JPH11317220A - シート電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エネルギー体積密度の良好な電池を得る目的
で、簡便な方法によって、集電体の表面に未塗工部が残
らないように電極活物質が形成されているシート電極を
製造する。 【解決手段】 金属箔製の集電体１０をバックアップロ
ール２３で支持搬送しつつ、活物質ペーストを塗布ロー
ル２２にて集電体１０に転写塗布するリバースロール方
式により、活物質１３を集電体１０の表面に連続的に塗
工するシート電極の製造方法であって、活物質ペースト
を塗布ロール２２の表面に供給する工程と、塗布ロール
２２の表面に供給されたペーストの幅を集電体１０の幅
に一致させるために、塗布ロール２２上に設けたペース
ト除去手段２６によって、集電体１０の幅より広いペー
ストの部分を除去してペースト幅を調整する工程と、幅
調整された活物質ペーストを塗布ロール２２により集電
体１０に転写塗布する工程とを有することを特徴とす
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、電池のエネルギー
体積密度の向上を目的として使用される活物質未塗工部
のないシート電極の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】リチウムイオン二次電池等では、帯状の
正極および負極をセパレータを介して巻回するスパイラ
ル型の電池が一般的であり、広く普及している。携帯電
話等の電子機器の小型化、環境問題からの電気自動車の
開発が進む中、これらのスパイラル型の電池にも大容量
で小型であることの要求が高まっており、エネルギー体
積密度の大きい電池の開発が望まれる。通常、スパイラ
ル型電池の電極は、正極、負極とも帯状の金属箔製の集
電体の表面に、電極反応を生じさせる活物質をペースト
状にして塗布し、その後乾燥して形成される。これらの
電極をその間にセパレータを挟装して巻回し、円筒状の
ケースに電解質と共に密閉して電池が構成されることか
ら、電池自体の体積に対する活物質塗布面積の大きさ
が、電池のエネルギー体積密度に大きく影響することに
なる。

【０００３】従来、スパイラル型電池の電極は、集電体
の幅方向の一端部に連続的に活物質が塗布されていない
未塗工部を設け、この未塗工部に短冊状の複数のリード
を超音波接合等の手段により接合して、電極から外部端
子までの集電を行っていた。リードが接合された電極を
図５に示す。なお、帯状の集電体の全面に未塗工部を設
けずに連続的に活物質を塗装する適当な技術がなく、幅
方向の片側に未塗工部を有する電極を得るために、所望
する電極幅の２倍の幅の金属箔を用い、この金属箔の幅
方向の両端部に未塗工部を残して活物質を塗布し、乾
燥、ロールプレス後幅方向の中央部をスリットして２枚
の電極としているのが現状であった。これを模式的に図
６に示す。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の集電体の活物質
未塗工部は、電池のエネルギー体積密度の向上という点
で大きな問題となっていた。この点を考慮すれば、理想
的な電極は集電体の全面に活物質が塗布された電極であ
る。ところが活物質塗布後リードを接合するという手段
をとる限り、集電体に未塗工部を設けることは避けられ
ないものである。そこで発明者は、リードを集電体と一
体に形成し、その後活物質を塗布すれば、未塗工部のな
い電極を作製できると考えるに至った。つまり、帯状金
属箔の幅方向の一端部を切り欠くことにより、リード部
となる短冊状の突出部を形成させたものを集電体とし、
この集電体の突出部をのぞいた本体部の全面に活物質を
塗布しようとするものである。この概念を図１に示す。

【０００５】しかし、従来の塗布ロールを用いたリバー
スロール方式の塗工方法では集電体の本体部の幅方向の
端面ぎりぎりまで活物質を塗布することはできなかっ
た。リバースロール方式の塗工は、活物質ペーストを計
量ロール（ドクターロール、コンマロール等）により一
定の厚みで塗布ロールに供給し、次に塗布ロールからバ
ックアップロールに支持搬送されている集電体に転写塗
布する方式の塗工法であるが、塗布ロールに供給された
ペーストは、計量ロールの調整具合、ペーストの粘度等
によりその幅が異なり、また幅方向の端部は波状になり
やすいことから、どうしても未塗工部ができてしまった
り、逆に集電体の幅をはみ出しバックアップロールに付
着し集電体の裏面を汚す等の問題が発生していた。

【０００６】本発明であるシートの電極製造方法は、こ
のリバースロール方式の塗工法を改良し、集電体の幅方
向の端部に未塗布部を残さない活物質の塗工法を確立
し、あらかじめリードが形成された異形状の集電体の本
体部全面に活物質を塗布することを可能にするものであ
る。そして本発明により、電極活物質の未塗工部部のな
い電極を用いてエネルギー体積密度の良好な電池を提供
するという課題を解決することができる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、金属箔製の集
電体をバックアップロールで支持搬送しつつ、活物質ペ
ーストを塗布ロールにて該集電体に転移塗布するリバー
スロール方式により、活物質を該集電体表面に連続的に
塗工するシート電極の製造方法であって、前記活物質ペ
ーストを前記塗布ロール表面に供給する工程と、該塗布
ロール表面に供給されたペーストの幅を前記集電体の幅
に一致させるために、該塗布ロール上に設けたペースト
除去手段によって、該集電体幅より広い該ペーストの部
分を除去してペースト幅を調整する工程と、幅調整され
た該活物質ペーストを該塗布ロールにより該集電体に転
写塗布する工程とを有することを特徴とすることによ
り、上記課題を解決するものである。

【０００８】つまり本発明のシート電極の製造方法は、
塗布ロールに一定の厚みで、かつ集電体の幅より若干量
幅が大きく供給された活物質ペーストを、塗布ロール上
に設けたナイフエッジ状のブレード等の手段により、集
電体の幅より大きい部分を幅方向の両側から掻き取る等
することによって、集電体の幅に一致させて、バックア
ップロールに支持搬送される集電体に転写するように塗
布するものである。この手段により、塗布ロール上の活
物質ペーストの幅方向の両端が整形され、集電体の端部
にまで均一に、かつ未塗工部分を残さずに活物質を形成
することが可能となる。またこの手段は、あらかじめリ
ードを一体的に形成した異形状の集電体に活物質ペース
トを塗布する際に特に効果を発揮し、未塗工部のない電
極を用いたエネルギー体積密度の高い電池の製造を容易
にしている。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明のシート電極の製造
方法の実施例について、図面をも参照しつつ詳細に説明
する。なお便宜上リチウムイオン二次電池用の電極につ
いて説明するが、本シート電極の製造方法は、リチウム
イオン二次電池に限定されるものではない。

【００１０】まず電極を構成する集電体であるが、通
常、正極には厚さ１０〜２０μｍの帯状のアルミニウム
箔を、また負極には厚さ１０〜２０μｍの帯状の銅箔を
用いる。集電体の幅および長さについては、電池の放電
容量によって種々異なったものとなるが、放電容量の大
きい大型の電池では、幅２００ｍｍ以上、長さ１０ｍ以
上となる場合もある。本実施例では、活物質塗工前にリ
ードを設けるため、集電体本体部の幅にリードの長さを
加えた幅の金属箔を用いる。これらの金属箔の幅方向の
一端部をプレス切断、レーザー切断等の手段によって切
り欠き、短冊形状の突出部を金属箔の全長にわたって形
成させ集電体とする。

【００１１】このように形成された突出部は電極から外
部端子までの集電の役割を果たすリードとなる。このリ
ード部の幅は、集電体が巻回されることからあまり広く
とることができず、製造しようとする電池の大きさ等に
よって異なるが、通常は１０ｍｍ程度のものとされ、リ
ード部の長さは、外部端子までの集電処理方法により所
望のものとすることができる。またリード部の数および
間隔についても、電池の放電容量、電極の幅等によって
任意のものとすることができる。

【００１２】次に集電体の本体部の表面に形成される活
物質であるが、正極にはＬｉＣｏＯ ₂、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄等
のリチウム含有金属酸化物の粉状体を、負極には、黒
鉛、有機化合物焼成体等の炭素物質の粉状体を用いる。
これらの活物質を集電体表面に塗工して電極とするため
にペースト状の合剤とする必要がある。正極合剤は、上
記正極活物質粉状体に、黒鉛、アセチレンブラック等の
導電剤、ポリフッ化ビニリデン等の結着剤、Ｎ−メチル
ピロリドン等の分散剤を混合させて作成する。また負極
合剤は、上記負極活物質に、カルボキシルメチルセルロ
ース、スチレンブタジエンゴム等の複合バインダ等を結
着剤として混合して作成する。なおこれらの活物質ペー
ストは粘度を５０００〜２００００ｍＰａ・ｓ（Ｅ型粘
度計：０．５ｒｐｍ）の間に調整して用いる。

【００１３】本実施例では、帯状の基材表面に均一な塗
膜を連続的に塗布乾燥するコンマロール形式の塗工機を
用いて、塗布剤である活物質ペーストを基材である集電
体表面に塗工する。コート部にはリバースロール方式を
採用している。このリバースロールコーターとは、塗布
ロール（アプリケーションロール）計量ロール（メータ
リングロール）、バックアップロールの３本の互いに平
行なロールからなるコーターで、計量ロールは、活物質
ペーストを一定の厚さで表面を平滑に保ちながら塗布ロ
ールに供給する役割を果たし、バックアップロールは集
電体を支持搬送しかつ活物質ペーストを転写する役割を
果たしている。

【００１４】塗布ロールとバックアップロールは両者が
近接しており、互いの近接部が異なる方向に向かって移
動するように回転している。この両者の間隙を、集電体
がバックアップロールに支持されて通過することによ
り、塗布ロール上に供給された活物質ペーストが集電体
表面に転写塗布される。適応する塗布剤の粘度範囲が広
いこと、塗布される厚さ調整が容易なことなどから本方
式のコーターを採用した。

【００１５】実際の塗工状態を図２に示す。以下この図
に基づいて活物質の塗工工程について説明する。本実施
例では、計量ロールとして断面がコンマ形状をしている
金属製のコンマロール２１を用いている。ナイフブレー
ド、ドクターロール等を用いる方式でもよいが、塗布さ
れる活物質ペースト１３の厚さ調整の容易さ、表面の平
滑化が実現できることから、このコンマロール方式を本
実施例では採用した。

【００１６】金属製の塗布ロール２２の上部にこのコン
マロール２１を配設し、塗布ロール２２の上部でコンマ
ロール２１背面に堰２４を設けてペースト溜２５を形成
させた。このペースト溜２５には、上記正極合剤、負極
合剤とされた活物質ペーストが流入される。コンマロー
ル２１は回転しないが、塗布ロール２２とコンマロール
２２のブレードとの間隙の大きさを変化させるために、
塗布ロール２２に対して直角の方向に移動させることが
できる。塗布ロール２２が回転することにより、活物質
ペーストはこの間隙から塗布ロール２２の表面に供給さ
れる。なお供給される活物質ペースト１３の厚さは、こ
の間隙の大きさによって調整されることになる。

【００１７】次に本塗工工程の最大のポイントである活
物質ペースト１３の幅調整について説明する。塗布ロー
ル２２の上に供給された活物質ペーストの幅は、ペース
ト溜２５の幅によってある程度は決定される。しかしコ
ンマロール２１と塗布ロール２２の間隙の大きさ、活物
質ペーストの粘度等によって変化する。供給された活物
質ペーストの幅方向の端部は、活物質ペーストの固形分
量および粘度等の関係によって、中央部に比べ厚くなっ
たりまた薄くなったりし、さらには波状に蛇行してしま
う。集電体本体部１１のの幅方向の全面にしかも均一に
ペーストを塗布することが目的であるから、この活物質
の端部を調整することが必要となってくる。

【００１８】そこで本実施例では、塗布ロール２２上で
ロールに接するように１対のナイフブレード２６を配設
して活物質ペーストの幅方向の端部を調整している。つ
まり、塗布ロール２２の表面に、集電体本体部１１の幅
より若干量広い幅で供給されたペーストの、集電体本体
部１１の幅方向の端部からはみ出す部分を、ナイフブレ
ード２６によって掻き取るように除去している。この工
程を挿入することにより、活物質ペースト１３の塗工幅
を集電体本体部１１の幅と一致させることに成功してい
る。

【００１９】塗布ロール２２の表面上で幅調整された活
物質ぺーストは、次に集電体１０に転写塗布される工程
に移る。本実施例では、あらかじめリード部１２が一体
に形成された異形状の集電体１０を塗工基材として用い
ている。集電体１０は、長さ方向にテンションが加えら
れ、ピンと張られた状態で表面がシリコンゴム製のバッ
クアップロール２３によって支持されている。またこの
バックアップロール２３は一定速度の回転運動をしてお
り、集電体１０は一定の速度で搬送されている。

【００２０】塗布ロール２２はバックアップロール２３
と近接しており、またその回転方向は両者ロールとも同
じ方向で、両ロールの近接部では互いに反対方向に向か
うように回転している。このバックアップロール２３と
塗布ロール２２の間隙を、集電体１０が搬送されて通過
する際に、塗布ロール２２の表面の活物質ペーストが集
電体１０の表面に転写するように塗布される。この工程
により集電体１０への活物質塗布は完了し、次工程であ
る乾燥工程に向かう。活物質ペーストの転写塗布の際、
塗布ロール２２に残余するペーストは、塗工ロール２２
の下部に設けた掻き取りブレード２７によって完全に除
去される。

【００２１】このようにして活物質ペーストの塗工工程
は終了するのであるが、上記ナイフブレード２６による
幅調整手段によっても、活物質ペーストの粘性の変化等
の原因により、集電体本体部１１の幅よりはみ出して塗
布される場合もありうる。もしこのようなはみ出しが発
生した場合、はみ出した活物質ペーストがバックアップ
ロール２３に付着し、さらにこれが集電体１０の裏面に
付着して、均一な電極が得られなくなってしまう。この
場合を想定して、本実施例では、さらに別の手段を講じ
ている。

【００２２】この手段は、バックアップロール２３と集
電体１０の間に、集電体１０の幅よりも広い幅のシート
３０を挟装するように配置し、このシート３０とともに
集電体１０を搬送するものである。このシート３０によ
り、活物質ペーストのはみ出しが生じた場合であって
も、集電体１０の裏面へペーストが付着することを防い
でいる。本実施例ではポリプロピレンのシートを用いた
が、適当な強度を結有する薄い帯状のものであればよ
く、これに限定されるものではない。

【００２３】上記シート３０を用いた手段に代えて、以
下の手段を用いることもできる。バックアップロールを
２段階の直径を持たせ、中央部の大きな直径の部分を集
電体本体部１１の幅と同じ長さとし、その両端を小さな
直径の部分とすることである。そしてこの大径部がバッ
クアップ部４１となって、集電体を支持搬送するという
ものである。この実施例を図３に示す。この手段によれ
ば、集電体本体部１１からはみ出したペーストは、バッ
クアップロール４０の小径部４２に垂れ落ちるだけで集
電体１０の裏面に回り込んで付着することを防止するこ
とができる。シートを用いた場合、このシートは使い捨
てとなるため電極の製造コストの増加につながることか
ら、この２段径バックアップロール４０を用いた方法は
製造コスト面から有効な手段である。

【００２４】また、この２段径バックアップロール４０
の代わりに、集電体１０を支持する部分以外の部分に長
さ方向の溝５１を有するバックアップロールを用いるこ
ともできる。この溝付きバックアップロール５０を用い
る例を図４に示す。この手段を用いた場合、集電体本体
部１１の側面から垂れ落ちる活物質ペーストを溝５１の
底部に受けることができ、集電体のリード部１２がバッ
クアップロール５０上で垂れ下がることを防止しつつ、
集電体１０の裏面に活物質ペーストが付着することを防
止している。

【００２５】以上、本発明のシート電極の製造方法につ
いて、一実施例をあげて説明したが、本製造方法はこの
実施例に限定されるものではない。例えば、本実施例で
は、幅方向の片側にリード部を成形した集電体を用いた
が、両側にリードを形成し中央の本体部に活物質ペース
トを塗布し、乾燥後、幅方向の中心位置でスリットする
ことにより同時に２枚の電極を製造する方法を採っても
よい。またリードのない真っ直ぐな集電体の表面の全部
分に、均一に活物質を塗布する場合にも適用することが
できる。

【００２６】

【発明の効果】上述したように、本発明のシート電極の
製造方法は、リバースロール方式の塗工機で集電体表面
に活物質ペーストを塗布する際、塗布ロール上に、集電
体の幅よりも広い部分の活物質ペーストを除去する手段
を設け、集電体の幅方向の全面に均一な活物質を形成す
ることを可能にしている。この手段は、あらかじめリー
ドを一体に形成した集電体であっても、本体部に未塗工
部を残さずに活物質を容易に塗工できるという効果を有
している。そしてこのことは、エネルギー体積密度の良
好な電池を簡便な方法によって製造できることにつなが
っている。

【図面の簡単な説明】

【図１】リードとなる突出部が形成されている集電体の
本体部の全面に活物質を塗工することを示す概念図

【図２】本発明の実施例であるリバスロール方式の活物
質ペースト塗工工程を示す斜視図

【図３】本発明の実施例で使用する２段径バックアップ
ロールを示す斜視図

【図４】本発明の実施例で使用する溝付きバックアップ
ロールを示す斜視図

【図５】従来のリードが接合されたシート電極を示す平
面図

【図６】従来の方法により活物質を塗工して得られるシ
ート電極を示す概念図

【符号の説明】

１０：集電体 １１：本体部 １２：リード部
１３：電極活物質（活物質ペースト） １４：リード
１５：接合部 １６：未塗工部 ２０：リバー
スロール塗工機 ２１：コンマロール ２２：塗布
ロール ２３：バックアップロール ２４：堰
２５：ペースト溜 ２６：ナイフブレード ２７：
掻き取りブレード ３０：ポリプロピレンシート
４０：２段径バックアップロール ４１：バックアッ
プ部 ４２：小径部 ５０：溝付きバックアップロ
ール ５１：溝

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属箔製の集電体をバックアップロール
   で支持搬送しつつ、活物質ペーストを塗布ロールにて該
   集電体に転写塗布するリバースロール方式により、活物
   質を該集電体表面に連続的に塗工するシート電極の製造
   方法であって、 前記活物質ペーストを前記塗布ロール表面に供給する工
   程と、 該塗布ロール表面に供給されたペーストの幅を前記集電
   体の幅に一致させるために、該塗布ロール上に設けたペ
   ースト除去手段によって、該集電体幅より広い該ペース
   トの部分を除去してペースト幅を調整する工程と、 幅調整された該活物質ペーストを該塗布ロールにより該
   集電体に転写塗布する工程とを有することを特徴とする
   シート電極の製造方法。
2. 【請求項２】 前記バックアップロールと前記集電体と
   の間に該集電体幅より広い幅のシートを配置し、該集電
   体は該シートとともに支持搬送される請求項１に記載の
   シート電極の製造方法。
3. 【請求項３】 前記バックアップロールは、前記集電体
   の幅と等しい円柱状のバックアップ部と、該バックアッ
   プ部の両端に該バックアップ部の直径より小さい小径部
   を持ち、 該集電体は該バックアップロールの該バック
   アップ部によって支持搬送される請求項１に記載のシー
   ト電極の製造方法。
4. 【請求項４】 前記集電体は、前記活物質ペーストが塗
   布される帯状の本体部と、該本体部の幅方向の少なくと
   も一方の側端部より突出し該本体部と一体に形成されて
   いる複数の突起状のリード部とからなる請求項１ないし
   ３のいずれかに記載のシート電極の製造方法。