(57)【要約】【課題】ロール本体の摩耗を抑制できる電極の製造方法を提供すること。【解決手段】負極電極の製造方法は、帯状金属箔２１の表面に活物質スラリー１２ａを塗布した後、活物質スラリー１２ａの層の表面に、セラミック粒子を含むセラミックスラリー１５ａを塗布して２層構造を有する電極材料２０を形成する。電極材料２０を乾燥させた後、ロール本体６１の周面を耐摩耗層６２で覆ったプレスロール６０により電極材料２０を厚み方向にプレスする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状集電体の少なくとも片面に活物質スラリーを塗布した後、前記活物質スラリーの層の表面に、セラミック粒子を含むセラミックスラリーを塗布して前記活物質スラリーの層と前記セラミックスラリーの層の２層構造を有する電極材料を形成した後、ロール本体の周面を耐摩耗層で覆ったプレスロールにより前記電極材料を厚み方向にプレスすることを特徴とする電極の製造方法。
【請求項２】
前記耐摩耗層の硬度と前記セラミックスラリーに含まれるセラミック粒子の硬度の差が２．０Ｇｐａ以下であり、前記耐摩耗層の摩擦係数は０．２以下に設定されている請求項１に記載の電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蓄電装置としての二次電池に使用される電極の一例として、金属箔と、金属箔の両面又は片面に存在する活物質層と、活物質層の表面を覆う保護層とを有する電極が知られている。
【０００３】
このような電極の製造方法としては、例えば、特許文献１に開示されるように、まず、長尺帯状の集電体の表面に活物質を有する活物質スラリーを塗布して活物質スラリーの層（合剤層）を形成する。その活物質スラリーの層を乾燥した後、活物質スラリーの層の表面にセラミック粒子を含むセラミックスラリーを塗布してセラミックスラリーの層（被覆層）を形成する。そして、セラミックスラリーの層を乾燥した後、活物質スラリーの層における活物質密度を所望する値にするために、セラミックスラリーの層とともに活物質スラリーの層をプレスする。プレスされた材料を枚葉状に切断することにより、活物質層が保護層によって覆われた電極が製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−４８９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に開示の電極の製造方法においては、活物質スラリーの層をプレスするためにセラミックスラリーの層もプレスされてしまい、セラミックスラリーの層に含まれるセラミック粒子と、プレスロールとの摺接により、プレスロールが摩耗してしまう。
【０００６】
本発明の目的は、ロール本体の摩耗を抑制できる電極の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題点を解決するための電極の製造方法は、帯状集電体の少なくとも片面に活物質スラリーを塗布した後、前記活物質スラリーの層の表面に、セラミック粒子を含むセラミックスラリーを塗布して前記活物質スラリーの層と前記セラミックスラリーの層の２層構造を有する電極材料を形成した後、ロール本体の周面を耐摩耗層で覆ったプレスロールにより前記電極材料を厚み方向にプレスすることを要旨とする。
【０００８】
これによれば、活物質スラリーの層の活物質密度を高めるために電極材料のプレスを行うと、セラミックスラリーの層がプレスロールによって直接プレスされる。しかし、プレスロールにおけるロール本体の周面は耐摩耗層により覆われている。このため、耐摩耗層により、セラミックスラリーに含まれるセラミック粒子とロール本体とが直接摺接することを無くし、ロール本体の摩耗を抑制できる。
【０００９】
また、電極の製造方法について、前記耐摩耗層の硬度と前記セラミックスラリーに含まれるセラミック粒子の硬度の差が２．０Ｇｐａ以下であり、前記耐摩耗層の摩擦係数は０．２以下に設定されているのが好ましい。
【００１０】
これによれば、耐摩耗層の硬度とセラミック粒子の硬度の差を２．０Ｇｐａ以下に設定し、耐摩耗層の硬度をセラミック粒子の硬度に近付けることにより、耐摩耗層とセラミック粒子との摺接に伴う耐摩耗層及びセラミック粒子の双方の摩耗を抑制できる。また、耐摩耗層の摩擦係数を０．２以下に設定し、摩擦係数を小さくすることで、耐摩耗層における摩擦熱の発生量を抑えることができる。その結果、摩擦熱によるロール本体の径方向への熱膨張を抑え、プレスロール間のギャップが狭くなることを抑制し、活物質スラリーの層が必要以上にプレスされることを抑制できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ロール本体の摩耗を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】電極の斜視図。
【図２】（ａ）は負極電極の製造工程を示す概略図、（ｂ）はプレス工程後の電極材料を示す図、（ｃ）は塗工工程後を示す図。
【図３】プレスロールを示す拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、電極の製造方法を具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
まず、電極を備える蓄電装置としての二次電池について説明する。図示しないが、二次電池は外観が角型をなす角型電池である。二次電池は、リチウムイオン二次電池である。二次電池は、ケース内に電極組立体を備える。電極組立体は、電極としての正極電極と、電極としての負極電極とが、両者の間を絶縁した状態で交互に複数積層されて構成された積層式である。
【００１４】
次に、電極を負極電極１０に具体化して説明する。
図１に示すように、負極電極１０は、矩形状の金属箔１１と、金属箔１１の両面に存在する負極活物質層１２とを備える。金属箔１１は、例えば銅箔である。負極電極１０は、その一辺の一部から突出した集電タブ１４を備える。負極電極１０は、負極活物質層１２の表面全体を覆う保護層１５を備える。保護層１５は、セラミック粒子としてのアルミナ粒子と樹脂製のバインダとを含み、バインダを介してアルミナ粒子同士、又はアルミナ粒子と負極活物質層１２表面の活物質粒子とが結合して層構造を有する。保護層１５は、耐熱層として機能する。保護層１５は、電極組立体内での発熱時に負極活物質層１２を熱から保護する。
【００１５】
次に、負極電極１０の製造方法について説明する。
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、負極電極１０の製造方法は、集電体としての長尺の帯状金属箔２１の両面に、活物質層前駆体１２ｃ及び保護層前駆体１５ｃを形成する２層形成工程と、図示しないが、活物質層前駆体１２ｃ及び保護層前駆体１５ｃが形成された電極材料２０を負極電極１０の形状に切断する切断工程とを含む。そして、切断工程を経て、活物質層前駆体１２ｃから負極電極１０の負極活物質層１２が形成され、保護層前駆体１５ｃから負極電極１０の保護層１５が形成される。
【００１６】
上述の２層形成工程は、塗工工程、乾燥工程、及びプレス工程を有する。
図２（ａ）及び図２（ｃ）に示すように、塗工工程は、搬送装置４０によって搬送される帯状金属箔２１の両面に活物質スラリー１２ａを塗布して活物質スラリー１２ａの層を形成するとともに、セラミックスラリー１５ａを塗布してセラミックスラリー１５ａの層を形成する工程である。なお、搬送装置４０は、供給リール４１と、巻取リール４２と、複数のガイドロール４３とを備える。供給リール４１、巻取リール４２、及びガイドロール４３は、図示しない支持装置によって回転可能に支持されている。帯状金属箔２１は、供給リール４１に巻回されている。供給リール４１から供給された帯状金属箔２１は、巻取リール４２に巻き取られることで搬送される。
【００１７】
塗工工程で形成された活物質スラリー１２ａの層は、乾燥工程及びプレス工程を経て上述の活物質層前駆体１２ｃとなり、セラミックスラリー１５ａの層は、乾燥工程及びプレス工程を経て上述の保護層前駆体１５ｃとなる。なお、以下の説明において、活物質スラリー１２ａの層を第１層１２ｂと記載し、セラミックスラリー１５ａの層を第２層１５ｂと記載する。
【００１８】
塗工工程は、塗工装置３０によって行われる。
塗工装置３０は、帯状金属箔２１の搬送方向において供給リール４１の下流側及び乾燥炉５０の上流側の２か所に配置され、２つの塗工装置３０によって帯状金属箔２１の両面に活物質スラリー１２ａ及びセラミックスラリー１５ａを塗布する。
【００１９】
塗工装置３０は、搬送される帯状金属箔２１の表面に活物質スラリー１２ａを塗布して第１層１２ｂを形成する第１ダイヘッド３１と、帯状金属箔２１の表面に形成された第１層１２ｂの表面にセラミックスラリー１５ａを塗布し第２層１５ｂを形成する第２ダイヘッド３２とが一体に並設されて構成されている。
【００２０】
搬送される帯状金属箔２１の表面には、第１ダイヘッド３１によって活物質スラリー１２ａが先に塗布され、その後、第２ダイヘッド３２によって第１層１２ｂの表面にセラミックスラリー１５ａが塗布される。よって、塗工装置３０により、第１層１２ｂと第２層１５ｂをほぼ同時に形成できる。
【００２１】
第１ダイヘッド３１は、活物質スラリー１２ａが吐出される第１吐出口３１ａと、活物質スラリー１２ａが貯留される第１貯留部３１ｂと、第１吐出口３１ａと第１貯留部３１ｂとを連通させる第１連通路３１ｃとを備える。活物質スラリー１２ａは、図示しないタンクから図示しないポンプにより圧送されて第１貯留部３１ｂに供給される。第１連通路３１ｃは、活物質スラリー１２ａが第１貯留部３１ｂから第１吐出口３１ａへ向かって流れる流路である。
【００２２】
第２ダイヘッド３２は、セラミックスラリー１５ａが吐出される第２吐出口３２ａと、セラミックスラリー１５ａが貯留される第２貯留部３２ｂと、第２吐出口３２ａと第２貯留部３２ｂとを連通させる第２連通路３２ｃとを備える。セラミックスラリー１５ａは、図示しないタンクから図示しないポンプにより圧送されて第２貯留部３２ｂに供給される。第２連通路３２ｃは、セラミックスラリー１５ａが第２貯留部３２ｂから第２吐出口３２ａへ向かって流れる流路である。塗工装置３０において、第１連通路３１ｃと第２連通路３２ｃとは互いに平行であり、第１ダイヘッド３１と第２ダイヘッド３２とは互いに平行な状態に並設されている。
【００２３】
乾燥工程は、第１層１２ｂ及び第２層１５ｂを乾燥させる工程である。乾燥工程は、乾燥炉５０内に帯状金属箔２１を通過させることによって行われる。乾燥工程では、活物質スラリー１２ａ及びセラミックスラリー１５ａが、プレス工程時にプレス装置５９のプレスロール６０に付着しない程度にまで乾燥させる。
【００２４】
プレス工程は、乾燥工程後の電極材料２０をプレスロール６０により厚み方向にプレスし、第１層１２ｂをプレスすることで、得られる負極活物質層１２の活物質密度を上げる工程である。
【００２５】
次に、プレス工程を行うプレス装置５９について説明する。
プレス装置５９は、帯状金属箔２１を挟んで対向する一対のプレスロール６０を備える。各プレスロール６０は、図示しない駆動装置によって回転する。各プレスロール６０の軸心は、帯状金属箔２１の短手方向に延びる。
【００２６】
図３に示すように、各プレスロール６０は、ロール本体６１と、ロール本体６１の周面を覆う耐摩耗層６２とを備える。ロール本体６１は鉄鋼材料によって形成されている。本実施形態では、ロール本体６１は、高炭素クロム軸受鋼鋼材（ＳＵＪ材）を母材とする。高炭素クロム軸受鋼鋼材は、耐摩耗性に優れた鋼材である。ロール本体６１は、高炭素クロム軸受鋼鋼材にクロムメッキを施して形成されている。ロール本体６１の硬度は、クロムメッキによって決まり、ロール本体６１の硬度は７．５〜１１ＧＰａである。
【００２７】
耐摩耗層６２は、非晶質炭素被膜としてのダイヤモンドライクカーボン（以下、「ＤＬＣ」と称する）によって形成されている。ＤＬＣは、電気絶縁性を有する。また、ＤＬＣは、成膜したときに平坦な表面が得られることから、摩擦摩耗特性に優れている。耐摩耗層６２の硬度は、ＤＬＣによって決まり、本実施形態では、ＤＬＣの硬度を１５Ｇｐａに設定した。耐摩耗層６２の硬度は、第２層１５ｂにおけるセラミック粒子（アルミナ粒子）の硬度に近いほど好ましい。耐摩耗層６２の硬度がセラミック粒子の硬度に近いほど、電極材料２０のプレス時における耐摩耗層６２とセラミック粒子との摩耗を抑制できるためである。
【００２８】
耐摩耗層６２とセラミック粒子（第２層１５ｂ）の双方の摩耗を抑制する観点からすると、耐摩耗層６２の硬度と、セラミックスラリー１５ａにおけるセラミック粒子（アルミナ粒子）の硬度の差がゼロになる場合が最も好ましい。しかし、硬度の差がゼロにならない場合であっても、耐摩耗層６２のＤＬＣとセラミック粒子との摩耗を抑制するために、硬度の差が２．０ＧＰａ以下に設定されるのが好ましい。本実施形態では、耐摩耗層６２におけるＤＬＣの硬度が１５Ｇｐａであり、セラミック粒子（アルミナ粒子）の硬度１５．７Ｇｐａであるため、硬度差が０．７Ｇｐａである。
【００２９】
また、耐摩耗層６２の摩擦係数は、ロール本体６１の摩擦係数より小さいのが好ましい。耐摩耗層６２の摩擦係数が低いほど、電極材料２０のプレス時における耐摩耗層６２に発生する摩擦熱を抑えることができるためである。耐摩耗層６２の摩擦係数がゼロになることはないが、耐摩耗層６２に発生する摩擦熱を低く抑えるために、摩擦係数は０．２以下に設定されるのが好ましい。本実施形態では、耐摩耗層６２におけるＤＬＣの摩擦係数を０．１に設定し、ロール本体６１のクロムメッキにおける摩擦係数０．４より小さく設定している。
【００３０】
次に、本実施形態の作用について説明する。
電極材料２０において、乾燥炉５０を通過した部分に対し、プレス装置５９によってプレスした際、耐摩耗層６２により、ロール本体６１とセラミック粒子の直接の摺接が無く、ロール本体６１の摩耗が抑制される。
【００３１】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）活物質スラリー１２ａの層の表面をセラミックスラリー１５ａの層で覆った電極材料２０をプレス装置５９でプレスする方法では、セラミックスラリー１５ａの層がプレスロール６０によって直接プレスされる。しかし、耐摩耗層６２により、セラミックスラリー１５ａに含まれるセラミック粒子とロール本体６１の直接の摺接を無くすことができる。その結果、プレス時に、ロール本体６１が摩耗することを抑制できる。
【００３２】
（２）耐摩耗層６２の硬度とセラミック粒子の硬度の差を２．０Ｇｐａ以下（具体的には０．７Ｇｐａ）に設定し、耐摩耗層６２の硬度をセラミック粒子の硬度に近付けるようにした。これにより、耐摩耗層６２とセラミック粒子との摺接に伴う双方の摩耗を抑えることができる。
【００３３】
（３）耐摩耗層６２の摩擦係数を０．２以下（具体的には０．１）に設定し、摩擦係数を小さくするようにした。これにより、耐摩耗層６２における摩擦熱の発生量を抑えることができる。その結果、ロール本体６１の径方向への熱膨張を抑え、プレスロール６０間のギャップが狭くなることを抑制し、活物質スラリー１２ａの層が必要以上にプレスされて厚みが薄くなってしまうことを抑制できる。その結果、プレス後に得られる負極電極１０における負極活物質層１２の厚みが薄くなることが抑制でき、負極電極１０の厚みのばらつきを抑えることができる。
【００３４】
（４）活物質スラリー１２ａの層の表面にセラミックスラリー１５ａを塗布して２層構造を形成し、２層を同時に乾燥させた後、電極材料２０をプレスする。そして、プレス装置５９のロール本体６１に耐摩耗層６２を設けることで、２層同時プレスを行ってもロール本体６１の摩耗を抑制できる。したがって、２層塗工、２層同時乾燥、及び２層同時プレスを可能にする。その結果、活物質スラリー１２ａの塗工工程と乾燥工程を行った後、セラミックスラリー１５ａの塗工工程と乾燥工程を行う場合と比べると、負極電極１０の製造工程を減らすことができるとともに、製造設備も減らすことができ、負極電極１０の製造に要するコストを減らすことができる。
【００３５】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  耐摩耗層６２はＤＬＣ以外で形成されていてもよい。
○  耐摩耗層６２の硬度とセラミック粒子の硬度の差は、２．０Ｇｐａを越えていてもよい。
【００３６】
○  実施形態では、耐摩耗層６２の硬度（１５Ｇｐａ）の方がセラミック粒子の硬度（１５．７Ｇｐａ）より低かったが、硬度の差が２．０ＧＰａ以下になれば、耐摩耗層６２の硬度の方がセラミック粒子より高くてもよい。
【００３７】
○  耐摩耗層６２の摩擦係数は０．２より大きくてもよい。
○  電極材料２０は、帯状金属箔２１の片面に活物質スラリー１２ａ及びセラミックスラリー１５ａを塗布して形成されたものでもよい。この場合、負極電極１０は、金属箔１１の片面に負極活物質層１２及び保護層１５を有する。
【００３８】
○  蓄電装置は、電気二重層キャパシタ等の他の蓄電装置であってもよい。
○  二次電池はリチウムイオン二次電池であったが、これに限られず、ニッケル水素等の他の二次電池であってもよい。要は、正極活物質層と負極活物質層との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであればよい。
【００３９】
○  正極活物質層の表面に保護層１５を備える正極電極を製造する際のプレス工程を、耐摩耗層６２を備えたプレスロール６０で行ってもよい。
○  帯状集電体は、活物質スラリー１２ａが塗布できるものであれば、帯状金属箔２１に限定されるものではない。例えば、織物状や網状のシートを用いてもよい。
【００４０】
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（１）前記活物質スラリーの層と前記セラミックスラリーの層の２層構造を同時に乾燥した後、前記電極材料をプレスする電極の製造方法。
【００４１】
（２）前記耐摩耗層はダイヤモンドライクカーボンによって形成されている電極の製造方法。
（３）前記電極は蓄電装置としての二次電池の電極である電極の製造方法。
【符号の説明】
【００４２】
１２ａ…活物質スラリー、１５ａ…セラミックスラリー、２０…電極材料、２１…帯状集電体としての帯状金属箔、６０…プレスロール、６１…ロール本体、６２…耐摩耗層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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