JPWO2013031889A1 - 電池用電極の製造方法 - Google Patents
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Abstract
金属箔の集電体と一体に形成した正極引出タブ、負極引出タブの特性が優れた電池用電極を製造するものであって、活物質が集電帯上に間欠的に塗布された帯状電極から所望のサイズの電池用電極を分離する電池用電極の製造方法であって、前記帯状電極は第nの塗布部と、前記第nの塗布部に接する第nの非塗布部と、前記第nの非塗布部の前記第nの塗布部とは反対側で接する第n+1の塗布部を有し(nは正の整数)、少なくとも前記第nの塗布部、前記第nの非塗布部、前記第n+1の塗布部を含んで切断する電池用電極の製造方法。【選択図】 図3
Description
本発明は、電池用電極の製造方法に関するものであって、厚みが薄い集電体上に電極活物質層を形成した電池用電極の製造方法に関するものである。
リチウムイオン電池等の正極電極、負極電極は、正極集電体および負極集電体のそれぞれの金属箔面に正極合剤、負極合剤を塗布した塗布部と、塗布しない非塗布部をとを形成した後に、乾燥後、所定の大きさに切断することによって製造している。
正極電極、負極電極の切断時には、正極集電体、負極集電体との間で電流の通電を行うための正極引出タブ、負極引出タブを正極集電体、負極集電体の非塗布部から同時に切り出すことも行われている(例えば、特許文献1参照)。
正極電極、負極電極の切断時には、正極集電体、負極集電体との間で電流の通電を行うための正極引出タブ、負極引出タブを正極集電体、負極集電体の非塗布部から同時に切り出すことも行われている(例えば、特許文献1参照)。
金属箔製の集電体上に、正極活物質、あるいは負極活物質を塗布した正極電極基材、負極電極基材のそれぞれを切断する際に、正極活物質を塗布していない部分から正極引出タブを一体に作製し、また、負極活物質層を塗布していない部分から負極引出タブを一体に作製する方法は、正極電極、負極電極に引出タブを接合する工程を省くことができるという特徴を有している。
図6は、従来の電極の切断方法を説明する図である。
図6Aは、正極電極基材を説明する平面図である。図6B、および図6Cは、正極電極基材を切断装置によって切断する切断過程を説明する断面図である。
図6Aで示す正極電極基材102の正極引出タブ形成部113をとおるC−C’線の断面図を図6Bおよび図6Cで示す。
図6Bで示すように、正極電極基材102を切断装置500に装着し、上部ストリッパー510と下部ストリッパー530によって両面から正極活物質層103上から挟持するとともに、アンビル540によって保持している。
正極電極基材102は、正極電極100の電池反応部として作用する正極電極部110が上部ストリッパー510と下部ストリッパー530によって両面が挟持されている。
上部ストリッパー510の両端部に設けた切断刃520,522が上部から下降するとともに、下部ストリッパー510が上昇して正極電極用切断体106が切断される。
図6は、従来の電極の切断方法を説明する図である。
図6Aは、正極電極基材を説明する平面図である。図6B、および図6Cは、正極電極基材を切断装置によって切断する切断過程を説明する断面図である。
図6Aで示す正極電極基材102の正極引出タブ形成部113をとおるC−C’線の断面図を図6Bおよび図6Cで示す。
図6Bで示すように、正極電極基材102を切断装置500に装着し、上部ストリッパー510と下部ストリッパー530によって両面から正極活物質層103上から挟持するとともに、アンビル540によって保持している。
正極電極基材102は、正極電極100の電池反応部として作用する正極電極部110が上部ストリッパー510と下部ストリッパー530によって両面が挟持されている。
上部ストリッパー510の両端部に設けた切断刃520,522が上部から下降するとともに、下部ストリッパー510が上昇して正極電極用切断体106が切断される。
正極引出タブ形成部113は、上部ストリッパー510と下部ストリッパー530によって両面から挟持されて保持されていないので、切断刃520によって切断される際には切断刃520の移動方向への力が作用するために図3Cに示すように変形やしわを生じることがあった。
本発明は、金属箔製の集電体上に、正極活物質、あるいは負極活物質を塗布した正極電極基材、負極電極基材のそれぞれを切断する際に、正極活物質あるいは負極活物質を塗布していない部分から正極引出タブ、負極引出タブを一体に作製した場合に、品質の優れた正極電極、負極電極を有する積層型二次電池を提供することが可能な電池用電極の製造方法,およびそれによって製造した電池を提供することを課題とするものである。
本発明は、上記課題を解決するものであって、集電体上に活物質が形成された塗布部と、活物質が形成されていない非塗布部とを備えた帯状電極から、前記非塗布部が電極引出タブとなるように電池用電極を分離する電池用電極の製造方法であって、前記塗布部の集電体面と前記電極引出タブとなる前記非塗布部の集電体面とを略同一平面上に保持して切断する電池用電極の製造方法である。
また、本発明は活物質が集電帯上に間欠的に塗布された帯状電極から所望のサイズの電池用電極を分離する電池用電極の製造方法であって、前記帯状電極は第nの塗布部と、前記第nの塗布部に接する第nの非塗布部と、前記第nの非塗布部の前記第nの塗布部とは反対側で接する第n+1の塗布部を有し(nは1以上)、少なくとも前記第nの塗布部、前記第nの非塗布部、前記第n+1の塗布部を含んで切断する電池用電極の製造方法である。
前記電池用電極の第n+1の塗布部を切除する前記の電池用電極の製造方法である。
電池用電極がリチウムイオン二次電池用の電極である前記の電池用電極の製造方法である。
前記電池用電極の第n+1の塗布部を切除する前記の電池用電極の製造方法である。
電池用電極がリチウムイオン二次電池用の電極である前記の電池用電極の製造方法である。
また、活物質が集電帯上に間欠的に塗布された帯状電極から前記帯状電極は第nの塗布部と、前記第nの塗布部に接する第nの非塗布部と、前記第nの非塗布部の前記第nの塗布部とは反対側で接する第n+1の塗布部を有し(nは1以上)、少なくとも前記第nの塗布部、前記第nの非塗布部、前記第n+1の塗布部を含んで切断した正極電極と、前記正極電極と同様に作製した負極電極をセパレーターを介して積層した電池である。
なお、本発明において略同一平面上とは、記塗布部の集電体面と前記電極引出タブとなる前記非塗布部の集電体面とが水平面等の同一平面上にあるもの、および同一平面上にあるものと同様の効果が得られるわずかな傾きがあるものも意味する。
なお、本発明において略同一平面上とは、記塗布部の集電体面と前記電極引出タブとなる前記非塗布部の集電体面とが水平面等の同一平面上にあるもの、および同一平面上にあるものと同様の効果が得られるわずかな傾きがあるものも意味する。
本発明に係る電池用電極の製造方法によれば、正極引出タブ、負極引出タブを正極電極、負極電極から一体に作製する際に、正極引出タブ形成部、負極引出タブ形成部をそれぞれ、先端部の正極活物質層、負極活物質層を塗布した部分を挟持して切断したので、箔状の集電体を使用した正極引出タブ形成部、負極引出タブ形成部であっても、切断部にしわが生じたり変形することがなく、品質が安定した電池電極を提供することができる。
以下に、図面を参照して本発明を説明するが、リチウムイオン二次電池を例に挙げて本発明を説明する。
図1は、正極電極、負極電極の製造工程の一例を説明する図である。
正極電極、負極電極は、その構成材料が相違するのみで同様の方法によって作製されているので、以下の説明においては正極電極について説明する。
正極電極は、帯状のアルミニウム箔からなる正極集電体上に、スラリー状の正極合剤を間欠的に両面に塗布し、乾燥後、必要に応じてローラープレス機等によって圧縮して成型を行い正極電極基材から所定の大きさに切断することによって作製する。
正極合剤としては、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物等のリチウムを含有する複合酸化物と、カーボンブラック等の導電性材料、ポリフッ化ビニリデン等の結着剤等をN−メチル−2−ピロリドンに分散させてスラリー状としたものを用いることができる。
図1は、正極電極、負極電極の製造工程の一例を説明する図である。
正極電極、負極電極は、その構成材料が相違するのみで同様の方法によって作製されているので、以下の説明においては正極電極について説明する。
正極電極は、帯状のアルミニウム箔からなる正極集電体上に、スラリー状の正極合剤を間欠的に両面に塗布し、乾燥後、必要に応じてローラープレス機等によって圧縮して成型を行い正極電極基材から所定の大きさに切断することによって作製する。
正極合剤としては、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物等のリチウムを含有する複合酸化物と、カーボンブラック等の導電性材料、ポリフッ化ビニリデン等の結着剤等をN−メチル−2−ピロリドンに分散させてスラリー状としたものを用いることができる。
図1Aで示すように、表面に正極活物質を塗布した正極集電体101には、網掛け部で示す部分に正極活物質層103が間欠的に形成されている。正極活物質層103は、破線で表した正極電極部外形線104よりも大きな面積で間欠的に形成されている。
次いで、活物質を塗布した正極集電体101の長さ方向の両側面部105a、105bを所定の正極電極外形線に沿って切断して、図1Bに示す正極電極基材102を得る。
次いで、活物質を塗布した正極集電体101の長さ方向の両側面部105a、105bを所定の正極電極外形線に沿って切断して、図1Bに示す正極電極基材102を得る。
次いで、正極電極基材102の長さ方向に間欠的に塗布した正極活物質層103の第n(nは正の整数)の塗布部103aに接する第nの非塗布部103bの第nの塗布部とは反対側で接する正極活物質の第n+1の塗布部103cを両面から挟持した状態で、正極電極基材を、直線部と両端部に4分円等の曲線状部からなる第一切断線110に沿って切断する。第一切断線110による切断と同時に、第二切断線112によって切断して、正極引出タブ形成部113の先端部114に正極活物質層103を残留させた図1Cで示す正極電極用切断体106が得られる。
このように、正極引出タブ形成部113の先端部114の近傍の正極活物質層103の両面を挟持した状態で切断することで先端部114に正極活物質層103が残留する。
このように、正極引出タブ形成部113の先端部114の近傍の正極活物質層103の両面を挟持した状態で切断することで先端部114に正極活物質層103が残留する。
以上の様に、正極引出タブ形成部113の先端部114に隣接する正極活物質層103を残存させた部材を切断することによって、正極引出タブ形成部113の切断時には、正極引出タブ成形部113に隣接する部分が両面から挟持されているので、切断時における正極引出タブ形成部113の保持が確実となる結果、正極引出タブ形成部113にしわや変形部等が生じることはない。
正極引出タブ形成部113の先端部114に残留する正極活物質層103を塗布した部分の除去が必要となるが、正極引出タブ形成部113を作製する正極引出タブに対して正極活物質を塗布した先端部の寸法分を加味して作製することで、先端部114を切断して除去するのみで図1Dに示す所定の寸法の正極引出タブを備えた正極電極100を得ることができる。
図2は、正極電極と負極電極をセパレーターを介して対向して積層した電極積層体の製造方法を説明する図である。
正極引出タブ形成部113および負極引出タブ形成部213を有した正極電極用切断体106と負極電極用切断体206とをセパレーター300を介して積層して電極積層体400を作製したものであって、固定テープ410でずれが生じないように複数の個所が両面から固定されている。
次いで、電極積層体から引き出された正極引出タブ形成部113および負極引出タブ形成部213を、それぞれまとめて超音波接合手段等によって相互に接合して一体化する。一体化した正極電極引出タブ形成部の正極活物質層を塗布した先端部114、および一体化した負極引出タブ形成部213の負極活物質層を塗布した先端部214をそれぞれ切断する。以上の様にして正極引出タブ115、負極引出タブ215を一体に接合した電極積層体400が完成する。
完成した電極積層体400は、フィルム状外装材で封口したり、角形容器に収納して電解液を注液することによって電池が完成する。
正極引出タブ形成部113および負極引出タブ形成部213を有した正極電極用切断体106と負極電極用切断体206とをセパレーター300を介して積層して電極積層体400を作製したものであって、固定テープ410でずれが生じないように複数の個所が両面から固定されている。
次いで、電極積層体から引き出された正極引出タブ形成部113および負極引出タブ形成部213を、それぞれまとめて超音波接合手段等によって相互に接合して一体化する。一体化した正極電極引出タブ形成部の正極活物質層を塗布した先端部114、および一体化した負極引出タブ形成部213の負極活物質層を塗布した先端部214をそれぞれ切断する。以上の様にして正極引出タブ115、負極引出タブ215を一体に接合した電極積層体400が完成する。
完成した電極積層体400は、フィルム状外装材で封口したり、角形容器に収納して電解液を注液することによって電池が完成する。
次に、本発明の正極電極基材、負極電極基材からの正極電極用切断体、負極電極用切断体の切断方法について説明する。
図3は、本発明の電極の切断方法を説明する図であり、正極電極用切断体の作製方法を説明する図である。
図3Aは、正極電極基材を説明する平面図である。図3Bおよび図3Cは、正極電極基材を切断装置によって切断する切断過程を説明する断面図である。
図3Aで示す正極電極基材102の正極引出タブ形成部113をとおるA−A’線の断面図を図3Bおよび図3Cで示す。
図3Bで示すように、正極電極基材102を切断装置500に装着し、上部ストリッパー510と下部ストリッパー530によって両面から挟持するとともに、アンビル540によって保持する。
正極電極基材102は、正極電極として作用する部分である第一の塗布部103aのみではなく、第nの塗布部103aと隣接する第nの非塗布部103bと第nの塗布部とは反対側に位置し、正極電極形成部113の後に切断される部分およびその周囲の部分を構成する第n+1の塗布部103cも上部ストリッパー510と下部ストリッパー530によって両面が挟持されている。
図3は、本発明の電極の切断方法を説明する図であり、正極電極用切断体の作製方法を説明する図である。
図3Aは、正極電極基材を説明する平面図である。図3Bおよび図3Cは、正極電極基材を切断装置によって切断する切断過程を説明する断面図である。
図3Aで示す正極電極基材102の正極引出タブ形成部113をとおるA−A’線の断面図を図3Bおよび図3Cで示す。
図3Bで示すように、正極電極基材102を切断装置500に装着し、上部ストリッパー510と下部ストリッパー530によって両面から挟持するとともに、アンビル540によって保持する。
正極電極基材102は、正極電極として作用する部分である第一の塗布部103aのみではなく、第nの塗布部103aと隣接する第nの非塗布部103bと第nの塗布部とは反対側に位置し、正極電極形成部113の後に切断される部分およびその周囲の部分を構成する第n+1の塗布部103cも上部ストリッパー510と下部ストリッパー530によって両面が挟持されている。
上部ストリッパー510の両端部に設けた切断刃520,522が上部から下降するとともに、下部ストリッパー530が上昇して、正極引出タブを取り出す第二切断線112によって正極引出タブ形成部113の先端部に正極活物質層103を残留させた正極引出タブ形成部113と、正極引き出しタブ形成部を取り出した部分とは反対側の第一切断線110も同時に切断することで正極電極用切断体106が得られる。
この工程後、上部ストリッパー510、切断刃520,522が上昇するので正極電極用切断体106を取り出すことができる。切断装置500から取り出した正極電極用切断体106は、正極引出タブ形成部113に残存した先端部の正極活物質を塗布した部分を切断することで正極電極を作製することができる。
この工程後、上部ストリッパー510、切断刃520,522が上昇するので正極電極用切断体106を取り出すことができる。切断装置500から取り出した正極電極用切断体106は、正極引出タブ形成部113に残存した先端部の正極活物質を塗布した部分を切断することで正極電極を作製することができる。
本発明の電極の製造方法では、先端部114の近傍の第n+1の塗布部103cが上部ストリッパー510、下部ストリッパー530によって両面から挟持されているので、図に示すように正極電極として作用する第nの塗布部103aと正極引出タブ形成部113には段差があっても正極引出タブ形成部にしわや変形が生じることはない。すなわち、このような間欠塗布方法に本発明の製法を適用すると、あえて正極引出タブの先端部に隣合う塗布部を残した状態での分離するようにできるため、切断部にしわが生じることや変形することを防ぐことができ、品質の優れた正極引出タブ形成部が得られ、その結果、性能の優れた二次電池を作製することができる。
また、正極電極切断工程と同様の工程によって負極電極用切断体を作製することができる。
また、正極電極切断工程と同様の工程によって負極電極用切断体を作製することができる。
図4は、正極電極、負極電極の製造工程の他の一例を説明する図である。
本例においても正極電極、負極電極は、その構成材料が相違するのみで同様の方法によって作製できるので、以下の説明においては正極電極について説明する。
図4Aに示すように、表面に正極活物質を塗布した正極集電体101には、網掛け部で示す部分に正極活物質層103が形成されている。
正極集電体101には、網掛け部で示す部分に正極活物質層103dと103eが形成されている。正極電極は、帯状のアルミニウム箔からなる正極集電体上に、スラリー状の正極合剤を塗布し、乾燥して正極活物質層を形成後、必要に応じてローラープレス機等によって圧縮して成型を行い正極電極基材から所定の大きさに切断することによって作製される。活物質を塗布した正極集電体101の長さ方向の両側面部105a、105bを所定の正極電極外形線に沿って切断して、図4Bに示す正極電極基材102を得る。
本例においても正極電極、負極電極は、その構成材料が相違するのみで同様の方法によって作製できるので、以下の説明においては正極電極について説明する。
図4Aに示すように、表面に正極活物質を塗布した正極集電体101には、網掛け部で示す部分に正極活物質層103が形成されている。
正極集電体101には、網掛け部で示す部分に正極活物質層103dと103eが形成されている。正極電極は、帯状のアルミニウム箔からなる正極集電体上に、スラリー状の正極合剤を塗布し、乾燥して正極活物質層を形成後、必要に応じてローラープレス機等によって圧縮して成型を行い正極電極基材から所定の大きさに切断することによって作製される。活物質を塗布した正極集電体101の長さ方向の両側面部105a、105bを所定の正極電極外形線に沿って切断して、図4Bに示す正極電極基材102を得る。
図4Bに示すように、本例における正極合剤を塗布した正極活物質塗布部103dと103eの間には正極活物質が形成されていない非塗布部が塗布方向に沿って残され、正極電極は破線で表した正極電極部外形線104の形状に打ち抜かれることで作製されている。
次いで、図4Cに示すように打ち抜いて、正極引出タブ形成部113に正極活物質層が塗布された先端部114を有する正極電極用切断体106を作製した後に、先端部114を切断して除去するのみで図4Dに示す所定の寸法の正極引出タブを備えた正極電極100を得ることができる。
正極合剤としては、図1を説明する際に述べたものと同様のものを用いることができる。
次いで、図4Cに示すように打ち抜いて、正極引出タブ形成部113に正極活物質層が塗布された先端部114を有する正極電極用切断体106を作製した後に、先端部114を切断して除去するのみで図4Dに示す所定の寸法の正極引出タブを備えた正極電極100を得ることができる。
正極合剤としては、図1を説明する際に述べたものと同様のものを用いることができる。
図5は、図4で説明した電極の切断方法を説明する図であり、正極電極用切断体の作製方法を説明する図である。
本例においても図3Bで説明したのと同様に、正極電極基材106は、正極電極として作用する部分である正極活物質層103dのみではなく、正極引出タブの先端部の正極活物質層103eも上部ストリッパー510と下部ストリッパー530によって両面が挟持されていることから、正極電極として作用する部分の集電体面と、正極引出タブの先端部の集電体面は、同一平面上に保持されている。これによって、切断部にしわが生じることや変形することを防ぐことができるので品質の優れた正極引出タブ形成部が得られ、その結果、性能の優れた二次電池を作製することができる。
また、正極引出タブの先端部の正極活物質層103eは、正極電極として作用する部分とは独立しているので、正極活物質層103eには、正極活物質を含有しない合成樹脂組成物を正極活物質層と同一の厚さとなるように塗布することによっても、正極活物質を塗布した場合と同様に本発明の効果を得ることができる。
本例においても図3Bで説明したのと同様に、正極電極基材106は、正極電極として作用する部分である正極活物質層103dのみではなく、正極引出タブの先端部の正極活物質層103eも上部ストリッパー510と下部ストリッパー530によって両面が挟持されていることから、正極電極として作用する部分の集電体面と、正極引出タブの先端部の集電体面は、同一平面上に保持されている。これによって、切断部にしわが生じることや変形することを防ぐことができるので品質の優れた正極引出タブ形成部が得られ、その結果、性能の優れた二次電池を作製することができる。
また、正極引出タブの先端部の正極活物質層103eは、正極電極として作用する部分とは独立しているので、正極活物質層103eには、正極活物質を含有しない合成樹脂組成物を正極活物質層と同一の厚さとなるように塗布することによっても、正極活物質を塗布した場合と同様に本発明の効果を得ることができる。
これらの例の様にして作製した正極電極用切断体、負極電極用切断体をセパレーターを介して積層して、フィルム状外装材または、金属製の電池缶に収納し、電解液を注入の後に封口して電池を作製することができる。
本発明の電池用電極の製造方法は、厚みの薄い金属箔からなる集電体上に間欠的に電極活物質を塗布した電極基材を切断工程によって切断して正極引出タブ、負極引出タブを一体に作製する際に、正極引出タブ、負極引出タブに、しわ、変形等が生じることがないので、特性が優れた電池を効率的に製造することが可能となる。
100・・・正極電極、101・・・正極集電体、102・・・正極電極基材,103・・・正極活物質層、103a・・・第nの塗布部、103b・・・第nの非塗布部、103c・・・第n+1の塗布部、103d・・・正極活物層、103e・・・正極活物層、104・・・正極電極部外形線、105a,105b・・・両側面部、106・・・正極電極用切断体、110・・・第一切断線、112・・・第二切断線、113・・・正極引出タブ形成部、114・・・先端部、115・・・正極引出タブ、206・・・負極電極用切断体、213・・・負極引出タブ形成部、214・・・先端部、215・・・負極引出タブ、300・・・セパレーター、400・・・電極積層体、410・・・固定テープ、500・・・切断装置、510・・・上部ストリッパー、520・・・切断刃、522・・・切断刃、530・・・下部ストリッパー、540・・・アンビル
Claims (6)
- 集電体上に活物質が形成された塗布部と、活物質が形成されていない非塗布部とを備えた帯状電極から、前記非塗布部が電極引出タブとなるように電池用電極を分離する電池用電極の製造方法であって、前記塗布部の集電体面と前記電極引出タブとなる前記非塗布部の集電体面とを同一平面上に保持して切断することを特徴とする電池用電極の製造方法。
- 活物質が集電帯上に間欠的に塗布された帯状電極から所望のサイズの電池用電極を分離する電池用電極の製造方法であって、
前記帯状電極は第nの塗布部と、前記第nの塗布部に接する第nの非塗布部と、前記第nの非塗布部の前記第nの塗布部とは反対側で接する第n+1の塗布部を有し(nは正の整数)、少なくとも前記第nの塗布部、前記第nの非塗布部、前記第n+1の塗布部を含んで切断することを特徴とする請求項1記載の電池用電極の製造方法。 - 前記電池用電極の第n+1の塗布部を切除することを特徴とする請求項2記載の電池用電極の製造方法。
- 電池用電極がリチウムイオン二次電池用の電極であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の電池用電極の製造方法。
- 活物質が集電帯上に間欠的に塗布された帯状電極から前記帯状電極は第nの塗布部と、前記第nの塗布部に接する第nの非塗布部と、前記第nの非塗布部の前記第nの塗布部とは反対側で接する第n+1の塗布部を有し(nは正の整数)、
少なくとも前記第nの塗布部、前記第nの非塗布部、前記第n+1の塗布部を含んで切断した正極電極と、
前記正極電極と同様に作製した負極電極をセパレーターを介して積層したことを特徴とする電池。 - 前記塗布部と、前記第nの塗布部に接する第nの非塗布部と、前記第nの非塗布部の前記第nの塗布部とは反対側で接する第n+1の塗布部を有し(nは正の整数)、
少なくとも前記第nの塗布部、前記第nの非塗布部、前記第n+1の塗布部を含んで切断した正極電極から第n+1の塗布部を切断した正極電極と、
前記正極電極と同様に作製した負極電極をセパレーターを介して積層した電極積層体を備えたことを特徴とする請求項5記載の電池。
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