JP4362539B2 - 電池用電極板、電池用極板群、リチウム二次電池、電池用電極板の製造方法、及び電池用電極板の製造装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1の実施形態におけるリチウム二次電池を模式的に示した縦断面図である。このリチウム二次電池は、複合リチウム酸化物を活物質とする正極板2と、リチウムを保持できる材料を活物質とする負極板3とを、これらの間にセパレータ4を介在させて渦巻状に巻回することにより極板群1が構成されている。この極板群1は、有底円筒状の電池ケース7内に収容され、電池ケース7内に所定量の非水溶媒からなる電解液(図示せず)が注液されて極板群1に含浸されている。電池ケース7の開口部は、ガスケット8を周縁に取り付けた封口板9を挿入した状態で、電池ケース7の開口部を径方向内方に折り曲げてかしめ加工することにより、密閉状態に封口されている。このリチウム二次電池では、負極板3の両面に、多数の溝部10が互いに立体交差するように形成されており、この溝部10を通して電解液を浸透させることにより、電解液の極板群1への含浸性の向上を図っている。
第1の実施形態における電極板は、電解液の含浸性に優れ、かつ、生産性及び信頼性に優れた電池用電極板を実現することが可能となるが、実用化に際しては、かかる電極板を高精度、かつ高い生産性で製造できることが要請される。すなわち、溝部10を形成するに際しては、両面塗工部14の両面側の各活物質層の表面全体に溝部10を所定深さに高精度に形成し、かつ片面塗工部17の活物質層の表面には溝部10が形成されないようにするとともに、両面塗工部14、片面塗工部17および芯材露出部18といった厚みの異なる三種の領域を有する電極板フープ材に対し、常に一定の張力および移動速度を保持して安定に搬送させながら溝部を形成する必要がある。
負極活物質として、人造黒鉛を100重量部、結着剤としてスチレンーブタジェン共重合体ゴム粒子分散体(固形分40重量%)を活物質100重量部に対して2.5重量部(結着剤の固形分換算で1重量部)、増粘剤としてカルボキシメチルセルロースを活物質100重量部に対して1重量部、および適量の水とともに練合機で攪拌して、負極合剤ペーストを作製した。この負極合剤ペーストを、厚さが10μmの銅箔からなる集電用芯材12に塗布乾燥し、総厚が約200μmとなるようにロールプレスしたのち、スリッタ機で公称容量2550mAhの直径18mmで高さが65mmの円筒形リチウム二次電池の負極板3の幅である約60mm幅に切断して、負極板フープ材11を作製し、これを、図6に示したアンコイラー22に巻回した。
正極活物質として、組成式LiNi8Co0.1A10.05O2で代表されるリチウムニッケル複合酸化物を用いた。NiSO4水溶液に、所定比率のCoおよびAlの硫酸を加え、飽和水溶液を調製した。この飽和水溶液を攪拌しながら水酸化ナトリウムを溶解したアルカリ溶液をゆっくり滴下して、中和することによって3元系の水酸化ニッケルNi0.8Co0.15Al0.05(OH)2を沈殿により生成させた。この沈殿物を濾過・水洗し、80℃で乾燥を行った。得られた水酸化ニッケルは平均粒系が約10μmであった。
次に、両極板フープ材を乾燥して余分な水分を取り除いた後に、ドライエアールームで両極板フープ材を、厚さが約30μmのポリエチレン微多孔フィルムからなるセパレータ4と重ね合わせた状態で巻回して極板群1を構成した。両極板フープ材のうち負極板フープ材11は、両面塗工部14と片面塗工部との中間にある芯材露出部18を切断したが、溝加工ローラ30,31を片面塗工部17の負極活物質層13に溝部10が形成されないように設定したことにより、切断後の芯材露出部18および片面塗工部17には湾曲状の変形が発生せず、巻回機での稼働低下が生じなかった。なお、集電リード20は、巻回機に備えている溶接部を用いて負極板フープ材11の状態で巻回前に取り付けた。
このようにして作製した極板群1を電池ケース7に収容したのちに、電解液を注液して注液性の検証を行った。
2 正極板
3 負極板
4 セパレータ
7 電池ケース
8 ガスケット
9 封口板
10 溝部
11 負極板フープ材
12 集電用芯材
13 負極活物質層
14 両面塗工部
17 片面塗工部
18 芯材露出部
19 極板構成部
20 集電リード
21 絶縁テープ
22 アンコイラー
24,37 ダンサーローラ機構
27 蛇行防止ローラ機構
28 溝部加工機構部
29 供給側巻付用ガイドローラ
30 固定側溝加工ローラ(固定ローラ)
31 可動側溝加工ローラ(可動ローラ)
30a、31a 溝加工用突条
30b、31b ローラ軸
32 補助駆動用ローラ
33 取出側巻付用ガイドローラ
34 方向変換用ガイドローラ
43、44 ギヤー
47、48 ボールベアリング
49 ストッパ
50、51 エアーシリンダ
52、53 エアー配管
54 精密減圧弁
59〜62 集塵ノズル
Claims (16)
- 集電用芯材の表面に活物質層が形成された非水系電池用電極板であって、
前記電極板は、
前記集電用芯材の両面に活物質層が形成された両面塗工部と、
前記集電用芯材の端部であって、前記活物質層が形成されていない芯材露出部と、
前記両面塗工部と前記芯材露出部との間であって、前記集電用芯材の片面にのみ活物質層が形成された片面塗工部と
を有し、
前記両面塗工部の両面に前記電極板の長手方向に対して傾斜した複数の溝部が形成され、かつ、前記片面塗工部には溝部が形成されていない、電池用電極板。 - 前記両面塗工部の両面に形成された溝部は、位相が対称になっている、請求項1に記載の電池用電極板。
- 前記電極板は、負極板である、請求項1に記載の電池用電極板。
- 前記溝部の深さは、4μm〜20μmの範囲にある、請求項1に記載の電池用電極板。
- 前記溝部は、前記電極板の長手方向に沿って、100μm〜200μmのピッチで形成されている、請求項1に記載の電池用電極板。
- 前記溝部は、前記電極板の幅方向に対して、一端面から他端面に貫通して形成されている、請求項1に記載の電池用電極板。
- 前記両面塗工部の両面に形成された溝部は、前記電極板の長手方向に対して、互いに異なる方向に30°〜90°の範囲の角度に傾斜した形成され、かつ、互いに直角に立体交差している、請求項1に記載の電池用電極板。
- 正極板および負極板がセパレータを介して積層または巻回されてなる電池用極板群であって、
前記正極板および負極板の少なくとも一方の電極板は、請求項1に記載の構成を有している、電池用極板群。 - 前記極板群は、前記電極板の前記芯材露出部を巻き始端として巻回されている、請求項8に記載の電池用極板群。
- 電池ケース内に、請求項8に記載の極板群が収容されるとともに、所定量の非水電解液が注液され、かつ、前記電池ケースの開口部が密閉状態に封口されている、リチウム二次電池。
- 請求項1に記載の非水系電池用電極板の製造方法であって、
集電用芯材の両面に活物質層が形成された両面塗工部と、前記集電用芯材の片面にのみ活物質層が形成された片面塗工部と、前記活物質層が形成されていない芯材露出部とが、この順序で連続的に形成された電極板フープ材を用意する工程(a)と、
前記電極板フープ材の上下に、表面に複数の突条部が形成された一対のローラを配置し、該一対のローラを前記電極板フープ材の両面に押圧しながら回転させて、前記電極板フープ材を前記一対のローラの隙間を通過させながら、前記両面塗工部の両面に前記電極板フープ材の長手方向に対して傾斜した複数の溝部を同時に形成する工程(b)と、
前記両面塗工部が前記一対のローラの隙間を通過した後、前記片面塗工部が前記一対のローラの隙間を通過する間、前記一対のローラを前記片面塗工部に対して非押圧状態に保持する工程(c)と、
前記電極板フープ材を、前記両面塗工部と片面塗工部との中間にある前記芯材露出部を切断して、前記電池用電極板に分離する工程(d)と
を含む、電池用電極板の製造方法。 - 前記工程(c)において、前記電極板フープ材に掛けられた張力によって、該電極板フープ材を前記一対のローラの隙間を通過させる搬送力が付与されている、請求項11に記載の電池用電極板の製造方法。
- 前記一対のローラは、固定ローラと可動ローラとで構成されており、
前記工程(b)において、前記可動ローラを一定の圧力で前記電極板フープ材の表面に押圧しながら回転させることによって、前記両面塗工部の両面に所定の深さの溝部が形成され、
前記工程(c)において、前記可動ローラを前記片面塗工部に対して非押圧状態に保持するとともに、前記固定ローラと補助駆動用ローラとで前記電極板フープ材を挟み付けることによって、該電極板フープ材に前記一対のローラの隙間を通過させる搬送力が付与される、請求項11に記載の電池用電極板の製造方法。 - 前記工程(c)において、前記電極板フープ材における前記一対のローラに対し、供給側および取出側の各箇所のテンションが常に一定になるように調整されており、前記電極板フープ材を前記固定ローラのほぼ半周に巻きつけて、その巻き付けた状態の前記電極板フープ材の部位を前記固定ローラと前記補助駆動用ローラとにより挟み付けることにより、前記電極板フープ材に搬送力が付与される、請求項13に記載の電池用電極板の製造方法。
- 請求項1に記載の非水系電池用電極板を製造する装置であって、
表面に複数の突条部が形成された一対のローラと、
集電用芯材の表面に活物質層が形成された電極板フープ材に、前記一対のロ−ラの隙間を通過させる搬送力を付与する搬送力付与手段と、
前記一対のローラが前記電極板フープ材を押圧する圧力の大きさを調節する圧力調整手段と、
前記一対のローラの隙間の距離を調整する距離調整手段と、
前記集電用芯材の両面に活物質層が形成された両面塗工部と、前記集電用芯材の片面にのみ活物質層が形成された片面塗工部と、前記活物質層が形成されていない芯材露出部とがこの順序で連続的に形成された電極板フープ材を、前記一対のローラの隙間を通過させながら、前記圧力調整手段により、前記一対のローラを前記電極板フープ材の両面に一定の圧力で押圧しながら回転させることによって、前記両面塗工部の両面に前記電極板フープ材の長手方向に対して傾斜した複数の溝部を同時に形成し、かつ、前記両面塗工部が前記一対のローラの隙間を通過した後、前記片面塗工部が前記一対のローラの隙間を通過する間、前記距離調整手段により、前記一対のローラを前記片面塗工部に対して非押圧状態に保持されるように制御する制御手段と
を備えた、電池用電極板の製造装置。 - 前記一対のローラは、固定ローラと可動ローラとで構成されており、
前記圧力調整手段は、前記可動ローラが一定の圧力で前記電極板フープ材の表面に押圧しながら回転するように調整する機構を備え、
前記距離調整手段は、前記片面塗工部が前記一対のローラの隙間を通過する間、前記可動ローラが前記片面塗工部を押圧するのを阻止するストッパを備え、
前記搬送力付与手段は、前記固定ローラと補助駆動用ローラとで前記電極板フープ材を挟み付けることによって、該電極板フープ材に前記一対のローラの隙間を通過させる搬送力が付与する機構を備えている、請求項15に記載の電池用電極板の製造装置。
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