JP2011198559A - Electrode manufacturing method, electrode manufacturing apparatus, and electrode - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電極製造方法、電極製造装置、及び電極に関する。 The present invention relates to an electrode manufacturing method, an electrode manufacturing apparatus, and an electrode.
特許文献１には、リチウムイオン二次電池の正極の製造方法として、溶媒を含んだスラリー状の正極材を集電体に塗布、乾燥させて得られる正極層を、ローラプレス等によって押圧して正極層の嵩密度（充填密度）を上げることが開示されている。
In
しかしながら、前述した従来の製造方法では、乾燥後に得られる正極層には溶媒が含まれていないため、正極層中の正極活物質の粒子の流動性が低く、ローラプレス等によって押圧しても正極層に比較的大きな空隙が残って嵩密度を十分に上げることができないという問題点があった。 However, in the above-described conventional manufacturing method, since the positive electrode layer obtained after drying does not contain a solvent, the fluidity of the particles of the positive electrode active material in the positive electrode layer is low, and the positive electrode layer can be pressed even when pressed by a roller press or the like. There was a problem that a relatively large void remained in the layer and the bulk density could not be sufficiently increased.
本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、正極層に微細で均一な空隙を形成することで正極層の嵩密度を上げて、所望の電池性能を確保することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such problems, and aims to increase the bulk density of the positive electrode layer by forming fine and uniform voids in the positive electrode layer and to secure desired battery performance. And
本発明は、集電体と、集電体上に形成された電極層と、を備える電極を製造する電極製造方法である。 The present invention is an electrode manufacturing method for manufacturing an electrode including a current collector and an electrode layer formed on the current collector.
そして、電極層を構成する電極材に溶媒を含ませた電極混練物を集電体に塗布する塗布工程と、塗布工程後に電極混練物を押圧して圧縮するプレス工程と、プレス工程後に電極混練物に含まれる溶媒を揮発させて集電体上に電極層を形成する乾燥工程と、を備えることを特徴とする。 And the application process which apply | coats the electrode kneaded material which included the solvent to the electrode material which comprises an electrode layer to a collector, the press process which presses and compresses an electrode kneaded material after an application | coating process, and electrode kneading after a press process And a drying step of volatilizing a solvent contained in the product to form an electrode layer on the current collector.
あるいは、集電体上に電極層を構成する電極材を設けた状態で、その電極材に溶媒を含浸させる溶媒含浸工程と、溶媒含浸工程後に溶媒を含浸させた電極材を押圧して圧縮するプレス工程と、を備えることを特徴とする。 Alternatively, with the electrode material constituting the electrode layer provided on the current collector, the solvent impregnation step for impregnating the electrode material with the solvent and the electrode material impregnated with the solvent after the solvent impregnation step are pressed and compressed. And a pressing step.
また、本発明は、集電体と、集電体上に形成された電極層と、を備える電極を製造する電極製造装置である。 Moreover, this invention is an electrode manufacturing apparatus which manufactures an electrode provided with a collector and the electrode layer formed on the collector.
そして、電極層を構成する電極材に溶媒を含ませた電極混練物を集電体に塗布する塗布装置と、集電体に塗布された電極混練物を押圧して圧縮するプレス装置と、プレス装置によって圧縮された電極混練物に含まれる溶媒を揮発させて、集電体上に電極層を形成する乾燥装置と、を備えることを特徴とする。 A coating device that applies to the current collector an electrode kneaded material containing a solvent in the electrode material constituting the electrode layer; a press device that presses and compresses the electrode kneaded material applied to the current collector; And a drying device that volatilizes a solvent contained in the electrode kneaded product compressed by the device and forms an electrode layer on the current collector.
あるいは、集電体上に電極層を構成する電極材を設けた状態で、その電極材に溶媒を含浸させるとともに、溶媒を含浸させたその電極材を押圧して圧縮するプレス装置を備えることを特徴とする。 Alternatively, in a state in which the electrode material constituting the electrode layer is provided on the current collector, the electrode material is impregnated with a solvent, and a pressing device that presses and compresses the electrode material impregnated with the solvent is provided. Features.
本発明によれば、溶媒を含んだ状態の電極材を押圧して圧縮する。すなわち、溶媒によって電極材を構成する活物質粒子の流動性が確保された状態で押圧する。そのため、押圧時に電極材中の空隙を埋めるように活物質粒子が移動するので、電極材中に微細な空隙が均一に形成されることになる。 According to the present invention, the electrode material containing the solvent is pressed and compressed. That is, it presses in the state by which the fluidity | liquidity of the active material particle which comprises an electrode material was ensured with the solvent. Therefore, since the active material particles move so as to fill the voids in the electrode material when pressed, fine voids are uniformly formed in the electrode material.
以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
（第１実施形態）
図１は、本実施形態によるリチウムイオン二次電池１の概略図である。図１（Ａ）はリチウムイオン二次電池１の斜視図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram of a lithium ion
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、リチウムイオン二次電池１は、発電要素２と、発電要素２を収容する外装ケース３と、を備える。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the lithium ion
発電要素２は、正極４、電解質層としてのセパレータ５、及び負極６を順次積層した積層体として構成される。正極４は板状の正極集電体４ａの両面に正極層４ｂを有しており、負極６は板状の負極集電体６ａの両面に負極層６ｂを有している。なお、発電要素２の最外層に配置される正極４においては、正極集電体４ａの片面のみに正極層４ｂが形成される。
The
隣接する正極４、セパレータ５、及び負極６が一つの単位電池７を構成しており、リチウムイオン電池１は積層された複数の単位電池７をそれぞれ電気的に並列接続して構成される。
The adjacent positive electrode 4,
外装ケース３は、アルミニウム等の金属をポリプロピレンフィルム等の絶縁体で被覆した高分子−金属複合ラミネートフィルムのシート材からなる。外装ケース３は、発電要素２を収納した状態で、ケース外周部が熱融着によって接合される。この外装ケース３には、発電要素２からの電力を外部に取り出すため、外部端子としての正極タブ８及び負極タブ９が設けられる。
The
正極タブ８の一端は外装ケース３の外側にあり、正極タブ８の他端は外装ケース３の内部で各正極集電体４ａの集合部に接続する。負極タブ９の一端は外装ケース３の外側にあり、負極タブ９の他端は外装ケース３の内部で各負極集電体６ａの集合部に接続する。
One end of the positive electrode tab 8 is on the outer side of the
ここで、電極（正極４及び負極６）の一般的な製造方法とその問題点について簡単に説明する。 Here, a general manufacturing method of the electrodes (the positive electrode 4 and the negative electrode 6) and problems thereof will be briefly described.
一般的に電極は、電極材と溶媒とを混練させた比較的低固形のスラリー状の電極混練物を集電体に塗布し、その後に電極混練物中の溶媒を揮発させて電極材を形成する乾燥工程、及び電極材を圧縮してその嵩密度（厚さ）を調整するプレス工程を経て製造される。 In general, an electrode is formed by applying a relatively low solid slurry-like electrode kneaded material obtained by kneading an electrode material and a solvent to a current collector, and then volatilizing the solvent in the electrode kneaded material. It is manufactured through a drying process, and a pressing process in which the electrode material is compressed to adjust its bulk density (thickness).
しかしながら、乾燥工程の後にプレス工程を実施すると、電極混練物中の溶媒を全て揮発させた後の電極材を押圧することになる。そのため、溶媒がない分、電極材を構成する電極活物質粒子の流動性が低下するので、電極材を押圧しても電極材中に比較的大きな空隙が残ってしまい、電池性能が低下してしまうという問題点があった。 However, when the pressing step is performed after the drying step, the electrode material after all the solvent in the electrode kneaded product is volatilized is pressed. Therefore, since there is no solvent, the fluidity of the electrode active material particles constituting the electrode material is reduced, so even if the electrode material is pressed, a relatively large gap remains in the electrode material, resulting in a decrease in battery performance. There was a problem of end.
また、比較的低固形の電極混練物を集電体に塗布していたので、電極混練物中の溶媒量が相対的に多くなり、乾燥工程に要する時間が長くなるという問題点もあった。乾燥工程に要する時間が長くなるほど、乾燥炉長を長くする必要があり、設備投資額が増加する。 In addition, since a relatively low solid electrode kneaded material was applied to the current collector, there was a problem that the amount of solvent in the electrode kneaded material was relatively increased, and the time required for the drying process was increased. As the time required for the drying process becomes longer, it is necessary to lengthen the drying furnace length, and the amount of capital investment increases.
そこで本実施形態では、比較的高固形の電極混練物を集電体に塗布することで、乾燥工程に要する時間を短縮するとともに、乾燥工程前に溶媒を含有する電極混練物を押圧するプレス工程を実施することとした。 Therefore, in the present embodiment, by applying a relatively high solid electrode kneaded material to the current collector, the time required for the drying step is shortened, and the pressing step of pressing the electrode kneaded material containing the solvent before the drying step We decided to carry out.
図２は、リチウムイオン電池１の電極製造時に使用する本実施形態による電極製造装置１００の概略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the
電極製造装置１００は、搬送装置１０と、混練装置２０と、塗布装置３０と、プレス装置４０と、乾燥装置５０と、を備える。
The
電極製造装置１００は、搬送装置１０によって搬送される金属箔１４の表面に、混練装置２０で混練した電極混練物２１を塗布装置３０によって塗布し、プレス装置４０によって電極混練物２１の嵩密度を調整した後、乾燥装置５０によって乾燥させて電極を製造する装置である。
The
以下、電極製造装置１００を構成する各装置について詳しく説明する。
Hereinafter, each apparatus which comprises the
搬送装置１０は、引取ロール１１と、巻取ロール１２と、サポートロール１３と、を備える。搬送装置１０は、ロールトゥロール方式によって正極集電体４ａ又は負極集電体６ａとなる薄い膜状の金属箔（厚さ１０［μｍ］〜４０［μｍ］）１４を引取ロール１１から巻取ロール１２へと搬送する。
The
本実施形態では、正極４を製造する場合には正極集電体４ａとなる金属箔１４としてアルミニウム箔を使用し、負極６を製造する場合には負極集電体６ａとなる金属箔１４として銅箔を使用するが、これに限られるものではない。
In the present embodiment, when the positive electrode 4 is manufactured, an aluminum foil is used as the
引取ロール１１には、金属箔１４が巻かれる。引取ロール１１は制動機構１５を備えており、この制動機構１５によって引取ロール１１の回転が適宜規制され、金属箔１４に所定の張力が付与される。
A
巻取ロール１２は、駆動モータ１６によって回転駆動され、引取ロール１１から引き取った金属箔１４を巻き取る。
The take-
サポートロール１３は、引取ロール１１と巻取ロール１２との間の金属箔搬送経路に複数設けられ、搬送中の金属箔１４の下面を保持する。
A plurality of
混練装置２０は二軸混練機であり、電極材を溶媒中で均一に分散させて、せん断速度（シアレート）［１／ｓｅｃ］において、所定の粘度[Ｐａ・ｓ]に調整されたスラリー状の電極混練物２１を製造する装置である。混練装置２０は、製造された電極混練物２１の温度が４０［℃］〜６０［℃］となるように、加温しつつ電極材を溶媒中で均一に分散させている。混練装置２０は二軸混練機に限られるものではなく、例えば遊星式ミキサやニーダを用いても良い。
The kneading
ここで、本実施形態では、製造された電極混練物２１が高固形の混練物となるように溶媒の量を調節している。具体的には、溶媒の重量パーセント（ｗｔ％）が、電極材に対して１０［ｗｔ％］〜３０［ｗｔ％］となるように調節している。
Here, in this embodiment, the amount of the solvent is adjusted so that the manufactured electrode kneaded
このように、金属箔１４に塗布する電極混練物２１を高固形とすることで、乾燥前に電極混練物２１をプレスすることを可能としている。また、高固形とすることで、電極混練物中の溶媒量が相対的に少なくなるので、乾燥時間も短くすることができる。
Thus, by making the electrode kneaded
なお、本実施形態でいう高固形の混練物とは、せん断速度が５０［１／ｓｅｃ］から４０００［１／ｓｅｃ］の範囲における粘度が、１０［Ｐａ・ｓ］から１０００［Ｐａ・ｓ］の範囲にあるものをいう。この中でも、せん断速度が２００［１／ｓｅｃ］から４０００［１／ｓｅｃ］の範囲における粘度が、１０［Ｐａ・ｓ］から１０００［Ｐａ・ｓ］の範囲にあることが好ましい。 The highly solid kneaded material referred to in the present embodiment has a viscosity of 10 [Pa · s] to 1000 [Pa · s] in a shear rate range of 50 [1 / sec] to 4000 [1 / sec]. The one in the range. Among these, it is preferable that the viscosity in the range of 200 [1 / sec] to 4000 [1 / sec] is in the range of 10 [Pa · s] to 1000 [Pa · s].
電極混練物２１には、正極４を製造する場合に製造される正極混練物と、負極６を製造する場合に製造される負極混練物と、がある。
The electrode kneaded
正極混練物を製造する場合は、混練装置２０に電極材としての正極活物質、導電助剤、及びバインダ（結着剤）が投入され、これらが溶媒中で均一に分散させられる。負極混練物を製造する場合は、混練装置２０に電極材としての負極活物質、導電助剤、及びバインダが投入され、これらが溶媒中で均一に分散させられる。
When manufacturing a positive electrode kneaded material, the positive electrode active material, the conductive support agent, and a binder (binder) as an electrode material are put into the kneading
正極活物質は、リチウム金属酸化物などのリチウムイオンを吸蔵・放出する物質である。本実施形態では、正極活物質としてマンガン酸リチウムを使用する。 The positive electrode active material is a material that absorbs and releases lithium ions such as lithium metal oxide. In this embodiment, lithium manganate is used as the positive electrode active material.
負極活物質は、リチウム金属酸化物やハードカーボン、グラファイトなどのリチウムイオンを放出・吸蔵する物質である。本実施形態では、負極活物質としてハードカーボンを使用する。 The negative electrode active material is a substance that releases and occludes lithium ions such as lithium metal oxide, hard carbon, and graphite. In this embodiment, hard carbon is used as the negative electrode active material.
導電助剤は、カーボン材料（カーボン粉末やカーボンファイバ）などの導電性を高める物質である。カーボン粉末としては、アセチレンブラック、ファーネスブラック、及びケッチェンブラックなどの種々のカーボンブラックや、グラファイト粉末を使用することができる。本実施形態では、正極混練物を製造する場合も負極混練物を製造する場合も共に、導電助剤としてアセチレンブラックを使用する。 The conductive additive is a substance that enhances conductivity, such as a carbon material (carbon powder or carbon fiber). As the carbon powder, various carbon blacks such as acetylene black, furnace black, and ketjen black, and graphite powder can be used. In this embodiment, acetylene black is used as a conductive additive both when the positive electrode kneaded material is manufactured and when the negative electrode kneaded material is manufactured.
バインダは、活物質微粒子同士を結び付ける物質である。本実施形態では、正極混練物を製造する場合も負極混練物を製造する場合も共に、バインダとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を使用するが、これに限られるものではない。 The binder is a substance that binds the active material fine particles to each other. In the present embodiment, polyvinylidene fluoride (PVDF) is used as a binder in both cases of producing a positive electrode kneaded material and a negative electrode kneaded material, but the present invention is not limited to this.
溶媒は、電極材を溶かす液体である。本実施形態では、正極混練物を製造する場合も負極混練物を製造する場合も共に、溶媒としてＮ−メチルピロリデン（ＮＭＰ）を使用するが、これに限られるものではない。 The solvent is a liquid that dissolves the electrode material. In this embodiment, N-methylpyrrolidene (NMP) is used as a solvent in both the case where the positive electrode kneaded material is manufactured and the case where the negative electrode kneaded material is manufactured. However, the present invention is not limited to this.
塗布装置３０は、混練装置２０で製造された電極混練物２１を金属箔１４の表面に塗布する装置であって、ギヤポンプ３１と、スリットダイ３２と、を備える。
The
ギヤポンプ３１は、混練装置２０とスリットダイ３２との間に設けられ、混練装置２０で製造された電極混練物２１を加圧してスリットダイ３２へ送り込む。
The
スリットダイ３２は、先端部に形成されたスリット３２ａを介して電極混練物２１を吐出し、搬送途中の金属箔１４の表面に電極混練物２１を塗布する。スリットダイ３２は、金属箔１４の搬送方向に所定の間隔を空けて電極混練物２１を塗布する。
The slit die 32 discharges the electrode kneaded
プレス装置４０は、塗布装置３０よりも下流側の金属箔搬送経路に設けられて、電極混練物２１を押圧する装置であり、ローラプレス４１と、バキュームポンプ４２と、を備える。
The
ローラプレス４１は、金属箔１４の表面側から電極混練物２１を直接押圧する第１ローラ４１ａと、金属箔１４の裏面側から金属箔１４を介して電極混練物２１を押圧する第２ローラ４１ｂと、を備える。ローラプレス４１は、電極混練物２１を第１ローラ４１ａと第２ローラ４１ｂとで挟みこんで圧縮する。このとき、電極混練物２１が第１ローラ４１ａのローラ面４３に付着しないようにローラ面４３を所定温度に保持しつつ、圧縮時に電極混練物２１から染み出した溶媒をローラ面４３を介して吸い取ることで、電極混練物２１が所定の嵩密度となるように調整している。そのために、第１ローラ４１ａには、負圧室４４と、連通孔４５と、ヒータ４６と、が設けられる。
The
負圧室４４は、第１ローラ４１ａの内部に形成された所定の容積を持つ空間である。負圧室４４はバキュームポンプ４２に接続されており、バキュームポンプ４２によって減圧される。
The
連通孔４５は、負圧室４４と第１ローラ４１ａのローラ面４３とを連通する通路である。連通孔４５を介して電極混練物２１から染み出した溶媒が減圧された負圧室４４へと吸い取られ、除去される（減圧除去）。
The
ヒータ４６は、第１ローラ４１ａの内部に設けられ、第１ローラ４１ａのローラ面４３を加熱する。本実施形態では、ローラ面４３の温度が２５［℃］から６０［℃］の範囲に収まるように、ヒータ４６によってローラ面４３を加熱している。
The
乾燥装置５０は熱風乾燥炉であり、プレス装置４０よりも下流側の金属箔搬送経路に設けられる。乾燥装置５０は、電極混練物２１に熱風を吹き付けて電極混練物中の溶媒を揮発除去し、電極混練物２１を乾燥させる装置である。
The drying
図３は、本実施形態による電極の製造工程とその様子を簡単に表した図である。 FIG. 3 is a diagram simply showing the electrode manufacturing process according to the present embodiment and its state.
図３に示すように、本実施形態では、混練工程、塗布工程、プレス工程、及び乾燥工程を経て電極が製造される。 As shown in FIG. 3, in this embodiment, an electrode is manufactured through a kneading step, a coating step, a pressing step, and a drying step.
混練工程では、混練装置２０によって電極材と溶媒とを混練して所定の粘度及びせん断速度に調整された高固形のスラリー状の電極混練物２１を製造する。
In the kneading step, the electrode material and the solvent are kneaded by the kneading
塗布工程では、金属箔１４の表面に混練工程で製造された電極混練物２１を塗布する。
In the application step, the electrode kneaded
プレス工程では、塗布工程で金属箔１４の表面に塗布された電極混練物２１をローラプレス４１によって表裏両面から押圧し、電極混練物２１が所定の嵩密度になるように調節する。押圧時に電極混練物２１から染み出した溶媒は、バキュームポンプ４２によって第１ローラ４１ａのローラ面４３を介して減圧除去される。
In the pressing step, the electrode kneaded
乾燥工程では、プレス工程で厚みが調整された電極混練物中の溶媒を乾燥装置５０によって揮発させ、電極材からなる電極層を形成する。
In the drying process, the solvent in the electrode kneaded product whose thickness is adjusted in the pressing process is volatilized by the drying
図４は、本実施形態による電極製造装置１００の作用について説明する図である。図４（Ａ）は、本実施形態による電極製造装置１００によって電極を製造しているときの、プレス工程中の電極内部の拡大図と、乾燥工程後の電極内部の拡大図と、を示す図である。図４（Ｂ）は、前述した一般的な電極製造方法によって電極を製造しているときの、プレス工程中の電極内部の拡大図と、プレス工程後の電極内部の拡大図と、を示す図である。図４（Ｂ）は、本発明の理解を容易にするために比較例として示したものである。
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the
図４（Ａ）の左図に示すように、本実施形態の場合は、溶媒によって電極混練物中の活物質の流動性が確保された状態で電極混練物２１を押圧している。そのため、ローラプレス４１によって押圧されたときに、電極混練物中の活物質が、ローラプレス４１よる圧力付与方向（金属箔１４の表面に垂直な方向、以下「面直方向」という。）だけでなく、面内方向（金属箔１４の表面に並行な方向）にも移動する。
As shown to the left figure of FIG. 4 (A), in the case of this embodiment, the electrode kneaded
このように、電極混練物中の活物質が、面直方向だけでなく面内方向にも容易に移動可能な状態で電極混練物２１を押圧することで、電極混練物中の活物質間の距離等を均一にし、活物質を電極混練物中に均一に分布させることができる。
Thus, the active material in the electrode kneaded material is pressed between the active materials in the electrode kneaded material by pressing the electrode kneaded
これにより、図４（Ａ）の右図に示すように、プレス工程後の乾燥工程で電極混練物中の溶媒を揮発させたときに、電極層に緻密で微細な空隙（以下「細孔」という。）を均一に形成することができ、電極層の嵩密度を上げることができる。 As a result, as shown in the right diagram of FIG. 4A, when the solvent in the electrode kneaded product is volatilized in the drying step after the pressing step, the electrode layer has dense and fine voids (hereinafter referred to as “pores”). Can be formed uniformly, and the bulk density of the electrode layer can be increased.
そのため、本実施形態による電極製造装置１００によって製造された電極は、電極層において良好な導電ネットワークを形成することができる。したがって、電極の内部抵抗を低減することができるので、電極の出力特性を向上させることができ、所望の電池性能を得ることができる。
Therefore, the electrode manufactured by the
これに対し、図４（Ｂ）の左図に示すように、比較例の場合は、電極混練物中の溶媒を揮発させた状態の電極層を押圧するため、電極層中の活物質の流動性が低い。そのため、電極層中の活物質は、圧力付与方向である面直方向には移動するものの、面内方向には移動しにくい。 On the other hand, as shown in the left diagram of FIG. 4B, in the case of the comparative example, since the electrode layer in a state where the solvent in the electrode kneaded material is volatilized is pressed, the flow of the active material in the electrode layer The nature is low. For this reason, the active material in the electrode layer moves in the direction perpendicular to the surface, which is the pressure application direction, but hardly moves in the in-plane direction.
したがって、図４（Ｂ）の右図に示すように、電極層を押圧しても、電極層中の活物質を均一に分布させることが難しく、電極層中に均一な細孔を形成することができない。 Therefore, as shown in the right diagram of FIG. 4B, even if the electrode layer is pressed, it is difficult to uniformly distribute the active material in the electrode layer, and uniform pores are formed in the electrode layer. I can't.
図５は、本実施形態による電極製造装置１００によって製造した電極の電極層の細孔分布を、水銀圧入法によって測定したときの細孔容積微分曲線を示したものである。
FIG. 5 shows a pore volume differential curve when the pore distribution of the electrode layer of the electrode manufactured by the
図５に示すように、本実施形態では、水銀圧入法による細孔容積微分曲線のピークトップが、細孔直径０．１［μｍ］から０．３［μｍ］の間に存在するようにしている。なお、ピークトップとは、細孔容積微分曲線の縦軸の座標値が最も大きい値をとる点をいう。 As shown in FIG. 5, in this embodiment, the peak top of the pore volume differential curve by the mercury intrusion method is set to exist between the pore diameters of 0.1 [μm] and 0.3 [μm]. Yes. The peak top means a point where the coordinate value of the vertical axis of the pore volume differential curve takes the largest value.
このようにすることで、電池反応に寄与する電極層中の活物質比表面積が増加し、充放電容量及びレート特性が向上する。また、電極層内部の細孔構造が、セパレータ側の電極表面に貫通した細孔を多く有する構造となる。 By doing in this way, the active material specific surface area in the electrode layer which contributes to a battery reaction increases, and charge / discharge capacity and rate characteristics improve. In addition, the pore structure inside the electrode layer is a structure having many pores penetrating the electrode surface on the separator side.
以上説明した本実施形態によれば、溶媒によって電極混練物中の活物質の流動性が確保された状態で電極混練物２１を押圧し、その後に電極混練物２１を乾燥させて電極混練物中の溶媒を揮発させることとした。
According to the present embodiment described above, the electrode kneaded
そのため、押圧時において、電極混練物中の活物質が面直方向だけでなく面内方向にも容易に移動することができるので、電極混練物２１に対して均一に荷重を付与することができる。これにより、電極混練物中の活物質間の距離等を均一にし、活物質を電極混練物中に均一に分布させることができる。
Therefore, during pressing, the active material in the electrode kneaded material can easily move not only in the direction perpendicular to the surface but also in the in-plane direction, so that a load can be uniformly applied to the electrode kneaded
その結果、乾燥後に形成される電極層中に緻密で均一な細孔を形成することができ、電極層の嵩密度を向上させることができる。したがって、本実施形態によって製造された電極は、電極層において良好な導電ネットワークを形成することができ、電極の内部抵抗を低減することができるので、出力特性を向上させることができる。 As a result, dense and uniform pores can be formed in the electrode layer formed after drying, and the bulk density of the electrode layer can be improved. Therefore, the electrode manufactured according to the present embodiment can form a good conductive network in the electrode layer, and the internal resistance of the electrode can be reduced, so that the output characteristics can be improved.
また、溶媒を含有した状態で押圧するため、嵩密度を調整する際に必要な荷重を、溶媒を揮発させた乾燥状態で押圧する場合と比べて小さくすることができる。 Moreover, since it presses in the state containing a solvent, the load required when adjusting a bulk density can be made small compared with the case where it presses in the dry state which volatilized the solvent.
また、溶媒の含有量が相対的に少ない高固形の電極混練物２１を塗布することで、乾燥工程に要する時間を短くすることができる。
Moreover, the time which a drying process requires can be shortened by apply | coating the highly solid electrode kneaded
また、押圧時に電極混練物２１から染み出した溶媒を第１ローラ４１ａのローラ面４３を介して減圧除去することで、プレス工程後の乾燥工程において、溶媒を揮発させるために必要な時間をより一層短くすることができる。
Further, the solvent exuded from the electrode kneaded
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本発明の第２実施形態は、乾燥工程後に溶媒含浸工程及びプレス工程を実施する点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。なお、前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The second embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that a solvent impregnation step and a pressing step are performed after the drying step. Hereinafter, the difference will be mainly described. In addition, the description which overlaps using the same code | symbol to the part which fulfill | performs the same function as 1st Embodiment mentioned above is abbreviate | omitted suitably.
本実施形態では、混練工程、塗布工程、乾燥工程を経た後にプレス工程を実施するが、プレス工程の前に電極材に溶媒を含浸させる溶媒含浸工程を設ける。これにより、プレス工程において、溶媒を含浸させた電極材を押圧することができるので、電極材中の活物質を面直方向だけでなく面内方向にも容易に移動させることができる。 In this embodiment, the pressing process is performed after the kneading process, the coating process, and the drying process, but a solvent impregnation process for impregnating the electrode material with a solvent is provided before the pressing process. Thereby, since the electrode material impregnated with the solvent can be pressed in the pressing step, the active material in the electrode material can be easily moved not only in the perpendicular direction but also in the in-plane direction.
なお、本実施形態ではプレス工程の前に乾燥工程が設けられているので、混練工程において製造される電極混練物は、高固形のものであっても低固形のものであっても良い。 In the present embodiment, since the drying step is provided before the pressing step, the electrode kneaded product produced in the kneading step may be either a high solid or a low solid.
以下では、混練工程、塗布工程、及び乾燥工程で使用する装置は第１実施形態と同様なので説明を省略し、溶媒含浸工程及びプレス工程で使用する本実施形態による真空プレス装置６０について説明する。
Below, since the apparatus used at a kneading | mixing process, an application | coating process, and a drying process is the same as that of 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted and the
図６は、本実施形態による真空プレス装置６０の概略構成図である。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of the
真空プレス装置６０は、表面に電極材が形成された金属箔１４が配置されるワーク設置部６１と、ワーク設置部６１の内部を減圧して略真空状態とする真空ポンプ６２と、ワーク設置部６１に設置された金属箔表面の電極材を押圧する平板プレス６３と、を備える。
The
平板プレス６３には、電極材に含浸させる溶媒をワーク設置部６１に注入するとともに、押圧時に染み出した溶媒をワーク設置部６１から除去するための溶媒注入排出孔６４が設けられる。溶媒注入排出孔６４は溶媒注入排出ポンプ６５に接続されており、溶媒注入排出ポンプ６５による加圧時に溶媒タンク６６から溶媒が注入され、減圧時に溶媒タンク６６へ溶媒が吸い戻される。
The
プレス装置４０は、まず真空ポンプ６２でワーク設置部６１の内部を減圧して略真空状態とした後に、溶媒注入排出孔６４から溶媒を注入し、電極材に溶媒を含浸させる。その後、平板プレス６３によって電極材を押圧して圧縮しつつ、このとき染み出した溶媒を溶媒注入排出孔６４から吸い出して電極材の嵩密度を調節する。
The
図７は、溶媒含浸工程及びプレス工程における電極の様子を簡単に表した図である。 FIG. 7 is a diagram simply showing the state of the electrodes in the solvent impregnation step and the pressing step.
乾燥工程後の溶媒含浸工程では、電極材に対し、真空下で溶媒を含浸させる。溶媒は揮発性の溶媒であれば良く、本実施形態では電解液を使用している。 In the solvent impregnation step after the drying step, the electrode material is impregnated with a solvent under vacuum. The solvent may be a volatile solvent, and an electrolytic solution is used in this embodiment.
プレス工程では、溶媒を含浸させた電極材を押圧して圧縮しつつ、染み出した溶媒を吸い出して電極材の嵩密度を調整する。 In the pressing step, the electrode material impregnated with the solvent is pressed and compressed, and the exuded solvent is sucked out to adjust the bulk density of the electrode material.
以上説明した本実施形態によれば、電極混練物２１を乾燥させて金属箔１４の表面に電極材を形成した状態で、その電極材に電解液を含浸させ、電解液を含浸させた電極材を押圧して圧縮することとした。
According to this embodiment described above, the electrode kneaded
そのため、押圧時においては、電解液によって電極材中の活物質の流動性が確保されているため、活物質が面直方向だけでなく面内方向にも容易に移動することができる。したがって、電極材に対して均一に荷重を付与することができる。これにより、電極材中の活物質間の距離等を均一にし、電極材中に活物質を均一に分布させることができる。 Therefore, at the time of pressing, since the fluidity of the active material in the electrode material is ensured by the electrolytic solution, the active material can be easily moved not only in the perpendicular direction but also in the in-plane direction. Therefore, a load can be uniformly applied to the electrode material. Thereby, the distance etc. between the active materials in an electrode material can be made uniform, and an active material can be distributed uniformly in an electrode material.
その結果、電極層中に緻密で均一な細孔を形成することができ、電極層の嵩密度を向上させることができる。したがって、本実施形態によって製造された電極は、電極層において良好な導電ネットワークを形成することができ、電極の内部抵抗を低減することができるので、出力特性を向上させることができる。 As a result, dense and uniform pores can be formed in the electrode layer, and the bulk density of the electrode layer can be improved. Therefore, the electrode manufactured according to the present embodiment can form a good conductive network in the electrode layer, and the internal resistance of the electrode can be reduced, so that the output characteristics can be improved.
また、溶媒を含有した状態で押圧するため、嵩密度を調整する際に必要な荷重を、溶媒を揮発させた乾燥状態で押圧する場合と比べて小さくすることができる。 Moreover, since it presses in the state containing a solvent, the load required when adjusting a bulk density can be made small compared with the case where it presses in the dry state which volatilized the solvent.
また、真空下で電極材に電解液を注入することで、電極材中の空隙に電解液を確実に含浸させることができる。 In addition, by injecting the electrolytic solution into the electrode material under vacuum, the voids in the electrode material can be reliably impregnated with the electrolytic solution.
さらに、本実施形態では、乾燥工程の後に溶媒含浸工程を設けて、その後にプレス工程を実施するため、金属箔１４に塗布する電極混練物は、高固形のものに限らず低固形のものであっても問題ない。そのため、低固形の電極混練物を製造して金属箔１４に塗布することとすれば、電極混練物の集電体に対する追従性を向上させることができるので、集電体と電極層の接着強度を向上させることができる。
Furthermore, in this embodiment, since the solvent impregnation step is provided after the drying step, and then the pressing step is performed, the electrode kneaded material applied to the
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.
例えば、第１実施形態では、高固形の電極混練物２１を塗布し、高固形の電極混練物２１を押圧して圧縮した後に乾燥させていたが、低固形の電極混練物を塗布した後に、ある程度乾燥させて高固形の電極混練物２１とし、それを押圧して圧縮した後に完全に乾燥させても良い。低固形の電極混練物を集電体に塗布することで、電極混練物の集電体に対する追従性を向上させることができるので、集電体と電極層の接着強度を向上させることができる。
For example, in the first embodiment, the high solid electrode kneaded
４ 正極（電極）
４ａ 正極集電体（集電体）
４ｂ 正極層（電極層）
６ 負極（電極）
６ａ 負極集電体（集電体）
６ｂ 負極層（電極層）
２１ 電極混練物
３０ 塗布装置
４０ プレス装置
５０ 乾燥装置
６０ 真空プレス装置（プレス装置）
６３ 平板プレス（プレス器）
６４ 溶媒注入排出孔（溶媒供給孔）
１００ 電極製造装置
4 Positive electrode (electrode)
4a Positive electrode current collector (current collector)
4b Positive electrode layer (electrode layer)
6 Negative electrode (electrode)
6a Negative electrode current collector (current collector)
6b Negative electrode layer (electrode layer)
21 Electrode kneaded
63 Flat plate press
64 Solvent injection / discharge hole (solvent supply hole)
100 Electrode manufacturing equipment
Claims (9)
前記電極層を構成する電極材に溶媒を含ませた電極混練物を前記集電体に塗布する塗布工程と、
前記塗布工程後に、前記電極混練物を押圧して圧縮するプレス工程と、
前記プレス工程後に、前記電極混練物に含まれる溶媒を揮発させて、前記集電体上に前記電極層を形成する乾燥工程と、
を備えることを特徴とする電極製造方法。 In an electrode manufacturing method for manufacturing an electrode comprising a current collector and an electrode layer formed on the current collector,
An application step of applying an electrode kneaded material containing a solvent to the electrode material constituting the electrode layer to the current collector;
A pressing step of pressing and compressing the electrode kneaded product after the coating step;
After the pressing step, the solvent contained in the electrode kneaded product is volatilized, and a drying step of forming the electrode layer on the current collector,
An electrode manufacturing method comprising:
前記電極混練物は、乾燥前に押圧可能なように所定のシアレートにおいて粘度が調整された高固形の混練物である、
ことを特徴とする電極製造方法。 The electrode manufacturing method according to claim 1,
The electrode kneaded material is a high solid kneaded material whose viscosity is adjusted at a predetermined shear rate so that it can be pressed before drying.
The electrode manufacturing method characterized by the above-mentioned.
前記集電体上に前記電極層を構成する電極材を設けた状態で、その電極材に溶媒を含浸させる溶媒含浸工程と、
前記溶媒含浸工程後に、前記溶媒を含浸させた前記電極材を押圧して圧縮するプレス工程と、
を備えることを特徴とする電極製造方法。 In an electrode manufacturing method for manufacturing an electrode comprising a current collector and an electrode layer formed on the current collector,
A solvent impregnation step of impregnating the electrode material with a solvent in a state in which the electrode material constituting the electrode layer is provided on the current collector;
A pressing step of pressing and compressing the electrode material impregnated with the solvent after the solvent impregnation step;
An electrode manufacturing method comprising:
前記電極材を含むスラリー状の電極混練物を前記集電体に塗布する塗布工程と、
前記塗布工程後に、前記電極混練物を乾燥させて電極材とする乾燥工程と、
を備え、
前記溶媒含浸工程は、前記乾燥工程後に実施される、
ことを特徴とする電極製造方法。 In the electrode manufacturing method according to claim 3,
A coating step of applying a slurry-like electrode kneaded material containing the electrode material to the current collector;
After the coating step, a drying step of drying the electrode kneaded product to form an electrode material;
With
The solvent impregnation step is performed after the drying step.
The electrode manufacturing method characterized by the above-mentioned.
前記溶媒含浸工程は、真空下で前記電極材に前記溶媒を含浸させる、
ことを特徴とする電極製造方法。 In the electrode manufacturing method according to claim 3 or claim 4,
The solvent impregnation step impregnates the electrode material with the solvent under vacuum;
The electrode manufacturing method characterized by the above-mentioned.
前記電極層の細孔分布を水銀圧入法によって測定したときに、細孔容積微分曲線のピークトップが、細孔直径０、１μｍ以上、０、３μｍ未満の範囲に存在している、
ことを特徴とする電極。 In the electrode manufactured by the electrode manufacturing method according to any one of claims 1 to 5,
When the pore distribution of the electrode layer is measured by mercury porosimetry, the peak top of the pore volume differential curve is present in a range of pore diameters of 0, 1 μm or more, 0, or less than 3 μm.
An electrode characterized by that.
前記電極層を構成する電極材に溶媒を含ませた電極混練物を前記集電体に塗布する塗布装置と、
前記集電体に塗布された前記電極混練物を押圧して圧縮するプレス装置と、
前記プレス装置によって圧縮された前記電極混練物に含まれる溶媒を揮発させて、前記集電体上に前記電極層を形成する乾燥装置と、
を備えることを特徴とする電極製造装置。 In an electrode manufacturing apparatus for manufacturing an electrode comprising a current collector and an electrode layer formed on the current collector,
A coating apparatus for coating the current collector with an electrode kneaded material containing a solvent in the electrode material constituting the electrode layer;
A press device for pressing and compressing the electrode kneaded material applied to the current collector;
A drying device for volatilizing a solvent contained in the electrode kneaded product compressed by the pressing device to form the electrode layer on the current collector;
An electrode manufacturing apparatus comprising:
前記集電体上に前記電極層を構成する電極材を設けた状態で、その電極材に溶媒を含浸させるとともに、溶媒を含浸させたその電極材を押圧して圧縮するプレス装置を備える、
ことを特徴とする電極製造装置。 In an electrode manufacturing apparatus for manufacturing an electrode comprising a current collector and an electrode layer formed on the current collector,
In a state where the electrode material constituting the electrode layer is provided on the current collector, the electrode material is impregnated with a solvent, and a pressing device that presses and compresses the electrode material impregnated with the solvent is provided.
An electrode manufacturing apparatus.
前記プレス装置は、
電極材を押圧するプレス器と、
前記プレス器のプレス面に連通し、前記電極材に含浸させる溶媒を供給する溶媒供給孔と、
を備えることを特徴とする電極製造装置。 In the electrode manufacturing apparatus according to claim 8,
The press device
A press for pressing the electrode material;
A solvent supply hole that communicates with the press surface of the press and supplies a solvent to be impregnated into the electrode material;
An electrode manufacturing apparatus comprising:
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