JP2012129079A - Anode plate manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池に用いる負極板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a negative electrode plate used for a lithium ion secondary battery.
近年、ハイブリッド自動車やノート型パソコン、ビデオカムコーダなどのポータブル電子機器の駆動用電源に、充放電可能なリチウムイオン二次電池(以下、単に電池ともいう)が利用されている。
このような電池に関して、例えば、特許文献1には、黒鉛粒子(負極活物質粒子)が溶媒に分散されてなるペースト(活物質ペースト)を基材シート(集電板)に塗布後、磁場中で黒鉛粒子(負極活物質粒子)の(002)面を基材シート(集電板)のシート面(主面)に対し垂直に配向させ、さらにその後に溶媒を除去するリチウム二次電池用の負極(負極板)の製造方法が開示されている。具体的には、この特許文献1の製造方法では、塗布されたペースト(活物質ペースト)に一旦磁場を印加して、黒鉛粒子(負極活物質粒子)の配向を揃えた後、加熱炉を用いて溶媒を乾燥除去している。
In recent years, lithium-ion secondary batteries (hereinafter simply referred to as batteries) that can be charged and discharged have been used as power sources for driving portable electronic devices such as hybrid cars, notebook computers, and video camcorders.
With respect to such a battery, for example, in
しかしながら、特許文献1の負極板の製造方法では、加熱炉において風を用いて乾燥すると、その風により、一旦配向させた負極活物質粒子が、倒れるなど物理的に移動してしまい、乾燥後には、負極活物質粒子の配向が乱れた状態となっている場合が多い。
However, in the negative electrode plate manufacturing method of
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであって、負極活物質粒子のうち少なくとも表面粒子の配向が揃った負極活物質層を備える負極板の製造方法を提供する。 This invention is made | formed in view of this problem, Comprising: The manufacturing method of a negative electrode plate provided with the negative electrode active material layer with which the orientation of at least surface particle | grains was uniform among negative electrode active material particles is provided.
本発明の一態様は、主面を有する板状の集電板、及び、磁界による磁場配向可能な負極活物質粒子を含み、上記主面上に形成されてなる負極活物質層、を備える負極板の製造方法であって、溶媒中に上記負極活物質粒子を分散させた活物質ペーストを、上記集電板の上記主面上に塗布する塗布工程と、上記活物質ペーストからなる塗膜に磁界を印加して、上記塗膜中の上記負極活物質粒子のうち、少なくとも表面に位置する表面粒子を磁場配向させる配向工程と、上記配向工程の後、上記塗膜を無風で乾燥させる乾燥工程と、を備える負極板の製造方法である。 One embodiment of the present invention is a negative electrode including a plate-shaped current collector having a main surface, and a negative electrode active material layer including negative electrode active material particles that can be magnetically oriented by a magnetic field and formed on the main surface. A method for producing a plate, wherein an active material paste in which the negative electrode active material particles are dispersed in a solvent is applied onto the main surface of the current collector plate, and a coating film made of the active material paste. An orientation step of applying a magnetic field to magnetically orientate at least the surface particles located on the surface of the negative electrode active material particles in the coating film, and a drying step of drying the coating film without wind after the orientation step And a method for producing a negative electrode plate.
ところで、発明者らの研究によれば、乾燥工程において、塗膜に風(熱風)を当ててこの塗膜を乾燥させて形成した負極板を用いた電池に比して、塗膜に風を当てずに乾燥させて形成した負極板を用いた電池は、その内部抵抗を小さくできることが判ってきた。塗膜の乾燥の際に風(熱風)を当てないことで、塗膜の表面粒子の配向を崩さずに、塗膜を乾燥することができるからである。このように、上述の負極板の製造方法では、乾燥工程において、塗膜を無風で乾燥させるので、電池の内部抵抗を小さくできる負極板を製造できる。 By the way, according to the research of the inventors, in the drying process, the coating film is blown in comparison with a battery using a negative electrode plate formed by applying wind (hot air) to the coating film and drying the coating film. It has been found that a battery using a negative electrode plate which is formed by drying without applying can reduce its internal resistance. This is because the coating film can be dried without destroying the orientation of the surface particles of the coating film by not applying wind (hot air) when the coating film is dried. Thus, in the above-described method for producing a negative electrode plate, since the coating film is dried without wind in the drying step, a negative electrode plate capable of reducing the internal resistance of the battery can be produced.
なお、磁界による磁場配向可能な負極活物質粒子としては、例えば、鱗片状黒鉛,塊状黒鉛,土状黒鉛等の天然黒鉛や人造黒鉛や、天然黒鉛あるいは人造黒鉛を球形に加工した球形化黒鉛などの黒鉛粒子など、結晶異方性が高く、反磁性磁場配向性により、自身の向きが変わりうる特性を有する粒子が挙げられる。
また、乾燥工程において、塗膜を乾燥させる手法としては、例えば、赤外線、電磁誘導加熱(IH)、コンデンサードライヤを用いて加熱し、溶媒を蒸発させて塗膜を乾燥させる手法が挙げられる。なお、無風とは、熱風を塗膜に当てるなど、ファン等による強制的な雰囲気の移動を行わないことを指し、加熱等に伴う自然対流による空気の移動は許容される。
Examples of negative electrode active material particles that can be magnetically oriented by a magnetic field include natural graphite such as flaky graphite, massive graphite, and earthy graphite, artificial graphite, and spherical graphite obtained by processing natural graphite or artificial graphite into a spherical shape. Examples thereof include particles having high crystal anisotropy, such as graphite particles, and a property that the orientation of the particles can be changed by the diamagnetic magnetic field orientation.
In the drying step, examples of the method of drying the coating include heating by using infrared rays, electromagnetic induction heating (IH), and a condenser dryer, and evaporating the solvent to dry the coating. The term “no wind” means that the air is not forcedly moved by a fan or the like such as hot air is applied to the coating film, and air movement by natural convection accompanying heating or the like is allowed.
さらに、上述の負極板の製造方法であって、前記負極活物質粒子は、扁平な黒鉛粒子である負極板の製造方法とすると良い。 Furthermore, in the above-described method for manufacturing a negative electrode plate, the negative electrode active material particles may be a method for manufacturing a negative electrode plate that is flat graphite particles.
扁平な黒鉛粒子を用いた活物質ペーストを用いた場合、黒鉛粒子が扁平であるため、風の影響を受けやすく、塗膜の乾燥中に倒れて配向が崩れるなど、磁場配向時の黒鉛粒子の配向が揃った状態のままで塗膜の乾燥を完了させ難い。
これに対して、上述の負極板の製造方法では、塗膜を無風で乾燥させるので、扁平な黒鉛粒子を用いていながらも、その配向を維持しつつ、塗膜を乾燥させることができる。従って、扁平な黒鉛粒子の配向を確実に揃えた負極板を形成できる。
When an active material paste using flat graphite particles is used, the graphite particles are flat, so they are easily affected by wind, and the orientation of the graphite particles collapses during drying of the coating, causing the orientation to collapse. It is difficult to complete the drying of the coating film in a state where the orientation is uniform.
On the other hand, in the manufacturing method of the above-mentioned negative electrode plate, since the coating film is dried without wind, the coating film can be dried while maintaining its orientation while using flat graphite particles. Therefore, it is possible to form a negative electrode plate in which flat graphite particles are aligned with certainty.
なお、扁平な黒鉛粒子としては、例えば、鱗片状黒鉛が挙げられる。 In addition, as flat graphite particle | grains, scaly graphite is mentioned, for example.
(実施形態)
次に、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
まず、本実施形態にかかる負極板20を備える電池1について、図1を参照して説明する。
この電池1は、正極板30及び負極板20を有するリチウムイオン二次電池である。また、図1に示すように、電極体10及び電解液(図示しない)を矩形箱状の電池ケース80に収容している。このうち、電解液は、エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート及びジメチルカーボネートを調整した混合有機溶媒に、溶質としてLiPF6を添加した有機電解液である。
(Embodiment)
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a
The
また、電池1の電池ケース80は、共にアルミニウム製の電池ケース本体81及び封口蓋82を有する。なお、この電池ケース80と電極体10との間には、樹脂からなり、箱状に折り曲げた、透明な絶縁フィルム(図示しない)が介在させてある。
The
このうち封口蓋82は矩形板状であり、電池ケース本体81の開口を閉塞して、この電池ケース本体81に溶接されている。この封口蓋82には、電極体10と接続している正極集電部材91及び負極集電部材92のうち、それぞれ先端に位置する正極端子部91A及び負極端子部92Aが貫通しており、図1中、上方に向く蓋表面82aから突出している。これら正極端子部91A或いは負極端子部92Aと封口蓋82との間には、それぞれ絶縁性の樹脂からなる絶縁部材95が介在し、互いを絶縁している。さらに、この封口蓋82には矩形板状の安全弁97も封着されている。
Among these, the
また、電極体10は、帯状の正極板30及び負極板20を、多孔質のポリエチレンからなる帯状のセパレータ(図示しない)を介して扁平形状に捲回してなる。なお、この電極体10の正極板30及び負極板20はそれぞれ、クランク状に屈曲した板状の正極集電部材91又は負極集電部材92と接合されている。
この電極体10のうち、薄板帯状の正極板30は、帯状でアルミニウムからなる正極集電箔(図示しない)と、この正極集電箔の両主面上に形成された正極活物質層(図示しない)とを有する。このうち、正極活物質層は、LiNiCoMnO2からなる正極活物質粒子(図示しない)、PVDFからなる結着剤(図示しない)、及び、アセチレンブラックからなる導電剤(図示しない)を有する。なお、この正極活物質層における、正極活物質粒子、導電剤及び結着剤の重量比を、正極活物質粒子:導電剤:結着剤=90:5:5としてある。
The
Among the
また、負極板20は、図2に示すように、薄板帯状で銅製の銅箔28(厚みが10μm)と、この銅箔28の両箔主面28X,28Xにそれぞれ帯状に配置された2つの負極活物質層21,21とを有している。
このうち、負極活物質層21は、平均粒径が11μmの鱗片状黒鉛からなる負極活物質粒子22、カルボキシルメチルセルロース(CMC)からなる増粘剤23、及び、スチレンブタジエンラバー(SBR)からなる結着剤24を含んでいる。なお、この負極活物質層21における、負極活物質粒子22、増粘剤23及び結着剤24の重量比を、負極活物質粒子22:増粘剤23:結着剤24=98:1:1としてある。
Further, as shown in FIG. 2, the
Among these, the negative electrode
また、鱗片状黒鉛からなる負極活物質粒子22は、図3(a)に示すような、略平板状の扁平な黒鉛粒子である。この負極活物質粒子22は、典型的には2つの略平板状の粒子主面22f,22fと、この粒子主面22fの外周縁に位置する粒子外周縁22sとを有する。
この負極活物質粒子22は、粒子主面22fと平行な平面方向に広がる単一層CLが複数積層された形態の結晶構造を有している(図3(b)参照)。なお、図3(b)に示すように、2つの粒子主面22f,22fの間の厚み方向DTは、複数の単一層CL,CLが積層する方向と同じである。また、この負極活物質粒子22では、粒子外周縁22sを通じて、単一層CL同士の層間(面間)にリチウムイオンを取り込み、またここから取り出すことができる。
Moreover, the negative electrode
The negative electrode
また、この負極活物質粒子22は、磁界による磁場配向が可能な反磁性磁場配向性を有している。具体的には、負極活物質粒子22に強い磁界を印加すると、負極活物質粒子22は、その磁界の向きに対し、負極活物質粒子22(鱗片状黒鉛)の結晶構造をなす単一層CLの層平面(ベイサル面)が平行になる向きに配向する。換言すれば、磁界の向きに対し、負極活物質粒子22の厚み方向DTが直交する向きに配向する。
Further, the negative electrode
なお、本実施形態の負極板20における負極活物質層21のうち、活物質層表面21Fの様子を図4に示す。図4には、負極活物質粒子22のうち、活物質層表面21Fに露出する表面粒子22Hが複数示されている。これらの表面粒子22H,22Hはそれぞれ、磁場配向によって表面粒子22Hの厚み方向DTが、図4の紙面と平行に広がる箔主面28Xに平行になる向きに配置されている。
In addition, the state of the active
次に、本実施形態にかかる負極板20を備える電池1の製造方法について説明する。
まず、負極板20の製造方法について、図5を参照しつつ説明する。この負極板20の製造方法は、後述する活物質ペースト21Pを、銅箔28の箔主面28X上に塗布する塗布工程、活物質ペースト21Pからなる塗膜PSに磁界を印加して、塗膜PS中の表面粒子22Hを磁場配向させる配向工程、及び、この配向工程の後に、塗膜PSを無風で乾燥させる乾燥工程を含む。
Next, the manufacturing method of the
First, a method for manufacturing the
これら塗布工程、配向工程及び乾燥工程では、図5に示す装置100を用いる。この装置100は、巻出し部101、コータ110、磁石121,122を含む磁気回路、乾燥機130、巻取り部102、及び、複数の補助ローラ140を備えている(図5参照)。
In these coating process, orientation process, and drying process, an
このうち、コータ110は、活物質ペースト21Pを内部に貯留してなる金属製のペースト保持部111と、このペースト保持部111に保持した活物質ペースト21Pを銅箔28の箔主面28Xに向かって連続的に吐出する吐出口112とを有する。
Among these, the
また、磁気回路は、コータ110と次述の乾燥機130との間に配置されている。この磁気回路は、塗膜PS(銅箔28)の表面PSAに対向しつつ、この表面PSAを挟んで第1磁石121及び第2磁石122を配置している。これら第1磁石121及び第2磁石122は、これらの間に第1磁石121から第2磁石122に向く(図5中、上方から下方に向く)磁界Hを発生させることができる。即ち、これらの間に位置する塗膜PSに対し、この塗膜PSに直交する方向に磁界Hを印加することができる。
Further, the magnetic circuit is disposed between the
また、乾燥機130は、既知の赤外線乾燥機であり、機内の雰囲気は、自然対流によって入れ替わる構成とされている。この乾燥機130を用いて、銅箔28、及び、この銅箔28に塗布された活物質ペースト21Pからなる塗膜PSを加熱し、無風で乾燥させる。これにより、この乾燥機130の下方側(図5中、下側)を移動している間に、銅箔28に塗布された塗膜PSの乾燥が徐々に進み、乾燥機130を通過し終えたときには、塗膜PSは全乾燥、即ち、塗膜PS内の水AQが全て蒸発している。
The
まず、水AQ中に、前述した負極活物質粒子22、増粘剤23及び結着剤24を分散させた活物質ペースト21Pを用意した。
この活物質ペースト21Pは、以下のように作製した。まず、増粘剤23を水AQに溶解させて1%水溶液とし、これに負極活物質粒子22を加えて、公知の2軸プラネタリ混練機で混練した。そして、これに水AQ及び結着剤24を加えてさらに混練し、負極活物質粒子22、増粘剤23及び結着剤24の重量比が、負極活物質粒子22:増粘剤23:結着剤24=98:1:1、かつ、これら負極活物質粒子22、増粘剤23及び結着剤24の固形分が46%に調製された活物質ペースト21Pを作製した。この活物質ペースト21Pを装置100のコータ110のペースト保持部111に投入した。
First, an
This
塗工工程では、巻出し部101に捲回した帯状の銅箔28を長手方向DAに移動させ、その銅箔28の一方の箔主面28X上に、コータ110により活物質ペースト21Pを塗布した。なお、塗工速度は5m/minである。銅箔28に塗布された活物質ペースト21Pは、箔主面28X上で塗膜PSとなって、次述する配向工程に進む。
In the coating process, the strip-shaped
配向工程では、磁石を含む磁気回路を用いて、塗膜PSに磁界を印加する(図5参照)。具体的には、磁気回路をなす第1磁石121及び第2磁石122を用いて、これらの間に位置する塗膜PSに磁界Hを印加して(磁束密度は300mT)、負極活物質粒子22のうち少なくとも塗膜表面PSAに位置する表面粒子22Hを磁場配向させる。即ち、その厚み方向DTが銅箔28の箔主面28Xに平行になる向きに、つまり、ベイサル面が箔主面28Xに直交する向きに磁場配向させる。なお、図6は、塗膜PSの塗膜表面PSAにおける負極活物質粒子22と表面粒子22Hとの関係を示す説明図である。この図6では、磁気回路で発生させる磁界Hの向きは、紙面に対し、手前から奥に向かう方向である。
In the orientation step, a magnetic field is applied to the coating film PS using a magnetic circuit including a magnet (see FIG. 5). Specifically, using the
上述の配向工程の後、乾燥機130を用いて、塗膜PSを無風で乾燥させる乾燥工程を行う(図5参照)。即ち、配向工程で磁場配向させた表面粒子22Hに熱風を当てると、表面粒子22Hが倒れるなど、塗膜PSに風が当たることによる移動を生じることがある。これを抑制しつつ、塗膜PSから水AQを蒸発させて塗膜PSを乾燥させる。これにより、表面粒子22Hの厚み方向DTが箔主面28Xに平行になる向きに配向された未圧縮活物質層21Bができあがる。
その後、この未圧縮活物質層21Bを箔主面28X上に担持した片面担持銅箔28Kを、一旦、巻取り部102に巻き取る。
After the orientation step described above, a drying step is performed in which the coating film PS is dried without wind using the dryer 130 (see FIG. 5). That is, when hot air is applied to the surface particles 22H that have been magnetically aligned in the alignment step, the surface particles 22H may fall down, causing movement due to the wind hitting the coating film PS. While suppressing this, water AQ is evaporated from the coating film PS to dry the coating film PS. As a result, the uncompressed
Thereafter, the single-side supported
次に再度、装置100を用いて、上述の片面担持銅箔28K(銅箔28)の他方の箔主面28Xにも、活物質ペースト21Pを塗布して、箔主面28X上に塗膜PSを形成する。そして、上述した磁気回路(第1磁石121,第2磁石122)を用いて、この塗膜PSに磁界Hを印加して、塗膜PSの表面粒子22Hを磁場配向させて、その後、乾燥機130により無風で塗膜PSを全乾燥させる。
かくして、銅箔28の両方の箔主面28X,28Xに未圧縮活物質層21Bを積層配置した、プレス前の活物質積層板20Bが作製される。
Next, again using the
Thus, an
その後、図示しないロールプレスを用いて、上述の活物質積層板20Bを圧縮し、表面粒子22Hの厚み方向DTが箔主面28Xに平行になる向きに配置されている負極活物質層21を有する負極板20を作製した(図2参照)。なお、このとき、未圧縮活物質層21Bの負極活物質粒子22(表面粒子22H)の磁場配向が壊れない程度の圧力で、活物質積層板20Bを圧縮する。これにより、負極板20の表面粒子22Hは、上述の配向工程でなされた磁場配向を維持した状態にある。
Thereafter, the
一方、結着剤(PVDF、図示しない)を溶解した溶媒中に、正極活物質粒子(LiNiCoMnO2、図示しない)及び導電剤(アセチレンブラック、図示しない)をそれぞれ投入し混練してなるペースト(図示しない)の塗布、乾燥を、帯状のアルミニウム製の正極集電箔(図示しない)の両面に行った。
その後、図示しないロールプレスで乾燥させたペーストを圧縮し、正極活物質層(図示しない)を有する正極板30を作製した。
On the other hand, a paste (illustrated) in which positive electrode active material particles (LiNiCoMnO 2 , not illustrated) and a conductive agent (acetylene black, not illustrated) are charged and kneaded in a solvent in which a binder (PVDF, not illustrated) is dissolved. Coating) and drying were performed on both sides of a strip-shaped aluminum positive electrode current collector foil (not shown).
Then, the paste dried with the roll press which is not illustrated was compressed, and the
上述のように作製した正極板30と負極板20との間に、セパレータ(図示しない)を介在させて捲回し、電極体10とする。さらに、正極板30及び負極板20にそれぞれ正極集電部材91及び負極集電部材92を溶接し、電池ケース本体81に挿入し、図示しない電解液を注入後、封口蓋82で電池ケース本体81を溶接で封口する。かくして、電池1が完成する(図1参照)。
The
ところで、本発明者らは、前述のようにして作製した負極板20について、負極活物質層21(活物質層表面21F)における負極活物質粒子22の配向性について調査した。
具体的には、負極板20における負極活物質層21(鱗片状黒鉛)について、X線回折法(負極活物質層21に対し、X線を垂直に照射)を用いて、負極活物質粒子22の結晶面のうち、(110)面及び(002)面のピーク強度I(110)及びI(002)を測定した。そして、ピーク強度I(110)をピーク強度I(002)で割った、ピーク強度比(=I(110)/I(002))を算出した。なお、このピーク強度比(=I(110)/I(002))が大きいほど、負極活物質層21において、負極活物質粒子22の配向が揃っていることが判る。具体的には、ピーク強度比が大きいほど、より多くの負極活物質粒子22の単一層CLがなす平面(ベイサル面:(002)面)が揃って、箔主面28Xと直交していることが判る。
By the way, the present inventors investigated the orientation of the negative electrode
Specifically, for the negative electrode active material layer 21 (flaky graphite) in the
また、上述の負極板20の比較例である比較負極板C20を用意した。この比較負極板C20は、前述の塗布工程及び配向工程までは、負極板20と同様であるが、乾燥工程で、熱風を用いて塗膜PSを乾燥させて作製した点で負極板20と異なる。
この比較負極板C20について、負極板20と同様、X線回折法を用いて、ピーク強度I(110)及びI(002)を測定し、ピーク強度比(=I(110)/I(002))を算出して、負極板20のピーク強度比と比較した。
Also, a comparative negative electrode plate C20, which is a comparative example of the
For this comparative negative electrode plate C20, similarly to the
熱風を用いて塗膜PSを乾燥させた比較負極板C20のピーク強度比は、0.200であった。これに対し、負極板20のピーク強度比は0.228であり、比較負極板C20よりも若干大きな値となった。このことから、比較負極板C20に比して、負極板20は負極活物質粒子22がより配向していることが判る。これは、負極板20が、乾燥工程における塗膜PSの乾燥の際に、風(熱風)を当てずに乾燥させたことにより、塗膜PS中の表面粒子22Hの配向を崩さずに、塗膜PSを乾燥させて負極板20を作製できたからである。
The peak intensity ratio of the comparative negative electrode plate C20 in which the coating film PS was dried using hot air was 0.200. On the other hand, the peak intensity ratio of the
次いで、本発明者らは、上述の負極板20を用いた電池1の特性を評価すべく、電池1に用いたのと同じ正極板、負極板、セパレータ及び電解液を用いた試料電池T1を用意した。
具体的には、前述の正極板30及び負極板20をそれぞれ5cm程度の長さに裁断したものを用意し、これらの間にセパレータを介在させて、これら正極板、負極板及びセパレータを積層した平板状積層型の電極体を形成した。なお、この電極体において、負極板の表面粒子は、その厚み方向DTが、箔主面28Xに平行となる向きに配向している。
そして、この電極体を、アルミニウム製の箔を樹脂でコーティングしたシート状のラミネートシート2枚で挟み、正極板の一部(正極リード部)、及び、負極板の一部(負極リード部)を外部に延出させつつ内側に電解液を封入して、ラミネート型の試料電池T1を作製した。
Next, in order to evaluate the characteristics of the
Specifically, the
The electrode body is sandwiched between two sheet-like laminate sheets obtained by coating an aluminum foil with a resin, and a part of the positive electrode plate (positive electrode lead part) and a part of the negative electrode plate (negative electrode lead part) are A laminate type sample battery T1 was manufactured by enclosing the electrolyte solution inside while extending outward.
まず、この試料電池T1について、充電(初期充電)を行った。具体的には、25℃の温度環境下で、正極板と負極板との間の電圧が4.1Vになるまで、1Cで定電流充電を行った。
その後、この試料電池T1の内部抵抗を測定した。具体的には、電極間の開放電圧を3.75Vにした試料電池T1について、25℃の温度環境下で1/2,1,5,10Cの定電流放電をそれぞれ行い、各定電流放電について放電開始から10秒経過時点の電圧を測定した。そして、各電流値について測定した電圧を、縦軸に電圧、横軸に定電流放電の値を示すグラフにプロットして、全ての点の近似直線の傾きから試料電池T1の内部抵抗の値を算出した。
First, this sample battery T1 was charged (initial charge). Specifically, constant current charging was performed at 1 C until the voltage between the positive electrode plate and the negative electrode plate reached 4.1 V under a temperature environment of 25 ° C.
Thereafter, the internal resistance of the sample battery T1 was measured. Specifically, the sample battery T1 having an open-circuit voltage between the electrodes of 3.75 V was subjected to constant current discharges of 1/2, 1, 5, 10 C in a temperature environment of 25 ° C. The voltage when 10 seconds elapsed from the start of discharge was measured. Then, the voltage measured for each current value is plotted on a graph showing the voltage on the vertical axis and the value of constant current discharge on the horizontal axis, and the value of the internal resistance of the sample battery T1 is calculated from the slopes of the approximate straight lines at all points. Calculated.
一方、試料電池T1の比較例である比較電池C1を用意し、この電池についての電池特性を、試料電池T1と同様に測定した。
但し、比較電池C1は、前述した比較負極板C20、即ち、配向工程の後に、熱風を用いて塗膜PSを乾燥させて作製した負極板を用いている点で試料電池T1と異なる。
この比較電池C1について、まず、試料電池T1と同様にして、充電(初期充電)を行い、その後、試料電池T1と同様にして、この比較電池C1の内部抵抗を測定した。
On the other hand, a comparative battery C1, which is a comparative example of the sample battery T1, was prepared, and the battery characteristics of this battery were measured in the same manner as the sample battery T1.
However, the comparative battery C1 differs from the sample battery T1 in that the comparative negative electrode plate C20 described above, that is, the negative electrode plate prepared by drying the coating film PS using hot air after the alignment step is used.
The comparative battery C1 was first charged (initial charge) in the same manner as the sample battery T1, and then the internal resistance of the comparative battery C1 was measured in the same manner as the sample battery T1.
比較電池C1の内部抵抗の値は、0.518Ωであった。これに対し、試料電池T1の内部抵抗の値は、比較電池C1よりも小さい0.496Ωであった。前述したように、試料電池T1の負極板20では、比較電池C1の比較負極板C20に比して、より多くの表面粒子22Hの厚み方向DTが銅箔28の箔主面28Xに平行となる向きに配向している。このため、試料電池T1では、比較電池C1に比して、リチウムイオンの出入り部分である粒子外周縁22sをセパレータや正極板30に向けた表面粒子22Hがより多く存在している。これにより、正極板30から移動してきたリチウムイオンを、正極板30から見て、最も短い移動距離で粒子外周縁22sを通じて、表面粒子22H(負極活物質粒子22)内に容易に取り込むことができる。かくして、試料電池T1の内部抵抗が比較電池C1よりも小さくできたと考えられる。
The value of the internal resistance of the comparative battery C1 was 0.518Ω. On the other hand, the value of the internal resistance of the sample battery T1 was 0.496Ω, which was smaller than that of the comparative battery C1. As described above, in the
以上より、本実施形態の電池1に用いた負極板20の製造方法では、乾燥工程において、塗膜PSを無風で乾燥させるので、電池1の内部抵抗を小さくできる負極板20を製造できる。
As mentioned above, in the manufacturing method of the
また、扁平な負極活物質粒子22を用いた活物質ペースト21Pを用いた場合、負極活物質粒子22(表面粒子22H)が扁平であるため、風の影響を受けやすく、塗膜PSの乾燥中に倒れて配向が崩れるなど、磁場配向時の負極活物質粒子22(表面粒子22H)の配向が揃った状態のままで塗膜PSの乾燥を完了させ難い。
これに対して、本実施形態の負極板20の製造方法では、塗膜PSを無風で乾燥させるので、扁平な負極活物質粒子22(表面粒子22H)を用いていながらも、その配向を維持しつつ、塗膜PSを乾燥させることができる。従って、扁平な負極活物質粒子22(表面粒子22H)の配向を確実に揃えた負極板20を形成できる。
In addition, when the
On the other hand, in the manufacturing method of the
ところで、本発明者らは、負極板の製造に用いる活物質ペーストの粘度と、製造した負極板の抵抗特性との関係について調査すべく、粘度の異なる複数のペーストを用意した。なお、ペーストの粘度は、水AQの投入量を変えることで調整した。また、ペーストの粘度については、公知のE型粘度計の2sec-1における測定値を表1に示す。
各ペーストを塗布した塗膜に、前述した配向工程で磁場を印加し、その後、熱風乾燥により参考負極板を作製する。これを2cm×2cmの平板状に裁断し、テストピースとする。このテストピースを2枚重ね合わせ、重ね合わせた方向に2000Nの荷重をかけたときの、2枚のテストピースの間の抵抗値(以下、極板抵抗値ともいう)を、ミリオームテスタを用いて公知の4端子法で測定した。
各ペーストの粘度と、これを用いた参考例の各負極板の極板抵抗値とを表1に示す。
By the way, the present inventors prepared a plurality of pastes having different viscosities in order to investigate the relationship between the viscosity of the active material paste used for manufacturing the negative electrode plate and the resistance characteristics of the manufactured negative electrode plate. The viscosity of the paste was adjusted by changing the amount of water AQ. Moreover, about the viscosity of a paste, the measured value in 2 sec- 1 of a well-known E-type viscosity meter is shown in Table 1.
A magnetic field is applied to the coating film to which each paste is applied in the above-described orientation step, and then a reference negative electrode plate is produced by hot air drying. This is cut into a flat plate of 2 cm × 2 cm to obtain a test piece. Two test pieces are overlapped, and when a load of 2000 N is applied in the overlapping direction, the resistance value between the two test pieces (hereinafter also referred to as electrode plate resistance value) is measured using a milliohm tester. It measured by the well-known 4 terminal method.
Table 1 shows the viscosity of each paste and the electrode plate resistance value of each negative electrode plate of the reference example using the paste.
また、各ペーストの粘度と、これを用いた参考例1〜6の負極板の極板抵抗値との関係を表すグラフを図7に示す。
このグラフによれば、活物質ペーストの粘度が4000mPa・s以下である場合には、極板抵抗値を4〜5mΩ程度に抑えることができる。これに対し、活物質ペーストの粘度が4000mPa・sを超えると、極板抵抗値がいずれも5.5mΩを超えることが判る。
Moreover, the graph showing the relationship between the viscosity of each paste and the electrode plate resistance value of the negative electrode plate of Reference Examples 1-6 using this is shown in FIG.
According to this graph, when the viscosity of the active material paste is 4000 mPa · s or less, the electrode plate resistance can be suppressed to about 4 to 5 mΩ. On the other hand, when the viscosity of the active material paste exceeds 4000 mPa · s, it can be seen that the electrode plate resistance values all exceed 5.5 mΩ.
これは、粘度が4000mPa・sを超える高い粘度の活物質ペーストを用いた場合、前述の配向工程で磁気回路を用いて塗膜に磁界Hを印加しても、表面粒子22H(負極活物質粒子22)が動きにくいため、これを磁場配向させ難い。一方、4000mPa・s以下の比較的低い粘度の活物質ペーストを用いた場合には、配向工程で塗膜に磁界Hを印加することで、表面粒子22Hを磁場配向させ得る。このため、粘度が4000mPa・s以下の活物質ペーストを用いて製造した負極板は、4000mPa・sを超える活物質ペーストを用いた負極板に比して、配向が揃っている。従って、粘度が4000mPa・s以下の活物質ペーストを用いた負極板は、より多くの表面粒子22Hがリチウムイオンの出入り部分である粒子外周縁をセパレータや正極板に向けているために、極板抵抗が低くなったと考えられる。かくして、粘度が4000mPa・s以下の活物質ペーストを用いると良いことが判る。 When an active material paste having a viscosity exceeding 4000 mPa · s is used, even if a magnetic field H is applied to the coating film using a magnetic circuit in the above-described orientation step, surface particles 22H (negative electrode active material particles) 22) is difficult to move, so it is difficult to orient it. On the other hand, when an active material paste having a relatively low viscosity of 4000 mPa · s or less is used, the surface particles 22H can be magnetically aligned by applying a magnetic field H to the coating film in the alignment step. For this reason, the negative electrode plate manufactured using the active material paste having a viscosity of 4000 mPa · s or less has a uniform alignment as compared with the negative electrode plate using the active material paste exceeding 4000 mPa · s. Therefore, the negative electrode plate using the active material paste having a viscosity of 4000 mPa · s or less has a larger number of surface particles 22H facing the outer peripheral edge of the particle, which is a portion where lithium ions enter and exit, toward the separator and the positive electrode plate. It is thought that resistance became low. Thus, it can be seen that an active material paste having a viscosity of 4000 mPa · s or less is preferably used.
また、本発明者らは、活物質ペーストの粘度と、これを用いた塗膜に磁場を印加した後、乾燥させた負極板を用いた電池の内部抵抗との関係を評価すべく、粘度の異なる複数のペーストを用意した。
そして、これらペーストを用いた参考例1〜6の負極板を備える電池について、前述の試料電池T1と同様にして、まず、充電(初期充電)を行い、その後、試料電池T1と同様にして、各電池の内部抵抗を測定した。
各電池についての、内部抵抗値をも表1に示す。
Further, the present inventors have evaluated the relationship between the viscosity of the active material paste and the internal resistance of the battery using the dried negative electrode plate after applying a magnetic field to the coating film using the active material paste. Several different pastes were prepared.
And about a battery provided with the negative electrode plate of the reference examples 1-6 using these pastes, it carries out charge (initial charge) first like the above-mentioned sample battery T1, and then like a sample battery T1, The internal resistance of each battery was measured.
The internal resistance values for each battery are also shown in Table 1.
さらに、各ペーストの粘度と、これを用いた負極板を備える電池の内部抵抗値との関係を表すグラフを図8に示す。
このグラフによれば、粘度が4000mPa・s以下の活物質ペーストを用いた電池では、内部抵抗値がいずれも0.52Ω以下である。これに対し、粘度が4000mPa・sを超えた活物質ペーストを用いた電池では、内部抵抗値がいずれも0.52Ωを超えている。
これは、前述した負極板の極板抵抗値の結果(図7)と同様、粘度が4000mPa・sを超える活物質ペーストを用いた電池では、表面粒子22H(負極活物質粒子22)を磁場配向させ難い。この一方、4000mPa・s以下の比較的低い粘度の活物質ペーストを用いた電池では、表面粒子22Hを磁場配向させ易い。このため、その表面粒子22Hの配向が揃っており、より多くの表面粒子22Hがリチウムイオンの出入り部分である粒子外周縁をセパレータや正極板に向けているので、電池の内部抵抗が低くなったと考えられる。
Furthermore, the graph showing the relationship between the viscosity of each paste and the internal resistance value of a battery provided with a negative electrode plate using the paste is shown in FIG.
According to this graph, in the battery using the active material paste having a viscosity of 4000 mPa · s or less, all the internal resistance values are 0.52Ω or less. On the other hand, in the battery using the active material paste having a viscosity exceeding 4000 mPa · s, the internal resistance value exceeds 0.52Ω.
This is similar to the result of the electrode plate resistance value of the negative electrode plate described above (FIG. 7). In the battery using the active material paste having a viscosity exceeding 4000 mPa · s, the surface particles 22H (negative electrode active material particles 22) are magnetically aligned. It is difficult to let it. On the other hand, in a battery using an active material paste having a relatively low viscosity of 4000 mPa · s or less, the surface particles 22H are easily magnetically oriented. For this reason, the orientation of the surface particles 22H is uniform, and more surface particles 22H are directed to the separator or the positive electrode plate with the outer peripheral edge of the particles, which is the portion where lithium ions enter and exit, so that the internal resistance of the battery is reduced. Conceivable.
但し、活物質ペーストの粘度が極端に低い、20mPa・s以下の場合、塗工工程において、塗布した活物質ペーストの一部が銅箔の箔主面上から流れ落ちてしまい、箔主面上に適切に塗膜を形成できない。
かくして、活物質ペーストの粘度は、20mPa・s以上、4000mPa・s以下の範囲が好ましいことが判る。
However, when the viscosity of the active material paste is extremely low, that is, 20 mPa · s or less, a part of the applied active material paste flows down from the main foil surface of the copper foil in the coating process, and on the main foil surface. A coating film cannot be formed properly.
Thus, it can be seen that the viscosity of the active material paste is preferably in the range of 20 mPa · s to 4000 mPa · s.
(変形形態)
次に、前述した実施形態にかかる製造方法の変形形態について、図面を参照しつつ説明する。
なお、本変形形態にかかる負極板の製造方法では、前述の乾燥工程の後に、負極活物質層の表面の光沢度を検知する光沢度検知工程を更に備えている点で、前述した実施形態の製造方法とは異なる。
そこで、実施形態と異なる点を中心に説明し、実施形態と同様の部分の説明は省略または簡略化する。なお、実施形態と同様の部分については同様の作用効果を生じる。また、同内容のものには同番号を付して説明する。
(Deformation)
Next, modifications of the manufacturing method according to the above-described embodiment will be described with reference to the drawings.
Note that the method for manufacturing a negative electrode plate according to this modified embodiment further includes a glossiness detection step for detecting the glossiness of the surface of the negative electrode active material layer after the drying step. It is different from the manufacturing method.
Therefore, the differences from the embodiment will be mainly described, and the description of the same parts as the embodiment will be omitted or simplified. In addition, the same effect is produced about the part similar to embodiment. In addition, the same contents are described with the same numbers.
光沢度検知工程では、具体的には、図9に示す光沢計200を用いて、乾燥工程で全乾燥した未圧縮活物質層21Bの光沢度を測定する。
なお、光沢計200は、未圧縮活物質層21Bに照射光L1を照射する光源部210と、未圧縮活物質層21Bからの反射光L2を受光する受光部220とを有する。この光沢計200では、図10に示すように、光源部210及び受光部220の光軸L1X,L2Xと、未圧縮活物質層21Bの垂線VLの方向との間の角度(測定角α)を、それぞれ85°としている。
Specifically, in the glossiness detection step, the glossiness of the uncompressed
The
ところで、本発明者らは、上述の光沢計200を用いて未圧縮活物質層の光沢度と、この未圧縮活物質層の配向の程度(ピーク強度比)との関係について調査した。
具体的には、前述した粘度の異なる複数のペースト(参考例)を用いた。
各ペーストを塗布し、前述した配向工程で塗膜に磁場を印加し、その後、熱風乾燥により作製した未圧縮活物質層の光沢度を光沢計200を用いて測定した。
ペーストを用いた各未圧縮活物質層の光沢度についても、表1に示す。
By the way, the present inventors investigated the relationship between the glossiness of the uncompressed active material layer and the degree of orientation (peak intensity ratio) of the uncompressed active material layer using the
Specifically, a plurality of pastes (reference examples) having different viscosities described above were used.
Each paste was applied, a magnetic field was applied to the coating film in the orientation process described above, and then the glossiness of the uncompressed active material layer produced by hot air drying was measured using a
The glossiness of each uncompressed active material layer using the paste is also shown in Table 1.
併せて、未圧縮活物質層について、X線回折法を用いて、負極活物質粒子22の(110)面及び(002)面のピーク強度I(110)及びI(002)を測定した。そして、実施形態と同様にして、ピーク強度比(=I(110)/I(002))を算出した。
各未圧縮活物質層のピーク強度比も、表1に示す。
In addition, for the uncompressed active material layer, the peak intensities I (110) and I (002) of the (110) plane and the (002) plane of the negative electrode
The peak intensity ratio of each uncompressed active material layer is also shown in Table 1.
ピーク強度比と光沢度との相関関係を表すグラフを図11に示す。
このグラフによれば、X線回折法で測定したピーク強度比が大きいほど、光沢度が小さいことが判る。なお、前述したようにピーク強度比(=I(110)/I(002))が大きいほど、未圧縮活物質層において、負極活物質粒子22の配向が揃っている。従って、表面粒子22Hの配向度が高いほど、光沢度は逆に小さくなることが判る。これは、配向度の高い負極活物質層ほど、光を反射し易い扁平面を外に向ける粒子が少なくなるためである。
A graph showing the correlation between the peak intensity ratio and the glossiness is shown in FIG.
According to this graph, it can be seen that the greater the peak intensity ratio measured by the X-ray diffraction method, the smaller the glossiness. As described above, as the peak intensity ratio (= I (110) / I (002)) is larger, the orientation of the negative electrode
なお、前述の実施形態で示したように、負極活物質層21のピーク強度比が大きいほど、つまり、負極活物質粒子22(表面粒子22H)の配向度が高いほど、負極活物質層21を用いた電池の内部抵抗の値が小さくできる。従って、光沢度が小さい負極板を用いた電池ほど、その内部抵抗を低くできると考えられる。
Note that, as shown in the above-described embodiment, the negative electrode
表1に記載の光沢度と内部抵抗値との関係を図12のグラフに示す。このグラフから、光沢度が低い負極板を用いた電池ほど、その内部抵抗値が小さくなることが確認できる。 The relationship between the glossiness described in Table 1 and the internal resistance value is shown in the graph of FIG. From this graph, it can be confirmed that the battery using the negative electrode plate having a lower glossiness has a smaller internal resistance value.
以上より、例えば、X線回折法によるピーク強度比の測定などに代えて、前述した光沢計200を用いて光沢度を計測することで、表面粒子22Hの配向度を簡易に検知し、これを管理することができることが判る。また、例えば、光沢度検知工程で検知した光沢度に基づいて、表面粒子22H(負極活物質粒子22)の配向が揃った負極板、さらには低抵抗の電池を確実に製造することができる。
From the above, for example, instead of measuring the peak intensity ratio by the X-ray diffraction method or the like, the degree of orientation of the surface particles 22H can be easily detected by measuring the gloss using the
以上において、本発明を実施形態及び変形形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
例えば、実施形態等では、乾燥工程で赤外線を用いて加熱し、溶媒を蒸発させて塗膜PSを乾燥させる手法を示したが、例えば、赤外線のほかに、電磁誘導加熱(IH)、コンデンサードライヤを用いて加熱して塗膜を乾燥させる手法としても良い。また、配向工程では、磁石を含む磁気回路を用いて磁界を印加させたが、例えば、電磁石を用いて行っても良い。
In the above, the present invention has been described with reference to the embodiments and modifications. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the like, and it is needless to say that the present invention can be appropriately modified and applied without departing from the gist thereof. Yes.
For example, in the embodiments and the like, a method for drying the coating film PS by evaporating the solvent by using infrared rays in the drying step has been shown. For example, in addition to infrared rays, electromagnetic induction heating (IH), condenser dryer It is good also as a method of heating using and drying a coating film. In the orientation step, a magnetic field is applied using a magnetic circuit including a magnet. However, for example, an electromagnet may be used.
20 負極板
21 負極活物質層
21P 活物質ペースト
22 負極活物質粒子(黒鉛粒子)
22H 表面粒子(表面黒鉛粒子)
28 銅箔(集電板)
28X 箔主面((集電板の)主面)
AQ 水(溶媒)
H 磁界
PS 塗膜
PSA 塗膜表面(表面)
20
22H surface particles (surface graphite particles)
28 Copper foil (current collector plate)
28X foil main surface (main surface of current collector)
AQ Water (solvent)
H Magnetic field PS Coating film PSA Coating surface (surface)
Claims (2)
磁界による磁場配向可能な負極活物質粒子を含み、上記主面上に形成されてなる負極活物質層、を備える
負極板の製造方法であって、
溶媒中に上記負極活物質粒子を分散させた活物質ペーストを、上記集電板の上記主面上に塗布する塗布工程と、
上記活物質ペーストからなる塗膜に磁界を印加して、上記塗膜中の上記負極活物質粒子のうち、少なくとも表面に位置する表面粒子を磁場配向させる配向工程と、
上記配向工程の後、上記塗膜を無風で乾燥させる乾燥工程と、を備える
負極板の製造方法。 A plate-like current collector having a main surface; and
A negative electrode active material layer comprising negative electrode active material particles capable of magnetic field orientation by a magnetic field and formed on the main surface, comprising:
An application step of applying an active material paste in which the negative electrode active material particles are dispersed in a solvent on the main surface of the current collector;
An orientation process in which a magnetic field is applied to the coating film made of the active material paste, and at least surface particles located on the surface of the negative electrode active material particles in the coating film are magnetically aligned,
After the said orientation process, the drying process which dries the said coating film in a windless manner, The manufacturing method of a negative electrode plate provided with.
前記負極活物質粒子は、
扁平な黒鉛粒子である
負極板の製造方法。 It is a manufacturing method of the negative electrode plate according to claim 1,
The negative electrode active material particles are
A method for producing a negative electrode plate which is flat graphite particles.
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