WO2023276314A1 - ドープ電極の製造方法及びドープ電極の製造システム - Google Patents
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Abstract
Description
<第1実施形態>
1.電極1の構成
図1、図2に基づき、電極1の構成を説明する。電極1は帯状の形状を有する。電極1は、集電体3と、活物質層5とを備える。集電体3は帯状の形状を有する。活物質層5は、集電体3の両面にそれぞれ形成されている。
電極製造システム11の構成を、図3~図7に基づき説明する。図3に示すように、電極製造システム11は、電解液処理槽15と、ドープ槽17、19と、洗浄槽23と、搬送ローラ25、27、29、31、33、35、37、39、40、47、49、51、52、59、73、75、77、79、81、83、85、87、89、91、93(以下ではこれらをまとめて搬送ローラ群と呼ぶこともある)と、供給ロール101と、巻取ロール103と、支持台105と、循環濾過ユニット107と、2つの電源109、111と、タブクリーナー117と、回収ユニット119と、端部センサ121と、対極ユニット137、139、141、143と、マスク144と、ガイド機構201と、を備える。搬送ローラ群は搬送ユニットに対応する。
203は、円柱形状の部材であることが好ましい。ガイドバー203が円柱形状の部材である場合、ガイドバー203が電極1と接したときでも、電極1の損傷を抑制できる。複数のガイドバー203は、電極1の搬送方向に沿って並んでいる。並んでいるガイドバー203同士の距離(以下ではピッチ距離とする)は、例えば、0.05m以上1.1m以下の範囲内で設定された距離であることが好ましく、0.1m以上1.0m以下の範囲内で設定された距離であることが一層好ましく、0.1m以上0.6m以下の範囲内で設定された距離であることが特に好ましい。ガイドバー203の軸方向は、電極1の幅方向Wと平行である。複数のガイドバー203は、例えば、アルカリ金属含有板155に接触していない。ガイドバー203は、例えば、後述するガイドロール209とは異なり、回転しない。ガイドバー203のうち、後述する表面部207は回転してもよい。
電極製造システム11を使用するとき、電解液処理槽15、及びドープ槽17、19に、ドープ溶液を収容する。ドープ溶液は、アルカリ金属イオンと、溶媒とを含む。ドープ溶液は電解液である。
ドープ電極1Aの製造方法は以下のとおりである。プレドープ前の電極1を供給ロール101に巻き回す。次に、プレドープ前の電極1を供給ロール101から引き出し、上述した経路に沿って巻取ロール103まで送る。次に、電解液処理槽15と、ドープ槽17、19と、洗浄槽23とを上昇させ、図3に示す定位置へセットする。
二次電池として、例えば、リチウムイオン二次電池等が挙げられる。二次電池は電極セルを備える。電極セルは、負極と、正極とを積層した構成を有する。二次電池において、例えば、負極を、前記「4.電極製造システム11を使用したドープ電極1Aの製造方法」により製造する。次に、負極と、正極とを積層して電極セルを形成する。
(6-1)ガイド機構201は、ドープ槽17、19内において、電極1と対極ユニット137、139、141、143との距離を一定の範囲に保つ。そのため、ドープムラ及びアルカリ金属の析出を抑制することができる。
(実施例1)
(i)電極1の製造
長尺の帯状の集電体3を用意した。集電体3は負極集電体であった。集電体3のサイズは、幅130mm、長さ100m、厚さ8μmであった。集電体3の表面粗さRaは0.1μmであった。集電体3は銅箔から成っていた。集電体3の両面に、それぞれ活物質層5を形成した。活物質層5は負極活物質層であった。
銅板上に、ポリプロピレン(PP)製の樹脂膜を取り付けた。銅板のサイズは、長さ1000mm、幅220mm、厚み3mmであった。樹脂膜のサイズは、長さ800mm、幅120mm、厚み470μmであった。樹脂膜の形態は、複数の開口部を有するメッシュ状であった。樹脂膜の開口率は50%であった。
図3に示す電極製造システム11を用意し、電極1を通紙した。また、ドープ槽17、19のそれぞれに対極ユニット137、139、141、143と、マスク144と、ガイド機構201とを設置した。
ドープ電極1Aの製造において、プレドープの開始後、やがて、電圧変化が±0.05V以下である状態(以下では電圧安定状態とする)となった。電圧安定状態になると、継続してプレドープを行っても電圧が継続して上昇する様子は見られなかった。電圧安定状態における電圧は低い方が好ましい。以下の基準で、電圧安定状態における電圧を評価した。評価結果を表1に示す。実施例1では、電圧安定状態における電圧は3.6Vであった。
得られたドープ電極1Aに対し、以下の方法でLiの析出の評価を行った。目視により、ドープ電極1Aに白色の析出物が見られるか否かを確認した。析出物が見られた場合は、少量の析出物を取り出し、エタノールに浸漬させた。析出物とエタノールとの反応が見られるか否かを確認した。析出物とエタノールとの反応が見られた場合は、Liの析出があったと判断した。析出があった場合、以下の基準により、「微小析出有り」と、「析出有り」とに分類した。「微小析出有り」とは、Liの析出が見られた部分の面積が、プレドープを行った部分の面積に対し、10%未満である場合である。「析出有り」とは、Liの析出が見られた部分の面積が、プレドープを行った部分の面積に対し、10%以上である場合である。評価結果を表1に示す。
ドープ電極1Aの充放電効率分布を以下の方法で評価した。露点―60℃のドライルームにて、株式会社高橋型精のトムソン刃を用い、ドープ電極1Aの一部を打ち抜いた。打ち抜いた部分を負極とした。負極の形状は、縦2.6cm、横4.0の矩形であった。負極は、矩形の一辺から外周側に突出する端子溶接部を備えていた。
(式1) E=(C1/C2)×100
C1は初回放電容量である。C2は初回充電容量である。C1及びC2の単位はそれぞれmAh/cm2である。初回放電容量C1とは、10mAの定電流でセル電圧が0.01Vになるまで充電した後、0.01Vの定電圧を印加した状態で電流値が1mAに低下するまで充電を継続したときの容量である。初回充電容量C2とは、初回放電容量C1の測定後、10mAの定電流でセル電圧が2.0Vになるまで放電したときの容量である。
(実施例2)
基本的には実施例1と同様にドープ電極1Aを製造し、評価を行った。ただし、ガイドバー203は、SUSから成る本体部205と、PFAから成る表面部207とを有するものであった。評価結果を表1に示す。
(実施例3)
基本的には実施例2と同様にドープ電極1Aを製造し、評価を行った。ただし、ガイド機構201は、ガイドバー203ではなく、図7に示すようにガイドロール209を備えるものであった。ガイドロール209は、SUSから成る本体部205と、PFAから成る表面部207とを有するものであった。評価結果を表1に示す。
(実施例4)
基本的には実施例2と同様にドープ電極1Aを製造し、評価を行った。ただし、ガイド機構201は、アルカリ金属含有板155と電極1との距離を10mmに保った。評価結果を表1に示す。
(実施例5)
基本的には実施例2と同様にドープ電極1Aを製造し、評価を行った。ただし、ガイド機構201は、アルカリ金属含有板155と電極1との距離を3mmに保った。評価結果を表1に示す。
(実施例6)
基本的には実施例2と同様にドープ電極1Aを製造し、評価を行った。ただし、ガイド機構201は、アルカリ金属含有板155と電極1との距離を16mmに保った。評価結果を表1に示す。
(実施例7)
基本的には実施例2と同様にドープ電極1Aを製造し、評価を行った。ただし、ピッチ距離を100mmとした。評価結果を表1に示す。
(実施例8)
基本的には実施例2と同様にドープ電極1Aを製造し、評価を行った。ただし、ピッチ距離を800mmとした。評価結果を表1に示す。
(実施例9)
基本的には実施例2と同様にドープ電極1Aを製造し、評価を行った。ただし、ピッチ距離を1000mmとした。評価結果を表1に示す。
(比較例1)
基本的には実施例1と同様にドープ電極1Aを製造し、評価を行った。ただし、ガイド機構201をドープ槽17、19内に設置しなかった。評価結果を表1に示す。
<他の実施形態>
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
Claims (6)
- アルカリ金属がドープされた活物質層を含むドープ電極の製造方法であって、
アルカリ金属のイオン及び非プロトン性有機溶媒を含むドープ溶液、対極ユニット、並びにガイド機構を収容するドープ槽内を通過する経路に沿って、活物質層を含む帯状の電極を搬送し、
前記ドープ槽内において、前記活物質層を含む帯状の電極と前記対極ユニットとの間に設置された前記ガイド機構により、前記活物質層を含む帯状の電極と前記対極ユニットとの距離を一定の範囲に保ち、
前記ドープ槽内において、前記活物質層を含む帯状の電極と前記対極ユニットとを前記ドープ溶液を介して電気的に接続する、
ドープ電極の製造方法。 - 請求項1に記載のドープ電極の製造方法であって、
前記一定の範囲は、5mm以上16mm以下の範囲である、
ドープ電極の製造方法。 - 請求項1又は2に記載のドープ電極の製造方法であって、
前記ガイド機構が、ガイドバー又はガイドロールを備える、
ドープ電極の製造方法。 - 請求項3に記載のドープ電極の製造方法であって、
前記ガイドバー又は前記ガイドロールは、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、金属、及び前記金属の酸化物から成る群から選択される1種以上を含む材料から成る本体部と、前記本体部の表面に形成され、有機物を含む材料から成る表面部と、を備える、
ドープ電極の製造方法。 - 請求項3又は4に記載のドープ電極の製造方法であって、
前記ドープ槽内において、前記ガイドバー又は前記ガイドロールが、0.1m以上1.0m以下の間隔で複数設置される、
ドープ電極の製造方法。 - アルカリ金属がドープされた活物質層を含むドープ電極を製造するドープ電極の製造システムであって、
アルカリ金属のイオン及び非プロトン性有機溶媒を含むドープ溶液を収容するように構成されたドープ槽と、
前記ドープ槽に収容された対極ユニットと、
前記ドープ槽に収容されたガイド機構と、
前記活物質層を含む帯状の電極を、前記ドープ槽内を通過する経路に沿って搬送するように構成された搬送ユニットと、
前記搬送ユニットが備える搬送ローラと前記対極ユニットとを電気的に接続するように構成された接続ユニットと、
を備え、
前記ガイド機構は、前記活物質層を含む帯状の電極と前記対極ユニットとの間に設置され、
前記ガイド機構は、前記ドープ槽内において、前記活物質層を含む帯状の電極と前記対極ユニットとの距離を一定の範囲に保つように構成された、
ドープ電極の製造システム。
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