(57)【要約】【課題】溝形成工程における異物の付着を抑制することができる電極の製造方法を提供する。【解決手段】電極１の製造方法は、活物質とバインダとを含むスラリーを金属箔２上に塗布して塗膜３０を形成する塗布工程Ｓ１と、塗膜３０に流体を吹き付けることにより、塗膜３０の一部に周囲よりも陥没した溝を形成する溝形成工程Ｓ２と、溝を備えた塗膜３０を乾燥させて活物質層３を形成する乾燥工程Ｓ３と、を有している。溝形成工程Ｓ２においては、金属箔２を移動させながら塗膜３０に流体を吹き付けて溝を形成してもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活物質とバインダとを含むスラリーを金属箔上に塗布して塗膜を形成する塗布工程と、
上記塗膜に流体を吹き付けることにより、上記塗膜の一部に周囲よりも陥没した溝を形成する溝形成工程と、
上記溝を備えた上記塗膜を乾燥させて活物質層を形成する乾燥工程と、
を有する、電極の製造方法。
【請求項２】
上記溝形成工程において、上記金属箔を移動させながら上記塗膜に上記流体を吹き付けて上記溝を形成する、請求項１に記載の電極の製造方法。
【請求項３】
上記流体はガスである、請求項１または２に記載の電極の製造方法。
【請求項４】
上記溝形成工程において、少なくとも、上記塗膜の厚み方向から視た平面視における上記塗膜の周縁部から当該周縁部よりも内側まで上記溝を延設する、請求項１〜３のいずれか１項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】
ニッケル水素蓄電池やリチウムイオン二次電池等の二次電池は、例えばフォークリフト、ハイブリッド自動車、電気自動車等の車両のバッテリーに用いられている。この種の二次電池は、正極と負極とがセパレータを挟んで巻かれた電極巻回体、または、複数の正極と負極とがセパレータを介して積層された電極組立体を有している。また、正極や負極としては、金属箔上に活物質層が形成された箔電極が用いられている。
【０００３】
箔電極における活物質層は、二次電池の体積を小さくし、エネルギー密度やパワー密度を向上させるため、セパレータに密着して配置されている。そのため、電極とセパレータとの隙間から電解液を浸透させ、活物質層全体に電解液を供給するのに比較的長い時間を要するという問題があった。また、電極反応によって電極組立体等の内部に発生したガスを、電極とセパレータとの隙間を介して外部に排出するのにも長い時間を要するという問題があった。
【０００４】
そこで、活物質層の表面に溝を設けることにより、電解液の供給やガスの排出を促進させる技術が提案されている。例えば、特許文献１には、機械加工やプレス加工、レーザ加工によって活物質層の表面に溝を形成した電極が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２０７２５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、機械加工やプレス加工によって溝を形成する場合には、活物質層にプレス金型等の加工ツールが接触するため、これらの加工ツールに由来する異物が活物質層に付着するおそれがある。また、レーザ加工によって溝を形成する場合には、レーザ照射によって発生したドロス等の異物が飛散し、活物質層に付着するおそれがある。これらの異物は、二次電池における電池容量の低下や電池特性の早期の劣化を招くおそれがある。
【０００７】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、溝形成工程における異物の付着を抑制することができる電極の製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、活物質とバインダとを含むスラリーを金属箔上に塗布して塗膜を形成する塗布工程と、
上記塗膜に流体を吹き付けることにより、上記塗膜の一部に周囲よりも陥没した溝を形成する溝形成工程と、
上記溝を備えた上記塗膜を乾燥させて活物質層を形成する乾燥工程と、
を有する、電極の製造方法にある。
【発明の効果】
【０００９】
上記電極の製造方法においては、金属箔上に活物質とバインダとを含む塗膜を形成した後、乾燥前の塗膜に流体を吹き付けることにより溝を形成する。そのため、溝形成工程において、プレス金型等の加工ツールを塗膜に接触させることなく溝を形成することができる。それ故、加工ツールに由来する異物の付着を回避することができる。
【００１０】
また、上記製造方法は、流体の圧力や吹き付ける方向等を調整することにより、流体が吹き付けられることによる塗膜の飛散を抑制することができる。仮に、溝形成工程において塗膜の一部が飛散し、スラリーの飛沫が発生した場合においても、スラリーの飛沫が未乾燥状態の塗膜に付着することにより、飛沫を金属箔上の塗膜と一体化することができる。それ故、上記製造方法によれば、レーザ加工におけるドロスのような異物の発生を回避することができる。
【００１１】
以上のように、上記製造方法によれば、溝形成工程における異物の発生を回避することができる。それ故、溝形成工程における異物の付着を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１における、電極の製造方法を示す説明図である。
【図２】実施例１における、溝形成工程の斜視図である。
【図３】実施例１の製造方法により得られる電極の平面図である。
【図４】図３のIV−IV線矢視断面図である。
【図５】実施例２における、金属箔の両面に活物質層を備えた電極の製造方法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
上記製造方法において使用される金属箔は、予め電極のサイズに裁断されていてもよいし、ロール状に巻回されていてもよい。ロール状に巻回された金属箔を使用する場合には、工程間の金属箔の搬送をより迅速に行い、電極の生産性をより向上させることができる。
【００１４】
塗布工程においては、金属箔上にスラリーを塗布し、塗膜を形成する。塗布工程において使用するスラリー中には、活物質と、バインダとが含まれている。スラリー中には、更に、二次電池用として公知の導電助剤や活物質等を分散させる溶媒、スラリーの粘度を調整する増粘剤等が含まれていてもよい。スラリー中に増粘剤が含まれる場合には、溝形成工程において溝を形成した後、より長時間に亘って溝の形状を維持することができる。そのため、幅の狭い溝や深さの深い溝をより容易に形成することができる。
【００１５】
溝形成工程においては、未乾燥状態の塗膜に流体を吹き付けて溝を形成する。流体としては、例えば、水及びＮ−メチルピロリドン等のスラリーに用いることができる液体や、空気、窒素及びアルゴン等のガスを使用することができる。流体としては、ガスを使用することが好ましい。この場合には、吹き付けられたガスが塗膜中に残留することを回避し、塗膜の組成を変化させることなく溝を形成することができる。また、後に行う乾燥工程において、流体として液体を使用する場合に比べて短時間で塗膜を乾燥させることができる。
【００１６】
塗膜に形成される溝の数は、１本であってもよく、２本以上であってもよい。また、溝の幅は、例えば、０．１〜２ｍｍの範囲内から適宜設定することができる。溝の幅を狭くすることにより、金属箔上に形成される活物質層の体積を大きくし、ひいては電極の容量を大きくすることができる。かかる観点からは、溝の幅を１．５ｍｍ以下とすることが好ましく、１ｍｍ以下とすることより好ましい。
【００１７】
溝の深さは、例えば５μｍ以上とすることができる。溝の底部には塗膜が残存していてもよいし、流体によって塗膜を完全に排除し、溝の底部に金属箔を露出させてもよい。
【００１８】
溝形成工程においては、例えば、塗膜の位置及び流体を吹き出すノズルの位置を固定した状態で流体を塗膜に吹き付け、溝を形成してもよい。この場合、ノズルの吹き出し口の形状に対応した形状の溝を塗膜に形成することができる。
【００１９】
また、溝形成工程において、流体を吹き付ける位置を塗膜に対して相対的に移動させながら塗膜に流体を吹き付けることにより溝を形成してもよい。この場合、例えば、金属箔の位置を固定した状態で流体を吹き出すノズルを移動させてもよいし、ノズルの位置を固定した状態で金属箔を移動させてもよい。
【００２０】
電極の生産性向上の観点からは、溝形成工程において、金属箔を移動させながら塗膜に流体を吹き付けて溝を形成することが好ましい。この場合には、溝形成工程において、金属箔の搬送を止めることなく溝の形成を行うことができるため、電極の生産性をより向上させることができる。
【００２１】
溝形成工程においては、少なくとも、塗膜の厚み方向から視た平面視における塗膜の周縁部から当該周縁部よりも内側まで溝を延設することが好ましい。この場合には、上記電極を用いて電極組立体や電極巻回体を組み立てた場合に、活物質層の溝を電極組立体等の外表面から内部まで延設することができる。それ故、電極組立体等の外部から内部への電解液の供給や、内部から外部へのガスの排出をより促進させることができる。
【００２２】
乾燥工程においては、溝を備えた塗膜を乾燥させることにより、金属箔上に活物質層を形成する。塗膜の乾燥方法としては、例えば、温風乾燥や赤外線乾燥、ホットプレート乾燥等の公知の乾燥方法を採用することができる。
【００２３】
乾燥工程の後、必要に応じて、活物質層をプレスして厚み方向に圧縮するプレス工程を実施してもよい。プレス工程を実施することにより、活物質層の空隙率を調整し、電極反応をより促進させることができる。
【００２４】
上記の製造方法により製造される電極は、金属箔の片面上に活物質層が設けられた片面電極であってもよいし、金属箔の両面上に活物質層が設けられた両面電極であってもよい。片面電極を作製する場合には、金属箔の片面に対して、上述した塗布工程、溝形成工程及び乾燥工程を順次実施すればよい。
【００２５】
両面電極を作製する場合、例えば、塗布工程において金属箔の両面上に塗膜を形成した後、溝形成工程及び乾燥工程を順次実施する方法を採用することができる。この場合において、溝形成工程は、２個所の塗膜のうち一方の塗膜にのみ行ってもよいし、両方の塗膜に行ってもよい。
【００２６】
また、塗布工程、溝形成工程及び乾燥工程を順次実施して上述した片面電極を作製した後、この片面電極における金属箔の裏面、即ち活物質層が設けられていない側の面に活物質層を形成して両面電極を作製することもできる。この場合、裏面に設けられた活物質層は、溝を有していてもよいし、有していなくてもよい。裏面に溝を備えた活物質層を形成する場合には、上述した塗布工程、溝形成工程及び乾燥工程を順次実施すればよい。
【００２７】
両面電極における、金属箔の一方の面上に設けられた活物質層と、他方の面上に設けられた活物質層とは同一であってもよいし、異なっていてもよい。例えば、一方の面上に正極活物質を含む正極活物質層を形成し、他方の面上に負極活物質を含む負極活物質層を形成することにより、バイポーラ電極を作製することができる。
【００２８】
上記製造方法により作製された電極は、例えば、ニッケル水素蓄電池用の電極や、リチウムイオン二次電池用の電極として構成されていてもよい。ニッケル水素蓄電池は、充電時及び放電時のいずれにおいても、電極反応に水や水酸化物イオンを必要とする。そのため、電極組立体の内部への電解液の供給が遅れると、内部抵抗の増大を招くおそれがある。また、ニッケル水素蓄電池は、過充電の際にガスが発生し、電極組立体の内部等にガスが蓄積しやすい。
【００２９】
これに対し、上記製造方法により作製された電極は、活物質層に溝が設けられているため、電解液の供給やガスの排出を促進させることができる。それ故、上記製造方法により作製された電極をニッケル水素蓄電池に組み込むことにより、内部抵抗の増大を効果的に抑制するとともに、ガスの蓄積を抑制することができる。それ故、上記製造方法により製造された電極は、ニッケル水素蓄電池用として好適である。
【実施例】
【００３０】
（実施例１）
上記電極の製造方法の実施例を図１〜図４を用いて説明する。図１に示すように、本例の電極１の製造方法は、活物質とバインダとを含むスラリーを金属箔２上に塗布して塗膜３０を形成する塗布工程Ｓ１と、塗膜３０に流体を吹き付けることにより、図２に示すように塗膜３０の一部に周囲よりも陥没した溝３１を形成する溝形成工程Ｓ２と、溝３１を備えた塗膜３０を乾燥させて活物質層３を形成する乾燥工程Ｓ３と、を有している。以下、各工程をより詳細に説明する。
【００３１】
本例においては、図１に示すように、金属箔２として、厚み１０μｍのニッケル箔のロール２０を準備する。このロール２０から金属箔２を引き出し、搬送方向４００に搬送しつつ塗布工程Ｓ１、溝形成工程Ｓ２及び乾燥工程Ｓ３を順次実施する。
【００３２】
ロール２０から引き出された金属箔２は、搬送方向４００に沿って搬送され、ダイコーター４１に導かれる。そして、ダイコーター４１を用いてスラリーを塗布することにより、金属箔２の片面上に塗膜３０が形成される（塗布工程Ｓ１）。本例のスラリーは、活物質と、活物質同士、あるいは活物質と金属箔２とを接着させるバインダとを含んでいる。また、塗膜３０は、図２に示すように、その厚み方向から視た平面視において長方形状を呈している。なお、塗布工程Ｓ１においてスラリーを塗布する装置としては、ダイコーター４１以外に、ロールコーターやグラビア印刷機等の公知の塗布装置を採用することができる。
【００３３】
図１及び図２に示すように、塗膜３０が形成された金属箔２は、更に搬送方向４００に沿って搬送され、ブロワー４２に導かれる。ブロワー４２は、流体としてのガスＧが吹き出されるノズル４２１と、ノズル４２１にガスＧを供給するガス供給部（図示略）とを有している。本例においては、図２に示すように、金属箔２を搬送方向４００に沿って移動させながらノズル４２１の先端から吹き出されたガスＧを塗膜３０に吹き付けることにより、塗膜３０に溝３１が形成される（溝形成工程Ｓ２）。これにより、搬送方向４００に平行な方向の全長に亘って延設された溝３１を塗膜３０に形成することができる。即ち、本例の溝形成工程Ｓ２では、搬送方向４００に平行な方向における、塗膜３０の一方の周縁部３０１から当該周縁部３０１よりも内側を通って他方の周縁部３０２まで延設された溝３１を形成することができる。
【００３４】
本例におけるブロワー４２のガス供給部は、具体的には、空気を圧縮してノズル４２１に供給するコンプレッサーである。また、ノズル４２１は、金属箔２の厚み方向と平行な方向にガスＧを吹き出すことができるように配置されている。なお、ノズル４２１は、金属箔２の厚み方向に対して傾斜した方向にガスＧを吹き出すことができるように配置されていてもよい。この場合には、搬送方向４００に対して斜め後方にガスＧが吹き出されるようにノズル４２１を配置することにより、搬送方向４００へのスラリーの飛散を低減することができる。
【００３５】
図１に示すように、金属箔２は、溝形成工程Ｓ２の後、更に搬送方向４００に沿って搬送され、トンネル型の加熱炉４３に導かれる。そして、溝３１の形状が維持されている間に加熱炉４３内で金属箔２を加熱して塗膜３０を乾燥させる。これにより、金属箔２上に溝３１を備えた活物質層３が形成される（乾燥工程Ｓ３）。その後、金属箔２を所望の形状に裁断することにより、電極１を得ることができる。
【００３６】
本例の製造方法により得られた電極１は、図３に示すように、金属箔２の厚み方向から視た平面視において長方形状を呈する活物質層３を有している。活物質層３の中央には、活物質層３の長辺方向に平行な１本の溝３１が延設されている。図４に示すように、溝３１の底には、金属箔２が露出している。また、溝３１の側面３１１は、金属箔２の厚み方向の断面において、金属箔２から離れるほど拡開する弧状を呈している。
【００３７】
次に、本例の作用効果を説明する。本例の電極１の製造方法においては、金属箔２上に活物質とバインダとを含む塗膜３０を形成した後、乾燥前の塗膜３０に流体としてのガスＧを吹き付けることにより溝３１を形成する。そのため、溝形成工程Ｓ２において、プレス金型等の加工ツールを塗膜３０に接触させることなく溝３１を形成することができる。それ故、加工ツールに由来する異物の付着を回避することができる。
【００３８】
また、本例の製造方法は、ガスＧの圧力や吹き付ける方向等を調整することにより、ガスＧが吹き付けられることによる塗膜３０の飛散を抑制することができる。仮に、溝形成工程Ｓ２において塗膜３０の一部が飛散し、スラリーの飛沫が発生した場合においても、スラリーの飛沫が未乾燥状態の塗膜３０に付着することにより、飛沫を金属箔２上の塗膜３０と一体化することができる。それ故、本例の製造方法によれば、レーザ加工におけるドロスのような異物の発生を回避することができる。
【００３９】
以上のように、本例の製造方法によれば、溝形成工程Ｓ２における異物の発生を回避することができる。それ故、異物を付着させることなく活物質層３に溝３１を形成することができる。
【００４０】
本例では、溝形成工程Ｓ２において、流体としてガスＧが使用されている。そのため、吹き付けられたガスＧが塗膜３０中に残留することを回避し、塗膜３０の組成を変化させることなく溝３１を形成することができる。また、後に行う乾燥工程Ｓ３において、流体として液体を使用する場合に比べて短時間で塗膜３０を乾燥させることができる。
【００４１】
また、溝形成工程Ｓ２においては、金属箔２を移動させながら塗膜３０にガスＧを吹き付けて溝３１を形成している。これにより、溝形成工程Ｓ２において、金属箔２の搬送を止めることなく溝３１の形成を行うことができる。それ故、電極１の生産性をより向上させることができる。
【００４２】
また、溝形成工程Ｓ２において、塗膜３０の厚み方向から視た平面視における塗膜３０の周縁部３０１、３０２から当該周縁部３０１、３０２よりも内側まで溝３１を延設している。そのため、上記製造方法により得られた電極１を用いて電極組立体や電極巻回体を組み立てた場合に、活物質層３の溝３１を電極組立体等の外表面から内部まで延設することができる。それ故、電極組立体等の外部から内部への電解液の供給や、内部から外部へのガスの排出をより促進させることができる。
【００４３】
（実施例２）
本例は、溝３１を備えた活物質層３を金属箔２の両面上に有する電極１０２の製造方法の例である。なお、本実施例において用いた符号のうち、既出の実施例において用いた符号と同一のものは、特に説明のない限り既出の実施例における構成要素等と同様の構成要素等を示す。
【００４４】
本例の塗布工程Ｓ１０２では、図５に示すように、金属箔２の表側及び裏側にそれぞれダイコーター４１が配置されている。搬送方向４００に沿って搬送された金属箔２をこれらのダイコーター４１に導き、金属箔２の両面にスラリーを塗布することにより、金属箔２の両面に塗膜３０（３０ａ、３０ｂ）が形成される。
【００４５】
本例の溝形成工程Ｓ２０２では、金属箔２の表側及び裏側にそれぞれブロワー４２のノズル４２１が配置されている。塗布工程Ｓ１０２の後、搬送方向４００に沿って搬送された金属箔２をこれらのノズル４２１に導き、表側の塗膜３０ａ及び裏側の塗膜３０ｂのそれぞれにガスＧを吹き付けることにより、各塗膜３０に溝３１（図示略）が形成される。その後、金属箔２をトンネル型の加熱炉４３に導き、塗膜３０を乾燥させることにより、電極１０２を得ることができる（乾燥工程Ｓ３）。以上により得られた電極１０２は、金属箔２の表側に設けられた活物質層３ａ及び裏側に設けられた活物質層３ｂの両方に溝３１を有している。その他は実施例１と同様である。
【００４６】
金属箔２の両面に活物質層３を備えた両面電極において、金属箔２の表側の活物質層３ａ及び裏側の活物質層３ｂの両方に溝を設ける場合には、本例のように、金属箔２の両面に溝３１を備えた塗膜３０を形成した後、乾燥工程Ｓ３においてこれらの塗膜３０を一括して乾燥すればよい。また、金属箔２の表面に塗布工程Ｓ１、溝形成工程Ｓ２及び乾燥工程Ｓ３を順次実施して溝３１を備えた活物質層３ａを形成した後、金属箔２の裏面に再度塗布工程Ｓ１〜乾燥工程Ｓ３を実施して活物質層３ｂを形成することによっても、電極１０２を作製することができる。いずれの場合にも、塗布工程Ｓ１、Ｓ１０２を実施した後、塗膜３０が乾燥する前に溝形成工程Ｓ２、Ｓ２０２を実施することにより、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
【００４７】
本発明に係る電極の製造方法は、上述した実施例１〜２の態様に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜構成を変更することができる。
例えば、実施例１〜２には、溝形成工程Ｓ２、Ｓ２０２において、金属箔２を移動させながら固定されたノズル４２１からガスＧを吹き付ける例を示したが、ノズル４２１を移動させながら固定された金属箔２にガスＧを吹き付けることもできる。
【００４８】
また、ノズルとして、金属箔２の搬送方向４００と平行な方向に延設された吹き出し口を有するノズルを使用することにより、ノズルの吹き出し口に対応した直線状の溝３１を塗膜３０に形成することも可能である。
実施例２においては、金属箔２の両面に溝３１を備えた活物質層３を形成する例を示したが、表面の活物質層３ａに溝３１を形成し、裏面の活物質層３ｂには溝３１を形成しなくてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１、１０２  電極
２  金属箔
３  活物質層
３０  塗膜
３１  溝
Ｓ１、Ｓ１０２  塗布工程
Ｓ２、Ｓ２０２  溝形成工程
Ｓ３  乾燥工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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