(57)【要約】【課題】  粉体層の幅方向両端部における粉体層と基材との剥離強度を高く維持することができるリチウムイオン電池用電極の製造方法を提供する。【解決手段】  基材１２表面に、リチウムイオン電池用電極の幅に相当する設定幅より広く結着材塗液を塗布する塗布工程と、前記結着材塗液が塗布された前記基材表面に、電極活物質を含む粉体１６を前記設定幅より広く供給する供給工程と、前記基材表面の前記粉体の目付量を制御する制御工程と、一対のプレス用ロール２２Ａ，２２Ｂを用いて前記基材表面の前記粉体をプレスすることにより粉体層２４を形成する形成工程と、前記設定幅の両側の縁部に沿って前記粉体層に切り込みを入れる切込工程と、前記基材表面から前記設定幅外に形成された前記粉体層をエアパージする除去工程とを含む。【選択図】図１
2016115432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材表面に、リチウムイオン電池用電極の幅に相当する設定幅より広く結着材塗液を塗布する塗布工程と、
前記結着材塗液が塗布された前記基材表面に、電極活物質を含む粉体を前記設定幅より広く供給する供給工程と、
前記基材表面の前記粉体の目付量を制御する制御工程と、
一対のプレス用ロールを用いて前記基材表面の前記粉体をプレスすることにより粉体層を形成する形成工程と、
前記設定幅の両側の縁部に沿って前記粉体層に切り込みを入れる切込工程と、
前記基材表面から前記設定幅外に形成された前記粉体層をエアパージする除去工程と、
を含むことを特徴とするリチウムイオン電池用電極の製造方法。
【請求項２】
前記切込工程は、ロータリーカッターを用いて前記粉体層に切り込みを入れることを特徴とする請求項１記載のリチウムイオン電池用電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極活物質等を含む粉体を圧縮成形してリチウムイオン電池用電極を製造するリチウムイオン電池用電極の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
小型で軽量、且つエネルギー密度が高く、繰り返し充放電が可能なリチウムイオン電池は、環境対応からも今後の需要の拡大が見込まれている。リチウムイオン電池は、エネルギー密度が大きいことから、携帯電話やノート型パソコン等の分野で利用されているが、用途の拡大や発展に伴い、低抵抗化、大容量化等、より一層の性能向上が求められている。
【０００３】
リチウムイオン電池用電極は電極シートとして得ることができる。例えば、特許文献１には、基材にバインダーを塗付した後に粉体を散布して基材の表面に粉体層を形成し、基材を一対のプレス用ロール間を通過させて基材の表面に粉体層を連続的に圧縮成形することにより電極シートを得るリチウムイオン二次電池の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−０７８４９７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、上述のリチウムイオン二次電池の製造方法を用いて電極シートを製造する場合、一対のプレス用ロール間に基材を通過させたときに粉体が幅方向外側に流動して粉体層の端部にダレが生じる。このため、粉体層の幅方向両端部がプレス不足となって粉体層と基材との間の密着力が低下し、結果として粉体層の幅方向両端部における粉体層と基材との剥離強度が低下するという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、粉体層の幅方向両端部における粉体層と基材との剥離強度を高く維持することができるリチウムイオン電池用電極の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、鋭意検討の結果、形成された粉体層の幅方向両端部に切り込みを入れて幅方向両端部に形成された粉体層を除去することにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明によれば、
（１）基材表面に、リチウムイオン電池用電極の幅に相当する設定幅より広く結着材塗液を塗布する塗布工程と、前記結着材塗液が塗布された前記基材表面に、電極活物質を含む粉体を前記設定幅より広く供給する供給工程と、前記基材表面の前記粉体の目付量を制御する制御工程と、一対のプレス用ロールを用いて前記基材表面の前記粉体をプレスすることにより粉体層を形成する形成工程と、前記設定幅の両側の縁部に沿って前記粉体層に切り込みを入れる切込工程と、前記基材表面から前記設定幅外に形成された前記粉体層をエアパージする除去工程と、を含むことを特徴とするリチウムイオン電池用電極の製造方法、
（２）前記切込工程は、ロータリーカッターを用いて前記粉体層に切り込みを入れることを特徴とする（１）記載のリチウムイオン電池用電極の製造方法、
が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、粉体層の幅方向両端部における粉体層と基材との剥離強度を高く維持することができるリチウムイオン電池用電極の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る粉体成形装置の概略を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るロータリーカッター及びエアパージ装置の構成及び動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係るリチウムイオン電池用電極の製造方法について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るリチウムイオン電池用電極の製造に用いる粉体成形装置２の概略を示す図である。
【００１２】
粉体成形装置２は、図１に示すように、粉体１６を収容するホッパー１８、ホッパー１８から基材１２の表面に供給される粉体１６の目付量を制御するスキージ部材２０、基材１２の表面に供給される粉体１６をプレスする一対のプレス用ロール２２Ａ，２２Ｂ、形成された粉体層２４の幅方向両端部に切り込みを入れる一対のロータリーカッター４Ａ，４Ｂ（図２参照）、幅方向両端部に形成された粉体層２４に向けて空気を噴出する一対のエアパージ装置６Ａ，６Ｂ（図２参照）を備えている。
【００１３】
スキージ部材２０は、円柱形状を有し、ホッパー１８の下流側かつ一対のプレス用ロール２２Ａ，２２Ｂの上流側に配置されている。スキージ部材２０の回転軸は、一対のプレス用ロール２２Ａ，２２Ｂの回転軸と平行である。
【００１４】
一対のロータリーカッター４Ａ，４Ｂは円板形状を有し、円板の縁部には粉体層２４に切り込みを入れるための刃が形成されており、円板の中心を回転軸として回転可能に構成されている。図２は、一対のロータリーカッター４Ａ，４Ｂ及び一対のエアパージ装置６Ａ，６Ｂの構成及び動作を説明するための図である。一対のロータリーカッター４Ａ，４Ｂは、一対のプレス用ロール２２Ａ，２２Ｂの下流側であって、図２に示すように粉体層２４の幅方向両端部にそれぞれ配置されている。ロータリーカッター４Ａは、リチウムイオン電池用電極の幅に相当する設定幅Ｄの一端側（図２では左端側）の縁部に沿って粉体層２４に切り込み８Ａを入れる。ロータリーカッター４Ｂは、設定幅Ｄの他端側（図２では右端側）の縁部に沿って粉体層２４に切り込み８Ｂを入れる。なお、一対のロータリーカッター４Ａ，４Ｂは、基材１２に切り込みを入れず、粉体層２４のみに切り込み８Ａ，８Ｂを入れる。
【００１５】
一対のエアパージ装置６Ａ，６Ｂは、一対のロータリーカッター４Ａ，４Ｂの下流側であって、図２に示すように粉体層２４の幅方向両端部にそれぞれ配置されている。エアパージ装置６Ａは、設定幅Ｄより一方の外側（図２では左外側）、即ち切り込み８Ａより外側に形成された粉体層２４に対してノズル６ａから圧縮された空気を噴き付ける。切り込み８Ａより外側に形成された粉体層２４は、図２に示すように、エアパージ装置６Ａにより基板１２からエアパージされる。エアパージ装置６Ｂは、設定幅Ｄより他方の外側（図２では右外側）、即ち切り込み８Ｂより外側に形成された粉体層２４に対してノズル（図示せず）から圧縮された空気を噴き付ける。切り込み８Ｂより外側に形成された粉体層２４は、図２に示すように、エアパージ装置６Ｂにより基板１２からエアパージされる。
【００１６】
なお、設定幅Ｄ内に形成されている粉体層２４は、設定幅Ｄ外に形成されていた粉体層２４より目付量も大きく、基材１２への剥離強度も大きいため、設定幅Ｄ外の粉体層２４がエアパージされることはない。一方、設定幅Ｄ外に形成される粉体層２４は、設定幅Ｄ内に形成されている粉体層２４より目付量が小さく、基材１２への剥離強度も小さいため、容易にエアパージされる。
【００１７】
この粉体成形装置２を用いてリチウムイオン電池用電極としての電極シートを製造する場合には、まず、図示しない結着材塗液塗付装置により基材１２の表面に結着材塗液を設定幅Ｄより広く塗付する。具体的には、設定幅Ｄの両側の縁部から0.1ｍｍ〜5ｍｍ程度外側まで塗付する。次に、結着材塗液が塗付された基材１２の表面にホッパー１８から粉体１６を設定幅Ｄより広く、即ち結着材塗液が塗付された領域に供給する。そして、スキージ部材２０により基材１２の表面に供給された粉体１６の目付量が制御され、粉体１６は一対のプレス用ロール２２Ａ，２２Ｂの間を通過することによりプレスされ、粉体層２４が形成される。そして、粉体層２４には、図２に示すように、一対のロータリーカッター４Ａ，４Ｂにより設定幅Ｄの両側の縁部に沿って切り込み８Ａ，８Ｂが入れられる。設定幅Ｄより外側、即ち切り込み８Ａ，８Ｂの外側に形成された粉体層２４は、図２に示すように、エアパージ装置６Ａ，６Ｂにより基板１２からエアパージされる。これにより、基材１２の表面に粉体層２４が圧縮成形された電極シートが製造される。
【００１８】
この実施の形態に係るリチウムイオン電池用電極の製造方法によれば、まず製造すべき電極シートの幅に相当する設定幅Ｄより幅広の粉体層２４を作製し、設定幅Ｄの両側の縁部に沿って粉体層２４に切り込みを入れ、切り込みより幅方向外側の粉体層２４をエアパージする。即ち、粉体層２４の幅方向中央部に比して粉体１６の目付量が小さく、粉体１６の基材１２への剥離強度が小さくなる幅方向両端部に形成された粉体層２４を除去するため、設定幅Ｄ内の粉体層２４と基材１２との剥離強度を高く維持することができ、設定幅Ｄ内に形成される粉体層２４が基材１２の表面から剥離するのを抑制することができる。また、切り込み８Ａ，８Ｂより幅方向外側の粉体層２４がエアパージされるため、設定幅Ｄ内の粉体層２４の両端部の縁が切り込みにより凹凸のない平滑なものとなり、粉体層２４の縁部の精度を向上させることができる。
【００１９】
なお、この実施の形態において、一対のロータリーカッター４Ａ，４Ｂにより粉体層２４に切り込み８Ａ，８Ｂを入れた後に、一対のエアパージ装置６Ａ，６Ｂにより設定幅Ｄ外の粉体層２４をエアパージしているが、一対のロータリーカッター４Ａ，４Ｂにより粉体層２４に切り込み８Ａ，８Ｂを入れながら一対のエアパージ装置６Ａ，６Ｂにより設定幅Ｄ外の粉体層２４をエアパージしてもよい。この場合には、ロータリーカッター４Ａ，４Ｂが設定幅Ｄ内の粉体層２４に空気を噴き付けないための防壁となる。
【００２０】
なお、この実施の形態において、基材１２としては、薄いフィルム状の基材であればよく、通常、厚さ１μｍ〜１０００μｍ、好ましくは５μｍ〜８００μｍである。基材１２としては、アルミニウム、白金、ニッケル、タンタル、チタン、ステンレス鋼、銅、その他の合金などの金属箔または炭素、導電性高分子、紙、天然繊維、高分子繊維、布帛、高分子樹脂フィルムなどが挙げられ、目的に応じて適宜選択することができる。高分子樹脂フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレート等のポリエステル樹脂フィルム、ポリイミド、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリ塩化ビニル、アラミドフィルム、ＰＥＮ、ＰＥＥＫ等を含んで構成されるプラスチックフィルム、シート等が挙げられる。
【００２１】
これらの中でも、リチウムイオン電池電極用の電極シートを製造する場合には、基材１２として、金属箔または炭素フィルム、導電性高分子フィルムを用いることができ、好適には金属が用いられる。これらの中で導電性、耐電圧性の面から銅、アルミニウムまたはアルミニウム合金を使用することが好ましい。また、基材１２の表面には塗膜処理、穴あけ加工、バフ加工、サンドブラスト加工及び／又はエッチング加工等の処理が施されていても良い。
【００２２】
結着材塗液は、ＳＢＲ水分散液であり、ＳＢＲの濃度は、１０．０〜４０ｗｔ％である。ＳＢＲのガラス転移温度は、−５０℃〜３０℃の範囲内である。結着材塗液には、塗液の粘度やぬれ性を調整するために、増粘剤や界面活性剤が含まれていてもよい。増粘剤や界面活性剤としては、公知のものを使用することができる。また、結着材として、ＳＢＲ以外にも、水系のポリアクリル酸（ＰＡＡ）や、有機溶媒系のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などを用いてもよい。
【００２３】
ホッパー１８に収容される粉体１６としては、電極活物質を含む複合粒子が挙げられる。複合粒子は、電極活物質及び結着材を含み、必要に応じてその他の分散剤、導電材および添加剤を含んでもよい。
【００２４】
複合粒子をリチウムイオン電池の電極材料として用いる場合、正極用活物質としては、リチウムイオンを可逆的にドープ・脱ドープ可能な金属酸化物が挙げられる。かかる金属酸化物としては、例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、燐酸鉄リチウム等を挙げることができる。なお、上記にて例示した正極活物質は適宜用途に応じて単独で使用してもよく、複数種混合して使用してもよい。
【００２５】
なお、リチウムイオン電池用正極の対極としての負極の活物質としては、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素、熱分解炭素などの低結晶性炭素（非晶質炭素）、グラファイト（天然黒鉛、人造黒鉛）、錫やケイ素等の合金系材料、ケイ素酸化物、錫酸化物、チタン酸リチウム等の酸化物、等が挙げられる。なお、上記に例示した電極活物質は適宜用途に応じて単独で使用してもよく、複数種混合して使用してもよい。
【００２６】
リチウムイオン電池電極用の電極活物質の形状は、粒状に整粒されたものが好ましい。粒子の形状が球形であると、電極成形時により高密度な電極が形成できる。
【００２７】
リチウムイオン電池電極用の電極活物質の体積平均粒子径は、正極、負極ともに通常０．１〜１００μｍ、好ましくは０．５〜５０μｍ、より好ましくは０．８〜３０μｍである。
【００２８】
複合粒子に用いられる結着材としては、前記電極活物質を相互に結着させることができる化合物であれば特に制限はない。好適な結着材は、溶媒に分散する性質のある分散型結着材である。分散型結着材として、例えば、シリコン系重合体、フッ素含有重合体、共役ジエン系重合体、アクリレート系重合体、ポリイミド、ポリアミド、ポリウレタン等の高分子化合物が挙げられ、好ましくはフッ素系含有重合体、共役系ジエン重合体およびアクリレート系重合体、より好ましくは共役ジエン系重合体およびアクリレート系重合体が挙げられる。
【００２９】
分散型結着材の形状は、特に制限はないが、粒子状であることが好ましい。粒子状であることにより、結着性が良く、また、作製した電極の容量の低下や充放電の繰り返しによる劣化を抑えることができる。粒子状の結着材としては、例えば、ラテックスのごとき結着材の粒子が水に分散した状態のものや、このような分散液を乾燥して得られる粒子状のものが挙げられる。
【００３０】
結着材の量は、得られる電極活物質層と基材との密着性が充分に確保でき、かつ、内部抵抗を低くすることができる観点から、電極活物質１００重量部に対して、乾燥重量基準で通常は０．１〜５０重量部、好ましくは０．５〜２０重量部、より好ましくは１〜１５重量部である。
【００３１】
複合粒子には、前述のように必要に応じて分散剤を用いてもよい。分散剤の具体例としては、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロースなどのセルロース系ポリマー、ならびにこれらのアンモニウム塩またはアルカリ金属塩などが挙げられる。これらの分散剤は、それぞれ単独でまたは２種以上を組み合わせて使用できる。
【００３２】
複合粒子には、前述のように必要に応じて導電材を用いてもよい。導電材の具体例としては、ファーネスブラック、アセチレンブラック、及びケッチェンブラック（アクゾノーベル  ケミカルズ  ベスローテン  フェンノートシャップ社の登録商標）などの導電性カーボンブラックが挙げられる。これらの中でも、アセチレンブラックおよびケッチェンブラックが好ましい。これらの導電材は、単独でまたは二種類以上を組み合わせて用いることができる。
【００３３】
複合粒子は、電極活物質、結着材および必要に応じ添加される前記導電材等他の成分を用いて造粒することにより得られ、少なくとも電極活物質、結着材を含んでなるが、前記のそれぞれが個別に独立した粒子として存在するのではなく、構成成分である電極活物質、結着材を含む２成分以上によって一粒子を形成するものである。具体的には、前記２成分以上の個々の粒子の複数個が結合して二次粒子を形成しており、複数個（好ましくは数個〜数十個）の電極活物質が、結着材によって結着されて粒子を形成しているものが好ましい。
【００３４】
複合粒子の製造方法は特に制限されず、流動層造粒法、噴霧乾燥造粒法、転動層造粒法などの公知の造粒法により製造することができる。
【００３５】
複合粒子の体積平均粒子径は、所望の厚みの電極活物質層を容易に得る観点から、通常０．１〜１０００μｍ、好ましくは１〜５００μｍ、より好ましくは３０〜２５０μｍの範囲である。
【００３６】
なお、複合粒子の平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置（たとえば、ＳＡＬＤ−３１００；島津製作所製）にて測定し、算出される体積平均粒子径である。
【符号の説明】
【００３７】
２…粉体成形装置、４Ａ，４Ｂ…ロータリーカッター，６Ａ，６Ｂ…エアパージ装置、１２…基材、１６…粉体、１８…ホッパー、２０…スキージ部材、２２Ａ，２２Ｂ…プレス用ロール、２４…粉体層。
【図１】
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【図２】
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