JPWO2017018347A1 - 電極シートの製造方法 - Google Patents

Abstract

回転する少なくとも一対の円柱状の圧縮ロール間に、活物質の形成部である活物質層を備えた帯状の電極シートを通過させ、一対の圧縮ロールにより電極シートを加圧して圧縮する圧縮工程と、圧縮工程を通過した電極シートを該電極シートの長手方向と平行に切断する切断工程とを有する。圧縮工程は、活物質層の幅を第１の幅としたとき、第１の幅以下の第２の幅を有する圧縮ロールで電極シートを圧縮する。

Description

本発明は電池用の電極となる電極シートの製造方法に関する。

電池用の電極は、アルミニウムや銅等の金属箔上に活物質を含むスラリーを塗布乾燥させた帯状の集電体から作成される。活物質の塗布方法は、間欠塗工方式と連続塗工方式とに大別できる。
間欠塗工方式は、帯状の集電体の長手方向に沿って活物質の形成部と非形成部とを所定の間隔で交互に形成する方式である。活物質の非形成部は外部端子と電気的に接続するための電極引き出しタブとして利用される。
連続塗工方式は、帯状の集電体の長手方向に連続的に活物質を形成する方式である。連続塗工方式では、活物質の非形成部が集電体の幅方向の両端に、該集電体の長手方向と平行に配置される。連続塗工方式においても、活物質の非形成部は電極引き出しタブとして利用される。なお、以下では、活物質の形成部を「活物質層」と称す。

図１Ａは間欠塗工方式で形成された電極シートの一例を示す模式図であり、図１Ｂは連続塗工方式で形成された電極シートの一例を示す模式図である。
図１Ａ及びＢで示す点線は集電体１２の切断位置を示している。図１Ａでは帯状の集電体１２から６列の電極シート１０が切り出される様子を示し、図１Ｂでは帯状の集電体１２から２列の電極シート１０が切り出される様子を示している。
図１Ａ及びＢで示すように、スラリーを塗布乾燥させた帯状の集電体１２は、その長手方向と平行に裁断されて、所望の幅の電極シート１０が形成される。このとき、間欠塗工方式では、図１Ａで示すように幅方向の両端まで活物質層１１または活物質の非形成部が配置された電極シート１０が形成される。また、連続塗工方式では、図１Ｂで示すように、幅方向の一端に活物質の非形成部が配置され、幅方向の他端に活物質層１１が配置されるように電極シート１０が形成される。なお、集電体１２及び電極シート１０の長手方向とは帯状の集電体１２及び電極シート１０の巻き取り方向を示し、幅方向とは長手方向と垂直な方向を示すものとする。

図２は、電極シートの圧縮工程の様子を示す模式図である。図３Ａは間欠塗工方式で形成された電極シートから電極を切り出す様子を示す模式図であり、図３Ｂは連続塗工方式で形成された電極シートから電極を切り出す様子を示す模式図である。図２は、間欠塗工方式で形成された電極シート１０を圧縮する様子を示している。
図２に示すように、集電体１２から切り出された電極シート１０は、一対の圧縮ロール２０によって圧縮されることで、電極シート１０上の活物質層１１の厚みや密度が均一にされる。その後、電極シート１０は、用途に応じて所定の寸法で裁断され（図３Ａ及びＢ参照）、セパレータ（不図示）を間に有して積層または巻回されて電解液と共に外装ケース（不図示）に封入される。外装ケースからは、電極引き出しタブを介して外部端子（不図示）が引き出されることで電池となる。

電極シートの製造工程に圧縮工程を含むことは、例えば特許文献１−４にも記載されている。
特許文献１には、一対の圧縮ロールによって圧縮する際に、集電体の幅方向における両端部付近と中央部付近とで活物質の厚さに差が生じするのを防止するため、該集電体の幅方向に活物質を複数の領域に分割して塗布することが記載されている。
特許文献２では、乾燥後のスラリーに残る増粘剤や界面活性剤あるいはバインダー等に起因する電極シートの厚さのバラツキを低減するため、電極シートの圧縮後に実施する熱処理の条件が提案されている。
特許文献３には、圧縮ロールによる圧縮により、電極シートの幅方向の端部に設けられた活物質の非形成部で発生するシワを該電極シートの外側へ向かって引き伸ばし、その後、幅方向の端部を長手方向と平行に切断することで、電極シートの幅が長手方向で蛇行するのを防止することが記載されている。
特許文献４には、連続塗工方式で形成された電極シートにおいて、圧縮時に活物質層と活物質の非形成部との境界でシワが発生するのを抑制するため、活物質層を圧縮する第１ロール部と、活物質の非形成部を圧縮する第２ロール部とを備えたプレス装置が記載されている。

上述した圧縮工程は、図２で示したように、一般に電極シートよりも幅が広い、回転する円柱状の一対の圧縮ロールの間に該電極シートを通過させることで、該一対の圧縮ロールにより電極シートを加圧して圧縮する工程である。

ここで、電極シートは、活物質層と活物質の非形成部とで厚さが異なるため、圧縮ロールによって圧縮される際に、活物質層では活物質の非形成部よりも強い力で集電体が圧縮される。圧縮された集電体は、その面と平行な方向へ伸びるため、活物質層と活物質の非形成部とで集電体の伸び量に差が生じ、集電体でシワが発生する。集電体でシワが発生すると、該集電体がちぎれる、シワ付近の活物質が脱落する、電極シートをロール状に巻き取る際に歪みが生じる等、製造工程や製造後の電池の品質に影響を及ぼす可能性がある。

また、圧縮ロールには、電極シートとの接触部で磨耗により凹部（図２参照）が形成されるため、圧縮ロールを定期的に交換する必要がある。特に、間欠塗工方式で形成された電極シートのように、幅方向の端部まで活物質層が配置された電極シートを圧縮する場合は、該電極シートの幅方向の端部で不要な突起（バリ）が発生し、該バリによって圧縮ロールに意図しない溝が形成されることがある。そのため、圧縮ロールの交換周期がさらに短縮してしまう。

上述した特許文献１や２は、圧縮工程によって電極シートで発生するシワを抑制するための手法や圧縮ロールの交換周期の短縮を抑制するための手法は何も示していない。
上記特許文献３は、圧縮ロールの交換周期の短縮を抑制するための手法は示していないが、圧縮工程によって発生する電極シートの端部のシワを切断することで、該シワによる製造工程への影響を軽減する手法を示している。上記特許文献４は、圧縮工程による電極シートのシワの発生自体を抑制する技術であり、バリによって圧縮ロールに溝が形成されることもない。

しかしながら、特許文献３に記載された技術は、幅方向の両端にそれぞれ活物質の非形成部を備える電極シートを用いることを前提としているため、適用可能な電極シートが制限される課題がある。また、特許文献３に記載された技術では、電極シートで発生したシワを伸ばすための機構が必要であり、該シワを含む活物質の非形成部における切断位置を正確に制御する必要がある。そのため、電極シートを製造するための設備や複雑な処理工程が増えて製造コストが増大してしまう。
一方、特許文献４は、連続塗工方式で形成された電極シートのみに適用可能な圧縮技術を示したものであり、間欠塗工方式で形成された電極シートには適用できない課題がある。

特開２００２−３０４９８８号公報 特開２００８−１４７１１４号公報 特開２０１５−０２６５６２号公報 特開２０１４−１０３０６８号公報

そこで、本発明は、圧縮工程で発生する集電体のシワの影響を軽減できると共に、圧縮ロールの交換周期を延ばすことができる電極シートの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の電極シートの製造方法は、回転する少なくとも一対の圧縮ロール間に、活物質の形成部である活物質層を備えた帯状の電極シートを通過させ、前記一対の圧縮ロールにより前記電極シートを加圧して圧縮する圧縮工程と、
前記圧縮工程を通過した前記電極シートを該電極シートの長手方向と平行に切断する切断工程と、
を有し、
前記圧縮工程は、
前記活物質層の幅を第１の幅としたとき、
前記第１の幅以下の第２の幅を有する前記圧縮ロールで前記電極シートを圧縮する方法である。

図１Ａは、間欠塗工方式で形成された電極シートの一例を示す模式図である。 図１Ｂは、連続塗工方式で形成された電極シートの一例を示す模式図である。 図２は、電極シートの圧縮工程の様子を示す模式図である。 図３Ａは、間欠塗工方式で形成された電極シートから電極を切り出す様子を示す模式図である。 図３Ｂは、連続塗工方式で形成された電極シートから電極を切り出す様子を示す模式図である。 図４は、第１の実施の形態の電極シートの製造方法の一例を示す模式図である。 図５Ａは、第２の実施の形態の電極シートの製造方法で用いる圧縮ロールの外形を示す外形図、並びに圧縮工程後の電極シート及び切断工程後の電極シートの様子を示す断面図である。 図５Ｂは、第２の実施の形態の電極シートの製造手順を示す模式図である。 図６Ａは、第３の実施の形態の電極シートの製造方法で用いる圧縮ロールの外形を示す外形図である。 図６Ｂは、第３の実施の形態の電極シートの製造手順を示す模式図である。

次に本発明について図面を用いて説明する。
（第１の実施の形態）
図４は、第１の実施の形態の電極シートの製造方法の一例を示す模式図である。図４は、間欠塗工方式で形成された電極シート１０を圧縮、切断する様子を示している。

図４に示すように、第１の実施の形態の電極シートの製造方法は、電極シート１０を先に圧縮した後、該電極シート１０の幅方向の両端を長手方向と平行に切断、除去する。このとき、第１の実施の形態では、活物質層１１の幅以下のロール幅を有する圧縮ロール１を用いて電極シート１０を圧縮する。ロール幅は、圧縮前の活物質層１１の幅以下となるように設定してもよく、圧縮後の集電体１２の伸び量を考慮して、圧縮後の活物質層１１の幅以下となるように設定してもよい。

圧縮工程後に実施する電極シート１０の切断工程では、圧縮ロール１で圧縮されない電極シート１０の幅方向の端部が除去されるように、電極シート１０の幅方向の両端部を、上記ロール幅以下の幅を残してそれぞれ長手方向と平行に切断する。

このように圧縮ロール１のロール幅を電極シート１０上の活物質層１１の幅以下とすることで、電極シート１０の幅方向における端部でバリが発生しないため、該バリに起因する溝が圧縮ロール１に形成されることがない。また、圧縮ロール１は、その幅方向全体で電極シート１０と接触するため、比較的均一に摩耗することで圧縮ロール１に凹部が形成されることがない。したがって、圧縮ロール１の交換周期を延ばすことができる。

また、第１の実施の形態の電極シートの製造方法では、先に圧縮工程を実施し、その後、圧縮ロール１で圧縮されない電極シート１０の幅方向の端部を切断、除去するため、電極シート１０上の活物質層１１の厚みを均一にできる。さらに、圧縮ロール１で圧縮されない電極シート１０の幅方向の端部には、圧縮工程時に発生した集電体１２のシワも含まれるため、該端部を切断・除去することで集電体１２のシワによる活物質の脱落等も低減される。そのため、圧縮工程で発生する集電体１２のシワの影響を軽減できる。
上述したように、加工後の電極シート１０はロール状に巻き取られて次工程へ移送されるため、活物質層１１の厚みが均一となることで、ロール状に巻き取られた電極シート１０で歪みが発生することもない。

なお、連続塗工方式で形成された電極シート（図１Ｂ参照）のように、幅方向の一端に活物質の非形成部を含む電極シート１０では、該活物質の非形成部を上述した電極引き出しタブとして残す必要がある。そのため、そのような電極シート１０を活物質層１１よりも幅が狭い圧縮ロール１で圧縮すると、活物質の非形成部との境界に比較的厚い活物質層１１が残ってしまう。
したがって、幅方向の一方の端部に活物質の非形成部を含む電極シート１０を圧縮する場合は、圧縮ロール１の幅を活物質層１１の幅と概ね一致させればよい。すなわち、本実施形態の電極シートの製造方法は、連続塗工方式で形成された電極シート１０にも適用可能である。

本実施形態によれば、圧縮工程後に、圧縮ロール１で圧縮されない活物質層１１を含む、電極シート１０の幅方向の端部を切断・除去するため、電極シート１０上の活物質層１１の厚みを均一にすることが可能であり、圧縮工程で発生する集電体１２のシワの影響を軽減できる。また、圧縮ロール１の幅を電極シート１０上の活物質層１１の幅以下とすることで、圧縮ロール１に凹部や溝が形成されることがないため、圧縮ロール１の交換周期を延ばすことができる。

また、本実施形態によれば、上述した特許文献３に記載された技術のように、電極シート１０で発生したシワを伸ばすための機構や該シワを含む活物質の非形成部における切断位置を正確に制御する必要もない。そのため、電極シート１０を製造するための製造コストの増大が抑制される。
さらに、本実施形態の電極シートの製造方法は、上述した特許文献４に記載された技術のように、連続塗工方式で形成された電極シート１０に限定されることなく、間欠塗工方式で形成された電極シート１０にも適用可能である。

（第２の実施の形態）
図５Ａは、第２の実施の形態の電極シートの製造方法で用いる圧縮ロールの外形を示す外形図、並びに圧縮工程後の電極シート及び切断工程後の電極シートの様子を示す断面図である。図５Ｂは、第２の実施の形態の電極シートの製造手順を示す模式図である。図５Ｂは、間欠塗工方式で形成された電極シート１０を圧縮、切断する様子を示している。

第２の実施の形態の電極シートの製造方法は、第１の実施の形態と同様に、電極シート１０を先に圧縮した後、該電極シート１０の幅方向の両端を長手方向と平行に切断する方法である。また、第２の実施の形態では、図５Ａ及びＢで示すように、幅方向の両端部においてロール径が小さい圧縮ロール２を用いることで、圧縮ロール２による圧縮幅を電極シート１０上の活物質層１１の幅以下とする。その他の構成及び製造方法は第１の実施の形態と同様であるため、その説明を省略する。

図５Ａ及びＢで示した圧縮ロール２を用いる第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

（第３の実施の形態）
図６Ａは第３の実施の形態の電極シートの製造方法で用いる圧縮ロールの外形を示す外形図であり、図６Ｂは第３の実施の形態の電極シートの製造手順を示す模式図である。図６Ｂは、間欠塗工方式で形成された電極シート１０を圧縮、切断する様子を示している。

第３の実施の形態の電極シートの製造方法は、第１の実施の形態と同様に、電極シート１０を先に圧縮した後、該電極シート１０の幅方向の両端を長手方向と平行に切断する方法である。また、第３の実施の形態では、図６Ａ及びＢで示すように、電極シート１０上の活物質層端と対応する位置に溝を備えた圧縮ロール３を用いることで、該圧縮ロール３による実質的な圧縮幅を電極シート１０上の活物質層１１の幅以下とする。その他の構成及び製造方法は第１の実施の形態と同様であるため、その説明を省略する。

図６Ａ及びＢで示した圧縮ロール３を用いる第３の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されものではない。本願発明の構成や詳細は本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更が可能である。

この出願は、２０１５年７月２８日に出願された特願２０１５−１４８３９２号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (4)

1. 回転する少なくとも一対の円柱状の圧縮ロール間に、活物質の形成部である活物質層を備えた帯状の電極シートを通過させ、前記一対の圧縮ロールにより前記電極シートを加圧して圧縮する圧縮工程と、
   前記圧縮工程を通過した前記電極シートを該電極シートの長手方向と平行に切断する切断工程と、
   を有し、
   前記圧縮工程は、
   前記活物質層の幅を第１の幅としたとき、
   前記第１の幅以下の第２の幅を有する前記圧縮ロールで前記電極シートを圧縮する電極シートの製造方法。
2. 前記圧縮工程は、
   帯状の前記電極シートを圧縮することで該電極シートの長手方向と垂直な幅方向へ伸びた前記電極シートの幅を第３の幅としたとき、
   前記第３の幅以下の第４の幅を有する前記圧縮ロールで前記電極シートを圧縮する請求項１記載の電極シートの製造方法。
3. 前記切断工程は、
   前記一対の圧縮ロールで圧縮されない、前記電極シートの長手方向と垂直な幅方向の端部が除去されるように、前記圧縮ロールの幅以下の幅を残して、前記電極シートの幅方向の両端部を長手方向と平行に切断する請求項１または２記載の電極シートの製造方法。
4. 前記電極シートは、
   前記長手方向に所定の間隔で前記活物質層と前記活物質の非形成部とが交互に配置されている請求項１から３のいずれか１項記載の電極シートの製造方法。

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