JP4166973B2 - PRESS DEVICE FOR PRODUCTION OF BATTERY ELECTRODE AND METHOD FOR PRODUCING BATTERY ELECTRODE - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池用電極製造用プレス装置に関し、より詳しくは、帯状電極集電体の少なくとも片面に電極活物質層を有するシート状電極を高荷重で加圧するための電池用電極製造用プレス装置に関する。また、本発明は、電池用電極の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年の各種OA機器、VTRカメラ、携帯電話等の電子機器の小型軽量化に伴い、これら電子機器の駆動電源として用いられる二次電池の小型軽量化や高性能化が要求されている。このような要求に答えるべく、高放電電位、高放電容量の非水電解質電池としてリチウムイオン二次電池の開発が急速にすすめられ、実用化されている。
【0003】
非水電解質電池の正極及び負極の各電極は、一般に、電極活物質をバインダーと混合して電極塗料(合剤)を調製し、電極集電体の片面上に電極塗料を塗布し、乾燥し、続いて、電極集電体の他面上に電極塗料を塗布し、乾燥し、電極集電体の両面上に電極活物質層を有するシート状電極を形成し、その後、シート状電極を加圧加工し、所定の寸法に切断することにより製造されている。電極活物質層が電極集電体の片面のみに形成されている場合もある。
【0004】
シート状電極の形成に際しては、帯状の電極集電体面の長さ方向に一定間隔をおいて電極活物質層を塗布形成し、一方、隣り合う電極活物質層同士の間には、電極リード線の溶接のためには電極塗料を塗布せずに、電極集電体面が露出した部分を確保しておくことが必要である。通常、電極集電体の両側耳端部には電極塗料は塗布されず、電極集電体面が露出した部分が残っている。このように、シート状電極は、その各面において、長さ方向に一定間隔をおいて電極活物質層が塗布形成された塗布区間と、隣り合う電極活物質層同士の間の非塗布区間とを有し、両側耳端部には電極活物質層が塗布形成されず電極集電体面が露出している。
【0005】
シート状電極を加圧加工する従来装置として、例えば、特開平10−64521号公報には、帯状電極集電体上にこれの長さ方向に所定ピッチで形成された電極活物質層を有し且つ一定経路に沿って搬送されるシート状電極を両面側から挟んで相対する一対の加圧ロールと、各ロールのロール軸両端をそれぞれ対をなして支持している二対のベアリングユニットと、両ロール外周面間に厚さ調整間隙を形成するように二対のベアリングユニットの同じ側の端にあるもの同士間にそれぞれ介在させられている一対のスペーサとを備えているローラプレス装置が開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来装置では、電極集電体の延伸や切断を防止するために厚さ調整間隙を形成しているため、シート状電極を高荷重で加圧しようとしても、前記調整間隙とシート状電極の厚さとが等しくなるまでシート状電極が加圧圧縮されると、それ以上シート状電極に負荷をかけることができない。このため、上記従来装置では、シート状電極を高荷重で加圧することができず、目標厚にシート状電極を圧縮し電極活物質の密度を高めるためには、加圧工程を数回繰り返す必要があった。
【0007】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、シート状電極を高荷重で加圧することのできる電池用電極製造用プレス装置を提供することにある。また、本発明の目的は、前記電池用電極製造用プレス装置を用いた電池用電極、特に非水電解質電池用電極の製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池用電極製造用プレス装置には以下のものが含まれる。
(1) 帯状電極集電体の少なくとも片面に形成された電極活物質層を有し且つ一定経路に沿って搬送されるシート状電極を両面側から挟んで相対する一対の加圧ロールを有する加圧ユニットと、シート状電極搬送経路の加圧ユニットよりも上流に、電極活物質層が形成された面において電極集電体面が露出している電極集電体両側耳端部を切除する切断ユニットとを備える電池用電極製造用プレス装置であって、
前記加圧ユニットが、一方の加圧ロールを支えているバックアップロールと、他方の加圧ロールを支えているバックアップロールとを備え、
前記加圧ユニットにおいて、一方の加圧ロールのロール軸両端のそれぞれを支持している一対のベアリングユニットと、他方の加圧ロールのロール軸両端のそれぞれを支持している一対のベアリングユニットとの間に、衝撃吸収スペーサがそれぞれ介在させられており、
該衝撃吸収スペーサは、両加圧ロールに荷重をかけない状態で且つ両加圧ロール間に何も挟んでいない状態で、両加圧ロール間の間隙が0.01〜1mmとなるように介在させられており、
加圧圧力は、3000kg/cm以上20000kg/cm以下とされる、電池用電極製造用プレス装置である。
(2) 前記加圧ユニットにおいて、一方の加圧ロールのロール軸両端のそれぞれを支持している一対のベアリングユニットと、前記一方の加圧ロールを支えているバックアップロールのロール軸両端のそれぞれを支持している一対のベアリングユニットとの間に、衝撃吸収スペーサがそれぞれ介在させられており、
且つ他方の加圧ロールのロール軸両端のそれぞれを支持している一対のベアリングユニットと、前記他方の加圧ロールを支えているバックアップロールのロール軸両端のそれぞれを支持している一対のベアリングユニットとの間に、衝撃吸収スペーサがそれぞれ介在させられており、
該両衝撃吸収スペーサは、該両バックアップロールに荷重をかけない状態で、両加圧ロールとそれぞれを支えるバックアップロールとの間の間隙が共に0.01〜1mmとなるように介在させられている、上記(1)に記載の電池用電極製造用プレス装置。
(3) 帯状電極集電体の少なくとも片面に形成された電極活物質層を有し且つ一定経路に沿って搬送されるシート状電極を両面側から挟んで相対する一対の加圧ロールを有する加圧ユニットと、シート状電極搬送経路の加圧ユニットよりも上流に、電極活物質層が形成された面において電極集電体面が露出している電極集電体両側耳端部を切除する切断ユニットとを備える電池用電極製造用プレス装置であって、
前記加圧ユニットが、一方の加圧ロールを支えているバックアップロールと、他方の加圧ロールを支えているバックアップロールとを備え、
前記加圧ユニットにおいて、一方の加圧ロールのロール軸両端のそれぞれを支持している一対のベアリングユニットと、前記一方の加圧ロールを支えているバックアップロールのロール軸両端のそれぞれを支持している一対のベアリングユニットとの間に、衝撃吸収スペーサがそれぞれ介在させられており、
且つ他方の加圧ロールのロール軸両端のそれぞれを支持している一対のベアリングユニットと、前記他方の加圧ロールを支えているバックアップロールのロール軸両端のそれぞれを支持している一対のベアリングユニットとの間に、衝撃吸収スペーサがそれぞれ介在させられており、
該両衝撃吸収スペーサは、該両バックアップロールに荷重をかけない状態で、両加圧ロールとそれぞれを支えるバックアップロールとの間の間隙が共に0.01〜1mmとなるように介在させられており、
加圧圧力は、3000kg/cm以上20000kg/cm以下とされる、電池用電極製造用プレス装置。
【0009】
本発明による電池用電極製造用プレス装置では、シート状電極搬送経路の加圧ユニットよりも上流に切断ユニットを備えているので、シート状電極が加圧される前に予め前記両側耳端部が切除される。搬送されるシート状電極を高荷重で加圧すると、電極集電体は主としてシート状電極搬送方向に延伸する。この際、前記両側耳端部を切除せずにシート状電極を加圧すると、集電体面に電極活物質層が形成されている領域と電極活物質層が形成されていない前記両側耳端部との間で延伸度合いに差が生じる。すなわち、電極活物質層が形成されている領域での延伸度合いに比べて、前記両側耳端部での延伸度合いは小さい。このため、加圧加工後のシート状電極の平坦性が損なわれシワや破断の原因となる場合がある。本発明の電池用電極製造用プレス装置では、上述したようにシート状電極が加圧される前に予め前記両側耳端部が切除されるので、シワや破断を生じさせずにシート状電極を高荷重で加圧することができる。
【0013】
また、本発明は、電極活物質及びバインダーを含む電極合剤塗料を帯状の電極集電体の少なくとも片面に、電極集電体長さ方向に一定の間隙をおいて塗布し、電極集電体の前記少なくとも片面に電極活物質層が形成された塗布区間と電極集電体面が露出した非塗布区間とが電極集電体長さ方向に交互に並んでおり、且つ電極集電体両側耳端部には電極合剤塗料が塗布されず電極集電体面が露出しているシート状電極を形成し、
前記両側耳端部を、露出している電極集電体面を残さないように切除し、
その後、シート状電極を3000kg/cm以上20000kg/cm以下の圧力で加圧することを含む、電池用電極の製造方法である。
【0015】
本発明において、3000kg/cm以上20000kg/cm以下の高い圧力で加圧する。このような高荷重でシート状電極を加圧することにより、少ない加圧回数で、電極活物質層を目標厚まで圧縮することができ、電極体積当たりの活物質の密度を高めることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電池用電極製造用プレス装置の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0017】
図1は、本発明の電池用電極製造用プレス装置の実施の形態の一例を示す斜視図である。図1において、帯状の電極集電体(B) の少なくとも片面上に形成された電極活物質層(C) を有するシート状電極は、矢印(A) の方向に搬送される。以下の説明において、シート状電極搬送経路の上流側から下流側を見て、その左右の側を左右というものとする。
図1に示すプレス装置は、繰り出しユニット(1) と切断ユニット(2) と加圧ユニット(3) と図示しない巻き取りユニットとを、シート状電極搬送経路の上流側からこの順で備えている。
【0018】
以下の説明を容易にするために、図2を参照して、繰り出しユニット(1) から繰り出されるシート状電極について説明する。図2は、本発明において電池用電極を製造するためのシート状電極の一例を示す平面図である。
【0019】
シート状電極(M) は、幅(Wb)の帯状電極集電体(B) 上に幅(Wc)の多数の矩形状電極活物質層(C) が形成されたものである。活物質層(C) は、電極集電体長さ方向について、一定ピッチ(P) で隣り合うもの同士間に間隙をおいて1列に並んでいる。これにより、長さ方向について、帯状電極集電体(B) 上には電極活物質層(C) が形成された塗布区間(S) 及び電極集電体(B) 面が露出した非塗布区間(N) が交互に並んで形成されている。塗布区間(S) においても、電極集電体(B) の左右両側耳端部(El)(Er)には電極活物質層(C) は塗布形成されておらず、電極集電体(B) 面が露出した部分が残っている。
目的とする電池用電極の種類に応じて、集電体(B) の両面について塗布区間(S) 及び非塗布区間(N) の形成パターンが同じ場合もあれば、異なる場合もある。また、活物質層(C) が集電体(B) の片面のみに形成されている場合もある。
【0020】
図1を参照して、シート状電極搬送経路の繰り出しユニット(1) よりも下流に、切断ユニット(2) が設けられている。図1においては、切断ユニット(2) は概念的に示されている。切断ユニット(2) としては、例えば、シアー方式、ギャング方式等の回転刃やレーザー等の公知の切断手段を用いることができる。
【0021】
切断ユニット(2) が、図2で説明した電極集電体(B) の左右両側耳端部(El)(Er)を切除する。
両側耳端部(El)(Er)を切除する際に粉塵等が発生する場合には、シート状電極の損傷を避けるために、回転ブラシ、超音波、エアーナイフや粉塵吸引装置等で粉塵等を取り除くことが好ましい。
【0022】
図3を参照して、上述の切断ユニット(2) により両側耳端部(El)(Er)を切除した後のシート状電極について説明する。図3は、集電体両側耳端部が切除されたシート状電極の一例を示す平面図である。
図3において、両側耳端部切除後の集電体(B) の幅(W1)は、この図における電極活物質層(C) の幅と等しい。本発明では、電極活物質層(C) の左右に、電極集電体(B) 面が露出している部分を残さないように両側耳端部(El)(Er)を切除する。すなわち、幅(W1)と図2で説明した(Wb)及び(Wc)との関係が、(W1)≦(Wc)<(Wb)となるように切除する。図2で説明したのと同様に、長さ方向については、電極活物質層(C) が形成された塗布区間(S) 及び電極集電体(B) 面が露出した非塗布区間(N) が交互に並んでいる。
【0023】
図1を参照して、シート状電極搬送経路の切断ユニット(2) よりも下流に、加圧ユニット(3) が設けられている。図1の例では、加圧ユニット(3) として4段圧延機が備えられている。
図1において、加圧ユニット(3) は、一定経路に沿って搬送されるシート状電極を挟んで相対するように配置されている左右方向に伸びた水平状上ロール(11)及び下ロール(12)を有している。これらの上下ロール(11)、(12) は、図3で説明した幅(W1)よりも広い長さを持っている。
【0024】
上ロール(11)には上回転軸(13)がその左右両端を上ロール(11)端面より左右にそれぞれ突出させるように設けられている。同様に、下ロール(12)にも下回転軸(14)がその左右両端を下ロール(12)端面より左右にそれぞれ突出させるように設けられている。上回転軸(13)の左右両端部は、左右一対の上ベアリングユニット(15)で支持されている。下回転軸(14)の左右両端部は、左右一対の下ベアリングユニット(16)で支持されている。
【0025】
加圧ロールとして、シート状電極の左右方向の厚さ分布を制御するための公知の機構、例えば、ロールベンディング、ロール逆ベンディング、クラウンロール、クラウン可変ロール、ロールクロス等を組み合わせて使用する場合もある。
両ロール(11)、(12) の材質としては、一般的に、鉄鋼等の金属か、硬質合成樹脂が用いられる。両ロール(11)、(12) は、同一の材質の組合せか、異種の材質を組合わせても良い。使用に際し、両ロール(11)、(12) の表面温度は、一般的に、常温から200℃の範囲で一定に保たれる。
【0026】
図1の例では、左右一対ずつの上下ベアリングユニット(15)、(16) の左右同じ側にあるもの同士間には左右一対の、衝撃吸収スペーサ(17)が介在させられている。
衝撃吸収スペーサ(17)は、加圧ロール(11)、(12) に荷重をかけない状態で且つ両加圧ロール(11)、(12) 間に何も挟んでいない状態で、両加圧ロール(11)、(12) 間の間隙が0.01〜1mmとなるように介在させるとよい。この状態で加圧ロールに500〜20000kg/cmの荷重をかけると、両加圧ロール(11)、(12) が互いに間隙なく接触する。シート状電極を高荷重で加圧できると共に、両ロール(11)、(12) の振動が緩和される。このため、図3で説明した塗布区間(S) と非塗布区間(N) とを有するシート状電極(M1)を加圧する場合においても、塗布区間(S) から非塗布区間(N) へ加圧ロールが移行する際の衝撃による両ロール(11)、(12) の振動が緩和されるので、非塗布区間(N) の電極集電体(B) にシワを生じることがない。
【0027】
衝撃吸収スペーサ(17)の材質としては、例えば、鉄、銅、アルミニウム、鉛等の金属や、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、塩化ビニル、ポリエチレン、ポリイミド、テフロン、セロハン、ナイロン、ポリプロピレン等の樹脂や、ガラス繊維、炭素繊維、不織布等や、これら材料の複合体等が用いられる。
【0028】
図1の例では、上ロール(11)は上バックアップロール(21)で支えられ、下ロール(12)は下バックアップロール(22)で支えられている。上バックアップロール(21)には上回転軸(23)がその左右両端を上バックアップロール(21)端面より左右にそれぞれ突出させるように設けられている。同様に、下バックアップロール(22)にも下回転軸(24)がその左右両端を下バックアップロール(22)端面より左右にそれぞれ突出させるように設けられている。上回転軸(23)の左右両端は、左右一対の上ベアリングユニット(25)で支持されている。下回転軸(24)の左右両端部は、左右一対の下ベアリングユニット(26)で支持されている。
【0029】
バックアップロール(21)、(22)は、通常、加圧ロール(11)、(12)より大径のものを用いる。バックアップロール(21)、(22)として、左右長さが加圧ロール(11)、(12)よりも短い複数のものを用いる場合もある。図1の例では、バックアップロール(21)、(22)はそれぞれ5個ずつのロールで構成されている。複数のバックアップロールの荷重のそれぞれを制御することができるので、左右方向の荷重バランスを調整することにより電池用電極の左右方向の厚さ分布を制御することができる。
バックアップロール(21)、(22)の材質としては、加圧ロール(11)、(12)の材質と同様に、鉄鋼等の金属か、硬質合成樹脂が用いられる。バックアップロール(21)、(22)は、それぞれが支える加圧ロール(11)、(12)と同一の材質でも異種の材質でもよい。
【0030】
図1の例では、左右一対ずつの上ベアリングユニット(15)、(25) の左右同じ側にあるもの同士間には左右一対の、上衝撃吸収スペーサ(27)が介在させられている。左右一対ずつの下ベアリングユニット(16)、(26) の左右同じ側にあるもの同士間には左右一対の、下衝撃吸収スペーサ(28)が介在させられている。
【0031】
上下衝撃吸収スペーサ(27)、(28) は、バックアップロール(21)、(22) に荷重をかけない状態で、加圧ロール(11)、(12) とそれぞれを支えるバックアップロール(21)、(22) との間の間隙が共に0.01〜1mmとなるように介在させるとよい。この状態で500〜20000kg/cmの荷重をかけると、加圧ロール(11)、(12) とそれぞれを支えるバックアップロール(21)、(22) とが互いに接触する。シート状電極を高荷重で加圧できると共に、両加圧ロール(11)、(12) の振動が緩和される。このため、図3で説明した塗布区間(S) と非塗布区間(N) とを有するシート状電極(M1)を加圧する場合においても、塗布区間(S) から非塗布区間(N) へ加圧ロールが移行する際の衝撃による両ロール(11)、(12) の振動が緩和されるので、非塗布区間(N) の電極集電体(B) にシワを生じることがない。
【0032】
上下衝撃吸収スペーサ(27)、(28) の材質としては、衝撃吸収スペーサ(17)と同様のものが挙げられる。例えば、鉄、銅、アルミニウム、鉛等の金属や、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、塩化ビニル、ポリエチレン、ポリイミド、テフロン、セロハン、ナイロン、ポリプロピレン等の樹脂や、ガラス繊維、炭素繊維、不織布等や、これら材料の複合体等である。
【0033】
以上のように、図1の例では、加圧ユニット(3) として4段圧延機が備えられている。バックアップロール(21)、(22) を有さない2段圧延機や、多段数のバックアップロールを有する多段圧延機を用いることもできる。
また、図1の例では、衝撃吸収スペーサ(17)が介在させられ、且つ上下衝撃吸収スペーサ(27)、(28) がそれぞれ介在させられている。図1のようにスペーサ(17)と上下スペーサ(27)、(28) とを併用してもよく、スペーサ(17)と上下スペーサ(27)、(28) とのいずれかを用いてもよい。衝撃吸収スペーサ(17)及び上下衝撃吸収スペーサ(27)、(28) を用いない場合もある。
【0034】
シート状電極を加圧する際に粉塵等が発生する場合がある。この場合には、加圧ロール(11)、(12) やバックアップロール(21)、(22) に粉塵が付着しないように注意し、粉塵が付着した場合には速やかに、例えばフェルトパット、樹脂製ナイフ、金属ブレード、超音波、粉塵吸引装置等で粉塵を除去すればよい。
【0035】
図4を参照して、加圧する前に予め左右両側耳端部(El)(Er)を切除することにより得られる効果を説明する。図4は、図2に示すシート状電極の塗布区間の斜視図である。図4の例では、集電体(B) の両面に同じ形成パターンで塗布区間(S) が形成されている。
【0036】
搬送されるシート状電極を高荷重で加圧すると、電極集電体(B) は主として搬送方向(A) に延伸する。左右両側耳端部(El)(Er)を切除せずにシート状電極を高荷重で加圧すると、集電体(B) 面に電極活物質層(C) が形成されている領域での延伸度合い(Xc)に比べて、電極活物質層(C) が形成されていない両側耳端部(El)(Er)での延伸度合い(Xb)は小さい。これら延伸度合い(Xc)と(Xb)との差のために加圧後のシート状電極の平坦性が損なわれ、シワや破断の原因となる場合がある。本発明のプレス装置は、図1で説明したように、シート状電極搬送経路の加圧ユニット(3) の上流に、両側耳端部(El)(Er)を切除する切断ユニット(2) を備えているので、前記延伸度合いの差の原因となる両側耳端部(El)(Er)を予め切除してから加圧する。このため、高荷重でシート状電極を加圧してもシート状電極の平坦性が損なわれることがなく、シワや破断が生じない。
【0037】
図1を参照して、シート状電極が繰り出しユニット(1) から繰り出され、矢印(A) で示す方向に搬送されていく。電極活物質層(C) が形成されず電極集電体(B) 面が露出している電極集電体両側耳端部(El)(Er)が、シート状電極搬送方向の加圧ユニット(3) よりも上流に設けられた切断ユニット(2) により切除される。両側耳端部(El)(Er)が切除された後、シート状電極は上下加圧ロール(11)、(12) の間を通過していく。電極集電体(B) 上に活物質層(C) が塗布形成されている塗布区間が上下加圧ロール(11)、(12) の間を通過する際に、活物質層(C) が加圧されて圧縮される。図4で説明したように、両側耳端部(El)(Er)が加圧前に予め切除されているので、シート状電極が高荷重で加圧されてもシート状電極の平坦性が損なわれることがなく、シワや破断が生じない。図3を参照して、塗布区間(S) と非塗布区間(N) とが電極集電体長さ方向に交互に並んでいるシート状電極が加圧される場合においても、衝撃吸収スペーサ(17)及び/又は上下衝撃吸収スペーサ(27)、(28) を用いれば、塗布区間(S) から非塗布区間(N) へ加圧ロールが移行する際の衝撃による両ロール(11)、(12) の振動が緩和されるので、非塗布区間(N) の電極集電体(B) にシワを生じることがない。加圧後、シート状電極は、図示しない巻き取りユニットに巻き取られる。
【0038】
本発明は、電池用電極の製造方法にも関する。
本発明においては、まず、電極活物質及びバインダーを溶剤と共に混合することによって、スラリー状の電極合剤塗料を調製する。この際、さらに必要に応じて導電剤や添加剤を加えることもある。
【0039】
電極活物質としては、従来より電極活物質として使用されているものであれば特に制限なく、各種の材料を使用することができる。
正極活物質としては、例えば、リチウムイオンをドープ・脱ドープ可能な酸化物又は炭素材料を用いることができる。このような酸化物としては、リチウムを含む複合酸化物が挙げられ、例えば、コバルト酸リチウムLix CoO2 (0<x≦1.0)、マンガン酸リチウムLi1+x Mn2-x O4 (0≦x≦1/3)、ニッケル酸リチウムLix NiO2 (0<x≦1.0)などが挙げられる。これら酸化物粉末の平均粒子径は1〜40μm程度が好ましい。
【0040】
負極活物質としては、例えば、炭素質材料、リチウム金属、リチウム合金、スズ酸化物等の酸化物が用いられる。炭素質材料としては、特に制限されるものではなく、例えば、無定形炭素、アセチレンブラック、石油コークス、石炭コークス、人造黒鉛、天然黒鉛、グラファイト系炭素繊維、難黒鉛化炭素等を用いることができる。これらの中から、目的とする電池の特性に応じて、当業者が適宜選択することができる。
【0041】
電極塗料用のバインダーとしては、特に制限されるものではなく、従来より使用されている結晶性樹脂、非結晶性樹脂等の各種バインダーを使用することができる。例えば、バインダーとして、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリエチレンテレフタレートや、ポリフッ化ビニリデン(PVDF) 、ポリフッ化ビニル、フッ素ゴム等のフルオロカーボン系樹脂等を用いることができる。
バインダーは、電極活物質100重量部に対して、通常1〜40重量部、好ましくは2〜25重量部、特に好ましくは5〜15重量部の量で使用される。
【0042】
電極塗料用の溶剤としては、特に制限されるものではなく、電極塗料を調製する際に従来より使用されている各種の溶剤を使用することができる。例えば、N−メチルピロリドン(NMP)、メチルイソブチルケトン(MIBK)、メチルエチルケトン(MEK)、シクロヘキサノン、トルエン等が挙げられる。
【0043】
導電剤は、必要に応じて、電極活物質の電子伝導性を補足する目的等のため加えることができる。導電剤としては、特に制限されるものではなく、公知の各種導電剤を用いるとよい。例えば、アセチレンブラック、グラファイト、金・銀・銅微粒子等が挙げられる。 また、さらに炭酸リチウム、シュウ酸、マレイン酸等の公知の各種添加剤を加えることもできる。
【0044】
電極活物質、バインダー、導電剤、溶剤等の混合は、常法により行うことができる。例えば、ロールミル法により、乾燥空気下や不活性ガス雰囲気下で混合する。
【0045】
次に、得られたスラリー状の電極塗料を帯状の電極集電体上に塗布する。塗布は電極の目的に応じて、集電体の両面に行ってもよいし、片面のみに行ってもよい。また、集電体の両面に電極塗料を塗布する場合には、同時に両面に塗布して次の乾燥工程を行ってもよいし、片面に塗布して乾燥工程を行い、続いて他面に塗布して乾燥工程を行ってもよい。
【0046】
電極塗料の塗布に際して、塗布区間(S) 及び非塗布区間(N) を集電体長さ方向に所定ピッチ(P) で形成するには、例えば、ダイノズルへの塗布液の供給を間欠的に行う方法(特開2000−149929号公報)、非塗布区間(N) を予めマスキングしておく方法(本出願人による特願2001−119140号、平成13年4月18日出願)等を適用するとよい。もちろん、その他の種々の方法を適用してもよい。
【0047】
電極塗料の電極集電体への塗布は、公知の方法、例えば、エクストルージョンコート、グラビアコート、リバースロールコート、ディップコート、キスコート、ドクターコート、ナイフコート、カーテンコート、ノズルコート、スクリーン印刷等の塗布方法より行うことができる。
【0048】
本発明において、電極集電体としては、金属箔、金属シート、パンチィングメタル、金属網等が使用され、金属箔、パンチィングメタルが好適である。電極集電体の金属材料としては、特に制限されるものではなく、従来より電極集電体に使用されている各種の金属材料を使用することができる。このような金属材料としては、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、鉄等が挙げられ、銅、アルミニウム等が好ましい。電極集電体の厚さは、通常1〜30μm、好ましくは5〜20μmである。
【0049】
電極塗料の塗布に続いて、乾燥を行い、溶剤を除去する。乾燥は常法により行うことができる。例えば、30〜150℃で、5〜15分間程度の乾燥を行う。このようにして、図2を参照して、電極集電体(B) の片面又は両面に電極活物質層(C) が形成され、塗布区間(S) 及び非塗布区間(N) が電極集電体長さ方向に所定ピッチ(P) で形成されたシート状電極(M) を得る。シート状電極(M) において、電極集電体(B) の両側耳端部(El)(Er)には電極活物質層(C) は塗布形成されず、電極集電体(B) 面が露出している。
【0050】
乾燥後、前記両側耳端部(El)(Er)を、露出している集電体(B) 面を残さないように切除し、その後、シート状電極を加圧して、電極活物質層の厚さを薄くし且つ一定に整え、電極体積当たりの活物質の密度を高める。この際、切断ユニットと加圧ユニットとを備える本発明のプレス装置を用いるとよい。
【0051】
加圧圧力は、3000kg/cm以上である。1000kg/cm以上の高荷重で加圧するので、加圧ロールの撓みを抑制してシート状電極を均一に加圧するために、4段圧延機等の多段圧延機を用いる。加圧圧力の上限は、20000kg/cm程度であり、10000kg/cm程度までが望ましい。
【0052】
加圧加工の直前及び/又は直後にシート状電極の表面処理を行うこともある。表面処理は、例えば、遠赤外線、熱風等による加熱炉や、電子線、α線、β線、γ線、X線、紫外線等の放射線照射装置を用いて行うことができる。
【0053】
加圧加工の後、シート状電極を所定の寸法に切断する。切断は、一般に、電極を製造流れ方向に沿って所定の幅にするスリット工程と、所望の長さにする裁断工程からなる。
【0054】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれのみに限定されるものではない。
[実施例1:正極の製造]
下記組成のスラリー状の正極用塗料を調製した。
【0055】
(正極用塗料の組成)
正極活物質:コバルト酸リチウム 100重量部
導電剤:アセチレンブラック 6重量部
バインダー:フッ素ゴム 5重量部
溶剤:N−メチルピロリドン(NMP) 39重量部
溶剤:メチルイソブチルケトン(MIBK) 39重量部
【0056】
まず、バインダー5重量部をMIBK20重量部に溶解してラッカーを作製した。次に、導電剤6重量部に上記ラッカー25重量部を加えて混練し、その後、混錬物にMIBK19重量部とNMP39重両部とを加えて溶解し、ペーストを作製した。上記ペースト89重量部に正極活物質100重量部を加えてよく混合し、正極用塗料とした。
【0057】
次に、図2を参照して、厚さ20μm、幅(Wb)400mmのアルミニウム箔からなる電極集電体(B) の片面にノズルコートにより上記正極用塗料を間欠的に塗布した後、80〜130℃の乾燥炉で乾燥して電極活物質層(C) を形成した。塗布区間(S) の集電体長さ方向長400mm、幅(Wc)380mm、非塗布区間(N) の集電体長さ方向長20mmとした。その後、アルミニウム箔の他面に同様の塗布操作を行って電極活物質層(C) を形成した。これにより、電極集電体(B) 及び両面の電極活物質層(C) の全体の厚さが350μmであるシート状電極(M) を得た。
【0058】
切断ユニット(2) と加圧ユニット(3) とを備える本発明のプレス装置を用いて、得られたシート状電極(M) においてアルミニウム箔面が露出しいる両側耳端部(El)(Er)を切除し、その後、シート状電極を加圧した。図3を参照して、両側耳端部切除後且つ加圧前の幅(W1)は、370mmであった。図1を参照して、直径420mmの金属製加圧ロール(11)、(12) と、それぞれ5個ずつの直径500mmの金属製バックアップロール(21)、(22) とを用いた。上下加圧ロール(11)、(12) の間に何も挟まない状態で、無負荷の両ロール(11)、(12) 間の間隙が0.46mmとなるように、ベアリングユニット(15)(15)とベアリングユニット(16)(16)との間に金属製衝撃吸収スペーサ(17)(17)を介在させた。上下衝撃吸収スペーサ(27)(27)、(28)(28) は介在させなかった。加圧前の厚さ350μmのシート状電極を目標厚さ230μmに圧縮できるように負荷荷重をかけ、電池用電極を製造した。この時の加圧部にかかる負荷荷重は4600kg/cmであり、上下ロール(11)、(12) 間にシート状電極を挟んでいない場合には、両ロール(11)、(12) は互いに間隙なく接触していた。
【0059】
[比較例1]
両側耳端部(El)(Er)を切除しなかった以外は、実施例1と同様に電池用電極を製造した。加圧の際、加圧部にかかる負荷荷重は4600kg/cmであった。
【0060】
[実施例2](参考例)
衝撃吸収スペーサ(17)(17)を介在させなかった以外は、実施例1と同様に電池用電極を製造した。加圧の際、加圧部にかかる負荷荷重は1800kg/cmであった。
【0061】
[実施例3]
衝撃吸収スペーサ(17)(17)を介在させず、且つ無負荷の状態で加圧ロール(11)とバックアップロール(21)との間の間隙及び加圧ロール(12)とバックアップロール(22)との間の間隙が共に0.1mmとなるように、金属製の上衝撃吸収スペーサ(27)(27)及び金属製の下衝撃吸収スペーサ(28)(28)を介在させた以外は、実施例1と同様に電池用電極を製造した。加圧の際、加圧部にかかる負荷荷重は3000kg/cmであった。
【0062】
[実施例4]
上衝撃吸収スペーサ(27)(27)及び下衝撃吸収スペーサ(28)(28)を介在させた以外は、実施例1と同様に電池用電極を製造した。衝撃吸収スペーサ(27)、(28) は、実施例3で用いた衝撃吸収スペーサ(27)、(28) と同じ材質及び同じ寸法のものを使用した。加圧の際、加圧部にかかる負荷荷重は7400kg/cmであった。
【0063】
実施例1〜4及び比較例1で製造された電池用電極の状態をそれぞれ観察した。実施例1、3、4では、得られた電池用電極の平坦性が良く、非塗布区間(N) で露出した電極集電体(B) にシワや破断は生じていなかった。実施例2では、非塗布区間(N) で露出した電極集電体(B) にシワが生じていたが、実用性に問題はなかった。一方、比較例1では、電池用電極の平坦性が悪く、数箇所において破断していた。
【0064】
【発明の効果】
本発明によれば、シート状電極を高荷重で加圧することができ、高荷重での加圧後もシート状電極の平坦性を損なうことがなく、シワや破断を生じない。少ない加圧回数で、電極活物質層を目標厚まで圧縮することができ、電極体積当たりの活物質の密度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電池用電極製造用プレス装置の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図2】本発明において電池用電極を製造するためのシート状電極の一例を示す平面図である。
【図3】集電体両側耳端部が切除されたシート状電極を示す平面図である。
【図4】図2に示すシート状電極の塗布区間の斜視図である。
【符号の説明】
(1) :繰り出しユニット
(2) :切断ユニット
(3) :加圧ユニット
(11):加圧ロール
(12):加圧ロール
(17):衝撃吸収スペーサ
(21):バックアップロール
(22):バックアップロール
(27):衝撃吸収スペーサ
(28):衝撃吸収スペーサ
(B) :電極集電体
(C) :電極活物質層
(M) :シート状電極
(M1):シート状電極
(El)(Er):両側耳端部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present inventionBattery electrodeMore specifically, with respect to the manufacturing press apparatus, a sheet electrode having an electrode active material layer on at least one surface of a strip electrode current collector is pressed under a high load.Battery electrodeThe present invention relates to a manufacturing press. The present invention also provides:Battery electrodeIt relates to the manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
With recent reductions in size and weight of electronic devices such as various OA devices, VTR cameras, and mobile phones, secondary batteries used as drive power sources for these electronic devices are required to be reduced in size and weight and have higher performance. In order to meet these requirements, development of a lithium ion secondary battery as a non-aqueous electrolyte battery having a high discharge potential and a high discharge capacity has been rapidly promoted and put into practical use.
[0003]
In general, each electrode of the positive electrode and the negative electrode of a nonaqueous electrolyte battery is prepared by mixing an electrode active material with a binder to prepare an electrode paint (mixture), applying the electrode paint on one side of the electrode current collector, and drying the electrode paint. Subsequently, an electrode paint is applied on the other surface of the electrode current collector and dried to form a sheet-like electrode having an electrode active material layer on both sides of the electrode current collector, and then the sheet-like electrode is added. Manufactured by pressing and cutting to a predetermined size. The electrode active material layer may be formed only on one side of the electrode current collector.
[0004]
When forming the sheet-like electrode, an electrode active material layer is applied and formed at regular intervals in the length direction of the belt-like electrode current collector surface, while an electrode lead wire is provided between adjacent electrode active material layers. For this welding, it is necessary to secure a portion where the electrode current collector surface is exposed without applying the electrode paint. Usually, the electrode paint is not applied to both ends of the electrode current collector, and a portion where the electrode current collector surface is exposed remains. As described above, the sheet-like electrode has, on each surface thereof, an application section in which the electrode active material layer is applied and formed at regular intervals in the length direction, and a non-application section between adjacent electrode active material layers. The electrode active material layer is not applied and formed on both ends of the ears, and the electrode current collector surface is exposed.
[0005]
As a conventional apparatus for pressure-processing a sheet electrode, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-64521 has an electrode active material layer formed on a strip electrode collector at a predetermined pitch in the length direction thereof. And a pair of pressure rolls facing each other with the sheet-like electrode conveyed along a fixed path from both sides, and two pairs of bearing units supporting the roll shaft ends of each roll in pairs, Disclosed is a roller press device comprising a pair of spacers respectively interposed between two pairs of bearing units at the same side end so as to form a thickness adjustment gap between both roll outer peripheral surfaces. Has been.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the above conventional apparatus, since the thickness adjustment gap is formed to prevent the electrode current collector from being stretched or cut, even if an attempt is made to press the sheet-like electrode with a high load, the adjustment gap and the sheet-like electrode are separated from each other. If the sheet-like electrode is pressure-compressed until the thickness becomes equal, no further load can be applied to the sheet-like electrode. For this reason, in the above conventional apparatus, it is not possible to pressurize the sheet-like electrode with a high load, and in order to compress the sheet-like electrode to the target thickness and increase the density of the electrode active material, it is necessary to repeat the pressurizing process several times. was there.
[0007]
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to pressurize the sheet electrode with a high load.Battery electrodeThe object is to provide a manufacturing press. In addition, the object of the present invention is toBattery electrodeUsing a manufacturing pressBattery electrodeEspecially non-aqueous electrolyte batteryElectricityIt is to provide a method for manufacturing an electrode.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present inventionThe battery electrode manufacturing press apparatus includes the following.
(1) A pressure unit having an electrode active material layer formed on at least one surface of a strip electrode current collector and having a pair of pressure rolls facing each other with a sheet-like electrode conveyed along a fixed path from both sides; A cutting unit that cuts off both ends of the electrode current collector on the surface on which the electrode active material layer is formed, upstream of the pressure unit of the sheet-like electrode conveyance path.RudenPress device for pond electrode manufacturingBecause
The pressure unit includes a backup roll that supports one pressure roll, and a backup roll that supports the other pressure roll,
In the pressure unit, a pair of bearing units supporting each of both ends of the roll shaft of one pressure roll and a pair of bearing units supporting each of both ends of the roll shaft of the other pressure roll There are shock absorbing spacers between them,
The impact absorbing spacer is interposed such that the gap between the pressure rolls is 0.01 to 1 mm in a state where no load is applied to the pressure rolls and nothing is sandwiched between the pressure rolls. Have been
The pressurizing pressure is 3000 kg / cm or more and 20000 kg / cm or less.is there.
(2) In the pressure unit, a pair of bearing units supporting each of both ends of the roll shaft of one pressure roll, and each of both ends of the roll shaft of the backup roll supporting the one pressure roll Shock absorbing spacers are interposed between the pair of bearing units that are supported,
And a pair of bearing units supporting both ends of the roll shaft of the other pressure roll and a pair of bearing units supporting both ends of the roll shaft of the backup roll supporting the other pressure roll. Shock absorbing spacers are interposed between the
The both shock absorbing spacers are interposed such that a gap between both the pressure rolls and the backup roll supporting each of them is 0.01 to 1 mm in a state where no load is applied to the two backup rolls. The press device for producing a battery electrode according to (1) above.
(3) An electrode having an electrode active material layer formed on at least one surface of the belt-shaped electrode current collector, and having a pair of pressure rolls facing each other with the sheet-like electrode conveyed along a fixed path from both sides. Cutting unit for cutting off both ends of the electrode current collector on the surface on which the electrode active material layer is formed upstream of the pressure unit and the pressure unit of the sheet-like electrode conveyance path A press device for manufacturing a battery electrode comprising:
The pressure unit includes a backup roll that supports one pressure roll, and a backup roll that supports the other pressure roll,
In the pressure unit, a pair of bearing units supporting each of both ends of the roll shaft of one pressure roll and each of both ends of the roll shaft of the backup roll supporting the one pressure roll are supported. Shock absorbing spacers are interposed between a pair of bearing units,
And a pair of bearing units supporting both ends of the roll shaft of the other pressure roll and a pair of bearing units supporting both ends of the roll shaft of the backup roll supporting the other pressure roll. Shock absorbing spacers are interposed between the
The both shock absorbing spacers are interposed such that both the pressure rolls and the backup roll supporting each of the backup rolls have a gap of 0.01 to 1 mm with no load applied to the two backup rolls. ,
The press apparatus for manufacturing a battery electrode, wherein the pressurizing pressure is 3000 kg / cm or more and 20000 kg / cm or less.
[0009]
According to the inventionBattery electrodeIn the manufacturing press apparatus, since the cutting unit is provided upstream of the pressurizing unit in the sheet-like electrode conveyance path, the both-side ear ends are cut in advance before the sheet-like electrode is pressurized. When the conveyed sheet-like electrode is pressurized with a high load, the electrode current collector extends mainly in the sheet-like electrode conveyance direction. At this time, when the sheet-like electrode is pressed without cutting the both-side ear ends, the regions where the electrode active material layer is formed on the current collector surface and the both-side ear ends where the electrode active material layer is not formed There is a difference in the degree of stretching. That is, the degree of stretching at the both ends is smaller than the degree of stretching in the region where the electrode active material layer is formed. For this reason, the flatness of the sheet-like electrode after pressure processing may be impaired, which may cause wrinkles and breakage. Of the present inventionBattery electrodeIn the manufacturing press apparatus, as described above, the both ends of the ears are cut in advance before the sheet-like electrode is pressed, so that the sheet-like electrode is pressurized with a high load without causing wrinkles or breakage. Can do.
[0013]
The present invention also provides an electrode mixture paint containing an electrode active material and a binder on at least one surface of a strip-shaped electrode current collector., With a certain gap in the length direction of the electrode current collectorApply and apply an electrode active material layer to the at least one side of the electrode current collectorAnd the non-application section where the electrode current collector surface is exposed are alternately arranged in the length direction of the electrode current collector,And the electrode collector paint is not applied to both ends of the electrode current collector to form a sheet-like electrode in which the electrode current collector surface is exposed,
Excising the both ears so as not to leave the exposed electrode current collector surface,
After that, the sheet electrode3000 kg / cm or more and 20000 kg / cm or lessIt is a manufacturing method of the electrode for batteries including pressurizing with the pressure of.
[0015]
In the present invention,3000 kg / cm or more and 20000 kg / cm or lessPressurize with high pressureTheBy pressing the sheet-like electrode with such a high load, the electrode active material layer can be compressed to the target thickness with a small number of pressurization times, and the density of the active material per electrode volume can be increased.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present inventionBattery electrodeAn embodiment of a manufacturing press apparatus will be described with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 illustrates the present invention.Battery electrodeIt is a perspective view which shows an example of embodiment of the press apparatus for manufacture. In FIG. 1, a sheet-like electrode having an electrode active material layer (C) formed on at least one surface of a strip-shaped electrode current collector (B) is conveyed in the direction of arrow (A). In the following description, the left and right sides are referred to as the left and right when viewed from the upstream side to the downstream side of the sheet-like electrode conveyance path.
The press apparatus shown in FIG. 1 includes a feeding unit (1), a cutting unit (2), a pressure unit (3), and a winding unit (not shown) in this order from the upstream side of the sheet-like electrode transport path. .
[0018]
In order to facilitate the following description, the sheet-like electrode fed out from the feeding unit (1) will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows the present invention.Battery electrodeIt is a top view which shows an example of the sheet-like electrode for manufacturing this.
[0019]
The sheet-like electrode (M) is obtained by forming a number of rectangular electrode active material layers (C) having a width (Wc) on a strip-shaped electrode current collector (B) having a width (Wb). The active material layers (C) are arranged in a line with a gap between adjacent ones at a constant pitch (P) in the length direction of the electrode current collector. Thus, in the length direction, the application section (S) in which the electrode active material layer (C) is formed on the strip electrode collector (B) and the non-application section in which the surface of the electrode current collector (B) is exposed. (N) are formed alternately. Even in the coating section (S), the electrode active material layer (C) is not formed on the right and left ear ends (El) (Er) of the electrode current collector (B), and the electrode current collector (B ) The exposed part remains.
AimBattery electrodeDepending on the type, the formation pattern of the application section (S) and the non-application section (N) may be the same or different on both sides of the current collector (B). In some cases, the active material layer (C) is formed only on one side of the current collector (B).
[0020]
Referring to FIG. 1, a cutting unit (2) is provided downstream of the feeding unit (1) in the sheet-like electrode transport path. In FIG. 1, the cutting unit (2) is shown conceptually. As the cutting unit (2), for example, a known cutting means such as a rotary blade such as a shear method or a gang method or a laser can be used.
[0021]
The cutting unit (2) cuts off the left and right ear ends (El) (Er) of the electrode current collector (B) described in FIG.
If dust or the like is generated when cutting the ear ends (El) (Er) on both sides, use a rotating brush, ultrasonic wave, air knife, dust suction device, etc. Is preferably removed.
[0022]
With reference to FIG. 3, the sheet-like electrode after cutting off both ear ends (El) (Er) with the above-described cutting unit (2) will be described. FIG. 3 is a plan view showing an example of a sheet-like electrode from which the both-side ear ends of the current collector are removed.
In FIG. 3, the width (W1) of the current collector (B) after the resection of both ear ends is equal to the width of the electrode active material layer (C) in this figure. In the present invention, both ear ends (El) (Er) are excised so as not to leave portions where the electrode current collector (B) surface is exposed on the left and right sides of the electrode active material layer (C). That is, the width (W1) is cut so that the relationship between (Wb) and (Wc) described in FIG. 2 is (W1) ≦ (Wc) <(Wb). As described in FIG. 2, in the length direction, the coating section (S) where the electrode active material layer (C) is formed and the non-coating section (N) where the surface of the electrode current collector (B) is exposed. Are lined up alternately.
[0023]
Referring to FIG. 1, a pressure unit (3) is provided downstream of the cutting unit (2) in the sheet-like electrode conveyance path. In the example of FIG. 1, a four-high rolling mill is provided as the pressure unit (3).
In FIG. 1, a pressurizing unit (3) includes a horizontal upper roll (11) and a lower roll (left and right) extending in the left-right direction and arranged to face each other with a sheet-like electrode conveyed along a fixed path. 12). These upper and lower rolls (11) and (12) have a length wider than the width (W1) described in FIG.
[0024]
The upper roll (11) is provided with an upper rotation shaft (13) so that the left and right ends thereof protrude left and right from the end surface of the upper roll (11). Similarly, the lower rotating shaft (14) is also provided on the lower roll (12) so that its left and right ends protrude left and right from the end surface of the lower roll (12). The left and right ends of the upper rotating shaft (13) are supported by a pair of left and right upper bearing units (15). The left and right ends of the lower rotating shaft (14) are supported by a pair of left and right lower bearing units (16).
[0025]
As a pressure roll, a known mechanism for controlling the thickness distribution in the left-right direction of the sheet-like electrode, for example, roll bending, roll reverse bending, crown roll, crown variable roll, roll cloth, etc. may be used in combination. is there.
As the material of both rolls (11) and (12), a metal such as steel or a hard synthetic resin is generally used. Both rolls (11) and (12) may be a combination of the same materials or different materials. In use, the surface temperatures of both rolls (11) and (12) are generally kept constant in the range from room temperature to 200 ° C.
[0026]
In the example of FIG. 1, a pair of left and right shock absorbing spacers (17) are interposed between left and right upper and lower bearing units (15) and (16) on the same left and right sides.
The shock absorbing spacer (17) can be used for both pressurization when no pressure is applied to the pressure rolls (11) and (12) and nothing is sandwiched between the pressure rolls (11) and (12). It is good to interpose so that the clearance gap between rolls (11) and (12) may be set to 0.01-1 mm. When a load of 500 to 20000 kg / cm is applied to the pressure roll in this state, both pressure rolls (11) and (12) come into contact with each other without any gap. The sheet-like electrode can be pressurized with a high load, and vibrations of both rolls (11) and (12) are reduced. Therefore, even when the sheet-like electrode (M1) having the application section (S) and the non-application section (N) described in FIG. 3 is pressurized, the application section (S) is added to the non-application section (N). Since the vibrations of both rolls (11) and (12) due to the impact when the pressure roll is transferred are mitigated, the electrode current collector (B) in the non-coating zone (N) is not wrinkled.
[0027]
Examples of the material for the shock absorbing spacer (17) include metals such as iron, copper, aluminum and lead, resins such as polyethylene terephthalate, polyester, vinyl chloride, polyethylene, polyimide, Teflon, cellophane, nylon and polypropylene, and glass. A fiber, a carbon fiber, a nonwoven fabric, etc., the composite of these materials, etc. are used.
[0028]
In the example of FIG. 1, the upper roll (11) is supported by the upper backup roll (21), and the lower roll (12) is supported by the lower backup roll (22). The upper backup roll (21) is provided with an upper rotation shaft (23) so that the left and right ends thereof protrude left and right from the end surface of the upper backup roll (21). Similarly, the lower backup roll (22) is also provided with a lower rotating shaft (24) so that its left and right ends protrude left and right from the end face of the lower backup roll (22). The left and right ends of the upper rotating shaft (23) are supported by a pair of left and right upper bearing units (25). The left and right ends of the lower rotating shaft (24) are supported by a pair of left and right lower bearing units (26).
[0029]
The backup rolls (21) and (22) are usually larger in diameter than the pressure rolls (11) and (12). As the backup rolls (21) and (22), a plurality of rolls whose left and right lengths are shorter than the pressure rolls (11) and (12) may be used. In the example of FIG. 1, the backup rolls (21) and (22) are each composed of five rolls. Each load of multiple backup rolls can be controlled, so by adjusting the load balance in the left-right directionBattery electrodeThe thickness distribution in the left-right direction can be controlled.
As the material of the backup rolls (21) and (22), a metal such as steel or a hard synthetic resin is used as in the material of the pressure rolls (11) and (12). The backup rolls (21) and (22) may be made of the same material or different materials from the pressure rolls (11) and (12) supported by the backup rolls (21) and (22).
[0030]
In the example of FIG. 1, a pair of left and right upper shock absorbing spacers (27) are interposed between the left and right upper bearing units (15) and (25) on the same left and right sides. A pair of left and right lower impact absorbing spacers (28) are interposed between the left and right lower bearing units (16) and (26) on the same left and right sides.
[0031]
The upper and lower impact absorbing spacers (27), (28) are the pressure rolls (11), (12) and the backup rolls (21), (22) It is good to interpose so that both may be set to 0.01-1 mm. When a load of 500 to 20000 kg / cm is applied in this state, the pressure rolls (11) and (12) and the backup rolls (21) and (22) supporting the respective rolls contact each other. The sheet-like electrode can be pressurized with a high load, and vibrations of both pressure rolls (11) and (12) are reduced. Therefore, even when the sheet-like electrode (M1) having the application section (S) and the non-application section (N) described in FIG. 3 is pressurized, the application section (S) is added to the non-application section (N). Since the vibrations of both rolls (11) and (12) due to the impact when the pressure roll is transferred are mitigated, the electrode current collector (B) in the non-coating zone (N) is not wrinkled.
[0032]
Examples of the material of the upper and lower shock absorbing spacers (27) and (28) include the same materials as those of the shock absorbing spacer (17). For example, metals such as iron, copper, aluminum, lead, polyethylene terephthalate, polyester, vinyl chloride, polyethylene, polyimide, Teflon, cellophane, nylon, polypropylene, etc., glass fiber, carbon fiber, non-woven fabric, etc. And the like.
[0033]
As described above, in the example of FIG. 1, a four-high rolling mill is provided as the pressure unit (3). A two-high rolling mill not having the backup rolls (21) and (22) or a multi-high rolling mill having a multi-stage backup roll can also be used.
Further, in the example of FIG. 1, an impact absorbing spacer (17) is interposed, and upper and lower impact absorbing spacers (27) and (28) are respectively interposed. As shown in FIG. 1, the spacer (17) may be used in combination with the upper and lower spacers (27) and (28), or any one of the spacer (17) and the upper and lower spacers (27) and (28) may be used. . The shock absorbing spacer (17) and the vertical shock absorbing spacers (27), (28) may not be used.
[0034]
When pressurizing the sheet electrode, dust or the like may be generated. In this case, care should be taken not to attach dust to the pressure rolls (11), (12) and backup rolls (21), (22), and if dust adheres, for example, felt pads, resin Dust may be removed with a knife, a metal blade, ultrasonic waves, a dust suction device or the like.
[0035]
With reference to FIG. 4, the effect obtained by excising the left and right ear ends (El) (Er) in advance before pressurization will be described. FIG. 4 is a perspective view of an application section of the sheet-like electrode shown in FIG. In the example of FIG. 4, the coating section (S) is formed with the same formation pattern on both sides of the current collector (B).
[0036]
When the conveyed sheet-like electrode is pressurized with a high load, the electrode current collector (B) extends mainly in the conveying direction (A). When the sheet electrode is pressed with a high load without excising the left and right ear ends (El) (Er), the electrode active material layer (C) is formed on the surface of the current collector (B). Compared with the degree of stretching (Xc), the degree of stretching (Xb) at the both-side ear ends (El) (Er) where the electrode active material layer (C) is not formed is small. Due to the difference between the degree of stretching (Xc) and (Xb), the flatness of the sheet electrode after pressurization is impaired, which may cause wrinkles and breakage. As described with reference to FIG. 1, the pressing device of the present invention has a cutting unit (2) for cutting off both ear ends (El) (Er) upstream of the pressurizing unit (3) in the sheet-like electrode transport path. Since it is provided, both ears (El) (Er) that cause the difference in the degree of stretching are cut in advance and then pressurized. For this reason, even if it pressurizes a sheet-like electrode with a heavy load, the flatness of a sheet-like electrode is not impaired and a wrinkle and a fracture | rupture do not arise.
[0037]
With reference to FIG. 1, the sheet-like electrode is fed out from the feeding unit (1) and conveyed in the direction indicated by the arrow (A). The electrode current collector layer (C) is not formed, and the electrode current collector (B) surface is exposed on both sides of the electrode current collector (El) (Er). It is excised by the cutting unit (2) provided upstream from 3). After the ear ends (El) and (Er) on both sides are excised, the sheet electrode passes between the upper and lower pressure rolls (11) and (12). When the coating section in which the active material layer (C) is coated and formed on the electrode current collector (B) passes between the upper and lower pressure rolls (11) and (12), the active material layer (C) Pressurized and compressed. As described with reference to FIG. 4, since both ear ends (El) (Er) are cut in advance before pressurization, the flatness of the sheet-like electrode is impaired even if the sheet-like electrode is pressurized with a high load. No wrinkles or breakage. Referring to FIG. 3, even when a sheet-like electrode in which the coating section (S) and the non-coating section (N) are alternately arranged in the length direction of the electrode current collector is pressed, the shock absorbing spacer (17 ) And / or upper and lower impact absorbing spacers (27), (28), both rolls (11), (12) due to impact when the pressure roll moves from the coating section (S) to the non-coating section (N). ) Is mitigated, so that no wrinkles are generated in the electrode current collector (B) in the non-coating zone (N). After pressurization, the sheet-like electrode is taken up by a take-up unit (not shown).
[0038]
The present inventionBattery electrodeIt also relates to the manufacturing method.
In the present invention, first, an electrode active material and a binder are mixed together with a solvent to prepare a slurry electrode mixture paint. At this time, a conductive agent or an additive may be added as necessary.
[0039]
The electrode active material is not particularly limited as long as it is conventionally used as an electrode active material, and various materials can be used.
As the positive electrode active material, for example, an oxide or a carbon material that can be doped / undoped with lithium ions can be used. Examples of such oxides include composite oxides containing lithium. For example, lithium cobaltate LixCoO2(0 <x ≦ 1.0), lithium manganate Li1 + xMn2-xOFour(0 ≦ x ≦ 1/3), lithium nickelate LixNiO2(0 <x ≦ 1.0). The average particle diameter of these oxide powders is preferably about 1 to 40 μm.
[0040]
As the negative electrode active material, for example, an oxide such as a carbonaceous material, a lithium metal, a lithium alloy, or a tin oxide is used. The carbonaceous material is not particularly limited, and for example, amorphous carbon, acetylene black, petroleum coke, coal coke, artificial graphite, natural graphite, graphite-based carbon fiber, non-graphitizable carbon, etc. can be used. . Those skilled in the art can appropriately select from these according to the characteristics of the target battery.
[0041]
The binder for the electrode paint is not particularly limited, and various binders such as a crystalline resin and an amorphous resin that have been conventionally used can be used. For example, as the binder, polyacrylonitrile (PAN), polyethylene terephthalate, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl fluoride, fluorocarbon resins such as fluororubber, and the like can be used.
The binder is usually used in an amount of 1 to 40 parts by weight, preferably 2 to 25 parts by weight, particularly preferably 5 to 15 parts by weight, based on 100 parts by weight of the electrode active material.
[0042]
The solvent for the electrode paint is not particularly limited, and various solvents conventionally used in preparing the electrode paint can be used. For example, N-methylpyrrolidone (NMP), methyl isobutyl ketone (MIBK), methyl ethyl ketone (MEK), cyclohexanone, toluene and the like can be mentioned.
[0043]
A conductive agent can be added for the purpose of supplementing the electron conductivity of the electrode active material, if necessary. The conductive agent is not particularly limited, and various known conductive agents may be used. Examples thereof include acetylene black, graphite, and gold / silver / copper fine particles. Furthermore, various known additives such as lithium carbonate, oxalic acid and maleic acid can also be added.
[0044]
Mixing of an electrode active material, a binder, a conductive agent, a solvent, and the like can be performed by a conventional method. For example, they are mixed in a dry air or inert gas atmosphere by a roll mill method.
[0045]
Next, the obtained slurry-like electrode paint is applied on the belt-like electrode current collector. The application may be performed on both sides of the current collector or only on one side depending on the purpose of the electrode. In addition, when applying the electrode paint on both sides of the current collector, it may be applied to both sides at the same time and the next drying step may be performed, or it may be applied to one side and the drying step followed by application to the other side. And you may perform a drying process.
[0046]
When applying the electrode paint, in order to form the application section (S) and the non-application section (N) at a predetermined pitch (P) in the length direction of the current collector, for example, the application liquid is intermittently supplied to the die nozzle. A method (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-149929), a method of previously masking the non-application section (N) (Japanese Patent Application No. 2001-119140 filed on April 18, 2001) by the applicant, etc. may be applied. . Of course, other various methods may be applied.
[0047]
Application of the electrode paint to the electrode current collector is a known method such as extrusion coating, gravure coating, reverse roll coating, dip coating, kiss coating, doctor coating, knife coating, curtain coating, nozzle coating, screen printing, etc. It can be performed by a coating method.
[0048]
In the present invention, as the electrode current collector, a metal foil, a metal sheet, a punching metal, a metal net or the like is used, and a metal foil or a punching metal is preferable. The metal material for the electrode current collector is not particularly limited, and various metal materials conventionally used for electrode current collectors can be used. Examples of such a metal material include copper, aluminum, stainless steel, nickel, iron and the like, and copper, aluminum and the like are preferable. The thickness of the electrode current collector is usually 1 to 30 μm, preferably 5 to 20 μm.
[0049]
Following application of the electrode paint, drying is performed to remove the solvent. Drying can be performed by a conventional method. For example, drying is performed at 30 to 150 ° C. for about 5 to 15 minutes. Thus, referring to FIG. 2, the electrode active material layer (C) is formed on one side or both sides of the electrode current collector (B), and the coating section (S) and the non-coating section (N) are formed into the electrode collector. A sheet-like electrode (M) formed at a predetermined pitch (P) in the length direction of the electric body is obtained. In the sheet-like electrode (M), the electrode active material layer (C) is not formed by coating on both ears (El) (Er) of the electrode current collector (B), and the surface of the electrode current collector (B) Exposed.
[0050]
After drying, the both ends of the ears (El) (Er) are excised so as not to leave the exposed current collector (B) surface, and then the sheet-like electrode is pressed to form the electrode active material layer. The thickness is made thin and uniform, and the density of the active material per electrode volume is increased. At this time, the press device of the present invention including a cutting unit and a pressure unit may be used.
[0051]
Pressurized pressureIs over 3000kg / cmIt is. Pressurization with a high load of 1000 kg / cm or moreSoA multi-high rolling mill such as a four-high rolling mill is used to uniformly press the sheet electrode while suppressing the bending of the pressure roll.TheUpper pressure limitIs 2It is about 0000 kg / cm, and preferably about 10000 kg / cm.
[0052]
The surface treatment of the sheet-like electrode may be performed immediately before and / or immediately after the pressing process. The surface treatment can be performed using, for example, a heating furnace using far-infrared rays, hot air, or the like, or a radiation irradiation apparatus such as an electron beam, α ray, β ray, γ ray, X ray, or ultraviolet ray.
[0053]
After the pressing process, the sheet-like electrode is cut into a predetermined dimension. The cutting generally includes a slitting process for making the electrode a predetermined width along the manufacturing flow direction and a cutting process for making the electrode a desired length.
[0054]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
[Example 1: Production of positive electrode]
A slurry-like positive electrode paint having the following composition was prepared.
[0055]
(Composition of positive electrode paint)
Positive electrode active material: 100 parts by weight of lithium cobalt oxide
Conductive agent: 6 parts by weight of acetylene black
Binder: Fluororubber 5 parts by weight
Solvent: 39 parts by weight of N-methylpyrrolidone (NMP)
Solvent: 39 parts by weight of methyl isobutyl ketone (MIBK)
[0056]
First, 5 parts by weight of a binder was dissolved in 20 parts by weight of MIBK to prepare a lacquer. Next, 25 parts by weight of the lacquer was added to 6 parts by weight of the conductive agent and kneaded, and then 19 parts by weight of MIBK and both parts of NMP 39 were added to the kneaded material and dissolved to prepare a paste. 100 parts by weight of the positive electrode active material was added to 89 parts by weight of the paste and mixed well to obtain a positive electrode paint.
[0057]
Next, referring to FIG. 2, the above positive electrode paint is intermittently applied by nozzle coating to one side of an electrode current collector (B) made of an aluminum foil having a thickness of 20 μm and a width (Wb) of 400 mm. The electrode active material layer (C) was formed by drying in a drying furnace at ˜130 ° C. The length of the current collector in the coating section (S) was 400 mm, the width (Wc) was 380 mm, and the length of the current collector in the non-application section (N) was 20 mm. Thereafter, a similar coating operation was performed on the other surface of the aluminum foil to form an electrode active material layer (C). As a result, a sheet-like electrode (M) having an overall thickness of the electrode current collector (B) and the electrode active material layers (C) on both sides of 350 μm was obtained.
[0058]
Using the press device of the present invention comprising a cutting unit (2) and a pressure unit (3), the obtained sheet-like electrode (M) has both ear ends (El) (Er ), And then the sheet electrode was pressurized. Referring to FIG. 3, the width (W1) after excision of both ear ends and before pressurization was 370 mm. Referring to FIG. 1, metal pressure rolls (11) and (12) having a diameter of 420 mm and five metal backup rolls (21 and 22) having a diameter of 500 mm were used. Bearing unit (15) so that the gap between the unloaded rolls (11) and (12) is 0.46 mm with nothing sandwiched between the upper and lower pressure rolls (11) and (12) Metal shock absorbing spacers (17) and (17) were interposed between (15) and the bearing units (16) and (16). Vertical shock absorbing spacers (27), (27), (28) and (28) were not interposed. A load was applied so that the sheet-like electrode having a thickness of 350 μm before pressurization could be compressed to a target thickness of 230 μm to produce a battery electrode. The load applied to the pressure part at this time is 4600 kg / cm. When no sheet electrode is sandwiched between the upper and lower rolls (11) and (12), both rolls (11) and (12) It was in contact with no gap.
[0059]
[Comparative Example 1]
A battery electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that both ear ends (El) (Er) were not excised. During the pressurization, the load applied to the pressurizing part was 4600 kg / cm.
[0060]
[Example 2](Reference example)
A battery electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the shock absorbing spacers (17) and (17) were not interposed. During the pressurization, the load applied to the pressurizing part was 1800 kg / cm.
[0061]
[Example 3]
The gap between the pressure roll (11) and the backup roll (21) and the pressure roll (12) and the backup roll (22) without any impact absorbing spacers (17) and (17) and without any load. Except for interposing metal upper shock absorbing spacers (27) and (27) and metal lower shock absorbing spacers (28) and (28) so that the gap between them is 0.1 mm. A battery electrode was produced in the same manner as in Example 1. During the pressurization, the load applied to the pressurizing part was 3000 kg / cm.
[0062]
[Example 4]
A battery electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that the upper impact absorbing spacers (27) and (27) and the lower impact absorbing spacers (28) and (28) were interposed. The shock absorbing spacers (27) and (28) were made of the same material and the same dimensions as the shock absorbing spacers (27) and (28) used in Example 3. During the pressurization, the load applied to the pressurizing part was 7400 kg / cm.
[0063]
The states of the battery electrodes produced in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 were observed. In Examples 1, 3, and 4, the obtained battery electrode had good flatness, and the electrode current collector (B) exposed in the non-application section (N) was not wrinkled or broken. In Example 2, the electrode current collector (B) exposed in the non-application section (N) was wrinkled, but there was no problem in practical use. On the other hand, in Comparative Example 1, the flatness of the battery electrode was poor, and it was broken at several places.
[0064]
【The invention's effect】
According to the present invention, the sheet-like electrode can be pressurized with a high load, and the flatness of the sheet-like electrode is not impaired even after being pressurized with a high load, and wrinkles and breakage do not occur. The electrode active material layer can be compressed to the target thickness with a small number of pressurization times, and the density of the active material per electrode volume can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 of the present inventionBattery electrodeIt is a perspective view which shows an example of embodiment of the press apparatus for manufacture.
FIG. 2 in the present inventionBattery electrodeIt is a top view which shows an example of the sheet-like electrode for manufacturing this.
FIG. 3 is a plan view showing a sheet-like electrode in which both ends of the current collector are cut off.
4 is a perspective view of an application section of the sheet-like electrode shown in FIG. 2. FIG.
[Explanation of symbols]
(1): Feeding unit
(2): Cutting unit
(3): Pressure unit
(11): Pressure roll
(12): Pressure roll
(17): Shock absorbing spacer
(21): Backup roll
(22): Backup roll
(27): Shock absorbing spacer
(28): Shock absorbing spacer
(B): Electrode current collector
(C): Electrode active material layer
(M): Sheet electrode
(M1): Sheet electrode
(El) (Er): Both ear ends
Claims (4)
前記加圧ユニットが、一方の加圧ロールを支えているバックアップロールと、他方の加圧ロールを支えているバックアップロールとを備え、
前記加圧ユニットにおいて、一方の加圧ロールのロール軸両端のそれぞれを支持している一対のベアリングユニットと、他方の加圧ロールのロール軸両端のそれぞれを支持している一対のベアリングユニットとの間に、衝撃吸収スペーサがそれぞれ介在させられており、
該衝撃吸収スペーサは、両加圧ロールに荷重をかけない状態で且つ両加圧ロール間に何も挟んでいない状態で、両加圧ロール間の間隙が0.01〜1mmとなるように介在させられており、
加圧圧力は、3000kg/cm以上20000kg/cm以下とされる、電池用電極製造用プレス装置。 A pressure unit having an electrode active material layer formed on at least one surface of a strip electrode current collector and having a pair of pressure rolls facing each other with a sheet-like electrode conveyed along a fixed path from both sides; A cutting unit that cuts off both ends of the electrode current collector on the surface on which the electrode active material layer is formed, upstream of the pressure unit of the sheet-like electrode conveyance path. a that batteries electrode manufacturing a press device,
The pressure unit includes a backup roll that supports one pressure roll, and a backup roll that supports the other pressure roll,
In the pressure unit, a pair of bearing units supporting each of both ends of the roll shaft of one pressure roll and a pair of bearing units supporting each of both ends of the roll shaft of the other pressure roll There are shock absorbing spacers between them,
The impact absorbing spacer is interposed such that the gap between the pressure rolls is 0.01 to 1 mm in a state where no load is applied to the pressure rolls and nothing is sandwiched between the pressure rolls. Have been
The press apparatus for manufacturing a battery electrode, wherein the pressurizing pressure is 3000 kg / cm or more and 20000 kg / cm or less.
且つ他方の加圧ロールのロール軸両端のそれぞれを支持している一対のベアリングユニットと、前記他方の加圧ロールを支えているバックアップロールのロール軸両端のそれぞれを支持している一対のベアリングユニットとの間に、衝撃吸収スペーサがそれぞれ介在させられており、
該両衝撃吸収スペーサは、該両バックアップロールに荷重をかけない状態で、両加圧ロールとそれぞれを支えるバックアップロールとの間の間隙が共に0.01〜1mmとなるように介在させられている、請求項1に記載の電池用電極製造用プレス装置。In the pressure unit, a pair of bearing units supporting each of both ends of the roll shaft of one pressure roll and each of both ends of the roll shaft of the backup roll supporting the one pressure roll are supported. Shock absorbing spacers are interposed between the pair of bearing units,
And a pair of bearing units supporting both ends of the roll shaft of the other pressure roll and a pair of bearing units supporting both ends of the roll shaft of the backup roll supporting the other pressure roll. between the shock absorbing spacer has been interposed respectively,
The both shock absorbing spacers are interposed such that a gap between both the pressure rolls and the backup roll supporting each of them is 0.01 to 1 mm in a state where no load is applied to the two backup rolls. The press apparatus for manufacturing a battery electrode according to claim 1 .
前記加圧ユニットが、一方の加圧ロールを支えているバックアップロールと、他方の加圧ロールを支えているバックアップロールとを備え、The pressure unit includes a backup roll that supports one pressure roll, and a backup roll that supports the other pressure roll,
前記加圧ユニットにおいて、一方の加圧ロールのロール軸両端のそれぞれを支持している一対のベアリングユニットと、前記一方の加圧ロールを支えているバックアップロールのロール軸両端のそれぞれを支持している一対のベアリングユニットとの間に、衝撃吸収スペーサがそれぞれ介在させられており、In the pressure unit, a pair of bearing units supporting each of both ends of the roll shaft of one pressure roll and each of both ends of the roll shaft of the backup roll supporting the one pressure roll are supported. Shock absorbing spacers are interposed between the pair of bearing units,
且つ他方の加圧ロールのロール軸両端のそれぞれを支持している一対のベアリングユニットと、前記他方の加圧ロールを支えているバックアップロールのロール軸両端のそれぞれを支持している一対のベアリングユニットとの間に、衝撃吸収スペーサがそれぞれ介在させられており、And a pair of bearing units supporting both ends of the roll shaft of the other pressure roll and a pair of bearing units supporting both ends of the roll shaft of the backup roll supporting the other pressure roll. Shock absorbing spacers are interposed between the
該両衝撃吸収スペーサは、該両バックアップロールに荷重をかけない状態で、両加圧ロールとそれぞれを支えるバックアップロールとの間の間隙が共に0.01〜1mmとなるように介在させられており、The both shock absorbing spacers are interposed such that both the pressure rolls and the backup roll supporting each of the backup rolls have a gap of 0.01 to 1 mm with no load applied to the two backup rolls. ,
加圧圧力は、3000kg/cm以上20000kg/cm以下とされる、電池用電極製造用プレス装置。The press apparatus for manufacturing a battery electrode, wherein the pressing pressure is 3000 kg / cm or more and 20000 kg / cm or less.
前記両側耳端部を、露出している電極集電体面を残さないように切除し、
その後、シート状電極を3000kg/cm以上20000kg/cm以下の圧力で加圧することを含む、電池用電極の製造方法。An electrode mixture paint containing an electrode active material and a binder is applied to at least one surface of a strip-shaped electrode current collector with a certain gap in the length direction of the electrode current collector, and the electrode active material is applied to the at least one surface of the electrode current collector. The coating section in which the material layer is formed and the non-coating section in which the electrode current collector surface is exposed are alternately arranged in the length direction of the electrode current collector, and the electrode mixture paint is applied to both ends of the electrode current collector. Form a sheet-like electrode that is not coated and the electrode current collector surface is exposed,
Excising the both ears so as not to leave the exposed electrode current collector surface,
Then, the manufacturing method of the electrode for batteries including pressurizing a sheet-like electrode with the pressure of 3000 kg / cm or more and 20000 kg / cm or less .
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