JP2015069833A - Method and apparatus for manufacturing lithium ion secondary battery - Google Patents

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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 an electrode material ES containing a binding material on the surface of a current collector foil EP; coating an insulation material IF1 containing a first component which precipitates the binding material on the electrode material ES; solidifying the electrode material ES by supplying spray liquid LIQ containing a second component which precipitates the binding material to the electrode material ES; and drying the electrode material ES and the insulation material IF1.

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池の製造方法およびリチウムイオン二次電池の製造装置に関し、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 and a lithium ion secondary battery manufacturing apparatus, and in particular, a lithium ion secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, and a separator for electrically separating the positive electrode and the negative electrode. The present invention relates to a manufacturing method, a manufacturing apparatus, and a technology effective when applied to a 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。ただし、リチウムイオン二次電池は、作動電圧が高く、エネルギー密度が高いがゆえに、内部短絡や外部短絡などによる異常発熱に対する十分な対策が必要とされている。   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. However, since the lithium ion secondary battery has a high operating voltage and high energy density, sufficient countermeasures against abnormal heat generation due to an internal short circuit or an external short circuit are required.

リチウムイオン二次電池は、非水電解質二次電池の一種で、電解質中のリチウムイオンが電気伝導を担う二次電池である。正極材料(活物質)にはリチウム金属酸化物を用い、負極材料(活物質)にはグラファイトなどの炭素材を用い、電解質には炭酸エチレンなどの有機溶剤とヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)などのリチウム塩とを用いることが知られている。リチウムイオン二次電池は、例えば、金属箔に正極材料を塗工した帯状の正極板と、金属箔に負極材料を塗工した帯状の負極板とを、正極板および負極板を電気的に分離するためのセパレータを介して重ね合わせた積層体を有している。この積層体は捲回され、リチウムイオン二次電池の外装缶内において、断面が渦巻状の電極捲回体を構成している。 The lithium ion secondary battery is a kind of non-aqueous electrolyte secondary battery, and is a secondary battery in which lithium ions in the electrolyte bear electric conduction. A lithium metal oxide is used for the positive electrode material (active material), a carbon material such as graphite is used for the negative electrode material (active material), and an organic solvent such as ethylene carbonate and lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) are used for the electrolyte. It is known to use lithium salts such as Lithium-ion secondary batteries, for example, electrically separate a positive electrode plate and a negative electrode plate from a strip-shaped positive electrode plate coated with a positive electrode material on a metal foil and a strip-shaped negative electrode plate coated with a negative electrode material on a metal foil. It has the laminated body which piled up through the separator for doing. This laminated body is wound to constitute an electrode winding body having a spiral cross section in the outer can of the lithium ion secondary battery.

特許文献1(特開2003−045491号公報)には、正極電極フィルムおよび負極電極フィルムを個別に形成して、負極電極フィルムにセパレータフィルムを張り合わせて、該セパレータ付き負極電極フィルムに前記正極電極フィルムを積層して電極捲回体を形成することが記載されている。ここでは、上記の構成により、電極捲回体を複数枚積層した集電体内に溶液状の電界物質を均一に注入することが困難な点と、製造工程数が多い点とを改善することが記載されている。   In Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-054991), a positive electrode film and a negative electrode film are individually formed, a separator film is bonded to the negative electrode film, and the positive electrode film is applied to the negative electrode film with a separator. It is described that an electrode winding body is formed by laminating layers. Here, the above configuration can improve the point that it is difficult to uniformly inject a solution-like electric field substance into a current collector in which a plurality of electrode winding bodies are laminated, and the number of manufacturing steps is large. Have been described.

また、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コータを使用して塗布し、その後、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、コータを使用して塗布し、その後、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。また、両電極シート状物を積層して電極捲回体を形成する二次電池製造方法および二次電池製造装置が記載されている。   In Patent Document 1, a positive electrode material-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 coater having a solution discharge slit, It is described that a positive electrode sheet is formed through a heating process. Similarly, a negative electrode substance-containing solution and a solution containing an electrolytic substance and an insulating substance are applied to both surfaces of the negative electrode sheet-like material using a coater, and then subjected to a heating step to form a negative electrode sheet It is described to form an object. Further, a secondary battery manufacturing method and a secondary battery manufacturing apparatus are described in which both electrode sheet-like materials are laminated to form an electrode winding body.

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、つまり別体で用意する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 possible to prepare each of the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator as separate parts, that is, separate bodies. In this case, for example, due to the cutting process of the positive electrode plate, the positive electrode plate and the separator are separated. There arises a problem such that a metal foreign substance enters the gap between them and the positive electrode and the negative electrode are short-circuited.

これに対し、リチウムイオン二次電池の電極材料の塗工工程において、特許文献1に記載されているように、キャリア材である集電箔の表面に、正極または負極の電極材料を塗工して塗布膜を形成し、当該塗布膜上にセパレータとなる絶縁材料を塗工することで、電極板を形成することが考えられる。これにより、上記異物による短絡の問題の発生を防ぐことができ、さらに、生産効率の向上および製造装置の小型化を可能とすることができる。   In contrast, in the coating process of the electrode material of the lithium ion secondary battery, as described in Patent Document 1, the positive electrode or the negative electrode material is applied to the surface of the current collector foil as the carrier material. It is conceivable to form an electrode plate by forming a coating film and applying an insulating material to be a separator on the coating film. Thereby, it is possible to prevent the occurrence of a short circuit problem due to the foreign matter, and it is possible to improve the production efficiency and downsize the manufacturing apparatus.

しかし、キャリア材である集電箔の表面に正極または負極の電極材料を塗工し、連続してセパレータとなる絶縁材料を塗工した場合、電極材料層と絶縁材料層の界面に電極材料と絶縁材料の混合層が形成されるため、セパレータとして機能する絶縁材料の層が薄くなる。これにより、正極と負極との短絡が発生しやすくなり、不良が発生するおそれが高くなることで、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。当該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 a positive or negative electrode material is applied to the surface of the current collector foil, which is a carrier material, and an insulating material that is to be a separator is applied continuously, the electrode material and the insulating material layer are Since the mixed layer of the insulating material is formed, the layer of the insulating material that functions as a separator is thinned. Thereby, the short circuit of a positive electrode and a negative electrode becomes easy to generate | occur | produce, and since the possibility that a defect will generate | occur | produce becomes high, the problem which the reliability of a lithium ion secondary battery falls arises. 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、結着材を含む電極材料を塗布する工程と、電極材料上に当該結着材を析出させる第1成分を含む絶縁材料を塗布する工程と、当該結着材を析出させる第2成分を含む噴霧液を電極材料に供給することで、電極材料を固化させる工程と、電極材料および絶縁材料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 representative embodiment includes a step of applying an electrode material containing a binder on the surface of a current collector foil, and a step of depositing the binder on the electrode material. A step of applying an insulating material containing one component, a step of solidifying the electrode material by supplying a spray liquid containing a second component for precipitating the binder to the electrode material, and drying the electrode material and the insulating material And a step of causing

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、集電箔の表面に結着材を含む電極材スラリを塗布する第1の塗工部と、電極材スラリ上に、当該結着材を析出させる第1成分を含む絶縁材スラリを塗布する第2の塗工部と、当該結着材を析出させる第2成分を含む固化液を電極材スラリに供給することで、電極材スラリを固化させる固化部と、電極材スラリおよび絶縁材スラリを乾燥させる乾燥室と、集電箔を、第1の塗工部、第2の塗工部、固化部および乾燥室の順に搬送する搬送部とを有するものである。   Furthermore, the manufacturing apparatus of a lithium ion secondary battery according to a representative embodiment includes a first coating unit that applies an electrode material slurry containing a binder to the surface of the current collector foil, and an electrode material slurry. By supplying the electrode material slurry with a second coating portion for applying an insulating material slurry containing a first component for precipitating the binder, and a solidified liquid containing a second component for precipitating the binder, A solidification part for solidifying the electrode material slurry, a drying chamber for drying the electrode material slurry and the insulating material slurry, and a current collector foil in the order of the first coating part, the second coating part, the solidification part and the drying room. And a transport unit for transporting.

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.

本発明の一実施の形態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 one embodiment 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度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. リチウムイオン二次電池の構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of a lithium ion secondary battery. 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.

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.

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。本実施の形態では、リチウムイオン二次電池の小型化に伴い、セパレータとなる絶縁材料層を薄く設計する場合であっても、電極材料層と絶縁材料層の界面近傍の混合層を薄くできる方法を説明する。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。   Below, the manufacturing method and manufacturing apparatus of the lithium ion secondary battery in this Embodiment are demonstrated using FIG. In this embodiment, as the lithium ion secondary battery is downsized, a method for reducing the thickness of the mixed layer in the vicinity of the interface between the electrode material layer and the insulating material layer even when the insulating material layer serving as a separator is designed to be thin. Will be explained. 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、電極板である集電箔EPを送り出す集電箔送り出しロール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、集電箔送り出しロール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 according to the present embodiment includes a current collector foil delivery roll RL1 for delivering a current collector foil EP, which is an electrode plate, and a winding roll for winding the current collector foil EP. RL4. The current collector foil EP, which is a thin plate-like metal foil, is conveyed between the current collector foil feed 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、集電箔送り出しロールRL1側から巻き取りロールRL4側に向かって順に、コータDC1、コータDC2、固化室SD内の噴霧ノズルSPR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、コータDC1とローラRL2との間、コータDC2とローラRL3との間、固化室SD内、および、乾燥室DRY内の順に通る。   In the transport path of the current collector foil EP, a coater DC1, a coater DC2, a spray nozzle SPR in the solidification chamber SD, and a drying chamber DRY are arranged in this order from the current collector foil feed roll RL1 side to the take-up roll RL4 side. Yes. The conveyed current collecting foil EP passes between the coater DC1 and the roller RL2, between the coater DC2 and the roller RL3, in the solidification chamber SD, and in 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の塗工部であるコータDC1を用いて、集電箔送り出しロール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、電極材料層または第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 electrode material ES is supplied from the collector foil feed roll RL1 by using the coater DC1 which is the first coating portion disposed so as to face the roller RL2. Apply thinly and evenly on the surface of the 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 an electrode material layer or 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、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の塗工部であるコータDC2から供給される絶縁材料IF1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IF1からなる膜を、絶縁材料層または第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, on the surface of the first coating film, the insulating material IF1 supplied from the coater DC2, which is the second coating portion provided so as to face the roller RL3, is thinly and uniformly applied. This process is called a second coating process. In addition, the film made of the insulating material IF1 applied on the first coating film in the second coating process is referred to as an insulating material layer or 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.

ここで、絶縁材料IF1は、電極材料層である第1塗布膜の表面層のバインダ成分を析出させる成分を含有している。ここでは、バインダ成分を析出させる成分を固化材または固化液と呼ぶ。本実施の形態のリチウムイオン二次電池の特徴の一つは、上記のように、絶縁材料IF1が固化材を含んでいることにある。第2の塗工工程では、固化材を含む絶縁材料IF1が第1塗布膜の表面に接する。当該固化材が第1塗布膜の表面層に接触すると、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。   Here, insulating material IF1 contains the component which deposits the binder component of the surface layer of the 1st coating film which is an electrode material layer. Here, the component which precipitates a binder component is called a solidification material or a solidification liquid. One of the features of the lithium ion secondary battery of the present embodiment is that the insulating material IF1 includes a solidifying material as described above. In the second coating process, the insulating material IF1 including the solidifying material is in contact with the surface of the first coating film. When the solidifying material comes into contact with the surface layer of the first coating film, the solidified liquid enters the first coating film while dissolving in the solvent in the first coating film.

これにより、第1塗布膜の表面層で固化液濃度が増加すると、第1塗布膜内の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。つまり、第1塗布膜の表面層のバインダが析出することで、電極材料である第1塗布膜を構成する活物質が固定される。よって、第1塗布膜の表面層が固化することで、第1塗布膜上の第2塗布膜内に、第1塗布膜を構成する活物質が混入することを防ぐことができる。なお、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。   As a result, when the concentration of the solidified liquid in the surface layer of the first coating film increases, the solubility of the binder in the first coating film decreases, so that the binder is deposited and only the surface layer of the first coating film is fixed. That is, the binder of the surface layer of the first coating film is deposited, so that the active material constituting the first coating film that is the electrode material is fixed. Therefore, solidification of the surface layer of the first coating film can prevent the active material constituting the first coating film from being mixed into the second coating film on the first coating film. The surface layer of the first coating film means the first coating film in the vicinity of the surface including the surface of the first coating film.

また、バインダは、第1塗布膜の乾燥後に、第1塗布膜を構成する粉末成分間を結着し、さらに、粉末成分と集電箔との間を結着する役割を有している成分である。また、電極材料に導電助剤が含まれている場合には、バインダは当該粉末と導電助剤とを結着する役割を有する。第1塗布膜を構成する粉末は、例えば正極活物質粉末または負極活物質粉末である。   The binder is a component having a role of binding between the powder components constituting the first coating film and further binding between the powder component and the current collector foil after the first coating film is dried. It is. When the electrode material contains a conductive additive, the binder has a role of binding the powder and the conductive additive. The powder constituting the first coating film is, for example, a positive electrode active material powder or a negative electrode active material powder.

次に、固化室SD内の噴霧ノズルSPRから、電極材料層内のバインダを析出させる成分、つまり固化材を含有する噴霧液LIQを、第1塗布膜および第2塗布膜からなる積層膜に供給する。ここでは、噴霧ノズルSPRから噴霧液LIQを噴霧する。これにより、電極材料層である第1塗布膜の内部のバインダが析出することで、第1塗布膜の表面層のみでなく、第1塗布膜の内部の活物質も固定される。つまり、この固化工程では、電極材料層である第1塗布膜の全体が固化される。なお、本願では、固化室SD内の噴霧ノズルSPRを用いて固化材である噴霧液LIQを噴霧し、噴霧対象の塗布膜を固化させる構成を固化部と呼ぶ。   Next, a component for precipitating the binder in the electrode material layer, that is, the spray liquid LIQ containing the solidifying material is supplied from the spray nozzle SPR in the solidification chamber SD to the laminated film composed of the first coating film and the second coating film. To do. Here, the spray liquid LIQ is sprayed from the spray nozzle SPR. As a result, the binder inside the first coating film that is the electrode material layer is deposited, so that not only the surface layer of the first coating film but also the active material inside the first coating film is fixed. That is, in this solidification step, the entire first coating film that is the electrode material layer is solidified. In the present application, a configuration in which the spray liquid LIQ that is a solidification material is sprayed using the spray nozzle SPR in the solidification chamber SD and the coating film to be sprayed is solidified is referred to as a solidification unit.

次に、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 is transported into a drying chamber DRY which 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.

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。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。   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. 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、電解液を注入する。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. Then, after arranging the group of these electrode pairs welded in the battery can, 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、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.

正極板を形成する場合、第1の塗工工程において塗布する電極材料ES、つまり正極材料は、例えば、リチウム含有複合酸化物からなる活物質と、導電助剤であるカーボンとを混合した混合物を含むものである。当該正極材料は、例えば、ポリフッ化ビニリデンからなる結着材(バインダ)をNメチルピロリドン(NMP:N-methylpyrrolidone)に溶解させた溶液に、当該混合物を混練したスラリである。   When forming the positive electrode plate, the electrode material ES to be applied in the first coating step, that is, the positive electrode material is, for example, a mixture of an active material made of a lithium-containing composite oxide and carbon as a conductive additive. Is included. The positive electrode material is, for example, a slurry obtained by kneading the mixture in a solution in which a binder (binder) made of polyvinylidene fluoride is dissolved in N-methylpyrrolidone (NMP).

正極の製造工程において、絶縁材料IF1には、スチレンブタジエンゴムからなる結着材(バインダ)を、電極材料の表面層のバインダ成分を析出させる成分、つまり固化材の一つであるエタノール添加水に溶解させた溶液に、シリカ(SiO)の粉体を混練したスラリを用いる。また、固化部である固化室SDで供給する固化液である噴霧液LIQには、電極材料のバインダ成分を析出させる成分、つまり固化材の一つであるエタノール添加水を用いる。 In the manufacturing process of the positive electrode, the insulating material IF1 is a binder (binder) made of styrene butadiene rubber, and is added to a component for precipitating the binder component of the surface layer of the electrode material, that is, ethanol-added water which is one of solidifying materials. A slurry in which silica (SiO 2 ) powder is kneaded is used in the dissolved solution. Moreover, the spray liquid LIQ which is a solidification liquid supplied in the solidification chamber SD which is a solidification part uses a component for precipitating the binder component of the electrode material, that is, ethanol-added water which is one of the solidification materials.

また、負極板を形成する場合、第1の塗工工程において塗布する電極材料ES、つまり負極材料は、例えば炭素材料(カーボン材料)からなる負極活物質を含むものである。当該負極材料は、例えば、ポリフッ化ビニリデンからなる結着材(バインダ)を、Nメチルピロリドン(NMP)に溶解させた溶液に、当該負極活物質を混練したスラリである。   Moreover, when forming a negative electrode plate, electrode material ES applied in a 1st coating process, ie, negative electrode material, contains the negative electrode active material which consists of carbon materials (carbon material), for example. The negative electrode material is, for example, a slurry obtained by kneading the negative electrode active material in a solution in which a binder (binder) made of polyvinylidene fluoride is dissolved in N methylpyrrolidone (NMP).

負極の製造工程において、絶縁材料IF1には、スチレンブタジエンゴムからなる結着材(バインダ)を、電極材料の表面層のバインダ成分を析出させる成分、つまり固化材の一つであるエタノール添加水に溶解させた溶液に、シリカ(SiO)の粉体を混練したスラリを用いる。また、固化室SDで供給する固化液である噴霧液LIQには、電極材料のバインダ成分を析出させる成分、つまり固化材の一つであるエタノール添加水を用いる。 In the negative electrode manufacturing process, a binder (binder) made of styrene butadiene rubber is used as the insulating material IF1 as a component for precipitating the binder component of the surface layer of the electrode material, that is, ethanol-added water which is one of solidifying materials. A slurry in which silica (SiO 2 ) powder is kneaded is used in the dissolved solution. The spray liquid LIQ, which is a solidified liquid supplied in the solidifying chamber SD, uses a component that deposits the binder component of the electrode material, that is, ethanol-added water that is one of the solidified materials.

以下に、上述した各材料の具体例を示す。   Below, the specific example of each material mentioned above is shown.

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 .

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.

上記結着材であるバインダは、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 as the binder 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.

電極材料層、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 material 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.

また、本実施の形態で用いる絶縁材料IF1には、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。 For the insulating material IF1 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IF1に用いる無機酸化物粒子を決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 fixing inorganic oxide particles used for the insulating material IF1. 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.

また、本実施の形態において、絶縁材料IF1に含まれる固化液の材料は、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たものを用いることが重要である。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。   In the present embodiment, it is important to use the material of the solidified liquid contained in the insulating material IF1 that is appropriately selected for 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、固化室SD内の噴霧ノズルSPRから、固化液、つまり噴霧液LIQを均一に噴霧するためには、第1塗布膜および第2塗布膜からなる積層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る。噴霧液LIQには、例えば、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塗布膜および第2塗布膜からなる積層膜と、固化液との濡れ性が悪い場合、当該積層膜の表面に、固化液が複数箇所に分散して島状に付着し、当該積層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。つまり、噴霧液LIQを構成する固化液は、当該積層膜の表面との親和性が良い成分である必要がある。   In addition, in order to uniformly spray the solidified liquid, that is, the spray liquid LIQ from the spray nozzle SPR in the solidification chamber SD, the wettability between the solidified liquid and the laminated film composed of the first coating film and the second coating film is also considered. Thus, a solidified liquid should be selected. For example, a mixture of water and alcohol is preferably used as the spray liquid LIQ. When the wettability between the laminated film consisting of the first coating film and the second coating film and the solidified liquid is poor, the solidified liquid is dispersed in a plurality of locations on the surface of the laminated film and adheres in an island shape. This is because the solidified liquid cannot be supplied uniformly to the surface of the laminated film. That is, the solidified liquid constituting the spray liquid LIQ needs to be a component having good affinity with the surface of the laminated film.

当該混合物内のアルコールの濃度は、例えば20〜80%であることが望ましい。ただし、より好ましくは、当該アルコールの濃度が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、上記積層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。   The concentration of alcohol in the mixture is preferably 20 to 80%, for example. However, more preferably, the concentration of the alcohol is 40 to 60%. When the alcohol concentration is lower than the above concentration range, the wettability between the laminated film and the solidified liquid deteriorates. 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.

噴霧液LIQを構成する固化液が、上記積層膜の表面、つまり第2塗布膜の表面との濡れ性が高い場合、つまり親和性が良好な場合、噴霧液LIQは、水のみにより構成されていてもよい。また、固化液を安全に取り扱うことができる場合、噴霧液LIQは、アルコールのみにより構成されていてもよい。   When the solidifying liquid constituting the spray liquid LIQ has high wettability with the surface of the laminated film, that is, the surface of the second coating film, that is, when the affinity is good, the spray liquid LIQ is composed only of water. May be. Further, when the solidified liquid can be handled safely, the spray liquid LIQ may be composed of only alcohol.

具体的に、本実施の形態で負極板を形成する場合、電極材料ESを構成する負極活物質には、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。   Specifically, when forming the negative electrode plate in the present embodiment, for example, a graphite material such as natural graphite (flaky graphite), artificial graphite, or expanded graphite is used as the negative electrode active material constituting the electrode material ES. be able to. 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).

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.

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を図2に示し、図3に、当該混合層の厚さの評価を行った結果を示す。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, FIG. 2 shows the mixed layer formed at the interface between the electrode layer and the insulating layer in the manufacturing method of the present embodiment, and FIG. 3 shows the result of the evaluation of the thickness of the mixed layer. 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2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2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。電極層ELは、上述した第1塗布膜を乾燥させて形成した膜であり、絶縁層SELは、上述した第2塗布膜を乾燥させて形成した膜である。   FIG. 2 shows a cross-sectional view of an electrode plate constituting a lithium ion secondary battery. As shown in FIG. 2, an electrode layer EL having a thickness L1 and an insulating layer SEL that is a separator having a thickness L2 are sequentially stacked on the current collector foil EP. The electrode layer EL is a film formed by drying the first coating film described above, and the insulating layer SEL is a film formed by drying the second coating film described above.

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2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。混合層MIXは、電極層ELと絶縁層SELとの界面を含む領域であって、電極層ELの内部から絶縁層SELの内部に亘って形成されている。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30〜500μmであり、絶縁層の厚さL2は、例えば10〜20μmである。   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. 2, the upper end and the lower end of the mixed layer MIX are indicated by broken lines. The mixed layer MIX is a region including the interface between the electrode layer EL and the insulating layer SEL, and is formed from the inside of the electrode layer EL to the inside of the insulating layer SEL. In the present embodiment, the thickness L1 of the electrode layer constituting the positive electrode plate after the drying step is, for example, 30 to 500 μm, and the thickness L2 of the insulating layer is, for example, 10 to 20 μm.

また、図2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3に示す。図3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2参照)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3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。   Moreover, the result of having evaluated the film thickness of the mixed layer MIX by the said SEM observation based on sectional drawing shown in FIG. 2 is shown in FIG. FIG. 3 shows the thickness of each mixed layer MIX (see FIG. 2) of the lithium ion secondary battery of the present embodiment described above and a lithium ion secondary battery of a second comparative example 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. 3 indicates the thickness of the mixed layer, and the horizontal axis indicates the conveyance speed of the current collector foil.

本発明者らは、上記評価を行った結果、下記の事項を見出した。   As a result of the above evaluation, the present inventors have found the following matters.

すなわち、図3に四角のプロットで示すように、後述する第2の比較例では、集電箔の搬送速度により、混合層の膜厚が変化している。つまり、集電箔の搬送速度が遅い程、混合層MIXの厚さが大きくなっている。これに対し、集電箔の搬送速度は100m/minとしても、混合層の厚さは10μm以下とならない。また、実用的な集電箔の搬送速度でも、混合層の厚さは10μm以上となる。   That is, as shown by a square plot in FIG. 3, in the second comparative example described later, the film thickness of the mixed layer varies depending on the conveying speed of the current collector foil. That is, the thickness of the mixed layer MIX increases as the conveying speed of the current collector foil decreases. On the other hand, even if the conveyance speed of the current collector foil is 100 m / min, the thickness of the mixed layer does not become 10 μm or less. Moreover, the thickness of the mixed layer is 10 μm or more even at a practical speed of conveying the current collector foil.

混合層MIXは、絶縁層SELに電極層ELが混ざることで、絶縁性を失った膜である。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おそれがある。また、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おそれがある。つまり、絶縁層を薄膜化しようとすると、短絡発生の可能性が高くなる。   The mixed layer MIX is a film that has lost its insulating property when the electrode layer EL is mixed with the insulating layer SEL. When the mixed layer MIX is formed with a relatively large thickness, the thickness of the insulating layer SEL having an insulating function may be thinner than originally intended. Further, when the insulating layer SEL is thinned, the electrode material constituting the mixed layer MIX may be exposed above the insulating layer SEL. That is, if the insulating layer is made thin, the possibility of occurrence of a short circuit increases.

これに対し、図3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MIXの厚さL3(図2参照)は、集電箔の搬送速度によらず、常に4μm以下になっている。このことから、本発明者らは、本実施の形態の製造方法により形成したリチウムイオン二次電池であれば、絶縁層SEL(図2参照)を薄膜化する場合に、短絡の発生を防ぐことができることを見出した。   On the other hand, as shown by a round plot in FIG. 3, the thickness L3 (see FIG. 2) of the mixed layer MIX in the manufacturing method of the present embodiment is always 4 μm or less regardless of the conveying speed of the current collector foil. It has become. From this, the present inventors can prevent the occurrence of a short circuit when the insulating layer SEL (see FIG. 2) is thinned if the lithium ion secondary battery is formed by the manufacturing method of the present embodiment. I found out that I can.

図1を用いて説明した上記の製造工程では、集電箔EPの片面に、電極材料ESおよび絶縁材料IF1を順に塗工して、正極または負極の電極シートを製造する例を記載した。集電箔EPの両面のそれぞれに電極材料ESおよび絶縁材料IF1を塗工する場合には、上述した製造工程の後、巻き取りロールRL4に巻き取られた電極シートを反転させて、再度同一の工程を経て、集電箔EPの上記片面の反対側の面を塗工することが考えられる。   In the manufacturing process described with reference to FIG. 1, an example is described in which the electrode material ES and the insulating material IF1 are sequentially coated on one surface of the current collector foil EP to manufacture a positive electrode or negative electrode sheet. When the electrode material ES and the insulating material IF1 are applied to both surfaces of the current collector foil EP, the electrode sheet wound around the take-up roll RL4 is reversed after the manufacturing process described above, and again the same It is conceivable that the surface opposite to the one surface of the current collector foil EP is applied through the process.

ここで、リチウムイオン二次電池の基本的な動作原理について、図4を用いて説明する。図4は、リチウムイオン二次電池の構造を示す模式図である。   Here, the basic operation principle of the lithium ion secondary battery will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing the structure of a lithium ion secondary battery.

リチウムイオン二次電池は、図4に示すように、非水電解質二次電池の一種であり、電解質中のリチウムイオンが電気伝導を担う二次電池である。正極材量である活物質PAにはリチウム金属酸化物を用い、負極材料である活物質NAにはグラファイトなどの炭素材を用いている。また、電解質からなる電解液ELQには炭酸エチレンなどの有機溶剤とヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)などのリチウム塩とを用いる。電池内では、充電時にリチウムイオンは正極PEから出て負極NEに入り、放電時には逆に、リチウムイオンは負極NEから出て正極PEに入る。正極PEの集電箔には、Al(アルミニウム)からなるAl箔AFが用いられ、負極NEの集電箔には、Cu(銅)からなるCu箔CFが用いられている。 As shown in FIG. 4, the lithium ion secondary battery is a kind of non-aqueous electrolyte secondary battery, and is a secondary battery in which lithium ions in the electrolyte bear electric conduction. A lithium metal oxide is used for the active material PA that is the amount of the positive electrode material, and a carbon material such as graphite is used for the active material NA that is the negative electrode material. Further, an organic solvent such as ethylene carbonate and a lithium salt such as lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) are used for the electrolyte ELQ made of an electrolyte. In the battery, lithium ions exit from the positive electrode PE and enter the negative electrode NE during charging, and conversely during discharge, the lithium ions exit from the negative electrode NE and enter the positive electrode PE. Al foil AF made of Al (aluminum) is used for the current collector foil of the positive electrode PE, and Cu foil CF made of Cu (copper) is used for the current collector foil of the negative electrode NE.

リチウムイオン二次電池は、例えば、正極材料を塗工した正極板と、負極材料を塗工した負極板と、正極板と負極板の接触を防止するポリマフィルムなどのセパレータSPとを捲回した電極捲回体を備えている。そして、リチウムイオン二次電池は、この電極捲回体が外装缶に挿入されるとともに、外装缶内に電解液が注入された構成を有している。つまり、リチウムイオン二次電池は、金属箔に正極材料を塗工した正極板と、金属箔に負極材料を塗工した負極板とが帯状に形成され、帯状に形成された正極板と負極板とが直接接触しないように、セパレータを介して重ねられた積層体を有している。この積層体を捲回することで、渦巻状の断面を有する上記電極捲回体が形成される。   In the lithium ion secondary battery, for example, a positive electrode plate coated with a positive electrode material, a negative electrode plate coated with a negative electrode material, and a separator SP such as a polymer film that prevents contact between the positive electrode plate and the negative electrode plate are wound. An electrode winding body is provided. The lithium ion secondary battery has a configuration in which the electrode winding body is inserted into the outer can and the electrolyte is injected into the outer can. In other words, a lithium ion secondary battery has a positive electrode plate coated with a positive electrode material on a metal foil and a negative electrode plate coated with a negative electrode material on a metal foil. The positive electrode plate and the negative electrode plate formed into a band shape. In order to prevent direct contact with each other, the laminated body is stacked via separators. The electrode winding body having a spiral cross section is formed by winding the laminated body.

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方法を説明する。   Below, the manufacturing method of the lithium ion secondary battery of a 1st comparative example is demonstrated.

図5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5に示すように、リチウムイオン二次電池の製造工程は、正極電極シート製造工程と負極電極シート製造工程と電池セルの組立工程とモジュール組立工程とを含んでいる。   FIG. 5 is a flowchart schematically showing specific steps until a lithium ion secondary battery is manufactured. As shown in FIG. 5, the manufacturing process of the lithium ion secondary battery includes a positive electrode sheet manufacturing process, a negative electrode sheet manufacturing process, a battery cell assembly process, and a module assembly process.

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5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。次に、フィルム状の金属箔に当該スラリ材料を塗工し、続いて乾燥する(図5に示す塗工工程)。その後、スラリ材料が塗工された金属箔に圧縮または切断などの加工を行い(図5に示す加工工程)、フィルム状の正極電極シートを形成する。   In the manufacturing process of the lithium ion secondary battery in the first comparative example, first, the electrode material is adjusted. The electrode material used to form the electrode layer constituting the positive electrode or the negative electrode of the lithium ion secondary battery is composed of an active material capable of releasing and occluding lithium ions by charge and discharge, and a conductive auxiliary powder. It is a high-viscosity slurry-like liquid formed by kneading and dispersing with a binder and a solvent for binding (kneading and blending step shown in FIG. 5). Next, the slurry material is applied to a film-like metal foil, followed by drying (a coating process shown in FIG. 5). Thereafter, the metal foil coated with the slurry material is subjected to processing such as compression or cutting (processing step shown in FIG. 5) to form a film-like positive electrode sheet.

一方、負極電極シート製造工程は、上述した正極電極シート製造工程と同様の手順で行われる。ただし、上述した正極電極シート製造工程で用いた各種材料と、負極電極シート製造工程で用いる各種材料とは、異なる場合がある。つまり、まず、負極材料の原料となる各種材料を混練および調合してスラリ材料(負極材料)を作成する(図5に示す混練・調合工程)。その後、フィルム状の金属箔に当該スラリ材料を塗工、乾燥する(図5に示す塗工工程)。続いて、スラリ材料が塗工された金属箔に圧縮または切断などの加工を行い(図5に示す加工工程)、フィルム状の負極電極シートを製造する。   On the other hand, a negative electrode sheet manufacturing process is performed in the same procedure as the positive electrode sheet manufacturing process mentioned above. However, the various materials used in the positive electrode sheet manufacturing process described above may be different from the various materials used in the negative electrode sheet manufacturing process. That is, first, a slurry material (negative electrode material) is prepared by kneading and preparing various materials as raw materials for the negative electrode material (kneading and preparing step shown in FIG. 5). Thereafter, the slurry material is applied to a film-like metal foil and dried (application step shown in FIG. 5). Subsequently, the metal foil coated with the slurry material is subjected to processing such as compression or cutting (processing step shown in FIG. 5) to produce a film-like negative electrode sheet.

その後、電極セル組立工程では、捲回と呼ばれる工程で、上記の正極電極シートおよび負極電極シートから、電池セルに必要な大きさの正極および負極を切り出す。また、これとともに、上記の正極電極シートと負極電極シートとを分離するための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のセパレータを切り出し、正極および負極に、切り出したセパレータを挟んで重ねて捲き合わせる(図5に示す捲回工程)。その後、捲き合わせた正極、負極およびセパレータからなる電極対の群を組み立てて溶接する(図5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、電解液が注入(図5に示す注液工程)された電池缶内に配置した後、電池缶を完全に密閉する(図5に示す封口工程)。これにより、電池セルを作成する。   Thereafter, in the electrode cell assembly process, a positive electrode and a negative electrode having a size necessary for the battery cell are cut out from the positive electrode sheet and the negative electrode sheet in a process called winding. Along with this, a separator having a size necessary for the battery cell is cut out from the film-like separator material for separating the positive electrode sheet and the negative electrode sheet, and the cut separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode. (A winding process shown in FIG. 5). Thereafter, a group of electrode pairs composed of the joined positive electrode, negative electrode, and separator is assembled and welded (welding / assembly process shown in FIG. 5). Then, after arranging the group of these electrode pairs welded in the battery can into which the electrolytic solution has been injected (the injection step shown in FIG. 5), the battery can is completely sealed (the sealing step shown in FIG. 5). Thereby, a battery cell is created.

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5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単電池検査工程を行う(図5に示す単電池検査工程)。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 step, the cells of the lithium ion secondary battery created in the cell assembly step are repeatedly charged and discharged (charge / discharge step shown in FIG. 5). Thereby, the cell inspection process regarding the performance and reliability of a battery cell is performed (cell inspection process shown in FIG. 5). 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.

次に、モジュール組立工程では、電池セルを複数個直列に組み合わせて電池モジュールを構成し、さらに、充/放電制御用コントローラを接続して電池システムを構成する(図5に示すモジュール組立工程)。その後、モジュール検査工程において、モジュール組立工程において組み立てられた電池モジュールの性能および信頼性に関する検査を行う(図5に示すモジュール検査工程)。このモジュール検査工程では、例えば、電池モジュー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。   Next, in the module assembly process, a battery module is configured by combining a plurality of battery cells in series, and a battery system is configured by connecting a controller for charge / discharge control (module assembly process shown in FIG. 5). Thereafter, in the module inspection process, the battery module assembled in the module assembly process is inspected for performance and reliability (module inspection process shown in FIG. 5). In this module inspection step, for example, the capacity or voltage of the battery module is inspected, or the current or voltage during charging or discharging is inspected.

本実施の形態のリチウムイオン二次電池の製造方法および製造装置では、正極または負極の電極シート製造工程において、電極材料層の上に絶縁材料層を塗布し、その後乾燥工程を行うことで、電極層と、セパレータである絶縁層とが一体となった電極板を形成することができる。このため、上記第1の比較例に対し、電池セル組立工程において、セパレータを捲回する工程において、加工したセパレータを用意する工程を省略することができる。これにより、リチウムイオン二次電池の製造工程のスループットを向上させることができる。   In the manufacturing method and the manufacturing apparatus of the lithium ion secondary battery according to the present embodiment, in the electrode sheet manufacturing process of the positive electrode or the negative electrode, the insulating material layer is applied on the electrode material layer, and then the drying process is performed. An electrode plate in which a layer and an insulating layer as a separator are integrated can be formed. For this reason, in the battery cell assembling step, the step of preparing the processed separator can be omitted in the step of winding the separator in the battery cell assembly step. Thereby, the throughput of the manufacturing process of a lithium ion secondary battery can be improved.

以下では、第2の比較例のリチウムイオン二次電池の製造方法について、図6を用いて説明する。図6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。   Below, the manufacturing method of the lithium ion secondary battery of a 2nd comparative example is demonstrated using FIG. FIG. 6 is a schematic diagram showing a lithium-ion secondary battery manufacturing apparatus in a second comparative example.

図6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。キャリア材である集電箔EPの片面に電極材料ES、および絶縁材料IF2を塗布する製造工程例を示す。第2の比較例の製造工程は、電極シートの片面に対して塗工を行うものである。第2の比較例の製造工程では、まず、集電箔送り出しロールRL1から送り出される集電箔EPの一方の面に対し、ローラRL2に対抗するコータDC1から供給される電極材料ESが塗工される。   In FIG. 6, the structure of the single-sided application type electrode plate manufacturing apparatus in the 2nd comparative example is shown. An example of a manufacturing process in which the electrode material ES and the insulating material IF2 are applied to one surface of the current collector foil EP that is a carrier material will be described. In the manufacturing process of the second comparative example, coating is performed on one side of the electrode sheet. In the manufacturing process of the second comparative example, first, the electrode material ES supplied from the coater DC1 that opposes the roller RL2 is applied to one surface of the current collector foil EP fed from the current collector foil feed roll RL1. The

続いて、塗工された電極材料ES上に、ローラRL3と対抗する位置のコータDC2から供給される絶縁材料IF2が塗工される。次に、集電箔EPが乾燥室DRYを通過することで、電極材料ESおよび絶縁材料IF2が乾燥され、巻き取りロールRL4に巻き取られ、正極電極シートが製造される。この乾燥工程では、電極材料ESからなる第1塗布膜が乾燥することで電極層となり、絶縁材料IF2からなる第2塗布膜が乾燥することで絶縁層、つまりセパレータとなる。   Subsequently, the insulating material IF2 supplied from the coater DC2 at a position facing the roller RL3 is applied on the applied electrode material ES. Next, when the current collector foil EP passes through the drying chamber DRY, the electrode material ES and the insulating material IF2 are dried, wound on the winding roll RL4, and the positive electrode sheet is manufactured. In this drying step, the first coating film made of the electrode material ES is dried to form an electrode layer, and the second coating film made of the insulating material IF2 is dried to form an insulating layer, that is, a separator.

以上のように、スラリ状の正極材料と絶縁材料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、両方の塗布膜を同時に乾燥、固着させることができるため、第2の比較例は第1の比較例に比べて製造工程の効率がよい。   As described above, after the slurry-like positive electrode material and the insulating material are applied in layers, both coating films can be dried and fixed simultaneously through the heating / drying process in the drying chamber DRY. The example is more efficient in the manufacturing process than the first comparative example.

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2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3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3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2参照)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、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, the current on the current collector foil EP of the electrode plate 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 a square plot in FIG. 3, the film thickness of the mixed layer MIX (see FIG. 2) 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 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.

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なる。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、図1に示すように、電極層となる1層目の第1塗布膜を塗工した後、絶縁層となる2層目の第2塗布膜として、固化材を含む絶縁材料IF1を塗工している。これにより、第1塗布膜の表面層が固化される。このように、絶縁材料IF1を塗工する際に、第1塗布膜の表面層を固化することで、電極材料ESと絶縁材料IF1とが混ざり、混合層MIX(図2参照)が大きい厚さで形成されることを防ぐことができる。   In contrast to the second comparative example described above, the method of manufacturing the lithium ion secondary battery of the present embodiment, as shown in FIG. 1, after applying the first coating film of the first layer that becomes the electrode layer, An insulating material IF1 including a solidifying material is applied as the second coating film of the second layer that becomes the insulating layer. Thereby, the surface layer of the first coating film is solidified. As described above, when the insulating material IF1 is applied, the electrode layer ES and the insulating material IF1 are mixed by solidifying the surface layer of the first coating film, and the mixed layer MIX (see FIG. 2) has a large thickness. Can be prevented.

また、本実施の形態では、上記塗工工程の後、固化室SDにおいて固化材である噴霧液LIQを第1塗布膜および第2塗布膜に供給することで、第1塗布膜および第2塗布膜を完全に固化させる。これにより、乾燥室DRYにおける乾燥工程において、電極材料ESおよび絶縁材料IF1のそれぞれの内部のバインダが流動することに起因して、電極材料ESと絶縁材料IF1とが混ざり、混合層MIX(図2参照)が大きい厚さで形成されることを防ぐことができる。   In the present embodiment, after the coating process, the first coating film and the second coating film are supplied by supplying the first coating film and the second coating film with the spray liquid LIQ that is a solidifying material in the solidification chamber SD. Allow the membrane to solidify completely. Thereby, in the drying process in the drying chamber DRY, the electrode material ES and the insulating material IF1 are mixed due to the flow of the binder inside each of the electrode material ES and the insulating material IF1, and the mixed layer MIX (FIG. 2) Can be prevented from being formed with a large thickness.

上記のように、本実施の形態では、図2に示す混合層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未満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。   As described above, in the present embodiment, the thickness L3 of the mixed layer MIX shown in FIG. 2 can be reduced as compared with the second comparative example. Specifically, the thickness of the mixed layer MIX can be less than 5 μm. 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.

また、本実施の形態では、図1に示すように、乾燥工程の前に、噴霧液LIQを供給することで、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、固化室SD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が移動することで、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、混合層MIX(図2参照)が大きい厚さで形成されるおそれがある。この場合、上記バインダの移動または再融解などに起因する、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。しかし、蒸発速度を遅くすると、乾燥時間が長時間化する問題が生じる。   Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, since each coating film is completely solidified by supplying the spray liquid LIQ before the drying process, the drying process is performed at a high speed. Even if it exists, the movement of the electrode material in a 1st coating film and the insulating material in a 2nd coating film can be suppressed. That is, when the solidification process using the solidification chamber SD is not performed, the components such as the binder in each film move during the drying process because the inside of the first coating film and the second coating film are liquid during drying. Thus, convection or diffusion occurs in each membrane. For this reason, variation occurs in the distribution of the electrode material ES after drying, and the mixed layer MIX (see FIG. 2) may be formed with a large thickness. In this case, in order to suppress the convection or diffusion of the electrode material ES due to the movement or remelting of the binder, it is necessary to suppress the evaporation rate. However, when the evaporation rate is slowed, there is a problem that the drying time becomes long.

これに対し、本実施の形態では、乾燥工程前に固化室SDにおいて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 this embodiment, since each coating film is completely solidified in the solidification chamber SD before the drying step, it is possible to prevent the electrode material ES from moving during the drying step in the drying chamber DRY. It is possible to increase the evaporation rate of solvents and the like. 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.

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.

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.

AF Al箔
CF Cu箔
DC1 コータ(第1の塗工部)
DC2 コータ(第2の塗工部)
DRY 乾燥室
EL 電極層
ELQ 電解液
EP 集電箔
ES 電極材料
IF1 絶縁材料
LIQ 噴霧液
MIX 混合層
NA 活物質
NE 負極
PA 活物質
PE 正極
RL1 集電箔送り出しロール
RL2 ローラ
RL3 ローラ
RL4 巻き取りロール
SD 固化室
SEL 絶縁層
SP セパレータ
SPR 噴霧ノズル
AF Al foil CF Cu foil DC1 Coater (first coating part)
DC2 coater (second coating part)
DRY Drying chamber EL Electrode layer ELQ Electrolytic solution EP Current collecting foil ES Electrode material IF1 Insulating material LIQ Spray liquid MIX Mixed layer NA Active material NE Negative electrode PA Active material PE Positive electrode RL1 Current collecting foil feed roll RL2 Roller RL3 Roller RL4 Winding roll SD Solidification chamber SEL Insulating layer SP Separator SPR Spray nozzle

Claims (7)

(a)集電箔の表面上に、第1の塗工部を用いて結着材を含む電極材スラリを塗布する工程、
(b)前記電極材スラリ上に、第2の塗工部を用いて、前記結着材を析出させる第1成分を含む絶縁材スラリを塗布する工程、
(c)前記(b)工程の後、前記結着材を析出させる第2成分を含む固化液を、前記電極材スラリに供給することで、前記電極材スラリを固化させる工程、
(d)前記(c)工程の後、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。
(A) The process of apply | coating the electrode material slurry containing a binder using the 1st coating part on the surface of current collection foil,
(B) A step of applying an insulating material slurry containing a first component for precipitating the binding material on the electrode material slurry using a second coating portion;
(C) a step of solidifying the electrode material slurry by supplying a solidified liquid containing a second component for precipitating the binder to the electrode material slurry after the step (b);
(D) a step of drying the electrode material slurry and the insulating material slurry after the step (c);
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、
前記第1成分および前記第2成分は、水またはアルコールを含有する、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,
The method for manufacturing a lithium ion secondary battery, wherein the first component and the second component contain water or alcohol.
請求項2記載のリチウムイオン二次電池の製造方法において、
前記アルコールがメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、ヘプタノールまたはオクタノールを含有する、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 according to claim 2,
A method for producing a lithium ion secondary battery, wherein the alcohol contains methanol, ethanol, propanol, butanol, hexanol, heptanol or octanol.
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(d)工程では、前記電極材スラリを乾燥させて電極層を形成し、前記電極材スラリ上の前記絶縁材スラリを乾燥させて絶縁層を形成し、
(e)前記集電箔、前記電極層および前記絶縁層を有する電極板を、複数重ね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,
In the step (d), the electrode material slurry is dried to form an electrode layer, the insulating material slurry on the electrode material slurry is dried to form an insulating layer,
(E) A method for producing a lithium ion secondary battery, further comprising a step of stacking a plurality of electrode plates having the current collector foil, the electrode layer, and the insulating layer.
集電箔の表面に、結着材を含む電極材スラリを塗布する第1の塗工部と、
前記電極材スラリ上に、前記結着材を析出させる第1成分を含む絶縁材スラリを塗布する第2の塗工部と、
前記結着材を析出させる第2成分を含む固化液を、前記電極材スラリに供給することで、前記電極材スラリを固化させる固化部と、
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2の塗工部、前記固化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 portion for applying an electrode material slurry containing a binder to the surface of the current collector foil;
A second coating portion for applying an insulating material slurry containing a first component for precipitating the binder on the electrode material slurry;
A solidifying part for solidifying the electrode material slurry by supplying a solidified liquid containing a second component for precipitating the binder to the electrode material slurry;
A drying chamber for drying the electrode material slurry and the insulating material slurry;
A transport unit that transports the current collector foil in the order of the first coating unit, the second coating unit, the solidifying unit, and the drying chamber;
An apparatus for producing a lithium ion secondary battery.
請求項5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成分および前記第2成分は、水またはアルコールを含有する、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 5,
The said 1st component and the said 2nd component are the manufacturing apparatuses of a lithium ion secondary battery containing water or alcohol.
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、
前記アルコールがメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、ヘプタノールまたはオクタノールを含有する、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,
An apparatus for producing a lithium ion secondary battery, wherein the alcohol contains methanol, ethanol, propanol, butanol, hexanol, heptanol or octanol.
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