JP5176262B2 - 非水電解質電池用電極の製造方法 - Google Patents
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Description
前記正極活物質層または前記負極活物質層の少なくとも一方において、活物質層の全体積に対する固形分体積の割合が50%以下であり、かつ、
下記数式1により定義される活物質層表面の平滑率:
(構成)
図1は、バイポーラ型リチウムイオン二次電池(以下、「バイポーラ電池」とも称する)である、本実施形態の電池の概要を示す断面図である。なお、本明細書においては、バイポーラ電池を例に挙げて詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はかような形態のみに制限されない。
集電体11および最外層集電体(11a、11b)は、アルミニウム箔、銅箔、ステンレス(SUS)箔など、導電性の材料から構成される。集電体の一般的な厚さは、1〜30μmである。ただし、この範囲を外れる厚さの集電体を用いてもよい。
活物質層は活物質を含み、必要に応じてその他の添加剤をさらに含む。
本実施形態のバイポーラ電池10において、電解質層17は、上述したように、セパレータと、前記セパレータ中に注入された電解質とから構成されている。
バイポーラ電池10においては、通常、各単電池層19の周囲に絶縁層31が設けられる。この絶縁層31は、電池内で隣り合う集電体11同士が接触したり、電池要素21における単電池層19の端部の僅かな不揃いなどに起因する短絡が起こったりするのを防止する目的で設けられる。かような絶縁層31の設置により、長期間の信頼性および安全性が確保され、高品質のバイポーラ電池10が提供されうる。
バイポーラ電池10においては、電池外部に電流を取り出す目的で、最外層集電体(11a、11b)に電気的に接続されたタブ(正極タブ25および負極タブ27)が外装であるラミネートシート29の外部に取り出される。具体的には、正極用最外層集電体11aに電気的に接続された正極タブ25と、負極用最外層集電体11bに電気的に接続された負極タブ27とが、外装の外部に取り出される。
バイポーラ電池10においては、使用時の外部からの衝撃や環境劣化を防止するために、電池要素21は、ラミネートシート29などの外装内に収容されることが好ましい。外装としては特に制限されず、従来公知の外装が用いられうる。自動車の熱源から効率よく熱を伝え、電池内部を迅速に電池動作温度まで加熱しうる点で、好ましくは、熱伝導性に優れた高分子−金属複合ラミネートシート等が用いられうる。
続いて、本実施形態のバイポーラ電池10の製造方法の好ましい一形態を説明する。ただし、下記の形態以外の製造方法が用いられてもよいことは勿論である。
バイポーラ電極を製造する際には、まず、活物質を含む活物質スラリーを調製する。本発明の製造方法では、前記活物質スラリーが固体状フィラーをさらに含む点に特徴を有する。
続いて、集電体の一方の面に正極活物質スラリーを塗布し、正極活物質を含む塗膜を形成する。一方、集電体の他方の面に負極活物質スラリーを塗布して、負極活物質を含む塗膜を形成する。最外層集電体については、正極側最外層集電体の一方の面に正極活物質スラリーのみを塗布し、負極側最外層集電体の一方の面に負極活物質スラリーのみを塗布する。その後、必要に応じて乾燥処理を施すことによって、塗膜を乾燥させる。スラリーの塗布および塗膜の乾燥のための具体的な手段は特に制限されず、電池の製造分野において従来公知の知見が適宜参照されうる。
続いて、塗膜中の固体状フィラーを処理して、液体状または気体状とする。これにより、活物質層における固形分体積が減少しうる。
その後、各バイポーラ電極の正極活物質層と、隣接するバイポーラ電極の負極活物質層とが、電解質層(セパレータ)を介して向かい合うように、各バイポーラ電極およびセパレータを積層する。これにより、電池要素が作製される。
次に、上記で作製した電池要素のセパレータに電解液を注入して、電解質層とする。
上記の工程の後、正極タブおよび負極タブを最外層集電体に接合し、正極タブおよび負極タブが導出するように電池要素をラミネートシートにより封止する。最外層集電体とタブとを接合する手法は特に制限されず従来公知の溶接方法などが用いられうる。溶接方法としては、例えば、超音波溶接、スポット溶接などが例示される。なかでも、低温での接合が可能であることから、超音波溶接が好ましく用いられる。場合によっては、上述したように、最外層集電体を延長してタブとしてもよい。ラミネートシート29は、例えば、ヒートシール、インパルスシール、超音波融着、高周波融着などによって、封止されうる。
第2実施形態では、上記の第1実施形態のバイポーラ電池を複数個、並列および/または直列に接続して、組電池を構成する。
第3実施形態では、上記の第1実施形態のバイポーラ電池10、または第2実施形態の組電池40をモータ駆動用電源として搭載して、車両を構成する。バイポーラ電池10または組電池40をモータ用電源として用いる車両としては、例えば、ガソリンを用いない完全電気自動車、シリーズハイブリッド自動車やパラレルハイブリッド自動車などのハイブリッド自動車、および燃料電池自動車などの、車輪をモータによって駆動する自動車が挙げられる。
<負極の作製>
負極活物質であるグラファイト(平均粒子径:5μm)(90質量部)、バインダであるポリフッ化ビニリデン(PVdF)(10質量部)、およびフィラーであるLiBF4(100質量部)を混合し、次いでスラリー粘度調整溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量添加して、負極活物質スラリーを調製した。
正極活物質であるマンガン酸リチウム(LiMn2O4)(平均粒子径:5μm)(85質量部)、導電助剤であるアセチレンブラック(10質量部)、バインダであるポリフッ化ビニリデン(PVdF)(5質量部)、およびフィラーであるLiBF4(100質量部)を混合し、次いでスラリー粘度調整溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量添加して、正極活物質スラリーを調製した。
電解液として、エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)との等体積混合液にリチウム塩であるLiBF4を1Mの濃度に溶解させたものを準備した。
セパレータの厚さを15μmとしたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、試験用セルを作製した。
セパレータの厚さを20μmとしたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、試験用セルを作製した。
セパレータの厚さを30μmとしたこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、試験用セルを作製した。
正極および負極の作製時にプレス操作を施さなかったこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、試験用セルを作製した。
正極および負極の作製時にプレス操作を施さなかったこと以外は、上記の実施例2と同様の手法により、試験用セルを作製した。
正極および負極の作製時にプレス操作を施さなかったこと以外は、上記の実施例3と同様の手法により、試験用セルを作製した。
正極および負極の作製時にプレス操作を施さなかったこと以外は、上記の実施例4と同様の手法により、試験用セルを作製した。
正極および負極の作製時に、活物質スラリー中にフィラーを添加しなかったこと以外は、上記の実施例1と同様の手法により、試験用セルを作製した。
正極および負極の作製時にプレス操作を施さなかったこと以外は、上記の比較例5と同様の手法により、試験用セルを作製した。
上記の各実施例および各比較例について、正極および負極を10枚ずつ作製後、電池の組み立て前に、電極の活物質層の全体積に対する固形分(負極活物質層:活物質+バインダ、正極活物質層:活物質+導電助剤+バインダ)体積の割合を算出した。そして、正負各10枚の電極について得られた値から平均値を算出した。なお、固形分体積の割合は、作製した電極の体積および質量、並びに活物質スラリー中への各成分の配合量から算出した。算出された固形分体積の割合の平均値を下記の表1に示す。
11 集電体、
13 正極活物質層、
15 負極活物質層、
17 電解質層、
19 単電池層、
21 電池要素、
25 正極タブ、
27 負極タブ、
29 ラミネートシート、
31 絶縁層、
33 正極集電体、
35 負極集電体、
40 組電池、
50 自動車、
60 バイポーラ型でないリチウムイオン二次電池、
100 粒子、
L 最大の距離。
Claims (2)
- 活物質と、融解性フィラーと、を含む活物質スラリーを調製する活物質スラリー調製工程と、
前記活物質スラリーを集電体の表面に塗布することにより、塗膜を形成する塗膜形成工程と、
前記塗膜を加熱処理することにより、前記塗膜中の前記融解性フィラーを液体状とし、除去するフィラー処理工程と、
を有する、非水電解質電池用電極の製造方法。 - 前記塗膜形成工程の後、前記フィラー処理工程の前に、前記塗膜と前記集電体とからな
る積層体をプレス処理するプレス処理工程をさらに有する、請求項1に記載の製造方法。
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