JP6264780B2 - 電極製造方法および電極製造装置 - Google Patents
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Description
本発明は、電気デバイスの電極を製造する電極製造方法および電極製造装置に関する。
近年、環境保護運動の高まりを背景として、電気自動車（ＥＶ）およびハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の開発が進められている。これらのモータ駆動用電源としては繰り返し充放電可能な二次電池等のモータ駆動用電気デバイスが適している。特に高容量、高出力が期待できるリチウムイオン二次電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。
電気デバイスとしてのリチウムイオン二次電池は、たとえば、発電要素をラミネートフィルムによって封止して構成されている。発電要素は、正極と、負極と、セパレーターとを含んでいる。正極は、集電体（たとえば、アルミニウム）の表面に、正極活物質やバインダーを含む電極材が形成されている。正極活物質は、たとえば、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＭｎＯ2、ＬｉＮｉＯ2等を含んでいる。負極は、集電体（たとえば、銅）の表面に、負極活物質やバインダーを含む電極材が形成されている。負極活物質は、たとえば、グラファイトを含んでいる。
以上のようなリチウムイオン二次電池は、さらなる高容量化が望まれている。そこで、従来から、集電体の表面に電極材を塗布した後、乾燥、プレスすることによって、より多くの活物質を充填させる手法が用いられている。
しかし、活物質が高密度化することによって、注液された電解液が電極に含浸しにくくなるという問題が発生する。
この問題を解決するために、たとえば、特許文献１には、集電体上に形成された活物質層を平面視したとき、その平面内の一部に活物質の密度が異なる領域を設ける技術が開示されている。この技術を採用すれば、電解液は活物質の密度が相対的に低い領域を伝わるようになるため、結果として電解液の吸液性が高められ、電解液の含浸性は向上する。
しかし、特許文献１に記載の発明では、活物質層の平面内において活物質の密度を異ならせているため、当該平面内において電解液と活物質との反応量に偏りができてしまう。これでは、反応が集中する部分においては、他の部分よりも劣化が早くなってしまい、結果として、電池のサイクル特性が悪くなってしまう、という問題がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電極の局所的な劣化を防止しつつ、電解液の含浸性を向上させる電極製造方法および電極製造装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成する本発明は、電極製造方法である。まず、活物質層がシート状の集電体の少なくとも一面に形成されてなる電極を、常温でプレスする。そして、常温でプレスされた常温状態の前記電極を、前記活物質層において前記集電体に接触する第１面と当該第１面と反対側の第２面のうち、前記第２面のみを１３０℃以上、且つ１５０℃以下の温度で加熱しつつ、プレスする。前記電極を常温でプレスする際、最終目標とする所定の密度を基準として２０％以上５０％以下の圧縮を行う。
また、上記目的を達成する本発明は、電極製造装置である。電極製造装置は、活物質層がシート状の集電体の少なくとも一面に形成されてなる電極を、常温でプレスする第１プレス部と、前記第１プレス部においてプレスされた常温状態の前記電極を、前記活物質層において前記集電体に接触する第１面と当該第１面と反対側の第２面のうち、前記第２面のみを１３０℃以上、且つ１５０℃以下の温度で加熱しつつ、プレスする、前記第１プレス部とは異なる第２プレス部と、を備える。
本発明によれば、電極を第１温度においてプレスした後、その第１温度よりも高い第２温度においてプレスすることにより、電極の活物質層は、集電体側よりも、その反対側の表面の方が活物質の密度が高くなる。その結果、集電体側とその反対側において活物質層内を含浸する電解液にかかる圧力に高低差が生じ、電解液の電極への含浸性は向上する。さらに、活物質層を平面視したときのその平面内において、電解液の分布が不均一になることもなく、電極の局所的な劣化を防止できる。
上記した以外の課題、構成、および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
以下、添付した図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
＜電池１０＞
図１は、本実施形態に係る電池１０の概略断面図である。本実施形態に係る電池１０は、たとえば、非水系二次電池の一種であるリチウムイオン二次電池である。
図１は、本実施形態に係る電池１０の概略断面図である。本実施形態に係る電池１０は、たとえば、非水系二次電池の一種であるリチウムイオン二次電池である。
図１に示されるように、電池１０は、充放電を行う発電要素２０および電解液２８を電池外装材３０の内部に密封した構造を有する。
発電要素２０は、複数の電極２１、２２と、セパレーター２３と、が積層されて構成されている。
各電極２１、２２は、極性を有しており、以下では、正極の電極を正極電極２１と称し、負極の電極を負極電極２２と称する。図示する例では、正極電極２１と負極電極２２がセパレーター２３を介して交互に積層されており、一対の正極電極２１および負極電極２２からなる単電池が電気的に並列接続されている。したがって、本実施形態の電池１０は、いわゆる積層型とよばれる構造の電池である。
正極電極２１は、薄いシート状の導電体である正極集電体２４の両面に、正極活物質、導電助剤、バインダーなどを含む正極活物質層（正極電極材とも言う）２５が形成されている。
正極集電体２４は、たとえば、正極集電体２４は、アルミニウム、ニッケル、ステンレスなどの金属材料によって構成されている。正極集電体２４は、一側が伸延し、正極タブとして電池外装材３０の外部に引き出されている。
正極活物質層２５に含まれる正極活物質は、電極反応において正極電極２１と負極電極２２との間を往来する物質（イオン）を蓄積および放出できる正極材料である。たとえば、正極活物質は、リチウム、リチウム酸化物、特にリチウムと遷移金属とを含む複合酸化物、リチウム硫化物、リチウムを含む層間化合物、リチウムリン酸化合物などの材料を含んでいる。
正極活物質層２５に含まれる導電助剤は、正極活物質の導電性を改善する機能を有し、たとえば、アセチレンブラック、グラファイト（黒鉛）などの炭素材料によって構成されている。
正極活物質層２５に含まれるバインダーは、正極集電体２４と正極活物質層２５との結着材としての機能を有し、たとえば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）によって構成されている。
負極電極２２は、薄いシート状の導電体である負極集電体２６の両面に、負極活物質、導電助剤、バインダーなどを含む負極活物質層（負極電極材とも言う）２７が形成されている。
負極集電体２６は、負極活物質層２７との間で電子を授受して、一側から延びた負極タブを通して外部機器と電子を授受する。たとえば、負極集電体２６は、銅などの金属材料によって構成されている。なお、各負極集電体２６の一側から延びた負極タブは、電気的に接続して電池外装材３０の外部に一部突出するように設けられる。
負極活物質層２７に含まれる負極活物質は、電極反応において正極電極２１と負極電極２２との間を往来する物質（イオン）を蓄積および放出できる負極材料である。たとえば、負極活物質は、グラファイトなどの材料を含んでいる。
負極活物質層２７に含まれる導電助剤は、負極活物質の導電性を改善する機能を有し、たとえば、アセチレンブラック、グラファイト（黒鉛）などの炭素材料によって構成されている。
負極活物質層２７に含まれるバインダーは、負極集電体２６と負極活物質層２７との結着材としての機能を有し、たとえば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）によって構成されている。また、ポリフッ化ビニリデンのような溶剤系バインダー以外に、ポリマー微粒子、ゴム材料を水に分散させた水系バインダー（たとえば、スチレン−ブタジエンゴム）を用いてもよい。
セパレーター２３は、正極電極２１と負極電極２２の間に設けられ、正極電極２１と負極電極２２を電気的に隔離している。セパレーター２３は、正極電極２１と負極電極２２との間に電解液２８を保持して、イオンの伝導性を担保している。たとえば、セパレーター２３には、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン製の多孔質膜、セラミック製の多孔質膜などが用いられる。
電解液２８は、非水（系）電解液であり、たとえば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等の環状カーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート等の鎖状カーボネート、など種々の有機溶剤からなる。電解液２８を介して正極電極２１と負極電極２２の間をイオンが移動することで、発電要素２０に蓄電された電気が充放電される。
電池外装材３０は、たとえば、内部に金属板を備えたラミネートシートから構成され、発電要素２０を両側から被覆して封止している。また、電池外装材３０の一部が開放されて電解液２８が注入され、セパレーター２３等に電解液２８が含浸する。
＜電極の製造方法＞
次に、以上のような構成を有する電池１０に含まれる電極の製造方法について説明する。なお、以下の電極の製造方法は、正極電極２１および負極電極２２について基本的に同様の処理となる。したがって、以下では、一例として、正極電極２１の製造方法について説明する。負極電極２２についても、正極電極２１と同様の作用や効果が得られることに留意する。
次に、以上のような構成を有する電池１０に含まれる電極の製造方法について説明する。なお、以下の電極の製造方法は、正極電極２１および負極電極２２について基本的に同様の処理となる。したがって、以下では、一例として、正極電極２１の製造方法について説明する。負極電極２２についても、正極電極２１と同様の作用や効果が得られることに留意する。
電池用電極の製造工程において、まず、正極活物質、導電助剤、バインダー等の材料を、溶媒中で混練、分散させて、正極活物質層２５を形成するためのスラリー状の塗工液を調製する。そして、この塗工液を正極集電体２４の両面塗布し、次いで乾燥させて集電体２４上に正極活物質層２５を形成する。さらに、乾燥後の正極活物質層２５をプレスすることにより、集電体２４の少なくとも一面に所定厚さの正極活物質層２５を有する電極２１が形成される。
以上のように形成される電池用電極の製造工程のうち、集電体２４上の電極活物質層２５をプレスする工程（以下「プレス工程」と称する）について、図２〜４を参照して詳細に説明する。
図２は、プレス工程を行うプレス装置の概略構成例を示す図である。図３は、プレス工程においてプレスされる電極活物質層の状態を示す図である。図４は、正極活物質層に含浸する電解液について説明するための図である。
図２に示されるとおり、本実施形態のプレス工程では、２段階のプレスが行われる。そのため、本実施形態のプレス装置４０は、異なる条件でプレス可能な第１プレス機構４１と、第２プレス機構４２と、を備えている。２段階のプレスを順に行うため、プレス対象である正極活物質層２５を含む正極電極２１は、第１プレス機構４１および第２プレス機構４２を経由して搬送される。
第１プレス機構４１および第２プレス機構４２は、それぞれ、一対のプレスローラー４１ａ、４１ｂおよび一対のプレスローラー４２ａ、４２ｂを備える。プレスローラー４１ａ、４１ｂおよびプレスローラー４２ａ、４２ｂは、それぞれ、ローラー形状に形成されており、正極電極２１の搬送速度に同期して回転する。プレスローラー４１ａ、４１ｂおよびプレスローラー４２ａ、４２ｂは、間に正極電極２１が通過できるように、それぞれ異なる幅の隙間を設けて配置されている。
プレスローラー４１ａおよびプレスローラー４１ｂ間の隙間は、正極活物質を平均して中間目標密度に圧縮できるように調整されている。中間目標密度は、２段階のプレスのうち１段階目（第１プレス）において達成する正極活物質の密度である。プレスローラー４２ａ、４２ｂ間の隙間は、正極活物質を平均して最終目標密度に圧縮できるように調整されている。最終目標密度は、２段階目のプレス（第２プレス）において達成する正極活物質の密度である。
中間目標密度は、最終目標密度を基準として決定され、最終目標密度は、電池性能を考慮して適宜決定される。具体的には、中間目標密度は、最終目標密度を基準として所定の割合（たとえば、２０％以上５０％以下）に相当する密度である。たとえば、図３に示すように、正極活物質層２５の最終目標密度をＤ２［ｇ／ｃｍ3］とすると、中間目標密度Ｄ１［ｇ／ｃｍ3］は、Ｄ２［ｇ／ｃｍ3］×（ｐ／１００）［ｇ／ｃｍ3］と設定される。ここで、ｐは、上記の所定の割合（％）である。
第１プレスは、第１温度において行われる。第１温度は、常温（室温）であり、たとえば、２０℃以上、３０℃以下の温度である。第２プレスは、第１温度よりも高い第２温度において行われる。ここで、第２温度は、たとえば、１３０℃以上、１５０℃以下の温度である。第１プレスおよび第２プレスの温度管理のために、プレスローラー４１ａ、４１ｂおよびプレスローラー４２ａ、４２ｂには、ヒーター等の温度調整手段が設けられている。
上記のような本実施形態のプレス装置４０による具体的な作用は次の通りである。
プレス装置４０は、温度の異なる２段階のプレスを実行する。第１プレスとして、プレス装置４０は、正極電極２１の正極活物質層２５を、最終目標密度よりも低い中間目標密度まで圧縮する。この時、プレスローラー４１ａ、４１ｂの温度は、比較的低い、たとえば常温（室温）である第１温度に管理されている。正極活物質層２５の全体と、プレスローラー４１ａ、４１ｂとの温度差が小さいか、ほとんどない。したがって、正極活物質層２５は、プレスローラー４１ａ、４１ｂから熱的影響をほとんど受けない。正極活物質層２５内での温度分布が均一なので、正極活物質の流動性も均一であり、プレスローラー４１ａ、４１ｂによる圧縮力は、正極活物質層２５全体に均一に与えられる。結果として、正極活物質層２５は、全体的に均一に中間目標密度に圧縮される。
続く、第２プレスとして、プレス装置４０は、正極電極２１の正極活物質層２５を、最終目標密度まで圧縮する。この時、プレスローラー４２ａ、４２ｂの温度は、第１温度よりも高い、たとえば、１３０℃〜１５０℃に管理されている。正極活物質層２５の全体と、プレスローラー４２ａ、４２ｂとに、第１プレス時よりも大きな温度差がある。したがって、正極活物質層２５は、プレスローラー４２ａ、４２ｂから近い部分程、プレスローラー４２ａ、４２ｂから熱的影響を受ける。つまり、正極活物質層２５は、プレスローラー４２ａ、４２ｂと接触する表面に近い部分程、温度が高くなる。正極活物質層２５内での温度が不均一になり、表面に近い部分程、正極活物質に含まれる樹脂の粘性が低く、流動性が高くなる。かつ、正極活物質層２５内において、表面に近い部分程、温度上昇により内在する空気が膨張し、表面から放出されやすくなる。したがって、プレスローラー４２ａ、４２ｂによる圧縮力は、正極活物質層２５の表面に近い程高く影響し、密度は、膨張した空気が放出される分、表面に近い程高くなる。逆に、プレスローラー４２ａ、４２ｂによる圧縮力は、正極集電体２４に近い程、影響が小さく、密度は、正極集電体２４に近い程低くなる。このように、第２プレスでは、正極活物質層２５は、全体を平均すれば最終目標密度まで圧縮されるものの、密度が不均一に形成される。
このように、最終目標密度まで圧縮されると、正極活物質層２５は、表面側において、正極集電体２４側よりも、密度が高くなる。正極活物質層２５において、密度が高い表面側は、空隙が少ない、あるいは小さく存在する。つまり、密度が高い表面側では、表面積が小さくなる。一方、正極活物質層２５において、密度が低い正極集電体２４側は、空隙が多い、あるいは大きく存在する。つまり、密度が低い正極集電体２４側では、表面積が大きくなる。
以上のように、表面側よりも集電体側において表面積が大きく形成された正極電極２１を二次電池に適用した場合の効果、および正極電極２１の製造方法による効果は次の通りである。
正極電極２１に電解液２８を供給した場合、正極活物質層２５に入り込んだ電解液２８には、毛管現象が働く。したがって、毛管現象により、電解液２８にかかる圧力に高低差が生じ、電解液２８が表面側から正極集電体２４側へ含浸しやすくなる。たとえば、図４を参照すると、正極活物質層２５から正極集電体２４に向かう矢印の方向に、電解液２８の含浸しやすくなる。したがって、毛管現象を利用しない場合よりも、電解液２８が正極活物質層２５に含浸する含浸速度が向上する。
また、常温プレスである第１プレスでは、正極活物質層２５全体の密度を均一に圧縮し、ホットプレスである第２プレスでは、第１プレス後の正極活物質層２５の表面にプレスローラー４２ａ、４２ｂからの熱を加えている。第１プレス後の正極活物質層２５は、第１プレス前と比べて厚みが薄くなっているので、第１プレス前の状態からホットプレスするよりも、第１プレス後にホットプレスした方が、正極活物質層２５の深部まで熱が伝わる。したがって、毛管現象を正極活物質層２５の深部まで発現させられる。
また、上記実施形態では、正極活物質が正極集電体２４に塗布され、乾燥された後に、正極活物質層２５をプレスするため、プレス時には正極活物質層２５は形状が定まっている。そのため、中間目標密度、最終目標密度といった目標密度となるように正極活物質層２５を正確にプレスできる。
また、正極集電体２４の両面に正極活物質層２５が形成された正極電極２１を、一対のプレスローラー４１ａ、４１ｂおよびプレスローラー４２ａ、４２ｂにより両面からプレスする。したがって、片面ずつ処理するよりも、正極電極２１の製造速度が向上する。
さらに、正極活物質層２５を平面視したときのその平面内（図４中の左右方向）では、電解液２８の分布が均一になる。そのため、正極活物質層２５内の平面における位置によらず正極活物質と電解液２８が均一に反応する。局所的な反応が起こらないので、電極の局所的な劣化を防止できる。
なお、上記実施形態においては、電極として、正極電極２１を製造する例について説明した。しかし、電極として、負極電極２２を製造する場合においても本願発明は適用できる。負極電極２２の製造においても、正極電極２１の製造と同様の作用および効果を達成できる。ただし、負極電極２２の負極活物質層２７に含まれる材料等は上述の通り、正極電極２１とは異なる。また、達成されるべき平均の圧縮率も、正極電極２１と負極電極２２とでは異なる。したがって、第１プレスおよび第２プレスにおけるプレスローラー４１ａ、４１ｂおよびプレスローラー４２ａ、４２ｂ間の隙間量等は適宜調整される。
実施形態は、本発明の要旨を例示することを意図し、本発明を限定するものではない。多くの代替物、修正、変形例は当業者にとって明らかである。変形例としては、以下のようなものがある。
上記実施形態では、電極活物質層２５、２７の中間目標密度および最終目標密度を設定している。しかし、電極活物質層２５、２７の厚みについて、中間目標厚みおよび最終目標厚みを設定して、第１プレスおよび第２プレスのプレス量を管理してもよい。この場合、プレスローラー４１ａ、４１ｂおよびプレスローラー４２ａ、４２ｂ間の隙間量を調整するだけなので、プレスローラー４１、４２の管理が容易となる。
上記実施形態の第１プレスおよび第２プレスでは、電極２１、２２の両面に形成された電極活物質層２５、２７を、電極の両面からそれぞれ同時にプレスしている。しかし、集電体２４、２６の片面にだけ電極活物質層２５、２７を形成する場合には、第１プレスおよび第２プレスによって、片面に形成された電極活物質層２５、２７をプレスしてよい。
上記実施形態では、第１プレスおよび第２プレスにおいて、プレスローラー４１ａ、４１ｂおよびプレスローラー４２ａ、４２ｂを用いている。しかし、ローラー状のプレス装置以外のプレス装置を使用してもよい。たとえば、互いに平行な平面を有する一対の型の間に、電極２１、電極２２を配置し、相対的に一対の型を接近させて電極２１、２２を挟み込んで、電極活物質層２５、２７をプレスしてもよい。電極活物質層２５、２７が集電体２４、２６の片側にだけ形成されている場合も同様にプレスできる。片側にだけ電極活物質層２５、２７が形成されている場合、第２プレスにおいては、集電体側の型は加熱しない。
また、上記実施形態では、発電要素２０として、２本の正極電極２１と、２本の負極電極２２が示されているが、電極の個数は、これに限らない。
また、上記実施形態では、非水系二次電池の例としてリチウムイオン二次電池を挙げているが、電解液２８を電極活物質層２５、２７に含浸させて用いる電池であれば、その名称や構造に依らない。
＜評価実験１＞
次に、上記の製造方法により形成された電極活物質層２５、２７への電解液２８の含浸時間（含浸速度）について評価実験１を説明する。
次に、上記の製造方法により形成された電極活物質層２５、２７への電解液２８の含浸時間（含浸速度）について評価実験１を説明する。
実施例１は、第１プレスによる圧縮と第２プレスによる圧縮の配分を「５０：５０」としたときの評価実験１であり、比較例１、２は、第１プレスによる圧縮と第２プレスによる圧縮の配分を「０：１００」、「１００：０」に変更したときの評価実験１である。
（実施例１）
まず、実施例１について説明する。
まず、実施例１について説明する。
実施例１では、正極活物質としてマンガン酸リチウムとニッケル酸リチウムの混合材（たとえば、「４：１」の重量比で混合）を用いた。また、導電助剤としてカーボンを用い、バインダーとして半結晶性高分子のポリフッ化ビリニデン（結晶変化点１３６℃、融点１７０℃）を用いた。そして、これらを所定の割合で混合し、バインダーを融解させるためにＮ−メチル２ピロリドン（ＮＭＰ）を加えてスラリー状とした。このスラリー状の塗工液を、スリットダイを用いて所定の厚み（密度）となるように正極集電体２４へ塗布し、１２０℃〜１４０℃の温度で１分３０秒乾燥させた。これにより、正極集電体２４上に正極活物質層２５が形成された電極（正極）が得られた。
次に、上記の第１プレスによって、正極活物質の密度が２．９５ｇ／ｃｍ3という最終目標密度の５０％に相当する密度（すなわち、１．４７５ｇ／ｃｍ3）となるように電極を圧縮した。
さらに、第１プレスによって圧縮済みの電極を、１４０℃の第２プレスにより、正極活物質の密度が最終目標密度（２．９５ｇ／ｃｍ3）となるまで圧縮した。
つまり、第１プレスによる圧縮と第２プレスによる圧縮の配分が「５０：５０」となるプレスによって、電極のサンプルを得た。そして、上記の工程を繰り返すことによって、複数個（たとえば、２０個）のサンプルを得た。
続いて、得られた各サンプルに対して、正極活物質層２５の表面側から電解液２８を１μｌ滴下し、浸透時間（たとえば、電解液２８が正極集電体２４に到達するまでの時間）をそれぞれ計測した。
図５の左図は、実施例１に係る評価実験１の結果を示すヒストグラムである。縦軸は、電解液２８の浸透時間（秒）を表しており、横軸は、サンプル数を表している。
図５の左図に示すとおり、実施例１に係る評価実験１では、２０個のサンプルのうち、電解液２８の浸透時間が６２秒以上９３秒未満となるサンプルが１１個存在し、９３秒以上１２４秒未満となるサンプルは９個存在した。そして、電解液２８の浸透時間についての平均値は９０．６５秒、分散値は１５．１６３２３秒であった。
（比較例１）
次に、比較例１について説明する。
次に、比較例１について説明する。
比較例１では、実施例１と同様の材料を混合して塗工液が作成され、実施例１と同様の方法によって正極集電体２４上に正極活物質層２５が形成された電極（正極）を得た。
ただし、比較例１では、得られた電極に対して第１プレスは行わず、１４０℃の第２プレスによってのみ、正極活物質の密度が最終目標密度（２．９５ｇ／ｃｍ3）となるまで圧縮した。
つまり、第１プレスによる圧縮と第２プレスによる圧縮の配分が「０：１００」となるプレスによって、電極のサンプルを得た。そして、上記の工程を繰り返すことによって、複数個（たとえば、１６個）のサンプルを得た。
続いて、得られた各サンプルに対して、正極活物質層２５の表面側から電解液２８を１μｌ滴下し、浸透時間をそれぞれ計測した。
図５の中央図は、比較例１に係る評価実験１の結果を示すヒストグラムである。縦軸は、電解液２８の浸透時間（秒）を表しており、横軸は、サンプル数を表している。
図５の中央図に示すとおり、比較例１に係る評価実験１では、１６個のサンプルのうち、電解液２８の浸透時間が９３秒以上１２４秒未満となるサンプルが１０個存在し、１２４秒以上１５５秒未満となるサンプルは６個存在した。そして、電解液２８の浸透時間についての平均値は１２２．１８７５秒、分散値は１２．０６２１７秒であった。
浸透時間の平均値を実施例１と比較すれば、比較例１の方が電解液２８の浸透に時間を要することがわかる。
（比較例２）
次に、比較例２について説明する。
次に、比較例２について説明する。
比較例２では、実施例１、比較例１と同様の材料を混合して塗工液が作成され、実施例１、比較例１と同様の方法によって正極集電体２４上に正極活物質層２５が形成された電極（正極）を得た。
ただし、比較例２では、得られた電極に対して第２プレスは行わず、常温の第１プレスによってのみ、正極活物質の密度が最終目標密度（２．９５ｇ／ｃｍ３）となるまで圧縮した。
つまり、第１プレスによる圧縮と第２プレスによる圧縮の配分が「１００：０」となるプレスによって、電極のサンプルを得た。そして、上記の工程を繰り返すことによって、複数個（たとえば、１５個）のサンプルを得た。
続いて、得られた各サンプルに対して、正極活物質層２５の表面側から電解液２８を１μｌ滴下し、浸透時間をそれぞれ計測した。
図５の右図は、比較例２に係る評価実験１の結果を示すヒストグラムである。縦軸は、電解液２８の浸透時間（秒）を表しており、横軸は、サンプル数を表している。
図５の右図に示すとおり、比較例２に係る評価実験１では、１５個のサンプルのうち、電解液２８の浸透時間が９３秒以上１２４秒未満となるサンプルが５個存在し、１２４秒以上１５５秒未満となるサンプルは３個存在した。また、電解液２８の浸透時間が１５５秒以上１８６秒未満となるサンプルが４個存在し、２１７秒以上２４８秒未満となるサンプルは２個存在し、２４８秒以上１７９秒未満となるサンプルは１個存在した。
そして、電解液２８の浸透時間についての平均値は１５６．６６６７秒、分散値は５０．４１３５３秒であった。
浸透時間の平均値を実施例１と比較すれば、比較例２の方が電解液２８の浸透に時間を要することがわかる。
以上の評価実験１の結果より、第１プレスの後に第２プレスを実施して電極活物質層２５、２７を圧縮すると、第１プレスと第２プレスのどちらかのプレスしか実施しない場合と比較して、電解液２８の浸透時間が短くなることがわかる。
＜評価実験２＞
次に、電池１０の電池直流抵抗についての評価実験２を説明する。
次に、電池１０の電池直流抵抗についての評価実験２を説明する。
評価実験２の対象となる電池１０には、第１プレスによる圧縮と第２プレスによる圧縮の配分が「１００：０」、「２０：８０」、「３０：７０」、「５０：５０」、「０：１００」となるプレスによってそれぞれ作成された電極が用いられた。
そして、作成された各電極を持った電池１０をそれぞれ作成し、充放電を繰り返し行った。たとえば、常温において、電流密度２ｍＡ／ｃｍ2の定電流で充電上限電圧４．１Ｖまで充電を行い、次いで電流密度２ｍＡ／ｃｍ2の定電流で放電下限電圧３．０Ｖまで放電を行う充放電を１サイクルとし、このサイクルを５００サイクル繰り返すものとした。そして、全サイクルが終了後、電池直流抵抗を測定した。なお、電池直流抵抗は、各サイクルにおいて｛（平均充電電圧−平均放電電圧）／（充放電電流×２）｝の値を求め、その平均値とした。
図６は、評価実験２の結果を示すグラフである。横軸は、評価実験２の対象となる電池１０を構成する電極の作成方法を表しており、縦軸は、測定された電池直流抵抗の値（ｍΩ）である。
図６に示すとおり、第１プレスによる圧縮と第２プレスによる圧縮の配分が「０：１００」となるプレスによって作成された電極を用いた電池１０は、電池直流抵抗が１３６０（ｍΩ）であった。また、第１、第２プレスによる圧縮の配分が「２０：８０」となるプレスによって作成された電極を用いた電池１０は、電池直流抵抗が１３４５（ｍΩ）であった。また、第１、第２プレスによる圧縮の配分が「３０：７０」となるプレスによって作成された電極を用いた電池１０は、電池直流抵抗が１３０３（ｍΩ）であった。また、第１、第２プレスによる圧縮の配分が「５０：５０」となるプレスによって作成された電極を用いた電池１０は、電池直流抵抗が１２９５（ｍΩ）であった。また、第１、第２プレスによる圧縮の配分が「１００：０」となるプレスによって作成された電極を用いた電池１０は、電池直流抵抗が１３２１（ｍΩ）であった。
この結果から、第１、第２プレスによる圧縮の配分が「２０：８０」、「３０：７０」、「５０：５０」となるプレスによって電極を作成すれば、電池直流抵抗が基準値（たとえば、１３５０ｍΩ）よりも低い電池１０を製造できることがわかった。したがって、第１プレスによって、最終目標とする電極活物質の密度を基準として２０％以上５０％以下に相当する密度となるように電極をプレスすればよいことがわかった。
１０ 電池、
２１ 正極電極、
２２ 負極電極、
２３ セパレーター、
２４ 正極集電体、
２５ 正極活物質層、
２６ 負極集電体、
２７ 負極活物質層、
２８ 電解液、
３０ 電池外装材、
４０ プレス装置、
４１ 第１プレス機構、
４１ａ、ｂ プレスローラー、
４２ 第２プレス機構、
４２ａ、ｂ プレスローラー。
２１ 正極電極、
２２ 負極電極、
２３ セパレーター、
２４ 正極集電体、
２５ 正極活物質層、
２６ 負極集電体、
２７ 負極活物質層、
２８ 電解液、
３０ 電池外装材、
４０ プレス装置、
４１ 第１プレス機構、
４１ａ、ｂ プレスローラー、
４２ 第２プレス機構、
４２ａ、ｂ プレスローラー。
Claims (5)
- 活物質層がシート状の集電体の少なくとも一面に形成されてなる電極を、常温でプレスする第１プレスステップと、
前記第１プレスステップにおいてプレスされた常温状態の前記電極を、前記活物質層において前記集電体に接触する第１面と当該第１面と反対側の第２面のうち、前記第２面のみを１３０℃以上、且つ１５０℃以下の温度で加熱しつつ、プレスする第２プレスステップと、を有し、
前記第１プレスステップにおいて、最終目標とする所定の密度を基準として２０％以上５０％以下の圧縮を行う電極製造方法。 - 前記第１プレスステップにおいて、最終目標とする所定の密度を基準として３０％以上５０％以下の圧縮を行う請求項１に記載の電極製造方法。
- 前記電極は、前記集電体の両面に活物質層が形成されており、
前記第１プレスステップおよび前記第２プレスステップでは、前記電極の両面からそれぞれの前記活物質層をプレスする請求項１又は２に記載の電極製造方法。 - 前記集電体上に活物質を塗布する塗布ステップと、
前記塗布ステップにおいて塗布された前記活物質を乾燥させて前記活物質層を形成する乾燥ステップと、
をさらに有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の電極製造方法。 - 活物質層がシート状の集電体の少なくとも一面に形成されてなる電極を、常温でプレスする第１プレス部と、
前記第１プレス部においてプレスされた常温状態の前記電極を、前記活物質層において前記集電体に接触する第１面と当該第１面と反対側の第２面のうち、前記第２面のみを１３０℃以上、且つ１５０℃以下の温度で加熱しつつ、プレスする、前記第１プレス部とは異なる第２プレス部と、
を備える電極製造装置。
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