JP5994467B2 - Method for producing lithium ion secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は,リチウムイオン二次電池の製造方法に関する。特に、セパレータ上に活物質及び結着材等を含む合剤層を形成するリチウムイオン二次電池の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a lithium ion secondary battery. In particular, the present invention relates to a method for manufacturing a lithium ion secondary battery in which a mixture layer including an active material and a binder is formed on a separator.

リチウムイオン二次電池は,正極板と負極板とを,これらの間にセパレータを挟み込みつつ捲回してなる電極体をケースに挿入し,電解液を注入して封口することにより製造される。
リチウムイオン二次電池の電極製造にあたり、アルミ箔や銅箔などの集電体表面に活物質と結着材等とを溶媒に混練してスラリー状にしたペーストを薄膜状に塗工し、その後、乾燥・プレスすることによって製造される塗布電極が、一般に知られている。
しかし、従来の塗布電極の場合、乾燥工程における溶媒の熱対流により、薄膜状に塗工されたペースト内部で活物質と結着材とが遊離し、結着材が膜厚上方へ偏析するマイグレーションが生じる傾向がある。活物質と結着材とが遊離して偏析すると、充放電時における活物質の膨張収縮等に伴い、活物質同士や活物質と集電体との間で剥離が発生しやすくなり、電池性能が劣化する問題があった。
そのため、結着材の偏析が生じない粉体成型で電極を製造する方法が開発され、例えば、特許文献1に開示されている。
特許文献1の技術は、活物質及び結着材等の電極材料からなる粉末状の造粒粒子を粉体供給装置によって対向する加圧ローラの一方又は双方上に供給し、加圧ローラ間を通過する集電体表面に、供給された造粒粒子を加圧成型により合剤層を形成する方法である。
A lithium ion secondary battery is manufactured by inserting an electrode body formed by winding a positive electrode plate and a negative electrode plate with a separator between them into a case, and injecting and sealing an electrolyte.
In the production of lithium ion secondary battery electrodes, a paste prepared by kneading an active material and a binder into a solvent on a surface of a current collector such as an aluminum foil or a copper foil in a solvent is applied in a thin film, and then A coated electrode manufactured by drying and pressing is generally known.
However, in the case of the conventional coated electrode, the migration is such that the active material and the binder are separated inside the paste applied in a thin film due to the thermal convection of the solvent in the drying process, and the binder segregates upward in the film thickness. Tend to occur. When the active material and the binder are separated and segregated, the active material expands and contracts during charge and discharge, and the active material and the active material and the current collector are easily separated, and the battery performance. There was a problem of deterioration.
Therefore, a method for producing an electrode by powder molding that does not cause segregation of the binder has been developed, and is disclosed in Patent Document 1, for example.
In the technique of Patent Document 1, powdered granulated particles made of an electrode material such as an active material and a binder are supplied onto one or both opposing pressure rollers by a powder supply device, and the space between the pressure rollers is In this method, a mixture layer is formed by pressure molding the supplied granulated particles on the surface of the current collector that passes.

特開2009−212113号公報JP 2009-212113 A

しかしながら、特許文献1の技術では、集電体表面に粉末状の造粒粒子を加圧成型させる方法であるため、集電体表面と活物質との間に結着材が十分供給されないと、必要な密着力が得られないことがあった。その場合、集電体と合剤層が剥離しやすいので、生産ライン上で電極が剥がれる問題もあった。
また、電極板の充放電を繰り返すと、合剤層は膨張収縮を繰り返すことになるが、金属箔からなる集電体の伸縮性は合剤層の膨張収縮量(約10%程度)より小さいため、合剤層と集電体との伸縮ズレが生じて、合剤層が割れ、剥がれを起こし、結果的に容量低下に繋がるという問題があった。
However, since the technique of Patent Document 1 is a method of pressure-molding powdered granulated particles on the current collector surface, if the binder is not sufficiently supplied between the current collector surface and the active material, The required adhesion could not be obtained. In that case, since the current collector and the mixture layer are easily peeled off, there is a problem that the electrodes are peeled off on the production line.
Further, when the electrode plate is repeatedly charged and discharged, the mixture layer repeats expansion and contraction, but the stretchability of the current collector made of metal foil is smaller than the expansion and contraction amount (about 10%) of the mixture layer. For this reason, there is a problem that expansion and contraction between the mixture layer and the current collector is generated, the mixture layer is cracked and peeled, resulting in a decrease in capacity.

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、電極板における合剤層の剥離強度を高め、電池の容量維持率低下を防止できるリチウムイオン二次電池の製造方法を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to produce a lithium ion secondary battery that can increase the peel strength of the mixture layer on the electrode plate and prevent a decrease in battery capacity retention rate. Is to provide a method.

本発明者らは、上記課題を解決するために、集電体上に合剤層を形成する従来の発想を転換し、セパレータ上に合剤層を形成する新しい発想を具体化した。本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法は、次のような構成を有している。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors changed the conventional idea of forming a mixture layer on a current collector, and embodied a new idea of forming a mixture layer on a separator. The manufacturing method of the lithium ion secondary battery of this invention has the following structures.

(1)少なくとも活物質と結着材とを含む粉末状の造粒粒子をポリオレフィン系樹脂又はPET又はPENからなるセパレータ上に供給して堆積層を形成し、該堆積層を加圧成型して前記セパレータ上に合剤層を形成させるリチウムイオン二次電池の製造方法。 (1) Powdered granulated particles containing at least an active material and a binder are supplied onto a separator made of polyolefin resin or PET or PEN to form a deposited layer, and the deposited layer is pressure-molded. The manufacturing method of the lithium ion secondary battery which forms a mixture layer on the said separator .

本発明においては、ポリオレフィン系樹脂又はPET又はPENからなるセパレータ上に合剤層を形成させるので、充放電時における活物質の膨張収縮に追従して、ポリオレフィン系樹脂又はPET又はPENからなるセパレータも伸縮できる。活物質の膨張収縮に追従して、ポリオレフィン系樹脂又はPET又はPENからなるセパレータも伸縮できるので、活物質とポリオレフィン系樹脂又はPET又はPENからなるセパレータとのズレが生じにくい。したがって、合剤層の割れ、剥がれが起こりにくい。
よって、伸縮性の低い金属箔の集電体上に合剤層を形成する方法に比べて、電極板の耐久性が向上する。
In the present invention, since thereby a mixture layer formed on a separator made of a polyolefin resin or PET or PEN, to follow the expansion and shrinkage of the active material during charge and discharge, even separator made of a polyolefin resin or PET or PEN Can expand and contract. The separator made of polyolefin resin or PET or PEN can be expanded and contracted following the expansion and contraction of the active material, so that the active material and the separator made of polyolefin resin or PET or PEN are hardly misaligned. Therefore, the mixture layer is not easily cracked or peeled off.
Therefore, the durability of the electrode plate is improved as compared with the method of forming the mixture layer on the current collector of the metal foil having low elasticity.

また、本発明においては、少なくとも活物質と結着材とを含む粉末状の造粒粒子を、ポリオレフィン系樹脂又はPET又はPENからなるセパレータ上に供給して堆積層を形成し、該堆積層を加圧成型して前記セパレータ上に合剤層を形成させるので、ペースト状の塗液を塗布する場合と違って、結着材が膜厚上方へ偏析するマイグレーションが生じることはない。そのため、活物質と前記セパレータとを結着材によって結着させることができる。したがって、合剤層の前記セパレータへの剥離強度が高められる。また、ペースト状の塗液を塗布する場合のように、溶媒に溶けた結着材が前記セパレータに設けられた細孔に詰まり、抵抗が上昇することもない。
よって、本発明によれば、電極板における合剤層の剥離強度を高め、電池の容量維持率低下を防止できる。
Further, in the present invention, powdered granulated particles containing at least an active material and a binder are supplied onto a separator made of polyolefin resin or PET or PEN to form a deposited layer, and the deposited layer is Since the mixture layer is formed on the separator by pressure molding, unlike the case where a paste-like coating liquid is applied, migration in which the binder segregates upward in the film thickness does not occur. Therefore, the active material and the separator can be bound by the binding material. Therefore, the peel strength of the mixture layer to the separator is increased. Further, as in the case of applying a paste-like coating liquid, the binder dissolved in the solvent is not clogged with the pores provided in the separator , and the resistance does not increase.
Therefore, according to this invention, the peeling strength of the mixture layer in an electrode plate can be improved, and the capacity | capacitance maintenance factor fall of a battery can be prevented.

(2)(1)に記載されたリチウムイオン二次電池の製造方法において、
前記セパレータを、正又は負に帯電させることを特徴とする。
(2) In the method for producing a lithium ion secondary battery described in (1),
The separator is charged positively or negatively.

本発明においては、前記セパレータを、正又は負に帯電させるので、粉末状の造粒粒子は、前記セパレータに帯電した正又は負の電荷に吸引されて、セパレータ上に静電吸着される。そのため、粉末状の造粒粒子は、セパレータの表面に密着して、セパレータの搬送途中に舞い落ちることが少ない。
また、結着材(例えば、スチレンブタジエン・ゴム(SBR))は、一般に有機物であり誘電分極しやすいので、帯電した前記セパレータ上に吸引されて集まりやすい。そのため、結着材がセパレータと活物質との間に入り、造粒粒子の堆積層が加圧成型されたとき、結着材がセパレータと活物質とを有効に結着でき、合剤層の剥離強度を更に高めることができる。
なお、前記セパレータは、コイルから巻き戻すだけでも、簡単に帯電するので、セパレータを搬送する間に、帯電させることもできる。
In the present invention, the separator, since the positively or negatively charged, powdered granulated particles are attracted to charged positive or negative charge to the separator, is electrostatically attracted to the separator. For this reason, the powdered granulated particles are in close contact with the surface of the separator and are less likely to fall down during the transport of the separator.
In addition, since the binder (for example, styrene butadiene rubber (SBR)) is generally an organic substance and is easily dielectrically polarized, it is easily attracted and collected on the charged separator . Therefore, when the binder enters between the separator and the active material, and the deposited layer of granulated particles is pressure-molded, the binder can effectively bind the separator and the active material, and the mixture layer The peel strength can be further increased.
The separator can be easily charged by simply rewinding it from the coil, so that it can be charged while the separator is being transported.

(3)(1)又は(2)に記載されたリチウムイオン二次電池の製造方法において、
前記セパレータは、コロナ放電処理で正又は負に帯電制御させることを特徴とする。
(3) In the method for producing a lithium ion secondary battery described in (1) or (2),
The separator is controlled to be charged positively or negatively by corona discharge treatment.

本発明においては、前記セパレータは、コロナ放電処理で正又は負に帯電制御させるので、合剤層との密着力をより一層高めることができる。帯電制御は、例えば、セパレータポリオレフィン系フィルムからなる場合には、40〜300W・min/m程度のコロナ放電処理を行うと良いことが、実験により判明した。なお、40W・min/m未満の処理では、帯電不足であり、300W・min/mを超える処理を行うと、ポリオレフィン系セパレータの細孔がコロナ放電時の熱で溶解して閉じることがあるからである。 In the present invention, since the separator is controlled to be positively or negatively charged by corona discharge treatment, the adhesion with the mixture layer can be further enhanced. For example, when the separator is made of a polyolefin-based film, it has been proved by experiments that the charging control may be performed by a corona discharge treatment of about 40 to 300 W · min / m 2 . In addition, in the process of less than 40 W · min / m 2 , charging is insufficient, and when the process exceeds 300 W · min / m 2 , the pores of the polyolefin-based separator are dissolved and closed by heat during corona discharge. Because there is.

本発明によれば、電極板における合剤層の剥離強度を高め、電池の容量維持率低下を防止できるリチウムイオン二次電池の製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the lithium ion secondary battery which can raise the peeling strength of the mixture layer in an electrode plate and can prevent the capacity | capacitance maintenance factor fall of a battery can be provided.

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の断面図である。It is sectional drawing of the lithium ion secondary battery which concerns on this embodiment. 図1に示すリチウムイオン二次電池の電極詳細図(B部の拡大断面図)である。FIG. 2 is a detailed electrode diagram (enlarged cross-sectional view of part B) of the lithium ion secondary battery shown in FIG. 1. 本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の製造装置の一部である。It is a part of manufacturing apparatus of the lithium ion secondary battery which concerns on this embodiment. 本実施形態においてセパレータ上に合剤の造粒粒子が吸着された状態の模式的断面図である。It is typical sectional drawing of the state by which the granulated particle of the mixture was adsorbed on the separator in this embodiment. 本実施形態により製造した電極板における合剤層の90度剥離強度を示すグラフである。It is a graph which shows the 90 degree peeling strength of the mixture layer in the electrode plate manufactured by this embodiment. 本実施形態により製造した電極板における耐久試験後の容量維持率を示すグラフである。It is a graph which shows the capacity | capacitance maintenance factor after the endurance test in the electrode plate manufactured by this embodiment.

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。はじめに、リチウムイオン二次電池の構造を簡単に説明した後で、セパレータ上に合剤層を形成する実施形態を説明する。次に、本実施形態の作用効果として、製造した電極板の剥離強度及び容量維持率について説明する。   Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, after briefly explaining the structure of a lithium ion secondary battery, an embodiment in which a mixture layer is formed on a separator will be described. Next, as the operational effects of this embodiment, the peel strength and capacity retention rate of the manufactured electrode plate will be described.

<リチウムイオン二次電池の構造>
まず、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の構造について説明する。図1に、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の断面図を示す。図2に、図1に示すリチウムイオン二次電池の電極詳細図(B部の拡大断面図)を示す。
<Structure of lithium ion secondary battery>
First, the structure of the lithium ion secondary battery according to this embodiment will be described. FIG. 1 shows a cross-sectional view of a lithium ion secondary battery according to this embodiment. FIG. 2 shows a detailed electrode diagram (enlarged sectional view of part B) of the lithium ion secondary battery shown in FIG.

図1、2に示すように、リチウムイオン二次電池100は、電極体101と、電解液103と、これらを収容する電池ケース104とを備える。電池ケース104は電池ケース本体1041と封口板1042とを備えている。また,封口板1042は,絶縁部材1043と安全弁1044とを備えている。
電極体101は、ポリオレフィン系セパレータZの一方の面に正極活物質及び結着材、増粘剤を含む正極合剤層Sを形成し、他方の面に負極活物質及び結着材、増粘剤を含む負極合剤層Fを形成して、正極板1011及び負極板1012で挟んで捲回してから、扁平形状に成型したものである。
As shown in FIGS. 1 and 2, the lithium ion secondary battery 100 includes an electrode body 101, an electrolytic solution 103, and a battery case 104 that accommodates these. The battery case 104 includes a battery case main body 1041 and a sealing plate 1042. The sealing plate 1042 includes an insulating member 1043 and a safety valve 1044.
In the electrode body 101, a positive electrode active material, a binder, and a positive electrode mixture layer S containing a thickener are formed on one surface of a polyolefin-based separator Z, and a negative electrode active material, a binder, and a thickener are formed on the other surface. A negative electrode mixture layer F containing an agent is formed, wound between the positive electrode plate 1011 and the negative electrode plate 1012, and then formed into a flat shape.

図1に示すように、図面右手に、正極板1011の外部端子T1が封口板1042から突出し、図面左手に、負極板1012の外部端子T2が封口板1042から突出している。電池ケース本体1041の下部には、電解液103が貯留され、ポリオレフィン系セパレータZ、正極板1011及び負極1012は、電解液103に浸漬している。
図2に示すように、図面左手から正極板1011、正極合剤層S、ポリオレフィン系セパレータZ、負極合剤層F、負極板1012、負極合剤層F、ポリオレフィン系セパレータZ、正極合剤層S、正極板1011の順で並んでいる。ここで、正極板1011と正極合剤層S、及び負極板1012と負極合剤層Fは、それぞれ密着しているので、正極板1011と正極合剤層Sとの間、及び負極板1012と負極合剤層Fとの間には、それぞれ導電パスが形成されている。
As shown in FIG. 1, the external terminal T1 of the positive electrode plate 1011 protrudes from the sealing plate 1042 on the right hand side of the drawing, and the external terminal T2 of the negative electrode plate 1012 protrudes from the sealing plate 1042 on the left hand side of the drawing. The electrolyte solution 103 is stored under the battery case body 1041, and the polyolefin separator Z, the positive electrode plate 1011, and the negative electrode 1012 are immersed in the electrolyte solution 103.
As shown in FIG. 2, from the left side of the drawing, the positive electrode plate 1011, the positive electrode mixture layer S, the polyolefin separator Z, the negative electrode mixture layer F, the negative electrode plate 1012, the negative electrode mixture layer F, the polyolefin separator Z, the positive electrode mixture layer. S and the positive electrode plate 1011 are arranged in this order. Here, since the positive electrode plate 1011 and the positive electrode mixture layer S, and the negative electrode plate 1012 and the negative electrode mixture layer F are in close contact with each other, the positive electrode plate 1011 and the positive electrode mixture layer S, and the negative electrode plate 1012 and Conductive paths are formed between the negative electrode mixture layer F and each of them.

<リチウムイオン二次電池の製造方法>
次に、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の製造方法の中で、技術的特徴であるセパレータ上に合剤層を形成する方法について説明する。図3に、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の製造装置の一部を示す。
<Method for producing lithium ion secondary battery>
Next, a method for forming a mixture layer on a separator, which is a technical feature, in the method for manufacturing a lithium ion secondary battery according to the present embodiment will be described. FIG. 3 shows a part of a lithium ion secondary battery manufacturing apparatus according to the present embodiment.

図3に示すように、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の製造装置10には、セパレータのコイル巻き戻し機ZC、送りローラ1、2、コロナ放電装置3、粉体フィーダ4、加圧ローラ5、6を備えている。
コイル巻き戻し機ZCは、コイル状に捲回されたポリオレフィン系セパレータZを所定のテンションを掛けながら巻き戻す装置である。
ポリオレフィン系セパレータZは、幅が200〜300mm程度で、厚さが10〜40μm程度である。なお、セパレータZには、ポリオレフィン系樹脂以外にも、例えば、PET,PENなどが適していて、フィルムでも不織布でもかまわない。ポリオレフィン系セパレータZには、電解液が透過できる細孔が複数個形成されている。ポリオレフィン系セパレータZの表面には、微小の凹凸を形成してもよい。微小の凹凸によるアンカー効果により、その上に形成する合剤層の密着力を高めることができる。
As shown in FIG. 3, the lithium ion secondary battery manufacturing apparatus 10 according to the present embodiment includes a separator coil rewinding machine ZC, feed rollers 1 and 2, a corona discharge device 3, a powder feeder 4, and a pressurization. Rollers 5 and 6 are provided.
The coil rewinding machine ZC is a device that rewinds the polyolefin separator Z wound in a coil shape while applying a predetermined tension.
The polyolefin separator Z has a width of about 200 to 300 mm and a thickness of about 10 to 40 μm. In addition to the polyolefin resin, for example, PET, PEN or the like is suitable for the separator Z, and it may be a film or a non-woven fabric. The polyolefin-based separator Z is formed with a plurality of pores through which the electrolytic solution can pass. Small irregularities may be formed on the surface of the polyolefin separator Z. Due to the anchor effect due to minute irregularities, the adhesion of the mixture layer formed thereon can be enhanced.

送りローラ1、2は、両ローラ間にポリオレフィン系セパレータZを挟圧して回転することによって、ポリオレフィン系セパレータZを所定の送り速度で搬送する装置である。送りローラ2の円弧を経由して、ポリオレフィン系セパレータZは、送り方向を垂直方向から水平方向に変換されている。
コロナ放電装置3は、送りローラ1、2から搬送されてくるポリオレフィン系セパレータZの上方に配置され、ポリオレフィン系セパレータZを帯電させるためコロナ放電31を発生させる装置である。ポリオレフィン系セパレータZには、40〜300W・min/m程度のコロナ放電処理を行う。帯電電圧は、1.2kV以上である。
The feed rollers 1 and 2 are devices that convey the polyolefin separator Z at a predetermined feed speed by rotating with the polyolefin separator Z sandwiched between both rollers. Via the arc of the feed roller 2, the polyolefin separator Z has its feed direction converted from a vertical direction to a horizontal direction.
The corona discharge device 3 is disposed above the polyolefin separator Z conveyed from the feed rollers 1 and 2 and generates a corona discharge 31 for charging the polyolefin separator Z. The polyolefin separator Z is subjected to a corona discharge treatment of about 40 to 300 W · min / m 2 . The charging voltage is 1.2 kV or higher.

粉体フィーダ4は、コロナ放電装置3に隣接して、ポリオレフィン系セパレータZの搬送方向後ろ側に配設されている。粉体フィーダ4は、帯電されたポリオレフィン系セパレータZ上に、活物質及び結着材等を含有する粉体の造粒粒子41を所定の厚みで連続的に供給する装置である。造粒粒子41は,活物質と結着材にそれぞれ粉末状のものを用い、これらを混ぜ合わせることにより製造されたものである。活物質には、負極活物質として、例えば、アモルファスコート黒鉛を用いることができる。また、結着材には、例えば、SBRやポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を用いることができる。造粒粒子41は、活物質と結着材とを,98:2程度の比率(wt%)で配合したものである。
なお、造粒粒子41は、活物質と結着材と増粘剤とを溶媒に溶かして混練し、乾燥させて造粒する方法で製造してもよい。この場合における活物質と結着材と増粘剤との混合比率(wt%)は、97.3:2.0:0.7程度である。増粘剤には、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)を用いることができる。
ここで、造粒粒子41の堆積量は10mg/cm程度であり、堆積層42の厚さは100〜120μm程度である。
The powder feeder 4 is disposed adjacent to the corona discharge device 3 and behind the polyolefin separator Z in the transport direction. The powder feeder 4 is an apparatus that continuously supplies granulated particles 41 of powder containing an active material, a binder, and the like on a charged polyolefin separator Z with a predetermined thickness. The granulated particles 41 are produced by using powders for the active material and the binder, and mixing them together. For the active material, for example, amorphous coated graphite can be used as the negative electrode active material. Moreover, SBR and polytetrafluoroethylene (PTFE) can be used for a binder, for example. The granulated particles 41 are a mixture of an active material and a binder at a ratio (wt%) of about 98: 2.
The granulated particles 41 may be produced by a method in which an active material, a binder and a thickener are dissolved in a solvent, kneaded, dried and granulated. In this case, the mixing ratio (wt%) of the active material, the binder, and the thickener is approximately 97.3: 2.0: 0.7. For example, carboxymethylcellulose (CMC) can be used as the thickener.
Here, the deposition amount of the granulated particles 41 is about 10 mg / cm 2 , and the thickness of the deposition layer 42 is about 100 to 120 μm.

粉体フィーダ4を通過した、造粒粒子41の堆積層42が形成されたポリオレフィン系セパレータZは、加圧ローラ5、6の間を通過する。加圧ローラ5、6は、造粒粒子41の堆積層42を加圧して、所定の密度の合剤層43を形成する装置である。加圧成型することによって、合剤層43は、ポリオレフィン系セパレータZと活物質の間に入った結着材を密着させて剥離強度を高めることができる。加圧後の合剤層43の厚さは、80μm程度である。
以上のように、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池の製造方法によれば、電極板
におけるポリオレフィン系セパレータZの片面に合剤層43を形成することができる。なお、電極板におけるポリオレフィン系セパレータZの両面に合剤層43を形成する場合には、上記製造方法を2回繰り返すことになる。
The polyolefin-based separator Z that has passed through the powder feeder 4 and on which the deposited layer 42 of the granulated particles 41 has been formed passes between the pressure rollers 5 and 6. The pressure rollers 5 and 6 are devices that press the deposited layer 42 of the granulated particles 41 to form a mixture layer 43 having a predetermined density. By pressure molding, the mixture layer 43 can increase the peel strength by bringing the binder material between the polyolefin separator Z and the active material into close contact. The thickness of the mixture layer 43 after pressurization is about 80 μm.
As mentioned above, according to the manufacturing method of the lithium ion secondary battery which concerns on this embodiment, the mixture layer 43 can be formed in the single side | surface of the polyolefin-type separator Z in an electrode plate. In addition, when forming the mixture layer 43 on both surfaces of the polyolefin-type separator Z in an electrode plate, the said manufacturing method will be repeated twice.

<合剤層の剥離強度向上のメカニズムとその効果>
次に、本実施形態に係る製造方法により製造したリチウムイオン二次電池の電極板において、合剤層の剥離強度を向上させるメカニズムとその効果について説明する。合剤層の剥離強度を向上させるメカニズムには、大きく言って、3つの特徴がある。図4に、本実施形態においてセパレータ上に合剤の造粒粒子が吸着された状態の模式的断面図を示す。
<Mechanism for improving peel strength of mixture layer and its effect>
Next, in the electrode plate of the lithium ion secondary battery manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment, a mechanism for improving the peel strength of the mixture layer and the effect thereof will be described. The mechanism for improving the peel strength of the mixture layer has three characteristics. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the granulated particles of the mixture are adsorbed on the separator in the present embodiment.

第1の特徴は、充放電時に膨張収縮する活物質Kに追従して、ポリオレフィン系セパレータZが伸縮することである。
活物質Kは、ポリオレフィン系セパレータZ上に結着されている。充放電することによって、活物質Kの結晶内にリチウムイオンが出入りすると、活物質Kの体積は、約10%程度膨張収縮する。この膨張収縮の時に、活物質Kがセパレータに結着されて動きが拘束されると、活物質Kの結晶が分割されたり、セパレータから剥がれたりする。
しかし、ポリオレフィン系セパレータZは、金属箔である正極板又は負極板に比較して伸縮性が高い。活物質Kが膨張収縮するとき、活物質Kに追従して、ポリオレフィン系セパレータZは伸縮することができる。すなわち、ポリオレフィン系セパレータZは、活物質Kの膨張収縮と共に伸縮できるので、活物質Kとポリオレフィン系セパレータZと間で、ズレが生じにくい。
したがって、充放電時に膨張収縮する活物質Kに対しても、合剤層の割れ、剥がれが起こりにくい。
The first feature is that the polyolefin separator Z expands and contracts following the active material K that expands and contracts during charge and discharge.
The active material K is bound on the polyolefin separator Z. When lithium ions enter and exit the crystal of the active material K by charging and discharging, the volume of the active material K expands and contracts by about 10%. When the active material K is bound to the separator during the expansion and contraction and the movement is restricted, the crystal of the active material K is divided or peeled off from the separator.
However, the polyolefin-based separator Z is highly stretchable compared to a positive electrode plate or a negative electrode plate that is a metal foil. When the active material K expands and contracts, the polyolefin separator Z can expand and contract following the active material K. That is, since the polyolefin-based separator Z can be expanded and contracted with the expansion and contraction of the active material K, there is hardly any deviation between the active material K and the polyolefin-based separator Z.
Therefore, the mixture layer is not easily cracked or peeled off against the active material K that expands and contracts during charge and discharge.

第2の特徴は、造粒粒子の活物質Kと結着材BDが略均一に分散されて堆積されることである。
図4に示すように、ポリオレフィン系セパレータZの表面には、造粒粒子の活物質Kと結着材BDが所定の割合で略均一に分散されて堆積されている。そのため、従来の塗布電極のように、堆積層Gの上方に結着材BDが偏析することはなく、活物質Kの間には、適量の結着材BDが分散されている。
したがって、堆積層Gが加圧されて粉体成型されたとき、略均一に分散された結着材BDによって活物質同士が略均一に結着されて、剥離強度が向上する。そして、堆積層Gの上方に結着材BDが偏析していないので、導電パスも確実に形成することもできる。
The second feature is that the active material K of the granulated particles and the binder BD are dispersed in a substantially uniform manner.
As shown in FIG. 4, on the surface of the polyolefin-based separator Z, the active material K of the granulated particles and the binder BD are deposited in a substantially uniform manner at a predetermined ratio. Therefore, the binding material BD does not segregate above the deposition layer G as in the case of a conventional coating electrode, and an appropriate amount of the binding material BD is dispersed between the active materials K.
Therefore, when the deposited layer G is pressurized and powder-molded, the active materials are bound substantially uniformly by the binding material BD dispersed substantially uniformly, and the peel strength is improved. Since the binder BD is not segregated above the deposited layer G, a conductive path can also be reliably formed.

第3の特徴は、帯電されたポリオレフィン系セパレータZ上には、結着材BDが優先的に吸引されることである。
ポリオレフィン系セパレータZは、コイル巻き戻し機ZCによって巻き戻され搬送される間に、帯電されている。そのため、図4に示すように、有機物である結着材BDは、誘電分極されて、無機物である活物質Kよりも優先的にポリオレフィン系セパレータZ上に吸引される。
したがって、活物質Kとポリオレフィン系セパレータZとの間に、結着材BDが多く集まって、堆積層Gが加圧されて粉体成型されたとき、結着材BDによって活物質Kとポリオレフィン系セパレータZとが確実に結着される。コロナ放電処理すると、一層効果的である。
The third feature is that the binder BD is preferentially sucked onto the charged polyolefin separator Z.
The polyolefin-based separator Z is charged while being rewound and conveyed by the coil rewinder ZC. Therefore, as shown in FIG. 4, the organic binder BD is dielectrically polarized and sucked onto the polyolefin separator Z preferentially over the inorganic active material K.
Therefore, when a large amount of the binder BD gathers between the active material K and the polyolefin-based separator Z, and the deposited layer G is pressed and powder-molded, the active material K and the polyolefin-based material are bound by the binder BD. The separator Z is securely bound. A corona discharge treatment is more effective.

図5に、本実施形態により製造した電極板における合剤層の90度剥離強度のグラフを示す。図5は、従来の塗布電極とカーボンコート箔に粉体成型した電極とポリオレフィン系セパレータZ上に粉体成型した電極(本実施形態)とを90度剥離試験(JIS K6854に準ずる)によって剥離強度を比較したグラフである。
図5に示すように、ポリオレフィン系セパレータZ上に粉体成型した電極(本実施形態)の剥離強度が最も高く、従来の塗布電極より約65%上昇し、カーボンコート箔に粉体成型した電極より約130%上昇している。
以上のように、本実施形態に係る製造方法により製造したリチウムイオン二次電池の電極板は、合剤層の剥離強度を大幅に向上させることができる。
In FIG. 5, the graph of the 90 degree | times peeling strength of the mixture layer in the electrode plate manufactured by this embodiment is shown. FIG. 5 shows the peel strength of a conventional coated electrode, an electrode powder-molded on a carbon-coated foil, and an electrode powder-molded on a polyolefin-based separator Z (this embodiment) by a 90-degree peel test (according to JIS K6854). It is the graph which compared.
As shown in FIG. 5, the peel strength of the electrode (this embodiment) molded on the polyolefin separator Z is the highest, which is about 65% higher than the conventional coated electrode, and is powder molded on the carbon coated foil. That is about 130% higher.
As described above, the electrode plate of the lithium ion secondary battery manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment can greatly improve the peel strength of the mixture layer.

<耐久試験後の容量維持率>
次に、本実施形態に係る製造方法により製造したリチウムイオン二次電池の電極板において、耐久試験後の容量維持率を説明する。図6に、本実施形態により製造した電極板における耐久試験後の容量維持率のグラフを示す。
図6は、従来の塗布電極とカーボンコート箔に粉体成型した電極とポリオレフィン系セパレータZ上に粉体成型した電極(本実施形態)とを、60℃の環境下で、電流2Cレートで、400サイクルの耐久試験を行い、その後の容量維持率を比較したグラフである。
図6に示すように、ポリオレフィン系セパレータZ上に粉体成型した電極(本実施形態)の容量維持率が最も高く、従来の塗布電極より約2.4%上昇し、カーボンコート箔に粉体成型した電極より約4.5%上昇している。
以上のように、本実施形態に係る製造方法により製造したリチウムイオン二次電池の電極板は、耐久試験後の容量維持率を向上させることができる。
<Capacity retention after endurance test>
Next, in the electrode plate of the lithium ion secondary battery manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment, the capacity maintenance rate after the durability test will be described. In FIG. 6, the graph of the capacity | capacitance maintenance factor after the endurance test in the electrode plate manufactured by this embodiment is shown.
FIG. 6 shows a conventional coated electrode, an electrode powder-molded on a carbon-coated foil, and an electrode powder-molded on a polyolefin-based separator Z (this embodiment) at a current 2C rate in a 60 ° C. environment. It is the graph which performed the durability test of 400 cycles and compared the capacity retention rate after that.
As shown in FIG. 6, the capacity retention rate of the electrode (this embodiment) molded on the polyolefin separator Z is the highest, rising about 2.4% from the conventional coated electrode, and the powder is applied to the carbon coated foil. It is about 4.5% higher than the molded electrode.
As described above, the electrode plate of the lithium ion secondary battery manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment can improve the capacity retention rate after the durability test.

<変形例>
次に、本発明の要旨を変更することなく、実施できるリチウムイオン二次電池の製造方法について説明する。
本実施形態は、セパレータの片面毎に活物質及び結着材等を含む合剤層を形成する方法であるが、セパレータの両面同時に合剤層を形成することもできる。
具体的には、左右の加圧ローラは、ポリオレフィン系セパレータZを狭んで対向する位置に配置される。左右の加圧ローラ上に配置された第1粉体フィーダと第2粉体フィーダとによって、活物質と結着材を含有する粉体の造粒粒子を左右の加圧ローラ上に積層させ、積層された堆積層をポリオレフィン系セパレータに加圧しながら回転して、ポリオレフィン系セパレータの両面に、同時に合剤層を形成する。
<Modification>
Next, the manufacturing method of the lithium ion secondary battery which can be implemented without changing the gist of the present invention will be described.
Although this embodiment is a method of forming a mixture layer containing an active material, a binder and the like on each side of the separator, the mixture layer can also be formed simultaneously on both sides of the separator.
Specifically, the left and right pressure rollers are arranged at positions facing each other with the polyolefin-based separator Z narrowed. With the first powder feeder and the second powder feeder arranged on the left and right pressure rollers, the granulated particles of the powder containing the active material and the binder are laminated on the left and right pressure rollers, The laminated deposition layer is rotated while being pressed against the polyolefin separator, and a mixture layer is simultaneously formed on both surfaces of the polyolefin separator.

本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載されるリチウムイオン二次電池の製造方法として利用できる。   The present invention can be used as a method of manufacturing a lithium ion secondary battery mounted on an electric vehicle, a hybrid vehicle, or the like.

1、2 送りローラ
3 コロナ放電装置
4 粉体フィーダ
5、6 加圧ローラ
10 リチウムイオン二次電池の製造装置
31 コロナ放電
41 造粒粒子
42 堆積層
43 合剤層
100 リチウムイオン二次電池
101 電極体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Feed roller 3 Corona discharge apparatus 4 Powder feeder 5, 6 Pressure roller 10 Lithium ion secondary battery manufacturing apparatus 31 Corona discharge 41 Granulated particle 42 Deposited layer 43 Mixture layer 100 Lithium ion secondary battery 101 Electrode body

Claims (3)

少なくとも活物質と結着材とを含む粉末状の造粒粒子をポリオレフィン系樹脂又はPET又はPENからなるセパレータ上に供給して堆積層を形成し、該堆積層を加圧成型して前記セパレータ上に合剤層を形成させるリチウムイオン二次電池の製造方法。 Powdered granulated particles containing at least an active material and a binder are supplied onto a separator made of polyolefin resin or PET or PEN to form a deposited layer, and the deposited layer is formed by pressure molding on the separator . A method for producing a lithium ion secondary battery in which a mixture layer is formed. 請求項1に記載されたリチウムイオン二次電池の製造方法において、
前記セパレータを、正又は負に帯電させることを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法。
In the manufacturing method of the lithium ion secondary battery described in claim 1,
A method for producing a lithium ion secondary battery, wherein the separator is charged positively or negatively.
請求項1又は請求項2に記載されたリチウムイオン二次電池の製造方法において、
前記セパレータは、コロナ放電処理で正又は負に帯電制御させることを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法。
In the manufacturing method of the lithium ion secondary battery described in claim 1 or claim 2,
The separator is controlled to be positively or negatively charged by corona discharge treatment, and the method for producing a lithium ion secondary battery.
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