JP7124695B2 - Positive electrode manufacturing equipment - Google Patents
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Description
本願は正極の製造装置を開示するものである。 The present application discloses an apparatus for manufacturing a positive electrode.
従来から、正極シートと負極シートとをセパレータを介して捲回して構成されるリチウムイオン二次電池が知られており、このような捲回型リチウムイオン二次電池は車載用電源や携帯端末等の電源として利用されている。 Conventionally, a lithium ion secondary battery configured by winding a positive electrode sheet and a negative electrode sheet with a separator interposed therebetween has been known. is used as a power source for
捲回型リチウムイオン二次電池に用いられる正極シートは、正極箔の表面に正極材等を塗工して構成されており、正極材等が塗工された塗工部と、正極材等が塗工されていない未塗工部を備えている。負極シートも同様に、負極箔の表面に負極材等を塗工して構成されており、負極材等が塗工された塗工部と、負極材等が塗工されていない未塗工部を備えている。 A positive electrode sheet used in a wound type lithium ion secondary battery is configured by coating a positive electrode material or the like on the surface of a positive electrode foil. It has an uncoated portion that is not coated. Similarly, the negative electrode sheet is formed by coating the surface of the negative electrode foil with a negative electrode material or the like, and includes a coated portion coated with the negative electrode material or the like and an uncoated portion not coated with the negative electrode material or the like. It has
特許文献1には捲回電極体を備えた非水電解液二次電池が開示されており、正極シートの未塗工部にカーボン層を塗工することが記載されている。特許文献1では、このように未塗工部にカーボン層を塗工することにより、正極合材層の未塗工部と負極合材層との短絡を防止している。特許文献2には扁平捲回式二次電池が開示されており、電極の金属箔の未塗工部に貫通孔を設けることが記載されている。特許文献2では貫通孔を金属箔の未塗工部に設けることにより、電極をプレスすることによって生じる未塗工部の折れ曲がり等を防止している。
特許文献1に記載の発明は、上述のように正極の未塗工部にカーボン層を塗工し、これにより正極の未塗工部と負極との接触による短絡を防止している。このように捲回型二次電池においては、短絡耐性向上のために、正極材の端部へ端部材(絶縁材)が塗布されることが知られている。正極材に対する端部材の厚みは、十分な導電の遮断効果を奏すればよいため、薄くても問題はない。
In the invention described in
しかしながら、今後のエネルギー密度向上のため、あるいは全固体電池において界面抵抗削減のために、電極に更なる高線圧プレスを行うことが求められており、正極材の厚みに比して端部材の厚みが薄い状態、すなわち、端部に段差を有した状態では、高線圧プレス時に端部段差部に応力が集中し、電極割れが発生する虞があった。
一方で、正極材の厚みと端部材の厚みとを同等にした場合は、正極製造時に正極材と端部材とが混濁する虞がある。正極材と端部材とが混濁すると、その領域は電池として作用しない場合があるため、エネルギー密度が低下する虞がある。よって、このような混濁が生じる装置を用いて、間欠塗工を行うこと困難であった。
However, in order to improve the energy density in the future, or to reduce the interfacial resistance in all-solid-state batteries, it is necessary to press the electrodes with a higher linear pressure. When the thickness is thin, that is, when the end portion has a stepped portion, stress concentrates on the stepped portion of the end portion during high linear pressure pressing, which may cause electrode cracking.
On the other hand, when the thickness of the positive electrode material and the thickness of the end member are made equal, there is a possibility that the positive electrode material and the end member become turbid during manufacturing of the positive electrode. If the positive electrode material and the end member become turbid, the region may not function as a battery, and the energy density may decrease. Therefore, it has been difficult to perform intermittent coating using an apparatus that causes such turbidity.
そこで、本願は高線圧プレスを行っても電極割れが抑制され、かつ、正極材と端部材との混濁が抑制される正極の製造装置を提供することを課題とする。 An object of the present application is to provide a positive electrode manufacturing apparatus in which electrode cracking is suppressed even when high linear pressure pressing is performed, and turbidity between the positive electrode material and the end member is suppressed.
上記問題を解決するために、本発明者が装置の構成について鋭意検討した結果、以下の3点を知見した。
(1)端部材吐出口を正極材吐出口よりも正極箔の搬送方向の下流側に設ける。これにより、サックバック吸込時の逆流を抑制し、間欠塗工時にも2種液が混濁することを抑制することができる。
(2)幅方向において、正極材吐出口と端部材吐出口との間に間隔を設ける。これにより、塗工時に正極材と端部材とがウェットな状態で合流、接触することができるため、これらの厚みを同等にすることができる。
(3)正極材流路と端部材流路との間には間仕切りが形成されている。これにより、正極箔に塗工される直前まで、正極材と端部材との接触を抑制することができる。
In order to solve the above problems, the present inventor has made intensive studies on the configuration of the apparatus, and as a result, has found the following three points.
(1) The end member discharge port is provided downstream of the positive electrode material discharge port in the conveying direction of the positive electrode foil. As a result, it is possible to suppress backflow during suck-back suction, and to suppress turbidity of the two liquids even during intermittent coating.
(2) A gap is provided between the positive electrode material outlet and the end member outlet in the width direction. As a result, the positive electrode material and the end member can be brought into contact with each other in a wet state during coating, so that the thicknesses thereof can be made equal.
(3) A partition is formed between the positive electrode material channel and the end member channel. Thereby, the contact between the positive electrode material and the end member can be suppressed until immediately before the positive electrode foil is coated.
以上の知見に基づき、本願は上記課題を解決するための一つの手段として、正極箔を搬送しながら正極材及び端部材を該正極箔に塗工する正極の製造装置において、正極材を流通する少なくとも1つの正極材流路と、端部材を流通する少なくとも1つの端部材流路と、を有し、正極材流路は該正極材流路の出口であり、正極材を吐出する正極材吐出口を備え、端部材流路は該端部材流路の出口であり、端部材を吐出する端部材吐出口を備え、端部材吐出口は正極箔に塗工された正極材の端部に端部材を塗工することが可能な位置に配置されており、端部材吐出口は正極材吐出口よりも正極箔の搬送方向の下流側に設けられており、幅方向において、正極材吐出口と端部材吐出口との間には間隔が設けられており、正極材流路と端部材流路との間には間仕切りが形成されている、正極の製造装置を開示する。 Based on the above findings, the present application discloses, as one means for solving the above problems, a positive electrode manufacturing apparatus that coats a positive electrode material and an end member on the positive electrode foil while conveying the positive electrode foil, in which the positive electrode material is distributed. At least one cathode material channel and at least one end member channel that flows through the end member, the cathode material channel being an outlet of the cathode material channel and a cathode material discharger for discharging the cathode material The end member flow path is the outlet of the end member flow path, the end member discharge port is provided for discharging the end member, and the end member discharge port is at the end of the positive electrode material coated on the positive electrode foil. It is arranged at a position where the member can be coated, and the end member ejection port is provided downstream of the positive electrode material ejection port in the positive electrode foil conveying direction, and is located in the width direction with the positive electrode material ejection port. Disclosed is a positive electrode manufacturing apparatus in which a gap is provided between the end member outlet and a partition is formed between the positive electrode material flow path and the end member flow path.
本願が開示する正極の製造装置によれば、高線圧プレスを行っても電極割れが抑制され、かつ、正極材と端部材との混濁が抑制される正極を製造することができる。 According to the positive electrode manufacturing apparatus disclosed in the present application, it is possible to manufacture a positive electrode in which electrode cracking is suppressed and turbidity between the positive electrode material and the end member is suppressed even when high linear pressure pressing is performed.
[正極の製造装置]
本開示の正極の製造装置は、正極箔を搬送しながら正極材及び端部材を該正極箔に塗工する正極の製造装置であり、例えば捲回型リチウムイオン二次電池に含まれるシート状の正極を製造するのに用いられる。図1に本開示の正極の製造装置の一実施形態である正極の製造装置10(以下において、「製造装置10」ということがある。)を示した。
[Positive electrode manufacturing equipment]
The positive electrode manufacturing apparatus of the present disclosure is a positive electrode manufacturing apparatus that applies a positive electrode material and an end member to the positive electrode foil while conveying the positive electrode foil. Used to make positive electrodes. FIG. 1 shows a positive electrode manufacturing apparatus 10 (hereinafter sometimes referred to as "
図1に示したとおり、製造装置10はシート状の正極箔1を搬送する不図示のロールとダイ20とを備えている。また、ダイ20は正極材を供給する不図示の正極材用ポンプと端部材を供給する端部材用ポンプ30を備えている。ここで、図1に示した矢印はロールの回転方向であり、正極箔は矢印の方向に搬送される。
As shown in FIG. 1 , the
図2はダイ20の先端部の概略図であり、図1のIIの方向からダイ20の先端部を観察した図である。また、図3はダイ20内部に配置するシムシートA~Cのそれぞれの平面図である。図2に記載されているとおり、ダイ20の内部にはシムシートA~Cの積層体が配置されている。
FIG. 2 is a schematic view of the tip of the
なお、図2における紙面左右方向は製造装置10(ダイ20)の幅方向であるため、本明細書において単に「幅方向」ということがある。また、図2における紙面下側から上側に向かう方向は正極箔1の搬送方向であるため、本明細書において単に「搬送方向」ということがある。
2 is the width direction of the manufacturing apparatus 10 (the die 20), it may simply be referred to as the "width direction" in this specification. Further, since the direction from the lower side to the upper side of the paper surface in FIG. 2 is the direction in which the
ダイ20は正極材を流通する正極材流路21と、端部材を流通する端部材流路22と、を有している。また、正極材流路21は該正極材流路21の出口であり、正極材を吐出する正極材吐出口21aを備えている。端部材流路22は該端部材流路22の出口であり、端部材を吐出する端部材吐出口22aを備えている。
さらに、端部材吐出口22aは、幅方向において、正極箔1に塗工された正極材の端部に端部材を塗工することが可能な位置に配置されている。
これら正極材流路21、端部材流路22、正極材吐出口21a、端部材吐出口22aは、ダイ20の内部に配置されるシムシートA~Cによって形成されている。
The die 20 has a
Furthermore, the end
These positive
また、製造装置10において、ダイ20は2つの正極材吐出口21a、及び3つの端部材吐出口22aを備えている。ただし、本開示の正極の製造装置においては、正極材吐出口及び端部材吐出口の個数は特に限定されず、少なくとも1つで良い。
Further, in the
正極材吐出口21aの幅方向の長さは50mm~60mmであることが好ましく、55mm~57mmであることがより好ましく、56±0.1mmであることがより好ましい。正極材吐出口21aの搬送方向の長さは0.2mm~0.6mmであることが好ましい。また、端部材吐出口22aの幅方向の長さは1.2mm~2.8mmであることが好ましい。端部材吐出口22aの搬送方向の長さは0.1mm~0.6mmであることが好ましい。ただし、これらの長さは特に限定されるものではなく、目的とする正極のサイズに応じて適宜設定することができる。
The length in the width direction of the positive
正極材、端部材の材料は特に限定されないが、捲回型二次電池や捲回型リチウムイオン二次電池の正極に用いられる正極材及び端部材の公知の樹脂ペーストを用いることが好ましい。 Materials for the positive electrode material and the end member are not particularly limited, but it is preferable to use a known resin paste for the positive electrode material and the end member used for the positive electrode of a wound secondary battery or a wound lithium ion secondary battery.
ここで、正極材及び端部材がそれぞれのポンプからダイ20に供給され、正極箔に塗工されるまでの一連の流れを説明する。
まず、正極材について説明する。正極材は正極材用ポンプからダイ20に供給され、ダイ20内部の正極材流路21を通り、出口である正極材吐出口21aから吐出され、正極箔1に塗工される。次に、端部材について説明する。端部材は端部材用ポンプ30から供給され、ダイ20内部の端部材流路22を通り、該端部材流路22の出口である端部材吐出口22aから吐出され、正極箔1に塗工される。この際、端部材は正極箔1に塗工された正極材の端部に塗工される。
このようにして正極材及び端部材は正極箔1に塗工され、正極が製造されるが、製造装置10には後述の工夫が施されており、それにより高線圧プレスを行っても電極割れが抑制され、かつ、正極材と端部材との混濁が抑制される正極を製造可能としている。以下、製造装置10において施された工夫について説明する。
Here, a series of flows from the supply of the positive electrode material and the end member from the respective pumps to the die 20 to the coating of the positive electrode foil will be described.
First, the positive electrode material will be explained. The positive electrode material is supplied from a positive electrode material pump to the
In this manner, the positive electrode material and the end member are applied to the
第1に、端部材吐出口22aは、搬送方向において、正極材吐出口21aよりも搬送方向の下流側に設けられている。これにより、サックバックによる吸い込み時における正極材および端部材の2種液の混濁を抑制することができる。これについて、図4(a)、(b)を用いて説明する。
First, the end
図4(a)は正極材および端部材の塗布時の正極の様子であり、図4(b)は塗布停止時において、サックバックによる正極材の吸い込みを行ったときの正極の様子である。図4(a)、(b)においては、紙面下側から上側に向かう方向が搬送方向であり、紙面左右方向が幅方向である。また、図4(a)、(b)において示した正極材吐出口21a及び端部材吐出口22aは、正極箔1の平面上における塗工時のそれぞれの位置を示している。
FIG. 4(a) shows the state of the positive electrode when the positive electrode material and the end members are applied, and FIG. 4(b) shows the state of the positive electrode when the positive electrode material is sucked by sucking back when the application is stopped. In FIGS. 4A and 4B, the direction from the bottom to the top of the paper is the conveying direction, and the left-right direction of the paper is the width direction. 4A and 4B show the positions of the positive
図4(a)に示したように、正極材等のペーストを正極箔1に塗工すると、塗工されたペーストは塗工された位置よりも若干広がりをもって塗工される。そして、図4(b)に示したように、塗工停止時には、サックバックによって塗布された正極材が正極材吐出口21aからダイ20に吸い込まれる。
このとき、例えば端部材吐出口22aと正極材吐出口21aとが搬送方向において同じ位置にあり、幅方向において、整列しているような装置の場合、塗工された端部材は正極材吐出口21aの近くに存在するため、サックバックによって正極材と一緒にダイ20に吸い込まれ、正極材と端部材とが混濁する問題が生じる。
一方で、製造装置10では端部材吐出口22aが正極材吐出口21aよりも搬送方向の下流側に配置されているため、塗工された端部材は正極材吐出口21aよりも下流側に位置し、サックバックによって正極材と一緒に吸い込まれることが抑制される。よって、製造装置10によれば、サックバックによる吸い込み時における、正極材および端部材の2種液の混濁を抑制することができる。
なお、端部材吐出口22aにおいてもサックバックを生じるが、塗布された電極の搬送方向の寸法において、正極材よりも端部材の方が長いため、特に悪影響がない。
As shown in FIG. 4(a), when a paste such as a positive electrode material is applied to the
At this time, for example, in the case of a device in which the end
On the other hand, in the
Suckback also occurs at the end
なお、正極材吐出口21aの下流側の端部から端部材吐出口22aの上流側の端部までの搬送方向の長さHは、上記の効果を奏する範囲であれば特に限定されないが、-0.2mm~0.2mmであることがよい。好ましくは、0mmより大きく0.2mm以下である。なお、ここでは搬送方向の上流側から下流側に向かう方向が正である。
The length H in the conveying direction from the downstream end of the positive electrode
第2に、幅方向において、正極材吐出口21aと端部材吐出口22aとの間に間隔を設ける、すなわち、正極材吐出口21aと端部材吐出口22aとが重ならないように配置する。これにより、塗工時に正極材と端部材とがウェットな状態で合流、接触することができるため、これらの厚みを同等にすることができる。
Second, in the width direction, a gap is provided between the positive
ここで、正極材及び端部材の厚みが同等であるとは、塗工された正極材と端部材とが重なっていない位置における正極材の厚みを100%としたとき、塗工された端部材の厚みが100%±10%以内であることを言う。端部材の厚みとは、正極材と端部材とが重なっていない位置における端部材の厚み、及び、正極材と端部材とが重なっている位置の厚みの両方を含む。
具体的な状態を図5(a)、(b)に示した。図5(a)は塗工された端部材の厚みT2が基準となる正極材の厚みT1の100%±10%以内の範囲に含まれる状態の一例である。図5(b)は塗工された端部材の厚みT2が基準となる正極材の厚みT1の100%±10%を超えている状態の一例である。
このように、製造装置10によれば、製造される正極において、正極材と端部材との厚みを同等にすることができる。
Here, the fact that the thickness of the positive electrode material and the end member are the same means that the thickness of the positive electrode material at the position where the coated positive electrode material and the end member do not overlap is 100%, and the coated end member It means that the thickness of is within 100% ± 10%. The thickness of the end member includes both the thickness of the end member at the position where the positive electrode material and the end member do not overlap and the thickness at the position where the positive electrode material and the end member overlap.
Specific states are shown in FIGS. 5(a) and 5(b). FIG. 5A shows an example of a state in which the thickness T2 of the coated end member is within the range of 100 %± 10 % of the thickness T1 of the reference positive electrode material. FIG. 5(b) shows an example of a state in which the thickness T2 of the coated end member exceeds 100 %± 10 % of the thickness T1 of the reference positive electrode material.
As described above, according to the
なお、幅方向における正極吐出口21aと端部材吐出口22aとの間に設けられた間隔の長さW(図2)は、上記の効果を奏する範囲であれば特に限定されないが、0.4mm~1.2mmであることが好ましい。また、乾燥収縮率が同等である正極材と端部材とを用いるが好ましく、これにより塗工された正極材及び端部材の厚みがさらに同等になる。
Note that the length W (FIG. 2) of the space provided between the
第3に、正極材流路21aと端部材流路22aとの間には間仕切りが形成されている。ダイ20における間仕切りとはシムシートBのことである。これにより、正極箔に塗工される直前まで、正極材と端部材との混濁を抑制することができる。具体的には、幅方向における塗工された正極材と端部材との重なり(図5(a)のX)が20μm以下にすることができる。
Thirdly, a partition is formed between the positive
以上より、本開示の正極の製造装置の一実施形態である正極の製造装置10について説明した。
上記において説明したとおり、本開示の正極の製造装置によれば、製造される正極は正極材と端部材との厚みが同等であるため、正極材と端部材との間に大きな段差はない。そのため、正極に対して高線圧プレスを行ったとしても、電極割れが抑制される。また、本開示の製造装置によれば、正極材と端部材との混濁が抑制することができる。従って、本開示の正極の製造装置によって製造された正極を用いることにより、エネルギー密度が向上した捲回型二次電池を製造することができる。
As described above, the positive
As described above, according to the positive electrode manufacturing apparatus of the present disclosure, since the thickness of the positive electrode material and the end member are the same in the manufactured positive electrode, there is no large step between the positive electrode material and the end member. Therefore, even if the positive electrode is subjected to high linear pressure pressing, electrode cracking is suppressed. Further, according to the manufacturing apparatus of the present disclosure, turbidity between the positive electrode material and the end member can be suppressed. Therefore, by using the positive electrode manufactured by the positive electrode manufacturing apparatus of the present disclosure, a wound secondary battery with improved energy density can be manufactured.
なお、本開示の正極の製造装置に用いられる塗工方式は、特に限定されないが、間欠塗工によって正極を製造することが好ましい。また、本開示の正極の製造装置は、負極の製造装置としても使用することができる。この場合、正極材に替えて負極材を用い、負極箔に対して塗工する。負極材としては公知の負極材を用いることができる。 The coating method used in the positive electrode manufacturing apparatus of the present disclosure is not particularly limited, but the positive electrode is preferably manufactured by intermittent coating. In addition, the positive electrode manufacturing apparatus of the present disclosure can also be used as a negative electrode manufacturing apparatus. In this case, instead of the positive electrode material, the negative electrode material is used and applied to the negative electrode foil. A known negative electrode material can be used as the negative electrode material.
1 正極箔
10 正極の製造装置
20 ダイ
21 正極材流路
21a 正極材吐出口
22 端部材流路
22a 端部材吐出口
1
Claims (1)
前記正極材を流通する少なくとも1つの正極材流路と、前記端部材を流通する少なくとも1つの端部材流路と、を有し、
前記正極材流路は該正極材流路の出口であり、前記正極材を吐出する正極材吐出口を備え、
前記端部材流路は該端部材流路の出口であり、前記端部材を吐出する端部材吐出口を備え、
前記端部材吐出口は前記正極箔に塗工された前記正極材の端部に前記端部材を塗工することが可能な位置に配置されており、
前記端部材吐出口は前記正極材吐出口よりも前記正極箔の搬送方向の下流側に設けられており、
幅方向において、前記正極材吐出口と前記端部材吐出口との間には間隔が設けられており、
前記正極材流路と前記端部材流路との間には間仕切りが形成されており、
前記正極材吐出口と前記端部材吐出口とは、前記正極材吐出口から吐出された前記正極材と前記端部材吐出口から吐出された前記端部材とが重なるように構成されている、
正極の製造装置。 In a positive electrode manufacturing apparatus that coats a positive electrode material and an end member on the positive electrode foil while conveying the positive electrode foil,
having at least one positive electrode material flow path through which the positive electrode material flows, and at least one end member flow path through the end member;
The positive electrode material flow channel is an outlet of the positive electrode material flow channel, and has a positive electrode material discharge port for discharging the positive electrode material,
The end member flow path is an outlet of the end member flow path, and includes an end member discharge port for discharging the end member,
The end member outlet is arranged at a position where the end member can be applied to the end of the positive electrode material coated on the positive electrode foil,
The end member discharge port is provided downstream of the positive electrode material discharge port in the conveying direction of the positive electrode foil,
A gap is provided between the positive electrode material outlet and the end member outlet in the width direction,
A partition is formed between the positive electrode material channel and the end member channel ,
The positive electrode material discharge port and the end member discharge port are configured such that the positive electrode material discharged from the positive electrode material discharge port and the end member discharged from the end member discharge port overlap,
Positive electrode manufacturing equipment.
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