JP2012169107A

JP2012169107A - 電池用電極の製造方法

Info

Publication number: JP2012169107A
Application number: JP2011028344A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Abe; 一彦阿部
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2011-02-14
Filing date: 2011-02-14
Publication date: 2012-09-06

Abstract

【課題】間欠塗布に於いて塗膜終端部の液だれを防止できる方法を提供すること。
【解決手段】基材として金属シート状の集電体を準備する工程と、電極塗工液を準備する工程と、金属シート状の集電体上に薄層バーを配置、基材に同伴させる工程と、電極塗工液を、集電体と薄層バー上に塗布し乾燥する塗工機を用いて、同方向に連続塗布し乾燥して電極層を形成する工程と、両面に電極層が形成された集電体をプレスする工程と、からなることを特徴とする電池用電極の製造方法。塗布前に基材上に薄層バーを配置し、塗布を行い、乾燥炉中で薄層バーを離脱させることで間欠形状を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、間欠塗布物の製造において塗布膜終端部の液だれを抑制する技術に関する。とくに、電池用電極の製造方法に関する。

リチウムイオン電池電極の製造過程では、間欠塗布と呼ばれる塗工部と非塗工部の繰り返し塗工を行う。このとき塗工端部は塗液がたれる若しくは塗液が跳ねて本来の非塗工部に島状の塗工部ができてしまうことがある。この液だれの一例を図３に示した。これが最終製品段階での欠陥として問題になっている。

特許文献１には、ダイ塗工における塗液供給を機械的に制御する手法によってこの問題を解決する方法が開示されている。しかしながら、機械的な手法では、塗液の挙動を制御するために厳密なバルブの応答性や繰り返し性が要求される。この手法では、ある安定した液では有効であっても液物性の変化に対応するのが困難であるため、常に塗液の管理を厳密に行う必要がある。

さらに、塗工の高速化を目指そうとすると、これらの条件をさらに厳しく管理することが必要となり、現実的には、ある程度非塗工部に液だれが存在してしまうことは避けられなかった。

特許文献２では基材の非塗布部に撥水性物質を施して液だれを抑制することが挙げられているが、この方法では撥水領域に塗液が付着した場合、塗液がそこに液滴として安定化していまい、別の問題を発生させるため、液だれと同じように生産性を低下させる危険性がある。

特開２００３−３４０３３８号公報特開２００９−２８３２７０号公報

本発明は、間欠塗布において塗工物の塗工端部に発生する液だれを防止する電池用電極の製造方法を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するための手段として、本発明の請求項１に係る発明は、ａ）基材として金属シート状の集電体を準備する工程と、ｂ）電極塗工液を準備する工程と、ｃ）金属シート状の集電体上に薄層バーを配置、基材に同伴させる工程と、ｄ）電極塗工液を、集電体と薄層バー上に塗布し乾燥する塗工機を用いて、同方向に連続塗布し乾燥炉にて乾燥して電極層を形成する工程と、ｅ）両面に電極層が形成された集電体をプレスする工程と、からなることを特徴とする電池用電極の製造方法である。

請求項２に係る発明は、前記薄層バーが乾燥炉内にて基材表面より離脱すること、を特徴とする請求項１に記載の電池用電極の製造方法である。

請求項３に係る発明は、前記薄層バーの離脱が、電極塗工液塗膜の溶媒分が初期を１０
０％とすると、２０％〜８０％の範囲となった時期であること、を特徴とする請求項１または２に記載の電池用電極の製造方法である。

請求項４に係る発明は、前記薄層バーの厚みが１０μｍ〜１０００μｍの範囲であること、を特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電池用電極の製造方法である。

請求項５に係る発明は、前記薄層バーの断面の形状が半径５０ｍｍ〜５００ｍｍの範囲の半円若しくは弧であること、を特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電池用電極の製造方法である。

本発明の電池用電極の製造方法によれば、間欠塗布において塗工時に基材の表面を薄層バーでマスキングすることにより、塗工パターン終端部の液だれを除去防止して安定した間欠パターンを有する電池用電極を製造することが可能になった。

本発明の製造方法における塗工時の断面を示す模式図。本発明の製造方法における薄層バーの配置を上面から見た説明図。従来の塗工方式における塗布膜の終端部液だれのイメージの一例を示す平面図。

以下必要に応じて図面を援用して本発明の電池用電極の製造方法の実施の形態の一例を説明する。

図１は、本発明の電池用電極の製造に用いる塗工方式を模式化したものであるが、形態はこれに限定されるものではない。
図２は、本発明の電池用電極の製造における薄層バーの配置を上面から見た説明図である。
図３は、従来のバルブ制御の塗工方式における塗布膜の膜厚の変化を模式化したものである。

この説明を行う目的は、本発明の理解を進めるためのものであり、本発明の範囲をここに記載した内容に限定するものではない。

ａ）基材となる金属シート状の集電体を準備する工程。
本実施の形態において集電体として使用される導電性基材には、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス等の金属箔や、無機酸化物、有機高分子材料、炭素等の導電性フィルムを用いることができる。導電性基材の厚さは５μｍ〜４０μｍとすることが望ましい。

ｂ）電極塗工液を準備する工程。
電極塗工液に含まれる正極用活物質としては、例えばコバルト酸リチウムおよびニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムおよびそれらの変性体などの複合酸化物を挙げることができる。
負極用活物質としては、各種天然黒鉛および人造黒鉛、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。
電極材料はこれらに限定されず、溶剤に混合して均一に分散して電極塗工液とする。分散方法は特に限定されないが、高速せん断を加えられ、且つ脱泡できるほうが望ましい。

ｃ）金属シート状の集電体上に薄層バーを配置、基材に同伴させる工程。
薄層バーの材質は特に限定しないが、伸縮性に富み、塗工液がぬれ広がり易いことが望
ましい。薄層バーは基材である集電体上に配置され、乾燥炉まで同伴するがその方法は特に規定しない。薄層バーは自重により基材に配置されていることが望ましい。
薄層バーの厚みは１０μｍ〜１０００μｍの範囲であり、断面の形状が半径５０ｍｍ〜５００ｍｍの範囲の半円若しくは弧であることが望ましい。

ｄ）電極塗工液を、集電体と薄層バー上に塗布し乾燥する塗工機を用いて、同方向に連続塗布し乾燥して電極層を形成する工程。
集電体は薄層バーを載せた状態で塗布される。塗布方法は特に限定はないが、ダイコート法が望ましく、できるならば基材の上方より液を落下させるカーテン法がさらに望ましい。
乾燥工程で用いる乾燥方法は特に限定されず、熱風、ＩＲ、電磁誘導、マイクロ波などあらゆる熱源が使用でき、またその組合せでも構わない。

薄層バーは乾燥炉内にて基材表面より離脱する。薄層バーの離脱は、電極塗工液塗膜の溶媒分が初期を１００％とすると、２０％〜８０％の範囲となった時期であることが望ましい。これより電極塗工液塗膜の溶剤分がこれより少ないと塗膜端部の剥離が起き、これより多いと薄層バーの幅を超える長い液だれが発生してしまう。

ｅ）電池用電極の製造は両面に電極層が形成された集電体をプレスする工程によって完了する。プレスの方法は特に限定されない。

＜実施例１＞
負極の活物質として人造黒鉛を１００重量部、結着剤としてスチレン−ブタジエン共重合体ゴム粒子分散体（固形分４０重量％）を活物質１００重量部に対して２．５重量部（結着剤の固形分換算で１重量部）、増粘剤としてカルボキシメチルセルロースを活物質１００重量部に対して１重量部、および適量の水とともに攪拌し、負極合剤塗料を作製した。負極合剤塗料を厚みが１０μｍの銅箔よりなる負極集電体に塗布し、乾燥した後にプレスすることで片面側の厚みが7０μｍで負極を作製した。
正極の活物質としてマンガン酸リチウムを１００重量部、導電剤としてアセチレンブラックを活物質１００重量部に対して２重量部、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを活物質１００重量部に対して２重量部とを適量のＮ−メチル−２−ピロリドンと共に攪拌し混練することで、正極塗料を作製した。これを厚みが１５μｍのアルミニウム箔よりなる正極集電体に塗布し、乾燥した後にプレスすることで片面側の厚みが７０μｍで正極を作製した。
薄層バーは正負極とも外装をシリコンゴムで被覆したステンレス製の断面上部が半径３００ｍｍの弧状で、幅１０００ｍｍ高さ１０００μｍの薄層バーを使用し、薄層バーの離脱は負極正極とも初期の溶媒量の５０％になる時間で離脱させた。
このようにして作成した電池用電極の間欠パターン形状をマイクロスコープと連続膜厚計によって測定比較した。

＜実施例２＞
薄層バーの離脱を負極正極とも初期の溶媒量の２０％になる時間で行ったほかは、実施例１と同様にして電池用電極を作成した。
このようにして作成した電池用電極の間欠パターン形状を連続膜厚計によって測定比較した。

＜実施例3＞
薄層バーの離脱を負極正極とも初期の溶媒量の８０％になる時間で行ったほかは、実施例１と同様にして電池用電極を作成した。
このようにして作成した電池用電極の間欠パターン形状を連続膜厚計によって測定比較した。

＜比較例１＞
次に、比較例について説明する。
薄層バーの離脱を負極正極とも塗工後直後、初期の溶媒量の９８％〜１００％になる時間で行ったほかは、実施例１と同様にして電池用電極を作成した。
このようにして作成した電池用電極の間欠パターン形状を連続膜厚計によって測定比較した。

＜比較例２＞
薄層バーの離脱を負極正極とも初期の溶媒量の５％以下になる時間で行ったほかは、実施例１と同様にして電池用電極を作成した。
このようにして作成した電池用電極の間欠パターン形状を連続膜厚計によって測定比較した。

＜評価＞
実施例１〜３、および比較例１〜２で作成した電池用電極の間欠パターン形状の測定結果を表１にまとめて示した。液だれ部の長さについて評価し、液だれ部の長さが０．２ｍｍ以下のものを◎、０．２ｍｍから０．５ｍｍのものを○、０．５ｍｍを超えるものを×とした。また備考欄には液だれ以外の問題点について記載した。

表１の結果により、本発明の方法により製造された実施例１〜３で作成した電池用電極は、塗工終端部の液だれを防止して安定した間欠パターンを有する電池用電極となったことが確認出来た。これに対して比較例１で作成した電池用電極は、塗工終端部の液だれが長くなり、比較例２で作成した電池用電極は、塗工終端部の液だれは殆どないものの塗膜の端部の剥離が起きてしまった。

本発明の電池用電極に係る製造方法は、電池用電極のみならず、間欠パターンの塗工領域を有する塗布物の液だれ防止に広く用いることが出来る。

１…集電体
２…塗布部
３…定常部
４…液だれ
５…塗工予定部
６…薄層バー
７…側面非塗工部
８…ダイコーター

Claims

ａ）基材として金属シート状の集電体を準備する工程と、ｂ）電極塗工液を準備する工程と、ｃ）金属シート状の集電体上に薄層バーを配置、基材に同伴させる工程と、ｄ）電極塗工液を、集電体と薄層バー上に塗布し乾燥する塗工機を用いて、同方向に連続塗布し乾燥炉にて乾燥して電極層を形成する工程と、ｅ）両面に電極層が形成された集電体をプレスする工程と、からなることを特徴とする電池用電極の製造方法。
前記薄層バーが乾燥炉内にて基材表面より離脱すること、を特徴とする請求項１に記載の電池用電極の製造方法。
前記薄層バーの離脱が、電極塗工液塗膜の溶媒分が初期を１００％とすると、２０％〜８０％の範囲となった時期であること、を特徴とする請求項１または２に記載の電池用電極の製造方法。
前記薄層バーの厚みが１０μｍ〜１０００μｍの範囲であること、を特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電池用電極の製造方法。
前記薄層バーの断面の形状が半径５０ｍｍ〜５００ｍｍの範囲の半円若しくは弧であること、を特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電池用電極の製造方法。