JP2010287545A - 電池の電極の製造方法、製造装置、および電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電池用電極の圧延工程において、ロール表面への異物付着による電極の品質低下が起こりにくいロール圧延方法、圧延装置およびそれを用いた電池を提供する。
【解決手段】集電体シートの表面に活物質を塗布して構成された電池用電極の製造方法であって、前記活物質が塗布されたシート電極１５を搬送しながらプレスする工程において、前記シート電極１５に塗布された活物質層と接触する圧延ロール部材１１の表面に対して、コロナ放電器１２により放電処理を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、箔の表面に活物質を塗布して構成される電池の電極の製造方法、製造装置、ならびにその製造方法および製造装置により製造された電極を用いて構成される電池に関する。

リチウムイオン二次電池などの電池においては、その正極および負極として、シート状の電極（シート電極）が用いられるものがある。
前記シート電極は、例えばアルミニウム箔や銅箔やステンレス箔などの金属箔にて構成された集電体シートの表面に活物質を層状に塗布して構成されており、前記電池は、正極として構成された前記シート電極と負極として構成された前記シート電極とをセパレータを介して積層し、さらに積層したシート電極を巻回して巻回体を構成した状態で、電解液が充填された電池ケース内に収納することで構成されている。

前記シート電極は、例えば搬送経路に沿って搬送される集電体シートの表面に対して、活物質ペーストを所定の厚さに塗布する塗布工程、活物質ペーストが塗布された集電体シートを、所定の温度に加熱された乾燥炉内に搬送して、活物質ペーストを乾燥する乾燥工程、および前記乾燥工程にて活物質ペーストが乾燥された集電体シートを一対のロールにより挟み込んでプレスするプレス工程を経て製造される。

前述のプレス工程においては、集電体シートを一対のロール間に連続搬送しながらロールプレスを行うが、集電体シートを連続的にプレスするのに伴い、集電体シートに塗布された活物質ペーストなどの異物がロールの表面に付着し堆積してくる。
プレスを行うロールの表面に異物が付着すると、プレスされる集電体シートにおける活物質ペースト膜の平滑性などに影響し、シート電極の品質を維持することが困難となる。
従って、製造されるシート電極の安定した品質を維持したり、製造するシート電極の機種切替時に機種間で活物質ペーストの混入（コンタミネーション）が生じることを未然に防止したりするために、定期的（例えば、プレスする集電体シートのロット交換時ごと）にロールの清掃を行って、付着した活物質ペーストなどの異物を除去することが必要となる。

活物質ペーストなどの異物が付着したロールの清掃は、例えば有機溶媒で湿らせたウエスでロール表面を拭くことにより行われている。
これは、ロールに付着している異物の殆どが活物質や導電材や結着材といった電極構成物（活物質ペースト）の成分であるため、これらの成分を溶解可能な有機溶媒を清掃剤として用いているものである。
また、特許文献１に示すように、スクレーパを用いてロールに付着したペーストを除去することが行われている。

特開２００３−１４２０８０号公報

前述のように、ロールの表面に付着する異物は、主に活物質や導電材や結着材といった電極構成物（活物質ペースト）の成分であり、集電体シートがロール間を通過するときに付着性のある結着剤が活物質や導電材と共にロール表面に付着していくこととなるが、ロール表面に付着した結着材などの電極構成物は、元々含まれていた有機溶媒が蒸発して乾燥した状態となる。

このように、一旦乾燥した電極構成物を再度有機溶媒に溶解させるためには多くの時間を要するため、有機溶媒で湿らせたウエスでロール表面を拭くことによりロールの清掃を行ったとしても、ロール表面に付着した電極構成物を除去することは容易ではなかった。
また、ロールに付着したペーストを、スクレーパを用いて除去するように構成した場合、付着しているペーストの粘着性が高くなったり、付着したペーストが加圧・乾燥したりするとスクレーパにより掻き取ることが困難となり、確実に除去することができなかった。

そこで、本発明においては、ロール表面に付着した結着材などの電極構成物が乾燥した状態となっても、付着物を容易に除去することができる電池の電極の製造方法、製造装置、および電池を提供するものである。

上記課題を解決する電池の電極の製造方法、製造装置、および電池は、以下の特徴を有する。
すなわち、請求項１記載のごとく、箔の表面に活物質を塗布して構成される電池の電極の製造方法であって、前記活物質が塗布された箔を搬送しながらプレスするプレス工程において、前記箔に塗布された活物質と接触する部材に対してコロナ放電を行う。

また、請求項２記載のごとく、前記プレス工程における箔のプレスは、前記活物質が塗布された箔を一対のプレスロール間に通過させることにより行われ、前記コロナ放電が行われる部材は前記プレスロールである。

また、請求項３記載のごとく、箔の表面に活物質を塗布して構成される電池の電極の製造装置であって、前記活物質が塗布された箔を搬送しながらプレスするプレス装置と、前記プレス装置における前記箔に塗布された活物質と接触する部材に対して、コロナ放電を行う放電装置とを備える。

また、請求項４記載のごとく、前記プレス装置は、前記活物質が塗布された箔をプレスする一対のプレスロールを備え、前記放電装置は、前記プレスロールに対してコロナ放電を行う。

また、請求項５記載のごとく、電池は、前記請求項１もしくは請求項２に記載の電池の電極の製造方法、または前記請求項３もしくは請求項４に記載の電池の電極の製造装置により製造された電極を用いて構成されるものである。

本発明は、以下の効果を奏する。
つまり、本発明によれば、プレスロールの表面に付着した異物が乾燥した状態にあっても、極性溶媒で湿らせたウエスでプレスロールの表面を拭くなどして、前記異物を極性溶媒に接触させることにより、前記異物をプレスロールの表面から除去し易くすることができる。

電池の電極の製造装置におけるプレス工程を示す側面図である。 シート電極を示す側面断面図である。 プレスロールの表面に付着した異物の成分、および正極合剤の成分の分析結果を示す図である。

次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。

本発明の電池の電極の製造方法および製造装置により製造される電池は、例えばリチウムイオン二次電池などの電池に構成されており、その正極および負極として、シート状の電極（シート電極）が用いられている。
前記シート電極は、例えばアルミニウム箔や銅箔やステンレス箔などの金属箔にて構成された集電体シートの表面に活物質を層状に塗布して構成されており、前記電池は、正極として構成された前記シート電極と負極として構成された前記シート電極とをセパレータを介して積層し、さらに積層したシート電極を巻回して巻回体を構成した状態で、電解液が充填された電池ケース内に収納することで構成されている。

前記シート電極は、搬送経路に沿って搬送される集電体シートの表面に対して、活物質ペーストを所定の厚さに塗布する塗布工程、活物質ペーストが塗布された集電体シートを、所定の温度に加熱された乾燥炉内に搬送して、活物質ペーストを乾燥する乾燥工程、および前記乾燥工程にて活物質ペーストが乾燥された集電体シートを一対のプレスロールにより挟み込んでプレスするプレス工程を経て製造される。

図１に示すように、前記シート電極の製造装置において前記プレス工程が行われるプレス工程部１には、プレス装置である一対のプレスロール１１・１１、前記プレスロール１１・１１の表面に対してコロナ放電を行う放電装置であるコロナ放電器１２・１２、巻出ロール１３、および巻取ロール１４が備えられる。
前記巻出ロール１３は、前記乾燥工程を経たシート電極１５をロール状に巻回して構成したものであり、該巻出ロール１３から前記シート電極１５が巻き出されて前記プレスロール１１・１１間に連続的に供給されるように構成されている。

図２に示すように、巻出ロール１３として巻回されているシート電極１５は、集電体シート１５ａの両面に活物質層１５ｂ・１５ｂが構成されたものであり、この活物質層１５ｂ・１５ｂは、塗布工程にて集電体シート１５ａの両面に活物質ペーストを塗布し、塗布した活物質ペーストを乾燥工程にて乾燥することにより構成されるものである。
なお、前記塗布行程にて集電体シート１５ａに塗布される活物質ペーストは、電極構成物を構成する活物質、導電材、および結着材、ならびにこれらを溶解または分散するための有機溶媒を含んでいる。
前記結着材としては、例えばＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）が用いられる。

前記プレスロール１１・１１は、該プレスロール１１・１１間に供給されたシート電極１５の各活物質層１５ｂ・１５ｂを、該シート電極１５の各面に直交する方向（図１における上下方向）にプレスするものであり、その表面は例えば鉄系の金属部材にて構成されている。また、プレスロール１１・１１の表面を構成する金属部材には、例えばクロムメッキが施されている。
また、前記巻取ロール１４は、前記プレスロール１１・１１によりプレスされたシート電極１５を巻き取るものである。

つまり、プレス工程部１では、巻出ロール１３から巻き出されたシート電極１５を一対のプレスロール１１・１１間へ連続的に供給し、該プレスロール１１・１１によりシート電極１５の活物質層１５ｂ・１５ｂをプレスした後に、巻取ロール１４に巻き取ることが行われる。

このように、シート電極１５の活物質層１５ｂ・１５ｂは、プレスロール１１・１１にて圧縮されることにより所定の厚みにプレスされるが、プレスする際には、プレスロール１１・１１表面が活物質層１５ｂ・１５ｂの表面と連続的に直接接触することとなる。
この場合、プレスロール１１・１１の表面には、プレスロール１１・１１の表面に対して付着性を有する結着材が（または結着材が活物質や導電材と共に）付着し、次第に堆積していく。

プレスロール１１・１１の表面に前記結着材などの異物が付着していると、プレスされるシート電極１５における活物質層１５ｂ・１５ｂの平滑性などに影響し、シート電極１５の品質を維持することが困難となるため、定期的（例えば、プレスするシート電極１５のロット交換時ごと）にプレスロール１１・１１の清掃を行って、表面に付着した活物質ペーストなどの異物を除去することが必要となる。
しかし、前記結着材などの異物が付着したプレスロール１１・１１の清掃を、有機溶媒で湿らせたウエスでプレスロール１１・１１の表面を拭くことにより行う場合、一旦乾燥した結着材などの異物を再度有機溶媒に溶解させるためには多くの時間を要するため、そのままの状態でプレスロール１１・１１の表面を前記ウエスで拭いたとしても、付着した結着材などの異物を容易に除去することは困難である。

そこで、本発明では、前記シート電極の製造装置におけるプレス工程部１にコロナ放電器１２・１２を備えて、該コロナ放電器１２・１２から前記結着材などの異物が付着したプレスロール１１・１１の表面に対してコロナ放電を行うことにより、有機溶媒で湿らせたウエスでプレスロール１１・１１の表面を拭いた場合に、前記結着材などの異物を容易に除去することを可能としている。

具体的には、プレスロール１１・１１の表面にコロナ放電を行うと、表面に付着した異物にコロナ放電がなされることとなるが、異物の主成分である結着材などを構成する合成樹脂に対してコロナ放電がなされると、当該合成樹脂にカルボキシル基などの極性を有する官能基が生成されることとなる。

このようにカルボキシル基などの極性を有する官能基が生成された合成樹脂は、有機溶媒のなかでも、特にアセトンやエタノールやＮ−メチルピロリドンなどの極性溶媒に対する溶解性が高く、極性溶媒に接触すると膨潤し易くなるため、極性溶媒で湿らせたウエスでプレスロール１１・１１の表面を拭くことにより、付着した結着材などの異物がプレスロール１１・１１の表面から浮き上がり易くなり、容易に除去することが可能となる。

つまり、本製造装置におけるプレス工程部１では、プレスロール１１・１１の表面に付着した結着材などの異物に対してコロナ放電器１２・１２によりコロナ放電を行い、前記結着材などの異物にカルボキシル基などの極性を有する官能基を生成させている。
前記官能基が生成された前記異物は極性溶媒に対する溶解性が高いため、極性溶媒で湿らせたウエスでプレスロール１１・１１の表面を拭くなどして、前記異物を極性溶媒に接触させることにより、プレスロール１１・１１の表面に付着した異物が乾燥した状態にあっても、前記異物を膨潤させてプレスロール１１・１１の表面から浮き上がらせ、除去し易くすることができる。

特に、金属部材にて構成されるプレスロール１１・１１の表面には細かな凹凸が存在しており、結着材などの異物はその凹凸の中に入り込んでいるためそのままでは除去しにくいが、前述のように、コロナ放電により結着材などの異物に官能基を生成して極性溶媒にて膨潤させることで、該異物をプレスロール１１・１１表面の凹凸から浮き上がらせて除去し易くすることができる。

なお、異物が付着したプレスロール１１・１１の清掃は、プレスするシート電極１５のロット交換時ごとに行うなど定期的に行う他、シート電極１５をプレスしている最中のプレスロール１１・１１に対して連続的に行うこともできる。
例えば、プレスロール１１・１１の清掃を、有機溶媒で湿らせたウエスでプレスロール１１・１１の表面を拭くことにより行う場合、回転するプレスロール１１・１１の表面に有機溶媒で湿らせたウエスを摺接させることにより、連続的に清掃を行うことが可能である。

また、プレスロール１１・１１の清掃は、プレス工程の実施時やシート電極１５のロット交換時などに、回転するプレスロール１１・１１の表面にコロナ放電を行うとともに有機溶媒を塗布して、表面に付着した異物をプレスロール１１・１１表面から浮き上がらせ、さらに回転するプレスロール１１・１１の表面にスクレーパを摺接させて、表面から浮き上がった異物を前記スクレーパにて掻き取ることにより行うこともできる。

また、プレスロール１１・１１の表面に付着している異物が、主に前記活物質ペーストの構成成分であることは、以下の実験結果より分かる。
つまり、例えばシート電極１５を正極として構成する場合には、前記活物質ペーストとして正極合剤のペーストが用いられるが、正極として構成されるシート電極１５をプレスした際にプレスロール１１・１１の表面に付着した異物の成分と、正極合剤の成分とを比較したところ、略同じ成分であった。

図３に、プレスロール１１・１１の表面に付着した異物の成分、および正極合剤の成分を分析した結果を示す。
図３においては、正極合剤の成分として、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、およびフッ素（Ｆ）が検出された。
これに対し、前記異物の成分として、正極合剤の構成モル比と略同じ構成モル比のコバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、およびフッ素（Ｆ）が検出された。また、前記異物の成分として微量のクロム（Ｃｒ）および鉄（Ｆｅ）が検出されたが、これはプレスロール１１・１１表面の金属部材の成分が混入したものと考えられる。

このように、プレスロール１１・１１表面に付着した異物の成分と、正極合剤の成分とは略同じ成分であり、プレスロール１１・１１の表面に付着している異物が、主に前記活物質ペーストの構成成分であるといえる。

１ 電池の電極の製造装置におけるプレス工程部
１１ プレスロール
１２ コロナ放電器
１３ 巻出ロール
１４ 巻取ロール
１５ シート電極
１５ａ 集電体シート
１５ｂ 活物質層

Claims (5)

1. 箔の表面に活物質を塗布して構成される電池の電極の製造方法であって、
   前記活物質が塗布された箔を搬送しながらプレスするプレス工程において、前記箔に塗布された活物質と接触する部材に対してコロナ放電を行う、
   ことを特徴とする電池の電極の製造方法。
2. 前記プレス工程における箔のプレスは、前記活物質が塗布された箔を一対のプレスロール間に通過させることにより行われ、
   前記コロナ放電が行われる部材は前記プレスロールである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電池の電極の製造方法。
3. 箔の表面に活物質を塗布して構成される電池の電極の製造装置であって、
   前記活物質が塗布された箔を搬送しながらプレスするプレス装置と、
   前記プレス装置における前記箔に塗布された活物質と接触する部材に対して、コロナ放電を行う放電装置とを備える、
   ことを特徴とする電池の電極の製造装置。
4. 前記プレス装置は、前記活物質が塗布された箔をプレスする一対のプレスロールを備え、
   前記放電装置は、前記プレスロールに対してコロナ放電を行う、
   ことを特徴とする請求項３に記載の電池の電極の製造装置。
5. 前記請求項１もしくは請求項２に記載の電池の電極の製造方法、または前記請求項３もしくは請求項４に記載の電池の電極の製造装置により製造された電極を用いて構成される、
   ことを特徴とする電池。
   
   

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