(57)【要約】【課題】微小径の造粒体を形成し、成膜性を向上させることができるリチウムイオン電池の製造方法を提供すること。【解決手段】攪拌機１０の混合部１３で材料粉体１を攪拌し、造粒体２を形成する造粒工程と、前記造粒工程で得られた造粒体２を溶媒と混練して電極合材ペーストを形成する混練工程と、前記混練工程で形成された前記電極合材ペーストを塗工する塗工工程とを有するリチウムイオン電池の製造方法において、前記造粒工程が、水分を含んだ気体を前記混合部１３に含有させる、又は、前記混合部１３を冷却させる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
攪拌機の混合部で材料粉体を攪拌し、造粒体を形成する造粒工程と、
前記造粒工程で得られた造粒体を溶媒と混練して電極合材ペーストを形成する混練工程と、
前記混練工程で形成された前記電極合材ペーストを塗工する塗工工程とを有するリチウムイオン電池の製造方法において、
前記造粒工程が、水分を含んだ気体を前記混合部に含有させる、または、前記混合部を冷却させること
を特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池は、通常、正負の電極板をセパレータと共に巻回したものをケースに収納して構成されるものである。その電極板は、集電箔に活物質層をコーティングしたものである。よって、電極板は、集電箔となる金属箔に、活物質成分を含むペーストをコーティングして乾燥させることにより製造される。そのペーストは、攪拌機の混合部に活物質や分散剤等の２種以上の材料粉体を投入して攪拌混合し、造粒体を形成する造粒工程と、その造粒体を溶媒と混練する混練工程とを得て、製造される。
【０００３】
材料粉体を攪拌して造粒体を形成する方法は、例えば特許文献１〜特許文献３に記載されている。
特許文献１には、円筒形ケーシングに材料粉体を投入した後、ケーシングに内設された複数の回転翼で材料粉体を攪拌することにより、造粒体を形成することが記載されている。
特許文献２には、攪拌機の容器内に材料粉体と液状の溶媒とを投入して攪拌することにより、造粒体を形成することが記載されている。
特許文献３には、ミキサー容器内に材料粉体を投入し、液体を序々に添加しながら材料粉体と液体とを混合させ、造粒体を形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１６９６９９号公報
【特許文献２】特開２０１５−０３２５５４号公報
【特許文献３】特開２００７−２２２８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記した従来技術には、以下の問題があった。
特許文献１記載の方法でリチウムイオン電池の製造に用いる造粒体を製造する場合、例えば、材料粉体としての活物質と分散剤に加え、溶媒をケーシングに投入した後、これらを回転翼で攪拌する。攪拌は、溶媒を活物質に均一に分散させ、活物質が均一に湿潤するまで行う（以下、攪拌を開始してから、活物質が均一に湿潤するまでの時間を、「造粒時間」という。）。なぜなら、湿潤が不十分な造粒体は、混練工程時に活物質に割れや欠けが生じ、活物質が割れや欠けを生じた部分を活性化させて電池特性を悪化させる恐れがあるからである。特許文献１記載の方法では、攪拌前に材料粉体の一部に溶媒をまとめて供給するため、材料粉体間の湿潤度に大きな差がある状態で攪拌を行う。そのため、溶媒を活物質に均一に分散させて活物質を均一に湿潤させるのに時間がかかっていた。すなわち、造粒時間が長かった。リチウムイオン電池の製造分野では、良好な成膜性を得るために、平均粒径１５μｍ以下の微小径な造粒体を形成することが望まれている。造粒体は、造粒時間が長くなるほど大きく成長する。よって、特許文献１記載の方法では、上述したように造粒時間が長いため、例えば活物質の表面に分散剤がたくさん付着するなどして造粒体の粒成長が進み、成膜性を悪化させる恐れがあった。
【０００６】
また、特許文献２記載の方法も、攪拌機の容器内に材料粉体（例えば活物質と分散剤等）と溶媒を投入して攪拌するため、特許文献１と同様の問題が生じていた。
【０００７】
また、特許文献３記載の方法によれば、例えば、材料粉体（例えば活物質と分散剤等）をミキサー容器に投入し、ミキサー容器内に溶媒を徐々に添加しながら造粒体を形成する。しかし、この方法も、溶媒が材料粉体の上面だけに投入され、各材料粉体に溶媒を均一に供給できない。そのため、材料粉体の上面の湿潤度とミキサー容器底面の湿潤度とに勾配ができ、添加した溶媒を材料粉体に均一に分散させるのに、時間がかかっていた。特許文献３記載の方法も、造粒時間が長くなるので、造粒体の粒成長が進行しやすく、平均粒径１５μｍ以下の微小径な造粒体を形成するのが困難であった。
【０００８】
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、微小径の造粒体を形成し、成膜性を向上させることができるリチウムイオン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】
【０００９】
本発明の一態様は、攪拌機の混合部で材料粉体を攪拌し、造粒体を形成する造粒工程と、前記造粒工程で得られた造粒体を溶媒と混練して電極合材ペーストを形成する混練工程と、前記混練工程で形成された前記電極合材ペーストを塗工する塗工工程とを有するリチウムイオン電池の製造方法において、前記造粒工程が、水分を含んだ気体を前記混合部に含有させる、または、前記混合部を冷却させることを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法である。
【００１０】
上記構成では、造粒工程は、水分を含んだ気体を混合部に含有させる、または、混合部を冷却させることで、混合部の空気中に細かい水分を分散させている。材料粉体は、液体が混合部に添加されないので、水分を含まない状態で攪拌され、配置転換される。このとき、配置転換される材料粉体の隙間に、混合部の空気が細かい水分と共に入り込む。材料粉体は、隙間に入り込んできた空気に含まれる水分が表面に吸着し、その水分を吸収することで、湿潤する。混合部には細かい水分が分散しているので、材料粉体は、攪拌されることにより、絶えず水分をたくさん含んだ空気と接触し、水分を次々に吸着・吸収して、湿潤度を上昇させていく。各材料粉体は、それぞれ、水分を含まない状態（湿潤勾配がない状態）から攪拌され始め、攪拌中に混合部の空気に満遍なく接触して水分を吸着・吸収するので、湿潤度が均一に上昇する。そのため、混合部に供給された材料粉体は、短時間で十分な湿潤度に均一に湿潤して造粒体となる。このように、上記構成では、水分を含んだ気体を混合部に含有させる、又は、混合部を冷却させることで、攪拌時に水分を含む空気を各材料粉体に満遍なく供給して水分を各材料粉体に吸着・吸収させるので、各材料粉体が短時間で十分に湿潤し、均一に湿潤した造粒体を形成できる。よって、上記構成によれば、材料粉体の攪拌時に湿潤勾配が生じにくく、溶媒を添加する場合より造粒時間を短くできる。造粒時間が短くなるので、造粒体は粒成長を抑制され、微小径の造粒体が形成される。微小径の造粒体は、電極合材ペーストに均一に分散するので、電極合材ペーストを塗工する際の成膜性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
従って、本発明によれば、微小径の造粒体を形成し、成膜性を向上させることができるリチウムイオン電池の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るリチウムイオン電池の製造方法に用いられる攪拌機の概略構成図である。
【図２】図１の攪拌翼の配置を説明する図である。
【図３】実施例と比較例の造粒体平均粒径を測定した結果を示すグラフである。
【図４】実施例と比較例の固形分率を調べた結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係るリチウムイオン電池の製造方法の実施形態について図面に基づいて説明する。
【００１４】
本実施形態のリチウムイオン電池の製造方法は、「造粒工程」、「混練工程」、「塗工工程」を経て、リチウムイオン電池を製造する。このうち、「混練工程」と「塗工工程」は、従来と特段に変わるところはない。本実施形態の特徴は、「造粒工程」にある。そこで、以下の説明では「造粒工程」を中心に説明する。
【００１５】
＜攪拌機の概略構成＞
まず、造粒工程に使用する攪拌機１０の概略構成を説明する。図１に、攪拌機１０の概略構成図を示す。図２に、図１の攪拌翼１６ａ，１６ｂの配置を説明する図を示す。
図１に示すように、攪拌機１０は、混合容器１１の開口部を蓋部材１２で気密に塞ぐことにより、混合部１３が形成されている。蓋部材１２には、モータ１４が取り付けられ、モータ軸１５が混合部１３内に突き出している。混合容器１１の底面には、モータ軸１５の先端部を支持する軸受１１ａが設けられている。図１及び図２に示すように、モータ軸１５には、攪拌翼１６ａ，１６ｂが一体的に回転するように固定されている。蓋部材１２には、材料粉体１を供給する材料粉体供給部１７と、水分を含んだ気体（以下「加湿気体」という。）を供給する加湿気体供給部１８とが設けられている。また、冷却部１９が混合部１３に設けられ、混合部１３を冷却するようになっている。
【００１６】
＜造粒工程＞
次に、攪拌機１０を用いて造粒体２を形成する手順を説明する。攪拌機１０は、材料粉体１と加湿気体を材料粉体供給部１７と加湿気体供給部１８から混合部１３に供給しながら、モータ１４を駆動させる。
【００１７】
加湿気体は、混合部１３に供給されると、体積が増加し、水分を発生させる。またこのとき、冷却部１９が混合部１３を冷却する。これにより、混合部１３の空気が冷やされ、細かい水分を発生しやすくなる。よって、混合部１３は、細かい水分が空気中にたくさん分散した状態になる。
【００１８】
材料粉体１は、混合部１３に供給されると、攪拌翼１６ａ，１６ｂにより攪拌される。材料粉体１は、液状の溶媒が混合部１３に添加されないので、水分を含まない状態で攪拌され、配置転換される。このとき、配置転換される材料粉体１の隙間に、混合部１３の空気が細かい水分と共に入り込む。水分を含まない材料粉体１は、隙間に入り込んできた空気に含まれる水分が表面に付着し、その水分を吸収することで、湿潤する。混合部１３には、細かい水分が空気中にたくさん分散しているので、材料粉体は、攪拌されることにより、絶えず水分をたくさん含んだ空気と接触し、水分を次々に吸着・吸収して、湿潤度を上昇させていく。各材料粉体１は、それぞれ、水分を含まない状態（湿潤勾配がない状態）から攪拌され始め、攪拌中に混合部１３の空気に満遍なく接触して水分を吸着・吸収するので、湿潤度が均一に上昇する。そのため、混合部１３二供給された材料粉体１は、短時間で十分な湿潤度に均一に湿潤して造粒体２となる。
【００１９】
このように、本造粒工程では、水分を含んだ気体（加湿気体）を混合部１３に含有させる、又は、混合部１３を冷却させることで、攪拌時に水分を含む空気を各材料粉体１に満遍なく供給して水分を各材料粉体１に吸着・吸収させるので、各材料粉体１が短時間で十分に湿潤し、均一に湿潤した造粒体２を形成できる。よって、上記構成によれば、材料粉体１の攪拌時に湿潤勾配が生じ難く、溶媒を添加する場合より造粒時間を短縮できる。造粒時間が短くなるので、造粒体２は粒成長を抑制され、微小径の造粒体２が形成される。
【００２０】
ここで、攪拌翼１６ａ，１６ｂは、混合部１３の底面と平行に配置され、混合部１３の底面より上方に配置されている。水分を含まない材料粉体１（例えば平均粒径１５μｍ未満の活物質）は、攪拌翼１６ａ，１６ｂにあおられて混合部１３に舞い散るようにして混合される。材料粉体１は、水分を吸収するにつれて動きが鈍くなる。そして、十分に湿潤した造粒体２は、攪拌翼１６ａ，１６ｂより下側に落ち、混合部１３の底面付近に集められ、攪拌されなくなる。よって、造粒体２は、均一に湿潤し、ほぼ均一な大きさに形成される。
【００２１】
＜混練工程＞
次に、造粒工程で得られた造粒体２を用いて電極合材ペーストを製造する手順を説明する。まず、造粒体２と溶媒を混練した後、添加剤と溶媒を加えて混練する。造粒体２が十分に湿潤しているので、混練初期に材料粉体に割れや欠けが生じにくい。造粒体２が微小径なので、たくさんの造粒体２を溶媒に均一に分散させた電極合材ペーストを形成できる。
【００２２】
＜塗工工程＞
次に、混練工程で形成された電極合材ペーストを塗工する手順を説明する。まず、電極合材ペーストを集電箔の表面に塗布して乾燥させることにより、電極合材層を形成する。電極合材ペーストは、微小径の造粒体を均一に分散させ、粘度が低いので、集電箔に塗布しやすい。また、電極合材ペーストは、たくさんの造粒体２を含有し、溶媒の量が少ない。そのため、塗工する際の乾燥時間を短くできる。よって、電極合材ペーストは、成膜性が良い。また、乾燥時間が短くなるので、エネルギーコスト等の乾燥プロセスの負荷を低減できる。
【００２３】
尚、このように設けられた電極板は、セパレータと共に巻回や平積みなどにより積層されて電極体とされ、その電極体をケースに収容することでリチウムイオン電池が製造される。
【実施例】
【００２４】
次に、本発明の実施例を比較例と共に説明する。実施例は、加湿気体（例えば水蒸気）が含む水分を材料粉体１（例えば天然黒鉛）に吸着させながら、材料粉体を均一に湿潤するまで攪拌することにより造粒体２を形成する。一方、比較例は、材料粉体１（例えば天然黒鉛）に溶媒（例えば水）を添加し、材料粉体１が均一に湿潤するまで攪拌することにより造粒体（ここでは、実施例で形成される造粒体２と区別するために「造粒体２ｘ」という。）を形成する。実施例と比較例は、材料粉体１を湿潤させる水分の状態（気体、液体）を除き、同じ条件［攪拌機の機種、材料粉体１の種類（例えば活物質の一例である天然黒鉛と分散剤の一例であるカルボキシメチルセルロースナトリウム）、混合比率、試料重量、測定温度、攪拌速度、湿潤度など］で造粒体２，２ｘを形成している。発明者らは、実施例と比較例で形成された造粒体２，２ｘの平均粒径を測定した。その結果を図３に示す。
【００２５】
図３に示すように、比較例で形成された造粒体２ｘの平均粒径を１００とした場合、実施例で形成された造粒体２の平均粒径は７５．６であった。よって、実施例は、比較例より、造粒体２を約２５％微粒子化できた。これは、実施例は、比較例より早く均一に湿潤した造粒体２を形成でき、造粒時間を短縮できたためと考えられる。
【００２６】
また、実施例と比較例で形成された造粒体２，２ｘを用いて電極合材ペーストを形成した。各電極合材ペーストは、造粒体２，２ｘを除き、同じ条件［混練機の機種、溶媒の種類（例えば水）、添加剤の種類（例えばスチレンブタジエンゴムなど）、混合比率、試料重量、測定温度、混練速度、混練時間等）で形成されている。発明者らは、各電極合材ペーストについてペースト中に占める造粒体２，２ｘの重量割合である固形分率を測定した。その結果を図４に示す。
【００２７】
図４に示すように、比較例の固形分率を１００とした場合、実施例の固形分率は比較例の１１４．３％であった。よって、実施例は、比較例より約１５％固形分率を向上させることができた。これは、実施例は、比較例より、造粒体２が微小であり、たくさんの造粒体２が電極合材ペーストに均一に分散したためと考えられる。固形分率が向上すると、電極合材ペースト中の溶媒が低減するので、乾燥プロセスの負荷（乾燥時間、エネルギーコスト等）を低減できる。
【００２８】
尚、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
例えば、上記実施形態では、加湿気体を混合部１３に供給すると共に冷却部１９で冷却したが、加湿気体の供給のみ、又は、混合部１３の冷却のみ行っても良い。
また例えば、混合部１３は、別形態のものであっても良い。
また例えば、材料粉体１と加湿気体の供給は、例えば、材料粉体１の供給後に加湿気体を供給したり、加湿気体の供給後に材料粉体１を供給したりするようにしても良い。
【符号の説明】
【００２９】
１  材料粉体
２  造粒体
１０  攪拌機
１３  混合部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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