JPWO2019069781A1 - 電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

集電シート（１００）は、第１領域（１１０）及び第２領域（１２０）を有している。第１領域（１１０）は、活物質（２００）によって覆われている。第２領域（１２０）は、活物質（２００）から露出しており、第１方向（Ｘ方向）に第１領域（１１０）と並んでいる。第２領域（１２０）は、第１部分（１２２）及び第２部分（１２４）を含んでいる。第２部分（１２４）は、第１方向に直交する第２方向（Ｙ方向）に第１部分（１２２）と並んでいる。集電シート（１００）の第１部分（１２２）に光硬化性組成物を選択的に塗布し、この光硬化性組成物に光を照射する。

Description

本発明は、電極の製造方法に関する。

近年、非水電解液二次電池、特に、リチウムイオン二次電池が開発されている。リチウムイオン二次電池は、正極、負極及びセパレータを有している。正極、負極及びセパレータは、正極と負極がセパレータによって隔てられるように積層されている。非水電解液二次電池の電極（正極及び負極）は、集電体及び活物質を有している。集電体は、活物質に覆われた領域及び活物質から露出した領域を有している。活物質から露出した領域は、活物質に覆われた領域から突出してタブを形成している。正極及び負極を堆積したときに一方の電極のタブがもう一方の電極と接触して短絡することを防ぐために、正極のタブ及び負極のタブの少なくとも一方には高抵抗層を設けることがある。

特許文献１には、高抵抗層を形成する方法の一例について記載されている。この例では、活物質に覆われた領域及び活物質から露出した領域を有する集電シートを準備する。次いで、活物質から露出した領域に集電シートの外縁に沿って紫外線硬化性組成物をインクジェットによって塗布し、紫外線硬化性組成物に紫外線を照射して高抵抗層を形成する。次いで、活物質から露出した領域がタブを形成するように集電シートの一部分を除去し、集電シートから複数の電極（正極又は負極）を切り出す。特に特許文献１の例では、一部の領域に紫外線硬化性組成物を塗布しないことで標識部を形成し、標識部は、活物質における欠陥の存在を示している。

国際公開第２０１３／１４５８７６号

本発明者は、新規な方法によって高抵抗層を形成することを検討した。

本発明の目的は、新規な方法によって高抵抗層を形成することにある。

本発明によれば、
活物質に覆われた第１領域と、前記活物質から露出し、第１方向に前記第１領域と並び、第１部分及び前記第１方向に直交する第２方向に前記第１部分と並ぶ第２部分を含む第２領域と、を有する集電シートを準備する工程と、
前記集電シートの前記第１部分に光硬化性組成物を選択的に塗布し、前記光硬化性組成物に光を照射する工程と、
前記光を照射した後、前記集電シートの前記第２部分を除去する工程と、
を含む、電極の製造方法が提供される。

本発明によれば、
活物質に覆われた第１領域と、前記活物質から露出し、第１方向に前記第１領域と並ぶ第２領域と、を有する集電シートを準備する工程と、
前記集電シートの前記第２領域に、前記第１方向に直交する第２方向に沿って光硬化性組成物を周期的に塗布し、前記光硬化性組成物に光を照射する工程と、
を含む、電極の製造方法が提供される。

本発明によれば、
活物質に覆われた第１領域と、前記活物質から露出し、前記第１領域と並ぶ第２領域と、を有する集電シートを準備する工程と、
前記集電シートの前記第２領域のうちの少なくとも一部分に光硬化性組成物を塗布し、前記光硬化性組成物に光を照射する工程と、
前記光を照射した後、前記光硬化性組成物を１００℃以上の温度で１時間以上乾燥させる工程と、
を含む、電極の製造方法が提供される。

本発明によれば、新規な方法によって高抵抗層を形成することができる。

上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。

実施形態に係る集電シートを示す平面図である。 図１のＡ−Ａ´断面図である。 集電シートに高抵抗層を形成するための装置を説明するための図である。 図３に示した集電シートの上面図である。 図３及び図４に示した方法によって形成された高抵抗層の一例を説明するための図である。 図１及び図２に示す集電シートを用いて、図３及び図４に示す方法によって製造される電極を示す平面図である。 高抵抗層の加熱時間と高抵抗層の剥離強度の関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１は、実施形態に係る集電シート１００を示す平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ´断面図である。

図１及び図２に示す集電シート１００を用いて、図３及び図４に示す方法によって、図６に示す電極１０を製造する。

図６に示す例において、電極１０は、集電シート１００、活物質２００及び高抵抗層３００を備えている。集電シート１００は、部分領域１１２及びタブ１２６を有している。部分領域１１２は、活物質２００に覆われている。タブ１２６は、部分領域１１２から突出し、活物質２００から露出している。高抵抗層３００は、活物質２００に接しており、タブ１２６の一部を覆っている。電極１０は、非水電解液二次電池、特に、リチウムイオン二次電池の正極又は負極として機能する。

図１及び図２を用いて集電シート１００について説明する。集電シート１００は、第１領域１１０及び第２領域１２０を有している。第１領域１１０は、活物質２００によって覆われている。第２領域１２０は、活物質２００から露出しており、第１方向（図１においてＸ方向）に第１領域１１０と並んでいる。特に図１に示す例では、複数の第１領域１１０と複数の第２領域１２０が第１方向（図１においてＸ方向）に交互に並んでいる。第２領域１２０は、第１部分１２２及び第２部分１２４を含んでいる。第２部分１２４は、第１方向に直交する第２方向（図１においてＹ方向）に第１部分１２２と並んでいる。

図１に示す例では、第１領域１１０は、複数の部分領域１１２を有している。複数の部分領域１１２は、第２方向（図１においてＹ方向）に並んでおり、第１方向（図１においてＸ方向）に複数の第１部分１２２とそれぞれ並んでいる。

なお、図１では、説明のため、部分領域１１２及び第１部分１２２を仮想的に破線で示している。部分領域１１２及び第１部分１２２は視覚的に認識可能である（例えば、部分領域１１２及び第１部分１２２を区画する線が引かれている）必要はなく、一例において、集電シート１００の特定の基準位置からの相対的な位置によって部分領域１１２及び第１部分１２２を画定することができる。集電シート１００の基準位置からの相対的な位置は、例えば、光学センサによって検出することができる。

集電シート１００は、導電箔、より具体的には金属箔である。集電シート１００を用いて、正極として機能する電極１０（図６）を形成する場合、集電シート１００は、例えば、アルミニウム箔とすることができる。集電シート１００を用いて、負極として機能する電極１０（図６）を形成する場合、集電シート１００は、例えば、銅箔とすることができる。

活物質２００は、電極１０（図６）が正極として機能する場合、例えば、リチウム遷移金属酸化物とすることができ、電極１０（図６）が負極として機能する場合、例えば、炭素材料とすることができる。

一例において、活物質２００は、活物質を含む溶液を集電シート１００に塗布し、塗布した溶液を乾燥させることで形成されることができる。

図３は、集電シート１００に高抵抗層３００を形成するための装置を説明するための図である。図４は、図３に示した集電シート１００の上面図である。

この装置では、図４に示すように、集電シート１００の第１部分１２２に光硬化性組成物を選択的に塗布し、この光硬化性組成物に光を照射する。

上記構成によれば、電極１０（図６）の製造に用いられる光硬化性組成物の量を抑えることが可能となる。具体的には、上記構成においては、集電シート１００の第１部分１２２に光硬化性組成物を選択的に塗布している。言い換えると、集電シート１００の第２領域１２０の全体に亘って光硬化性組成物を塗布していない。仮に、集電シート１００の第２領域１２０の全体に亘って光硬化性組成物を塗布すると、集電シート１００の第２領域１２０の一部を除去して電極１０のタブ１２６（図６）を形成する場合に、集電シート１００の一部とともに相当な量の光硬化性組成物が除去される。これに対して、上記構成によれば、集電シート１００の第２領域１２０の一部、特に第２部分１２４を除去して電極１０のタブ１２６（図６）を形成しても、集電シート１００の一部とともに除去される光硬化性組成物の量を抑えることができる。このようにして、電極１０（図６）の製造に用いられる光硬化性組成物の量を抑えることが可能となる。

特に図４に示す例においては、集電シート１００の第２領域１２０に第２方向（図４においてＹ方向）に沿って光硬化性組成物を周期的に塗布している。より具体的には、複数の第１部分１２２が第２方向（図４においてＹ方向）に等間隔に並んでおり、当該複数の第１部分１２２のうちの少なくとも一の第１部分１２２に光硬化性組成物を選択的に塗布している。したがって、複数の高抵抗層３００を第２方向（図４においてＹ方向）に周期的に形成することができる。

図３及び図４を用いて、集電シート１００に高抵抗層３００を形成する方法の詳細について説明する。上記装置は、第１ロール５１２、第２ロール５１４、検出器５２０、射出器５３０、タンク５３２、照射器５４０及び制御器５５０を備えている。

集電シート１００は、第１ロール５１２及び第２ロール５１４に巻かれている。集電シート１００は、第１ロール５１２から巻き出され、第２ロール５１４に巻き取られている。これによって、集電シート１００は、図３及び図４に示す白矢印の向きに送られている。特に、図４に示すように、集電シート１００は、第１方向（図４においてＸ方向）に沿って送られている。

検出器５２０は、活物質２００の欠陥の有無を検出している。活物質２００の欠陥とは、例えば、活物質２００に形成されたピンホールである。一例において、検出器５２０は、活物質２００を撮像することによって得られた画像データに基づいて、活物質２００の欠陥の有無を検出することができる。他の例において、検出器５２０は、膜厚計によって得られた活物質２００の膜厚プロファイルに基づいて、活物質２００の欠陥の有無を検出することができる。

射出器５３０は、タンク５３２に蓄えられた溶液を射出する。溶液は、光硬化性組成物を含んでいる。つまり、光硬化性組成物は、インクジェットによって塗布されている。

図３及び図４に示す例では、光硬化性組成物が射出される領域（図３に示す例では、射出器５３０の下方）を集電シート１００が通過するように集電シート１００を第１方向（図４においてＸ方向）に沿って送っている。

特に図４に示す例では、集電シート１００の送り方向に直交する方向（図４においてＹ方向）に複数の射出器５３０が等間隔に並んでいる。したがって、集電シート１００の複数の第１部分１２２に光硬化性組成物を選択的に塗布することができる。

上記構成によれば、図５を用いて後述するように、高抵抗層３００が活物質２００に接し、かつ高抵抗層３００と活物質２００が重なり合う領域が小さくなるように、光硬化性組成物を塗布することが可能となる。具体的には、上記構成においては、光硬化性組成物が射出される領域を集電シート１００が通過するように集電シート１００を第１方向（図４においてＸ方向）に沿って送っている。したがって、光硬化性組成物が活物質２００に接し、かつ光硬化性組成物と活物質２００が重なり合う領域が小さくなるのに適当な位置に集電シート１００の第１部分１２２が到達したタイミングで光硬化性組成物を塗布することができる。このようにして、高抵抗層３００が活物質２００に接し、かつ高抵抗層３００と活物質２００が重なり合う領域が小さくなるように、光硬化性組成物を塗布することが可能となる。

照射器５４０は、光を照射する。特に光硬化性組成物が紫外線硬化組成物であるとき、照射器５４０は、紫外線を照射する。

図３及び図４に示す例では、光が照射される領域（図３に示す例では、照射器５４０の下方）を集電シート１００が通過するように集電シート１００を第１方向（図４においてＸ方向）に沿って送っている。光硬化性組成物は、照射器５４０からの光によって硬化し、高抵抗層３００を形成する。

照射器５４０によって光が照射される領域は、集電シート１００が送られる方向に沿って、射出器５３０によって光硬化性組成物が射出される領域と並んでいる。したがって、集電シート１００を一方向に送ることで、光硬化性組成物の塗布及び光硬化性組成物への光照射を連続的に行うことができる。

特に図４に示す例では、集電シート１００の送り方向に直交する方向（図４においてＹ方向）に複数の照射器５４０が等間隔に並んでいる。したがって、集電シート１００の複数の第１部分１２２にそれぞれ位置する複数の光硬化性組成物に光を照射することができる。さらに、複数の照射器５４０は、集電シート１００が送られる方向に沿って、複数の射出器５３０とそれぞれ並んでいる。したがって、光硬化性組成物の塗布及び光硬化性組成物への光照射を連続的に行うことができる。

光硬化性組成物は、例えば、紫外線硬化性組成物であり、より具体的には、例えば、メタクリル酸ブチル・スチレン共重合体である。

射出器５３０から射出される溶液は、色素を含有していてもよい。当該溶液が色素を含む場合、高抵抗層３００が色を有するようになる。したがって、高抵抗層３００は、高抵抗層３００の周辺の領域に対して目立つようになり、高抵抗層３００を検査しやすくなる。

光硬化性組成物の硬化を促進する観点から、色素は、照射器５４０から照射される光に対して高い透過率を有していることが好ましい。特に、光硬化性組成物が紫外線硬化性組成物であり、光が紫外線であるとき、色素は、例えば赤色にすることができる。

制御器５５０は、検出器５２０の検出結果に基づいて、射出器５３０から射出される光硬化性組成物の量を制御している。制御器５５０の制御にしたがって、射出器５３０は、欠陥が検出された部分領域１１２と並ぶ第１部分１２２と、欠陥が検出されなかった部分領域１１２と並ぶ第１部分１２２とで異なる量の光硬化性組成物を塗布する。これによって、塗布された光硬化性組成物の量に基づいて、活物質２００の欠陥を判断することが可能となる。

一例において、射出器５３０は、欠陥が検出された部分領域１１２と並ぶ第１部分１２２に光硬化性組成物を塗布しなくてもよい。特に図４に示す例において、射出器５３０は、欠陥Ｄが検出された部分領域１１２と並ぶ第１部分１２２に光硬化性組成物を塗布していない。

他の例において、射出器５３０は、欠陥が検出された部分領域１１２と並ぶ第１部分１２２に、欠陥が検出されなかった部分領域１１２と並ぶ第１部分１２２における光硬化性組成物よりも少量の光硬化性組成物を塗布してもよい。

図３及び図４に示した装置を用いて高抵抗層３００を形成した後、第２ロール５１４から集電シート１００を取り外す。次いで、高抵抗層３００（光硬化性組成物）を１００℃以上の温度で１時間以上乾燥させる。

本発明者が検討したところ、図７を用いて後述するように、高抵抗層３００（光硬化性組成物）を１００℃以上の温度で、ある程度長い時間、具体的には、１時間以上乾燥させることで、集電シート１００からの高抵抗層３００の剥離が抑えられることが明らかとなった。

なお、高抵抗層３００（光硬化性組成物）を上記条件で乾燥させた場合、図４に示したように光硬化性組成物を第１部分１２２に選択的に塗布したときだけでなく、光硬化性組成物を第２領域１２０の全体に亘って塗布したときであっても、集電シート１００からの高抵抗層３００の剥離を抑えることが可能となる。

高抵抗層３００（光硬化性組成物）を乾燥した後、種々の方法、例えば、切り出し又は打ち抜きによって集電シート１００から複数の電極１０（図６）を取り出す。この場合、第２部分１２４が除去され、第１部分１２２の少なくとも一部が残ってタブ１２６（図６）を構成する。さらに、集電シート１００から部分領域１１２が取り出され、部分領域１１２が電極１０（図６）の一部を構成する。

図５は、図３及び図４に示した方法によって形成された高抵抗層３００の一例を説明するための図である。

図５に示すように、活物質２００の端部は、集電シート１００の表面に対して傾斜している。言い換えると、活物質２００の端部において、活物質２００の厚さは、活物質２００の外側に向かうにつれて薄くなっている。

高抵抗層３００は活物質２００に接しており、かつ高抵抗層３００と活物質２００が重なり合う領域（図５において幅Δ）が小さくなっている。図３及び図４に示した例では、光硬化性組成物が射出される領域を集電シート１００が通過するように集電シート１００を第１方向（図４においてＸ方向）に沿って送ることで、光硬化性組成物を集電シート１００に塗布している。このため、光硬化性組成物が活物質２００に接し、かつ光硬化性組成物と活物質２００が重なり合う領域が小さくなるのに適当な位置に集電シート１００の第１部分１２２が到達したタイミングで光硬化性組成物を塗布することができる。したがって、図５に示すように、高抵抗層３００が活物質２００に接し、かつ高抵抗層３００と活物質２００が重なり合う領域（図５において幅Δ）が小さくなっている。

図５に示す例によれば、電池セルのエネルギー密度の低下を抑えることができる。具体的には、仮に、高抵抗層３００と活物質２００が重なり合う領域（図５において幅Δ）が大きくなって高抵抗層３００の一部が活物質２００の傾斜した端部の上端に乗り上げると、複数の電極１０（図６）を積層させて電池セルを形成したとき、高抵抗層３００と活物質２００が重なり合う部分の厚さが大きくなり、電池セルのエネルギー密度の低下を招くおそれがある。これに対して、図５に示す例によれば、高抵抗層３００と活物質２００が重なり合う部分の厚さを抑えることができ、したがって、電池セルのエネルギー密度の低下を抑えることができる。

図５に示す例によれば、電池セルの容量の低下を抑えることができる。具体的には、仮に、高抵抗層３００と活物質２００が重なり合う領域（図５において幅Δ）が大きくなって活物質２００が高抵抗層３００に覆われる領域が大きくなると、活物質２００と活物質２００の外部の間でイオンが移動するための経路が小さくなり、電池セルの容量の低下を招くおそれがある。これに対して、図５に示す例によれば、活物質２００が高抵抗層３００に覆われる領域を小さくすることができ、したがって、電池セルの容量の低下を抑えることができる。

図７は、高抵抗層３００の加熱時間と高抵抗層３００の剥離強度の関係を示すグラフである。

図７では、光硬化性組成物を硬化させた後、高抵抗層３００を１００℃以上の温度で乾燥させており、特に、高抵抗層３００を３０分、１時間及び４時間のそれぞれの時間だけ乾燥させている。いずれの時間においても、高抵抗層３００は、１００℃以上の共通の温度で乾燥されている。

図７の傾向から明らかなように、高抵抗層３００の剥離強度は、高抵抗層３００の加熱時間が長くなるほど高くなるといえる。特に、高抵抗層３００の剥離強度は、高抵抗層３００の加熱時間がゼロから１時間にかけて急激に増加しているといえ、高抵抗層３００を１時間以上加熱することで、十分な強度になるといえる。

このようにして、高抵抗層３００（光硬化性組成物）を１００℃以上の温度で１時間以上乾燥させることで、集電シート１００からの高抵抗層３００の剥離を抑えることができるといえる。

以上、本実施形態によれば、集電シート１００の第１部分１２２に光硬化性組成物を選択的に塗布することで、電極１０の製造に用いられる光硬化性組成物の量を抑えることが可能となる。

さらに、本実施形態によれば、高抵抗層３００（光硬化性組成物）を１００℃以上の温度で１時間以上乾燥させることで、集電シート１００からの高抵抗層３００の剥離を抑えることが可能となる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

この出願は、２０１７年１０月６日に出願された日本出願特願２０１７−１９５７４６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 (8)

1. 活物質に覆われた第１領域と、前記活物質から露出し、第１方向に前記第１領域と並び、第１部分及び前記第１方向に直交する第２方向に前記第１部分と並ぶ第２部分を含む第２領域と、を有する集電シートを準備する工程と、
   前記集電シートの前記第１部分に光硬化性組成物を選択的に塗布し、前記光硬化性組成物に光を照射する工程と、
   前記光を照射した後、前記集電シートの前記第２部分を除去する工程と、
   を含む、電極の製造方法。
2. 請求項１に記載の電極の製造方法において、
   前記集電シートの前記第２領域は、前記第２方向に並ぶ複数の前記第１部分を有し、
   前記光硬化性組成物を塗布する工程では、前記複数の第１部分のうちの少なくとも一の第１部分に前記光硬化性組成物を選択的に塗布する、電極の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の電極の製造方法において、
   前記第１領域は、前記第１方向に前記第１部分と並ぶ部分領域を含み、
   前記集電シートの前記第２部分を除去する工程では、前記集電シートから前記第１領域の前記部分領域を取り出す、電極の製造方法。
4. 請求項３に記載の電極の製造方法において、
   前記光硬化性組成物を塗布する工程前に、前記活物質の欠陥の有無を検出する工程を含み、
   前記光硬化性組成物を塗布する工程では、前記欠陥が検出されなかった前記部分領域と並ぶ前記第１部分と、前記欠陥が検出された前記部分領域と並ぶ前記第１部分で異なる量の前記光硬化性組成物を塗布する、電極の製造方法。
5. 請求項１から４までのいずれか一項に記載の電極の製造方法において、
   前記光硬化性組成物を塗布する工程では、前記光硬化性組成物が射出される領域を前記集電シートが通過するように、前記集電シートを前記第１方向に沿って送る、電極の製造方法。
6. 請求項５に記載の電極の製造方法において、
   前記光を照射する工程では、前記光が照射される領域を前記集電シートが通過するように、前記集電シートを前記第１方向に沿って送り、
   前記光硬化性組成物が射出される領域と前記光が照射される領域は、前記集電シートが送られる方向に沿って並んでいる、電極の製造方法。
7. 活物質に覆われた第１領域と、前記活物質から露出し、第１方向に前記第１領域と並ぶ第２領域と、を有する集電シートを準備する工程と、
   前記集電シートの前記第２領域に、前記第１方向に直交する第２方向に沿って光硬化性組成物を周期的に塗布し、前記光硬化性組成物に光を照射する工程と、
   を含む、電極の製造方法。
8. 活物質に覆われた第１領域と、前記活物質から露出し、前記第１領域と並ぶ第２領域と、を有する集電シートを準備する工程と、
   前記集電シートの前記第２領域のうちの少なくとも一部分に光硬化性組成物を塗布し、前記光硬化性組成物に光を照射する工程と、
   前記光を照射した後、前記光硬化性組成物を１００℃以上の温度で１時間以上乾燥させる工程と、
   を含む、電極の製造方法。

Images