JP2014060072A - 電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属箔のカールを抑制できる電極の製造方法を提供する。
【解決手段】活物質とバインダと溶剤とを含む中性又はアルカリ性の電極材１２を、金属箔２の一方の面２ａ上に塗布する。次に、金属箔２の一方の面２ａ上に塗布された電極材１２を乾燥させることにより金属箔２の一方の面２ａ上に第１活物質層１２ａを形成する。次に、金属箔２の他方の面２ｂ上に電極材１２を塗布する。次に、金属箔２の他方の面２ｂ上に塗布された電極材１２を乾燥させることにより金属箔２の他方の面２ｂ上に第２活物質層１２ｂを形成する。第１活物質層１２ａを形成する工程では、第１活物質層１２ａの全質量を基準として第１活物質層１２ａ中に残存する溶剤が２〜５質量％となるように、電極材１２を乾燥させる。これにより、電極５０が製造される。
【選択図】図２

Description

本発明は、電極の製造方法に関する。

金属箔の表面に活物質ペーストを塗布した後、活物質ペーストを乾燥させることにより金属箔の表面上に活物質層を形成する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開平１１−３２９４１６号公報

しかしながら、上記方法では、活物質ペーストを乾燥させる際に、活物質ペースト中のバインダが収縮することにより、金属箔がカールする可能性がある。金属箔がカールすると、金属箔のカールした部分にひびが入ったり、しわが形成されたりするおそれがある。

本発明は、金属箔のカールを抑制できる電極の製造方法を提供する。

本発明の一側面に係る電極の製造方法は、蓄電装置に用いられる電極の製造方法であって、活物質とバインダと溶剤とを含む中性又はアルカリ性の電極材を、金属箔の一方の面上に塗布する工程と、前記金属箔の一方の面上に塗布された前記電極材を乾燥させることにより前記金属箔の前記一方の面上に第１活物質層を形成する工程と、前記第１活物質層を形成した後、前記金属箔の他方の面上に前記電極材を塗布する工程と、前記金属箔の他方の面上に塗布された前記電極材を乾燥させることにより前記金属箔の前記他方の面上に第２活物質層を形成する工程と、を含み、前記第１活物質層を形成する工程では、前記第１活物質層の全質量を基準として前記第１活物質層中に残存する前記溶剤の割合が２〜５質量％となるように、前記電極材を乾燥させる。第１活物質層のための電極材と第２活物質層のための電極材とは、同一材料であってもよいし、互いに異なる材料であってもよい。

この電極の製造方法では、第１活物質層を形成する際に、第１活物質層中に残存する溶剤の割合が２質量％以上となるよう電極材を乾燥させている。このため、第１活物質層中に残存する溶剤の割合が比較的高いので、金属箔のカールを抑制できる。また、この電極の製造方法では、第１活物質層を形成する際に、第１活物質層中に残存する溶剤の割合が５質量％以下となるよう電極材を乾燥させている。このため、第１活物質層が形成された金属箔の取り扱いが容易になる。

前記バインダが熱可塑性樹脂であってもよい。

熱可塑性樹脂は電極材を乾燥させる際に収縮し易いが、そのような場合でも金属箔のカールを抑制できる。

前記バインダが主鎖にイミド結合を有するポリマー樹脂であってもよい。

イミド結合を有するポリマー樹脂は充分な耐熱性を有するので、電極材を高温で乾燥させることができる。

前記バインダがポリアミドイミド又はポリイミドであってもよい。

前記第１活物質層を形成する工程では、６０〜９０℃の範囲内の第１温度で前記電極材を乾燥させ、前記第２活物質層を形成する工程では、９０〜１５０℃の範囲内の第２温度で前記電極材を乾燥させ、前記第１温度と前記第２温度との差が２０℃以上であってもよい。

この場合、第１活物質層中に残存する溶剤の割合を比較的高くすることが容易になる。

本発明によれば、金属箔のカールを抑制できる電極の製造方法が提供され得る。

電極の製造装置の一例を模式的に示す図である。 一実施形態に係る電極の製造方法の各工程を示す断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。

図１は、電極の製造装置の一例を模式的に示す図である。図１に示される電極の製造装置１００は、金属箔２上に電極材１２を塗布する塗布部１０と、金属箔２上に塗布された電極材１２を乾燥させる乾燥部３０とを備える。

金属箔２は、巻出ロール１４から塗布部１０に供給されてもよい。電極材１２は、塗工ロール１６とコンマロール１８との間に挟まれた金属箔２上に塗布されてもよい。電極材１２は、ポンプ２４を用いて、タンク２０から供給管２２を介して、塗工ロール１６とコンマロール１８との間に供給されてもよい。金属箔２上に電極材１２が塗布された後、金属箔２は乾燥部３０に供給されてもよい。乾燥部３０を通過した金属箔２は、巻取ロール３２に供給されてもよい。

図２は、一実施形態に係る電極の製造方法の各工程を示す断面図である。本実施形態に係る電極は、例えば図１に示される製造装置１００を用いて製造される。図２は、金属箔２の進行方向に垂直な平面における構造体の断面を示す。

まず、図２（ａ）に示されるように、金属箔２の一方の面２ａ上に電極材（電極合材とも言う。）１２を塗布する。電極材１２は、図１の塗布部１０において塗布され得る。金属箔２は例えば銅箔又はアルミニウム箔であってもよい。電極材１２は、中性又はアルカリ性である。電極材１２のｐＨは例えば７以上１２以下である。電極材１２は、活物質とバインダと溶剤とを含む。電極材１２は、例えばアセチレンブラック等の導電助剤を更に含んでもよい。

活物質は、正極活物質であってもよく、負極活物質であってもよい。正極活物質としては、例えば複合酸化物、金属リチウム、硫黄等が挙げられる。複合酸化物は、マンガン、ニッケル、コバルト及びアルミニウムの少なくとも１つとリチウムとを含む。負極活物質としては、例えば黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯ_ｘ（０．５≦ｘ≦１．５）等の金属酸化物、ホウ素添加炭素等が挙げられる。バインダは、例えばポリアミドイミド、ポリイミド等の熱可塑性樹脂であってもよく、主鎖にイミド結合を有するポリマー樹脂であってもよい。溶剤は、例えばＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）、メタノール、メチルイソブチルケトン等の有機溶剤であってもよく、水であってもよい。

バインダの配合割合は、電極材１２の固形成分（活物質、導電助剤及びバインダ）の全質量を基準として、４〜１５質量％であってもよい。

次に、図２（ｂ）に示されるように、金属箔２の一方の面２ａ上に塗布された電極材１２を乾燥させることにより金属箔２の一方の面２ａ上に第１活物質層１２ａを形成する。電極材１２は、図１の乾燥部３０において乾燥され得る。第１活物質層１２ａの厚みは電極材１２の厚みより薄くなり得る。第１活物質層１２ａの全質量を基準として第１活物質層１２ａ中に残存する溶剤の割合が２〜５質量％となるように、電極材１２を乾燥させる。例えば６０〜９０℃の範囲内の第１温度Ｔ_１で電極材１２を乾燥させる。第１活物質層１２ａ中に残存する溶剤の割合は、第１活物質層１２ａ中に残存する溶剤の質量を第１活物質層１２ａの全質量で割ることにより算出され得る。第１活物質層１２ａ中に残存する溶剤の質量は、第１活物質層１２ａ及び金属箔２の合計質量と、第１活物質層１２ａ中の溶剤を完全に除去した後の第１活物質層１２ａ及び金属箔２の合計質量との差分から算出され得る。第１活物質層１２ａの全質量は、第１活物質層１２ａ及び金属箔２の合計質量と、金属箔２の質量との差分から算出され得る。例えば２００℃で１０分間、第１活物質層１２ａを乾燥させると、第１活物質層１２ａ中の溶剤を完全に除去することができる。

次に、図２（ｃ）に示されるように、金属箔２の他方の面２ｂ上に電極材１２を塗布する。電極材１２は、図１の塗布部１０において塗布され得る。例えば、第１活物質層１２ａが形成された金属箔２を巻取ロール３２に巻き取ったものが巻出ロール１４として用いられる。

次に、図２（ｄ）に示されるように、金属箔２の他方の面２ｂ上に塗布された電極材１２を乾燥させることにより金属箔２の他方の面２ｂ上に第２活物質層１２ｂを形成する。電極材１２は、図１の乾燥部３０において乾燥され得る。第１活物質層１２ａ及び第２活物質層１２ｂの厚みは、図２（ｂ）の第１活物質層１２ａの厚みよりも薄くなり得る。第２活物質層１２ｂの全質量を基準として第２活物質層１２ｂ中に残存する溶剤の割合が０．１〜１．５質量％となるように、電極材１２を乾燥させてもよい。この場合、第１活物質層１２ａの全質量を基準として第１活物質層１２ａ中に残存する溶剤の割合も０．１〜１．５質量％となる。例えば９０〜１５０℃の範囲内の第２温度Ｔ_２で電極材１２を乾燥させる。第１温度Ｔ_１と第２温度Ｔ_２との差は２０℃以上であってもよい。第１活物質層１２ａ及び第２活物質層１２ｂの厚さは、２０〜８０μｍであってもよい。金属箔２の厚さは、８〜２０μｍであってもよい。

その後、必要に応じて第１活物質層１２ａ及び第２活物質層１２ｂを圧縮成形してもよい。

上記各工程を経ることによって、電極５０が製造される。金属箔２は集電体として機能し得る。電極５０は、例えば二次電池又は電気二重層キャパシタ等の蓄電装置に用いられる。二次電池としては、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池等が挙げられる。

上述の電極５０の製造方法では、第１活物質層１２ａを形成する際に、第１活物質層１２ａ中に残存する溶剤の割合が２質量％以上となるよう電極材１２を乾燥させている。このため、第１活物質層１２ａ中に残存する溶剤の割合が比較的高いので、バインダの収縮による金属箔２のカールを抑制できる。よって、金属箔２にひびが入ったり、しわが形成されたりすることを抑制できる。また、電極５０の製造方法では、第１活物質層１２ａを形成する際に、第１活物質層１２ａ中に残存する溶剤の割合が５質量％以下となるよう電極材１２を乾燥させている。このため、第１活物質層１２ａが形成された金属箔２の取り扱いが容易になる。

電極材１２中のバインダが熱可塑性樹脂である場合、電極材１２を乾燥させる際に熱可塑性樹脂が収縮し易い。しかしながら、そのような場合でも金属箔２のカールを抑制できる。

電極材１２中のバインダが主鎖にイミド結合を有するポリマー樹脂である場合、イミド結合を有するポリマー樹脂が充分な耐熱性を有するので、電極材１２を高温で乾燥させることができる。

また、第１活物質層１２ａを形成する際に６０〜９０℃の範囲内の第１温度Ｔ_１で電極材１２を乾燥させ、第２活物質層１２ｂを形成する際に９０〜１５０℃の範囲内の第２温度Ｔ_２で電極材１２を乾燥させ、第１温度Ｔ_１と第２温度Ｔ_２との差が２０℃以上である場合、第１活物質層１２ａ中に残存する溶剤の割合を比較的高くすることが容易になる。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明されたが、本発明は上記実施形態に限定されない。

（実施例）
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明がより具体的に説明されるが、本発明は以下の実施例に限定されない。

（実施例１）
厚さ１０μｍの銅箔の一方の面上に、以下の組成を有する固形成分を６４質量％、ＮＭＰを３６質量％含む電極材を塗布した。
＜固形成分＞
ＳｉＯ_ｘ（０．５≦ｘ≦１．５）：３２質量％
カーボン：５０質量％
アセチレンブラック：４質量％
ポリアミドイミド：８質量％

続いて、７０℃で電極材を乾燥させて銅箔の一方の面上に活物質層を形成した。このようにして、銅箔の一方の面上に活物質層が形成された２つのサンプルを得た。１つのサンプルについて、サンプルの重量を測定し、サンプルを２００℃で１０分間加熱した後の重量を測定した。これらの差分から活物質層中に残存する溶剤の割合を算出した。その結果、活物質層中に残存する溶剤の割合は２．２質量％であった。

もう１つのサンプルについて、銅箔の他方の面上に上記電極材を塗布した。次に、電極材を１００℃で乾燥させて銅箔の他方の面上にも活物質層を形成した。このようにして、電極を製造した。この電極では、金属箔のカールは確認されなかった。

２…金属箔、２ａ…金属箔の一方の面、２ｂ…金属箔の他方の面、１２…電極材、１２ａ…第１活物質層、１２ｂ…第２活物質層、５０…電極。

Claims (5)

1. 蓄電装置に用いられる電極の製造方法であって、
   活物質とバインダと溶剤とを含む中性又はアルカリ性の電極材を、金属箔の一方の面上に塗布する工程と、
   前記金属箔の一方の面上に塗布された前記電極材を乾燥させることにより前記金属箔の前記一方の面上に第１活物質層を形成する工程と、
   前記第１活物質層を形成した後、前記金属箔の他方の面上に前記電極材を塗布する工程と、
   前記金属箔の他方の面上に塗布された前記電極材を乾燥させることにより前記金属箔の前記他方の面上に第２活物質層を形成する工程と、
   を含み、
   前記第１活物質層を形成する工程では、前記第１活物質層の全質量を基準として前記第１活物質層中に残存する前記溶剤が２〜５質量％となるように、前記電極材を乾燥させる、電極の製造方法。
2. 前記バインダが熱可塑性樹脂である、請求項１に記載の電極の製造方法。
3. 前記バインダが主鎖にイミド結合を有するポリマー樹脂である、請求項１又は２に記載の電極の製造方法。
4. 前記バインダがポリアミドイミド又はポリイミドである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電極の製造方法。
5. 前記第１活物質層を形成する工程では、６０〜９０℃の範囲内の第１温度で前記電極材を乾燥させ、
   前記第２活物質層を形成する工程では、９０〜１５０℃の範囲内の第２温度で前記電極材を乾燥させ、
   前記第１温度と前記第２温度との差が２０℃以上である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電極の製造方法。

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