JPWO2015019711A1

JPWO2015019711A1 - 間欠塗布電池電極製造方法

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Publication number: JPWO2015019711A1
Application number: JP2015530737A
Authority: JP
Inventors: 高橋　昌弘; 昌弘高橋; 佐藤　哲也; 哲也佐藤
Original assignee: NEC Energy Devices Ltd
Current assignee: Envision AESC Energy Devices Ltd
Priority date: 2013-08-06
Filing date: 2014-06-17
Publication date: 2017-03-02
Anticipated expiration: 2034-06-17
Also published as: US20160164069A1; US10236497B2; JP6432990B2; WO2015019711A1

Abstract

【課題】集電体面の第一面と、反対側の第二面に相互に位置ずれがない間欠塗布電池電極の製造方法を提供する。【解決手段】帯状集電体上に、間欠的に塗布する活物質層の先端を示す先端指標を、活物質を塗布すべき部分以外に形成し、前記先端指標の検出信号に基づき前記集電体の第一面に活物質の塗布を行って間欠塗布層を形成した後に、第一面の反対側の第二面に、前記第一面の活物質塗布層の形成時に用いた先端指標と同一の先端指標を使用して，先端指標の検出信号に基づき、間欠塗布層の塗布を開始する間欠塗布電池電極製造方法。【選択図】図２

Description

本発明は、電池電極製造方法に関し、特に活物質層を間欠的に塗布する間欠電池電極製造方法に関する。

電池、例えばリチウムイオン二次電池に用いる正極は、アルミニウム箔製の集電体上に正極活物質を所定の膜厚で塗布した塗布層を形成することによって製造している。また、負極は、銅箔製の集電体上に負極活物質を塗布して同様に塗布層を形成している。
これらの塗布層の代表的な製造方法には、いくつかの方法がある。例えば、集電体上に連続的に活物質を塗布した電極原反を、電極打ち抜き手段によって所定の大きさの電極を作製する方法である。また、集電体上に間欠的に活物質を塗布した後に電極打ち抜き手段によって所望の電極を作製する方法である。
電極層を間欠的に塗布する方法では、電池製造工程での最終的な電池電極において利用しない塗布層を減少させることができるという利点はあるが、表裏の電極塗布層を一致させるための手段が必要となる。

間欠的に塗布した表裏の活物質層の位置を一致させるために、一方の面に形成した塗布部の先端を、端部検出手段で検出し、検出信号に基づいて塗布手段を動作させて塗布部を形成する方法の提案がある（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−１００６１号公報

特許文献１に記載の発明では、反対面に形成した電極活物質の塗布層に対応した部分に塗布層を形成することが可能であるが、以下のような問題点があった。
図５は、従来の間欠塗布電池電極製造方法の一例を説明する図であり、図５Ａは、塗布工程を説明する図である。また、図５Ｂは、両面に塗布層を形成した図５ＡのＤの部分の断面を拡大して説明する断面図である。また、図５Ｃは、第一面上に間欠的に形成した電極活物質の塗布層を説明する平面図である。

図５Ａに示すように、集電体ロール１００から取り出した集電体１０１は、一定の速度で矢印方向に移動しながら第一面塗布ダイ１０２ａのシャッターを間欠塗布層の長さに対応した時間開くことで、まず、集電体の一方の面に活物質を間欠塗布して第一面間欠塗布層１０３ａを形成している。
次いで、先端検出手段１０４が検出した第一面間欠塗布層１０３ａの先端部の検出信号を受信した第二面塗布ダイ制御手段１０５ｂは、集電体の移動速度によって決まる前記先端部裏面が到達する時点で第二面塗布ダイ１０２ｂに設けたシャッターを開いて塗布を開始し、所定の時間の経過後にシャッターを閉じることで、第一面間欠塗布層１０３ａの反対面に第二面間欠塗布層１０３ｂを形成している。

ところが、図５Ｂに、図５ＡのＤ部分の断面を拡大して示す様に、第一面間欠塗布層１０３ａと第二面間欠塗布層１０３ｂが位置ずれを起こすことがあった。また、位置ずれの量も電極の位置によってその量が異なる場合があった。
リチウムイオン二次電池では、セパレーターを介して対向する正極活物質層と負極活物質層の位置ずれが電池の特性に大きな影響を及ぼすために、表裏で活物質層の位置ずれを生じた電極を電池に利用することはできず、作製した電極を廃棄せざるを得なかった。

以上の様な位置ずれを起こす原因を検討したところ、以下のように間欠塗布層の先端あるいは後端には不規則面が形成されるために位置ずれが生じることに起因することを見いだした。
図５Ｃに示す様に、集電体１０１の第一面に間欠塗布層１０３を形成した場合には塗布層の先端には基準面からずれを生じた不規則面１０５の形成を避けるという問題の解消は困難であった。
上記の問題は、前記の不規則面１０５が電池の充放電特性に悪影響を及ぼすことがない程度の小さなものであっても、塗布部の先端を検出する先端検出手段１０４がこれらの不規則面１０５の一部を先端部１０７であると誤認して検出することに起因するものであった。
また、第二面塗布ダイの制御手段１０５ｂに対しても誤った先端部検出信号を送信する結果、第一面間欠塗布層１０３ａと第二面間欠塗布層１０３ｂとが集電体の表裏では一致せずに位置ずれが生じざるを得なかった。

本発明の課題は、帯状集電体上に、間欠的に塗布する活物質層の先端を示す先端指標を、活物質を塗布すべき部分以外に形成し、前記先端指標の検出信号に基づき前記集電体の第一面に活物質の塗布を行って間欠塗布層を形成した後に、第一面の反対側の第二面に、前記第一面の活物質塗布層の形成時に用いた先端指標と同一の先端指標を使用して，先端指標の検出信号に基づき、間欠塗布層の塗布を開始する間欠塗布電池電極製造方法によって解決することができる。

本発明に係る間欠塗布電池電極製造方法によれば、帯状集電体上に間欠的に塗布する活物質層の先端指標を集電体面の活物質を塗布する部分以外に形成し、前記先端指標に基づいて第一面の間欠塗布層の形成を開始し、第一面と反対側の第二面に形成する間欠塗布層も、第一面の間欠塗布層の塗布時に使用したものと同一の先端指標によって形成したので、表裏で位置ずれを生じることがなく、品質が優れた間欠塗布電池電極を提供することができる。

図１は、本発明の間欠塗布電池電極製造方法における集電体の製造工程の一実施態様を説明する図である。図２は、本発明の間欠塗布電池電極製造方法の他の実施態様を説明する図である。図３は、本発明の間欠塗布電池電極製造方法の他の実施態様を説明する図である。図４は、本発明の間欠塗布電池電極製造方法の他の実施態様を説明する図である。図５は、従来の間欠塗布電池電極製造方法の一例を説明する図である。

以下に、本発明の間欠塗布電池電極製造方法を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の間欠塗布電池電極製造方法における集電体の製造工程の一実施態様を説明する図である。
集電体ロール１００から引き出した集電体１０１の活物質の塗布を予定していない部分に、レーザー刻印機またはインクジェット印刷手段等の金属表面に先端指標を形成可能な先端指標形成手段１２０によって、図１Ｂに平面図を示すように、先端指標１２５を形成する。
隣接する先端指標１２５間の間隔は、集電体の長さ方向の間欠塗布層の長さに、正極タブ、負極タブとして利用する部分の長さ、および製造時の取り扱いに必要な長さを考慮して作製することができる。

また、本発明の電池電極は、各先端指標１２５を集電体の長手方向の位置を基準位置とし、集電体の表裏に形成する活物質塗布層を集電体の面に平行な中心面に対して対称な位置に形成したものである。したがって、隣接する先端指標の相互の位置は任意でよいが、組立工程での作業性を考慮すると等ピッチで配置することが好ましい。
以上の様にして、先端指標を１２５を形成した集電体１０１は、巻き取りロール１００ｂに巻き取った後に、間欠塗布工程において集電体の両面に電極活物質を塗布することができる。

図２は、本発明の間欠塗布電池電極製造方法における集電体の製造工程の他の実施態様を説明する図である。
図２Ａは、集電体ロール１００から引き出した集電体１０１の活物質を塗布しない領域に、レーザー刻印機またはインクジェット塗布手段等の金属表面に先端指標を形成可能な先端位置形成手段１２０によって、図２Ｂに平面図を示すように、先端指標１２５を形成する。
隣接する先端指標１２５間は、集電体の長さ方向の間欠塗布層の長さに、正極タブ、負極タブとして利用する部分の長さ、および製造時の取り扱いに必要な長さを考慮して設定することができる。

図２と共に説明する方法では、まず、図２Ａに示すように、集電体１０１の一方の面に、先端位置形成手段１２０による図２Ｂに示す先端指標１２５の形成と同時に、前記先端位置形成手段１２０の動作信号に基づいて、先端位置に対応する部分から塗布ダイ１０２ａによって活物質の間欠塗布層１０３ａを形成している。
このように、一方の面側の活物質の塗布は先端位置検出手段を用いずに、先端位置形成手段の動作信号を、間欠塗布層の塗布ダイの動作信号とすればよい。
また、先端位置検出手段を用いた場合には、先端位置形成手段側にも先端位置検出手段を設ける必要が生じるが、先端位置形成手段の動作信号を用いることで、以下の利点を得ることができる。
すなわち、図２のように先端位置検出手段を集電箔に対して一方の面側だけに設ければよいことになり、塗布機の部品点数を減少することが可能となる。
間欠塗布層を形成した集電体１０１は、乾燥炉２００によって乾燥した後に、巻き取りロール１００ｂによって巻き取って、一方の面に活物質の間欠塗布層を形成した巻き取りロールを得ることができる。

次いで、図２Ｃに示す様に、一方の面に活物質塗布層を形成した巻き取りロール１００ｂを活物質塗布層を形成した面とは反対側の面に塗布するように装着して、先端位置形成手段１２０に対して集電箔を介して反対側に配置している先端位置検出手段１０４ａの検出信号に対応する先端指標１２５の位置から、塗布ダイによって活物質の間欠塗布層１０３ｂを塗布する。
更に乾燥炉２００で乾燥して両面に活物質の間欠塗布層を形成した集電体を巻き取りロール１００ｃに巻き取ることで両面に活物質の間欠塗布層を形成した巻き取りロールを得ることができる。

また、本発明の電池電極は、各先端指標１２５を集電体の長手方向の位置を基準位置とし、集電体の表裏に形成する活物質塗布層を集電体の面に平行な中心面に対して対称にしたものである。したがって、隣接する先端指標の相互の位置は任意で良いが、組立工程での作業性を考慮すると等ピッチで配置することが好ましい。
以上の説明では、前記先端位置形成手段１２０の動作信号に基づいて、先端指標１２５の形成と同時に、先端位置に対応する部分から塗布ダイ１０２によって活物質の間欠塗布層１０３ａを形成する例について説明したが、塗布装置の両面に先端指標検出手段を設けても良い。
なお、先端位置形成手段および先端位置検出手段は、集電箔に加わる張力の微小な変化やたわみ等の影響を受けて動作のばらつきが生じることがないように、塗布ダイとの距離を可能な範囲で近づけるのが好ましい。

図３は、本発明の間欠塗布電池電極製造方法の他の実施態様を説明する図である。
図３Ａに示すように、集電体ロール１００から取り出した集電体１０１を、塗布ダイ方向へと一定の速度で引き出すと、先端指標形成手段１２０で先端指標１２５を形成する。先端指標の形成と同時に、形成した先端指標１２５の先端位置に対応して第一面塗布ダイ１０２ａのシャッターを開いて間欠電極層の塗布を開始する。次いで、所定の塗布長に達した時点で第一面塗布ダイ１０２ａのシャッターを閉じる。

このとき、第一面側の活物質の塗布は先端位置検出手段を用いずに、先端位置形成手段の動作信号を、間欠塗布層の塗布ダイの動作信号とするか、あるいは先端指標形成手段１２０と第一面塗布ダイとの間に先端位置検出手段を設けて（図示せず）、その検出信号に基づいて先端位置形成手段の動作信号を生成してもよい。図３では、先端位置形成手段の動作信号を、間欠塗布層の塗布ダイの動作信号として第一面側の活物質を形成している。

以上の動作を繰り返し行うことで、図３Ｂに示すように、集電体１０１の先端指標１２５を設けた第一面に、先端指標１２５が示す位置を先端にして間欠電極層１０３ａを形成する。
次いで、第一面間欠塗布層１０３ａを形成した集電体は、乾燥炉２００ａにおいて乾燥を行って第一面間欠塗布層が完成する。

また、第一面に設けた先端指標１２５が、第一面の反対面である第二面に活物質層を塗布する第二面塗布ダイ１０２ｂの手前に設けた第二先端検出手段１０４ｂに達すると、第二先端指標検出手段１０４ｂは、先端指標１２５を検出する。
その結果、集電体１０１の移動速度から演算した先端位置の到達時点で、第二面塗布ダイ１０２ｂのシャッターを開き、第二面へ活物質層の塗布を開始する。
そして、所定の塗布長に達した時点で第二面塗布ダイ１０２ｂのシャッターを閉じることで、図３Ｃに示すように第二面間欠塗布層１０３ｂを形成する。
次いで、第二面間欠塗布層１０３ｂを形成した集電体は、乾燥炉２００ｂにおいて乾燥を完了して塗布層が完成する。

このように集電体の第一面への活物質層の塗布に利用した先端指標を検出して、反対面である第二面への活物質の塗布を開始することができる。その結果、集電体の第一面に設けた間欠塗布層に対称な活物質層を位置ずれが生じることない形成した間欠塗布電池電極原反を作製することが可能となる。
したがって、第一面の反対面に相互の位置ずれを生じることなく第二面にも間欠塗布層を形成することができるので、位置精度の優れた間欠塗布電極を製造することができる。

なお、第一面塗布ダイと第二面塗布ダイとの間欠塗布の動作を個々に、あるいは連動して動作できるようにしている。また、第一面塗布ダイ１０２ａや第二面塗布ダイ１０２ｂに集電箔が到達する前に図示しないダンサーロールを設けている。これによって、急激な張力の変化が生じて集電箔が切れることがないようにしている。
また、第二先端位置検出手段１０４ｂを、第二面塗布ダイの直前に設けているダンサーロール（図示せず）よりも第二面塗布ダイ１０２ｂ側に配置することが好ましい。更に、第二先端位置検出手段１０４ｂを可能な範囲で第二面塗布ダイに近い位置に形成するのが好ましい。なお、第二面の活物質の間欠塗布の動作を先端位置形成手段１２０の動作信号に基づいて行わないのは以下の理由による。すなわち、ダンサーロールによって先端位置形成手段から第二面塗布ダイまでの距離が一定にならないためである。

次いで、図３Ｄに示すように、得られた間欠塗布電池電極原反から、各間欠塗布層から電極活物質を塗布した間欠塗布層１０３と、電極活物質を塗布していない電極タブ１３２を一体に切断して、単位電池電極１３０を作製することができる。

図４は、本発明の間欠塗布電池電極製造方法の他の実施態様を説明する図である。図４Ａは、集電体面に形成した間欠塗布層を説明する図である。図４Ｂは、本実施態様での先端指標を説明する拡大図である。
本実施態様は、図１、図２、図３で説明した先端指標に代えて、先端指標１２５に加えて識別情報１２７を一体に形成した識別情報付先端指標１２９を設けている点が相違している。
したがって、先端指標１２５による先端位置の検出とともに、それぞれの間欠塗布層１０３の識別を可能としている。

例えば、識別情報１２７の利用することで以下の様な機能を得ることが可能となる。
間欠塗布層の作製後の検査において、例えば厚みの異常を検出した場合には、集電体の幅方向の位置を示すＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅのそれぞれの位置と、厚みの異常等の欠陥を検出した部位等を識別情報１２７と関連づけて記録することができる。その結果、間欠塗布層から単位電極を切り出した場合に、先の検査において欠陥を検出した単位電極を選別して排除することが可能となる。

図４Ｃは、作製した単位電極を説明する図である。
図４Ｃで示す実施態様では、集電体から切り出して作製する各単位電極毎に、それぞれの電極タブの形成部位に、識別情報付先端指標を、集電体の長さ方向に直角な一直線上に並ぶように配置したものである。
このように、集電体から切り出す単位電極のそれぞれの電極タブの形成部に前記識別情報付き先端指標を設けると、作製した各単位電極をそれぞれの識別情報で管理することが可能となる。したがって、本実施態様の単位電極を使用して作製した電池についてはトレーサビリティーを向上することができる。
また、前記識別情報付先端指標が、電池組立後に電池外装材の内部に位置するものにあっては、電池の電解液等によって溶出しないようにするために金属面にレーザー刻印機によって形成する必要がある。一方、電池外装材の外部に位置するものでは、インクジェット印刷手段を用いて形成することができる。

なお、図４で説明した識別情報付先端指標１２９を、図２、図３に示した先端指標１２５に代えて形成することもできる。この場合、個々の単位電極には識別情報は残らないものの、間欠に塗布した電極の情報を１つの識別情報にまとめて管理することができる。また、電極を塗布した後のプレス工程、切断工程において、電極に生じたピンホールやかすれなどの不良情報などを格納しておくことができる。
なお、本発明において活物質の位置ずれとは、必ずしも集電体の表裏で活物質の塗布端が完全に一致していないもののみを指すのではなく、意図した状態から電極がずれていることを意味する。例えば、集電体の表裏で活物質の塗布端を意図的に一致させない状態で電極を形成した場合には、その意図的に一致させない状態からのずれのことを意味する。

本発明の間欠塗布電池電極製造方法は、集電体の第一面およびその反対側の第二面のそれぞれに形成する間欠塗布層の塗布を活物質層を塗布しない部分に設けた先端指標の検出によって行ったので、第一面の反対面側と位置ずれを起こすことなく第二面に間欠塗布層を形成することができるので、活物質層の位置ずれがない電池電極を提供することができる。また、先端指標に識別情報を設けた場合には、電池電極のトレーサビリティーを向上することも可能となる。

１００・・・集電体ロール，１００ｂ、１００ｃ・・・巻き取りロール、１０１・・・集電体、１０３・・・間欠塗布層、１２０・・・刻印手段、１２５・・・先端指標、１０４ａ・・・第一先端検出手段、１２５・・・先端指標、１０５ａ・・・第一面塗布ダイ制御手段、１０２ａ・・・第一面塗布ダイ、１０２ｂ・・・第二面塗布ダイ、１０３、１０３ａ，１０３ｂ・・・間欠電極層、１０４ａ・・・第一先端指標検出手段、１０４ｂ・・・第二先端検出手段、１２５・・・先端指標、１２７・・・識別情報、１２９・・・識別情報付先端指標

Claims

帯状集電体上に、間欠的に塗布する活物質層の先端を示す先端指標を、活物質を塗布しない部分に形成し、前記先端指標の検出信号に基づき前記集電体の第一面に活物質の塗布を行って間欠塗布層を形成した後に、第一面の反対側の第二面に、前記第一面の活物質塗布層の形成時に用いた先端指標と同一の先端指標を使用して，先端指標の検出信号に基づき、間欠塗布層の塗布を開始することを特徴とする間欠塗布電池電極製造方法。
前記先端指標をレーザー捺印機、インクジェット捺印機で刻印することを特徴とする請求項１記載の間欠塗布電池電極製造方法。
前記先端指標が識別情報を有していることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の間欠塗布電池電極製造方法。
前記識別情報を塗布層の検査結果情報とリンクさせて、不良品の選別を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の間欠塗布電池電極製造方法。
請求項１から４のいずれか１項記載の方法によって製造した電池電極を使用した電池を電池使用情報とリンクさせて電池を管理することを特徴とする電池管理方法。
させて電池を管理することを特徴とする電池管理方法。