JP2010061912A - 電極の製造方法、及び電極 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】活物質粒子2と、活物質層用バインダーと、第一溶媒と、を含む活物質層用塗料を、集電体6に塗布し、活物質層用塗料からなる塗膜を形成する第一工程と、塗膜に第二溶媒10を塗布する第二工程と、固体高分子電解質と、固体高分子電解質層用バインダーと、第三溶媒と、を含む固体高分子電解質層用塗料を、第二溶媒10を塗布した塗膜8cに塗布する第三工程と、を備え、第一溶媒は、活物質層用バインダーの良溶媒であり、第二溶媒10は、固体高分子電解質層用バインダーの貧溶媒であり、第三溶媒は、固体高分子電解質層用バインダーの良溶媒である、電極の製造方法とする。
【選択図】図4
Description
<電極の製造方法>
第一実施形態に係る電極の製造方法は、活物質粒子と、活物質層用バインダーと、第一溶媒と、を含む活物質層用塗料を、集電体に塗布し、活物質層用塗料からなる塗膜を形成する工程(第一工程:S1)と、塗膜から第一溶媒を除去する工程(第一溶媒の除去工程:S2)と、第二溶媒を、第一溶媒が除去された塗膜に塗布する工程(第二工程:S3)と、固体高分子電解質(SPE)と、SPE層用バインダーと、第三溶媒と、を含むSPE層用塗料を、第二溶媒を塗布した塗膜に塗布して、SPE層前駆体を形成する工程(第三工程:S4)と、塗膜及びSPE層前駆体から第二溶媒及び第三溶媒を除去する工程(溶媒の除去工程:S5)と、を備える。
第一工程では、まず、第一溶媒中に、活物質粒子、活物質層用バインダー、及び導電助剤を分散させた活物質用塗料を調製する。次に、図1に示すように、活物質用塗料を集電体6の表面に塗布し、活物質用塗料からなる塗膜8aを形成する。なお、図1では、図を簡略するために、塗膜8aに含まれる物質のうち活物質粒子2及び第一溶媒4のみを図示し、導電助剤、及び第一溶媒4に溶解した活物質層用バインダーは省略する。また、図2〜5においても、同様の理由で、導電助剤及び活物質層用バインダーを省略する。
第一溶媒4の除去工程では、塗膜8aを乾燥し、塗膜8aから第一溶媒4を除去する。これにより、第一溶媒4に溶解していた活物質層用バインダーを、活物質粒子2同士の間、導電助剤同士の間、及び活物質粒子2と導電助剤との間に析出させる。その結果、図2に示すように、バインダーによって互いに結着した活物質粒子2及び導電助剤からなる塗膜8bを得る。
第二工程では、図3に示すように、第一溶媒4が除去された塗膜8bに第二溶媒10を塗布し、塗膜8b中の間隙(活物質粒子2及び導電助剤の間)に浸透させ、塗膜8cを形成する。図2に示すように、塗膜8bの表面は、塗膜8b中に含まれる活物質粒子2の形状に応じて凹凸状に起伏する傾向があるが、図3に示すように、塗膜8bを第二溶媒10で被覆した塗膜8cの表面では、凹凸が解消する。
第三工程では、図4に示すように、SPE層用塗料を、第二溶媒10を塗布した塗膜8cに塗布して、SPE層前駆体14aを形成し、さらにSPE層前駆体14aをカレンダロール12でプレス(圧延処理)する。なお、塗布したSPE層前駆体14aをプレスする際は、カレンダロールの表面、又は塗膜8cに塗布したSPE層用塗料を加熱した状態でプレスしてもよい。
溶媒の除去工程では、集電体上の塗膜8c及び塗膜8c上のSPE層前駆体14aを乾燥し、塗膜8c及びSPE層前駆体14aから第二溶媒10及び第三溶媒を除去する。これにより、図5に示すように、集電体6と、集電体6上に形成された活物質層8dと、活物質層8d上に形成されたSPE層14bと、を備える電極100が得られる。
図5に示すように、上述した第一実施形態に係る電極の製造方法により得られた電極100は、集電体6と、集電体6上に形成され、活物質粒子2、導電助剤及び活物質層用バインダーを含む活物質層8dと、活物質層8d上に形成され、SPE及びSPE層用バインダーを含むSPE層14bと、を備え、活物質層8dのSPE層14b側の表面に位置する複数の活物質粒子2及び導電助剤の間にSPE層用バインダー16が充填されている。なお、SPE層用バインダーは、活物質層用バインダーとは異なる物質である。活物質層8dとSPE層14bとの界面近傍には、複数の活物質粒子2及び導電助剤と、その間に充填されたSPE層用バインダー16からなる第一の層と、第一の層より集電体6側に位置し、複数の活物質粒子2及び導電助剤と、その間に充填されたSPE層用バインダー16及び活物質層用バインダーからなる第二の層が形成されていると考えられる。
第一実施形態に係る製造方法で得られた電極100(負極及び正極)を用いてリチウムイオン二次電池を製造する際は、まず、負極及び正極それぞれに対して、負極用リード及び正極用リードを電気的に接続する。次に、負極と正極との間に、セパレータを接触した状態で配置し、発電要素を形成する。このとき、負極のSPE層14b側の面、及び正極のSPE層14b側の面が、セパレータと接触するように配置する。
以下、本発明の第二実施形態に係る電極の製造方法について説明するが、第一実施形態と第二実施形態とに共通する事項については、説明を省略し、両者の相違点についてのみ説明する。
[活物質層用塗料の調製]
黒鉛(商品名:OMAC、大阪ガス株式会社製)からなる活物質粒子、活物質層用バインダーであるPVDF(ホモポリマー、商品名:761、アトフィナ社製)、及び導電助剤であるカーボンブラック(商品名:DAB、電気化学工業株式会社製)を、活物質層用バインダーの良溶媒(第一溶媒)であるNMP中に分散させ、負極用塗料を調製した。
固体高分子電解質であるVDFコポリマー(フッ化ビニルと6フッ化プロピレンの共重合体、商品名:2801、アトフィナ社製)、及びSPE層用バインダーであるVDFコポリマー(フッ化ビニルと6フッ化プロピレンの共重合体、商品名:2801、アトフィナ社製)を、SPE層用バインダーの良溶媒(第三溶媒)であるアセトン中に分散させ、SPE層用塗料を調製した。
<第一工程:S1>
塗膜形成工程では、Cu箔(集電体)の表面に活物質層用塗料を塗布し、活物質層用塗料からなる塗膜を形成した。
第一溶媒の除去工程では、塗膜を乾燥炉で乾燥し、塗膜からNMP(第一溶媒)を除去した。
第二工程では、NMP(第一溶媒)が除去された塗膜(以下、「乾燥塗膜」と記す。)の表面全体に、SPE層用バインダーの貧溶媒である第二溶媒としてキシレンを塗布した後に、塗膜の表面全体をカレンダロールでプレスした。
第三工程では、SPE層用塗料をプレス後の塗膜に塗布し、SPE層用塗料からなるSPE層前駆体を形成し、SPE層前駆体をカレンダロールでプレス(圧延処理)した。
溶媒の除去工程では、SPE層前駆体が形成された塗膜を乾燥炉で乾燥し、塗膜及びSPE層前駆体から第二溶媒及び第三溶媒を除去した。これにより、Cu箔と、Cu箔の表面に形成された負極活物質層と、負極活物質層の表面に形成された固体高分子電解質層と、を備える負極を得た。
乾燥塗膜に、SPE層用塗料を直接塗布してSPE層前駆体を形成したこと以外は、実施例1と同様の方法で、比較例1の負極を得た。すなわち、比較例1では、乾燥塗膜に第二溶媒を塗布せず、また第三工程前に塗膜のプレスを行わなかった。
Claims (12)
- 活物質粒子と、活物質層用バインダーと、第一溶媒と、を含む活物質層用塗料を、集電体に塗布し、前記活物質層用塗料からなる塗膜を形成する第一工程と、
前記塗膜に第二溶媒を塗布する第二工程と、
固体高分子電解質と、固体高分子電解質層用バインダーと、第三溶媒と、を含む固体高分子電解質層用塗料を、前記第二溶媒を塗布した前記塗膜に塗布する第三工程と、
を備え、
前記第一溶媒は、前記活物質層用バインダーの良溶媒であり、
前記第二溶媒は、前記固体高分子電解質層用バインダーの貧溶媒であり、
前記第三溶媒は、前記固体高分子電解質層用バインダーの良溶媒である、
電極の製造方法。 - 前記第二工程の前に、前記塗膜から前記第一溶媒を除去する、請求項1に記載の電極の製造方法。
- 前記第三工程の前に、前記第二溶媒を塗布した前記塗膜をプレスする、請求項1又は2に記載の電極の製造方法。
- 前記第二溶媒が、前記活物質層用バインダーの貧溶媒である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の電極の製造方法。
- 前記固体高分子電解質層用バインダーが、ポリフッ化ビニリデンであり、
前記第二溶媒が、水、ヘキサン、トルエン、キシレン及びアルコールからなる群より選ばれる少なくとも一種である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の電極の製造方法。 - 活物質粒子と、活物質層用バインダーと、第一溶媒と、を含む活物質層用塗料を、集電体に塗布し、前記活物質層用塗料からなる塗膜を形成する工程と、
固体高分子電解質と、固体高分子電解質層用バインダーと、第三溶媒と、を含む固体高分子電解質層用塗料を、前記塗膜に塗布する工程と、
を備え、
前記第一溶媒が、前記活物質層用バインダーの良溶媒であり、且つ前記固体高分子電解質用バインダーの貧溶媒であり、
前記第三溶媒が、前記固体高分子電解質用バインダーの良溶媒である、
電極の製造方法。 - 前記活物質層用バインダーが、スチレンブタジエンゴムとカルボキシメチルセルロースとを含み、
前記固体高分子電解質層用バインダーが、ポリフッ化ビニリデン又はポリエチレンオキシドの少なくともいずれかを含み、
前記第一溶媒が、水及びアルコールを含む、請求項6に記載の電極の製造方法。 - 前記高分子電解質が、ポリフッ化ビニリデン又はポリエチレンオキシドの少なくともいずれかを含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の電極の製造方法。
- 集電体と、
前記集電体上に形成され、活物質粒子及び活物質層用バインダーを含む活物質層と、
前記活物質層上に形成され、固体高分子電解質及び固体高分子電解質層用バインダーを含む固体高分子電解質層と、を備え、
前記活物質層の前記固体高分子電解質層側の表面に位置する複数の前記活物質粒子の間に前記固体高分子電解質層用バインダーが充填されている、
電極。 - 前記複数の活物質粒子と、前記複数の活物質粒子の間に充填された前記固体高分子電解質層用バインダーと、から構成される前記活物質層の前記固体高分子電解質層側の表面が、前記固体高分子電解質層の前記活物質層と反対側の表面と、略平行である、請求項9に記載の電極。
- 前記活物質粒子が負極用活物質からなる、請求項9又は10に記載の電極。
- 前記固体高分子電解質層の厚さが5〜30μmである、請求項9〜11のいずれか一項に記載の電極。
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