JP2013149407A - リチウムイオン二次電池およびその製造方法 - Google Patents
リチウムイオン二次電池およびその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013149407A JP2013149407A JP2012007632A JP2012007632A JP2013149407A JP 2013149407 A JP2013149407 A JP 2013149407A JP 2012007632 A JP2012007632 A JP 2012007632A JP 2012007632 A JP2012007632 A JP 2012007632A JP 2013149407 A JP2013149407 A JP 2013149407A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode film
- binder
- current collector
- collector foil
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
【課題】 本発明は、電極膜内でバインダの不均一分布を抑制することで、電極膜の高容量化を実現したリチウムイオン二次電池およびその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明は集電箔の表面に形成された電極膜と、前記集電箔と電極膜とを接着させるバインダとを備え、前記電極膜の前記集電箔側の前記バインダ濃度が前記集電箔の反対側のバインダ濃度よりも高いことを特徴とするリチウムイオン二次電池を提供する。
【選択図】 図4
【解決手段】 本発明は集電箔の表面に形成された電極膜と、前記集電箔と電極膜とを接着させるバインダとを備え、前記電極膜の前記集電箔側の前記バインダ濃度が前記集電箔の反対側のバインダ濃度よりも高いことを特徴とするリチウムイオン二次電池を提供する。
【選択図】 図4
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池およびその製造方法に関する。
環境保護、省エネルギーの観点から、エンジンとモータを動力源として併用したハイブリッド電気自動車やモータのみを動力源とする電気自動車が開発、製品化されている。また、将来的には燃料電池をエンジン替わりに用いる燃料電池ハイブリッド自動車の開発も盛んになってきている。このハイブリッド電気自動車や電気自動車のエネルギー源として、電気を繰り返し充電放電可能な二次電池は必須の技術である。
なかでも、リチウムイオン二次電池はその動作電圧が高くまた高い出力を得やすいので有力な電池であり、ハイブリッド自動車や電気自動車の電源としてますます重要性が増してきている電池である。同様に、太陽光発電や夜間電力を有効利用するための電力貯蔵などの用途での重要性が増してきており、さらなる高容量化が求められるようになっている。
リチウムイオン二次電池の一般的な製造方法は特許文献1に示されているように電極膜スラリーを集電箔に塗工し乾燥させ電極膜を製造する。
リチウムイオン二次電池の高容量化を達成するためには電池の電極膜の厚膜化が必要である。すなわち、電池を構成する固体部材は電極膜、集電箔およびセパレータであるが、電極膜を厚くすればするほど集電箔およびセパレータに対する電極膜体積割合が大きくなり、電池体積に占める電極膜体積、すなわち活物質割合が大きくなることで電池の高容量化が達成される。
しかしながら、特許文献1の製造方法では、以下の理由によって電極膜の厚膜化による高容量化は困難な状況である。
すなわち特許文献1の電極膜の製造工程においては、電極膜内のバインダが電極膜の厚さ方向で分布が発生し不均一となり、電極膜集電箔側と比較し電極膜表面側ではバインダが多くなり、また不均一分布の程度は厚電極膜を厚くすればするほどより顕著になる。バインダの不均一度の概略は図2に示すように、電極膜厚が100μmの場合、電極膜表面側のバインダ量は集電箔側の約2倍、また電極膜厚を200μmとした場合では約2.5倍、電極膜厚を500μmとした場合では約4倍となる。バインダ量は電極膜の集電箔との密着強度から必要量が決定するため、電極膜を厚膜化する際にはバインダ添加量を増やさざるを得ない。その結果、電極膜内活物質割合が低減することで高容量化の障害となっている。
本発明の目的は、上述した電極膜内でバインダの不均一分布を抑制することで、電極膜の高容量化を実現したリチウムイオン二次電池およびその製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明は、集電箔の表面に形成された電極膜と、前記集電箔と電極膜とを接着させるバインダとを備え、前記電極膜の前記集電箔側の前記バインダ濃度が前記集電箔の反対側のバインダ濃度よりも高いことを特徴とするリチウムイオン二次電池を提供する。
また、本発明は、集電箔面に液状の電極材ペーストを塗布する第1の工程と、前記電極材ペーストに含まれる液体成分とは異なる液体成分を含む固化液を前記電極材ペーストと接触させ、前記電極材ペーストを固化する第2の工程と、前記第2の工程で固化した前記電極材ペーストから液体成分を除去して乾燥する第3の工程とを行うことを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法を提供する。
本発明によれば、電極膜の高容量化を実現したリチウムイオン二次電池およびその製造方法を提供することができる。
本発明における実施の形態について図1−5を用いて説明する。
本実施形態におけるリチウムイオン電池の構造について説明する。リチウムイオン二次電池は、正極板と負極板の接触を防止するセパレータを介して捲回または積層されている。この捲回体または積層体を電池外装容器に収納した後、外装容器内に電解液が注入されている。正極板、負極板の構造について図4を用いて説明する。正極板、負極板は、それぞれ電池の電極となる集電箔4の表面に電極膜が形成され、電極膜は、充放電を行う活物質1と、電極膜内の電気導電性を高める導電材2とバインダが含まれる溶剤3を有する。これらを乾燥することにより、溶剤3が蒸発し、バインダによって、電極膜と集電箔4が接着される。
本実施形態では、集電箔4に活物質1、導電材2、溶剤3が含まれる液状の電極材ペーストを塗布する第1の工程と、電極材ペーストに含まれる液体成分とは異なる液体成分を含む固化液を電極材ペーストと接触させ、電極材ペーストを固化する第2の工程と、第2の工程で固化した電極材ペーストから液体成分を除去して乾燥する第3の工程とを行い、電極膜を製造して従来の課題を解決する。これらの工程によって、正極板と負極板のそれぞれを形成する。続いて、正極板と負極板の間に正極板と負極板との接触を防止しつつ、リチウムイオンを通過させる多孔質の絶縁材料からなるセパレータセパレータを挟み、正極板とセパレータと負極板を捲回する。これにより、捲回した正極板とセパレータと負極板からなる電極捲回体を形成することができる。次に、この電極捲回体を電池の外装容器に挿入して固定した後、外装容器の内部に電解液を注入する。そして、外装容器をキャップ封止することにより、リチウムイオン二次電池を製造することができる。以下、本実施形態について、より詳細に説明する。
従来の電極製造では、集電箔4に塗工した液状の電極材ペーストをそのまま乾燥室に導入して乾燥するのに対し、本実施形態の製造法では液状の電極材ペーストを固化する工程を追加し、該固化電極材を乾燥するのである。
この方法を用いることで上述した電極膜内のバインダの不均一分布は解消される。ここで、電極膜内にバインダの分布が不均一になるのは、塗工した電極膜の乾燥工程において塗工電極膜内の溶剤3が蒸発して乾燥するが、電極膜が集電箔4に塗工されており、溶剤3は塗工電極膜の表面から蒸発するためである。すなわち溶剤3は電極膜表面から蒸発するため、集電箔4側の溶剤3は電極膜表面側に移動し表面から蒸発してゆく。その結果、溶剤3に溶解しているバインダも溶剤3とともに電極膜表面側に移動してゆく。移動した溶剤3は表面から蒸発してゆくが溶解していたバインダは残る。このメカニズムによってバインダは電極膜表面側に濃縮され、図5に示すとおり、電極膜の集電箔4側と比較し電極膜表面側(集電箔4の反対側)ではバインダが多くなり、バインダ濃縮部5が形成されてしまう。
本実施形態の溶剤乾燥に伴うバインダの表面側での濃縮を防ぐためのバインダの固化手段は、本実施形態の第1の溶剤を含んでなる集電箔4上に保持した塗布膜に本実施形態の第2の溶剤を接触させ、塗布膜中の第1の溶剤を第2の溶剤で置換することでバインダを析出させる機能を有するものであればよく、第2の溶剤を溜めた液槽内を集電箔4上に保持した塗布膜を通過させる方式や、集電箔4上に保持した塗布膜に第2の溶剤をスプレーで吹きかける方式や、第2の溶剤を流下しながら供給する方式などが含まれるが、これらに限定されるものではない。
上記述べたように、第1の溶剤中に溶解しているバインダの析出による固化であるので、固化が瞬時の場合バインダの分布は基本的に塗布用電極膜液中のバインダの分布と同様、すなわちバインダは電極膜中で均一分布となるが、実際のバインダ固化は電極膜表面(集電箔4の反対側)から集電箔4側へと進むため電極膜表面側から固化の進んでいない集電箔4側へとバインダが移動していき、集電箔4側のほうがバインダ量が多くなる。このバインダ分布は従来の電極膜表面側(集電箔4の反対側)のバインダが多いのとは逆であり、図1に示すように分布する。従って、電極膜と集電箔4との接着強度が維持されるため、厚膜化する場合でもバインダ量を多くする必要はない。
例えば電極膜の厚さが200μm、集電箔4側に必要なバインダ量を4%と仮定した場合、従来製造方法での電極膜集電箔4側のバインダ量は2.4%であるのでバインダ添加量は1.7倍必要となるのに対し、本実施形態では集電箔4側のバインダ量は4.4%であるのでバインダ添加量は約0.9倍で良い。
なお、厚さ約100μmの塗工電極膜の一般的な乾燥工程における昇温速度は概略2〜4℃/秒程度、また乾燥時間としては1〜5分程度である。乾燥を緩やかに行えば行うほど上記述べたバインダの不均一度は小さくなり、昇温速度を1℃/秒程度とすることで、電極膜表面側バインダ量は電極膜厚が100μmの場合で約1.5倍、電極膜厚を200μmとした場合では約2倍、電極膜厚を500μmとした場合では約3倍程度と改善されるが、昇温速度を遅くすることは電極膜製造の生産性が低下するため、安価なリチウムイオン二次電池を市場に供給するための障害となる。
また、固化に必要な接触時間の下限としては、概して、塗布膜内を第1の溶剤と第2の溶剤が相互拡散して置換する時間が必要であるが、電極膜厚さが1mm以下であれば、接触時間は1から100秒が好ましく、より好ましくは2秒から50秒、さらに好ましくは5秒から20秒の程度となる。
浸漬時間を5秒とした時のバインダ分布は図1に示す通りである。またその時の集電箔4側と表面側のバインダ量差は図3に示す通りで、概略電極膜厚が100μmで10%以下、電極膜厚が200μmで20%以下、電極膜厚が500μmで25%以下である。本実施形態によれば、電極膜厚を厚くしても、集電箔4側と表面側(集電箔4の反対側)のバインダ量差は50%以下にすることができる。これにより、電極膜を厚膜化する場合においてもバインダ濃度を増やす必要がなくなるため、充放電に寄与する活物質1の濃度の低下を抑制することができ、高容量化を実現することができる。
なお当然のことながら、上述したバインダ固化後乾燥という工程は、リチウムイオン二次電池の電極幕のうち、正極電極膜および負極電極膜のどちらかに限定されるものではなく両方に適用可能である。
さらに本実施形態のバインダ固化後の乾燥手段は、乾燥に伴うバインダの移動は起こらないため、一般的な温風乾燥に限定されるものではない。赤外線あるいは遠赤外線もしくは可視光といった電磁波を照射する加熱方式であってもよく、あるいは高周波電場による誘電加熱方式であってもよく、あるいは磁束の変化を利用する誘導加熱方式を用いることも可能である。さらにはヒーターを組み込んだ加熱ロールやホットプレートを利用する接触加熱方式も用いることができる。
また、本実施形態で用いるリチウムイオン電池の活物質1のうち正極に用いられる正極活物質は、コバルト酸リチウムや、マンガンを含有するスピネル構造のリチウム含有複合酸化物、もしくはニッケル、コバルト、マンガンを含んでなる複合酸化物、あるいはオリビン型リン酸鉄に代表されるオリビン型化合物などを使用するが、これらに限定されるわけではない。マンガンを含有するスピネル構造のリチウム含有複合酸化物は熱的安定性に優れているため、例えば、安全性の高い電池を構成することができる。また正極活物質には、マンガンを含有するスピネル構造のリチウム含有複合酸化物のみを用いてもよいが、他の正極活物質を併用してもよい。このような他の正極活物質としては、例えば、Li1+xMO2(−0.1<x<0.1、M:Co、Ni、Mn、Al、Mg、Zr、Tiなど)で表わされるオリビン型化合物などが挙げられる。また層状構造のリチウム含有遷移金属酸化物の具体例としては、LiCoO2やLiNi1−xCox−yAlyO2(0.1≦x≦0.3、0.01≦y≦0.2)などの他、少なくともCo、NiおよびMnを含む酸化物(LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2、LiMn5/12Ni5/12Co1/6O2、LiNi3/5Mn1/5Co1/5O2など)などを用いることができる。
本実施形態で用いる活物質1のうち負極に用いられる負極活物質は、例えば、天然黒鉛(鱗片状黒鉛)、人造黒鉛、膨張黒鉛などの黒鉛材料;ピッチを焼成して得られるコークスなどの易黒鉛化性炭素質材料;フルフリルアルコール樹脂(PFA)やポリパラフェニレン(PPP)およびフェノール樹脂を低温焼成して得られる非晶質炭素などの難黒鉛化性炭素質材料などの炭素材料が挙げられる。また、炭素材料の他に、リチウムやリチウム含有化合物も負極活物質として用いることができる。リチウム含有化合物としては、Li−Alなどのリチウム合金や、Si、Snなどのリチウムとの合金化が可能な元素を含む合金が挙げられる。更にSn酸化物やSi酸化物などの酸化物系材料も用いることも可能である。
本実施形態で用いる導電材2は、通常、正極合剤層に含有させる電子伝導助剤として用いるもので、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、グラファイト、カーボンファイバー、カーボンナノチューブなどの炭素材料が好ましい。上記の炭素材料の中でも、添加量と導電性の効果、および正極合剤層含有組成物(後述する)の製造性の点から、アセチレンブラックまたはケッチェンブラックが特に好ましい。かかる導電材2は負極合剤に含んでなることも可能であり、好ましい場合もある。
本実施形態の固化材は、バインダ成分を本実施形態の固化材として用いることもできるので、以下に示すようなバインダを用いることができる。
本実施形態のバインダは、上記の活物質1および導電材2を結着するためのバインダも含有していることが好ましい。バインダとしては、例えば、ポリビニリデンフルオライド系ポリマー(主成分モノマーであるビニリデンフルオライドを80質量%以上含有する含フッ素モノマー群の重合体)、ゴム系ポリマーなどが好適に用いられる。上記ポリマーは、2種以上を併用してもよい。また、本実施形態のバインダは、溶媒に溶解した溶液の形態で供されるものが好ましい。
上記ポリビニリデンフルオライド系ポリマーを合成するための含フッ素モノマー群としては、ビニリデンフルオライド;ビニリデンフルオライドと他のモノマーとの混合物で、ビニリデンフルオライドを80質量%以上含有するモノマー混合物;などが挙げられる。
他のモノマーとしては、例えば、ビニルフルオライド、トリフルオロエチレン、トリフルオロクロロエチレン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、フルオロアルキルビニルエーテルなどが挙げられる。
上記のゴム系ポリマーとしては、例えば、スチレンブタジエンゴム(SBR)、エチレンプロピレンジエンゴム、フッ素ゴムなどが挙げられる。
正、負極の乾燥後の電極膜中におけるバインダの含有量は、乾燥後の電極剤を基準として0.1質量%以上、より好ましくは0.3質量%以上であって、10質量%以下、より好ましくは5質量%以下であることが望ましい。バインダの含有量が少なすぎると、本実施形態の固化工程における固化が不十分となるばかりでなく、乾燥後の電極膜の機械的強度が不足し、電極膜が集電箔4から剥離する問題がある。また、バインダの含有量が多すぎると、電極膜中の活物質1の量が減少して、電池容量が低くなるおそれがある。
本実施形態の固化材は、上記のバインダと同じもの、もしくはこれらの混合物が用いられる。即ち、バインダそのものが固化材として固化する場合と、バインダは固化材としては固化しないが、バインダに含まれた混合物が固化材として固化する場合とがある。また、バインダとしての性能を持たず固化材としての性能を有する成分をバインダに加えて使用することも本実施形態では可能である。
本実施形態の塗布は、塗布する方法として、例えば、押出しコーター、リバースローラー、ドクターブレード、アプリケーターなどをはじめ、各種塗布方法を採用することができる。
本実施形態で用いる集電箔4は代表的に示したものであり、シート状の箔に限定されることはなく、その基体としては、例えば、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、チタンなどの純金属もしくは合金性導電材料を用いて、その形状として、網、パンチドメタル、フォームメタルや、板状に加工した箔などが用いられる。集電箔4の厚みとしては、例えば、5乃至30μm、より好ましくは8乃至16μmが選択される。
また、集電箔4表面に形成される電極膜の厚みは、乾燥工程に続くプレス後の厚みで、例えば、10乃至500μm、より好ましくは30乃至250μmを選択できる。
本実施形態の溶剤3は第1の溶剤と第2の溶剤を適切に選択して使うのが重要である。かかる溶剤3は本実施形態の固化材もしくは固化材を兼用するバインダ成分の溶解性、溶剤相互の溶解性から選択されるべきで、第1の溶剤としてN−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、プロピレンカーボネート、ジメチルホルムアミド、γ−ブチロラクトンなどに代表される非プロトン性極性溶剤もしくはこれらの混合液を選択できる。また、第2の溶剤としては、バインダ成分を固化させる溶剤である必要があり、水、エタノール、イソプロピルアルコール、酢酸などに代表されるプロトン性溶剤もしくはこれらの混合液を選択できるが、ここにあげた例に限定されるわけではない。場合によっては第2の溶剤として脂肪族飽和炭化水素、脂肪族アミン類、エステル類、エーテル類、ハロゲン系各種溶剤などの選択も可能である。さらに、場合によっては第1の溶剤と第2の溶剤を交換する選択も可能である。かかる本実施形態の溶剤3の選択は電極材料に用いる固化成分の選択とそれに合致した2種の溶剤の組み合わせに依存するのである。
本実施形態の固化手段は、本実施形態の第1の溶剤を含んでなる集電箔4上に保持した塗布膜に本実施形態の第2の溶剤を接触させ、塗布膜中の第1の溶剤を第2の溶剤で置換する機能を有するものであればよく、第2の溶剤を溜めた液槽内を集電箔4上に保持した塗布膜を通過させる方式や、集電箔4上に保持した塗布膜に第2の溶剤をスプレーで吹きかける方式や、第2の溶剤を流下しながら供給する方式などが含まれるが、これらに限定されるものではない。
以上、本実施形態に係るバインダが均一に分布した電極膜を有するリチウムイオン二次電池およびその製造方法について述べたが、以下リチウムイオン二次電池を製造して評価した結果を以下実施例に基づいて述べる。
ここでは、200μm厚さの正極電極膜を製造する場合について述べる。
正極電極膜の塗布用合剤のスラリーは以下の方法で作製した。活物質1としてリチウム遷移金属複合酸化物のリチウムマンガンコバルトニッケル複合酸化物粉末を用いた。このリチウムマンガンコバルトニッケル複合酸化物を85重量部に対して、導電材2として黒鉛粉末を9重量部およびカーボンブラックを2重量部とを混合して正極合剤を調製した。この正極合剤にポリフッ化ビニリデン(以下、PVDFと略記する。)が4重量部となるようにポリフッ化ビニリデンを溶解したN−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPと略記する。)溶液(バインダ溶液)を加えるとともにNMPに分散させてスラリー状とした。
はじめに正極電極板の塗布について述べる。アルミニウム集電箔4表面へ上記で作製した正極合剤スラリーをダイコータを使用し塗布した塗工電極膜を純水中に5秒間浸漬させバインダを固化させた後、温風乾燥炉にて昇温速度3℃/秒にて120℃で電極膜を乾燥させた。
続いて上記作製した正極電極膜を加熱しながらローラープレスして200μm厚さの電極を作製した。
作製した電極膜の電極膜の表面側のバインダ量は3.8%、また電極膜の集電箔4側のバインダ量は4.3%と13%多かった。
(比較例1)
ここでは実施例1の合剤層スラリーをダイコータを使用し塗布した塗工電極膜を温風乾燥炉にて昇温速度3℃/秒、120℃でバインダを固化させる工程を経ずに乾燥させ、ローラープレスして200μm厚さの電極膜を作製しバインダ量を測定した。本比較例における電極膜の表面側のバインダ量は5.6%、また電極膜の集電箔4側のバインダ量は2.2%と61%少なかった。
ここでは実施例1の合剤層スラリーをダイコータを使用し塗布した塗工電極膜を温風乾燥炉にて昇温速度3℃/秒、120℃でバインダを固化させる工程を経ずに乾燥させ、ローラープレスして200μm厚さの電極膜を作製しバインダ量を測定した。本比較例における電極膜の表面側のバインダ量は5.6%、また電極膜の集電箔4側のバインダ量は2.2%と61%少なかった。
ここでは、500μm厚さの正極電極膜を製造する場合について述べる。
実施例1と同様に塗工用の正極合剤スラリーを作製しアルミニウム集電箔4上に塗工した後、塗工電極膜を純水中に5秒間浸漬させバインダを固化させた後、温風乾燥炉にて昇温速度3℃/秒にて120℃で電極膜を乾燥させた。
続いて上記作製した正極電極膜を加熱しながらローラープレスして500μm厚さの電極膜を作製した。
作製した電極膜の電極膜の表面側のバインダ量は3.7%、また電極膜の集電箔4側のバインダ量は4.5%と22%多かった。
(比較例2)
ここでは実施例2の正極合剤層スラリーをダイコータを使用し塗布した塗工電極膜を温風乾燥炉にて昇温速度3℃/秒にて120℃でバインダを固化させる工程を経ずに乾燥させ、ローラープレスして500μm厚さの電極膜を作製しバインダ量を測定した。本比較例における電極膜の表面側のバインダ量は6.3%、また電極膜の集電箔4側のバインダ量は1.8%と71%少なかった。
ここでは実施例2の正極合剤層スラリーをダイコータを使用し塗布した塗工電極膜を温風乾燥炉にて昇温速度3℃/秒にて120℃でバインダを固化させる工程を経ずに乾燥させ、ローラープレスして500μm厚さの電極膜を作製しバインダ量を測定した。本比較例における電極膜の表面側のバインダ量は6.3%、また電極膜の集電箔4側のバインダ量は1.8%と71%少なかった。
ここでは、ここでは、500μm厚さの正極電極膜を昇温速度6℃/秒で乾燥させ製造する場合について述べる。
実施例1と同様に塗工用の正極合剤スラリーを作製しアルミニウム集電箔上に塗工した後、塗工電極膜を純水中に5秒間浸漬させバインダを固化させた後、温風乾燥炉にて昇温速度6℃/秒にて120℃で電極膜を乾燥させた。
続いて上記作製した正極電極膜を加熱しながらローラープレスして500μm厚さの電極膜を作製した。
作製した電極膜の電極表面側のバインダ量は3.7%、また集電箔4側のバインダ量は4.5%と22%多かった。
(比較例3)
ここでは実施例3の正極合剤層スラリーをダイコータを使用し塗布した塗工電極膜を温風乾燥炉にて昇温速度6℃/秒にて120℃でバインダを固化させる工程を経ずに乾燥させ、ローラープレスして500μm厚さの電極膜を作製しバインダ量を測定した。本比較例における電極膜の表面側のバインダ量は6.5%、また電極膜の集電箔4側のバインダ量は1.7%と74%少なかった。
ここでは実施例3の正極合剤層スラリーをダイコータを使用し塗布した塗工電極膜を温風乾燥炉にて昇温速度6℃/秒にて120℃でバインダを固化させる工程を経ずに乾燥させ、ローラープレスして500μm厚さの電極膜を作製しバインダ量を測定した。本比較例における電極膜の表面側のバインダ量は6.5%、また電極膜の集電箔4側のバインダ量は1.7%と74%少なかった。
ここでは、ここでは、500μm厚さの負極電極膜を昇温速度3℃/秒で乾燥させ製造する場合について述べる。
負極合剤スラリーは以下の方法で作成した。活物質1として非晶質炭素粉末93重量部に対して、カーボンブラック2重量部を混合して負極合剤を調製した。この負極合剤にPVDFが5重量部となるようバインダ溶液を加えるとともにNMPに分散させてスラリー状とした。
続いて、銅集電箔表面へ上記で作製した負極合剤スラリーをダイコータを使用し塗布した塗工電極膜を純水中に5秒間浸漬させバインダを固化させた後、温風乾燥炉にて昇温速度3℃/秒にて120℃で電極膜を乾燥させた。
続いて上記作製した正極電極膜を加熱しながらローラープレスして500μm厚さの負極電極膜を作製した。作製した電極膜の電極膜の表面側のバインダ量は4.7%、また電極膜の集電箔4側のバインダ量は5.5%と17%多かった
(比較例4)
ここでは実施例4の負極合剤スラリーをダイコータを使用し塗布した塗工電極膜を温風乾燥炉にて昇温速度3℃/秒にて120℃でバインダを固化させる工程を経ずに乾燥させた後、ローラープレスして500μm厚さの電極膜を作製しバインダ量を測定した。本比較例における電極膜の表面側のバインダ量は7.6%、また電極膜の集電箔4側のバインダ量は2.4%と68%少なかった。
(比較例4)
ここでは実施例4の負極合剤スラリーをダイコータを使用し塗布した塗工電極膜を温風乾燥炉にて昇温速度3℃/秒にて120℃でバインダを固化させる工程を経ずに乾燥させた後、ローラープレスして500μm厚さの電極膜を作製しバインダ量を測定した。本比較例における電極膜の表面側のバインダ量は7.6%、また電極膜の集電箔4側のバインダ量は2.4%と68%少なかった。
以上より、本実施形態によるリチウムイオン二次電池およびその製造方法によれば、電極膜内のバインダの不均一分布が解消される。これにより、バインダの濃度を増やす必要がなくなり、電極膜内の活物質1の割合を向上させることができ、電極膜の高容量化を実現することができる。
以上説明してきた本実施形態では、正極活物質のリチウム遷移金属複合酸化物にリチウムマンガンコバルトニッケル複合酸化物を例示、また負極活物質として非晶質炭素を例示したが本実施形態はこれらに限定されるものではない。同様に本実施形態ではバインダとしてPVDFを例示、また第1の溶剤とじてN-メチル−2−ピロリドン、第2の溶剤として蒸留水を例示したがこれらに限定されるものではない。
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、さまざまな変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。
1 活物質
2 導電材
3 溶剤
4 集電箔
5 バインダ濃縮部
2 導電材
3 溶剤
4 集電箔
5 バインダ濃縮部
Claims (6)
- 集電箔の表面に形成された電極膜と、
前記集電箔と電極膜とを接着させるバインダとを備え、
前記電極膜の前記集電箔側の前記バインダ濃度が前記集電箔の反対側のバインダ濃度よりも高いことを特徴とするリチウムイオン二次電池。 - 前記電極膜の前記集電箔側のバインダ濃度と前記集電箔の反対側のバインダ濃度との差が前記集電箔の反対側のバインダ濃度の50%以内であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記バインダは、ポリビニリデンフルオライド系ポリマー、ゴム系ポリマーもしくはそれらの混合物であることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。
- 集電箔面に液状の電極材ペーストを塗布する第1の工程と、
前記電極材ペーストに含まれる液体成分とは異なる液体成分を含む固化液を前記電極材ペーストと接触させ、前記電極材ペーストを固化する第2の工程と、
前記第2の工程で固化した前記電極材ペーストから液体成分を除去して乾燥する第3の工程とを行うことを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法。 - 前記電極材ペーストに含まれる液体成分である第1の溶剤がN−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、プロピレンカーボネート、ジメチルホルムアミド、γ−ブチロラクトンなどに代表される非プロトン性極性溶剤もしくはこれらの混合液であることを特徴とする請求項4に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
- 前記固化液として用いる第2の溶剤が水、エタノール、イソプロピルアルコール、酢酸などに代表されるプロトン性溶剤もしくはこれらの混合液であることを特徴とする請求項4または5に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012007632A JP2013149407A (ja) | 2012-01-18 | 2012-01-18 | リチウムイオン二次電池およびその製造方法 |
CN201280052544.1A CN104025340A (zh) | 2011-10-31 | 2012-10-17 | 锂离子二次电池及其制造方法 |
PCT/JP2012/076753 WO2013065478A1 (ja) | 2011-10-31 | 2012-10-17 | リチウムイオン二次電池およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012007632A JP2013149407A (ja) | 2012-01-18 | 2012-01-18 | リチウムイオン二次電池およびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013149407A true JP2013149407A (ja) | 2013-08-01 |
Family
ID=49046744
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012007632A Pending JP2013149407A (ja) | 2011-10-31 | 2012-01-18 | リチウムイオン二次電池およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013149407A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015045533A1 (ja) * | 2013-09-27 | 2015-04-02 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | リチウムイオン二次電池の製造方法、リチウムイオン二次電池の製造装置およびリチウムイオン二次電池 |
JP2015069833A (ja) * | 2013-09-30 | 2015-04-13 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | リチウムイオン二次電池の製造方法およびリチウムイオン二次電池の製造装置 |
WO2016067428A1 (ja) * | 2014-10-30 | 2016-05-06 | 株式会社日立製作所 | リチウムイオン電池およびその製造方法 |
WO2017214247A1 (en) * | 2016-06-07 | 2017-12-14 | Navitas Systems, Llc | High loading electrodes |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09134718A (ja) * | 1995-11-11 | 1997-05-20 | Dainippon Printing Co Ltd | 非水電解液2次電池用電極板及び該電極板の製造方法 |
JPH10270023A (ja) * | 1997-03-27 | 1998-10-09 | Japan Storage Battery Co Ltd | 非水電解質二次電池用電極の製造方法 |
JP2008258055A (ja) * | 2007-04-06 | 2008-10-23 | Toyota Motor Corp | 二次電池、及び車両 |
WO2011058981A1 (ja) * | 2009-11-16 | 2011-05-19 | 国立大学法人群馬大学 | リチウム二次電池用負極及びその製造方法 |
JP2011129435A (ja) * | 2009-12-18 | 2011-06-30 | Toyota Motor Corp | 乾燥装置 |
JP2013097938A (ja) * | 2011-10-31 | 2013-05-20 | Hitachi Ltd | リチウムイオン電池およびその製造方法 |
-
2012
- 2012-01-18 JP JP2012007632A patent/JP2013149407A/ja active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09134718A (ja) * | 1995-11-11 | 1997-05-20 | Dainippon Printing Co Ltd | 非水電解液2次電池用電極板及び該電極板の製造方法 |
JPH10270023A (ja) * | 1997-03-27 | 1998-10-09 | Japan Storage Battery Co Ltd | 非水電解質二次電池用電極の製造方法 |
JP2008258055A (ja) * | 2007-04-06 | 2008-10-23 | Toyota Motor Corp | 二次電池、及び車両 |
WO2011058981A1 (ja) * | 2009-11-16 | 2011-05-19 | 国立大学法人群馬大学 | リチウム二次電池用負極及びその製造方法 |
JP2011129435A (ja) * | 2009-12-18 | 2011-06-30 | Toyota Motor Corp | 乾燥装置 |
JP2013097938A (ja) * | 2011-10-31 | 2013-05-20 | Hitachi Ltd | リチウムイオン電池およびその製造方法 |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015045533A1 (ja) * | 2013-09-27 | 2015-04-02 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | リチウムイオン二次電池の製造方法、リチウムイオン二次電池の製造装置およびリチウムイオン二次電池 |
CN105531865A (zh) * | 2013-09-27 | 2016-04-27 | 株式会社日立高新技术 | 锂离子二次电池的制造方法、锂离子二次电池的制造装置和锂离子二次电池 |
JP2015069833A (ja) * | 2013-09-30 | 2015-04-13 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | リチウムイオン二次電池の製造方法およびリチウムイオン二次電池の製造装置 |
WO2016067428A1 (ja) * | 2014-10-30 | 2016-05-06 | 株式会社日立製作所 | リチウムイオン電池およびその製造方法 |
JPWO2016067428A1 (ja) * | 2014-10-30 | 2017-04-27 | 株式会社日立製作所 | リチウムイオン電池およびその製造方法 |
WO2017214247A1 (en) * | 2016-06-07 | 2017-12-14 | Navitas Systems, Llc | High loading electrodes |
US10916765B2 (en) | 2016-06-07 | 2021-02-09 | Navitas Systems, Llc | High loading electrodes |
US11430978B2 (en) | 2016-06-07 | 2022-08-30 | Navitas Systems, Llc | High loading electrodes |
US11843111B2 (en) | 2016-06-07 | 2023-12-12 | Navitas Systems, Llc | High loading electrodes |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5993726B2 (ja) | リチウムイオン二次電池 | |
JP5765835B2 (ja) | 新規なポリマー電解質及びそれを含むリチウム二次電池 | |
JP5279018B2 (ja) | リチウムイオン二次電池およびその製造方法 | |
JP4433329B2 (ja) | リチウム二次電池の正極およびその製造方法 | |
WO2016129629A1 (ja) | 非水二次電池 | |
JP7269571B2 (ja) | 全固体電池の製造方法 | |
CN105470576A (zh) | 一种高压锂电池电芯及其制备方法、锂离子电池 | |
WO2019007225A1 (zh) | 锂离子动力电池及其制作方法、其隔膜及隔膜的制作方法,以及用于形成隔膜的浆料 | |
US9653718B2 (en) | Unification-typed electrode assembly and secondary battery using the same | |
JPWO2019009177A1 (ja) | リチウムイオン二次電池およびその製造方法 | |
KR101697249B1 (ko) | 리튬 이온 이차전지의 제조 장치 및 제조 방법 | |
WO2013118380A1 (ja) | リチウムイオン二次電池及びその製造方法 | |
WO2013065478A1 (ja) | リチウムイオン二次電池およびその製造方法 | |
JP2013149407A (ja) | リチウムイオン二次電池およびその製造方法 | |
JP5929183B2 (ja) | 電極、リチウム二次電池及び電極の製造方法 | |
JP5720952B2 (ja) | リチウムイオン二次電池 | |
JP3501113B2 (ja) | 非水系二次電池およびその製造方法 | |
US9379369B2 (en) | Integrated electrode assembly and secondary battery using same | |
JP2019164964A (ja) | リチウムイオン二次電池用負極およびリチウムイオン二次電池 | |
WO2009122717A1 (ja) | 非水電解質二次電池とその製造方法 | |
JP6237777B2 (ja) | 負極活物質、それを用いた負極、及びリチウムイオン二次電池 | |
WO2016021443A1 (ja) | リチウムイオン電池の負極の製造方法、並びにリチウムイオン電池の製造方法 | |
JP2020140896A (ja) | リチウムイオン二次電池用電極及びリチウムイオン二次電池 | |
JP5625848B2 (ja) | リチウムイオン二次電池及びその製造方法 | |
JP6626361B2 (ja) | リチウムイオン二次電池用電極の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140530 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150526 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20151006 |