JP2017228429A - Method for manufacturing electrode plate of wound type secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、捲回型の二次電池に用いる帯状の電極板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a strip-shaped electrode plate used for a wound type secondary battery.
従来より、リチウムイオン二次電池などの二次電池(以下、単に電池ともいう)として、積層型及び捲回型の電極体に電解液を含浸した電池が知られている。
これらの電池では、ハイレート充放電を繰り返し行わせると、電池抵抗が上昇するなどの劣化が生じる場合がある。ハイレート充放電による電極体の急激な膨張収縮により、電極体内に保持されていた電解液が外部に押し出され、これによって、電極体内の電解液に濃度ムラが生じるためと考えられる。
Conventionally, as a secondary battery such as a lithium ion secondary battery (hereinafter, also simply referred to as a battery), a battery in which an electrolyte solution is impregnated in a laminated type or a wound type electrode body is known.
In these batteries, when high-rate charge / discharge is repeatedly performed, deterioration such as an increase in battery resistance may occur. It is considered that due to the rapid expansion and contraction of the electrode body due to the high-rate charge / discharge, the electrolytic solution held in the electrode body is pushed out, thereby causing uneven concentration in the electrolytic solution in the electrode body.
なお、上述の電解液の外部への押し出しは、捲回型の電極体を有する電池においては、捲回型電極体の軸線に沿う軸線方向への電解液の移動、即ち、帯状の電極板(正極板及び負極板)の幅方向への電解液の移動として現れる。 In addition, in the case of a battery having a wound electrode body, the above-described extrusion of the electrolyte solution to the outside moves the electrolyte solution in the axial direction along the axis line of the wound electrode body, that is, a strip-shaped electrode plate ( It appears as movement of the electrolyte in the width direction of the positive electrode plate and the negative electrode plate).
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、捲回型二次電池に用いることで、ハイレート充放電を繰り返し行わせても、電極体内に保持されていた電解液が外部に押し出されるのを抑制して、電池抵抗の上昇を抑制できる捲回型二次電池用の電極板の製造方法を提供するものである。 The present invention has been made in view of such a problem, and when used in a wound secondary battery, the electrolyte retained in the electrode body is externally exposed even when high-rate charge / discharge is repeatedly performed. An object of the present invention is to provide a method for producing an electrode plate for a wound secondary battery that can suppress extrusion and suppress an increase in battery resistance.
上記課題を解決するための本発明の一態様は、長手方向に延びた帯状の集電箔上に、少なくとも活物質粒子と増粘剤と溶媒を含む造粒体を有するペーストを塗布し乾燥して、上記長手方向に延びた帯状の活物質層を有する帯状の電極板を製造する捲回型二次電池用電極板の製造方法であって、上記ペーストを転写ロール上に塗布して第1ペースト層を形成するロール塗布工程と、上記集電箔を送る送りロールと上記転写ロールとの間の第1間隙に通した上記集電箔上に、上記ロール塗布工程で上記転写ロール上に塗布された第1ペースト層を転写して、活物質ペースト層を形成する転写工程と、上記活物質ペースト層を乾燥して、上記活物質層を形成する乾燥工程と、を備え、上記転写工程は、上記集電箔を送る上記送りロールの周速Vcを上記転写ロールの周速Vbよりも早く(Vc>Vb)し、上記第1間隙に供給された上記造粒体を上記長手方向に延ばしつつ上記集電箔に転写して、上記活物質ペースト層として、上記長手方向に長く延びたペースト凸部が多数分布した凸部分布ペースト層を形成し、上記乾燥工程は、上記凸部分布ペースト層を乾燥して、上記活物質層として、上記長手方向に長く延びた活物質凸部が多数分布した凸部分布活物質層を形成する捲回型二次電池用電極板の製造方法である。 In one embodiment of the present invention for solving the above problems, a paste having a granulated body containing at least active material particles, a thickener, and a solvent is applied to a strip-shaped current collector foil extending in the longitudinal direction and dried. A wound-type secondary battery electrode plate manufacturing method for manufacturing a strip-shaped electrode plate having a strip-shaped active material layer extending in the longitudinal direction, wherein the paste is applied on a transfer roll to form a first electrode plate. A roll coating step for forming a paste layer, and a coating on the transfer roll in the roll coating step on the current collector foil passed through a first gap between the feed roll for feeding the current collector foil and the transfer roll. A transfer step of transferring the first paste layer formed to form an active material paste layer, and a drying step of drying the active material paste layer to form the active material layer, the transfer step comprising: The peripheral speed Vc of the feed roll for feeding the current collector foil The active material paste layer is transferred to the current collector foil while extending in the longitudinal direction, the granulated body supplied to the first gap, faster than the peripheral speed Vb of the recording roll (Vc> Vb). Forming a convex distribution paste layer in which a large number of paste convexes extending in the longitudinal direction are distributed, and the drying step dries the convex distribution paste layer to form the active material layer in the longitudinal direction. This is a method for manufacturing an electrode plate for a wound secondary battery, in which a convex-distributed active material layer in which a large number of active material convex portions extending long is distributed.
一般に、電極板を製造する場合、集電箔に塗布されたペースト層及びこれを乾燥した活物質層の表面が平坦になるように、ペースト層及び活物質層を形成するのが通常である。
これに対し、本発明の捲回型二次電池用電極板の製造方法では、転写工程において、集電箔を送る送りロールの周速Vcを転写ロールの周速Vbよりも早く(Vc>Vb)し、しかも、第1間隙に供給された造粒体を、長手方向に延ばしつつ集電箔に転写して、長手方向に長く延びたペースト凸部が多数分布した凸部分布ペースト層を形成する。さらに、これを乾燥工程で乾燥して長手方向に長く延びた活物質凸部が多数分布した凸部分布活物質層を形成する。
Generally, when manufacturing an electrode plate, it is usual to form a paste layer and an active material layer so that the surface of the paste layer applied to the current collector foil and the active material layer obtained by drying the paste layer may be flat.
On the other hand, in the method for manufacturing an electrode plate for a wound secondary battery of the present invention, in the transfer step, the peripheral speed Vc of the feed roll that feeds the current collector foil is faster than the peripheral speed Vb of the transfer roll (Vc> Vb In addition, the granulated material supplied to the first gap is transferred to the current collector foil while extending in the longitudinal direction to form a convex distribution paste layer in which a large number of paste convexes extending in the longitudinal direction are distributed. To do. Further, this is dried in a drying step to form a convexity distribution active material layer in which a large number of active material projections extending in the longitudinal direction are distributed.
このようにして製造した凸部分布活物質層を有する帯状の電極板を、正極板あるいは負極板の少なくともいずれかとして捲回して捲回型電極体を形成し、さらに、電池ケースに収容し、電解液を含浸して二次電池を形成する。この二次電池では、ハイレート充放電を繰り返し行わせても、負極板あるいは正極板の活物質層に、長手方向に長く延びた活物質凸部を設けているので、電極体内に保持されていた電解液が外部に押し出されるのが抑制され、電池抵抗の上昇を抑制することができる。 The band-shaped electrode plate having the convex distribution active material layer thus manufactured is wound as at least one of a positive electrode plate or a negative electrode plate to form a wound electrode body, and further accommodated in a battery case, A secondary battery is formed by impregnating with the electrolytic solution. In this secondary battery, even if high-rate charge / discharge is repeated, the active material layer of the negative electrode plate or the positive electrode plate is provided with the active material projections extending in the longitudinal direction, so that it was held in the electrode body. It is possible to suppress the electrolytic solution from being pushed out, and to suppress an increase in battery resistance.
なお、特許文献1には、非水系二次電池極板として、極板の長手方向に直交する方向(幅方向)に延びる凹状のシワを複数形成する技術が記載されている。しかし、この引用文献1に記載の技術では、形成するシワの延びる方向が幅方向であり、本発明の電極板とは全く異なり、ハイレート充放電に電極体内から電解液が外部に押し出されるのを抑制することはできない。
なお、本発明は、捲回型二次電池用の電極板としては、負極板及び正極板のいずれにも適用しうる。負極板としては、例えば、銅箔からなる集電箔上に負極活物質層を有するものが、正極板としては、例えば、アルミニウム箔からなる集電箔上に正極活物質層を有するものが挙げられる。 In addition, this invention is applicable to both a negative electrode plate and a positive electrode plate as an electrode plate for winding type | mold secondary batteries. Examples of the negative electrode plate include those having a negative electrode active material layer on a current collector foil made of copper foil, and examples of the positive electrode plate include those having a positive electrode active material layer on a current collector foil made of aluminum foil. It is done.
負極活物質層及び負極活物質造粒体に用いる負極活物質粒子としては、例えば、鱗片状黒鉛、球状化黒鉛などの黒鉛粒子が挙げられる。また、負極活物質層及び負極活物質造粒体に用いる増粘剤としては、ポリアクリル酸ナトリウムやカルボキシメチルセルロース(CMC)のナトリウム塩が挙げられる。負極活物質造粒体に用いる溶媒としては、水が挙げられる。 Examples of the negative electrode active material particles used in the negative electrode active material layer and the negative electrode active material granule include graphite particles such as flaky graphite and spheroidized graphite. Moreover, as a thickener used for a negative electrode active material layer and a negative electrode active material granulation body, sodium polyacrylate and the sodium salt of carboxymethylcellulose (CMC) are mentioned. Water is mentioned as a solvent used for a negative electrode active material granulation body.
正極活物質層及び正極活物質造粒体に用いる正極活物質粒子としては、例えば、リチウム遷移金属複合酸化物からなる粒子が挙げられる。リチウム遷移金属複合酸化物としては、例えば、遷移金属としてニッケル(Ni)とコバルト(Co)とマンガン(Mn)とを含むリチウムニッケルコバルトマンガン系複合酸化物や、遷移金属としてニッケルとマンガンとを含むリチウムニッケルマンガン系複合酸化物、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、マンガン酸リチウム(LiMn2O4)が挙げられる。
また、正極活物質層及び正極活物質造粒体に用いる増粘剤としては、CMC(水系)、PVDF(非水系)が挙げられる。また、正極活物質層及び正極活物質造粒体には、正極活物質粒子及び増粘剤のほか、例えば、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラックなどの導電材や、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などのバインダを含めることができる。正極活物質造粒体に用いる溶媒としては、NMP、水が挙げられる。
As a positive electrode active material particle used for a positive electrode active material layer and a positive electrode active material granule, the particle | grains which consist of lithium transition metal complex oxide are mentioned, for example. Examples of the lithium transition metal composite oxide include lithium nickel cobalt manganese based composite oxide containing nickel (Ni), cobalt (Co) and manganese (Mn) as transition metals, and nickel and manganese as transition metals. Examples thereof include lithium nickel manganese composite oxide, lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium cobaltate (LiCoO 2 ), and lithium manganate (LiMn 2 O 4 ).
Moreover, CMC (aqueous type) and PVDF (non-aqueous type) are mentioned as a thickener used for a positive electrode active material layer and a positive electrode active material granulation body. In addition to the positive electrode active material particles and the thickener, the positive electrode active material layer and the positive electrode active material granule include, for example, conductive materials such as graphite, carbon black, and acetylene black, polyvinylidene fluoride (PVDF), poly A binder such as tetrafluoroethylene (PTFE) can be included. NMP and water are mentioned as a solvent used for a positive electrode active material granulation body.
ロール塗布工程において、転写ロール上にペーストを塗布する手法としては、転写ロール及び送りロールとは別に用意した供給ロールと、上述の転写ロールとの間にペーストを供給し、供給ロールの周速よりも転写ロールの周速Vcを早くして、ペーストを転写ロール上に塗布する手法が挙げられる。また、ドクタブレード等を用いて、供給ロール上に塗布したペースト層を転写ロール上に転写しても良い。 In the roll coating process, as a method of applying the paste on the transfer roll, the paste is supplied between the supply roll prepared separately from the transfer roll and the feed roll and the transfer roll described above, and the peripheral speed of the supply roll Also, there is a method of increasing the peripheral speed Vc of the transfer roll and applying the paste onto the transfer roll. Alternatively, the paste layer applied on the supply roll may be transferred onto the transfer roll using a doctor blade or the like.
転写工程では、送りロールの周速Vcを転写ロールの周速Vbよりも早くし、第1間隙に供給された造粒体を長手方向に延ばしつつ集電箔に転写する。さらに、長手方向に長く延びたペースト凸部が多数分布した凸部分布ペースト層が形成される周速Vc,Vbを選択する。 In the transfer step, the peripheral speed Vc of the feed roll is made faster than the peripheral speed Vb of the transfer roll, and the granule supplied to the first gap is transferred to the current collector foil while extending in the longitudinal direction. Further, the peripheral speeds Vc and Vb at which the convex portion distribution paste layer in which a large number of paste convex portions extending long in the longitudinal direction are distributed are selected.
さらに、上述の捲回型二次電池用電極板の製造方法であって、前記ロール塗布工程は、供給ロールと前記転写ロールとの間の第2間隙に前記ペーストを供給して、上記転写ロール上に上記第1ペースト層を形成する捲回型二次電池用電極板の製造方法とすると良い。 Furthermore, in the above-described method for manufacturing a wound secondary battery electrode plate, the roll coating step supplies the paste to a second gap between a supply roll and the transfer roll, and the transfer roll A method of manufacturing a wound secondary battery electrode plate on which the first paste layer is formed is preferable.
ロール塗布工程において、供給ロールと転写ロールとの間の第2間隙にペーストを供給して、転写ロール上に第1ペースト層を形成する。その後、転写ロールと送りロールとの間で、集電箔にペーストを転写して凸部分布ペースト層を形成すると、供給ロールと転写ロールとの間、及び転写ロールと送りロールとの間の2段階で厚みの調整ができるので、凸部分布ペースト層の厚み(塗工重量)の調整幅を広く取ることができ、しかも凸部分布ペースト層の厚みを精度良く調整できる利点がある。
なお、転写ロール上に第1ペースト層を形成するには、供給ロールと転写ロールとの間にペースト溜まりを設け、第2間隙を通じて、転写ロールに第2ペースト層を形成すると良い。また一旦、供給ロール上に第2ペースト層を形成し、この第2ペースト層を第2間隙に供給し転写ロールに転写して、第1ペースト層を形成する手法も挙げられる。このように供給ロール上に第2ペースト層を形成して、これを転写ロールに転写するようにすると、第2ペースト層を供給ロール上に形成する段階で、さらに厚み調整が可能であるので、第1ペースト層、さらには凸部分布ペースト層の厚み調整をさらに適切に行うことができる。
In the roll coating step, the paste is supplied to the second gap between the supply roll and the transfer roll to form a first paste layer on the transfer roll. Thereafter, when the paste is transferred to the current collector foil between the transfer roll and the feed roll to form the convex portion distribution paste layer, 2 between the supply roll and the transfer roll and between the transfer roll and the feed roll. Since the thickness can be adjusted in stages, there is an advantage that the adjustment range of the thickness (coating weight) of the convex portion distribution paste layer can be widened and the thickness of the convex portion distribution paste layer can be adjusted with high accuracy.
In order to form the first paste layer on the transfer roll, a paste pool is preferably provided between the supply roll and the transfer roll, and the second paste layer is formed on the transfer roll through the second gap. Further, there is a method in which a second paste layer is once formed on a supply roll, this second paste layer is supplied to the second gap and transferred to a transfer roll to form the first paste layer. When the second paste layer is thus formed on the supply roll and transferred to the transfer roll, the thickness can be further adjusted at the stage of forming the second paste layer on the supply roll. The thickness adjustment of the first paste layer and further the convex portion distribution paste layer can be performed more appropriately.
さらに上述のいずれかに記載の捲回型二次電池用電極板の製造方法であって、前記ペーストの固形分率NVは、68〜96(wt%)であり、前記転写工程は、上記ペーストの上記固形分率NVが、70≦NV≦95(wt%)であるときは、前記送りロールの周速Vcと前記転写ロールの周速Vbとの周速比Vc/Vbを、10≦Vc/Vb≦30の範囲から選択し、上記ペーストの上記固形分率NVが、68≦NV<70(wt%)であるときは、上記周速比Vc/Vbを、18≦Vc/Vb≦30の範囲から選択し、上記ペーストの上記固形分率NVが、95<NV≦96(wt%)であるときは、上記周速比Vc/Vbを、10≦Vc/Vb≦12の範囲から選択する捲回型二次電池用電極板の製造方法とすると良い。 Furthermore, it is a manufacturing method of the electrode plate for wound secondary batteries according to any one of the above, wherein the paste has a solids content NV of 68 to 96 (wt%), and the transfer step includes the paste When the solid content ratio NV is 70 ≦ NV ≦ 95 (wt%), the peripheral speed ratio Vc / Vb between the peripheral speed Vc of the feed roll and the peripheral speed Vb of the transfer roll is 10 ≦ Vc. When the solid content ratio NV of the paste is 68 ≦ NV <70 (wt%), the peripheral speed ratio Vc / Vb is set to 18 ≦ Vc / Vb ≦ 30. When the solid content ratio NV of the paste is 95 <NV ≦ 96 (wt%), the peripheral speed ratio Vc / Vb is selected from the range of 10 ≦ Vc / Vb ≦ 12 A method for manufacturing an electrode plate for a wound secondary battery is preferable.
転写工程において、長手方向に長く延びたペースト凸部が多数分布した凸部分布ペースト層を適切に形成するには、このペーストの固形分率NVに応じて、送りロールの周速Vcと転写ロールの周速Vbとの周速比Vc/Vbを適切な範囲から、特に平坦なペースト層を形成する場合よりも、大きい周速比を選択すべきことを、発明者は見出した。
本発明では、ペーストの固形分率NVに応じて、選択する周速比Vc/Vbの範囲を定めたことにより、転写工程において、凸部分布ペースト層を適切に形成することができる。転写工程においてペースト凸部が多数分布した凸部分布ペースト層を、更には、乾燥工程において活物質凸部が多数分布した凸部分布活物質層を適切に形成することができる。
In the transfer process, in order to appropriately form a convex portion distribution paste layer in which a large number of paste convex portions extending long in the longitudinal direction are distributed, the peripheral speed Vc of the feed roll and the transfer roll according to the solid content ratio NV of this paste The inventor has found that the peripheral speed ratio Vc / Vb with respect to the peripheral speed Vb should be selected from an appropriate range so that a larger peripheral speed ratio should be selected than when a flat paste layer is formed.
In the present invention, the range of the peripheral speed ratio Vc / Vb to be selected is determined in accordance with the solid content ratio NV of the paste, whereby the convex distribution paste layer can be appropriately formed in the transfer step. It is possible to appropriately form a convex portion distribution paste layer in which a large number of paste convex portions are distributed in the transfer step, and furthermore, a convex portion distribution active material layer in which a large number of active material convex portions are distributed in the drying step.
即ち、用いるペーストの固形分率が、70≦NV≦95(wt%)の範囲の場合には、周速比Vc/Vbを、10≦Vc/Vb≦30の範囲から選択する。固形分率NVが低く、多量の溶媒が含まれているため、造粒体が変形し易いので、周速比Vc/Vbが低い場合、即ち、Vc/Vb<10の場合には、活物質ペースト層が平坦になり、長手方向に長く延びたペースト凸部が形成されない。一方、Vc/Vb>30の場合には、形成された活物質ペースト層に生じる凹凸が大きくなりすぎ、場合によっては、いわゆる「スケ」(ペーストのかすれ)が発生するからである。
また、ペーストの固形分率が、68≦NV<70(wt%)の範囲の場合には、周速比Vc/Vbを、18≦Vc/Vb≦30の範囲から選択する。周速比Vc/Vbが低い、Vc/Vb<18の場合には、活物質ペースト層に適切にペースト凸部を形成できず平坦になるからである。一方、Vc/Vb>30の場合には、形成された活物質ペースト層に生じる凹凸が大きくなりすぎ、「スケ」が発生するからである。
さらに、ペーストの固形分率が、95<NV≦96(wt%)の範囲の場合には、周速比Vc/Vbを、10≦Vc/Vb≦12の範囲から選択する。固形分率NVが高く、含まれている溶媒の量が少ないため、造粒体が変形しにくいので、周速比Vc/Vbが高い場合、即ち、Vc/Vb>12の場合には、活物質ペースト層に形成されたペースト凸部による凹凸が大きくなりすぎ、低温下(例えば−10℃)での電池のIV抵抗が大きくなるからである。一方、Vc/Vb<10の場合には、活物質ペースト層に適切にペースト凸部を形成できないからである。
That is, when the solid content ratio of the paste to be used is in the range of 70 ≦ NV ≦ 95 (wt%), the peripheral speed ratio Vc / Vb is selected from the range of 10 ≦ Vc / Vb ≦ 30. Since the solid content ratio NV is low and a large amount of solvent is contained, the granulated body is easily deformed. Therefore, when the peripheral speed ratio Vc / Vb is low, that is, when Vc / Vb <10, the active material The paste layer becomes flat, and paste protrusions that extend long in the longitudinal direction are not formed. On the other hand, in the case of Vc / Vb> 30, the unevenness generated in the formed active material paste layer becomes too large, and so-called “scratch” (fading of the paste) occurs in some cases.
When the solid content of the paste is in the range of 68 ≦ NV <70 (wt%), the peripheral speed ratio Vc / Vb is selected from the range of 18 ≦ Vc / Vb ≦ 30. This is because when the peripheral speed ratio Vc / Vb is low and Vc / Vb <18, the paste protrusions cannot be appropriately formed in the active material paste layer, and the surface becomes flat. On the other hand, in the case of Vc / Vb> 30, the unevenness generated in the formed active material paste layer becomes too large and “scaling” occurs.
Furthermore, when the solid content rate of the paste is in the range of 95 <NV ≦ 96 (wt%), the peripheral speed ratio Vc / Vb is selected from the range of 10 ≦ Vc / Vb ≦ 12. Since the solid fraction NV is high and the amount of the solvent contained is small, the granulated body is not easily deformed. Therefore, when the peripheral speed ratio Vc / Vb is high, that is, when Vc / Vb> 12, the active mass This is because the unevenness due to the paste protrusions formed in the material paste layer becomes too large, and the IV resistance of the battery at a low temperature (for example, −10 ° C.) increases. On the other hand, when Vc / Vb <10, the paste protrusions cannot be appropriately formed in the active material paste layer.
ペーストの「固形分率」NVとは、ペーストに含まれる成分のうち、乾燥後も残留する固形分の占める重量割合をいう。また、集電箔は送りロールによって送られ、集電箔の送り速度は、送りロールの周速Vcに等しくされている。 The “solid content ratio” NV of the paste refers to the weight ratio of the solid content remaining after drying out of the components contained in the paste. The current collector foil is fed by a feed roll, and the feed speed of the current collector foil is equal to the peripheral speed Vc of the feed roll.
さらに、帯状の正極板と帯状の負極板とを帯状のセパレータを介して捲回した捲回型の電極体を有し、上記電極体に電解液を含浸した捲回型二次電池であって、上記正極板及び負極板の少なくともいずれかの電極板は、長手方向に延びた帯状の集電箔上に、上記長手方向に延びた帯状の活物質層を有する帯状の電極板であり、上記活物質層は、上記長手方向に長く延びた活物質凸部が多数分布した凸部分布活物質層である捲回型二次電池とするのが好ましい。 And a wound secondary battery having a wound electrode body in which a strip-shaped positive electrode plate and a strip-shaped negative electrode plate are wound through a strip-shaped separator, wherein the electrode body is impregnated with an electrolyte. In addition, at least one of the positive electrode plate and the negative electrode plate is a belt-shaped electrode plate having a strip-shaped active material layer extending in the longitudinal direction on a strip-shaped current collector foil extending in the longitudinal direction, The active material layer is preferably a wound secondary battery that is a convex-part distributed active material layer in which a large number of active material convexes extending in the longitudinal direction are distributed.
この二次電池では、捲回して電極体とする正極板及び負極板の少なくともいずれかの電極板において、活物質層を、長手方向に長く延びた活物質凸部が多数分布した凸部分布活物質層としている。このため、この捲回型二次電池にハイレート充放電を繰り返し行わせても、凸部分布活物質層の活物質凸部が、電極体内に保持されていた電解液が外部に押し出されるのを抑制して、電池抵抗の上昇を抑制することができる。 In this secondary battery, in at least one of a positive electrode plate and a negative electrode plate that are wound to form an electrode body, the active material layer has a convex portion distribution active in which a large number of active material convex portions extending long in the longitudinal direction are distributed. It is a material layer. For this reason, even if this wound type secondary battery is repeatedly subjected to high rate charge / discharge, the active material convex portion of the convex distributed active material layer prevents the electrolyte held in the electrode body from being pushed out. It is possible to suppress the increase in battery resistance.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図1及び図2に、本実施形態に係る捲回型のリチウムイオン二次電池(以下、単に「電池」ともいう)1を示す。また、図3に、この電池1を構成する捲回型の電極体20の展開図を示す。なお、以下では、電池1の電池厚み方向BH、電池横方向CH及び電池縦方向DHを、図1及び図2に示す方向と定めて説明する。
この電池1は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両などに搭載される角型で密閉型のリチウムイオン二次電池である。電池1は、電池ケース10と、この内部に収容された電極体20及び非水電解液41と、電池ケース10に支持された正極端子50及び負極端子51等から構成される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 show a wound lithium ion secondary battery (hereinafter also simply referred to as “battery”) 1 according to the present embodiment. FIG. 3 is a development view of the
The
このうち電池ケース10は、直方体状で金属(本実施形態ではアルミニウム)からなる。この電池ケース10は、上側のみが開口した直方体箱状のケース本体部材11と、このケース本体部材11の開口11hを閉塞する形態で溶接された矩形板状のケース蓋部材13とから構成される。ケース蓋部材13には、電池ケース10の内圧が所定圧力に達した際に破断開弁する安全弁14が設けられている。また、このケース蓋部材13には、電池ケース10の内外を連通する注液孔13hが形成され、封止部材15で気密に封止されている。
Among these, the
また、ケース蓋部材13には、それぞれ内部端子部材53、外部端子部材54及びボルト55により構成される正極端子50及び負極端子51が、樹脂からなる内部絶縁部材57及び外部絶縁部材58を介して固設されている。なお、正極端子50はアルミニウムからなり、負極端子51は銅からなる。電池ケース10内において、正極端子50は、後述する電極体20のうち正極板21の正極集電部21mに接続し導通している。また、負極端子51は、電極体20のうち負極板31の負極集電部31mに接続し導通している。
Further, the
次に、電極体20について説明する(図2及び図3参照)。この電極体20は、扁平状をなし、電池ケース10内に収容されている。電極体20は、帯状の正極板21と帯状の負極板31とを、帯状の一対のセパレータ40を介して互いに重ねて捲回し、扁平状に圧縮した捲回型の電極体である。
Next, the
正極板21は、帯状のアルミニウム箔からなる正極集電箔22の両主面のうち、幅方向WHの一部でかつ長手方向LHに延びる領域上に、正極活物質層23を帯状に設けてなる。正極活物質層23には、正極活物質粒子24、導電材(導電助剤)26、及び結着剤27が含まれる。本実施形態では、正極活物質粒子24としてリチウムニッケルコバルトマンガン系複合酸化物からなる粒子を、導電材26としてアセチレンブラック(AB)を、結着剤27としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いている。なお、正極活物質粒子24と導電材26と結着剤27との配合比は、重量比で93:4:3である。
The
また、正極集電箔22のうち、幅方向WHの片方(図3において上方)の端部は、自身の厚み方向に正極活物質層23が存在せず、正極集電箔22が露出した正極集電部21mとなっている。前述の正極端子50は、この正極集電部21mに溶接されている。
Further, in the positive electrode
次に、負極板31について説明する。この負極板31は、帯状の銅箔からなる負極集電箔32の両主面のうち、幅方向WHの一部でかつ長手方向LHに延びる領域上に、負極活物質層33を帯状に設けてなる。この負極活物質層33には、負極活物質粒子34及び増粘剤35が含まれる。本実施形態では、負極活物質粒子34として鱗片状黒鉛粒子を、増粘剤35としてポリアクリル酸ナトリウムを用いている。なお、負極活物質粒子34と増粘剤35との配合比は、重量比で98:2である。また後述するが、この負極板31は、長手方向LHに長く延びた活物質凸部33pが多数分布した負極活物質層33を両面に有する形態とされている(図3,図4参照)。
Next, the
また、負極集電箔32のうち、幅方向WHの片方(図3において下方)の端部は、自身の厚み方向に負極活物質層33が存在せず、負極集電箔32が露出した負極集電部31mとなっている。前述の負極端子51は、この負極集電部31mに溶接されている。
セパレータ40は、樹脂からなる多孔質膜であり、帯状をなす。
In addition, in the negative electrode
The
次に、非水電解液41について説明する。この非水電解液41は、電池ケース10内に収容されており、非水電解液41の一部は電極体20内に含浸され、残りは余剰液として電池ケース10の底部に溜まっている。この非水電解液41の電解質は、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6 )であり、その濃度は1.0Mである。また、非水電解液41の非水溶媒は、フルオロエチレンカーボネート(FEC)と2,2,2−トリフルオロエチルメチルカーボネートとを、1:1の体積比で混合した混合有機溶媒である。
Next, the nonaqueous
次いで、上記電池1の製造方法について説明する。まず、正極板21を形成する。具体的には、スピネル構造を有するリチウムニッケルマンガン系複合酸化物であるLiNi0.5Mn1.5O4 からなる正極活物質粒子24を用意する。そして、この正極活物質粒子24と、導電材26(アセチレンブラック)と、結着剤27(ポリフッ化ビニリデン)とを、溶媒(本実施形態では、NMP)と共に混練して、正極ペーストを作製する。なお、正極活物質粒子24と導電材26と結着剤27との配合比は、前述のように、重量比で93:4:3とする。
Next, a method for manufacturing the
その後、この正極ペーストを、帯状のアルミニウム箔からなる正極集電箔22の一方の主面に、固形分の塗工重量が30mg/cm2となるように塗布し乾燥させて、正極活物質層23を形成する。更に、正極集電箔22の他方の主面にも正極ペーストを塗布し乾燥させて、正極活物質層23を形成する。その後、これをプレスして、正極板21を得る。
Thereafter, the positive electrode paste is applied to one main surface of the positive electrode
別途、負極板31を形成する。具体的には、まず、D50=10μmの鱗片状黒鉛からなる負極活物質粒子34を用意する。そして、この負極活物質粒子34に、増粘剤35(ポリアクリル酸ナトリウム)を添加し、固形分率NVが80wt%となるように、溶媒(本実施形態では、水)を加え、混合・造粒機(株式会社アーステクニカ社製ハイフレックスグラル)を用いて、負極造粒体36からなる負極ペースト37を作製する。なお、負極活物質粒子34と増粘剤35との配合比は、前述のように、重量比で98:2とする。
Separately, the
次いで、この負極ペースト37(負極造粒体36)を、図5に示すように、3本のロールROA,ROB,ROCを有するロールコータRIを用いて、帯状の銅箔からなる負極集電箔32の一方の主面に塗布して、固形分の塗工重量が18mg/cm2となるように負極ペースト層38を形成する。即ち、負極活物質層33の目付が18mg/cm2となるようにして、負極板31を形成した。
Next, as shown in FIG. 5, this negative electrode paste 37 (negative electrode granulated body 36) is made of a negative electrode current collector foil made of a strip-like copper foil using a roll coater RI having three rolls ROA, ROB, ROC. The negative
具体的には、ペースト供給部PSに負極ペースト37を投入し、供給ロールROA上に第2ペースト層37rを形成する。第2ペースト層37rは、供給ロールROAと転写ロールROBとの間のAB間隙Gabに供給される。ここで供給ロールROAの周速Vaよりも、転写ロールROBの周速Vbを大きくしてある(Va<Vb)。このため、転写ロールROB上に負極ペースト37からなる第1ペースト層37sが形成される(ロール塗布工程)。なお、本実施形態では、供給ロールROAの周速Vaは、Va=0.1m/minであり、転写ロールROBの周速Vbは、供給ロールROAの周速Vaの2倍の、Vb=0.2m/minである。即ち、本実施形態では、供給ロールROAと転写ロールROBの周速比Vb/Vaは、Vb/Va=2である。
Specifically, the negative electrode paste 37 is charged into the paste supply unit PS, and the
次いで、この転写ロールROB上の第1ペースト層37sは、転写ロールROBと送りロールROCとの間のBC間隙Gbcに通された負極集電箔32のうち、転写ロールROB側の一方の主面32sに転写され、負極ペースト層38となる(転写工程)。なお、転写ロールROBの周速Vbよりも、負極集電箔32を送る送りロールROCの周速Vcを大きくしてある(Vb<Vc)。このため、負極ペースト37が、転写ロールROBから負極集電箔32の一方の主面32sに転写される。なお、本実施形態では、送りロールROCの周速Vcは、転写ロールROBの周速Vbの15倍の、Vc=3m/minである。即ち、本実施形態では、転写ロールROBと送りロールROCの周速比Vc/Vbは、Vc/Vb=15である。
Next, the
この転写の際、負極ペースト37をなす負極造粒体36は、BC間隙Gbcにおいて、圧力を受け、かつ、負極板31(負極集電箔32)の長手方向LHに長く引き延ばされつつ、負極集電箔32の一方の主面32sに転写される。
後述するように、周速比Vc/Vbが小さい場合には、負極造粒体36は、長手方向LHに長く引き延ばされてもその程度が低いので、負極造粒体36が引き延ばしに応じて変形し得る。このため、負極ペースト層38は、その表面が平坦に保ち得る。
しかるに、本実施形態のように周速比Vc/Vbが大きい場合(Vc/Vb=15)には、個々の負極造粒体36が長手方向LHに大きく引き延ばされ過ぎて、負極集電箔32上の負極ペースト層38は、図4に示すように、幅方向WHに凹凸が生じ、長手方向LHに長く延びたペースト凸部38pが多数分布した凸部分布ペースト層となっている。
During this transfer, the negative electrode granule 36 forming the negative electrode paste 37 receives pressure in the BC gap Gbc and is elongated in the longitudinal direction LH of the negative electrode plate 31 (negative electrode current collector foil 32). Transferred to one
As will be described later, when the peripheral speed ratio Vc / Vb is small, the negative electrode granulated body 36 has a low degree even if it is elongated in the longitudinal direction LH. Can be deformed. For this reason, the surface of the negative
However, when the peripheral speed ratio Vc / Vb is large (Vc / Vb = 15) as in the present embodiment, the individual negative electrode granulated bodies 36 are excessively stretched in the longitudinal direction LH, and the negative electrode current collector is As shown in FIG. 4, the negative
次いで、公知の乾燥炉を通過させて負極ペースト層38を乾燥させ、負極活物質層33を形成する(乾燥工程)。なお、上述のペースト凸部38pに起因して、この負極活物質層33も、図3,図4に示すように、長手方向LHに長く延びた活物質凸部33pが多数分布した凸部分布活物質層となっている。
その後、負極集電箔32の他方の主面32sにも、上述と同様にして、負極ペースト37を塗布し乾燥させて、活物質凸部33pが多数分布した負極活物質層33を形成する。かくして、長手方向LHに長く延びた活物質凸部33pが多数分布した負極活物質層33を負極集電箔32の両面に設けた負極板31が得られる。
Next, the negative
Thereafter, the negative electrode paste 37 is applied and dried on the other
本実施形態の負極板31の負極活物質層33は、幅方向WHに長さ20mmに亘り測定した算術平均粗さRa(μm)(JIS B 0601:2001に準拠)が、Ra=0.75μmであった。上述したように、本実施形態の負極板31の負極活物質層33は、活物質凸部33pが多数分布した形態とされているため、算術平均粗さRa等を幅方向WHに測定すると、算術平均粗さRa等の値が大きな値となることが判る。
The negative electrode
次に、正極板21及び負極板31を一対のセパレータ40を介して互いに重ね、巻き芯を用いて捲回する。更に、これを扁平状に圧縮して電極体20を形成する。
また別途、ケース蓋部材13、内部端子部材53、外部端子部材54、ボルト55、内部絶縁部材57及び外部絶縁部材58を用意する。そして、ケース蓋部材13に、内部絶縁部材57及び外部絶縁部材58を介して、それぞれ内部端子部材53、外部端子部材54及びボルト55からなる正極端子50及び負極端子51を固設する。その後、電極体20の正極集電部21m及び負極集電部31mに、ケース蓋部材13と一体化された正極端子50及び負極端子51をそれぞれ溶接する。
次に、ケース本体部材11内に電極体20を収容した後、ケース本体部材11の開口部分にケース蓋部材13を溶接して電池ケース10を形成する。
Next, the
Separately, a
Next, after housing the
また別途、非水電解液41を用意する。具体的には、フルオロエチレンカーボネートと2,2,2−トリフルオロエチルメチルカーボネートとを1:1の体積比で混合した混合有機溶媒に、LiPF6を濃度1.0Mとなるように溶解させる。そして、この非水電解液41を、注液孔13hから電池ケース10内に注液し、非水電解液41を電極体20内に含浸させる。その後、注液孔13hを仮封止して、電池1とする。
次に、この電池1に初充電を行い、その後、注液孔13hの仮封止を解除し、さらに減圧下で注液孔13hの本封止を行う。さらに各種検査を行う。かくして、電池1が完成する。
Separately, a
Next, the
(実施例1〜24及び比較例1〜4)
次いで、本発明の効果を検証するために行った試験およびその結果について説明する。下記の表1に示すように、前述の電池1に用いた正極板21及び活物質凸部33pが多数分布した負極活物質層33を有する負極板31、セパレータ40及び非水電解液41を用いて、直径18mm,高さ650mmの18650円筒型電池を製造し、25℃におけるIV抵抗、−10℃におけるIV抵抗、及びハイレートパルスサイクル試験の前後でのIV抵抗の増加率を調査した(実施例1)。
(Examples 1 to 24 and Comparative Examples 1 to 4)
Next, tests performed to verify the effects of the present invention and the results thereof will be described. As shown in Table 1 below, the
また、負極板31については、負極ペーストの固形分率を、80wt%のほか、70,68,95,96wt%とした造粒体からなる負極ペースト37を製造し、さらに、各ロールROA,ROB,ROCの周速Va,Vb,Vcを変更して製造した。これらの負極板31を用いるほか、正極板21、セパレータ40、非水電解液41など、他の条件は実施例1の電池と同じとした実施例2〜24及び比較例1〜4の電池も製造し、IV抵抗等を調査した(表1参照)。なお、各実施例及び比較例のいずれの電池においても、負極板31は、負極活物質層33の目付量を同じに、具体的には、いずれも18mg/cm2となるように形成したものを用いた。
In addition, for the
なお、算術平均粗さ(表面粗さ)Raは、前述したように、JIS B 0601:2001に準拠して、各実施例及び比較例に用いた負極板31の負極活物質層33について、幅方向WHに長さ20mmに亘り測定して得た値である。
また、25℃IV抵抗は、完成した各実施例及び比較例の18650円筒型電池を、SOC=60%とし、25℃の環境下に3時間保持した後、電流10Cを10secに亘り放電させると共に電池電圧を測定して算出した。同様に、−10℃IV抵抗は、25℃IV抵抗の測定後、各実施例及び比較例の18650円筒型電池を、SOC=60%とし、−10℃の環境下に3時間保持し、電流10Cを5secに亘り放電させると共に電池電圧を測定して算出した。
The arithmetic average roughness (surface roughness) Ra is, as described above, the width of the negative electrode
In addition, the 25 ° C. IV resistance is such that the completed 18650 cylindrical battery of each Example and Comparative Example is SOC = 60%, held in a 25 ° C. environment for 3 hours, and then discharged with a current of 10 C for 10 seconds. The battery voltage was measured and calculated. Similarly, after measuring the 25 ° C. IV resistance, the −10 ° C. IV resistance was determined by keeping the 18650 cylindrical battery of each Example and Comparative Example at SOC = 60% for 3 hours in an environment of −10 ° C. 10 C was discharged for 5 seconds and the battery voltage was measured and calculated.
さらに、ハイレートパルスサイクル試験として以下を行った。即ち、25℃の恒温槽中で、充電状態SOC=60%とした各実施例及び比較例の18650円筒型電池について、10Cの充電電流で80secに亘りハイレート充電を行う。次いで、2Cの放電電流で400secに亘り、放電を行う。これを1サイクルとして、3000サイクルに亘り充放電を繰り返し行い、試験前後に上述の25℃IV抵抗を測定して、IV抵抗の増加率を得た。 Further, the following was performed as a high-rate pulse cycle test. That is, in a constant temperature bath of 25 ° C., high rate charging is performed for 80 seconds with a charging current of 10 C for each of the 18650 cylindrical batteries of Examples and Comparative Examples in which the charged state SOC is 60%. Next, discharging is performed for 400 sec at a discharging current of 2C. With this as one cycle, charge and discharge were repeated over 3000 cycles, and the above-mentioned 25 ° C. IV resistance was measured before and after the test to obtain an increase rate of IV resistance.
この表1の結果から、周速比Vc/Vbと算術平均粗さRa(μm)との関係を、図6の散布図に示す。また、周速比Vc/Vbとハイレートパルスサイクル試験による抵抗増加率との関係を、図7の散布図に示す。なお、表1に示すように、比較例2については、抵抗増加率の値を得られていないが、図7では、比較例2の抵抗増加率を0%としてプロットしてある。 From the results of Table 1, the relationship between the peripheral speed ratio Vc / Vb and the arithmetic average roughness Ra (μm) is shown in the scatter diagram of FIG. Further, the relationship between the peripheral speed ratio Vc / Vb and the resistance increase rate by the high-rate pulse cycle test is shown in the scatter diagram of FIG. As shown in Table 1, although the resistance increase rate value was not obtained for Comparative Example 2, in FIG. 7, the resistance increase rate of Comparative Example 2 is plotted as 0%.
図6,図7において「●」で示される、NV=80wt%の場合(表1において実施例1〜14、比較例1,2)について検討する。NV=80wt%の場合、図6に示すように、周速比Vc/Vbと算術平均粗さRaとは、ほぼ比例関係となっていることが判る。周速比Vc/Vbが大きくなるほど、負極造粒体36は、長手方向LHに、より長く引き延ばされて負極集電箔32の主面32sに転写される。このため、ペースト凸部38pが形成されることによる凹凸、即ち、算術平均粗さRaがより大きくなると考えられる。なお、実施例11〜14の結果から、負極活物質層33の算術平均粗さRaは、周速比Vb/Vaの違いによる影響をほとんど受けないことが判る。
The case where NV = 80 wt% indicated by “●” in FIGS. 6 and 7 (Examples 1 to 14 and Comparative Examples 1 and 2 in Table 1) will be examined. In the case of NV = 80 wt%, as shown in FIG. 6, it can be seen that the peripheral speed ratio Vc / Vb and the arithmetic average roughness Ra have a substantially proportional relationship. As the peripheral speed ratio Vc / Vb increases, the negative electrode granulated body 36 is elongated in the longitudinal direction LH and transferred to the
また、図7に示すように、周速比Vc/Vbの増加(従って、これに比例する算術平均粗さRaの増加)と共に、抵抗増加率が低下していることが判る。その理由は、周速比Vc/Vbを増加させ、算術平均粗さRaをより大きくする。つまり、負極板31の負極活物質層33に、高さのより高い活物質凸部33pを形成すると、ハイレートパルスサイクル試験を行って、電極体を急激に膨張収縮させても、負極活物質層33に多数形成された活物質凸部33pにより、非水電解液41が電極体の外部(電極体の軸線方向外側:負極板31の幅方向外側)に押し出されるのを抑制して、電池抵抗の増加を抑制できるためと考えられる。
Further, as shown in FIG. 7, it can be seen that the resistance increase rate decreases as the peripheral speed ratio Vc / Vb increases (and accordingly, the arithmetic average roughness Ra increases in proportion thereto). The reason is that the peripheral speed ratio Vc / Vb is increased and the arithmetic average roughness Ra is further increased. That is, when the active material
なお、NV=80wt%の場合において、実施例6(周速比Vc/Vb=11)では、抵抗増加率が20%であり、実施例8(周速比Vc/Vb=10.3)では、抵抗増加率が23%であるのに対し、比較例1(周速比Vc/Vb=9)では、抵抗増加率が25%を超えて29%に達している。 In the case of NV = 80 wt%, in Example 6 (circumferential speed ratio Vc / Vb = 11), the resistance increase rate is 20%, and in Example 8 (circumferential speed ratio Vc / Vb = 10.3). The resistance increase rate is 23%, whereas in Comparative Example 1 (circumferential speed ratio Vc / Vb = 9), the resistance increase rate exceeds 25% and reaches 29%.
また、表1によれば、比較例1(周速比Vc/Vb=9)の場合には、算術平均粗さRaがRa=0.46と小さく、負極活物質層33に凹凸ができず平坦になること(表1備考欄参照)が判る。周速比Vc/Vbが小さい(Vc/Vb<10)ため、負極集電箔32上の負極ペースト層38において、これに含まれている個々の負極造粒体36は長手方向LHに延ばされてはいるが、負極造粒体36が引き延ばしに応じて変形し得るため、負極ペースト層38全体としては、その表面が平坦に保ち得て、活物質凸部33pが形成されなかったと考えられる。なおこの比較例1では、抵抗増加率が29%に達している。負極活物質層33に活物質凸部33pが形成されないため、ハイレートパルスサイクル試験を行って、電極体を急激に膨張収縮させると、非水電解液41が電極体の外部に押し出されたためと考えられる。従って、固形分率NV=80wt%の負極造粒体36からなる負極ペースト37を用いる場合、周速比Vc/Vb≧10とするのが好ましいことが判る。
Further, according to Table 1, in the case of Comparative Example 1 (circumferential speed ratio Vc / Vb = 9), the arithmetic average roughness Ra is as small as Ra = 0.46, and the negative electrode
一方、表1によれば、比較例2(周速比Vc/Vb=31)の場合には、算術平均粗さRaがRa=1.55と大きくなりすぎ、負極活物質層33に大きな凹凸ができるのみならず、「スケ」(集電箔が露出するかすれ)が生じること(表1備考欄参照)が判る。従って、固形分率NV=80wt%の負極造粒体36からなる負極ペースト37を用いる場合、周速比Vc/Vb≦30とするのが好ましいことが判る。以上から、周速比Vc/Vbを、10≦Vc/Vb≦30の範囲から選択するのが好ましいことが判る。
On the other hand, according to Table 1, in the case of Comparative Example 2 (circumferential speed ratio Vc / Vb = 31), the arithmetic average roughness Ra becomes too large as Ra = 1.55, and the negative electrode
次いで、図6,図7において「■」で示される、NV=70wt%の場合(表1において実施例17〜19)について検討する。NV=70wt%の場合、図6に示すように、周速比Vc/Vb=10〜30の範囲において、いずれの場合(実施例17〜19)も、算術平均粗さRaはRa≧0.50となり、適切に負極活物質層33に活物質凸部33pを形成できる一方、「スケ」は生じない。また、図7に示すように、抵抗増加率を25%以下に抑制できることが判る。活物質凸部33pの形成により、ハイレートパルスサイクル試験を行っても、非水電解液41が電極体の外部に押し出されるのを抑制できたためと考えられる。
Next, the case of NV = 70 wt% (Examples 17 to 19 in Table 1) indicated by “■” in FIGS. When NV = 70 wt%, as shown in FIG. 6, the arithmetic average roughness Ra is Ra ≧ 0.0 in any case (Examples 17-19) in the range of the peripheral speed ratio Vc / Vb = 10-30. 50, and the active material
さらに、図6,図7において「▲」で示される、NV=95wt%の場合(表1において実施例20〜22)について検討する。このNV=95wt%の場合も、図6に示すように、周速比Vc/Vb=10〜30の範囲において、いずれの場合(実施例20〜22)も、算術平均粗さRaはRa≧0.50となり、適切に負極活物質層33に活物質凸部33pを形成できる一方、「スケ」は生じない。また、図7に示すように、抵抗増加率を25%以下に抑制できることが判る。活物質凸部33pの形成により、ハイレートパルスサイクル試験を行っても、非水電解液41が電極体の外部に押し出されるのを抑制できたためと考えられる。
Further, the case of NV = 95 wt% (Examples 20 to 22 in Table 1) indicated by “▲” in FIGS. Also in the case of NV = 95 wt%, as shown in FIG. 6, the arithmetic average roughness Ra is Ra ≧ Ra in any case (Examples 20 to 22) in the range of the peripheral speed ratio Vc / Vb = 10 to 30. The active material
以上から、固形分率NVが70≦NV≦95の範囲においては、周速比Vc/Vbを、10≦Vc/Vb≦30の範囲から選択するのが好ましい。 From the above, it is preferable to select the peripheral speed ratio Vc / Vb from the range of 10 ≦ Vc / Vb ≦ 30 when the solid content ratio NV is in the range of 70 ≦ NV ≦ 95.
次いで、図6,図7において「◆」で示される、NV=68wt%の場合(表1において比較例3,実施例15,16)について検討する。NV=68wt%の場合、図6に示すように、周速比Vc/Vbと算術平均粗さRaとの間に、ほぼ比例関係があることは、NV=80,70,95wt%の場合と同様である。
しかし、NV=80,70,95wt%の場合の各点から、やや離れた位置(図6において下方)にNV=68wt%の場合の各点がプロットされている。つまり、負極造粒体36の固形分率をNV=68wt%とすると、NV=80,70,95wt%の場合から各点が離れる傾向を示すことから、固形分率NV=68wt%は、負極活物質層33に活物質凸部33pを多数形成できる負極ペースト37(負極造粒体36)の固形分率NVの、ほぼ下限と考えられる。
Next, the case of NV = 68 wt% indicated by “♦” in FIGS. 6 and 7 (Comparative Example 3, Examples 15 and 16 in Table 1) will be examined. In the case of NV = 68 wt%, as shown in FIG. 6, there is a substantially proportional relationship between the peripheral speed ratio Vc / Vb and the arithmetic average roughness Ra, as in the case of NV = 80, 70, 95 wt%. It is the same.
However, the points in the case of NV = 68 wt% are plotted at positions slightly separated from the points in the case of NV = 80, 70, 95 wt% (downward in FIG. 6). That is, when the solid content rate of the negative electrode granulated body 36 is NV = 68 wt%, each point tends to be separated from the case of NV = 80, 70, 95 wt%. Therefore, the solid content rate NV = 68 wt% This is considered to be almost the lower limit of the solid content ratio NV of the negative electrode paste 37 (negative electrode granulated body 36) capable of forming many active material
また、NV=68wt%の場合には、NV=80,70,95wt%の場合に比して、同じ周速比Vc/Vbの場合、算術平均粗さRaが低くなる。即ち、比較例3においては、周速比Vc/Vb=15であっても、算術平均粗さRa=0.48の小さな値となり、負極活物質層33に凹凸ができず平坦になる(表1備考欄参照)。負極造粒体36に含まれる溶媒が多く(固形分が少なく)、負極造粒体36が変形しやすいために、周速比Vc/Vbを大きくして負極造粒体36を長手方向LHに大きく引き延ばしても、負極造粒体36が変形し、負極ペースト層38を平坦になると考えられる。また、この比較例3では、抵抗増加率が32%に達している。負極活物質層33に適切に活物質凸部33pを形成できなかったため、抵抗増加率を25%以下に抑制できないことが判る。活物質凸部33pの形成されないため、ハイレートパルスサイクル試験を行うと、非水電解液41が電極体の外部に押し出され、電極体内で非水電解液41の濃度分布が生じたためと考えられる。一方、実施例15,16(周速比Vc/Vb=18,30)の場合には、抵抗増加率が17,10%の良好な値となる。Vc/Vb≦30の範囲では、凹凸が大きくなり過ぎたり、「スケ」が発生したりしないからである。
従って、固形分率NVが68≦NV<70wt%の範囲では、周速比Vc/Vbを、18≦Vc/Vb≦30の範囲から選択するのが好ましい。
Further, when NV = 68 wt%, the arithmetic average roughness Ra is lower when the peripheral speed ratio Vc / Vb is the same as when NV = 80, 70, 95 wt%. That is, in Comparative Example 3, even when the circumferential speed ratio Vc / Vb = 15, the arithmetic average roughness Ra = 0.48 is small, and the negative electrode
Therefore, it is preferable to select the peripheral speed ratio Vc / Vb from the range of 18 ≦ Vc / Vb ≦ 30 when the solid content ratio NV is in the range of 68 ≦ NV <70 wt%.
次いで、図6,図7において「×」で示される、NV=96wt%の場合(表1において実施例23,24,比較例4)ついて検討する。図6に示すように、周速比Vc/Vbと算術平均粗さRaとの間に、ほぼ比例関係があることは、NV=80,70,95,68wt%の場合と同様である。
しかし、NV=80,70,95,68wt%の場合の各点から、大きく離れた位置(図6において上方)にNV=96wt%の場合の各点がプロットされている。つまり、負極造粒体36の固形分率をNV=96wt%とすると、NV=95wt%の場合からも各点が大きく離れる傾向を示すことから、固形分率NV=96wt%は、負極活物質層33に活物質凸部33pを多数形成できる負極ペースト37(負極造粒体36)の固形分率NVの、ほぼ上限と考えられる。
Next, a case where NV = 96 wt% indicated by “x” in FIGS. 6 and 7 (Examples 23 and 24 and Comparative Example 4 in Table 1) will be examined. As shown in FIG. 6, the fact that there is a substantially proportional relationship between the peripheral speed ratio Vc / Vb and the arithmetic average roughness Ra is the same as in the case of NV = 80, 70, 95, 68 wt%.
However, each point when NV = 96 wt% is plotted at a position (upward in FIG. 6) far away from each point when NV = 80, 70, 95, 68 wt%. That is, when the solid content ratio of the negative electrode granulated body 36 is NV = 96 wt%, each point tends to be greatly separated from the case of NV = 95 wt%. Therefore, the solid content ratio NV = 96 wt% is a negative electrode active material. This is considered to be almost the upper limit of the solid content ratio NV of the negative electrode paste 37 (negative electrode granulated body 36) capable of forming many active material
また、NV=96wt%の場合には、NV=80,70,95,68wt%の場合に比して、算術平均粗さRaが高くなる。即ち、比較例4においては、周速比Vc/Vb=15であっても、算術平均粗さRa=1.48の大きな値となるほか、「スケ」は生じなかったものの、負極活物質層33に大きな凹凸(活物質凸部33p)ができる(表1備考欄参照)。また、初期抵抗特性のうち−10℃IVが72.2mΩとなり、他例よりも大きな値となった。大きな凹凸のために、負極活物質層33の目付重量にムラが生じたためと推測される。このように、負極造粒体36に含まれる溶媒が少なく(固形分が多く)、負極造粒体36が変形し難いために、周速比Vc/Vbが余り大きくなくても、負極造粒体36を引き延ばしに応じた変形ができず、負極活物質層33に大きな凹凸が形成されると考えられる。一方、実施例23,24(周速比Vc/Vb=10,12)の場合には、負極活物質層33に適度な大きさの凹凸が形成され、抵抗増加率が15,13%の良好な値となる。なお、Vc/Vb<10の場合には、負極活物質層33に凹凸ができ難く、平坦になるので好ましくない。
従って、固形分率NVが95<NV≦96wt%の範囲では、周速比Vc/Vbを、10≦Vc/Vb≦12の範囲から選択するのが好ましい。
Further, when NV = 96 wt%, the arithmetic average roughness Ra is higher than when NV = 80, 70, 95, 68 wt%. That is, in Comparative Example 4, even when the circumferential speed ratio Vc / Vb = 15, the arithmetic average roughness Ra = 1.48 was large and no “scaling” occurred, but the negative electrode
Therefore, it is preferable to select the peripheral speed ratio Vc / Vb from the range of 10 ≦ Vc / Vb ≦ 12 when the solid content ratio NV is in the range of 95 <NV ≦ 96 wt%.
以上で説明したように、前述した捲回型二次電池用の電極板(負極板31)の製造方法では、転写工程において、負極集電箔32を送る送りロールROCの周速Vcを転写ロールROBの周速Vbよりも早く(Vc>Vb)し、しかも、BC間隙Gbcに供給された負極造粒体36(負極ペースト37)を、長手方向LHに延ばしつつ負極集電箔32に転写して、長手方向LHに長く延びたペースト凸部38pが多数分布した負極ペースト層38を形成する。さらに、これを乾燥工程で乾燥して長手方向LHに長く延びた活物質凸部33pが多数分布した負極活物質層33を形成する。
このようにして製造した活物質凸部33pが多数分布した負極活物質層33を有する帯状の負極板31を、正極板21及びセパレータ40と共に捲回して捲回型の電極体20を形成し、さらに、電池ケース10に収容し、非水電解液41を含浸して電池1を形成する。すると、電池1では、前述したハイレートパルスサイクル試験などのハイレート充放電を繰り返し行わせても、負極板31の負極活物質層33に、長手方向LHに長く延びた活物質凸部33pを設けているので、電極体20内に保持されていた非水電解液41が外部に押し出されるのが抑制され、電池抵抗の上昇を抑制することができる。
As described above, in the method of manufacturing the electrode plate (negative electrode plate 31) for the wound secondary battery described above, the peripheral speed Vc of the feed roll ROC that feeds the negative electrode
The strip-shaped
さらに、ロール塗布工程において、供給ロールROAと転写ロールROBとの間のAB間隙Gabに負極ペースト37を供給して、転写ロールROB上に第1ペースト層37sを形成したので、負極ペースト層38の厚み(塗工重量)の調整幅を広く取ることができ、しかも負極ペースト層38の厚みを精度良く調整できる。
Furthermore, in the roll coating process, the negative electrode paste 37 is supplied to the AB gap Gab between the supply roll ROA and the transfer roll ROB, and the
さらに前述したように、負極ペースト37(負極造粒体36)の固形分率NVが70≦NV≦95wt%であるときは、周速比Vc/Vbを10≦Vc/Vb≦30の範囲から選択し、固形分率NVが68≦NV<70wt%であるときは、周速比Vc/Vbを18≦Vc/Vb≦30の範囲から選択し、固形分率NVが95<NV≦96wt%であるときは、周速比Vc/Vbを10≦Vc/Vb≦12の範囲から選択する。このように、負極ペースト37(負極造粒体36)の固形分率NVに応じて、選択する周速比Vc/Vbの範囲を定めたことにより、転写工程においてペースト凸部38pが多数分布した負極ペースト層38を、更には、乾燥工程において活物質凸部33pが多数分布した負極活物質層33を適切に形成することができる。
Further, as described above, when the solid content ratio NV of the negative electrode paste 37 (negative electrode granulated body 36) is 70 ≦ NV ≦ 95 wt%, the peripheral speed ratio Vc / Vb is within the range of 10 ≦ Vc / Vb ≦ 30. When the solid content ratio NV is 68 ≦ NV <70 wt%, the peripheral speed ratio Vc / Vb is selected from the range of 18 ≦ Vc / Vb ≦ 30, and the solid content ratio NV is 95 <NV ≦ 96 wt%. In this case, the peripheral speed ratio Vc / Vb is selected from the range of 10 ≦ Vc / Vb ≦ 12. Thus, by defining the range of the peripheral speed ratio Vc / Vb to be selected according to the solid content ratio NV of the negative electrode paste 37 (negative electrode granulated body 36), a large number of paste
さらに、前述の電池1では、捲回して電極体20とする負極板31において、負極活物質層33を、長手方向LHに長く延びた活物質凸部33pが多数分布した凸部分布活物質層としている。このため、この捲回型の電池1にハイレート充放電を繰り返し行わせても、負極活物質層33の活物質凸部33pが、電極体20内に保持されていた非水電解液41が外部に押し出されるのを抑制して、電池抵抗の上昇を抑制することができる。
Further, in the
以上において、本発明を実施形態等に即して説明したが、本発明は上述の実施形態等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、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
例えば、前述の電池1及び各実施例では、負極板31の負極活物質層33に活物質凸部33pを設けるようにしたが、正極板21の正極活物質層23に活物質凸部を設けるようにしても良い。
In the above, the present invention has been described with reference to the embodiments and the like. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the like, and it is needless to say that the present invention can be appropriately modified and applied without departing from the gist thereof. .
For example, in the
1 リチウムイオン二次電池(電池)
20 電極体
21 正極板(正極)
31 負極板(負極)
32 負極集電箔
32s (負極集電箔の)主面
33 負極活物質層(活物質層,凸部分布活物質層)
33p 活物質凸部
34 負極活物質粒子
35 増粘剤
36 負極造粒体
37 負極ペースト
37r 第2ペースト層
37s 第1ペースト層
38 負極ペースト層(凸部分布ペースト層、活物質ペースト層)
38p ペースト凸部
RI ロールコータ(塗工装置)
PS ペースト供給部
ROA 供給ロール
Va (供給ロールの)周速
ROB 転写ロール
Vb (転写ロールの)周速
ROC 送りロール
Vc (送りロールの)周速
Gab (供給ロールと転写ロールとの間の)AB間隙(第2間隙)
Gbc (転写ロールと送りロールとの間の)BC間隙(第1間隙)
40 セパレータ
41 非水電解液(電解液)
WH (正極板、負極板の)幅方向
LH (正極板、負極板の)長手方向
1 Lithium ion secondary battery (battery)
20
31 Negative electrode plate (negative electrode)
32 Negative electrode
33p Active material convex part 34 Negative electrode
38p paste convex RI roll coater (coating equipment)
PS Paste supply part ROA Supply roll Va (supply roll) peripheral speed ROB Transfer roll Vb (transfer roll) peripheral speed ROC Feed roll Vc (feed roll) peripheral speed Gab (between supply roll and transfer roll) AB Gap (second gap)
Gbc (between transfer roll and feed roll) BC gap (first gap)
40
WH Width direction of positive electrode plate and negative electrode plate LH Longitudinal direction of positive electrode plate and negative electrode plate
Claims (3)
捲回型二次電池用電極板の製造方法であって、
上記ペーストを転写ロール上に塗布して第1ペースト層を形成するロール塗布工程と、
上記集電箔を送る送りロールと上記転写ロールとの間の第1間隙に通した上記集電箔上に、上記ロール塗布工程で上記転写ロール上に塗布された第1ペースト層を転写して、活物質ペースト層を形成する転写工程と、
上記活物質ペースト層を乾燥して、上記活物質層を形成する乾燥工程と、を備え、
上記転写工程は、
上記集電箔を送る上記送りロールの周速Vcを上記転写ロールの周速Vbよりも早く(Vc>Vb)し、上記第1間隙に供給された上記造粒体を上記長手方向に延ばしつつ上記集電箔に転写して、
上記活物質ペースト層として、上記長手方向に長く延びたペースト凸部が多数分布した凸部分布ペースト層を形成し、
上記乾燥工程は、
上記凸部分布ペースト層を乾燥して、上記活物質層として、上記長手方向に長く延びた活物質凸部が多数分布した凸部分布活物質層を形成する
捲回型二次電池用電極板の製造方法。 On the strip-shaped current collector foil extending in the longitudinal direction, a paste having a granulated body containing at least active material particles, a thickener, and a solvent is applied and dried to form the strip-shaped active material layer extending in the longitudinal direction. A method for producing an electrode plate for a wound secondary battery for producing a strip-shaped electrode plate having:
A roll application step of applying the paste on a transfer roll to form a first paste layer;
The first paste layer applied on the transfer roll in the roll coating step is transferred onto the current collector foil passed through the first gap between the feed roll for feeding the current collector foil and the transfer roll. A transfer step of forming an active material paste layer;
Drying the active material paste layer to form the active material layer, and
The transfer step is
The peripheral speed Vc of the feed roll that feeds the current collector foil is made faster (Vc> Vb) than the peripheral speed Vb of the transfer roll, and the granule supplied to the first gap is extended in the longitudinal direction. Transfer to the current collector foil,
As the active material paste layer, forming a convex distribution paste layer in which a large number of paste convexes extending in the longitudinal direction are distributed,
The drying step
An electrode plate for a wound secondary battery, wherein the convex distribution paste layer is dried to form a convex distribution active material layer in which a large number of active material projections extending in the longitudinal direction are distributed as the active material layer. Manufacturing method.
前記ロール塗布工程は、
供給ロールと前記転写ロールとの間の第2間隙に前記ペーストを供給して、上記転写ロール上に上記第1ペースト層を形成する
捲回型二次電池用電極板の製造方法。 It is a manufacturing method of the electrode plate for wound type rechargeable batteries according to claim 1,
The roll coating step
A method of manufacturing an electrode plate for a wound secondary battery, wherein the paste is supplied to a second gap between a supply roll and the transfer roll to form the first paste layer on the transfer roll.
前記ペーストの固形分率NVは、68〜96(wt%)であり、
前記転写工程は、
上記ペーストの上記固形分率NVが、70≦NV≦95(wt%)であるときは、前記送りロールの周速Vcと前記転写ロールの周速Vbとの周速比Vc/Vbを、10≦Vc/Vb≦30の範囲から選択し、
上記ペーストの上記固形分率NVが、68≦NV<70(wt%)であるときは、上記周速比Vc/Vbを、18≦Vc/Vb≦30の範囲から選択し、
上記ペーストの上記固形分率NVが、95<NV≦96(wt%)であるときは、上記周速比Vc/Vbを、10≦Vc/Vb≦12の範囲から選択する
捲回型二次電池用電極板の製造方法。 A method for manufacturing an electrode plate for a wound secondary battery according to claim 1 or 2,
The solids content NV of the paste is 68 to 96 (wt%),
The transfer step includes
When the solid content ratio NV of the paste is 70 ≦ NV ≦ 95 (wt%), the peripheral speed ratio Vc / Vb between the peripheral speed Vc of the feed roll and the peripheral speed Vb of the transfer roll is 10 Select from the range of ≦ Vc / Vb ≦ 30,
When the solid content NV of the paste is 68 ≦ NV <70 (wt%), the peripheral speed ratio Vc / Vb is selected from the range of 18 ≦ Vc / Vb ≦ 30,
When the solid content ratio NV of the paste is 95 <NV ≦ 96 (wt%), the peripheral speed ratio Vc / Vb is selected from the range of 10 ≦ Vc / Vb ≦ 12. Manufacturing method of battery electrode plate.
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