JP2018113122A - リチウムイオン二次電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法は、電極とセパレータとを接着した積層体を作製する積層体作製工程と、上記積層体を電解液に浸漬する浸漬工程と、を備える。
そして、上記積層体作製工程が、溶融したホットメルト接着剤を電極に塗布した後、上記電極とセパレータとを重ねて圧着する処理であり、上記ホットメルト接着剤が上記電解液に溶解するものであり、セパレータに熱的ダメージを与えることなく生産性を向上できる。
【選択図】なし
Description
そして、上記積層体作製工程が、溶融したホットメルト接着剤を電極に塗布した後、上記電極とセパレータとを重ねて圧着する処理であり、
上記ホットメルト接着剤が上記電解液に溶解するものであることを特徴とする。
上記リチウムイオン二次電池の製造方法は、電極とセパレータとを接着した積層体を作製する積層体作製工程と、上記積層体を電解液に浸漬する浸漬工程と、を備える。
積層型のリチウムイオン二次電池1は、図1に示すように、負極2と、正極3とで、セパレータ4を挟んだ積層体5を備える。
上記負極2は、負極集電体21の表面に負極活物質層22を有し、上記正極3は、正極集電体31の表面に正極活物質層32を有するものであり、上記負極集電体21と上記正極集電体31には、それぞれ、負極集電板23と正極集電板33とが設けられる。
上記積層体作製工程は、電極とセパレータとを一時的にホットメルト接着剤で接着して積層体とする処理であり、溶融したホットメルト接着剤を電極に塗布し、上記電極とセパレータとを重ねて圧着することで、その後の製造工程における電極とセパレータとのズレが防止される。
上記ホットメルト接着剤は、水や溶剤を全く含まない熱可塑性樹脂を主成分とした常温で固体の接着剤であり、加熱することで溶融して液体となり、冷却することで固化するものである。
また、上記ホットメルト接着剤の流動開始温度は、セパレータの熱収縮開始温度よりも低くければ特に制限はないが、90℃以下であることが好ましく、60℃以下であることがより好ましい。
具体的には、ノズル径1mm、ノズル長10mm、荷重30kg、予熱6分、昇温開始温度30℃、昇温速度3℃/分の条件で、ノズルから流れ始める温度を流動開始温度とした。
また、上記熱収縮開始温度は、示唆熱量計で測定できる。
具体的には、室温から昇温速度10℃/minで180℃まで昇温させたときに、示差走査熱量測定で測定されるDSC曲線のDSC(mW)が、25℃におけるDSC(mW)に対して1%減少したときの温度を熱収縮開始温度とした。
ホットメルト接着剤が電解液に溶解することで、電極表面が覆われて反応面が減少することが防止される。
硬化後のホットメルト接着剤を0.1g(Wc[g])精秤し、予め秤量した遠心分離用ボトルに入れる。これに、20gの電解液を加えて、室温で24時間放置し電解液可溶分を抽出する。
次いで、この遠心分離用ボトルを遠心分離器にセットし、20℃に設定して、毎分15,000回転で1時間遠心分離することにより、硬化後の接着剤全体の電解液不溶分を十分に沈降させる。遠心分離用ボトルを取り出して、電解液可溶分抽出液を分離除去した後、内容物が入ったままの遠心分離用ボトルを40℃で8時間真空乾燥する。
この遠心分離用ボトルを秤量し、予め秤量したおいた遠心分離用ボトルの質量を差し引くことにより、硬化後の接着剤全体の電解不溶分の質量(Wr[g])を求める。
電解液不溶分[質量%]=(Wr/Wc)×100・・・式2
上記アクリル系ポリマーは、電解液に溶解すれば、部分的に架橋を有するものであってもよいが、線状のアクリル系ポリマーを含むものであることが好ましい。
上記アクリル系ポリマーは、二種以上の上記単量体に由来する部位を有する共重合体であってもよい。
上記セパレータは、短絡防止、シャットダウン等の安全性付与の観点から、正極と負極の間に設けられるものであり、イオン透過性が大きく、機械的強度に優れる絶縁性の薄膜を使用できる。
上記電極は、集電体上に正極活物質層及び/又は負極活物質層が形成されて成る。
上記正極活物質層は、正極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料を一種以上含有する。
具体的には、LiCoO2に代表されるリチウムコバルト酸化物;LiMnO2、LiMn2O4、Li2Mn2O4に代表されるリチウムマンガン酸化物;LiNiO2に代表されるリチウムニッケル酸化物;LizMO2(MはNi、Mn、Co、Al及びMgからなる群より選ばれる2種以上の元素を示し、zは0.9超1.2未満の数を示す)で表されるリチウム含有複合金属酸化物等を挙げることができる。
上記正極活物質は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
次いで、この正極合剤含有ペーストを集電体に塗布し、乾燥して正極合剤層を形成し、それを必要に応じて加圧し厚みを調整することによって作製される。
上記負極活物質としては、金属リチウム、炭素材料、リチウムと合金形成が可能な元素を含む材料、又は、リチウム含有化合物等を挙げることができる。
具体的には、金属リチウムの他、例えば、ハードカーボン、ソフトカーボン、人造黒鉛、天然黒鉛、黒鉛、熱分解炭素、コークス、ガラス状炭素、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭、グラファイト、炭素コロイド、カーボンブラックに代表される炭素材料等を挙げることができる。
負極活物質は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
次いで、この負極合剤含有ペーストを集電体に塗布し、乾燥させて負極合剤層を形成し、それを必要に応じて加圧し厚みを調整することによって、負極が作製される。
上記金属箔としては、例えば、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、銅などの金属材料の箔が挙げられる。
上記導電性フィラーとしては、金属や導電性カーボンなど、導電性を有するものを使用できる。
上記浸漬工程は、上記電極とセパレータとを接着した積層体を電解液に浸漬する工程である。
具体的には、電池ケース(外装体)内に上記積層体を入れ、電解液を電池ケース内部に注液して積層体を電解液に浸漬させる。
その後、空気を入れないように、電池ケースを封止することでリチウムイオン二次電池が作製される。
(電解液)
上記電解液は、電解質と溶媒を含有する。
上記溶媒は、上記ホットメルト接着剤を溶解することができれば特に制限はなく、リチウムイオン二次電池に用いられている従来公知の溶媒を用いることができるが、充放電に寄与する電解質の電離度を高める点で非プロトン性極性溶媒を含有することが好ましい。
エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、トランス−2,3−ブチレンカーボネート、シス−2,3−ブチレンカーボネート、1,2−ペンチレンカーボネート、トランス−2,3−ペンチレンカーボネート、シス−2,3−ペンチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、トリフルオロメチルエチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート及び4,5−ジフルオロエチレンカーボネートに代表される環状カーボネートを挙げることができる。
テトラヒドロフラン、クラウンエーテル、ジオキサン、γ−ブチロラクトン、ε―カプロラクトン、δ―バレロラクトンに代表される環状エーテルを挙げることができる。
本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法は、上記積層体作製工程と浸漬工程を備える以外は、特に限定されず、従来の電池の製造方法と同様の工程を含むことができる。
(負極の作製)
塊状天然黒鉛、バインダの質量比は、96:4として、N−メチルピロリドンに分散させ、負極活物質スラリーを調整した。
この負極前駆体は電解液の含浸により、負極活物質層にリチウムがドープされ負極に変換される。
正極活物質、導電剤及びバインダの質量比は、92:4:4として、N−メチルピロリドンに分散させ、正極活物質スラリーを調整した。
ジエチルカーボネート(DEC)とエチレンカーボネート(EC)とが、体積比で7:3の電解液溶媒にLiPF6を溶解し、電解質が1Mの濃度の電解液を作製した。
アクリル系ホットメルト接着剤A(流動開始温度:55℃、90℃の粘度:1925mPa・s)を、吐出温度を90℃に調節したディスペンサーを用いて、図2に示すように、上記負極前駆体及び正極の表面に、1点当たり0.90mgのホットメルト接着剤をドット状に9点塗布した。
上記負極前駆体及び正極の接着剤塗布面にポリエチレン製微多孔質膜セパレータ(厚さ:25μm、収縮開始温度:100℃)を重ね、線圧2kgf/cmで圧着して積層体を得た。
上記積層体をアルミラミネートシート製のバッグ中に載置し、上記電解液を注液してバッグの開口部を封止してリチウムイオン二次電池を作製した。このとき、セパレータと電極との位置ずれは生じなかった。
また、アクリル系ホットメルト接着剤Aの電解液不溶分は、0.1質量%であった。
ホットメルト接着剤をアクリル系ホットメルト接着剤B(流動開始温度:60℃、90℃の粘度:1600mPa・s)に替え、上記負極前駆体及び正極の表面に、1点当たり0.47mgのホットメルト接着剤をドット状に9点塗布する他は実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。このとき、セパレータと電極との位置ずれは生じなかった。
また、アクリル系ホットメルト接着剤Bの電解液不溶分は、0.1質量%であった。
2 負極
21 負極集電体
22 負極活物質層
23 負極集電板
3 正極
31 正極集電体
32 正極活物質層
33 正極集電板
4 セパレータ
5 積層体
6 電池ケース(外装体)
7 電解液
8 ホットメルト接着剤
Claims (6)
- 電極とセパレータとを接着した積層体を作製する積層体作製工程と、
上記積層体を電解液に浸漬する浸漬工程と、を備える電池の製造方法であって、
上記積層体作製工程が、溶融したホットメルト接着剤を電極に塗布した後、上記電極とセパレータとを重ねて圧着する処理であり、
上記ホットメルト接着剤が上記電解液に溶解するものであることを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法。 - 上記セパレータが樹脂製であり、上記圧着時のホットメルト接着剤の温度が、上記セパレータの熱収縮開始温度よりも低いことを特徴とする請求項1に記載の電池のリチウムイオン二次製造方法。
- 上記ホットメルト接着剤の塗布量が、電池内の電解液のホットメルト接着剤濃度が3wt%以下となる量であることを特徴とする請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
- 上記ホットメルト接着剤の塗布量が、電極表面に対して0.2g/m2以上1g/m2未満であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つの項に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
- 上記ホットメルト接着剤がアクリル系ポリマーを含有するものであり、
上記電解液がジエチルカーボネートを50体積%以上含むものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。 - 上記アクリル系ポリマーが、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル、(メタアクリルアクリレート、(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリロニトリル及び(メタ)アクロイルから成る群より選ばれた少なくとも一種の単量体に由来する部位を有するものであることを特徴とする請求項5に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
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