JP7268442B2 - 電極の製造方法及び電極 - Google Patents
電極の製造方法及び電極 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7268442B2 JP7268442B2 JP2019062157A JP2019062157A JP7268442B2 JP 7268442 B2 JP7268442 B2 JP 7268442B2 JP 2019062157 A JP2019062157 A JP 2019062157A JP 2019062157 A JP2019062157 A JP 2019062157A JP 7268442 B2 JP7268442 B2 JP 7268442B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- insulating layer
- base material
- binder
- electrode base
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
合剤層等を電極基材の一方の面にのみ形成する場合、電極基材の他方の面を加熱することで、電極基材を容易に加熱することができる。しかし、合剤層等を電極基材の両面に形成すると、熱風加熱等の加熱方法では、電極基材の加熱が困難となる。
これに対し、加熱方法を誘導加熱とした場合には、電極基材の両面に合剤層を形成した場合であっても、絶縁層を介して電極基材とコイルとを対向させることで、電極基材を容易に加熱することができる。そのため、電極基材と、電極基材上に配した樹脂材料との剥離強度と、エネルギー密度を両立することができる。
本発明の一実施形態に係る電極は、電極基材、合剤層及び絶縁層を有する。当該電極は、電極基材、合剤層及び絶縁層がこの順に積層された層構造体である。
電極基材は、シート状の形状を有する。また、電極基材は導電性を有する。「導電性」を有するとは、JIS-H-0505(1975年)に準拠して測定される体積抵抗率が107Ω・cm以下であることを意味する。
合剤層は、電極基材に積層されている。合剤層は、活物質とバインダ(第1バインダ)を含む。合剤層は、必要に応じて、導電剤、増粘剤、充填剤等の任意成分を含む。これらの各成分は、一般的な合剤層に用いられる公知の成分を用いることができる。
導電剤は、導電性を有する材料であれば特に限定されない。このような導電剤としては、例えば、黒鉛;ファーネスブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラック;金属;導電性セラミックス等が挙げられる。導電剤の形状としては、粉状、繊維状等が挙げられる。これらの中でも、電子伝導性及び塗工性の観点よりアセチレンブラックが好ましい。
多孔度(%)=(層の空孔体積/層の容積)×100
なお、層の空孔体積は、水銀ポロシメータを用いた水銀圧入法により測定される。
絶縁層は、合剤層の縁部に沿って電極基材上に配される。絶縁層とは、絶縁性を有する層のことを意味する。「絶縁性」を有するとは、JIS-H-0505(1975年)に準拠して測定される体積抵抗率が107Ω・cm超であることを意味する。
フィラーは、非導電性の粒子である。フィラーは無機粒子であってもよく、有機粒子であってもよい。耐熱性の観点からは無機粒子が好ましい。無機粒子としては、例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、マグネシア、セリア、イットリア、酸化亜鉛、酸化鉄等の無機酸化物、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ホウ素等の無機窒化物、水酸化アルミニウム等の無機水酸化物又は無機水酸化物、その他、シリコンカーバイド、炭酸カルシウム、炭酸リチウム、硫酸アルミニウム、チタン酸カリウム、タルク、カオリンクレー、カオリナイト、ベーマイト、ハロイサイト、パイロフィライト、モンモリロナイト、セリサイト、マイカ、アメサイト、ベントナイト、アスベスト、アルミノシリケート、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ藻土、ケイ砂、ガラス等を挙げることができる。これらの中でも、熱的に安定であることから無機酸化物又は無機水酸化物が好ましく、フッ化物イオン等のハロゲン化物イオンに対する安定性が高いことからアルミナがより好ましい。
絶縁層に含まれるバインダ(第2バインダ)は、フィラー等を固定でき、且つ使用範囲で電気化学的に安定であるものが通常用いられる。第2バインダとしては、水系バインダを用いてもよいし、非水系バインダを用いてもよい。第2バインダの材質としては、第1バインダとして例示したものから選択することができる。第2バインダとしては、耐熱性及び化学安定性の観点からPTFEやPVDF等のフッ素樹脂が好ましく、PVDFがより好ましい。第2バインダは、上述した物質を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。また、第2バインダとして第1バインダと異なる物質を用いてもよい。また、第1バインダ及び第2バインダの両方に水系バインダを用いてもよく、第1バインダ及び第2バインダの両方に非水系バインダを用いてもよい。
本実施形態の電極は蓄電素子に用いられてもよい。該蓄電素子は、正極及び負極を備える。正極及び負極は、積層又は巻回された電極体を形成する。電極体は容器に収納され、容器内に電解質が充填される。電解質は、正極と負極との間に介在する。また、容器としては、蓄電素子の容器として通常用いられる公知の金属電池容器、樹脂電池容器等を用いることができる。
図3及び図4に角型蓄電素子の一例を示す。蓄電素子10においては、巻回された正極及び負極を有する電極体400が角型のケース100に収納される。ケース100はケース本体111と、蓋板110とを含む。正極は正極リード120を介して正極端子200と電気的に接続されている。負極は負極リード130を介して負極端子300と電気的に接続されている。なお、蓄電素子は正極及び負極との間にセパレータを介してもよく、セパレータを含まなくてもよい。この場合、正極と負極の少なくとも一方の電極の合剤層の全体が絶縁層で被覆されているのが好ましい。
本実施形態の蓄電素子は、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)等の自動車用電源、パーソナルコンピュータ、通信端末等の電子機器用電源、又は電力貯蔵用電源等に、複数の蓄電素子1を集合して構成した蓄電ユニット(バッテリーモジュール)として搭載することができる。この場合、蓄電装置に含まれる少なくとも一つの蓄電素子に対して、本発明の技術が適用されていればよい。
図5に、電気的に接続された二以上の蓄電素子が集合した蓄電ユニットをさらに集合した蓄電装置の一例を示す。蓄電装置30は、二以上の蓄電素子10を電気的に接続するバスバ(図示せず)、二以上の蓄電ユニット20を電気的に接続するバスバ(図示せず)を備えていてもよい。蓄電ユニット20又は蓄電装置30は、一以上の蓄電素子10の状態を監視する状態監視装置(図示せず)を備えていてもよい。
本発明の一実施形態に係る電極の製造方法について説明する。
以下、本実施形態に係る電極の製造方法を、(1)合剤層を配する工程と、(2)絶縁層を配する工程と、(3)樹脂材料を溶着する工程と、に分けて説明する。
図6に示すように、合剤層の形成を行う塗工装置は、長尺状の電極基材42を長手方向に沿って搬送しながら、電極基材42の一面に合剤塗料を転写し、電極基材上に合剤塗工部64を形成するとともに、合剤塗工部64を乾燥、圧縮して合剤層43を形成する装置である。なお、図中のX方向が電極41の搬送方向である。
次に、合剤層の縁部に沿って、電極基材上に樹脂材料を含む絶縁層を配する工程について説明する。絶縁層を配する工程では、合剤層を形成した電極基材上に、絶縁塗料を塗工して絶縁層を形成する。絶縁層は、電極基材上から合剤層上に延在してもよい。絶縁層は湿式塗工によって形成してもよく、乾式塗工によって形成してもよい。
一方で、従来の湿式塗工では、絶縁層の形成工程において、絶縁塗料に含まれる第2バインダが合剤層に流動し、合剤層の細孔を閉塞する虞があったのに対し、乾式塗工では、溶媒が含まれない状態で塗工するため、第2バインダが合剤層の細孔を閉塞する虞を低減することができる。したがって、本実施形態に係る電極を用いた蓄電素子の出力特性という観点からは、絶縁層は乾式塗工によって形成するのが好ましい。
樹脂材料を溶着する工程の前に行ってもよく、該工程の後に行ってもよい。
次に、電極基材を加熱することにより絶縁層を加熱して、絶縁層に含まれる樹脂材料を溶着する工程について説明する。この工程では、電極基材を加熱し、電極基材から伝達される熱によって絶縁層の第2バインダを加熱し、溶着させる。
絶縁層を表面側から加熱する場合、表面付近の温度は容易に高くなるが、電極基材と絶縁層との接触面の温度は高くなりにくい。特に、絶縁層を樹脂の融点以上に加熱する場合には、樹脂の溶融に熱エネルギーが消費されるため、このような現象が生じやすい。
これに対し、電極基材を直接加熱する場合、電極基材の熱伝導性は樹脂材料よりもはるかに高いため、電極基材は容易に温度上昇する。さらに、電極基材の融点も樹脂材料よりもはるかに高いため、電極基材と絶縁層との接触面の温度を、樹脂の融点以上まで容易に上げることができる。これにより、電極基材の表面に、溶融した第2バインダが濡れ広がり、絶縁層と電極基材との剥離強度を向上できる。
なお、絶縁層の表面側から加熱する従来の加熱方法であっても、多量の熱エネルギーを加えれば、絶縁層と電極基材との剥離強度を上げることはできる。しかし、このような手法によると、絶縁層や合剤層が過剰に加熱され、膨張する懸念が生じるため好ましくない。
これに対し、誘導加熱は被加熱物に直接電流を流す加熱方法である点で従来の加熱方法とは大きく異なる。即ち、誘導加熱によって直接的に加熱されるのは導電性材料に限られ、非導電性材料に対する加熱効果は生じない。このため、本実施形態において誘導加熱を用いることで、電極基材と絶縁層との界面における第2バインダが十分に溶融するだけの加熱を行うことと、電極の加熱による絶縁層および合剤層の膨張を抑制することとの両立を容易に行える。
これに対し、電極基材を加熱し、電極基材から伝達される熱によって絶縁層の第2バインダを加熱する本発明の一実施形態に係る加熱方法により絶縁層を加熱する場合、熱が電極基材から絶縁層の表面へ向かって伝導する。このため、従来よりも高い温度で電極を加熱しても、合剤層や絶縁層の表面側が膨張する虞や、変形する虞を低減することができる。そして、従来よりも高い温度で電極を加熱すると、第2バインダが十分に溶融して電極基材上に濡れ広がり、電極基材と絶縁層との剥離強度を向上できるため好ましい。以上のことから、本実施形態では、電極基材の温度を第2バインダの融点よりも70℃以上高い温度となるよう加熱するのが好ましく、120℃以上高い温度となるよう加熱するのがより好ましく、170℃以上高い温度となるよう加熱するのがよりさらに好ましい。例えば、第2バインダとしてポリエチレン粒子を用いた場合、ポリエチレン粒子の融点である130℃よりも高い200℃や、250℃や、300℃まで昇温するよう電極基材を加熱することができる。
また、電極基材の昇温が容易であることからも、本実施形態の電極基材を加熱する方法は誘導加熱とすることが好ましい。
なお、電極基材と、電極基材上の絶縁層との剥離強度を高める本発明の効果を享受しつつ、電極基材の両面に合剤層を形成するためには、電極基材を誘導加熱によって加熱することが特に好ましい。電極の加熱方法を誘導加熱とすることで、電極基材の両面に合剤層を形成した場合であっても、絶縁層を介して電極基材とコイルとを対向させることで、電極基材を加熱することができる。
また、負極合剤層を湿式塗工で形成する場合、負極合剤層に含まれるバインダ(第1バインダ)には水系バインダを用いるのが好ましい。水系バインダを用いる場合、合剤塗料の溶媒には水を用いる。水は合剤塗料に通常用いられる非水溶媒に比べて沸点が低い。このため、水系バインダを用いると合剤塗料から溶媒を揮発させることが容易になる。また、合剤塗料の溶媒として非水溶媒を用いると、揮発した非水溶媒を回収する必要が生じるため製造コストが上昇する。このため、水系バインダを用いると電極の製造コストを抑制できる。
このような構成とすることで、製造工程において第1バインダと第2バインダとを類似の条件で保存できる場合や、乾燥処理できる場合があるため好ましい。また、このような構成とすることで、バインダの水性・非水性に係らず、適当なバインダを選択することが可能となるため、第1バインダ及び第2バインダの材質の最適化が容易になるため好ましい。
ここで、第2バインダの融点が第1バインダの融点よりも低いと、第2バインダのみを溶着させることや、第1バインダの膨張を抑制することが容易になるため好ましい。
誘導加熱を行う場合、第3領域(電極基材が露出している領域)は加熱されやすく、第1領域及び第2領域は加熱されにくい。このため、電極全体を誘導加熱する場合、誘導加熱の出力を設定することが難しくなる虞がある。即ち、誘導加熱の出力を、第2バインダを十分に溶着できるよう設定すると、電極基材の第1領域が過剰に加熱され、耐久性を損なう虞がある。また、誘導加熱の出力を、電極基材の第1領域が過剰に加熱されないよう設定すると、第2領域が十分に加熱されず第2バインダの溶着が不十分となり、電極基材と絶縁層との剥離強度が改善されない虞がある。以上のことから、誘導加熱では、電極基材の第1領域及び第2領域を加熱することが好ましい。
また、誘導加熱によって、電極基材の第2領域を選択的に加熱する場合、電極基材の第1領域及び第2領域を加熱する場合に比べ、電極基材の合剤層が形成されている領域の昇温を抑制できることから、合剤層が膨張することを抑制できる。
本発明の一実施形態に係る電極を用いた蓄電素子の製造方法は、公知の方法から適宜選択できる。当該製造方法は、例えば、電極体を準備する工程と、電解質を準備する工程と、電極体及び電解質を容器に収容する工程と、を備える。電極体を準備する工程は、正極及び負極を準備する工程と、正極及び負極を、積層又は巻回することにより電極体を形成する工程を備える。ここで、正極及び負極の少なくとも一方に、本発明の電極が適用されていればよい。
尚、本発明の一実施形態に係る電極及び電極の製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成又は周知技術に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。また、ある実施形態の構成に対して周知技術を付加することができる。
中間層は、炭素粒子等の導電性を有する粒子を含むことで電極基材と合剤層との接触抵抗を低減する。中間層の構成は特に限定されず、例えば、樹脂材料及び導電性を有する粒子を含む。「導電性」を有するとは、JIS-H-0505(1975年)に準拠して測定される体積抵抗率が107Ω・cm以下であることを意味する。
なお、図12に示すように、電極41が中間層46を備える場合、電極基材42と中間層46とが接触している領域を第1領域51、電極基材42と絶縁層44とが接触している領域を第2領域52、電極基材42が露出している領域を第3領域53とする。
(電極の作製)
正極活物質粒子としてLiNi1/2Co1/5Mn3/10O2、導電剤としてアセチレンブラック、及びバインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を用いた。正極活物質粒子、導電剤、及びバインダの比率をそれぞれ93質量%、4質量%及び3質量%とした混合物に、N-メチル-ピロリドン(NMP)を適量加えて粘度を調整し、正極合剤塗料を作製した。この正極合剤塗料を、厚さ15μmのアルミニウム箔の両面に、未塗工部(正極合剤層非形成領域)を残して塗工し、乾燥することにより正極合剤層を作製した。その後、ロールプレスを行い、正極を作製した。正極の厚さは150μmであった。
無機粒子として平均粒径が3μmのアルミナ、及びバインダとしてPVdFを用いた。無機粒子、バインダの含有比率をそれぞれ85質量%、15質量%とした混合物を造粒し、複合粒子を作製した。この複合粒子を、上記正極上に静電粉体塗装法により塗工した後、大気雰囲気下、正極の表面温度が145℃となるように、22秒加熱し、絶縁層を形成した。加熱は赤外線加熱によって行った。絶縁層の厚さは13μmであった。
誘導加熱を行わなかったこと以外は、実施例1と同様にして、比較例1の電極を作製した。
実施例1及び比較例1の電極を、JIS Z 0237に準拠し、絶縁層に粘着テープを粘着し、剥離速度100mm/minで180°ピール試験を実施し、絶縁層と、アルミニウム箔界面との剥離強度を測定した。同一の試験サンプルにつき、2回の測定を行い、平均値を算出した。
20 蓄電ユニット
30 蓄電装置
41 電極
42 電極基材
43 合剤層
44 絶縁層
45 コイル
46 中間層
51 第1領域
52 第2領域
53 第3領域
61 供給部
62 コーティングロール
63 テンションロール
64 合剤塗工部
65 乾燥炉
66 プレスロール
100 ケース
110 蓋板
111 ケース本体
120 正極リード
130 負極リード
200 正極端子
300 負極端子
400 電極体
Claims (4)
- 電極基材上に合剤層を配する工程と、
前記合剤層の縁部に沿って前記電極基材上に樹脂材料を含む絶縁層を配する工程と、
前記電極基材を加熱することにより、前記絶縁層を加熱して絶縁層に含まれる樹脂材料を溶着する工程と、を含む電極の製造方法。 - 誘導加熱によって前記電極基材を加熱する、請求項1の電極の製造方法。
- 前記合剤層及び前記絶縁層を、前記電極基材の両面に形成する請求項1又は2の電極の製造方法。
- 前記絶縁層は、溶媒が含まれない状態で前記電極基材上に配される、請求項1から3のいずれか1項に記載の電極の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019062157A JP7268442B2 (ja) | 2019-03-28 | 2019-03-28 | 電極の製造方法及び電極 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019062157A JP7268442B2 (ja) | 2019-03-28 | 2019-03-28 | 電極の製造方法及び電極 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020161426A JP2020161426A (ja) | 2020-10-01 |
JP7268442B2 true JP7268442B2 (ja) | 2023-05-08 |
Family
ID=72639759
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019062157A Active JP7268442B2 (ja) | 2019-03-28 | 2019-03-28 | 電極の製造方法及び電極 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7268442B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7174334B2 (ja) * | 2019-04-23 | 2022-11-17 | トヨタ自動車株式会社 | 二次電池 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013080667A (ja) | 2011-10-05 | 2013-05-02 | Toyota Motor Corp | 絶縁層付電極板の補修装置及び電池の製造方法 |
WO2018168607A1 (ja) | 2017-03-13 | 2018-09-20 | 株式会社Gsユアサ | 電極及び蓄電素子 |
-
2019
- 2019-03-28 JP JP2019062157A patent/JP7268442B2/ja active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013080667A (ja) | 2011-10-05 | 2013-05-02 | Toyota Motor Corp | 絶縁層付電極板の補修装置及び電池の製造方法 |
WO2018168607A1 (ja) | 2017-03-13 | 2018-09-20 | 株式会社Gsユアサ | 電極及び蓄電素子 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020161426A (ja) | 2020-10-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6451506B2 (ja) | 電極の製造方法 | |
JP4649993B2 (ja) | リチウム二次電池およびその製造方法 | |
CN107004837B (zh) | 锂离子二次电池用电极的制造方法 | |
US10062921B2 (en) | Electrode body and electrode body manufacturing method | |
TW201547085A (zh) | 片積層型鋰離子二次電池及片積層型鋰離子二次電池之製造方法 | |
JP7069612B2 (ja) | 積層電極体、蓄電素子及び積層電極体の製造方法 | |
JP6080044B2 (ja) | 非水系二次電池極板の製造方法 | |
CN107004836B (zh) | 锂离子二次电池用电极的制造方法 | |
KR20150126920A (ko) | 리튬 이온 배터리에 대한 스프레이 코팅 프로세스를 위한 전극 표면 거칠기 제어 | |
WO2018084162A1 (ja) | 蓄電素子用電極、蓄電素子、及び蓄電素子用電極の製造方法 | |
JP2005259639A (ja) | リチウム二次電池およびその製造方法 | |
JP2016119261A (ja) | リチウムイオン二次電池用電極の製造方法および製造装置 | |
US20220302436A1 (en) | Electrode, energy storage device, and method for manufacturing electrode | |
WO2018168607A1 (ja) | 電極及び蓄電素子 | |
JP6989265B2 (ja) | 電池の製造方法 | |
JP5999433B2 (ja) | 非水電解液二次電池及びその製造方法 | |
JP2016115576A (ja) | リチウムイオン電池の製造方法、リチウムイオン電池の製造装置およびリチウムイオン電池 | |
JP7268442B2 (ja) | 電極の製造方法及び電極 | |
JP2010199022A (ja) | 二次電池用電極の製造方法、二次電池用電極および二次電池 | |
KR101378453B1 (ko) | 리튬 이차전지의 제조방법과 이에 의해 제조된 리튬 이차전지 | |
CN113994502B (zh) | 蓄电元件以及蓄电元件的制造方法 | |
JPWO2019022063A1 (ja) | 電極、蓄電素子、及び電極の製造方法 | |
JP2022100395A (ja) | リチウムイオン二次電池およびその製造方法 | |
EP3522289B1 (en) | Separator having heat resistant layer for power storage element and method for manufacturing same | |
JP2008311011A (ja) | 非水電解質二次電池 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220125 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20221026 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20221108 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20221201 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230322 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230404 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7268442 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |