JP5920157B2 - Electrode plate manufacturing method and battery manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、電極箔とこの電極箔上に形成された活物質層とを有する電極板の製造方法、及び、この電極板を用いた電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an electrode plate having an electrode foil and an active material layer formed on the electrode foil, and a method for manufacturing a battery using the electrode plate.
電極箔上に活物質層を有する電極板は、一般に、活物質及び結着剤等を溶媒に分散させた電極ペーストを電極箔上に塗布して電極ペースト層を形成した後、これを熱風で乾燥させて活物質層を形成することにより製造する。
しかしながら、熱風乾燥の際、溶媒は電極ペースト層の表面から蒸発していくので、電極ペースト層内の溶媒は表面側へ移動し、これに伴って結着剤も表面側へ移動しがちである。このため、熱風乾燥後の活物質層において、結着剤は厚み方向に偏在する。具体的には、活物質層の電極箔側で結着剤が少なく、活物質層の表面側で結着剤が多くなる。このため、電極箔と活物質層との密着強度(剥離強度)が低下する。
An electrode plate having an active material layer on an electrode foil is generally formed by applying an electrode paste in which an active material, a binder, and the like are dispersed in a solvent to form an electrode paste layer, and then heating the electrode paste layer with hot air. It manufactures by making it dry and forming an active material layer.
However, since the solvent evaporates from the surface of the electrode paste layer during hot air drying, the solvent in the electrode paste layer moves to the surface side, and the binder tends to move to the surface side accordingly. . For this reason, in the active material layer after hot air drying, the binder is unevenly distributed in the thickness direction. Specifically, the binder is less on the electrode foil side of the active material layer, and the binder is increased on the surface side of the active material layer. For this reason, the adhesion strength (peeling strength) between the electrode foil and the active material layer is lowered.
一方で、特許文献1には、燃料電池用のガス拡散電極の製造方法として、電極基材上に電極触媒層を形成するにあたり、溶媒を含んだ電極触媒層について真空凍結乾燥を行って、電極触媒層を形成する手法が開示されている。この文献では、製作工程の簡素化、製造に要するエネルギ及びコストの削減のために、溶媒を含んだ電極触媒層を事前に凍結させることなく、真空凍結乾燥を行っている。即ち、凍結していない電極触媒層を高真空下におくことで、溶媒の蒸発潜熱により溶媒を凍結させつつ乾燥させる方法を採用している。 On the other hand, in Patent Document 1, as a method for producing a gas diffusion electrode for a fuel cell, in forming an electrode catalyst layer on an electrode substrate, the electrode catalyst layer containing a solvent is subjected to vacuum lyophilization to obtain an electrode. A technique for forming a catalyst layer is disclosed. In this document, vacuum freeze-drying is performed without freezing the electrode catalyst layer containing the solvent in advance in order to simplify the manufacturing process and reduce the energy and cost required for production. That is, a method is adopted in which a non-frozen electrode catalyst layer is placed under high vacuum, and the solvent is dried while being frozen by the latent heat of vaporization of the solvent.
この手法を電極箔上に活物質層を有する電極板の製造に適用すると、電極箔上に電極ペースト層を形成した後、この電極ペースト層を事前に凍結させることなく、高真空下におくことで、電極ペースト層を真空凍結乾燥させて活物質層を形成することになる。
しかしながら、このような方法で電極板を形成しても、電極箔と活物質層との密着強度が低下し、電極箔から活物質層が剥離する場合があった。
When this method is applied to the production of an electrode plate having an active material layer on an electrode foil, after forming the electrode paste layer on the electrode foil, the electrode paste layer should be kept under high vacuum without being frozen in advance. Thus, the electrode paste layer is freeze-dried to form an active material layer.
However, even when the electrode plate is formed by such a method, the adhesion strength between the electrode foil and the active material layer is lowered, and the active material layer may be peeled off from the electrode foil.
その理由は、電極ペースト層を凍結させると、その凍結温度によっては、電極箔と電極ペースト層(活物質層)に生じる熱収縮量の差が大きくなり、これらの間に生じる応力により電極箔と活物質層との密着強度が低下して、電極箔から活物質層が剥離したと考えられる。特に、電極板を結着剤のガラス転移点以下にまで冷却すると、結着剤が状態変化して結着剤の結着作用が大きく低下するために、電極箔と活物質層との密着強度が大きく低下し、熱収縮量の差から生じる応力により電極箔から活物質層が剥離し易くなると考えられる。加えて、電極箔上に電極ペースト層を形成してからこれを真空凍結乾燥させるまでの間に、例えば電極板を搬送する際などに、電極ペースト層内の結着剤が厚み方向に移動して、結着剤の厚み方向の偏在が生じたことにも起因すると考えられる。
このように従来の電極板の製造方法では、活物質層において結着剤が厚み方向の偏在するのを防止すると共に、電極箔と活物質層との密着強度の低下を抑制するのが難しかった。
The reason is that when the electrode paste layer is frozen, depending on the freezing temperature, the difference in thermal shrinkage generated between the electrode foil and the electrode paste layer (active material layer) becomes large, and the stress generated between them causes It is considered that the adhesive strength with the active material layer was lowered and the active material layer was peeled off from the electrode foil. In particular, when the electrode plate is cooled below the glass transition point of the binder, the binder changes its state and the binding action of the binder is greatly reduced. It is considered that the active material layer is easily peeled off from the electrode foil due to the stress caused by the difference in heat shrinkage. In addition, the binder in the electrode paste layer moves in the thickness direction between the formation of the electrode paste layer on the electrode foil and the vacuum freeze-drying, for example, when the electrode plate is transported. This is considered to be caused by the uneven distribution of the binder in the thickness direction.
As described above, in the conventional electrode plate manufacturing method, it is difficult to prevent the binder from being unevenly distributed in the thickness direction in the active material layer and to suppress the decrease in the adhesion strength between the electrode foil and the active material layer. .
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、活物質層において結着剤が厚み方向の偏在するのを防止すると共に、電極箔と活物質層との密着強度の低下を抑制した電極板の製造方法、及び、この電極板を用いた電池の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the current situation, and prevents the binder from being unevenly distributed in the thickness direction in the active material layer and suppresses a decrease in the adhesion strength between the electrode foil and the active material layer. It aims at providing the manufacturing method of an electrode plate, and the manufacturing method of the battery using this electrode plate.
上記課題を解決するための本発明の一態様は、電極箔とこの電極箔上に形成された活物質層とを有する電極板の製造方法であって、活物質及び結着剤を溶媒に分散させた電極ペーストを前記電極箔上に塗布して、電極ペースト層を形成する塗工工程と、前記電極ペースト層を、前記溶媒の凝固点Tfよりも低く、かつ、前記結着剤のガラス転移点Tg(但し、Tg<Tf)よりも高い第1冷却温度Tc(Tg<Tc<Tf)で凍結させる凍結工程と、凍結した前記電極ペースト層を、Tg<Td<Tfを満たす第2冷却温度Tdで真空凍結乾燥させて、前記活物質層を形成する真空凍結乾燥工程と、を備える電極板の製造方法である。 One embodiment of the present invention for solving the above problems is a method of manufacturing an electrode plate having an electrode foil and an active material layer formed on the electrode foil, wherein the active material and the binder are dispersed in a solvent. A coating step of forming an electrode paste layer by applying the electrode paste on the electrode foil, and the electrode paste layer having a glass transition point lower than the freezing point Tf of the solvent and the binder A freezing step of freezing at a first cooling temperature Tc (Tg <Tc <Tf) higher than Tg (where Tg <Tf), and a second cooling temperature Td satisfying Tg <Td <Tf for the frozen electrode paste layer. And a vacuum freeze-drying step in which the active material layer is formed by vacuum freeze-drying.
この電極板の製造方法では、電極箔上に電極ペースト層を形成した後、この電極ペースト層を、Tg<Tc<Tf(Tg:結着剤のガラス転移点,Tf:溶媒の凝固点)を満たす第1冷却温度Tcで凍結させてから、この凍結した電極ペースト層を、Tg<Td<Tfを満たす第2冷却温度Tdで真空凍結乾燥させて、活物質層を形成する。このように、電極ペースト層の形成後、真空凍結乾燥前に予め電極ペースト層を凍結させることで、電極ペースト層を形成してからこれを真空凍結乾燥させるまでの間に、電極ペースト層内の結着剤が厚み方向に移動するのを防止し、結着剤の厚み方向の偏在が生じることを防止できる。 In this electrode plate manufacturing method, after an electrode paste layer is formed on an electrode foil, this electrode paste layer satisfies Tg <Tc <Tf (Tg: glass transition point of binder, Tf: freezing point of solvent). After freezing at the first cooling temperature Tc, the frozen electrode paste layer is vacuum freeze-dried at a second cooling temperature Td that satisfies Tg <Td <Tf to form an active material layer. As described above, after the electrode paste layer is formed, the electrode paste layer is frozen in advance before vacuum freeze-drying. It is possible to prevent the binder from moving in the thickness direction and to prevent the binder from being unevenly distributed in the thickness direction.
加えて、第1冷却温度Tc及び第2冷却温度Tdを、結着剤のガラス転移点Tgよりも高い温度(Tc,Td>Tg)にすることで、結着剤が状態変化してその結着作用が大きく低下することを防止できるので、電極箔と電極ペースト層(活物質層)の熱収縮量の差から生じる応力により電極箔と活物質層との密着強度が低下することを抑制できる。従って、この電極板の製造方法によれば、活物質層において結着剤が厚み方向の偏在するのを防止すると共に、電極箔と活物質層との密着強度を高くし、電極箔から活物質層が剥離するのを防止または適切に抑制できる。 In addition, by setting the first cooling temperature Tc and the second cooling temperature Td to a temperature (Tc, Td> Tg) higher than the glass transition point Tg of the binder, the state of the binder changes and the binding thereof is changed. Since it is possible to prevent the adhesion action from greatly decreasing, it is possible to suppress a decrease in the adhesion strength between the electrode foil and the active material layer due to the stress caused by the difference in thermal shrinkage between the electrode foil and the electrode paste layer (active material layer). . Therefore, according to this method of manufacturing an electrode plate, the binder is prevented from being unevenly distributed in the thickness direction in the active material layer, and the adhesion strength between the electrode foil and the active material layer is increased, so that the active material is formed from the electrode foil. It is possible to prevent or appropriately suppress peeling of the layer.
なお、「電極板」は、正極電極箔に、正極活物質を含む正極活物質層を形成した正極板でもよいし、負極電極箔に、負極活物質を含む負極活物質層を形成した負極板でもよい。或いは、電極箔の一方の主面に正極活物質を含む正極活物質層を形成すると共に、他方の主面に負極活物質を含む負極活物質層を形成した双極電極板(バイポーラ電極板)でもよい。 The “electrode plate” may be a positive electrode plate in which a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material is formed on a positive electrode electrode foil, or a negative electrode plate in which a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material is formed on a negative electrode electrode foil. But you can. Alternatively, a bipolar electrode plate (bipolar electrode plate) in which a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material is formed on one main surface of the electrode foil and a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material is formed on the other main surface. Good.
更に、上記の電極板の製造方法であって、前記第1冷却温度Tc及び前記第2冷却温度Tdは、(Tg+Tf)/2≦Tc<Tf、(Tg+Tf)/2≦Td<Tfを満たす電極板の製造方法とすると良い。 Furthermore, in the method for manufacturing the electrode plate, the first cooling temperature Tc and the second cooling temperature Td satisfy (Tg + Tf) / 2 ≦ Tc <Tf and (Tg + Tf) / 2 ≦ Td <Tf. It is good to use the manufacturing method of a board.
第1冷却温度Tc及び第2冷却温度Tdを低くするほど、電極箔と電極ペースト層(活物質層)に生じる熱収縮量の差が大きくなり、これらの間に大きな応力が生じて電極箔から活物質層が剥離し易くなる。これに対し、この電極板の製造方法では、第1冷却温度Tc及び第2冷却温度Tdの下限値をそれぞれ(Tg+Tf)/2に限定しているので、電極箔と電極ペースト層(活物質層)に生じる熱収縮量の差を小さくして、密着強度の低下を効果的に抑制できる。 The lower the first cooling temperature Tc and the second cooling temperature Td, the larger the difference in the amount of thermal shrinkage that occurs between the electrode foil and the electrode paste layer (active material layer). The active material layer is easily peeled off. On the other hand, in this electrode plate manufacturing method, the lower limit values of the first cooling temperature Tc and the second cooling temperature Td are limited to (Tg + Tf) / 2, respectively. Therefore, the electrode foil and the electrode paste layer (active material layer) ) To reduce the difference in the amount of heat shrinkage, effectively reducing the decrease in adhesion strength.
更に、上記のいずれかに記載の電極板の製造方法であって、前記電極箔は、銅箔であり、前記溶媒は、水であり、前記結着剤は、スチレンブタジエンゴムである電極板の製造方法とすると良い。 Furthermore, in the method for producing an electrode plate according to any one of the above, the electrode foil is a copper foil, the solvent is water, and the binder is styrene butadiene rubber. A manufacturing method is preferable.
電極箔が銅箔で、溶媒が水である場合、銅の熱膨張率(線膨張率)は16.8×10-6/Kであり、氷の熱膨張率(線膨張率)は50.7×10-6/Kであるので、電極箔と電極ペースト層(活物質層)に生じる熱収縮量の差が大きくなり易い。一方、スチレンブタジエンゴム(SBR)はそのガラス転移点Tg以下にまで冷却されると、ガラス化して弾性を失い、結着作用が大きく低下する。これに対し、第1冷却温度Tc及び第2冷却温度Tdを、SBRのガラス転移点Tgよりも高い温度(Tc,Td>Tg)にすることで、電極箔と活物質層との密着強度の低下を効果的に抑制できる。 When the electrode foil is a copper foil and the solvent is water, the thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) of copper is 16.8 × 10 −6 / K, and the thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) of ice is 50. Since it is 7 × 10 −6 / K, the difference in thermal shrinkage generated between the electrode foil and the electrode paste layer (active material layer) tends to be large. On the other hand, when styrene butadiene rubber (SBR) is cooled to below its glass transition point Tg, it becomes vitrified and loses elasticity, and the binding action is greatly reduced. In contrast, by setting the first cooling temperature Tc and the second cooling temperature Td to a temperature (Tc, Td> Tg) higher than the glass transition point Tg of SBR, the adhesion strength between the electrode foil and the active material layer can be increased. Reduction can be effectively suppressed.
更に、上記の電極板の製造方法であって、前記スチレンブタジエンゴムの前記ガラス転移点Tgは、−40℃以下であり、前記第1冷却温度Tc(℃)及び前記第2冷却温度Td(℃)は、−15≦Tc<0,−15≦Td<0を満たす電極板の製造方法とすると良い。 Furthermore, in the method for manufacturing the electrode plate, the glass transition point Tg of the styrene-butadiene rubber is −40 ° C. or less, and the first cooling temperature Tc (° C.) and the second cooling temperature Td (° C. ) Is preferably a method for manufacturing an electrode plate that satisfies −15 ≦ Tc <0 and −15 ≦ Td <0.
この電極板の製造方法では、結着剤として、ガラス転移点Tgが−40℃以下であり、−15℃程度の低温でも十分弾性を有するSBRを用いている。しかも、第1冷却温度Tc(℃)を−15≦Tc<0、第2冷却温度Td(℃)を−15≦Td<0としているので、電極箔と活物質層との密着強度の低下を効果的に抑制できる。 In this method of manufacturing an electrode plate, SBR having a glass transition point Tg of −40 ° C. or lower and having sufficient elasticity even at a low temperature of about −15 ° C. is used as a binder. Moreover, since the first cooling temperature Tc (° C.) is −15 ≦ Tc <0 and the second cooling temperature Td (° C.) is −15 ≦ Td <0, the adhesion strength between the electrode foil and the active material layer is reduced. It can be effectively suppressed.
また、他の態様は、電極箔とこの電極箔上に形成された活物質層とを有する電極板を備える電池の製造方法であって、上記のいずれかに記載の電極板の製造方法を含む電池の製造方法である。 Moreover, another aspect is a manufacturing method of a battery provided with the electrode plate which has electrode foil and the active material layer formed on this electrode foil, Comprising: The manufacturing method of the electrode plate in any one of said is included It is a manufacturing method of a battery.
この電池の製造方法によれば、活物質層において結着剤が厚み方向の偏在するのを防止すると共に、電極箔と活物質層との密着強度を高くし、電極箔から活物質層が剥離するのを防止または適切に抑制した電極板を備える電池を製造できる。 According to this battery manufacturing method, the binder is prevented from being unevenly distributed in the thickness direction in the active material layer, the adhesion strength between the electrode foil and the active material layer is increased, and the active material layer is peeled off from the electrode foil. A battery including an electrode plate that is prevented or appropriately suppressed can be manufactured.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図1及び図2に、リチウムイオン二次電池10(以下、単に電池10とも言う)を示す。また、図3に、電極体30を示し、図4に、負極板(電極板)41を示す。なお、以下では、電池10の厚み方向BH、幅方向CH、高さ方向DHを、図1及び図2に示す方向と定めて説明する。また、図1及び図2における上方を電池10の上側、下方を電池10の下側として説明する。
この電池10は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載される角型の密閉型電池である。この電池10は、直方体状の電池ケース20と、この電池ケース20内に収容された扁平状捲回型の電極体30と、電池ケース20に支持された正極端子60及び負極端子70等から構成されている。また、電池ケース20内には、非水系の電解液27が保持されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 show a lithium ion secondary battery 10 (hereinafter also simply referred to as battery 10). 3 shows an
The
このうち電極体30は、その軸線(捲回軸)が電池10の幅方向CHと平行となるように横倒しにした状態で、電池ケース20内に収容されている(図2参照)。この電極体30は、帯状の正極板31と帯状の負極板41とを、樹脂製の多孔質膜からなる帯状の2枚のセパレータ51,51を介して互いに重ねて(図3参照)、軸線周りに捲回し、扁平状に圧縮したものである。正極板31の幅方向の一部は、セパレータ51,51から軸線方向の一方側(図2中、左方、図3中、上方)に渦巻き状をなして突出しており、正極端子60と接続(溶接)している。また、負極板41の幅方向の一部は、セパレータ51,51から軸線方向の他方側(図2中、右方、図3中、下方)に渦巻き状をなして突出しており、負極端子70と接続(溶接)している。
Among these, the
正極板31は、芯材として、アルミニウムからなる帯状の正極電極箔32を有する。この正極電極箔32の表裏面のうち幅方向(図3中、上下方向)の一部(図3中、下方)の上には、それぞれ長手方向(図3中、左右方向)に帯状に延びる正極活物質層33,33が形成されている。この正極活物質層33は、正極活物質と導電材と結着剤から形成されている。本実施形態では、正極活物質としてリチウム・コバルト・ニッケル・マンガン複合酸化物を、導電材としてアセチレンブラック(AB)を、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いている。
The
負極板(電極板)41は、芯材として、銅からなる帯状の負極電極箔(電極箔)42を有する。この負極電極箔42の表裏面のうち幅方向(図3中、上下方向、図4中、左右方向)の一部(図3中、上方、図4中、左方)の上には、それぞれ長手方向(図3中、左右方向、図4中、紙面に直交する方向)に帯状に延びる負極活物質層(活物質層)43,43が形成されている。この負極活物質層43は、負極活物質(活物質)83と結着剤84と増粘剤85から形成されている。本実施形態では、負極活物質83として天然黒鉛を、結着剤84としてスチレンブタジエンゴム(SBR)を、増粘剤85としてカルボシキメチルセルロース(CMC)を用いている。
The negative electrode plate (electrode plate) 41 has a strip-shaped negative electrode foil (electrode foil) 42 made of copper as a core material. Of the front and back surfaces of the
次いで、上記の負極板41及び電池10の製造方法について説明する。まず、負極板41を製造する。即ち、帯状の負極電極箔42を用意する。また、負極活物質(天然黒鉛)83、結着剤(SBR)84及び増粘剤(CMC)85を溶媒82(具体的には水)に分散させた負極ペースト81を用意する。なお、この溶媒(水)の凝固点Tfは、0℃であり、また、本実施形態で用いた結着剤84(SBR)のガラス転移点Tgは、−44℃である。
そして、塗工工程において、ダイコータを用いて、負極電極箔42の一方の主面のうち幅方向の一部の上に負極ペースト81を塗布し、負極ペースト層43p1(図4参照)を形成する。
Next, a method for manufacturing the
And in a coating process, the negative electrode paste 81 is apply | coated on a part of width direction among one main surfaces of the negative
次に、塗工工程後、速やかに凍結工程を行う。即ち、この負極ペースト層43p1を、溶媒82の凝固点Tf(=0℃)よりも低く、かつ、結着剤84のガラス転移点Tg(=−44℃)よりも高い、更には、(Tg+Tf)/2(=−22℃)以上、即ち、(Tg+Tf)/2≦Tc<Tf(−22≦Tc<0)を満たす第1冷却温度Tc(本実施形態ではTc=−2℃)で凍結させる。具体的には、冷却した金属板の上に、負極ペースト層43p1を形成した負極電極箔42を載置し、負極ペースト層43p1が−2℃になるまで、6℃/secの冷却速度で冷却して、負極ペースト層43p1を瞬間凍結させた。なお、この瞬間凍結は、3℃/sec以上の冷却速度で行うのが好ましい。
Next, a freezing process is performed promptly after the coating process. That is, the negative electrode paste layer 43p1 is lower than the freezing point Tf (= 0 ° C.) of the solvent 82, higher than the glass transition point Tg (= −44 ° C.) of the binder 84, and (Tg + Tf). / 2 (= −22 ° C.) or more, that is, freezing at a first cooling temperature Tc (Tc = −2 ° C. in the present embodiment) satisfying (Tg + Tf) / 2 ≦ Tc <Tf (−22 ≦ Tc <0). . Specifically, the
次に、真空凍結乾燥工程において、凍結した負極ペースト層43p2を、Tg<Td<Tfを満たし、更には、(Tg+Tf)/2≦Td<Tf(−22≦Td<0)を満たす第2冷却温度Td(本実施形態ではTd=−15℃)で真空凍結乾燥させて、負極活物質層43を形成する。具体的には、凍結した負極ペースト層43p2を有する負極電極箔42を真空凍結乾燥機内に入れ、温度を−15℃、圧力を10-1Paとして、12時間、真空凍結乾燥を行って、溶媒82を昇華させ、負極活物質層43を形成した。
Next, in the vacuum freeze-drying process, the frozen negative electrode paste layer 43p2 is subjected to second cooling that satisfies Tg <Td <Tf and further satisfies (Tg + Tf) / 2 ≦ Td <Tf (−22 ≦ Td <0). The anode active material layer 43 is formed by vacuum freeze-drying at a temperature Td (Td = −15 ° C. in the present embodiment). Specifically, the
次に、再び塗工工程を行い、負極電極箔42の反対側の主面にも、その幅方向の一部の上に負極ペースト81を塗布し、負極ペースト層42p1を形成する。その後速やかに凍結工程を行い、この負極ペースト層43p1を第1冷却温度Tc=−2℃で凍結させる。更に、真空凍結乾燥工程を行い、凍結した負極ペースト層43p2を第2冷却温度Td=−15℃で真空凍結乾燥させて、負極活物質層43を形成する。
その後は、これらの負極活物質層43,43を加圧ロールにより圧縮して、その密度を高める。かくして、負極板41が形成される。
Next, the coating process is performed again, and the negative electrode paste 81 is applied onto a part of the main surface on the opposite side of the negative
Thereafter, these negative electrode active material layers 43, 43 are compressed by a pressure roll to increase their density. Thus, the
また別途、正極板31を製造する。即ち、帯状の正極電極箔32を用意する。そして、ダイコータを用いて、この正極電極箔32の一方の主面のうち幅方向の一部の上に、正極活物質、導電材及び結着剤を含む正極ペーストを塗布し、これを熱風により乾燥させて、正極活物質層33を形成する(図3参照)。同様に、正極電極箔32の反対側の主面にも、その幅方向の一部の上に上記の正極ペーストを塗布し、これを熱風により乾燥させて、正極活物質層33を形成する。その後、これらの正極活物質層33,33を加圧ロールにより圧縮して、その密度を高める。かくして、正極板31が形成される。
Separately, the
次に、帯状のセパレータ51を2枚用意し、前述の正極板31と負極板41とをセパレータ51,51を介して互いに重ね(図3参照)、巻き芯を用いて軸線周りに捲回する。更に、これを扁平状に圧縮して電極体30を形成する。
また別途、電池ケース20の矩形板状の蓋部材23(図2参照)を用意し、この蓋部材23に正極端子60及び負極端子70をそれぞれ固設しておく。その後、電池ケース20の有底角筒状の本体部材21を用意し、この本体部材21内に電極体30を収容した後、本体部材21と蓋部材23とをレーザ溶接して電池ケース20を形成する。その後、電解液27を電池ケース20内に注液する。その後は、この電池について、初充電や各種検査を行う。かくして、電池10が完成する。
Next, two strip-shaped
Separately, a rectangular plate-like lid member 23 (see FIG. 2) of the
(実施例及び比較例)
次いで、実施形態に係る負極板41の製造方法の効果を検証するために行った試験の結果について説明する。実施例1として、実施形態に係る製造方法により負極板41を製造した。この製造方法では、前述のように、凍結工程における第1冷却温度Tcを、Tg<Tc<Tf(具体的には−44≦Tc<0)を満たし、更には、(Tg+Tf)/2≦Tc<Tf(具体的には−22≦Tc<0)をも満たすTc=−2℃とした。
また、実施例2として、凍結工程における第1冷却温度Tcを、Tg<Tc<Tfを満たすが、(Tg+Tf)/2≦Tc<Tfは満たさないTc=−31℃とし、それ以外は実施例1(実施形態)と同様にして負極板を製造した。
(Examples and Comparative Examples)
Subsequently, the result of the test performed in order to verify the effect of the manufacturing method of the
Further, as Example 2, the first cooling temperature Tc in the freezing step is set to Tc = −31 ° C. that satisfies Tg <Tc <Tf but does not satisfy (Tg + Tf) / 2 ≦ Tc <Tf. A negative electrode plate was produced in the same manner as in Example 1 (embodiment).
一方、比較例1として、凍結工程における第1冷却温度Tcを、Tg<Tc<Tfを満たさないTc=−196℃とし、それ以外は実施例1と同様にして負極板を製造した。
また、比較例2として、凍結工程を行わずに、塗工工程の後に真空凍結乾燥工程を行って、それ以外は実施例1と同様にして負極板を製造した。
On the other hand, as Comparative Example 1, the first cooling temperature Tc in the freezing step was set to Tc = −196 ° C. not satisfying Tg <Tc <Tf, and the negative electrode plate was manufactured in the same manner as in Example 1 except that.
Further, as Comparative Example 2, a negative electrode plate was produced in the same manner as in Example 1 except that a vacuum freeze-drying process was performed after the coating process without performing the freezing process.
これら実施例1,2及び比較例1,2に係る各負極板について、負極活物質層の剥離強度試験を行って、剥離強度(密着強度、N/m)をそれぞれ測定した。具体的には、各負極板から帯状の断片をそれぞれ切り出した。これらの帯状断片のうち、一方側を両面テープを介して水平な台に固定し、他方側を剥離強度測定機により上方に垂直に持ち上げた。そして、この剥離強度測定機によって、両面テープに貼り付いた負極活物質層が負極電極箔から剥がれる際に掛かった力(N)を測定し、これから剥離強度(N/m)をそれぞれ求めた。その結果を表1に示す。 About each negative electrode plate which concerns on these Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, the peel strength test of the negative electrode active material layer was done, and peel strength (adhesion strength, N / m) was measured, respectively. Specifically, a strip-shaped piece was cut out from each negative electrode plate. Of these strips, one side was fixed to a horizontal base via a double-sided tape, and the other side was lifted vertically by a peel strength measuring machine. And the force (N) applied when the negative electrode active material layer affixed to the double-sided tape peeled from the negative electrode foil was measured by this peel strength measuring device, and the peel strength (N / m) was determined from this. The results are shown in Table 1.
表1から判るように、凍結工程における第1冷却温度TcをTg<Tc<Tfを満たさないTc=−196℃とした比較例1に係る負極板では、剥離強度試験を行う以前から既に負極活物質層が負極電極箔から剥離していたため、剥離強度が零(0.00N/m)であった。その理由は、電極ペースト層を結着剤のガラス転移点Tg以下にまで過度に冷却したので、結着剤がガラス化して弾性を失い、その結着作用が大きく低下した。加えて、過度の冷却により負極電極箔と負極活物質層に生じる熱収縮量の差が大きくなり、これらの間に大きな応力が生じて、これらの剥離強度が低下したと考えられる。 As can be seen from Table 1, in the negative electrode plate according to Comparative Example 1 in which the first cooling temperature Tc in the freezing step was Tc = −196 ° C. not satisfying Tg <Tc <Tf, the negative electrode active was already performed before the peel strength test was performed. Since the material layer was peeled from the negative electrode foil, the peel strength was zero (0.00 N / m). The reason is that the electrode paste layer was excessively cooled to below the glass transition point Tg of the binder, so that the binder was vitrified and lost its elasticity, and the binding action was greatly reduced. In addition, it is considered that the difference in heat shrinkage generated between the negative electrode foil and the negative electrode active material layer due to excessive cooling is increased, and a large stress is generated between them, resulting in a decrease in the peel strength.
これに対し、凍結工程における第1冷却温度TcをTg<Tc<Tfを満たす温度とした実施例1,2に係る各負極板では、剥離強度が比較例1よりも高く、実施例1に係る負極板で18.73N/m、実施例2に係る負極板で10.64N/mであった。特に、第1冷却温度Tcを(Tg+Tf)/2≦Tc<Tfを満たす温度とした実施例1に係る負極板で、剥離強度が高かった。その理由は、実施例1,2では、第1冷却温度Tcを結着剤のガラス転移点Tgよりも高い温度としたので、冷却時に結着剤がガラス化することなく、結着作用が大きく低下することが防止された。加えて、冷却時に負極電極箔と負極活物質層に生じた熱収縮量の差が比較例1の場合よりも小さく、これらの間に生じた応力が小さかった。特に、実施例1では、負極電極箔と負極活物質層に生じた熱収縮量の差が小さく、これらの間に生じた応力が小さかった。このため、電極箔と活物質層との剥離強度が低下することが抑制されたと考えられる。 On the other hand, in each negative electrode plate according to Examples 1 and 2 in which the first cooling temperature Tc in the freezing step is set to a temperature satisfying Tg <Tc <Tf, the peel strength is higher than that of Comparative Example 1, and according to Example 1. The negative electrode plate was 18.73 N / m, and the negative electrode plate according to Example 2 was 10.64 N / m. In particular, the peel strength was high in the negative electrode plate according to Example 1 in which the first cooling temperature Tc was set to a temperature satisfying (Tg + Tf) / 2 ≦ Tc <Tf. The reason is that in Examples 1 and 2, the first cooling temperature Tc was set to a temperature higher than the glass transition point Tg of the binder, so that the binder did not vitrify at the time of cooling, and the binding action was large. The decline was prevented. In addition, the difference in heat shrinkage generated between the negative electrode foil and the negative electrode active material layer during cooling was smaller than that in Comparative Example 1, and the stress generated between them was small. In particular, in Example 1, the difference in heat shrinkage generated between the negative electrode foil and the negative electrode active material layer was small, and the stress generated between them was small. For this reason, it is thought that it was suppressed that the peeling strength of electrode foil and an active material layer fell.
なお、凍結工程を行わなかった比較例2に係る負極板では、剥離強度が実施例1よりも低く、13.72N/mであった。その理由は、塗工工程を行ってから真空凍結乾燥で電極ペースト層を乾燥させるまでの間に、電極ペースト層内の結着剤が厚み方向に移動して、結着剤の厚み方向の偏在が生じた。その結果、負極電極箔と負極活物質層との剥離強度が低くなったと考えられる。 In addition, in the negative electrode plate which concerns on the comparative example 2 which did not perform the freezing process, peeling strength was lower than Example 1, and was 13.72 N / m. The reason is that the binder in the electrode paste layer moves in the thickness direction between the time when the coating process is performed and the electrode paste layer is dried by vacuum freeze-drying. Occurred. As a result, it is considered that the peel strength between the negative electrode foil and the negative electrode active material layer was lowered.
以上で説明したように、負極板41の製造方法では、負極電極箔42上に負極ペースト層42p1を形成した後、この負極ペースト層42p1を、Tg<Tc<Tf(Tg:結着剤84のガラス転移点,Tf:溶媒82の凝固点)を満たす第1冷却温度Tcで凍結させてから、この凍結した負極ペースト層42p2を、Tg<Td<Tfを満たす第2冷却温度Tdで真空凍結乾燥させて、負極活物質層43を形成する。このように、電極ペースト層42p1の形成後、真空凍結乾燥前に予め電極ペースト層42p1を凍結させることで、電極ペースト層42p1を形成してからこれを真空凍結乾燥させるまでの間に、電極ペースト層42p1内の結着剤84が厚み方向に移動するのを防止し、結着剤84の厚み方向の偏在が生じることを防止できる。
As described above, in the manufacturing method of the
加えて、第1冷却温度Tc及び第2冷却温度Tdを、結着剤84のガラス転移点Tgよりも高い温度(Tc,Td>Tg)にすることで、結着剤84が状態変化してその結着作用が大きく低下することを防止できるので、負極電極箔42と負極ペースト層42p1(負極活物質層43)の熱収縮量の差から生じる応力により負極電極箔42と負極活物質層43との密着強度が低下することを抑制できる。従って、負極活物質層43において結着剤84が厚み方向に偏在するのを防止すると共に、負極電極箔42と負極活物質層43との密着強度を高くし、負極電極箔42から負極活物質層43が剥離するのを防止できる。
In addition, when the first cooling temperature Tc and the second cooling temperature Td are set to a temperature (Tc, Td> Tg) higher than the glass transition point Tg of the binder 84, the state of the binder 84 changes. Since the binding action can be prevented from greatly decreasing, the
更に、負極板41の製造方法では、第1冷却温度Tc及び第2冷却温度Tdの下限値をそれぞれ(Tg+Tf)/2に限定しているので、負極電極箔42と負極ペースト層42p2(負極活物質層43)に生じる熱収縮量の差を小さくして、密着強度の低下を効果的に抑制できる。
Further, in the manufacturing method of the
また、負極板41の製造方法では、負極電極箔42が銅箔で、溶媒82が水であるため、負極電極箔42と負極ペースト層42p2(負極活物質層43)に生じる熱収縮量の差が大きくなり易い。また、SBR84はそのガラス転移点Tg以下にまで冷却されると、ガラス化して弾性を失い、結着作用が大きく低下する。これに対し、第1冷却温度Tc及び第2冷却温度Tdを、SBR84のガラス転移点Tgよりも高い温度とすることで、負極電極箔42と負極活物質層43との密着強度の低下を効果的に抑制できる。
Moreover, in the manufacturing method of the
また、負極板41の製造方法では、結着剤84として、ガラス転移点Tgが−40℃以下であり、−15℃程度の低温でも十分弾性を有するSBRを用いている。しかも、第1冷却温度Tc(℃)を−15≦Tc<0、第2冷却温度Td(℃)を−15≦Td<0としているので、負極電極箔42と負極活物質層43との密着強度の低下を効果的に抑制できる。
Moreover, in the manufacturing method of the
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
例えば、実施形態では、負極電極箔42の一方の主面について、塗工工程、凍結工程及び真空凍結乾燥工程を行って一方の負極活物質層43を形成した後、他方の主面にも再度、塗工工程、凍結工程及び真空凍結乾燥工程を行って他方の負極活物質層43を形成したが、これに限られない。負極活物質層43,43は、両面同時に形成してもよい。即ち、負極電極箔42の両主面について塗工工程を行って負極ペースト層43p1,43p1を形成した後、これらに凍結工程を行い、更にこれらに真空凍結乾燥工程を行って、両面の負極活物質層43,43を同時に形成してもよい。
In the above, the present invention has been described with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that the present invention can be appropriately modified and applied without departing from the gist thereof.
For example, in the embodiment, one main surface of the
10 リチウムイオン二次電池(電池)
30 電極体
31 正極板
41 負極板(電極板)
42 負極電極箔(電極箔)
43 負極活物質層(活物質層)
43p1 (凍結していない)負極ペースト層(電極ペースト層)
43p2 (凍結した)負極ペースト層(電極ペースト層)
51 セパレータ
81 負極ペースト(電極ペースト)
82 溶媒
83 負極活物質(活物質)
84 結着剤
85 増粘剤
10 Lithium ion secondary battery (battery)
30
42 Negative electrode foil (electrode foil)
43 Negative electrode active material layer (active material layer)
43p1 (not frozen) negative electrode paste layer (electrode paste layer)
43p2 (frozen) negative electrode paste layer (electrode paste layer)
51 Separator 81 Negative electrode paste (electrode paste)
82 Solvent 83 Negative electrode active material (active material)
84 Binder 85 Thickener
Claims (5)
活物質及び結着剤を溶媒に分散させた電極ペーストを前記電極箔上に塗布して、電極ペースト層を形成する塗工工程と、
前記電極ペースト層を、前記溶媒の凝固点Tfよりも低く、かつ、前記結着剤のガラス転移点Tg(但し、Tg<Tf)よりも高い第1冷却温度Tc(Tg<Tc<Tf)で凍結させる凍結工程と、
凍結した前記電極ペースト層を、Tg<Td<Tfを満たす第2冷却温度Tdで真空凍結乾燥させて、前記活物質層を形成する真空凍結乾燥工程と、を備える
電極板の製造方法。 A method for producing an electrode plate having an electrode foil and an active material layer formed on the electrode foil,
An electrode paste in which an active material and a binder dispersed in a solvent are applied onto the electrode foil to form an electrode paste layer; and
The electrode paste layer is frozen at a first cooling temperature Tc (Tg <Tc <Tf) lower than the freezing point Tf of the solvent and higher than the glass transition point Tg (where Tg <Tf) of the binder. A freezing step,
A vacuum freeze-drying step of vacuum freeze-drying the frozen electrode paste layer at a second cooling temperature Td satisfying Tg <Td <Tf to form the active material layer.
前記第1冷却温度Tc及び前記第2冷却温度Tdは、
(Tg+Tf)/2≦Tc<Tf
(Tg+Tf)/2≦Td<Tf
を満たす
電極板の製造方法。 It is a manufacturing method of the electrode plate according to claim 1,
The first cooling temperature Tc and the second cooling temperature Td are:
(Tg + Tf) / 2 ≦ Tc <Tf
(Tg + Tf) / 2 ≦ Td <Tf
The manufacturing method of the electrode plate which satisfy | fills.
前記電極箔は、銅箔であり、
前記溶媒は、水であり、
前記結着剤は、スチレンブタジエンゴムである
電極板の製造方法。 It is a manufacturing method of the electrode plate according to claim 1 or 2,
The electrode foil is a copper foil,
The solvent is water;
The method for producing an electrode plate, wherein the binder is styrene butadiene rubber.
前記スチレンブタジエンゴムの前記ガラス転移点Tgは、−40℃以下であり、
前記第1冷却温度Tc(℃)及び前記第2冷却温度Td(℃)は、
−15≦Tc<0
−15≦Td<0
を満たす
電極板の製造方法。 It is a manufacturing method of the electrode plate according to claim 3,
The glass transition point Tg of the styrene butadiene rubber is −40 ° C. or less,
The first cooling temperature Tc (° C.) and the second cooling temperature Td (° C.) are:
−15 ≦ Tc <0
−15 ≦ Td <0
The manufacturing method of the electrode plate which satisfy | fills.
請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の電極板の製造方法を含む
電池の製造方法。 A battery manufacturing method comprising an electrode plate having an electrode foil and an active material layer formed on the electrode foil,
The manufacturing method of the battery containing the manufacturing method of the electrode plate as described in any one of Claims 1-4.
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