JP7155881B2 - 電極板、これを用いた電池、電極板の製造方法、これを用いた電池の製造方法、ダイヘッド - Google Patents
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Description
このような帯状電極板あるいは矩形状電極板では、電極箔が露出した箔露出部は、外部との接続を担う外部端子に接続する集電部として利用される。
このような絶縁体層の形成手法としては、電極箔への活物質ペーストの塗布による活物質層の形成と、絶縁体ペーストの塗布による絶縁体層の形成とを、相前後して行う(特許文献2参照)手法が挙げられる。また、ダイコータにおいて、活物質ペーストを吐出するスロットのほかに、このスロットの両側に設け絶縁体ペーストを吐出するスロットを設け、活物質ペーストと絶縁体ペーストを同時に電極箔に塗布する手法(特許文献1参照)も挙げられる。特許文献1の図6に示されるダイコータ18においては、正極材料(活物質ペースト)5を吐出するスロット24と、この両側に配置された第1の絶縁材料(絶縁体ペースト)19を吐出するスロット25,26とは、隙間なく配置されている。
そこで、電極板の電極箔が露出した箔露出部のうち、電池とした場合に他極の電極板と接近する幅方向他方側(活物質層側)の部位を絶縁体層で覆いたい場合が多い。
しかるに、活物質層の一方側層端縁部と、電極箔が露出した箔露出部のうち幅方向他方側の部位に設けた絶縁体層との間に隙間が空いていると、この隙間に導電性異物が脱落困難に挟み込まれ、逆に短絡の原因となる危険性がある。
これに対し、この帯状電極板では、絶縁体層は、活物質層の頂面よりも低位とされている。
このため、適切に、この帯状電極板を巻き取ったり、帯状電極板を捲回して捲回型の電極体を形成するにあたり、帯状電極板を捲回したりできる。また、この帯状電極板を用いて、捲回型の電極体を形成し、活物質層の頂面に面圧を掛ける際にも、活物質層の頂面全体に、均一に圧力を掛けることができる。
このため、斜面被覆部で活物質層の一方側斜面部の下部を絶縁することができる上、箔被覆部で電極箔の絶縁体層担持部を覆って絶縁することができる。また、箔被覆部が斜面被覆部から延びて形成されるので、絶縁体層と活物質層との間に隙間ができて導電性異物が挟まる虞も低減できる。
また、活物質層の一方側斜面部は、電極箔の絶縁体層担持部ほど平滑ではなく凹凸が存在する。このため、絶縁体層のうち、斜面被覆部の厚さ(Ts)が、箔被覆部の厚さ(Tt)と同じあるいはこれより薄い場合には、斜面被覆部で活物質層の一方側斜面部を覆って絶縁するにあたり、絶縁の確実性が低い場合も生じる。
これに対し、この帯状電極板では、斜面被覆部の厚さが、箔被覆部の厚さよりも厚くされている(Ts>Tt)。このため、絶縁体層は、斜面被覆部で活物質層の一方側斜面部を、より確実に被覆し絶縁することができる。
また、絶縁体層が活物質層の頂面よりも電極箔側に「低位」であるとは、電極層の厚み方向に見て、絶縁体層が、活物質層の頂面よりも電極箔側に位置していることをいう。
帯状電極板に用いる電極箔としては、アルミニウム箔、銅箔などの金属箔が挙げられる。
また、活物質層としては、活物質粒子、導電材、結着剤などを含む正極活物質層や負極活物質層が挙げられる。活物質粒子としては、例えば、リチウム遷移金属複合酸化物、具体的にはリチウムニッケルコバルトマンガン酸化物等の正極活物質の粒子や、黒鉛、アセチレンブラック(AB)等の負極活物質の粒子が挙げられる。導電材としては、黒鉛、アセチレンブラックなどの導電性粒子が挙げられる。また、結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などの樹脂が挙げられる。また、絶縁体層に用いる絶縁樹脂としては、例えば、PVDF、アクリル、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリイミド、ポリアミドなどが挙げられる。
このうちでも、耐熱温度の高いアルミナ粉末を用いるのが好ましい。また、絶縁体ペーストの塗布による、ダイヘッドの摩耗などを考慮し、比較的柔らかい、ベーマイト粉末を用いることも好ましい。
一般に、負極板では、負極活物質層において負極活物質粒子として黒鉛などを用いる。一方、正極板の正極活物質層に、リチウム遷移金属複合酸化物などの金属酸化物の正極活物質粒子を用いた場合には、正極活物質層よりも、負極活物質層の方が低抵抗となる。このため、金属酸化物の正極活物質粒子を含む正極活物質層と負極板(負極活物質層あるいは負極集電箔)とが導電性異物などで短絡した場合に比して、黒鉛等の負極活物質粒子を含む負極活物質層と正極板の正極集電箔(電極箔)とが導電性異物などで短絡した場合の方が、低抵抗となり、大きな短絡電流が流れて特に好ましくない。
これに対し、金属酸化物からなる正極活物質粒子を用いる正極板について、この技術を適用して、電極箔である正極集電箔に絶縁体層を設けているので、大きな短絡電流が流れうる、正極集電箔と負極板(負極活物質層あるいは負極集電箔)との短絡を抑制することができる。
これに対し、この矩形状電極板では、絶縁体層は、活物質層の頂面よりも低位とされている。
このため、この矩形状電極板を用いて、捲回型の電極体を形成し、活物質層の頂面に面圧を掛ける際にも、活物質層の頂面全体に、均一に圧力を掛けることができる。
このため、斜面被覆部で活物質層の一方側斜面部の下部を絶縁することができる上、箔被覆部で電極箔の一方側箔端縁部のうち幅方向他方側の部位を覆って絶縁することができる。また、箔被覆部が斜面被覆部から延びて形成されるので、絶縁体層と活物質層との間に隙間ができて異物が挟まる虞も低減できる。
なお、ダイヘッドの第1スロットから吐出した正極活物質ペーストからなる未乾燥活物質層は、幅方向に若干拡がった後に安定する。即ち、第1スロットの幅方向寸法よりも、未乾燥活物質層(活物質層)の幅方向寸法は、若干(例えば、1~2%程度)大きくなる。第2スロットから吐出した絶縁体ペーストからなる未乾燥絶縁体層も同様である。
このため、電極箔に塗着された未乾燥活物質層は、電極箔上で幅方向一方側に拡がって、この未乾燥活物質層と所定の間隔を開けて電極箔に塗着された未乾燥絶縁体層に、幅方向他方側から接し、未乾燥絶縁体層の幅方向他方側の部位が、未乾燥活物質層の未乾燥一方側斜面部に乗り上げた形態となる。その後、乾燥工程で、未乾燥活物質層及び未乾燥絶縁体層を乾燥させて、活物質層及び絶縁体層を有する電極板を得る。
このように、ダイヘッドで、電極箔に活物質ペースト及び絶縁体ペースト(未乾燥活物質層及び未乾燥絶縁体層)を間隔を空けて塗着し、その後、幅方向に拡がる未乾燥活物質層を未乾燥絶縁体層に幅方向他方側から当接させる。
かくして、活物質層と絶縁体層とが離間してこれらの間に隙間が形成されることをなくすることができる。
これに対し本技術では、未乾燥活物質層と未乾燥絶縁体層とが境界部分で混合が生じる場合もあるが、上述の場合に比して、過度の混合が抑制され、混合の程度が低くなる。このため、混合が大きく生じて、絶縁体層の一部が活物質層の頂面に乗り上げて高位に位置する形態や、混合した活物質層の一部が絶縁体層から露出するなど絶縁体層で十分に覆えない形態になることが防止される。
即ち、絶縁体層として、活物質層の頂面よりも低位で、活物質層の一方側斜面部の下部を覆う斜面被覆部と、斜面被覆部から幅方向一方側に延びる箔被覆部とを確実に形成できる。
しかも、塗布工程及び乾燥工程で、活物質層及び絶縁体層を同時に形成し乾燥するので、短い工程で安価に電極板を製造することができる。
また、絶縁体ペーストを第2スロットから、電極箔に向けて吐出する際の向きを、幅方向他方側に傾けて吐出するか、あるいは幅方向一方側に傾けて吐出するか、また、その吐出の角度を調節するとよい。
一方、第1スロットの幅方向に直交する搬送方向寸法や吐出させる活物質ペーストの目付量(活物質層の膜厚)等を考慮すると、活物質ペーストに掛ける圧力の選択しうる範囲は、或る範囲に限定されることが多い。
他方、絶縁体ペーストに掛ける圧力も、このような限定された範囲から選択し、しかも、第1スロットの搬送方向寸法と等しい搬送方向寸法とした第2スロットから、適量の絶縁体ペーストを吐出させようとすると、絶縁体ペーストの粘度が適切でない(粘度が低すぎる、あるいは逆に高すぎる)ために、実現困難となる場合が生じる。
具体的には、例えば、ダイヘッドにおいて、第1スロットの搬送方向寸法、及び、第2スロットの搬送方向寸法を定めるべく、上流側ヘッド本体と下流側ヘッド本体との間に挟むシムを製造するにあたり、第1スロットをなす部分は、両面からのエッチングでシムの全厚に亘り除去する一方、第2スロットをなす部分は、ハーフエッチング(片面エッチング)などの製造手法を採用して、厚み方向(搬送方向)の一方側を残した形態とする。これにより、ダイヘッドにおいて、第1スロットの搬送方向寸法よりも、第2スロットの搬送方向寸法を小さくする。あるいはこれとは逆に、シムのうち、第2スロットをなす部分はシムの全厚に亘り除去する一方、第1スロットをなす部分は厚み方向の一方側を残して、第1スロットの搬送方向寸法よりも、第2スロットの搬送方向寸法を大きくする。
また、シムにハーフエッチングなどを施さず、上流側ヘッド本体あるいは下流側ヘッド本体のリップ部分に溝や凸部を形成するなどして、第2スロットの搬送方向寸法を第1スロットの搬送方向寸法と異ならせることもできる。また、これらを組み合わせることもできる。
これに対し、上述の製造方法では、絶縁体ペーストは活物質ペーストよりも低粘度であるが、第2スロットの搬送方向寸法を、第1スロットの搬送方向寸法よりも小さくしている。このため、活物質ペーストよりも粘度の低い絶縁体ペーストに、活物質ペーストと同程度の圧力を掛けた場合でも、絶縁体ペーストを第2スロットから適切に吐出させることができる。
このうち、a),b)のパターンでは、c)のパターンに比して、吐出された活物質ペーストおよび絶縁体ペーストが、ダイヘッドのうち下流側ヘッド本体に設けた下流側リップと電極箔との間の、活物質ペーストおよび絶縁体ペーストに未だ圧力が掛かっている部位に至るまでの時間が長くなり、各々幅方向に拡がろうとする活物質ペーストと絶縁体ペーストとが互いに接しやすく、これらが境界付近で渦をなして混ざり易い。
一方、c)のパターンでは、a),b)のパターンに比して、活物質ペーストに比して絶縁体ペーストが搬送方向に見て遅れて吐出されるので、ダイヘッドの下流側リップと電極箔との間において、各々幅方向に拡がろうとする未乾燥活物質層と未乾燥絶縁体層とが接し難くなりあるいは強く接するのが抑制され、未乾燥活物質層と未乾燥絶縁体層とがこれらの界面付近で渦をなして混ざるのを、抑制することができる。
ダイヘッドの第2スロットから、このようにして吐出され被塗物に塗着された第2ペーストは、被塗物上で、幅方向他方側に拡がりやすい。このため、第2ペーストは、同じダイヘッドの第1スロットから吐出され被塗物に塗着された第1ペースト(例えば活物質ペースト)と、吐出前のダイヘッド内では互いに接したり混ざったりすることはない。その一方で、吐出時には所定間隔を開けて吐出させたにも拘わらず、塗着後に被塗物上で互いに近づけたり接したりをさせ易いダイヘッドとなる。
上記第1スロットおよび上記第2スロットの搬送方向上流側に配置される上流側ヘッド本体と、上記第1スロットおよび上記第2スロットの搬送方向下流側に配置される下流側ヘッド本体と、平板状で、上記上流側ヘッド本体と上記下流側ヘッド本体との間に介在して、上記第1スロット及び上記第2スロットの搬送方向寸法及び幅方向寸法を定めるシムと、を備え、上記シムは、上記第1スロットに前記第1ペーストを導く第1通路をなす第1通路部、及び、前記第2通路をなす第2通路部を有し、上記第2通路部は、上記第2スロットに向かうほど、上記幅方向他方側に位置する形態を有するダイヘッドである。
このダイヘッドでは、シムにおける第2通路部の形態を、上述のようにすれば足りるので、構成容易である。
一方、第1スロットの搬送方向寸法やこの第1スロットから吐出させるべき第1ペーストの吐出量等を考慮すると、第1ペーストに掛け得る圧力の範囲は或る範囲に限定されることが多い。
他方、このような限定された範囲の圧力で、第1スロットと同じ搬送方向寸法の第2スロットから第2ペーストを吐出させようとすると、第2ペーストの粘度が適切でない(粘度が低すぎる、あるいは逆に高すぎる)ために、第2ペーストを適量吐出できない場合が生じる。
このシムを用いたダイヘッドでは、第1スロットの厚み方向寸法(搬送方向寸法)と、第2スロットの厚み方向寸法(搬送方向寸法)を異なったものとすることができる。
これに対し、上述のダイヘッドでは、第2スロットの搬送方向寸法を、第1スロットの搬送方向寸法よりも小さくしている。このため、第1ペーストよりも粘度の低い第2ペーストに、第1ペーストとほぼ等しい圧力を掛けた場合でも、第2ペーストを第2スロットから適切に吐出させることができる。
以下、本発明の第1実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。本実施形態1に係るリチウムイオン二次電池(以下、単に「電池」ともいう)1の斜視図を図1に、縦断面図を図2に示す。また、この電池1を構成する電極体20の斜視図を図3に、展開図を図4に示す。
なお、以下では、電池1の電池厚み方向BH、電池横方向CH及び電池縦方向DHを、図1及び図2に示す方向と定めて説明する。
この電池1は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両などに搭載される角型で密閉型のリチウムイオン二次電池である。電池1は、電池ケース10と、この内部に収容された捲回型の電極体20と、電池ケース10に支持された正極端子部材50及び負極端子部材60等から構成される。また、電池ケース10内には、電解液(非水電解液)70が収容されており、電解液70の一部は電極体20内に含浸され、残りは余剰液として電池ケース10の底部に溜まっている。
負極活物質層33は、負極活物質粒子、結着剤及び増粘剤を含んでいる。本実施形態では、負極活物質粒子として黒鉛粒子を、結着剤としてスチレンブタジエンゴム(SBR)を用いている。
このため、斜面被覆部24sで正極活物質層23の正極層斜面部23psの下部23pskを絶縁することができる上、箔被覆部24tで正極集電箔22の絶縁体層担持部22iを覆って絶縁することができる。また、箔被覆部24tが斜面被覆部24sから延びて形成されるので、絶縁体層24と正極活物質層23との間に隙間ができて導電性異物が挟まる虞も低減できる。
これに対し、図6に示すように、本実施形態1の正極板21では、絶縁体層24のうち、斜面被覆部24sの厚さTsが、箔被覆部24tの厚さTtよりも厚くされている(Ts>Tt)。このため、絶縁体層24は、斜面被覆部24sで正極活物質層23の正極層斜面部23psを、より確実に被覆し絶縁することができる。
なお、後述するように、未乾燥正極活物質層23Mと未乾燥絶縁体層24Mとが接する際の、衝突の強さやタイミングを適切な関係とすることにより、絶縁体層24の斜面被覆部24sと箔被覆部24tの厚さTs,Ttについて、上述の関係(Ts>Tt)を有する形態とする。
前述したように、負極板31は、相対的に低抵抗の負極活物質粒子として黒鉛粒子を用いている。このため、正極活物質層23よりも、負極活物質層33の方が低抵抗となる。従って、正極活物質層23と負極板31(負極活物質層33あるいは負極集電箔32)とが導電性異物などを介して短絡した場合に比して、黒鉛粒子を含む比較的低抵抗の負極活物質層33と正極板21の正極集電箔22とが導電性異物などを介して短絡した場合の方が、低抵抗となり、大きな短絡電流が流れて特に好ましくない。
これ対し、本実施形態1では、正極集電箔22に絶縁体層24を設けているので、正極集電箔22と負極板31(負極活物質層33あるいは負極集電箔32)との短絡を抑制することができる。
まず、所定の長手方向寸法DL1を有する帯状の正極板21を取得する正極板製造工程SPについて説明する。正極活物質ペーストPAP及び絶縁体ペーストIPを用意する。正極活物質ペーストPAPは、正極活物質粒子(本実施形態ではリチウムニッケルコバルトマンガン酸化物粒子)23f、導電材(アセチレンブラック)、及び、結着剤(PVDF)を含み、溶媒(N-メチルピロリドン(NMP))と共に混練して作製する。一方、絶縁体ペーストIPは、絶縁性樹脂(本実施形態ではPVDF)、及び、無機絶縁粉末(本実施形態ではベーマイト粉末を含み)、溶媒(N-メチルピロリドン(NMP))と共に混練して作製する。正極活物質ペーストPAPは、固形分率NVが大きく高粘度である。一方、絶縁体ペーストIPは、上述の正極活物質ペーストPAPに比して、固形分率NVが小さく低粘度である。
上流側ヘッド本体83U及び下流側ヘッド本体83Dには、半円柱状の窪みで構成される上流側マニホールド部83UM及び下流側マニホールド部83DMがそれぞれ形成されており、シム83Iを貫通する凹状のマニホールド部83IMを介して重なることにより、ダイヘッド83には、略円柱形状のマニホールド83Mが設けられている。このマニホールド83Mは、上流側ヘッド本体83Uに穿孔した第1流入孔83UPを通じて、第1配管84Hに接続しており、この第1配管84Hを通じて圧送された正極活物質ペーストPAPが、マニホールド83Mに一旦貯留される。さらに、圧送されマニホールド83M内に充填された正極活物質ペーストPAPは、上流側ヘッド本体83Uの上流側平面部83UT、下流側ヘッド本体83Dの下流側平面部83DT、及びシム83Iの第1通路部83IT1で囲まれる第1通路83T1を通じて、ダイヘッド83の開口である第1スロット83S1に向けて圧送される。さらに、正極活物質ペーストPAPは、この第1スロット83S1から、バックアップロール82によって搬送され、第1スロット83S1に対向する正極集電箔22に向けて吐出される。正極集電箔22に塗着された正極活物質ペーストPAPは、帯状の未乾燥正極活物質層23Mとなる。
なお、本実施形態1では、図14に示すように、シム83Iの第2通路部83IT2の先端部83IT2Sの中心線CLの傾斜角θは、θ=25度である。
また、シム83Iの隔壁部83IKの先端83IKSは、上流側ヘッド本体83Uの上流側リップ部83UL及び下流側ヘッド本体83Dの下流側リップ部83DLに対し、面一(引き下がりなし。引き下がり寸法HS=0)とされている(図15(c)も参照)。このため、ダイヘッド83内で、正極活物質ペーストPAPと絶縁体ペーストIPとが混ざることはない。
他方、絶縁体ペーストIPに掛ける圧力も、このような限定された範囲から選択し、しかも、第1スロット83S1の搬送方向寸法DH1と等しい搬送方向寸法DH2(=DH1)とした第2スロット83S2から、絶縁体ペーストIPを吐出させようとした場合には、絶縁体ペーストIPの粘度が適切でない(粘度が低すぎる、あるいは逆に高すぎる)ために、絶縁体ペーストIPを適量吐出できない場合が生じる。本実施形態1に即して言えば、絶縁体ペーストIPの粘度が低いので、絶縁体ペーストIPに正極活物質ペーストPAPと等しい圧力を掛けると、第2スロット83S2から吐出される絶縁体ペーストIPの量が多くなりすぎる場合が生じる。
なお、シム83Iの第2通路部83IT2のうち、ハーフエッチング処理で形成した先端部83IT2S以外の部分のほか、マニホールド部83IM、及び、第1通路部83IT1は、通常のエッチングにより、シム83Iの全厚み分が除去されて形成されている。このため、第1スロット83S1の搬送方向寸法DH1は、シム83Iの板厚SHTに等しい(図15参照)。
したがって、第2スロット83S2の搬送方向寸法DH2は、第1スロット83S1の搬送方向寸法DH1の約半分の大きさとされている(DH2≒DH1/2<DH1))。
また、ハーフエッチング処理により形成した先端部83IT2Sには、シム83Iをなす板材の一部が残されているので、正極活物質ペーストPAPと絶縁体ペーストIPに掛ける圧力が互いに異なり、隔壁部83IKに差圧による応力が掛かった場合でも、隔壁部83IKの変形を防止できる利点もある。
このようにすることで、図15(b),(c)を比較すると判るように、逆に配置した場合に比して、正極活物質ペーストPAP(図15(b)参照)に比して絶縁体ペーストIP(図15(c)参照)が搬送方向HHに見て遅れて吐出される。このため、ダイヘッド83の下流側リップ部83DLと正極集電箔22との間において、各々幅方向に拡がろうとする正極活物質ペーストPAPと絶縁体ペーストIPとが、比較的に強く接し難くなり、正極活物質ペーストPAPと絶縁体ペーストIPとがこれらの界面付近で渦をなして混ざるのを、相対的に抑制することができる。
このため、絶縁体ペーストIPを、第2スロット83S2から、対向する正極集電箔22に向けて、かつ、幅方向内側WHI(第1スロット83S1に近づく、幅方向他方側WH2あるいは幅方向一方側WH1)に向けて傾斜角θの角度で吐出することができる。このように傾斜角θを付して吐出され正極集電箔22に塗着された絶縁体ペーストIPは、この正極集電箔22上で幅方向内側WHIに向けて拡がりやすく、正極集電箔22上で、未乾燥正極活物質層23Mと未乾燥絶縁体層24Mとが接し易くできる。
未乾燥正極活物質層23Mと未乾燥絶縁体層24Mとが界面で強く衝突して混合したために、このような混合部25が、広い領域に亘って発生した場合には、図7に示すように、この混合部25において、絶縁体層24が正極活物質層23の頂面23S上に乗り上げ、この頂面23Sよりも高位となる場合がある。また、絶縁体層24のうち斜面被覆部24sにおいて、混在している混在活物質部23Cが斜面被覆部24sに露出して、絶縁体層24の斜面被覆部24sで、正極活物質層23の正極層斜面部23psを適切に絶縁できない場合も生じる。
さらに、この電極体20を用いて、公知の手法により、電池1を組み立てる(電池組立工程SE2)。さらに、電池1に初充電し、必要な検査を行って不具合のある電池1等を除去して(初充電・検査工程SE3)、電池1が完成する。
また、この電池1の製造方法では、前述の帯状電極板21を用いて電極体20を形成するので、容易で安価に電池1を製造することができる。
発明者らは、ダイヘッド83における、第1スロット83S1と第2スロット83S2との間隔DD、隔壁部83IKの大きさ、第2通路部83IT2の先端部83IT2Sの中心線CLの傾斜角θ、シム83Iの隔壁部83IKの先端83IKSの、上流側ヘッド本体83Uの上流側リップ部83UL及び下流側ヘッド本体83Dの下流側リップ部83DLに対する引き下がり寸法HSの大きさと、絶縁体層の24の位置や、未乾燥正極活物質層23Mと未乾燥絶縁体層24Mとの混合による正極活物質層23と絶縁体層24との混合部25の発生との関係を検討した。
実施例1~3,比較例1~4に掛かる正極板21の結果を表1に示す。
一方、実施例1~3では、傾斜角θを、比較例2よりも大きい、θ=20~27.5度とした。このため、未乾燥絶縁体層24Mが、幅方向内側WHIに拡がる量が比較的大きくなり、未乾燥正極活物質層23Mと未乾燥絶縁体層24Mとが接触したため、混合部25が生じたと考えられる。しかも、傾斜角θが大きいほど、混合部25の大きさも大きくなっていることから、未乾燥絶縁体層24Mが、幅方向内側WHIに拡がる量は、傾斜角θの大きさと正の相関を有していると考えられる。また、実施例1~3では、絶縁体層24で、正極活物質層23の正極層斜面部23psを被覆できていることも判る。
なお、未乾燥正極活物質層23Mは、幅方向WHに若干拡がった後に安定する。未乾燥絶縁体層24Mも同様である。
このため、正極集電箔22に塗着された未乾燥正極活物質層23Mは、未乾燥絶縁体層24Mに、幅方向内側WHI(第1スロット83S1を基準として幅方向他方側WH2及び幅方向一方側WH1)から接し、未乾燥絶縁体層24Mの一部が、未乾燥正極活物質層23Mの未乾燥正極層斜面部23Mpsに乗り上げた形態となる。その後、第1,第2乾燥工程SP2,SP4で、未乾燥正極活物質層23M及び未乾燥絶縁体層24Mを乾燥させて、正極活物質層23及び絶縁体層24を有する帯状の正極板21を得る。
このように、ダイヘッド83で、正極集電箔22に正極活物質ペーストPAP及び絶縁体ペーストIPを間隔DDを空けて塗着し、その後、幅方向WHに拡がる未乾燥正極活物質層23Mを未乾燥絶縁体層24Mに幅方向内側WHI(第1スロット83S1を基準として幅方向他方側WH2及び幅方向一方側WH1)から当接させる。
かくして、正極活物質層23と絶縁体層24とが離間してこれらの間に隙間が形成されることをなくすることができる。
これに対し本実施形態1では、未乾燥正極活物質層23Mと未乾燥絶縁体層24Mとが境界部分で混合部25を生じる場合もあるが、上述の場合に比して、過度の混合が抑制され、混合の程度が低くなる。このため、混合部25が大きく生じて、絶縁体層24の一部が正極活物質層23の頂面に乗り上げて「高位」に位置する形態や、混合した正極活物質層23の一部が絶縁体層24から露出するなど絶縁体層24で十分に覆えない形態(例えば比較例3,4)になることが防止される。
即ち、絶縁体層24として、正極活物質層23の頂面23Sよりも低位で、正極活物質層23の正極層斜面部23psの下部23pskを覆う斜面被覆部24sと、斜面被覆部24sから幅方向外側WHO(正極活物質層23を基準として幅方向一方側WH1あるいは幅方向他方側WH2)に延びる箔被覆部24tとを確実に形成できる。
しかも、第1,第2塗布工程SP1,SP3及び第1,第2乾燥工程SP2,SP4で、正極活物質層23及び絶縁体層24を同時に形成し乾燥するので、短い工程で安価に電極板を製造することができる。
上述の実施形態の電池1では、捲回型の電極体20を用い、正極板としては帯状の正極板21(帯状正極板)を用いた例を示した。
しかし、帯状の正極板21を、所定の長手方向寸法DL2で切断した矩形状正極板121を用いて、積層型の電池101を構成することもできる。即ち、図17に示す電池101は、電池ケース110と、この内部に収容された積層型の電極体120と、電池ケース110に支持された正極端子部材150及び負極端子部材160等から構成される。また、電池ケース10内には、図示しない電解液(非水電解液)が収容されている。
この電池101でも、矩形状電極板121を用いているので、積層型の電極体120において、正極活物質層23の頂面23Sに全体に、均一に圧力を掛けることができ、安定した特性の電池101とすることができる。
上述の積層型の電池101の製造方法では、上述の矩形状電極板121を用いて積層型の電極体120を形成するので、容易で安価に電池101を製造することができる。
例えば、実施形態1,2では、帯状電極板、矩形状電極板、電極体、電池として、またこれらの製造方法として、帯状の正極板21やその製造方法等を例示した。しかし、帯状の負極板やその製造方法などに、本技術を適用することもできる。
CH 電池横方向
DH 電池縦方向
1,101 電池
20,120 電極体
WH 幅方向
WH1 (幅方向の)一方側
WH2 (幅方向の)他方側
WHO (幅方向の)外側
WHI (幅方向の)内側
LH 長手方向
TH 厚み方向
21 正極板(帯状電極板)
121 矩形状正極板(矩形状電極板)
21m,121m 正極集電部(箔露出部)
DL1,DL2 (矩形状正極板の)長手方向寸法
22 正極集電箔(電極箔,被塗物)
22S1,22S2 (正極集電箔の)表面
22p 一方側正極箔端縁(一方側箔端縁)
22m 箔露出部
22c 活物質層担持部
22i 絶縁体層担持部
23 正極活物質層(活物質層)
23S (正極活物質層の)頂面
23p 正極層端縁部(一方側層端縁部)
23ps 正極層斜面部(一方側斜面部)
23psk (正極層斜面部の)下部
23f 正極活物質粒子
PAP 正極活物質ペースト(第1ペースト)
23M 未乾燥正極活物質層
23Mps 未乾燥正極層斜面部(一方側斜面部)
24 絶縁体層
24s 斜面被覆部
Ts (斜面被覆部の)厚さ
24t 箔被覆部
Tt (箔被覆部の)厚さ
IP 絶縁体ペースト(第2ペースト)
24M 未乾燥絶縁体層
HH 搬送方向
HHU 搬送方向上流側
HHD 搬送方向下流側
80 塗布・乾燥装置
81 ダイコータ
83 ダイヘッド
GA ギャップ
83T1 第1通路
83T2 第2通路
83T2S (第2通路の)先端部
83S1 第1スロット
DH1 (第1スロットの)搬送方向寸法
DW1 (第1スロットの)幅方向寸法
83S2 第2スロット
DH2 (第2スロットの)搬送方向寸法
DW2 (第2スロットの)幅方向寸法
DD (第1スロットと第2スロットの)間隔
83U 上流側ヘッド本体
83UL 上流側リップ部
83D 下流側ヘッド本体
83DL 下流側リップ部
83I シム
SHT (シムの)板厚
83IT1 第1通路部(抜き開口部)
83IT2 第2通路部
83IT2S (第2通路部の)先端部(残存開口部)
CL (第2通路部の先端部の)中心線
θ (第2通路先端部の中心線の)傾斜角
83IK (第1通路部と第2通路部とを隔てる)隔壁部
83IKS (隔壁部の)先端
HS (隔壁部の先端のリップ部に対する)引き下がり寸法
SP 正極板製造工程
SP1 第1塗布工程
SP2 第1乾燥工程
SP3 第2塗布工程
SP4 第2乾燥工程
SP6 切断工程
SE1 電極体製造工程
SE2 電池組立工程
SE3 初充電・検査工程
Claims (16)
- 長手方向に延びる帯状の電極箔であって、
上記電極箔の幅方向一方側の一方側箔端縁を含み、上記一方側箔端縁に沿って上記長手方向に延び、上記電極箔が露出する帯状の箔露出部を有する
電極箔と、
上記電極箔のうち、上記箔露出部よりも幅方向他方側の活物質層担持部上に形成され、上記長手方向に延びる帯状の活物質層と、
絶縁樹脂を含み、上記活物質層のうち上記幅方向一方側に位置する一方側層端縁部に沿い、上記電極箔のうち、上記箔露出部と上記活物質層担持部との間の絶縁体層担持部上に形成され、上記長手方向に延びる帯状の絶縁体層と、を備える
帯状電極板であって、
上記活物質層の上記一方側層端縁部は、
上記幅方向一方側ほど上記活物質層の厚みが薄い一方側斜面部を有し、
上記絶縁体層は、
上記活物質層の頂面よりも上記電極箔側に低位であり、
上記活物質層の上記一方側斜面部の少なくとも下部を覆う斜面被覆部、及び、
上記斜面被覆部から上記幅方向一方側に延びて、上記電極箔の上記絶縁体層担持部を覆う箔被覆部、を有し、
前記絶縁体層のうち、前記斜面被覆部の上記幅方向の中央の厚さ(Ts)が、前記箔被覆部の上記幅方向の中央の厚さ(Tt)よりも厚く(Ts>Tt)されてなる
帯状電極板。 - 請求項1に記載の帯状電極板であって、
前記絶縁体層は、無機絶縁体粉末を含む
帯状電極板。 - 請求項1又は請求項2に記載の帯状電極板であって、
前記活物質層は、金属酸化物からなる正極活物質粒子を含む
帯状電極板。 - 請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の帯状電極板を、所定の長手方向寸法で切断してなる
矩形状電極板。 - 請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の帯状電極板、または請求項4に記載の矩形状電極板を用いた
電池。 - 長手方向に延びる帯状の電極箔であって、
上記電極箔の幅方向一方側の一方側箔端縁を含み、上記一方側箔端縁に沿って上記長手方向に延び、上記電極箔が露出する帯状の箔露出部を有する
電極箔と、
上記電極箔のうち、上記箔露出部よりも幅方向他方側の活物質層担持部上に形成され、上記長手方向に延びる帯状の活物質層と、
絶縁樹脂を含み、上記活物質層のうち上記幅方向一方側に位置する一方側層端縁部に沿い、上記電極箔のうち、上記箔露出部と上記活物質層担持部との間の絶縁体層担持部上に
形成され、上記長手方向に延びる帯状の絶縁体層と、を備える
帯状電極板であって、
上記活物質層の上記一方側層端縁部は、
上記幅方向一方側ほど上記活物質層の厚みが薄い一方側斜面部を有し、
上記絶縁体層は、
上記活物質層の頂面よりも上記電極箔側に低位であり、
上記活物質層の上記一方側斜面部の少なくとも下部を覆う斜面被覆部、及び、
上記斜面被覆部から上記幅方向一方側に延びて、上記電極箔の上記絶縁体層担持部を覆う箔被覆部、を有する
帯状電極板の製造方法であって、
上記長手方向に搬送される上記電極箔の上記活物質層担持部及び上記絶縁体層担持部に、ダイヘッドから吐出された活物質ペースト及び絶縁体ペーストをそれぞれ塗布して、未乾燥活物質層及び未乾燥絶縁体層を形成する塗布工程と、
上記未乾燥活物質層及び上記未乾燥絶縁体層を乾燥させて、上記活物質層及び上記絶縁体層を有する上記帯状電極板を形成する乾燥工程と、を備え、
上記ダイヘッドは、
上記幅方向に直線状に延び、上記活物質ペーストを吐出する第1スロット、及び、
上記第1スロットの上記幅方向一方側に配置され、この第1スロットと所定間隔を開けて一直線に並び、この第1スロットよりも幅狭で、上記絶縁体ペーストを吐出する第2スロットを有し、
上記塗布工程は、
上記第1スロットから吐出され、上記電極箔に塗着された上記活物質ペーストからなる上記未乾燥活物質層が、上記電極箔上で上記幅方向一方側に拡がり、
上記第2スロットから吐出され、上記未乾燥活物質層と隙間を開けて上記電極箔に塗着された上記絶縁体ペーストからなる上記未乾燥絶縁体層に、上記電極箔上で幅方向他方側から接して、
上記未乾燥絶縁体層のうち上記幅方向他方側の部位が、上記未乾燥活物質層のうち、幅方向一方側ほど上記未乾燥活物質層の厚みが減少する未乾燥一方側斜面部に乗り上げた形態とする工程である
帯状電極板の製造方法。 - 請求項6に記載の帯状電極板の製造方法であって、
前記ダイヘッドは、
前記第2スロットから、前記絶縁体ペーストを、対向する前記電極箔に向けて、かつ、幅方向他方側に向けて吐出する構成を有する
帯状電極板の製造方法。 - 請求項6または請求項7に記載の帯状電極板の製造方法であって、
前記ダイヘッドのうち、
前記第2スロットの搬送方向寸法を、前記第1スロットの搬送方向寸法と異ならせてある
帯状電極板の製造方法。 - 請求項8に記載の帯状電極板の製造方法であって、
前記絶縁体ペーストは、前記活物質ペーストよりも低粘度であり、
前記ダイヘッドは、
前記第2スロットの前記搬送方向寸法を、前記第1スロットの前記搬送方向寸法よりも小さくしてなる
帯状電極板の製造方法。 - 請求項9に記載の帯状電極板の製造方法であって、
前記ダイヘッドは、
上記第2スロットの位置を、前記第1スロットの位置よりも、搬送方向下流側に偏らせてなる
帯状電極板の製造方法。 - 請求項6~請求項10のいずれか1項に記載の帯状電極板の製造方法で製造した上記帯状電極板を、所定の長手方向寸法で切断する長手方向切断工程を備える
矩形状電極板の製造方法。 - 請求項6~請求項10のいずれか1項に記載の帯状電極板の製造方法で製造した前記帯状電極板、または、請求項11に記載の矩形状電極板の製造方法で製造した前記矩形状電極板を用いて、電極体を形成する電極体形成工程を備える
電池の製造方法。 - 幅方向に直線状に延び、第1ペーストを吐出する第1スロット、及び、
上記第1スロットの上記幅方向一方側に所定間隔を開けて並び、この第1スロットよりも幅狭で、第2ペーストを吐出する第2スロットを有する
ダイヘッドであって、
上記第2スロットに上記第2ペーストを導く第2通路を有し、
上記第2通路は、
上記第2ペーストが、上記第2スロットに向けて進むと共に上記幅方向他方側に進行する形態を有する
ダイヘッド。 - 請求項13に記載のダイヘッドであって、
前記第2スロットの搬送方向寸法を、前記第1スロットの搬送方向寸法と異ならせてある
ダイヘッド。 - 請求項14に記載のダイヘッドであって、
前記第2スロットの搬送方向寸法を、前記第1スロットの搬送方向寸法よりも小さくしてなる
ダイヘッド。 - 請求項15に記載のダイヘッドであって、
上記第2スロットの位置を、前記第1スロットの位置よりも、搬送方向下流側に偏らせてなる
ダイヘッド。
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