JP2016025051A - 電極の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】集電体の少なくとも一方の面に形成された活物質層の表面に電気的絶縁性のオーバーコート層を形成するオーバーコート層形成工程(セラミックスラリー塗工工程S4)を備える。オーバーコート層形成工程は、オーバーコート層を構成する粒子状のオーバーコート材(セラミック粒子)と、バインダとが溶媒に分散されたスラリーを、活物質層が形成された集電体上に活物質層を覆うように塗布する。スラリーは、スラリー中のオーバーコート材の固形分率(%)が、100×(オーバーコート層の膜厚)/(活物質層を構成する活物質の粒径)より小さいという条件を満たす。
【選択図】図2
Description
図2に示すように、電極の製造方法は、混練工程S1と、塗工工程S2と、プレス工程S3と、オーバーコート層形成工程としてのセラミックスラリー塗工工程S4と、切断工程S5と、減圧乾燥工程S6と、打ち抜き工程S7とを備える。
前記7工程のうち、セラミックスラリー塗工工程S4を除く他の工程、即ち混練工程S1、塗工工程S2、プレス工程S3、切断工程S5、減圧乾燥工程S6及び打ち抜き工程S7は従来の電極製造工程における各工程と基本的に同様であるため、セラミックスラリー塗工工程S4について説明する。
セラミックスラリー塗工部12は、バックアップロール17に沿って移動する電極前駆体15の表面に、セラミックスラリーSをダイヘッド18から吐出して塗布する。ダイヘッド18は、セラミックスラリーSが貯留される貯留部18aと、貯留部18aに貯留されたセラミックスラリーSが吐出される吐出口18bとを備えている。ダイヘッド18の貯留部18aには、セラミックスラリーSが図示しないタンクから図示しないポンプにより圧送され、吐出口18bから吐出されるようになっている。バックアップロール17は、ダイヘッド18による電極前駆体15に対するセラミックスラリーSの塗布が可能な塗工位置と、ダイヘッド18による電極前駆体15に対するセラミックスラリーSの塗布が不能な退避位置とにダイヘッド18に対して相対移動可能に設けられている。
セラミック層33は、膜厚が厚いと電池性能を悪化させる為、性能を維持できる範囲内で薄く形成することが好ましい。この為、セラミックスラリーSは、塗工直後の膜厚(以降、ウェット膜厚)においても、活物質層32に対し、数分の一以下の薄さで塗工される。しかしながら、凹部は、セラミック層33の一部のみで発生し、且つ、活物質層32が露出する箇所も、その内で一部に留まっている。また、セラミックスラリーSは、帯状の電極前駆体15への塗工直後に乾燥部13を通過し、セラミック粒子36同士又は活物質層32の最外層の活物質35との間が、バインダにより固定される。したがって、セラミックスラリーSの活物質層32内への侵入は、塗工から乾燥部通過までの短い時間に発生することより、凹部が発生した場合にも、セラミックスラリーSの侵入は、活物質層32の最外層の活物質粒子間迄に止まるものと推定される。塗膜は、一旦途切れると、表面張力により途切れた状態が維持されやすく、レベリング性が損なわれる。セラミックスラリーSが活物質層32の最外層に侵入した場合にも、活物質層32の表面の塗膜が残っていれば、周囲のセラミックスラリーSが凹部に流入しやすく、活物質の露出を抑制する効果が期待できる。従って、セラミックスラリーSの塗工直後のウェット膜厚の厚みを、活物質の粒径よりも大きく設定し、セラミックスラリーSの活物質層32への侵入が発生した場合にも、活物質層32の表面にセラミックスラリーSの塗膜を残すことが、良好なレベリング性を維持する上で有効と考えられる。
固形分率=100×(スラリーSの固形分の質量)/(スラリーSの全質量)
=100×(セラミック層の厚み×比重1)
/(ウェット膜厚の厚み×比重2)
≒100×(セラミック層の厚み)/(ウェット膜厚の厚み)
セラミック層の大部分をなすセラミック粒子は、一般的にアルミナ粒子が多用されており、アルミナ自体の比重は3.8であるが、多孔性のセラミック層を形成したときの比重(比重1)は、例えば、50%前後の空隙率を設定した場合で、1.9前後まで下がる。セラミックスラリーSの固形分率は、塗工性を考慮し、20〜40%で用いられることが多い。溶媒として一般的に用いられる水又はNMPの比重は、ほぼ1である。セラミックスラリーSの固形分率が30%の場合、セラミックスラリーSの比重、すなわちウェット膜の比重(比重2)は、1.8前後となる。説明を簡略化するためにバインダを省略したが、実際には樹脂であるバインダの影響により、比重1および比重2の値は、どちらも更に小さくなる。いずれにしても、一般的なセラミックスラリーSの塗工条件の範囲では、セラミック層の比重1と、ウェット膜の比重2との値が近い為、近似的には、セラミック層の厚みとウェット膜の厚みで、固形分率と相関を示すことができる。
固形分率<100×(セラミック層の膜厚)/(活物質の平均粒径)
ウェット膜厚=100×(セラミック層の膜厚)/(固形分率)
の関係が導かれる。
本実施形態では、負極用の活物質には、平均粒径が20μmの黒鉛を使用した。
y=0.02438x+1.19634・・・・・(1)
上記調査結果より、同じ膜厚のセラミック層を形成する場合、凹部の発生を抑制する上で、固形分率の高いセラミックスラリーSを薄く塗工するよりも、固形分率の低いセラミックスラリーSを用い、ウェット膜厚が活物質の粒径よりも厚くなるように塗工することが、有効であることが見出された。
(1)電極の製造方法は、集電体(金属箔31)の少なくとも一方の面に形成された活物質層32の表面に電気的絶縁性のオーバーコート層(セラミック層33)が形成された電極の製造方法である。そして、オーバーコート層を形成するオーバーコート層形成工程(セラミックスラリー塗工工程S4)は、オーバーコート層を構成する粒子状のオーバーコート材(セラミック粒子36)と、バインダとが溶媒に分散されたオーバーコート用スラリー(セラミックスラリーS)を、オーバーコート用スラリー中のオーバーコート材の固形分率(%)が、100×(オーバーコート層の膜厚)/(活物質層32を構成する活物質35の粒径)より小さいという条件で、活物質層32が形成された集電体上に活物質層32を覆うように塗布する。
(4)オーバーコート層形成工程は、オーバーコート用スラリーの塗布後に、乾燥手段(乾燥部13)を備え、オーバーコート用スラリー中の溶媒を除去する。この構成によれば、オーバーコート用スラリーの塗工からの経過時間が短い間に乾燥が行われるため、乾燥の際に凹部が発生しても凹部の成長が抑制される。
○ セラミック粒子はアルミナに限らず、例えば、他の金属酸化物や金属窒化物であってもよい。
○ 負極用の活物質は黒鉛に限らず、例えば、スズ系の合金化合物であってもよい。
○ セラミックスラリーSは、溶媒としてNMPの様な有機溶媒を使用するものに限らず、水溶性のバインダを使用する場合は水あるいはアルコールを使用してもよい。
○ 両面に活物質層32が形成された電極前駆体15にセラミック層33を片面ずつ順次形成する代わりに、両面に活物質層32が形成された電極前駆体15の両面に、セラミック層33を同一工程で順次形成するようにしてもよい。例えば、セラミックスラリーSを塗布するダイヘッド18を、電極前駆体15を挟むように対向して2台設ける。
○ 電極は、負極及び正極のいずれであってもよいが、一般的に正極の場合、活物質の粒径が負極の場合に比べて小さいため、特に本願発明を適用する必要は必ずしもない。しかし、活物質の粒径とオーバーコート材の粒径との差が大きな場合には、有効である。
○ 電極は、金属箔31の少なくとも片面に活物質層32が形成されていればよく、両面ではなく片面に活物質層32を有する構成であってもよい。
以下の技術的思想(発明)は前記実施形態から把握できる。
Claims (4)
- 集電体の少なくとも一方の面に形成された活物質層の表面に電気的絶縁性のオーバーコート層が形成された電極の製造方法であって、
前記オーバーコート層を形成するオーバーコート層形成工程は、前記オーバーコート層を構成する粒子状のオーバーコート材と、バインダとが溶媒に分散されたオーバーコート用スラリーを、前記オーバーコート用スラリー中の前記オーバーコート材の固形分率(%)が、100×(前記オーバーコート層の膜厚)/(前記活物質層を構成する活物質の粒径)より小さいという条件で、前記活物質層が形成された前記集電体上に前記活物質層を覆うように塗布することを特徴とする電極の製造方法。 - 前記電極は負極であり、前記活物質は黒鉛であり、前記オーバーコート層はセラミック層であり、前記セラミック層を形成するセラミック粒子の粒径は、前記黒鉛の粒径よりも小さい請求項1に記載の電極の製造方法。
- 前記オーバーコート層形成工程は、オーバーコート用スラリーの塗布後に、乾燥手段を備え、前記オーバーコート用スラリー中の溶媒を除去する請求項1又は2記載の電極の製造方法。
- 前記固形分率は、10%以上である請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の電極の製造方法。
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