WO1999033135A1 - Fabrication d'un accumulateur electrique aux ions lithium - Google Patents

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ion secondary
negative electrode
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Takayuki Inuzuka
Yasuhiro Yoshida
Michio Murai
Kouji Hamano
Hisashi Shiota
Shigeru Aihara
Sho Shiraga
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Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a lithium ion secondary battery. More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a lithium ion secondary battery that can be made thin and light in any shape.
  • the lithium ion secondary battery is a secondary battery that is expected to have a high capacity at all, and its improvement is being actively pursued.
  • a lithium ion secondary battery has, as its main components, a positive electrode, a negative electrode, and an ion conductive layer sandwiched between the positive electrode and the negative electrode.
  • the ion conductive layer used is one in which an electrolytic solution is filled in a separator made of a porous film such as polypropylene.
  • lithium-ion secondary batteries are put into practical use by using a strong outer can made of stainless steel or the like, and applying pressure to maintain the electrical connection between the positive electrode, the ion conductive layer, and the negative electrode.
  • the outer can makes the lithium-ion secondary battery heavier, making it difficult to make it smaller and lighter, and the rigidity of the outer can makes it difficult to make any shape.
  • the positive electrode and the ion conductive layer, and the negative electrode and the ion conductive layer It is necessary to maintain that state without pressure.
  • the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems.
  • the positive electrode, the negative electrode, and the ion conductive layer (separate overnight) are adhered to each other with an adhesive resin, and the bonding strength between the electrode and the separator is sufficient.
  • Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a lithium ion secondary battery which can secure the ion conduction resistance between the positive electrode, the negative electrode and the separator at the same time as a battery using a conventional outer can, while securing the same. Disclosure of the invention
  • the first method for producing a lithium ion secondary battery according to the present invention comprises: a step of forming each of the positive electrode and the negative electrode active material layer on a positive electrode and a negative electrode current collector, respectively; Alternatively, a step of applying a binder solution obtained by dissolving polyvinyl alcohol in a solvent to a separator, and applying a plurality of layers of a laminate in which the above electrodes are alternately stacked during the separator. Forming a plurality of layers of the stack under pressure and evaporating a solvent to form a flat battery stack, and impregnating the flat battery stack with an electrolytic solution. It is.
  • the second method of manufacturing a lithium ion secondary battery of the present invention is the method of manufacturing a first lithium ion secondary battery according to the first method, wherein a plurality of layers of the stacked body are formed via a separated separator. It is.
  • a third method of manufacturing a lithium ion secondary battery of the present invention in the first method of manufacturing a lithium ion secondary battery, a plurality of layers of the stacked body are formed via a wound separator. Is the way.
  • a fourth method of manufacturing a lithium ion secondary battery of the present invention in the first method of manufacturing a lithium ion secondary battery, a plurality of layers of the stacked body are formed via a folded separator. Is the way.
  • each of the positive electrode and the negative electrode active material, and each electrode composed of the positive electrode and the negative electrode current collector bonded to the active material, respectively It is possible to prevent separation between batteries and maintain the structure as a battery even without a rigid housing, enabling the battery to be lighter and thinner.
  • the charge / discharge characteristics are improved by the binder-resin solution applied to the substrate, and a compact and stable lithium-ion secondary battery is obtained by having a plurality of layers of the laminate.
  • an external force or internal thermal stress acts to deform the formed battery, the battery will be broken not between the active material layer of the electrode and the current collector, but instead of the separator, thus increasing safety. There is also an effect that it can be maintained.
  • a fifth method for producing a lithium ion secondary battery according to the present invention is the method for producing a lithium ion secondary battery according to the first aspect, wherein the binder resin solution comprises dimethylformamide as a solvent, and Or poly
  • the method is a solution containing nyl alcohol.
  • the sixth method for producing a lithium ion secondary battery according to the present invention is the method for producing a lithium ion secondary battery according to the fifth aspect, wherein the dimethylformamide contains 3 to 25 fluorine-based resins or polyvinyl alcohol. Part by weight, preferably 5 to 15 parts by weight.
  • the step of evaporating the solvent can be shortened, and a lithium ion secondary battery having excellent charge / discharge characteristics can be obtained.
  • the seventh method for producing a lithium ion secondary battery of the present invention is the method for producing a lithium ion secondary battery described above, wherein the drying is performed in an air stream at 80 ° C. or lower. As a result, the time required for drying can be reduced.
  • An eighth method for manufacturing a lithium ion secondary battery according to the present invention is the method for manufacturing a lithium ion secondary battery according to the first aspect, further comprising: This is a method for plasma processing. Thereby, the adhesiveness can be further improved.
  • FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 3 are schematic cross-sectional views of a main part showing an embodiment of a lithium ion secondary battery obtained by the manufacturing method of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the single laminate shown in FIGS. 1, 2, and 3 above.
  • FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 3 are schematic cross-sectional views of a main part showing one embodiment of a lithium ion secondary battery obtained by the manufacturing method of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the single laminate shown in FIGS. 1, 2, and 3 above.
  • reference numeral 12 denotes a laminate, and the laminate 12 includes a positive electrode 1 formed by forming a positive electrode active material layer 3 on a positive electrode current collector 2 made of a metal such as aluminum foil, copper, and the like.
  • a negative electrode 4 formed by molding a negative electrode active material 6 on a negative electrode current collector 5 made of the same metal, a separator 7 holding an electrolyte containing lithium ions, a separator 7 and a positive electrode 1, and a separator 1. It is composed of a binder-resin layer 8 for joining the negative electrode 4 to the negative electrode 4.
  • the binder resin layer 8 has micropores, and the micropores hold the electrolyte.
  • any metal that is stable in a lithium ion secondary battery can be used.
  • Aluminum is used as the positive electrode current collector 2, and copper is used as the negative electrode current collector 5.
  • the current collectors 2 and 5 can be in any form such as foil, mesh, or expanded metal, but those having a large surface area such as mesh or expanded metal can be used as the active material layer. It is preferable to obtain bonding strength with 3, 6 and to facilitate impregnation of the electrolyte solution after bonding.
  • the active material contained in the positive electrode active material layer 3 includes, for example, a composite oxide of lithium and a transition metal such as cobalt, manganese, or nickel, a composite oxide of lithium and a chalcogen compound, or a transition oxide of this composite oxide.
  • a composite oxide of lithium and a transition metal such as cobalt, manganese, or nickel
  • a composite oxide of lithium and a chalcogen compound or a transition oxide of this composite oxide.
  • Complex oxides containing, for example, those containing various trace amounts of added casket elements are used for these complex oxides, and are not particularly limited.
  • a carbonaceous material is preferably used, but in the battery of the present invention, it can be used regardless of chemical characteristics, shape and the like.
  • the material used for Separation 7 can be used as long as it can be impregnated with an electrolyte and has sufficient strength with an insulating porous membrane, mesh, nonwoven fabric, etc.
  • the use of a porous membrane made of bilen, polyethylene, or the like is preferable from the viewpoint of ensuring adhesiveness and safety.
  • the binder resin for forming the resin layer 8 for example, a fluorine-based resin or a mixture mainly containing a fluorine-based resin or a mixture mainly containing polyvinyl alcohol or polyvinyl alcohol is used.
  • a fluorine-based resin or a mixture mainly containing a fluorine-based resin or a mixture mainly containing polyvinyl alcohol or polyvinyl alcohol is used.
  • the fluorine-based resin include polymers or copolymers having a fluorine atom in the molecular structure, such as vinylidene fluoride and ethylene 4-fluoride, and polymers or copolymers having vinyl alcohol in the molecular skeleton.
  • a mixture with methyl methyl acrylate, polystyrene, polyethylene, polypropylene, polyvinylidene chloride, polyvinyl chloride, polyacrylonitrile, polyethylene oxide, and the like can be used.
  • polyvinylidene fluoride, a fluororesin is suitable.
  • a solvent used for forming the binder-resin layer 8 for example, a highly polar solvent such as N-methylpyrrolidone, N, N'-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, or the like can be used. Particularly, from the viewpoint of safety, N-methylbi-lidone is suitable.
  • the electrolyte may be an ether-based solvent such as dimethoxetane, jetoxetane, dimethyl ether, and ethyl ether, an ethylene-based solvent, an ester-based solvent such as ethylene carbonate, and a mixture of ester solvents such as ethylene carbonate, and L i PF6. is obtained by dissolving a N L i C 1 0 4, L i BF 4, L i CF 3 S 0 3s L i N (CF 3 S 0 2) 2, L i C (CF 3 SO 2) electrolytes such as 3 Can be used.
  • an ether-based solvent such as dimethoxetane, jetoxetane, dimethyl ether, and ethyl ether
  • an ethylene-based solvent such as dimethoxetane, jetoxetane, dimethyl ether, and ethyl ether
  • an ethylene-based solvent such as dimethoxe
  • a binder resin is mixed with each of the active materials of the positive electrode 1 and the negative electrode 4 (the conductive material such as graphite powder is further mixed with the active material of the positive electrode 1).
  • the paste-like active material is applied to the positive electrode current collector 2 and the negative electrode current collector 5, and dried to form the positive electrode 1 and the negative electrode 4, respectively.
  • the binder resin used here not only those having the same main components as those used for the binder resin layer 8, but also various materials such as polyethylene can be used.
  • the coating binder-resin solution is uniformly applied over the entire surface of the separator 7.
  • the binder resin solution is pulled up through the binder resin solution, the binder resin is dropped on the separator, and the binder is applied uniformly over the bar.
  • the binder resin is applied over the separator by the spray method.
  • a spray method or the like can be used. If a fluorine resin is used in the separation, the surface can be subjected to a plasma treatment to secure the adhesiveness.
  • the binder resin solution permeates the electrode, and the adhesive strength between the separator and the electrode decreases.
  • the binder resin for forming the electrode is composed of polyvinylidene vinylidene or polyvinyl alcohol. When contained as a binder, it is dissolved by the resin solution of the binder for coating and the strength of the electrode is reduced.
  • Applying the binder resin solution over the separation can prevent the binder-resin solution from permeating the electrodes and prevent the binder-resin solution from dissolving the binder resin for forming the electrodes, thereby reducing the adhesive force between the separation and the electrodes. As a result, it is possible to suppress a decrease in the strength of the electrode.
  • a properly formed binder resin layer at the interface between the separator and the electrode improves the efficiency of active material utilization inside the electrode for lithium ion doping and undoping. That is, lithium ion
  • the problem is that the doping and undoping of lithium ions occurs unevenly in the active material portion close to the separator, and the active material inside the electrode cannot be used effectively because the mobility of migration is the same in the electrolyte.
  • the surface of the active material near the separator is covered by the binder liquid applied over the separator, and the active portion becomes smaller than the active material inside the electrode. The doping and undoping rates of the material and the active material inside the electrode are made uniform, and the charge / discharge efficiency is improved.
  • binder-resin solution 3 to 25 parts by weight, preferably 5 to 15 parts by weight of an N-methylbiopenidone solution containing polyvinylidene fluoride or polyvinyl alcohol as a main component is often used. If the binder-resin solution is too thin, sufficient resin will not be applied, resulting in insufficient adhesive strength. If the solution is too thick, the amount of applied resin will be too large, reducing ionic conductivity between the electrodes. As a result, good battery characteristics cannot be obtained.
  • one night of the separator resin solution is applied, one of the above electrodes is overlapped before the binder resin solution dries, and heated and dried by applying pressure from both sides with a pressure roller, etc.
  • the electrode is cut to a predetermined size, a binder resin solution is applied to the outer surface of the separator sandwiching one of the electrodes, and the other electrode cut to a predetermined size is overlapped.
  • ⁇ Repeat the process of stacking the separator sandwiching one of the electrodes coated with the solution to produce multiple layers of the battery stack, and heating and drying the multiple layers of the battery stack while applying pressure to form a flat plate.
  • a battery stack is formed.
  • the heating temperature at this time is desirably 60 to 100 ° C.
  • the temperature is lower than 60 ° C, drying takes a very long time, which is not preferable in the process. If the temperature is higher than 100 ° C, there is a possibility of adversely affecting the separation and the like, which is not preferable. After this, it may be necessary to continue heating to remove the residual solvent, but in this case, it is not necessary to apply pressure. Decompression during heating is dry Effective for reducing time, but not required.
  • the flat battery laminate having a plurality of layers of the laminate in which the positive electrode 1 and the negative electrode 4 formed as described above are adhered to the separator 7 is inserted into an aluminum laminate film bag, and the above-mentioned electrolyte is reduced under reduced pressure.
  • the lithium-ion secondary battery is completed by impregnating and heat sealing the aluminum film bag.
  • the boiling point is lower than that of N-methyl virolidone (boiling point: 202 ° C.), and a fluorine-based resin such as polyvinylidene fluoride or a binder resin mainly composed of polyvinyl alcohol is dissolved.
  • a fluorine-based resin such as polyvinylidene fluoride or a binder resin mainly composed of polyvinyl alcohol is dissolved.
  • dimethylformamide By using possible dimethylformamide, the step of evaporating the solvent can be shortened.
  • the binder resin containing polyvinylidene fluoride or polyvinyl alcohol as a main component in dimethylformamide is used in an amount of 3 to 25 parts by weight, preferably 5 to 15 parts by weight.
  • N- Mechirubirori pyrrolidone positive electrode active material was prepared by dispersing (hereinafter, referred to as NM P)
  • the paste was applied to a thickness of 300 m by a Doc Yuichi blade method to form a positive electrode active material thin film.
  • An aluminum net with a thickness of 300 to 111 serving as the positive electrode current collector 2 is placed on the top of the positive electrode active material.
  • a strike was applied. This was left in a dryer at 60 ° C.
  • a negative electrode active material base prepared by dispersing 5 parts by weight and 5 parts by weight of vinylidene fluoride in NMP is 300 zm thick by the Doc Yuichi Blade Method.
  • a 20-m-thick strip-shaped copper mesh serving as the negative-electrode current collector 5 was placed on the upper part, and a negative-electrode active material paste adjusted to a thickness of 300 m was again applied on the upper part by a dough-blade method. .
  • a mixture of 5 parts by weight of polyvinylidene fluoride and 5 parts by weight of NMP 9 was mixed and sufficiently stirred so as to form a uniform solution to prepare a binder-resin solution.
  • the binder resin was dropped on one surface of each of two continuous long-strip porous polypropylene sheets (Celgard # 2400, manufactured by Hoechst) to be used as Separation 7;
  • the binder resin solution was uniformly applied to the entire surface of the separator by moving a barco overnight in which a filament having a diameter of 0.5 mm was finely wound around a glass tube having a diameter of 1 cm over the separator.
  • the positive electrode 1 which is one of the electrodes, is brought into close contact with the application surface of the polypropylene sheet, and heated and dried by applying pressure from both surfaces with a pressure roller or the like, and then drying to a predetermined size.
  • Negative electrode 4 is overlapped and brought into close contact, and then a binder-resin solution is applied to the non-applied surface of the polypropylene sheet with the cut positive electrode sandwiched therebetween using a bar. I combined. This fixation was repeated to produce a plurality of layers of the laminate.
  • the NMP as a solvent is evaporated and removed, whereby the flat battery stack shown in FIG. 1 is removed. Formed body.
  • the binder resin becomes a porous film having continuous pores.
  • the flat battery stack formed into a predetermined size is inserted into an aluminum laminate film bag, and under reduced pressure, ethylene carbonate (manufactured by Kanto Kagaku) and 1,2-dimethoxetane (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) Mixed solvent (molar ratio In 1: 1), then impregnated with LiPFs (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) 1.
  • electrolytic solution obtained by dissolving at a concentration of Omo l / dm 3, by the this performing sealing treatment with heat one Toshi Ichiru, the A lithium ion secondary battery having the battery stack shown in FIG. 1 was manufactured.
  • a lithium ion secondary battery having the battery laminate shown in FIG. 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that only the binder-resin solution in Example 1 was changed as follows.
  • Example 1 In the same manner as in Example 1 except that NMP, which is the solvent of the binder-resin solution in Examples 1 and 2, was replaced with dimethylformamide, and the other conditions were the same as in Example 1, A lithium ion secondary battery having the following formula was obtained. In this case, the step of evaporating the solvent was shorter than in Example 1.
  • the peel strength of the lithium ion secondary batteries obtained in Examples 1 to 4 was measured.
  • the adhesive strength between positive electrode 1 and separator 7 and negative electrode 4 and separator 7 was 23 gf / cm and 12 gf / cm, respectively.
  • the adhesive strength between the layers 3 and 6 and the current collectors 2 and 5 was higher than that.
  • Example 1 a flat battery stack having a plurality of layers of the stack was formed through a plurality of separated separators.
  • a flat battery stack having a plurality of layers of a stack is formed via a rolled-up separator, and the rest is the same as in the first embodiment, except that a lithium battery having the battery stack shown in FIG. Battery was obtained.
  • Binder-resin solution is applied to one side of each of two strip-shaped separators 7 made of porous polypropylene (Celgard # 2400) manufactured by Hoechst. A strip-shaped negative electrode 4 (or positive electrode) was sandwiched between them, and they were adhered to each other, and then heated and dried while applying pressure. A binder-resin solution is applied to one surface of the strip-shaped separator where the negative electrode 4 (or the positive electrode) is joined, and one end of the separator is bent by a certain amount, and the positive electrode 1 (or the negative electrode) is sandwiched between the folds. We piled up and went through Lamine overnight.
  • Example 3 is different from Example 5 only in that a strip-shaped separator, a positive electrode and a negative electrode are simultaneously wound, and the other is the same as in Examples 1 and 5 above, except that the lithium ion secondary battery having the flat battery stack shown in FIG. A battery was manufactured.
  • a strip-shaped negative electrode 4 (or positive electrode) is placed between two strip-shaped separators 7 made of a porous polypropylene sheet (Celgard # 2400, manufactured by Hoechst), and a strip-shaped positive electrode 1 (or negative electrode) is placed. ) Is placed outside of one Separation 7 so as to protrude by a certain amount.
  • Binder resin is applied to the inner surface of each separator 7 and the outer surface of separator 7 on which positive electrode 1 (or negative electrode) is placed, and the positive electrode 1 (or negative electrode) and two separators 7 Negative electrode 4 (or positive electrode) is overlapped and passed through the laminator, and then the other separator is coated with a binder resin on the outer surface of evening 7 and the protruding positive electrode 1 (or negative electrode) is applied to this coated surface.
  • the laminated positive electrode 1 (or the negative electrode) is folded and laminated, and a separator laminated so as to wrap the inside of the folded positive electrode 1 (or the negative electrode) is rolled up in an elliptical shape to form a plurality of layers of a laminate. Thereafter, drying was performed to produce a flat battery stack.
  • Portable computer which we used as a secondary battery of a portable electronic device such as a mobile phone, with improved performance of the battery, smaller and lighter, it is possible to arbitrarily shaped (

Description

明 細 二次電池の製造方法 技術分野
本発明は、 リチウムィォン二次電池の製造方法に関するものである。 さらに詳しくは、 任意形状で薄型化、 軽量化ができるリチウムイオン二 次電池の製造方法に関するものである。 背景技術
携帯電子機器の小型 ·軽量化に対応するため、 電池における電気容量 の向上は最も重要な性能向上の課題とされ、 多様な電池の開発、 改良が 進められてきた。 リチウムィォン二次電池はこれまでの電池の中でも、 もつとも高い容量が期待される二次電池であり現在でもその改良が盛ん に進められている。 リチウムイオン二次電池はその主要な構成要素とし て正極、 負極とこの正極および負極に挟まれるイオン伝導層を有する。 現在実用に共されているリチウムイオン二次電池において、 このイオン 伝導層は、 ポリプロビレン等の多孔質フィルムからなるセパレ一夕に電 解液が満たされているものが用いられている。
現在実用化されているリチウムイオン二次電池は、 ステンレス製など の強固な外装缶を用い、 加圧することによって、 正極—イオン伝導層— 負極の間の電気的接合を維持する方法が行われている。 しかし、 上記外 装缶は、 リチウムイオン二次電池の重量を大きくし小型 ·軽量化を困難 にするとともに、 外装缶の剛直性のため任意形状化をも困難にしている リチウムイオン二次電池の小型 ·軽量化および任意形状化のためには、 正極とイオン伝導層、 および負極とイオン伝導層を接合し、 外部から加 圧せずにその状態を維持することが必要になる。
これに関する方法として、 イオン伝導層にリチウムイオン伝導性のポ リマ一を用い、 リチウム化合物を含む接着層で、 上記イオン伝導層に正 極および負極を接合するものが米国特許 5 , 4 3 7 , 6 9 2に開示され ている。 また、 可塑性のイオン伝導層を形成し、 この可塑性のイオン伝 導層で正極および負極を接合するものが WO 9 5 / 1 5 , 5 8 9に開示 されている。
しかし、 上記米国特許 5 , 4 3 7 , 6 9 2に開示された方法では十分 な接合強度が得られず、 電池として十分に薄くできず、 また、 イオン伝 導層と正極および負極との間のイオン伝導抵抗も高く、 充放電特性等の 電池特性が、 実用上問題であった。 また、 上記 WO S S Z I S , 5 8 9 では、 可塑性のイオン伝導層を接合するので十分な接合強度が得られず、 電池として十分に薄くできないという問題があった。
本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、 正極 および負極とイオン伝導層 （セパレ一夕） を接着性樹脂により密着させ、 十分な電極とセパレ一夕間の接合強度を確保すると同時に、 正極および 負極とセパレ一夕間のイオン伝導抵抗を従来の外装缶を用いた電池並に 確保することができるリチウムイオン二次電池の製造方法を提供するも のである。 発明の開示
本発明の第 1のリチウムイオン二次電池の製造方法は、 正極および負 極活物質層それぞれを、 正極および負極集電体上に成形した各電極を形 成する工程、 主成分としてフッ素系樹脂またはポリビニルアルコールを 溶媒に溶解してなるパインダ一樹脂溶液をセパレー夕に塗布する工程、 このセパレ一夕間に上記各電極を交互に重ね合わせた積層体の複数層を 形成する工程、 この積層体の複数層を加圧しつつ乾燥し溶媒を蒸発させ て平板状電池積層体を形成する工程、 並びにこの平板状電池積層体に電 解液を含浸させる工程を備えた方法である。
本発明の第 2のリチウムイオン二次電池の製造方法は、 上記第 1のリ チウムイオン二次電池の製造方法において、 積層体の複数層が、 切り離 したセパレ一夕を介して形成される方法である。
本発明の第 3のリチウムイオン二次電池の製造方法は、 上記第 1のリ チウムイオン二次電池の製造方法において、 積層体の複数層が、 巻き上 げられたセパレー夕を介して形成される方法である。
本発明の第 4のリチウムイオン二次電池の製造方法は、 上記第 1のリ チウムイオン二次電池の製造方法において、 積層体の複数層が、 折り畳 まれたセパレ一夕を介して形成される方法である。
上記第 1ないし第 4のリチウムィオン二次電池の製造方法によって、 正極および負極活物質並びにこの活物質それぞれに接合された正極およ び負極集電体からなる各電極と、 セパレ一夕との間の剥離を防止するこ とができるようになり、 剛直な筐体がなくても電池としての構造を維持 することができるので、 電池の軽量化、 薄型化を可能にするとともに、 セパレ一夕に塗布したバインダ一樹脂溶液によって充放電特性がよくな り、 積層体の複数層を有することによってコンパクトで安定した特性の リチウムイオン二次電池が得られる。 さらに、 形成された電池に変形を 与えるような外力、 あるいは内部の熱応力が働いた場合、 セパレ一夕で はなく電極の活物質層と集電体の間で破壊されるので、 安全性を維持で きるという効果もある。
本発明の第 5のリチウムィオン二次電池の製造方法は、 上記第 1のリ チウムイオン二次電池の製造方法において、 バインダー樹脂溶液が、 ジ メチルホルムアミ ドを溶媒とし、 この溶媒にフッ素系樹脂またはポリビ ニルアルコールが含まれる溶液である方法である。
本発明の第 6のリチウムイオン二次電池の製造方法は、 上記第 5のリ チウムイオン二次電池の製造方法において、 ジメチルホルムアミ ドにフ ッ素系樹^ ίまたはポリビニルアルコールが 3〜2 5重量部、 望ましくは 5〜1 5重量部含まれる溶液である方法である。
これによつて、 溶媒を蒸発させる工程が短時間化でき、 しかも充放電 特性が優れたリチウムィオン二次電池が得られる。
本発明の第 7のリチウムイオン二次電池の製造方法は、 上記第 1のリ チウムイオン二次電池の製造方法において、 乾燥を 8 0 °C以下の気流中 で行う方法である。 これにより、 乾燥に要する時間を短縮することがで ぎる。
本発明の第 8のリチウムィオン二次電池の製造方法は、 上記第 1のリ チウムイオン二次電池の製造方法において、 バインダ一樹脂溶液をセパ レ一夕に塗布する前に、 このセパレ一夕表面をプラズマ処理する方法で ある。 これによつて、 接着性をさらに向上することができる。 図面の簡単な説明
第 1図、 第 2図および第 3図は、 本発明の製造方法によって得られた リチウムイオン二次電池の一実施の形態を示す主要部断面摸式図である。 第 4図は、 上記第 1図、 第 2図および第 3図に示す単一の積層体の構成 を模式的に示す断面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下に、 図に従って本発明の実施の形態を説明する。
第 1図、 第 2図および第 3図は、 本発明の製造方法によって得られる リチウムイオン二次電池の一実施の形態を示す主要部断面摸式図であり、 第 4図は、 上記第 1図、 第 2図および第 3図に示す単一の積層体の構成 を模式的に示す断面図である。 各図において、 1 2は積層体で、 この積 層体 1 2は、 アルミニウム箔などの金属からなる正極集電体 2の上に正 極活物質層 3を成形してなる正極 1、 銅などの金属からなる負極集電体 5の上に負極活物質 6を成形してなる負極 4、 リチウムイオンを含有す る電解液を保持したセパレ一夕 7、 セパレ一夕 7と正極 1、 およびセパ レ一夕 Ίと負極 4を接合するバインダ一樹脂層 8によって構成されてい る。 バインダー樹脂層 8は、 微細孔を有しこの微細孔が電解液を保持し ている。
正極集電体 2および負極集電体 5としては、 リチウムイオン二次電池 内で安定な金属であれば使用可能であり、 正極集電体 2としてアルミ二 ゥム、 負極集電体 5として銅が好ましく用いられる。 集電体 2、 5の形 状は、 箔、 網状、 ェクスパンドメタル等いずれのものでも使用可能であ るが、 網状、 ェクスパンドメタル等のように表面積が大きいものが、 活 物質層 3、 6との接合強度を得るためおよび接合後の電解液の含浸を容 易にするために好ましい。
正極活物質層 3に含まれる活物質には、 例えば、 リチウムとコバルト、 マンガンまたはニッケル等の遷移金属との複合酸化物、 リチウムとカル コゲン化合物との複合酸化物あるいはこの複合酸化物に遷移金属を含む 複合酸化物、 これらの複合酸化物に各種の微量添カ卩元素を有するものな どが用いられ、 特に限定されるものではない。
負極活物質 6に含まれる活物質は、 炭素質材料が好ましく用いられる が、 本発明の電池においては、 化学的特性、 形状等に関わらず用いるこ とができる。
セパレ一夕 7に用いる材料は、 絶縁性の多孔膜、 網、 不織布等で電解 液を含浸しかつ十分な強度が得られるものであれば使用でき、 ポリプロ ビレン、 ポリエチレン等からなる多孔質膜の使用が接着性、 安全性確保 の観点から好ましい。
ノ インダ一樹脂層 8を形成するためのパインダ一樹脂としては、 例え ば、 フッ素系樹脂またはフッ素系樹脂を主成分とする混合物や、 ポリビ ニルアルコールまたはポリビニルアルコールを主成分とする混合物が用 いられる。 フッ素系樹脂として具体的には、 フヅ化ビニリデン、 4ーフ ッ化エチレンなどのフッ素原子を分子構造内に有する重合体もしくは共 重合体、 ビニルアルコールを分子骨格に有する重合体もしくは共重合体、 あるいはポリメ夕クリル酸メチル、 ポリスチレン、 ポリエチレン、 ポリ プロピレン、 ポリ塩化ビニリデン、 ポリ塩化ビニル、 ポリアクリロニト リル、 ポリエチレンォキサイ ドなどとの混合物などが使用可能である。 特に、 フッ素系樹脂のポリフヅ化ビ二リデンが適当である。
バインダ一樹脂層 8を形成するために使用する溶媒としては、 例えば N—メチルピロリ ドンや N、 N ' ージメチルホルムアミ ド、 ジメチルス ルホォキシドなどの極性の高い溶剤が使用可能である。 特に安全性の観 点から、 N—メチルビ口リ ドンが適当である。
電解液には、 ジメ トキシェタン、 ジェトキシェタン、 ジメチルェ一テ ル、 ジェチルェ一テル等のエーテル系溶剤、 エチレンカーボネート、 プ 口ビレン力一ボネ一ト等のエステル系溶剤の単独または混合物に、 L i P F 6N L i C 1 0 4, L i B F 4, L i C F 3 S 0 3s L i N ( C F 3 S 0 2) 2、 L i C ( C F 3 S O 2) 3等の電解質を溶解したものが使用でき る。
次に、 第 1図に示したリチウムイオン二次電池の積層体の製造方法を 説明する。
まず、 正極 1および負極 4の活物質それぞれに、 バインダー樹脂を適 当量混合し （正極 1の活物質には黒鉛紛等の導電性材料をさらに混合す る） ペースト状にし、 このペースト状の活物質それぞれを正極集電体 2 および負極集電体 5に塗布し、 乾燥して正極 1および負極 4の各電極を 形成する。 ここで用いるバインダー樹脂は、 バインダー樹^ [層 8に用い るものと主成分が同じもののほか、 ポリエチレンなど種々を使用するこ とができる。
次に、 上記塗布用バインダ一樹脂溶液をセパレ一夕 7全面に均一に塗 布する。 塗布には、 バインダー樹脂溶液を通して引き上げる引き上げ法、 セパレー夕上にバインダ一樹脂を滴下しバーコ一夕で均一に塗布するバ —コ一夕法、 スプレー法によりセパレ一夕にバインダ一樹脂を塗布する スプレー法などを用いることができる。 なお、 セパレー夕に、 フッ素樹 脂系を用いる場合は、 表面をブラズマ処理して接着性を確保することが できる。
ノ^ンダ一樹脂溶液をセパレ一夕ではなく、 電極に塗布した場合、 パ ィンダ一樹脂溶液が電極内に染み込み、 セパレ一夕と電極との接着強度 が低下する。 また、 ノ、"インダ一樹脂溶液が電極内に染み込むことにより、 リチウムイオンの伝導経路が減少し電池特性が低下する。 さらに、 電極 形成用バインダ一樹脂がポリフツイ匕ビニリデンまたはポリビニルアルコ —ルを成分として含んでいる場合、 塗布用パインダ一樹脂溶液により溶 解し、 電極の強度が低下する。
バインダー樹脂溶液をセパレ一夕に塗布することによって、 バインダ 一樹脂溶液の電極への染み込み、 バインダ一樹脂溶液による電極形成用 のバインダー樹脂の溶解を防止でき、 セパレ一夕と電極との接着力を高 め、 電極の強度低下を抑制することができる。
さらに、 セパレ一夕と電極との界面における適切に形成されたバイン ダ一樹脂層が、 リチウムイオンのド一ブおよび脱ドープに対する電極内 部における活物質の利用効率を向上させる。 すなわち、 リチウムイオン の移動のしゃすさは電解液中で等しいため、 リチウムイオンのド一プお よび脱ドープはセパレ一夕と近接する活物質部分で偏って起こり、 電極 内部の活物質が有効に活用できないという問題があるが、 セパレ一夕に 塗布したパインダ一樹脂液によって、 セパレ一夕近傍の活物質表面が覆 われ、 活性部分が電極内部の活物質よりも少なくなることによって、 セ パレ一夕近傍の活物質と電極内部の活物質のド一プおよび脱ドープ速度 が均一化され、 充放電効率がよくなる。
バインダ一樹脂溶液は、 3〜 2 5重量部、 好ましくは 5〜 1 5重量部 のポリフヅ化ビ二リデンまたはポリビニルアルコールを主成分とする N —メチルビ口リ ドン溶液がよく用いられる。 バインダ一樹脂溶液が薄す ぎる場合は十分な樹脂が塗布されず、 接着強度が不足し、 溶液が濃すぎ る場合には、 塗布される樹脂量が多すぎ、 電極間のイオン伝導性を減少 させ、 良好な電池特性が得られないことになる。
次に、 バインダー樹脂溶液を塗布したセパレ一夕間に、 バインダー樹 脂溶液が乾燥する前に上記各電極の一方を重ね合わせ、 加圧ローラ等で 両面から圧力を加えて加熱，乾燥した後、 所定の大きさに切断し、 この 一方の電極を挟んだセパレー夕の外面にバインダ一樹脂溶液を塗布して 所定の大きさに切断した他方の電極を重ね合わせ、 さらに、 外面にバイ ンダ一樹^^容液を塗布した一方の電極を挟んだセパレ一夕を重ねる工程 を繰り返して、 電池積層体の複数層を作製し、 この電池積層体の複数層 を加圧しつつ加熱 ·乾燥し、 平板状電池積層体を形成する。 このときの 加熱温度は 6 0〜1 0 0 °Cが望ましい。 6 0 °Cより低い温度では乾燥に 非常に時間がかかり工程的に好ましくなく、 1 0 0 °Cより高い温度では セパレ一夕等に悪影響を与える可能性があり好ましくない。 この後、 残 留溶媒を除去するためさらに加熱を続ける必要がある場合があるが、 こ の場合には特に圧力を加える必要はない。 加熱時に減圧することは乾燥 時間の短時間化に有効であるが、 必須条件ではない。
上記のように形成された正極 1および負極 4をセパレー夕 7に接着し た積層体の複数層を有する平板状電池積層体を、 アルミラミネ一トフィ ルム袋に挿入し、 減圧下で上記電解液を含浸させ、 アルミラミネ一トフ イルム袋をヒートシールすることによりリチウムイオン二次電池が完成 する。
上記のように、 正極および負極活物質並びにこの活物質それぞれに接 合された正極および負極集電体からなる各電極と、 セパレ一夕との間の 剥離を防止することができるようになり、 剛直な筐体がなくても電池と しての構造を維持することができるので、 コンパクト化、 電池の軽量化、 薄型化を可能にするとともに、 セパレ一夕に塗布したパインダ一樹 S旨溶 液によつて充放電特性がよく、 安定な特性のリチウムィオン二次電池が 得られる。 さらに、 形成された電池に変形を与えるような外力、 あるい は内部の熱応力が働いた場合、 セパレ一夕ではなく電極の活物質層と集 電体の間で破壊されるので、 安全性を維持できるという効果もある。 また、 バインダー樹脂溶液の溶媒に、 N—メチルビロリ ドン （沸点 2 0 2 °C) に比べ沸点が低く、 ポリフヅ化ビニリデン等のフッ素系樹脂ま たはポリビニルアルコールを主成分とするパインダ一樹脂を溶解可能な ジメチルホルムアミ ドを用いることにより、 溶媒を蒸発させる工程が短 時間化できる。 ジメチルホルムアミ ド中のポリフッ化ビニリデンまたは ポリビニルアルコールを主成分とするバインダ一樹脂は 3〜2 5重量部、 好ましくは 5〜1 5重量部とする。
さらに、 パインダ一樹脂溶液を塗布したセパレ一夕上に、 各電極を重 ね合わせた後の加熱 ·乾燥を、 8 0。C以下の気流にさらして行うことに より、 乾燥に要する時間を短縮することができる。
以下に、 第 2図および第 3図の例を含めて実施例を示し、 本発明をさ らに詳しく説明する。
実施例 1 .
(正極の作製）
L i C o O 2を 8 7重量部、 黒鉛粉を 8重量部、 ポリフッ化ビニリデ ンを 5重量部を N—メチルビロリ ドン （以下、 NM Pと称する） に分散 することにより調整した正極活物質ペーストを、 ドク夕一ブレード法に て厚さ 3 0 0 mに塗布して正極活物質薄膜を形成した。 その上部に正 極集電体 2となる厚さ 3 0〃111のアルミニウム網を載せ、 さらにその上 部に再度ドク夕一ブレード法で厚さ 3 0 0〃mに調整した正極活物質べ —ストを塗布した。 これを 6 0 °Cの乾燥機中に 6 0分間放置して半乾き 状態にして、 正極集電体 2と正極活物質との集積体を形成した。 この積 層体を 4 0 0 /mに圧延することにより、 正極活物質層 3を形成した正 極 1を作製した。 この正極 1を電解液に浸潰させた後に正極活物質層 3 と正極集電体 2との剥離強度を測定したところ、 2 0〜2 5 g f / c m の値を示した。
(負極の作製）
メソフェーズマイクロビーズカーボン （大阪ガス製） 9 5重量部、 ポ リフッ化ビニリデン 5重量部を N M Pに分散して作製した負極活物質べ 一ストを、 ドク夕一ブレード法にて厚さ 3 0 0 zmに塗布して負極活物 質薄膜を形成した。 その上部に負極集電体 5となる厚さ 2 0 mの帯状 の銅網を載せ、 さらにその上部に再度ドク夕一ブレード法で厚さ 3 0 0 mに調整した負極活物質ペーストを塗布した。
これを 6 0 Cの乾燥機中に 6 0分間放置して半乾き状態にし、 負極集 電体 5と負極活物質との集積体を形成した。 この積層体を 4 0 0〃mに 圧延することにより、 負極括物質層 6を形成した負極 4を作製した。 この負極 4を電解液に浸漬させた後、 負極活物質層 6と負極集電体 5 との剥離強度を測定したところ、 5〜 1 0 g f / c mの値を示した。 (電池の作製）
ポリフッ化ビニリデン 5重量部、 NM P 9 5重量部の組成比率で混合 し、 均一溶液になるように充分撹拌してバインダ一樹脂溶液を作製した。 次に、 セパレ一夕 7として用いる 2枚の連続した長尺帯状の多孔性の ポリプロピレンシート （へキスト製商品名セルガード # 2 4 0 0 ) のそ れそれの片面に上記バインダー樹脂を滴下し、 直径 0 . 5 mmのフイラ メントを直径 1 c mのガラス管に細密に巻き付けたバーコ一夕をセパレ 一夕上を移動させることにより、 セパレー夕全面に均一にバインダ一樹 脂溶液を塗布した。
次に、 バインダー樹脂が乾燥する前に、 一方の電極である正極 1を上 記ポリプロピレンシートの塗布面に密着させ、 加圧ローラ等で両面から 圧力を加えて加熱 ·乾燥した後、 所定の大きさに切断し、 次にこの切断 したポリプロピレンシートの未塗布面にも同様にパインダ一樹脂溶液を バーコ一夕を用いて塗布し、 この塗布面に所定の大きさに切断した他方 の電極である負極 4を重ね合わせて密着させ、 さらに、 上記切断した正 極を挟んだポリプロピレンシートの未塗布面にバインダ一樹脂溶液をバ —コ一夕を用いて塗布し、 この塗布面を上記負極に重ね合わせた。 この 固定を繰り返し、 積層体の複数層を作製した。 この積層体の複数層を、 加圧しながら乾燥機中無風下 6 0 °Cで加熱することにより、 溶媒である NM Pを蒸発させ、 除去することによって第 1図に示した平板状電池積 層体を形成した。 NM Pが蒸発することにより、 バインダー樹脂は連続 孔を有する多孔質の膜となる。
続いて、 所定の大きさに形成した平板状電池積層体をアルミラミネ一 トフイルム袋に挿入し、 減圧下で、 エチレンカーボネート （関東化学社 製） と 1 , 2—ジメ トキシェタン （和光純薬社製） の混合溶媒 （モル比 で 1 ： 1) に、 LiPFs (東京化成社製） 1. Omo l/dm3の濃度 で溶解させた電解液を含浸させた後、ヒ一トシ 一ルで封口処理を行うこ とにより、 第 1図に示した電池積層体を有するリチウムイオン二次電池 を作製した。
実施例 2.
上記実施例 1におけるバインダ一樹脂溶液のみを、 次のように変更し、 他は実施例 1と同様にして、 第 1図に示した電池積層体を有するリチウ ムイオン二次電池を作製した。
ポリビニルアルコール 5重量部、 NMP 95重量部の組成比率で混合 し、 均一溶液になるように充分撹拌してバインダー樹脂溶液を作製した。 実施例 3.
上記実施例 1および 2におけるバインダ一樹脂溶液の溶媒である NM Pに代えて、 ジメチルホルムアミ ドを用い、 その他は実施例 1と同様に して、 第 1図に示した平板状電池積層体を有するリチウムイオン二次電 池を得た。 この場合、 溶媒を蒸発させる工程が実施例 1に比べ短時間化 できた。
実施例 4.
上記実施例 1および 2におけるバインダ一樹脂溶液の溶媒である NM Pに代えて、 ジメチルホルムアミ ドを用い、 溶媒を蒸発させる工程を 6 0°Cの気流にさらし、 その他は実施例 1と同様にしてリチウム二次電池 を得た。
この場合、 溶媒を乾燥させる工程が実施例 1、 2および 3に比べ短時 間化できた。
上記実施例 1〜 4で得られたリチウムィオン二次電池の剥離強度測定 を行った。 正極 1とセパレー夕 7、 負極 4とセパレ一夕 7との接着強度 はそれぞれ 23 gf /cm、 12 gf/cmで、 各電極における活物質 層 3、 6と集電体 2、 5との接着強度以上であった。
実施例 5 .
上記実施例 1は、 切り離した複数枚のセパレ一夕を介して積層体の複 数層を有する平板状電池積層体を形成した。 本実施例では、 巻き上げた セパレー夕を介して積層体の複数層を有する平板状電池積層体を形成し、 その他は実施例 1と同様にして第 2図に示した電池積層体を有するリチ ゥム二次電池を得た。
(電池の作製）
多孔性のポリプロビレンシ一ト （へキスト製商品名セルガード # 2 4 0 0 ) からなる帯状の 2枚のセパレ一夕 7のそれぞれの片面にバインダ —樹脂溶液を塗布し、 この塗布した面の間に帯状の負極 4 (または正極） を挟み、 密着させて貼り合わせた後、 加圧しながら加熱、 乾燥した。 負極 4 (または正極） を間に接合した帯状のセパレ一夕の一方の面に バインダ一樹脂溶液を塗布し、 このセパレー夕の一端を一定量折り曲げ、 折り目に正極 1 (または負極） を挟み、 重ね合わせてラミネ一夕に通し た。 引き続いて、 帯状のセパレ一夕の他方の面にバインダー樹脂溶液を 塗布し、 先に折り目に挟んだ正極 1 (または負極） と対向する位置に別 の正極 1 (または負極） を貼り合わせ、 セパレ一夕を長円状に巻き上げ、 さらに別の正極 1 (または負極） を貼り合わせつつセパレー夕を巻き上 げる工程を繰り返し、 積層体の複数層を形成し、 この積層体の複数層を 加圧しながら乾燥し、 第 2図に示したような平板状電池積層体を作製し た。
なお、 本実施例においてはセパレ一夕 7を巻き上げる例を示したが、 負極 4 (または正極） を間に接合した帯状のセパレ一夕を折り畳み、 正 極 1 (または負極） を貼り合わせつつセパレー夕を折り畳む工程を繰り 返してもよい。 実施例 6 .
帯状のセパレー夕、 正極および負極を同時に巻き上げる点のみ上記実 施例 5と異なり、 その他は上記実施例 1、 5と同様にして第 3図に示し た平板状電池積層体を有するリチウムイオン二次電池を作製した。
(電池の作製）
帯状の負極 4 (または正極） を、 多孔性のポリプロピレンシート （へ キスト製商品名セルガード # 2 4 0 0 ) からなる帯状の 2枚のセパレー 夕 7間に配置し、 帯状の正極 1 (または負極） を一方のセパレ一夕 7の 外側に一定量突出させて配置する。 各セパレー夕 7の内側の面および正 極 1 (または負極） を配置したセパレ一夕 7の外側の面に、 バインダー 樹脂を塗布し、正極 1 (または負極）と 2枚のセパレ一夕 7と負極 4 (ま たは正極） とを重ね合わせてラミネ一夕に通し、 引き続き他方のセパレ —夕 7の外側の面にバインダー樹脂を塗布し、 突出した正極 1 (または 負極）をこの塗布面に折り曲げて貼り合わせ、この折り曲げた正極 1 (ま たは負極） を内側に包み込むようにラミネートしたセパレー夕を長円状 に巻き上げ、 積層体の複数層を形成し、 この積層体の複数を加圧しなが ら乾燥し、 平板状電池積層体を作製した。
また、 実施例 1〜 6で得たリチウムィオン二次電池の電池特性を評価 したところ、 重量エネルギー密度で 1 0 O Wh/k gが得られ、 電流値
C/ 2で 2 0 0回の充放電を行った後でも、 充電容量は初期の 7 5 %が 維持された。
産業上の利用可能性
携帯パソコン、 携帯電話等の携帯用電子機器の二次電池として用いら れ、 電池の性能向上とともに、 小型 ·軽量化、 任意形状化が可能となる (

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 正極および負極活物質層それぞれを、 正極および負極集電体上に成 形した各電極を形成する工程、 主成分としてフッ素系樹脂またはポリビ ニルアルコールを溶媒に溶解してなるバインダ一樹脂溶液をセパレ一夕 に塗布する工程、 このセパレ一夕間に上記各電極を交互に重ね合わせ、 上記正極、 負極およびセパレ一夕からなる積層体の複数層を形成するェ 程、 この積層体の複数層を加圧しつつ乾燥し溶媒を蒸発させて、 平板状 電極積層体を形成する工程、 並びにこの平板状電極積層体に電解液を含 浸させる工程を備えたことを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造 方法。
2 . 積層体の複数層が、 切り離したセパレー夕を介して形成されること を特徴とする請求の範囲第 1項に記載のリチウムィオン二次電池の製造 方法。
3 . 積層体の複数層が、 巻き上げたセパレー夕を介して形成されること を特徴とする請求の範囲第 1項に記載のリチウムィオン二次電池の製造 方法。
4 . 積層体の複数層が、 折り畳まれたセパレー夕を介して形成されるこ とを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のリチウムイオン二次電池の製 造方法。
5 . バインダー樹脂溶液が、 ジメチルホルムアミ ドを溶媒とし、 この溶 媒にフッ素系樹脂またはポリビニルアルコールが含まれる溶液であるこ とを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のリチウムィオン二次電池の製 造方法。
6 . パインダ一樹^^容液が、 ジメチルホルムアミ ドにフッ素系樹脂また はポリビニルアルコールが 3〜 2 5重量部、 望ましくは 5〜1 5重量部 含まれる溶液であることを特徴とする請求の範囲第 5項に記載のリチウ ムィォン二次電池の製造方法。
7 . 乾燥を 8 0 °C以下の気流中で行うことを特徴とする請求の範囲第 1 項に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
8 . バインダー樹脂溶液をセパレ一夕に塗布する前に、 このセパレ一夕 表面をブラズマ処理することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のリ チウムィオン二次電池の製造方法。
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