JPH1167234A - ポリマー電池用電極要素の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極部材の積層体をほぼ一様な状態で加圧・
一体化でき、高品質なポリマー電池用の電極要素を歩留
まりよく得られる製造方法の提供。 【解決手段】 搬送機構8a，8bを搬送されてくる加熱さ
れたポリマー電池用電極部材の積層体４を、一対の加圧
ローラ5a，5b加圧面間を圧着的に通過させ、前記積層体
４を圧着・一体化するポリマー電池用電極要素の製造方
法において、前記搬送機構8a，8bの搬送速度に対し、加
圧ローラ5a，5bの回転速度を± 3％の範囲に設定するこ
とを特徴とするポリマー電池用電極要素の製造方法であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポリマー電池用電
極要素の製造方法に係り、さらに詳しくはポリマー電池
用電極要素を成す積層体のラミネーション方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話機や携帯型ノートパソコ
ンなど電子機器のコードレス化、高性能化はめざまし
く、これら電子機器の電源となる二次電池においても、
小形、軽量、薄型化や大容量化などが求められている。
そして、このような要望に対して、たとえば正極層、ポ
リマ−電解質層および負極層を重ね合わせ、シート状
（薄型）に一体化した構成の電極要素を備えた厚さ 0.5
mm程度のリチウム非水溶媒電池も知られている（たとえ
ば米国特許第 5,296,318号明細書）。

【０００３】図１は、前記ポリマー電解質電池用電極要
素の一構成例の要部を断面的に示したものである。図１
において、１はセパレーターの機能をする電解質保持性
のポリマ−電解質系（たとえばヘキサフロロプロピレン
−フッ化ビニリデン共重合体などのポリマと、リチウム
塩などのエチレンカーボネート溶液…非水電解液…との
系）、２は金属酸化物などの活物質、非水電解液および
電解質保持性ポリマーを含む正極層を集電体に積層して
成る正極、３はリチウムイオンを吸蔵・放出する活物
質、非水電解液および電解質保持性ポリマーを含む負極
層を集電体に積層して成る負極である。

【０００４】そして、この電極要素は、前記正極２およ
び負極３の裏面側を樹脂フィルムで被覆保護・シール層
（封止層）するか、外装缶内に封装することにより電池
として組み立てられている。

【０００５】ここで、正極２の活物質としては、たとえ
ばリチウムマンガン複合酸化物、二酸化マンガン、リチ
ウム含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケルコバル
ト酸化物、リチウムを含む非晶質五酸化バナジウム、カ
ルコゲン化合物などが挙げられる。また、負極活物質と
しては、たとえばビスフェノール樹脂、ポリアクリロニ
トリル、セルローズなどの焼成物、コークスやピッチの
焼成物が挙げられ、これらは天然もしくは人口グラファ
イト、カーボンブラック、アセチレンブラック，ケッチ
ェンブラック、ニッケル粉末、ニッケル粉末などを含有
した形態を採ってもよい。

【０００６】さらに、ポリマー電解質系１は、たとえば
エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチ
レンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカ
ーボネート、メチルエチルカーボネートなどの非水溶媒
に、過塩素酸リチウム、六フッ化リン酸リチウム、ホウ
四フッ化リチウム、六フッ化ヒ素リチウム、トリフルオ
ロメタンスルホン酸リチウムなどを 0.2〜 2mol/ l程度
に溶解させたものが挙げられる。

【０００７】ところで、この種の軽量、フレキシブルな
ポリマー電池の製造に当たっては、前提として、電極要
素のラミネーションが行われる。すなわち、図２で内部
の配置構成を側面的に、また、図３で上面を（平面的
に）、それぞれ実施態様を模式的に示すように、電極要
素である正極２、セパレータ（ポリマ−電解質系）１お
よび負極３を積層状４に組み合わせた後、この積層体を
厚さ 0.1mm程度の離型性のフイルムで両面を挟み、金属
製の円柱状加圧ローラ（ラミネーターローラー）5a，5b
間を通過させる過程で一体化する。

【０００８】図２および図３において、6a，6bは基台７
に固定的に配置された一対の支持体、8a，8bは前記一対
の支持体6bによって駆動可能に配設された一対の耐熱性
エンドレス型ベルトであり、一定の方向に走行駆動す
る。ここで、一対の耐熱性エンドレス型ベルト8a，8b
は、たとえばテトラフロロエチレン繊維製で、厚さ 0.2
mm程度、幅27cm、全長70cm程度であり、回転駆動用ロー
ラ9aおよび回転ガイドローラ9bによって一定の方向に対
向して走行するように構成されている。また、前記一対
の耐熱性エンドレス型ベルト8a，8bは、対向間隔を任意
に設定できるようにほぼ平行に配置され、かつポリマー
電池用電極部材の積層体４を挟持的に保持搬送するよう
に成っている。

【０００９】さらに、 10a， 10bは前記エンドレス型ベ
ルト8a，8bで挟持的に保持搬送されるポリマー電池用電
極部材の積層体４を両面側から加熱する一対の加熱ユニ
ットである。ここで、加熱ユニット 10a， 10bは、たと
えば電熱体であり、前記エンドレス型ベルト8a，8bを、
80〜 180℃程度の温度に加熱保持用に設定されている。
なお、5a，5bは前記エンドレス型ベルト8a，8bを通過し
たポリマー電池用電極部材の積層体４を圧着・一体化す
る一対の加圧ローラ（ラミネートローラ）である。 こ
こで、加圧ローラ5a，5bは、たとえばスチール製で直径
100mm程度、ローラ幅 400mm程度の構成と成っている。
また、前記エンドレス型ベルト8a，8bは、スピードコン
トロールモーター 11aで駆動・走行され、加圧ローラ 1
0a， 10bは、スピードコントロールモーター 11bによっ
て駆動・回転する。なお、一般的には、スピードコント
ロールモーター 11bを省略し、エンドレス型ベルト8a，
8bの駆動源と加圧ローラ 10a， 10bの駆動とを、チェー
ンの介在により同期させて行っている。

【００１０】その後、前記加圧・一体化された電極要素
を所定の形状・寸法に切断分離し、所要の外部用リード
を付設し、たとえば電池外装缶内に装着する。次いで、
要すれば電解液を供給・注入した後、前記外部用リード
を導出させながら、電池外装缶の開口部を封止すること
によって、リチウムポリマー電池を製造している。

【００１１】なお、前記正極層および集電体の加圧・一
体化による正極の製造、あるいは負極層および集電体の
加圧・一体化による負極の製造も、電池要素の加圧・一
体化の場合と同様に行われる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記電極部材
の積層体を加圧一・体化する製造方法の場合、次のよう
な不都合が認められる。すなわち、搬送過程などで圧着
に適する程度の温度に加熱され、加熱ローラ5a，5bによ
る圧接で積層体を一体化する際、積層体を供給する搬送
速度と、積層体を圧接する加圧ローラの回転速度との選
択によって、積層・一体化して形成した電池要素の品質
・特性が大きく左右される。

【００１３】さらに、言及すると、電極部材の組成や構
成の特種性から、加熱温度の影響などを微妙に受け易
く、また、圧着時にその微妙な影響が助長されるため、
積層・一体化時における組成分の分布や緻密性が左右さ
れ、得られた圧着体（電極要素）について品質ないし特
性のバラツキを招来する傾向がある。

【００１４】本発明者は、前記圧着体における品質・特
性のバラツキ問題を鋭意検討し、加熱されて加圧ローラ
に供給される積層体の搬送速度と、加圧ローラの回転速
度をほぼ等速度に設定した場合、一様な品質・特性の圧
着体（電極要素）を、再現性よく得られることを確認し
た。

【００１５】本発明は、上記知見に基づいてなされたも
ので、常時、電極部材の積層体をほぼ一様な状態で加圧
・一体化でき、高品質なポリマー電池用の電極要素を歩
留まりよく得られる製造方法の提供を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、搬送
機構を搬送されてくる加熱されたポリマー電池用電極部
材の積層体を、一対の加圧ローラ加圧面間を圧着的に通
過させ、前記積層体を圧着・一体化するポリマー電池用
電極要素の製造方法において、前記搬送機構の搬送速度
に対し、加圧ローラの回転速度を± 3％の範囲に設定す
ることを特徴とするポリマー電池用電極要素の製造方法
である。

【００１７】請求項２の発明は、請求項１記載のポリマ
ー電池用電極要素の製造方法において、搬送機構の搬送
速度および加圧ローラの回転速度が、等速度であること
を特徴とする。

【００１８】本発明は、加熱されたポリマー電池用電極
部材の積層体を加圧ローラ部に供給し、加圧ローラの加
圧面間が圧着・一体化するに当たり、前記積層体の供給
速度（搬送速度）と、加圧ローラの回転速度とをほぼ等
速度に設定し、一対の加圧ローラ加圧面間をスムース
に、圧着的に通過させることを骨子としたものである。
すなわち、加熱されたポリマー電池用電極部材の積層体
が、その供給過程で僅かながらの停滞、あるいは僅かな
がらの張力など受けることを全面的に解消し、ほぼ一定
の成分分布などを維持する状態で圧着・一体化すること
により、特性のバラツキ発生を回避したものである。

【００１９】本発明において、加熱されたポリマー電池
用電極部材の積層体の搬送速度に対し、加圧ローラの回
転速度は± 3％の範囲内に選択・設定される。すなわ
ち、積層体の搬送速度（搬送機構の走行速度）に対し、
加圧ローラの回転速度（周面速度）が等速度であること
が望ましいが、± 3％以内ならば、ほとんど特性・品質
にバラツキが認められない。しかし、積層体の搬送速度
に対する加圧ローラの回転速度の差が± 3％を超えた場
合は、製造した電極要素の特性などにバラツキが生じ易
く、再現性が損なわれる傾向が認められるためである。

【００２０】請求項１もしくは２の発明において、ポリ
マー電池用電極部材の積層体を挟持的に保持搬送する搬
送機構は、たとえば一対のエンドレス型ベルトであり、
一般的には、少なくとも40〜 200℃程度の温度に耐える
耐熱性が要求される。ここで、エンドレス型ベルトは、
ポリマー電池用電極部材の積層体を、型崩れなどを起こ
させずに、いわば補強しながら加圧ローラへ搬送するも
のである。

【００２１】なお、この搬送過程で、ポリマー電池用電
極部材の積層体を加圧・一体化のため、所要温度に加熱
する加熱ユニットを搬送機構に装着しておくことが好ま
しい。ここで、電極部材の積層体を加熱する加熱ユニッ
トは、たとえば電気抵抗発熱や、温水もしくは水蒸気な
どを熱源としたものである。こうした意味で、搬送機
構、たとえばエンドレス型ベルトは、前記所要温度を伝
達できる程度の厚さ、材質、もしくは構造などが望まれ
る。たとえば、材質がテトラフロロエチレン繊維の場合
は、厚さ 0.1〜 0.5mm程度のテープもしくはシート状が
好ましい。

【００２２】さらに、前記一対の搬送機構を走行駆動す
る走行駆動機構は、たとえばエンドレス型ベルトの場
合、駆動源となる駆動ローラ、走行をガイドするガイド
ローラを有するもので、これら一対の耐熱性エンドレス
ベルトは、一定方向に、等速度で走行させることによっ
て、前記積層体外周面の摩擦損傷の発生など回避でき
る。また、前記一対の搬送機構で挟持的に保持され、変
形や損傷などが起こらないように、ポリマー電池用電極
部材の積層体を搬送するため、両エンドレス型ベルト主
面の間隔は適宜調整される構成となっている。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、前記図２および図３を参照
して実施例を説明する。

【００２４】先ず、図２に配置構成の概略を側面的に、
また、図３に上面的に示すポリマー電池用電極要素の製
造装置を用意する。すなわち、基台７に固定的に配置さ
れた支持体6a，6bと、前記一対の支持体6bによって駆動
可能に配設され、かつ一定の方向に走行駆動する一対の
耐熱性エンドレス型ベルト8a，8bを備えている。

【００２５】ここで、一対の耐熱性エンドレス型ベルト
8a，8bは、たとえばテトラフロロエチレン繊維製であ
り、回転駆動用ローラ9aおよび回転ガイドローラ9bによ
って一定の方向に対向して走行する。また、前記一対の
耐熱性エンドレス型ベルト8a，8bは、対向間隔を任意に
設定できるようにほぼ平行に配置され、かつポリマー電
池用電極部材の積層体４を挟持的に保持搬送するように
成っている。

【００２６】さらに、 10a， 10bは前記エンドレス型ベ
ルト8a，8bで挟持的に保持搬送されるポリマー電池用電
極部材の積層体４を両面側から加熱するため、エンドレ
ス型ベルト8a，8bに沿って一対の加熱ユニット 10a， 1
0bが配置されている。ここで、加熱ユニット 10a， 10b
は、たとえば電熱体であり、前記エンドレス型ベルト8
a，8bを、80〜 130℃程度の温度に加熱保持用に設定さ
れている。

【００２７】また、前記エンドレス型ベルト8a，8bを通
過したポリマー電池用電極部材の積層体４を圧着・一体
化する一対の加圧ローラ（ラミネートローラ）5a，5bが
配置されている。ここで、加圧ローラ5a，5bは、たとえ
ばスチール製で直径 100mm程度、ローラ幅 400mm程度の
構成と成っている。また、前記エンドレス型ベルト8a，
8bは、スピードコントロールモーター 11aで駆動・走行
され、加圧ローラ 10a， 10bは、スピードコントロール
モーター 11bによって駆動・回転する構成となってい
る。

【００２８】次に、図２および図３に図示した電極要素
製造装置を使用した製造例を説明する。

【００２９】先ず、厚さ 0.4〜 0.9mm程度のポリマ−電
解質シート、厚さ 0.1〜 0.2mm程度の正極シート、およ
び厚さ 0.1〜 0.2mm程度の負極シートを用意し、ポリマ
−電解質シートを挟んで正極シートおよび負極シートを
積層・配置した積層体を作成する。ここで、セパレータ
ーの機能をする電解質保持性のポリマ−電解質シート
は、たとえばヘキサフロロプロピレン−フッ化ビニリデ
ン共重合体などのポリマと、リチウム塩などのエチレン
カーボネート溶液…非水電解液…との系である。また、
正極シートは、金属酸化物などの活物質、非水電解液お
よび電解質保持性ポリマーを含む正極層を集電体に積層
したものであり、さらに、負極シートは、リチウムイオ
ンを吸蔵・放出する活物質、非水電解液および電解質保
持性ポリマーを含む負極層を集電体に積層したものであ
る。

【００３０】一方、前記製造装置のスピードコントロー
ルモーター 11aによって、エンドレス型ベルト8a，8bを
走行速度 825mm／min.で駆動・走行するとともに、スピ
ードコントロールモーター 11bによって、加圧ローラ 1
0a， 10bを回転速度（周速度） 803.6mm／min.（速度差
21.4mm／min.…− 2.6％）で駆動・回転する。また、エ
ンドレス型ベルト8a，8bの対向面間を挟持的に保持搬送
される積層体４が℃程度に加熱されるように、加熱ユニ
ット 10a， 10bの発熱を調整する。

【００３１】上記調整した製造装置に、前記ポリマー電
池用電極部材の積層体４を供給し、エンドレス型ベルト
8a，8bで挟持的に保持搬送される一方、両面側から加熱
される積層体４を加圧ローラ 10a， 10b側に供給する。
ここで、エンドレス型ベルト8a，8bによる搬送速度と、
加圧ローラ 10a， 10bの回転速度がほぼ同等であるた
め、加熱される積層体４はスムースに加圧ローラ 10a，
10b部を圧着（圧接）・通過し、積層体４の加圧・一体
化が行われる。なお、加圧ローラ 10a， 10bによる加圧
（圧着）は、たとえば 1〜 8 kgf／cm程度である。

【００３２】すなわち、加圧ローラ 10a， 10bの対向面
による圧着（圧接）は、搬送・供給されてくる組成分布
などが一定状態の積層体４に対し、その一定状態を保持
したまま行われるので、外観性状はもとより、内部組織
もほぼ一様な組成・緻密性・均質性を有し、特性・性能
のバラツキがないポリマー電池用電極要素を得ることが
できる。

【００３３】上記ではリチウムポリマー電池用電極要素
のラミネーション例を説明したが、リチウムポリマー電
池用正極のラミネーション、あるいはリチウムポリマー
電池用負極のラミネーションなどの場合も、同様の作用
・効果が得られる。

【００３４】なお、本発明は上記例示に限定されるもの
でなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形
を採ることができる。

【００３５】

【発明の効果】請求項１，２の発明によれば、高品質な
ポリマー電池の電極要素を歩留まりよく、かつ量産的に
提供することができる。すなわち、ポリマー電池用電極
要素のラミネーションにおいて、加圧ローラに対する被
ラミネーション体（積層体）がスムースに搬送・供給さ
れるため、被ラミネーション体の性状変化なども用意に
解消し、常時、一様・均質で、特性のバラツキもない電
極要素を再現性よく製造することができ、信頼性の高い
ポリマー電池の歩留まりよい量産に寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ポリマー電池用の電極要素の要部構成例を示す
断面図。

【図２】電極要素の製造装置の要部の配置構成例を示す
側面図。

【図３】電極要素の製造装置の要部の配置構成を示す上
面図。

【符号の説明】

４……ポリマー電池用電極部材の積層体 5a，5b……加圧ローラ 8a，8b……エンドレス型ベルト 9a……駆動用ローラ 9b……回転ガイドローラ 10a， 10b……加熱ユニット 11a， 11b……スピードコントロールモーター

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 搬送機構を搬送されてくる加熱されたポ
   リマー電池用電極部材の積層体を、一対の加圧ローラ加
   圧面間を圧着的に通過させ、前記積層体を圧着・一体化
   するポリマー電池用電極要素の製造方法において、 前記搬送機構の搬送速度に対し、加圧ローラの回転速度
   を± 3％の範囲に設定することを特徴とするポリマー電
   池用電極要素の製造方法。
2. 【請求項２】 搬送機構の搬送速度および加圧ローラの
   回転速度が、等速度であることを特徴とする請求項１記
   載のポリマー電池用電極要素の製造方法。