(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極となる金属箔集電体に電極合剤塗料をブレードのシャッターの開閉によって間欠的に塗布して塗布部と未塗布部を形成する金属箔集電体の製造方法において、
前記塗布部が終わる部分において未塗布部に発生する電極合剤の微少な付着（塗料はね）を、
前記金属箔集電体と平行で且つ金属箔集電体の進行方向とは直交する回転軸を有する高速回転ブラシにより除去することを特徴とする金属箔集電体の製造方法。
【請求項２】
化学繊維からなるブラシを使用することを特徴とする請求項１記載の金属箔集電体の製造方法。
【請求項３】
線径が０．１〜０．５ｍｍであるブラシを用いることを特徴とする請求項１記載の金属箔集電体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高エネルギー密度の非水系リチウムイオン二次電池の電極となる金属箔集電体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来二次電池としては、鉛電池やニッケルカドミウム電池などが利用されてきたが、これらはエネルギー密度が十分でないことと重さが重いといった課題を十分克服できていない。そこで、近年、高エネルギー密度の非水系リチウムイオン二次電池が実用化されてきた。このリチウムイオン二次電池は、正極、負極、セパレータ及び非水系電解液から構成される蓄電池であり、充電時に正極中のリチウムイオンが電解液を介して負極中に吸蔵され、放電時には負極中のリチウムイオンが電解液を介して正極中に吸蔵されるという電気化学的な可逆反応を利用したものである。
【０００３】
図３には一般的なリチウムイオン二次電池の構造図を示すが、リチウムイオン二次電池は、正極２１、負極２２、セパレータ２３および非水系電解液などから構成される蓄電池である。充電時に正極２１中のリチウムイオンが電解液を介して負極２２中に吸蔵され、放電時には負極２２中のリチウムイオンが電解液を介して正極２１中に吸蔵されるという電気化学的な可逆反応を利用したものからなる。
【０００４】
近年、例えば小型携帯用電子機器を駆動するための電源等の分野においては、リチウムイオン二次電池は、高エネルギー密度であるために、駆動源としてカムコーダ、携帯電話またはノートブックパソコンといった小型携帯用電子機器用に使用されている。また、リチウムイオン二次電池は自動車や電池貯蔵型電池のような大型二次電池としても期待されており、その用途は急速に拡大しつつある。このような用途に用いられる電池は電子機器の小型、軽量化及び高性能化に伴い、用いられるリチウムイオン二次電池は、小型、軽量でかつ高容量であること、及び低価格であり、かつ高品質であることが望まれる。そして、その製造方法において、特に、電極となる金属箔集電体に電極合剤塗料を塗布する方式について、その電池構造上、電極合剤塗料を塗布した塗布部と塗布していない未塗布部を順次形成することが望まれている。
【０００５】
以上のような状況から、従来は電極合剤塗料の塗布部と未塗布部を交互に形成するためには、予め未塗布部にマスキングを施しておくかまたは塗布後の未塗布部にすべき部分を削り取るといった方法があった。しかし、これらの方式においては、前記マスキング作業や削り取り作業が必要となり、電池電極製造工程に著しい手間と原材料の一部を除去することによる無駄が発生する。そこで、未塗布部となる箇所には電極合剤塗料を塗布しない方式が求められるようになり、塗布を間欠的に行う間欠塗布方式が提案されている。
【０００６】
図３に示すリチウムイオン二次電池の金属集電体の製造に用いる間欠塗布装置の概略図を図４に示し、図５には図４の間欠塗布装置を用いて得られる間欠塗布パターンを示す。図４と図５を参照して間欠塗布について説明する。
【０００７】
図４に示す金属箔集電体１の材料にはアルミ箔を使用しており、この金属箔集電体１は弛みなく、一定の張力と速度で走行する基準ロール１０によって搬送され、搬送中の金属箔集電体１上部にはブレード３とシャッター４を組み合わせた間欠塗布装置５が設置されている。間欠塗布装置のシャッター４が開くと、金属箔集電体１上にブレード３底面に沿って電極合剤塗料６が塗布され、シャッター４が閉じると金属箔集電体１上には電極合剤塗料６は塗布されない。こうして図５に示すように、金属箔集電体１に塗布部１ａと未塗布部１ｂが順次形成されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
例えば小型携帯用電子機器を駆動するための電源として用いられるリチウムイオン二次電池の電極となる金属箔集電体に電極合剤塗料を前記間欠塗布方式により塗布する方式において、塗布部の品質は、その塗料の粘弾性挙動に左右される面が少なくない。間欠塗布方式で電極合剤塗料を塗布する場合には、塗布部には電極合剤塗料が供給されて塗布されるが、塗布が終わる部分においては塗料の供給が終わり、形成された塗布部から塗料がちぎれることにより塗料はねが発生する。
【０００９】
図６を参照に塗料はねの発生メカニズムについて説明する。
金属箔集電体１上にブレード３底面に沿って、電極合剤塗料６が塗布され、塗布部１ａが形成される（図６（ａ））。そして未塗布部１ｂを形成するために図４に示すシャッター４が閉じ、電極合剤塗料６の供給が終わると塗布部１ａがブレード３から離れる。その際、ブレード３のエッヂ部において塗布部１ａの端部の電極合剤塗料６がちぎれる（図６（ｂ））。ちぎれた電極合剤塗料６は金属箔集電体１上に落下し、塗料はね６ａとなる（図６（ｃ））。
【００１０】
この塗料はね６ａにより、未塗布部１ｂであるべき箇所に電極活物質が存在することになるので、この電極を用いた場合には内部ショートを誘発しやすくなり、電極の歩留りを低下させる原因となる。また、この現象はスピードが高まるにつれて発生しやすくなり、生産性の向上に対して十分対応できない問題点があった。
【００１１】
そこで、本発明の課題は、かかる従来技術の実情に鑑みて提案されたものであって、塗料はねを高効率に除去することに加え、除去後の電池特性に与える悪影響を著しく軽減させることにより品質向上と高速塗工が可能なリチウムイオン二次電池用電極を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を達成するために鋭意検討を重ねた結果、リチウムイオン二次電池用電極となる金属箔集電体に電極合剤塗料を間欠塗布する設備において、塗料はねを高効率に除去することに加え、塗料はね除去後の電池特性に与える悪影響を著しく軽減させることにより品質向上と高速塗工が図れることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
すなわち、本発明は、リチウムイオン二次電池の電極となる金属箔集電体に電極合剤塗料を間欠塗布する設備において、高速塗布時に発生する金属箔集電体上の未塗布部への塗料はねを高速で稼働する非金属材質、特にナイロンなどの化学繊維製であり、線径φ０．１〜０．５ｍｍのブラシにより除去することにより高品質が得られることを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法である。  本発明によると、電極合剤塗料の間欠塗布方式において、金属箔集電体上未塗布部に発生する塗料はねに対して、高速で稼働している非金属材質、特にナイロンなどの化学繊維製であり、線径φ０．１〜０．５ｍｍのブラシを押し当て、塗料はねを高効率に除去することができることから、品質の向上、例えば、電池の内部ショート不良率の低減や電極合剤塗料の高速塗布の達成を図ることが可能になった。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１には本実施の形態の間欠塗布装置５を用いる金属集電体１の製造工程を示す概略図を示す。巻出しロール１０から一定の張力と速度で金属箔集電体１が走行し、間欠塗布装置５において電極合剤塗料６が塗布される。この際、同時に塗料はね（図示せず）が発生する。塗布された電極合剤塗料６はドライヤー１１を通過し、塗布部１ａと未塗布部１ｂ（図５参照）が形成される。ドライヤー１１を通過した未塗布部１ｂの塗料はね６ａは、ブラシ１２により除去される。その後、プレスロール１３でプレスされた後、裁断カッター１４、巻取りロール１５を経て図３に示す電池の電極用に使用される。
【００１５】
図２には前記ブラシ１２の概要を説明する。図２に示す実施の形態例においては、金属箔集電体１上に設置された回転軸部１２ａの表面に設けられたブラシ１２を高速で稼働（回転）させることにより未塗布部１ｂの塗装はね６ａ（図６）を除去する。この場合、ブラシ１２は、図１に示すように、搬送中の金属箔集電体１の下部に設けてもよい。ただし、ブラシ１２は、塗布部１ａと未塗布部１ｂが形成された後に設置されるのが好ましく、その数は多いほど塗料はね６ａを除去する効果が向上する。また、ブラシ１２の回転方向はいずれでもよい。
【００１６】
以下に上記図１に示す設備で図２に示すブラシ１２を用いて金属集電体１を製造した場合の品質の評価結果を示す。以下の表１〜４中の各評価項目の測定は次のようにして行った。
【００１７】
塗料はね除去率は基板上の塗料はね６ａがリチウムイオン二次電池の電極としての品質に影響を与えない程度の高さになるまで除去した割合を示す。
【００１８】
判定結果についてはリチウムイオン二次電池を作製し、充放電を繰り返したときに電池内部でショートする割合を観察し、その発生率が６％を超えたものを不良とすることにより、ショート率が１％以下は◎、３％以下は△、６％を超えるものはＮＧのため×とした。
【００１９】
ブラシ１２として化学繊維材質のもの（東レ（株）製ナイロン、ナイロン６．６）を使用した本発明の実施例１とブラシ１２を使用しない場合（比較例１）、真ちゅう（比較例２）及びポリ塩化ビニール（比較例３）をそれぞれ用いた場合の金属箔集電体１の未塗布部１ｂの塗料はね６ａの除去率とリチウムイオン二次電池を作製した場合の判定結果を比較して表１に示す。表１における実施例１と比較例１〜３の各ブラシの線径と押し当て量（集電体とブラシ先端の距離）はすべて０．３ｍｍとし、塗料の塗布速度はすべて５０ｍ／分とした。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
表１に示す品質評価結果から、実施例１では、比較例１、２に比べて塗料はね除去率が少なく、内部ショートが発生し難くなっているので、判定結果が著しくよい。比較例１において判定結果が悪い原因は、塗料はね６ａによるものと考えられる。比較例２において判定結果が悪い原因は、ブラシ１２にしんちゅう線を用いたことにより、そのしんちゅうの摩耗粉が内部電池に混入したことによると考えられる。比較例３におけるポリ塩化ビニール製ブラシ１２を用いる場合は、塗料はね除去率に一応の効果は得られるが、その耐熱性の優劣によりナイロン製ブラシ１２には劣ることから、特に好ましくはナイロン製ブラシ１２が良い。
【００２２】
また、ナイロン製のブラシ１２の線径を０．１ｍｍとした実施例２と比較例としてナイロン製のブラシ１２の線径を０．３ｍｍ（比較例４）、０．５ｍｍ（比較例５）、１ｍｍ（比較例６）とした場合の金属箔集電体１の未塗布部１ｂの塗料はね６ａの除去率とリチウムイオン二次電池を作製した場合の判定結果を比較して結果を表２に示す。ここで表２における実施例２と比較例４〜６の各ブラシの押し当て量（集電体とブラシ先端の距離）はすべて０．３ｍｍとし、塗料の塗布速度はすべて５０ｍ／分とした。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
表２に示すブラシ線径評価評価結果によると、実施例２および比較例４、５からブラシ線径が０．１〜０．５ｍｍであれば著しい効果が得られるが、ブラシ線径が１．０ｍｍを超えると効果が低下することが判明した。
【００２５】
また、線径を０．３ｍｍのナイロン製ブラシ１２の押し当て量を０．１ｍｍとした実施例３と比較例として線径０．３ｍｍのナイロン製ブラシ１２の押し当て量を１ｍｍ（比較例７）、３ｍｍ（比較例８）、５ｍｍ（比較例９）とした場合の金属箔集電体１の未塗布部１ｂの塗料はね６ａの除去率とリチウムイオン二次電池を作製した場合の判定結果をそれぞれ表３に示す。ここで表３における実施例３と比較例７〜９の塗料の塗布速度はすべて５０ｍ／分とした。
【００２６】
【表３】
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【００２７】
表３に示すブラシ押し当て量評価評価結果によれば、実施例３および比較例７、８からブラシ線径が０．３ｍｍにおいて、その押し当て量は３ｍｍまでは高い塗料はね除去率を得られるが、ブラシ線径が３ｍｍを超えると金属箔集電体１に与える負荷が大きくなり、切断することからブラシ線径は３ｍｍ以下が好ましい。
【００２８】
また、ブラシ１２の材質と線径と押し当て量をそれぞれナイロン、０．３ｍｍ、０．１ｍｍとして、塗料の塗布速度は５０ｍ／分（実施例４）、１０ｍ／分（比較例１０）とした場合とブラシ１２を用いないで塗料の塗布速度は５０ｍ／分（比較例１１）、１０ｍ／分（比較例１２）とした場合の金属箔集電体１の未塗布部１ｂの塗料はね６ａの除去率とリチウムイオン二次電池を作製した場合の判定結果を比較して表４に示す。
【００２９】
【表４】
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表４に示す高速塗布時の評価結果によると、実施例４および比較例１０から品質を損ねることなく高速塗布が可能となることがわかる。
【００３０】
以上のように、本発明によれば、二次電池、特に電圧が高く、放電エネルギーの大きい電池の製造方法に関するものであり、その電極となる金属箔集電体に電極合剤塗料を間欠塗布する設備において、未塗布部に発生する塗料はねに対して、高速で稼働している非金属材質、特にナイロンなどの化学繊維製であり、線径が０．１〜０．５ｍｍのブラシを押し当て、塗料はねを高効率に除去することが出来ることから、品質の向上、例えば、内部ショート不良率の低減や高速塗布の達成を図ることが可能になった。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、リチウムイオン二次電池の電極となる金属箔集電体の品質の向上と該金属箔集電体上の電極材料の高速塗布の達成を図ることが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態の間欠塗布装置を用いる金属集電体の製造工程を示す概略図である。
【図２】  本発明の実施の形態の間欠塗布装置を用いる金属集電体の製造工程で用いる塗料はね除去用の高速回転ブラシ部分の概略図である。
【図３】  一般的なリチウムイオン二次電池の構造を示した図である。
【図４】  金属箔集電体上への電極材料の間欠塗布装置の概略図を示したものである。
【図５】  金属箔集電体上への電極材料の間欠塗布パターンを示したものである。
【図６】  金属箔集電体上への電極材料の間欠塗布時の塗料はねが発生するメカニズムの例を示したものである。
【符号の説明】
１  金属箔集電体                    １ａ  塗布部
１ｂ  未塗布部                      ２  基準ロール
３  ブレード                        ４  シャッター
５  間欠塗布装置                    ６  電極合剤塗料
６ａ  塗料はね
【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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【図６】
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