JP6408373B2 - リチウムイオン二次電池の製造方法 - Google Patents
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Description
前記正極形成工程は、以下の工程:
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる正極集電体を用意すること;
正極活物質粒子とバインダとを少なくとも含む正極造粒粒子を用意すること;
前記正極集電体の表面に前記正極造粒粒子を供給すること;
前記正極集電体の表面に供給された前記正極造粒粒子にスキージ部材を当てて均す(すなわち平坦化する)こと;を含む。
ここで、前記正極集電体の表面の十点平均粗さ(Rz)は、0.6μm≦Rz≦2.8μmであるとよい。また、前記正極造粒粒子の平均粒径(D50)は、50μm≦D50≦100μmであるとよい。これによって、正極造粒粒子と正極集電体間に適度な摩擦力が働くため、正極造粒粒子が正極集電体とスキージ部材の隙間に適切に入りやすい。そのため、正極造粒粒子の粉体を均一に均すことが可能になり、目付ムラが低く抑えられやすい。
銅または銅合金からなる負極集電体を用意すること;
負極活物質粒子とバインダとを少なくとも含む負極造粒粒子を用意すること;
前記負極集電体の表面に前記負極造粒粒子を供給すること;
前記負極集電体の表面に供給された前記負極造粒粒子にスキージ部材を当てて均すこと;を含む。
ここで、前記負極集電体の表面の十点平均粗さ(Rz)は、1.02μm≦Rz≦3.15μmであるとよい。また、前記負極造粒粒子の平均粒径(D50)は、50μm≦D50≦100μmであるとよい。これによって、負極造粒粒子と負極集電体間に適度な摩擦力が働くため、負極造粒粒子が負極集電体とスキージ部材の隙間に適切に入りやすい。そのため、負極造粒粒子の粉体を均一に均すことが可能になり、目付ムラが低く抑えられやすい。
なお、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充電可能な電池一般をいう。「リチウムイオン二次電池」は、電解質イオンとしてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウムイオンに伴う電荷の移動により充放電が実現される二次電池をいう。
(a)集電体の用意工程
(b)造粒粒子の用意工程
(c)造粒粒子の供給工程
(d)均し工程
(e)プレス工程
工程aでは、集電体12が用意される。ここで用意される集電体12は、電極(正極および負極)において電気が取り出される部材である。図1に示す例では、集電体12として、帯状の金属箔が用意されている。ここでは、集電箔としての帯状の金属箔は、図示は省略するが、巻芯に巻かれた状態で用意されているとよい。
リチウムイオン二次電池の正極を形成する場合、正極集電体としてアルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられる。例えば、正極集電体として、帯状の圧延アルミニウム箔が好適に使用され得る。必要に応じて、アルミニウム箔に対して、表面の圧延油を除去する処理(すなわち濡れ性を向上させる処理)、例えば熱処理やコロナ放電処理やプラズマ処理などを施してもよい。正極集電体の厚みは特に限定されないが、高強度および低抵抗の観点から、概ね5μm〜30μmが適当であり、好ましくは10μm〜20μm(例えば15μm)である。また、ここで用意される正極集電体としては、表面の十点平均粗さ(Rz)が0.6μm以上である。例えば、表面の十点平均粗さが0.6μm以上2.8μm以下の正極集電体が好ましく、0.8μm以上2.6μm以下のものがより好ましく、1μm以上2.4μm以下のものがさらに好ましく、1.1μm以上2.2μm以下のものが特に好ましい。正極集電体の表面の十点平均粗さを上記範囲とすることで、後述する造粒粒子の均し工程において、より高い目付精度が実現され得る。
リチウムイオン二次電池の負極を形成する場合、負極集電体として銅または銅合金が用いられる。例えば、負極集電体として、帯状の電解銅箔が好適に使用され得る。必要に応じて、銅箔の表面に無機防錆処理、有機防錆処理、その他の防錆処理を施してもよい。負極集電体の厚みとしては、特に限定されないが、高強度および低抵抗の観点から、概ね6μm〜20μmが適当であり、好ましくは8μm〜15μm(例えば10μm)である。また、ここで用意される負極集電体としては、表面の十点平均粗さ(Rz)が1.02μm以上である。例えば、表面の十点平均粗さが1.02μm以上3.15μm以下の負極集電体が好ましく、1.1μm以上3.1μm以下のものがより好ましく、1.2μm以上3μm以下のものがさらに好ましく、1.4μm以上2.9μm以下のものが特に好ましい。負極集電体の表面の十点平均粗さを上記範囲とすることで、上述する造粒粒子の均し工程において、より高い目付精度が実現され得る。
工程bでは、造粒粒子32が用意される。ここで用意される造粒粒子32は、図2に示すように、活物質粒子34と、バインダ36とを少なくとも含んでいる。かかる造粒粒子32は、個々の活物質粒子34の表面にバインダ36が付着し、さらにその活物質粒子34がバインダ36によって互いに結合された態様であり得る。好適な一態様では、バインダ36が活物質粒子34の内部および外表面に局所的に偏在することなく略均一に分散されて配置されている。造粒粒子32は、活物質粒子34およびバインダ36以外の材料が含まれていてもよく、例えば、導電材や増粘材が含まれていてもよい。
リチウムイオン二次電池の正極を形成する場合、正極造粒粒子の性状としては、例えば、平均粒径が凡そ50μm以上であるとよい。均質な正極活物質層を形成する観点から、正極造粒粒子の平均粒径は、好ましくは60μm以上、より好ましくは70μm以上、さらに好ましくは75μm以上である。また、正極造粒粒子の平均粒径は、概ね100μm以下、例えば90μm以下である。ここで開示される技術は、例えば、正極造粒粒子の平均粒径が50μm以上100μm以下である態様で好ましく実施され得る。
リチウムイオン二次電池の負極を形成する場合、負極造粒粒子の性状としては、例えば、平均粒径が凡そ50μm以上であるとよい。均質な活物質層を形成する観点から、負極造粒粒子の平均粒径は、好ましくは60μm以上、より好ましくは70μm以上、さらに好ましくは75μm以上である。また、負極造粒粒子の平均粒径は、概ね100μm以下、例えば90μm以下である。ここで開示される技術は、例えば、負極造粒粒子の平均粒径が50μm以上100μm以下である態様で好ましく実施され得る。
工程cでは、前記集電体12の表面(すなわち特定の十点平均粗さを有する集電体の表面)に造粒粒子32を供給する。図1に示す例では、搬送装置22によって集電体12が搬送され、供給装置24により、造粒粒子32を供給している。
工程dでは、集電体12の表面に供給された造粒粒子32にスキージ部材25を当てて均す。かかる工程では、例えば、集電体12に供給された造粒粒子32の厚さ(つまり、造粒粒子32の粉体30の厚さ)が均一に整えられる(すなわち平坦化される)。この実施形態では、供給装置24の下流側(集電体の搬送経路における下流側)にスキージ部材25が設けられている。スキージ部材25は、集電体12の上に供給された造粒粒子32の厚さを調整する。例えば、スキージ部材25と搬送される集電体12との間には間隙があり、かかる間隙に応じて通過する造粒粒子32の厚さが調整される。この実施形態では、スキージ部材25は、集電体12の上に供給された造粒粒子32を、厚さ方向に挟むように配置されたローラスキージ25aと、バックロール25bとで構成されている。なお、ここでは、スキージ部材25は、ロール状の部材であるが、ブレード状の部材でもよい。スキージ部材25と搬送される集電体12との間隙は、造粒粒子32の粒径および目付量(設計目付量)にもよるが、例えば、凡そ100μm〜300μm程度(好適例としては、凡そ150μm〜250μm程度)に調整するとよい。
工程eでは、集電体12の表面に供給された造粒粒子32をプレス(圧延)することで、集電体12上に活物質層14を形成する。この実施形態では、プレスローラ26,27は、帯状の集電体12が搬送される搬送経路において、造粒粒子32と集電体12とを挟む部材である。この場合、集電体12に堆積させる造粒粒子32の厚さを考慮して、プレスローラ26,27の間隙を調整するとよい。これによって、適当な強さで造粒粒子32が集電体12に押し付けられ、集電体12上に固着される。同時に、造粒粒子32中でバインダ36の接触箇所が増え、造粒粒子32同士が相互に密着される。これにより、集電体12の表面に活物質粒子34を含む造粒粒子32の層(活物質層14)が略一定の厚みで成形される。
以下、上述した成型装置10を用いて形成された負極(負極シート)および正極(正極シート)を用いて構築されるリチウムイオン二次電池の一実施形態につき、図5および図6に示す模式図を参照しつつ説明する。図5は本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池100の断面図である。図6は、当該リチウムイオン二次電池100に内装される電極体40を示す図である。このリチウムイオン二次電池100は、正極(正極シート)50として、上述した成型装置10を用いて形成された正極(正極シート)50が用いられている。また、負極(負極シート)60として、上述した成型装置10を用いて形成された負極(負極シート)60が用いられている。
ここでは、上述した正極シートおよび負極シートについて、種々のサンプルを作製し、その目付精度を評価した。
正極シートは、以下のようにして作製した。正極活物質としてのリチウム遷移金属酸化物粉末と、導電材としてのアセチレンブラックと、バインダとしてのアクリレート重合体と、増粘剤としてのCMC−Naとを含む正極造粒粒子の粉体を作製した。
負極シートは、以下のようにして作製した。負極活物質としてのLiを吸蔵放出可能な炭素粉末と、バインダとしてのアクリレート重合体と、増粘剤としてのCMC−Naとを含む負極造粒粒子の粉体を作製した。
12 集電体
14 活物質層
22 搬送装置
24 供給装置
25 スキージ部材
26、27 プレスローラ
30 粉体
32 造粒粒子
34 活物質粒子
36 バインダ
40 電極体
100 リチウムイオン二次電池
Claims (3)
- 正極を形成する正極形成工程と、
負極を形成する負極形成工程と、
前記正極と前記負極を用いてリチウムイオン二次電池を構築する電池構築工程と
を含み、
前記正極形成工程は、以下の工程:
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、表面の十点平均粗さ(Rz)が0.6μm≦Rz≦2.8μmである正極集電体を用意すること;
正極活物質粒子とバインダとを少なくとも含む正極造粒粒子であって、平均粒径(D50)が50μm≦D50≦100μmである正極造粒粒子を用意すること;
前記正極集電体の表面に前記正極造粒粒子を供給すること;および、
前記正極集電体の表面に供給された前記正極造粒粒子にスキージ部材を当てて均すこと;
を含み、
前記負極形成工程は、以下の工程:
銅または銅合金からなり、表面の十点平均粗さ(Rz)が1.02μm≦Rz≦3.15μmである負極集電体を用意すること;
負極活物質粒子とバインダとを少なくとも含む負極造粒粒子であって、平均粒径(D50)が50μm≦D50≦100μmである負極造粒粒子を用意すること;
前記負極集電体の表面に前記負極造粒粒子を供給すること;および、
前記負極集電体の表面に供給された前記負極造粒粒子にスキージ部材を当てて均すこと;
を含む、リチウムイオン二次電池の製造方法。 - 前記正極集電体の表面に供給された前記正極造粒粒子の目付量が、少なくとも18.9mg/cm2となるように設定されている、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
- 前記負極集電体の表面に供給された前記負極造粒粒子の目付量が、少なくとも9.3mg/cm2となるように設定されている、請求項1または2に記載の製造方法。
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