JP2023082776A - 二次電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[リチウムイオン二次電池]
図1に示すように、二次電池の一例であるリチウムイオン二次電池10は、複数のリチウムイオン二次電池10と組み合わされた状態で、樹脂製または金属製のケースに封入されて電池パックを構成するセル電池である。電池パックは、ハイブリッド自動車や電気自動車に用いられる。
図2及び図3に示すように、電極体20は、長尺の正極板21と負極板25とがセパレータ28を介して積層した積層体を捲回した偏平な捲回体である。正極板21及び負極板25は、電極体20を構成する電極板の一例である。捲回前の積層体は、正極板21、セパレータ28、負極板25、セパレータ28の順に、厚さ方向D3(図3参照)に積層される。正極板21、負極板25、及びセパレータ28は、それぞれの長手となる方向が長手方向D1と一致するように積層される。
図2に示すように、正極板21は、正極基材22と、正極合剤層23と、絶縁層24とを備える。正極基材22は、長尺状に形成された箔状の電極基材である。正極合剤層23は、正極基材22の相対する第1面22S1(図3参照)及び第2面22S2(図3参照)の各々に設けられる。絶縁層24は、正極基材22の第1面22S1及び第2面22S2の各々において、正極合剤層23と隣接する位置に設けられる。
図2及び図3に示すように、負極板25は、長尺状に形成された箔状の電極基材である負極基材26と、負極基材26の両面に設けられた負極合剤層27とを備える。負極板25は、負極合剤層27を構成する材料を混錬し、混練後の材料を負極基材26に塗工して乾燥することで作製される。
セパレータ28は、正極板21と負極板25との接触を防ぐとともに、正極板21及び負極板25の間で非水電解液を保持する。非水電解液に電極体20に浸漬させると、セパレータ28の端部から中央部に向けて非水電解液が浸透する。
非水電解液は、非水溶媒に支持塩が含有された組成物である。非水溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等からなる群から選択された一種または二種以上の材料を用いることができる。また、支持塩としては、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiI等から選択される一種または二種以上のリチウム化合物(リチウム塩)を用いることができる。
以下、図4~図12を参照して、正極板21の製造工程について説明する。
図4に示すように、正極板21の製造工程は、ステップS1~S4の工程を含む。
ステップS1は、正極合剤ペーストと絶縁ペーストとを正極基材22に対して塗工して乾燥させることで、正極合剤層23と絶縁層24とを形成する塗工工程及び乾燥工程である。ステップS1では、まず、1条の正極合剤ペーストと2条の絶縁ペーストとを正極基材22の第1面22S1に対して塗工して乾燥させる。その後、正極基材22の第2面22S2にも1条の正極合剤ペーストと2条の絶縁ペーストとを塗工して乾燥させることで、正極基材22の両面に正極合剤層23と絶縁層24とを形成する。正極合剤層23は、正極合剤ペーストが乾燥されることで正極溶媒が気化するため、正極活物質、正極導電材、及び、正極結着材を含む。絶縁層24は、絶縁ペーストが乾燥されることで絶縁ペースト用溶媒が気化するため、無機成分、及び、樹脂成分を含む。
ステップS2は、正極基材22の両面に形成された正極合剤層23を押圧することで、正極合剤層23の厚みを調整するプレス工程である。ステップS2では、塗工工程及び乾燥工程を経た正極板21を、長手方向D1に沿う搬送方向D4(図6参照)に向けて搬送しながら、正極合剤層23を非図示の圧延ロールを用いて押圧する。ステップS2では、正極合剤層23と、正極基材22のうち正極合剤層23が塗工された合剤塗工部22Bとが押圧される。一方、ステップS2では、絶縁層24、及び、正極基材22のうち正極合剤層23が塗工されない延出部22Cは押圧されない。
図7に示すように、ステップS3は、上記した側縁22Eの幅方向D2における湾曲形状を矯正する延伸工程である。ステップS3の延伸工程では、プレス工程を経た正極基材22に対して、第1面22S1及び第2面22S2のそれぞれの側に1つ以上のロール30を当接させた状態で、正極板21の長手方向D1に沿う張力Tを作用させる。以下では、ロール30のうち正極板21における第1面22S1の側と当接するロール30を第1ロール30Aとし、ロール30のうち正極板21における第2面22S2の側と当接するロール30を第2ロール30Bとする。正極板21は、第1ロール30A、及び第2ロール30Bによって、正極基材22における第1面22S1及び第2面22S2のそれぞれの側から支持される。
ここで、図9を参照して、絶縁層24における樹脂成分の含有率と、絶縁層24の応力歪み曲線との関係について説明する。
次に、図10を参照して、正極基材22の応力歪み曲線と、絶縁層24の応力歪み曲線との関係について説明する。
ここで、図11を参照して、本実施形態の効果を説明するための参考例として、延伸工程において、正極基材22の延出部22Cに正極基材22の引張強度に相当する応力を作用させた場合の延出部22Cの形状について説明する。なお、図11では、説明の便宜上、絶縁層24を図示していない。
ステップS4は、ステップS3の延伸工程を経た正極板21を幅方向D2の中央で切断する切断工程である。切断工程によって、正極板21が長手方向D1に沿って2分割される。以上のステップS1~S4の工程によって、正極板21が製造される。
上記実施形態によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
(1)延伸工程において、延出部22Cと絶縁層24とを長手方向D1に引き延ばすことで、側縁22Eのなかで幅方向D2において正極基材22の中央に向かって窪んだ部分に、幅方向D2における外側に向かう内力が作用する。これにより、プレス工程で生じた側縁22Eの幅方向D2における湾曲形状を矯正できる。
以下、正極板21の実施例1及び比較例1,2について説明する。なお、これらの実施例は上記の実施形態を限定するものではない。
実施例1では、正極基材22として12μmの厚さを有したアルミニウムを用いた。そして、正極基材22の第1面22S1及び第2面22S2の各面に1条の正極合剤層23と2条の絶縁層24とを形成した。絶縁層24は、無機成分としてベーマイトを含み、樹脂成分として結着剤の一例であるPVDFを含む構成とした。絶縁層24において、無機成分の質量と樹脂成分の質量との比は、無機成分:樹脂成分=80%:20%であった。絶縁層24の厚さは、10μmであった。
比較例1では、正極基材22上に絶縁層24が形成されない点を除き、実施例1と同様に塗工工程、乾燥工程、プレス工程、延伸工程、及び切断工程を行った。
比較例2では、延伸工程において、延出部22Cに対して、アルミニウムの引張強度に相当する応力が作用するように、張力Tとして120Nが設定された点を除き、比較例1と同様に塗工工程、乾燥工程、プレス工程、及び延伸工程を行った。実施例1及び比較例1,2で用いたアルミニウムの引張強度は、392MPaであった。
評価1では、実施例1及び比較例1,2の正極板21について、延伸工程までが完了した段階において、プレス工程で生じる幅方向D2の湾曲が矯正されているか否かについて評価した。評価1では、幅方向D2の湾曲が矯正されているものを良(〇)とし、幅方向D2の湾曲が矯正されていないものを不良(×)とした。
評価2では、実施例1及び比較例1,2の正極板21について、延伸工程までが完了した段階で、延伸工程において生じる厚さ方向D3の波打ちが生じているか否かについて評価した。評価2では、厚さ方向D3の波打ちが生じていないものを良(〇)とし、厚さ方向D3の波打ちが生じているものを不良(×)とした。
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。
・延伸工程において、ロール30の数は1つであってもよいし、3つ以上であってもよい。例えば、第1ロール30A、及び第2ロール30Bの何れか一方を用いる構成であってもよいし、第1ロール30A、及び第2ロール30Bに加えて、他のロール30を用いてもよい。
10…リチウムイオン二次電池
20…電極体
21…正極板
22…正極基材
22A…露出部
22B…合剤塗工部
22C…延出部
22E…側縁
22S1…第1面
22S2…第2面
23…正極合剤層
24…絶縁層
25…負極板
26…負極基材
27…負極合剤層
28…セパレータ
30…ロール
30A…第1ロール
30B…第2ロール
31…本体部
32…拡径部
Claims (5)
- 特定方向に延びる側縁を備えた箔状の電極基材上に、合剤層と、前記合剤層と隣接する絶縁層とを形成し、前記電極基材における前記側縁と前記絶縁層との間の部分を前記電極基材が露出した露出部にする塗工工程と、
前記合剤層を押圧するプレス工程の後に、前記電極基材のなかで前記側縁と前記合剤層との間に位置する延出部と、前記絶縁層とを前記特定方向に引き延ばす延伸工程と、を含む二次電池の製造方法であって、
前記延伸工程において、前記延出部に対して、前記電極基材の降伏応力または0.2%耐力以上、かつ、前記電極基材の引張強度未満の応力を作用させるとともに、前記絶縁層に対して、前記絶縁層の降伏応力または0.2%耐力以上の応力を作用させる
ことを特徴とする二次電池の製造方法。 - 前記電極基材は、アルミニウムを含み、
前記絶縁層は、樹脂成分と、無機成分とを含み、
前記樹脂成分の質量比は、前記絶縁層の質量に対して15%以上である
ことを特徴とする請求項1に記載の二次電池の製造方法。 - 前記樹脂成分の質量比は、前記絶縁層の質量に対して30%以下である
ことを特徴とする請求項2に記載の二次電池の製造方法。 - 前記塗工工程は、前記電極基材において、前記特定方向に延びる2つの前記側縁の間に前記合剤層を形成し、前記合剤層と各側縁との間に1つずつ前記絶縁層を形成することによって2つの前記露出部を形成し、
前記延伸工程は、前記露出部と前記絶縁層とをロールに当接させた状態で、前記電極基材に前記特定方向に沿う張力を付与することで、前記延出部と前記絶縁層とを前記特定方向に引き延ばし、
前記ロールは、本体部と、前記本体部の両側に位置し、かつ前記本体部よりも大径の拡径部とを備え、
前記延伸工程において、前記拡径部が前記露出部及び前記絶縁層と当接する
ことを特徴とする請求項1ないし3のうち何れか一項に記載の二次電池の製造方法。 - 前記合剤層及び前記絶縁層は、前記電極基材における相対する第1面及び第2面のそれぞれに設けられ、
前記延伸工程において、複数の前記ロールが用いられ、
複数の前記ロールのうち少なくとも1つの第1ロールが、前記第1面に設けられた前記絶縁層、及び、前記露出部と当接し、
複数の前記ロールのうちの前記第1ロールと異なる少なくとも1つの第2ロールが、前記第2面に設けられた前記絶縁層、及び、前記露出部と当接する
ことを特徴とする請求項4に記載の二次電池の製造方法。
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