JP3956891B2

JP3956891B2 - Electrode manufacturing method

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Publication number: JP3956891B2
Application number: JP2003119542A
Authority: JP
Inventors: 勝樹板垣; 啓史上嶋; 利秀三宅; 智明田村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-04-24
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2023-04-24
Also published as: JP2004327203A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集電体の表面に活物質ペーストを塗布乾燥して電極を製造する電極の製造方法に関し、詳しくは、集電体に塗布された活物質ペーストを乾燥させる時に集電体の寸法変化の発生を抑えた電極の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話や携帯ビデオカメラ等の電気機器の電源として、高い重量エネルギー密度を持つことから、リチウム電池の搭載が主流となりつつある。このリチウム電池は、リチウムを含む正極活物質をもち充電時にはリチウムをリチウムイオンとして放出し放電時にはリチウムイオンを吸蔵することができる正極と、負極活物質をもち充電時にはリチウムイオンを吸蔵し放電時にはリチウムイオンを放出することができる負極と、有機溶媒にリチウムが含まれる支持塩よりなる電解質が溶解されてなる非水電解液と、から構成される。
【０００３】
また、このようなリチウム電池は、重量エネルギー密度を向上させるために、正極および負極がシート状に形成され、同じくシート状に形成されたセパレータを介して、シート状の正極および負極が巻回あるいは積層された状態で、ケース内に納められている。シート状の正極および負極は、集電体となる金属箔の表面に、活物質を含む合剤層を形成した構造をしている。
【０００４】
このようなシート状の電極は、正極あるいは負極の活物質が分散した活物質ペーストを調製し、この活物質ペーストを集電体の表面に塗布し、塗布された活物質ペーストを乾燥させて合剤層を形成し、合剤層をプレスして合剤層の密度を高めることで製造されている。
【０００５】
大電流での充放電を必要とする自動車用二次電池において、電極には、合剤層が形成されていない集電体が露出した未塗布部がもうけられており、この未塗布部が電池の外部端子と電気的に接続されている。未塗布部は、電極から合剤層を掻き取ることで製造することができるが、製造工程数の増加等の問題から、合剤層の形成時に未塗布部となる部分に活物質ペーストを塗布しないことで形成される。（たとえば、特許文献１参照。）
活物質ペーストが塗布された集電体の乾燥は、集電体を誘電加熱により加熱して乾燥させる方法がある。（たとえば、特許文献２参照。）
しかしながら、未塗布部が存在する集電体に誘電加熱を施すと、塗布部と未塗布部とで大きな温度差が発生する。具体的には、誘導加熱による乾燥は、集電体を発熱させてその熱で活物質ペーストを乾燥させる乾燥方法である。このため、誘導加熱により集電体を加熱すると、塗布部の集電体の発熱は活物質ペーストに伝達されることとなるが、未塗布部の集電体の熱は外部にほとんど放射されなくなっている。すなわち、塗布部と未塗布部とでは、未塗布部の温度が著しく高くなっていた。未塗布部の発熱により温度が過剰に高くなると、伸び、変形が発生するだけでなく、さらには溶融、破断が生じることとなる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−００８７０８号公報
【特許文献２】
特開平９−２４５９４７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、乾燥時の集電体の損傷が抑えられる電極の製造方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明者らは検討を重ねた結果、誘導加熱時に活物質ペーストが塗布された塗布部のみを加熱する製造方法とすることで上記課題を解決できることを見出した。
【０００９】
すなわち、本発明の電極の製造方法は、少なくとも電極活物質が溶剤に分散した活物質ペーストを調製するペースト調整工程と、活物質ペーストを金属板よりなる集電体の表面に塗布して、活物質ペーストが塗布された塗布部と、活物質ペーストが塗布されない集電体の表面が露出した未塗布部と、を有する集電体を形成する塗布工程と、活物質ペーストを乾燥させる乾燥工程と、を有する電極の製造方法において、乾燥工程は、塗布部に対向した位置に配された磁束を発生する誘導コイルと、誘導コイルからの磁束を集中させる磁気コアと、を有する誘導加熱装置による誘導加熱により塗布部のみを加熱する工程であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の電極の製造方法は、乾燥工程において活物質ペーストが塗布された塗布部のみを加熱できるため、未塗布部が過熱することにより生じる不具合の発生が抑えられている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の電極の製造方法は、ペースト調整工程と、塗布工程と、乾燥工程と、を有する。そして、乾燥工程が、誘導加熱により塗布部のみを加熱する工程である。本発明の電極の製造方法は、乾燥工程において活物質ペーストが塗布された塗布部のみを加熱している。すなわち、集電体が露出した未塗布部は加熱されない。この結果、未塗布部の過熱による電極の損傷が抑えられる。
【００１２】
活物質ペーストが塗布された塗布部のみに磁束を透過させることで、誘導加熱により塗布部のみを加熱することができる。さらに、誘導加熱時に未塗布部を遮蔽効果のある材料で被覆することで、未塗布部を磁束が透過しなくなり、未塗布部の過熱を抑えることができる。
【００１３】
誘導加熱装置は、塗布部に対向した位置に配された磁束を発生する誘導コイルを有することが好ましい。誘導加熱装置が塗布部に対向した誘導コイルを有することで、誘導コイルにおいて発生した磁束が塗布部に集中する。
【００１４】
誘導コイルは、磁束を発生する部材である。誘導コイルは磁束を発生することができる部材であれば特に限定されない。すなわち、本発明において誘導コイルとは、一般的な導線が渦巻き状に巻回したコイルのみを示すものではない。たとえば、誘導コイルとしては、導電性の線体であっても、導電性の線材を渦巻き状に巻回させてなる巻回体であっても、どちらでもよい。誘導コイルは、塗布部に対向した位置に配された導線よりなることが好ましい。誘導コイルが導線よりなることで、発生する磁束の方向を容易にそろえることができる。
【００１５】
誘導加熱装置において、磁気コアは、誘導コイルにおいて発生した磁束を集中して、集電体の塗布部に透過させる。磁気コアは、磁束を集中させることができる部材であれば、その材質および形状は特に限定されない。
【００１６】
磁気コアは、軟磁性体よりなることが好ましい。磁気コアが軟磁性体よりなることで、誘導コイルから発生した磁束を集電体の塗布部に透過させることができる。磁気コアを構成する軟磁性体としては、フェライトを用いることが好ましい。
【００１７】
また、誘導加熱装置は、未塗布部を被覆する金属よりなる遮蔽板を有することが好ましい。誘導加熱装置が遮蔽板を有することで、誘導コイルで発生した磁束が集電体の未塗布部を透過しなくなる。すなわち、集電体の未塗布部の加熱が抑えられる。遮蔽板は、その材質が限定されるものではないが、発熱を生じないことから、非磁性体材料よりなることが好ましい。非磁性体材料としては、銅、アルミニウムをあげることができる。
【００１８】
遮蔽板は、冷却手段を有することが好ましい。遮蔽板が冷却手段を有することで、遮蔽板の発熱が抑えられる。冷却手段は、遮蔽板を冷却することができれば限定されるものではない。たとえば、遮蔽板と一体に管路をもうけ、この管路中に冷却液を流す方法をあげることができる。冷却液は、特に限定されるものではなく、安価な水を用いることが好ましい。
【００１９】
さらに、誘導コイルを両面に配置することにより磁束密度が増加し効率的な加熱が可能となり乾燥時間を短縮できる。短時間で乾燥を行うことで、集電体と活物質ペーストの界面における腐食反応によるガスの発生を抑制できる効果を発揮する。またコイル間の磁束密度が均一であるため、集電体の位置が上下方向にずれても均一な加熱が可能となり電極品質も向上する。集電体の両面側に誘導コイルが配置されるときには、遮蔽板も両面に配置されることが好ましい。
【００２０】
集電体の両面に活物質ペーストの塗布が行われることが好ましい。集電体の両面に活物質ペーストの塗布が行われることで、集電体の両面に活物質層が形成された電極を製造することができる。また、活物質ペーストの乾燥は、集電体自身を発熱させることにより行われており、集電体の両面に塗布部が形成されることで、集電体の熱が両面に塗布部に伝導することとなる。このため、集電体の厚さ方向における熱分布のムラが生じなくなり、製造される集電板の性能低下が抑えられる。一方の表面の塗布部を乾燥させた後に他方の表面の塗布部を乾燥させると、他方の表面の塗布部の乾燥時に、乾燥した一方の表面の塗布部が過熱して、活物質が損傷を生じるおそれがある。
【００２１】
誘導加熱装置は、所定の位置に集電体を供給、保持する移送手段を有することが好ましい。誘導加熱装置が移送手段を有することで、連続的に乾燥を行うことができる。
【００２２】
本発明の製造方法において、ペースト調整工程は、少なくとも電極活物質が溶剤に分散した活物質ペーストを調製する工程である。そして、塗布工程は、活物質ペーストを金属板よりなる集電体の両面に塗布して、活物質ペーストが塗布された塗布部と、活物質ペーストが塗布されない集電体の表面が露出した未塗布部と、を有する集電体を形成する工程である。すなわち、ペースト調整工程と、塗布工程とを行うことで、活物質ペーストの塗布部と未塗布部とが形成された集電体が製造できる。
【００２３】
本発明の製造方法は、活物質ペーストが乾燥してなる合剤層を有する集電体を押圧するプレス行程を有することが好ましい。プレス工程を有することで、合剤層が高密度化するだけでなく、合剤層と集電体の密着性が増加する。
【００２４】
本発明の製造方法において、活物質ペーストおよび集電体は、製造すべき電極の材料構成により適宜選択して製造することができる。
【００２５】
本発明の製造方法は、リチウム電池の電極の製造方法であることが好ましい。
【００２６】
リチウム電池の正極は、リチウムイオンを充電時には放出し、かつ放電時には吸蔵することができれば、その材料構成で特に限定されるものではなく、公知の材料構成のものを用いることができる。特に、正極活物質、導電材および結着剤を混合して得られた活物質ペーストが集電体に塗布、乾燥されてなるものを用いることが好ましい。
【００２７】
正極活物質には、その活物質の種類で特に限定されるものではなく、公知の活物質を用いることができる。たとえば、ＴｉＳ₂、ＴｉＳ₃、ＭｏＳ₃、ＦｅＳ₂、Ｌｉ_(1-x)ＭｎＯ₂、Ｌｉ_(1-x)Ｍｎ₂Ｏ₄、Ｌｉ_(1-x)ＣｏＯ₂、Ｌｉ_(1-x)ＮｉＯ₂、Ｖ₂Ｏ₅等の化合物をあげることができる。ここで、ｘは０〜１を示す。また、これらの化合物の混合物を正極活物質として用いてもよい。さらに、Ｌｉ_1-xＭｎ_2+xＯ₄、ＬｉＮｉ_1-xＣｏ_xＯ₂などのようにＬｉＭｎ₂Ｏ₄、ＬｉＮｉＯ₂の遷移金属元素の一部を少なくとも１種類以上の他の遷移金属元素あるいはＬｉで置き換えたものを正極活物質としてもよい。
【００２８】
正極活物質としては、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂等のリチウムおよび遷移金属の複合酸化物がより好ましい。すなわち、電子とリチウムイオンの拡散性能に優れるなど活物質としての性能に優れているため、高い充放電効率と良好なサイクル特性とを有する電池が得られる。さらに、正極活物質としては、材料コストの低さから、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄を用いることが好ましい。
【００２９】
結着剤は、活物質粒子をつなぎ止める作用を有する。結着剤としては、有機系結着剤や、無機系結着剤を用いることができ、たとえば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の化合物をあげることができる。
【００３０】
導電剤は、正極の電気伝導性を確保する作用を有する。導電剤としては、たとえば、カーボンブラック、アセチレンブラック、黒鉛等の炭素物質の１種または２種以上の混合したものをあげることができる。
【００３１】
また、正極の集電体としては、たとえば、アルミニウム、ステンレスなどの金属を網、パンチドメタル、フォームメタルや板状に加工した箔などを用いることができる。
【００３２】
リチウム電池の正極の製造においては、活物質ペーストは、正極活物質、導電材および結着剤を水あるいは有機溶媒等の溶媒に混合して得られる。
【００３３】
リチウム電池の負極は、リチウムイオンを充電時には吸蔵し、かつ放電時には放出することができれば、その材料構成で特に限定されるものではなく、公知の材料構成のものを用いることができる。特に、負極活物質および結着剤を混合して得られた活物質ペーストが集電体に塗布されてなるものを用いることが好ましい。
【００３４】
負極活物質としては、特に限定されるものではなく、公知の活物質を用いることができる。たとえば、結晶性の高い天然黒鉛や人造黒鉛などの炭素材料、金属リチウムやリチウム合金、スズ化合物などの金属材料、導電性ポリマーなどをあげることができる。
【００３５】
結着剤は、活物質粒子をつなぎ止める作用を有する。結着剤としては、有機系結着剤や、無機系結着剤を用いることができ、たとえば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の化合物をあげることができる。
【００３６】
リチウム電池の負極の製造においては、活物質ペーストは、負極活物質および結着剤を水あるいは有機溶媒等の溶媒に混合して得られる。
【００３７】
負極の集電体としては、たとえば、銅、ニッケルなどを網、パンチドメタル、フォームメタルや板状に加工した箔などを用いることができる。
【００３８】
本発明の電極の製造方法は、乾燥工程において活物質ペーストが塗布された塗布部のみを加熱できるため、未塗布部が過熱することにより生じる不具合の発生が抑えられている。
【００３９】
本発明の電極の製造方法は、活物質ペーストを集電体との界面側から乾燥させるため、腐食の発生しやすい水系の溶媒を用いた活物質ペーストを用いた場合に、特に効果を発揮する。
【００４０】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【００４１】
本発明の実施例として、電極製造装置を作製し、この電極製造装置を用いてリチウム電池用正極を製造した。
【００４２】
（実施例１）
本実施例において電極の製造に用いられる電極製造装置は、図１に示された構成を有する装置であり、帯状の集電体５を長さ方向に流す移送手段（図示せず）と、最上流部に位置し集電体５に活物質ペーストを塗布する塗工機１と、塗工機１の直下流に配置され活物質ペーストが塗布された集電体５を誘導加熱により加熱する誘導加熱装置２と、誘導加熱装置２の下流に配置された活物質ペーストを熱風乾燥する熱風乾燥炉３と、を有する構成となっている。
【００４３】
（塗工機）
本実施例に用いられる電極製造装置の塗工機１は、帯状の集電体５に活物質ペーストを塗布する従来公知の塗工機が用いられている。塗工機１は、幅が１８０ｍｍ、厚さ１５μｍの硬質アルミニウム箔（ＡｌＮ３０−Ｈ１８）よりなる集電体の両面に活物質ペーストを８０ｍｍの塗工幅（少なくとも帯状の集電体の幅方向の端部から２０ｍｍ離れた状態で未塗布部の合計が４０ｍｍ以上）で塗布する。このとき、集電体５には、活物質ペーストが塗布された塗布部５１と、塗布部５１の両側に活物質ペーストが塗布されずに集電体表面が露出した未塗布部５２と、が形成された。なお、活物質ペーストは、乾燥後の片側あたりの目付量が１４．９ｍｇ／ｃｍ²となるように塗布される。また、乾燥後の塗布部の活物質ペーストの厚さは８２．５μｍとなった。
【００４４】
塗工機１において塗布される活物質ペーストは、正極活物質のニッケル酸リチウム８５重量部と、導電材のアセチレンブラック１０重量部と、結着剤のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）３重量部、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）２重量部と、を水１００重量部中に均一に分散させて調製された。
【００４５】
（誘導加熱装置）
本実施例に用いられる誘導加熱装置２は、塗工機１において活物質ペーストが塗布された集電体を誘導加熱により加熱して乾燥させる。誘導加熱装置２の主な回路構成を図２に示すとともに、集電体の乾燥時の様子を図３および４に示した。なお、図４は、図３中のＡ−Ａ面における断面図である。
【００４６】
誘導加熱装置２は、電力を供給する電源２１と、電源２１からの電流を交流に変換して誘導電流とする共振周波数自動調整器２２と、誘導電流の調整を行うトランス２３と、誘導加熱を行う誘導コイル２４と、誘導コイル２４の磁束を集中させる磁気コア２５と、を有する。
【００４７】
電源２１は、ＡＣ２００Ｖの交流電流の入力を、最大でＤＣ３００Ｖ、５０Ａの直流電流として出力する装置である。
【００４８】
共振周波数自動調整器２２は、電源２１から供給された電力を交流電流に変換するＩＨインバータ部と、ＩＨインバータ部から供給される交流電流の周波数を１０ｋＨｚ以上の値となるようにＩＨインバータ部を制御する制御部と、を有し、加熱部の加熱コイルに供給される誘導電流を調整する。また、制御部は、電流値が最小になるように制御を行う。
【００４９】
トランス２３は、誘導電流の電圧の低下や電圧の増加を行うことで、誘導電流を所定の範囲内とする。
【００５０】
誘導コイル２４は、集電体５の表面から小間隔を隔てた位置に集電体５の幅方向に往復した状態で配設された略Ｕ字状の導線よりなる。誘導コイル２４の略Ｕ字状の直線部が集電体５を幅方向に横断し、集電体５の幅方向の外部で誘導コイル２４が湾曲している。誘導コイル２４は、誘導電流を流すことで誘導コイル２４が磁束を発生させる。
【００５１】
磁気コア２５は、フェライトよりなり、誘導コイル２４の略Ｕ字状の直線部を収容する。磁気コア２５は、誘導コイル２４の直線部を収容する凹部２５０が集電体５との対向面に形成されている。磁気コア２５が誘導コイル２４の直線部を収容することで、誘導コイル２４から発生した磁束を集中させて集電体５の塗布部５１に透過させることができる。磁気コア２５は、集電体５の幅方向における幅が、塗布部５１の幅よりわずかに短くなるように形成されている。
【００５２】
（熱風乾燥炉）
本実施例に用いられる熱風乾燥炉３は、熱風により炉内温度を所定の温度に維持した炉内に集電体５を流し、誘導加熱装置２で除去しきれなかった水分を除去する。
【００５３】
（リチウム電池用正極の製造）
上記電極製造装置を作動させて、リチウム電池用正極を製造した。
【００５４】
上記電極製造装置は、帯状の集電体５を３ｍ／ｍｉｎの速度で帯の長さ方向に流す。
【００５５】
所定の流速で流れる帯状の集電体５は、まず、塗工機１において活物質ペーストがその両面に塗布される。このとき、活物質ペーストが塗布された塗布部５１と、活物質ペーストが塗布されずに集電体５の表面が露出した未塗布部５２とが形成された。
【００５６】
活物質ペーストが塗布された集電体５は、誘導加熱装置２において誘導加熱により加熱される。誘導加熱装置２において、集電体５は、対向して配設された一対の誘導コイル２４の間を流れる。
【００５７】
誘導加熱装置２に導入された集電体５が一対の誘導コイル２４の間に存在した状態で、誘導コイル２４に通電し、誘導コイル２４に磁束を発生させる。誘導コイル２４において発生した磁束は、磁気コア２５により集電体５の塗布部５１に集中させられる。そして、この磁束が集電体５の塗布部５１を発熱させる。
【００５８】
本実施例においては、誘導加熱装置２の加熱条件（誘導コイルの出力）を変化させて、さまざまな正極を作成した。誘導加熱装置２の加熱条件（電源電力）と実際に誘導コイル２４に流れた電力（回路中にもうけられた図示されないセンサーにより測定された）を表１に示した。
【００５９】
【表１】

【００６０】
誘導加熱装置２において乾燥した集電体５は、熱風乾燥炉３に導入された。熱風乾燥炉３において、集電体５に残留した水分が除去された。なお、熱風乾燥炉３による乾燥は、集電体５の乾燥が確認されるまで行われた。
【００６１】
集電体５の乾燥の確認は、集電体を乾燥炉から取りだし、赤外線水分計でペースト中の水分を測定し、ペースト中の水分が１％以下になった時間を乾燥時間とした。
【００６２】
以上の手段により本実施例のリチウム電池用正極が製造された。
【００６３】
なお、本実施例において、誘導加熱装置２は、誘導コイル２４からの磁束を磁気コア２５で塗布部に集中させることで、未塗布部５２の過熱を抑えている。
【００６４】
（実施例２）
未塗布部５２を被覆する遮蔽板２６を有する誘導加熱装置２を用いた以外は、実施例１と同様な手段によりリチウム電池用正極を製造した。本実施例の誘導加熱装置２を図５に示した。
【００６５】
遮蔽板２６は、誘導コイル２４の磁気コア２５から露出した部分と、対向した集電体５の未塗布部５２との間に配された略板状の部材である。そして、遮蔽板２６は、内部に冷却水が流れる管路が形成された板状のアルミニウムより形成されている。
【００６６】
本実施例において用いられた電極製造装置２は、遮蔽板２６が配置された以外は、実施例１において用いられた電極製造装置と同様であり、実施例１と同様な手順で本実施例のリチウム電池用正極が製造された。誘導加熱装置２の加熱条件を表１にあわせて示した。
【００６７】
本実施例において用いられた電極製造装置は、誘導加熱装置２が遮蔽板２６を有することで、集電体５の未塗布部５２に磁束が透過しなくなっている。すなわち、未塗布部５２の発熱が抑えられている。
【００６８】
（実施例３）
誘導コイル２４が集電体の長さ方向に配設された誘導加熱装置２を用いた以外は、実施例１と同様な手段によりリチウム電池用正極を製造した。本実施例の誘導加熱装置２を図６に示した。
【００６９】
本実施例において用いられた誘導加熱装置２は、誘導コイル２４が集電体５の長さ方向に配設された略Ｕ字上を有する以外は実施例１において用いられた誘導加熱装置２と同様であり、実施例１と同様な手順で本実施例のリチウム電池用正極が製造された。誘導加熱装置２の加熱条件を表１にあわせて示した。
【００７０】
本実施例において用いられた誘導加熱装置２は、誘導コイル２４が塗布部５１の幅方向の内側に配されている。また、磁気コア２５の幅が、塗布部５１の幅より短く形成されている。このため、塗布部５１に誘導コイル２４において発生した磁束が集中することとなっている。
【００７１】
本実施例において用いられた誘導加熱装置２において、誘導コイル２４の集電体５の長さ方向の長さを調節することで、加熱面積を広くすることができる。すなわち、誘導コイル２４の長さを長くするほど、長時間磁界中に存在することとなり、低出力とすることができる。
【００７２】
（比較例１）
本比較例は、誘導加熱装置２がない電極製造装置を用いた以外は、実施例１と同様な手段によりリチウム電池用正極を製造した。
【００７３】
すなわち、本比較例においては、塗工機２と熱風乾燥炉３とからなる電極製造装置を用いてリチウム電池用正極が製造された。
【００７４】
本比較例は、活物質ペーストの乾燥に誘導加熱装置を用いていない従来の製造方法である。
【００７５】
（比較例２）
本比較例は、磁気コアおよび遮蔽板を有することなく誘電コイル２４が集電体５に対向配置された誘導加熱装置２を用いた以外は、実施例１と同様な手段によりリチウム電池用正極を製造した。本比較例の誘導加熱装置２を図７に示した。
【００７６】
本比較例において用いられた誘導加熱装置２は、誘導コイル２４が集電体５の幅方向に突出して往復した状態で配設されるとともに、磁気コアを用いていない以外は実施例１において用いられた電極製造装置と同様であり、実施例１と同様な手順で本実施例のリチウム電池用正極が製造された。誘導加熱装置２の加熱条件を表１にあわせて示した。
【００７７】
本比較例は、磁気コアを有していないため、誘導コイル２４の磁束を塗布部に十分に集中できなくなっている。
【００７８】
（評価）
実施例および比較例において製造されたリチウム電池用正極活物質層の密度および剥離強度を測定し、測定結果を表１にあわせて示した。なお、表１には、製造時の熱風乾燥炉３における加熱時間もあわせて示した。
【００７９】
密度の測定は、φ１５ｍｍの測定用サンプルを打ち抜き、活物質層の膜厚および重量を測定し、密度を算出することで行われた。なお、膜厚の測定は、電極の幅方向の３点で測定し、その平均値を用いた。
【００８０】
また、剥離強度の測定は、まず、５４×３０ｍｍの角形の測定用サンプルを打ち抜いた。測定用サンプルに幅６ｍｍのテープを貼り付け、剥離専用治具と連結した引っ張り試験機を用いてテープを引っ張り、活物質層が集電体から剥離したときの力を測定し、この剥がす力を剥離強度とした。
【００８１】
また、表１中の判定については、正極に通常テンション（２４．５Ｎ（２．５ｋｇｆ））を付与し（２４．５Ｎで正極を背向した方向に引っ張り）、三次元測定器を用いて正極の未塗布部の歪み（うねり）を測定し、１ｍｍ以上の歪みが発生したものを×とした。
【００８２】
表１より、誘導加熱装置２により活物質ペーストの加熱を行った例においては、その後の熱風乾燥炉３における乾燥時間が大幅に短くなっている。すなわち、誘導加熱による活物質ペーストの乾燥を行うことで、熱風乾燥炉３による加熱時間を短くすることが可能となっており、熱風乾燥炉３における加熱による活物質の過熱を抑えることができる。
【００８３】
また、誘導加熱装置２により活物質ペーストの加熱を行った例においては、製造された正極の合剤層の密度が大きくなっている。このことは、活物質ペーストの乾燥時に活物質ペーストによる集電体の腐食の発生が抑えられていることによる。具体的には、誘導加熱装置２を用いて過熱すると、集電体が発熱し、その熱が活物質ペーストに伝達する。そして、活物質ペースト中の水分が蒸発する。すなわち、集電体にと賦された活物質ペーストは、集電体との界面側から乾燥していく。活物質ペーストによる集電体の腐食の生じる界面から乾燥することで、腐食の発生が抑えられる。この結果、腐食により生じる気泡の発生が抑えられ、得られた合剤層の密度が上昇した。
【００８４】
誘導過熱により加熱乾燥を行うことで、活物質ペーストと集電体の界面における腐食の発生が抑えられることで、合剤層の剥離強度が増加した。
【００８５】
誘導加熱装置２により活物質ペーストの加熱を行った例において、誘導加熱時に遮蔽板を配置すると、より高い出力で加熱できることがわかる。すなわち、より短時間での活物質ペーストの乾燥が可能となっている。このことは、遮蔽板を用いることで、磁気コアにより収束されない磁束が未塗布部を透過することを遮断するため、未塗布部自身が発熱することが抑えられているためである。
【００８６】
すなわち、上記各実施例に示したように、誘導加熱により塗布部のみを加熱することで、すぐれた特性のリチウム電池用正極が製造できることがわかる。特に、誘導加熱時に非磁性体よりなる遮蔽板で未塗布部を被覆することで、よりすぐれた特性のリチウム電池用正極が製造できることがわかる。
【００８７】
【発明の効果】
本発明の電極の製造方法は、乾燥工程において、誘導加熱により集電体の塗布部を発熱させているため、未塗布部が過熱されなくなっている。さらに、塗布部の集電体自身が発熱することで、活物質ペーストによる集電体の腐食が抑えられている。この結果、本発明の製造方法は、集電体の損傷が抑えられるとともに優れた特性が維持された電極を製造することができる効果を示す。
【００８８】
本発明の電極の製造方法は、活物質ペーストを集電体との界面側から乾燥させるため、腐食の発生しやすい水系の溶媒を用いた活物質ペーストを用いた場合に、特に効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１において用いられた電極製造装置の構成を示した図である。
【図２】実施例１において用いられた誘導加熱装置の回路の構成を示した図である。
【図３】実施例１において用いられた誘導加熱装置の加熱時の状態を示した図である。
【図４】図３のＡ−Ａ面における断面図である。
【図５】実施例２において用いられた誘導加熱装置の加熱時の状態を示した図である。
【図６】実施例３において用いられた誘導加熱装置の加熱時の状態を示した図である。
【図７】比較例２において用いられた誘導加熱装置の加熱時の状態を示した図である。
【符号の説明】
１…塗工機
２…誘導加熱装置２１…電源
２２…共振周波数自動調整器２３…トランス
２４…誘導コイル２５…磁気コア
３…熱風乾燥炉
５…集電体５１…塗布部
５２…未塗布部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrode manufacturing method for manufacturing an electrode by applying and drying an active material paste on the surface of a current collector, and more specifically, dimensions of the current collector when the active material paste applied to the current collector is dried. The present invention relates to a method for manufacturing an electrode that suppresses occurrence of changes.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as a power source for electric devices such as cellular phones and portable video cameras, lithium batteries are becoming mainstream because of their high weight energy density. This lithium battery has a positive electrode active material containing lithium, releases lithium as lithium ions during charging and can store lithium ions during discharge, and has a negative electrode active material that stores lithium ions during charging and discharges lithium ions during discharging. It is comprised from the negative electrode which can discharge | release ion, and the nonaqueous electrolyte solution by which the electrolyte which consists of a support salt in which lithium is contained in the organic solvent is dissolved.
[0003]
In addition, in order to improve the weight energy density, such a lithium battery has a positive electrode and a negative electrode formed in a sheet shape, and the sheet-like positive electrode and negative electrode are wound or separated through a separator formed in the same sheet shape. In a stacked state, it is housed in a case. The sheet-like positive electrode and negative electrode have a structure in which a mixture layer containing an active material is formed on the surface of a metal foil serving as a current collector.
[0004]
Such a sheet-like electrode is prepared by preparing an active material paste in which a positive electrode or negative electrode active material is dispersed, applying the active material paste to the surface of a current collector, and drying the applied active material paste. It is manufactured by forming a mixture layer and pressing the mixture layer to increase the density of the mixture layer.
[0005]
In a secondary battery for automobiles that requires charging and discharging with a large current, an electrode has an uncoated portion where a current collector without a mixture layer is exposed, and this uncoated portion is a battery. Is electrically connected to the external terminal. The uncoated part can be manufactured by scraping the mixture layer from the electrode, but due to problems such as an increase in the number of manufacturing steps, the active material paste is applied to the part that becomes the uncoated part when forming the mixture layer Not formed. (For example, see Patent Document 1.)
There is a method of drying the current collector coated with the active material paste by heating the current collector by dielectric heating. (For example, see Patent Document 2.)
However, when dielectric heating is performed on a current collector having an uncoated portion, a large temperature difference occurs between the coated portion and the uncoated portion. Specifically, drying by induction heating is a drying method in which the current collector is heated to dry the active material paste. For this reason, when the current collector is heated by induction heating, the heat generated by the current collector in the coated part is transferred to the active material paste, but the heat of the current collector in the uncoated part is hardly radiated to the outside. ing. That is, the temperature of the non-application part was remarkably high in the application part and the non-application part. If the temperature becomes excessively high due to heat generation in the uncoated portion, not only elongation and deformation occur, but also melting and fracture occur.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-008708 [Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-245947
[Problems to be solved by the invention]
This invention is made | formed in view of the said actual condition, and makes it a subject to provide the manufacturing method of the electrode which can suppress the damage of the electrical power collector at the time of drying.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have repeatedly studied and found that the above-mentioned problems can be solved by using a manufacturing method in which only the application part coated with the active material paste is heated during induction heating.
[0009]
That is, the electrode manufacturing method of the present invention includes a paste adjusting step of preparing an active material paste in which at least an electrode active material is dispersed in a solvent, and applying the active material paste to the surface of a current collector made of a metal plate. An application step for forming a current collector having an application portion to which the material paste is applied, and an unapplied portion where the surface of the current collector to which the active material paste is not applied is exposed, and a drying step for drying the active material paste. In the method of manufacturing an electrode having the above, the drying step includes induction by an induction heating device having an induction coil that generates magnetic flux disposed at a position opposite to the coating portion and a magnetic core that concentrates the magnetic flux from the induction coil. It is a process of heating only the application part by heating.
[0010]
Since the manufacturing method of the electrode of this invention can heat only the application part in which the active material paste was apply | coated in the drying process, generation | occurrence | production of the malfunction which arises when an unapplied part overheats is suppressed.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The manufacturing method of the electrode of this invention has a paste adjustment process, an application | coating process, and a drying process. And a drying process is a process of heating only an application part by induction heating. In the electrode manufacturing method of the present invention, only the coated portion where the active material paste is coated is heated in the drying step. That is, the uncoated portion where the current collector is exposed is not heated. As a result, electrode damage due to overheating of the uncoated portion is suppressed.
[0012]
By allowing the magnetic flux to pass through only the application part to which the active material paste is applied, only the application part can be heated by induction heating. Furthermore, by covering the non-applied part with a material having a shielding effect during induction heating, magnetic flux does not pass through the non-applied part, and overheating of the non-applied part can be suppressed.
[0013]
The induction heating device preferably includes an induction coil that generates a magnetic flux disposed at a position facing the application unit. Since the induction heating device has the induction coil facing the application part, the magnetic flux generated in the induction coil concentrates on the application part.
[0014]
The induction coil is a member that generates magnetic flux. The induction coil is not particularly limited as long as it is a member that can generate magnetic flux. That is, in the present invention, the induction coil does not indicate only a coil in which a general conducting wire is wound in a spiral shape. For example, the induction coil may be either a conductive wire or a wound body obtained by winding a conductive wire in a spiral shape. The induction coil is preferably made of a conductive wire disposed at a position facing the application portion. When the induction coil is made of a conductive wire, the direction of the generated magnetic flux can be easily aligned.
[0015]
In the induction heating device, the magnetic core concentrates the magnetic flux generated in the induction coil and transmits it through the application part of the current collector. The material and shape of the magnetic core are not particularly limited as long as the magnetic core can concentrate the magnetic flux.
[0016]
The magnetic core is preferably made of a soft magnetic material. Since the magnetic core is made of a soft magnetic material, the magnetic flux generated from the induction coil can be transmitted through the application portion of the current collector. As the soft magnetic material constituting the magnetic core, it is preferable to use ferrite.
[0017]
Moreover, it is preferable that an induction heating apparatus has a shielding board which consists of a metal which coat | covers an uncoated part. Since the induction heating device has the shielding plate, the magnetic flux generated by the induction coil does not pass through the uncoated portion of the current collector. That is, heating of the uncoated portion of the current collector can be suppressed. The material of the shielding plate is not limited, but is preferably made of a nonmagnetic material because it does not generate heat. Examples of non-magnetic materials include copper and aluminum.
[0018]
The shielding plate preferably has a cooling means. Since the shielding plate has the cooling means, heat generation of the shielding plate can be suppressed. The cooling means is not limited as long as the shielding plate can be cooled. For example, a method of providing a pipe line integrally with the shielding plate and allowing the coolant to flow through the pipe line can be mentioned. The coolant is not particularly limited, and it is preferable to use inexpensive water.
[0019]
Furthermore, by arranging the induction coil on both sides, the magnetic flux density increases and efficient heating becomes possible, and the drying time can be shortened. By drying in a short time, the effect of suppressing the generation of gas due to the corrosion reaction at the interface between the current collector and the active material paste is exhibited. Further, since the magnetic flux density between the coils is uniform, even heating is possible even when the position of the current collector is shifted in the vertical direction, and the electrode quality is improved. When the induction coil is arranged on both sides of the current collector, it is preferable that the shielding plate is also arranged on both sides.
[0020]
The active material paste is preferably applied to both sides of the current collector. By applying the active material paste on both sides of the current collector, an electrode having an active material layer formed on both sides of the current collector can be manufactured. The active material paste is dried by causing the current collector itself to generate heat. By forming the application part on both sides of the current collector, the heat of the current collector is conducted to the application part on both sides. Will be. For this reason, the unevenness of the heat distribution in the thickness direction of the current collector does not occur, and the performance deterioration of the manufactured current collector plate is suppressed. If the coated part on one surface is dried after the coated part on one surface is dried, the dried coated part on one surface is overheated and the active material is damaged when the coated part on the other surface is dried. May occur.
[0021]
The induction heating device preferably has a transfer means for supplying and holding the current collector at a predetermined position. Since the induction heating device has the transfer means, the drying can be performed continuously.
[0022]
In the production method of the present invention, the paste adjusting step is a step of preparing an active material paste in which at least an electrode active material is dispersed in a solvent. Then, the coating process is performed by applying the active material paste to both surfaces of the current collector made of a metal plate, and the application portion where the active material paste is applied and the surface of the current collector where the active material paste is not applied are exposed. And a coating part. That is, by performing the paste adjusting step and the applying step, a current collector in which an active material paste applied portion and an unapplied portion are formed can be manufactured.
[0023]
The production method of the present invention preferably has a pressing step of pressing a current collector having a mixture layer formed by drying the active material paste. By having the pressing step, the mixture layer not only has a high density, but also the adhesion between the mixture layer and the current collector increases.
[0024]
In the manufacturing method of the present invention, the active material paste and the current collector can be appropriately selected and manufactured according to the material configuration of the electrode to be manufactured.
[0025]
The production method of the present invention is preferably a method for producing an electrode of a lithium battery.
[0026]
The positive electrode of the lithium battery is not particularly limited as long as it can release lithium ions at the time of charging and occlude at the time of discharging, and a material having a known material structure can be used. In particular, it is preferable to use a paste obtained by applying an active material paste obtained by mixing a positive electrode active material, a conductive material and a binder to a current collector and drying it.
[0027]
The positive electrode active material is not particularly limited by the type of the active material, and a known active material can be used. For example, TiS ₂ , TiS ₃ , MoS ₃ , FeS ₂ , Li _(1-x) MnO ₂ , Li _(1-x) Mn ₂ O ₄ , Li _(1-x) CoO ₂ , Li _(1-x) NiO ₂ , compounds such as V ₂ O ₅ can be mentioned. Here, x shows 0-1. Moreover, you may use the mixture of these compounds as a positive electrode active material. Further, at least one or more other transition metal elements such as LiMn ₂ O ₄ and LiNiO ₂ such as Li _1-x Mn _{2 + x} O ₄ and LiNi _1-x Co _x O ₂ are used. Or what was replaced by Li is good also as a positive electrode active material.
[0028]
As the positive electrode active material, lithium and transition metal composite oxides such as LiMn ₂ O ₄ , LiCoO ₂ , and LiNiO ₂ are more preferable. That is, since it has excellent performance as an active material such as excellent diffusion performance of electrons and lithium ions, a battery having high charge / discharge efficiency and good cycle characteristics can be obtained. Furthermore, LiMn ₂ O ₄ is preferably used as the positive electrode active material because of low material cost.
[0029]
The binder has an action of holding the active material particles. As the binder, an organic binder or an inorganic binder can be used, and examples thereof include compounds such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene chloride, and polytetrafluoroethylene (PTFE). Can do.
[0030]
The conductive agent has an action of ensuring the electrical conductivity of the positive electrode. Examples of the conductive agent include one or a mixture of two or more carbon materials such as carbon black, acetylene black, and graphite.
[0031]
As the positive electrode current collector, for example, a metal such as aluminum or stainless steel that is processed into a net, a punched metal, a foam metal, or a plate can be used.
[0032]
In the production of a positive electrode for a lithium battery, an active material paste is obtained by mixing a positive electrode active material, a conductive material, and a binder in a solvent such as water or an organic solvent.
[0033]
The negative electrode of the lithium battery is not particularly limited in its material configuration as long as lithium ions can be occluded during charging and released during discharging, and those having a known material configuration can be used. In particular, it is preferable to use a material obtained by applying an active material paste obtained by mixing a negative electrode active material and a binder to a current collector.
[0034]
The negative electrode active material is not particularly limited, and a known active material can be used. For example, carbon materials such as highly crystalline natural graphite and artificial graphite, metal materials such as metallic lithium, lithium alloys, and tin compounds, conductive polymers, and the like can be given.
[0035]
The binder has an action of holding the active material particles. As the binder, an organic binder or an inorganic binder can be used, and examples thereof include compounds such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene chloride, and polytetrafluoroethylene (PTFE). Can do.
[0036]
In the production of a negative electrode for a lithium battery, the active material paste is obtained by mixing a negative electrode active material and a binder in a solvent such as water or an organic solvent.
[0037]
As the current collector for the negative electrode, for example, a foil obtained by processing copper, nickel or the like into a net, punched metal, foam metal, or plate shape can be used.
[0038]
Since the manufacturing method of the electrode of this invention can heat only the application part in which the active material paste was apply | coated in the drying process, generation | occurrence | production of the malfunction which arises when an unapplied part overheats is suppressed.
[0039]
The method for producing an electrode of the present invention is particularly effective when an active material paste using an aqueous solvent that easily generates corrosion is used because the active material paste is dried from the interface side with the current collector. .
[0040]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described using examples.
[0041]
As an example of the present invention, an electrode manufacturing apparatus was manufactured, and a positive electrode for a lithium battery was manufactured using this electrode manufacturing apparatus.
[0042]
Example 1
An electrode manufacturing apparatus used for manufacturing an electrode in the present embodiment is an apparatus having the configuration shown in FIG. 1, and includes a transfer means (not shown) for flowing a strip-shaped current collector 5 in the length direction, An induction machine that is located upstream and applies an active material paste to the current collector 5 and an induction heater that is disposed immediately downstream of the coating machine 1 and that is coated with the active material paste is heated by induction heating. It has the structure which has the heating apparatus 2 and the hot air drying furnace 3 which dries the active material paste arrange | positioned downstream of the induction heating apparatus 2 with hot air.
[0043]
(Coating machine)
As the coating machine 1 of the electrode manufacturing apparatus used in the present embodiment, a conventionally known coating machine for applying an active material paste to the strip-shaped current collector 5 is used. The coating machine 1 has a coating width of 80 mm (at least in the width direction of the belt-shaped current collector) on both sides of a current collector made of a hard aluminum foil (AlN30-H18) having a width of 180 mm and a thickness of 15 μm. The total of the unapplied parts is 40 mm or more in a state of being 20 mm away from the end part. At this time, the current collector 5 includes an application part 51 to which the active material paste is applied, and an unapplied part 52 in which the current collector surface is exposed without applying the active material paste on both sides of the application part 51. Been formed. The active material paste is applied so that the basis weight per side after drying is 14.9 mg / cm ² . Moreover, the thickness of the active material paste of the application part after drying became 82.5 micrometers.
[0044]
The active material paste applied in the coating machine 1 is 85 parts by weight of lithium nickelate as a positive electrode active material, 10 parts by weight of acetylene black as a conductive material, 3 parts by weight of polytetrafluoroethylene (PTFE) as a binder, It was prepared by uniformly dispersing 2 parts by weight of carboxymethyl cellulose (CMC) in 100 parts by weight of water.
[0045]
(Induction heating device)
The induction heating device 2 used in the present embodiment heats the current collector coated with the active material paste in the coating machine 1 by induction heating and dries it. The main circuit configuration of the induction heating device 2 is shown in FIG. 2, and the state of the current collector during drying is shown in FIGS. 4 is a cross-sectional view taken along the plane AA in FIG.
[0046]
The induction heating device 2 includes a power source 21 that supplies power, a resonance frequency automatic regulator 22 that converts the current from the power source 21 into alternating current to generate an induced current, a transformer 23 that adjusts the induced current, and induction heating. An induction coil 24 to perform and a magnetic core 25 that concentrates the magnetic flux of the induction coil 24 are included.
[0047]
The power supply 21 is a device that outputs an AC 200 V AC current as a DC current of DC 300 V and 50 A at the maximum.
[0048]
The automatic resonance frequency adjuster 22 includes an IH inverter unit that converts electric power supplied from the power source 21 into an alternating current, and an IH inverter unit that sets the frequency of the alternating current supplied from the IH inverter unit to a value of 10 kHz or more. A control unit for controlling, and adjusts the induced current supplied to the heating coil of the heating unit. Further, the control unit performs control so that the current value is minimized.
[0049]
The transformer 23 reduces the voltage of the induced current or increases the voltage to bring the induced current within a predetermined range.
[0050]
The induction coil 24 is formed of a substantially U-shaped conductor that is disposed in a state of reciprocating in the width direction of the current collector 5 at a position spaced apart from the surface of the current collector 5. A substantially U-shaped straight portion of the induction coil 24 crosses the current collector 5 in the width direction, and the induction coil 24 is curved outside the current collector 5 in the width direction. The induction coil 24 generates magnetic flux by flowing an induced current.
[0051]
The magnetic core 25 is made of ferrite and accommodates the substantially U-shaped linear portion of the induction coil 24. In the magnetic core 25, a recess 250 that accommodates the linear portion of the induction coil 24 is formed on the surface facing the current collector 5. Since the magnetic core 25 accommodates the linear portion of the induction coil 24, the magnetic flux generated from the induction coil 24 can be concentrated and transmitted to the application portion 51 of the current collector 5. The magnetic core 25 is formed so that the width of the current collector 5 in the width direction is slightly shorter than the width of the application part 51.
[0052]
(Hot air drying furnace)
In the hot air drying furnace 3 used in this embodiment, the current collector 5 is caused to flow in a furnace maintained at a predetermined temperature by hot air, and moisture that cannot be removed by the induction heating device 2 is removed.
[0053]
(Manufacture of positive electrodes for lithium batteries)
The electrode manufacturing apparatus was operated to manufacture a positive electrode for a lithium battery.
[0054]
The electrode manufacturing apparatus causes the strip-shaped current collector 5 to flow in the strip length direction at a speed of 3 m / min.
[0055]
First, an active material paste is applied to both sides of the belt-like current collector 5 flowing at a predetermined flow rate in the coating machine 1. At this time, an application part 51 to which the active material paste was applied and an unapplied part 52 in which the active material paste was not applied and the surface of the current collector 5 was exposed were formed.
[0056]
The current collector 5 to which the active material paste is applied is heated by induction heating in the induction heating device 2. In the induction heating device 2, the current collector 5 flows between a pair of induction coils 24 arranged to face each other.
[0057]
In a state where the current collector 5 introduced into the induction heating device 2 exists between the pair of induction coils 24, the induction coil 24 is energized to generate magnetic flux in the induction coil 24. The magnetic flux generated in the induction coil 24 is concentrated on the application part 51 of the current collector 5 by the magnetic core 25. This magnetic flux causes the application part 51 of the current collector 5 to generate heat.
[0058]
In this example, various positive electrodes were prepared by changing the heating conditions (induction coil output) of the induction heating device 2. Table 1 shows the heating conditions (power supply power) of the induction heating device 2 and the power actually flowing through the induction coil 24 (measured by a sensor (not shown) provided in the circuit).
[0059]
[Table 1]

[0060]
The current collector 5 dried in the induction heating device 2 was introduced into the hot air drying furnace 3. In the hot air drying furnace 3, moisture remaining on the current collector 5 was removed. In addition, drying by the hot air drying furnace 3 was performed until the drying of the electrical power collector 5 was confirmed.
[0061]
To confirm the drying of the current collector 5, the current collector was taken out of the drying furnace, the moisture in the paste was measured with an infrared moisture meter, and the time when the moisture in the paste was 1% or less was defined as the drying time.
[0062]
The positive electrode for a lithium battery of this example was manufactured by the above means.
[0063]
In the present embodiment, the induction heating device 2 suppresses overheating of the uncoated portion 52 by concentrating the magnetic flux from the induction coil 24 on the coated portion with the magnetic core 25.
[0064]
(Example 2)
A positive electrode for a lithium battery was produced by the same means as in Example 1 except that the induction heating device 2 having the shielding plate 26 covering the uncoated portion 52 was used. The induction heating apparatus 2 of this example is shown in FIG.
[0065]
The shield plate 26 is a substantially plate-like member disposed between a portion of the induction coil 24 exposed from the magnetic core 25 and the uncoated portion 52 of the current collector 5 facing the shield plate 26. And the shielding board 26 is formed from the plate-shaped aluminum in which the pipe line through which cooling water flows was formed.
[0066]
The electrode manufacturing apparatus 2 used in the present embodiment is the same as the electrode manufacturing apparatus used in the first embodiment except that the shielding plate 26 is disposed, and the procedure of the present embodiment is similar to that of the first embodiment. A positive electrode for a lithium battery was produced. The heating conditions of the induction heating device 2 are shown together in Table 1.
[0067]
In the electrode manufacturing apparatus used in this example, the induction heating device 2 has the shielding plate 26, so that the magnetic flux does not pass through the uncoated portion 52 of the current collector 5. That is, the heat generation of the uncoated portion 52 is suppressed.
[0068]
(Example 3)
A positive electrode for a lithium battery was produced by the same means as in Example 1 except that the induction heating device 2 in which the induction coil 24 was disposed in the length direction of the current collector was used. The induction heating device 2 of this example is shown in FIG.
[0069]
The induction heating device 2 used in this example is the same as the induction heating device 2 used in Example 1 except that the induction coil 24 has a substantially U-shape arranged in the length direction of the current collector 5. The positive electrode for a lithium battery of this example was manufactured in the same procedure as in Example 1. The heating conditions of the induction heating device 2 are shown together in Table 1.
[0070]
In the induction heating device 2 used in the present embodiment, the induction coil 24 is disposed on the inner side in the width direction of the application unit 51. Further, the width of the magnetic core 25 is formed shorter than the width of the application part 51. For this reason, the magnetic flux generated in the induction coil 24 is concentrated on the application part 51.
[0071]
In the induction heating apparatus 2 used in the present embodiment, the heating area can be increased by adjusting the length of the current collector 5 of the induction coil 24 in the length direction. That is, as the length of the induction coil 24 is increased, the induction coil 24 exists in the magnetic field for a long time, and the output can be reduced.
[0072]
(Comparative Example 1)
In this comparative example, a positive electrode for a lithium battery was manufactured by the same means as in Example 1 except that an electrode manufacturing apparatus without the induction heating apparatus 2 was used.
[0073]
That is, in this comparative example, a positive electrode for a lithium battery was manufactured using an electrode manufacturing apparatus including the coating machine 2 and the hot air drying furnace 3.
[0074]
This comparative example is a conventional manufacturing method that does not use an induction heating device to dry the active material paste.
[0075]
(Comparative Example 2)
In this comparative example, the positive electrode for the lithium battery was formed by the same means as in Example 1 except that the induction heating device 2 in which the dielectric coil 24 was arranged opposite to the current collector 5 without having a magnetic core and a shielding plate was used. Manufactured. The induction heating apparatus 2 of this comparative example is shown in FIG.
[0076]
The induction heating apparatus 2 used in this comparative example is used in Example 1 except that the induction coil 24 is disposed in a state of protruding and reciprocating in the width direction of the current collector 5 and does not use a magnetic core. The positive electrode for a lithium battery of this example was manufactured in the same procedure as in Example 1 in the same manner as the electrode manufacturing apparatus obtained. The heating conditions of the induction heating device 2 are shown together in Table 1.
[0077]
Since this comparative example does not have a magnetic core, the magnetic flux of the induction coil 24 cannot be sufficiently concentrated on the application part.
[0078]
(Evaluation)
The density and peel strength of the positive electrode active material layers for lithium batteries produced in the examples and comparative examples were measured, and the measurement results are shown in Table 1. In Table 1, the heating time in the hot air drying furnace 3 at the time of manufacture is also shown.
[0079]
The measurement of the density was performed by punching out a measurement sample having a diameter of 15 mm, measuring the thickness and weight of the active material layer, and calculating the density. The film thickness was measured at three points in the width direction of the electrode, and the average value was used.
[0080]
The peel strength was measured by first punching out a 54 × 30 mm square measurement sample. A tape with a width of 6 mm is attached to the measurement sample, the tape is pulled using a tensile tester connected to a peeling-dedicated jig, the force when the active material layer peels from the current collector is measured, and the peeling force is measured. The peel strength was used.
[0081]
For the determination in Table 1, normal tension (24.5 N (2.5 kgf)) was applied to the positive electrode (pulled in the direction facing the positive electrode at 24.5 N), and the positive electrode was measured using a three-dimensional measuring instrument. The distortion (undulation) of the uncoated part was measured, and the case where distortion of 1 mm or more was generated was evaluated as x.
[0082]
From Table 1, in the example which heated the active material paste with the induction heating apparatus 2, the drying time in the subsequent hot-air drying furnace 3 is shortened significantly. That is, by drying the active material paste by induction heating, the heating time in the hot air drying furnace 3 can be shortened, and overheating of the active material due to heating in the hot air drying furnace 3 can be suppressed.
[0083]
Moreover, in the example which heated the active material paste with the induction heating apparatus 2, the density of the mixture layer of the manufactured positive electrode is large. This is because the occurrence of corrosion of the current collector due to the active material paste is suppressed when the active material paste is dried. More specifically, when the induction heating device 2 is used for overheating, the current collector generates heat, and the heat is transmitted to the active material paste. And the water | moisture content in an active material paste evaporates. That is, the active material paste applied to the current collector is dried from the interface side with the current collector. The occurrence of corrosion can be suppressed by drying from the interface where the current collector corrodes due to the active material paste. As a result, the generation of bubbles caused by corrosion was suppressed, and the density of the obtained mixture layer was increased.
[0084]
By carrying out heat drying by induction overheating, the occurrence of corrosion at the interface between the active material paste and the current collector was suppressed, thereby increasing the peel strength of the mixture layer.
[0085]
In the example in which the active material paste is heated by the induction heating device 2, it can be seen that if the shielding plate is arranged at the time of induction heating, heating can be performed with higher output. That is, the active material paste can be dried in a shorter time. This is because the use of the shielding plate prevents the magnetic flux that is not converged by the magnetic core from passing through the non-applied portion, so that the non-applied portion itself is prevented from generating heat.
[0086]
That is, as shown in each of the above examples, it can be seen that a positive electrode for a lithium battery having excellent characteristics can be manufactured by heating only the coating portion by induction heating. In particular, it can be seen that a positive electrode for a lithium battery with better characteristics can be produced by coating the uncoated portion with a shielding plate made of a non-magnetic material during induction heating.
[0087]
【The invention's effect】
In the method for producing an electrode of the present invention, in the drying process, the application portion of the current collector is heated by induction heating, and thus the uncoated portion is not overheated. Furthermore, since the current collector itself in the application part generates heat, corrosion of the current collector due to the active material paste is suppressed. As a result, the manufacturing method of the present invention has the effect of being able to manufacture an electrode in which damage to the current collector is suppressed and excellent characteristics are maintained.
[0088]
The method for producing an electrode of the present invention is particularly effective when an active material paste using an aqueous solvent that easily generates corrosion is used because the active material paste is dried from the interface side with the current collector. .
[Brief description of the drawings]
1 is a diagram showing a configuration of an electrode manufacturing apparatus used in Example 1. FIG.
2 is a diagram showing a circuit configuration of an induction heating apparatus used in Example 1. FIG.
3 is a view showing a state during heating of the induction heating device used in Example 1. FIG.
4 is a cross-sectional view taken along plane AA of FIG.
5 is a view showing a state during heating of the induction heating device used in Example 2. FIG.
6 is a view showing a state during heating of the induction heating device used in Example 3. FIG.
7 is a view showing a state during heating of the induction heating device used in Comparative Example 2. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Coating machine 2 ... Induction heating apparatus 21 ... Power supply 22 ... Resonance frequency automatic regulator 23 ... Transformer 24 ... Induction coil 25 ... Magnetic core 3 ... Hot-air drying furnace 5 ... Current collector 51 ... Application | coating part 52 ... Unapplied part

Claims

A paste adjusting step for preparing an active material paste in which at least an electrode active material is dispersed in a solvent;
The active material paste is applied to the surface of a current collector made of a metal plate, and an application portion where the active material paste is applied and an uncoated portion where the surface of the current collector where the active material paste is not applied is exposed And an application step for forming a current collector,
A drying step of drying the active material paste;
In the manufacturing method of the electrode having
The drying step is performed by induction heating by an induction heating device having an induction coil that generates a magnetic flux disposed at a position facing the application unit, and a magnetic core that concentrates the magnetic flux from the induction coil. A method for producing an electrode, which is a step of heating the electrode.

The method of manufacturing an electrode according to claim 1, wherein the magnetic core is formed so that a width in a width direction of the current collector is smaller than a width of the application portion.

The manufacturing method of the electrode of Claim 1 which has a shielding board which consists of a metal which coat | covers the said non-application part.

The method of manufacturing an electrode according to claim 1, wherein the induction coil is made of a conductive wire disposed at a position facing the application portion.

The method for manufacturing an electrode according to claim 1, wherein the active material paste is applied to both surfaces of the current collector.