WO2020170543A1 - 非水電解質二次電池、および、それに用いる正極板の製造方法 - Google Patents

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晶 西田
曲　佳文
赤穂　篤俊
大輔 池田
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Definitions

  • the present disclosure relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery and a method for manufacturing a positive electrode plate used therein.
  • a non-aqueous electrolyte secondary battery is a positive electrode plate or a negative electrode plate in which a composite material layer is formed by coating a composite material containing an active material on the surface of a base material made of a long strip of metal foil along the longitudinal direction. Is manufactured using. The positive electrode plate and the negative electrode plate manufactured in this way are cut into an appropriate length according to the shape of the electrode body.
  • a large amount of active material is filled in an outer casing having a limited inner volume. Therefore, the base material for the positive electrode plate or the negative electrode plate is thin, and it is required to increase the packing density of the composite material layer formed thereon.
  • the mixture layer formed on the base material is compressed by a press roll or the like.
  • Patent Document 1 discloses an electrode manufacturing apparatus for a battery.
  • This electrode manufacturing apparatus compresses an electrode sheet having a coated region in which an electrode layer is coated along the longitudinal direction on the surface of a strip-shaped substrate and a non-coated region in which the electrode layer is not coated.
  • the pressing unit and the bending correction unit that corrects the bending generated in the non-coated area of the electrode sheet on the downstream side of the pressing unit in the sheet conveying direction.
  • the straightening portion is a straightening roll having a small diameter portion and a large diameter portion along the width direction of the electrode sheet, and the small diameter portion faces the coating area of the electrode sheet and the large diameter portion is not coated on the electrode sheet. It is arranged to face the area.
  • the non-coated area of the electrode sheet can be brought into contact with the large-diameter portion of the curl straightening roll to apply tension to the non-coated area of the electrode sheet to correct the curvature of the non-coated area of the electrode sheet.
  • Patent Document 2 discloses a wrinkle removing device for a battery electrode plate.
  • the wrinkle removing device is provided on each of the electrode plate supply side and the electrode plate discharge side of the rolling mill that rolls the battery electrode plate.
  • Each wrinkle removing device includes a pressure roller pair, a dancer roller, a help roller, and a tension roller in order from the side farther from the rolling mill.
  • the pressure roller pair is constituted by a roller pair in which a speed control roller that is rotationally driven by a servo drive motor and a pressure roller whose outer peripheral surface is made of rubber are in pressure contact with each other.
  • this wrinkle removing device tension is applied to the battery electrode plate passing through the wrinkle removing device by controlling the rotation speed of the speed control roller of the pressure roller pair, so that the battery electrode plate is not coated by rolling by the rolling mill. It is described that wrinkles generated in the area are removed.
  • the object of the present disclosure is that even when the positive electrode plate is compressed to a high density, the wrinkles generated in the non-coated region during transportation or winding due to the large curvature of the positive electrode plate develops into deep wrinkles or cracks and is transported or wound.
  • Another object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery and a method for manufacturing a positive electrode plate used for the non-aqueous electrolyte secondary battery, which can avoid the possibility of stacking and stacking.
  • a non-aqueous electrolyte secondary battery which is one aspect of the present disclosure is a non-aqueous electrolyte secondary battery including an electrode body configured by facing a positive electrode plate and a negative electrode plate via a separator, the positive electrode plate is a surface
  • the positive electrode composite material layer formed on the positive electrode composite material layer has a packing density of 3.4 g/cm 3 or more, and the warp amount h in the width direction orthogonal to the longitudinal direction per 1 m in the longitudinal direction of the positive electrode plate. Is 0.0 ⁇ h ⁇ 3.0 mm.
  • a method for manufacturing a positive electrode plate used for a non-aqueous electrolyte secondary battery is to apply a composite material containing a positive electrode active material to the surface of a long strip-shaped metal base material along the longitudinal direction.
  • a positive electrode composite material layer and a non-coated region on which the positive electrode composite material is not applied are continuously formed, which is a method for producing a positive electrode plate for use in a non-aqueous electrolyte secondary battery.
  • the positive electrode plate is largely curved even when the positive electrode plate is compressed to a high density, so that the non-coated area during transportation or winding. It is possible to avoid that the wrinkles generated in 1) develop into deep wrinkles or cracks and cannot be transported, wound or laminated.
  • FIG. 1A is a diagram showing a state in which a straightening roll is in contact with the positive electrode plate shown in FIG. 1A
  • FIG. 1B is a diagram showing a state in which a straightening roll is in contact with the positive electrode plate shown in FIG. 1B.
  • FIG. 1A(a) is a partial plan view of the positive electrode plate 1 according to one embodiment
  • FIG. 1B(b) is a sectional view in the width direction of the positive electrode plate 1.
  • the longitudinal direction of the positive electrode plate 1 is indicated by an arrow X
  • the width direction orthogonal to the longitudinal direction is indicated by an arrow Y.
  • the positive electrode plate 1 is cut into an appropriate length at the time of manufacturing the electrode body, and is wound together with the negative electrode plate through a separator in a columnar shape or an elliptical shape or a track shape to form a spirally wound electrode body.
  • the wound type electrode body or the laminated type electrode body is housed in a battery case together with an electrolyte in a sealed state to form a non-aqueous electrolyte secondary battery.
  • the positive electrode plate 1 includes a metal base 2 having a long strip shape, and a positive electrode mixture layer 3 formed on both surfaces of the metal base 2. ..
  • the metal base material 2 is preferably configured by, for example, a web made of an aluminum alloy.
  • the thickness t2 of the metal substrate 2 is, for example, 13 ⁇ m, but can be 5 to 30 ⁇ m.
  • the positive electrode plate 1 may be divided into two positive electrode plates 1a and 1b by cutting along the center line C in the width direction.
  • the positive electrode mixture layer 3 is formed in the central portion in the width direction of the metal base material 2.
  • the positive electrode mixture layer 3 is formed by applying a positive electrode mixture containing a positive electrode active material onto the surface of the metal substrate 2. Regions where the positive electrode mixture layer 3 is not applied are formed on both side edge portions in the width direction of the metal base material 2.
  • a region where the positive electrode mixture layer 3 is formed is referred to as a coating region R1
  • a region where the positive electrode mixture layer 3 is not formed is referred to as a non-coating region R2.
  • the positive electrode mixture layer 3 contains a positive electrode active material.
  • the positive electrode active material contains Ni, Co, and Li, and also contains at least one of Mn and Al. Further, in the positive electrode active material, the ratio of Ni to the total number of moles of metal elements excluding Li is preferably 30 mol% or more. By setting the proportion of Ni to 30 mol% or more, the positive electrode mixture layer 3 can be compressed at a high density to increase the capacity of the battery.
  • the Ni-containing composite oxide particles functioning as the positive electrode active material can be obtained, for example, by the general formula Li x Ni 1-yz Co y M z O 2 (0.9 ⁇ x ⁇ 1.2, 0 ⁇ y+z ⁇ 0.5.
  • M are composite oxide particles represented by one or more metal elements containing at least one of Al and Mn. Preferably, in the above general formula, 0.05 ⁇ y+z ⁇ 0.2.
  • the Ni-containing composite oxide particles may contain a metal element other than Li, Ni, Co, Al, and Mn. Examples of other metal elements include Na, Mg, Sc, Zr, Ti, V, Ga, In, Ta, W, Sr, Y, Fe, Cu, Zn, Cr, Pb, Sb, and B.
  • a protective layer 4 may be provided adjacent to the positive electrode mixture layer 3 in the coated area R1.
  • the protective layer 4 extends in a strip shape along the longitudinal direction X of the metal base material 2.
  • the protective layer 4 prevents the negative electrode from short-circuiting with the metal base portion forming the non-coated region R2 of the positive electrode plate 1 when the positive electrode plate 1 faces the negative electrode plate via the separator to form an electrode body. It has a function to prevent.
  • the protective layer 4 includes, for example, inorganic material particles such as ceramics and a resin binder.
  • the thickness t4 of the protective layers 4 formed on both surfaces of the metal base material 2 is, for example, 70 ⁇ m.
  • the non-coated region R2 of the positive electrode plate 1 includes the metal base material portion on which the protective layer 4 is formed.
  • the protective layer 4 is not an essential component and may be omitted.
  • the positive electrode plate 1 compresses the positive electrode mixture layer 3 by passing between a pair of press rolls.
  • the thickness t3 of the positive electrode mixture layer 3 formed on both surfaces of the metal substrate 2 is compressed, for example, from 180 ⁇ m before compression to 140 ⁇ m after compression.
  • the thickness t3 of the positive electrode mixture layer 3 here includes the thickness t2 of the metal base material 2.
  • FIG. 1A an example in which the strip-shaped positive electrode mixture layers 3 are formed in one row while leaving the non-coated regions R2 on both side edge portions in the width direction of the metal base material 2 has been described, but the present invention is not limited to this. is not.
  • the positive electrode plate 1c shown in FIG. 1B two rows of strip-shaped positive electrode mixture layers 3 are formed on the metal base material 2 in a stripe shape with a space therebetween, and both side edge portions in the width direction of the metal base material 2 are formed.
  • the non-coated region R2 may be formed in the central portion in the width direction.
  • FIG. 2 is a diagram showing a state where the positive electrode plate 1 is largely curved after the positive electrode mixture layer 3 is compressed.
  • the coating region R1 of the positive electrode plate 1 is rolled and stretched in the longitudinal direction X.
  • the thickness t2 of the metal base material 2 forming the non-coated region R2 of the positive electrode plate 1 is smaller than the thickness t3 of the positive electrode mixture layer 3 after compression, it is not rolled by the pair of press rolls. , Not stretched in the longitudinal direction X. Therefore, the amount of extension in the longitudinal direction X is different between the coated region R1 and the non-coated region R2.
  • the positive electrode plate 1 that has passed through the step of compressing the positive electrode mixture layer 3 has a curved shape wavy in the longitudinal direction X, as shown in FIG. Further, near the boundary between the coated region R1 and the non-coated region R2, a large number of wrinkles 5 extending in the width direction Y are formed so as to be aligned in the longitudinal direction X due to the residual stress generated in the metal base material 2. .. When such a curvature in the longitudinal direction X and a large number of wrinkles 5 occur, the positive electrode plate 1 after the compression process is transported and wound, and develops into deep wrinkles and cracks in the process of stacking, transporting and winding, Sometimes it was not possible to stack.
  • the extension amount of the coated region R1 is larger than the extension amount of the non-coated region R2.
  • the positive electrode plates 1a and 1b may warp in a substantially C shape.
  • the maximum warp amount in the width direction X per 1 m in the longitudinal direction X of the positive electrode plates 1a and 1b is h.
  • FIG. 4 is a diagram showing the elongation rate of the positive electrode plate 1.
  • scoring lines are written on the positive electrode plate 1 at a predetermined interval L0 in the longitudinal direction X before the positive electrode composite material layer 3 is compressed, and the positive electrode composite material layer 3 is compressed and then coated.
  • the working region R1 and the non-coating region R2 are separated and the length L1 in the longitudinal direction X is measured.
  • the packing density of the positive electrode mixture layer 3 is 3.4 g/cm 3 or more, and the longitudinal direction X is about 1 m in the longitudinal direction of the positive electrode plates 1a, 1b.
  • the warp amount h in the orthogonal width direction X is 0.0 ⁇ h ⁇ 3.0 mm.
  • the difference ⁇ L between the elongation rates of the coated region R1 and the non-coated region R2 in the longitudinal direction X due to the compression treatment and the stretching treatment during the production of the positive electrode plate 1 is 0 ⁇ L ⁇ 0.3%.
  • the difference ⁇ L between the elongation rates of the coated region R1 and the non-coated region R2 in the longitudinal direction X due to the compression treatment and the stretching treatment during the production of the positive electrode plate 1 is 0 ⁇ L ⁇ 0.3%.
  • FIG. 5 is a figure which shows the positive electrode plate compression apparatus 10 for implementing the manufacturing method of the positive electrode plate 1 of one Embodiment.
  • FIG. 6A is a diagram showing a state in which the correction roll is in contact with the positive electrode plate 1 shown in FIG. 1A
  • FIG. 6B is a state in which the correction roll is in contact with the positive electrode plate 1c shown in FIG. 1B.
  • FIG. 5 is a figure which shows the positive electrode plate compression apparatus 10 for implementing the manufacturing method of the positive electrode plate 1 of one Embodiment.
  • FIG. 6A is a diagram showing a state in which the correction roll is in contact with the positive electrode plate 1 shown in FIG. 1A
  • FIG. 6B is a state in which the correction roll is in contact with the positive electrode plate 1c shown in FIG. 1B.
  • the positive electrode plate compression device 10 includes an unwinding section 12, an upstream stretching section 14, a pressing section 16, a downstream stretching section 18, and a winding section 20.
  • the positive electrode plate 1 is conveyed from the unwinding section 12 to the winding section 20 from the left side to the right side.
  • the unwinding unit 12 is a device that continuously unwinds the positive electrode plate 1 from a roll around which the positive electrode plate 1 before compression is wound.
  • the positive electrode plate 1 fed from the unwinding unit 12 is wound around the upper outer peripheral surface of the rotating cylindrical pass roll 13 to change the transport direction, and is introduced into the upstream stretching unit 14.
  • the upstream stretching section 14 has a carry-in section 21, a dancer roll 30, a pass roll 32, and a tension sensor roll 34.
  • the carry-in unit 21 has a function of controlling the tension of the positive electrode plate 1 located between the carry-in unit 21 and the press unit 16 by adjusting the carrying speed of the positive electrode plate 1 carried from the unwinding unit 12.
  • the carry-in section 21 includes a metal cylindrical speed control roll 22 and a nip roll 24 pressed against the speed control roll 22 from below.
  • the outer peripheral surface of the nip roll 24 is formed of a material such as rubber that is soft and is not slippery.
  • the nip roll 24 is pressed against the speed control roll 22 by the pressing force of the pressing device 26.
  • the speed control roll 22 is connected to a motor 23 composed of, for example, a servomotor, and is rotationally driven and the rotational speed is controlled.
  • the positive electrode plate 1 conveyed from the unwinding section 12 is continuously conveyed while being sandwiched by the speed control roll 22 and the nip roll 24 in the carry-in section 21.
  • the tension is cut off in the front and rear in the transport direction, and the tension fluctuation between the unwinding section 12 and the loading section 21 is suppressed.
  • the tension control between the carry-in section 21 and the press section 16 is not affected. In this sense, the carry-in section 21 constitutes an upstream side tension breaking section.
  • the positive electrode plate 1 coming out of the carry-in section 21 is vertically wrapped around the upper outer peripheral surface of the dancer roll 30 by changing the carrying direction to vertically upward, and is carried vertically downward.
  • the dancer roll 30 is connected to an elevating mechanism (not shown) and is movable in the vertical direction. As the dancer roll 30 moves up and down, the positive electrode plate 1 located between the carry-in part 21 and the press part 16 is maintained in a state of being stretched with a predetermined tension without slack.
  • the pass roll 32 supports the positive electrode plate 1 conveyed vertically downward from the dancer roll 30 in a state of being wound around a quarter of the lower outer peripheral surface, whereby the positive electrode plate 1 is conveyed in a horizontal direction. The direction is changed.
  • the tension sensor roll 34 arranged on the downstream side of the pass roll 32 supports the positive electrode plate 1 while rotating the positive electrode plate 1 with a part of the lower outer peripheral surface thereof being pressed against the positive electrode plate 1.
  • a tension sensor (not shown) provided on the tension sensor roll 34 detects the tension of the positive electrode plate 1 continuously conveyed. The result of the detected tension is transmitted to the motor 23 that drives the speed control roll 22, and the rotation speed of the speed control roll 22 is controlled based on this, so that the tension of the positive electrode plate 1 in the upstream stretching section 14 is controlled. Is maintained at a predetermined value.
  • the press unit 16 includes a pair of press rolls 16a and 16b that are close to and face each other.
  • the positive electrode plate 1 conveyed from the upstream stretching section 14 is compressed so that the positive electrode mixture layer 3 has a packing density of 3.4 g/cm 3 or more when passing between the pair of press rolls 16a and 16b. To be done.
  • the downstream stretching section 18 has a tension sensor roll 36, a pass roll 38, a dancer roll 40, and a carry-out section 41 in order along the transport direction of the positive electrode plate 1.
  • the tension sensor roll 36 arranged on the downstream side of the pressing portion 16 supports the positive electrode plate 1 while rotating the positive electrode plate 1 with a part of the lower outer peripheral surface thereof being pressed against the positive electrode plate 1.
  • the tension sensor (not shown) provided on the tension sensor roll 36 detects the tension of the positive electrode plate 1 continuously conveyed. The result of the detected tension is transmitted to a motor 43 such as a servo motor that drives the speed control roll 42 of the carry-out section 41, and the rotation speed of the speed control roll 42 is controlled based on this, so that the downstream side The tension of the positive electrode plate 1 in the extending portion 18 is maintained at a predetermined value.
  • the pass roll 38 supports the positive electrode plate 1 conveyed in the horizontal direction from the tension sensor roll 36 while rotating the positive electrode plate 1 while winding the positive electrode plate 1 around a quarter of the lower outer peripheral surface.
  • the transport direction is changed to vertically upward.
  • the positive electrode plate 1 conveyed vertically upward from the pass roll 38 is wound around the upper outer peripheral surface of the dancer roll 40 over a half circumference and conveyed vertically downward.
  • the dancer roll 40 is connected to an elevating mechanism (not shown), and is vertically movable. As the dancer roll 40 moves up and down, the positive electrode plate 1 located between the press section 16 and the carry-out section 41 is maintained in a tensioned state without slack.
  • the carry-out section 41 has a function of controlling the tension of the positive electrode plate 1 located between the press section 16 and the carry-out section 41 by adjusting the carrying speed of the positive electrode plate 1 in the downstream extending section 18.
  • the carry-out section 41 includes a metal cylinder speed control roll 42 and a nip roll 44 pressed against the speed control roll 42 from below.
  • the outer peripheral surface of the nip roll 44 is formed of a material such as rubber that is soft and is not slippery.
  • the nip roll 44 is pressed against the speed control roll 42 by the pressing force of the pressing device 46.
  • the speed control roll 42 is connected to a motor 43 composed of, for example, a servomotor and is rotationally driven and the rotational speed is controlled.
  • the positive electrode plate 1 conveyed from the dancer roll 40 is continuously conveyed in a state of being sandwiched by the speed control roll 42 and the nip roll 44 in the carry-out section 41.
  • the tension is interrupted in the front and rear in the transport direction, and the tension fluctuation from the unloading section 41 to the winding section 20 is suppressed.
  • the tension control between the press section 16 and the carry-out section 41 is not affected. In this sense, the carry-out section 41 constitutes a downstream side tension blocking section.
  • the positive electrode plate 1 discharged from the carry-out section 41 is wound around the upper outer peripheral surface of the pass roll 48 so that the conveying direction is changed obliquely downward, and is wound into, for example, a roll shape in the winding section 20.
  • FIG. 6A is a diagram showing a state where the correction roll is in contact with the positive electrode plate shown in FIG. 1A
  • FIG. 6B is a diagram showing a state where the correction roll is in contact with the positive electrode plate shown in FIG. 1B. Is. In the positive electrode plates 1 and 1c shown in FIG. 6, the protective layer 4 is not shown.
  • At least one of the dancer rolls 40 is constituted by a straightening roll 50 as shown in FIG. That is, at least one roll in each section from the speed control roll 22, the nip roll 24 to the press rolls 16 a and 16 b, and between the press rolls 16 a and 16 b to the speed control roll 42 and the nip roll 44 is the straightening roll 50. Can be.
  • the straightening roll 50 has a large diameter portion 52 and a small diameter portion 54 along the width direction of the positive electrode plate 1. More specifically, the straightening roll 50 has a small diameter portion 54 at a position facing the coated area R1 of the positive electrode plate 1 and a large diameter portion 52 at a position facing the non-coated area R2 of the positive electrode plate 1. ing.
  • the large diameter portion 52 is provided at both ends of the small diameter portion 54 in the axial direction.
  • the material of the large diameter portion 52 of the straightening roll 50 is not particularly limited, but a metal material such as stainless steel or a resin material such as monomer cast nylon or polytetrafluoroethylene can be preferably used.
  • the large-diameter portion 52 of the straightening roll 50 contacts the non-coated region R2 on both sides of the positive electrode plate 1 in the width direction.
  • the small-diameter portion 54 of the straightening roll 50 is formed longer than the coating region R1 in the width direction Y, and has a diameter that does not contact the positive electrode mixture layer 3 in the coating region R1 of the positive electrode plate 1.
  • the positive electrode plate 1 unrolled from the unwinding portion 12 is introduced into the upstream stretching portion 14 via the pass roll 13. Then, the positive electrode plate 1 corresponds to the non-coated region R2 by being tensioned while being in contact with the large diameter portion 52 of the straightening roll 50 such as the dancer roll 30 while being conveyed through the upstream stretched portion 14.
  • the metal substrate portion to be stretched is stretched (first stretching step).
  • the coating region R1 of the positive electrode plate 1 is conveyed to a position facing the small diameter portion 54 of the straightening roll 50, and thus is not stretched.
  • the positive electrode plate 1 is introduced into the press portion 16 from the upstream-side stretched portion 14, and the positive electrode mixture layer 3 in the coating region R1 contains 3.4 g/cm while passing between the pair of press rolls 16a and 16b. Compressed to a packing density of 3 or more.
  • the coated region R1 of the positive electrode plate 1 is stretched in the longitudinal direction X. At this time, the amount of extension of the coated region R1 in the longitudinal direction X is larger than the amount of extension of the non-coated region R2 in the upstream stretched portion 14 in the longitudinal direction X.
  • the positive electrode plate 1 that has passed through the press section 16 is introduced into the downstream extension section 18.
  • the positive electrode plate 1 stretches the metal base material portion corresponding to the non-coated region R2 by applying tension while being in contact with the large-diameter portion 52 of the straightening roll 50 such as the pass roll 38. (Second stretching step).
  • the coating region R1 of the positive electrode plate 1 is conveyed to a position facing the small diameter portion 54 of the straightening roll 50, and thus is not stretched.
  • the amount of elongation of the non-coated area R2 in the downstream stretched portion 18 in the longitudinal direction X the total amount of the uncoated area R2 in the upstream stretched portion 14 and the uncoated area R2 in the press portion 16 stretches in the longitudinal direction X. It is set to be almost equal to the quantity.
  • the packing density of the positive electrode mixture layer 3 is 3.4 g/cm 3 or more, and the longitudinal direction X of the coated region R1 and the non-coated region R2 is X.
  • the difference in elongation between the coated region R1 and the non-coated region R2 is suppressed to 0.3% or less in this way, the warp in the width direction Y per 1 m in the longitudinal direction X of the positive electrode plates 1a and 1b.
  • the amount h can be suppressed to 0.0 ⁇ h ⁇ 3.0 mm.
  • the upstream stretching portion 14 is provided with the loading portion 21 that functions as the upstream tension blocking portion, so that the positive electrode plate 1 between the loading portion 21 and the pressing portion 16 is provided.
  • the tension control can be stably performed, and the downstream stretching section 18 is provided with the unloading section 41 that functions as the downstream tension blocking section, so that the positive electrode plate between the pressing section 16 and the unloading section 41 is provided.
  • the tension control of No. 1 can be stably performed.
  • the uncoated region R2 is also formed in the central portion in the width direction Y, as shown in FIG.
  • the large-diameter portion 52 may be provided in the central portion in the direction so as to be in contact with the non-coated region R2 in the central portion of the positive electrode plate 1.
  • Table 1 below shows the results of evaluation of the presence or absence of wrinkles in the positive electrode plate on which the positive electrode mixture layer has been compressed.
  • the positive electrode plate 1 before compression processing was manufactured as follows.
  • a protective layer 4 made of alumina powder, graphite as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder was formed in the non-coated area R2 adjacent to the coated area R1.
  • the total thickness of the aluminum foil and the protective layer was 70 ⁇ m. In this way, the positive electrode plate 1 before the compression treatment was manufactured.
  • the packing density of the positive electrode mixture layer was 3.0 g/cm 3 to 3. Until 8 g / cm 3 is changed by 0.1 g / cm 3, without applying the warp correction techniques of the positive electrode plate, a case of producing a positive electrode plate.
  • the packing density of the positive electrode mixture layer was 3.2 g/cm 3 or more, the warp amount h was large and wrinkles were observed. That is, it was not suitable for forming a wound electrode body or a laminated electrode body, and was evaluated as x.

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Abstract

正極合材層を高密度に圧縮した場合でも正極板が大きく湾曲することによって搬送時や巻取り、積層時に非塗工領域に発生した皺が深い皺や亀裂に発展して搬送や巻取りができなくなるのを回避する正極板の製造方法を開示する。この製造方法を用いることにより、正極板は表面に形成された正極合材層を有し、正極合材層の充填密度が３．４ｇ／ｃｍ３以上であり、正極板の長手方向の１ｍあたりにおいて長手方向と直行する幅方向の反り量ｈが０．０≦ｈ≦３．０ｍｍとすることができる。

Description

非水電解質二次電池、および、それに用いる正極板の製造方法
　本開示は、非水電解質二次電池、および、それに用いる正極板の製造方法に関する。
　非水電解質二次電池は、長尺帯状の金属箔からなる基材の表面に活物質を含む合材を長手方向に沿って塗工することにより合材層が形成された正極板や負極板を用いて製造される。このように製造された正極板や負極板は、電極体の形状に応じて適切な長さに切断される。高容量の非水電解質二次電池を製造するためには、限られた内容積の外装体の中に多くの活物質を充填する。そのため、正極板や負極板のための基材は厚さが薄く、その上に形成する合材層の充填密度を高めることが求められる。
　そこで、高充填の正極板や負極板を得るために、基材に形成された合材層はプレスロール等で圧縮される。
　従来、特許文献１には、電池用の電極製造装置が開示されている。この電極製造装置は、帯状の基材の表面に長手方向に沿って電極層が塗工された塗工領域と、電極層が塗工されていない非塗工領域とを有する電極シートと圧縮するプレス部と、プレス部のシート搬送方向の下流側において電極シートの非塗工領域に生じた湾曲を矯正する湾曲矯正部とを備える。湾曲矯正部は、電極シートの幅方向に沿って小径部および大径部を有する湾曲矯正ロールを、小径部が電極シートの塗工領域に対向するとともに、大径部が電極シートの非塗工領域に対向して配置している。これにより、電極シートの非塗工領域を湾曲矯正ロールの大径部に当接させて電極シートの非塗工領域に張力を加えることによって電極シートの非塗工領域の湾曲を矯正することが記載されている。
　また、特許文献２には、電池極板の皺除去装置が開示されている。この皺除去装置は、電池極板を圧延する圧延機の極板供給側と極板排出側にそれぞれ設けられている。各皺除去装置は、圧延機に遠い側から順に、加圧ローラ対と、ダンサーローラと、ヘルプローラと、テンションローラとを備える。加圧ローラ対は、サーボ駆動モータによって回転駆動されるスピード制御ローラと、外周面がゴムからなる加圧ローラとが互いに圧接されたローラ対によって構成される。この皺除去装置では、加圧ローラ対のスピード制御ローラの回転速度を制御することで皺除去装置を通過する電池極板に張力を加えることによって、圧延機による圧延によって電池極板の非塗工領域に生じた皺を除去することが記載されている。
特開２０１５－９０８０５号公報 中国実用新案公開第２０７３８１４７５号公報
　特許文献１の技術では、非水電解質二次電池の電極体を構成する正極板において、電極層である正極合材層を特に３．４ｇ／ｃｍ３以上の高密度に圧縮した場合、圧縮による荷重で塗工領域が長手方向に大きく延伸するため、湾曲矯正ロールに進入するまでの間に正極板が大きく湾曲している。そのため、プレス部から湾曲矯正ロールへの搬送時や、湾曲矯正ロールに進入した際に、非塗工領域に皺が発生して正極板の搬送や巻取りができないことがあった。
　また、特許文献２の技術では、正極合材層を特に３．４ｇ／ｃｍ３以上の高密度に圧縮した場合、圧縮による荷重で塗布領域が長手方向に大きく延伸するため、圧縮工程の前後において円柱状のローラで正極板を搬送しながら張力を加えて延伸しても、塗工領域と非塗工領域とに生じている各伸び率の差を解消することができない。そのため、正極板が長手方向や幅方句に湾曲したり皺が発生したりすることを抑制できず、搬送や巻取り、積層の過程において深い皺や亀裂に発展して、搬送や巻取り、積層ができないことがあった。
　本開示の目的は、正極板を高密度に圧縮した場合でも正極板が大きく湾曲することによって搬送時や巻取り時に非塗工領域に発生した皺が深い皺や亀裂に発展して搬送や巻取り、積層ができなくなるのを回避することができる非水電解質二次電池およびそれに用いる正極板の製造方法を提供することにある。
　本開示の一態様である非水電解質二次電池は、正極板及び負極板をセパレータを介して対向させて構成される電極体を備えた非水電解質二次電池であって、正極板は表面に形成された正極合材層を有し、正極合材層の充填密度が３．４ｇ／ｃｍ３以上であり、正極板の長手方向の１ｍあたりにおいて長手方向と直行する幅方向の反り量ｈが０．０≦ｈ≦３．０ｍｍである。
　また、本開示の一態様である非水電解質二次電池に用いる正極板の製造方法は、長尺帯状の金属基材の表面に正極活物質を含む合材を長手方向に沿って塗工することにより正極合材層と、正極合材が塗工されない非塗工領域とが連続して形成されている非水電解質二次電池に用いる正極板の製造方法であって、正極板の正極合材層を圧縮する圧縮工程と、圧縮工程の前に、正極板を２本のロールの間に挟み通過させることで、圧縮工程と２本のロールとの区間の正極板に張力を与える上流張力付与工程と、上流張力付与工程の区間において正極板において正極合材層が形成されていない非塗工領域に対応する金属基材部分を延伸する第１延伸工程と、圧縮工程の後に、正極板を２本のロールの間に挟み通過させることで、圧縮工程と２本のロールとの区間の正極板に張力を与える下流張力付与工程と、下流張力付与工程の区間において、非塗工領域に対応する金属基材部分を延伸する第２延伸工程と、を含み、第１及び第２延伸工程では、正極板の長手方向と直交する幅方向に沿って大径部と小径部とを有する矯正ロールの大径部を非塗工領域に対応する金属基材部分に当接させて張力を加えることによって当該金属基材部分を延伸する。
　本開示に係る非水電解質二次電池およびそれに用いる正極板の製造方法によれば、正極板を高密度に圧縮した場合でも正極板が大きく湾曲することによって搬送時や巻取り時に非塗工領域に発生した皺が深い皺や亀裂に発展して搬送や巻取り、積層ができなくなるのを回避することができる。
（ａ）は一実施形態である正極板の一部平面図であり、（ｂ）は正極板の幅方向断面図である。 正極板の変形例を示す一部平面図である。 正極合材層の圧縮後において正極板が大きく湾曲した状態を示す図である。 正極板が幅方向に反った状態を示す平面図である。 正極板における伸び率を示す図である。 一実施形態の正極板の製造方法を実施するための正極板圧縮装置を示す図である。 （ａ）は図１Ａに示した正極板に矯正ロールが当接した状態を示す図であり、（ｂ）は図１Ｂに示した正極板に矯正ロールが当接した状態を示す図である。
　以下に、本開示に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本開示の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。
　図１Ａ（ａ）は一実施形態である正極板１の一部平面図であり、同（ｂ）は正極板１の幅方向断面図である。図１Ａにおいて、正極板１の長手方向が矢印Ｘで示され、長手方向と直交する幅方向が矢印Ｙで示されている。
　正極板１は、電極体作製時に適切な長さに切断され、セパレータを介して負極板と共に円柱状または断面が楕円状あるいはトラック形状に巻回されることによって巻回型電極体を構成することができる。または複数枚の正極板１及び負極板をセパレータを介して交互に積層して構成される積層型電極体を構成することができる。この巻回型電極体や積層型電極体を電池ケース内に電解質と共に密封状態に収納して非水電解質二次電池が構成される。
　図１Ａ（ａ），（ｂ）に示すように、正極板１は、長尺帯状をなす金属基材２と、金属基材２の両側の表面に形成された正極合材層３とを備える。金属基材２は、例えば、アルミニウム合金製のウェブによって好適に構成される。金属基材２の厚みｔ２は、例えば１３μｍであるが、５～３０μｍとすることができる。正極板１は、幅方向の中央線Ｃに沿って切断されることによって、２つの正極板１ａ，１ｂに分割形成されてもよい。
　正極合材層３は、金属基材２の幅方向中央部分に形成されている。正極合材層３は、正極活物質を含む正極合材を金属基材２の表面に塗工することによって形成される。金属基材２の幅方向の両側端縁部には、正極合材層３が塗工されていない領域が形成されている。以下では、正極板１において、正極合材層３が形成されている領域を塗工領域Ｒ１といい、正極合材層３が形成されていない領域を非塗工領域Ｒ２という。
　正極合材層３には、正極活物質が含まれる。正極活物質は、Ｎｉ、Ｃｏ、及びＬｉを含有すると共に、Ｍｎ及びＡｌの少なくとも一方を含有する。また、正極活物質は、Ｌｉを除く金属元素の総モル数に対するＮｉの割合が３０モル％以上であることが好ましい。Ｎｉの割合を３０モル％以上とすることで、正極合材層３を高密度に圧縮して電池の高容量化を図ることができる。
　正極活物質として機能するＮｉ含有複合酸化物粒子は、例えば、一般式ＬｉｘＮｉ１－ｙ－ｚＣｏｙＭｚＯ２（０．９≦ｘ≦１．２、０＜ｙ＋ｚ＜０．５、Ｍは少なくともＡｌ及びＭｎの一方を含む１種以上の金属元素）で表される複合酸化物粒子である。好ましくは、上記一般式において、０．０５≦ｙ＋ｚ≦０．２である。Ｎｉ含有複合酸化物粒子は、Ｌｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｍｎ以外の他の金属元素等を含んでいてもよい。他の金属元素等としては、Ｎａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｒ、Ｙ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂ等が挙げられる。
　正極板１において非塗工領域Ｒ２には、塗工領域Ｒ１の正極合材層３に隣接して保護層４が設けられてもよい。保護層４は、金属基材２の長手方向Ｘに沿って帯状に延在している。保護層４は、正極板１がセパレータを介して負極板と対向して電極体を構成したときに、負極が正極板１の非塗工領域Ｒ２を構成する金属基材部分と短絡するのを防止する機能を有する。保護層４は、例えば、セラミックス等の無機材料粒子と樹脂バインダなどを含む。金属基材２の両面に形成されている保護層４の厚みｔ４は、例えば７０μｍである。本実施形態では、正極板１の非塗工領域Ｒ２は、保護層４が形成されている金属基材部分を含んでいる。なお、本実施形態において保護層４は、必須の構成要素ではなく、省略されてもよい。
　正極板１は、後述するように、一対のプレスロールの間を通過することによって正極合材層３が圧縮される。具体的には、例えば、金属基材２の両面に形成されている正極合材層３の厚みｔ３は、圧縮前の例えば１８０μｍから、圧縮後には例えば１４０μｍに圧縮される。ここでの正極合材層３の厚みｔ３には、金属基材２の厚みｔ２も含まれる。このように正極合材層３を圧縮することによって、例えば、３．４ｇ／ｃｍ３以上の充填密度にすることができる。
　なお、図１Ａでは金属基材２の幅方向両側端縁部に非塗工領域Ｒ２を残して帯状の正極合材層３が一列で形成される例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図１Ｂに示す正極板１ｃのように、金属基材２に二列の帯状の正極合材層３が間隔をあけてストライプ状に形成され、金属基材２の幅方向両側端縁部に加えて幅方向中央部にも非塗工領域Ｒ２が形成されてもよい。
　図２は、正極合材層３の圧縮後において正極板１が大きく湾曲した状態を示す図である。正極合材層３が一対のプレスロール間を通過することにより圧縮されると、正極板１において塗工領域Ｒ１が圧延されることによって長手方向Ｘに延伸する。これに対し、正極板１の非塗工領域Ｒ２を構成する金属基材２の厚みｔ２は圧縮後の正極合材層３の厚みｔ３より薄いので、一対のプレスロールによって圧延されることはなく、長手方向Ｘに延伸しない。したがって、塗工領域Ｒ１と非塗工領域Ｒ２とで長手方向Ｘの伸び量が異なることになる。そして正極合材層３の圧縮工程を通過した正極板１は、図２に示すように、長手方向Ｘに波打ったように湾曲した形状になる。また、塗工領域Ｒ１と非塗工領域Ｒ２の境界付近には金属基材２に生じている残留応力によって幅方向Ｙに延在する多数の皺５が長手方向Ｘに並ぶように形成される。このような長手方向Ｘの湾曲や多数の皺５が生じていると、圧縮処理後の正極板１の搬送や巻取り、積層の過程において深い皺や亀裂に発展して、搬送や巻取り、積層ができないことがあった。
　また、図２に示した正極板１を幅方向中央位置で切断して正極板１ａ，１ｂを分割形成したとき、塗工領域Ｒ１の伸び量が非塗工領域Ｒ２の伸び量よりも大きいために、図３に示すように、正極板１ａ，１ｂが略Ｃ字状に反ることがある。このとき、正極板１ａ，１ｂの長手方向Ｘの１ｍあたりの幅方向Ｘの最大反り量をｈとする。この反り量ｈが大きくなると、正極板１ａ，１ｂを巻回して巻回型電極体を構成する際にも皺が発生して負極板と短絡する原因となる。
　図４は、正極板１における伸び率を示す図である。図４に示すように、正極合材層３を圧縮する前に正極板１に長手方向Ｘに所定間隔Ｌ０で罫書き線を記しておき、正極合材層３の圧縮処理を行った後に塗工領域Ｒ１と非塗工領域Ｒ２とを分離して、長手方向Ｘの長さＬ１をそれぞれ計測する。そして、塗工領域Ｒ１および非塗工領域Ｒ２の各伸び率Ｅ１，Ｅ２を式：Ｅ（％）＝（Ｌ１－Ｌ０）／Ｌ０×１００によって計算することができる。このように計算される塗工領域Ｒ１の伸び率Ｅ１と非塗工領域Ｒ２の伸び率Ｅ２との差ΔＬが小さい方が、正極板１における長手方向Ｘの湾曲や皺５の発生、及び、正極板１ａ，１ｂにおける反り量ｈをより小さく抑えることができる。
　そこで、本実施形態の正極板１，１ａ，１ｂは、正極合材層３の充填密度が３．４ｇ／ｃｍ３以上であり、正極板１ａ，１ｂの長手方向の１ｍあたりにおいて長手方向Ｘと直行する幅方向Ｘの反り量ｈが０．０≦ｈ≦３．０ｍｍとしたものである。また、この場合において、正極板１の製造時の圧縮処理及び延伸処理による塗工領域Ｒ１と非塗工領域Ｒ２の長手方向Ｘの各伸び率の差ΔＬが０≦ΔＬ≦０．３％であることが好ましい。このような反り量ｈ及び伸び率差ΔＬとすることで、正極板１を高密度に圧縮した場合でも正極板１が大きく湾曲することによって搬送時や巻取り、積層時に非塗工領域に発生した皺が深い皺や亀裂に発展して搬送や巻取り、積層ができなくなるのを回避することができる。
　次に、図５及び図６を参照して、上記のような反り量ｈ及び伸び率差ΔＬを実現する正極板１の製造方法について説明する。図５は、一実施形態の正極板１の製造方法を実施するための正極板圧縮装置１０を示す図である。図６（ａ）は図１Ａに示した正極板１に矯正ロールが当接した状態を示す図であり、同（ｂ）は図１Ｂに示した正極板１ｃに矯正ロールが当接した状態を示す図である。
　図５に示すように、正極板圧縮装置１０は、巻出し部１２、上流側延伸部１４、プレス部１６、下流側延伸部１８、及び、巻取り部２０を備える。図５において正極板１は、巻出し部１２から巻取り部２０へと左側から右側に搬送される。
　巻出し部１２は、圧縮前の正極板１が巻回されたロールから正極板１を連続的に繰り出す装置である。巻出し部１２から繰り出された正極板１は、回転する円柱状のパスロール１３の上側外周面に巻き掛けられて搬送方向が変更されて、上流側延伸部１４へと導入される。
　上流側延伸部１４は、搬入部２１と、ダンサーロール３０と、パスロール３２と、張力センサーロール３４とを有する。搬入部２１は、巻出し部１２から搬送されてきた正極板１の搬送速度を調整することによって搬入部２１とプレス部１６との間に位置する正極板１の張力制御を行う機能を有する。
　搬入部２１は、金属円柱状の速度制御ロール２２と、この速度制御ロール２２に下方から圧接されるニップロール２４とを含む。ニップロール２４の外周面は例えばゴム等の柔軟で滑りにくい材料で形成されている。ニップロール２４は、押圧装置２６による押圧力によって速度制御ロール２２に対して圧接されている。
　他方、速度制御ロール２２は、例えばサーボモータ等で構成されるモータ２３に接続されて回転駆動されると共に回転速度が制御されるようになっている。巻出し部１２から搬送されてきた正極板１は、搬入部２１において速度制御ロール２２とニップロール２４とによって挟持された状態で連続的に搬送される。このとき、正極板１は速度制御ロール２２とニップロール２４とに挟持されていることによって搬送方向の前後に関して張力が遮断された状態となり、巻出し部１２から搬入部２１までの間の張力変動が、搬入部２１からプレス部１６までの間の張力制御に影響することがない。この意味において、搬入部２１は上流側張力遮断部を構成する。
　搬入部２１から出た正極板１は、搬送方向を鉛直上方に変えてダンサーロール３０の上側外周面に半周にわたって巻き掛けられて鉛直下方に向かって搬送される。ダンサーロール３０は、図示しない昇降機構に接続されており、上下方向に移動可能になっている。ダンサーロール３０が上下移動することによって、搬入部２１とプレス部１６との間に位置する正極板１が弛み無く所定の張力で張った状態に維持されるようになっている。
　パスロール３２は、ダンサーロール３０から鉛直下方に搬送されてきた正極板１を下側外周面の１／４周分に巻き掛けた状態で支持しており、これにより正極板１の搬送方向が水平方向に変更される。
　パスロール３２の下流側に配置されている張力センサーロール３４は、その下側外周面の一部が正極板１に押し当てられた状態で正極板１を回転しながら支持しており、この状態で張力センサーロール３４に設けられた張力センサ（図示せず）によって連続搬送される正極板１の張力を検出する。検出された張力の結果は、速度制御ロール２２を駆動するモータ２３に送信され、これに基づいて速度制御ロール２２の回転速度が制御されることで、上流側延伸部１４における正極板１の張力が所定値に維持される。
　プレス部１６は、互いに近接して対向する一対のプレスロール１６ａ，１６ｂを備える。上流側延伸部１４から搬送されてきた正極板１は、一対のプレスロール１６ａ，１６ｂの間を通過するときに正極合材層３が３．４ｇ／ｃｍ３以上の充填密度になるように圧縮される。
　下流側延伸部１８は、正極板１の搬送方向に沿って順に、張力センサーロール３６と、パスロール３８と、ダンサーロール４０と、搬出部４１とを有する。
　プレス部１６の下流側に配置されている張力センサーロール３６は、その下側外周面の一部が正極板１に押し当てられた状態で正極板１を回転しながら支持しており、この状態で張力センサーロール３６に設けられた張力センサ（図示せず）によって連続搬送される正極板１の張力を検出する。検出された張力の結果は、搬出部４１の速度制御ロール４２を駆動する例えばサーボモータ等のモータ４３に送信され、これに基づいて速度制御ロール４２の回転速度が制御されることで、下流側延伸部１８における正極板１の張力が所定値に維持される。
　パスロール３８は、張力センサーロール３６から水平方向に搬送されてきた正極板１を下側外周面の１／４周分に巻き掛けた状態で回転しながら支持しており、これにより正極板１の搬送方向が鉛直上方に変更される。
　パスロール３８から鉛直上方に搬送されてきた正極板１は、ダンサーロール４０の上側外周面に半周にわたって巻き掛けられて鉛直下方に向かって搬送される。ダンサーロール４０は、図示しない昇降機構に接続されており、上下方向に移動可能になっている。ダンサーロール４０が上下移動することによって、プレス部１６と搬出部４１との間に位置する正極板１が弛み無く所定の張力で張った状態に維持されるようになっている。
　搬出部４１は、下流側延伸部１８における正極板１の搬送速度を調整することによってプレス部１６と搬出部４１の間に位置する正極板１の張力制御を行う機能を有する。
　搬出部４１は、金属円柱状の速度制御ロール４２と、この速度制御ロール４２に下方から圧接されるニップロール４４とを含む。ニップロール４４の外周面は例えばゴム等の柔軟で滑りにくい材料で形成されている。ニップロール４４は、押圧装置４６よる押圧力によって速度制御ロール４２に対して圧接されている。
　他方、速度制御ロール４２は、例えばサーボモータ等で構成されるモータ４３に接続されて回転駆動されると共に回転速度が制御されるようになっている。ダンサーロール４０から搬送されてきた正極板１は、搬出部４１において速度制御ロール４２とニップロール４４とによって挟持された状態で連続的に搬送される。このとき、正極板１は速度制御ロール４２とニップロール４４とに挟持されていることによって搬送方向の前後に関して張力が遮断された状態となり、搬出部４１から巻取り部２０までの間の張力変動が、プレス部１６から搬出部４１までの間の張力制御に影響することがない。この意味において、搬出部４１は下流側張力遮断部を構成する。
　搬出部４１から出た正極板１は、パスロール４８の上側外周面に巻き掛けられて搬送方向が斜め下方に変更され、巻取り部２０において例えばロール状に巻き取られる。
　図６（ａ）は図１Ａに示した正極板に矯正ロールが当接した状態を示す図であり、同（ｂ）は図１Ｂに示した正極板に矯正ロールが当接した状態を示す図である。なお、図６に示す正極板１、１ｃでは、保護層４の図示が省略されている。
　上述した正極板圧縮装置１０では、上流側延伸部１４を構成するダンサーロール３０、パスロール３２及び張力センサーロール３４の少なくとも１つ、並びに、下流側延伸部１８を構成する張力センサーロール３６、パスロール３８及びダンサーロール４０の少なくとも１つが、図６（ａ）に示すような矯正ロール５０によって構成されている。すなわち、速度制御ロール２２、ニップロール２４からプレスロール１６ａ，１６ｂまでの間、およびプレスロール１６ａ，１６ｂから速度制御ロール４２、ニップロール４４までの間のそれぞれの区間にある少なくとも１つのロールが矯正ロール５０になり得る。
　矯正ロール５０は、正極板１の幅方向に沿って大径部５２と小径部５４を有する。より詳しくは、矯正ロール５０は、正極板１の塗工領域Ｒ１に対向する位置に小径部５４を有するとともに、正極板１の非塗工領域Ｒ２に対向する位置に大径部５２を有している。大径部５２は、小径部５４の軸方向の両端に設けられている。
　矯正ロール５０の大径部５２の材質は、特に限定されるものではないが、ステンレスのような金属材料や、モノマーキャストナイロン、ポリテトラフルオロエチレンなどの樹脂材料を好ましく用いることができる。
　矯正ロール５０の大径部５２は、正極板１の幅方向両側において非塗工領域Ｒ２に当接する。これに対し、矯正ロール５０の小径部５４は、幅方向Ｙに関して塗工領域Ｒ１よりも長く形成されており、正極板１の塗工領域Ｒ１の正極合材層３と接触しない程度の直径を有している。これにより、上流側延伸部１４及び下流側延伸部１８において、張力が加えられた正極板１の非塗工領域Ｒ２のみが矯正ロール５０の大径部５２と当接することによって、非塗工領域Ｒ２に対応する金属基材部分のみが延伸されるようになっている。
　続いて、上記の構成からなる正極板圧縮装置１０の動作について説明する。巻出し部１２から繰り出された正極板１は、パスロール１３を介して上流側延伸部１４に導入される。そして、正極板１は、上流側延伸部１４を搬送される間に、ダンサーロール３０等の矯正ロール５０の大径部５２と接触した状態で張力が加わることによって、非塗工領域Ｒ２に対応する金属基材部分が延伸される（第１延伸工程）。他方、上流側延伸部１４では、正極板１の塗工領域Ｒ１は矯正ロール５０の小径部５４に対向する位置を搬送されるため、延伸されることはない。
　続いて、正極板１は、上流側延伸部１４からプレス部１６に導入され、一対のプレスロール１６ａ，１６ｂ間を通過する間に塗工領域Ｒ１の正極合材層３が３．４ｇ／ｃｍ３以上の充填密度に圧縮される。この圧縮工程において、正極板１の塗工領域Ｒ１は長手方向Ｘに延伸される。このときの塗工領域Ｒ１の長手方向Ｘの伸び量は、上流側延伸部１４における非塗工領域Ｒ２の長手方向Ｘの伸び量よりも大きくなる。
　プレス部１６を通過した正極板１は、下流側延伸部１８に導入される。下流側延伸部１８において正極板１は、パスロール３８等の矯正ロール５０の大径部５２と接触した状態で張力が加わることによって、非塗工領域Ｒ２に対応する金属基材部分が延伸される（第２延伸工程）。他方、下流側延伸部１８では、正極板１の塗工領域Ｒ１は矯正ロール５０の小径部５４に対向する位置を搬送されるため、延伸されることはない。
　下流側延伸部１８における非塗工領域Ｒ２の長手方向Ｘの伸び量は、上流側延伸部１４における非塗工領域Ｒ２との合計が、プレス部１６における塗工領域Ｒ１の長手方向Ｘの伸び量とほぼ等しくなるように設定されている。これにより、下流側延伸部１８を通過した正極板１は、正極合材層３の充填密度が３．４ｇ／ｃｍ３以上であって、塗工領域Ｒ１と非塗工領域Ｒ２の長手方向Ｘの各伸び率の差ΔＬが０≦ΔＬ≦０．３％を満たすように形成される。また、このように塗工領域Ｒ１と非塗工領域Ｒ２とが伸び率差が０．３％以下に抑えられることで、正極板１ａ，１ｂの長手方向Ｘの１ｍあたりの幅方向Ｙの反り量ｈを０．０≦ｈ≦３．０ｍｍに抑えることができる。その結果、正極板１を巻取り部２０で巻取るときに非塗工領域Ｒ２に発生した皺が深い皺や亀裂に発展して搬送や巻取りができなくなるのを回避することができる。
　また、正極板圧縮装置１０において、上流側延伸部１４は、上流側張力遮断部として機能する搬入部２１が設けられていることで搬入部２１とプレス部１６との間での正極板１の張力制御を安定して行うことができ、下流側延伸部１８は、下流側張力遮断部として機能する搬出部４１が設けられていることでプレス部１６と搬出部４１との間での正極板１の張力制御を安定して行うことができる。
　なお、図１Ｂに示す正極板１ｃのように、幅方向Ｙの中央部にも非塗工領域Ｒ２が形成されている場合には、図６（ｂ）に示すように、矯正ロール５０の軸方向の中央部に大径部５２を設けて正極板１の中央部の非塗工領域Ｒ２に当接させるようにすればよい。
　次に、正極合材層の圧縮処理を行った正極板について皺の発生の有無を評価した結果を下記の表１に示す。
　なお、圧縮処理を行う前の正極板１は以下のようにして作製した。
　正極活物質としてリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を９６．７質量％、導電剤としてアセチレンブラックを２．１質量％、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を１．２質量％、Ｎ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）とを混合し、合材スラリーを作製した。合材スラリーを、金属基材２としての厚さ１５μｍのアルミニウム箔の表面に塗布し、乾燥させることで、正極合材層３（塗工領域Ｒ１）をアルミニウム箔の両面に形成した。アルミニウム箔と正極合材層の合計の厚さを１９０μｍとした。そして塗工領域Ｒ１に隣接した非塗工領域Ｒ２にアルミナ粉末、導電剤としての黒鉛、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）からなる保護層４を形成した。アルミニウム箔と保護層の合計の厚さは７０μｍとした。このようにして圧縮処理を行う前の正極板１を作製した。
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表1に示すように、比較例１～９は、正極合材層の充填密度を３．０ｇ／ｃｍ３～３．
８ｇ／ｃｍ３まで０．１ｇ／ｃｍ３ずつ変化させ、正極板の反り矯正技術を適用することなく、正極板を製造した場合である。その結果、正極合材層の充填密度が３．２ｇ／ｃｍ３以上になると、反り量ｈが大きく、皺の発生が見られた。すなわち、巻回電極体や積層電極体を構成するには不適であり、評価×となった。
　比較例１０～１３は、正極合材層の充填密度を３．１ｇ／ｃｍ３～３．４ｇ／ｃｍ３まで０．１ｇ／ｃｍ３ずつ変化させ、正極板の反り矯正技術として特許文献１に開示の技術（すなわちプレス部の下流側のみに矯正ロールを配置）を先行技術１として適用し、正極板を製造した場合である。その結果、正極合材層の充填密度が３．１ｇ／ｃｍ３～３．３ｇ／ｃｍ３までは反り量ｈは小さく、皺の発生が見られなかった。しかし充填密度が３．４ｇ／ｃｍ３になると反り量ｈが大きく、皺の発生が見られ、評価×となった。
　比較例１４～１７は、正極合材層の充填密度を３．１ｇ／ｃｍ３～３．４ｇ／ｃｍ３まで０．１ｇ／ｃｍ３ずつ変化させ、正極板の反り矯正技術として特許文献２に開示の技術（すなわちプレス部の上流側と下流側で円柱状ロールを用いて正極板に張力を加える）を先行技術２として適用し、正極板を製造した場合である。その結果、正極合材層の充填密度が３．１ｇ／ｃｍ３～３．３ｇ／ｃｍ３までは反り量ｈは小さく、皺の発生が見られなかった。しかし充填密度が３．４ｇ／ｃｍ３になると反り量ｈが大きく、皺の発生が見られ、評価×となった。
　これに対し、参考例１～４及び実施例１～５は、正極合材層の充填密度を３．０ｇ／ｃｍ３～３．８ｇ／ｃｍ３まで０．１ｇ／ｃｍ３ずつ変化させ、正極板の反り矯正技術として本実施形態の正極板圧縮装置１０を用いて正極板を製造した場合である。その結果、参考例１～４に示すように、正極合材層の充填密度が３．０ｇ／ｃｍ３～３．３ｇ／ｃｍ３において反り量ｈが小さく、皺の発生が見られなかったのは比較例の場合と同様である。さらに、実施例１～５に示すように正極合材層の充填密度が３．４ｇ／ｃｍ３以上になっても、反り量ｈは小さく、皺の発生がなかった。すなわち巻回電極体や積層電極体を構成するには適しており、評価○となった。これにより、正極合材層の充填密度が３．４ｇ／ｃｍ３以上の高密度になった場合に、本実施形態に係る正極板の製造方法が特に有効であることが確認できた。
　１，１ａ，１ｂ，１ｃ　正極板、２　金属基材、３　正極合材層、４　保護層、５　皺、１０　正極板圧縮装置、１２　巻出し部、１３，３２，３８，４８　パスロール、１４　上流側延伸部、１６　プレス部、１６ａ，１６ｂ　プレスロール、１８　下流側延伸部、２０　巻取り部、２１　搬入部、２２，４２　速度制御ロール、２３，４３　モータ、２４，４４　ニップロール、２６，４６　押圧装置、３０，４０　ダンサーロール、３４，３６　張力センサーロール、４１　搬出部、５０　矯正ロール、５２　大径部、５４　小径部、Ｃ　中央線、Ｒ１　塗工領域、Ｒ２　非塗工領域、ｈ　反り量、ｔ２，ｔ３，ｔ４　厚み。

Claims (4)

  1. 　正極板及び負極板をセパレータを介して対向させて構成される電極体を備えた非水電解質二次電池であって、
    　前記正極板は表面に形成された正極合材層を有し、前記正極合材層の充填密度が３．４ｇ／ｃｍ３以上であり、前記正極板の長手方向の１ｍあたりにおいて前記長手方向と直行する幅方向の反り量ｈが０．０≦ｈ≦３．０ｍｍである、非水電解質二次電池。
  2. 　前記正極板の正極合材層は、正極活物質を含む合材を金属基材の表面に塗工することにより形成され、前記正極板は、前記正極合材層が形成された塗工領域と、前記正極合材層が形成されていない非塗工領域とを含んでおり、前記正極板の製造時の圧縮処理及び延伸処理による前記塗工領域と前記非塗工領域の長手方向の各伸び率の差ΔＬが０≦ΔＬ≦０．３％である、請求項１に記載の非水電解質二次電池。
  3. 　前記正極合材層は、正極活物質としてＮｉ含有複合酸化物粒子を含み、Ｎｉ含有複合酸化物粒子においてＬｉを除く金属元素の総モル数に対するＮｉの割合が３０モル％以上である、請求項１又は２に記載の非水電解質二次電池。
  4. 　長尺帯状の金属基材の表面に正極活物質を含む合材を長手方向に沿って塗工することにより正極合材層と、正極合材が塗工されない非塗工領域とが連続して形成されている非水電解質二次電池に用いる正極板の製造方法であって、
    　前記正極板の正極合材層を圧縮する圧縮工程と、
    　前記圧縮工程の前に、前記正極板を２本のロールの間に挟み通過させることで、前記圧縮工程と前記２本のロールとの区間の正極板に張力を与える上流張力付与工程と、
    　前記上流張力付与工程の区間において前記正極板において前記正極合材層が形成されていない前記非塗工領域に対応する金属基材部分を延伸する第１延伸工程と、
    　前記圧縮工程の後に、前記正極板を２本のロールの間に挟み通過させることで、前記圧縮工程と前記２本のロールとの区間の正極板に張力を与える下流張力付与工程と、
    　前記下流張力付与工程の区間において、前記非塗工領域に対応する金属基材部分を延伸する第２延伸工程と、を含み、
    　前記第１及び第２延伸工程では、前記正極板の長手方向と直交する幅方向に沿って大径部と小径部とを有する矯正ロールの前記大径部を前記非塗工領域に対応する金属基材部分に当接させて張力を加えることによって当該金属基材部分を延伸する、
    　非水電解質二次電池に用いる正極板の製造方法。
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