JP4524510B2

JP4524510B2 - 電池の製造方法およびそれに用いる塗布装置

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Publication number: JP4524510B2
Application number: JP2000076615A
Authority: JP
Inventors: 政幸志田; 幸郎赤平; 孝伸吉野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2020-03-17
Also published as: JP2001266943A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の電池を製造する場合に好適な電池の製造方法およびそれに用いる塗布装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯型の電子機器が次々と開発されており、その電源として電池が重要な位置を占めるようになっている。携帯型電子機器には小型でかつ軽量であることが要求されているので、それに伴い電池に対しても、機器内の収納スペースに応じるために小型であり、また機器の重量を極力増やさないように軽量であることが求められている。
【０００３】
このような要求に応える電池としては、これまで二次電池の主流であった鉛蓄電池やニッケル・カドミウム電池に代わり、これらの電池よりもエネルギー密度および出力密度が大きなリチウム二次電池あるいはリチウムイオン二次電池が注目されている。
【０００４】
従来、これらのリチウム二次電池あるいはリチウムイオン二次電池では、イオン伝導を司る物質として非水溶媒にリチウム塩を溶解させた液状の電解質（以下、電解液という。）が用いられてきた。そのため、液漏れを防止するために外装を金属製の容器により構成し、電池内部の気密性を厳重に確保する必要があった。しかし、外装に金属製の容器を用いると、薄くて大面積のシート型電池，薄くて小面積のカード型電池あるいは柔軟でより自由度の高い形状の電池などを作製することが極めて困難であった。
【０００５】
そこで、電解液に代えて、リチウム塩を含有する電解液を高分子化合物に保持させたゲル状の電解質、イオン伝導性を有する高分子化合物にリチウム塩を分散させた固体状の電解質あるいは固体状の無機伝導体にリチウム塩を保持させた電解質を用いた二次電池が提案されている。これらの電池では、液漏れの問題がないので外装の金属製容器が不要となり、ラミネートフィルムなどを外装部材としてより一層の小型化，軽量化および薄型化を図ることができ、形状の自由度が高いものを実現することができる。
【０００６】
ゲル状の電解質などを用いる場合には、電極集電体上に形成された電極反応層に例えば以下に述べる方法により電解質層が形成される。すなわち、まず、帯状の電極集電体の上に間欠的に複数の電極反応層を形成した帯状の電極体を、電解質を貯えたタンク内に通す。次いで、帯状の電極体をタンクから引き上げて、その両面に付着している電解質を一対のへら（ドクターナイフ）で擦り切ることにより帯状の電極体の両面に所定の厚さの電解質層を形成する。そののち、電極反応層間で切断して複数のものに分離する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した方法では、電極集電体上に間欠的に複数の電極反応層が形成された帯状の電極体をタンク内に浸漬させて電解質層を形成するようにしているので、電極反応層が形成されていない領域においても、電極集電体上に直接電解質が付着する。しかしながら、この領域には、電極集電体と外部端子とを接続するためのリード線が取り付けられるため、付着した電解質の剥離作業が必要になり、生産効率が低下してしまうという問題があった。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、生産効率を高めることができる電池の製造方法およびそれに用いる塗布装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による電池の製造方法は、電極集電体の少なくとも一面側に複数の電極反応層が間欠的に形成された電極体の各電極反応層上にリチウム塩と非水溶媒と高分子化合物とを含む電解質を塗設することにより複数の電解質層を間欠的に形成する工程と、複数の電解質層が間欠的に形成された電極体を複数の電解質層の層間において切断する工程とを含むものである。
【００１０】
本発明による塗布装置は、正極および負極のうちの少なくとも一方として電極集電体の少なくとも一面側に複数の電極反応層が間欠的に形成された電極体の電極反応層の層間を切断して形成された電極と、電解質層とを備えた電池の電解質層を形成する塗布装置であって、塗布材料としてリチウム塩と非水溶媒と高分子化合物とを含む電解質を塗出するノズル部と、このノズル部と対向する位置において、被塗布体として電極体をノズル部に対して相対的に移動させる移動手段と、電極反応層がノズル部への到達を検出する検出手段と、移動手段により移動中の電極反応層上にノズル部を介して加圧することにより電解質を塗布する手段と、ノズル部内の電解質の流路を遮断するための遮断手段と、ノズル部からの電解質の吐出が間欠的に行われるよう遮断手段を間欠的に駆動する制御手段とを備え、検出手段による検出タイミングに基づいて、制御手段が塗布する手段および遮断手段の動作を制御して、各電極反応層上に電解質層を形成するものである。
【００１１】
本発明による電池の製造方法では、電極体の少なくとも一面側の電極反応層に電解質が塗設されて、複数の電解質層が形成される。そののち、電解質層の層間において電極体が切断され、電極に電解質層が設けられた積層体が連続的に形成される。
【００１２】
本発明による塗布装置では、検出手段による検出タイミングに基づいて、制御手段が塗布する手段および遮断手段の動作を制御して加圧された塗布材料が、移動中の電極反応層に対してノズル部を介して間欠的に塗出される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
まず、本発明の一実施の形態に係る電池の製造方法によって製造される二次電池の構成について説明する。
【００１５】
図３は本発明の一実施の形態に係る電池の製造方法によって製造された二次電池の外観構造を表すものであり、図４は図３に示した二次電池の構造を分解して表すものである。この二次電池は、正極リード線１１および負極リード線１２が取り付けられた巻回電極体２０を外装部材３０により封入したものである。
【００１６】
図５は、図４に示した巻回電極体２０のＶ−Ｖ線に沿った断面構造を表すものである。巻回電極体２０は、正極２１と負極２２とが例えばゲル状の電解質層２３を間にして積層されたものであり、これが多数回巻回されている。正極２１と負極２２との間には電解質層２３を介してセパレータ２４が挿入されている。なお、図５では、図面の簡略化のため、１回巻回された巻回電極体２０を示している。
【００１７】
正極２１は、例えば、正極集電体層２５と、この正極集電体層２５の両面に設けられた正極反応層２６とを有している。正極集電体層２５の長手方向の一方の端部においてはその一面が露出している。また、負極２２は、例えば、負極集電体層２７と、この負極集電体層２７の両面に設けられた負極反応層２８とを有しており、負極集電体層２７の長手方向の一方の端部においてはその一面が露出している。
【００１８】
正極リード線１１および負極リード線１２は、外装部材３０の内部から外部に向かい例えば同一方向にそれぞれ導出されている。正極リード線１１の一部は、外装部材３０の内部において正極集電体層２５の露出部分に接続されている。また、負極リード線１２の一部は、外装部材３０の内部において負極集電体層２７の露出部分に接続されている。なお、図３および図４に示したように、外装部材３０は例えば２枚の矩形状のフィルム３０ａ，３０ｂにより構成されており、正極リード線１１および負極リード線１２とフィルム３０ａ，３０ｂとは、例えば密着性向上用のフィルム３１を介して、外気の侵入が防止されるように十分に密着している。
【００１９】
次に、この二次電池の製造方法について説明する。
【００２０】
まず、例えば、帯状正極集電体２５ａ（図１参照）上に一定の間隔をおいて複数の正極反応層２６が連続して形成された電極体としての帯状正極体２１ａ（図１参照）を作製する。なお、この帯状正極体２１ａは、個々に分離すると上述した正極２１（図５参照）となるものである。帯状正極体２１ａの作製は、例えば、正極活物質と、カーボンブラックあるいはグラファイトなどの導電剤と、ポリフッ化ビニリデンなどの結着剤とを含有した正極合剤をジメチルホルムアルデヒドあるいはＮ−メチルピロリドンなどの溶剤に分散して正極合剤スラリーとしたのち、この正極合剤スラリーをアルミニウム（Ａｌ）箔，ニッケル（Ｎｉ）箔あるいはステンレス箔などの金属箔よりなる帯状正極集電体２５ａに間欠的に塗布し乾燥させ、圧縮成型することにより行う。
【００２１】
その際、正極活物質としては、例えば、金属酸化物，金属硫化物あるいは特定の高分子材料のうちのいずれか１種または２種以上を用いることが好ましい。正極活物質は、電池の使用目的に応じて適宜に選択可能であるが、エネルギー密度を高くするには、Ｌｉ_x ＭＯ₂ （但し、ｘの値は電池の充放電状態によって異なり、通常０．０５≦ｘ≦１．１２である。）を主体とするリチウム（Ｌｉ）複合酸化物とすることが好ましい。この組成式において、Ｍは１種類以上の遷移金属が好ましく、コバルト（Ｃｏ），ニッケルおよびマンガン（Ｍｎ）のうちの少なくとも１種がより好ましい。このようなリチウム複合酸化物の具体例としては、ＬｉＮｉ_y Ｃｏ_1-y Ｏ₂ （但し、０≦ｙ≦１）あるいはＬｉＭｎ₂ Ｏ₄ が挙げられる。
【００２２】
図１は、帯状正極体２１ａに電解質層２３を形成する際などに用いる塗布装置の構成を表すものである。この塗布装置は、塗布材料（図１においては、電解質Ｅ）を吐出するノズル部４０と、このノズル部４０の直下において被塗布体（図１においては、帯状正極体２１ａ）を移動させるための移動手段としての巻出ロール５１および巻取ロール５２とを備えている。
【００２３】
ノズル部４０は、塗布材料を充填しておく塗布材料溜４１を有している。塗布材料溜４１には供給管５３の一端が連通しており、供給管５３の他端は塗布材料が収容されたタンク５４に連通している。供給管５３の途中には、加圧手段としての供給ポンプ５５が設けられている。塗布材料溜４１の塗布材料が通過する流路４１ａの途中には、この流路４１ａを開閉可能な流路遮断手段としてのシャッタ４２が設けられている。シャッタ４２は図示しない駆動機構によって流路４１ａを閉鎖する位置と流路４１ａを開放する位置のいずれかの位置に変移可能となっている。なお、ここでは、供給ポンプ５５をノズル部４０の外部に備えるようにしたが、塗布材料溜４１に加圧機構として例えばギヤポンプを内蔵するような構成としてもよい。
【００２４】
この塗布装置は、また、ノズル部４０近傍のノズル部４０よりも巻出ロール５１側に検出手段としてのセンサ５６（例えば、反射型光電スイッチ）を備えている。このセンサ５６は、搬送中の被塗布体の所定の位置を検出するものであり、検出信号を制御部５７に送るようになっている。制御部５７では、この検出信号を受けて供給ポンプ５５およびシャッタ４２を後述のように制御するようになっている。
【００２５】
この塗布装置では、被塗布体が巻出ロール５１から水平方向に送り出され、図１に矢印Ａで示した方向に一定の速度で搬送され、搬送中に被塗布体の上にシャッタ４２の開閉に応じて塗布材料が間欠的に塗設されて、巻取ロール５２によって巻き取られるようになっている。
【００２６】
本実施の形態では、例えばこのような塗布装置を用いて帯状正極体２１ａの上に電解質層２３を形成する。
【００２７】
具体的には、まず、タンク５４に電解質Ｅを収容する。電解質Ｅには、例えば、リチウム塩と、このリチウム塩を溶解する非水溶媒と、高分子化合物とを含むものを用いる。リチウム塩としては、例えば、ＬｉＰＦ₆ ，ＬｉＡｓＦ₆ ，ＬｉＢＦ₄ ，ＬｉＣｌＯ₄ ，ＬｉＣＦ₃ ＳＯ₃ ，Ｌｉ（ＣＦ₃ ＳＯ₂ ）₂ ＮあるいはＬｉＣ₄ Ｆ₉ ＳＯ₃ が適当であり、これらのうちのいずれか１種または２種類以上を混合して使用してもよい。なお、電解質層２３における溶媒に対するリチウム塩の濃度は、０．１０〜２．０モル／リットルの範囲内であることが好ましい。良好なイオン伝導性が得られるからである。
【００２８】
非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチルラクトン、γ−バレロラクトン、ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、２，４−ジフルオロアニソール、２，６−ジフルオロアニソールあるいは４−ブロモベラトロールが適当であり、これらのうちのいずれか１種または２種類以上を混合して用いてもよい。なお、外装部材３０として後述するラミネートフィルムを用いる場合には、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチルラクトン、２，４−ジフルオロアニソール、２，６−ジフルオロアニソールあるいは４−ブロモベラトロールなどの沸点が１５０℃以上のものを用いることが好ましい。簡単に気化すると、外装部材３０（ラミネートフィルム）が膨らみ、外形不良となるからである。
【００２９】
高分子化合物としては、ポリフッ化ビニリデン，ポリアクリロニトリル，アクリロニトリルブタジエンゴム，アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂，アクリロニトリル塩化ポリエチレンプロピレンジエンスチレン樹脂，アクリロニトリル塩化ビニル樹脂，アクリロニトリルメタアクリレート樹脂，アクリロニトリルアクリレート樹脂，ポリエチレンオキサイドあるいはポリエーテル変性シロキサンが適当であり、これらのうちの２種以上を混合して使用してもよい。また、ポリフッ化ビニリデンと、ヘキサフルオロプロピレンあるいはテトラフルオロエチレンとの共重合体を用いることもできる。更に、ポリアクリロニトリルと、酢酸ビニル，メタクリル酸メチル，メタクリル酸ブチル，アクリル酸メチル，アクリル酸ブチル，イタコン酸，水素化メチルアクリレート，水素化エチルアクリレート，アクリルアミド，塩化ビニル，フッ化ビニリデンあるいは塩化ビニリデンなどのビニル系モノマとの共重合体を用いることもできる。また、ポリエチレンオキサイドと、ポリプロピレンオキサイド，メタクリル酸メチル，メタクリル酸ブチル，アクリル酸メチルあるいはアクリル酸ブチルとの共重合体を用いることもできる。加えて、フッ化ビニリデンあるいはエーテル変性シロキサンの共重合体を用いることもできる。
【００３０】
タンク５４に電解質Ｅを収容したのち、図２（Ａ），（Ｂ）にも示したように、帯状正極体２１ａの正極反応層２６の上に電解質層２３を形成する。なお、図２（Ａ）は、巻出ロール５１および巻取ロール５２により矢印Ａで示した方向に移送される帯状正極体２１ａの反応層露出域Ｂがノズル部４０の吐出口の直下に位置し、電解質層２３を形成している状態を表している。一方、図２（Ｂ）は、帯状正極体２１ａの集電体露出域Ｃがノズル部４０の吐出口４１ｂの直下に位置し、電解質Ｅの供給が停止されている状態を表したものである。
【００３１】
ここでは、センサ５６が帯状正極体２１ａの集電体露出域Ｃから反応層露出域Ｂに変わる境界を検出すると、そのタイミングに基づいて、制御部５７の制御の下にそれまで塗布材料溜４１の流路４１ａを閉鎖していたシャッタ４２が退避し、流路４１ａが開放されると共に、それまで停止していた供給ポンプ５５が例えば０．０１ＭＰａ〜０．３ＭＰａ程度の圧力で駆動される。これにより図２（Ａ）に示したように、電解質Ｅがノズル部４０の吐出口から吐出され、正極反応層２６上に塗布されて電解質層２３が形成される。
【００３２】
そののち、センサ５６が反応層露出域Ｂから集電体露出域Ｃに変わる境界を検出すると、そのタイミングに基づいて流路４１ａを開放していたシャッタ４２が流路４１ａ内に突出して流路４１ａが閉鎖されると共に、供給ポンプ５５の駆動が停止される。これにより電解質Ｅのノズル部４０からの吐出が停止される。よって、図２（Ｂ）に示したように、集電体露出域Ｃでは、電解質層２３が形成されることはなく、帯状正極集電体２５ａが露出している状態となる。次に、センサ５６が再び帯状正極体２１ａの集電体露出域Ｃから反応層露出域Ｂに変わる境界を検出すると、上記と同様に正極反応層２６上に電解質層２３が形成される。以下、同様の動作が繰り返される。なお、塗布材料溜４１から塗出される際の電解質Ｅの粘度は、例えば０．００１〜０．０５Ｐａ・ｓ程度とする。
【００３３】
このように本実施の形態では、センサ５６により集電体露出域Ｃと反応層露出域Ｂとの境界を検出し、その検出信号に基づいて制御部５７が供給ポンプ５５およびシャッタ４２を制御するようになっているので、帯状正極集電体２５ａ上に一定間隔をおいて形成された複数の正極反応層２６の上に、電解質層２３が選択的に形成される。また、供給ポンプ５５が駆動されることにより塗布材料溜４１から電解質Ｅが押し出されるので、電解質層２３の厚さが均一になる。なお、電解質層２３の厚さは、ノズル部４０を昇降移動させてノズル部４０の塗出口４１ｂと正極反応層２６との間隔を変えることにより調節することが可能である。ちなみに、ここでは正極反応層２６の全面（すなわち、上面および側面）を覆うように電解質層２３を形成しているが、正極反応層２６の側面を除く上面のみに形成するようにしてもよい。
【００３４】
なお、塗布装置の例えば巻取ロール５２の近傍には、塗布した電解質を乾燥させるための図示しない乾燥機が配設されている。形成された電解質層２３がこの乾燥機に対応する位置まで搬送されると電解質が乾燥し、その後に帯状電極体２１ａと共に例えばプロピレンよりなる図示しないプラスチックフィルムにより覆われ、巻取ロール５２に巻き取られる。このようにプラスチックフィルムにより覆うのは、電解質層２３中の非水溶媒が蒸発したり、電解質層２３が湿気を吸収したりすることを防止するためである。
【００３５】
一方、上述した方法と同様にして、電極体としての帯状負極体（すなわち、帯状負極集電体上に負極反応層が間欠的に設けられたもの）に上に電解質層を間欠的に形成する。なお、帯状負極体の作製は、例えば、リチウム金属、リチウム合金（例えば、リチウムとアルミニウムとの合金）またはリチウムを吸蔵および離脱することが可能な負極材料とポリフッ化ビニリデンなどの結着剤とを均一に混合し、これをジメチルホルムアルデヒドあるいはＮ−メチルピロリドンなどの溶剤に分散して負極合剤スラリーとしたのち、この負極合剤スラリーを銅（Ｃｕ）箔などの金属箔よりなる帯状負極集電体に間欠的に塗布し乾燥させ、圧縮成型することにより行う。
【００３６】
リチウムを吸蔵・離脱可能な負極材料としては、例えば、炭素質材料，ケイ素またはケイ素化合物，金属酸化物あるいは高分子材料のいずれか１種または２種以上を含むものを用いることができる。なお、炭素質材料としては、例えば、熱分解炭素類、ピッチコークス，ニードルコークスもしくは石油コークスなどのコークス類、グラファイト類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体（例えば、セルロース，フェノール樹脂またはフラン樹脂を適当な温度で焼成したもの）、炭素繊維あるいは活性炭などが挙げられる。また、ケイ素化合物としてはＭｇ₂ Ｓｉなどが挙げられ、酸化物としてはＳｎＯ₂ などが挙げられ、高分子材料としてはポリアセチレン，ポリアニリン，ポリピロールあるいはジスルフィド系のポリマなどが挙げられる。
【００３７】
帯状正極体２１ａおよび帯状負極体に複数の電解質層２３を間欠的に形成したのち、巻取ロール５２から帯状正極体２１ａおよび帯状負極体をそれぞれ引き出すと共に、帯状正極体２１ａおよび帯状負極体を覆っているプラスチックフィルムを剥離する。
【００３８】
次いで、図６（Ａ）に示したように、正極反応層２６の層間の帯状正極集電体２５ａが露出している領域に、例えば、アルミニウムよりなる正極リード線を溶接あるいは接着剤などによって取り付ける。また、図６（Ｂ）に示したように、負極反応層２８の層間の帯状負極集電体２７ａが露出している領域に、例えば、銅よりなる負極リード線を溶接あるいは接着剤などによって取り付ける。
【００３９】
続いて、例えばシャーカット（share cut ）することにより、電解質層２３の層間（すなわち、正極反応層２６の層間）において帯状正極集電体２５ａを切断し、個々に分離する。これにより、正極リード線１１を備え、正極集電体層２５上に正極反応層２６および電解質層２３が順次積層された積層体が複数形成される。また、同様にして、電解質層２３の層間（すなわち、負極反応層２８の層間）において帯状負極集電体２７ａを切断し、個々に分離することにより、負極リード線１２を備え、負極集電体層２７上に負極反応層２８および電解質層２３が順次積層された積層体を形成する。そののち、図４および図５に示したように、各積層体を電解質層２３同士が向き合うようにセパレータ２４を介して張り合わせ、巻回して巻回電極体２０を形成する。なお、セパレータ２４には、例えばポリプロピレンあるいはポリエチレンなどのポリオレフィン系の材料を主成分とする多孔質膜を用いる。ちなみに、このような多孔質膜を２種以上積層したものを用いるようにしてもよい。
【００４０】
巻回電極体２０を形成したのち、例えば、外装部材３０であるフィルム３０ａ，３０ｂを用意し、巻回電極体２０をフィルム３０ａとフィルム３０ｂとの間に挟み込む。なお、各フィルム３０ａ，３０ｂの正極リード線１１および負極リード線１２が導出される端部においては、例えば、正極リード線１１および負極リード線１２を挟むようにフィルム３１を配置し、フィルム３１を介して外装部材３０で正極リード線１１および負極リード線１２をそれぞれ挟むようにする。
【００４１】
フィルム３０ａ，３０ｂとしては、例えば、ナイロンフィルム，アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に張り合わせたラミネートフィルムを用い、ポリエチレンフィルムと巻回電極体２０とが対向するように配設する。なお、一方のフィルム３０ａは、例えば収納する巻回電極体２０の形状に合わせて、外縁部を残して膨らみを持たせた形状とする。
【００４２】
巻回電極体２０をフィルム３０ａ，３０ｂで挟んだのち、例えば減圧雰囲気中において外装部材３０を巻回電極体２０に圧着させると共に、各フィルム３０ａ，３０ｂの外縁部同士を熱融着などにより密着させる。これにより、図３に示した電池が完成する。
【００４３】
このようにして製造される二次電池では、充電を行うと、例えば、正極反応層２６からリチウムがイオンとなって離脱し、電解質層２３およびセパレータ２４を介して負極反応層２８に吸蔵される。また、放電を行うと、例えば、負極反応層２８からリチウムがイオンとなって離脱し、電解質層２３およびセパレータ２４を介して正極反応層２６に吸蔵される。
【００４４】
次に、図７（Ａ），（Ｂ）を参照して、電解質層２３を間欠的に形成することによる作用について説明する。
【００４５】
図７（Ａ）は、上述した方法により帯状正極体２１ａに電解質層２３を間欠的に形成した後の状態を表したものである。これに対して、図７（Ｂ）は、従来の方法により、帯状正極集電体１２５ａの両面に複数の正極反応層１２６が間欠的に形成された帯状正極体１２１ａの全面に電解質層１２３を形成した後の状態を表したものである。すなわち、電解質層１２３は、電解質を貯えたタンク内に帯状正極集電体１２５ａを通して、帯状正極集電体１２５ａの両面に付着した電解質を一対のヘラ（ドクターナイフ）で擦り切って形成したものである。
【００４６】
図７（Ｂ）に示した従来の方法では、帯状正極体１２１ａ（具体的には、帯状正極集電体１２５ａ）に対して正極リード線１１（図６（Ａ）参照）を電気的に接続させるためには、正極リード線取付域１１ａに形成された電解質を剥離し、その部分に正極リード線１１を取り付ける必要がある。
【００４７】
一方、本実施の形態の帯状正極体２１ａでは、電解質層２３が正極反応層２６側のみに形成されており、正極リード線取付域１１ａに電解質が付着していないので、上述したような剥離作業が不要であり、直ちに正極リード線取付域１１ａに正極リード線１１を取り付けることができる。
【００４８】
このように本実施の形態に係る電池の製造方法によれば、帯状電極集電体（帯状正極集電体２５ａおよび帯状負極集電体２７ａ）の上に複数の電極反応層（正極反応層２６および負極反応層２８）を間欠的に形成し、その上に電解質層２３を形成したのち、帯状電極集電体を切断するようにしたので、リード線取付域に電解質が付着するおそれがない。よって、従来行っていた電解質の剥離作業が不要となり、生産効率を高めることができる。また、不要な部分に電解質が塗布されることがないので、製造コストを低減することができる。
【００４９】
更に、電解質層２３を形成する際に本実施の形態に係る塗布装置を用いるようにしたので、センサ５６により反応層露出域Ｂと集電体露出域Ｃとの境界を検出し、その検出信号に基づいて制御部５７が供給ポンプ５５およびシャッタ４２を制御することができる。よって、電解質の間欠塗布を容易に行うことができ、この点においても電池の生産効率を高めることができる。
【００５０】
加えて、供給ポンプ５５を駆動させて塗布材料溜４１から電解質Ｅを押し出すようにしたので、幅方向においても長手方向においても厚さが均一な電解質層２３を形成することができる。
【００５１】
なお、電解質層２３を形成する際、図１に示した塗布装置に代えて、例えば図８に示した塗布装置を用いることもできる。以下の説明では、図１に示した塗布装置と同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５２】
図８に示した塗布装置のノズル部６０では、塗布材料溜４１の流路４１ａの途中に断面が円形状の軸受部が設けられ、この軸受部に開閉軸６１が回転可能に装着されている。開閉軸６１はその一部が切り欠かれている（切欠き部６１ａ）。
開閉軸６１は図示しない駆動機構により塗布材料の塗布，未塗布のタイミング（すなわちセンサ５６による検出タイミング）に合わせて駆動され、塗布時には切欠き部６１ａが流路４１ａの壁面と例えば平行に位置し、未塗布時には切欠き部６１ａが流路４１ａを横断するようになっている。これにより、塗布時には流路４１ａが開放されて切欠き部６１ａを通過した電解質が塗出口４１ｂから塗出される。一方、未塗布時には流路４１ａが閉鎖される。
【００５３】
なお、この塗布装置は、ノズル部６０の下方に図８に矢印Ｄで示した方向に回転可能な支持ロール６２を備えている。従って、被塗布体（例えば、帯状正極体２１ａ）はこの支持ロール６２により案内されつつ巻出ロール５１（図１参照）から巻取ロール５２（図１参照）へと搬送されるようになっている。また、この塗布装置では、塗布材料溜４１の周囲近傍に図示しないオイルバスが設けられている。これにより、オイルバスの内部において加熱したオイルを循環させ、塗布材料溜４１を加熱して例えばゲル状の電解質を温めることにより、その粘度を低下させるようになっている。その結果、電解質は流路４１ａを円滑に通過する。
【００５４】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、塗布装置を用いて電解質層２３を間欠的に形成する例について説明したが、帯状電極集電体上に電極反応層を形成する際にも、上述した塗布装置を用いることができる。その場合には、タンク５４に上述した正極合剤スラリーあるいは負極合剤スラリーを収容して、被塗布体としての電極集電体上に正極反応層２６あるいは負極反応層２８を形成すればよい。更に、電極反応層形成用の塗布装置と電解質層形成用の塗布装置とを並設することにより、電極反応層および電解質層を連続して間欠的に形成するようにしてもよい。また、本発明の塗布装置は、外装部材３０の端部と巻回電極体２０との間の空隙に樹脂を充填する場合などにおいても用いることができる。
【００５５】
更に、上記実施の形態では、図１または図８に示した塗布装置を用いて電解質層２３を間欠的に形成する場合について説明したが、必ずしもこのような塗布装置を用いる必要はなく、他の手段により電解質層２３を間欠的に形成するようにしてもよい。
【００５６】
また、上記実施の形態では、ゲル状の電解質層２３を形成するようにしたが、イオン伝導性を有する高分子化合物に電解質塩を分散させた固体状の電解質あるいは固体状の無機電解質などよりなる電解質層としてもよい。このような固体状の電解質層は、電極反応層上に流動性のある電解質を塗布したのち、非水溶媒を完全に蒸発させることにより得ることができる。
【００５７】
更に、上記実施の形態では、電極反応層を帯状電極集電体の両面に形成する場合について説明したが、電極反応層を帯状電極集電体の片面のみに形成する場合についても適用できる。また、電解質層を帯状電極体の両面に形成するようにしたが、各々片面のみに形成するようにしてもよい。
【００５８】
更に、上記実施の形態では、リード線（正極リード線１１および負極リード線１２）を帯状電極集電体に取り付けた後に帯状電極集電体を切断するようにしたが、帯状電極集電体を切断した後にリード線を取り付けるようにしてもよい。また、上記実施の形態では、電解質層２３を形成した後にリード線を取り付けるようにしたが、リード線を取り付けた後に電解質層２３を形成するようにしてもよい。
【００５９】
更に、上記実施の形態では、巻回電極体２０がラミネートフィルムの内部に封入された構造の電池を例に挙げて説明したが、本発明は、いわゆるコイン型，ボタン型あるいは円筒型などの他の形状の電池を製造する際にも同様に適用することができる。
【００６０】
また、上記実施の形態では、電池反応種がリチウムである電池について説明したが、本発明は、電池反応種がナトリウム（Ｎａ）あるいはカルシウム（Ｃａ）などの他の種である電池を製造する際にも同様に適用することができる。その場合、電解質塩としてリチウム塩に代えてナトリウム塩あるいはカルシウム塩などを用いると共に、正極活物質には適宜の金属酸化物あるいは金属硫化物などを用いるようにする。
【００６１】
加えて、上記実施の形態では、二次電池を製造する場合について説明したが、本発明は、一次電池を製造する際にも適用することができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の電池の製造方法によれば、電極体の電極反応層上に電解質を間欠的に塗布することにより複数の電解質層を形成し、電解質層の層間において電極体を切断するようにしたので、電解質層が形成されていない領域にリード線を取り付けることにより生産効率を高めることができるという効果を奏する。
【００６３】
また、請求項１０ないし請求項１３のいずれか１項に記載の塗布装置によれば、電解質を塗出するノズル部と、このノズル部と対向する位置において、電極体をノズル部に対して相対的に移動させる移動手段と、電極反応層がノズル部への到達を検出する検出手段と、移動手段により移動中の電極反応層上にノズル部を介して加圧することにより電解質を塗布する手段と、ノズル部内の電解質の流路を遮断するための遮断手段と、ノズル部からの電解質の吐出が間欠的に行われるよう遮断手段を間欠的に駆動する制御手段とを備え、検出手段による検出タイミングに基づいて、制御手段が塗布する手段および遮断手段の動作を制御して、各電極反応層上に電解質層を形成するようにした。これにより、本発明の電池の製造方法を容易に実現することができ、電池の製造時間を著しく短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る塗布装置の概略を表す構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る電池の製造方法を説明するための断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る電池の製造方法を用いて作製された電池の構成を表す斜視図である。
【図４】図３に示した電池を分解して表す分解斜視図である。
【図５】図４に示した巻回電極体の・−・線に沿った断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る電池の製造方法を説明するための平面図である。
【図７】（Ａ）は本発明の方法によって作製された帯状正極を表す断面図であり、（Ｂ）は従来の方法によって作製された帯状正極の断面図である。
【図８】図１に示した塗布装置の変形例に係る塗布装置の概略を表す構成図である。
【符号の説明】
１１…正極リード線、１２…負極リード線、２０…巻回電極体、２１…正極、２１ａ…帯状正極体、２２…負極、２３…電解質層、２４…セパレータ、２５…正極集電体層、２５ａ…帯状正極集電体、２６…正極反応層、２７…負極集電体層、２８…負極反応層、３０…外装部材、３０ａ，３０ｂ，３１…フィルム、４０，６０…ノズル部、４１…塗布材料溜、４１ａ…流路、４１ｂ…塗出口、４２…シャッタ、５１…巻出ロール、５２…巻取ロール、５３…供給管、５４…タンク、５５…ポンプ、５６…センサ、５７…制御部、６１…開閉軸、６１ａ…切欠き部、６２…支持ロール、Ｅ…電解質

Claims

電極集電体の少なくとも一面側に複数の電極反応層が間欠的に形成された電極体の各電極反応層上にリチウム塩と非水溶媒と高分子化合物とを含む電解質を塗設することにより複数の電解質層を間欠的に形成する工程と、
前記複数の電解質層が間欠的に形成された電極体を前記複数の電解質層の層間において切断する工程と
を含む電池の製造方法。
前記電解質を加熱することにより前記電解質の粘度を低下させて前記各電極反応層上に塗設する、請求項１記載の電池の製造方法。
前記電解質として０．００１Ｐａ・ｓ以上０．０５Ｐａ・ｓ以下の粘度のものを前記各電極反応層上に塗設する、請求項１記載の電池の製造方法。
前記電解質層を形成したのち、前記電解質層を乾燥させる、請求項１記載の電池の製造方法。
前記電解質層を乾燥させたのち、前記電解質層をプラスチックフィルムにより覆う、請求項４記載の電池の製造方法。
前記リチウム塩として、ＬｉＰＦ₆ ，ＬｉＡｓＦ₆ ，ＬｉＢＦ₄ ，ＬｉＣｌＯ₄ ，ＬｉＣＦ₃ ＳＯ₃ ，Ｌｉ（ＣＦ₃ ＳＯ₂ ）₂ ＮおよびＬｉＣ₄ Ｆ₉ ＳＯ₃ のうちの少なくとも１種を用いる、請求項１記載の電池の製造方法。
前記高分子化合物として、ポリフッ化ビニリデン，ポリアクリロニトリル，アクリロニトリルブタジエンゴム，アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂，アクリロニトリル塩化ポリエチレンプロピレンジエンスチレン樹脂，アクリロニトリル塩化ビニル樹脂，アクリロニトリルメタアクリレート樹脂，アクリロニトリルアクリレート樹脂，ポリエチレンオキサイド，ポリエーテル変性シロキサン，ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体，ポリフッ化ビニリデンとテトラフルオロエチレンとの共重合体，ポリアクリロニトリルと酢酸ビニルとの共重合体，ポリアクリロニトリルとメタクリル酸メチルとの共重合体，ポリアクリロニトリルとメタクリル酸ブチルとの共重合体，ポリアクリロニトリルとアクリル酸メチルとの共重合体，ポリアクリロニトリルとアクリル酸ブチルとの共重合体，ポリアクリロニトリルとイタコン酸との共重合体，ポリアクリロニトリルと水素化メチルアクリレートとの共重合体，ポリアクリロニトリルと水素化エチルアクリレートとの共重合体，ポリアクリロニトリルとアクリルアミドとの共重合体，ポリアクリロニトリルと塩化ビニルとの共重合体，ポリアクリロニトリルとフッ化ビニリデンとの共重合体，ポリアクリロニトリルと塩化ビニリデンとの共重合体，ポリエチレンオキサイドとポリプロピレンオキサイドとの共重合体，ポリエチレンオキサイドとメタクリル酸メチルとの共重合体，ポリエチレンオキサイドとメタクリル酸ブチルとの共重合体，ポリエチレンオキサイドとアクリル酸メチルとの共重合体，およびポリエチレンオキサイドとアクリル酸ブチルとの共重合体からなる群のうちの少なくとも１種を用いる、請求項１記載の電池の製造方法。
前記非水溶媒として、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチルラクトン、γ−バレロラクトン、ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、２，４−ジフルオロアニソール、２，６−ジフルオロアニソールおよび４−ブロモベラトロールからなる群のうちの少なくとも１種を用いる、請求項１記載の電池の製造方法。
正極の電極反応層において、正極活物質として、Ｌｉ_xＭＯ₂（ｘは０．０５≦ｘ≦１．１２の範囲内であり、Ｍは遷移金属のうちの少なくとも１種である。）を含むリチウム複合酸化物が含有され、
負極の電極反応層において、リチウムを吸蔵および離脱することが可能な材料として、炭素質材料、ケイ素化合物、金属酸化物および高分子材料からなる群のうちの少なくとも１種が含まれている、請求項１記載の電池の製造方法。
正極および負極のうちの少なくとも一方として電極集電体の少なくとも一面側に複数の電極反応層が間欠的に形成された電極体の前記電極反応層の層間を切断して形成された電極と、電解質層とを備えた電池の前記電解質層を形成する塗布装置であって、
塗布材料としてリチウム塩と非水溶媒と高分子化合物とを含む電解質を塗出するノズル部と、
前記ノズル部と対向する位置において、被塗布体として前記電極体を前記ノズル部に対して相対的に移動させる移動手段と、
前記電極反応層が前記ノズル部への到達を検出する検出手段と、
前記移動手段により移動中の前記電極反応層上に前記ノズル部を介して加圧することにより前記電解質を塗布する手段と、
前記ノズル部内の前記電解質の流路を遮断するための遮断手段と、
前記ノズル部からの前記電解質の吐出が間欠的に行われるよう前記遮断手段を間欠的に駆動する制御手段とを備え、
前記検出手段による検出タイミングに基づいて、前記制御手段が前記塗布する手段および前記遮断手段の動作を制御して、各電極反応層上に前記電解質層を形成する
塗布装置。
前記塗布する手段において、前記電解質は、０．０１ＭＰａ以上０．３ＭＰａ以下で加圧される、請求項１０記載の塗布装置。
前記移動手段は、前記ノズル部に対して前記電極体の反対側に、前記電極体を支持する回転可能な支持ロールを有する、請求項１０記載の塗布装置。
前記遮断手段は、前記ノズル部の流路の途中に設けられた断面が円形状の軸受部と、前記軸受部に回転可能に装着されると共に一部が切り欠かれている開閉軸とを有する、請求項１０記載の塗布装置。