JP5652682B2 - 非水電解質二次電池とその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、非水電解質二次電池に関し、詳しくは、正極および負極を備える非水電解質二次電池に関する。

近年、リチウム二次電池、ニッケル水素電池その他の非水電解質二次電池は、車両搭載用電源、或いはパソコンおよび携帯端末の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウム二次電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく用いられるものとして期待されている。リチウム二次電池では、正極と負極との間をＬｉイオンが行き来することによって充電および放電が行われる。

この種のリチウム二次電池の一つの典型的な構成では、電極集電体上に電極活物質を含む電極合剤層が保持された電極（正極および負極）を有している。負極に用いられる負極集電体としては、銅または銅合金を主体とする長尺状（シート状または箔状のものを包含する。）の部材が挙げられる。また、負極に用いられる負極活物質としては、天然黒鉛、人造黒鉛、天然黒鉛、人造黒鉛のアモルファスカーボンなどの黒鉛材料が挙げられる。かかる黒鉛材料は、複数の層が重なった層状構造を有しており、その層と層との間（層間）へのリチウムイオンの吸蔵および該層間からのリチウムイオンの放出により充放電が行われる。

特許文献１では、基材（集電体）上において黒鉛粉末を結着剤によりシート状に固化成形するとともに、該黒鉛粉末中に含まれる黒鉛粒子の（００２）面を、シート面の垂直方向に配向させる技術が記載されている。かかる技術によると、当該黒鉛粉末中に含まれる黒鉛粒子の（００２）面が、正極の方向に配向しているので、正極から移動してきたリチウムイオンが円滑に黒鉛の層間に侵入することができるとされている。

日本国特許出願公開２００３−１９７１８９号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された技術では、負極中の黒鉛の層面（即ち黒鉛層と水平な面である（００２）面をいう。）を集電体に対して垂直に配置させることができ得るものの、各黒鉛の層面は集電体の面に対して不規則（多方向）に配置されている。このため、負極作製時の圧延工程において負極合剤層を圧延した際に、多方向を向いた黒鉛の粒同士が互いに干渉（衝突）し合い、黒鉛に割れや亀裂が生じる場合があった。黒鉛に割れや亀裂が生じると、その表面に新たな被膜が形成され、それに伴いリチウムイオンが消費されるため、不可逆容量が増加したり保存容量が低下したりする要因となり得る。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、負極合剤層を圧延した際の黒鉛の割れを防止して電池の性能劣化が抑制された非水電解質二次電池ならびに該非水電解質二次電池の好適な製造方法を提供することである。

本発明に係る非水電解質二次電池の製造方法は、正極および負極を備える非水電解質二次電池の製造方法であって、黒鉛を含む負極合剤を集電体に塗布する塗布工程と、上記塗布工程において上記集電体に塗布された上記負極合剤に対し、上記負極合剤が塗布された上記集電体の面と平行な一方向に磁力線が向いた磁場を付与する磁場付与工程と、上記磁場付与工程において上記磁場が付与された上記負極合剤を乾燥させる乾燥工程と、上記乾燥工程で得られた負極合剤層を圧延する圧延工程とを包含する。

かかる製造方法によると、塗布工程において集電体に塗布された負極合剤に対し、該負極合剤が塗布された集電体の面と平行な一方向に磁力線が向いた磁場を付与するので、負極合剤中の黒鉛は、該黒鉛の層面が磁場中の磁力線の方向（即ち集電体の面と平行な一方向）と平行となるように向きを揃えて配列される。このように黒鉛が向きを揃えて配列されることにより、圧延工程において起こり得る黒鉛の粒同士の干渉（衝突）を抑制することができ、該干渉に伴う黒鉛の割れや亀裂を防止することができる。したがって、本発明によると、黒鉛の割れや亀裂による性能劣化が抑制された最適な非水電解質二次電池を製造することができる。かかる非水電解質二次電池は、例えば、初期容量が高く、かつ高温保存特性に優れたものであり得る。

ここに開示される非水電解質二次電池製造方法の好ましい一態様では、上記磁場付与工程において、まず、上記集電体の面に直交する方向に磁力線が向いた磁場を付与し、その後、上記集電体の面と平行な一方向に磁力線が向いた磁場を付与する。このように集電体の面に直交する方向に磁場を付与した後、集電体の面と平行な一方向に磁場を付与することにより、負極合剤中の黒鉛がさらに規則的に配置される。このため、圧延時の黒鉛の割れをより効果的に抑制することができる。

ここに開示される非水電解質二次電池製造方法の好ましい一態様では、上記集電体は、長尺状の集電体である。そして、上記磁場付与工程において、上記長尺状の集電体の幅方向（即ち、長尺状の集電体の長手方向に直交する方向であって該集電体の一の長辺から他の一の長辺に向かう方向をいう。）に磁力線が向いた磁場を付与する。かかる構成によると、圧延時の黒鉛の割れをより効果的に抑制することができる。

ここに開示される非水電解質二次電池製造方法の好ましい一態様では、上記圧延工程後における負極合剤層の密度が１．１ｇ／ｃｍ^３以上である。圧延後の負極合剤層の密度が大きいほど、黒鉛の粒同士の干渉が増し、黒鉛に割れや亀裂が起こりやすくなるが、本発明によれば、そのような高密度化に伴う黒鉛の割れや亀裂を防止することができる。

ここに開示される非水電解質二次電池製造方法の好ましい一態様では、上記磁場付与工程において上記負極合剤に対し付与される上記磁場の強さ（磁束密度）が０．５Ｔ以上である。磁場付与工程において負極合剤に対し付与される磁場の強さが０．５Ｔ以上であることにより、負極合剤中の黒鉛を所望の向きに確実に配向させることができる。上記黒鉛は、鱗片状黒鉛または該鱗片状黒鉛を球状化した球状化黒鉛でもよい。

また、本発明は、ここに開示されるいずれかの製造方法により製造された非水電解質二次電池を提供する。即ち、正極および負極を備える非水電解質二次電池であって、上記負極は、長尺状の集電体と該集電体の長手方向に形成された少なくとも黒鉛を含む負極合剤層とを有している。上記負極合剤層中の黒鉛の少なくとも５０質量％は、該黒鉛の（００２）面が上記集電体の幅方向（即ち、長尺状の集電体の長手方向に直交する方向であって該集電体の一の長辺から他の一の長辺に向かう方向をいう。）と平行になるように配置されている。ここで、黒鉛の（００２）面とは、層状構造の黒鉛（黒鉛結晶）の層面（黒鉛層と水平な面）であって該黒鉛を構成するグラフェンシートの炭素ネットワークと水平な面をいう。かかる構成によると、負極合剤層中の黒鉛に割れや亀裂などの欠陥が少なく、高性能な非水電解質二次電池が得られる。

ここに開示される非水電解質二次電池の好ましい一態様では、上記負極合剤層中の黒鉛の少なくとも５０質量％は、該黒鉛の（００２）面が上記集電体の面に直交し且つ上記集電体の幅方向と平行になるように配置されている。この構成によると、負極合剤層中の黒鉛に割れや亀裂などの欠陥が少なく、より高性能な非水電解質二次電池が得られる。また、黒鉛のエッジ部（六角板状結晶の複数の層が重なった縁）が正極側を向くので、正極から移動してきたイオンが黒鉛の層間にスムーズに侵入し易くなり、電極性能が向上するというメリットもある。

ここに開示される非水電解質二次電池の好ましい一態様では、負極合剤層の密度が１．１ｇ／ｃｍ^３以上（例えば１．１〜１．７ｇ／ｃｍ^３、より好ましくは１．４ｇ／ｃｍ^３以上、例えば１．４〜１．７ｇ／ｃｍ^３）である。この構成によると、より高いエネルギー密度を有する非水電解質二次電池が得られる。

このような非水電解質二次電池（例えばリチウム二次電池）は、負極合剤層中の黒鉛に割れや亀裂などの欠陥が少なく、より高性能なものであることから、例えば自動車等の車両に搭載される電池として好適である。したがって本発明によると、ここに開示されるいずれかの非水電解質二次電池（複数の非水電解質二次電池が接続された組電池の形態であり得る。）を備える車両が提供される。特に、該非水電解質二次電池を動力源（典型的には、ハイブリッド車両または電気車両の動力源）として備える車両（例えば自動車）が提供される。

図１は、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造装置を示す図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る塗布工程の後における集電体の上面を示す模式図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る磁場付与装置を模式的に示す斜視図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る磁場付与工程の後における集電体の上面を示す模式図である。 図５は、本発明の一実施形態に係る磁場付与装置を模式的に示す斜視図である。 図６は、本発明の一実施形態に係る磁場付与工程の後における集電体の断面を示す模式図である。 図７は、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池を示す模式図である。 図８は、本発明の一実施形態に係る捲回電極体を示す模式図である。 図９は、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池を搭載した車両を示す側面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。なお、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。また、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、セパレータや電解質の製法、非水電解質二次電池の構築に係る一般的技術等）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法を説明する。特に限定されるものではないが、以下では、リチウム二次電池（リチウムイオン電池）を例として本発明を詳細に説明する。このリチウム二次電池の製造方法は、電池の製造方法の一工程として、塗布工程と、磁場付与工程と、乾燥工程と、圧延工程とを含んでいる。塗布工程は、黒鉛を含む負極合剤を集電体に塗布する工程である。磁場付与工程は、塗布工程において集電体に塗布された負極合剤に対し、負極合剤が塗布された集電体の面と平行な一方向に磁力線が向いた磁場を付与する工程である。乾燥工程は、磁場付与工程において磁場が付与された負極合剤を乾燥させる工程である。圧延工程は、乾燥工程で得られた負極合剤層を圧延する工程である。

本発明の一実施形態に係るリチウム二次電池の製造方法に用いられる負極合剤は、溶媒に少なくとも黒鉛粒子（負極活物質）が分散したスラリーである。該スラリーに含まれる黒鉛粒子（負極活物質）としては、例えば、黒鉛質（グラファイト）、難黒鉛化炭素質（ハードカーボン）、易黒鉛化炭素質（ソフトカーボン）、天然黒鉛、天然黒鉛表面に非晶質炭素コートを施した材料が含まれる。中でも天然黒鉛もしくは人造黒鉛を主成分とする負極活物質（典型的には、実質的に天然黒鉛もしくは人造黒鉛からなる負極活物質）への適用が好ましい。かかる黒鉛は、扁平な鱗片形状の黒鉛であり得る。扁平な鱗片形状の黒鉛は、後述する磁場付与工程において負極合剤中の黒鉛を安定に配向し得るという観点から好適である。あるいは、該鱗片状黒鉛を球状化した球状化黒鉛であってもよい。

上記負極合剤は、一般的なリチウム二次電池において負極合剤層の構成成分として使用され得る一種または二種以上の材料を必要に応じて含有することができる。そのような材料の例として、結着剤が挙げられる。該結着剤としては、例えば、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアクリル酸（ＰＺＺ）、等が例示される。あるいは、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の樹脂組成物を用いてもよい。

これらの黒鉛粒子及び結着剤を分散または溶解させる溶媒としては、Ｎ‐メチルピロリドン（ＮＭＰ）、ピロリドン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクサヘキサノン、トルエン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、等の有機系溶剤またはこれらの２種以上の組み合わせが挙げられる。あるいは、水または水を主体とする混合溶媒であってもよい。かかる混合溶媒を構成する水以外の溶媒としては、水と均一に混合し得る有機溶媒（低級アルコール、低級ケトン等）の一種または二種以上を適宜選択して用いることができる。負極合剤における溶媒の含有率は特に限定されないが、塗工性の観点からは、負極合剤（スラリー）全体の４０質量％〜６０質量％程度が好ましい。この溶媒含有率は、後述する磁場付与工程において負極合剤中の黒鉛を安定に配向し得るという観点からも好適である。

上記負極合剤が塗布される集電体としては、従来のリチウム二次電池の負極に用いられるものと同様でよく、特に制限はない。例えば、集電体には銅箔その他の負極に適する長尺（シート）状の金属箔が好適に使用される。また、集電体は、必ずしも金属箔に限定されない。例えば、集電体は、導電性を持たせた樹脂でもよい。導電性を持たせた樹脂には、例えば、ポリプロピレンフィルムに、銅を蒸着させたフィルム材を用いることができる。

上記負極合剤を集電体に塗布した後（塗布工程）、磁場付与工程と、乾燥工程と、圧延工程とを経て、本実施形態のリチウム二次電池用負極が製造され得る。図１は、上述したリチウム二次電池用負極の製造方法を具現化した製造装置を示す図である。この製造装置２００は、走行経路１１０と、供給部１１２と、回収部１１４と、合剤塗布装置１２０と、磁場付与装置１３０と、乾燥装置１４０と、圧延装置１５０とを備えている。

走行経路１１０は、集電体２２を走行させる経路である。この実施形態では、走行経路１１０には、集電体２２を走行させる所定の経路に沿って複数のガイドローラ１１６が配置されている。この実施形態では、集電体は複数のガイドローラに順に架け渡され、該集電体２２に所定のテンションが掛けられている。一部のガイドローラには、ローラを回動させる駆動装置（図示せず）が取り付けられている。このガイドローラを一方向に回動させることにより集電体２２を搬送し得るように構成されている。

走行経路１１０の始端には、集電体２２を供給する供給部１１２が設けられている。供給部１１２には、予め巻き芯１１２Ａに巻き取られた集電体２２が配置されている。供給部１１２からは適宜に適当な量の集電体２２が走行経路１１０に供給される。また、走行経路１１０の終端には集電体２２を回収する回収部１１４が設けられている。回収部１１４は、走行経路１１０で所定の処理が施された集電体２２を巻き芯１１４Ａに巻き取る。かかる走行経路１１０には、合剤塗布装置１２０と、磁場付与装置１３０と、乾燥装置１４０と、圧延装置１５０とが順に配置されている。

塗布工程を具現化する合剤塗布装置１２０は、集電体２２に負極合剤２３を塗布する装置である。この実施形態では、合剤塗布装置１２０は、長尺状の集電体２２の長手方向に負極合剤２３を塗布するように構成されている。このような合剤塗布装置としては、例えば、図１に示すように、ダイコーター塗工機が挙げられる。ダイコーター塗工機１２０は、負極合剤２３がタンク１２２に収容され、ポンプ１２４によって吸引された負極合剤２３がダイ１２６に供給される。そして、集電体２２をバックアップロール１２８の回転により搬送しつつ、バックアップロール１２８とダイ１２６との隙間（塗工ギャップ）を通過させ、該集電体２２の表面にダイ１２６から負極合剤２３の塗膜を形成する。かかるダイコーター塗工機１２０は、負極合剤２３からなる塗膜の目付量を調製しつつ、集電体２２の長手方向に負極合剤２３を連続して塗工することができる。

図２は、かかる塗布工程後における集電体２２を上面（垂直方向）から見た図を示している。図２に示すように、この実施形態では、長尺状の集電体２２の長手方向に負極合剤２３が塗られており、該負極合剤２３には負極活物質としての黒鉛２５が含まれている。この実施形態では、黒鉛２５は扁平な鱗片形状の黒鉛である。このような扁平な鱗片形状の黒鉛２５は、六角板状結晶（グラフェンシート）の複数の層２５ａが重なった縁が露出したエッジ部２５ｂを有している。図２に示すように、合剤塗布装置１２０から供給された状態では、負極合剤２３中の黒鉛２５はそれぞれが任意（不規則）の方向を向いている。なお、図２は、塗布工程後における集電体２２の上面を模式的に示すものであり、黒鉛２５の形状や大きさなどは実際のものとは異なる。塗布工程において、負極合剤２３が供給された集電体２２は、磁場付与工程に送られる。

磁場付与工程を具現化する磁場付与装置１３０は、集電体２２としての金属箔に塗布された負極合剤２３に対し、負極合剤２３が塗布された集電体２２の面と平行な一方向に磁力線が向いた磁場を付与する装置である。この実施形態では、磁場付与装置１３０は、図３に示すように、走行経路１１０を走行する集電体２２を間に挟んで、集電体２２の幅方向の両アウトサイドに配置した一対の磁石１３２Ａ、１３２Ｂで構成されている。磁石１３２Ａ、１３２Ｂは、永久磁石で構成してもよいし、電気の作用によって磁力を生じさせる電磁石でもよい。集電体２２の幅方向の両アウトサイドに配置した一対の磁石１３２Ａ、１３２Ｂのうち、一方がＳ極になり、他方がＮ極になる。この場合、かかる磁石１３２Ａ、１３２Ｂによって、走行経路１１０を走行する集電体２２には、集電体２２の幅方向（即ち、長尺状の集電体２２の長手方向と直交する方向であって該集電体２２の一の長辺から他の一の長辺に向かう方向をいう。）に磁力線が向いた磁場が付与される。

かかる磁場付与工程によれば、集電体２２に塗布された負極合剤２３中の黒鉛２５が磁場の作用によって配向する。図４は、かかる磁場付与工程後における集電体２２を上方（垂直方向の上側）から見た図を示している。図４に示すように、この実施形態では、長尺状の集電体２２の長手方向に負極合剤２３が塗られており、該負極合剤２３には負極活物質としての黒鉛２５が含まれている。かかる集電体２２に対して、集電体２２の幅方向に磁力線が向いた磁場が作用すると、負極合剤２３中の黒鉛２５は、該黒鉛２５の層面２５ａが集電体２２の幅方向と平行になるように向きを揃えて配列される。換言すると、黒鉛２５は、エッジ部２５ｂが集電体２２の幅方向外側を向くように規則的に配列される。

磁場付与工程における好ましい磁場の強さは、負極合剤２３の粘度や固形分率等によっても異なり得る。ひとつの目安としては、例えば、負極合剤中の黒鉛の少なくとも５０質量％を、該黒鉛の層面（即ち六角板状結晶の層と水平な面である（００２）面をいう。）が集電体２２の幅方向と平行となるように配置できるように磁場の強さが設定され得る。好ましい一態様では、上記磁場の強さは、走行経路１１０で負極合剤２３が走行する近辺において、概ね０．５Ｔ以上であり、より好ましくは０．７５Ｔ以上であり、さらには１．０Ｔ以上であるとよい。また、負極合剤２３に磁場を作用させる時間は、例えば、０．５秒〜５秒（例えば０．５秒〜１秒）であり、より好ましくは１秒〜５秒（例えば１秒〜２秒）であり、特に好ましくは２秒〜５秒である。

なお、負極合剤２３は、上記のように集電体２２に付着させるものであるため、その粘度に適切な範囲がある。塗工性の観点から好ましい負極合剤の粘度の範囲を例示すると、例えば５００ｍＰａ・ｓ〜１００００ｍＰａ・ｓ程度（Ｂ型粘度計、２５℃、２０ｒｐｍ）である。この粘度範囲は、上記磁場付与工程において負極合剤中の黒鉛を安定に配向し得るという観点からも好適である。

磁場付与工程によって負極合剤２３中の黒鉛が配向した集電体２２は、走行経路１１０に沿って乾燥工程に送られる。なお、磁場付与工程は、合剤塗布工程で負極合剤２３が集電体２２に供給された後にできるだけすぐに行うとよい。

乾燥工程を具現化する乾燥装置１４０は、磁場付与工程において磁場が付与された負極合剤２３を乾燥させる装置である。乾燥装置１４０としては、一般的なリチウム二次電池用負極の製造工程において常套的に使用されているものから任意に選択することができる。例えば、熱風乾燥炉（本実施形態）、赤外線乾燥炉などを使用することができる。熱風乾燥炉１４０は、例えば、適当な熱源（例えば加熱ヒータ）により加熱されたガスを吹き付けるものであり得る。吹き付けられるガスの種類は特に制限されず、例えば、空気であってもよいし、Ｎ_２ガス、Ｈｅガスのような不活性ガスであってもよい。このように高温の乾燥雰囲気に集電体２２を曝すことによって、集電体２２に塗布された負極合剤２３の溶媒が揮発して取り除かれる。これにより、負極合剤層２４（図１）を得ることができる。負極合剤層２４が形成された集電体２２は、走行経路１１０に沿って圧延工程に送られる。

圧延工程を具現化する圧延装置１５０は、乾燥工程で得られた負極合剤層２４を圧延（プレス）する装置である。圧延装置１５０としては、一般的なリチウム二次電池用負極の製造工程において常套的に使用されているものから任意に選択することができる。例えば、ロールプレス機（本実施形態）、平板プレス機などを使用することができる。この圧延工程によって、乾燥工程で得られた負極合剤層２４の厚みや合剤密度が適宜調整され得る。好ましい一態様では、上記圧延工程において上記負極合剤層を圧延する圧力（プレス圧）が３ＭＮ／ｍ^２以上（通常は３ＭＮ／ｍ^２〜１４ＭＮ／ｍ^２、例えば７ＭＮ／ｍ^２〜１４ＭＮ／ｍ^２）である。

ここで、従来の負極製造工程においては、上述した磁場付与工程（即ち負極合剤２３が塗布された集電体２２の面と平行な一方向に磁力線が向いた磁場を付与する工程）を有しないので、図２に示すように、黒鉛２５の層面２５ａおよびエッジ部２５ｂが集電体２２の面に対して不規則（多方向）に配置されている。このため、上記圧延工程において負極合剤層２４を圧延した際、多方向を向いた黒鉛２５の粒同士が互いに干渉（衝突）し合い、黒鉛２５に割れや亀裂が生じる場合があった。黒鉛２５に割れや亀裂が生じると、その表面に新たな被膜が形成され、それに伴いリチウムイオンが消費されるため、不可逆容量が増加したり保存容量が低下したりする要因となり得る。

これに対し、本実施形態によると、上述した磁場付与工程を有することにより、負極合剤層中の黒鉛の少なくとも５０質量％（好ましくは７０質量％、特に好ましくは９０質量％）は、該黒鉛の層面、即ち（００２）面が集電体の幅方向と平行となるように向きを揃えて配列される。このように黒鉛２５が向きを揃えて配列されることにより、上記圧延工程において起こり得る黒鉛２５の粒同士の干渉（衝突）を抑制することができ、該干渉に伴う黒鉛２５の割れや亀裂を防止することができる。したがって、本構成によると、黒鉛２５の割れや亀裂による性能劣化が抑制された最適なリチウム二次電池を製造することができる。かかるリチウム二次電池は、例えば、初期容量が高く、かつ高温保存後容量維持率が高いものであり得る。なお、ここでいう「黒鉛の（００２）面が集電体の幅方向と平行」とは、本構成の効果を奏する限りにおいて、必ずしも、黒鉛の（００２）面が集電体の幅方向と完全に平行になっていなくてもよい。例えば、完全平行な配置に対して、±２０°以内であることが好ましく、±１０°以内であることが特に好ましい。

なお、本実施形態では、図３に示すように、集電体２２の幅方向に磁力線が向いた磁場を付与する場合を例示したが、これに限定されない。負極合剤２３に対して付与される磁場は、集電体２２の面と平行な一方向に磁力線が向いた磁場（典型的には水平方向に磁力線が向いた磁場）であればよい。例えば、長尺状の集電体の長手方向に磁力線が向いた磁場を付与してもよいし、長尺状の集電体上を斜めに横断する磁力線をもつ磁場を付与することもできる。これらの態様のうち、圧延時の黒鉛の割れをより有効に抑制する観点からは、上記実施形態の如く集電体の幅方向に磁力線が向いた磁場を付与する態様を好ましく採用することができる。

また、ここに開示される好ましい一態様では、上記磁場付与工程と上記乾燥工程とを同時に実行してもよい。すなわち、磁場付与工程と乾燥工程とを同じタイミングで行い、塗布工程において集電体２２に塗布された負極合剤２３に対し、集電体２２の幅方向に磁力線が向いた磁場を付与するとともに、その磁場を付与した状態で負極合剤２３を乾燥させてもよい。このように、負極合剤２３に対して上記磁場を付与した状態で該負極合剤２３を乾燥させることにより、乾燥工程において起こり得る黒鉛２５の移動を防止して、負極合剤２３中の黒鉛２５の配列状態を適切に維持することができる。

＜第２実施形態＞
続いて、本発明に係る他の実施形態を説明する。この実施形態では、磁場付与工程において、集電体２２の幅方向に磁力線が向いた磁場を付与する前に、集電体２２の面に直交する方向に磁力線が向いた磁場を付与する点において上述した実施形態とは相違する。

すなわち、この実施形態では、磁場付与工程を具現化する磁場付与装置１３０は、図５に示すように、走行経路１１０を走行する集電体２２を間に挟んで集電体２２の幅方向の両アウトサイドに配置した一対の磁石１３２Ａ、１３２Ｂの上流側において、さらに一対の磁石１３４Ａ、１３４Ｂを備えている。磁石１３４Ａ、１３４Ｂは、走行経路１１０を走行する集電体２２を上下方向から挟むように対向して配置されている。磁石１３４Ａ、１３４Ｂは、永久磁石で構成してもよいし、電気の作用によって磁力を生じさせる電磁石でもよい。この場合、走行経路１１０を走行する集電体２２に対して、集電体２２に直交する方向に磁力線が向いた磁場が印加される。

かかる磁場付与工程によれば、集電体２２に塗布された負極合剤２３に対し、まず、磁石１３４Ａ、１３４Ｂによって、集電体２２の表面（幅広面）に直交する方向に磁力線が向いた磁場が付与される。図６は、かかる磁場付与後における集電体２２の断面を示している。かかる集電体２２に対して、集電体２２に直交する方向に磁力線が向いた磁場が作用すると、負極合剤２３中の黒鉛２５は、該黒鉛２５の層面２５ａが集電体２２の面と直交するように向きを揃えて配列される。換言すると、黒鉛２５は、エッジ部２５ｂが集電体２２の表面を向くように規則的に配列される。

次いで、上記磁石１３４Ａ、１３４Ｂよって磁場が付与された負極合剤２３を備える集電体２２は、磁石１３２Ａ、１３２Ｂが配置されている領域に搬送される。そして、磁石１３２Ａ、１３２Ｂによって、集電体２２の幅方向に磁力線が向いた磁場が付与される。集電体２２の幅方向に磁力線が向いた磁場が作用すると、前述したように、黒鉛２５は、該黒鉛の層面２５ａが集電体２２の幅方向と平行になるように配列される。

本実施形態の構成によれば、上述した磁場付与工程を有することにより、負極合剤層中の黒鉛の少なくとも５０質量％（好ましくは７０質量％、特に好ましくは９０質量％）は、該黒鉛の層面、即ち（００２）面が集電体の表面に直交し且つ集電体の幅方向と平行となるように向きを揃えて配列される。かかる構成によると、上述した第１実施形態に比べて、黒鉛２５がさらに規則的に配置されるので、圧延時の黒鉛２５の割れをより効果的に抑制することができる。また、かかる構成によると、黒鉛２５のエッジ部２５ｂが正極側を向くので、正極から移動してきたリチウムイオンが黒鉛２５の層２５ａ間に侵入し易くなり、電極性能が向上するというメリットもある。なお、ここでいう「黒鉛の（００２）面が集電体の面に直交」とは、本構成の効果を奏する限りにおいて、必ずしも、黒鉛の（００２）面が集電体の表面に対して完全に直角（９０°）になっていなくてもよい。例えば、完全直角な配置に対して、±２０°以内であることが好ましく、±１０°以内であることが特に好ましい。

上記磁場付与工程において、集電体の面に直交する方向に付与される磁場の強さは、負極合剤２３の粘度や固形分率等によっても異なり得る。ひとつの目安としては、例えば、負極合剤中の黒鉛の少なくとも５０質量％を、該黒鉛の（００２）面が集電体の面と直交し且つ集電体の幅方向と平行となるように配置できるように磁場の強さが設定され得る。好ましい一態様では、上記磁場の強さは、走行経路１１０で負極合剤２３が走行する近辺において、概ね０．５Ｔ以上であり、より好ましくは０．７５Ｔ以上であり、さらには１．０Ｔ以上であるとよい。

上述した実施形態では、集電体直交方向の磁場を付与した後、集電体幅方向の磁場を付与しているが、付与順が逆でもよい。すなわち、集電体２２の幅方向に磁力線が向いた磁場を付与した後、集電体２２の面に直交する方向に磁力線が向いた磁場を付与してもよい。ただし、圧延時の黒鉛の割れをより有効に抑制する観点からは、上記実施形態の如く集電体２２の面に直交する方向に磁力線が向いた磁場を付与した後、集電体２２の幅方向に磁力線が向いた磁場を付与する態様を好ましく採用することができる。

また、必要に応じて、集電体直交方向の磁場の付与と集電体幅方向の磁場の付与とを複数回（例えば２〜５回）交互に繰り返してもよい。例えば、磁石１３２Ａ、１３２Ｂによって集電体２２の幅方向に磁力線が向いた磁場を付与した後、さらに集電体２２の面に直交する方向に磁力線が向いた磁場を付与してもよい。このように２方向の磁場の付与を交互に繰り返すことにより、黒鉛２５の向きをより規則的に配向させることができる。ただし、装置構成の簡略化の観点からは、上記実施形態の如く集電体直交方向の磁場の付与と集電体幅方向の磁場の付与とを一回ずつ行うことが好ましい。

以下、上述した方法を適用して製造された負極（負極シート）２０を用いて構築されるリチウム二次電池の一実施形態につき、図７及び図８に示す模式図を参照しつつ説明する。

図７に示すように、本実施形態に係るリチウム二次電池１００は、長尺状の正極シート１０と長尺状の負極シート２０が長尺状のセパレータ４０を介して扁平に捲回された形態の電極体（捲回電極体）８０が、図示しない非水電解液とともに、該捲回電極体８０を収容し得る形状（扁平な箱型）の容器５０に収容された構成を有する。

容器５０は、上端が開放された扁平な直方体状の容器本体５２と、その開口部を塞ぐ蓋体５４とを備える。容器５０を構成する材質としては、アルミニウム、スチール等の金属材料が好ましく用いられる（本実施形態ではアルミニウム）。あるいは、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリイミド樹脂等の樹脂材料を成形してなる容器５０であってもよい。容器５０の上面（すなわち蓋体５４）には、捲回電極体８０の正極と電気的に接続する正極端子７０および該電極体８０の負極２０と電気的に接続する負極端子７２が設けられている。容器５０の内部には、扁平形状の捲回電極体８０が図示しない非水電解液とともに収容される。

上記構成の捲回電極体８０を構成する材料および部材自体は、負極中の黒鉛を前述のように磁場配向させること以外は、従来のリチウム二次電池の電極体と同様でよく、特に制限はない。

本実施形態に係る捲回電極体８０は、通常のリチウム二次電池の捲回電極体と同様であり、図２に示すように、捲回電極体８０を組み立てる前段階において長尺状（帯状）のシート構造を有している。

正極シート１０は、長尺シート状の箔状の正極集電体（以下「正極集電箔」と称する）１２の両面に正極活物質を含む正極合剤層１４が保持された構造を有している。ただし、正極合剤層１４は正極シート１０の幅方向の一方の側縁（図では上側の側縁部分）には付着されず、正極集電体１２を一定の幅にて露出させた正極合剤層非形成部が形成されている。

正極活物質としては、従来からリチウム二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。ここに開示される技術の好ましい適用対象として、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ_２）、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ_２）、リチウムマンガン酸化物（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）等の、リチウムと遷移金属元素とを構成金属元素として含む酸化物（リチウム遷移金属酸化物）を主成分とする正極活物質が挙げられる。中でも、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物（例えばＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２）を主成分とする正極活物質（典型的には、実質的にリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物からなる正極活物質）の使用が好ましい。

正極合剤層１４は、一般的なリチウム二次電池において正極合剤層の構成成分として使用され得る一種または二種以上の材料を必要に応じて含有することができる。そのような材料の例として、導電材が挙げられる。該導電材としてはカーボン粉末やカーボンファイバー等のカーボン材料が好ましく用いられる。あるいは、ニッケル粉末等の導電性金属粉末等を用いてもよい。その他、正極合剤層の成分として使用され得る材料としては、上記構成材料の結着剤（バインダ）として機能し得る各種のポリマー材料が挙げられる。

負極シート２０も正極シート１０と同様に、長尺シート状の箔状の負極集電体２２の両面に負極活物質を含む負極合剤層２４が保持された構造を有している。ただし、負極合剤層２４は負極シート２０の幅方向の一方の側縁（図では下側の側縁部分）には付着されず、負極集電体２２を一定の幅にて露出させた負極合剤層非形成部が形成されている。負極集電体２２および負極合剤層２４を構成する材料については前述したとおりであり、重複した説明を省略する。

捲回電極体８０を作製するに際しては、正極シート１０と負極シート２０とがセパレータシート４０を介して積層される。このとき、正極シート１０の正極合剤層非形成部分と負極シート２０の負極合剤層非形成部分とがセパレータシート４０の幅方向の両側からそれぞれはみ出すように、正極シート１０と負極シート２０とを幅方向にややずらして重ね合わせる。このように重ね合わせた積層体を捲回し、次いで得られた捲回体を側面方向から押しつぶして拉げさせることによって扁平状の捲回電極体８０が作製され得る。

捲回電極体８０の捲回軸方向における中央部分には、捲回コア部分８２（即ち正極シート１０の正極合剤層１４と負極シート２０の負極合剤層２４とセパレータシート４０とが密に積層された部分）が形成される。また、捲回電極体８０の捲回軸方向の両端部には、正極シート１０および負極シート２０の電極合剤層非形成部分がそれぞれ捲回コア部分８２から外方にはみ出ている。かかる正極側はみ出し部分（すなわち正極合剤層１４の非形成部分）８４および負極側はみ出し部分（すなわち負極合剤層２４の非形成部分）８６には、正極リード端子１０Ａおよび負極リード端子２０Ａがそれぞれ付設されており、上述の正極端子７０および負極端子７２とそれぞれ電気的に接続される。

かかる構成の捲回電極体８０を容器本体５２に収容し、その容器本体５２内に適当な非水電解液を配置（注液）する。そして、容器本体５２の開口部を蓋体５４との溶接等により封止することにより、本実施形態に係るリチウム二次電池１００の構築（組み立て）が完成する。なお、容器本体５２の封止プロセスや電解液の配置（注液）プロセスは、従来のリチウム二次電池の製造で行われている手法と同様にして行うことができる。その後、該電池のコンディショニング（初期充放電）を行う。必要に応じてガス抜きや品質検査等の工程を行ってもよい。

このようにして構築されたリチウム二次電池１００は、ここで開示される磁場配向した黒鉛を備えた負極シートを用いて構築されていることから、より良好な電池特性を示すものであり得る。例えば、初期容量が高い、高温保存特性に優れる、入出力特性に優れる、のうちの少なくとも一つ（好ましくは全部）を満たすものであり得る。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。

［負極シート］
＜実施例１＞
負極活物質としての天然黒鉛と、結着材としてのＳＢＲと、増粘材としてのＣＭＣとを、それらの材料の質量比が９８：１：１となるように水中で混合して負極合剤を調製した。この負極合剤を厚さ１０μｍの銅箔（負極集電体）に片面当たり塗布量１０ｍｇ／ｃｍ^２で塗布し、該塗布された負極合剤に対し、集電体の幅方向に磁力線が向いた磁場を付与した。磁場の付与は、図３に示す磁場付与装置１３０（磁石１３２Ａ、１３２Ｂ）を用いて行った。磁石１３２Ａ、１３２Ｂ間の距離は２０ｃｍとし、磁場の強さは０．７５Ｔとし、磁場を作用させる時間は凡そ２．０秒とした。磁場付与後、負極合剤を乾燥させることにより負極集電体の両面に負極合剤層が形成された負極シートを得た。乾燥後、負極合剤層の密度が約１．４ｇ／ｃｍ^３となるように圧延（プレス）した。

＜実施例２＞
負極合剤層の密度が約１．１ｇ／ｃｍ^３となるように圧延（プレス）したこと以外は実施例１と同様にして負極シートを作製した。

＜実施例３＞
負極合剤層の密度が約１．７ｇ／ｃｍ^３となるように圧延（プレス）したこと以外は実施例１と同様にして負極シートを作製した。

＜実施例４＞
集電体に塗布された負極合剤に対し、まず、集電体の面に直交する方向に磁力線が向いた磁場を付与し、その後、集電体の幅方向に磁力線が向いた磁場を付与したこと以外は実施例１と同様にして負極シートを作製した。かかる磁場の付与は、図５に示す磁場付与装置１３０（磁石１３２Ａ、１３２Ｂ、１３４Ａ、１３４Ｂ）を用いて行った。磁石１３４Ａ、１３４Ｂ間の距離は３．０ｃｍとし、磁場の強さは０．７５Ｔとし、磁場を作用させる時間は凡そ２．０秒とした。磁石１３２Ａ、１３２Ｂについては実施例１と同様の条件である。

＜比較例１＞
負極合剤に対して磁場を付与しなかったこと以外は実施例１と同様にして負極シートを作製した。

＜比較例２＞
負極合剤に対して磁場を付与しなかったこと以外は実施例２と同様にして負極シートを作製した。

＜比較例３＞
負極合剤に対して磁場を付与しなかったこと以外は実施例３と同様にして負極シートを作製した。

上記実施例１〜４および比較例１〜３で得られた負極シートを用いて試験用リチウム二次電池を構築し、その性能を評価した。試験用リチウム二次電池の構築は、以下のようにして行った。

［正極シート］
正極活物質としてのＬｉＮｉ_１／３Ｍｎ_１／３Ｃｏ_１／３Ｏ_２と、導電材としてのアセチレンブラック（ＡＢ）と、結着材としてのＰＶＤＦとを、それらの材料の質量比が９０：８：２となるようにＮＭＰ中で混合して正極合剤を調製した。この正極合剤を厚さ１５μｍのアルミニウム箔（正極集電体）に片面当たり塗布量２０ｍｇ／ｃｍ^２塗布し乾燥することにより、正極集電体の両面に正極合剤層が形成された正極シートを得た。乾燥後、正極合剤層の密度が約２．８ｇ／ｃｍ^３となるように圧延（プレス）した。

［リチウム二次電池］
上記正極シート及び負極シートを２枚のセパレータシート（厚さ１０μｍの多孔質ポリプロプレン製の単層構造のものを使用した。）４０を介して捲回し、この捲回体を側面方向から押しつぶすことにより扁平状の捲回電極体を作製した。このようにして得られた捲回電極体を非水電解液とともに金属製の箱型の電池ケースに収容し、電池ケースの開口部を気密に封口した。非水電解液としてはエチレンカーボネート（ＥＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とを１：１：１の体積比で含む混合溶媒に支持塩としてのＬｉＰＦ_６を約１ｍｏｌ／リットルの濃度で含有させた非水電解液を使用した。このようにして試験用リチウム二次電池を組み立てた。

［初期容量測定］
以上のように得られた実施例１〜４および比較例１〜３に係る試験用リチウム二次電池のそれぞれを、ＳＯＣ（充電状態）５０％に調整し、２５℃の温度条件にて、電流値１Ｃで電圧４．２Ｖまで充電した。５分間の休止後、かかる充電後の電池を、２５℃において、電流値１Ｃで電圧２．５Ｖまで放電した。そして、電流値１Ｃで電圧４．２Ｖまで充電し、その後、定電圧方式で電流値が０．１Ｃに減少するまで充電した。２０分間の休止後、かかる充電後の電池を、２５℃において、電流値１Ｃで電圧２．５Ｖまで放電し、その後、定電圧方式で電流値が０．１Ｃに減少するまで放電した。このときの放電容量を初期容量として測定した。

［高温保存試験］
また、上記初期容量の測定後、各試験用リチウムイオン電池のそれぞれに対し、高温保存試験を行った。具体的には、試験用リチウム二次電池のそれぞれを５０℃で１００日間保存した後、上述した初期容量測定と同じ条件で充放電操作を行い、高温保存後の放電容量を測定した。そして、高温保存試験後における放電容量と初期容量とから耐久後容量維持率（「高温保存試験後における放電容量／初期容量」×１００）を算出した。結果を表１に示す。

表１から明らかなように、上記磁場を付与した実施例１に係る電池は、上記磁場を付与しなかった比較例１の電池に比べて、初期容量および高温保存後容量維持率が何れも良好であった。これは、比較例１では、負極合剤層を圧延した際に黒鉛に割れが生じ、活物質新生面の形成によりリチウムイオンが消費されたのに対し、実施例１では、上記磁場配向を行うことで、そのような圧延時の黒鉛の割れが適切に抑えられたことによるものと考えられる。この結果から、集電体に塗布された負極合剤に対し、集電体の面と平行な一方向に磁力線が向いた磁場を付与することにより、初期容量が高く、かつ高温保存後容量維持率が高いリチウム二次電池が得られることが確認できた。

なお、比較例１〜３に係る電池では、圧延後の合剤密度が大きいほど、黒鉛が干渉により割れやすくなるため、初期容量および高温保存後容量維持率が低下傾向となった。これに対し、実施例１〜３に係る電池では、比較例１〜３に比べて、圧延後の合剤密度の増大に伴う初期容量および高温保存後容量維持率の低下度合いが改善されていた。即ち、圧延後の合剤密度が大きいほど、上記磁場配向による性能劣化抑制効果が大きいと云える。ここで供試した電池の場合、上記磁場を付与し、かつ圧延後の合剤密度を１．７ｇ／ｃｍ^３以下とすることによって、４Ａｈ以上（４Ａｈ〜４．１４Ａｈ）という高い初期容量と、７２％以上（７２．４％〜７８．８％）という高い耐久容量維持率を実現できた。特に、上記磁場を付与し、かつ圧延後の合剤密度を１．４ｇ／ｃｍ^３以下とすることによって、４．０５Ａｈ以上（４．０５Ａｈ〜４．１４Ａｈ）という極めて高い初期容量と、７７％以上（７７．３％〜７８．８％）という極めて高い耐久容量維持率を実現できた。

圧延後の合剤密度としては、負極の高エネルギー密度化の観点からは、概ね１ｇ／ｃｍ^３以上が適当であり、好ましくは１．１ｇ／ｃｍ^３以上であり、より好ましくは１．４ｇ／ｃｍ^３以上であり、特に好ましくは１．７ｇ／ｃｍ^３以上である。本構成によると、このような高密度化に伴う黒鉛の割れや亀裂を防止することができる。一方、初期容量及び耐久容量維持率向上の観点からは、圧延後の合剤密度は、概ね２ｇ／ｃｍ^３以下が適当であり、好ましくは１．７ｇ／ｃｍ^３以下であり、より好ましくは１．４ｇ／ｃｍ^３以下であり、特に好ましくは１．１ｇ／ｃｍ^３以下である。高エネルギー密度と初期容量及び耐久容量維持率との双方を満足させる観点からは、圧延後の合剤密度は、概ね１ｇ／ｃｍ^３〜２ｇ／ｃｍ^３が適当であり、好ましくは１．１ｇ／ｃｍ^３〜１．７ｇ／ｃｍ^３であり、より好ましくは１．２ｇ／ｃｍ^３〜１．６ｇ／ｃｍ^３であり、特に好ましくは１．３ｇ／ｃｍ^３〜１．５ｇ／ｃｍ^３である。

さらに、実施例１と実施例４との比較から、集電体直交方向の磁場と集電体幅方向の磁場とを二段階で付与することにより、初期容量および高温保存後容量維持率がさらに改善されていた。すなわち、集電体の面に直交する方向に磁力線が向いた磁場を付与し、その後、集電体の幅方向に磁力線が向いた磁場を付与することにより、初期容量がより高く、かつ高温保存後容量維持率がより高いリチウム二次電池が得られることが確認できた。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、電池の種類は上述したリチウム二次電池に限られず、電極体構成材料や電解質が異なる種々の内容の電池、例えば、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、或いは電気二重層キャパシタであってもよい。

ここに開示されるいずれかの非水電解質二次電池は、車両に搭載される電池として適した性能、特に初期容量および高温保存特性に優れたものであり得る。したがって本発明によると、図９に示すように、ここに開示されるいずれかの非水電解質二次電池１００（複数の非水電解質二次電池が接続された組電池の形態であり得る。）を備えた車両１が提供される。特に、該非水電解質二次電池を動力源（典型的には、ハイブリッド車両または電気車両の動力源）として備える車両（例えば自動車）が提供される。

本発明によると、負極合剤層を圧延した際の黒鉛の割れを防止して電池の性能劣化が抑制された非水電解質二次電池ならびに該非水電解質二次電池の好適な製造方法を提供することができる。

Claims (8)

1. 正極および負極を備える非水電解質二次電池の製造方法であって、
   黒鉛を含む負極合剤を集電体に塗布する塗布工程と、
   前記塗布工程において前記集電体に塗布された前記負極合剤に対し、前記負極合剤が塗布された前記集電体の面と平行な一方向に磁力線が向いた磁場を付与する磁場付与工程と、
   前記磁場付与工程において前記磁場が付与された前記負極合剤を乾燥させる乾燥工程と、
   前記乾燥工程で得られた負極合剤層を圧延する圧延工程と
   を包含し、
   前記磁場付与工程では、
   （１）前記集電体の面に直交する方向に磁力線が向いた磁場を付与した後、前記集電体の面と平行な一方向に磁力線が向いた磁場を付与する、もしくは、
   （２）前記集電体の面と平行な一方向に磁力線が向いた磁場を付与した後、前記集電体の面に直交する方向に磁力線が向いた磁場を付与する、非水電解質二次電池の製造方法。
2. 前記磁場付与工程において、まず、前記集電体の面に直交する方向に磁力線が向いた磁場を付与し、その後、前記集電体の面と平行な一方向に磁力線が向いた磁場を付与する、請求項１に記載の非水電解質二次電池の製造方法。
3. 前記集電体は、長尺状の集電体であり、
   前記磁場付与工程において、前記長尺状の集電体の幅方向に磁力線が向いた磁場を付与する、請求項１または２記載の非水電解質二次電池の製造方法。
4. 前記圧延工程後の負極合剤層の密度が１．１ｇ／ｃｍ^３以上である、請求項１〜３の何れか一つに記載の非水電解質二次電池の製造方法。
5. 前記磁場付与工程において前記負極合剤に対し付与される前記磁場の強さが０．５Ｔ以上である、請求項１〜４の何れか一つに記載の非水電解質二次電池の製造方法。
6. 前記黒鉛は、扁平な鱗片状黒鉛である、請求項１〜５の何れか一つに記載の非水電解質二次電池の製造方法。
7. 正極および負極を備える非水電解質二次電池であって、
   前記負極は、長尺状の集電体と該集電体の長手方向に形成された少なくとも黒鉛を含む負極合剤層とを有しており、
   前記負極合剤層中の黒鉛の少なくとも５０質量％は、該黒鉛の（００２）面が前記集電体の面に直交し且つ前記集電体の幅方向と平行となるように配置されている、非水電解質二次電池。
8. 前記負極合剤層の密度が１．１ｇ／ｃｍ^３以上である、請求項７に記載の非水電解質二次電池。

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