JP2015069797A - Method and apparatus for manufacturing lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery - Google Patents

Method and apparatus for manufacturing lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a mixed layer of an electrode material and an insulation material from being formed in the vicinity of the interface between an electrode material layer and an insulation material layer when an electrode layer of a lithium ion secondary battery is coated on a current collector foil and the insulation material which becomes a separator is coated on the electrode layer.SOLUTION: A method for manufacturing a lithium ion secondary battery includes the steps of: coating electrode material slurry on the surface of a current collector coil EP using a first coating part; supplying solidified liquid containing a component which precipitates a binder component contained in the electrode material slurry to the electrode material slurry to thereby solidify a surface layer of the electrode material slurry; coating an insulation material slurry on the electrode material slurry whose surface layer is solidified; and drying the electrode material slurry and the insulation material slurry.

Description

本発明は、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に関し、特に、正極と、負極と、正極および負極を電気的に分離するセパレータとを有するリチウムイオン二次電池の製造方法および製造装置ならびにそのリチウムイオン二次電池に適用して有効な技術に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a lithium ion secondary battery, a lithium ion secondary battery manufacturing apparatus, and a lithium ion secondary battery, and particularly includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator that electrically separates the positive electrode and the negative electrode. The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a lithium ion secondary battery, and a technology effective when applied to the lithium ion secondary battery.

携帯電子機器の発達に伴い、これらの携帯電子機器の電力供給源として、繰り返し充電が可能な小型二次電池が使用されている。中でも、エネルギー密度が高く、サイクルライフが長く、自己放電性が低く、かつ、作動電圧が高いという利点を有するリチウムイオン二次電池が注目されている。リチウムイオン二次電池は、上記利点を有するため、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、または携帯電話機などの携帯電子機器に多用されている。   With the development of portable electronic devices, small secondary batteries that can be repeatedly charged are used as power supply sources for these portable electronic devices. Among these, lithium ion secondary batteries have been attracting attention because they have the advantages of high energy density, long cycle life, low self-discharge characteristics, and high operating voltage. Lithium ion secondary batteries have the advantages described above, and are therefore widely used in portable electronic devices such as digital cameras, notebook personal computers, and mobile phones.

さらに、近年では、電気自動車用電池や電力貯蔵用電池として、高容量、高出力、かつ、高エネルギー密度を実現できる大型のリチウムイオン二次電池の研究開発が進められている。特に、自動車産業においては、環境問題に対応するため、動力源としてモータを使用する電気自動車、または動力源としてエンジン(内燃機関)とモータとの両方を使用するハイブリッド車の開発が進められている。このような電気自動車やハイブリッド車の電源としてもリチウムイオン二次電池が注目されている。同様に、リチウムイオン二次電池は、太陽光発電または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いる。   Furthermore, in recent years, research and development of large-sized lithium ion secondary batteries capable of realizing high capacity, high output, and high energy density as electric vehicle batteries and power storage batteries have been promoted. In particular, in the automobile industry, development of an electric vehicle using a motor as a power source or a hybrid vehicle using both an engine (internal combustion engine) and a motor as a power source is underway in order to cope with environmental problems. . Lithium ion secondary batteries have attracted attention as power sources for such electric vehicles and hybrid vehicles. Similarly, lithium ion secondary batteries are becoming increasingly important in applications such as solar power generation or power storage for efficient use of nighttime power.

本技術分野の背景技術として、特許文献1(特開2003−045491号公報)がある。特許文献1には、正極シート状物の両面に、正極電極物質含有溶液と、電解物質および絶縁物質を含有する溶液とを、溶液吐出用スリットを有するダイコータを使用して塗布した後、加熱工程を経て正極電極シート状物を形成することが記載されている。また、同様に、負極シート状物の両面に、負極電極物質含有溶液と、電解物質および絶縁物質を含有する溶液とを、ダイコータを使用して塗布した後、加熱工程を経て負極電極シート状物を形成することが記載されている。ここでは、正極および負極の両電極シート状物を積層して電極捲回体を形成する。   As a background art in this technical field, there is Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-054991). In Patent Document 1, a positive electrode sheet containing solution and a solution containing an electrolytic substance and an insulating substance are applied to both surfaces of a positive electrode sheet using a die coater having a solution discharge slit, followed by a heating step. The formation of a positive electrode sheet is described. Similarly, a negative electrode material containing solution and a solution containing an electrolytic substance and an insulating substance are applied to both surfaces of the negative electrode sheet using a die coater, followed by a heating step, followed by a negative electrode sheet material. Is described. Here, the electrode winding body is formed by laminating both electrode sheets of the positive electrode and the negative electrode.

特開2003−045491号公報JP 2003-054991 A

リチウムイオン二次電池は、例えば、集電箔の表面に正極活物質を塗着した正極板と、集電箔の表面に負極活物質を塗着した負極板と、正極板および負極板の接触を防止する板状のセパレータとを捲回した電極捲回体を備えている。ここで、正極板と負極板とセパレータとのそれぞれを別部品、つまり別体で用意ことが考えられるが、この場合、例えば正極板の切断工程などに起因して、正極板とセパレータとの間の隙間に金属異物が侵入し、正極と負極とが短絡するなどの問題が生じる。   Lithium ion secondary batteries are, for example, a positive electrode plate coated with a positive electrode active material on the surface of a current collector foil, a negative electrode plate coated with a negative electrode active material on the surface of a current collector foil, and the contact between the positive electrode plate and the negative electrode plate The electrode winding body which wound the plate-shaped separator which prevents this is provided. Here, it is conceivable that each of the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator is prepared as a separate part, that is, a separate body. In this case, for example, due to the cutting process of the positive electrode plate, the positive electrode plate and the separator There arises a problem that a metal foreign substance enters the gap between the positive electrode and the negative electrode, causing a short circuit.

これに対し、集電箔の表面に正極活物質およびセパレータを順に塗着して形成した正極板と、他の集電箔の表面に負極活物質およびセパレータを順に塗着して形成した負極板とを捲回してリチウムイオン二次電池を形成することが考えられる。このようなリチウムイオン二次電池であれば、正極板または負極板を切断することによって生じる金属異物が、正極板または負極板とセパレータとの間に侵入することを防ぐことができる。   In contrast, a positive electrode plate formed by sequentially applying a positive electrode active material and a separator to the surface of the current collector foil, and a negative electrode plate formed by sequentially applying a negative electrode active material and a separator to the surface of another current collector foil To form a lithium ion secondary battery. If it is such a lithium ion secondary battery, it can prevent that the metal foreign material produced by cut | disconnecting a positive electrode plate or a negative electrode plate penetrate | invades between a positive electrode plate or a negative electrode plate, and a separator.

しかし、集電箔の表面に正極活物質または負極活物質を含む電極材スラリを塗工し、そのスラリ上に連続してセパレータとなる絶縁材料スラリで塗工した場合、電極層と絶縁層の界面に電極材料と絶縁材料との混合層が形成される。この場合、セパレータとして機能する絶縁材料層が薄くなるため、正極と負極との短絡が発生しやすくなることで、リチウムイオン二次電池の信頼性が低下する問題が生じる。上記短絡を防ぐ構成として、セパレータの膜厚を大きくすることが考えられるが、この場合、リチウムイオン二次電池の小型化が困難となる。   However, when the electrode material slurry containing the positive electrode active material or the negative electrode active material is applied to the surface of the current collector foil, and the insulating material slurry that becomes the separator continuously is applied on the slurry, the electrode layer and the insulating layer A mixed layer of an electrode material and an insulating material is formed at the interface. In this case, since the insulating material layer functioning as a separator becomes thin, a short circuit between the positive electrode and the negative electrode is likely to occur, thereby causing a problem that the reliability of the lithium ion secondary battery is lowered. As a configuration for preventing the short circuit, it is conceivable to increase the thickness of the separator, but in this case, it is difficult to reduce the size of the lithium ion secondary battery.

本発明の前記の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above object and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the embodiments disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

代表的な実施の形態によるリチウムイオン二次電池の製造方法は、集電箔の表面上に、第1の塗工部を用いて電極材スラリを塗布する工程と、前記電極材スラリに含まれるバインダ成分を析出させる成分を含む第1固化液を、前記電極材スラリに供給することで、前記電極材スラリの表面層を固化させる工程と、前記表面層が固化された前記電極材スラリ上に、第2の塗工部を用いて絶縁材スラリを塗布する工程と、前記電極材スラリおよび前記絶縁材スラリを乾燥させる工程とを有するものである。   A method of manufacturing a lithium ion secondary battery according to a typical embodiment includes a step of applying an electrode material slurry on the surface of a current collector foil using a first coating part, and the electrode material slurry A step of solidifying a surface layer of the electrode material slurry by supplying a first solidified liquid containing a component for precipitating a binder component to the electrode material slurry; and on the electrode material slurry on which the surface layer is solidified. And a step of applying an insulating material slurry using the second coating part, and a step of drying the electrode material slurry and the insulating material slurry.

さらに、代表的な実施の形態によるリチウムイオン二次電池の製造装置は、集電箔の表面に電極材スラリを塗布する第1の塗工部と、前記電極材スラリに含まれるバインダ成分を析出させる成分を含む第1固化液を、前記電極材スラリに供給することで、前記電極材スラリの表面層を固化させる第1固化室と、前記表面層が固化された前記電極材スラリ上に、絶縁材スラリを塗布する第2の塗工部と、前記電極材スラリおよび前記絶縁材スラリを乾燥させる乾燥室と、前記集電箔を、前記第1の塗工部、前記第1固化室、前記第2の塗工部および前記乾燥室の順に搬送する搬送部とを有するものである。   Further, the lithium ion secondary battery manufacturing apparatus according to the representative embodiment deposits a first coating part for applying an electrode material slurry to the surface of the current collector foil, and a binder component contained in the electrode material slurry. A first solidification liquid containing a component to be fed is supplied to the electrode material slurry, whereby a first solidification chamber for solidifying the surface layer of the electrode material slurry, and the electrode material slurry on which the surface layer is solidified, A second coating section for applying an insulating material slurry; a drying chamber for drying the electrode material slurry and the insulating material slurry; and the current collector foil, the first coating section, the first solidification chamber, It has a conveyance part which conveys in order of the said 2nd coating part and the said drying chamber.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。   Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.

本発明によれば、リチウムイオン二次電池の信頼性を向上させることができる。   According to the present invention, the reliability of a lithium ion secondary battery can be improved.

また、本発明によれば、リチウムイオン二次電池の性能を向上させることができる。   Moreover, according to this invention, the performance of a lithium ion secondary battery can be improved.

本発明の実施の形態1であるリチウムイオン二次電池の製造装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing apparatus of the lithium ion secondary battery which is Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2であるリチウムイオン二次電池の製造装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing apparatus of the lithium ion secondary battery which is Embodiment 2 of this invention. リチウムイオン二次電池を構成する電極板の断面図である。It is sectional drawing of the electrode plate which comprises a lithium ion secondary battery. 本発明の実施の形態1であるリチウムイオン二次電池、および、第2の比較例であるリチウムイオン二次電池のそれぞれの、混合層の厚さと集電箔の搬送速との関係を示すグラフである。The graph which shows the relationship between the thickness of a mixed layer and the conveyance speed of current collection foil of each of the lithium ion secondary battery which is Embodiment 1 of this invention, and the lithium ion secondary battery which is a 2nd comparative example It is. 第1の比較例であるリチウムイオン二次電池の製造装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing apparatus of the lithium ion secondary battery which is a 1st comparative example. 第1の比較例であるリチウムイオン二次電池の製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing process of the lithium ion secondary battery which is a 1st comparative example. 第2の比較例におけるリチウムイオン二次電池の製造装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing apparatus of the lithium ion secondary battery in a 2nd comparative example. 第2の比較例におけるリチウムイオン二次電池の製造装置を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the manufacturing apparatus of the lithium ion secondary battery in a 2nd comparative example.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted. Also, in the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.

なお、本願でいう厚さとは、リチウムイオン二次電池を構成する集電箔の表面に対して垂直な方向における各構造体の長さを指す。   In addition, the thickness as used in this application refers to the length of each structure in the direction perpendicular | vertical with respect to the surface of the current collector foil which comprises a lithium ion secondary battery.

(実施の形態1)
以下に、本実施の形態におけるリチウムイオン二次電池の製造方法および製造装置について、図1を用いて説明する。図1は、本実施の形態における片面塗布型の電極板製造装置の構成を示す図である。つまり、図1は、本実施の形態におけるリチウムイオン二次電池の製造装置を示す模式図である。
(Embodiment 1)
Below, the manufacturing method and manufacturing apparatus of the lithium ion secondary battery in this Embodiment are demonstrated using FIG. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a single-side coating type electrode plate manufacturing apparatus according to the present embodiment. That is, FIG. 1 is a schematic diagram showing a lithium ion secondary battery manufacturing apparatus according to the present embodiment.

図1に示すように、本実施の形態におけるリチウムイオン二次電池の製造装置は、集電箔EPを送り出す集電用金属箔ロールRL1と、集電箔EPを巻き取る巻き取りロールRL4とを有している。薄い板状の金属箔である集電箔EPは、集電用金属箔ロールRL1と、巻き取りロールRL4との間で、ローラRL2、RL3などの複数のローラに支えられながら搬送される。ここでは、集電箔EPを一定速度で搬送するため当該複数のローラを、ローラ搬送系、つまり搬送部と呼ぶ。   As shown in FIG. 1, the manufacturing apparatus of the lithium ion secondary battery in the present embodiment includes a current collecting metal foil roll RL1 for feeding out the current collecting foil EP and a winding roll RL4 for winding up the current collecting foil EP. Have. The current collecting foil EP, which is a thin plate-like metal foil, is conveyed between the current collecting metal foil roll RL1 and the take-up roll RL4 while being supported by a plurality of rollers such as rollers RL2 and RL3. Here, in order to convey the current collector foil EP at a constant speed, the plurality of rollers are referred to as a roller conveyance system, that is, a conveyance unit.

集電箔EPの搬送経路には、集電用金属箔ロールRL1側から巻き取りロールRL4側に向かって順に、ダイコータDC1、固化室SD1内の噴霧ノズルNZ1、ダイコータDC2および乾燥室DRYが配置されている。搬送される集電箔EPは、ダイコータDC1とローラRL2との間、固化室SD1内、ダイコータDC2とローラRL3との間、および、乾燥室DRY内を通る。   A die coater DC1, a spray nozzle NZ1, a die coater DC2 and a drying chamber DRY in the solidification chamber SD1 are arranged in this order from the current collecting metal foil roll RL1 side to the take-up roll RL4 side in the conveying path of the current collecting foil EP. ing. The conveyed current collecting foil EP passes between the die coater DC1 and the roller RL2, inside the solidification chamber SD1, between the die coater DC2 and the roller RL3, and inside the drying chamber DRY.

リチウムイオン二次電池を構成する正極および負極のそれぞれは、集電箔EPの材料および集電箔EPに塗工する膜の材料等に違いがあるが、基本的に同様の工程により製造される。このため、以下では、正極および負極のそれぞれの製造工程を分けずに説明する。例えば、後述する塗工材料である電極材料ESは、正極用の材料である場合と、負極用の材料である場合とを含んでおり、それぞれの場合において、異なる材料により構成される。ここで、正極の製造工程において、正極用の材料からなる集電箔EPおよび塗工材料を用い、負極の製造工程のみに用いられる材料を使用しないことは、いうまでもない。負極の製造工程においても同様に、正極の製造工程のみに用いられる材料は使用しない。   Each of the positive electrode and the negative electrode constituting the lithium ion secondary battery differs in the material of the current collector foil EP and the material of the film applied to the current collector foil EP, but is basically manufactured by the same process. . For this reason, below, it demonstrates without dividing each manufacturing process of a positive electrode and a negative electrode. For example, the electrode material ES, which is a coating material to be described later, includes a case where it is a positive electrode material and a case where it is a negative electrode material. In each case, the electrode material ES is composed of different materials. Here, it goes without saying that, in the positive electrode manufacturing process, the current collector foil EP and the coating material made of the positive electrode material are used, and the material used only in the negative electrode manufacturing process is not used. Similarly, in the negative electrode manufacturing process, a material used only for the positive electrode manufacturing process is not used.

本実施の形態におけるリチウムイオン二次電池の製造工程では、まず、リチウムイオン二次電池の正極または負極を形成するための電極材料ESを調整する。次に、調整したスラリ状の電極材料ESを、ローラRL2に対向するように配置された第1の塗工部であるダイコータDC1を用いて、集電用金属箔ロールRL1から供給される集電箔EPの表面上に薄く、均一に塗工する。以下では、この工程を第1の塗工工程と呼ぶ。また、第1の塗工工程により集電箔EP上に塗布された電極材料ESからなる膜を、第1塗布膜と呼ぶ。上記第1の塗工部には、例えばスリットダイコータを用いることができるが、電極材料ESを供給する装置として、他の装置を用いてもよい。   In the manufacturing process of the lithium ion secondary battery in the present embodiment, first, the electrode material ES for forming the positive electrode or the negative electrode of the lithium ion secondary battery is adjusted. Next, the collected slurry-like electrode material ES is collected from the current-collecting metal foil roll RL1 using the die coater DC1, which is the first coating portion disposed so as to face the roller RL2. Apply thin and evenly on the surface of the foil EP. Below, this process is called a 1st coating process. Moreover, the film | membrane which consists of electrode material ES apply | coated on current collection foil EP by the 1st coating process is called a 1st coating film. For example, a slit die coater can be used for the first coating part, but another apparatus may be used as an apparatus for supplying the electrode material ES.

次に、電極材料ESが塗工された集電箔EPを固化室SD1内に搬送し、噴霧ノズルNZ1から供給される固化液を、集電箔EP上の電極材料ESに噴霧することで、電極材料ESからなる第1塗布膜の表面層を固化させる。以下では、この工程をプレ固化工程と呼ぶ。なお、本願でいう固化液とは、第1塗布膜などのスラリに含まれる固化材、つまり結着材であるバインダ成分を析出させる成分を含む液体である。つまり、固化液と固化材とはそれぞれ異なる材料を指し、固化材は例えば第1塗布膜に含まれており、噴霧ノズルNZ1から供給される固化液は固化材を含んでいない。   Next, the current collector foil EP coated with the electrode material ES is transported into the solidification chamber SD1, and the solidified liquid supplied from the spray nozzle NZ1 is sprayed onto the electrode material ES on the current collector foil EP. The surface layer of the first coating film made of the electrode material ES is solidified. Below, this process is called a pre-solidification process. The solidified liquid as used in the present application is a liquid containing a solidifying material contained in a slurry such as a first coating film, that is, a component that precipitates a binder component as a binder. That is, the solidified liquid and the solidified material are different materials, and the solidified material is included in the first coating film, for example, and the solidified liquid supplied from the spray nozzle NZ1 does not include the solidified material.

次に、表面層が固化した第1塗布膜の表面上に、ローラRL3に対向するように設けられた第2の塗工部であるダイコータDC2から供給される絶縁材料IFを薄く、均一に塗工する。この工程を第2の塗工工程と呼ぶ。また、第2の塗工工程により第1塗布膜上に塗布された絶縁材料IFからなる膜を、第2塗布膜と呼ぶ。第2の塗工部には、例えばスリットダイコータなどを用いることができる。なお、図1では第1塗布膜および第2塗布膜を図示していない。   Next, the insulating material IF supplied from the die coater DC2, which is the second coating portion provided so as to face the roller RL3, is thinly and uniformly applied on the surface of the first coating film whose surface layer is solidified. Work. This process is called a second coating process. A film made of the insulating material IF applied on the first coating film in the second coating process is referred to as a second coating film. For the second coating part, for example, a slit die coater or the like can be used. In FIG. 1, the first coating film and the second coating film are not shown.

次に、上記第2の塗工工程により第2塗布膜を塗工した集電箔EPを、熱風乾燥炉である乾燥室DRY内に搬送する。乾燥室DRY内では、第1塗布膜中および第2塗布膜中の溶剤成分および固化液を加熱して蒸発させることで、第1塗布膜および第2塗布膜を乾燥・固化させ、電極層と絶縁層を一括で形成する。以下では、この工程を乾燥工程と呼ぶ。すなわち、第1塗布膜は乾燥工程により電極層となり、第2塗布膜は乾燥工程により絶縁層、つまりセパレータとなる。これにより、集電箔EPと、集電箔EPの片面に順に積層された電極層および絶縁層からなる電極板、つまり正極板または負極板が形成される。その後、当該電極板は巻き取りロールRL4に巻き取られる。なお、本願では電極、正極、および負極を、それぞれ電板、正極板、および負極板と呼ぶ場合がある。   Next, the current collector foil EP coated with the second coating film in the second coating step is conveyed into a drying chamber DRY that is a hot air drying furnace. In the drying chamber DRY, the solvent component and the solidified liquid in the first coating film and the second coating film are heated and evaporated to dry and solidify the first coating film and the second coating film, An insulating layer is formed in a lump. Below, this process is called a drying process. That is, the first coating film becomes an electrode layer by a drying process, and the second coating film becomes an insulating layer, that is, a separator, by a drying process. Thereby, the electrode plate which consists of the current collection foil EP and the electrode layer and insulating layer which were laminated | stacked in order on one side of the current collection foil EP, ie, a positive electrode plate or a negative electrode plate, is formed. Then, the said electrode plate is wound up by winding roll RL4. In the present application, the electrode, the positive electrode, and the negative electrode may be referred to as an electric plate, a positive electrode plate, and a negative electrode plate, respectively.

本実施の形態における電極材料ESは、充放電によりリチウムイオンの放出・吸蔵が可能な正極活物質粉末または負極活物質粉末を含んでいる。また、電極材料ESは、乾燥後に粉末成分間を結着し、または粉末成分と集電箔との間を結着するためのバインダ成分を含んでいる。また、場合により、電極材料ESは導電助剤の粉末を含んでいる。   The electrode material ES in the present embodiment includes a positive electrode active material powder or a negative electrode active material powder that can release and occlude lithium ions by charging and discharging. In addition, the electrode material ES includes a binder component that binds between the powder components after drying, or binds between the powder component and the current collector foil. Further, in some cases, the electrode material ES includes a powder of a conductive additive.

プレ固化工程で使用する固化液は、第1塗布膜に含まれるバインダ成分が不溶である性質を有するとともに、第1塗布膜内の溶剤と相互溶解する性質を有する必要がある。固化液が第1塗布膜に接触すると、固化液は第1塗布膜内の溶剤に溶解しながら第1塗布膜内に侵入する。第1塗布膜の表面層で固化液濃度が増加すると、バインダの溶解度が減少するため、バインダが析出し、第1塗布膜の表面層のみ固定化される。   The solidification liquid used in the pre-solidification step needs to have a property that the binder component contained in the first coating film is insoluble and a property of mutual dissolution with the solvent in the first coating film. When the solidified liquid comes into contact with the first coating film, the solidified liquid enters the first coating film while being dissolved in the solvent in the first coating film. When the concentration of the solidified liquid increases in the surface layer of the first coating film, the solubility of the binder decreases, so that the binder is precipitated and only the surface layer of the first coating film is fixed.

本実施の形態は、第1の塗工工程と第2の塗工工程の間に、プレ固化工程を導入する特徴を有する。これにより、第1塗布膜の表面が流動しない状態で第2の塗工工程を行うことができる。このため、後述するように、上記した第2の塗工部であるダイコータにより第1塗布膜および第2塗布膜に塗工圧力が加わることで形成される混合層の発生を抑制することが可能となる。   This embodiment has a feature that a pre-solidification step is introduced between the first coating step and the second coating step. Thereby, a 2nd coating process can be performed in the state in which the surface of a 1st coating film does not flow. For this reason, as will be described later, it is possible to suppress the generation of a mixed layer formed by applying a coating pressure to the first coating film and the second coating film by the die coater which is the second coating section described above. It becomes.

以下では、本実施の形態におけるリチウムイオン二次電池を製造するために用いられる各材料について説明する。   Below, each material used in order to manufacture the lithium ion secondary battery in this Embodiment is demonstrated.

本実施の形態で用いる正極活物質には、コバルト酸リチウムもしくはMn(マンガン)などを含有するスピネル構造のリチウム含有複合酸化物、またはNi(ニッケル)、Co(コバルト)もしくはMn(マンガン)を含む複合酸化物などを使用することができる。また、正極活物質には、オリビン型リン酸鉄などのオリビン型化合物を使用することもできる。ただし、正極活物質はこれらの材料に限定されず、他の材料を用いてもよい。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。   The positive electrode active material used in this embodiment includes a lithium-containing composite oxide having a spinel structure containing lithium cobaltate or Mn (manganese), or Ni (nickel), Co (cobalt), or Mn (manganese). A composite oxide or the like can be used. Moreover, olivine type compounds, such as olivine type iron phosphate, can also be used for a positive electrode active material. However, the positive electrode active material is not limited to these materials, and other materials may be used. Since the lithium-containing composite oxide having a spinel structure containing manganese is excellent in thermal stability, for example, a highly safe battery can be configured.

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。他の正極活物質としては、例えば、Li+xMO(−0.1<x<0.1)で表わされるオリビン型化合物などが挙げられる。この式における金属Mの例としては、Co(コバルト)、Ni(ニッケル)、Mn(マンガン)、Al(アルミニウム)、Mg(マグネシウム)、Zr(ジルコニウム)またはTi(チタン)などが挙げられる。 In addition, as the positive electrode active material, only a lithium-containing composite oxide having a spinel structure containing manganese may be used, but another positive electrode active material may be used in combination. Examples of other positive electrode active materials include olivine type compounds represented by Li 1 + xMO 2 (−0.1 <x <0.1). Examples of the metal M in this formula include Co (cobalt), Ni (nickel), Mn (manganese), Al (aluminum), Mg (magnesium), Zr (zirconium) or Ti (titanium).

また、正極活物質には、層状構造のリチウム含有遷移金属酸化物を用いることができる。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、LiCoOまたはLiNi−xCo−yAl(0.1≦x≦0.3、0.01≦y≦0.2)などを用いることができる。また、層状構造のリチウム含有遷移金属酸化物には、少なくともCo、NiおよびMnを含む酸化物などを用いることができる。Co、NiおよびMnを含む酸化物としては、例えば、LiMn1/3Ni1/3Co1/3、LiMn5/12Ni5/12Co1/6、または、LiNi3/5Mn1/5Co1/5などが挙げられる。 Further, a lithium-containing transition metal oxide having a layered structure can be used for the positive electrode active material. Specific examples of the lithium-containing transition metal oxide having a layered structure, LiCoO 2 or LiNi 1 -xCo x -yAl y O 2 (0.1 ≦ x ≦ 0.3,0.01 ≦ y ≦ 0.2) such as Can be used. As the lithium-containing transition metal oxide having a layered structure, an oxide containing at least Co, Ni, and Mn can be used. Examples of the oxide containing Co, Ni, and Mn include LiMn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2 , LiMn 5/12 Ni 5/12 Co 1/6 O 2 , or LiNi 3/5 Examples thereof include Mn 1/5 Co 1/5 O 2 .

本実施の形態で用いる負極活物質は、例えば、天然黒鉛(鱗片状黒鉛)、人造黒鉛、または膨張黒鉛などの黒鉛材料を用いることができる。また、負極活物質には、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を用いることができる。また、負極活物質には、フルフリルアルコール樹脂(PFA:Poly Furfuryl Alcohol)またはポリパラフェニレン(PPP:Poly-Para-Phenylen)などと、フェノール樹脂と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を用いることができる。   As the negative electrode active material used in the present embodiment, for example, a graphite material such as natural graphite (flaky graphite), artificial graphite, or expanded graphite can be used. Also, as the negative electrode active material, an easily graphitizable carbonaceous material such as coke obtained by firing pitch can be used. In addition, examples of the negative electrode active material include amorphous carbon obtained by low-temperature firing of furfuryl alcohol resin (PFA: Poly Furfuryl Alcohol) or polyparaphenylene (PPP: Poly-Para-Phenylen) and a phenol resin. The non-graphitizable carbonaceous material can be used.

また、上記の炭素材料の他に、Li(リチウム)またはリチウム含有化合物なども、負極活物質として用いることができる。このリチウム含有化合物としては、Li−Alなどのリチウム合金、または、Si(シリコン)、Sn(スズ)などのLi(リチウム)と合金化が可能な元素を含む合金が挙げられる。さらに、Sn酸化物やSi酸化物などの酸化物系材料も、負極活物質に用いることが可能である。この酸化物系材料は、Li(リチウム)を含んでいなくともよい。   In addition to the above carbon material, Li (lithium) or a lithium-containing compound can also be used as the negative electrode active material. Examples of the lithium-containing compound include a lithium alloy such as Li—Al or an alloy containing an element that can be alloyed with Li (lithium) such as Si (silicon) or Sn (tin). Furthermore, oxide-based materials such as Sn oxide and Si oxide can also be used for the negative electrode active material. This oxide-based material may not contain Li (lithium).

上記導電助剤は、正極電極膜に含有させる電子伝導助剤として用いるものであり、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、グラファイト、カーボンファイバー、またはカーボンナノチューブなどの炭素材料であることが好ましい。上記の炭素材料の中でも、添加量と導電性の効果、および塗布用正極合剤スラリの製造性の点から、アセチレンブラックが特に好ましい。この導電助剤は負極電極膜に含有させることも可能である。   The conductive aid is used as an electron conductive aid to be contained in the positive electrode film, and is preferably a carbon material such as carbon black, acetylene black, graphite, carbon fiber, or carbon nanotube. Among the above carbon materials, acetylene black is particularly preferable from the viewpoints of the amount of addition and conductivity, and the productivity of the positive electrode mixture slurry for coating. This conductive auxiliary agent can also be contained in the negative electrode film.

本実施の形態の電極に用いるバインダは、上記の活物質と導電助剤とを互いに結着させるためのバインダを含有していることが好ましい。バインダの材料としては、例えば、ポリビニリデンフルオライド系ポリマー、またはゴム系ポリマーなどが好適に用いられる。ポリビニリデンフルオライド系ポリマーは、例えば、主成分が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である。上記ポリマーは、2種以上を併用してもよい。また、本実施の形態のバインダは、溶媒に溶解した溶液の形態で供されるものが好ましい。   The binder used for the electrode of this embodiment preferably contains a binder for binding the active material and the conductive additive to each other. As the binder material, for example, a polyvinylidene fluoride polymer or a rubber polymer is preferably used. The polyvinylidene fluoride-based polymer is, for example, a polymer of a fluorine-containing monomer group containing 80% by mass or more of vinylidene fluoride whose main component is a monomer. Two or more of the above polymers may be used in combination. The binder of the present embodiment is preferably provided in the form of a solution dissolved in a solvent.

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、または、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。   The fluorine-containing monomer group for synthesizing the polyvinylidene fluoride-based polymer includes vinylidene fluoride or a mixture of vinylidene fluoride and another monomer, and a monomer mixture containing 80% by mass or more of vinylidene fluoride. Is mentioned.

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、またはフルオロアルキルビニルエーテルなどが挙げられる。   Examples of the other monomer include vinyl fluoride, trifluoroethylene, trifluorochloroethylene, tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, and fluoroalkyl vinyl ether.

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:Styrene-Butadiene Rubber)、エチレンプロピレンジエンゴム、またはフッ素ゴムなどが挙げられる。   Examples of the rubber-based polymer include styrene butadiene rubber (SBR), ethylene propylene diene rubber, and fluorine rubber.

電極層、つまり第1塗布膜中におけるバインダの含有量は、乾燥後の電極層を基準として0.1質量%以上であって、10質量%以下であることが望ましい。より好ましくは、バインダの含有量は、0.3質量%以上であって、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、本実施の形態のプレ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、電極層が集電箔から剥離する問題が生じる。また、バインダの含有量が多すぎると、電極層中の活物質量が減少して、電池容量が低くなるおそれがある。   The binder content in the electrode layer, that is, the first coating film is preferably 0.1% by mass or more and 10% by mass or less based on the electrode layer after drying. More preferably, the binder content is 0.3% by mass or more and 5% by mass or less. If the binder content is too small, not only will the solidification in the pre-solidification step of the present embodiment be insufficient, but the mechanical strength of the electrode film after drying will be insufficient, and the electrode layer will peel off from the current collector foil. Problems arise. Moreover, when there is too much content of a binder, there exists a possibility that the amount of active materials in an electrode layer may reduce and battery capacity may become low.

本実施の形態で用いる絶縁材料IFは、アルミナ(Al)またはシリカ(SiO)などの無機酸化物を使用することができる。また、ポリプロピレンまたはポリエチレンの微粒子を混合したスラリを用いることで、絶縁層にシャットダウン性を持たせることもできる。絶縁層は多孔質フィルムであり、完成したリチウムイオン二次電池においては、絶縁層の空孔内に電解液が保持され、電極間のリチウムイオン伝導の通路を構成する。ここでいうシャットダウン性とは、リチウムイオン二次電池が異常発熱した場合に、絶縁層が溶融して孔を塞ぐ機能を指す。このシャットダウン機能により、絶縁層内におけるリチウムイオンの透過を遮断することで、電池内の反応が停止し、電池温度のさらなる上昇を防ぐことができる。 As the insulating material IF used in this embodiment, an inorganic oxide such as alumina (Al 2 O 3 ) or silica (SiO 2 ) can be used. Further, by using a slurry in which fine particles of polypropylene or polyethylene are mixed, the insulating layer can be provided with a shutdown property. The insulating layer is a porous film, and in the completed lithium ion secondary battery, the electrolytic solution is held in the pores of the insulating layer and constitutes a lithium ion conduction path between the electrodes. The shutdown property here refers to a function of melting the insulating layer and closing the hole when the lithium ion secondary battery generates abnormal heat. By shutting off permeation of lithium ions in the insulating layer by this shutdown function, the reaction in the battery is stopped, and further increase in battery temperature can be prevented.

また、絶縁材料IFに用いる無機酸化物粒子を結着させるためのバインダとして、樹脂を用いる。バインダは、負極においても正極と同様に、上述したポリビニリデンフルオライド系ポリマーまたはゴム系ポリマーなどが好適に用いられる。   Further, a resin is used as a binder for binding the inorganic oxide particles used for the insulating material IF. As the binder, the above-mentioned polyvinylidene fluoride polymer or rubber polymer is preferably used in the negative electrode as well as the positive electrode.

本実施の形態で用いる集電箔EPは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(Al)、銅(Cu)、ステンレス鋼、チタン(Ti)などの純金属または合金性導電材料を用いることができる。集電箔EPには、例えば、網、パンチドメタル、フォームメタル、または、板状に加工した箔などが用いられる。集電箔EPを構成する導電性基体の厚みは、例えば、5〜30μmとし、より好ましくは、8〜16μmとする。   The current collector foil EP used in the present embodiment is not limited to a sheet-like foil, and examples of the substrate include pure aluminum (Al), copper (Cu), stainless steel, titanium (Ti), and the like. Metal or alloy conductive materials can be used. For the current collector foil EP, for example, a net, a punched metal, a foam metal, a foil processed into a plate shape, or the like is used. The thickness of the conductive substrate constituting the current collector foil EP is, for example, 5 to 30 μm, and more preferably 8 to 16 μm.

本実施の形態の固化液は、第1塗布膜中の溶剤およびバインダに対して適切に選択して使うことが重要である。固化液は第1塗布膜中のバインダ成分の溶解性、溶剤相互の溶解性を考慮して選択されるべきである。一般的な溶剤系のスラリで使用される第1塗布膜中の溶剤は、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、もしくはγ−ブチロラクトンなどの非プロトン性極性溶剤、またはこれらの混合液が挙げられる。これらの溶剤に対する相互溶解性および使用するバインダの溶解度を考慮すると、固化液としては、水、エタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類もしくはこれらの混合液を選択できるが、ここに挙げた例に限定されるわけではない。   It is important that the solidifying liquid of the present embodiment is appropriately selected and used with respect to the solvent and binder in the first coating film. The solidifying liquid should be selected in consideration of the solubility of the binder component in the first coating film and the mutual solubility of the solvent. The solvent in the first coating film used in a general solvent-based slurry is an aprotic polar solvent such as N-methylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide, propylene carbonate, dimethylformamide, or γ-butyrolactone, or a mixture thereof. Liquid. Considering the mutual solubility in these solvents and the solubility of the binder used, water, alcohols such as ethanol and isopropyl alcohol, or a mixture thereof can be selected as the solidified liquid, but are limited to the examples given here. I don't mean.

また、均一に固化液を噴霧するためには、第1塗布膜と固化液との濡れ性も考慮して固化液を選択するべきであり、水とアルコールの混合物を用いることが好ましい。これは、第1塗布膜と固化液との濡れ性が悪い場合、第1塗布膜の表面上に、固化液が複数箇所に分散して島状に付着し、第1塗布膜の表面に均一に固化液を供給することができないためである。当該混合物内のアルコールの濃度は、20〜80%、より好ましくは40〜60%であることが望ましい。アルコールの濃度が上記の濃度範囲よりも低い場合、第1塗布膜と固化液との濡れ性が悪化する。また、アルコールの濃度が上記の濃度範囲よりも高い場合、可燃性のアルコールの濃度上昇により固化液の取り扱いが困難となり、製造工程等における爆発の危険性が増す。   In order to spray the solidified liquid uniformly, the solidified liquid should be selected in consideration of the wettability between the first coating film and the solidified liquid, and it is preferable to use a mixture of water and alcohol. This is because when the wettability between the first coating film and the solidified liquid is poor, the solidified liquid is dispersed at a plurality of locations on the surface of the first coated film and adheres in an island shape, and is uniform on the surface of the first coated film. This is because the solidified liquid cannot be supplied to the container. The concentration of the alcohol in the mixture is desirably 20 to 80%, more preferably 40 to 60%. When the concentration of alcohol is lower than the above concentration range, the wettability between the first coating film and the solidified liquid is deteriorated. If the alcohol concentration is higher than the above concentration range, handling of the solidified liquid becomes difficult due to an increase in the concentration of combustible alcohol, and the risk of explosion in the manufacturing process and the like increases.

ここで、本実施の形態のプレ固化工程について説明する。   Here, the pre-solidification process of this Embodiment is demonstrated.

本実施の形態のプレ固化工程は、第1の塗工工程と第2の塗工工程の間に導入される工程である。プレ固化工程では、第1塗布膜の表面に固化液を噴霧し、第1塗布膜の表面層を固化する。第1塗布膜の表面層とは、第1塗布膜の表面を含む当該表面の近傍の第1塗布膜を意味する。   The pre-solidification process of this Embodiment is a process introduce | transduced between a 1st coating process and a 2nd coating process. In the pre-solidification step, the solidification liquid is sprayed on the surface of the first coating film to solidify the surface layer of the first coating film. The surface layer of the first coating film means a first coating film in the vicinity of the surface including the surface of the first coating film.

このとき、固化液を噴霧する量および固化液の噴霧粒径を適切に選択してプレ固化工程を行うことが重要である。噴霧ノズルの種類としては、液体のみを噴出する一流体ノズル、または液体と気体を混合して噴出する2流体ノズルが使用できる。噴霧により固化膜に水が接触した際の衝撃を軽減する観点から、より微細な液滴を噴霧できる2流体ノズルを用いることが望ましい。   At this time, it is important to perform the pre-solidification step by appropriately selecting the amount of the solidification liquid to be sprayed and the spray particle size of the solidification liquid. As the type of the spray nozzle, a one-fluid nozzle that ejects only liquid or a two-fluid nozzle that ejects mixed liquid and gas can be used. From the viewpoint of reducing the impact when water contacts the solidified film by spraying, it is desirable to use a two-fluid nozzle that can spray finer droplets.

また、ノズルから噴霧される噴霧粒子の平均粒子径D50は、20μm以下、より好ましくは10μm以下とすることで、塗布膜欠点などのダメージを防ぐことできる。塗布膜欠点とは、塗布膜の表面に噴霧する液滴の噴霧圧力、噴霧打力、または平均粒子径が大きい場合などにおいて、塗布膜の表面に噴霧粒子が叩きつけられることで、塗布膜の表面が凹むことをいう。この場合、電極同士の間の絶縁性にばらつきが生じるなどの問題が発生する。なお、ここでいう噴霧打力とは、液滴を噴霧により対象物に打ち付けることで、当該対象物が単位面積当たりに受ける圧力をいう。   Further, the average particle diameter D50 of the sprayed particles sprayed from the nozzle is 20 μm or less, more preferably 10 μm or less, so that damage such as a coating film defect can be prevented. The coating film defect is the surface of the coating film because the sprayed particles are struck against the surface of the coating film when the spray pressure, spraying force, or average particle size of the droplet sprayed on the surface of the coating film is large. Means that it is recessed. In this case, problems such as variations in insulation between electrodes occur. Here, the spray hitting force refers to a pressure that the target receives per unit area by hitting a droplet against the target by spraying.

以上より、電極材料に使用するバインダおよび固化液の種類によって、固化液の適切な噴霧量を選ぶ必要がある。具体的には、第1塗布膜中の全バインダが析出する固化液濃度以下とする。より好ましくは、第1塗布膜中の全バインダが析出する固化液濃度の、40〜90%とする。噴霧する固化液量が多すぎる場合は、第1塗布膜上に固化液が溜まり、絶縁材料の塗工が困難となり、固化液量が少なすぎる場合は、第1塗布膜前面に固化液が広がらないおそれがある。   From the above, it is necessary to select an appropriate spray amount of the solidified liquid depending on the type of binder and solidified liquid used for the electrode material. Specifically, the concentration is not more than the solidified solution concentration at which all the binder in the first coating film is deposited. More preferably, the concentration is 40 to 90% of the concentration of the solidified solution in which all the binder in the first coating film is deposited. When the amount of the solidified liquid to be sprayed is too large, the solidified liquid accumulates on the first coating film, making it difficult to apply the insulating material. When the amount of the solidified liquid is too small, the solidified liquid spreads on the front surface of the first coating film. There is a risk of not.

本実施の形態により提供され得るリチウムイオン二次電池は、上述した方法で製造される正極および負極を含むこと以外は、後述する第2の比較例のリチウムイオン二次電池と同様の工程で製造することができる。電池の該容器の構造、サイズ、または正負極を主構成要素とする電極体の構造などについて、特に制限はない。   The lithium ion secondary battery that can be provided by the present embodiment is manufactured in the same process as the lithium ion secondary battery of the second comparative example described later, except that it includes the positive electrode and the negative electrode manufactured by the above-described method. can do. There is no particular limitation on the structure and size of the container of the battery, or the structure of the electrode body having positive and negative electrodes as main components.

本実施の形態のリチウムイオン二次電池の製造方法は、上記のように1層目の電極層となる第1塗布膜を塗工した後、電極層の表面層のみを固化させる工程を経て、2層目の絶縁層となる第2塗布膜を塗工することを特徴とする。また、本実施の形態のリチウムイオン二次電池の製造装置は、上記のように1層目の電極層となる第1塗布膜を塗工する第1の塗工部と、2層目の絶縁層となる第2塗布膜を塗工する第2の塗工部との間に、第1塗布膜の表面層のみを固化させる手段を有していることを特徴とするものである。このような製造装置において、上記製造方法を用いることで、後述するように、電極層と絶縁層との界面に生じる混合層の厚さを薄くすることができ、絶縁層の薄膜化・高信頼化が可能となる。   The manufacturing method of the lithium ion secondary battery of the present embodiment, after applying the first coating film to be the first electrode layer as described above, through the step of solidifying only the surface layer of the electrode layer, A second coating film to be a second insulating layer is applied. Moreover, the manufacturing apparatus of the lithium ion secondary battery according to the present embodiment includes the first coating portion that coats the first coating film serving as the first electrode layer as described above, and the second layer insulation. Between the 2nd coating part which coats the 2nd coating film used as a layer, it has a means to solidify only the surface layer of a 1st coating film, It is characterized by the above-mentioned. In such a manufacturing apparatus, by using the above manufacturing method, the thickness of the mixed layer generated at the interface between the electrode layer and the insulating layer can be reduced, as described later, and the insulating layer can be made thinner and highly reliable. Can be realized.

以下では、本実施の形態のリチウムイオン二次電池の製造工程の一例を記載する。ここでは、正極の形成工程についての例を説明する。   Below, an example of the manufacturing process of the lithium ion secondary battery of this Embodiment is described. Here, an example of the positive electrode forming step will be described.

まず、電極材料ESを調整する工程において、正極の製造工程では、電極材料ESを構成する正極活物質に、リチウム遷移金属複合酸化物としてのニッケルコバルトマンガン酸リチウムを用いることができる。最初に行う電極材料ESの調整工程では、上記正極活物質と、黒鉛粉末およびアセチレンブラックを含む導電助剤と、固化材としての役割を有するバインダとなるポリフッ化ビニリデン(以下、単にPVdFという)とを混合する。また、それらの混合物に対し、さらに本実施の形態の第1の溶剤であるN−メチル−2−ピロリドン(以下、単にNMPという)を添加する。これにより混合された正極活物質、導電助剤、固化材および第1の溶剤の各成分をプラネタリーミキサーでさらに混練して正極スラリ、つまり電極材料ESを調整する。   First, in the step of adjusting the electrode material ES, in the positive electrode manufacturing step, nickel cobalt lithium manganate as a lithium transition metal composite oxide can be used for the positive electrode active material constituting the electrode material ES. In the first adjustment process of the electrode material ES, the positive electrode active material, a conductive additive containing graphite powder and acetylene black, and polyvinylidene fluoride (hereinafter simply referred to as PVdF) serving as a binder serving as a solidifying material, Mix. Further, N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter simply referred to as NMP), which is the first solvent of the present embodiment, is added to the mixture. The components of the positive electrode active material, the conductive additive, the solidifying material, and the first solvent thus mixed are further kneaded with a planetary mixer to adjust the positive electrode slurry, that is, the electrode material ES.

ここでは、正極活物質、黒鉛粉末、アセチレンブラック、PVdFを、重量比で85:8:2:5となる割合で混合する。正極スラリ中には固化材であるバインダ成分がNMPに溶解しており、スラリは高粘度の液体である。回転粘度計で測定したスラリの粘度は、約10Pa・sである。   Here, the positive electrode active material, graphite powder, acetylene black, and PVdF are mixed at a weight ratio of 85: 8: 2: 5. In the positive electrode slurry, a binder component as a solidifying material is dissolved in NMP, and the slurry is a high-viscosity liquid. The viscosity of the slurry measured with a rotational viscometer is about 10 Pa · s.

次に、第1の塗工工程を行う。ここで、第1の塗工工程での塗工対象である集電箔EPには、例えば厚さ20μm、幅200mmのアルミニウム箔が用いられる。第1の塗布工程では、スリットダイコータであるダイコータDC1を用いて、電極材料ESを集電箔EPの表面上に、厚さ100μm、幅150mmで塗布する。これにより、電極材料ESからなる第1塗布膜が集電箔EP上に形成される。以上の工程が本実施の形態の第1の塗工工程である。なお、ここでいう集電箔EPおよび第1塗布膜の幅とは、搬送される集電箔EPの進行方向に直交する方向であって、集電箔EPの上面に沿う方向における各構造体の長さを指す。   Next, a first coating process is performed. Here, an aluminum foil having a thickness of 20 μm and a width of 200 mm, for example, is used for the current collector foil EP to be applied in the first coating process. In the first application step, the electrode material ES is applied to the surface of the current collector foil EP with a thickness of 100 μm and a width of 150 mm using the die coater DC1 which is a slit die coater. Thereby, the 1st coating film which consists of electrode material ES is formed on current collection foil EP. The above process is the 1st coating process of this Embodiment. Here, the width of the current collector foil EP and the first coating film is a direction orthogonal to the traveling direction of the current collector foil EP being conveyed, and each structure in a direction along the upper surface of the current collector foil EP. Refers to the length of

次に、プレ固化工程を行う。つまり、第1塗布膜が塗布された集電箔EPを固化室SD1内に搬送し、第1塗布膜の表面層のみを固化させる。ここでは、噴霧ノズルNZ1から供給される固化液に、40%エタノール含有水を用いる。40%エタノール含有水とは、エタノールと水を混合した液体であって、エタノールがその液体の40%を構成しているものである。   Next, a pre-solidification step is performed. That is, the current collector foil EP coated with the first coating film is transported into the solidification chamber SD1, and only the surface layer of the first coating film is solidified. Here, 40% ethanol-containing water is used for the solidified liquid supplied from the spray nozzle NZ1. The 40% ethanol-containing water is a liquid in which ethanol and water are mixed, and ethanol constitutes 40% of the liquid.

噴霧ノズルNZ1には、内部混合型の二流体ノズルを用いる。二流体ノズルから噴出される固化液である噴霧粒子の平均粒子径D50は、10μmである。また、噴霧ノズルから第1塗布膜までの距離は100mm、噴霧圧力は0.1MPa、噴霧打力は1g/cmに調整する。固化液の噴霧量は、バインダであるPVdFが全て析出するために必要な40%エタノール含有水の量の50%となる量とした。つまり、固化液の噴霧量を、バインダを全て析出するために用いられる量の半分にしている。これにより、第1塗布膜の表面層のみを固化する。以上の工程が本実施の形態のプレ固化工程である。 As the spray nozzle NZ1, an internal mixing type two-fluid nozzle is used. The average particle diameter D50 of the spray particles that are the solidified liquid ejected from the two-fluid nozzle is 10 μm. Further, the distance from the spray nozzle to the first coating film is adjusted to 100 mm, the spray pressure is adjusted to 0.1 MPa, and the spray hitting force is adjusted to 1 g / cm 2 . The spray amount of the solidified liquid was set to an amount that would be 50% of the amount of 40% ethanol-containing water required for the precipitation of PVdF as a binder. That is, the spray amount of the solidified liquid is made half of the amount used for depositing all the binder. Thereby, only the surface layer of the first coating film is solidified. The above process is the pre-solidification process of this Embodiment.

また、噴霧ノズルNZ1が固化液を噴霧する対象である電極材スラリである第1塗布膜の表面を含む面において、固化液の噴霧領域は均等流量分布を有する。つまり、固化液の噴霧量の分布は、第1塗布膜の幅方向において、噴霧ノズルNZ1の中心から一定の範囲内において均等な量で噴霧される。ここでは、均等な量での噴霧が可能な当該一定の範囲内に、第1塗布膜の幅全体が収まるようにすることで、第1塗布膜の上面の全体に均一に固化液を噴霧する。   Further, on the surface including the surface of the first coating film, which is an electrode material slurry, to which the spray nozzle NZ1 sprays the solidified liquid, the solidified liquid spray area has a uniform flow distribution. That is, the distribution of the spray amount of the solidified liquid is sprayed in an equal amount within a certain range from the center of the spray nozzle NZ1 in the width direction of the first coating film. Here, the solidified liquid is sprayed uniformly over the entire top surface of the first coating film by keeping the entire width of the first coating film within the certain range in which spraying in an equal amount is possible. .

そのために、噴霧ノズルNZ1中心の流量の50%流量となる位置を、集電箔EPの搬送方向に直交する方向である第1塗布膜の幅方向において、第1塗布膜の端部より外に位置とする。これは、噴霧ノズルNZ1の中心から、当該幅方向において、固化液の全体の流量の50%の流量となる位置よりも外側の領域では、固化液を均等な量で噴霧することができないおそれがあるためである。つまり、噴霧ノズルNZ1の中心から、固化液の全体の流量の50%の流量の範囲内であれば、固化液を均等な量で噴霧することが可能である。   For this purpose, the position where the flow rate is 50% of the flow rate at the center of the spray nozzle NZ1 is outside the end of the first coating film in the width direction of the first coating film, which is the direction perpendicular to the conveying direction of the current collector foil EP. Position. This is because there is a possibility that the solidified liquid cannot be sprayed in an equal amount in a region outside the position where the flow rate is 50% of the total flow rate of the solidified liquid in the width direction from the center of the spray nozzle NZ1. Because there is. That is, the solidified liquid can be sprayed in an equal amount from the center of the spray nozzle NZ1 within a range of 50% of the total flow rate of the solidified liquid.

次に、第2の塗工工程を行う。絶縁材料IFにはシリカ(SiO)粉末を用いる。ここでは、当該絶縁材料IFと、バインダとなるポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを、重量比で90:10となる割合で混合し、さらに溶剤としてN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を逐次添加し、これらの成分をプラネタリーミキサーで混練して絶縁材料スラリを調整する。絶縁材料スラリは高粘度の液体であり、回転粘度計で測定したスラリの粘度は約2Pa・sである。 Next, a second coating process is performed. Silica (SiO 2 ) powder is used for the insulating material IF. Here, the insulating material IF and polyvinylidene fluoride (PVdF) serving as a binder are mixed at a weight ratio of 90:10, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) is sequentially added as a solvent. Then, these components are kneaded with a planetary mixer to adjust the insulating material slurry. The insulating material slurry is a high-viscosity liquid, and the viscosity of the slurry measured with a rotational viscometer is about 2 Pa · s.

ここでは、上記絶縁材料スラリ、つまり絶縁材料IFを、表面を固化した第1塗布膜上に、スリットダイコータであるダイコータDC2を用いて、厚さ80μm、幅160mmとなるように塗布する。これにより、絶縁材料IFからなる第2塗布膜を、第1塗布膜上に形成する。以上の工程が本実施の形態の第2の塗工工程である。   Here, the insulating material slurry, that is, the insulating material IF is applied on the first coating film whose surface is solidified by using a die coater DC2 which is a slit die coater so as to have a thickness of 80 μm and a width of 160 mm. Thereby, the second coating film made of the insulating material IF is formed on the first coating film. The above process is the second coating process of the present embodiment.

次に、乾燥工程を行う。ここでは、第1塗布膜および第2塗布膜を、熱風乾燥炉である乾燥室DRY中において、120℃で10分間加熱して乾燥させる。これにより、第1塗布膜中および第2塗布膜中に含まれる溶剤を蒸発除去することで、第1塗布膜および第2塗布膜の全体を完全に固化させる。リチウムイオン二次電池用の正極板を製造する。つまり、正極板は、集電箔EPと、電極材料ESを含む第1塗布膜を乾燥・固化させて形成した電極層と、絶縁材料IFを含む第2塗布膜を乾燥・固化させて形成した絶縁層とを有している。以上の工程が、電極材料ESおよび絶縁材料IFから溶剤成分を除去して乾燥する本実施の形態の乾燥工程である。   Next, a drying process is performed. Here, the first coating film and the second coating film are dried by heating at 120 ° C. for 10 minutes in a drying chamber DRY which is a hot air drying furnace. Thereby, the solvent contained in the first coating film and the second coating film is removed by evaporation, so that the entire first coating film and the second coating film are completely solidified. A positive electrode plate for a lithium ion secondary battery is manufactured. That is, the positive electrode plate is formed by drying and solidifying the current collector foil EP, the electrode layer formed by drying and solidifying the first coating film containing the electrode material ES, and the second coating film containing the insulating material IF. And an insulating layer. The above process is the drying process of the present embodiment in which the solvent component is removed from the electrode material ES and the insulating material IF and the process is dried.

上記の乾燥工程の後は、集電箔EPに対し、圧縮または切断などの加工工程を行うことで、フィルム状の正極または負極の電極板を製造する。   After the drying step, a film-like positive electrode or negative electrode plate is produced by performing a processing step such as compression or cutting on the current collecting foil EP.

ここで、本実施の形態の製造方法における電極層と絶縁層の界面に形成される混合層の厚さの評価を行う。当該評価は、完成した電極板の断面を切り出し、SEM(Scanning Electron Microscope)で観察した像から混合層の厚さを算出することで行う。   Here, the thickness of the mixed layer formed at the interface between the electrode layer and the insulating layer in the manufacturing method of the present embodiment is evaluated. The evaluation is performed by cutting out a cross section of the completed electrode plate and calculating the thickness of the mixed layer from an image observed with an SEM (Scanning Electron Microscope).

図3に、リチウムイオン二次電池を構成する電極板の断面図を示す。図3に示すように、集電箔EP上には、厚さL1の電極層ELと、厚さL2のセパレータである絶縁層SELとが、順に積層されている。この構成は、上述した本実施の形態のリチウムイオン二次電池も、後述する第2の比較例のリチウムイオン二次電池も同様である。また、電極層ELと絶縁層SELとの界面近傍には、電極層ELの構成材料と絶縁層SELの構成材料とが混ざって形成された、厚さL3の混合層MIXが形成されている。図3では、混合層MIXの上端と下端をそれぞれ破線で示している。   FIG. 3 shows a cross-sectional view of an electrode plate constituting a lithium ion secondary battery. As shown in FIG. 3, an electrode layer EL having a thickness L1 and an insulating layer SEL which is a separator having a thickness L2 are sequentially stacked on the current collector foil EP. This configuration is the same for the lithium ion secondary battery of the present embodiment described above and the lithium ion secondary battery of the second comparative example described later. Further, a mixed layer MIX having a thickness L3 formed by mixing the constituent material of the electrode layer EL and the constituent material of the insulating layer SEL is formed in the vicinity of the interface between the electrode layer EL and the insulating layer SEL. In FIG. 3, the upper end and the lower end of the mixed layer MIX are indicated by broken lines, respectively.

本実施の形態の場合、乾燥工程後の正極板を構成する電極層の厚さL1は、例えば50μm、絶縁層の厚さL2は、例えば40μmである。混合層MIXは、電極層ELと絶縁層SELとの界面近傍において、電極層ELの内部から絶縁層SELの内部に亘って形成される層である。   In the present embodiment, the thickness L1 of the electrode layer constituting the positive electrode plate after the drying step is, for example, 50 μm, and the thickness L2 of the insulating layer is, for example, 40 μm. The mixed layer MIX is a layer formed from the inside of the electrode layer EL to the inside of the insulating layer SEL near the interface between the electrode layer EL and the insulating layer SEL.

また、図3に示す断面図を基に、混合層MIXの膜厚を上記SEM観察により評価した結果を、図4に示す。図4は、上述した本実施の形態のリチウムイオン二次電池と、後述する第2の比較例のリチウムイオン二次電池とのそれぞれの混合層MIX(図3参照)の厚さと、集電箔の搬送速度との関係を示すグラフである。図4に示すグラフの縦軸は混合層の膜厚を示し、横軸は集電箔の搬送速度を示している。本発明者らは、上記評価を行った結果、図4に丸いプロットで示すように、本実施の形態の製造方法の混合層の厚さL3(図3参照)は、集電箔の搬送速度によらず、常に5μm以下になっており、絶縁層SEL(図3参照)を薄膜化しても短絡発生の可能性が低いことを見出した。   FIG. 4 shows the result of evaluating the film thickness of the mixed layer MIX by the SEM observation based on the cross-sectional view shown in FIG. FIG. 4 shows the thickness of each mixed layer MIX (see FIG. 3) of the lithium ion secondary battery of the present embodiment described above and a lithium ion secondary battery of a second comparative example, which will be described later, and a current collector foil. It is a graph which shows the relationship with the conveyance speed. The vertical axis of the graph shown in FIG. 4 indicates the film thickness of the mixed layer, and the horizontal axis indicates the conveyance speed of the current collector foil. As a result of the above evaluation, the inventors of the present invention, as shown by a round plot in FIG. 4, determines the thickness L3 (see FIG. 3) of the mixed layer in the manufacturing method of the present embodiment as the conveyance speed of the current collector foil. Regardless, it was always 5 μm or less, and it was found that even if the insulating layer SEL (see FIG. 3) is thinned, the possibility of occurrence of a short circuit is low.

なお、ここでは、正極集電箔の片面に正極材料スラリ、および絶縁材料スラリを順に塗工して、正極板を製造する例を説明した。正極集電箔の両面に正極材料スラリ、および絶縁材料スラリを塗工する場合には、上述した工程を行った後であって、集電箔の圧縮または切断などの加工工程を行う前に、巻き取りロールに巻き取られた正極電極板を反転させて、再度同一の工程を経て裏面を塗工することが考えられる。   Here, the example in which the positive electrode material slurry and the insulating material slurry are sequentially coated on one surface of the positive electrode current collector foil to manufacture the positive electrode plate has been described. When coating the positive electrode material slurry and the insulating material slurry on both surfaces of the positive electrode current collector foil, after performing the above-described steps, before performing a processing step such as compression or cutting of the current collector foil, It is conceivable to reverse the positive electrode plate wound on the winding roll and apply the back surface again through the same process.

その後、電極セルの組立工程では、捲回と呼ばれる工程で、上記の工程により形成されたフィルム状の正極電極板および負極電極板から、電池セルに必要な大きさの正極および負極を切り出す。このとき、正極電極板と負極電極板とを分離するためのセパレータである絶縁層は、正極電極板および負極電極板とともに切り出される。続いて、電極層上にセパレータが積層された正極電極板および負極電極板を重ねた後、この正極電極板および負極電極板を含む積層体を捲き合わせる。   Thereafter, in the assembly process of the electrode cell, a positive electrode and a negative electrode having a size necessary for the battery cell are cut out from the film-like positive electrode plate and negative electrode plate formed by the above process in a process called winding. At this time, the insulating layer which is a separator for separating the positive electrode plate and the negative electrode plate is cut out together with the positive electrode plate and the negative electrode plate. Subsequently, after stacking the positive electrode plate and the negative electrode plate on which the separator is laminated on the electrode layer, the laminate including the positive electrode plate and the negative electrode plate is put together.

次に、捲き合わせた正極、負極を含む電極対の群を組み立てて溶接する。この溶接工程では、例えば、正極集電タブにアルミニウムリボンを捲きつけ、このアルミニウムリボンに正極集電タブを超音波溶着で接続する。その後、溶接したこれら電極対の群を電池缶内に配置した後、電解液が注入する。続いて、電池缶を完全に密閉することで、リチウムイオン二次電池の電池セルを形成する。   Next, a group of electrode pairs including the combined positive electrode and negative electrode is assembled and welded. In this welding process, for example, an aluminum ribbon is wound around the positive electrode current collecting tab, and the positive electrode current collecting tab is connected to the aluminum ribbon by ultrasonic welding. Thereafter, the welded electrode pair group is placed in the battery can, and then the electrolyte is injected. Subsequently, a battery cell of a lithium ion secondary battery is formed by completely sealing the battery can.

電池セル検査工程では、セル組立工程にて作成されたリチウムイオン二次電池のセルを繰り返し充放電する。これにより、電池セルの性能および信頼性に関する単電池検査工程を行う。単電池検査工程では、例えば、電池セルの容量もしくは電圧の検査、または、充電時もしくは放電時の電流もしくは電圧などの検査を行う。これにより、リチウムイオン二次電池の電池セル、つまり単電池が完成する。   In the battery cell inspection process, the cells of the lithium ion secondary battery created in the cell assembly process are repeatedly charged and discharged. Thereby, the cell inspection process regarding the performance and reliability of a battery cell is performed. In the unit cell inspection step, for example, the capacity or voltage of the battery cell is inspected, or the current or voltage at the time of charging or discharging is inspected. Thereby, the battery cell of a lithium ion secondary battery, ie, a single battery, is completed.

以下では、第1の比較例のリチウムイオン二次電池の製造工程について、図5および図6を用いて説明する。   Below, the manufacturing process of the lithium ion secondary battery of a 1st comparative example is demonstrated using FIG. 5 and FIG.

図6は、リチウムイオン二次電池が製造されるまでの具体的な工程を模式的に示すフローチャートである。図6に示すように、リチウムイオン二次電池の製造工程は、正極電極板製造工程と負極電極板製造工程と電池セルの組立工程とを含んでいる。   FIG. 6 is a flowchart schematically showing specific steps until a lithium ion secondary battery is manufactured. As shown in FIG. 6, the manufacturing process of the lithium ion secondary battery includes a positive electrode plate manufacturing process, a negative electrode plate manufacturing process, and a battery cell assembly process.

図5には、第1の比較例のリチウムイオン二次電池製造装置を示す。つまり、図5は、第1の比較例におけるリチウムイオン二次電池の製造装置を示す模式図である。第1の比較例におけるリチウムイオン二次電池の製造工程では、まず、電極材料ESを調整する。リチウムイオン二次電池の正極または負極を構成する電極層を形成するために用いる電極材料ESは、充放電によりリチウムイオンの放出・吸蔵が可能な活物質と導電助剤の粉末を、これらの粉末を結着させるためのバインダおよび溶剤などと混練・分散し(図6に示す混練・調合工程)、これにより形成した高粘度スラリ状の液体である。   In FIG. 5, the lithium ion secondary battery manufacturing apparatus of the 1st comparative example is shown. That is, FIG. 5 is a schematic view showing a lithium ion secondary battery manufacturing apparatus in the first comparative example. In the manufacturing process of the lithium ion secondary battery in the first comparative example, first, the electrode material ES is adjusted. An electrode material ES used for forming an electrode layer constituting a positive electrode or a negative electrode of a lithium ion secondary battery is composed of an active material capable of releasing and occluding lithium ions by charging and discharging, and a conductive auxiliary powder. It is a high-viscosity slurry-like liquid formed by kneading and dispersing with a binder, a solvent and the like for binding (a kneading and blending step shown in FIG. 6).

次に、スラリ状の電極材料ESを、塗工部であるダイコータDC1を用いて、集電用金属箔ロールRL1から供給される集電箔EPの表面上に薄く、均一に塗布する。その後、集電箔EPの裏面に接しながら集電箔EPを一定速度で搬送するためのローラ搬送系、つまり搬送部を用いて、スラリ状の電極材料ESからなる塗布膜を塗布した集電箔EPを、乾燥室DRYである熱風乾燥炉内で乾燥・固化させる。この乾燥工程では、塗布膜中の溶剤成分を加熱蒸発することで、電極材料を乾燥・固化させ、電極層を形成する。このように、電極材料ESの塗工および乾燥工程の一連の工程を行うことで、集電箔EP上に電極層を形成する(図6に示す塗工工程)。その後、電極層を形成した集電箔に、圧縮などの工程を行うことで、フィルム状の正極または負極の電極板を製造する。   Next, the slurry-like electrode material ES is thinly and uniformly applied on the surface of the current collector foil EP supplied from the current collector metal foil roll RL1 using the die coater DC1 which is a coating portion. Thereafter, a current collector foil coated with a coating film made of a slurry-like electrode material ES using a roller transport system for transporting the current collector foil EP at a constant speed while contacting the back surface of the current collector foil EP, that is, a transport unit. EP is dried and solidified in a hot-air drying furnace which is a drying chamber DRY. In this drying step, the solvent component in the coating film is evaporated by heating, whereby the electrode material is dried and solidified to form the electrode layer. Thus, an electrode layer is formed on current collection foil EP by performing a series of processes of application of electrode material ES, and a drying process (application process shown in Drawing 6). Then, a film-like positive electrode or negative electrode plate is manufactured by performing a process such as compression on the current collector foil on which the electrode layer is formed.

第1の比較例の電極板の製造工程では、上記のような工程を集電箔EPの一方の表面と、当該表面と反対側の表面とに対し別々に行い、集電箔EPの両面に電極層が形成された正極および負極の電極板を製造する。   In the manufacturing process of the electrode plate of the first comparative example, the process as described above is performed separately on one surface of the current collector foil EP and the surface opposite to the surface, and on both surfaces of the current collector foil EP. A positive electrode plate and a negative electrode plate on which an electrode layer is formed are manufactured.

その後、電極セルの組立工程では、捲回と呼ばれる工程で、上記のフィルム状の正極電極板および負極電極板から、電池セルに必要な大きさの正極および負極を切り出す(図6に示す加工工程)。このとき、正極電極板と負極電極板とを分離するためのセパレータを、フィルム状のセパレータ材料から、電池セルに必要な大きさで切り出して形成し、正極電極板および負極電極板に、切り出したセパレータを挟んで重ねた後、捲き合わせる(図6に示す捲回工程)。   Thereafter, in the assembly process of the electrode cell, a positive electrode and a negative electrode having a size necessary for the battery cell are cut out from the film-like positive electrode plate and negative electrode plate in a process called winding (the processing step shown in FIG. 6). ). At this time, a separator for separating the positive electrode plate and the negative electrode plate was cut out from the film-like separator material in a size necessary for the battery cell, and cut into the positive electrode plate and the negative electrode plate. After stacking with the separator in between, they are rolled together (winding step shown in FIG. 6).

次に、捲き合わせた正極、負極およびセパレータの電極対の群を組み立てて溶接する(図6に示す溶接・組立工程)。その後、溶接したこれら電極対の群を電池缶内に配置した後、電解液を注入する(図6に示す注液工程)。続いて、電池缶を完全に密閉(図6に示す封口工程)することで、リチウムイオン二次電池の電池セルを形成する。   Next, a group of electrode pairs of the positive electrode, the negative electrode, and the separator assembled together is assembled and welded (welding / assembly process shown in FIG. 6). Then, after arranging the group of these electrode pairs welded in a battery can, electrolyte solution is inject | poured (injection process shown in FIG. 6). Subsequently, the battery can of the lithium ion secondary battery is formed by completely sealing the battery can (sealing step shown in FIG. 6).

電池セル検査工程では、セル組立工程にて作成されたリチウムイオン二次電池のセルを繰り返し充放電する(図6に示す充放電工程)。これにより、電池セルの性能および信頼性に関する検査を行う(図6に示す単電池検査工程)。当該単電池検査工程では、例えば、電池セルの容量もしくは電圧の検査、または、充電時もしくは放電時の電流もしくは電圧などの検査を行う。これにより、電池セル、つまり単電池が完成し、リチウムイオン二次電池の電池セルの組立工程が終了する。   In the battery cell inspection process, the cells of the lithium ion secondary battery created in the cell assembly process are repeatedly charged and discharged (charge / discharge process shown in FIG. 6). Thereby, the test | inspection regarding the performance and reliability of a battery cell is performed (single cell test process shown in FIG. 6). In the unit cell inspection step, for example, the capacity or voltage of the battery cell is inspected, or the current or voltage at the time of charging or discharging is inspected. Thereby, a battery cell, that is, a single battery is completed, and the assembly process of the battery cell of the lithium ion secondary battery is completed.

第1の比較例である上記製造工程では、電極捲回体を形成する前後に実施される工程によって、電極捲回体の内部に金属異物が侵入する可能性が高くなる問題がある。つまり、正極板と負極板とセパレータが別部品で構成されているため、例えば、正極板とセパレータとの間に隙間が存在し、この隙間に金属異物が侵入しやすくなる。   In the manufacturing process which is the first comparative example, there is a problem that the possibility of a metal foreign substance entering the inside of the electrode winding body increases due to the steps performed before and after forming the electrode winding body. That is, since the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator are configured as separate parts, for example, there is a gap between the positive electrode plate and the separator, and a metal foreign object easily enters the gap.

具体的には、正極板と負極板とセパレータとを軸芯の回りに捲回して電極捲回体が形成される上記第1の比較例において、正極板と負極板とセパレータが別体の部品により構成されているため、例えば、正極板とセパレータとの間に隙間が存在する。また、リチウムイオン二次電池の製造工程では、上述した捲回体を形成する前に、正極板と負極板を所定の大きさに切断し(図6に示す加工工程)、加えて正極並びに負極の集電タブを、正極板と負極板を切断して形成する。   Specifically, in the first comparative example in which the electrode winding body is formed by winding the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator around the axis, the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator are separate components. For example, there is a gap between the positive electrode plate and the separator. In the manufacturing process of the lithium ion secondary battery, the positive electrode plate and the negative electrode plate are cut into a predetermined size (the processing step shown in FIG. 6) before forming the wound body described above, and in addition, the positive electrode and the negative electrode The current collecting tab is formed by cutting the positive electrode plate and the negative electrode plate.

その後、上述した電極捲回体を形成した後、例えば、正極板に形成されている正極集電タブを正極集電リングに超音波溶着する工程と、負極板に形成されている負極集電タブを負極集電リングに超音波溶着する工程とを行う(図6に示す溶接・組立工程)。続いて、電極捲回体は外装缶(容器)に挿入されて、この外装缶に電解液を注入した後、外装缶の内部を密閉するために、外装缶と蓋とを溶接などで接続する工程を行う。   Then, after forming the electrode winding body described above, for example, a step of ultrasonically welding a positive electrode current collecting tab formed on the positive electrode plate to the positive electrode current collecting ring, and a negative electrode current collecting tab formed on the negative electrode plate And a step of ultrasonic welding to the negative electrode current collector ring (welding / assembly step shown in FIG. 6). Subsequently, the electrode winding body is inserted into the outer can (container), and after injecting the electrolyte into the outer can, the outer can and the lid are connected by welding or the like to seal the inside of the outer can. Perform the process.

上記溶接・組立工程において、正極集電タブと正極集電リングとの溶接は、例えば、正極集電タブにアルミニウムリボンを捲きつけた後、このアルミニウムリボンに正極集電タブを超音波溶着で接続することで行われる。このとき使用される超音波溶着は、アルミニウムリボンと正極集電タブとを擦りつけることによる原子相互拡散によって、アルミニウムリボンと正極集電タブとを接続するものである。   In the above welding and assembling process, the positive electrode current collector tab and the positive electrode current collector ring are welded by, for example, attaching an aluminum ribbon to the positive electrode current collector tab and then connecting the positive electrode current collector tab to the aluminum ribbon by ultrasonic welding. It is done by doing. The ultrasonic welding used at this time connects the aluminum ribbon and the positive electrode current collector tab by atomic interdiffusion by rubbing the aluminum ribbon and the positive electrode current collector tab.

したがって、正極集電タブとアルミニウムリボンとを超音波溶着で接続する場合、アルミニウムリボンと正極集電タブとの擦り合いによって金属異物(アルミニウム)が発生する。同様の現象は、負極集電タブと銅リボンとを接続する工程でも生じる。つまり、負極集電タブと銅リボンとを超音波溶着で接続する場合、銅リボンと負極集電タブとの擦り合いにより、金属異物(銅)が発生する。さらに、外装缶と蓋とを接続する工程で使用される溶接(アーク溶接)では、例えば、溶接屑が発生しやすくなる。   Therefore, when the positive electrode current collector tab and the aluminum ribbon are connected by ultrasonic welding, a metal foreign matter (aluminum) is generated by rubbing between the aluminum ribbon and the positive electrode current collector tab. The same phenomenon occurs in the process of connecting the negative electrode current collecting tab and the copper ribbon. That is, when connecting a negative electrode current collection tab and a copper ribbon by ultrasonic welding, a metal foreign material (copper) generate | occur | produces by friction with a copper ribbon and a negative electrode current collection tab. Furthermore, in welding (arc welding) used in the process of connecting the outer can and the lid, for example, welding scraps are likely to be generated.

以上のことから、電極捲回体を形成する前後に実施される工程によって、電極捲回体の内部に金属異物が侵入する可能性が高くなる。上記第1の比較例のように、正極板と負極板とセパレータとが別部品で構成されている場合、例えば、正極板とセパレータとの間に隙間が存在するため、この隙間に上述した製造工程で発生した金属異物が侵入しやすくなる。このようにして、電極捲回体の内部に金属異物が侵入すると、侵入した金属異物がセパレータを突き破って、正極と負極が金属異物を介して短絡する。また、例えば、正極とセパレータとの隙間に侵入した金属異物が正極に付着すると、付着した金属異物が電解液中に溶解し、その後、負極に析出する現象が生じる。そして、負極からの析出によって成長した金属が正極まで達すると、正極と負極とが短絡する問題が生じる。   From the above, the possibility of metal foreign matter entering the inside of the electrode winding body is increased by the steps performed before and after forming the electrode winding body. When the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator are configured as separate parts as in the first comparative example, for example, there is a gap between the positive electrode plate and the separator. Metal foreign matter generated in the process is likely to enter. In this way, when a metal foreign object enters the inside of the electrode winding body, the metal foreign object that has penetrated breaks through the separator, and the positive electrode and the negative electrode are short-circuited via the metal foreign object. In addition, for example, when a metal foreign matter that has entered the gap between the positive electrode and the separator adheres to the positive electrode, a phenomenon occurs in which the attached metal foreign matter is dissolved in the electrolytic solution and then deposited on the negative electrode. And when the metal which grew by precipitation from a negative electrode reaches a positive electrode, the problem which a positive electrode and a negative electrode short-circuit will arise.

さらに正極板と負極板とセパレータを別部品で組み立てる際は、正極板と負極板と、2枚のセパレータとの計4枚のシートを同時に巻き合わせる必要があり、部品の位置合わせが困難である問題がある。また、正極板ロール、負極板ロール、および2本のセパレータロールの計4本のフィルムロールを配置する必要があり、製造装置が大きくなるという問題がある。   Furthermore, when assembling the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator as separate parts, it is necessary to wind a total of four sheets of the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the two separators at the same time, making it difficult to align the parts. There's a problem. Moreover, it is necessary to arrange a total of four film rolls of a positive electrode plate roll, a negative electrode plate roll, and two separator rolls, and there is a problem that a manufacturing apparatus becomes large.

上記の問題を解決する構成として、正極板および負極板に直接セパレータを塗布して形成することが考えられる。この場合、正極板または負極板とセパレータとを連続して形成し、互いに一体化させることで、正極板または負極板とセパレータとの間に隙間がなくなる。これにより、正極板または負極板とセパレータとの間に金属異物が侵入することを防ぐことができるため、正極と負極との短絡を防止することができる。さらに、金属上に正極活物質または負極活物質を含むスラリを塗工した上に、セパレータとなる絶縁材料を塗工することで、生産性の向上、および製造装置の縮小も可能とすることができる。   As a configuration for solving the above problem, it is conceivable to form a separator by directly applying a separator to the positive electrode plate and the negative electrode plate. In this case, the positive electrode plate or the negative electrode plate and the separator are continuously formed and integrated with each other, thereby eliminating a gap between the positive electrode plate or the negative electrode plate and the separator. Thereby, since it can prevent that a metal foreign material penetrate | invades between a positive electrode plate or a negative electrode plate, and a separator, the short circuit with a positive electrode and a negative electrode can be prevented. Furthermore, by applying a slurry containing a positive electrode active material or a negative electrode active material on a metal, and then applying an insulating material to be a separator, it may be possible to improve productivity and reduce manufacturing equipment. it can.

このように、正極板および負極板に直接セパレータを塗布して電極板を形成する方法について、以下に図7を用い、第2の比較例を示して説明する。図7は、第2の比較例におけるリチウムイオン二次電池の製造装置を示す模式図である。   As described above, a method for forming the electrode plate by directly applying the separator to the positive electrode plate and the negative electrode plate will be described below with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic view showing an apparatus for manufacturing a lithium ion secondary battery in a second comparative example.

図7に、第2の比較例における片面塗布型電極板製造装置の構成を示す。第2の比較例のリチウムイオン二次電池の製造工程では、集電箔EPは、集電用金属箔ロールRL1から送り出される。集電箔EPは、例えば厚さ20μm、幅200mmのアルミニウム箔である。続いて、集電箔EPの表面上に、ローラRL2に対向するダイコータDC1から供給される電極材料ESが塗工され、第1塗布膜が形成される。第1塗布膜は、例えば厚さ100μm、幅150mmである。   In FIG. 7, the structure of the single-side coating type electrode plate manufacturing apparatus in the 2nd comparative example is shown. In the manufacturing process of the lithium ion secondary battery of the second comparative example, the current collector foil EP is fed from the current collector metal foil roll RL1. The current collector foil EP is an aluminum foil having a thickness of 20 μm and a width of 200 mm, for example. Subsequently, the electrode material ES supplied from the die coater DC1 facing the roller RL2 is applied on the surface of the current collector foil EP, thereby forming a first coating film. The first coating film has a thickness of 100 μm and a width of 150 mm, for example.

続いて、ローラRL3と対向した位置の塗工部であるダイコータDC2から供給される絶縁材料IFが第1塗布膜上に塗工され、絶縁材料IFからなる第2塗布膜が形成される。第2塗布膜は、例えば厚さ20μm、幅160mmである。その後、集電箔EP上の第1塗布膜および第2塗布膜は、乾燥室DRYを通過することで乾燥され、巻き取りロールRL4に巻き取られることで、電極板が製造される。この乾燥工程では、120℃で10分間乾燥を行う。   Subsequently, the insulating material IF supplied from the die coater DC2, which is a coating portion at a position facing the roller RL3, is coated on the first coating film, thereby forming a second coating film made of the insulating material IF. The second coating film has a thickness of 20 μm and a width of 160 mm, for example. Thereafter, the first coating film and the second coating film on the current collector foil EP are dried by passing through the drying chamber DRY and wound around the winding roll RL4, whereby the electrode plate is manufactured. In this drying step, drying is performed at 120 ° C. for 10 minutes.

このように、第2の比較例の構成は、図5を用いて説明した上記第1の比較例と比べて、第2の塗工部であるダイコータDC2を有し、ダイコータDC2により、第1塗布膜上に、セパレータとなる第2塗布膜を直接形成している点で異なっている。   As described above, the configuration of the second comparative example includes the die coater DC2 that is the second coating portion as compared with the first comparative example described with reference to FIG. The difference is that a second coating film serving as a separator is directly formed on the coating film.

前記したダイコータDC1(図7参照)には、例えばスリットダイコータが使用される。スリットダイコータは、厚膜塗工、または高粘度材料を塗工する用途などに用いられる塗工装置である。   For the die coater DC1 (see FIG. 7), for example, a slit die coater is used. The slit die coater is a coating apparatus used for thick film coating or for applications where a high viscosity material is coated.

第2の比較例のダイコーティング方法では、図8に示すように、スラリ材料である電極材料ESを貯留したタンク(図示しない)から、定量ポンプ(図示しない)によって、口金1のマニホールド3に電極材料ESが供給される。ここでは、マニホールド3において、電極材料ESの圧力分布を均一にした後、口金1に設けられたスリット4へ電極材料ESが供給され、吐出される。吐出された電極材料ESは、口金1と一定の間隔h1を保って相対的に走行する集電箔EPとの間に、ビードと呼ばれる電極材料溜り5を形成し、この状態で集電箔EPの走行に伴って電極材料ESを引き出して塗膜を形成する。図8は、第2の比較例におけるリチウムイオン二次電池の製造装置を構成するダイコータDC1の拡大断面図である。   In the die coating method of the second comparative example, as shown in FIG. 8, an electrode is connected to the manifold 3 of the base 1 by a metering pump (not shown) from a tank (not shown) in which an electrode material ES as a slurry material is stored. Material ES is supplied. Here, after the pressure distribution of the electrode material ES is made uniform in the manifold 3, the electrode material ES is supplied to the slit 4 provided in the base 1 and discharged. The discharged electrode material ES forms an electrode material reservoir 5 called a bead between the base 1 and the current collector foil EP that travels relatively at a constant interval h1, and in this state the current collector foil EP With the running, the electrode material ES is pulled out to form a coating film. FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of the die coater DC1 that constitutes the lithium ion secondary battery manufacturing apparatus in the second comparative example.

塗工工程では、塗膜形成により消費される量と同量の電極材料ESをスリット4から供給することにより、塗膜を連続的に形成する。このとき、蒸発速度の速い有機溶剤系の薄膜の塗布を安定的に行うために、前記電極材料溜り5の液面の屈曲である下流側メニスカス9の形成の安定化が重要となる。そのため、マニホールド3へ正極材料を供給する圧力は、スリット4圧損+口金1の下流側リップ部8圧損+下流側メニスカス9圧力となる。つまり、電極材料ESを安定して塗布するためには、集電箔EPに対して電極材料ESからある程度の圧力を加える必要がある。このような構成は、ダイコータDC2も同様である。   In the coating process, the coating film is continuously formed by supplying the same amount of electrode material ES as consumed by the coating film formation from the slit 4. At this time, in order to stably apply the organic solvent-based thin film having a high evaporation rate, it is important to stabilize the formation of the downstream meniscus 9 which is the bending of the liquid surface of the electrode material reservoir 5. Therefore, the pressure for supplying the positive electrode material to the manifold 3 is slit 4 pressure loss + downstream lip 8 pressure loss of the cap 1 + downstream meniscus 9 pressure. That is, in order to apply the electrode material ES stably, it is necessary to apply a certain pressure from the electrode material ES to the current collector foil EP. This configuration is the same for the die coater DC2.

図7を用いて説明した製造工程では、引き続き第2の塗工部であるダイコータDC2により絶縁物質を塗布しているが、そこでのダイコーティング方法は、前記した第1の塗工部であるダイコータDC1における条件と同様である。すなわち、ダイコータDC2のスリット4(図8参照)から吐出される絶縁物質を原料とするスラリ材料、つまり絶縁材料IFを、上記ダイコータDC1により集電箔EPに塗工された電極材料ES上に塗布する。   In the manufacturing process described with reference to FIG. 7, the insulating material is continuously applied by the die coater DC2, which is the second coating part. The die coating method therefor is the die coater which is the first coating part. The conditions are the same as in DC1. That is, a slurry material made of an insulating material discharged from the slit 4 (see FIG. 8) of the die coater DC2, that is, an insulating material IF, is applied onto the electrode material ES applied to the current collector foil EP by the die coater DC1. To do.

以上に説明した第2の比較例では、図7に示すスラリ状の電極材料ESと絶縁材料IFを重ねて塗布した後、乾燥室DRYによる加熱・乾燥工程を経て、両方の塗膜層を同時に乾燥、固着させることができるため、第1の比較例に比べて製造工程の効率がよい。また、電極層と、セパレータである絶縁層との間に隙間がない状態で、電極の切断または溶接などの加工を行うことができるため、金属異物の侵入による内部短絡を防止することができる。   In the second comparative example described above, the slurry-like electrode material ES and the insulating material IF shown in FIG. 7 are applied in layers, followed by a heating / drying process in the drying chamber DRY. Since it can be dried and fixed, the manufacturing process is more efficient than the first comparative example. In addition, since processing such as cutting or welding of the electrode can be performed in a state where there is no gap between the electrode layer and the insulating layer which is a separator, an internal short circuit due to intrusion of a metal foreign object can be prevented.

しかし、第2の比較例のように、集電箔の上にスラリ状の電極材料と絶縁材料とを連続して塗布した場合、図3に示すように、電極板の集電箔EPの上に塗布された電極層ELと絶縁層SELとの界面近傍に、絶縁機能が失われた混合層MIXが形成される。本発明者らは、混合層MIXが、図4を用いて説明したスリットダイコータの塗工圧力に起因して生じる層であることを見出した。図4に四角のプロットで示すように、第2の比較例において生じた混合層MIX(図3参照)の膜厚は、集電箔の搬送速度により変化する。つまり、集電箔の搬送速度が遅い程、ダイコータによる圧力が特定の箇所の塗布膜に加わる時間が長くなるため、混合層MIXの厚さも大きくなる。集電箔の搬送速度を、比較的速い100m/minとしても、混合層MIXの厚さは10μm以上となる。   However, when the slurry-like electrode material and the insulating material are continuously applied on the current collector foil as in the second comparative example, as shown in FIG. A mixed layer MIX that has lost its insulating function is formed in the vicinity of the interface between the electrode layer EL and the insulating layer SEL applied to the substrate. The present inventors have found that the mixed layer MIX is a layer generated due to the coating pressure of the slit die coater described with reference to FIG. As shown by the square plot in FIG. 4, the film thickness of the mixed layer MIX (see FIG. 3) generated in the second comparative example varies depending on the conveying speed of the current collector foil. That is, the slower the current collecting foil transport speed, the longer the time during which the pressure applied by the die coater is applied to the coating film at a specific location, and the thickness of the mixed layer MIX also increases. Even if the conveying speed of the current collector foil is relatively high, 100 m / min, the thickness of the mixed layer MIX is 10 μm or more.

混合層MIXが比較的大きい厚さで形成された場合、絶縁機能を持つ絶縁層SELの厚さが、本来意図した厚さより薄くなること、および、絶縁層SELを薄膜化した際に、絶縁層SELの上部で、混合層MIXを構成する電極材料が露出する可能性があることが問題となる。   When the mixed layer MIX is formed with a relatively large thickness, the insulating layer SEL having an insulating function becomes thinner than originally intended, and when the insulating layer SEL is thinned, the insulating layer There is a problem that the electrode material constituting the mixed layer MIX may be exposed at the top of the SEL.

具体的には、混合層MIXの厚さL3が、セパレータである絶縁層SELの厚さL2の20%よりも大きい値である場合、正極と負極との間の絶縁層SELの全膜厚のうち、絶縁機能が失われた領域が大きくなるため、絶縁層SELの絶縁性が低下し、正極と負極との間で短絡が生じる問題が顕著になる。   Specifically, when the thickness L3 of the mixed layer MIX is larger than 20% of the thickness L2 of the insulating layer SEL that is the separator, the total thickness of the insulating layer SEL between the positive electrode and the negative electrode Among them, since the region where the insulating function is lost becomes large, the insulating property of the insulating layer SEL is lowered, and the problem that a short circuit occurs between the positive electrode and the negative electrode becomes significant.

つまり、混合層MIXの厚さL3は、セパレータである絶縁層SELの厚さL2の20%以下であることが望ましい。したがって、絶縁層SELの厚さL2が40μmである場合、混合層MIXの厚さL3は8μm以下であることが望ましい。第2の比較例において、上記のような問題が生じることを防ぎ、絶縁層SELの信頼性を確保するには、絶縁層を例えば50μm以上の厚い膜とすることが考えられる。   That is, the thickness L3 of the mixed layer MIX is desirably 20% or less of the thickness L2 of the insulating layer SEL that is a separator. Therefore, when the thickness L2 of the insulating layer SEL is 40 μm, the thickness L3 of the mixed layer MIX is desirably 8 μm or less. In the second comparative example, in order to prevent the above problems from occurring and to ensure the reliability of the insulating layer SEL, it is conceivable that the insulating layer is a thick film of, for example, 50 μm or more.

以上に述べた第2の比較例のように、電極層とセパレータ(絶縁層)との隙間をなくすことで内部短絡を防止し、かつ、リチウムイオン二次電池の生産性を向上させ、また、リチウムイオン二次電池の製造装置をコンパクト化することが考えられるが、この構成では、上記混合層の問題により、絶縁層の薄膜化が困難とある。すなわち、第2の比較例では、リチウムイオン二次電池の高容量化および小型化が困難である問題がある。   Like the second comparative example described above, the internal short circuit is prevented by eliminating the gap between the electrode layer and the separator (insulating layer), and the productivity of the lithium ion secondary battery is improved. Although it is conceivable to make the manufacturing apparatus of the lithium ion secondary battery compact, in this configuration, it is difficult to reduce the thickness of the insulating layer due to the problem of the mixed layer. That is, the second comparative example has a problem that it is difficult to increase the capacity and size of the lithium ion secondary battery.

以下では、図1を用いて説明した本実施の形態の効果について説明する。   Below, the effect of this Embodiment demonstrated using FIG. 1 is demonstrated.

上述した第2の比較例に対し、本実施の形態のリチウムイオン二次電池の製造方法は、電極層となる1層目の第1塗布膜を塗工した後、第1塗布膜の表面層のみを固化させる工程を経て、絶縁層となる2層目の第2塗布膜を塗工することを特徴としている。このように、正極または負極の電極材料ESを塗工した後にプレ固化工程を行い、第1塗布膜の表面層のみを固化させることで、図3および図4を用いて説明したように、混合層MIXの厚さL3を、第2の比較例と比べて小さくすることができる。具体的には、混合層MIXの厚さを5μm以下とすることができる。一方、第2の比較例では、実用的な集電箔の搬送速度であっても、混合層MIXの厚さL3は10μm以上となるため、絶縁層SELの厚さL2を薄くすると、正極および負極間での短絡発生の可能性が高くなる。   In contrast to the second comparative example described above, the method of manufacturing the lithium ion secondary battery according to the present embodiment applies the first coating film of the first layer to be the electrode layer, and then the surface layer of the first coating film. The second coating film of the second layer that becomes the insulating layer is applied through a process of solidifying only the first layer. Thus, after applying the positive electrode or negative electrode material ES, the pre-solidification step is performed, and only the surface layer of the first coating film is solidified, as described with reference to FIGS. 3 and 4. The thickness L3 of the layer MIX can be reduced as compared with the second comparative example. Specifically, the thickness of the mixed layer MIX can be 5 μm or less. On the other hand, in the second comparative example, the thickness L3 of the mixed layer MIX is 10 μm or more even at a practical speed of transporting the current collector foil. Therefore, when the thickness L2 of the insulating layer SEL is reduced, The possibility of occurrence of a short circuit between the negative electrodes is increased.

したがって、本実施の形態では、絶縁層であるセパレータを薄膜化しても短絡の危険性を防ぐことができるため、リチウムイオン二次電池の信頼性を向上させることができる。また、短絡を防ぎつつ、絶縁層であるセパレータを薄膜化することができるため、リチウムイオン二次電池の小型化を可能とすることができる。したがって、リチウムイオン二次電池の性能を向上させることができる。   Therefore, in this embodiment mode, the risk of a short circuit can be prevented even if the separator, which is an insulating layer, is thinned, so that the reliability of the lithium ion secondary battery can be improved. Moreover, since the separator which is an insulating layer can be thinned while preventing a short circuit, the lithium ion secondary battery can be miniaturized. Therefore, the performance of the lithium ion secondary battery can be improved.

なお、上記の効果は、正極材料からなる正極電極板でのみ得られるのではなく、負極電極板でも同様の効果を得ることができる。本実施の形態において説明した製造装置および製造方法は、本実施の形態を実施する際の具体例を示したものに過ぎず、その技術思想または主要な特徴から逸脱しなければ、様々な形の実施の形態であっても、上記効果を得ることができる。   In addition, said effect is not only acquired with the positive electrode plate which consists of positive electrode materials, but the same effect can be acquired also with a negative electrode plate. The manufacturing apparatus and the manufacturing method described in this embodiment are merely examples for implementing this embodiment, and various forms can be used without departing from the technical idea or main features thereof. Even in the embodiment, the above effect can be obtained.

また、ここではリチウムイオン二次電池を例に挙げて説明したが、リチウムイオン二次電池に限らず、本実施の形態の効果は、例えば、正極、負極、および、正極と負極とを電気的に分離するセパレータを備える蓄電デバイスに幅広く適用することができる。当該蓄電デバイスとして、例えば、他の形式の電池、またはキャパシタなどが挙げられる。   Further, here, a lithium ion secondary battery has been described as an example, but the effect of this embodiment is not limited to a lithium ion secondary battery. For example, the positive electrode, the negative electrode, and the positive electrode and the negative electrode are electrically connected. It can be widely applied to an electricity storage device including a separator that is separated into two. Examples of the power storage device include other types of batteries or capacitors.

(実施の形態2)
本実施の形態では、前記実施の形態1と同様に、正極または負極の電極層上に絶縁層を一括で形成した後、塗布膜を固化液に接触させることで完全に固化させる工程を設け、その後乾燥を行う製造方法および製造装置について説明する。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, similarly to the first embodiment, after forming the insulating layer on the positive electrode layer or the negative electrode layer at once, a step of completely solidifying the coating film by bringing it into contact with the solidifying liquid is provided. Then, a manufacturing method and a manufacturing apparatus for performing drying will be described.

本実施の形態のリチウムイオン二次電池の製造装置を示す模式図を、図2に示す。本実施の形態のリチウムイオン二次電池の製造工程では、実施の形態1と同様に電極材料ESの調整を行った後、スラリ状の電極材料ESを、ローラRL2に対向するダイコータDC1を用いて、集電用金属箔ロールから供給される集電箔EPの表面に塗工する。これにより、集電箔EP上に、電極材料ESからなる第1塗布膜を形成する。集電箔EPおよび第1塗布膜のそれぞれの膜厚および幅は、前記実施の形態1と同様である。   FIG. 2 shows a schematic diagram showing a lithium ion secondary battery manufacturing apparatus of the present embodiment. In the manufacturing process of the lithium ion secondary battery of the present embodiment, after adjusting the electrode material ES in the same manner as in the first embodiment, the slurry-like electrode material ES is used by using the die coater DC1 facing the roller RL2. Then, coating is performed on the surface of the current collector foil EP supplied from the current collector metal foil roll. Thereby, the 1st coating film which consists of electrode material ES is formed on current collection foil EP. The thickness and width of each of the current collector foil EP and the first coating film are the same as those in the first embodiment.

次に、前記実施の形態1と同様に、固化室SD1においてプレ固化工程を行う。ここでは、第1塗布膜の表面層のみを固化させる。固化液および噴霧条件は、前記実施の形態1と同様である。表面を固化した第1塗布膜上にダイコータDC2を用いて、絶縁材料IFからなる第2塗布膜を塗工する。第2塗布膜の膜厚および幅は、前記実施の形態1と同様である。   Next, as in the first embodiment, a pre-solidification step is performed in the solidification chamber SD1. Here, only the surface layer of the first coating film is solidified. The solidified liquid and spraying conditions are the same as those in the first embodiment. Using the die coater DC2, a second coating film made of the insulating material IF is applied on the first coating film whose surface is solidified. The thickness and width of the second coating film are the same as those in the first embodiment.

次に、第1塗布膜および第2塗布膜を塗工した集電箔EPを、固化室SD2に搬入し、噴霧ノズルNZ2を用いて固化液を第1塗布膜および第2塗布膜からなる積層膜に噴霧することで、第1塗布膜および第2塗布膜を固化させる工程を行う。ここでは、この工程を固化工程と呼ぶ。固化液には、例えば40%エタノール含有水を用いる。ここで用いる固化液には、前記実施の形態1において固化室SD1(図1参照)にて噴霧する固化液と同様に、水、エタノールもしくはイソプロピルアルコールなどのアルコール類、またはこれらの混合液を用いることができる。   Next, the current collector foil EP coated with the first coating film and the second coating film is carried into the solidification chamber SD2, and the solidification liquid is laminated by using the spray nozzle NZ2 and is composed of the first coating film and the second coating film. A step of solidifying the first coating film and the second coating film is performed by spraying on the film. Here, this process is called a solidification process. For example, 40% ethanol-containing water is used as the solidified liquid. As the solidification liquid used here, water, alcohols such as ethanol or isopropyl alcohol, or a mixed liquid thereof are used in the same manner as the solidification liquid sprayed in the solidification chamber SD1 (see FIG. 1) in the first embodiment. be able to.

噴霧ノズルNZ2には、内部混合型の二流体ノズルを用いている。この二流体ノズルから噴出される噴霧粒子の平均粒子径D50は10μmである。ここでは、噴霧ノズルNZ2から第2塗布膜の上面までの距離は100mmとし、固化液の噴霧圧力は0.1MPaとし、噴霧打力を1g/cmに調整する。 An internal mixing type two-fluid nozzle is used as the spray nozzle NZ2. The average particle diameter D50 of the spray particles ejected from the two-fluid nozzle is 10 μm. Here, the distance from the spray nozzle NZ2 to the upper surface of the second coating film is 100 mm, the spray pressure of the solidified liquid is 0.1 MPa, and the spray hitting force is adjusted to 1 g / cm 2 .

固化液の噴霧量は、電極材料層である第1塗布膜および絶縁材料沿うである第2塗布膜を完全に固化させるため、PVdFが全て析出する40%エタノール含有水量の200%の量とする。つまり、PVdFを全て析出させるために必要な固化液である40%エタノール含有水の量の2倍の量の固化液を供給することで、各塗布膜を完全に固化させる。図2において、噴霧ノズルNZ2を噴霧ノズルNZ1より多く示しているのは、ノズルの数を増やし、上記のように多量の固化液を供給するためである。   The amount of the solidified liquid sprayed is 200% of the 40% ethanol-containing water amount in which all PVdF is precipitated in order to completely solidify the first coating film that is the electrode material layer and the second coating film that is along the insulating material. . That is, each coating film is completely solidified by supplying a solidification liquid twice as much as 40% ethanol-containing water, which is a solidification liquid necessary for precipitating PVdF. In FIG. 2, the spray nozzle NZ2 is shown more than the spray nozzle NZ1 in order to increase the number of nozzles and supply a large amount of solidified liquid as described above.

次に、第1塗布膜および第2塗布膜を乾燥室DRY中において120℃で10分間乾燥させることで、第1塗布膜中および第2塗布膜中に含まれる溶剤を蒸発させて除去し、リチウムイオン二次電池用の電極板を製造する。ここで、乾燥工程後の電極板を構成する電極層の厚さは50μmであり、電極層上の絶縁層の厚さは40μmである。上記の工程は、正極板および負極板のそれぞれの製造工程に適用することができる。   Next, the first coating film and the second coating film are dried in a drying chamber DRY at 120 ° C. for 10 minutes to evaporate and remove the solvent contained in the first coating film and the second coating film, An electrode plate for a lithium ion secondary battery is manufactured. Here, the thickness of the electrode layer constituting the electrode plate after the drying step is 50 μm, and the thickness of the insulating layer on the electrode layer is 40 μm. Said process is applicable to each manufacturing process of a positive electrode plate and a negative electrode plate.

上記のように、本実施の形態の構成は、前記実施の形態1とほぼ同様である。ただし、第2の塗工部であるダイコータDC2と乾燥室DRYとの間に、第1の固化室SD1と異なる第2の固化室SD2を設けており、固化室SD2において集電箔EP上の塗布膜を固化している点で、前記実施の形態1とは異なる。また、第1の固化室SD1において行うプレ固化工程では、第1塗布膜の表面層のみを固化し、第1塗布膜の内部は固化していないのに対し、第2の固化室SD2において行う固化工程では、第1塗布膜および第2塗布膜のそれぞれの内部を含む全体を全て固化している。つまり、第1塗布膜および第2塗布膜のそれぞれが含有するバインダを全て析出させている。   As described above, the configuration of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. However, a second solidification chamber SD2 different from the first solidification chamber SD1 is provided between the die coater DC2 which is the second coating part and the drying chamber DRY, and on the current collector foil EP in the solidification chamber SD2. This is different from the first embodiment in that the coating film is solidified. Further, in the pre-solidification step performed in the first solidification chamber SD1, only the surface layer of the first coating film is solidified and the inside of the first coating film is not solidified, whereas the second solidification chamber SD2 is performed. In the solidification step, the entire structure including the inside of each of the first coating film and the second coating film is solidified. That is, all the binders contained in each of the first coating film and the second coating film are deposited.

本実施の形態の上記製造工程で得られた電極板において、電極層ELおよび絶縁層SELの界面近傍に形成された混合層MIX(図3参照)の厚さは、前記実施の形態1と同様に、集電箔の搬送速度によらず常に5μm以下になる。したがって、絶縁層SELを薄膜化したとしても、正極および負極間における短絡発生の可能性を低下させることができる。   In the electrode plate obtained in the manufacturing process of the present embodiment, the thickness of the mixed layer MIX (see FIG. 3) formed in the vicinity of the interface between the electrode layer EL and the insulating layer SEL is the same as that of the first embodiment. In addition, it is always 5 μm or less regardless of the conveying speed of the current collector foil. Therefore, even if the insulating layer SEL is thinned, the possibility of occurrence of a short circuit between the positive electrode and the negative electrode can be reduced.

また、本実施の形態のように、乾燥工程の前に各塗布膜を完全に固化させているため、高速に乾燥工程を行なう場合であっても、第1塗布膜内の電極材料および第2塗布膜内の絶縁材料の移動を抑えることができる。つまり、図2に示す第2の固化室SD2を用いた固化工程を行わない場合、第1塗布膜の内部および第2塗布膜は乾燥時に液状であるため、乾燥工程中において各膜内のバインダなどの成分の移動することで、各膜内に対流または拡散が生じる。このため、乾燥後の電極材料ESの分布にばらつきが生じるおそれがある。この場合、電極材料ESの対流または拡散を抑えるためには、蒸発速度を抑えることが必要であるため、乾燥時間が長時間化する問題が生じる。   In addition, since each coating film is completely solidified before the drying process as in the present embodiment, the electrode material and the second material in the first coating film can be used even when the drying process is performed at high speed. The movement of the insulating material in the coating film can be suppressed. That is, when the solidification process using the second solidification chamber SD2 shown in FIG. 2 is not performed, the inside of the first coating film and the second coating film are in a liquid state at the time of drying, and therefore the binder in each film during the drying process. The movement of components such as convection or diffusion occurs in each film. For this reason, the distribution of the electrode material ES after drying may vary. In this case, in order to suppress the convection or diffusion of the electrode material ES, it is necessary to suppress the evaporation rate, which causes a problem that the drying time becomes longer.

これに対し、実施の形態2では、乾燥工程前に各塗布膜をその内部まで完全に固化するため、乾燥室DRYにおける乾燥工程中における電極材料ESが移動することを防ぐことができ、溶剤などの蒸発速度を上げることが可能になる。したがって、乾燥時間の短縮が可能であり、また、乾燥設備の小型化が可能となる。これにより、リチウムイオン二次電池の製造工程におけるスループットを向上させることができる。また、乾燥時間の短縮または乾燥設備の小型化により、リチウムイオン二次電池の製造コストを低減することができる。   On the other hand, in the second embodiment, since each coating film is completely solidified to the inside before the drying process, it is possible to prevent the electrode material ES from moving during the drying process in the drying chamber DRY. It is possible to increase the evaporation rate of the. Therefore, the drying time can be shortened, and the drying equipment can be downsized. Thereby, the throughput in the manufacturing process of the lithium ion secondary battery can be improved. Further, the manufacturing cost of the lithium ion secondary battery can be reduced by shortening the drying time or downsizing the drying equipment.

以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態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種々変更可能であることはいうまでもない。   Although the invention made by the present inventors has been specifically described based on the embodiment, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

本発明は、電極層上に絶縁層を塗布して電極板を形成するリチウムイオン二次電池の製造技術に適用して有効である。   The present invention is effective when applied to a manufacturing technique of a lithium ion secondary battery in which an insulating layer is applied on an electrode layer to form an electrode plate.

1 口金
3 マニホールド
4 スリット
5 電極材料溜まり
8 リップ部
9 下流側メニスカス(液面の屈曲)
DC1 ダイコータ(第1の塗工部)
DC2 ダイコータ(第2の塗工部)
DRY 乾燥室
EL 電極層
EP 集電箔
ES 電極材料
IF 絶縁材料
MIX 混合層
NZ1 噴霧ノズル
NZ2 噴霧ノズル
RL1 集電用金属箔ロール
RL2 ローラ
RL3 ローラ
RL4 巻き取りロール
SD1 固化室
SD2 固化室
SEL 絶縁層
1 Base 3 Manifold 4 Slit 5 Electrode Material Pool 8 Lip Part 9 Downstream Meniscus (Liquid Bend)
DC1 die coater (first coating part)
DC2 die coater (second coating part)
DRY Drying chamber EL Electrode layer EP Current collecting foil ES Electrode material IF Insulating material MIX Mixed layer NZ1 Spray nozzle NZ2 Spray nozzle RL1 Current collecting metal foil roll RL2 Roller RL3 Roller RL4 Winding roll SD1 Solidification chamber SD2 Solidification chamber SEL Insulation layer

Claims (13)

(a1)集電箔の表面上に、第1の塗工部を用いて電極材スラリを塗布する工程、
(b1)前記電極材スラリに含まれるバインダ成分を析出させる成分を含む第1固化液を、前記電極材スラリに供給することで、前記電極材スラリの表面層を固化させる工程、
(c1)前記(b1)工程の後、前記電極材スラリ上に、第2の塗工部を用いて絶縁材スラリを塗布する工程、
(d1)前記電極材スラリおよび前記絶縁材スラリを乾燥させる工程、
を有する、リチウムイオン二次電池の製造方法。
(A1) A step of applying an electrode material slurry on the surface of the current collector foil using the first coating portion,
(B1) a step of solidifying the surface layer of the electrode material slurry by supplying the electrode material slurry with a first solidified liquid containing a component that precipitates a binder component contained in the electrode material slurry;
(C1) After the step (b1), a step of applying an insulating material slurry on the electrode material slurry using a second coating part,
(D1) drying the electrode material slurry and the insulating material slurry;
A method for producing a lithium ion secondary battery.
請求項1記載のリチウムイオン二次電池の製造方法において、
(c2)前記(c1)工程の後であって、前記(d1)工程の前に、前記電極材スラリおよび前記絶縁材スラリに対し、前記電極材スラリおよび前記絶縁材スラリのそれぞれに含まれるバインダ成分を析出させる成分を含む第2固化液を供給することで、前記電極材スラリおよび前記絶縁材スラリを固化させる工程をさらに有する、リチウムイオン二次電池の製造方法。
In the manufacturing method of the lithium ion secondary battery of Claim 1,
(C2) After the step (c1) and before the step (d1), the binder contained in each of the electrode material slurry and the insulating material slurry with respect to the electrode material slurry and the insulating material slurry The manufacturing method of a lithium ion secondary battery which further has the process of solidifying the said electrode material slurry and the said insulating material slurry by supplying the 2nd solidification liquid containing the component which deposits a component.
請求項1記載のリチウムイオン二次電池の製造方法において、
前記電極材スラリに含まれる溶剤は、非プロトン性極性溶剤であり、
前記第1固化液に用いる溶剤は、水もしくはアルコール類またはこれらの混合液である、リチウムイオン二次電池の製造方法。
In the manufacturing method of the lithium ion secondary battery of Claim 1,
The solvent contained in the electrode material slurry is an aprotic polar solvent,
The method for producing a lithium ion secondary battery, wherein the solvent used in the first solidified liquid is water, alcohols, or a mixture thereof.
請求項1記載のリチウムイオン二次電池の製造方法において、
前記電極材スラリに含まれる溶剤は、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、もしくはγ−ブチロラクトン、またはこれらの混合液であり、
前記第1固化液に用いる溶剤は、水、エタノール、もしくはイソプロピルアルコールまたはこれらの混合液である、リチウムイオン二次電池の製造方法。
In the manufacturing method of the lithium ion secondary battery of Claim 1,
The solvent contained in the electrode material slurry is N-methylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide, propylene carbonate, dimethylformamide, or γ-butyrolactone, or a mixture thereof.
The method for producing a lithium ion secondary battery, wherein the solvent used in the first solidified solution is water, ethanol, isopropyl alcohol, or a mixture thereof.
請求項1記載のリチウムイオン二次電池の製造方法において、
前記(b1)工程で供給される前記第1固化液のアルコール濃度は、20〜80%である、リチウムイオン二次電池の製造方法。
In the manufacturing method of the lithium ion secondary battery of Claim 1,
The method for producing a lithium ion secondary battery, wherein the alcohol concentration of the first solidified liquid supplied in the step (b1) is 20 to 80%.
集電箔の表面に電極材スラリを塗布する第1の塗工部と、
前記電極材スラリに含まれるバインダ成分を析出させる成分を含む第1固化液を、前記電極材スラリに供給することで、前記電極材スラリの表面層を固化させる第1固化室と、
前記表面層が固化された前記電極材スラリ上に、絶縁材スラリを塗布する第2の塗工部と、
前記電極材スラリおよび前記絶縁材スラリを乾燥させる乾燥室と、
前記集電箔を、前記第1の塗工部、前記第1固化室、前記第2の塗工部および前記乾燥室の順に搬送する搬送部と、
を有する、リチウムイオン二次電池の製造装置。
A first coating part for applying an electrode material slurry to the surface of the current collector foil;
A first solidification chamber for solidifying a surface layer of the electrode material slurry by supplying a first solidification liquid containing a component for precipitating a binder component contained in the electrode material slurry to the electrode material slurry;
A second coating portion for applying an insulating material slurry on the electrode material slurry on which the surface layer is solidified;
A drying chamber for drying the electrode material slurry and the insulating material slurry;
A transport section for transporting the current collector foil in the order of the first coating section, the first solidification chamber, the second coating section, and the drying chamber;
An apparatus for producing a lithium ion secondary battery.
請求項6記載のリチウムイオン二次電池の製造装置において、
前記電極材スラリおよび前記絶縁材スラリに対し、前記電極材スラリおよび前記絶縁材スラリに含まれるバインダ成分を析出させる成分を含む第2固化液を供給することで、前記電極材スラリおよび前記絶縁材スラリを固化させる第2固化室をさらに有し、
前記搬送部は、前記集電箔を、前記第1の塗工部、前記第1固化室、前記第2の塗工部、前記第2固化室および前記乾燥室の順に搬送する、リチウムイオン二次電池の製造装置。
In the manufacturing apparatus of the lithium ion secondary battery according to claim 6,
The electrode material slurry and the insulating material slurry are supplied to the electrode material slurry and the insulating material slurry by supplying a second solidified liquid containing a component for precipitating the binder component contained in the electrode material slurry and the insulating material slurry. A second solidification chamber for solidifying the slurry;
The transport unit transports the current collector foil in the order of the first coating unit, the first solidification chamber, the second coating unit, the second solidification chamber, and the drying chamber. Secondary battery manufacturing equipment.
請求項6記載のリチウムイオン二次電池の製造装置において、
前記電極材スラリに含まれる溶剤は、非プロトン性極性溶剤であり、
前記第1固化液に用いる溶剤は、水もしくはアルコール類またはこれらの混合液である、リチウムイオン二次電池の製造装置。
In the manufacturing apparatus of the lithium ion secondary battery according to claim 6,
The solvent contained in the electrode material slurry is an aprotic polar solvent,
The manufacturing apparatus of a lithium ion secondary battery, wherein the solvent used in the first solidified liquid is water, alcohols, or a mixture thereof.
請求項6記載のリチウムイオン二次電池の製造装置において、
前記電極材スラリに含まれる溶剤は、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、もしくはγ−ブチロラクトン、またはこれらの混合液であり、
前記第1固化液に用いる溶剤は、水、エタノール、もしくはイソプロピルアルコールまたはこれらの混合液である、リチウムイオン二次電池の製造装置。
In the manufacturing apparatus of the lithium ion secondary battery according to claim 6,
The solvent contained in the electrode material slurry is N-methylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide, propylene carbonate, dimethylformamide, or γ-butyrolactone, or a mixture thereof.
The lithium ion secondary battery manufacturing apparatus, wherein the solvent used in the first solidified liquid is water, ethanol, isopropyl alcohol, or a mixture thereof.
請求項6記載のリチウムイオン二次電池の製造装置において、
前記第1固化室に備えられた、前記第1固化液を供給する噴霧ノズルは、内部混合型の二流体ノズルであり、
前記噴霧ノズルによる噴霧領域は、均等流量分布を有し、前記噴霧ノズルの中心の流量の50%流量となる位置は、前記集電箔の搬送方向に直交する方向において、前記電極材スラリの端部より外に位置し、
前記噴霧ノズルから供給される前記第1固化液の噴霧粒子径は、10μm以下であり、
前記第1固化液の噴霧打力は、1g/cm以下である、リチウムイオン二次電池の製造装置。
In the manufacturing apparatus of the lithium ion secondary battery according to claim 6,
The spray nozzle provided in the first solidification chamber for supplying the first solidification liquid is an internal mixing type two-fluid nozzle,
The spray region by the spray nozzle has a uniform flow distribution, and the position where the flow rate is 50% of the flow rate at the center of the spray nozzle is the end of the electrode material slurry in a direction orthogonal to the conveying direction of the current collector foil. Located outside the
The spray particle diameter of the first solidified liquid supplied from the spray nozzle is 10 μm or less,
The apparatus for producing a lithium ion secondary battery, wherein the spray hitting force of the first solidified liquid is 1 g / cm 2 or less.
請求項8記載のリチウムイオン二次電池の製造装置を用いて形成された、リチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery formed using the manufacturing apparatus of the lithium ion secondary battery of Claim 8. 請求項11記載のリチウムイオン二次電池において、
前記集電箔上の前記電極材スラリを乾燥させて形成した電極層と、
前記電極材スラリ上の前記絶縁材スラリを乾燥させて形成した絶縁層と、
前記電極層と前記絶縁層との界面近傍に形成された、前記電極層と前記絶縁層との混合層と、
を有し、
前記混合層の厚さは、前記絶縁層の厚さの20%以下である、リチウムイオン二次電池。
The lithium ion secondary battery according to claim 11,
An electrode layer formed by drying the electrode material slurry on the current collector foil;
An insulating layer formed by drying the insulating material slurry on the electrode material slurry;
A mixed layer of the electrode layer and the insulating layer formed in the vicinity of the interface between the electrode layer and the insulating layer;
Have
The lithium ion secondary battery, wherein a thickness of the mixed layer is 20% or less of a thickness of the insulating layer.
請求項11記載のリチウムイオン二次電池において、
前記集電箔と、
前記集電箔上の前記電極材スラリを乾燥させて形成した電極層と、
前記電極材スラリ上の前記絶縁材スラリを乾燥させて形成した絶縁層と、
を有する電極板を、複数重ねた構造を有する、リチウムイオン二次電池。
The lithium ion secondary battery according to claim 11,
The current collector foil;
An electrode layer formed by drying the electrode material slurry on the current collector foil;
An insulating layer formed by drying the insulating material slurry on the electrode material slurry;
A lithium ion secondary battery having a structure in which a plurality of electrode plates having a plurality of layers are stacked.
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