JP2015069783A - 蓄電デバイス製造装置並びに蓄電デバイスおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施の形態1では、本発明の技術的思想を蓄電デバイスの一例であるリチウムイオン電池に適用する例について説明する。
まず、リチウムイオン電池LIBの構成例について説明する。図1は、円筒形のリチウムイオン電池LIBの内部構造を示す断面図である。図1に示すように、底部を有する円筒形の外装缶CSの内部には、正極PELとセパレータSP1、SP2と負極NELからなる電極捲回体WRFが形成されている。具体的に、電極捲回体WRFは、正極PELと負極NELの間にセパレータSP1(SP2)を挟むように積層され、外装缶CSの中心部にある軸芯CRの回りに捲回されている。そして、負極NELは外装缶CSの底部に設けられている負極リード板NTと電気的に接続されており、正極PELは外装缶CSの上部に設けられている正極リード板PTと電気的に接続されている。外装缶CSの内部に形成されている電極捲回体の内部には電解液が注入されている。そして、外装缶CSは、電池蓋CAPにより密閉されている。
次に、リチウムイオン電池の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図2は、リチウムイオン電池を製造する具体的な工程の流れを示すフローチャートである。また、図3は、関連技術1におけるリチウムイオン電池の製造装置の構成例を示す図である。
この点に関し、電極とセパレータとの間に金属異物が侵入することを抑制するために、電極とセパレータとを別体ではなく、一体として形成する関連技術2がある。図4は、関連技術2におけるリチウムイオン電池の製造装置の構成例を示す図である。
ところが、本発明者が上述した関連技術2を検討したところ、以下に示す改善の余地が存在することを見出したので、以下に、この点について説明する。図6は、金属箔EP上に電極材料スラリーESを塗布し、電極材料スラリーES上に絶縁材料スラリーISを塗布した状態を示す模式図である。図6に示すように、電極材料スラリーESと絶縁材料スラリーISとの界面の形状は、波打ったような形状となる。つまり、電極材料スラリーESと絶縁材料スラリーISは、流動性が存在する状態で塗布される。すなわち、まず、金属箔EP上に電極材料スラリーESが塗布されるが、この電極材料スラリーESは乾燥していないため、流動性が存在する状態を維持している。この状態で、電極材料スラリーES上に絶縁材料スラリーISを塗布すると、下層に存在する電極材料スラリーESが流動性を有する状態で形成されており、かつ、絶縁材料スラリーISを塗布するダイコータDC2の塗布圧力によって、電極材料スラリーESの表面に変形が生じることになる。この結果、電極材料スラリーESと絶縁材料スラリーISとの界面の形状は、平坦ではなく、波打った形状になると考えられている。つまり、関連技術2では、図6に示すように、電極材料スラリーESと絶縁材料スラリーISとの界面の表面粗さRGが大きくなる現象が生じるのである。ここで、図6に示す表面粗さRGに対応した層を本明細書では、混合層MIXと呼ぶ場合がある。つまり、表面粗さRGが小さくなると、混合層MIXの厚さは薄くなり、表面粗さRGが大きくなると、混合層MIXの厚さは厚くなるという関係がある。言い換えれば、本明細書において、図6に示す表面粗さRGと混合層MIXの厚さとは一対一の対応関係があることになる。そして、電極材料スラリーESと絶縁材料スラリーISが共に乾燥した後も、電極材料スラリーESが乾燥することにより形成された電極層と、絶縁材料スラリーISが乾燥することにより形成されたセパレータ(絶縁層)との間の界面の形状は、波打った形状を保持することになる。
本実施の形態1に係るリチウムイオン電池の製造方法は、金属箔上に電極材料スラリーを塗布した後、電極材料スラリーの表面を固化させるプリ固化工程を経て、表面が固化された電極材料スラリー上に絶縁材料スラリーを塗布する。このプリ固化工程によって、電極材料スラリーの表面が流動しない状態で、電極材料スラリー上に絶縁材料スラリーを塗布することができる。このため、ダイコータから印加される塗布圧力で発生する電極材料スラリーと絶縁材料スラリーとの界面の表面粗さの増大、言い換えれば、混合層の厚さの増大を抑制することができる。この結果、本実施の形態1におけるリチウムイオン電池の製造方法によれば、絶縁層(セパレータ)の薄膜化を図りながら、絶縁層の信頼性向上を図ることができるため、リチウムイオン電池の信頼性を向上することができる。
図7において、本実施の形態1におけるリチウムイオン電池の製造装置は、固化液噴霧部SD1、光照射部LS、撮像部IU、制御部CU、絞り弁SVを有している。
本実施の形態1におけるリチウムイオン電池の製造装置は、上記のように構成されており、以下に、図7〜図13を参照しながら、その動作について説明する。図10〜図13は、本実施の形態1におけるリチウムイオン電池の製造装置の動作の流れを説明するフローチャートである。
次に、本実施例1では、実施の形態1で説明したリチウムイオン電池の製造装置を使用することにより、金属箔上に形成される正極層と、正極層上に形成される絶縁層(セパレータ)を一体的に形成するリチウムイオン電池の製造工程について説明する。
ここで、上述した関連技術2で製造される正極を比較例とする。具体的に、比較例においては、正極材料スラリーを、ローラに対向するダイコータを用いて、アルミニウム箔(厚さ20μm、幅200mm)の表面に、塗布厚さが100μmで、塗布幅が150mmとなるように塗布する。そして、正極材料スラリー上に絶縁材料スラリーを、ローラに対向するダイコータを用いて、塗布厚さが20μmで、塗布幅が160mmとなるように塗布する。その後、正極材料スラリーおよび絶縁材料スラリーを塗布したアルミニウム箔を熱風乾燥炉(乾燥室)に搬入し、加熱温度が120℃で、かつ、加熱時間が10分間という加熱条件で、正極材料スラリーと絶縁材料スラリーとを乾燥させる。これにより、正極材料スラリーと絶縁材料スラリーとに含まれる溶剤が蒸発することにより、アルミニウム箔上に電極層と絶縁層(セパレータ)が一体的に形成された比較例における正極を製造する。
本実施例1のように、正極材料スラリーを塗布した後に、プリ固化工程を実施し、正極材料スラリーの表面を固化させることにより、混合層の厚さ(表面粗さ)が比較例と比べて、5μm以下と小さくなっている。一方、比較例は、実用的なアルミニウム箔の搬送速度でも、混合層の厚さ(表面粗さ)は、10μm以上となっており、絶縁層(セパレータ)を薄膜化するにしたがって、短絡発生の可能性が高くなる。
<実施の形態2における特徴>
図15は、本実施の形態2におけるリチウムイオン電池の製造装置の構成例を示す図である。本実施の形態2におけるリチウムイオン電池の製造装置は、前記実施の形態1におけるリチウムイオン電池の製造装置とほぼ同様の構成をしているため、相違点を中心に説明する。
本実施例2では、実施の形態2で説明したリチウムイオン電池の製造装置を使用することにより、金属箔上に形成される正極層と、正極層上に形成される絶縁層(セパレータ)を一体的に形成するリチウムイオン電池の製造工程について説明する。
以上のことから、本実施例2におけるリチウムイオン電池の製造方法によれば、正極と一体的に形成される絶縁層(セパレータ)を薄膜化しても、短絡発生の可能性を低くすることができる。この結果、本実施例2によれば、信頼性の高いリチウムイオン電池を製造することができる。特に、実施の形態2におけるリチウムイオン電池の製造装置を使用しているため、上述した信頼性の高いリチウムイオン電池を製造しながら、リチウムイオン電池の製造歩留まりも向上することができる。さらには、本実施例2のように、乾燥工程の前に、正極材料スラリーおよび絶縁材料スラリーを完全に固化させることにより、急激に乾燥させても電極層の成分および絶縁層(セパレータ)の成分の移動を抑制することができるため、乾燥時間の短縮や乾燥設備の小型化を図ることができる。
101 マニホールド
102 スリット
103 溜り部
104 下流側メニスカス
105 下流側リップ部
AJ 噴霧量調整部
CAP 電池蓋
CM 撮像素子
CR 軸芯
CS 外装缶
CU 制御部
DC1 ダイコータ
DC2 ダイコータ
DG 判別部
DRY 乾燥室
EP 金属箔
ES 電極材料スラリー
IN 画像入力部
IR 画像領域
IS 絶縁材料スラリー
IU 撮像部
JG OK/NG判断部
LIB リチウムイオン電池
LS 光照射部
MIX 混合層
NAS 負極活物質
NEL 負極
NEP 負極板
NR 負極集電リング
NSR 未停留領域
NT 負極リード板
NTAB 負極集電タブ
NZ1 噴霧ノズル
NZ2 噴霧ノズル
PAS 正極活物質
PEL 正極
PEP 正極板
PF 偏光フィルタ
PR 正極集電リング
PT 正極リード板
PTAB 正極集電タブ
RG 表面粗さ
RL1 巻き出しロール
RL2 ローラ
RL3 ローラ
RL4 巻き取りロール
R1 第1画像領域
R2 第2画像領域
R3 第3画像領域
SD1 固化液噴霧部
SD2 固化液噴霧部
SP1 セパレータ
SP2 セパレータ
SR 停留領域
SV 絞り弁
WRF 電極捲回体
Claims (12)
- (a)金属箔上に塗布されたスラリーであって、活物質と結着剤とを含む前記スラリーに対して固化液を噴霧する固化液噴霧部、
(b)前記固化液を噴霧した前記スラリーの表面に光を照射する光照射部、
(c)前記光を照射した前記スラリーの表面を撮像する撮像部、
(d)前記撮像部で撮像された前記スラリーの表面画像に基づいて、前記固化液噴霧部から前記スラリーに対して噴霧する前記固化液の噴霧量を制御する制御部、
を備える、蓄電デバイス製造装置。 - 請求項1に記載の蓄電デバイス製造装置において、
前記撮像部は、
(c1)前記光に含まれる特定の偏光光を透過する偏光フィルタ、
(c2)前記偏光フィルタを透過した前記偏光光を入射する撮像素子、
を有する、蓄電デバイス製造装置。 - 請求項2に記載の蓄電デバイス製造装置において、
前記光照射部から照射される前記光は、直線偏光光である、蓄電デバイス製造装置。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の蓄電デバイス製造装置において、
前記制御部は、
(d1)前記撮像部で撮像された前記スラリーの前記表面画像を入力する画像入力部、
(d2)前記画像入力部により入力した前記表面画像の明暗分布に基づいて、前記スラリーの表面に前記固化液が停留していない未停留領域と、前記スラリーの表面に前記固化液が停留している停留領域と、を判別する判別部、
(d3)前記未停留領域と前記停留領域との存在分布に基づいて、前記固化液の噴霧量を調整する噴霧量調整部、
を有する、蓄電デバイス製造装置。 - 請求項4に記載の蓄電デバイス製造装置において、
前記金属箔は、第1方向に沿って流れるように移動する帯状部材から構成され、
前記表面画像には、前記第1方向の上流側である第1領域に対応した第1画像領域と、前記第1方向の下流側である第2領域に対応した第2画像領域と、が含まれる、蓄電デバイス製造装置。 - 請求項5に記載の蓄電デバイス製造装置において、
前記固化液噴霧部は、前記第1領域よりもさらに上流側の噴霧領域において、前記スラリーに対して前記固化液を噴霧する、蓄電デバイス製造装置。 - 請求項5または6に記載の蓄電デバイス製造装置において、
前記噴霧量調整部は、前記第1画像領域に前記未停留領域が存在する場合には、前記固化液噴霧部からの前記固化液の噴霧量を増加させる、蓄電デバイス製造装置。 - 請求項5または6に記載の蓄電デバイス製造装置において、
前記噴霧量調整部は、前記第2画像領域に前記停留領域が存在する場合には、前記固化液噴霧部からの前記固化液の噴霧量を減少させる、蓄電デバイス製造装置。 - 請求項5または6に記載の蓄電デバイス製造装置において、
前記噴霧量調整部は、前記第1画像領域に前記未停留領域が存在し、かつ、前記第2画像領域に前記停留領域が存在する場合に、前記固化液の噴霧量が調整不能であると判断する、蓄電デバイス製造装置。 - 請求項4に記載の蓄電デバイス製造装置において、
前記金属箔は、第1方向に沿って流れるように移動する帯状部材から構成され、
前記表面画像には、前記第1方向の上流側である第1領域に対応した第1画像領域と、前記第1方向の下流側である第2領域に対応した第2画像領域と、前記第2領域よりもさらに前記第1方向の下流側である第3領域に対応した第3画像領域と、が含まれ、
前記制御部は、前記第3画像領域に前記停留領域が存在しない場合には、前記固化液の噴霧が正常範囲内で行なわれていると判断し、かつ、前記第3画像領域に前記停留領域が存在する場合には、前記固化液の噴霧が正常範囲を逸脱して行なわれていると判断するOK/NG判断部を有する、蓄電デバイス製造装置。 - (a)金属箔上に塗布されたスラリーであって、活物質と結着剤とを含む前記スラリーに対して固化液を噴霧する工程、
(b)前記固化液を噴霧した前記スラリーの表面に光を照射する工程、
(c)前記光を照射した前記スラリーの表面を撮像部で撮像する工程、
(d)前記撮像部で撮像された前記スラリーの表面画像に基づいて、前記スラリーに対して噴霧する前記固化液の噴霧量を制御する工程、
を備える、蓄電デバイスの製造方法。 - (a)正極、
(b)負極、
(c)前記正極と前記負極とを電気的に分離し、かつ、少なくとも、前記正極あるいは前記負極のいずれかの電極と一体的に形成されたセパレータ、
を備え、
前記セパレータと一体的に形成された前記電極は、
(d1)金属箔、
(d2)前記金属箔上に形成された活物質と結着剤とを含む電極層、
を含み、
前記電極層と接するように前記セパレータが形成された蓄電デバイスであって、
前記電極層と前記セパレータとの界面の表面粗さは、5μm以下である、蓄電デバイス。
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