JP2009187690A - リチウム二次電池用電極板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リチウム二次電池用電極の製造において、電極圧延後に集電体からはみ出した活物質が脱落し異物となって、ＯＣＶ不良等電池特性を低下させることの無い電極製造方法を提供する。
【解決手段】圧延直後にブラシ２を極板端部に水平方向にあてながら吸引して、異物を極板端部に残すことなく除去する。ブラシ２は吸引口１の内部に位置し、また流速４〜２０ｍ³／ｍｉｎで吸引することで、除去された活物質を落下させることなく除去することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、リチウム二次電池用電極板の製造方法に関し、特に圧延工程とスリット工程を持つものに関する。

近年では、ＡＶ機器、ノート型パソコン、携帯型通信機器などの民生用電子機器のポータブル化、コードレス化が急速に促進されており、これら電子機器の駆動用電源として二次電池の高エネルギー密度化や小型軽量化の要望が益々強くなっている。

このような状況から、リチウムイオンの吸蔵・放出が可能な炭素材料を負極活物質とし、高い充放電電圧を示すリチウム含有複合酸化物、例えばコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ₂）を正極活物質に用いてリチウムイオンの挿入、離脱を利用したリチウムイオン二次電池に代表されるリチウム二次電池が主流になりつつある。このリチウムイオン二次電池は、小型および軽量でありながら急速充電が可能で、高エネルギー密度を有するという極めて顕著な特長を有している。その要となる正極板と負極板は集電体に電池電極のペーストを塗布乾燥後、圧延、スリットを行い作製している。

その極板上に異物が存在するとそれがセパレータの欠陥を作成する要因となり、高エネルギー密度化されていることもあり、電池不良の要因となる。

そこで、その異物を除去する方法として圧縮空気を噴射してブロー除去する集塵方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開２００４−１９５３９９号公報

圧延工程では高密度の極板を作成するため、塗工後の極板にかなりの負荷をかけて圧延することから、圧延方向に対して垂直方向の活物質層端部が集電体と差がないと、集電体と塗工によって形成された活物質層に伸びの差が生じる。活物質は集電体よりも伸びるため、集電体からはみ出し、走行途中に脱落し異物となる。特許文献１に記載された方法では、脱落せず端部に残っている活物質を除去しきれず、後工程で脱落した場合、電池特性悪化の要因となる。

前記課題を解決するために、本発明のリチウム二次電池用電極板の製造方法は、広幅の集電体の両面、またはどちらか一方の面に、正極活物質層または負極活物質層を形成し、原反とする塗工・乾燥工程と、前記原反に一次裁断を施す一次スリット工程と、一次裁断済み原反の前記正極活物質層または負極活物質層を所定の厚みにプレスする圧延工程と、前記プレス後に一次裁断済み原反の裁断面をホース内に配備した樹脂製のブラシにて、吸引しながら清掃する清掃工程と、清掃済み原反をさらに所定の幅に裁断し、電極板とする二次スリット工程とを少なくとも含むものであり、脱落せずに端部に残っている異物も除去できる。

この清掃工程において、圧延直後にブラシを極板端部に水平方向にあてながら吸引することで活物質が針状に残ることなく除去することができる。また、この場合、ホース内の吸引流速は４ｍ³／ｍｉｎ〜２０ｍ³／ｍｉｎであるのが、さらに好ましい。

以上のように本発明によれば、圧延時に生じた活物質異物を除去できるため、異物のない極板を作成することが可能となる。さらには、電池不良の少ないリチウムイオン二次電池を供給することができる。

本発明の好ましい態様を以下に示す。

本発明の骨子は、複合リチウム酸化物からなる正極または、リチウムを保持しうる材料からなる負極の圧延工程において、圧延方向に対して垂直方向の活物質層端部が集電体と差がない場合、圧延直後にブラシを極板端部に水平方向にあてながら吸引することにより、活物質異物が残ることなく除去することができる。そのブラシの位置は吸引口の内部に位置し、吸引流速は４〜２０ｍ³／ｍｉｎであることで活物質の落下を抑えることができる。その後、所定の幅に裁断するときも合剤異物による外観不良の形成が抑制され不良の少ない電極板とすることができる。

まず、正極については、活物質として、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ₂）やその変性体（アルミニウム（Ａｌ）やマグネシウム（Ｍｇ）を共晶させたものなど）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ₂）やその変性体（一部のニッケル（Ｎｉ）をコバルト（Ｃｏ）に置換したものなど）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ₂）やその変性体などの複合酸化物を挙げることができる。第１の結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）や変性アクリロニトリルゴム粒子バインダー（日本ゼオン（株）製ＢＭ−５００Ｂなど）と、増粘効果のあるカルボキシメチルセルロース（以下、ＣＭＣと略す）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、および可溶性変性アクリロニトリルゴム（日本ゼオン（株）製ＢＭ−７２０Ｈなど）と組み合わせても良い。また、結着性と増粘性の両特徴を有するポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）やその変性体を単独または組み合わせて用いても良い。導電剤としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、および各種グラファイトを単独あるいは組み合わせて用いて良い。

負極については、活物質として、各種天然黒鉛、人造黒鉛、シリサイドなどのシリコン系複合材料、および各種合金組成材料を用いることができる。第１の結着剤としてはＰＶＤＦ、その変性体をはじめ各種バインダーを用いることができる。しかし、前述のようにリチウムイオン受入れ性向上の点から、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）系樹脂やその変性体を、ＣＭＣを始めとするセルロース系樹脂と併用したり、少量添加するのがより好ましい。

極板製造方法は、集電体に上記活物質、結着剤等を分散させて作成した活物質スラリーを規定重量になるよう、例えばダイコート塗工方式を用い塗布乾燥させて活物質層を形成する（ダイコート塗工方式は活物質スラリーに圧力を加えることによってダイから塗出させたスラリーを集電体に塗着させる工法）。このとき集電体全面に塗布しようとすると活物質スラリーが芯材からはみ出し、不良の原因となるので、未塗工の部分を作成するのが望ましい。

一次スリット工程では塗工工程において作成された極板をプレス機に通せるように所定の幅に裁断する。またその時に極板端部の未塗工部を残すとプレス後に未塗工部と塗工部の伸びの違いにより歪が生じることから未塗工部は切断することが望ましい。

プレス工程では圧力をかけた２つのローラー間を塗工済みの極板を通すことで規定の厚みに加工する。このロールの材質はローラーの磨耗等の影響に伴うＯＣＶの影響を軽減するためにステンレスやセラミックックの材質が望ましい。また厚みのばらつきを軽減する
ためにもローラーの円周方向のふれは２μｍ以内に抑える必要がある。

清掃工程では、プレス工程によって生じた芯材からはみ出た合剤を吸引しながらブラシにより除去する。

二次スリット工程では、清掃済みの原反を規定幅に刃物を用い切断する。

一次、二次スリット工程共に、刃物は切断面の乱れの無いよう材料に適した材質を使用する必要がある。

以下、本発明の具体的な例について、実施例を用いてさらに詳細に説明する。

（実施例１）
人造黒鉛３ｋｇを、日本ゼオン（株）製スチレン−ブタジエン共重合体ゴム粒子結着剤ＢＭ−４００Ｂ（固形分４０重量部）７５ｇ、ＣＭＣ３０ｇおよび適量の水とともに双腕式練合機にて攪拌し、負極ペーストを作製した。このペーストを厚みが１０μｍ、幅が１１００ｍｍの銅箔の両面に塗布乾燥した。次にプレス工程で流せるように５３６ｍｍ幅に一次スリット機を用い裁断した。プレス工程では日立製作所の径がφ５００のロールを使用するプレス機を用いてプレスした。

清掃工程では、プレス工程で用いたプレス機の圧延ローラー出口に、図１に示す形状のブラシ付きの吸引口を極板に対し０度の角度でブラシ先端が１ｍｍ極板にかかるようにあて、４ｍ³／ｍｉｎの流速で吸引しながら、総厚が１６０μｍとなるように圧延した。その後、清掃工程で清掃済みの原反を二次スリット工程の二次スリット機を用いて規定の幅に切断した。

できあがった極板を実施例１の極板とする。

（実施例２）
上記実施例１において８ｍ³／ｍｉｎの流速で吸引しながら、総厚が１６０μｍとなるように圧延した以外は、実施例１と同様の工程を用いて製造した極板を実施例２の極板とする。

（実施例３）
上記実施例１において２０ｍ³／ｍｉｎの流速で吸引しながら、総厚が１６０μｍとなるように圧延した以外は、実施例１と同様の工程を用いて製造した極板を実施例３の極板とする。

（実施例４）
上記実施例１において流速３０ｍ³／ｍｉｎで実施例１と同様に圧延した以外は、実施例１と同様の工程を用いて製造した極板を実施例４の極板とする。

（比較例１）
上記実施例１においてブラシを取り付けず、実施例１と同様に圧延した以外は、実施例１と同様の工程を用いて製造した極板を比較例１の極板とする。

（比較例２）
上記実施例１において吸引しないで実施例１と同様に圧延した以外は、実施例１と同様の工程を用いて製造した極板を比較例２の極板とする。

（比較例３）
上記実施例１において図２に示すブラシを吸引口周辺に取り付けたものを用い、実施例１と同様に圧延した以外は、実施例１と同様の工程を用いて製造した極板を比較例３の極板とする。

＜評価方法および結果＞
１００ｍの極板を圧延し、走行経路、極板端部の活物質異物の有無を目視で確認し、その結果を表１に示す。

表１より、実施例１、２、３では極板端部の活物質異物がブラシにて除去でき、またその異物もしっかり吸引され、異物は確認されなかった。実施例４の集塵能力は問題ないが、流速が早すぎ極板に振動が生じるため実施例１、２、３よりは、好ましくない。

ブラシを取り付けていない比較例１では極板端部に異物が残り、それが走行途中で脱落する結果となった。比較例２ではブラシによって除去された異物を吸引しないため走行経路に脱落することとなった。また比較例３ではブラシが吸引口の外にあるため吸引しきれず異物が脱落する結果となった。

本発明のリチウムイオン二次電池極板の製造方法は、不良の少ないリチウムイオン二次電池の製造に適しているので、市場においても有用である。

（ａ）本発明の実施の形態における吸入口の要部斜視図、（ｂ）本発明の実施の形態における吸入口の要部側面図、（ｃ）本発明の実施の形態における吸入口の要部正面図 比較例に係る吸入口の要部斜視図

符号の説明

１ 吸入口
２ ブラシ

Claims (2)

1. 広幅の集電体の両面、またはどちらか一方の面に、正極活物質層または負極活物質層を形成し、原反とする塗工・乾燥工程と、前記原反に一次裁断を施す一次スリット工程と、一次裁断済み原反の前記正極活物質層または負極活物質層を所定の厚みにプレスする圧延工程と、前記プレス後に一次裁断済み原反の裁断面を吸引口の内部に配備した樹脂製のブラシにて、吸引しながら清掃する清掃工程と、清掃済み原反をさらに所定の幅に裁断し、電極板とする二次スリット工程とを少なくとも含むリチウム二次電池用電極板の製造方法。
2. 前記ホース内の吸引流速は４ｍ³／ｍｉｎ〜２０ｍ³／ｍｉｎである請求項１に記載のリチウム二次電池用電極板の製造方法。
   
   

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