(57)【要約】【課題】プレス時に電極シートの電極合剤層が厚さ方向へ意図せず曲がることを抑え、集電体の破断を抑制することが可能な非水電解液二次電池の電極シートの製造方法を提供する。【解決手段】活物質にバインダを混合し、電極合剤を生成する電極合剤生成工程と、長尺状の金属箔からなる集電体上の第１面に第１電極合剤層を塗工し、第１面とは反対側である第２面に、第１電極合剤層よりも薄い第２電極合剤層を塗工する塗工工程と、第１電極合剤層および第２電極合剤層を乾燥させる乾燥工程と、第１電極合剤層および第２電極合剤層が塗工されていない未塗工部に、第１電極合剤層および第２電極合剤層が塗工された平坦部に対して第１面の方へ傾斜する傾斜部を形成する傾斜部形成工程と、傾斜部形成工程の後に、第１電極合剤層および第２電極合剤層をその厚み方向にプレスするプレス工程とを含む電極シートの製造方法。【選択図】図２
2016012513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活物質にバインダを混合し、電極合剤を生成する電極合剤生成工程と、
長尺状の金属箔からなる集電体上の第１面に第１電極合剤層を塗工し、前記第１面とは反対側である第２面に、前記第１電極合剤層よりも薄い第２電極合剤層を塗工する塗工工程と、
前記第１電極合剤層および前記第２電極合剤層を乾燥させる乾燥工程と、
前記第１電極合剤層および前記第２電極合剤層が塗工されていない未塗工部に、前記第１電極合剤層および前記第２電極合剤層が塗工された平坦部に対して前記第１面の方へ傾斜する傾斜部を形成する傾斜部形成工程と、
前記傾斜部形成工程の後に、前記第１電極合剤層および前記第２電極合剤層をその厚み方向にプレスするプレス工程と、
を含むことを特徴とする、電極シートの製造方法。
【請求項２】
前記傾斜部形成工程は、
前記第１電極合剤層の厚さをａ、
前記第２電極合剤層の厚さをｂ、
前記傾斜部の歪高さをｃとしたとき、
０＜（ａ−ｂ）/ｃ≦０．２４を満たす傾斜部を形成する、ことを特徴とする請求項１に記載の電極シートの製造方法。
【請求項３】
前記塗工工程で塗工する前記第１電極合剤層および前記第２電極合剤層は正極合剤層であり、前記集電体は正極用電極シートである、ことを特徴とする請求項１または２に記載の電極シートの製造方法。
【請求項４】
傾斜部形成工程は、前記集電体の短手方向と平行の折り目を、前記集電体の長手方向に山と谷とを繰り返して複数形成する、ことを特徴とする請求項１から３何れか１項に記載の電極シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解液二次電池の電極シートの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池としては、金属箔からなる集電体の両面に電極合剤層を形成してなる正極シートと負極シートとがセパレータを介して対面し捲回される捲回型電極体を非水電解質の液に浸漬し、電池ケースで収容してなる非水電解液二次電池が知られている。
【０００３】
塗工部と未塗工部とを備える電極シートがプレスされると、電極合剤層が形成された塗工部では、電極合剤層が加圧により引き伸ばされる。しかし、電極合剤層が形成されていない未塗工部では、プレスによって加圧されず引き伸ばされない。そのため、塗工部の伸びに未塗工部が追随することができず、プレス後に未塗工部の表面に湾曲や皺が発生することがある。
【０００４】
プレス時に伴う電極シートの未塗工部における湾曲や皺を抑制するため、集電体の長手方向に沿った側縁のうち少なくとも一方側において塗工部の端の位置が、表面と裏面とで異なることが提案されている（特許文献１）。また、未塗工部に切り込みを入れることが提案されている（特許文献２参照）。更に、未塗工部の長手方向に対して、傾斜した曲線または直線状の波形状を形成した後にプレスすることが提案されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２７７７４０
【特許文献２】特開平０７−１９２７２６
【特許文献３】特開２００８−１２３８４８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１〜３は、プレス時における塗工部と未塗工部との伸び量の差に起因する電極シートの水平方向の湾曲や皺は抑制している。しかし、電極合剤層の厚さ方向へ曲がることについては対策がされていない。具体的には、表面と裏面における電極合剤層の厚さの違いに起因して、電極シートが曲がることへの対策が不十分である。このような厚さ方向へ曲がった電極シートは、捲回時やプレス時に破断が発生し、短絡などを引き起こす問題が生じる。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑み、プレス時に電極シートの電極合剤層が厚さ方向へ意図せず曲がることを抑え、プレス時の集電体の破断を抑制することが可能な非水電解液二次電池の電極シートの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る電極シートの製造方法は、活物質にバインダを混合し、電極合剤を生成する電極合剤生成工程と、長尺状の金属箔からなる集電体上の第１面に第１電極合剤層を塗工し、第１面とは反対側である第２面に、第１電極合剤層よりも薄い第２電極合剤層を塗工する塗工工程と、第１電極合剤層および第２電極合剤層を乾燥させる乾燥工程と、第１電極合剤層および第２電極合剤層が塗工されていない未塗工部に、第１電極合剤層および第２電極合剤層が塗工された平坦部に対して第１面の方へ傾斜する傾斜部を形成する傾斜部形成工程と、傾斜部形成工程の後に、第１電極合剤層および第２電極合剤層をその厚み方向にプレスするプレス工程とを含むことを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、表面と裏面とで電極合剤層の厚みの差によって、電極合剤層の伸び量が異なるため、未塗工部は伸び量の大きい面側（第１面側）から小さい面側（第２面側）へ曲がる。その際、プレス工程前に伸び量の大きい面側（第１面側）へ塗工部の平坦部に対して傾斜する傾斜部が予め設けられているため、伸び量の小さい面側（第２面側）への曲がりを許容できる量が大きくなっている。そのため、プレス時に伸び量の大きい面側（第１面側）から小さい面側（第２面側）へ曲がっても、電極シートの電極合剤層が厚さ方向へ意図せず曲がることを抑え、プレス時の集電体の破断を抑制する。
【００１０】
更に、傾斜部形成工程は、第１電極合剤層の厚さをａ、第２電極合剤層の厚さをｂ、傾斜部の歪高さをｃとしたとき、下記条件を満たす傾斜部を形成することを特徴とする。
０＜（ａ−ｂ）／ｃ≦０．２４
歪高さｃは、傾斜部における集電体から最も離れた位置までの鉛直方向の高さである。また、電極合剤層の厚さは、電極合剤層の目付量により調整される。上記構成によれば、プレス時に未塗工部の一部が曲がった場合でも、曲がった部分がプレス機に巻き込まれて、集電体が破断に至ることを抑制できる。
【００１１】
更に電極合剤層は正極合剤層であり、電極シートは正極用電極シートである。
リチウムイオン電池などの一般的な二次電池は、正極の集電体（リチウムイオン電池の場合はアルミニウム箔）が負極の集電体（リチウムイオン電池の場合は銅箔）よりも剛性が弱く、プレス時に曲がりやすい。上記構成によれば、より影響を受けやすい正極の破断を抑制することができる。
【００１２】
更に傾斜部は、電極シートの短手方向と平行の折り目を備え、折り目は、電極シートの長手方向に山と谷とを繰り返して複数設けられている。
上記構成によれば、発生する曲がりとは逆方向に予め傾斜部を設けている。そのため、プレス時の曲がりに対する許容量が大きくなるだけでなく、曲がった方向と垂直方向に折り目を備えるため、電極合剤層の厚さ方向へ曲がることに対する機械的強度が大きく、より集電体の破断を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電極シートの製造方法によれば、プレス時に電極シートの電極合剤層が厚さ方向へ意図せず曲がることを抑え、集電体の破断を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】捲回型電極体の斜視図
【図２】本発明の製造工程のフローチャート
【図３】本発明の第１の実施形態を示す電極シートの構造およびＡ−Ａ’断面図
【図４】本発明の第２の実施形態を示す電極シートの構造およびＢ−Ｂ’断面図
【図５】本発明の第３の実施形態を示す電極シートの構造およびＣ−Ｃ’断面図
【図６】傾斜部形成装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、捲回型電極体１を示す図である。この図に示すように、捲回型電極体１は、シート状の正極用の電極シート（正極シート２）と負極用の電極シート（負極シート３）とをセパレータ４を介して捲回したものである。
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明における電極シートの製造方法について説明するが、これらの説明は本発明に限定的な解釈を与えるものでない。なお、図面において、同一又は同種の部材には同一の符号を用いるものとする。
【００１７】
図２は、本発明の電極シートを製造するための製造工程を示している。まず、活物質にバインダを混合し、電極合剤を生成する電極合剤生成工程（Ｓ１０１）について説明する。リチウムイオン二次電池の場合、正極の電極合剤にはリチウムコバルト複合酸化物等の正極活物質にバインダ等を混合したものが用いられ、負極の電極合剤にはグラファイト等の負極材料にバインダ等を混合したものが用いられる。
【００１８】
次に、長尺状の金属箔からなる集電体５に電極合剤層６を塗工する塗工工程（Ｓ１０２）について説明する。図３に示すように、正極シート２と負極シート３とは、集電体５の表面に電極合剤層６を塗工したものである。集電体５は長尺状の金属箔である。リチウムイオン二次電池の場合、正極シート２にはアルミニウム箔が用いられ、負極シート３には銅箔が用いられる。また、Ｓ１０２と同時に未塗工部８が形成される。
更に、塗工工程（Ｓ１０２）で形成される電極合剤層６の厚さは、電極シートの表面と裏面において、電極合剤層６の厚さが異なる。
【００１９】
次に、塗工した電極合剤層６を乾燥させる乾燥工程（Ｓ１０３）について説明する。正極シート２と負極シート３の電極合剤層６は、塗工された後、乾燥される。
【００２０】
次に、電極合剤層６の厚さが大きい面の未塗工部８に塗工部７の平坦部１０に対して傾斜する傾斜部１１を形成する傾斜部形成工程（Ｓ１０４）について説明する。ここで形成される傾斜部１１は、図６に示すようなプレス機９を用いて形成される。プレス機９の構造や傾斜部１１の形状は図６に限定されるものではない。
【００２１】
次に、電極合剤層６が形成された電極シートを加圧するプレス工程（Ｓ１０５）について説明する。専用のプレス機によって電極合剤層６は、その厚み方向に加圧される。
【００２２】
加圧される際、表面と裏面とで電極合剤層６の厚みの差によって、電極合剤層の伸び量が異なるため、未塗工部８は伸び量の大きい面側（電極合剤層６の厚い面側）から小さい面側（電極合剤層６の薄い面側）へ曲がる。その際、プレス工程前に伸び量の大きい面側へ塗工部の平坦部１０に対して傾斜する傾斜部１１が予め設けられている。そのため、プレス時に伸び量の大きい面側から小さい面側へ未塗工部８が曲がっても、伸び量の小さい面側へ曲がるのを許容できる量が大きくなっている。したがって、電極シートの未塗工部８が電極合剤層６の厚さ方向へ意図せず曲がることを抑え、プレス時の集電体の破断を抑制する。
【００２３】
最後に、上記Ｓ１０１〜Ｓ１０５で製造した正極シート２と負極シート３とを、セパレータ４を介して捲回することで捲回型電極体１を形成する捲回工程（Ｓ１０６）について説明する。正極シート２と負極シート３とは、両極が直接接触しないように、多孔質ポリエチレン製のセパレータ４を介して、中空円筒状の軸芯を中心として断面が渦巻き状になるように捲回され、捲回型電極体１が形成される。
【００２４】
更に、傾斜部１１が設けられている面側（電極合剤層６の厚い面側）の電極合剤層６の厚さａは、傾斜部１１が設けられていない面側（電極合剤層６の薄い面側）の電極合剤層６の厚さｂよりも大きく、傾斜部１１の歪高さをｃとしたとき、
０＜（ａ−ｂ）／ｃ≦０．２４  …  （１）
を満たすことが好ましい。
【００２５】
式（１）を満たすことで、プレス時に未塗工部の一部が曲がった場合でも、曲がった部分がプレス機に巻き込まれて、集電体５が破断に至ることを抑制できる。
【００２６】
更に傾斜部は、電極シートの短手方向（図３のＡ−Ａ’断面と平行方向）と平行の折り目を備え、折り目は、電極シートの長手方向（図３のＡ−Ａ’断面と直交方向）に山と谷とを繰り返して複数設けられていることが好ましい。
図３（ａ）は、第１の実施形態の電極シートの構造を示す図である。この図に示すように、電極合剤層６を形成した塗工部７と、電極合剤層６が形成されていない未塗工部８とを備え、未塗工部８に塗工部７の平坦部１０に対して傾斜する傾斜部１１が形成されている。また、図３（ｂ）は、第１の実施形態の電極シートのＡ−Ａ’断面図である。
【００２７】
上記傾斜部１１によれば、発生する曲がりとは逆方向に予め傾斜部１１を持たせることで、プレス時の曲がり許容量が大きくなる。更に、曲がる方向と垂直方向に折り目を備えるため、電極合剤層６の厚さ方向へ曲がることに対する機械的強度が大きく、より集電体５の破断を抑制することができる。
【００２８】
なお、第１の実施形態では、傾斜部１１は図３に示す形状を採用しているが、本形状に限定されるものではない。
【００２９】
例えば、図４（ａ）は、第２の実施形態の電極シートの構造を示す図である。また、図４（ｂ）は、第２の実施形態の電極シートのＢ−Ｂ’断面図である。この図が示すように、電極シートの長手方向と平行に折り目が複数設けられていても良い。
図４（ｂ）の構成であれば、短手方向の未塗工部８の長さが短くなるので、未塗工部８がプレス機９に巻き込まれることをより抑制できる。
【００３０】
また、図５（ａ）は、第３の実施形態の電極シートの構造を示す図である。また、図５（ｂ）は、第３の実施形態の電極シートのＣ−Ｃ’断面図である。この図が示すように、電極シートの長手方向に対して傾斜する折り目が複数設けられていても良い。
図５（ｂ）の構成であれば、プレス時に発生しやすい皺と直交する方向に折り目があるため、プレス時に発生する皺をより抑制できる。
【００３１】
＜実施例１＞
実施例を用いて本発明をより詳細に示す。
【００３２】
まず、次に示すように正極用の電極シートを作成した。
【００３３】
集電体５としては、アルミニウム箔を用いる。正極ペーストは、正極活物質と導電材と結着剤（ＰＶｄＦ）を９３：４：３の割合でＮＭＰとともに混練して作製した。正極ペーストの固形分率は７０％となるようにＮＭＰにて調整した。ＮＭＰとは、極性溶媒のことであり、高溶解性と高沸点、低凝固点という特性を持つ。
【００３４】
次に、作製した正極ペーストを用いて、以下の手法で厚み２０μｍ、幅２００ｍｍのアルミニウム箔の両面に電極合剤層６を塗工した。
【００３５】
まず、集電体５の中央部に幅１７０ｍｍで第１面の表面に目付量１６ｍｇ／ｃｍ２となるようにコンマコーターで電極合剤層６を塗工し、その後、第２面の表面に目付量１４ｍｇ／ｃｍ２となるように塗工し乾燥させた。
【００３６】
次に、図６のように電極シートの両端部にある未塗工部８のアルミニウム箔のみに、傾斜部１１を付与するプレス機９を用いて、図３に示すような傾斜部１１を付与した。
上記手順により、長さ１００ｍの電極シートを作製した。
【００３７】
＜実施例２＞
実施例１とは、プレス機９の端面形状を変え、未塗工部８の傾斜部１１を図４のように変えた。その他の条件は、実施例１と同様の方法で作製した。
【００３８】
＜実施例３＞
実施例１とは、プレス機９の端面形状を変え、未塗工部８の傾斜部１１を図５のように変えた。その他の条件は、実施例１と同様の方法で作製した。
【００３９】
＜比較例１＞
未塗工部８に傾斜部１１を設けなかった以外は、実施例１と同様の方法で作製した。
【００４０】
＜比較例２＞
電極合剤層６の目付量を第１面１８ｍｇ／ｃｍ２、第２面を１２ｍｇ／ｃｍ２となるようにコンマコーターで塗工した以外は、実施例１と同様の方法で作製した。
【００４１】
＜比較例３＞
電極合剤層６の目付量を第１面、第２面ともに１５ｍｇ／ｃｍ２となるようにコンマコーターで塗工した以外は、実施例１と同様の方法で作製した。
【００４２】
上記電極シートをロール塗工機により、連続的に圧縮成型し、第１面および第２面の電極合剤層６の密度が２．８０ｇ／ｃｃとなるようにローラーのギャップを調整して作製した。この際、１００ｍの電極シートを処理中に、アルミニウム箔が破断せずに連続処理できたものを「〇」、途中で破断したものを「×」として判定した。判定結果を表１に示す。
【００４３】
更に、プレス後の電極の歪量ｃ、第１面の電極合剤層６の厚みａ、第２面の電極合剤層６の厚みｂを光学顕微鏡により測定した。測定結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
2016012513.tif 000003
【００４５】
表１より、実施例１〜３はプレス時における集電体の破断を防止できた。しかし、比較例１〜３はプレス時において集電体の破断が発生した。
【００４６】
実施例１〜３と比較例１との比較より、傾斜部１１により未塗工部８が意図せず曲がってしまうことを抑制することができ、プレス時における集電体の破断が防止できることが分かった。
実施例１と比較例２，３との比較から、傾斜部１１により（ａ−ｂ）／ｃが０より大きく０．２４以下の範囲で、プレス時に破断が防止できることが分かった。比較例２は、第２面側を内周面とする方向へ曲がる量が大きくなりすぎ、未塗工部８がプレス機に巻き込まれて破断に至った。また、比較例３については、ｃの歪量だけ付与されてプレスされたため、未塗工部８の一部がプレス機に巻き込まれる形で曲がり、破断に至った。
【００４７】
本発明に係る電極シートの製造方法によれば、プレス時に電極シートの電極合剤層が厚さ方向へ意図せず曲がることを抑え、プレス時の集電体の破断を抑制することが可能となる。
【符号の説明】
【００４８】
１    捲回型電極体
２    正極シート
３    負極シート
４    セパレータ
５    集電体
６    電極合剤層
７    塗工部
８    未塗工部
９    プレス機
１０  平坦部
１１  傾斜部
【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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