JPH10270023A - 非水電解質二次電池用電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極合剤層と導電体との密着性及び電気的特
性を向上させる。 【解決手段】 非水電解質二次電池用電極の製造を行う
際、電極合剤ペーストを複数回に分けて積層及び乾燥さ
せる。すると１回当たりの積層厚さが薄くなり、その乾
燥所要時間を短くすることができるため、生産性が高め
られる。また、各単位層当たりのバインダ濃度の偏りが
少なくなるため、集電体と電極合剤層との密着性及び電
気的特性を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は集電体上に電極合剤
層を形成してなる非水電解質二次電池用電極及びその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば正極と負極との間で一方が放出し
たリチウムイオンを他方に吸蔵させるという可逆反応に
よって充放電を行う非水電解質二次電池としては、次の
ように製造された構造が公知である。例えば集電体とし
ての金属アルミニウム箔に遷移金属のリチウム含有酸化
物を含んだ電極合剤を積層して正極用のシート状の電極
を製造し、集電体としての銅箔に層状構造の炭素材を含
んだ電極合剤を積層して負極用のシート状の電極を製造
する。そして、これらの正負の両電極をセパレータを挟
んで巻回することで渦巻き状の多層構造となった電極体
を製造し、これを非水電解質と共に電池缶に収容するの
である。

【０００３】ところで、上記各電極に電極合剤を積層す
るには、従来、例えばダイレクトコーター等のペースト
塗布装置を用い、電極合剤の原料粉末をバインダー及び
溶剤と共に混練した電極合剤ペーストを集電体上に所定
の厚みとなるように塗布し、その後、ペースト表面に温
風を当てて乾燥させ、必要に応じてプレス加工等を行っ
てシートを巻き取るようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記した従
来の方法で製造すると、ペーストの乾燥に時間を要して
生産性を十分に高められないという問題があった。かと
いって、短時間で乾燥させるべく温風の温度を上げた
り、風量を増やすと、製造された電極合剤層が集電体か
ら剥離し易くなるという問題を生ずる。本発明者らの研
究によれば、短時間乾燥によって電極合剤層と集電体と
の密着性が低下する理由は、次のようであった。すなわ
ち、温風の高温化或いは大風量化を行うと、集電体上に
塗布された合剤ペーストの表面において急速に溶剤が蒸
発し、バインダ濃度が高まる。そして、表面近くの溶剤
の蒸発によって下層からバインダを溶かし込んだ溶剤が
毛管現象によって表面近くに上昇し、ここで蒸発して表
面近くのバインダ濃度が一層高まる。この結果、集電体
近くの電極合剤層中ではバインダ濃度が低下し、電極合
剤層と集電体との密着性が低下するのである。なお、こ
のような密着性の低下を避けるべく、予めバインダの添
加量を増大させておくこともできるが、バインダは絶縁
物であるから、その添加量の増大は電池容量の減少等の
電気的特性の劣化を招く。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、生産性を高めながら、電極合剤層と集
電体との密着性及び電気的特性の向上を可能にできる非
水電解質二次電池の製造方法を提供するところにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
電極原料粉末をバインダー及び溶剤と共に混練した電極
合剤ペーストを集電体上に積層して電極合剤層を形成す
る非水電解質二次電池用電極の製造方法であって、電極
合剤ペーストを集電体上に複数回に分けて積層及び乾燥
させるところに特徴を有する。

【０００７】請求項２に係る発明は、各ペースト積層工
程において、同一組成の電極合剤ペーストを使用すると
ころに特徴を有する。また、請求項３に係る発明は２回
のペースト積層工程を実行するものであり、第１回のペ
ースト積層工程においては、全体の電極合剤層の厚さの
１０〜７０％の電極合剤層が形成されるようにするとこ
ろに特徴を有する。

【０００８】

【発明の作用及び効果】電極合剤ペーストを複数回に分
けて積層及び乾燥させるから、１回当たりの積層厚さは
薄くなる。１回当たりの積層厚さが薄くなると、その乾
燥所要時間が短くなり、生産性を高めることが可能にな
る。しかも、複数回に分けられた各単位層中でのバイン
ダ濃度の偏りが少なくなるため、電極合剤層の全体での
バインダの分布を従来に比べて均一化でき、バインダ添
加量を増大させなくとも、集電体と電極合剤層との密着
性及び電気的特性を高めることができる。なお、電極合
剤ペーストを複数回に分けて積層させることから、積層
・乾燥工程がその回数分必要になる。しかし、例えば電
極合剤ペーストの積層厚さを１／２とすると乾燥所要時
間は約１／４になるから、２回の積層・乾燥工程が必要
になるとしても、従来の約１／２の時間で済むことにな
る。また、２回の積層工程で電極合剤層を形成する場合
において、第１回の積層工程で１０〜７０％の積層厚の
電極合剤層が形成されるようにすると、集電体との密着
性が向上して好ましい（請求項３の発明）。１０％以下
の積層厚では第２回目以降の乾燥に時間を要して生産性
向上の効果が少なく、７０％を越えるとバインダの濃度
分布が集電体側で低下する傾向を呈するためである。

【０００９】請求項２の発明では、同一組成の電極合剤
ペーストを使用するから、例えば同一の塗布装置で繰り
返し積層工程を実行することができ、生産設備が簡単に
なる。

【００１０】

【実施例】

＜実施例１〜１０＞ いわゆるリチウムイオン型の非水
電解質二次電池の負極の製造に関する実施例１〜１０に
ついて説明する。これらの実施例は、全て電極合剤層を
上下二層に分けて積層・乾燥して製造したものである。
まず、電極原料粉末としての炭素材料、バインダとして
のポリフッ化ビニリデン及び溶剤としてのＮ−メチル−
２−ピロリドンを混合し、電極原料に対するバインダ量
の割合が１０重量％と８重量％となる２種類の電極合剤
ペーストを調製した。 （第１積層工程） これらのペーストを、ダイレクトコ
ーターを用いて厚さ２０μｍの銅箔上に均一に塗布して
乾燥し，プレス成形して下層の電極合剤層を形成した。
各電極合剤層のプレス成形後の厚みは各実施例毎に表１
に示す通りである。 （第２積層工程） 次に、上記の下層の電極合剤層の上
に第１積層工程のものと同一組成の電極合剤ペーストを
同一のダイレクトコーターを用いて均一に塗布し、乾燥
してプレス成形して上層の電極合剤層を形成した。上下
二層の全体の厚みが１５０μｍになるように上層の厚さ
を調整してある。

【００１１】なお比較例１、２として、電極原料に対す
るバインダ量の割合が１０重量％と８重量％となる２種
類の電極合剤ペーストを厚さ２０μｍの銅箔上に積層・
乾燥し、プレス成形後の電極合剤層の厚さが１５０μｍ
となるような１層塗りの負極を作製した。なお、プレス
成形は、各実施例１〜１０と比較例１，２ともに、電極
合剤層の多孔度が３０％になるように設定した。 （評価）これらの各電極は、対極に金属リチウムを用い
たコイン型の試験セルとして組み立て、電解液として、
エチレンカーボネイトとジエチルカーボネイトの混合溶
媒に１モル／リットルの六フッ化リン酸リチウムを溶解
させたものを用いた。これら試験セルを、負極板の電流
密度が０．５ｍＡ／ｃｍ2に相当する定電流で０Ｖまで
放電した後、同一電流で１．２Ｖまで充電し、これを放
電させて炭素材料の単位重量当たりの放電容量を調べ
た。また、プレス成形後の電極を直径２mmの円柱に巻き
付けた場合に見られる剥離の有無により、密着性を判断
した。表１にこれらの結果を示す。

【００１２】

【表１】

【００１３】表１に示すように、バインダ量を１０重量
％とした比較例２では密着性試験で電極合剤層の剥離は
認められないが、バインダ量を８重量％にした比較例１
になると電極合剤層の剥離が発生する。これに対して、
二層構造にした実施例１〜５では、バインダ量が比較例
１と同一の８重量％であっても電極合剤層の剥離は生じ
ない。その理由は、電極合剤ペーストの塗布厚みが薄い
と、バインダを溶かし込んだ溶剤が塗膜の乾燥時に表面
近くに移動することなく集電体付近に残留したまま蒸発
するためと考えられる。この結果、電極合剤層中でのバ
インダ濃度の偏りが少なくなり、集電体と電極合剤層と
の密着性が向上するのである。

【００１４】なお、バインダ量が８重量％であって下層
厚さを１２５μｍ（電極合剤層全体の８３％）とした第
５実施例では、剥離試験において電極合剤層の剥離が発
生する。これは下層厚さが厚すぎるために、バインダ濃
度分布の不均一が生じたためであると考えられる。しか
し、電極合剤ペーストを２回に分けて積層・乾燥するよ
うにしていることから、全体の乾燥時間が短縮でき、生
産性の向上という本発明の所期の目的は達成できる。バ
インダ量が８重量％の場合は、生産性のみならず密着性
も併せて向上させるには、下層厚さが電極合剤層全体の
７０％以下であることが好ましい（実施例１〜４）。

【００１５】一方、上層及び下層の厚さが同じでバイン
ダ量のみが相違する実施例１〜５と実施例６〜１０とを
比較すると、バインダ量が８重量％である前者が１０重
量％である後者よりも放電容量が大きくなる。これは電
極合剤層中における絶縁物（バインダ）の割合が少な
く、その分、電極材料が多くなることから当然に予想さ
れることである。しかし、同一のバインダ量の合剤ペー
ストを使用しながら、比較例２に比べて実施例６〜１０
の方が放電容量が大きくなる。しかも、下層厚さが薄い
ほど放電容量が大きくなる傾向を呈する。その理由は、
電極合剤ペーストを２回に分けて積層・乾燥させる実施
例６〜１０の方が、合剤ペーストを１回だけ積層・乾燥
する比較例２に比べて集電体と電極合剤層との間の密着
性が向上し、そのために、集電体と電極合剤層との間の
導電経路がよりしっかりと確保されるためと考えられ
る。また、実施例６〜１０において、下層の電極合剤層
の厚さを薄くすると放電容量が増大する理由も、密着性
の向上が放電容量の向上に寄与しているものと考えられ
る。

【００１６】以上のように、密着性の面ではバインダ量
を増加させる方がよいが、放電容量の面ではバインダ量
は減少させる方が好ましい。従来のように単層で塗工・
乾燥すると、集電体と電極合剤層を密着させるためにバ
インダ量は少なくとも１０重量％必要であった。しか
し、本発明のように複数回に分けて電極合剤ペーストを
塗工・乾燥するようにすれば、バインダ量を８重量％ま
で減少させることができる。この結果、密着性にも優
れ、かつ放電容量の大きい電池を作製することができ
る。しかも、一層当たりの乾燥時間が短くなるため、生
産性にも優れるという効果を奏する。

【００１７】＜実施例１１〜２０＞ この実施例は、い
わゆるリチウムイオン型の非水電解質二次電池の正極に
関し、前記実施例１〜１０と同様に全て電極合剤層を上
下二層に分けて積層・乾燥して製造したものである。電
極原料粉末としてのＬｉＣｏＯ2粉末と、バインダであ
るポリフッ化ビニリデンと、溶剤である２−メチル−２
−ピロリドンを混合し、電極原料に対するバインダ量の
割合が１０重量％と８重量％となる２種類の電極合剤ペ
ーストを調製した。集電体が厚さ２０μｍのアルミニウ
ム箔である点を除いて前記実施例１〜１０と全く同様に
して製造している。すなわち、比較例３，４では電極合
剤層の厚さが１５０μｍとなるような１層塗りの正極を
作製し、実施例１１〜２０では表２に示すような上下二
層に分けた積層・乾燥工程によって電極合剤層全体の厚
さが１５０μｍである正極を製造した。

【００１８】これらの各電極は、やはり対極に金属リチ
ウムを用いたコイン型の試験セルとして組み立て、電解
液として、エチレンカーボネイトとジエチルカーボネイ
トの混合溶媒に１モル／リットルの六フッ化リン酸リチ
ウムを溶解させたものを用いた。これら試験セルを、負
極板の電流密度が０．５ｍＡ／ｃｍ2に相当する定電流
で４．３Ｖまで充電した後、同一電流で３．０Ｖまで放
電して、ＬｉＣｏＯ2の単位重量当たりの放電容量を調
べるとともに、実施例１〜１０と同様な剥離試験を行っ
た。評価結果は表２に示す通りであり、負極の場合と全
く同様な結果が得られた。

【００１９】

【表２】

【００２０】＜他の実施例＞本発明は上記記述及び図面
によって説明した実施例に限定されるものではなく、例
えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれ、
さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変
更して実施することができる。 （１）上記実施例では、電極合剤層を２層に分けて形成
したが、これに限らず、３層以上の複数層で形成しても
よい。

【００２１】（２）上記実施例では、下層と同一のバイ
ンダ濃度の電極合剤層を上層として使用したが、これに
限らず、濃度の異なる電極合剤ペーストを積層してもよ
い。

【００２２】（３）上記各実施例では、ダイレクトコー
ターによって集電体に合剤ペーストを積層したが、これ
に限られないことは勿論である。また、各実施例に示し
た電極材料，電解質，バインダ或いは溶剤は例示的なも
のであり、これに限られず、他の材料を必要に応じて選
択することができ、要は、電極合剤ペーストを複数回に
分けて集電体に積層・乾燥させれば、本発明の所期の目
的を達成することができるものである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極原料粉末をバインダー及び溶剤と共
   に混練した電極合剤ペーストを集電体上に積層して電極
   合剤層を形成する非水電解質二次電池用電極の製造方法
   であって、前記電極合剤ペーストを前記集電体上に複数
   回に分けて積層及び乾燥させることを特徴とする非水電
   解質二次電池用電極の製造方法。
2. 【請求項２】 各ペースト積層工程において、同一組成
   の電極合剤ペーストを使用することを特徴とする請求項
   １記載の非水電解質二次電池用電極の製造方法。
3. 【請求項３】 電極合剤ペーストを２回に分けて積層・
   乾燥させるものであって、第１回のペースト積層工程に
   おいては、全体の電極合剤層の厚さの１０〜７０％の電
   極合剤層が形成されるようにすることを特徴とする請求
   項１又は２記載の非水電解質二次電池用電極の製造方
   法。