JP7192809B2 - 電極シートの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は，電池の構成要素である電極シートの製造方法に関する。さらに詳細には，集電箔の上に電極合材層と保護絶縁層とが配置されている構成の電極シートを製造する方法に関するものである。
従来から，電極シートの製造を塗工により行うことがなされている。特許文献１はその一例である。同文献の技術では，集電箔上に電極層のペースト（正極ペースト）を塗工し，さらに保護絶縁層（アルミナ含有層）のペースト（アルミナペースト）を塗工する。これにより形成されるアルミナ含有層は，電極層の成分の剥離・脱落による短絡を防ぐとされている。
特開2015-213073号公報
しかしながら前記した従来の技術には，次のような問題点があった。同文献の図１を見ると，電極層（１２）とアルミナ含有層（４０）との境目においてアルミナ含有層が電極層の上に乗り上がった状態の断面形状が描かれている。このような形状であると，電極シートを上方から観察しても電極層の存在範囲を明瞭に認識することができない。このため，得られる電池性能のばらつきが大きい可能性がある。また，アルミナ含有層の下での電極層の広がり具合によっては，アルミナ含有層による短絡防止効果が不十分となる可能性もある。
本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，電極合材層と保護絶縁層との境目において電極合材層の端部が保護絶縁層の上に被さる断面形状が得られる電極シートの製造方法を提供することにある。
本発明の一態様における電極シートの製造方法は，集電箔とその上に隣接して配置されている電極合材層および保護絶縁層とを有する電極シートを製造する方法であって，電極合材層の成分を溶媒とともに流動状にしたものである電極合材層塗工材および保護絶縁層の成分を溶媒とともに流動状にしたものである保護絶縁層塗工材を準備する塗工材準備工程と，電極層合材塗工材と保護絶縁層塗工材とを集電箔上に隣接して塗工する塗工工程と，塗工工程後に集電箔上の電極合材層塗工材および保護絶縁層塗工材を乾燥させる乾燥工程とを有し，塗工工程では，保護絶縁層塗工材の塗工時の厚さを，電極合材層塗工材の塗工時の厚さより小さくし，塗工工程から乾燥工程に至るまでの間に，電極合材層塗工材および保護絶縁層塗工材がいずれも湿潤状態のままで接触して集電箔上に存在する期間が存在するものである。
上記態様における電極シートの製造方法では，塗工材準備工程で準備された電極合材層塗工材および保護絶縁層塗工材を，塗工工程で集電箔上に塗工する。塗工された電極合材層および保護絶縁層は，集電箔上で隣接して配置されている。そして，塗工時の電極合材層の厚さを保護絶縁層の厚さより大きくする。この時点で両塗工材はまだ湿潤状態のまま接しており，より厚い電極合材層の端部がより薄い保護絶縁層の上に張り出すように変形する。このため，乾燥工程の終了までには，電極合材層と保護絶縁層との境目において電極合材層の端部が保護絶縁層の上に被さる断面形状となる。これにより，電極合材層の充放電性能のばらつきが小さく，保護絶縁層による短絡防止効果が十分得られる電極シートが製造される。
本構成によれば，電極合材層と保護絶縁層との境目において電極合材層の端部が保護絶縁層の上に被さる断面形状が得られる電極シートの製造方法が提供されている。
実施の形態における電極シートの塗工の状況を示す斜視図である。 塗工直後における電極シートの断面形状を示す部分断面図である。 完成後の電極シートの断面形状を示す部分断面図である。
以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，図１に示されるような電極シート７の製造過程に本発明を適用したものである。図１には，ダイ塗工装置１により集電箔８に塗工を行い，電極合材層４とその両サイドに隣接する保護絶縁層５とを形成する塗工工程を示している。
図１のダイ塗工装置１は，２つのダイ１０，１１の間に２枚のシム２，３を挟み込んだものである。シム２は電極合材層４の塗工材の流路を形成する部材であり，シム３は保護絶縁層５の塗工材の流路を形成する部材である。これにより集電箔８の表面上に電極合材層４と保護絶縁層５とを隣接して塗工する。また，電極合材層４と保護絶縁層５との塗工を一工程で行うことができる。ダイ塗工装置１への塗工材の供給は塗工材準備工程から行われる。塗工後の電極シート７は乾燥工程へ送られ，電極合材層４および保護絶縁層５の乾燥が行われる。
本形態では，ダイ塗工装置１による塗工の際における電極合材層４および保護絶縁層５の塗工厚について，図２の断面図に示されるように，保護絶縁層５よりも電極合材層４の方が厚くなる（Ｔ１＜Ｔ２）ようにしている。これにより，完成された状態での断面形状が図３に示されるように，電極合材層４と保護絶縁層５との境目において電極合材層４の一部が保護絶縁層５の上に覆い被さる状態となるようにしている。塗工直後の時点で既に図３の断面形状であってもよい。
本形態の製造過程により製造した電極シート７は，図３に示した断面形状により以下の特徴を有している。まず，電極合材層４の塗工幅（図３中における左右方向の寸法）を，上方からの光学的観察により精度よく認識することができることが上げられる。保護絶縁層５により電極合材層４の端部が隠されているということがないからである。このため，得られる電池性能が狙いどおりになる可能性が高い。また，保護絶縁層５による短絡防止効果が設計どおりに発揮される可能性が高い。保護絶縁層５と集電箔８との接触幅が保護絶縁層５自体の幅とほぼ同じくらいあるからである。
本形態では，電極合材層４および保護絶縁層５の塗工材の流量を，図２に示した塗工厚の関係が実現されるように調整する。すなわち，塗工幅当たりの塗工材の供給量について，保護絶縁層５の塗工材よりも電極合材層４の塗工材の方が多くなるように流量を定める。これにより図２の塗工厚の関係を実現する。
塗工直後の時点では集電箔８の表面上で，電極合材層４の塗工材と保護絶縁層５の塗工材とがいずれも湿潤状態のままで接触している。一方の塗工材が塗工されてから他方の塗工材が塗工されるまでの間に，先に塗工された塗工材が外気に晒されるような期間はない。この湿潤状態の期間は少なくとも塗工工程を出てからしばらくの間は続く。このため，塗工直後での断面形状が図２のようであったとしても，塗工厚の大きい電極合材層４の端部が集電箔８の上に覆い被さるように変形してくる。湿潤状態の塗工材には流動性があるからである。これにより，遅くとも乾燥工程の終了までには図３のような断面形状となる。塗工直後にすでに図３のような断面形状となっていることもありうるが，その場合にはほぼそのままの断面形状が維持される。なお，湿潤状態といえども電極合材層４と保護絶縁層５との塗工材同士の混濁は，塗工材の粘度のためほとんどない。
以下に実施例を述べる。本実施例では，電極合材層４の塗工直後での厚さ（図２のＴ２，狙い値）を一定としつつ，保護絶縁層５の塗工直後での厚さ（図２のＴ１，狙い値）を複数水準に振り，乾燥工程後の時点での電極合材層４の保護絶縁層５上への乗り上げ幅（
図３のＷ，実測値）を評価した。
［塗工材準備工程］
電極合材層４用および保護絶縁層５用のペースト状の塗工材を以下の条件で作製した。（電極合材層４の塗工材）
電極活物質粉末：リチウムイオン２次電池の正極用のリチウム複合酸化物
添加剤：結着剤，増粘剤，導電剤
混練溶媒：ＮＭＰ
固形分比率：６０重量％
（保護絶縁層５の塗工材）
絶縁材：ベーマイト
添加剤：結着剤，増粘剤
混練溶媒：ＮＭＰ
固形分比率：２５重量％
［塗工工程］
集電箔８：アルミ箔（１２μｍ厚）
搬送速度：５０ｍ／分
保護絶縁層５の狙い幅：３.５ｍｍ
塗工厚：下記表１を参照
［乾燥工程］
炉内温度：１６０℃
炉内滞在時間：１５秒
上記の条件において，電極合材層４および保護絶縁層５の塗工厚（図２のＴ１，Ｔ２）と，電極合材層４の保護絶縁層５上への乗り上げ幅（図３のＷ）とを実測した。塗工厚は，塗工工程と乾燥工程との間の塗工工程寄りの位置にレーザー変位計を設置して湿潤状態で測定した。乗り上げ幅は，乾燥工程を終了した電極シート７の断面を顕微鏡で観察することで測定した。測定結果は表１の通りであった。
表１の番号１～５はいずれも，保護絶縁層５の塗工厚（Ｔ１）が電極合材層４の塗工厚（Ｔ２）より小さくなるように狙って作製したもの（実施例）である。これらの中では番号が小さいほどＴ１が小さく，番号が大きいほどＴ１がＴ２に近づくようになっている。表１の番号６は，実測では塗工厚（Ｔ１）が塗工厚（Ｔ２）よりわずかに小さいが，塗工厚（Ｔ１）が塗工厚（Ｔ２）と同じになるように狙って作製した比較例である。表１の番号７は，塗工厚（Ｔ１）が塗工厚（Ｔ２）より大きくなるように狙って作製した比較例である。
Figure 0007192809000001
表１のＷ欄を見ると，番号１～５のものではいずれも，乗り上げ幅Ｗとして正の値が得られている。これに対して番号６，７のものでは，乗り上げ幅Ｗとして有意な正の値は得られず，逆に保護絶縁層５が電極合材層４の上に乗り上げ気味であった。これは，Ｔ１＜Ｔ２という塗工厚の関係を採用したかしなかったかの違いによるものである。
以上詳細に説明したように本実施の形態および実施例によれば，集電箔８に塗工工程により電極合材層４と保護絶縁層５とを隣接して形成している。これにより，塗工後乾燥工程に至るまでの間に，電極合材層４の塗工材と保護絶縁層５の塗工材とが集電箔８上で湿潤状態で接触するようにしている。さらに，塗工時における厚さに関して電極合材層４が保護絶縁層５を上回るようにしている。これにより，電極合材層４の端部が保護絶縁層５の上に覆い被さる形となって電極シート７が出来上がる電極シートの製造方法が実現されている。このため本形態により製造された電極シート７では，電極合材層４の充放電性能の精度が高く，また保護絶縁層５による短絡防止効果が確実である。
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，適用対象としては実施例として挙げたリチウムイオン２次電池の正極には限られない。リチウムイオン２次電池の負極用はもちろん，他の種類の電池の正極用，負極用であっても，集電箔の上に塗工により電極合材層と保護絶縁層とを形成する過程を含むものであれば適用可能である。
塗工工程で用いる塗工装置は，図１に示したものには限られない。１枚のシムで電極合材層４と保護絶縁層５とを両方塗工するものであってもよい。本形態のように２枚のシムを使う場合でも，それらの上両側下流側の位置関係は任意である。さらに，ダイ塗工装置に限定されない。本形態のように１台の塗工装置で電極合材層４と保護絶縁層５との両方を塗工することも必須ではない。第１の塗工から第２の塗工までの間に，先に塗工されたものが外気にほとんど晒されないようになっていればよい。塗工時における保護絶縁層５の塗工厚（Ｔ１）と電極合材層４の塗工厚（Ｔ２）との関係は，Ｔ１＜Ｔ２であればよいが，有意性まで考慮すればＴ１がＴ２の９５％以下，好ましくは９０％以下であるとよい。集電箔８の表面上で電極合材層４と保護絶縁層５とが湿潤状態のままで接触している期間は，塗工工程後乾燥工程に至る期間の全部でなくてもよい。
１ ダイ塗工装置
２ シム
３ シム
４ 電極合材層
５ 保護絶縁層
７ 電極シート
８ 集電箔
１０ ダイ
１１ ダイ

Claims (1)

  1. 集電箔とその上に隣接して配置されている電極合材層および保護絶縁層とを有する電極シートの製造方法であって，
    電極合材層の成分を溶媒とともに流動状にしたものである電極合材層塗工材および保護絶縁層の成分を溶媒とともに流動状にしたものである保護絶縁層塗工材を準備する塗工材準備工程と，
    前記電極層合材塗工材と前記保護絶縁層塗工材とを前記集電箔上に隣接して塗工する塗工工程と，
    前記塗工工程後に前記集電箔上の前記電極合材層塗工材および前記保護絶縁層塗工材を乾燥させる乾燥工程とを有し，
    前記塗工工程では，前記保護絶縁層塗工材の塗工時の厚さを，前記電極合材層塗工材の塗工時の厚さより小さくし，
    前記塗工工程から前記乾燥工程に至るまでの間に，前記電極合材層塗工材および前記保護絶縁層塗工材がいずれも湿潤状態のままで接触して前記集電箔上に存在する期間が存在する電極シートの製造方法。
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