JP2011210478A - 二次電池とその製造方法および電極板製造装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 負極芯材NBに未乾燥の負極ペースト層NA10と負極ペースト層NA20とを重ねた状態で塗工する。乾燥炉の内部では,熱風ノズル1301から熱風Hを未乾燥の上層である負極ペースト層NA20に向けて噴き付けることにより負極ペースト層NA20を乾燥させる。一方,冷却ローラ1302により,負極芯材NBは冷却される。負極ペースト層NA10は,負極ペースト層NA20から熱を奪うとともに,負極芯材NBに熱を奪われる。そのため,負極ペースト層NA20の温度は負極ペースト層NA10の温度より高い。これにより,負極ペースト層NA20,負極ペースト層NA10の順に乾燥する。
【選択図】図6
Description
1.リチウムイオン二次電池
本実施の形態に係るバッテリは,円筒型のリチウムイオン二次電池である。図1に,本形態のバッテリ100の断面図を示す。バッテリ100は,図1に示すように,電池容器101および蓋102からなる電池ケースにより密閉されている。バッテリ100には,捲回電極体200と,正極集電板110と,負極集電板120とが内蔵されている。また,電池容器101の内部には電解液が注入されている。
図4は,正極板Pの斜視断面図である。図4中の矢印Aが示す方向は,図3中の矢印Aが示す方向と同じである。すなわち,正極板Pの幅方向である。図4中の矢印Bが示す方向は,図3中の矢印Bが示す方向と同じである。すなわち,正極板Pの長手方向である。
本発明のバッテリ100の製造方法に係る複数層のペースト層の乾燥方法について説明する。本形態では,複数層のペースト層を一度の乾燥で一括して乾燥させる。図6は,本発明に係る複数層のペースト層を乾燥させる方法について示す概念図である。負極合材層NA1,NA2を形成する際のペースト層の乾燥について説明する。
本形態のバッテリ100の製造方法について説明する。本形態のバッテリ100の製造方法は,電極板の塗工工程および乾燥工程に特徴があるものである。したがって,塗工工程および乾燥工程を中心に説明する。
正極板Pは,塗工乾燥装置1000により作成する。塗液供給部1210から供給される塗工液は,正極用のものである。ここで,塗工工程について説明する。まず,正極芯材PBを巻き出し軸1101から送り出す。次に,塗液供給部1210により所定の幅と厚みで正極用の塗工液を正極芯材PBに塗工する。これにより,正極芯材PBの上に正極のペースト層が塗工される。続いて乾燥工程について説明する。乾燥工程では,塗工された正極芯材PBは乾燥炉1300の内部に搬送される。乾燥炉1300の内部では,正極のペースト層は,熱風ノズル1301から噴き出す熱風Hにより乾燥される。そして,正極のペースト層が乾燥した正極板Pは,巻取り軸1401に巻き取られる。
負極板Nも,塗工乾燥装置1000により作成する。ただし,塗液供給部1210から供給される塗工液は,負極用のものである。ここで,塗工工程について説明する。まず,塗工乾燥装置1000の巻き出し部1100から負極芯材NBを巻き出す。そして,負極芯材NBは,塗工部1200に搬送される。塗工部1200では,図8に示した塗液供給部1210により,負極芯材NBの上に負極ペースト層NA10が,その負極ペースト層NA10の上に負極ペースト層NA20が塗工される。続いて,塗工液を塗工された負極芯材NBは,乾燥炉1300の内部に搬送される。
続いて,図9に示す捲回装置2000を用いて,塗工層を既に乾燥した正極板Pおよび負極板Nに,セパレータS,Tを重ねて捲回する。捲回装置2000は,正極板供給部2001と,負極板供給部2002と,セパレータ供給部2003,2004と,捲回軸2005とを有している。ここで,図3に示したように,内側から正極板P,セパレータS,負極板N,セパレータTの順番に積層されるように積み重ねて捲回する。捲回軸2005が図9の矢印Fの向きに回転することにより,捲回電極体200が作成される。
続いて,電池容器101に捲回電極体200を挿入する。そして電池容器101の内部に電解液を注入して封止する。これにより,バッテリ100が組み立てられる。この後,コンディショニングやエージングなどの工程や,各種の検査工程を行うとよい。
5−1.乾燥炉内の冷却
ここで,本実施の形態における変形例について説明する。本形態では,図6や図7に示したように,乾燥炉1300の内部で電極芯材NBの下側に冷却ローラ1302を配置することとした。しかし,冷却ローラ1302以外のものを用いてもよい。例えば,図10に示すように,電極芯材の通過する位置の下方にエアノズル1303を設けるようにしてもよい。エアノズル1303により,電極芯材をフローティングさせるとともに,エアノズル1303から噴出す冷風Rにより電極芯材を冷却することができるからである。
ここで,別の変形例について説明する。本形態では,電極芯材に塗工したペーストの乾燥に,熱風ノズル1301を用いた。しかし,他の加熱装置を用いてもよい。つまり,熱風ノズル1301の代わりに,IR加熱器やその他の加熱器を用いることとしてもよい。ただし,誘導加熱器は用いることができない。ペースト側でなく電極芯材の側から加熱することとなってしまうためである。
また,冷却ローラ1302を,通常のローラとしてもよい。その場合,最表層の負極ペースト層NA20の側のみから加熱することとなり,負極ペースト層NA20と負極ペースト層NA10とで温度差が生じることに変わりないからである。
以上,詳細に説明したように,本実施の形態に係るバッテリ100の製造方法は,電極芯材に複数のペースト層を塗工するとともに,複数の塗工層を一度に乾燥させるものである。そしてその際に,基材側からでなく,表層に近い側のペースト層から乾燥させる。下層のペースト層で対流が生じても,上層と下層のペースト層が混合しないようにするためである。これにより,複数層のペースト層を一度に乾燥させることのできるバッテリ100の製造方法が実現されている。
第2の実施形態について説明する。本形態に係るバッテリの製造方法では,乾燥炉を複数のゾーンに分けて,ペーストを塗工された電極芯材を複数の乾燥ゾーンに通過させて乾燥させる方法である。それ以外の点については,第1の実施形態と同様である。したがって,乾燥工程を中心に説明する。
第3の実施形態について説明する。本形態に係るバッテリの製造方法は,負極芯材NBの上に3層以上のペースト層を塗工し,それらのペースト層を全て一度に乾燥させるものである。それ以外の工程は,第1の実施形態の工程と同様である。したがって,多数のペースト層を塗工する工程と,乾燥する工程を中心に説明する。
第M層の温度 ≧ 第(M−1)層の温度 ≧ 第(M−2)層の温度
……… ≧ 第2層の温度 ≧ 第1層の温度
すなわち,未乾燥のペースト層のうち上層にあるものほどその温度が高い傾向にある。逆に,未乾燥のペースト層のうち下層にあるものほどその温度が低い傾向にある。
第M層の温度 > 第(M−1)層の温度 > 第(M−2)層の温度
……… > 第2層の温度 > 第1層の温度
すなわち,未乾燥のペースト層のうち上層にあるものほどその温度が高い。逆に,未乾燥のペースト層のうち下層にあるものほどその温度が低い。
第4の実施形態について説明する。本形態と第1の実施形態との相違点は,負極ペースト層NA10と負極ペースト層NA20に用いる溶媒の揮発温度である。それ以外については,第1の実施形態とほぼ同様である。したがって,異なる点を中心に説明する。
第M層の溶媒の揮発温度 ≦ 第(M−1)層の溶媒の揮発温度
第(M−1)層の溶媒の揮発温度 ≦ 第(M−2)層の溶媒の揮発温度
第2層の溶媒の揮発温度 ≦ 第1層の溶媒の揮発温度
110…正極集電板
120…負極集電板
200…捲回電極体
1000…塗工乾燥装置
1100…巻き出し部
1200…塗工部
1210…塗液供給部
1211…第1塗液供給口
1212…第2塗液供給口
1220…バックアップローラ
1300,3300…乾燥炉
1301,3301,3303,3305,3306…熱風ノズル
1302,3302…冷却ローラ
1303…エアノズル
304…定盤
1400…巻取り部
2000…捲回装置
2001…正極板供給部
2002…負極板供給部
2003,2004…セパレータ供給部
2005…捲回軸
P…正極板
PA…正極合材層
PB…正極芯材
P1…正極塗工部
P2…正極非塗工部
N…負極板
NA1,NA2…負極合材層
NA10,NA20…負極ペースト層
NB…負極芯材
N1…負極塗工部
N2…負極非塗工部
S,T…セパレータ
X,Y…境界面
Claims (11)
- 正極芯材または負極芯材にペースト層を塗工する塗工工程と,
前記塗工工程で塗工されたペースト層を乾燥させて正極板または負極板とする乾燥工程と,
前記乾燥工程で乾燥された前記正極板と前記負極板とこれらを絶縁するセパレータとを積み重ねて電極体を作成する電極体作成工程と,
前記電極体作成工程で作成された前記電極体を電池容器に挿入するとともに前記電池容器に電解液を注入する電池組立工程とを有する二次電池の製造方法において,
前記塗工工程では,
前記正極芯材および前記負極芯材の少なくとも一方に2層以上のペースト層をその都度乾燥させることなく重ねて塗工し,
前記乾燥工程では,
未乾燥の2層以上のペースト層を乾燥させるに際して,
未乾燥の2層以上のペースト層のうち最表層に近い側のペースト層ほど,
当該ペースト層の温度を高くし,
未乾燥の2層以上のペースト層のうち最表層から遠い側のペースト層ほど,
当該ペースト層の温度を低くすることを特徴とする二次電池の製造方法。 - 請求項1に記載の二次電池の製造方法であって,
前記乾燥工程の少なくとも一部では,
未乾燥の2層以上のペースト層を乾燥させるに際して,
未乾燥の2層以上のペースト層における最表層のペースト層の側のみから前記最表層のペースト層を加熱することを特徴とする二次電池の製造方法。 - 請求項1に記載の二次電池の製造方法であって,
前記乾燥工程の少なくとも一部では,
未乾燥の2層以上のペースト層を乾燥させるに際して,
未乾燥の2層以上のペースト層における最表層のペースト層の表側から前記最表層のペースト層を加熱するとともに,
未乾燥の2層以上のペースト層における最表層のペースト層の反対側から前記最表層の反対側の面を前記表側からの加熱より弱く加熱することを特徴とする二次電池の製造方法。 - 請求項1に記載の二次電池の製造方法であって,
前記乾燥工程の少なくとも一部では,
未乾燥の2層以上のペースト層を乾燥させるに際して,
未乾燥の2層以上のペースト層における最表層のペースト層の表側から前記最表層のペースト層を加熱するとともに,
未乾燥の2層以上のペースト層における最表層のペースト層の反対側から前記最表層の反対側の面を冷却することを特徴とする二次電池の製造方法。 - 請求項1から請求項4までのいずれかに記載の二次電池の製造方法であって,
前記塗工工程では,
2層以上のペースト層をその都度乾燥させることなく重ねて塗工するに際して,
2層以上のペースト層のうちの最表層でないペースト層における揮発溶媒として,
大気圧下での沸点が当該ペースト層より上層のペースト層における揮発溶媒の大気圧下での沸点以上であるものを用いることを特徴とする二次電池の製造方法。 - 請求項1から請求項5までのいずれかに記載の二次電池の製造方法であって,
前記乾燥工程の少なくとも一部では,
未乾燥の2層以上のペースト層を乾燥させるに際して,
前記最表層のペースト層より上方に位置する雰囲気の温度が,前記正極芯材または前記負極芯材より下方に位置する雰囲気の温度よりも高いことを特徴とする二次電池の製造方法。 - 請求項6に記載の二次電池の製造方法であって,
前記乾燥工程の少なくとも一部では,
未乾燥の2層以上のペースト層を乾燥させるに際して,
前記最表層のペースト層より上方に位置する雰囲気の温度が,前記正極芯材または前記負極芯材より下方に位置する雰囲気の温度よりも50℃以上高いことを特徴とする二次電池の製造方法。 - 請求項1から請求項7までのいずれかに記載の二次電池の製造方法であって,
前記乾燥工程では,
前記乾燥工程の初期ほど,
未乾燥のペースト層の最表層の側からの加熱の度合いと,前記最表層の反対側からの加熱の度合いとの差が大きく,
前記乾燥工程の後期ほど,
未乾燥のペースト層の最表層の側からの加熱の度合いと,前記最表層の反対側からの加熱の度合いとの差が小さいことを特徴とする二次電池の製造方法。 - 正極芯材または負極芯材にペースト層を塗工する塗工工程と,
前記塗工工程で塗工されたペースト層を乾燥させて正極板または負極板とする乾燥工程と,
前記乾燥工程で乾燥された前記正極板と前記負極板とこれらを絶縁するセパレータとを積み重ねて電極体を作成する電極体作成工程と,
前記電極体作成工程で作成された前記電極体を電池容器に挿入するとともに前記電池容器に電解液を注入する電池組立工程とを有する二次電池の製造方法において,
前記塗工工程では,
2層以上のペースト層をその都度乾燥させることなく重ねて塗工するに際して,
2層以上のペースト層のうちの最表層でないペースト層における揮発溶媒として,
大気圧下での沸点が当該ペースト層より上層のペースト層における揮発溶媒の大気圧下での沸点より高いものを用いることを特徴とする二次電池の製造方法。 - 正極芯材の少なくとも片側の面に正極合材層を塗工された正極板と,負極芯材の少なくとも片側の面に負極合材層を塗工された負極板と,前記正極板と前記負極板とを絶縁するセパレータとを積み重ねた積層電極体と,
前記積層電極体を内部に備える電池容器と,
前記電池容器の内部に封入された電解液とを有する二次電池において,
前記正極板および前記負極板の少なくとも一方は,2層以上の合材層を形成されたものであり,
当該2層以上の合材層では,
2層以上の合材層のうちの最表層でない合材層に用いられた揮発溶媒が,
大気圧下での沸点が当該合材層より上層の合材層に用いられた揮発溶媒の大気圧下での沸点より高いものであることを特徴とする二次電池。 - 電極芯材を巻き出す巻き出し部と,
前記電極芯材に2層以上のペースト層を未乾燥の状態で重ねて塗工して塗工層とする塗工部と,
前記塗工層を乾燥させる乾燥炉と,
前記塗工層を乾燥された前記電極芯材を巻き取る巻取り部とを有する電極板製造装置において,
前記乾燥炉の少なくとも一部では,
塗工された前記電極芯材の搬送経路より上方に,前記搬送経路に向かって加熱する加熱装置が配置されているとともに,
前記搬送経路より下方に,前記搬送経路に向かって冷却する冷却装置が配置されていることを特徴とする電極板製造装置。
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