JP4238630B2 - 電極の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電極の製造方法に関し、詳しくは、合剤層が形成された塗布部と未塗布部とを有する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】
通常、シート状の電極には、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、電極板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。
【０００６】
しかしながら、合剤層の密度を高めるために、シート状の集電体をプレスすると、シート状の電極の表面に波打ちが生じたり、湾曲したり、あるいは歪みが生じたりすることがあった。このような現象が生じると、正極シートと負極シートとをセパレータシートを介して渦巻き状に巻回して電極体を製造したときに、巻きずれの発生により十分な電池出力が得られなかったり、リチウム二次電池の場合には充放電を繰り返すうちに活物質が塗布された塗布部のずれの部分に電流が集中することによる金属リチウムのデンドライト析出が起こり内部ショートを引き起こす等の問題が生じていた。
【０００７】
このため、一般的な歪み取りの処理として、加熱炉とテンション装置を使った処理が行われている。
【０００８】
しかしながら、加熱炉を用いる処理は、集電体の昇温に時間がかかることから、熱効率も低くかつ炉長が長くなっていた。これにより、装置全体の体格が大きくなるとともに、コストも多大にかかるという問題があった。
【０００９】
このような問題に対して、集電体自身に加工を施しておくことが考案されている。（特許文献１参照。）
特許文献１には、プレス成形前にあらかじめ集電体シート面に不連続な線状の切れ込みを多数もうけておき、プレス時に集電体シートが活物質層ののびに追従するようにしたことで、歪みの少ないフラットなシート状の電極を製造できることが開示されている。
【００１０】
しかしながら、このような方法では、切れ込みをもうけることで、集電体自身にダメージを与えている。この結果、集電体の機械的強度が低下し、電極耐久性を低下させるという問題があった。さらに、無数の切れ込みにより、電池としての充放電特性の均一性が低下するという問題があった。
【００１１】
【特許文献１】
特開平７−１９２７２６号公報
【００１２】
【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、電池特性を低下させることなく低コストに集電体の歪み取りを行うことができる電極の製造方法を提供することを課題とする。
【００１３】
【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、誘導加熱により集電体の未塗布部自身を発熱させることで、上記課題を解決できることを見出した。
【００１４】
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集電体の表面の一部に塗布して、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未塗布部とを形成した後に、活物質ペーストを乾燥させて合剤層を形成する合剤層形成工程と、合剤層を集電体とともに押圧する押圧工程と、未塗布部の歪みを矯正する矯正工程と、を有する電極の製造方法であって、矯正工程は、未塗布部に磁束を集中させて未塗布部を誘導加熱により加熱する工程であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の電極の製造方法は、未塗布部に磁束を集中させることで、未塗布部を誘導加熱により加熱する。誘導加熱は、集電体自身を発熱させる加熱方法であるため、集電体がすぐに所定の温度まで昇温する。このため、本発明の電極の製造方法は、従来の加熱炉のように大きな装置を必要としない。
【００１６】
また、本発明の電極の製造方法は、集電体に切れ込みを入れないため、集電体にダメージが付与されない。このため、本発明の製造方法により製造された電極は、電池性能が抑えられている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の電極の製造方法は、合剤層形成工程、押圧工程および矯正工程を有する。合剤層形成工程において合剤層を形成し、押圧工程において合剤層を高密度化する。そして、矯正工程において押圧工程を施すことにより生じた未塗布部の歪みを矯正する。これらの工程によりフラットな電極を製造することができる。
【００１８】
矯正工程は、未塗布部を誘導加熱により加熱する工程である。誘導加熱は、局部加熱が可能な加熱方法である。誘導加熱は、集電体の未塗布部を局部加熱することができる。未塗布部のみを昇温させることで、合剤層中の活物質に熱損傷を与えることを抑えることができる。
【００１９】
誘導加熱は、集電体を発熱させる加熱方法であり、集電体を短時間で所定の温度に到達させることができる。すなわち、加熱時間を短くすることができ、製造に要する時間を短縮できる。
【００２０】
本発明の製造方法は、誘導加熱で未塗布部を加熱することで未塗布部の歪みを矯正する。このため、未塗布部に切れ込みを入れる必要がない。この結果、本発明の製造方法は、電池特性の低下が抑えられた電極を製造することができる。
【００２１】
集電体の加熱温度は、未塗布部の歪みを矯正できる温度であれば、特に限定されない。集電体の材質等の条件により異なるため、一概に決定できるものではない。
【００２２】
本発明の製造方法において、誘導加熱を行う加熱装置は特に限定されるものではない。すなわち、集電体の未塗布部に対向した状態で配された誘導コイルを有する加熱装置を用いることができる。
【００２３】
誘導コイルは、未塗布部の背向した一対の表面のそれぞれに対向した状態で、２個配すことが好ましい。未塗布部の背向した一対の表面のそれぞれに対向して誘導コイルが配されることで、未塗布部の両面から磁束を透過させることができ、発熱ムラの発生を抑えることができる。発熱ムラが生じると、未塗布部の歪みが解消されにくくなる。
【００２４】
矯正工程は、未塗布部に張力を付与した状態で加熱する工程であることが好ましい。矯正工程において未塗布部に張力を付与した状態で加熱することで、未塗布部の歪みの解消が促進される。矯正工程において未塗布部に張力を付与する方法は特に限定されるものではない。未塗布部のみに張力を付与したり、塗布部を介して未塗布部に張力を付与してもよい。
【００２５】
誘導加熱は、未塗布部に磁束を集中させることが好ましい。未塗布部に磁束を集中させることで、塗布部を発熱させることなく未塗布部のみを発熱させることができる。この結果、塗布部の発熱による合剤層の損傷が抑えられ、電極の電池性能の低下が抑えられる。未塗布部に磁束を集中させる方法としては、特に限定されるものではない。たとえば、誘導コイルを未塗布部に接近させる方法や、誘導コイルに軟磁性体よりなるコアを配設する方法をあげることができる。
【００２６】
集電体は、金属箔よりなることが好ましい。集電体が金属箔よりなることで、集電体自身の体格を小さくすることができ、電極に占める電池反応を生じる合剤層の割合が増加し、高い性能の電極となる。
【００２７】
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し、活物質ペーストを略帯状の集電体の両面に幅方向の両端縁部が未塗布部となるように塗布した後に、活物質ペーストを乾燥させて合剤層を形成する合剤層形成工程と、合剤層を集電体とともに押圧する押圧工程と、未塗布部を誘導加熱により加熱して未塗布部の歪みを矯正する矯正工程と、を有することが好ましい。また、これらの工程が略帯状の集電体の流れ方向に沿って配された装置により、連続的になされることが好ましい。略帯状の集電体から電極を製造することで、高密度な巻回型電極体を製造することができる。
【００２８】
略帯状の集電体を用いたときには、矯正工程において未塗布部付与される張力は、略帯状の長さ方向であることが好ましい。略帯状の集電体の長さ方向に張力を付与する方法としては、流れている集電体にたるみが生じないように張力を付与するテンション印加装置を用いることができる。
【００２９】
本発明の電極の製造方法は、シート状の電極がセパレータを介した状態で巻回されてなる巻回型電極体に用いられる電極の製造に特に効果を発揮する。
【００３０】
本発明の電極の製造方法において製造される電極は、集電体の表面に合剤層が形成された構造を有するものであれば特に限定されない。本発明の製造方法は、リチウム電池用電極の製造方法であることが好ましい。
【００３１】
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。
【００３２】
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、Ｌｉ1-xＭｎ2+xＯ4、ＬｉＮｉ1-xＣｏxＯ2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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【００４４】
本発明の実施例として、リチウム電池のシート状の正極を製造した。
【００４５】
（シート状の正極の製造）
まず、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活物質ペーストを調製した。
【００４６】
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８２ｍｍ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）で塗布した。このとき、活物質ペーストが塗布された塗布部４１と、塗布部４１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４２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。
【００４７】
つづいて、活物質ペーストが塗布された集電体を乾燥炉内に導入して、活物質ペーストを乾燥させた。本実施例においては、熱風乾燥炉内に導入することで乾燥が行われた。
【００４８】
その後、未塗布部４２をカットして１００ｍｍの幅とした。このとき、塗布部４１の両側の未塗布部４２の幅が２ｍｍと１６ｍｍとなるように切断した。詳しくは、幅方向に２ｍｍの未塗布部４２ｂ、８２ｍｍの塗布部４１、１６ｍｍの未塗布部４２ａが配列している。切断されて成形された集電体を総厚さが７６μｍとなうようにロールプレスにより圧縮した後に、５．５ｍの長さに切断した。
【００４９】
切り出されたシート状の正極４は、１６ｍｍ幅の未塗布部４２ａの長さが、幅２ｍｍの未塗布部４２ｂの長さより大幅に短くなった湾曲形状となっていた。具体的には、未塗布部４２ａは、長さ方向の中央部が、両端部を結んだ線から３０ｍｍ以上（塗布部４１方向に）離れた位置になるように湾曲していた。本実施例においては、未塗布部４２ａの湾曲の頂点がシート状の電極４の中央部であるが、中央部からずれていても本実施例の電極の製造方法を適用して電極を製造できる。切り出されたシート状の正極４を図１に示した。
【００５０】
このシート状の正極４の湾曲は、塗布部４１の両側の未塗布部４２ａ，４２ｂの幅が異なることにより生じた。詳しくは、塗布部４１を構成する乾燥した活物質ペーストよりなる合剤層を集電体とともに圧縮すると、合剤層とともに集電体がプレスされる。このとき、合剤層は高密度化されるが、集電体は塑性変形を生じる。塑性変形により集電体の厚さが薄くなり、集電体自身の強度や剛性が低下する。
【００５１】
切り出されたシート状の正極４は、図２にその構成を示した湾曲矯正装置を用いて未塗布部の歪みを矯正した。
【００５２】
（湾曲矯正装置）
実施例において切り出されたシート状の正極の歪みを矯正する湾曲矯正装置１は、誘導加熱装置２と、テンション印加装置３と、を有する。
【００５３】
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、から構成される。この誘導加熱装置２の主な回路構成を図３に示した。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
誘導コイル２４は、導線より形成された。誘導コイル２４を構成する導線は、図４に示したように、集電体の未塗布部を挟み込むように配設されている。誘導コイル２４は、集電体の未塗布部に対向して配置された一対の直線部２４１，２４１と、一対の直線部をつなぐ一対の接続部２４２，２４２と、から構成されている。誘導加熱装置２は、誘導コイル２４に誘導電流を流すことで、磁束を発生させ、誘導コイル２４に対向した集電体の未塗布部を発熱させる。誘導加熱装置２は、誘導コイル２４の直線部２４１の長さおよび未塗布部からの距離を任意に設定できる。
【００５８】
誘導コイル２４は、発生した磁束を集中させるフェライトよりなるコア２５を直線部２４１に配設することができる。コア２５は、断面略凹字状を有し、表面から陥没した陥合部２５１に直線部２４１を収容する。また、本実施例においては、コア２５は、陥合部２５１の開口面２５ａが未塗布部に対向した状態で配されたが、開口面２５ａに背向した表面２５ｂが未塗布部に対向した状態で配してもよい。コア２５を配設することで、誘導コイル２４において発生した磁束を対向した集電体の未塗布部に集中させることができ、エネルギーロスを抑えることができる。誘導コイル２４がコア２５を配設したときの構成を、加熱される正極４とともに図５に示した。
【００５９】
テンション印加装置３は、シート状の正極４が巻回されてなる正極ロール４’を保持するとともにシート状の正極４を供給する巻き出しユニット３１と、未塗布部４２の歪みが矯正されたシート状の正極４を巻き取る巻き取りユニット３２と、巻き出しユニット３１からシート状の正極４を引き出す駆動ロール３３と、駆動ロール３３によって引き出されたシート状の正極４にブレーキをかけるパウダーブレーキ３４と、から構成される。テンション印加装置３は、シート状の正極４を誘導加熱装置２に連続的に供給する。テンション印加装置３においては、駆動ロール３３によって引っ張られた正極をパウダーブレーキ３４でブレーキをかけることで、シート状の正極４に張力を付与する。
【００６０】
パウダーブレーキ３４は、電流制御でブレーキをかけることができ、電流値を変化させることでシート状の正極４にかかる張力を設定できる。本実施例においては、９０Ｎの張力を付与した。この値は、従来の加熱炉による歪みの矯正時に付与されている張力（５０Ｎ以上）より高い値である。
【００６１】
テンション印加装置３において、シート状の正極４は、水平精度が±１０μｍ以内で各ユニット間を流れる。本実施例においては、シート状の正極４は、１０ｍ／ｍｉｎの流速で流れた。この値は、従来の加熱炉による歪みの矯正時に流れる流速（１ｍ／ｍｉｎ以上）より速い値である。
【００６２】
本実施例においては、テンション印加装置３のパウダーブレーキ３４と駆動ロール３３との間において、誘導加熱装置２が配置されている。すなわち、パウダーブレーキ３４と駆動ロール３３との間で、シート状の正極４に長さ方向の張力を付与し、張力が付与された状態で未塗布部４２ａを加熱することで、未塗布部４２ａの歪みを矯正する。
【００６３】
本発明の実施例として、表１に示した条件で誘導加熱装置２を稼働して、実施例１〜５のシート状の正極を製造した。
【００６４】
【表１】
【００６５】
（実施例１）
誘導加熱装置２は、誘導コイル２４の直線部２４１の長さが４ｍであり、かつ集電体から３０ｍｍの位置に直線部２４１が配設されている。また、誘導コイル２４の直線部２４１には、コア２５が設置されている。コア２５の開口面２５ａと集電体表面との距離は、１５ｍｍであった。
【００６６】
駆動ロール３３により１０ｍ／ｍｉｎの流速で流れかつ９０Ｎの張力が付与された状態で、誘導コイル２４に２００Ｖ、３０Ａ、３３ＫＨｚの電力を供給して未塗布部を加熱した。
【００６７】
本実施例においては、誘導加熱により未塗布部が１２２℃まで昇温した。また、製造された正極の歪み量を測定し、未塗布部の矯正量を求めたところ３５ｍｍであった。
【００６８】
（実施例２）
誘導加熱装置２は、誘導コイル２４の直線部２４１の長さが４ｍであり、かつ集電体から４０ｍｍの位置に直線部２４１が配設されている。また、誘導コイル２４の直線部２４１には、コア２５が設置されている。コア２５の開口面２５ａと集電体表面との距離は、２５ｍｍであった。
【００６９】
駆動ロール３３により１０ｍ／ｍｉｎの流速で流れかつ９０Ｎの張力が付与された状態で、誘導コイル２４に２００Ｖ、３０Ａ、３３ＫＨｚの電力を供給して未塗布部を加熱した。
【００７０】
本実施例においては、誘導加熱により未塗布部が１０１℃まで昇温した。また、製造された正極の歪み量を測定し、未塗布部の矯正量を求めたところ２５ｍｍであった。
【００７１】
（実施例３）
誘導加熱装置２は、誘導コイル２４の直線部２４１の長さが４ｍであり、かつ集電体から３０ｍｍの位置に直線部２４１が配設されている。
【００７２】
駆動ロール３３により１０ｍ／ｍｉｎの流速で流れかつ９０Ｎの張力が付与された状態で、誘導コイル２４に２００Ｖ、３０Ａ、３３ＫＨｚの電力を供給して未塗布部を加熱した。
【００７３】
本実施例においては、誘導加熱により未塗布部が９５℃まで昇温した。また、製造された正極の歪み量を測定し、未塗布部の矯正量を求めたところ２１ｍｍであった。
【００７４】
（実施例４）
誘導加熱装置２は、誘導コイル２４の直線部２４１の長さが２ｍであり、かつ集電体から３０ｍｍの位置に直線部２４１が配設されている。また、誘導コイル２４の直線部２４１には、コア２５が設置されている。コア２５の開口面２５ａと集電体表面との距離は、１５ｍｍであった。
【００７５】
駆動ロール３３により１０ｍ／ｍｉｎの流速で流れかつ９０Ｎの張力が付与された状態で、誘導コイル２４に２００Ｖ、３０Ａ、３３ＫＨｚの電力を供給して未塗布部を加熱した。
【００７６】
本実施例においては、誘導加熱により未塗布部が９７℃まで昇温した。また、製造された正極の歪み量を測定し、未塗布部の矯正量を求めたところ２３ｍｍであった。
【００７７】
（実施例５）
誘導加熱装置２は、誘導コイル２４の直線部２４１の長さが４ｍであり、かつ集電体から３０ｍｍの位置に直線部２４１が配設されている。また、誘導コイル２４の直線部２４１には、コア２５が設置されている。コア２５の開口面２５ａと集電体表面との距離は、１５ｍｍであった。
【００７８】
駆動ロール３３により１０ｍ／ｍｉｎの流速で流れかつ９０Ｎの張力が付与された状態で、誘導コイル２４に２００Ｖ、３０Ａ、７ＫＨｚの電力を供給して未塗布部を加熱した。
【００７９】
本実施例においては、誘導加熱により未塗布部が８０℃まで昇温した。また、製造された正極の歪み量を測定し、未塗布部の矯正量を求めたところ２０ｍｍであった。
【００８０】
（比較例１）
本比較例は、湾曲矯正装置１において誘導加熱装置２にかえて熱風発生器を設置した以外は、実施例１と同様に正極の製造を行った。すなわち、未塗布部の加熱を熱風を吹き付けることにより行った。
【００８１】
熱風発生器は、集電体の未塗布部に対向した位置に開口する送風口から１２０±５℃の熱風を未塗布部に吹きつけることで未塗布部を昇温させる。
【００８２】
なお、本比較例においては、正極の流速は５ｍ／ｍｉｎであり、駆動ロール３３とパウダーブレーキ３４とにより付与される張力は１１０Ｎであった。
【００８３】
本比較例において、熱風を吹き付けることで未塗布部が１２１℃に昇温するまでに４８分を要した。また、製造された正極の歪み量を測定し、未塗布部の矯正量を求めたところ１０ｍｍであった。
【００８４】
（比較例２）
本比較例は、湾曲矯正装置１において誘導加熱装置２にかえて赤外線照射器を設置した以外は、比較例１と同様に正極の製造を行った。すなわち、未塗布部の加熱を赤外線の照射により行った。
【００８５】
なお、本比較例においては、正極の流速は５ｍ／ｍｉｎであり、駆動ロール３３とパウダーブレーキ３４とにより付与される張力は１１０Ｎであった。
【００８６】
本比較例において、赤外線の照射により未塗布部が１２３℃に昇温するまでに５２分を要した。また、製造された正極の歪み量を測定し、未塗布部の矯正量を求めたところ８ｍｍであった。
【００８７】
上記実施例１〜５および比較例から、誘導加熱により未塗布部の加熱を行うことで、未塗布部を素早く昇温させているため、より多量の矯正量で歪みを矯正できる。
【００８８】
各実施例は、比較例と比較して、加熱時に付与される張力が小さくなっており、集電体および合剤層にかかる負荷が小さくなっている。すなわち、歪みを矯正する工程における正極へのダメージが低減されているとともに、損傷が生じにくくなっている。
【００８９】
各実施例は、比較例と比較して、速い流速で正極が流れている。すなわち、未塗布部の歪みの矯正に誘導加熱を用いることで、短時間でより多量の正極を処理できる。すなわち、製造に要するコストを低減できる。また、短時間で歪みの矯正をできることは、湾曲矯正装置全体の体格を小型化できる効果を有する。
【００９０】
上記実施例においては、シート状の正極を製造したが、同様にシート状の負極も製造することができる。
【００９１】
（シート状の負極の製造）
まず、負極活物質のカーボン９２．５重量部と、結着剤のポリフッ化ビニリデン７．５重量部と、を水１００重量部中に均一に分散させて活物質ペーストを調製した。
【００９２】
幅が１８０ｍｍ、厚さ１０μｍの銅箔よりなる集電体の両面に活物質ペーストを８２ｍｍ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）で塗布した。このとき、集電体には、活物質ペーストが塗布された塗布部と、塗布部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。
【００９３】
以後、上記した正極と同様に未塗布部のカットし、ロールプレスにより圧縮した後に、５．５ｍの長さに切断した。
【００９４】
切り出されたシート状の負極は、１６ｍｍ幅の未塗布部の長さが、幅２ｍｍの未塗布部の長さより大幅に短くなった湾曲形状となっていた。具体的には、１６ｍｍ幅の未塗布部は、長さ方向の中央部は、両端部を結んだ線から４０ｍｍ以上離れた位置になるように湾曲していた。
【００９５】
その後、上記した正極の場合と同様に湾曲矯正装置１を用いて歪みを矯正することで、フラットで歪みのないシート状の負極が製造された。
【００９６】
すなわち、上記湾曲矯正装置１は、シート状の負極の製造においてもシート状の正極のときと同様な効果を発揮した。
【００９７】
（リチウム二次電池の製造）
上記実施例において製造された電極は、リチウム二次電池の製造に用いることができる。リチウム二次電池を図６に示した。
【００９８】
シート状の正極４とシート状の負極５との間に、正極４および負極５が直接接しないように幅広に裁断された厚さ２５μｍのセパレータ６を介在して、渦巻状に巻回し、巻回型電極体を作製した。
【００９９】
続いて、シート状の正極４およびシート状の負極５のそれぞれの未塗布部４２，５２に取り付けられたリード４３，５３を収束処理し、それぞれ正極端子部７、負極端子部８に超音波溶接法により接合した後、電池ケース９のケース本体９１に収納し、正極端子部７と蓋板９２および負極端子部８とケース本体９１とをレーザ溶接法により気密・液密性が保たれる溶接条件にて接合した。
【０１００】
その後、蓋板９２に開口した注液口９３から内部に電解液を注入し、封止蓋９４で封止した。
【０１０１】
以上の手順で、リチウム二次電池を製造できた。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明の電極の製造方法は、未塗布部に磁束を集中させることで、未塗布部を誘導加熱により加熱する。誘導加熱は、集電体自身を発熱させる加熱方法であるため、集電体がすぐに所定の温度まで昇温する。このため、本発明の電極の製造方法は、従来の加熱炉のように大きな装置を必要としない。
【０１０３】
また、本発明の電極の製造方法は、集電体に切れ込みを入れないため、集電体にダメージが付与されない。このため、本発明の製造方法により製造された電極は、電池性能が抑えられている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例において、歪みの矯正が行われる前のシート状の正極を示した図である。
【図２】 湾曲矯正装置の構成を示した図である。
【図３】 誘導加熱装置の回路の構成を示した図である。
【図４】 誘導加熱装置の誘導コイルを示した図である。
【図５】 コアを有する誘導加熱装置の誘導コイルを示した図である。
【図６】 リチウム二次電池の構成を示した図である。
【符号の説明】
１…湾曲矯正装置
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…コア
３…テンション印加装置 ３１…巻き出しユニット
３２…巻き取りユニット ３３…駆動ロール
３４…パウダーブレーキ
４…正極 ４１…塗布部
４２…未塗布部 ４３…リード
５…負極 ５１…塗布部
５２…未塗布部 ５３…リード
６…セパレータ
７…正極端子部
８…負極端子部
９…ケース ９１…ケース本体
９２…蓋体 ９３…注液口
９４…封止蓋
【発明の属する技術分野】
本発明は、電極の製造方法に関し、詳しくは、合剤層が形成された塗布部と未塗布部とを有する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】
通常、シート状の電極には、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、電極板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。
【０００６】
しかしながら、合剤層の密度を高めるために、シート状の集電体をプレスすると、シート状の電極の表面に波打ちが生じたり、湾曲したり、あるいは歪みが生じたりすることがあった。このような現象が生じると、正極シートと負極シートとをセパレータシートを介して渦巻き状に巻回して電極体を製造したときに、巻きずれの発生により十分な電池出力が得られなかったり、リチウム二次電池の場合には充放電を繰り返すうちに活物質が塗布された塗布部のずれの部分に電流が集中することによる金属リチウムのデンドライト析出が起こり内部ショートを引き起こす等の問題が生じていた。
【０００７】
このため、一般的な歪み取りの処理として、加熱炉とテンション装置を使った処理が行われている。
【０００８】
しかしながら、加熱炉を用いる処理は、集電体の昇温に時間がかかることから、熱効率も低くかつ炉長が長くなっていた。これにより、装置全体の体格が大きくなるとともに、コストも多大にかかるという問題があった。
【０００９】
このような問題に対して、集電体自身に加工を施しておくことが考案されている。（特許文献１参照。）
特許文献１には、プレス成形前にあらかじめ集電体シート面に不連続な線状の切れ込みを多数もうけておき、プレス時に集電体シートが活物質層ののびに追従するようにしたことで、歪みの少ないフラットなシート状の電極を製造できることが開示されている。
【００１０】
しかしながら、このような方法では、切れ込みをもうけることで、集電体自身にダメージを与えている。この結果、集電体の機械的強度が低下し、電極耐久性を低下させるという問題があった。さらに、無数の切れ込みにより、電池としての充放電特性の均一性が低下するという問題があった。
【００１１】
【特許文献１】
特開平７−１９２７２６号公報
【００１２】
【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、電池特性を低下させることなく低コストに集電体の歪み取りを行うことができる電極の製造方法を提供することを課題とする。
【００１３】
【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、誘導加熱により集電体の未塗布部自身を発熱させることで、上記課題を解決できることを見出した。
【００１４】
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集電体の表面の一部に塗布して、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未塗布部とを形成した後に、活物質ペーストを乾燥させて合剤層を形成する合剤層形成工程と、合剤層を集電体とともに押圧する押圧工程と、未塗布部の歪みを矯正する矯正工程と、を有する電極の製造方法であって、矯正工程は、未塗布部に磁束を集中させて未塗布部を誘導加熱により加熱する工程であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の電極の製造方法は、未塗布部に磁束を集中させることで、未塗布部を誘導加熱により加熱する。誘導加熱は、集電体自身を発熱させる加熱方法であるため、集電体がすぐに所定の温度まで昇温する。このため、本発明の電極の製造方法は、従来の加熱炉のように大きな装置を必要としない。
【００１６】
また、本発明の電極の製造方法は、集電体に切れ込みを入れないため、集電体にダメージが付与されない。このため、本発明の製造方法により製造された電極は、電池性能が抑えられている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の電極の製造方法は、合剤層形成工程、押圧工程および矯正工程を有する。合剤層形成工程において合剤層を形成し、押圧工程において合剤層を高密度化する。そして、矯正工程において押圧工程を施すことにより生じた未塗布部の歪みを矯正する。これらの工程によりフラットな電極を製造することができる。
【００１８】
矯正工程は、未塗布部を誘導加熱により加熱する工程である。誘導加熱は、局部加熱が可能な加熱方法である。誘導加熱は、集電体の未塗布部を局部加熱することができる。未塗布部のみを昇温させることで、合剤層中の活物質に熱損傷を与えることを抑えることができる。
【００１９】
誘導加熱は、集電体を発熱させる加熱方法であり、集電体を短時間で所定の温度に到達させることができる。すなわち、加熱時間を短くすることができ、製造に要する時間を短縮できる。
【００２０】
本発明の製造方法は、誘導加熱で未塗布部を加熱することで未塗布部の歪みを矯正する。このため、未塗布部に切れ込みを入れる必要がない。この結果、本発明の製造方法は、電池特性の低下が抑えられた電極を製造することができる。
【００２１】
集電体の加熱温度は、未塗布部の歪みを矯正できる温度であれば、特に限定されない。集電体の材質等の条件により異なるため、一概に決定できるものではない。
【００２２】
本発明の製造方法において、誘導加熱を行う加熱装置は特に限定されるものではない。すなわち、集電体の未塗布部に対向した状態で配された誘導コイルを有する加熱装置を用いることができる。
【００２３】
誘導コイルは、未塗布部の背向した一対の表面のそれぞれに対向した状態で、２個配すことが好ましい。未塗布部の背向した一対の表面のそれぞれに対向して誘導コイルが配されることで、未塗布部の両面から磁束を透過させることができ、発熱ムラの発生を抑えることができる。発熱ムラが生じると、未塗布部の歪みが解消されにくくなる。
【００２４】
矯正工程は、未塗布部に張力を付与した状態で加熱する工程であることが好ましい。矯正工程において未塗布部に張力を付与した状態で加熱することで、未塗布部の歪みの解消が促進される。矯正工程において未塗布部に張力を付与する方法は特に限定されるものではない。未塗布部のみに張力を付与したり、塗布部を介して未塗布部に張力を付与してもよい。
【００２５】
誘導加熱は、未塗布部に磁束を集中させることが好ましい。未塗布部に磁束を集中させることで、塗布部を発熱させることなく未塗布部のみを発熱させることができる。この結果、塗布部の発熱による合剤層の損傷が抑えられ、電極の電池性能の低下が抑えられる。未塗布部に磁束を集中させる方法としては、特に限定されるものではない。たとえば、誘導コイルを未塗布部に接近させる方法や、誘導コイルに軟磁性体よりなるコアを配設する方法をあげることができる。
【００２６】
集電体は、金属箔よりなることが好ましい。集電体が金属箔よりなることで、集電体自身の体格を小さくすることができ、電極に占める電池反応を生じる合剤層の割合が増加し、高い性能の電極となる。
【００２７】
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し、活物質ペーストを略帯状の集電体の両面に幅方向の両端縁部が未塗布部となるように塗布した後に、活物質ペーストを乾燥させて合剤層を形成する合剤層形成工程と、合剤層を集電体とともに押圧する押圧工程と、未塗布部を誘導加熱により加熱して未塗布部の歪みを矯正する矯正工程と、を有することが好ましい。また、これらの工程が略帯状の集電体の流れ方向に沿って配された装置により、連続的になされることが好ましい。略帯状の集電体から電極を製造することで、高密度な巻回型電極体を製造することができる。
【００２８】
略帯状の集電体を用いたときには、矯正工程において未塗布部付与される張力は、略帯状の長さ方向であることが好ましい。略帯状の集電体の長さ方向に張力を付与する方法としては、流れている集電体にたるみが生じないように張力を付与するテンション印加装置を用いることができる。
【００２９】
本発明の電極の製造方法は、シート状の電極がセパレータを介した状態で巻回されてなる巻回型電極体に用いられる電極の製造に特に効果を発揮する。
【００３０】
本発明の電極の製造方法において製造される電極は、集電体の表面に合剤層が形成された構造を有するものであれば特に限定されない。本発明の製造方法は、リチウム電池用電極の製造方法であることが好ましい。
【００３１】
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。
【００３２】
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、Ｌｉ1-xＭｎ2+xＯ4、ＬｉＮｉ1-xＣｏxＯ2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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【００４４】
本発明の実施例として、リチウム電池のシート状の正極を製造した。
【００４５】
（シート状の正極の製造）
まず、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活物質ペーストを調製した。
【００４６】
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８２ｍｍ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）で塗布した。このとき、活物質ペーストが塗布された塗布部４１と、塗布部４１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４２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。
【００４７】
つづいて、活物質ペーストが塗布された集電体を乾燥炉内に導入して、活物質ペーストを乾燥させた。本実施例においては、熱風乾燥炉内に導入することで乾燥が行われた。
【００４８】
その後、未塗布部４２をカットして１００ｍｍの幅とした。このとき、塗布部４１の両側の未塗布部４２の幅が２ｍｍと１６ｍｍとなるように切断した。詳しくは、幅方向に２ｍｍの未塗布部４２ｂ、８２ｍｍの塗布部４１、１６ｍｍの未塗布部４２ａが配列している。切断されて成形された集電体を総厚さが７６μｍとなうようにロールプレスにより圧縮した後に、５．５ｍの長さに切断した。
【００４９】
切り出されたシート状の正極４は、１６ｍｍ幅の未塗布部４２ａの長さが、幅２ｍｍの未塗布部４２ｂの長さより大幅に短くなった湾曲形状となっていた。具体的には、未塗布部４２ａは、長さ方向の中央部が、両端部を結んだ線から３０ｍｍ以上（塗布部４１方向に）離れた位置になるように湾曲していた。本実施例においては、未塗布部４２ａの湾曲の頂点がシート状の電極４の中央部であるが、中央部からずれていても本実施例の電極の製造方法を適用して電極を製造できる。切り出されたシート状の正極４を図１に示した。
【００５０】
このシート状の正極４の湾曲は、塗布部４１の両側の未塗布部４２ａ，４２ｂの幅が異なることにより生じた。詳しくは、塗布部４１を構成する乾燥した活物質ペーストよりなる合剤層を集電体とともに圧縮すると、合剤層とともに集電体がプレスされる。このとき、合剤層は高密度化されるが、集電体は塑性変形を生じる。塑性変形により集電体の厚さが薄くなり、集電体自身の強度や剛性が低下する。
【００５１】
切り出されたシート状の正極４は、図２にその構成を示した湾曲矯正装置を用いて未塗布部の歪みを矯正した。
【００５２】
（湾曲矯正装置）
実施例において切り出されたシート状の正極の歪みを矯正する湾曲矯正装置１は、誘導加熱装置２と、テンション印加装置３と、を有する。
【００５３】
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、から構成される。この誘導加熱装置２の主な回路構成を図３に示した。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
誘導コイル２４は、導線より形成された。誘導コイル２４を構成する導線は、図４に示したように、集電体の未塗布部を挟み込むように配設されている。誘導コイル２４は、集電体の未塗布部に対向して配置された一対の直線部２４１，２４１と、一対の直線部をつなぐ一対の接続部２４２，２４２と、から構成されている。誘導加熱装置２は、誘導コイル２４に誘導電流を流すことで、磁束を発生させ、誘導コイル２４に対向した集電体の未塗布部を発熱させる。誘導加熱装置２は、誘導コイル２４の直線部２４１の長さおよび未塗布部からの距離を任意に設定できる。
【００５８】
誘導コイル２４は、発生した磁束を集中させるフェライトよりなるコア２５を直線部２４１に配設することができる。コア２５は、断面略凹字状を有し、表面から陥没した陥合部２５１に直線部２４１を収容する。また、本実施例においては、コア２５は、陥合部２５１の開口面２５ａが未塗布部に対向した状態で配されたが、開口面２５ａに背向した表面２５ｂが未塗布部に対向した状態で配してもよい。コア２５を配設することで、誘導コイル２４において発生した磁束を対向した集電体の未塗布部に集中させることができ、エネルギーロスを抑えることができる。誘導コイル２４がコア２５を配設したときの構成を、加熱される正極４とともに図５に示した。
【００５９】
テンション印加装置３は、シート状の正極４が巻回されてなる正極ロール４’を保持するとともにシート状の正極４を供給する巻き出しユニット３１と、未塗布部４２の歪みが矯正されたシート状の正極４を巻き取る巻き取りユニット３２と、巻き出しユニット３１からシート状の正極４を引き出す駆動ロール３３と、駆動ロール３３によって引き出されたシート状の正極４にブレーキをかけるパウダーブレーキ３４と、から構成される。テンション印加装置３は、シート状の正極４を誘導加熱装置２に連続的に供給する。テンション印加装置３においては、駆動ロール３３によって引っ張られた正極をパウダーブレーキ３４でブレーキをかけることで、シート状の正極４に張力を付与する。
【００６０】
パウダーブレーキ３４は、電流制御でブレーキをかけることができ、電流値を変化させることでシート状の正極４にかかる張力を設定できる。本実施例においては、９０Ｎの張力を付与した。この値は、従来の加熱炉による歪みの矯正時に付与されている張力（５０Ｎ以上）より高い値である。
【００６１】
テンション印加装置３において、シート状の正極４は、水平精度が±１０μｍ以内で各ユニット間を流れる。本実施例においては、シート状の正極４は、１０ｍ／ｍｉｎの流速で流れた。この値は、従来の加熱炉による歪みの矯正時に流れる流速（１ｍ／ｍｉｎ以上）より速い値である。
【００６２】
本実施例においては、テンション印加装置３のパウダーブレーキ３４と駆動ロール３３との間において、誘導加熱装置２が配置されている。すなわち、パウダーブレーキ３４と駆動ロール３３との間で、シート状の正極４に長さ方向の張力を付与し、張力が付与された状態で未塗布部４２ａを加熱することで、未塗布部４２ａの歪みを矯正する。
【００６３】
本発明の実施例として、表１に示した条件で誘導加熱装置２を稼働して、実施例１〜５のシート状の正極を製造した。
【００６４】
【表１】
（実施例１）
誘導加熱装置２は、誘導コイル２４の直線部２４１の長さが４ｍであり、かつ集電体から３０ｍｍの位置に直線部２４１が配設されている。また、誘導コイル２４の直線部２４１には、コア２５が設置されている。コア２５の開口面２５ａと集電体表面との距離は、１５ｍｍであった。
【００６６】
駆動ロール３３により１０ｍ／ｍｉｎの流速で流れかつ９０Ｎの張力が付与された状態で、誘導コイル２４に２００Ｖ、３０Ａ、３３ＫＨｚの電力を供給して未塗布部を加熱した。
【００６７】
本実施例においては、誘導加熱により未塗布部が１２２℃まで昇温した。また、製造された正極の歪み量を測定し、未塗布部の矯正量を求めたところ３５ｍｍであった。
【００６８】
（実施例２）
誘導加熱装置２は、誘導コイル２４の直線部２４１の長さが４ｍであり、かつ集電体から４０ｍｍの位置に直線部２４１が配設されている。また、誘導コイル２４の直線部２４１には、コア２５が設置されている。コア２５の開口面２５ａと集電体表面との距離は、２５ｍｍであった。
【００６９】
駆動ロール３３により１０ｍ／ｍｉｎの流速で流れかつ９０Ｎの張力が付与された状態で、誘導コイル２４に２００Ｖ、３０Ａ、３３ＫＨｚの電力を供給して未塗布部を加熱した。
【００７０】
本実施例においては、誘導加熱により未塗布部が１０１℃まで昇温した。また、製造された正極の歪み量を測定し、未塗布部の矯正量を求めたところ２５ｍｍであった。
【００７１】
（実施例３）
誘導加熱装置２は、誘導コイル２４の直線部２４１の長さが４ｍであり、かつ集電体から３０ｍｍの位置に直線部２４１が配設されている。
【００７２】
駆動ロール３３により１０ｍ／ｍｉｎの流速で流れかつ９０Ｎの張力が付与された状態で、誘導コイル２４に２００Ｖ、３０Ａ、３３ＫＨｚの電力を供給して未塗布部を加熱した。
【００７３】
本実施例においては、誘導加熱により未塗布部が９５℃まで昇温した。また、製造された正極の歪み量を測定し、未塗布部の矯正量を求めたところ２１ｍｍであった。
【００７４】
（実施例４）
誘導加熱装置２は、誘導コイル２４の直線部２４１の長さが２ｍであり、かつ集電体から３０ｍｍの位置に直線部２４１が配設されている。また、誘導コイル２４の直線部２４１には、コア２５が設置されている。コア２５の開口面２５ａと集電体表面との距離は、１５ｍｍであった。
【００７５】
駆動ロール３３により１０ｍ／ｍｉｎの流速で流れかつ９０Ｎの張力が付与された状態で、誘導コイル２４に２００Ｖ、３０Ａ、３３ＫＨｚの電力を供給して未塗布部を加熱した。
【００７６】
本実施例においては、誘導加熱により未塗布部が９７℃まで昇温した。また、製造された正極の歪み量を測定し、未塗布部の矯正量を求めたところ２３ｍｍであった。
【００７７】
（実施例５）
誘導加熱装置２は、誘導コイル２４の直線部２４１の長さが４ｍであり、かつ集電体から３０ｍｍの位置に直線部２４１が配設されている。また、誘導コイル２４の直線部２４１には、コア２５が設置されている。コア２５の開口面２５ａと集電体表面との距離は、１５ｍｍであった。
【００７８】
駆動ロール３３により１０ｍ／ｍｉｎの流速で流れかつ９０Ｎの張力が付与された状態で、誘導コイル２４に２００Ｖ、３０Ａ、７ＫＨｚの電力を供給して未塗布部を加熱した。
【００７９】
本実施例においては、誘導加熱により未塗布部が８０℃まで昇温した。また、製造された正極の歪み量を測定し、未塗布部の矯正量を求めたところ２０ｍｍであった。
【００８０】
（比較例１）
本比較例は、湾曲矯正装置１において誘導加熱装置２にかえて熱風発生器を設置した以外は、実施例１と同様に正極の製造を行った。すなわち、未塗布部の加熱を熱風を吹き付けることにより行った。
【００８１】
熱風発生器は、集電体の未塗布部に対向した位置に開口する送風口から１２０±５℃の熱風を未塗布部に吹きつけることで未塗布部を昇温させる。
【００８２】
なお、本比較例においては、正極の流速は５ｍ／ｍｉｎであり、駆動ロール３３とパウダーブレーキ３４とにより付与される張力は１１０Ｎであった。
【００８３】
本比較例において、熱風を吹き付けることで未塗布部が１２１℃に昇温するまでに４８分を要した。また、製造された正極の歪み量を測定し、未塗布部の矯正量を求めたところ１０ｍｍであった。
【００８４】
（比較例２）
本比較例は、湾曲矯正装置１において誘導加熱装置２にかえて赤外線照射器を設置した以外は、比較例１と同様に正極の製造を行った。すなわち、未塗布部の加熱を赤外線の照射により行った。
【００８５】
なお、本比較例においては、正極の流速は５ｍ／ｍｉｎであり、駆動ロール３３とパウダーブレーキ３４とにより付与される張力は１１０Ｎであった。
【００８６】
本比較例において、赤外線の照射により未塗布部が１２３℃に昇温するまでに５２分を要した。また、製造された正極の歪み量を測定し、未塗布部の矯正量を求めたところ８ｍｍであった。
【００８７】
上記実施例１〜５および比較例から、誘導加熱により未塗布部の加熱を行うことで、未塗布部を素早く昇温させているため、より多量の矯正量で歪みを矯正できる。
【００８８】
各実施例は、比較例と比較して、加熱時に付与される張力が小さくなっており、集電体および合剤層にかかる負荷が小さくなっている。すなわち、歪みを矯正する工程における正極へのダメージが低減されているとともに、損傷が生じにくくなっている。
【００８９】
各実施例は、比較例と比較して、速い流速で正極が流れている。すなわち、未塗布部の歪みの矯正に誘導加熱を用いることで、短時間でより多量の正極を処理できる。すなわち、製造に要するコストを低減できる。また、短時間で歪みの矯正をできることは、湾曲矯正装置全体の体格を小型化できる効果を有する。
【００９０】
上記実施例においては、シート状の正極を製造したが、同様にシート状の負極も製造することができる。
【００９１】
（シート状の負極の製造）
まず、負極活物質のカーボン９２．５重量部と、結着剤のポリフッ化ビニリデン７．５重量部と、を水１００重量部中に均一に分散させて活物質ペーストを調製した。
【００９２】
幅が１８０ｍｍ、厚さ１０μｍの銅箔よりなる集電体の両面に活物質ペーストを８２ｍｍ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）で塗布した。このとき、集電体には、活物質ペーストが塗布された塗布部と、塗布部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。
【００９３】
以後、上記した正極と同様に未塗布部のカットし、ロールプレスにより圧縮した後に、５．５ｍの長さに切断した。
【００９４】
切り出されたシート状の負極は、１６ｍｍ幅の未塗布部の長さが、幅２ｍｍの未塗布部の長さより大幅に短くなった湾曲形状となっていた。具体的には、１６ｍｍ幅の未塗布部は、長さ方向の中央部は、両端部を結んだ線から４０ｍｍ以上離れた位置になるように湾曲していた。
【００９５】
その後、上記した正極の場合と同様に湾曲矯正装置１を用いて歪みを矯正することで、フラットで歪みのないシート状の負極が製造された。
【００９６】
すなわち、上記湾曲矯正装置１は、シート状の負極の製造においてもシート状の正極のときと同様な効果を発揮した。
【００９７】
（リチウム二次電池の製造）
上記実施例において製造された電極は、リチウム二次電池の製造に用いることができる。リチウム二次電池を図６に示した。
【００９８】
シート状の正極４とシート状の負極５との間に、正極４および負極５が直接接しないように幅広に裁断された厚さ２５μｍのセパレータ６を介在して、渦巻状に巻回し、巻回型電極体を作製した。
【００９９】
続いて、シート状の正極４およびシート状の負極５のそれぞれの未塗布部４２，５２に取り付けられたリード４３，５３を収束処理し、それぞれ正極端子部７、負極端子部８に超音波溶接法により接合した後、電池ケース９のケース本体９１に収納し、正極端子部７と蓋板９２および負極端子部８とケース本体９１とをレーザ溶接法により気密・液密性が保たれる溶接条件にて接合した。
【０１００】
その後、蓋板９２に開口した注液口９３から内部に電解液を注入し、封止蓋９４で封止した。
【０１０１】
以上の手順で、リチウム二次電池を製造できた。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明の電極の製造方法は、未塗布部に磁束を集中させることで、未塗布部を誘導加熱により加熱する。誘導加熱は、集電体自身を発熱させる加熱方法であるため、集電体がすぐに所定の温度まで昇温する。このため、本発明の電極の製造方法は、従来の加熱炉のように大きな装置を必要としない。
【０１０３】
また、本発明の電極の製造方法は、集電体に切れ込みを入れないため、集電体にダメージが付与されない。このため、本発明の製造方法により製造された電極は、電池性能が抑えられている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例において、歪みの矯正が行われる前のシート状の正極を示した図である。
【図２】 湾曲矯正装置の構成を示した図である。
【図３】 誘導加熱装置の回路の構成を示した図である。
【図４】 誘導加熱装置の誘導コイルを示した図である。
【図５】 コアを有する誘導加熱装置の誘導コイルを示した図である。
【図６】 リチウム二次電池の構成を示した図である。
【符号の説明】
１…湾曲矯正装置
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…コア
３…テンション印加装置 ３１…巻き出しユニット
３２…巻き取りユニット ３３…駆動ロール
３４…パウダーブレーキ
４…正極 ４１…塗布部
４２…未塗布部 ４３…リード
５…負極 ５１…塗布部
５２…未塗布部 ５３…リード
６…セパレータ
７…正極端子部
８…負極端子部
９…ケース ９１…ケース本体
９２…蓋体 ９３…注液口
９４…封止蓋
Claims (3)
- 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集電体の表面の一部に塗布して、該活物質ペーストが塗布された塗布部と、該活物質ペーストが塗布されない未塗布部とを形成した後に、該活物質ペーストを乾燥させて合剤層を形成する合剤層形成工程と、
該合剤層を該集電体とともに押圧する押圧工程と、
該未塗布部の歪みを矯正する矯正工程と、
を有する電極の製造方法であって、
該矯正工程は、該未塗布部に磁束を集中させて該未塗布部を誘導加熱により加熱する工程であることを特徴とする電極の製造方法。 - 前記矯正工程は、前記未塗布部に張力を付与した状態で加熱する工程である請求項１記載の電極の製造方法。
- 前記集電体は、金属箔よりなる請求項１記載の電極の製造方法。
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