JP2002100394A - セパレータ付き電極の製造方法および電池の製造方法並びにセパレータと電極との積層装置 - Google Patents
セパレータ付き電極の製造方法および電池の製造方法並びにセパレータと電極との積層装置Info
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Abstract
トで高エネルギー密度を有するセパレータ付き電極の製
造方法を提供すること。 【解決手段】本発明のセパレータ付き電極の製造方法
は、帯状の電極を連続的に送り出す電極送出工程と、前
記電極の短絡防止用の帯状のセパレータを連続的に送り
出すセパレータ送出工程と、前記電極送出工程と前記セ
パレータ送出工程とによってそれぞれ送り出された前記
電極と前記セパレータとを重ね合わせる積層工程とをも
つセパレータ付き電極の製造方法であって、前記セパレ
ータ送出工程の前記セパレータの送出速度は、前記電極
送出工程の前記電極の送出速度よりも高速であることを
特徴とする。つまり、セパレータの送出速度を電極の送
出速度よりも速くすることで、セパレータが縮む長さを
補償でき、セパレータが縮むことによる電極の変形等の
不都合を抑制できる。
Description
極の製造方法および電池の製造方法並びにセパレータと
電極との積層装置に関する。
帯機器、あるいは自動車のクリーンなエネルギー源とし
て高性能二次電池の開発が盛んである。ここで用いられ
る二次電池には小型・軽量でありながら大容量・高出力
であること、すなわち高エネルギー密度・高出力密度で
あることが求められている。そして、高エネルギーを貯
蔵することから安全性の確保が重要である。また、市場
に早期に普及するために、材料コストの低減が求められ
ている。
系の微多孔膜からなるセパレ−タは、製造方法が複雑な
ため高価で、電池コスト全体の中で占める比率が大きく
なっている。また、150℃を越えるような高温では、
シャットダウン機能は働かず、収縮・破膜するなどして
ショートするおそれがある。
と有機電解液とを組み合わせた電池では安全性を高める
ために、PTCや過充電防止機構など、本来の電池機能
には関与しない部材、制御部品などが必要となりさらに
コストが高くなっている。
で、有機電解液を用いない高分子固体電解質膜あるいは
電解液を含浸させた高分子ゲルを用いた電池や多孔質膜
を一体的に形成した電極を用いた電池あるいは低コスト
な耐熱性樹脂からなる不織布を用いた電池の開発が急速
に進んでいる。しかしながらこれらの膜は、従来の延伸
工程や抽出工程経て作られたポリオレフィンからなるセ
パレ−タに比べ強度が弱く取り扱いが困難である。
と積層させる従来の方法としては、特開平11−233
144号公報に基材上にセパレータを形成し、その基材
と共にセパレータを取り扱うことでセパレータの破損を
防止する方法が開示されている。
ータは、基材上に形成されたときには残留応力が、ま
た、セパレータ単独で取り扱う場合には張力による延び
が発生することから、電極との積層後セパレ−タの残留
応力もしくは張力が開放された時にセパレ−タが縮もう
とする力が発生し電極にしわが発生するため、電池とし
ての充分な歩留りが得られなかった。
合に、安全性が高く、低コストで高エネルギー密度を有
するセパレータ付き電極の製造方法を提供することを解
決すべき課題とする。
トで高エネルギー密度を有する電池の製造方法を提供す
ることを解決すべき課題とする。
安全性が高く、低コストで高エネルギー密度を有するセ
パレータ付き電極を製造できるセパレータと電極との積
層装置を提供することを解決すべき課題とする。
を解決する目的で鋭意研究を行った結果、以下の発明を
行った。
パレータ付き電極の製造方法は、帯状の電極を連続的に
送り出す電極送出工程と、前記電極の短絡防止用の帯状
のセパレータを連続的に送り出すセパレータ送出工程
と、前記電極送出工程と前記セパレータ送出工程とによ
ってそれぞれ送り出された前記電極と前記セパレータと
を重ね合わせる積層工程とをもつセパレータ付き電極の
製造方法であって、前記セパレータ送出工程の前記セパ
レータの送出速度は、前記電極送出工程の前記電極の送
出速度よりも高速であることを特徴とする。
出速度よりも速くすることで、セパレータが縮む長さを
補償でき、セパレータが縮むことによる電極の変形等の
不都合を抑制できる。
電極の送出速度との比は、前記積層工程において該セパ
レータの長さが該セパレータに張力を加えないときの自
由長となるように決定されることが好ましい。
セパレータを電極より余分に送出することによって電極
上でセパレータが縮むことはなくなりセパレータが縮む
ことによる電極の変形等の不都合をなくすことができ
る。
に一体的に形成されており、前記積層工程以前に該セパ
レ−タを該剥離フィルムより剥離する剥離工程をもつこ
とが好ましい。
が低い。したがって、セパレータ送出工程においてセパ
レータに損傷が生じないように、強度的に優れた剥離フ
ィルムに一体化させて取り扱うことで、セパレータの損
傷による歩留まりの低下を防止することができる。
法は、帯状の電極を連続的に送り出す電極送出工程と、
前記電極の短絡防止用の帯状のセパレータを連続的に送
り出すセパレータ送出工程と、前記電極送出工程と前記
セパレータ送出工程とによってそれぞれ送り出された前
記電極と前記セパレータとを重ね合わせる積層工程とを
もつセパレータ付き電極の製造工程を有する電池の製造
方法であって、前記セパレータ送出工程の前記セパレー
タの送出速度は、前記電極送出工程の前記電極の送出速
度よりも高速であることを特徴とする。
方法により製造されたセパレータ付き電極を用いて電池
を製造することによって、より安全性の高い電池をより
低コストで提供することができるという効果を有する。
ータと電極との積層装置は、電極を保持し、該電極を送
り出す電極送出手段と、前記電極の短絡防止用の前記セ
パレータを保持し、該セパレータを送り出すセパレータ
送出手段と、前記電極送出手段と前記セパレータ送出手
段とによってそれぞれ送り出された前記電極と前記セパ
レータとを間に狭持することにより重ね合わせる1組の
積層ローラをもつ積層手段とをもつセパレータと電極と
の積層装置であって、前記セパレータ送出手段から前記
セパレータが送出される速度は、前記電極送出手段から
前記電極が送出される速度よりも高速であることを特徴
とする。
出速度を電極の送出速度よりも速くすることで、セパレ
ータが縮む長さを補償でき、セパレータが縮むことによ
る電極の変形等の不都合を抑制できる。
造方法および電池の製造方法並びにセパレータと電極と
の積層装置について以下に示すリチウム2次電池の実施
形態に基づいて説明する。なお、本明細書において「セ
パレータ」とは、一般的な意味でのセパレータ、すなわ
ち、「電極間の絶縁と電極間のイオン伝導とを担保する
部材」の他に、固体電解質や内部に電解液を保持するゾ
ル状の電解質をも含む意味である。また、本明細書にお
けるにおける「電池」とは、リチウム電池等の1次電
池、リチウムイオン二次電池等の2次電池の他、電気二
重層キャパシタ、一部の燃料電池のような電極間にセパ
レータを狭持する構造をもつ発電・蓄電装置をも含む意
味である。
形態のセパレータ付き電極の製造方法は、電極送出工程
と、セパレータ送出工程と、積層工程とをもつ。
り出す工程である。電極を送出する方法としては、特に
限定されない。好ましい形態としては後述するセパレー
タと電極との積層装置の欄で説明する。
特に限定されるものではなく、正極・負極のどちらであ
ってもかまわない。本実施形態では、公知のリチウム二
次電池用の正極もしくは負極を適用することが可能であ
る。本発明をリチウム二次電池以外の他の電池に適用す
る場合には、該当する電池の公知の正極もしくは負極が
適用できる。
電時には放出し、かつ放電時には吸蔵することができる
リチウム−金属複合酸化物を正極活物質にもつシート状
の帯状部材である。リチウム−金属複合酸化物は、電子
とリチウムイオンの拡散性能に優れるなど活物質の性能
に優れる。そのため、このようなリチウムおよび遷移金
属の複合酸化物を正極活物質に用いれば、高い充放電効
率と良好なサイクル特性とが得られる。さらに正極は、
正極活物質、導電材および結着材を混合して得られた正
極合材が集電体に塗布されてなるものを用いることが好
ましい。
物であれば特に限定されるものではなく、公知の活物質
を用いることができる。たとえば、Li(1-X)NiO2、
Li (1-X)MnO2、Li(1-X)Mn2O4、Li(1-X)Co
O2や、各々にLi、Al、そしてCr等の遷移金属を
添加または置換した材料等が挙げられる。なお、正極活
物質としては、1種類の物質を単独で用いる場合に限定
されず、複数の物質を混合して用いてもよい。そして、
この正極活物質の例示におけるXは0〜1の数を示す。
充電時には吸蔵し、かつ放電時には放出することができ
るシート状の帯状部材である。特に、負極活物質、導電
材および結着剤を混合して得られた負極合材が集電体に
塗布されてなるものを用いることが好ましい。負極活物
質としては、その活物質の種類で特に限定されるもので
はなく、公知の負極活物質を用いることができる。中で
も、結晶性の高い天然黒鉛や人造黒鉛などの炭素材料
は、リチウムイオンの吸蔵性能および拡散性能に優れる
など活物質の性能に優れる。そのため、このような炭素
材料を負極活物質に用いれば、高い充放電効率と良好な
サイクル特性とが得られる。さらには、負極として金属
リチウムもしくはリチウム合金を使用することが電池容
量の観点からは、より好ましい。
を以下に述べる。正極の形成方法としては、正極活物質
としてのLiNiO2等と導電材としてのアセチレンブ
ラック等と結着材としてのポリフッ化ビニリデン等とを
混合して、正極合材とする。この正極合材を分散材とし
てのN−メチル−2−ピロリドン等に分散させ、スラリ
ー状とする。このスラリーをアルミニウム製の正極集電
体に塗布し、乾燥した後にプレス成型して、正極合材層
を形成し、正極とする。負極の形成方法としては、負極
活物質としてのグラファイト等を結着材としてのポリフ
ッ化ビニリデン等とを混合して、負極合材とする。この
負極合材を分散材としてのN−メチル−2−ピロリドン
等に分散させ、スラリー状とする。このスラリーを銅製
の負極集電体に塗布し乾燥後、プレス成型して負極合材
層を形成し、負極とする。
の帯状のセパレータを連続的に送り出す工程である。セ
パレータを送出する方法としては、特に限定されない。
好ましい形態としては後述するセパレータと電極との積
層装置の欄で説明する。
タは特に限定されるものではないが、ポリオレフィン等
の一般的なセパレータではなく後述するセパレータに用
いる方が、より本発明の効果を発揮しやすいので好まし
い。
るセパレータは、高分子材料を良溶媒に溶解させた後に
剥離フィルム等の基材に塗布し、乾燥もしくは貧溶媒に
浸せきして高分子材料を析出させて形成した多孔質膜や
高分子材料を溶融させて剥離フィルム等に塗布した後に
冷却した多孔質膜等である。また、高分子固体電解質膜
あるいは電解液を含浸させた高分子ゲルの膜、メルトブ
ロー法等により作成した不織布等である。
S、PTFEなどの樹脂製フィルムが望ましく、さらに
は離型フィルムとセパレ−タの剥離性を抑制するためコ
ロナ処理、カーボンコートやSiコートなどの表面処理
を行っても良い。
は、剥離フィルムに固定されたまま使用しても良いし、
セパレ−タを剥離フィルムから剥がし、セパレ−タだけ
を巻き取って保持しても良い。剥離フィルムに固定した
ままセパレータを使用する場合には、後述する積層工程
以前にセパレ−タを剥離フィルムより剥離する剥離工程
をもつことが好ましい。積層工程よりも後に剥離フィル
ムからセパレータを剥離すると、剥離フィルム上での残
留応力によって電極が変形するおそれが高まるからであ
る。剥離工程を実現する具体的な手段については、後述
するセパレータと電極との積層装置の欄で説明する。
レータ送出工程におけるセパレータの送出速度が、電極
送出工程における電極の送出速度よりも高速であること
である。
の速度とすることが望ましく、特に搬送時の張力で伸び
たときにおけるセパレ−タの長さと張力が開放された自
由長時におけるセパレ−タの長さの差の50%から10
0%に相当する長さを電極よりも余分に送れる速度でセ
パレ−タを送ることが望ましい。
さを102、張力が開放された時のセパレ−タの長さを
100とするとセパレ−タの送り速度としては、電極の
送り速度100に対して、101から102に早めるの
が望ましい。
電極の送出速度との比は、積層工程においてセパレータ
の長さがセパレータに張力を加えないときの自由長とな
るように決定される。
びている場合には、電極を送出する速度を100%とし
たときにセパレータを送出する速度を103%にするこ
とが好ましい。なお、この場合でもセパレータを送出す
る速度は、100%を越えていれば、ある程度の効果は
発揮できる。
タ送出工程によって送出された電極およびセパレータを
積層して一体化する工程である。一体化する方法は特に
限定されないが、圧力および/または熱によって圧・融
着する方法、何らかのバインダーによって接着する方法
を挙げることができる。なお、最終的な電池の性能を向
上する目的で、一体化する際にはセパレータの細孔を閉
塞しないように条件を定めることが好ましい。本工程を
実現する具体的な手段としては、後述するセパレータと
電極との積層装置の欄で説明する。
二次電池は、正極と負極とを重ね合わせてなる電極体を
有するリチウム二次電池であって、正極もしくは負極
は、前述の製造方法で製造されたセパレータ付き電極を
用いたリチウム二次電池である。
は、特に限定されず、公知の構成を用いることができ
る。
形態のセパレータと電極との積層装置は、電極送出手段
と、セパレータ送出手段と、積層手段とをもつ。電極送
出手段およびセパレータ送出手段の数は、特に限定しな
い。たとえば、電極の両面にセパレータを積層する場合
には電極送出手段が1つに対して対応するセパレータ送
出手段が2つ必要である。また、電極送出手段を2つ用
いて電極として正極・負極の両方を同時に積層すること
もできる。
好ましい電極・セパレータは前述の通りである。そし
て、電極送出手段が前述の電極送出工程を実現する手段
であり、セパレータ送出手段が前述のセパレータ送出工
程を実現する手段であって、積層手段が前述の積層工程
を実現する手段である。したがって、電極とセパレータ
との送出速度の関係は前述の通りである。
を送り出す手段である。電極の保持は、帯状の電極を巻
き取ってロール状にして保持することが好ましい。電極
を送出する場合には、ロール状に保持した電極をローラ
ー等で引き出して、所定速度として送出する。電極の速
度を制御する方法としては、ローラー等の回転速度を制
御することで行うことができる。また、電極を引き出す
ローラーを後述する積層手段のローラーと兼用すること
ができる。つまり、積層手段に用いられるローラーによ
り電極を引き出すことで、電極送出手段に代えることが
できる。
し、そのセパレータを送り出す手段である。セパレータ
についてもロール状に巻回して保持することが好まし
い。セパレータを送出する場合には、ロール状に保持し
たセパレータをローラー等で引き出して、所定速度とし
て送出する。セパレータの速度を制御する方法として
は、ローラー等の回転速度を制御することで行うことが
できる。セパレータを剥離フィルムと共に取り扱うこと
はセパレータの損傷を防ぐ意味でも好ましいことであ
る。剥離フィルムを使用した場合には、セパレータを剥
離フィルムから剥離する手段を設ける必要がある。
出手段とによってそれぞれ送り出された電極とセパレー
タとを間に狭持することにより重ね合わせる1組の積層
ローラをもつ。この積層ローラの間を通過させることで
電極とセパレータとを一体化する。圧力によって圧着す
る場合には、所定圧力を積層ローラに加える。そして、
熱によって融着する場合には、積層ローラを所定温度ま
で加熱する。また、バインダーによって電極とセパレー
タとを一体化する場合にはバインダー塗布手段を積層ロ
ーラの前に設ける。
説明する。
重量部と、トリアリルイソシアヌレート(TAIC、日
本化成製)6重量部と、Nメチルピロリドン70重量部
とを混合後、125℃に加熱し溶解した。
フィルムであるガラスクロス入りテフロン(登録商標)
フィルム(厚み=80μm)にコーティングし、水に浸
漬し、樹脂を析出した後乾燥することで多孔質膜を得
た。
サイド(パークミルD、日本油脂製)を溶解したエタノ
ール溶液中に浸漬し、乾燥した。N2中150℃で3時
間熱処理し、架橋した多孔質膜を得た。 (2)電極へのセパレ−タの一体化 正極の表面に形成したセパレ−タが対向するように、離
型フィルム上のセパレ−タを配置し、正極と離型フィル
ム上に形成されたセパレ−タを2m/minの搬送速度
で同時に送り、離型フィルムの上からブロックヒータに
より加熱し、正極表面に熱融着した。
ガラスクロス入りテフロンフィルム(厚み=80μm)
上に形成した。
セパレ−タだけを巻き取った。
し9.8Nの張力を与えたときのセパレ−タの長さが1
01に対して、張力が無いときのセパレ−タの長さは約
100であった。 (2)電極・セパレ−タの積層捲回 厚み85μmの負極、厚み80μmの正極の間に作製し
たセパレ−タを配置し、正極、セパレ−タおよび負極を
同時に1.0m/minの搬送速度で送り、正極、セパ
レ−タおよび負極を積層し、円周上に捲回した。
層装置)本実施例で用いたセパレータと電極との積層装
置は、電極送出手段(図略)とセパレータ送出手段(図
略)と積層手段としての積層ローラ3および加熱ブロッ
ク(図略)とから構成される。電極送出手段は積層ロー
ラ3の巻き取り速度によって電極1の送出速度Aを制御
している。セパレータ送出手段によって送出された剥離
フィルム付きセパレータ2は積層ローラ3に到達する前
に剥離フィルム21を剥離する剥離ローラ4によって剥
離フィルム21からセパレータ20が剥離される。剥離
フィルム付きセパレータ2の送出速度Bはセパレータ送
出手段で制御される。
重量部と、トリアリルイソシアヌレート(TAIC、日
本化成製)6重量部と、Nメチルピロリドン70重量部
とを混合後、125℃に加熱し溶解した。
フィルムであるガラスクロス入りテフロンフィルム(厚
み=80μm)にコーティングし、水に浸漬し、樹脂を
析出した後乾燥することで多孔質膜を得た。
キサイド(パークミルD、日本油脂製)を溶解したエタ
ノール溶液中に浸漬し、乾燥した。N2中150℃で3
時間熱処理し、架橋した多孔質膜を得た。
さが101に対して、剥がした後のセパレ−タの長さ
(自由長)は約100であった。 (2)電極へのセパレ−タの一体化 厚み80μmの正極面に形成したセパレ−タが対向する
ように、離型フィルム上のセパレ−タを配置し、正極を
2m/min、離型フィルム上に形成されたセパレ−タ
を2.02m/minの搬送速度で送り、離型フィルム
の上からブロックヒータにより加熱し、正極ヘ熱融着し
た。
重量部と、トリアリルイソシアヌレート(TAIC、日
本化成製)6重量部と、Nメチルピロリドン70重量部
とを混合後、125℃に加熱し溶解した。
フィルムであるガラスクロス入りテフロンフィルム(厚
み=80μm)にコーティングし、水に浸漬し、樹脂を
析出した後乾燥することで多孔質膜を得た。
キサイド(パークミルD、日本油脂製)を溶解したエタ
ノール溶液中に浸漬し、乾燥した。N2中150℃で3
時間熱処理し、架橋した多孔質膜を得た。
たセパレ−タだけを巻き取った。
パレータを保持する際にセパレータに加わる張力である
セパレ−タの幅100mmに対し9.8Nの張力を与え
たときのセパレ−タの長さが101に対して、張力が無
いときのセパレ−タの長さ(自由長)は約100であっ
た。 (2)電極・セパレ−タの積層捲回 厚み85μmの負極、厚み80μmの正極の間に(1)
で作製したセパレ−タを配置し、正極および負極を1.
00m/min、セパレ−タを1.01m/minの搬
送速度で送り、セパレ−タにたるみを与えた後正極、セ
パレ−タおよび負極を積層し円周上に捲回した。
しわが無くセパレ−タが正極に固着一体化されているの
に対し、比較例1では、セパレ−タの収縮応力によりセ
パレ−タを固着一体化した正極にうねりが生じ、電極が
挫屈している部分もあった。このため比較例2の正極を
用いて負極との捲回を行うことが困難であった。
ら抜いたあと軸心周辺の電極がたわむことなく、円周上
に配置されているのに対し、比較例2の積層電極の軸心
周辺の電極が軸中心までたわんで突き出ていた。このた
め比較例2の積層電極を電池缶に挿入後、集電タブと電
池缶底とを溶接する際に中心部へ挿入する溶接チップ
が、たわんで中心部に突き出た電極をつき破る不具合が
発生した。
た模式図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 帯状の電極を連続的に送り出す電極送出
工程と、 前記電極の短絡防止用の帯状のセパレータを連続的に送
り出すセパレータ送出工程と、 前記電極送出工程と前記セパレータ送出工程とによって
それぞれ送り出された前記電極と前記セパレータとを重
ね合わせる積層工程とをもつセパレータ付き電極の製造
方法であって、 前記セパレータ送出工程の前記セパレータの送出速度
は、前記電極送出工程の前記電極の送出速度よりも高速
であることを特徴とするセパレータ付き電極の製造方
法。 - 【請求項2】 前記セパレータの送出速度と前記電極の
送出速度との比は、前記積層工程において該セパレータ
の長さが該セパレータに張力を加えないときの自由長と
なるように決定される請求項1に記載のセパレータ付き
電池用電極の製造方法。 - 【請求項3】 前記セパレ−タは、剥離フィルム上に一
体的に形成されており、 前記積層工程以前に該セパレ−タを該剥離フィルムより
剥離する剥離工程をもつ請求項1または2に記載のセパ
レータ付き電池用電極の製造方法。 - 【請求項4】 帯状の電極を連続的に送り出す電極送出
工程と、 前記電極の短絡防止用の帯状のセパレータを連続的に送
り出すセパレータ送出工程と、 前記電極送出工程と前記セパレータ送出工程とによって
それぞれ送り出された前記電極と前記セパレータとを重
ね合わせる積層工程とをもつセパレータ付き電極の製造
工程を有する電池の製造方法であって、 前記セパレータ送出工程の前記セパレータの送出速度
は、前記電極送出工程の前記電極の送出速度よりも高速
であることを特徴とする電池の製造方法。 - 【請求項5】 電極を保持し、該電極を送り出す電極送
出手段と、 前記電極の短絡防止用の前記セパレータを保持し、該セ
パレータを送り出すセパレータ送出手段と、 前記電極送出手段と前記セパレータ送出手段とによって
それぞれ送り出された前記電極と前記セパレータとを間
に狭持することにより重ね合わせる1組の積層ローラを
もつ積層手段とをもつセパレータと電極との積層装置で
あって、 前記セパレータ送出手段から前記セパレータが送出され
る速度は、前記電極送出手段から前記電極が送出される
速度よりも高速であることを特徴とするセパレータと電
極との積層装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000287212A JP4577541B2 (ja) | 2000-09-21 | 2000-09-21 | セパレータ付き電極の製造方法および電池の製造方法並びにセパレータと電極との積層装置 |
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