JP7136992B2 - 電池用電極の製造方法および電池セルの製造方法 - Google Patents
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Description
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴部分を強調する目的で、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、同様の目的で、特徴とならない部分を省略して図示している場合がある。
本実施形態の正極30aおよび負極30bの製造方法について説明する。正極30aの製造方法と負極30bの製造方法とは、主に電極活物質層32に含まれる電極活物質が異なる。ここでは、電極30の製造方法として、正極30aおよび負極30bの製造方法をまとめて説明する。
本実施形態の製造方法において、電極30は、搬送治具50に各部を積層することで形成される。本実施形態の電極30は、搬送治具50に搭載された状態で完成する。
なお、搬送治具50が接着層を有してない場合であっても、支持シート55の吸着性が高く、枠付き集電体35との間に位置ずれを抑制できる程度の摩擦力を生じる場合には、上述の効果を一定程度期待できる。特に、本実施形態のように、支持シート55が可撓性を有する場合には、支持シート55が枠付き集電体35の形状に沿って撓むため、枠付き集電体35の位置ずれは、より効果的に抑制される。
なお、支持シート55の撓み量が過大である場合、後述する電極組成物供給工程やプレス工程で電極組成物の供給量や電極組成物の厚さのばらつきが大きくなる等の不具合が生じる可能性がある。支持シート55が上記のように所定のテンションで2つの短辺部52に架け渡されて支持シート55の撓み量が所定の値よりも小さくなるように制限されることでそのような不具合を防止または抑制できる。
図2は、予備工程に先立って行われる枠体45の形成工程を示す模式図である。図3は、予備工程を示す模式図である。予備工程は、集電体31と枠体45とを互いに張り合わせる工程である。
なお、本実施形態において、枠体45の枠内には連続する1つの領域のみが設けられる。しかしながら、枠体45の枠内は、複数の領域に区画されていてもよい。
また、枠体45の製造方法は、本実施形態に限定されない。例えば枠体45は、射出成形で製造されていてもよい。
図4および図5は、搭載工程を示す模式図である。搭載工程は、予備工程の後に行われる。搭載工程は、予備工程で製造された枠付き集電体35を搬送治具50に搭載する工程である。
ここで、本実施形態に採用可能な搭載工程の変形例1について説明する。
本変形例の搭載工程は、上述の実施形態と同様に、配置工程とローラー押し付け工程とを含むが、ローラー押し付け工程の構成が異なる。
本変形例のローラー押し付け工程では、別部材のスペーサ169が用意される。なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
次に、本実施形態に採用可能な搭載工程の変形例2について説明する。
本変形例の搭載工程は、配置工程とダイヤフラム押し付け工程とを含む。配置工程については、上述の実施形態と同様の手順で行われるため、ここでは説明を省略する。
図8は、本実施形態の電極組成物供給工程を示す模式図である。電極組成物供給工程は、搭載工程の後に行われる。電極組成物供給工程は、枠付き集電体35の枠内に、電極組成物39を供給して電極活物質層32を形成する工程である。
図9は、プレス工程を示す模式図である。プレス工程は、枠付き集電体35の枠内の電極組成物39を圧縮する工程である。プレス工程では、集電体31の表面に供給された電極組成物39を厚さ方向に加圧して電極活物質層32を形成する。電極組成物39を圧縮することで、電極活物質層32を緻密化させるとともに厚さを均一にすることができる。
図10は、上述の実施形態に採用可能な変形例の搬送治具350の模式図である。なお、上述の実施形態の搬送治具350と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
次に本実施形態の単セル20の製造方法について説明する。
単セル20の製造方法は、積層工程と、脱気工程と、溶着工程と、離脱工程と、を有する。本実施形態において、積層工程、脱気工程、溶着工程、および離脱工程は、この順で行われる。
図11は、積層工程を示す模式図である。積層工程は、2つの電極30を、セパレータ40を介して互いに向かい合わせに積層して積層体9を形成する。積層体9では、2つの電極30の電極活物質層32が互いに向かい合わせに配置される。また、セパレータ40は、2つの電極30の電極活物質層32同士の間に配置される。
図12および図13は、脱気工程を示す模式図である。脱気工程は、積層工程の後に行われる。脱気工程は、積層体9の内部の空気を抜く工程である。積層工程において、2つの搬送治具50の間には、2つの脱気管80が配置される。脱気管80は、真空ポンプ(図示略)に接続される。
図14は、溶着工程を示す模式図である。溶着工程は、脱気工程の後に行われる。溶着工程は、積層体9において2つの電極30(正極30aおよび負極30b)の枠体45同士を溶着する工程である。
図15は、離脱工程を示す模式図である。離脱工程は、溶着工程の後に行われる。離脱工程は、2つの搬送治具50を離脱して単セル20を取り出す工程である。
以上の工程を経ることで、単セル20を製造することができる。
<単セル(電池セル)>
図16は、上述の製造方法を経て製造される単セル20の断面模式図である。
単セル20は、2つの電極(電池用電極)としての正極30aおよび負極30bと、セパレータ40と、を有する。
枠体45の幅は特に限定されないが、3~20mmであることが好ましい。枠体45の幅が3mm未満であると、枠体45の機械的強度が不足して、電極活物質層32が枠体45の外へ漏れてしまう場合がある。一方、枠体45の幅が20mmを超えると、電極活物質層32の占める割合が減少してしまい、エネルギ密度が低下してしまう場合がある。
電極活物質粒子の平均粒子径は、マイクロトラック法(レーザー回折・散乱法)によって求めた粒度分布における積算値50%での粒径(Dv50)を意味する。マイクロトラック法とは、レーザー光を粒子に照射することによって得られる散乱光を利用して粒度分布を求める方法である。なお、体積平均粒子径の測定には、レーザー回折・散乱式の粒子径分布測定装置[マイクロトラック・ベル(株)製のマイクロトラック等]を用いることができる。
これらの導電助剤は1種単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。また、これらの合金又は金属酸化物を用いてもよい。電気的安定性の観点から、好ましくはアルミニウム、ステンレス、カーボン、銀、銅、チタン及びこれらの混合物であり、より好ましくは銀、アルミニウム、ステンレス及びカーボンであり、さらに好ましくはカーボンである。またこれらの導電助剤としては、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに導電性材料(上記した導電助剤の材料のうち金属のもの)をめっき等でコーティングしたものでもよい。
導電性繊維としては、PAN系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維、合成繊維の中に導電性のよい金属や黒鉛を均一に分散させてなる導電性繊維、ステンレス鋼のような金属を繊維化した金属繊維、有機物繊維の表面を金属で被覆した導電性繊維、有機物繊維の表面を導電性物質を含む樹脂で被覆した導電性繊維等が挙げられる。これらの導電性繊維の中では炭素繊維が好ましい。また、グラフェンを練りこんだポリプロピレン樹脂も好ましい。
導電助剤が導電性繊維である場合、その平均繊維径は0.1~20μmであることが好ましい。
ただし、公知の電極用バインダの含有量は、電極活物質層32全体の重量を基準として、2.0重量%以下であることが好ましい。
溶液乾燥型の電極用バインダと粘着性樹脂とは異なる材料である。
溶媒としては、公知の非水電解液に用いられているもの等が使用でき、例えば、ラクトン化合物、環状又は鎖状カーボネート、鎖状カルボン酸エステル、環状又は鎖状エーテル、リン酸エステル、ニトリル化合物、アミド化合物、スルホン、スルホラン等及びこれらの混合物を用いることができる。
樹脂集電体を構成する樹脂としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリメチルペンテン(PMP)、ポリシクロオレフィン(PCO)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂又はこれらの混合物等が挙げられる。電気的安定性の観点から、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリメチルペンテン(PMP)及びポリシクロオレフィン(PCO)が好ましく、さらに好ましくはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)及びポリメチルペンテン(PMP)である。
Claims (11)
- 電池用電極の製造方法であって、
シート状の集電体を搬送治具に搭載する搭載工程と、
前記搬送治具に搭載されたシート状の集電体上に電極組成物を供給する電極組成物供給工程と、
前記搬送治具に保持された前記電極組成物を圧縮するプレス工程と、を有し、
前記搬送治具は、
枠状の治具枠部と、
前記治具枠部に架け渡される可撓性の支持シートと、を有し、
前記集電体は、前記支持シートに搭載される、
電池用電極の製造方法。 - 前記集電体の上面に枠体を貼り付けて枠付き集電体とする予備工程と、
前記搬送治具に前記枠付き集電体を搭載する前記搭載工程と、を有し、
前記予備工程の後に前記搭載工程を行う、又は前記搭載工程の後に前記予備工程を行う、
請求項1に記載の電池用電極の製造方法。 - 前記支持シートが、前記枠付き集電体が搭載されることにより生じる撓み量が所定の値よりも小さくなるように前記治具枠部に所定のテンションで張られている
請求項2に記載の電池用電極の製造方法。 - 前記支持シートの表面には、前記集電体に接着する接着層が設けられる、
請求項2に記載の電池用電極の製造方法。 - 前記支持シートは、通気性を有し、
裏面側に負圧を付与することで前記集電体を保持する、
請求項2に記載の電池用電極の製造方法。 - 前記予備工程の後に前記搭載工程を行い、
前記搭載工程は、前記支持シートを裏面側からローラーによって前記支持シートを前記枠付き集電体に押し付けるローラー押し付け工程を含み、
前記ローラー押し付け工程は、前記枠付き集電体の枠内をスペーサで埋めた状態で行われる、
請求項2~5の何れか一項に記載の電池用電極の製造方法。 - 前記ローラー押し付け工程において、前記枠付き集電体は、前記ローラーと、前記ローラーの反対側で前記枠体を支持する支持面を有する台座部材と、の間で挟み込まれ、
前記スペーサは、前記台座部材の一部であり、前記支持面から前記ローラー側に突出する、
請求項6に記載の電池用電極の製造方法。 - 前記枠体は、シートから打ち抜かれることで形成されており、
前記スペーサとして、前記枠体の打ち抜き時に発生した前記枠体の枠内の端材が用いられる、
請求項6に記載の電池用電極の製造方法。 - 前記予備工程の後に前記搭載工程を行い、
前記搭載工程は、前記枠付き集電体を搭載した状態で前記搬送治具を減圧室内に収容し、減圧に伴い膨張するダイヤフラムによって前記支持シートを前記枠付き集電体に押し付けるダイヤフラム押し付け工程を含む、
請求項2~5の何れか一項に記載の電池用電極の製造方法。 - 電極組成物供給工程において、前記枠付き集電体の反対側で前記支持シートを支持する架台が配置される、
請求項2~9の何れか一項に記載の電池用電極の製造方法。 - 請求項2~10の何れか一項に記載の電池用電極の製造方法によって製造された前記電池用電極を2つ用意し、2つの前記電池用電極を、セパレータを介して互いに向かい合わせに積層して積層体を形成する積層工程と、
前記積層体の内部の空気を抜く脱気工程と、
前記積層体において2つの前記電池用電極の前記枠体同士を溶着する溶着工程と、を有し、
前記積層工程において、2つの前記電池用電極は、前記搬送治具に保持された状態で、互いに積層される、
電池セルの製造方法。
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