JP2017079191A

JP2017079191A - リチウムイオン電池の製造方法

Info

Publication number: JP2017079191A
Application number: JP2015207852A
Authority: JP
Inventors: 智也召田; Tomoya Meshida
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-10-22
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2017-04-27

Abstract

【課題】目標粒径の湿潤造粒体を作成できるリチウムイオン電池の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の一態様は、リチウムイオン電池の製造方法において、活物質２１と結着剤２２に対して溶媒２３を噴霧して湿潤造粒体２４を作成する湿潤工程を有し、湿潤工程では、溶媒２３の液滴径を、湿潤造粒体２４の目標粒径の２／３以下とする。【選択図】図２

Description

本発明は、リチウムイオン電池の製造方法に関するものであり、特に、リチウムイオン電池の電極における電極合材層を形成する電極合材ペーストを製造する工程に関するものである。

特許文献１には、湿潤粉体の製造方法において、ミキサーの容器内に充填させた粉体に対して液体を徐々に添加しながら粉体と液体を混合させることにより湿潤粉体を製造すること、が開示されている。

特開２００７−２２２８６１号公報

特許文献１の湿潤粉体の製造方法において、添加する液体の液滴により粉体と液体とからなる湿潤粉体が形成されるが、添加する液体の液滴径を特に制御していないので、目標粒径の湿潤粉体を作成できないおそれがある。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、目標粒径の湿潤造粒体を作成できるリチウムイオン電池の製造方法を提供すること、を課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、活物質と結着剤に対して溶媒を噴霧して湿潤造粒体を作成する湿潤工程を有し、前記湿潤工程では、前記溶媒の液滴径を、前記湿潤造粒体の目標粒径の２／３以下とすること、を特徴とする。

この態様によれば、湿潤造粒体の核となる溶媒の液滴径が制御されるので、溶媒の液滴に活物質と結着剤が付着した湿潤造粒体が大きくなることを抑制でき、目標粒径の湿潤造粒体を作成できる。

また、前記湿潤工程では、前記溶媒の単位時間当たりの噴霧量を、毎分１リットル以下とすること、が好ましい。

この態様によれば、例えば溶媒の液滴同士が合わさって溶媒の液滴径が大きくなることが防止されるので、噴霧する溶媒の液滴径を所望の大きさにできる。そのため、より確実に、目標粒径の湿潤造粒体を作成できる。

本発明のリチウムイオン電池の製造方法によれば、目標粒径の湿潤造粒体を作成できる。

本実施形態における湿潤工程を示す図である。本実施形態における湿潤工程にて使用する撹拌造粒機の概略図である。湿潤造粒体のイメージ図である。評価結果を示す図である。

リチウムイオン電池の製造方法において、電極合材ペーストを電極集電体に塗布して乾燥させることにより、電極集電体に電極合材層が形成された電極が製造される。そして、この電極に使用される電極合材ペーストの製造工程においては、電極活物質と結着剤と溶媒とを混合して湿潤造粒体を作成する湿潤工程と、作成した湿潤造粒体を造粒する造粒工程と、が行われる。

本実施形態の湿潤工程においては、図１に示すように、活物質２１（電極活物質）と結着剤２２と溶媒２３とが混合され、さらに、撹拌されながら造粒されることにより、湿潤造粒体２４が作成される。活物質２１は例えば、黒鉛系材料である。結着剤２２は、例えば、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）、および／または、ポリアクリル酸ナトリウムである。溶媒２３は、例えば、水、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）水溶液、ＰＡＡ（ポリカルボン酸）水溶液、ＰＶｄＦ溶液、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）である。

本実施形態の湿潤工程では、図２に示すような撹拌造粒機１が使用される。図２に示すように、撹拌造粒機１は、容器１１と撹拌棒１２とモータ１３と噴霧部１４などを有している。この撹拌造粒機１は、モータ１３の駆動により撹拌棒１２が回転することにより、容器１１内の活物質２１と結着剤２２と溶媒２３とが撹拌されて、湿潤造粒体２４が作成される。詳しくは、噴霧部１４から容器１１内の活物質２１と結着剤２２に対して溶媒２３が噴霧されながら、撹拌棒１２により容器１１内の活物質２１と結着剤２２と溶媒２３とが撹拌される。そして、これにより、噴霧される溶媒２３の液滴を核にして、当該溶媒２３の液滴に活物質２１と結着剤２２が付着することにより、湿潤造粒体２４が作成される。

本実施形態では、噴霧部１４により噴霧される溶媒２３の液滴径Ｄ（図３参照、平均液滴径）は、湿潤造粒体２４の目標粒径（目標の平均粒径ｄ５０）の２／３以下とされる。このように湿潤造粒体２４の核となる溶媒２３の液滴径Ｄが制御されるので、溶媒２３の液滴に活物質２１と結着剤２２が付着した湿潤造粒体２４が大きくなり過ぎず、目標粒径の湿潤造粒体２４が作成される。なお、湿潤造粒体２４の目標粒径は、例えば、５００μｍ未満である。

また、本実施形態では、容器１１内への溶媒２３の投入速度、すなわち、溶媒２３の単位時間当たりの噴霧量は、毎分１リットル（１リットル／分）以下とされる。これにより、例えば噴霧する溶媒２３の液滴同士が合わさって溶媒２３の液滴径Ｄが大きくなることが防止されるので、湿潤造粒体２４が大きくなり過ぎない。そのため、より確実に、目標粒径の湿潤造粒体２４が作成される。

なお、湿潤造粒体２４の固形分率（不揮発分率、ＮＶ値）は７０％以上である。

ここで、溶媒２３の液滴径Ｄと投入速度と湿潤造粒体２４の粒径（平均粒径ｄ５０、図４では「造粒径」と表記）と電極合材層の成膜性に関する評価結果を、図４に示す。図４に示すように、溶媒２３の液滴径Ｄと投入速度と投入箇所数と湿潤造粒体２４の粒径についての条件が各々異なる実施例１〜１１について、評価を行った。

なお、当該評価において、活物質２１は黒鉛系材料とし、結着剤２２はＣＭＣおよびポリアクリル酸ナトリウムとした。また、活物質２１と結着剤２２の配合比率（重量％）は、活物質２１：結着剤２２＝（９４％〜９９．７％）：（０．３％〜６％）とした。また、湿潤造粒体２４の固形分率は７２％とした。また、粒度分布測定機として、レーザ回折・散乱式の粒子径分布測定装置（マイクロトラック・ベル株式会社製）を使用した。

また、電極合材層の成膜性については、３本のロールを有する成膜機を用いて電極集電体に電極合材ペーストを塗布した後、電極集電体に形成された電極合材層にスケやスジなどが発生しないかについて評価を行った。なお、３本のロールを有する成膜機は、湿潤造粒体２４を含む電極合材ペーストを第１のロールと第２のロールとの間の隙間から押し出して膜状に形成し、膜状の電極合材ペーストを、第２のロールで搬送して、第３のロールにより搬送させた電極集電体に転写させる。これにより、電極集電体に電極合材ペーストが塗布されて、電極集電体に電極合材層が形成される。なお、電極合材層の厚みの狙い値（図４では「狙い塗膜」と表記）は、４０μｍとした。

図４に示すように、実施例１〜５，７〜１０において、電極合材層の成膜性について良好な結果（電極合材層にスケやスジなどが発生しないという結果）が得られ、総合判定も良好な結果が得られた。ここで、実施例１〜５，７〜１０は、湿潤造粒体２４の粒径が５００μｍ未満であり、溶媒２３の液滴径Ｄが湿潤造粒体２４の粒径の２／３以下であって、かつ、溶媒２３の投入速度が毎分１リットル以下の条件を満たす実施例である。

一方、実施例６，１１において、電極合材層の成膜性について良好な結果が得られず、総合判定も良好な結果が得られなかった。ここで、実施例６は、湿潤造粒体２４の粒径が５００μｍ以上であり、溶媒２３の液滴径Ｄが湿潤造粒体２４の粒径の２／３よりも大きい条件からなる実施例である。また、実施例１１は、湿潤造粒体２４の粒径が５００μｍ以上であり、溶媒２３の投入速度が毎分１リットルよりも大きい条件からなる実施例である。

以上のように本実施形態では、活物質２１と結着剤２２に対して溶媒２３を噴霧して湿潤造粒体２４を作成する湿潤工程を有し、湿潤工程では、溶媒２３の液滴径Ｄを、湿潤造粒体２４の目標粒径の２／３以下とする。

これにより、湿潤造粒体２４の核となる溶媒２３の液滴径Ｄが制御されるので、溶媒２３の液滴に活物質２１と結着剤２２が付着した湿潤造粒体２４が大きくなり過ぎず、目標粒径の湿潤造粒体２４を作成できる。そのため、例えばロールを有する成膜機により湿潤造粒体２４を含む電極合材ペーストを電極集電体上に付与して電極合材層を形成した場合に、電極合材層にスケやスジなどが発生しない。したがって、電極集電体上における電極合材層の成膜性が向上する。また、電極の製造工程が簡略化されるので、コスト低減が図られる。

また、湿潤工程では、溶媒２３の単位時間当たりの噴霧量を、毎分１リットル以下とする。これにより、例えば溶媒２３の液滴同士が合わさって溶媒２３の液滴径が大きくなることが防止されるので、噴霧する溶媒２３の液滴径Ｄを所望の大きさにできる。そのため、より確実に、目標粒径の湿潤造粒体２４を作成できる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。

１撹拌造粒機
１１容器
１２撹拌棒
１３モータ
１４噴霧部
２１活物質
２２結着剤
２３溶媒
２４湿潤造粒体
Ｄ液滴径

Claims

活物質と結着剤に対して溶媒を噴霧して湿潤造粒体を作成する湿潤工程を有し、
前記湿潤工程では、前記溶媒の液滴径を、前記湿潤造粒体の目標粒径の２／３以下とすること、
を特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
請求項１のリチウムイオン電池の製造方法において、
前記湿潤工程では、前記溶媒の単位時間当たりの噴霧量を、毎分１リットル以下とすること、
を特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。