JP7115874B2 - 電池の製造方法 - Google Patents
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Description
(α)導電性の多孔質基材を準備する。
(β)多孔質基材の内部空隙において第1電極を形成する。
(γ)内部空隙において第1電極の表面にポリマー粒子を付着させることにより、セパレータを形成する。
(δ)セパレータの形成後、多孔質基材に残存する内部空隙において第2電極を形成する。
第1電極および第2電極は互いに異なる極性を有する。
多孔質基材と電場形成用電極との間に形成される電場のもとでの電気泳動により、ポリマー粒子が多孔質基材の外部から内部空隙に導入される。
多孔質基材の中心と電場形成用電極との間の距離が最短距離となる方向において、下記式:
d2/d1≧8.5
が満たされる(ただし式中、d1は多孔質基材の中心から多孔質基材の外表面までの距離を示し、d2は多孔質基材の外表面と電場形成用電極との距離を示す)。
図1は本実施形態の電池の製造方法の概略を示すフローチャートである。
本実施形態の電池の製造方法は「(α)多孔質基材の準備」、「(β)第1電極の形成」、「(γ)セパレータの形成」および「(δ)第2電極の形成」を少なくとも含む。本実施形態の電池の製造方法は「(ε)電解液の含浸」をさらに含んでもよい。
本実施形態の電池の製造方法は、導電性の多孔質基材10を準備することを含む。多孔質基材10は電極構造の基礎である。
多孔質基材10は角柱状である。図2のz軸方向は多孔質基材10の軸方向に相当する。図2のx軸方向およびy軸方向はそれぞれ多孔質基材10の径方向に相当する。ただし多孔質基材10の外形は特に限定されるべきではない。多孔質基材10は例えばシート状、円板状、円柱状等であってもよい。
多孔質基材10は骨格1から形成される。多孔質基材10において骨格1を除く部分には内部空隙2が形成されている。骨格1は三次元網目構造を有してもよい。「三次元網目構造」は次の(1)および(2)の条件を少なくとも満たす構造を示す。(1)三次元空間において、物体が少なくとも三方向に分岐している。(2)すべての分岐方向が乗る平面が存在しない。三次元網目構造は規則的な(周期的な)構造であってもよい。規則的な三次元網目構造としては、例えばジャイロイド構造、逆オパール構造等が考えられる。三次元網目構造は不規則な構造であってもよい。
空隙率={1-(多孔質基材の見かけ比重/多孔質基材を形成する材料の真比重)}×100
により算出される。見かけ比重は多孔質基材10の外形寸法から算出される比重を示す。
本実施形態の電池の製造方法は、多孔質基材10の内部空隙2において第1電極11を形成することを含む。第1電極11は正極であってもよい。第1電極11は負極であってもよい。
第1電極11は例えば骨格1の表面に電極活物質粒子が付着することにより形成され得る。第1電極11は例えばディップ法により形成され得る。「ディップ法」とは、液状塗料にワーク(塗布対象物)を浸漬し、ワークを引き上げ、乾燥することにより、ワークの表面に塗布層を形成する方法を示す。
正極は少なくとも正極活物質粒子を含む。正極は導電材およびバインダをさらに含んでもよい。正極活物質粒子は正極活物質を含む粒子である。正極活物質粒子は実質的に正極活物質のみから形成されていてもよい。正極活物質は特に限定されるべきではない。正極活物質は、例えばコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケルコバルトマンガン酸リチウム(「NCM」とも称される)、ニッケルコバルトアルミン酸リチウム(「NCA」とも称される)、リン酸鉄リチウム等であってもよい。1種の正極活物質が単独で使用されてもよい。2種以上の正極活物質が組み合わされて使用されてもよい。
負極は少なくとも負極活物質粒子を含む。負極は導電材およびバインダをさらに含んでもよい。負極活物質粒子は負極活物質を含む粒子である。負極活物質粒子は実質的に負極活物質のみから形成されていてもよい。負極活物質は特に限定されるべきではない。負極活物質は、例えば黒鉛、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素、珪素、珪素基合金、酸化珪素、錫、錫基合金等であってもよい。1種の負極活物質が単独で使用されてもよい。2種以上の負極活物質が組み合わされて使用されてもよい。
本実施形態の電池の製造方法は、内部空隙2において第1電極11の表面にポリマー粒子3を付着させることにより、セパレータ13を形成することを含む。
セパレータ13は、ポリマー粒子3の電気泳動により形成される。すなわち多孔質基材10と電場形成用電極20との間に形成される電場(E)のもとでの電気泳動により、ポリマー粒子3が多孔質基材10の外部から内部空隙2に導入される。内部空隙2に導入されたポリマー粒子3は第1電極11の表面に付着すると考えられる。
図6には、図5のxy平面が示されている。本実施形態では、多孔質基材10の中心と電場形成用電極20との間の距離が最短距離となる方向において、下記式:
d2/d1≧8.5
が満たされる。
(式中、d1は多孔質基材10の中心から多孔質基材10の外表面までの距離を示す。d2は多孔質基材10の外表面と電場形成用電極20との距離を示す。)
本実施形態の電池の製造方法は、セパレータ13の形成後、多孔質基材10に残存する内部空隙2において第2電極12を形成することを含む。第1電極11および第2電極12は互いに異なる極性を有する。すなわち第1電極11が正極であるとき、第2電極12は負極である。第1電極11が負極であるとき、第2電極12は正極である。
本実施形態の電池の製造方法は、第2電極12の形成後、多孔質基材10に電解液を含浸することをさらに含んでもよい。第2電極12の形成後、多孔質基材10が外装材(図示されず)に収納される。外装材に電解液が注入される。外装材が密閉される。電解液が多孔質基材10に含浸される。以上より電池が製造される。
本実施形態の電池の製造方法により製造される電池では、第1電極11、セパレータ13および第2電極12がそれぞれ三次元網目構造を有し得る。第1電極11および第2電極12は立体的(三次元的)に隣接し得る。すなわち本実施形態の電池の製造方法により製造される電池は「三次元電池」であり得る。
一般的に電池は平面的(二次元的)な電極構造を有する。該電極構造では、平面的な正極201と平面的な負極202とが互いに対向している。
図8では、一例として櫛歯状の正極301と、櫛歯状の負極302とが噛み合わされるように配置されている。三次元電池とは、例えば図8のように正極と負極とが立体的に隣接した電極構造を有する電池を示す。三次元電池では、例えば単位体積あたりの有効反応面積が大きくなること等が期待される。さらに三次元電池では、例えば電荷担体の移動経路が短縮されること等も期待される。
《(α)多孔質基材の準備》
多孔質基材10としてNi製の「セルメット(登録商標、住友電工社製)」が準備された。多孔質基材10は角柱状である。多孔質基材10の外形寸法は5mm×5mm×20mmである。
以下の材料が準備された。
正極活物質粒子:NCM
導電材:AB
バインダ:PVdF
溶媒:N-メチル-2-ピロリドン
ポリマー粒子3としてPE粒子(三井化学社製の「ケミパール(登録商標)」)が準備された。ポリマー粒子3、バインダおよび溶媒が混合されることにより、セパレータ原料液が調製された。セパレータ原料液の固形分比率は7.5質量%である。ポリマー粒子3およびバインダの混合比は、質量比で「ポリマー粒子:バインダ=97:3」である。
下記表1に示されるように、d2および電場(E)の印加時間が変更されることを除いては、No.1と同様にセパレータ13が形成された。
セパレータ13の形成後、多孔質基材10がエポキシ樹脂に包埋された。多孔質基材10の断面が切り出された。該断面がマイクロスコープで観察された。多孔質基材10の表層部分において、5個所でセパレータ13の厚さが測定された。5個所の厚さの算術平均として、表層部分の厚さ(t1)が算出された。多孔質基材10の中心部分において、5個所でセパレータ13の厚さが測定された。5個所の厚さの算術平均として、中心部分の厚さ(t2)が算出された。
厚さの誤差=(|t1-t2|/t1)×100
により厚さの誤差が算出された。結果は下記表1に示される。厚さの誤差が小さい程、多孔質基材10の中心部分と表層部分との間におけるポリマー粒子3の付着量の差が小さいと考えられる。
図9はd2/d1と厚さの誤差との関係を示すグラフである。
図9にはNo.1から6の結果が示されている。d2/d1が大きくなる程、厚さの誤差が低減する傾向が認められる。d2/d1が8.5以上である範囲では、厚さの誤差が低く安定する傾向が認められる。
Claims (1)
- 導電性の多孔質基材を準備すること、
前記多孔質基材の内部空隙において第1電極を形成すること、
前記内部空隙において前記第1電極の表面にポリマー粒子を付着させることにより、セパレータを形成すること、
および
前記セパレータの形成後、前記多孔質基材に残存する前記内部空隙において第2電極を形成すること、
を少なくとも含み、
前記第1電極および前記第2電極は互いに異なる極性を有し、
前記多孔質基材と電場形成用電極との間に形成される電場のもとでの電気泳動により、前記ポリマー粒子が前記多孔質基材の外部から前記内部空隙に導入され、
前記ポリマー粒子は、1μm以上20μm以下のD 50 を有し、
前記多孔質基材は、25%以上75%以下の空隙率と、50μm以上1000μm以下の平均細孔径とを有し、
前記多孔質基材の中心と前記電場形成用電極との間の距離が最短距離となる方向において、下記式:
d2/d1≧8.5
が満たされる
(ただし式中、d1は前記多孔質基材の前記中心から前記多孔質基材の外表面までの距離を示し、d2は前記多孔質基材の前記外表面と前記電場形成用電極との距離を示す)、
電池の製造方法。
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