JP2004199916A - リチウムイオン二次電池の電極の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】リチウムイオン二次電池の帯状の正極と帯状のセパレータと帯状の負極を巻回する箇所の活物質塗膜に損傷がなく、また、活物質ペーストの塗布工程を安定して操作できることにより、寸法精度の劣化のない帯状の正極および帯状の負極を得るリチウムイオン二次電池の電極の製造方法を提供する。
【解決手段】活物質粒子と導電材粒子と高分子結合剤樹脂とを混合してなる活物質ペーストを塗料タンク５から定量ポンプ６で一定量をノズル７に送出し、温調媒体の流入口１１、流出口１２から入出する４０℃の温水で４０℃に保たれたノズル７より、４０℃に昇温した正極ペーストを塗布装置８内の２０μｍの厚みのアルミ箔よりなる帯状金属箔１０上に吹き付け、５０μｍの厚みの活物質塗膜を得る。
【選択図】 図１
【解決手段】活物質粒子と導電材粒子と高分子結合剤樹脂とを混合してなる活物質ペーストを塗料タンク５から定量ポンプ６で一定量をノズル７に送出し、温調媒体の流入口１１、流出口１２から入出する４０℃の温水で４０℃に保たれたノズル７より、４０℃に昇温した正極ペーストを塗布装置８内の２０μｍの厚みのアルミ箔よりなる帯状金属箔１０上に吹き付け、５０μｍの厚みの活物質塗膜を得る。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯状の正極、セパレータ、負極を積層巻回したリチウムイオン二次電池、特に、角型リチウムイオン二次電池の電極の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の発達に伴い、小型で軽量、かつ、エネルギー密度が高く、さらに、繰り返し充放電が可能な二次電池の開発が要望されている。
【０００３】
特に、二次電池の中でもリチウムイオン二次電池は軽量で薄膜形成が可能であること等から、これを電池材料として導入した次世代電池の開発が推進されている。
【０００４】
図２は、携帯端末機器に多く使用されるようになった一般的な角型リチウムイオン二次電池の一部分解概念図であり、金属箔よりなる集電体上に正極活物質が塗布された帯状の正極１と、帯状のセパレータ２と、金属箔よりなる集電体上に負極活物質が塗布された帯状の負極３とを積層して角型に巻回している。
【０００５】
従来のリチウムイオン二次電池は円筒型が主体であるため、帯状の正極と帯状のセパレータと帯状の負極を積層巻回しても帯状の正極と帯状のセパレータと帯状の負極の面には全ての箇所で均等な力が加わり問題が余りなかったが、上記図２のように、リチウムイオン二次電池の内、特に、角型リチウムイオン二次電池の場合は、角型に巻回する箇所４において積層した帯状の正極１と帯状のセパレータ２と帯状の負極３に１８０度折曲げられる部分が生じるため、帯状の正極１と帯状のセパレータ２と帯状の負極３の特定箇所に応力が集中し、その部分において、帯状の正極１および帯状の負極３の上に塗布された活物質塗膜が損傷を受け易いという問題がある。
【０００６】
上記問題を解決するために、帯状の正極１および帯状の負極３の柔軟性を向上させる必要があり、そこで、従来は、金属箔よりなる集電体上に塗布して正極１および負極３とする活物質ペーストの一構成要素である結合剤樹脂の分子量を高分子量化して活物質塗膜に柔軟性を付与する試みがなされたが、結合剤樹脂を高分子量化すると、活物質粒子、導電材粒子、結合剤樹脂を混合して作る活物質ペーストの塗料粘度が増大して流動性が悪化し、活物質ペーストを金属箔よりなる集電体上に塗布して正極１および負極３を形成する活物質ペーストの塗布工程において、正極１および負極３の塗布寸法の精度が劣化し、塗布工程を安定して操作できないという新たな課題が生じる。
【０００７】
なお、従来から、金属箔よりなる集電体上に塗布して正極１および負極３とする活物質ペーストの結合剤樹脂として高分子結合剤樹脂であるＰＶＤＦを用いることが考えられ、活物質ペースト中の導電性炭素粉末の分散性を向上させるための高分子結合剤樹脂ＰＶＤＦの投入量について検討されているが、活物質塗膜に柔軟性を付与するために、投入する高分子結合剤樹脂ＰＶＤＦの分子量や活物質塗膜の塗布工程における温度については検討されていない（特許文献１参照）。
【０００８】
また、従来から、活物質塗膜の脱落を低減させるために活物質ペーストを調整することが考えられ、結合剤樹脂として高分子結合剤樹脂であるポリフルオロビニリデンを用いることが知られているが、その場合も活物質塗膜に柔軟性を付与するための、ポリフルオロビニリデンの分子量や活物質塗膜の塗布工程における温度については知られていない（特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−１６７７５６号公報（第２頁段落０００６〜第３頁段落０００９）
【特許文献２】
特開２０００−３５３５１６号公報（第２頁段落０００８〜第３頁段落００１７）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来、リチウムイオン二次電池の内、特に、携帯端末機器に多く使用される角型リチウムイオン二次電池の場合は、角型に巻回される箇所における帯状の正極および帯状の負極の活物質塗膜が損傷を受け易いという問題があり、また、それを回避するために、活物質ペーストの結合剤樹脂を高分子量化して帯状の正極および帯状の負極の活物質塗膜に柔軟性を付与すると、高分子量化した結合剤樹脂により活物質ペーストの塗料粘度が増大するため、活物質ペーストの塗布工程において、塗布して形成する正極および負極の寸法精度が劣化し、塗布工程を安定して操作できないという課題があった。
【００１１】
本発明は上記の課題を解決するもので、リチウムイオン二次電池の帯状の正極と帯状のセパレータと帯状の負極を巻回する箇所の活物質塗膜に損傷がなく、また、活物質ペーストの塗布工程を安定して操作でき、寸法精度の劣化のない帯状の正極および帯状の負極を得ることができるリチウムイオン二次電池の電極の製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、帯状の正極と帯状のセパレータと帯状の負極とを積層して巻回するリチウムイオン二次電池の電極の製造方法において、活物質粒子と導電材粒子と高分子結合剤樹脂とを混合してなる活物質ペーストを加温して金属箔よりなる集電体上に塗布して帯状の正極および帯状の負極を形成するリチウムイオン二次電池の電極の製造方法であり、帯状の正極と帯状のセパレータと帯状の負極を巻回する箇所の活物質塗膜に損傷が発生せず、また、寸法精度の劣化のない帯状の正極および帯状の負極を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、帯状の正極と帯状のセパレータと帯状の負極とを積層して巻回するリチウムイオン二次電池の電極の製造方法において、活物質粒子と導電材粒子と高分子結合剤樹脂とを混合してなる活物質ペーストを加温して金属箔よりなる集電体上に塗布して帯状の正極および帯状の負極を形成するリチウムイオン二次電池の電極の製造方法であり、活物質ペーストを構成する結合剤樹脂として高分子結合剤樹脂を用いることにより、帯状の正極および帯状の負極の活物質塗膜に柔軟性が付与され、かつ、その高分子結合剤樹脂を一構成要素とする活物質ペーストを加温して金属箔よりなる集電体上に塗布することにより、活物質ペースト中の温度敏感材料である高分子結合剤樹脂の溶解性が向上し、塗料粘度の増大が防止されるという作用を有する。
【００１４】
本発明の請求項２に記載の発明は、活物質ペーストの加温温度が２０℃〜５５℃である請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の電極の製造方法であり、活物質ペーストの加温温度が２０℃〜５５℃であることにより、温度敏感材料である高分子結合剤樹脂の溶解性が向上し、塗料粘度の増大が防止され、かつ、高分子結合剤樹脂が変成して急激にペースト粘度が高くなることが防止されるという作用を有する。
【００１５】
本発明の請求項３に記載の発明は、活物質ペーストを構成する高分子結合剤樹脂の平均分子量が５０万〜１００万である請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の電極の製造方法であり、高分子結合剤樹脂の平均分子量が５０万〜１００万であることにより、高分子結合剤樹脂の結合力により活物質を保持でき、かつ、ペースト粘度が高くなり過ぎて流動性がなくなるということを防止するという作用を有する。
【００１６】
本発明の請求項４に記載の発明は、活物質ペーストにおける高分子結合剤樹脂の添加量が０．５ｗｔ％〜５．０ｗｔ％である請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の電極の製造方法であり、高分子結合剤樹脂の添加量が０．５ｗｔ％〜５．０ｗｔ％であることにより、高分子結合剤樹脂の結合力により活物質を保持でき、かつ、非導電体である高分子結合剤樹脂が活物質表面を被覆して充電・放電反応効率を低下させるということがなくなるという作用を有する。
【００１７】
本発明の請求項５に記載の発明は、活物質ペーストの粘度が２５℃で１０００ＭＰａ・ｓ〜５００００ＭＰａ・ｓ、５０℃で１００ＭＰａ・ｓ〜５０００ＭＰａ・ｓである請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の電極の製造方法であり、活物質ペーストの粘度が２５℃で１０００ＭＰａ・ｓ〜５００００ＭＰａ・ｓ、５０℃で１００ＭＰａ・ｓ〜５０００ＭＰａ・ｓであることにより、活物質ペーストの塗布工程において、電極の寸法を高い精度で塗布でき、かつ、塗布工程を安定して操作できるという作用を有する。
【００１８】
本発明の請求項６に記載の発明は、活物質ペーストの固形分濃度が５０ｗｔ％〜８０ｗｔ％である請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の電極の製造方法であり、活物質ペーストの固形分濃度が５０ｗｔ％〜８０ｗｔ％であることにより、活物質ペーストの粘度が低粘度化して塗布乾燥持に膜厚バラツキを生じることがなくなり、かつ、活物質ペーストのペースト粘度が高くなり流動性がなくなり、塗工が不可能になるということがなくなるという作用を有する。
【００１９】
本発明の請求項７に記載の発明は、加温可能なノズルで加温された活物質ペーストを金属箔よりなる集電体上に塗布する請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の電極の製造方法であり、集電体上に塗布する活物質ペーストが加温可能なノズルで加温されることにより、別途加温器を設けることなく効率的に加温された活物質ペーストを集電体上に塗布できるという作用を有する。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における角型リチウムイオン二次電池の電極の製造方法を実施する製造装置の概念図であり、５は活物質ペーストを蓄積する塗料タンク、６は塗料タンク５内の活物質ペーストを一定量として送出する定量ポンプ、７は前記定量ポンプ６により送出された活物質ペーストを、塗布装置８内においてリール９に巻回されて順次移動する帯状金属箔１０に吹き付けるノズル、１１、１２は前記ノズル７の温度を調節するために、ノズル７内を流通する温水、オイル等の温調媒体の流入口、流出口である。
【００２２】
上記装置により角型リチウムイオン二次電池の正極を製造するには、まず、正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物（１００ｗｔ％）と導電材としてアセチレンブラック（２．０ｗｔ％）をダブルプラネタリーミキサ（特殊機化工業株式会社製）を用いて混合撹拌する。次に前記混合物に、高分子結合剤樹脂として平均分子量が５５万のＰＶＤＦ（２．０ｗｔ％）と非水系溶媒としてアセトン：Ｎ−メチル−２−ヒロリドンが５：１の混合溶剤とをあらかじめディゾルバーを用いて混合したポリマー溶液（１０．０ｗｔ％）を添加して撹拌し、さらに、サンドミル（ＷＡＢ社製ダイノーミル）を用いて分散処理して正極ペーストを作成する。
【００２３】
上記で作成された正極ペーストを図１に示す塗料タンク５から定量ポンプ６で一定量をノズル７に送出し、温調媒体の流入口１１、流出口１２から入出する４０℃の温水で４０℃に保たれたノズル７より、４０℃に昇温した正極ペーストを塗布装置８内の２０μｍの厚みのアルミ箔よりなる帯状金属箔１０上に吹き付け、５０μｍの厚みの活物質塗膜を得た。
【００２４】
上記で作成された正極ペーストは、高分子結合剤樹脂ＰＶＤＦを用いていることにより、活物質塗膜に柔軟性が付与され、帯状の電極の巻回箇所において活物質塗膜に損傷が発生しなくなる。
【００２５】
また、帯状金属箔１０上に吹き付ける正極ペーストを４０℃に昇温させることにより、正極ペースト中の温度敏感材料である高分子結合剤樹脂ＰＶＤＦの溶解性が向上し、高分子結合剤樹脂ＰＶＤＦに起因する塗料粘度の増大が防止され、かつ、昇温温度が４０℃であるからその加温によって高分子結合剤樹脂ＰＶＤＦが変成して急激にペースト粘度が高くなることもない。
【００２６】
また、高分子結合剤樹脂ＰＶＤＦの平均分子量が５５万であることにより、高分子結合剤樹脂ＰＶＤＦの結合力が大きく活物質を充分保持でき、かつ、ペースト粘度が高くなり過ぎて流動性がなくなるということもない。
【００２７】
また、正極ペースト中の高分子結合剤樹脂ＰＶＤＦの添加量が２．０ｗｔ％であることにより、高分子結合剤樹脂ＰＶＤＦの結合力が大きく活物質を充分保持でき、かつ、非導電体である高分子結合剤樹脂ＰＶＤＦが活物質表面を被覆して充電・放電反応効率を低下させるということもない。
【００２８】
以上のように、実施の形態１における角型リチウムイオン二次電池の電極の製造方法によれば、正極ペーストは、高分子結合剤樹脂ＰＶＤＦを用いることにより、活物質塗膜に柔軟性を付与し、帯状の電極の巻回箇所における活物質塗膜の損傷の発生をなくすると共に、高分子結合剤樹脂ＰＶＤＦに起因して新たに発生する、ペースト粘度が高くなり過ぎて活物質ペーストの塗布工程における正極および負極の寸法精度が劣化し、塗布工程を安定して操作できないという問題については、正極ペーストを４０℃に昇温させることによりその中の高分子結合剤樹脂ＰＶＤＦの溶解性を向上させて塗料粘度の増大を抑え、ペースト粘度が安定化するので正極ペーストの塗布工程を安定して操作できることになり、寸法精度の劣化のない電極を得ることができるものである。
【００２９】
なお、上記において、ペースト粘度（ＭＰａ・ｓ）をＢ型粘度計で測定すると、２５℃で８０００ＭＰａ・ｓ、５０℃で３５００ＭＰａ・ｓと粘度が安定しており、また、帯状金属箔１０上の活物質塗膜を乾燥させた後、幅方向で３点重量測定して、３点の最大と最小の差をバラツキとして平均に対する％で算出した塗膜重量バラツキ（％）は１．８％と小さく、また、帯状金属箔１０上の活物質塗膜を乾燥させた後、一定の寸法に切り出した極板を１８０度に折曲げて観察した極板折曲げ試験では割れなしであった。
【００３０】
（実施の形態２）
上記実施の形態１においては４０℃に昇温した正極ペーストを帯状金属箔１０上に吹き付けたのに対し、本発明の実施の形態２では３０℃に昇温した正極ペーストを帯状金属箔１０上に吹き付け、その他の条件は実施の形態１と同じとした。
【００３１】
実施の形態２においても、正極ペーストは、塗布工程において３０℃に加温されることにより、その中の高分子結合剤樹脂の溶解性が向上し、塗料粘度の増大が抑えられ、ペースト粘度（ＭＰａ・ｓ）は２５℃で５０００ＭＰａ・ｓ、５０℃で２０００ＭＰａ・ｓであり、ペースト粘度が安定化し、正極ペーストの塗布工程を安定して操作できることにより、寸法精度の劣化のない正極を得ることができる。
【００３２】
また、上記正極における帯状金属箔１０上の活物質塗膜の塗膜重量バラツキ（％）は１．２％であり、極板折曲げ試験では割れなしであった。
【００３３】
なお、この場合も上記実施の形態１と同様、高分子結合剤樹脂を用いることにより、活物質塗膜に柔軟性が付与され、帯状の電極の巻回箇所における活物質塗膜に損傷が発生しなくなるのは同じである。
【００３４】
（実施の形態３）
上記実施の形態１においては４０℃に昇温した正極ペーストを帯状金属箔１０上に吹き付けたのに対し、本発明の実施の形態３では５０℃に昇温した正極ペーストを帯状金属箔１０上に吹き付け、その他の条件は実施の形態１と同じとした。
【００３５】
実施の形態３においても、正極ペーストは、塗布工程において４０℃に加温されることにより、その中の高分子結合剤樹脂の溶解性が向上し、塗料粘度の増大が抑えられ、ペースト粘度（ＭＰａ・ｓ）は２５℃で７０００ＭＰａ・ｓ、５０℃で３０００ＭＰａ・ｓであり、ペースト粘度が安定化し、正極ペーストの塗布工程を安定して操作できることにより、寸法精度の劣化のない正極を得ることができる。
【００３６】
また、上記正極における帯状金属箔１０上の活物質塗膜の塗膜重量バラツキ（％）は０．８％であり、極板折曲げ試験では割れなしであった。
【００３７】
なお、この場合も上記実施の形態１と同様、高分子結合剤樹脂を用いることにより、活物質塗膜に柔軟性が付与され、帯状の電極の巻回箇所における活物質塗膜に損傷が発生しなくなる。
【００３８】
以下同様に、本発明の実施の形態４、５、６、７および比較例１、２、３について、上記実施の形態１における条件の内、正極ペーストの昇温温度、高分子結合剤樹脂の平均分子量、重量部数（ｗｔ％）等を変更して、ペースト粘度（ＭＰａ・ｓ）、帯状金属箔１０上の活物質塗膜の塗膜重量バラツキ（％）、極板折曲げ試験における割れの有無を表１に示す。
【００３９】
【表１】
【００４０】
（実施の形態４）
上記表１から分かるように、実施の形態４では高分子結合剤樹脂として平均分子量が７０万のＰＶＤＦを２．０ｗｔ％添加しており、ペースト粘度（ＭＰａ・ｓ）は２５℃で１００００ＭＰａ・ｓ、５０℃で５０００ＭＰａ・ｓ、活物質塗膜の塗膜重量バラツキ（％）は０．８％、極板折曲げ試験では割れなしであった。
【００４１】
（実施の形態５）
実施の形態５では高分子結合剤樹脂として平均分子量が５５万のアクリル系樹脂を２．０ｗｔ％添加しており、ペースト粘度（ＭＰａ・ｓ）は２５℃で３０００ＭＰａ・ｓ、５０℃で１０００ＭＰａ・ｓ、活物質塗膜の塗膜重量バラツキ（％）は１．０％、極板折曲げ試験では割れなしであった。
【００４２】
（実施の形態６）
実施の形態６では高分子結合剤樹脂として平均分子量が５５万のＰＶＤＦを１．５ｗｔ％添加しており、ペースト粘度（ＭＰａ・ｓ）は２５℃で７０００ＭＰａ・ｓ、５０℃で２０００ＭＰａ・ｓ、活物質塗膜の塗膜重量バラツキ（％）は０．８％、極板折曲げ試験では割れなしであった。
【００４３】
（実施の形態７）
実施の形態７では高分子結合剤樹脂として平均分子量が５５万のＰＶＤＦを４．０ｗｔ％添加しており、ペースト粘度（ＭＰａ・ｓ）は２５℃で３００００ＭＰａ・ｓ、５０℃で４０００ＭＰａ・ｓ、活物質塗膜の塗膜重量バラツキ（％）は１．２％、極板折曲げ試験では割れなしであった。
【００４４】
（比較例１）
一方、比較例１は高分子結合剤樹脂として平均分子量が５５万のＰＶＤＦを４．０ｗｔ％添加した正極ペーストを１５℃に昇温して帯状金属箔１０上に吹き付けた場合であり、ペースト粘度（ＭＰａ・ｓ）は２５℃で２００００ＭＰａ・ｓ、５０℃で６０００ＭＰａ・ｓ、活物質塗膜の塗膜重量バラツキ（％）は４．５％、極板折曲げ試験では割れなしであった。
【００４５】
（比較例２）
また、比較例２は高分子結合剤樹脂として平均分子量が５５万のＰＶＤＦを４．０ｗｔ％添加した正極ペーストを６０℃に昇温して帯状金属箔１０上に吹き付けた場合であり、ペースト粘度（ＭＰａ・ｓ）は２５℃で５００００ＭＰａ・ｓ、５０℃で１００００ＭＰａ・ｓ、活物質塗膜は塗工不可であった。
【００４６】
（比較例３）
比較例３は高分子結合剤樹脂として平均分子量が３０万のＰＶＤＦを４．０ｗｔ％添加した正極ペーストを６０℃に昇温して帯状金属箔１０上に吹き付けた場合であり、ペースト粘度（ＭＰａ・ｓ）は２５℃で５０００ＭＰａ・ｓ、５０℃で１５００ＭＰａ・ｓ、活物質塗膜の塗膜重量バラツキ（％）は４．８％、極板折曲げ試験では割れありであった。
【００４７】
以上のように、本発明の各実施の形態１〜実施の形態７の場合は、高分子結合剤樹脂の分子量は平均分子量が５０万〜１００万、高分子結合剤樹脂の添加量が活物質に対して０．５ｗｔ％〜５．０ｗｔ％、活物質ペーストの塗工時における昇温温度は２０℃〜５５℃であり、高分子結合剤樹脂の平均分子量が５０万よりも小さいと結合力が乏しくなり活物質を保持することができなくなり、極板として形成させることが困難になり、１００万よりも大きいとペースト粘度が高くなり過ぎて流動性がなくなり生産工程が成立しないという課題を解決し、高分子結合剤樹脂の添加量が活物質に対して０．５ｗｔ％よりも少ないと活物質の結合力がなく、塗布工程において活物質層がもろくなり極板形成が不可能になり、５．０ｗｔ％よりも多いと極板形成は可能になるが、活物質表面を非導電体である高分子結合剤樹脂が被覆するため充電・放電反応効率が低くなるという課題を解決し、活物質ペーストの塗工時における昇温温度が２０℃よりも低いとペースト粘度が高くなり均一なペースト塗布が難しくなり、５５℃よりも高くなると高分子結合剤樹脂が変成して粘度が急激に増粘してペースト塗布することが不可能になるという問題を解決している。
【００４８】
一方、比較例１〜比較例３の場合は、高分子結合剤樹脂の平均分子量、活物質に対する高分子結合剤樹脂の添加量、活物質ペーストの塗工時における昇温温度の何れかが、高分子結合剤樹脂の平均分子量５０万〜１００万、高分子結合剤樹脂の活物質に対する添加量０．５ｗｔ％〜５．０ｗｔ％、活物質ペーストの塗工時における昇温温度２０℃〜５５℃を外れており、ペースト粘度（ＭＰａ・ｓ）が２５℃と５０℃で大きく変動するか、活物質塗膜の塗膜重量バラツキ（％）も４．０％以上と大きくなるか、極板折曲げ試験で割れが発見される等の何れかの問題がある。
【００４９】
なお、上記本発明の各実施の形態１〜実施の形態７における活物質ペーストを構成する正極活物質、導電材、負極活物質、高分子結合剤樹脂とその分子量と添加量、非水系溶媒、活物質ペーストを作成する手段等は各実施の形態１〜実施の形態７に記載されたものに限定されるものではなく、正極活物質としてはリチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物等を用いることができ、導電材としては人造黒鉛、ケッチェンブラック等のカーボンブラックを用いることができ、負極活物質としてはフェノール樹脂、ポリアクリロニトリル、セルロース等の有機高分子化合物を焼成したもの、コークスやピッチを焼成することにより得られたもの、メソフェーズピッチを焼成したメソフェーズカーボンブラック、または人造グラファイト、天然グラファイト等を用いることができ、ペースト作成に用いる非水系溶媒としてトルエン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等を単独または混合して用いることができ、高分子結合剤樹脂としてカルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ＰＴＦＥ、ＰＦＥ、ホルマール系樹脂、アセタール系樹脂、アクリル／スチレン系共重合樹脂、アクリル系ゴム、スチレン／ブタジェン系共重合樹脂、ポリメタクリル酸アクリル系共重合体等を溶解した樹脂溶液あるいはエマルジョン化した樹脂溶液を単独あるいは複数種混合して用いることができる。
【００５０】
また、活物質、導電材、高分子結合剤樹脂、非水系溶媒等を混合して活物質ペーストを作成する手段としてはバッチ式ニーダ、連続式ニーダ、サンドミル等を用いることもでき、活物質ペーストを加温する手段としては電熱ヒータを用いることもできる。
【００５１】
また、活物質ペーストを構成する正極活物質、導電材、負極活物質、高分子結合剤樹脂の内、温度敏感材料は高分子結合剤樹脂だけであり、その他の正極活物質、導電材、負極活物質等は昇温に特に反応しない材料であるため、活物質ペーストの加温温度を２０℃〜５５℃に昇温すると現われる作用は高分子結合剤樹脂だけで考えればよく、２０℃〜５５℃に昇温すると高分子結合剤樹脂の溶解性が向上するという作用は上記各実施の形態における高分子結合剤樹脂だけに限られるものではなく、他の高分子結合剤樹脂にも等しく現われる作用である。
【００５２】
また、活物質ペーストの固形分濃度は５０ｗｔ％〜８０ｗｔ％であることが望ましく、５０ｗｔ％よりも低いとペースト粘度が低くなり塗布乾燥時に膜厚バラツキを生じ、８０ｗｔ％よりも高くなるとペースト粘度が高くなり流動性がなくなり塗工が不可能になる。
【００５３】
以上のように、本発明の実施の形態１〜実施の形態７における角型リチウムイオン二次電池の電極の製造方法によれば、活物質ペースト中の高分子結合剤樹脂の溶解性が向上し活物質粒子、導電材粒子とのネットワーク構造を容易に形成できることで極板の柔軟性が向上して帯状の正極１と帯状のセパレータ２と帯状の負極３の１８０度折曲げ部分における活物質塗膜が損傷を防止でき、また、ペースト粘度が低減するので、塗布工程が安定化し、電極の寸法精度、巻回精度が向上し電池容量バラツキを大幅に低減して歩留りの良い生産が可能となる。
【００５４】
なお、上記各実施の形態では角型リチウムイオン二次電池の電極の製造方法で説明したが、角型リチウムイオン二次電池に限らず円筒型リチウムイオン二次電池の場合でも帯状の正極１と帯状のセパレータ２と帯状の負極３の巻回箇所において活物質塗膜に発生する損傷に対しても同様な効果のあるものである。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように、本発明のリチウムイオン二次電池の電極の製造方法によれば、リチウムイオン二次電池の帯状の正極と帯状のセパレータと帯状の負極を巻回する箇所の活物質塗膜に損傷がなく、また、活物質ペーストの塗布工程を安定して操作できることにより、寸法精度の劣化のない帯状の正極および帯状の負極を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における角型リチウムイオン二次電池の電極の製造方法を実施する製造装置の概念図
【図２】一般的な角型リチウムイオン二次電池の一部分解概念図
【符号の説明】
１ 帯状の正極
２ 帯状のセパレータ
３ 帯状の負極
４ 巻回する箇所
５ 塗料タンク
６ 定量ポンプ
７ ノズル
８ 塗布装置
９ リール
１０ 帯状金属箔
１１ 流入口
１２ 流出口
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯状の正極、セパレータ、負極を積層巻回したリチウムイオン二次電池、特に、角型リチウムイオン二次電池の電極の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の発達に伴い、小型で軽量、かつ、エネルギー密度が高く、さらに、繰り返し充放電が可能な二次電池の開発が要望されている。
【０００３】
特に、二次電池の中でもリチウムイオン二次電池は軽量で薄膜形成が可能であること等から、これを電池材料として導入した次世代電池の開発が推進されている。
【０００４】
図２は、携帯端末機器に多く使用されるようになった一般的な角型リチウムイオン二次電池の一部分解概念図であり、金属箔よりなる集電体上に正極活物質が塗布された帯状の正極１と、帯状のセパレータ２と、金属箔よりなる集電体上に負極活物質が塗布された帯状の負極３とを積層して角型に巻回している。
【０００５】
従来のリチウムイオン二次電池は円筒型が主体であるため、帯状の正極と帯状のセパレータと帯状の負極を積層巻回しても帯状の正極と帯状のセパレータと帯状の負極の面には全ての箇所で均等な力が加わり問題が余りなかったが、上記図２のように、リチウムイオン二次電池の内、特に、角型リチウムイオン二次電池の場合は、角型に巻回する箇所４において積層した帯状の正極１と帯状のセパレータ２と帯状の負極３に１８０度折曲げられる部分が生じるため、帯状の正極１と帯状のセパレータ２と帯状の負極３の特定箇所に応力が集中し、その部分において、帯状の正極１および帯状の負極３の上に塗布された活物質塗膜が損傷を受け易いという問題がある。
【０００６】
上記問題を解決するために、帯状の正極１および帯状の負極３の柔軟性を向上させる必要があり、そこで、従来は、金属箔よりなる集電体上に塗布して正極１および負極３とする活物質ペーストの一構成要素である結合剤樹脂の分子量を高分子量化して活物質塗膜に柔軟性を付与する試みがなされたが、結合剤樹脂を高分子量化すると、活物質粒子、導電材粒子、結合剤樹脂を混合して作る活物質ペーストの塗料粘度が増大して流動性が悪化し、活物質ペーストを金属箔よりなる集電体上に塗布して正極１および負極３を形成する活物質ペーストの塗布工程において、正極１および負極３の塗布寸法の精度が劣化し、塗布工程を安定して操作できないという新たな課題が生じる。
【０００７】
なお、従来から、金属箔よりなる集電体上に塗布して正極１および負極３とする活物質ペーストの結合剤樹脂として高分子結合剤樹脂であるＰＶＤＦを用いることが考えられ、活物質ペースト中の導電性炭素粉末の分散性を向上させるための高分子結合剤樹脂ＰＶＤＦの投入量について検討されているが、活物質塗膜に柔軟性を付与するために、投入する高分子結合剤樹脂ＰＶＤＦの分子量や活物質塗膜の塗布工程における温度については検討されていない（特許文献１参照）。
【０００８】
また、従来から、活物質塗膜の脱落を低減させるために活物質ペーストを調整することが考えられ、結合剤樹脂として高分子結合剤樹脂であるポリフルオロビニリデンを用いることが知られているが、その場合も活物質塗膜に柔軟性を付与するための、ポリフルオロビニリデンの分子量や活物質塗膜の塗布工程における温度については知られていない（特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−１６７７５６号公報（第２頁段落０００６〜第３頁段落０００９）
【特許文献２】
特開２０００−３５３５１６号公報（第２頁段落０００８〜第３頁段落００１７）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来、リチウムイオン二次電池の内、特に、携帯端末機器に多く使用される角型リチウムイオン二次電池の場合は、角型に巻回される箇所における帯状の正極および帯状の負極の活物質塗膜が損傷を受け易いという問題があり、また、それを回避するために、活物質ペーストの結合剤樹脂を高分子量化して帯状の正極および帯状の負極の活物質塗膜に柔軟性を付与すると、高分子量化した結合剤樹脂により活物質ペーストの塗料粘度が増大するため、活物質ペーストの塗布工程において、塗布して形成する正極および負極の寸法精度が劣化し、塗布工程を安定して操作できないという課題があった。
【００１１】
本発明は上記の課題を解決するもので、リチウムイオン二次電池の帯状の正極と帯状のセパレータと帯状の負極を巻回する箇所の活物質塗膜に損傷がなく、また、活物質ペーストの塗布工程を安定して操作でき、寸法精度の劣化のない帯状の正極および帯状の負極を得ることができるリチウムイオン二次電池の電極の製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、帯状の正極と帯状のセパレータと帯状の負極とを積層して巻回するリチウムイオン二次電池の電極の製造方法において、活物質粒子と導電材粒子と高分子結合剤樹脂とを混合してなる活物質ペーストを加温して金属箔よりなる集電体上に塗布して帯状の正極および帯状の負極を形成するリチウムイオン二次電池の電極の製造方法であり、帯状の正極と帯状のセパレータと帯状の負極を巻回する箇所の活物質塗膜に損傷が発生せず、また、寸法精度の劣化のない帯状の正極および帯状の負極を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、帯状の正極と帯状のセパレータと帯状の負極とを積層して巻回するリチウムイオン二次電池の電極の製造方法において、活物質粒子と導電材粒子と高分子結合剤樹脂とを混合してなる活物質ペーストを加温して金属箔よりなる集電体上に塗布して帯状の正極および帯状の負極を形成するリチウムイオン二次電池の電極の製造方法であり、活物質ペーストを構成する結合剤樹脂として高分子結合剤樹脂を用いることにより、帯状の正極および帯状の負極の活物質塗膜に柔軟性が付与され、かつ、その高分子結合剤樹脂を一構成要素とする活物質ペーストを加温して金属箔よりなる集電体上に塗布することにより、活物質ペースト中の温度敏感材料である高分子結合剤樹脂の溶解性が向上し、塗料粘度の増大が防止されるという作用を有する。
【００１４】
本発明の請求項２に記載の発明は、活物質ペーストの加温温度が２０℃〜５５℃である請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の電極の製造方法であり、活物質ペーストの加温温度が２０℃〜５５℃であることにより、温度敏感材料である高分子結合剤樹脂の溶解性が向上し、塗料粘度の増大が防止され、かつ、高分子結合剤樹脂が変成して急激にペースト粘度が高くなることが防止されるという作用を有する。
【００１５】
本発明の請求項３に記載の発明は、活物質ペーストを構成する高分子結合剤樹脂の平均分子量が５０万〜１００万である請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の電極の製造方法であり、高分子結合剤樹脂の平均分子量が５０万〜１００万であることにより、高分子結合剤樹脂の結合力により活物質を保持でき、かつ、ペースト粘度が高くなり過ぎて流動性がなくなるということを防止するという作用を有する。
【００１６】
本発明の請求項４に記載の発明は、活物質ペーストにおける高分子結合剤樹脂の添加量が０．５ｗｔ％〜５．０ｗｔ％である請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の電極の製造方法であり、高分子結合剤樹脂の添加量が０．５ｗｔ％〜５．０ｗｔ％であることにより、高分子結合剤樹脂の結合力により活物質を保持でき、かつ、非導電体である高分子結合剤樹脂が活物質表面を被覆して充電・放電反応効率を低下させるということがなくなるという作用を有する。
【００１７】
本発明の請求項５に記載の発明は、活物質ペーストの粘度が２５℃で１０００ＭＰａ・ｓ〜５００００ＭＰａ・ｓ、５０℃で１００ＭＰａ・ｓ〜５０００ＭＰａ・ｓである請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の電極の製造方法であり、活物質ペーストの粘度が２５℃で１０００ＭＰａ・ｓ〜５００００ＭＰａ・ｓ、５０℃で１００ＭＰａ・ｓ〜５０００ＭＰａ・ｓであることにより、活物質ペーストの塗布工程において、電極の寸法を高い精度で塗布でき、かつ、塗布工程を安定して操作できるという作用を有する。
【００１８】
本発明の請求項６に記載の発明は、活物質ペーストの固形分濃度が５０ｗｔ％〜８０ｗｔ％である請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の電極の製造方法であり、活物質ペーストの固形分濃度が５０ｗｔ％〜８０ｗｔ％であることにより、活物質ペーストの粘度が低粘度化して塗布乾燥持に膜厚バラツキを生じることがなくなり、かつ、活物質ペーストのペースト粘度が高くなり流動性がなくなり、塗工が不可能になるということがなくなるという作用を有する。
【００１９】
本発明の請求項７に記載の発明は、加温可能なノズルで加温された活物質ペーストを金属箔よりなる集電体上に塗布する請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の電極の製造方法であり、集電体上に塗布する活物質ペーストが加温可能なノズルで加温されることにより、別途加温器を設けることなく効率的に加温された活物質ペーストを集電体上に塗布できるという作用を有する。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における角型リチウムイオン二次電池の電極の製造方法を実施する製造装置の概念図であり、５は活物質ペーストを蓄積する塗料タンク、６は塗料タンク５内の活物質ペーストを一定量として送出する定量ポンプ、７は前記定量ポンプ６により送出された活物質ペーストを、塗布装置８内においてリール９に巻回されて順次移動する帯状金属箔１０に吹き付けるノズル、１１、１２は前記ノズル７の温度を調節するために、ノズル７内を流通する温水、オイル等の温調媒体の流入口、流出口である。
【００２２】
上記装置により角型リチウムイオン二次電池の正極を製造するには、まず、正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物（１００ｗｔ％）と導電材としてアセチレンブラック（２．０ｗｔ％）をダブルプラネタリーミキサ（特殊機化工業株式会社製）を用いて混合撹拌する。次に前記混合物に、高分子結合剤樹脂として平均分子量が５５万のＰＶＤＦ（２．０ｗｔ％）と非水系溶媒としてアセトン：Ｎ−メチル−２−ヒロリドンが５：１の混合溶剤とをあらかじめディゾルバーを用いて混合したポリマー溶液（１０．０ｗｔ％）を添加して撹拌し、さらに、サンドミル（ＷＡＢ社製ダイノーミル）を用いて分散処理して正極ペーストを作成する。
【００２３】
上記で作成された正極ペーストを図１に示す塗料タンク５から定量ポンプ６で一定量をノズル７に送出し、温調媒体の流入口１１、流出口１２から入出する４０℃の温水で４０℃に保たれたノズル７より、４０℃に昇温した正極ペーストを塗布装置８内の２０μｍの厚みのアルミ箔よりなる帯状金属箔１０上に吹き付け、５０μｍの厚みの活物質塗膜を得た。
【００２４】
上記で作成された正極ペーストは、高分子結合剤樹脂ＰＶＤＦを用いていることにより、活物質塗膜に柔軟性が付与され、帯状の電極の巻回箇所において活物質塗膜に損傷が発生しなくなる。
【００２５】
また、帯状金属箔１０上に吹き付ける正極ペーストを４０℃に昇温させることにより、正極ペースト中の温度敏感材料である高分子結合剤樹脂ＰＶＤＦの溶解性が向上し、高分子結合剤樹脂ＰＶＤＦに起因する塗料粘度の増大が防止され、かつ、昇温温度が４０℃であるからその加温によって高分子結合剤樹脂ＰＶＤＦが変成して急激にペースト粘度が高くなることもない。
【００２６】
また、高分子結合剤樹脂ＰＶＤＦの平均分子量が５５万であることにより、高分子結合剤樹脂ＰＶＤＦの結合力が大きく活物質を充分保持でき、かつ、ペースト粘度が高くなり過ぎて流動性がなくなるということもない。
【００２７】
また、正極ペースト中の高分子結合剤樹脂ＰＶＤＦの添加量が２．０ｗｔ％であることにより、高分子結合剤樹脂ＰＶＤＦの結合力が大きく活物質を充分保持でき、かつ、非導電体である高分子結合剤樹脂ＰＶＤＦが活物質表面を被覆して充電・放電反応効率を低下させるということもない。
【００２８】
以上のように、実施の形態１における角型リチウムイオン二次電池の電極の製造方法によれば、正極ペーストは、高分子結合剤樹脂ＰＶＤＦを用いることにより、活物質塗膜に柔軟性を付与し、帯状の電極の巻回箇所における活物質塗膜の損傷の発生をなくすると共に、高分子結合剤樹脂ＰＶＤＦに起因して新たに発生する、ペースト粘度が高くなり過ぎて活物質ペーストの塗布工程における正極および負極の寸法精度が劣化し、塗布工程を安定して操作できないという問題については、正極ペーストを４０℃に昇温させることによりその中の高分子結合剤樹脂ＰＶＤＦの溶解性を向上させて塗料粘度の増大を抑え、ペースト粘度が安定化するので正極ペーストの塗布工程を安定して操作できることになり、寸法精度の劣化のない電極を得ることができるものである。
【００２９】
なお、上記において、ペースト粘度（ＭＰａ・ｓ）をＢ型粘度計で測定すると、２５℃で８０００ＭＰａ・ｓ、５０℃で３５００ＭＰａ・ｓと粘度が安定しており、また、帯状金属箔１０上の活物質塗膜を乾燥させた後、幅方向で３点重量測定して、３点の最大と最小の差をバラツキとして平均に対する％で算出した塗膜重量バラツキ（％）は１．８％と小さく、また、帯状金属箔１０上の活物質塗膜を乾燥させた後、一定の寸法に切り出した極板を１８０度に折曲げて観察した極板折曲げ試験では割れなしであった。
【００３０】
（実施の形態２）
上記実施の形態１においては４０℃に昇温した正極ペーストを帯状金属箔１０上に吹き付けたのに対し、本発明の実施の形態２では３０℃に昇温した正極ペーストを帯状金属箔１０上に吹き付け、その他の条件は実施の形態１と同じとした。
【００３１】
実施の形態２においても、正極ペーストは、塗布工程において３０℃に加温されることにより、その中の高分子結合剤樹脂の溶解性が向上し、塗料粘度の増大が抑えられ、ペースト粘度（ＭＰａ・ｓ）は２５℃で５０００ＭＰａ・ｓ、５０℃で２０００ＭＰａ・ｓであり、ペースト粘度が安定化し、正極ペーストの塗布工程を安定して操作できることにより、寸法精度の劣化のない正極を得ることができる。
【００３２】
また、上記正極における帯状金属箔１０上の活物質塗膜の塗膜重量バラツキ（％）は１．２％であり、極板折曲げ試験では割れなしであった。
【００３３】
なお、この場合も上記実施の形態１と同様、高分子結合剤樹脂を用いることにより、活物質塗膜に柔軟性が付与され、帯状の電極の巻回箇所における活物質塗膜に損傷が発生しなくなるのは同じである。
【００３４】
（実施の形態３）
上記実施の形態１においては４０℃に昇温した正極ペーストを帯状金属箔１０上に吹き付けたのに対し、本発明の実施の形態３では５０℃に昇温した正極ペーストを帯状金属箔１０上に吹き付け、その他の条件は実施の形態１と同じとした。
【００３５】
実施の形態３においても、正極ペーストは、塗布工程において４０℃に加温されることにより、その中の高分子結合剤樹脂の溶解性が向上し、塗料粘度の増大が抑えられ、ペースト粘度（ＭＰａ・ｓ）は２５℃で７０００ＭＰａ・ｓ、５０℃で３０００ＭＰａ・ｓであり、ペースト粘度が安定化し、正極ペーストの塗布工程を安定して操作できることにより、寸法精度の劣化のない正極を得ることができる。
【００３６】
また、上記正極における帯状金属箔１０上の活物質塗膜の塗膜重量バラツキ（％）は０．８％であり、極板折曲げ試験では割れなしであった。
【００３７】
なお、この場合も上記実施の形態１と同様、高分子結合剤樹脂を用いることにより、活物質塗膜に柔軟性が付与され、帯状の電極の巻回箇所における活物質塗膜に損傷が発生しなくなる。
【００３８】
以下同様に、本発明の実施の形態４、５、６、７および比較例１、２、３について、上記実施の形態１における条件の内、正極ペーストの昇温温度、高分子結合剤樹脂の平均分子量、重量部数（ｗｔ％）等を変更して、ペースト粘度（ＭＰａ・ｓ）、帯状金属箔１０上の活物質塗膜の塗膜重量バラツキ（％）、極板折曲げ試験における割れの有無を表１に示す。
【００３９】
【表１】
（実施の形態４）
上記表１から分かるように、実施の形態４では高分子結合剤樹脂として平均分子量が７０万のＰＶＤＦを２．０ｗｔ％添加しており、ペースト粘度（ＭＰａ・ｓ）は２５℃で１００００ＭＰａ・ｓ、５０℃で５０００ＭＰａ・ｓ、活物質塗膜の塗膜重量バラツキ（％）は０．８％、極板折曲げ試験では割れなしであった。
【００４１】
（実施の形態５）
実施の形態５では高分子結合剤樹脂として平均分子量が５５万のアクリル系樹脂を２．０ｗｔ％添加しており、ペースト粘度（ＭＰａ・ｓ）は２５℃で３０００ＭＰａ・ｓ、５０℃で１０００ＭＰａ・ｓ、活物質塗膜の塗膜重量バラツキ（％）は１．０％、極板折曲げ試験では割れなしであった。
【００４２】
（実施の形態６）
実施の形態６では高分子結合剤樹脂として平均分子量が５５万のＰＶＤＦを１．５ｗｔ％添加しており、ペースト粘度（ＭＰａ・ｓ）は２５℃で７０００ＭＰａ・ｓ、５０℃で２０００ＭＰａ・ｓ、活物質塗膜の塗膜重量バラツキ（％）は０．８％、極板折曲げ試験では割れなしであった。
【００４３】
（実施の形態７）
実施の形態７では高分子結合剤樹脂として平均分子量が５５万のＰＶＤＦを４．０ｗｔ％添加しており、ペースト粘度（ＭＰａ・ｓ）は２５℃で３００００ＭＰａ・ｓ、５０℃で４０００ＭＰａ・ｓ、活物質塗膜の塗膜重量バラツキ（％）は１．２％、極板折曲げ試験では割れなしであった。
【００４４】
（比較例１）
一方、比較例１は高分子結合剤樹脂として平均分子量が５５万のＰＶＤＦを４．０ｗｔ％添加した正極ペーストを１５℃に昇温して帯状金属箔１０上に吹き付けた場合であり、ペースト粘度（ＭＰａ・ｓ）は２５℃で２００００ＭＰａ・ｓ、５０℃で６０００ＭＰａ・ｓ、活物質塗膜の塗膜重量バラツキ（％）は４．５％、極板折曲げ試験では割れなしであった。
【００４５】
（比較例２）
また、比較例２は高分子結合剤樹脂として平均分子量が５５万のＰＶＤＦを４．０ｗｔ％添加した正極ペーストを６０℃に昇温して帯状金属箔１０上に吹き付けた場合であり、ペースト粘度（ＭＰａ・ｓ）は２５℃で５００００ＭＰａ・ｓ、５０℃で１００００ＭＰａ・ｓ、活物質塗膜は塗工不可であった。
【００４６】
（比較例３）
比較例３は高分子結合剤樹脂として平均分子量が３０万のＰＶＤＦを４．０ｗｔ％添加した正極ペーストを６０℃に昇温して帯状金属箔１０上に吹き付けた場合であり、ペースト粘度（ＭＰａ・ｓ）は２５℃で５０００ＭＰａ・ｓ、５０℃で１５００ＭＰａ・ｓ、活物質塗膜の塗膜重量バラツキ（％）は４．８％、極板折曲げ試験では割れありであった。
【００４７】
以上のように、本発明の各実施の形態１〜実施の形態７の場合は、高分子結合剤樹脂の分子量は平均分子量が５０万〜１００万、高分子結合剤樹脂の添加量が活物質に対して０．５ｗｔ％〜５．０ｗｔ％、活物質ペーストの塗工時における昇温温度は２０℃〜５５℃であり、高分子結合剤樹脂の平均分子量が５０万よりも小さいと結合力が乏しくなり活物質を保持することができなくなり、極板として形成させることが困難になり、１００万よりも大きいとペースト粘度が高くなり過ぎて流動性がなくなり生産工程が成立しないという課題を解決し、高分子結合剤樹脂の添加量が活物質に対して０．５ｗｔ％よりも少ないと活物質の結合力がなく、塗布工程において活物質層がもろくなり極板形成が不可能になり、５．０ｗｔ％よりも多いと極板形成は可能になるが、活物質表面を非導電体である高分子結合剤樹脂が被覆するため充電・放電反応効率が低くなるという課題を解決し、活物質ペーストの塗工時における昇温温度が２０℃よりも低いとペースト粘度が高くなり均一なペースト塗布が難しくなり、５５℃よりも高くなると高分子結合剤樹脂が変成して粘度が急激に増粘してペースト塗布することが不可能になるという問題を解決している。
【００４８】
一方、比較例１〜比較例３の場合は、高分子結合剤樹脂の平均分子量、活物質に対する高分子結合剤樹脂の添加量、活物質ペーストの塗工時における昇温温度の何れかが、高分子結合剤樹脂の平均分子量５０万〜１００万、高分子結合剤樹脂の活物質に対する添加量０．５ｗｔ％〜５．０ｗｔ％、活物質ペーストの塗工時における昇温温度２０℃〜５５℃を外れており、ペースト粘度（ＭＰａ・ｓ）が２５℃と５０℃で大きく変動するか、活物質塗膜の塗膜重量バラツキ（％）も４．０％以上と大きくなるか、極板折曲げ試験で割れが発見される等の何れかの問題がある。
【００４９】
なお、上記本発明の各実施の形態１〜実施の形態７における活物質ペーストを構成する正極活物質、導電材、負極活物質、高分子結合剤樹脂とその分子量と添加量、非水系溶媒、活物質ペーストを作成する手段等は各実施の形態１〜実施の形態７に記載されたものに限定されるものではなく、正極活物質としてはリチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物等を用いることができ、導電材としては人造黒鉛、ケッチェンブラック等のカーボンブラックを用いることができ、負極活物質としてはフェノール樹脂、ポリアクリロニトリル、セルロース等の有機高分子化合物を焼成したもの、コークスやピッチを焼成することにより得られたもの、メソフェーズピッチを焼成したメソフェーズカーボンブラック、または人造グラファイト、天然グラファイト等を用いることができ、ペースト作成に用いる非水系溶媒としてトルエン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等を単独または混合して用いることができ、高分子結合剤樹脂としてカルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ＰＴＦＥ、ＰＦＥ、ホルマール系樹脂、アセタール系樹脂、アクリル／スチレン系共重合樹脂、アクリル系ゴム、スチレン／ブタジェン系共重合樹脂、ポリメタクリル酸アクリル系共重合体等を溶解した樹脂溶液あるいはエマルジョン化した樹脂溶液を単独あるいは複数種混合して用いることができる。
【００５０】
また、活物質、導電材、高分子結合剤樹脂、非水系溶媒等を混合して活物質ペーストを作成する手段としてはバッチ式ニーダ、連続式ニーダ、サンドミル等を用いることもでき、活物質ペーストを加温する手段としては電熱ヒータを用いることもできる。
【００５１】
また、活物質ペーストを構成する正極活物質、導電材、負極活物質、高分子結合剤樹脂の内、温度敏感材料は高分子結合剤樹脂だけであり、その他の正極活物質、導電材、負極活物質等は昇温に特に反応しない材料であるため、活物質ペーストの加温温度を２０℃〜５５℃に昇温すると現われる作用は高分子結合剤樹脂だけで考えればよく、２０℃〜５５℃に昇温すると高分子結合剤樹脂の溶解性が向上するという作用は上記各実施の形態における高分子結合剤樹脂だけに限られるものではなく、他の高分子結合剤樹脂にも等しく現われる作用である。
【００５２】
また、活物質ペーストの固形分濃度は５０ｗｔ％〜８０ｗｔ％であることが望ましく、５０ｗｔ％よりも低いとペースト粘度が低くなり塗布乾燥時に膜厚バラツキを生じ、８０ｗｔ％よりも高くなるとペースト粘度が高くなり流動性がなくなり塗工が不可能になる。
【００５３】
以上のように、本発明の実施の形態１〜実施の形態７における角型リチウムイオン二次電池の電極の製造方法によれば、活物質ペースト中の高分子結合剤樹脂の溶解性が向上し活物質粒子、導電材粒子とのネットワーク構造を容易に形成できることで極板の柔軟性が向上して帯状の正極１と帯状のセパレータ２と帯状の負極３の１８０度折曲げ部分における活物質塗膜が損傷を防止でき、また、ペースト粘度が低減するので、塗布工程が安定化し、電極の寸法精度、巻回精度が向上し電池容量バラツキを大幅に低減して歩留りの良い生産が可能となる。
【００５４】
なお、上記各実施の形態では角型リチウムイオン二次電池の電極の製造方法で説明したが、角型リチウムイオン二次電池に限らず円筒型リチウムイオン二次電池の場合でも帯状の正極１と帯状のセパレータ２と帯状の負極３の巻回箇所において活物質塗膜に発生する損傷に対しても同様な効果のあるものである。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように、本発明のリチウムイオン二次電池の電極の製造方法によれば、リチウムイオン二次電池の帯状の正極と帯状のセパレータと帯状の負極を巻回する箇所の活物質塗膜に損傷がなく、また、活物質ペーストの塗布工程を安定して操作できることにより、寸法精度の劣化のない帯状の正極および帯状の負極を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における角型リチウムイオン二次電池の電極の製造方法を実施する製造装置の概念図
【図２】一般的な角型リチウムイオン二次電池の一部分解概念図
【符号の説明】
１ 帯状の正極
２ 帯状のセパレータ
３ 帯状の負極
４ 巻回する箇所
５ 塗料タンク
６ 定量ポンプ
７ ノズル
８ 塗布装置
９ リール
１０ 帯状金属箔
１１ 流入口
１２ 流出口
Claims (7)
- 帯状の正極と帯状のセパレータと帯状の負極とを積層して巻回するリチウムイオン二次電池の電極の製造方法において、活物質粒子と導電材粒子と高分子結合剤樹脂とを混合してなる活物質ペーストを加温して金属箔よりなる集電体上に塗布して帯状の正極および帯状の負極を形成するリチウムイオン二次電池の電極の製造方法。
- 活物質ペーストを加温して金属箔よりなる集電体上に塗布する場合の活物質ペーストの加温温度が２０℃〜５５℃である請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の電極の製造方法。
- 活物質ペーストを構成する高分子結合剤樹脂の平均分子量が５０万〜１００万である請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の電極の製造方法。
- 活物質ペーストにおける高分子結合剤樹脂の添加量が０．５ｗｔ％〜５．０ｗｔ％である請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の電極の製造方法。
- 活物質ペーストの粘度が２５℃で１０００ＭＰａ・ｓ〜５００００ＭＰａ・ｓ、５０℃で１００ＭＰａ・ｓ〜５０００ＭＰａ・ｓである請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の電極の製造方法。
- 活物質ペーストの固形分濃度が５０ｗｔ％〜８０ｗｔ％である請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の電極の製造方法。
- 加温可能なノズルで加温された活物質ペーストを金属箔よりなる集電体上に塗布する請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の電極の製造方法。
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