JP5875487B2 - リチウムイオン二次電池の製造方法及び製造装置 - Google Patents

リチウムイオン二次電池の製造方法及び製造装置 Download PDF

Info

Publication number
JP5875487B2
JP5875487B2 JP2012188650A JP2012188650A JP5875487B2 JP 5875487 B2 JP5875487 B2 JP 5875487B2 JP 2012188650 A JP2012188650 A JP 2012188650A JP 2012188650 A JP2012188650 A JP 2012188650A JP 5875487 B2 JP5875487 B2 JP 5875487B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
ion secondary
positive electrode
secondary battery
lithium ion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2012188650A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2014049184A (ja
Inventor
洋一 ▲高▼原
洋一 ▲高▼原
正志 西亀
正志 西亀
千恵美 窪田
千恵美 窪田
菊池　廣
廣 菊池
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2012188650A priority Critical patent/JP5875487B2/ja
Priority to CN201380035645.2A priority patent/CN104428925B/zh
Priority to PCT/JP2013/068689 priority patent/WO2014034282A1/ja
Priority to KR1020157001475A priority patent/KR101660189B1/ko
Publication of JP2014049184A publication Critical patent/JP2014049184A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5875487B2 publication Critical patent/JP5875487B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0409—Methods of deposition of the material by a doctor blade method, slip-casting or roller coating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0471—Processes of manufacture in general involving thermal treatment, e.g. firing, sintering, backing particulate active material, thermal decomposition, pyrolysis
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1391—Processes of manufacture of electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1393—Processes of manufacture of electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621—Binders
    • H01M4/622—Binders being polymers
    • H01M4/623—Binders being polymers fluorinated polymers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池の製造方法及びその装置に関し、特に正極、負極および、正極と負極を電気的に分離するセパレータとを備えるリチウムイオン二次電池の製造方法及び製造装置に関する。
携帯電子機器の発達に伴い、これらの携帯電子機器の電力供給源として、繰り返し充電が可能な小型二次電池が使用されている。中でも、エネルギー密度が高く、サイクルライフが長いとともに、自己放電性が低く、かつ、作動電圧が高いリチウムイオン二次電池が注目されている。リチウムイオン二次電池は、上述した利点を有するため、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機などの携帯電子機器に多用されている。さらに、近年では、電気自動車用電池や電力貯蔵用電池として、高容量、高出力、かつ、高エネルギー密度を実現できる大型のリチウムイオン二次電池の研究開発が進められている。特に、自動車産業においては、環境問題に対応するため、動力源としてモータを使用する電気自動車や、動力源としてエンジン（内燃機関）とモータとの両方を使用するハイブリッド車の開発が進められている。このような電気自動車やハイブリッド車の電源としてもリチウムイオン二次電池が注目されている。ただし、リチウムイオン二次電池は、作動電圧が高く、エネルギー密度が高いがゆえに、内部短絡や外部短絡などによる異常発熱に対する十分な対策が必要とされている。
リチウムイオン二次電池は、図８にその動作原理を示すように、非水電解質二次電池の一種で、電解質中のリチウムイオンが電気伝導を担う二次電池である。正極材料(活物質)にはリチウム金属酸化物を用い、負極材料(活物質)にはグラファイトなどの炭素材を用い、電解質には炭酸エチレンなどの有機溶媒＋ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)といったリチウム塩を用いるのが主流となっている。電池内では充電時にリチウムイオンは正極から出て負極に入り、放電時には逆にリチウムイオンは負極から出て正極に入る。
リチウムイオン二次電池の構造は、例えば、正極材料を塗工した正極板と、負極材料を塗工した負極板と、正極板と負極板の接触を防止するポリマフィルムなどのセパレータとを捲回した電極捲回体を備えている。そして、リチウムイオン二次電池では、この電極捲回体が外装缶に挿入されるとともに、外装缶内に電解液が注入されている。つまり、リチウムイオン二次電池では、金属箔に正極材料を塗工した正極板と、金属箔に負極材料を塗工した負極板とが帯状に形成され、帯状に形成された正極板と負極板が直接接触しないように、セパレータを介して断面渦巻状に捲回されて電極捲回体が形成される。
特開２００３−０４５４９１号公報（特許文献１）は、正極電極フィルム、負極電極フィルムを個別に形成して、負極電極フィルムにセパレータフィルムを貼り合わせて、該セパレータ付き負極電極フィルムに前記正極電極フィルムを積層して電極捲回体を形成する従来の電極製造方法では工程数が多い点、及び前記電極捲回体を複数枚積層した集電体内に溶液状の電解物質を均一に注入することは非常に困難で不良品の発生が多い点を改善する技術を開示している。
特開２００３−０４５４９１号公報（特許文献１）は、正極シート状物の両面に正極電極物質含有溶液と、電解、絶縁物質含有溶液とを、溶液吐出用スリットを有するダイコータを使用して塗布して、加熱工程を経て正極電極シート状物を形成し、同様に、負極シート状物の両面に負極電極物質含有溶液と、電解、絶縁物質含有溶液とを、ダイコータを使用して塗布して、加熱工程を経て負極電極シート状物を形成し、両電極シート状物を積層して電極捲回体を形成する二次電池製造方法および二次電池製造装置を開示している。
特開２００３−０４５４９１号公報
リチウムイオン二次電池の電極材料の塗工において、特許文献１のようにキャリア材の面に正極や負極の電極材料を塗工した上にセパレータとなる絶縁材料を塗工することで、生産効率の向上、製造装置のコンパクト化を可能とすることができる。
しかしながら、キャリア材の面に正極や負極の電極材料を塗工した上に連続してセパレータとなる絶縁材料をスリットダイコータで塗工した場合、電極材料層と絶縁材料層の界面に電極材料と絶縁材料の混合層ができ、セパレータとして機能する絶縁材料の層が薄くなるに従って、正極と負極の短絡が発生しやすくなり、不良の危険性が高くなる。
そこで、本発明は、電極材料層と絶縁材料層の界面にできる混合層を薄くすることが出来るリチウムイオン二次電池の製造方法及び製造装置を提供する。
上記課題を解決するために本発明では、正極、負極、および、正極と負極とを電気的に分離するセパレータとを備えたリチウムイオン二次電池の製造方法において、所定速度で供給された電極基板にスリットダイコータにより電極材料を塗工し、その下流で前記電極基板上の電極材料の層の上にカーテンコータにより前記セパレータとなる絶縁材料を塗工した後、乾燥炉にて両材料の層を乾燥・固着させて電極シートを製造するようにした。
また、上記課題を解決するために本発明では、電極基板を所定速度で供給する電極基板送り出しロールと、電極基板を所定速度で搬送する第１、第２、第３のローラと、前記第１のローラに対向した位置より前記電極基板に電極材料を塗工するスリットダイコータと、前記スリットダイコータの下流において、前記第２のローラに対向した位置より前記電極基板上の電極材料の層の上に絶縁材料を塗工するカーテンコータと、前記カーテンコータの下流において、前記電極基板上に塗工された電極材料と絶縁材料の層を加熱して、乾燥・固着させる乾燥炉と、前記電極材料と絶縁材料が固着された前記電極基板を巻き取る巻き取りロールとを備えたことを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造装置を構成した。
本発明によれば、キャリア材の面に電極材料と絶縁材料とを重ねて塗布して同時に乾燥、固着させる電極シートの製造方法を採用する場合に、電極材料層と絶縁材料層の界面の混合層の生成を薄く抑えることが出来るので、絶縁材料が薄くなった場合でも正極と負極の短絡は少なくなり、不良の危険性が低くなる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
実施例１におけるリチウムイオン二次電池の製造工程の構成図である。 本発明の比較例におけるリチウムイオン二次電池の製造工程の構成図である。 キャリア材の上に塗布されたスラリー状の電極材料層と絶縁材料層の界面の断面の概念図である。 実施例１と比較例のダイコーティング方法における絶縁層膜厚と混合層膜厚との関係を表わす図である。 実施例２におけるリチウムイオン二次電池の製造工程の構成図である。 実施例２と比較例のダイコーティング方法における絶縁層膜厚と混合層膜厚との関係を表わす図である。 (ａ)スリットダイコータによる塗布の状況を模式的に示す断面図であり、(ｂ)カーテンコータによる塗布の状況を模式的に示す断面図である。 リチウムイオン二次電池の動作原理を説明する図である。 リチウムイオン二次電池が製造されるまでの具体的な工程を模式的に示す図である。
以下、実施例を図面を用いて説明する。
図９は、リチウムイオン二次電池が製造されるまでの具体的な工程を模式的に示す図である。図９に示すように、リチウムイオン二次電池の製造工程は、正極電極シート製造工程と負極電極シート製造工程と電池セルの組立工程と電池モジュールの組立工程とを含んでいる。
正極電極シート製造工程では、まず、正極材料の原料となる各種材料を混練および調合して、スラリー材料(正極材料)を作成する。そして、フィルム状の金属箔にこのスラリー材料を塗工、乾燥した後、スラリー材料が塗工された金属箔に圧縮や切断といった加工を行い、フィルム状の正極電極シートを製造する。
一方、負極電極シート製造工程では、正極電極シート製造工程とは使用される原料となる各種材料は異なるが、負極電極シートが製造されるまでの手順は同じである。まず、負極材料の原料となる各種材料を混練および調合してスラリー材料(負極材料)を作成し（混練・調合）、フィルム状の金属箔にこのスラリー材料を塗工、乾燥した後（塗工）、スラリー材料が塗工された金属箔の圧縮や切断といった加工を行い（加工）、フィルム状の負極電極シートを製造する。
その後、電池セル組立工程では、捲回と呼ばれる工程で、上記のフィルム状の正極電極シートおよび負極電極シートから、電池セルに必要な大きさの正極および負極を切り出すとともに、これら正極電極シートと負極電極シートを分離するためのフィルム状のセパレータ材料から電池セルに必要な大きさのセパレータを切り出し、正極および負極に、切り出したセパレータを挟んで重ねて捲き合わせる（捲回）。そして、捲き合わせた正極、負極およびセパレータの電極対の群を組み立てて溶接する。その後、溶接したこれら電極対の群を、電解液が注入（注液）された電池缶内に配置した後、電池缶を完全に密閉し（封口）、電池セルを作成する。
電池セル検査工程は、セル組立工程にて作成されたリチウムイオン二次電池のセルを繰り返し充放電し、この電池セルの性能及び信頼性に関する検査（例えば、電池セルの容量や電圧、充電または放電時の電流や電圧等の検査）を行なう（単電池検査）。これにより、電池セルが完成し、電池セル組立工程が終了する。
次に、モジュール組立工程では、電池セルを複数個直列に組み合わせて電池モジュールを構成し、さらに、充／放電制御用コントローラを接続して電池システムを製造する（モジュール組立）。その後、モジュール検査工程において、モジュール組立工程において組み立てられた電池モジュールの性能及び信頼性に関する検査（例えば、電池モジュールの容量や電圧、充電または放電時の電流や電圧等の検査）を行なう（モジュール検査）。
本発明は、前記正極電極シート製造工程、及び前記負極電極シート製造工程における塗工工程に係わる製造方法及び製造装置である。本発明の実施により、前記電池セル組立工程において、電解液を電池缶内へ注入する注液工程を省くことが可能である。
図２に特許文献１の第２実施例に開示されている正極シート状物、または負極シート状物に電極物質、および電解、絶縁物質を連続して塗布して、乾燥・固着させる一連の製造工程の構成図を示す。特許文献１ではキャリア材(正極シート状物、または負極シート状物)の両面に電極物質、および電解、絶縁物質を塗布しているが、現実的ではないと考えられるので、本実施例の比較例として、キャリア材の片面に電極物質、および電解、絶縁物質を塗布する製造工程例を示す。
図２の製造工程では、正極電極シートの片面を製造している。正極板ＰＥＰは、正極板送り出しロール１ＲＬ１から送り出され、ローラ２ＲＬ２に対抗するスリットダイコータ１ＤＣ１から供給される正極材料ＰＡＳが塗工され、続いて、ローラ３ＲＬ３と対抗した位置のスリットダイコータ２ＤＣ２から供給される絶縁材料ＩＦが塗工され、乾燥炉ＤＲＹを通過することで乾燥され、巻き取りロール５ＲＬ５に巻き取られ、正極電極シートが製造される。
前記したスリットダイコータ１ＤＣ１は、従来から厚膜塗工や、高粘度塗料を塗布する用途に広く採用されている。本比較例のダイコーティング方法では、図７(ａ)に口金７１により示す通り、図示していない正極材料(スラリー材料)ＰＡＳを貯留したタンクより図示していない定量ポンプによって、口金７１のマニホールド７３に正極材料(スラリー材料)ＰＡＳが供給される。マニホールド７３において、正極材料の圧力分布を均一にした後、口金７１に設けられたスリット７４へ正極材料(スラリー材料)ＰＡＳが供給され、吐出される。吐出された正極材料(スラリー材料)ＰＡＳは、口金７１と一定間隔ｈ１(本比較例、および本実施例において共にｈ１＝５０〜１００μｍとしている)を保って相対的に走行するキャリア材(正極シート状物)８１との間にビードと呼ばれる正極材料溜り７５を形成して、この状態でキャリア材(正極シート状物)８１の走行に伴って正極材料を引き出して塗膜を形成する。
ここで、塗膜形成により消費される量と同量の正極材料をスリット７４から供給することにより塗膜を連続的に形成する。蒸発速度の速い有機溶剤系の薄膜の塗布を安定的に行なうために、前記正極材料溜り７５の下流側メニスカス(液面の屈曲)７９の形状の安定化が重要となる。そのために、マニホールド７３へ正極材料を供給する圧力は、スリット部７４圧損＋口金７１の下流側リップ部７８圧損＋下流側メニスカス７９圧力となる。
図２の製造工程では、引き続き第２のスリットダイコータ２ＤＣ２により電解、絶縁物質を塗布しているが、そこでのダイコーティング方法は前記したスリットダイコータ１ＤＣ１における条件と同様である。スリットダイコータ２ＤＣ２のスリット７４から吐出された電解、絶縁物質を原料とするスラリー材料(絶縁材料ＩＦ)を、上流でキャリア材(正極シート状物)８１に正極材料が塗膜された上に塗布する。
以上のように、スラリー状の正極材料と絶縁材料を重ねて塗布した後、乾燥炉ＤＲＹによる加熱・乾燥工程を経て、両方の塗膜層を同時に乾燥、固着させることが出来て効率がよい。しかし、キャリア材の上に塗布されたスラリー状の正極材料と絶縁材料は、図３に断面の概念図を示すように、電極板のキャリア材(ＥＰ)の上に塗布された電極材料層(ＥＬ)と絶縁材料層(ＳＥＬ)との界面には絶縁機能が失われた混合層(ＭＩＸ)ができることが本発明者により確認された。この混合層(ＭＩＸ)の生成により、絶縁機能を持つ絶縁材料層(ＳＥＬ)の厚さが本来意図した厚さより薄くなることが問題である。
本実施例では、リチウムイオン二次電池のコンパクト化に伴いセパレータとなる絶縁材料層を薄く設計する場合でも、電極材料層と絶縁材料層の界面の混合層を薄くできるダイコーティング方法を説明する。
図１は、本実施例のリチウムイオン二次電池の製造方法の構成図の例である。
正極板ＰＥＰは、正極板送り出しロール１ＲＬ１から送り出され、ローラ２ＲＬ２に対抗するスリットダイコータＤＣ１から供給される正極材料ＰＡＳが塗工され、ローラ３ＲＬ３と対抗した位置のカーテンコータＣＣ１から供給される絶縁材料ＩＦが塗工され、乾燥炉ＤＲＹを通過することで乾燥され、巻き取りロール５ＲＬ５に巻き取られ、正極電極シートが製造される。本実施例は、図２に示す比較例において、スリットダイコータ２ＤＣ２から絶縁材料ＩＦを供給して塗工しているのに替えて、カーテンコータＣＣ１から絶縁材料ＩＦを供給して塗工するダイコーティング方法である。
カーテンコータＣＣ１は、図７(ｂ)に口金７２により示す通り、図示していない絶縁材料(スラリー材料)ＩＦを貯留したタンクより図示していない定量ポンプによって、口金７２のマニホールド７６に絶縁材料(スラリー材料)ＩＦが供給される。マニホールド７６において、絶縁材料の圧力分布を均一にした後、口金７２に設けられたスリット７７へ絶縁材料(スラリー材料)ＩＦが供給され、吐出される。吐出された絶縁材料(スラリー材料)ＩＦは、均一な安定した流量のカーテン膜８０を形成して落下し、このカーテン膜８０は、口金７２と一定間隔ｈ２を保って相対的に走行するキャリア材(正極シート状物)８１上の正極材料ＰＡＳ層に当った瞬間にキャリア材と同速に引き伸ばされて、均一に塗工される。
本実施例では、カーテンコータＣＣ１とキャリア材(正極シート状物)８１との間隔ｈ２を１００μｍ〜１０mmとしている。カーテンコータＣＣ１においても、前記したスリットダイコータ１ＤＣ１と同様に、塗膜形成により消費される量と同量の絶縁材料をスリット７７から供給することにより塗膜を連続的に形成する。そのために、マニホールド７６へ絶縁材料を供給する圧力は、スリット部７７圧損と、前記した塗膜形成により消費される量と同量の流量を確保する圧力があればよい。スリット７７より吐出された絶縁材料(スラリー材料)ＩＦは、初速Ｖ0で間隔ｈ２を落下して、
Figure 0005875487
でキャリア材に衝突するが、間隔ｈ２は前記した通り小さいので、速度Ｖcは僅かであり、キャリア材上の正極材料の塗膜と接触する圧力は、前記したスリットダイコータ１ＤＣ１の正極材料溜り７５における口金７１の下流側リップ部７８圧損＋下流側メニスカス７９圧力よりは小さくなるところが特徴である。
本実施例では、正極材料ＰＡＳはコバルト酸リチウムからなる活物質と導電助剤としてのカーボンを混合し、ポリフッ化ビニリデンからなる結着剤（バインダ）をＮメチルピロリドン（ＮＭＰ）に溶解させた溶液に混練したスラリーを用いた。
絶縁材料ＩＦはシリカ（ＳｉＯ２）の粉体をポリフッ化ビニリデンからなる結着剤（バインダ）をＮメチルピロリドン（ＮＭＰ）に溶解させた溶液に混練したスラリーを用いた。
本実施例のダイコーティング方法における電極材料層と絶縁材料層の界面の混合層の評価は、完成した電極の断面を切り出し、ＳＥＭで観察した像から混合層の膜厚を算出した。図３に示す断面の概念図を基に、混合層ＭＩＸの膜厚を評価した結果を図４にまとめた。比較例では絶縁層の膜厚が薄くなるにしたがって混合層の膜厚が大きくなり、２５μｍ以下の絶縁層の膜厚では短絡発生の可能性が高くなることが判る。本実施例のダイコーティング方法の結果は、絶縁層の膜厚が薄くなっていっても混合層の膜厚は５μｍ以下になっており、短絡発生の可能性は低いことが判った。
実施例２では、電極材料層と絶縁材料層の界面が均一となり、セパレータ材料がさらに薄くなった場合でも短絡発生の危険性が低くなるダイコーティング方法の例を説明する。
図５は、本実施例のリチウムイオン二次電池の製造方法の構成図の例である。
正極板ＰＥＰは、正極板送り出しロールＲＬ１から送り出され、ローラ２ＲＬ２に対抗するスリットダイコータＤＣ１から供給される正極材料ＰＡＳが塗工され、ローラ３ＲＬ３と対抗した位置のカーテンコータＣＣ１から供給される絶縁材料ＩＦが塗工され、ローラ６ＲＬ６に対抗するナイフコータＫＣ１により塗工膜高さが調整され、乾燥炉ＤＲＹを通過することで乾燥され、巻き取りロール５ＲＬ５に巻き取られ、正極電極シートが製造される。
正極材料ＰＡＳはコバルト酸リチウムからなる活物質と導電助剤としてのカーボンを混合し、ポリフッ化ビニリデンからなる結着剤（バインダ）をＮメチルピロリドン（ＮＭＰ）に溶解させた溶液に混練したスラリーを用いた。
絶縁材料ＩＦはシリカ（ＳｉＯ２）の粉体をポリフッ化ビニリデンからなる結着剤（バインダ）をＮメチルピロリドン（ＮＭＰ）に溶解させた溶液に混練したスラリーを用いた。
本実施例のダイコーティング方法における電極材料層と絶縁材料層の界面の混合層の評価は、完成した電極の断面を切り出し、ＳＥＭで観察した像から混合層の膜厚を算出した。図３に示す断面の概念図を基に、混合層ＭＩＸの膜厚を評価した結果を図６にまとめた。比較例では絶縁層の膜厚が薄くなるにしたがって混合層の膜厚が大きくなり、２５μｍ以下の絶縁層の膜厚では短絡発生の可能性が高くなることがわかる。本実施例のダイコーティング方法の結果は、絶縁層の膜厚がさらに薄くなっていっても混合層の膜厚は５μｍ以下になっており、短絡発生の可能性は低い。
以上の実施例１，２では、正極板ＰＥＰの片面に正極材料ＰＡＳ、および絶縁材料ＩＦを塗工して、正極電極シートを製造する例を記載した。正極板ＰＥＰの両面に正極材料ＰＡＳ、および絶縁材料ＩＦを塗工する場合には、巻き取りロール５ＲＬ５に巻き取られた正極電極シートを反転させて、再度同一の工程を経て裏面を塗工することが考えられる。
また、実施例１，２では、正極電極シート製造工程の例を示した。同様のダイコーティング方法を使用して、負極電極シート製造工程も実現できる。この場合には、負極材料ＮＡＳは炭素材料(カーボン材料)からなる負極活物質と、ポリフッ化ビニリデンからなる結着剤（バインダ）をＮメチルピロリドン（ＮＭＰ）に溶解させた溶液に混練したスラリーを用いる。
絶縁材料ＩＦはシリカ（ＳｉＯ２）の粉体をポリフッ化ビニリデンからなる結着剤（バインダ）をＮメチルピロリドン（ＮＭＰ）に溶解させた溶液に混練したスラリーを用いる。
負極電極シート製造工程では、負極板ＮＥＰに負極材料ＮＡＳと絶縁材料ＩＦとを重ねて塗布する場合と、負極板ＮＥＰに負極材料ＮＡＳのみを塗布して負極電極シートを製造する場合の両方が考えられる。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、前記実施例１、２では、リチウムイオン二次電池を例に挙げて、本発明の技術的思想について説明したが、本発明の技術的思想は、リチウムイオン二次電池に限定されるものではなく、正極、負極、および、正極と負極とを電気的に分離するセパレータとを備える蓄電デバイス（例えば、電池やキャパシタなど）に幅広く適用することができる。
ＲＬ１ 正極板送り出しロール
ＲＬ２ ローラ２
ＲＬ３ ローラ３
ＲＬ４ ローラ４
ＲＬ５ 巻き取りロール
ＲＬ６ ローラ６
ＰＥＰ 正極板
ＤＣ１ スリットダイコータ１
ＤＣ２ スリットダイコータ２
ＰＡＳ 正極活物質
ＣＣ１ カーテンコータ
ＩＦ 絶縁材料
ＤＲＹ 乾燥炉
ＳＥＬ 絶縁層
ＥＬ 電極層
ＥＰ 電極板
ＭＩＸ 混合層
７１ スリットダイコータ口金
７２ カーテンコータ口金
７３ マニホールド
７４ スリット
７５ 電極材料溜り(ビード)
７６ マニホールド
７７ スリット
７８ 口金７１の下流側リップ部
７９ 下流側メニスカス
８０ 絶縁材料のカーテン膜
８１ キャリア材(正極シート状物)
ｈ１ スリットダイコータ口金とキャリア材との間隔
ｈ２ カーテンコータ口金とキャリア材との間隔

Claims (8)

  1. 正極、負極、および、正極と負極とを電気的に分離するセパレータとを備えたリチウムイオン二次電池の製造方法において、
    所定速度で供給された電極基板にスリットダイコータにより電極材料を塗工し、その下流で前記電極基板上の電極材料の層の上にカーテンコータにより前記セパレータとなる絶縁材料を塗工した後、乾燥炉にて両材料の層を乾燥・固着させて電極シートを製造することを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法。
  2. 前記電極材料は、正極材料はコバルト酸リチウムからなる活物質と導電助剤としてのカーボンを混合し、ポリフッ化ビニリデンからなる結着剤をＮメチルピロリドンに溶解させた溶液に混練したスラリーを用い、
    負極材料は炭素材料からなる負極活物質を、ポリフッ化ビニリデンからなる結着剤をＮメチルピロリドンに溶解させた溶液に混練したスラリーを用いることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
  3. 前記絶縁材料は、シリカの粉体をポリフッ化ビニリデンからなる結着剤をＮメチルピロリドンに溶解させた溶液に混練したスラリーを用いることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
  4. 所定速度で供給された前記電極基板上の電極材料の層の上にカーテンコータにより絶縁材料を塗工した後、ナイフコータにより塗工膜高さを調整して、乾燥炉へ投入することを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
  5. 電極基板を所定速度で供給する電極基板送り出しロールと、
    電極基板を所定速度で搬送する第１、第２、第３のローラと、
    前記第１のローラに対向した位置より前記電極基板に電極材料を塗工するスリットダイコータと、
    前記スリットダイコータの下流において、前記第２のローラに対向した位置より前記電極基板上の電極材料の層の上に絶縁材料を塗工するカーテンコータと、
    前記カーテンコータの下流において、前記電極基板上に塗工された電極材料と絶縁材料の層を加熱して、乾燥・固着させる乾燥炉と、
    前記電極材料と絶縁材料が固着された前記電極基板を巻き取る巻き取りロールとを備えたことを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造装置。
  6. さらに、前記カーテンコータの下流、および前記乾燥炉の上流に、前記電極基板上の塗工膜高さを調整するナイフコータを備えたことを特徴とする請求項５に記載のリチウムイオン二次電池の製造装置。
  7. 前記電極材料は、正極材料はコバルト酸リチウムからなる活物質と導電助剤としてのカーボンを混合し、ポリフッ化ビニリデンからなる結着剤をＮメチルピロリドンに溶解させた溶液に混練したスラリーを用い、
    負極材料は炭素材料からなる負極活物質を、ポリフッ化ビニリデンからなる結着剤をＮメチルピロリドンに溶解させた溶液に混練したスラリーを用いることを特徴とする請求項５に記載のリチウムイオン二次電池の製造装置。
  8. 前記絶縁材料は、シリカの粉体をポリフッ化ビニリデンからなる結着剤をＮメチルピロリドンに溶解させた溶液に混練したスラリーを用いることを特徴とする請求項５に記載のリチウムイオン二次電池の製造装置。
JP2012188650A 2012-08-29 2012-08-29 リチウムイオン二次電池の製造方法及び製造装置 Active JP5875487B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012188650A JP5875487B2 (ja) 2012-08-29 2012-08-29 リチウムイオン二次電池の製造方法及び製造装置
CN201380035645.2A CN104428925B (zh) 2012-08-29 2013-07-08 锂离子二次电池的制造方法以及制造装置
PCT/JP2013/068689 WO2014034282A1 (ja) 2012-08-29 2013-07-08 リチウムイオン二次電池の製造方法及び製造装置
KR1020157001475A KR101660189B1 (ko) 2012-08-29 2013-07-08 리튬 이온 이차 전지의 제조 방법 및 제조 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012188650A JP5875487B2 (ja) 2012-08-29 2012-08-29 リチウムイオン二次電池の製造方法及び製造装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014049184A JP2014049184A (ja) 2014-03-17
JP5875487B2 true JP5875487B2 (ja) 2016-03-02

Family

ID=50183103

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012188650A Active JP5875487B2 (ja) 2012-08-29 2012-08-29 リチウムイオン二次電池の製造方法及び製造装置

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP5875487B2 (ja)
KR (1) KR101660189B1 (ja)
CN (1) CN104428925B (ja)
WO (1) WO2014034282A1 (ja)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6121353B2 (ja) * 2014-03-26 2017-04-26 株式会社日立ハイテクノロジーズ 蓄電デバイスの製造装置および蓄電デバイスの製造方法
CN106063020B (zh) * 2014-04-09 2019-05-03 株式会社日立高新技术 锂二次电池及其制造方法和制造装置
JP6358911B2 (ja) * 2014-09-29 2018-07-18 株式会社日立ハイテクファインシステムズ 蓄電デバイスの製造装置および蓄電デバイスの製造方法
KR102107742B1 (ko) * 2016-02-25 2020-05-07 주식회사 엘지화학 중첩 부위의 두께를 저감시킨 코팅 장치 및 이를 이용하여 제조되는 전극
JP6699351B2 (ja) * 2016-05-25 2020-05-27 日本電気株式会社 電極の製造方法および電極の検査方法
CN105964485A (zh) * 2016-06-11 2016-09-28 深圳市新嘉拓自动化技术有限公司 帘式涂布供胶机构
JP6908103B2 (ja) * 2017-03-30 2021-07-21 日本電気株式会社 電池用電極、その製造方法及び電極製造装置
JP6819438B2 (ja) * 2017-04-21 2021-01-27 トヨタ自動車株式会社 電極板製造装置
JP2019087305A (ja) * 2017-11-01 2019-06-06 株式会社日立ハイテクファインシステムズ セパレータスラリ、二次電池の電極およびその製造方法、並びに、二次電池
CN108365269A (zh) * 2018-02-27 2018-08-03 清陶（昆山）自动化装备有限公司 一种湿法涂覆电解质膜用涂布机的涂覆工艺
EP3905385A4 (en) 2018-12-26 2022-12-21 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. ELECTRODE MANUFACTURING PROCESS
CN110860424A (zh) * 2019-11-27 2020-03-06 衡阳市鑫晟新能源有限公司 一种锂电池电极板涂层全自动上料装置
CN111077069A (zh) * 2019-12-09 2020-04-28 陕西煤业化工技术研究院有限责任公司 一种快速筛选锂电池用粘结剂的方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2646265B2 (ja) * 1989-05-25 1997-08-27 コニカ株式会社 塗布方法
JP2003045491A (ja) 2001-07-31 2003-02-14 Toray Eng Co Ltd 二次電池製造方法および二次電池製造装置
JP2006179205A (ja) * 2004-12-21 2006-07-06 Hitachi Maxell Ltd 非水電解質電池
JP2008034215A (ja) * 2006-07-28 2008-02-14 Hitachi Ltd リチウム二次電池用正極とその製造方法、およびリチウム二次電池
KR101351733B1 (ko) * 2007-01-11 2014-01-15 삼성에스디아이 주식회사 전극 조립체와 이를 구비하는 이차 전지 및 그 제조 방법
US20100221965A1 (en) * 2008-01-29 2010-09-02 Hitachi Maxell, Ltd. Slurry for forming insulating layer, separator for electrochemical device, method for producing the same, and electrochemical device
JP5428464B2 (ja) * 2009-03-31 2014-02-26 三洋電機株式会社 リチウム二次電池
KR20110054012A (ko) * 2009-07-31 2011-05-24 파나소닉 주식회사 비수전해질 이차전지 및 그 제조방법
JP2011071047A (ja) * 2009-09-28 2011-04-07 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解質二次電池用正極の製造方法、並びに非水電解質二次電池用正極及びそれを用いた非水電解質二次電池
JP2011243345A (ja) * 2010-05-17 2011-12-01 Konica Minolta Holdings Inc リチウムイオン電池用電極とその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014049184A (ja) 2014-03-17
KR20150033660A (ko) 2015-04-01
WO2014034282A1 (ja) 2014-03-06
CN104428925B (zh) 2016-09-28
KR101660189B1 (ko) 2016-09-26
CN104428925A (zh) 2015-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5875487B2 (ja) リチウムイオン二次電池の製造方法及び製造装置
WO2014155808A1 (ja) リチウムイオン電池の製造方法および製造装置
US9012078B2 (en) Method for producing battery electrode
JP2015185509A (ja) リチウムイオン二次電池用負極の製造方法及び製造装置並びにリチウムイオン二次電池用負極及びリチウムイオン二次電池
US20160149208A1 (en) Electrode for secondary battery
JP5818078B2 (ja) 非水電解質二次電池の製造方法
JP2007280687A (ja) 電池用電極
WO2015045533A1 (ja) リチウムイオン二次電池の製造方法、リチウムイオン二次電池の製造装置およびリチウムイオン二次電池
JP6300619B2 (ja) リチウムイオン二次電池の電極板の製造方法および製造装置
CN108365164B (zh) 电池的制造方法
CN110998951A (zh) 电极片制造方法、全固态电池以及全固态电池制造方法
JP6307594B2 (ja) リチウムイオン二次電池及びその製造方法と製造装置
JP5929630B2 (ja) リチウムイオン二次電池の製造方法
JP2015187943A (ja) 蓄電デバイスの製造装置および蓄電デバイスの製造方法
JP2016115576A (ja) リチウムイオン電池の製造方法、リチウムイオン電池の製造装置およびリチウムイオン電池
JP6021775B2 (ja) リチウムイオン二次電池の製造方法およびリチウムイオン二次電池の製造装置
JP2011018594A (ja) 電池用電極の製造方法
JP6081333B2 (ja) リチウムイオン二次電池の製造方法およびリチウムイオン二次電池の製造装置
JP6510304B2 (ja) リチウムイオン二次電池の製造方法
WO2017130493A1 (ja) セパレータ用粉体及びセパレータ用スラリ並びにリチウムイオン電池及びその製造方法
JP2012064487A (ja) 電池の製造方法、電池、車両および電子機器
JP2017084678A (ja) リチウムイオン電池の製造方法および製造装置
TW201946317A (zh) 間隙部分多層電極輪廓
CN114975876B (zh) 二次电池用电极的制造方法
CN114975877B (zh) 二次电池用电极的制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20140908

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20141110

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20151104

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20151202

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160105

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160119

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5875487

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150