JP7231600B2 - 電極板の製造方法 - Google Patents

Description

本開示技術は，電池の電極板を製造する電極板の製造方法に関する。

従来から，電池の電極板を製造するに際して，導電箔への電極層の形成後に，厚さ方向に加圧するプレス工程が行われている。特許文献１に記載されているプレス方法もその一例である。プレスを行うのは，厚さ調整のため，および電極層の空隙率の調整のためである。

特開2012-79592号公報

前記した従来の技術には，プレスにより電極板に皺ができることがあるという問題点があった。皺ができる原因は，電極板の厚さに，電極層のある場所とない場所とで差があることである。電極層のある場所はない場所よりも電極層の分厚いので，プレス時の加圧をより強く受けることになる。そのためプレス前後での電極板の延伸率にも，電極層のある場所とない場所とで差が生じるのである。この延伸率の差により，電極板に皺ができてしまうのである。

本開示技術は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，プレス工程を行いつつも，電極層のある場所とない場所とを有する電極板における皺の発生を抑制するようにした電極板の製造方法を提供することにある。

本開示技術の一態様における電極板の製造方法では，導電箔に部分的に電極層が形成されたものである加工前シートを接触部材と接触部材との間に挟み込むとともに，２つの接触部材およびそれらの間の加工前シートをさらに樹脂フィルムと樹脂フィルムとの間に挟まれた位置に置き，樹脂フィルム間の空間を減圧状態にする減圧工程と，減圧工程による減圧状態を維持したままで樹脂フィルムの外から加工前シートを厚さ方向に加圧するプレス工程とを行い，減圧工程では，加工前シートにおける電極層のある場所でもない場所でも，大気圧により樹脂フィルムが接触部材に押し付けられ，そのためさらに接触部材が加工前シートに向けて押し付けられる状態とする。

上記態様における電極板の製造方法では，プレス工程の実施時に，接触部材間の空間が減圧工程で減圧したままになっている。このため，接触部材が大気圧により加工前シートに押し付けられている。これにより，プレス工程時に電極板が延伸しようとしても接触部材との間での滑りが生じにくく，延伸が抑制される。このため電極層のある場所とない場所との間での延伸量の差が生じにくく，皺が生じにくい。減圧工程では接触部材間の空間を絶対圧力で８０ｋＰａ以下まで減圧することがより好ましい。

本開示技術によれば，プレス工程を行いつつも，電極層のある場所とない場所とを有する電極板における皺の発生を抑制するようにした電極板の製造方法が提供されている。

実施の形態により製造される電極板を示す斜視図である。 実施の形態における減圧工程前の状況を示す断面図である。 減圧工程およびプレス工程を行う状況を示す断面図である。 減圧した場合としなかった場合とでプレス工程による延伸率を比較して示すグラフである。 減圧の程度とプレス工程による平面歪みとの関係を示すグラフである。

以下，本開示技術を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，電池の構成要素の１つである電極板を製造する方法として本開示技術を具体化したものである。本形態では，図１に示すような電極板１を製造する。電極板１は，導電箔に部分的に電極層が形成されたものである。電極板１は，幅方向の一方の端部に非塗工部２を有しており，残部が塗工部３である。非塗工部２は導電箔のみの部分であり，塗工部３は導電箔上に電極層を有する部分である。

本形態では，図１に示したもの，つまり電極層の形成が済んでいる状態のものを加工前シートとする。本形態の製造方法の前後で電極板１の外観に大きな違いはない。本形態の製造方法では，加工前シートに対して減圧工程とプレス工程とを行う。減圧工程およびプレス工程の状況を図２，図３により説明する。

図２では，減圧工程に供される加工前の電極板１の状況を断面図で示している。図中の左右方向が電極板１の幅方向に相当し，上下方向が厚さ方向に相当し，紙面と垂直な方向が長手方向に相当する。図２に示されるように加工前の電極板１は，ＳＵＳ板４とＳＵＳ板４との間に挟まれた位置にある。２枚のＳＵＳ板４およびそれらの間の電極板１はさらに，樹脂フィルム５と樹脂フィルム５との間に挟まれた位置にある。上下の樹脂フィルム５の両端はいずれも，ガイド部材６により挟み付けられるようになっている。ただし図２の状態ではまだ挟み付けられていない。ガイド部材６には吸気口７が形成されている。吸気口７には真空ポンプＰが接続されている。

図２に示した状態においてガイド部材６を上下方向に移動させて閉じると，図３の状態となる。図３の状態では，上下の樹脂フィルム５の両端がいずれも，ガイド部材６により挟み付けられている。この状態では，電極板１とその上下のＳＵＳ板４とが接触している。ＳＵＳ板４は，電極板１に接触する接触部材である。電極板１の上下両方で，ＳＵＳ板４と樹脂フィルム５とが接触している。２枚のＳＵＳ板４およびそれらの間の電極板１は，上下の樹脂フィルム５により外部から遮断された空間の中にある。

この状態で真空ポンプＰを作動させると，２枚の樹脂フィルム５により挟まれた空間が減圧状態となる。これが減圧工程である。減圧状態にすると大気圧により，樹脂フィルム５がＳＵＳ板４に押し付けられ，そのためさらにＳＵＳ板４が電極板１に押し付けられる。この大気圧による押し付け荷重により，ＳＵＳ板４と電極板１との間の摩擦力，および樹脂フィルム５とＳＵＳ板４との間の摩擦力が強い状況となる。このため，ＳＵＳ板４と電極板１との間にも，樹脂フィルム５とＳＵＳ板４との間にも，滑りが生じにくい。図３ではＳＵＳ板４と電極板１の非塗工部２との間には隙間があるように見えるが，実際には減圧下ではＳＵＳ板４と非塗工部２ともほぼ密着しているに近い状態となる。大気圧による加圧と，電極層が実際にはさほど厚くないこととによる。

このように減圧工程により２枚の樹脂フィルム５間の空間が減圧された状態を維持したまま，プレス工程を行う。プレス工程では，樹脂フィルム５の外から加圧部材８，９で上下方向に加圧する。加圧部材８，９による加圧力は，樹脂フィルム５およびＳＵＳ板４を介して電極板１に印加される。これにより電極板１は厚さ方向に圧縮され，特に塗工部３の電極層の厚さ調整および空隙率の調整が行われる。加圧部材８，９は，円柱状のもの（ロールプレス）でもよいし，平板状のもの（平面プレス）でもよい。

プレス工程が済んだら，加圧部材８，９の加圧を解除し，２枚の樹脂フィルム５間の空間を大気圧に戻す。これにより，ＳＵＳ板４と電極板１との密着および樹脂フィルム５とＳＵＳ板４との密着が解除される。プレス工程を経た電極板１は，本形態の製造方法により製造されたものである。

上記において，プレス工程後の電極板１には，ほとんど皺ができていないという特徴がある。プレス工程での加圧により電極板１は，板面内方向にある程度不可避的に延伸しようとする。電極板１における塗工部３と非塗工部２とでは延伸の程度にも差があるため，プレスによる皺寄りの原因となる要因である。しかし本形態では前述のように，プレス工程の実施時にはＳＵＳ板４と電極板１との間に滑りが生じにくい状況となっている。このためプレス時の電極板１の延伸が抑制されている。このことは，塗工部３と非塗工部２とでの延伸の程度の差も減圧により縮小しているということを意味する。これが，本形態の方法で電極板１に皺ができにくい理由である。

減圧下でプレス工程を行うことによる延伸の抑制効果を試験により確認したので，以下，それを説明する。この試験では，試験体としてはリチウムイオン二次電池用の正極板を使用し，樹脂フィルム５としてはポリイミドフィルムを使用した。第１の試験と第２の試験とを実施した。

［第１の試験］
第１の試験は，プレス工程を帯状の電極板１に対してロールプレスで実施した場合における塗工部３の延伸率を，減圧した場合としなかった場合とで比較することを目的として行った試験である。そのため，塗工部３に長手方向のけがき線をあらかじめ引いておき，プレス工程の前後でけがき線の長さを測定することで延伸率を求めた。ロールプレスの線圧は，１０～２５ｋＮ／ｃｍの範囲内の４水準とした。減圧の程度は，真空ポンプＰの付属ゲージの読み値に基づく６ｋＰａ（減圧あり，実施例１）と１０１ｋＰａ（減圧なし，比較例）との２水準（いずれも絶対圧力）とした。

第１の試験の結果を図４のグラフに示す。図４では，線圧を横軸とし，延伸率を縦軸としている。黒四角のプロットが実施例１の結果を示し，黒三角のプロットが比較例の結果を示している。図４では，実施例１と比較例とのいずれでも概ね，線圧が高いほど延伸率も高い傾向となっている。このことは普通のことで，試験が良好に行われたことを示している。実施例１と比較例とを比較すると，線圧のいずれの水準でも，比較例の方が実施例１よりも高い線圧になっている。つまり，実施例１では比較例と比較して，延伸が抑制されているということである。プレス工程を減圧下で行ったことによる効果である。

［第２の試験］
第２の試験は，打ち抜きで円形に切り抜いた電極板１に対してプレス工程を平面プレスで実施した場合における平面歪みを，種々の減圧水準にて比較することを目的として行った試験である。そのため，塗工部３から切り抜いた直径８ｍｍの円形の電極板１を試験体とし，プレス後における直径の伸び率を測定した。プレスの面圧は１２００ＭＰａとした。減圧の程度は，６～１０１ｋＰａ（絶対圧力）とした。１０１ｋＰａは減圧なしつまり比較例で，これより低圧にしたものが実施例２である。

第２の試験の結果を図５のグラフに示す。図５では，２枚の樹脂フィルム５間の空間の圧力を横軸とし，平面歪みを縦軸としている。図５では，圧力が６～８０ｋＰａの範囲内にある実施例２のいずれもが，減圧なしの比較例と比較して有意に小さい平面歪みを示すに留まっている。これは，プレス工程を減圧下で行ったことによる効果である。これより，プレス工程実施時の圧力を８０ｋＰａ以下まで減圧しておけば効果があることが確認できたと言える。

プレス工程実施時の圧力が８０ｋＰａより高く大気圧より低い範囲内の弱い減圧であった場合でも，図５中の実施例２の場合ほどではないにせよ効果はあると考えられる。図５中の実施例２のものと比較例のものとで平面歪みにかなりの差があるからである。図５では，実施例２のもの同士で比較しても，概ね，圧力が高い，つまり減圧の程度が弱いほど，平面歪みが大きい傾向となっている。このことは普通に想定されることで，試験が良好に行われたことを示している。

上記の第１の試験および第２の試験では，減圧工程により塗工部３の延伸率が抑制されることが示されている。上記試験では非塗工部２は測定していないが，塗工部３の延伸率が減圧工程により縮小する以上，塗工部３と非塗工部２との延伸率の差も縮小することは明らかである。

以上詳細に説明したように本実施の形態によれば，塗工部３と非塗工部２とを有しプレス時の延伸性が一様でない加工前の電極板１に対して，減圧状態下で樹脂フィルム５の外から加圧するプレス工程を行うこととしている。これにより，皺を生じさせることなく加工後の電極板１を得ることができる電極板の製造方法が実現されている。

本実施の形態および実施例は単なる例示にすぎず，本開示技術を何ら限定するものではない。したがって本開示技術は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。

例えば，ＳＵＳ板４の材質は他の金属，合金，高硬度樹脂，セラミックス等で置き替えてもよい。樹脂フィルム５の材質はポリイミド以外の合成樹脂であってもよい。本開示技術は，電池の種類を問わず，導電箔に部分的に電極層が形成された構造の電極板に適用できる。正極負極のどちらにも適用できる。

１ 電極板
２ 非塗工部
３ 塗工部
４ ＳＵＳ板
５ 樹脂フィルム
７ 吸気口
８ 加圧部材
９ 加圧部材
Ｐ 真空ポンプ

Claims (2)

1. 導電箔に部分的に電極層が形成されたものである加工前シートを接触部材と接触部材との間に挟み込むとともに，２つの前記接触部材およびそれらの間の前記加工前シートをさらに樹脂フィルムと樹脂フィルムとの間に挟まれた位置に置き，前記樹脂フィルム間の空間を減圧状態にする減圧工程と，
   前記減圧工程による減圧状態を維持したままで前記樹脂フィルムの外から前記加工前シートを厚さ方向に加圧するプレス工程とを行い，
   前記減圧工程では，前記加工前シートにおける前記電極層のある場所でもない場所でも，大気圧により前記樹脂フィルムが前記接触部材に押し付けられ，そのためさらに前記接触部材が前記加工前シートに向けて押し付けられる状態とする電極板の製造方法。
2. 請求項１に記載の電極板の製造方法であって，
   前記減圧工程により，前記接触部材間の空間を絶対圧力で８０ｋＰａ以下まで減圧する電極板の製造方法。

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