Ｃｏｌｃｌａｓｕｒｅ ｅｔ ａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍ．Ａｃｔａ ５５ ８９６０（２０１０）である。
[Reference 2] refers to D.I. K. Karthikeyan et al. , J. Power Sources 185 1398 (2008),
[Reference 3] describes A.I. M. Collasure et al. , Electrochim. Acta 55 8960 (2010).
シミュレーションの計算条件は下記の通りである。
・正極：コバルト酸リチウム、負極：黒鉛、電解質：固体電解質
・電池全体：３８４μｍ×３８４μｍ（４８メッシュ×４８メッシュ）
・１メッシュ：８μｍ
・電池全体で正極、負極、電解質層の割合はそれぞれ等しく１／３ずつとする。
・電極層は活物質０．５、電解質０．３、電解質層は０．２の体積割合とする。
・有効イオン伝導度、有効電子伝導度は上記体積割合の２．４乗とする。
The calculation conditions for the simulation are as follows.
-Positive electrode: Lithium cobalt oxide, Negative electrode: Graphite, Electrolyte: Solid electrolyte-Overall battery: 384 μm x 384 μm (48 mesh x 48 mesh)
・ 1 mesh: 8 μm
-The proportions of the positive electrode, negative electrode, and electrolyte layer in the entire battery are equal to 1/3 each.
-The volume ratio of the electrode layer is 0.5 for the active material, 0.3 for the electrolyte, and 0.2 for the electrolyte layer.
-Effective ion conductivity and effective electron conductivity shall be the 2.4th power of the above volume ratio.
このシミュレーションでは、以上の基礎式に基づきイオン電位、電子電位分布を収束計算により求め、その後各時間ステップで活物質内の濃度分布を計算する。これを時間ステップごとに繰り返すことにより、電池内部の状態の時間変化を算出する。 In this simulation, the ionic potential and electron potential distributions are obtained by convergence calculation based on the above basic formula, and then the concentration distribution in the active material is calculated at each time step. By repeating this for each time step, the time change of the state inside the battery is calculated.
以上のシミュレーション手法とシミュレーション条件によって、従来の電池と実施形態１に係る電池をシミュレーションした結果は、図２０に示す通りである。 The results of simulating the conventional battery and the battery according to the first embodiment by the above simulation method and simulation conditions are as shown in FIG.
ＳＯＣ＝５０％から１Ｃの放電を行ったときの、正極と負極との間の電解液リチウム電位分布をシミュレーションすると、実施形態１に係る電池１００は、正極と負極との間の電解液リチウム電位分布が均一であることがわかる。一方、従来の電池は、正極と負極との間の電解液リチウム電位分布が均一でなく、特に、櫛形の電極の先端部の角の部分の電解液リチウム電位分布が明らかに不均一であることがわかる。
When simulating the electrolytic solution lithium potential distribution between the positive electrode and the negative electrode when discharging from SOC = 50% to 1C, the
また、ＳＯＣ＝５０％から１Ｃの放電を行ったときの、正極と負極との間の電流密度分布をシミュレーションすると、実施形態１に係る電池１００は、正極と負極との間の電流密度分布が均一であることがわかる。一方、従来の電池は、正極と負極との間の電位分布が均一でなく、特に、櫛形の電極の先端部の電流密度分布が明らかに高いことがわかる。
Further, when simulating the current density distribution between the positive electrode and the negative electrode when discharging from SOC = 50% to 1C, the
さらに、ＳＯＣ＝５０％から１Ｃの放電を行ったときの、正極と負極との間の活物質リチウム濃度分布をシミュレーションすると、実施形態１に係る電池１００は、正極と負極との間の活物質リチウム濃度分布が均一であることがわかる。一方、従来の電池は、正極と負極との間の活物質リチウム濃度分布が均一でなく、特に、櫛形の電極の先端部の活物質リチウム濃度分布が不均一であることがわかる。
Further, when simulating the lithium concentration distribution of the active material between the positive electrode and the negative electrode when discharging from SOC = 50% to 1C, the
以上のシミュレーション結果に示されている通り、実施形態１に係る電池１００は、従来の電池と比較して、明らかに、正極と負極との間の電解液リチウム電位分布、電流密度分布、活物質リチウム濃度分布が均一である。
As shown in the above simulation results, the
その理由としては次のようなことが考えられる。従来の電池は正極および負極が櫛形であるので、正負極間の容量が突起部の先端においてアンバランスになっている、その先端部の電気抵抗が先端部で高くなっている、その先端部でイオン移動距離が長くなっている、などの不均一を誘発させる要因がある。一方、実施形態１に係る電池１００は、正極および負極が球状であるので、上記のような、不均一を誘発させる要因はない。これがシミュレーションの結果をもたらす理由である。
The possible reasons for this are as follows. Since the positive and negative electrodes of a conventional battery are comb-shaped, the capacitance between the positive and negative electrodes is unbalanced at the tip of the protrusion, the electrical resistance at the tip is high at the tip, and at the tip. There are factors that induce non-uniformity, such as a long ion movement distance. On the other hand, in the
なお、シミュレーションは実施形態１に係る電池１００について行っているが、実施形態１から５に係る全てのタイプの電池１００Ａ、１００−２、１００Ａ−２、１００−３、１００Ａ−３、１００−４、１００Ａ−４、１００−５、１００Ａ−５についても、実施形態１に係る電池１００のシミュレーション結果と大差はない。
Although the simulation is performed on the
図２１は、従来の電池と実施形態１に係る電池のＳＯＣ−電圧特性（１Ｃ）を示すグラフである。また、図２２は、従来の電池と実施形態１に係る電池のＳＯＣ−電圧特性（５Ｃ）を示すグラフである。ここで、ＳＯＣとは、満充電を１とした場合の現在の電池の残容量の割合であり、電池の充電率のことをいう。たとえば、現在の電池の残容量が満充電の半分であれば、ＳＯＣは０．５である。 FIG. 21 is a graph showing the SOC-voltage characteristics (1C) of the conventional battery and the battery according to the first embodiment. Further, FIG. 22 is a graph showing the SOC-voltage characteristics (5C) of the conventional battery and the battery according to the first embodiment. Here, the SOC is the ratio of the remaining capacity of the current battery when the full charge is 1, and refers to the charge rate of the battery. For example, if the remaining capacity of the current battery is half that of a fully charged battery, the SOC is 0.5.
図２１は、櫛形電極を持つ従来の電池と球状電極を持つ実施形態１に係る電池１００が満充電（充電率１．０）の状態から１Ｃの放電を行ったときに、どのように電圧が低下するかを示している。また、図２２は、満充電（充電率１．０）の状態から５Ｃの放電を行ったときに、どのように電圧が低下するかを示している。
FIG. 21 shows how the voltage changes when the conventional battery having a comb-shaped electrode and the
まず、従来の電池で１Ｃの放電をさせたときには、電圧がＳＯＣの低下ととともに低下し、ＳＯＣ１．０の時に４．０Ｖであった電圧がＳＯＣ０．２では３．０５Ｖ程度まで低下している。同様に、実施形態１に係る電池１００で１Ｃの放電をさせたときには、従来の電池と同様に、電圧がＳＯＣの低下ととともに低下するが、その低下の度合いは従来の電池よりも緩慢である。実施形態１に係る電池１００では、ＳＯＣ１．０の時に４．０Ｖであった電圧がＳＯＣ０．２でも３．５Ｖ程度までしか低下していない。
First, when 1C was discharged with a conventional battery, the voltage decreased with the decrease of SOC, and the voltage which was 4.0V at SOC1.0 decreased to about 3.05V at SOC0.2. .. Similarly, when the
また、従来の電池で５Ｃの放電をさせたときには、電圧がＳＯＣの低下ととともに急激に低下し、ＳＯＣ１．０の時に４．０Ｖであった電圧がＳＯＣ０．８では３．１５Ｖ程度まで低下している。同様に、実施形態１に係る電池１００で５Ｃの放電をさせたときには、従来の電池と同様に、電圧がＳＯＣの低下ととともに急激に低下するが、その低下の程度は従来の電池よりも緩慢である。実施形態１に係る電池１００では、ＳＯＣ１．０の時に４．０Ｖであった電圧がＳＯＣ０．２でも３．６Ｖ程度までしか低下していない。
Further, when 5C is discharged with a conventional battery, the voltage drops sharply with the decrease of SOC, and the voltage which was 4.0V at SOC1.0 drops to about 3.15V at SOC0.8. ing. Similarly, when the
これらのグラフを見ると、電池の性能としては、電圧の低下が緩慢である実施形態１に係る電池１００の方が従来の電池に比較して優れていることは明らかである。
Looking at these graphs, it is clear that the
図２３は、従来の電池と実施形態１に係る電池のＤＯＤ−放電レート特性を示すグラフである。ここで、ＤＯＤ（放電深度）とは、電池の放電容量に対する放電量の比のことをいう。たとえば、放電容量１０００ｍＡｈの電池を７００ｍＡｈで放電したとすると、その放電深度は７０％である。また、放電レートとは、電池容量に対する放電時の電流の相対的な比率である。たとえば、放電レートが１Ｃとは、公称容量値の容量を持つ電池を定電流放電して、ちょうど１時間で放電終了となる電流値のことであり、定格容量１０Ａｈの電池において放電レートが１Ｃのときには１０Ａとなり、１０Ｃのときには１００Ａとなる。 FIG. 23 is a graph showing the DOD-discharge rate characteristics of the conventional battery and the battery according to the first embodiment. Here, the DOD (discharge depth) refers to the ratio of the amount of discharge to the discharge capacity of the battery. For example, if a battery having a discharge capacity of 1000 mAh is discharged at 700 mAh, the discharge depth is 70%. The discharge rate is a relative ratio of the current at the time of discharge to the battery capacity. For example, the discharge rate of 1C is a current value at which a battery having a capacity of a nominal capacity value is discharged at a constant current and the discharge is completed in exactly one hour. In a battery having a rated capacity of 10Ah, the discharge rate is 1C. Sometimes it is 10A, and when it is 10C, it is 100A.
図２３のグラフに示されているように、従来の電池と比較して、実施形態１に係る電池１００は、全ての放電レートの範囲に亘って、ＤＯＤの値が大きくなっている。つまり、実施形態１に係る電池１００は、大電流を出力しても大きな充電率を維持することができる。このため、実施形態１に係る電池１００は、電池のエネルギー密度と電池の出力密度とが向上しており、高容量、高出力の電池となっている。
As shown in the graph of FIG. 23, the
これは、正負の電極間の電流密度が均一であるからであり、充放電サイクルの耐久性の向上にも期待ができる。このことは、実施形態１に係る電池１００以外、実施形態１から５に係る全てのタイプの電池１００Ａ、１００−２、１００Ａ−２、１００−３、１００Ａ−３、１００−４、１００Ａ−４、１００−５、１００Ａ−５についても言えることである。
This is because the current density between the positive and negative electrodes is uniform, and it can be expected that the durability of the charge / discharge cycle will be improved. This means that all types of
以上の説明の通り、実施形態１−５に係る電池１００、１００Ａ、１００−２、１００Ａ−２、１００−３、１００Ａ−３、１００−４、１００Ａ−４、１００−５、１００Ａ−５によれば、正負の電極間に電流が均一に流れるようになるため、電池のエネルギー密度と電池の出力密度とが向上した、高容量、高出力の電池とすることができる。
As described above, the
以上、本発明に係る電極、その電極を用いた電池およびその電池の製造方法の実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲内において様々な形態を採ることもある。 Although the electrode according to the present invention, the battery using the electrode, and the embodiment of the method for manufacturing the battery have been described above, the technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and the present invention is not limited to the above embodiment. It may take various forms within the technical scope of.
１００、１００Ａ、１００−２、１００Ａ−２、１００−３、１００Ａ−３、１００−４、１００Ａ−４、１００−５、１００Ａ−５ 電池、
１１０ 正極集電体、
１２０ 正極電極、
１２２、１７２ 土台部、
１２４、１７４ 突起支柱部、
１２６、１７６ 突起先端部、
１２８、１７８ 突起部、
１３０ 正極、
１５０ セパレータ、
１６０ 負極集電体、
１７０ 負極電極、
１８０ 負極。
100, 100A, 100-2, 100A-2, 100-3, 100A-3, 100-4, 100A-4, 100-5, 100A-5 batteries,
110 Positive electrode current collector,
120 positive electrode,
122, 172 base,
124, 174 protruding columns,
126, 176 protrusion tip,
128, 178 protrusions,
130 positive electrode,
150 separator,
160 negative electrode current collector,
170 Negative electrode,
180 Negative electrode.
Claims (12)
前記突起部のそれぞれは、
前記土台部から突出する突起支柱部と、
前記突起支柱部から突出する突起先端部と、から構成され、
前記突起部が並ぶ方向の、前記突起先端部の最大幅は前記突起支柱部の最小幅よりも大きく、
前記突起部を、前記突起部が並ぶ方向に沿って垂直に切断したときの、前記突起部の断面の外形形状は曲線のみで形成されていることを特徴とする電極。 A base portion and a plurality of protrusions that are arranged at intervals from each other and project from the base portion are provided.
Each of the protrusions
Protruding columns protruding from the base and
It is composed of a protrusion tip portion protruding from the protrusion support portion and a protrusion tip portion.
The direction the projections are aligned, the maximum width of the projecting tip portion is much larger than the minimum width of the protruding column portion,
An electrode characterized in that when the protrusions are vertically cut along the direction in which the protrusions are lined up, the outer shape of the cross section of the protrusions is formed only by a curved line.
前記突起部のそれぞれは、
前記土台部から突出する突起支柱部と、
前記突起支柱部から突出する突起先端部と、から構成され、
前記突起部が並ぶ方向の、前記突起先端部の最大幅は前記突起支柱部の最小幅よりも大きく、
前記突起部を、前記突起部が並ぶ方向に沿って垂直に切断したときの、前記突起部の断面の外形形状は曲線および直線を交えて形成されていることを特徴とする電極。 A base portion and a plurality of protrusions that are arranged at intervals from each other and project from the base portion are provided.
Each of the protrusions
Protruding columns protruding from the base and
It is composed of a protrusion tip portion protruding from the protrusion support portion and a protrusion tip portion.
The maximum width of the protrusion tip in the direction in which the protrusions are lined up is larger than the minimum width of the protrusion support.
An electrode characterized in that when the protrusions are vertically cut along the direction in which the protrusions are lined up, the outer shape of the cross section of the protrusions is formed by intersecting curves and straight lines .
前記突起部のそれぞれは、
前記土台部から突出する突起支柱部と、
前記突起支柱部から突出する突起先端部と、から構成され、
前記突起部が並ぶ方向の、前記突起先端部の最大幅は前記突起支柱部の最小幅よりも大きく、
前記突起部を、前記突起部が並ぶ方向に沿って垂直に切断したときの、前記突起先端部の断面積は、前記突起支柱部の断面積よりも大きく、
前記突起先端部は前記突起支柱部の幅方向の両側に広がる構造であることを特徴とする電極。 A base portion and a plurality of protrusions that are arranged at intervals from each other and project from the base portion are provided.
Each of the protrusions
Protruding columns protruding from the base and
It is composed of a protrusion tip portion protruding from the protrusion support portion and a protrusion tip portion.
The maximum width of the protrusion tip in the direction in which the protrusions are lined up is larger than the minimum width of the protrusion support.
When the protrusions are cut vertically along the direction in which the protrusions are lined up, the cross-sectional area of the protrusion tips is larger than the cross-sectional area of the protrusion struts.
An electrode characterized in that the protrusion tip portion has a structure extending on both sides in the width direction of the protrusion support portion .
前記正極のそれぞれの隣り合う突起部の間に前記負極の突起部が位置され、前記正極の突起部と前記負極の突起部との間にはセパレータが介在されることを特徴とする電池。 The electrode according to any one of claims 1 to 7 is used as a positive electrode and a negative electrode.
A battery characterized in that a protrusion of the negative electrode is located between adjacent protrusions of the positive electrode, and a separator is interposed between the protrusion of the positive electrode and the protrusion of the negative electrode.
３Ｄプリンタにより、
正極または負極の土台部を形成する段階と、
正極または負極の突起支柱部およびセパレータを交互に形成する段階と、
正極または負極の突起支柱部、セパレータ、負極または正極の突起先端部、セパレータを繰り返し形成する段階と、
正極または負極の突起先端部、セパレータ、負極または正極の突起支柱部、セパレータを繰り返し形成する段階と、
負極または正極の突起支柱部およびセパレータを交互に形成する段階と、
負極または正極の土台部を形成する段階と、
を実施することによって電池を製造することを特徴とする電池の製造方法。 The method for manufacturing a battery according to any one of claims 8 to 11.
With a 3D printer
At the stage of forming the base of the positive electrode or negative electrode,
At the stage of alternately forming the protrusions and separators of the positive electrode or the negative electrode,
The stage of repeatedly forming the protrusion support portion of the positive electrode or the negative electrode, the separator, the protrusion tip portion of the negative electrode or the positive electrode, and the separator,
The stage of repeatedly forming the protruding tip of the positive electrode or the negative electrode, the separator, the protruding column of the negative electrode or the positive electrode, and the separator.
At the stage of alternately forming the protruding columns and separators of the negative electrode or positive electrode,
At the stage of forming the base of the negative electrode or positive electrode,
A method for manufacturing a battery, which comprises manufacturing a battery by carrying out the above.
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