(57)【要約】【課題】合材が未塗工である電極シートの長手方向と直交する幅方向の両側縁にシワが発生することを抑制することが可能な二次電池の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】固形分濃度が８０パーセント以上の合材１５ｃを長手方向と直交する幅方向の両側縁を除いて塗工した電極シート１５について、凹凸ロール１４により合材１５ｃが未塗工である両側縁１５ｂを延伸させた状態で加熱しつつ搬送する延伸工程１０と、延伸工程１０により合材１５ｃが未塗工である両側縁１５ｂが延伸された電極シート１５をプレスするプレス工程１７と、を含むことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固形分濃度が８０パーセント以上の合材を長手方向と直交する幅方向の両側縁を除いて塗工した電極シートについて、凹凸ロールにより前記合材が未塗工である前記両側縁を延伸させた状態で加熱しつつ搬送する延伸工程と、
前記延伸工程により前記合材が未塗工である前記両側縁が延伸された電極シートをプレスするプレス工程と、を含む二次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、二次電池の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護、省エネルギーの観点から、エンジンとモータを動力源として併用したハイブリッド自動車やモータを動力源とした電気自動車が開発、製品化されている。このハイブリッド自動車や電気自動車のエネルギー源として、電気を繰り返し充電放電可能な二次電池は必須の技術である。
一般的にこの二次電池としては、リチウム二次電池、ニッケル二次電池などの二次電池が用いられるが、なかでも、リチウム二次電池は、その動作電圧が高く、高い出力を得やすいので有力な電池であり、ハイブリッド自動車や電気自動車の電源としてますます重要性が増してきている電池である。
【０００３】
ところで、リチウム二次電池は、従来、次のようにして製造されていた。即ち、まず、長尺状をなす金属箔の両面に、活物質ペーストを塗工する。その際、金属箔の両端縁には活物質ペーストを塗工しないで、端縁活物質未塗工部とする。次に、活物質が塗工された金属箔（以下、活物質塗工シートとも言う。）を加圧ロール間に通し、金属箔の表面に活物質を圧着させて長尺状シート電極を形成する。その後、この長尺状シート電極を所定形状に裁断する。こうして所定形状のシート電極を得る。
【０００４】
しかしながら、活物質塗工シートを加圧ロール間に通したとき、活物質塗工部の厚みは端縁活物質未塗工部の厚みよりも厚いため、活物質塗工部は、ロールプレスによる加圧で伸び率や変形量が大きいのに対し、端縁活物質未塗工部は、そのような伸び率や変形量がほとんどない。その結果、長尺状シート電極に不均一な歪みや湾曲が生じた。また、場合によっては、活物質未塗工部が波打ったような形に変形、つまりシワが発生することもあった。こうなると、長尺状シート電極を所定形状に裁断したとき、シート電極が湾曲するなど変形し、このため、電池を製造する際、シート電極をうまく捲回できないなどの問題が生じた。
このような問題を解決するために、下記の特許文献１には、帯状の活物質塗工部と帯状の活物質未塗工部を有する活物質塗工シートを、加圧ロール間に通して厚さ方向に加圧して長尺状シート電極を形成するロールプレス成形工程と、長尺状シート電極のうち、主として活物質未塗工部を加熱しながら、長尺状シート電極に長手方向の張力を掛けて、長尺状シート電極に存在する不均一な歪み分布を緩和させるシート歪み緩和工程と、を含むシート電極の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−０９３２３６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、この特許文献１に記載されたシート電極の製造方法においては、ロールプレス成形工程において生じた歪みを緩和、つまりシート電極に残った残留応力を緩和させることができるものの、ロールプレス成形工程において一度帯状の活物質未塗工部に生じたシワは、ロールプレス成形工程後に熱で伸ばしても完全に消すことはできなかった。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、合材が未塗工である電極シートの長手方向と直交する幅方向の両側縁にシワが発生することを抑制することが可能な二次電池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】
上記の問題点を解決するために、本発明の二次電池の製造方法は、次の構成を有している。
（１）固形分濃度が８０パーセント以上の合材を長手方向と直交する幅方向の両側縁を除いて塗工した電極シートについて、凹凸ロールにより前記合材が未塗工である前記両側縁を延伸させた状態で加熱しつつ搬送する延伸工程と、
前記延伸工程により前記合材が未塗工である前記両側縁が延伸された電極シートをプレスするプレス工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成を有する本発明の二次電池の製造方法の作用・効果について説明する。
（１）プレス工程の前に、固形分濃度が８０パーセント以上の合材を長手方向と直交する幅方向の両側縁を除いて塗工した電極シートについて、凹凸ロールにより合材が未塗工である両側縁を延伸させた状態で加熱しつつ搬送する延伸工程を備えるので、延伸工程に続くプレス工程において合材が未塗工である電極シートの長手方向と直交する幅方向の両側縁にシワが発生することを抑制することが可能であるなど優れた作用効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の二次電池の製造方法を実施する延伸工程およびプレス工程を概略的に示す図である。
【図２】延伸工程において用いられる加熱搬送炉の凹凸ロールを示す図である。
【図３】加熱搬送炉内の凹凸ロール付近を示す図である。
【図４】実験例１の実験結果を示す図である。
【図５】実験例１において、実験後の電極シートの状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施形態１）
以下、本発明に係る二次電池の製造方法について、実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態において、図は、適宜簡略化或いは変形誇張されて描画されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも実施例と同一ではない。
【００１２】
図１は、本発明の二次電池の製造方法を実施する延伸工程およびプレス工程を概略的に示す図である。
図１において、本実施形態１の延伸工程１０では、加熱搬送炉１１が用いられる。
前記加熱搬送炉１１の搬入口付近には、第１ロール１２が、搬出口付近には第２ロール１３がそれぞれ配置されている。また、前記加熱搬送炉１１内には、４個の凹凸ロール１４が上下及び左右に間隔をおいて配置されている。したがって、前記加熱搬送炉１１の搬入口から搬入された電極シート１５は、第１ロール１２に案内された後、図１に示すように、４個の凹凸ロール１４間をジグザグに屈曲させられて前記加熱搬送炉１１の上側から下側に案内された後、第２ロール１３に案内されて搬出口から排出され、次のプレス工程１７へと導かれる。
前記電極シート１５は、前記加熱搬送炉１１内ではその搬送方向に所定の張力が掛けられる。
【００１３】
前記加熱搬送炉１１内には、前記第１ロール１２および前記４個の凹凸ロール１４に対応して５個の送風口１６がそれぞれ配置されており、また、各送風口１６は、後述の電極シート１５の両側縁１５ｂを含む幅方向（電極シート１５の長手方向とは直交する方向）全般を加熱するように設置されている。したがって、前記第１ロール１２および前記４個の凹凸ロール１４に支持された前記電極シート１５の両側縁１５ｂは、前記加熱搬送炉１１内を搬送されながら５個の送風口１６から吹き出す熱風により加熱される。なお、送風口１６から吹き出す熱風の温度は、適宜変更することができるが、１６０℃から２６０℃とするのが好ましい。
なお、本実施形態においては、前記電極シート１５が４個の凹凸ロール１４間をジグザグに屈曲させられて前記加熱搬送炉１１の上側から下側に案内されるように構成されているため、熱は加熱搬送炉１１内の上方に移動しやすいことから初期乾燥の熱効率が上がり、その結果、電極シート１５の搬送路長を短くすることが可能で、結果的に加熱搬送炉１１をコンパクトにすることが可能である。
【００１４】
図３は、加熱搬送炉内の凹凸ロール付近を示す図である。
図３において、長尺状の電極シート１５は、長尺状金属箔１５ａと、前記長尺状金属箔１５ａの両表面に、長手方向とは直交する幅方向の両側縁１５ｂを残して塗工された合材１５ｃとから構成されている。
前記長尺状金属箔１５ａは、特に限定されるものではないが、正極シート電極に利用されるものとしては、例えば、アルミニウム箔、ステンレス箔、ニッケル箔、チタン箔や、これらの合金などが挙げられる。また、負極シート電極に利用されるものとしては、例えば、銅箔、ステンレス箔、ニッケル箔、チタン箔や、これらの合金などが挙げられる。また、長尺状金属箔の大きさも、特に限定されるものではないが、一般的には、幅が約５０ｍｍ〜約７００ｍｍ、厚みが約１０μｍ〜約３０μｍのものを利用する。
【００１５】
前記合材１５ｃは、正極活物質あるいは負極活物質に、例えば、導電剤、導電助剤やバインダー、分散剤、フィラー、イオン導電剤、圧力増強剤、各種添加剤などを溶媒に適宜混合して作ればよい。
なお、前記合材１５ｃは、固形分濃度が８０パーセント以上のものが好ましい。固形分濃度が８０パーセント以上の前記合材１５ｃの場合、前記電極シート１５が前記加熱搬送炉１１内をほぼ垂直に搬送される場合においても、前記合材１５ｃが前記長尺状金属箔１５ａから垂れて合材１５ｃの塗工ムラが発生することがない。また、前記加熱搬送炉１１内で急速乾燥する場合においても、前記合材１５ｃのバインダーがマイグレーションを起こして密着強度の低下や抵抗の増加を引き起こすことがない。
正極活物質としては、例えば、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルトニッケル複合酸化物、リチウムコバルトバナジウム複合酸化物、リチウムコバルト鉄複合酸化物、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物、リチウムマンガンニッケル複合酸化物、リチウムマンガンバナジウム複合酸化物、リチウムマンガン鉄複合酸化物などが挙げられる。
負極活物質としては、例えば、黒鉛、コークス、有機ポリマー焼成物、メゾフェースピッチ焼成物、金属酸化物、金属カルコゲナイド、リチウム含有遷移金属酸化物、カルコゲナイドなどが挙げられる。
【００１６】
前記長尺状金属箔１５ａに塗布する合材１５ｃの厚みは、適宜変更することができるが、一般的には、片面あたり約３０μｍ〜約４００μｍとするのが好ましい。また、前記合材１５ｃの塗工部の幅や合材１５ｃの未塗工部の幅も、適宜変更することができるが、一般的には、合材１５ｃの塗工部の幅は約４０ｍｍ〜約３５０ｍｍ、合材１５ｃの未塗工部の幅は約１０ｍｍ〜約２０ｍｍとするのが好ましい。
【００１７】
図２は、延伸工程において用いられる加熱搬送炉の凹凸ロールを示す図である。
図２において、前記凹凸ロール１４は、小径部１４ａと、その小径部の両端に位置する大径部１４ｂとから構成される。図３に示すように、前記小径部１４ａの幅は、前記電極シート１５の合材１５ｃの塗工部の幅よりやや広いのが好ましく、また、前記大径部１４ｂの幅は、合材１５ｃの未塗工部の幅、つまり、前記電極シート１５の側縁１５ｂより広いのが好ましい。また、前記小径部１４ａと前記大径部１４ｂとの段差（前記小径部１４ａの半径と前記大径部１４ｂの半径との差）は、前記合材１５ｃの片面あたりの塗工部の厚みより十分に厚くするのが好ましい。
【００１８】
図１に戻り、前記延伸工程１０の後方には、プレス工程１７が配置されている。前記プレス工程１７では、前記延伸工程１０から搬出された電極シート１５の合材１５ｃの塗工部にプレスロール１８を用いてプレスが掛けられる。
前記プレス工程１７におけるプレスロール１８のプレス力やプレス速度は、適宜変更することができるが、一般的には、プレス力を１００ｋｇ／ｃｍ〜３０００ｋｇ／ｃｍとし、プレス速度を約３ｍ／ｍｉｎ〜約１００ｍ／ｍｉｎとするのが好ましい。また、プレス工程１７は室温で行う他、プレスロール１８を加熱して行うこともできる。プレスロール１８を加熱する場合には、一般的には、プレスロール１８の温度を約５０℃〜約１５０℃とするのが好ましい。また、プレス工程１７後における合材１５ｃ塗工部の総厚みは、適宜変更することができるが、一般的には、約２５μｍ〜約３００μｍとするのが好ましい。
【００１９】
以上のように構成されたものにおいて、延伸工程１０において、長手方向とは直交する幅方向の両側縁１５ｂを残して合材１５ｃが塗工された電極シート１５は、加熱搬送炉１１内にその搬入口から搬入された後、第１ロール１２、４個の凹凸ロール１４および第２ロール１３に案内されて搬出口から加熱搬送炉１１外に排出され、また、加熱搬送炉１１内を移動する電極シート１５の両側縁１５ｂを含む幅方向全般は、５個の送風口１６から吹き出す熱風により加熱されるとともに、塗工された合材１５ｃの乾燥も行われる。
その際、電極シート１５の長尺方向、つまり搬送方向には、適当な張力が掛けられる。そのため、電極シート１５は、長手方向とは直交する幅方向の両側縁１５ｂ（合材１５ｃの未塗工部）が４個の凹凸ロール１４の大径部１４ｂによって支持されているのみであるので、電極シート１５の両側縁１５ｂ（合材１５ｃの未塗工部）が延伸される。
なお、張力の値は、特に限定されるものではないが、一般的には、６０Ｎから８０Ｎが好ましく、６０Ｎ以下では、前記電極シート１５の両側縁１５ｂがほとんど伸びず、８０Ｎ以上では、前記電極シート１５の両側縁１５ｂが伸び過ぎて波打ったり破断する恐れがある。
【００２０】
その後、プレス工程１７において、プレスロール１８により、電極シート１５の合材１５ｃの塗工部にプレスが掛けられる。この際、電極シート１５の合材１５ｃの塗工部には、プレス線圧により伸びが発生し、また電極シート１５の合材１５ｃの未塗工部、つまり両側縁１５ｂは伸びが発生しないが、この際の電極シート１５の合材１５ｃの塗工部の伸びは、電極シート１５の合材１５ｃの未塗工部に、前工程である延伸工程１０においてあらかじめされた伸びとほぼ等しいため、プレス工程１７において、電極シート１５が湾曲したり、電極シート１５の合材１５ｃの塗工部と未塗工部との境の部分の未塗工部（電極シート１５の両側縁１５ｂ）にシワが発生することを抑制することができる。
したがって、電池を製造する際、電極シート１５をうまく捲回できないなどの問題が発生することもない。
【００２１】
（実験例１）
（１）三元系正極活物質、導電助剤としてＡＢ、バインダーとしてＰＶｄＦ、溶剤としてＮ−メチル−２−ピロリドンなどを固形分濃度が８０パーセントとなるように所定の比率で混合して合材１５ｃを作製し、その合材１５ｃを、塗工後（乾燥前）の片面合材膜圧が１００μｍとなるように長尺状金属箔１５ａに塗工し、正極用の電極シート１５を作製した。
（２）凹凸ロール１４の段差は、３００μｍに設定した。
（３）加熱搬送炉１１の送風口１６から吹き出される熱風温度を１８０℃、２００℃、２２０℃、２４０℃で試験。
（４）電極シート１５に掛ける張力を、４０Ｎ、６０Ｎ、８０Ｎ、１００Ｎで試験。
（５）凹凸ロール１４の抱き角を、９０度、１３５度、１８０度で試験。
上記（３）から（５）の条件を振った試験後に、プレスロール１８により所定の膜厚まで電極シート１５にプレスを実施し、その後の電極シート１５を評価した。
【００２２】
評価は、図５の（ａ）に示すように、電極シート１５が湾曲せずに、電極シート１５の合材１５ｃの塗工部と未塗工部との境の部分の未塗工部にシワがない場合には、「○」
（ｂ）に示すように、電極シート１５の湾曲、シワの程度が小の場合には、「△」
（ｃ）に示すように、電極シート１５の湾曲、シワの程度が大の場合には、「×」
として評価した。
評価結果を図４に示すように、凹凸ロール１４の抱き角が１３５度および１８０度、熱風温度が２００℃および２２０℃、電極シート１５に掛ける張力が６０Ｎおよび８０Ｎの各条件で、良好に結果が得られた。
【００２３】
なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、その他一々例示はしないが、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々変更、改良を加えた態様で実施することができる。例えば、上述した実施例においては、加熱搬送炉１１に凹凸ロール１４を４個設置したが、凹凸ロール１４は、４個以上であってもよいし、４個以下であってもよい。また、奇数個設置するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００２４】
１０・・・延伸工程
１１・・・加熱搬送炉
１４・・・凹凸ロール
１５・・・電極シート
１５ａ・・長尺状金属箔
１５ｃ・・合材
１７・・・プレス工程
１８・・・プレスロール
【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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