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JP7772037B2 - Method for manufacturing electrode active material layer and method for manufacturing battery - Google Patents
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JP7772037B2 - Method for manufacturing electrode active material layer and method for manufacturing battery - Google Patents

Method for manufacturing electrode active material layer and method for manufacturing battery

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JP7772037B2 JP2023119021A JP2023119021A JP7772037B2 JP 7772037 B2 JP7772037 B2 JP 7772037B2 JP 2023119021 A JP2023119021 A JP 2023119021A JP 2023119021 A JP2023119021 A JP 2023119021A JP 7772037 B2 JP7772037 B2 JP 7772037B2
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Description

本開示は、電極活物質層の製造方法、及び電池の製造方法に関する。 This disclosure relates to a method for manufacturing an electrode active material layer and a method for manufacturing a battery.

リチウムイオン電池の電極活物質層は、電極活物質及びバインダー樹脂等を含む電極合材スラリーを集電箔上に塗布して、乾燥させることによって製造することができる。バッテリー式電気自動車(BEV)やプラグインハイブリッド車(PHEV)に用いることができるように、リチウムイオン電池の高容量化が要求されている。高容量化を実現することを目的として、電極活物質層を厚くすることが検討されている。 The electrode active material layer of a lithium-ion battery can be produced by applying an electrode mixture slurry containing an electrode active material and a binder resin, etc., to a current collector foil and then drying it. There is a demand for higher-capacity lithium-ion batteries so that they can be used in battery electric vehicles (BEVs) and plug-in hybrid vehicles (PHEVs). To achieve this higher capacity, efforts are being made to thicken the electrode active material layer.

例えば、特許文献1は、ウェブ状の集電箔上に電極合材層を形成するスラリーを塗工した後、スラリーが塗工された集電箔を乾燥炉中で一方向に輸送しながら塗膜に対して熱風を当てて塗膜の乾燥を行い、電極を製造する方法を開示している。 For example, Patent Document 1 discloses a method for producing an electrode by applying a slurry that forms an electrode composite layer onto a web-shaped current collector foil, and then transporting the slurry-coated current collector foil in one direction in a drying furnace while applying hot air to the coating to dry the coating.

特開2013-084383号公報JP 2013-084383 A

厚膜の電極活物質層を製造するために、集電箔上に電極活物質を含むスラリーを厚く塗布して乾燥させると、乾燥後の電極活物質層に割れが生じやすい。 When a thick layer of electrode active material is produced by applying a thick layer of slurry containing the electrode active material to a current collector foil and then drying it, cracks tend to form in the electrode active material layer after drying.

本開示は、乾燥に伴う割れが生じにくい電極活物質層の製造方法、及びそのような電極活物質層を含む電池の製造方法を提供することを目的とする。 The present disclosure aims to provide a method for manufacturing an electrode active material layer that is less susceptible to cracking due to drying, and a method for manufacturing a battery that includes such an electrode active material layer.

本件開示者等は、以下の手段により上記課題を解決することができることを見出した。
〈態様1〉
集電箔に電極活物質及び溶媒を含むスラリーを塗工すること、及び
前記スラリーが塗工された前記集電箔を輸送しながら前記スラリーを乾燥させて、電極活物質層を得ること
を含み、
前記乾燥工程において、下記関係式(1)及び下記関係式(2)を満たす蒸発速度で乾燥を行う、
電極活物質層の製造方法:
関係式(1):前記溶媒の蒸発速度(mg/cm・sec)≦-2.46×前記電極活物質のタップ密度(g/cc)+5.04
関係式(2):前記溶媒の蒸発速度(mg/cm・sec)≦1.20。
〈態様2〉
前記電極活物質のタップ密度が、1.60g/cc以上2.00g/cc以下である、態様1に記載の方法。
〈態様3〉
前記乾燥工程における熱源が、熱風又はレーザーである、態様1又は2に記載の方法。
〈態様4〉
前記電極活物質層の厚さが、150μm以上である、態様1~3のいずれか一項に記載の方法。
〈態様5〉
態様1~4のいずれか一項に記載の方法によって電極活物質層を製造することを含む、
電池の製造方法。
The present inventors have found that the above problems can be solved by the following means.
<Aspect 1>
coating a current collector foil with a slurry containing an electrode active material and a solvent; and drying the slurry while transporting the current collector foil coated with the slurry to obtain an electrode active material layer,
In the drying step, drying is performed at an evaporation rate that satisfies the following relational expressions (1) and (2):
Manufacturing method of electrode active material layer:
Relational formula (1): evaporation rate of the solvent (mg/cm 2 ·sec)≦−2.46 × tap density of the electrode active material (g/cc) + 5.04
Relational formula (2): evaporation rate of the solvent (mg/cm 2 ·sec)≦1.20.
<Aspect 2>
2. The method of claim 1, wherein the electrode active material has a tap density of 1.60 g/cc or greater and 2.00 g/cc or less.
<Aspect 3>
3. The method of claim 1 or 2, wherein the heat source in the drying step is hot air or a laser.
<Aspect 4>
Aspect 4. The method of any one of aspects 1 to 3, wherein the electrode active material layer has a thickness of 150 μm or more.
Aspect 5
Producing an electrode active material layer by the method according to any one of aspects 1 to 4;
How batteries are manufactured.

本開示によれば、乾燥に伴う割れが生じにくい電極活物質層の製造方法、及びそのような電極活物質層を含む電池の製造方法を提供することができる。 This disclosure provides a method for manufacturing an electrode active material layer that is less susceptible to cracking due to drying, and a method for manufacturing a battery that includes such an electrode active material layer.

図1は、実施例2~5のデータに基づく電極活物質のタップ密度と溶媒の蒸発速度との関係を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the tap density of the electrode active material and the evaporation rate of the solvent, based on the data of Examples 2 to 5.

以下、本開示の実施の形態について詳述する。なお、本開示は、以下の実施の形態に限定されるのではなく、開示の本旨の範囲内で種々変形して実施できる。 Embodiments of the present disclosure are described in detail below. Note that the present disclosure is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made within the scope of the disclosure.

《電極活物質層の製造方法》
電極活物質層を製造する本開示の方法は、集電箔に電極活物質及び溶媒を含むスラリーを塗工すること、及びスラリーが塗工された前記集電箔を輸送しながらスラリーを乾燥させて、電極活物質層を得ることを含む。また、本開示の方法は、乾燥工程において、下記関係式(1)及び下記関係式(2)を満たす蒸発速度で乾燥を行う。
関係式(1):前記溶媒の蒸発速度(mg/cm・sec)≦-2.46×前記電極活物質のタップ密度(g/cc)+5.04
関係式(2):前記溶媒の蒸発速度(mg/cm・sec)≦1.20
<<Method for manufacturing electrode active material layer>>
A method for producing an electrode active material layer according to the present disclosure includes applying a slurry containing an electrode active material and a solvent to a current collector foil, and drying the slurry while transporting the current collector foil to obtain an electrode active material layer. In the drying step, the method according to the present disclosure performs drying at an evaporation rate that satisfies the following relational expressions (1) and (2):
Relational formula (1): evaporation rate of the solvent (mg/cm 2 ·sec)≦−2.46 × tap density of the electrode active material (g/cc) + 5.04
Relational formula (2): evaporation rate of the solvent (mg/cm 2 ·sec)≦1.20

本件開示者等は、乾燥に伴う電極活物質層の割れが生じる原因の1つが、電極活物質を含むスラリーの乾燥が進行することにより生じる塗膜中の成分の凝集にあると考えた。具体的には、これは、何らの理論に束縛されることを意図しないが、以下のように推定される。すなわち、塗膜の乾燥が進行すると、塗膜中の成分が凝集してくる。そのため、残存した溶媒が凝集した成分の隙間から揮発することとなり、これにより突沸が発生しやすく、結果として電極活物質層の割れが生じやすくなると考えられる。 The present inventors believe that one of the causes of cracking of the electrode active material layer that occurs during drying is the aggregation of components in the coating film that occurs as the drying of the slurry containing the electrode active material progresses. Specifically, without intending to be bound by any theory, this is presumed to be as follows: As the drying of the coating film progresses, the components in the coating film aggregate. As a result, the remaining solvent evaporates from the gaps between the aggregated components, which is likely to cause bumping, and as a result, it is thought that the electrode active material layer is more likely to crack.

これに対して、本件開示者等は、電極活物質のタップ密度と上記スラリーの溶媒蒸発速度とが特定の関係式を満たす条件で塗膜の乾燥を行うことで、乾燥に伴う電極活物質層の割れが生じにくくなることを見出した。具体的には、これは、何らの理論に束縛されることを意図しないが、関係式(1)及び(2)を満たす条件で塗膜の乾燥を行うことで、乾燥が進行しても塗膜中の成分間に一定の隙間が生じやすくなり、その隙間から効率的に溶媒が揮発するため、突沸を防ぐことができることがき、結果として、塗膜の乾燥に伴う電極活物質層の割れが生じにくくなると考えられる。 In response to this, the present inventors have discovered that cracking of the electrode active material layer due to drying is less likely to occur if the coating film is dried under conditions where the tap density of the electrode active material and the solvent evaporation rate of the slurry satisfy a specific relationship. Specifically, without intending to be bound by any theory, it is believed that drying the coating film under conditions where relationship formulas (1) and (2) are satisfied makes it easier for gaps to form between the components in the coating film even as drying progresses, and the solvent evaporates efficiently from these gaps, preventing bumping. As a result, it is believed that cracking of the electrode active material layer due to drying of the coating film is less likely to occur.

〈スラリー塗工工程〉
本開示の方法は、集電箔に電極活物質及び溶媒を含むスラリーを塗工することを含む。
<Slurry coating process>
The method of the present disclosure includes applying a slurry containing an electrode active material and a solvent to a current collector foil.

集電箔としては、電池の集電箔として用いることができるものであれば特に限定されない。例えば、リチウムイオン電池を構成する場合は、アルミニウム箔や銅箔等を用いることができる。 There are no particular restrictions on the current collecting foil, as long as it can be used as a current collecting foil for a battery. For example, when constructing a lithium-ion battery, aluminum foil, copper foil, etc. can be used.

電極活物質としては、電池の電極活物質として用いることができるものであれば特に限定されない。したがって、電極活物質は、正極活物質であっても負極活物質であってもよい。公知の活物質のうち、所定のイオンを吸蔵放出する電位(充放電電位)の異なる2つの物質を選択し、貴な電位を示す物質を正極活物質とし、卑な電位を示す物質を負極活物質として、それぞれ用いることができる。 There are no particular restrictions on the electrode active material, as long as it can be used as an electrode active material in a battery. Therefore, the electrode active material may be either a positive electrode active material or a negative electrode active material. Two known active materials with different potentials (charge/discharge potentials) at which they absorb and release specific ions can be selected, and the material exhibiting a more noble potential can be used as the positive electrode active material, while the material exhibiting a more base potential can be used as the negative electrode active material.

正極活物質としては公知の活物質を用いればよい。例えば、リチウムイオン電池を構成する場合は、正極活物質としてコバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、LiNi1/3Co1/3Mn1/3、マンガン酸リチウム、スピネル系リチウム化合物等の各種のリチウム含有複合酸化物を用いることができる。また、オリビン型の正極活物質としてリン酸鉄リチウム(LFP)を用いることができる。正極活物質は、例えば、粒子状であってもよく、その大きさは特に限定されるものではない。 Known active materials may be used as the positive electrode active material. For example, when configuring a lithium ion battery, various lithium-containing composite oxides such as lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , lithium manganate, and spinel-based lithium compounds may be used as the positive electrode active material. Furthermore, lithium iron phosphate (LFP) may be used as an olivine-type positive electrode active material. The positive electrode active material may be, for example, particulate, and the size thereof is not particularly limited.

負極活物質としては公知の活物質を用いればよい。例えば、リチウムイオン電池を構成する場合は、負極活物質としてシリコンやシリコン合金や酸化ケイ素等のシリコン系活物質;黒鉛やハードカーボン等の炭素系活物質;チタン酸リチウム等の各種酸化物系活物質;金属リチウムやリチウム合金等を用いることができる。負極活物質は、例えば、粒子状であってもよく、その大きさは特に限定されるものではない。 Any known active material may be used as the negative electrode active material. For example, when constructing a lithium-ion battery, the negative electrode active material may be silicon-based active materials such as silicon, silicon alloys, and silicon oxide; carbon-based active materials such as graphite and hard carbon; various oxide-based active materials such as lithium titanate; metallic lithium, lithium alloys, etc. The negative electrode active material may be, for example, in particulate form, and there is no particular limit to its size.

本開示に関して、スラリーは電極合材スラリーであってよい。本開示に関して、「電極合材スラリー」は、「電極合材」に加えて分散媒を含み、それによって塗布及び乾燥して電極活物質層を形成できるスラリーを意味している。また、「電極合材」は、電極活物質の他に、随意に固体電解質、導電助剤、及びバインダーを含む。 In the context of this disclosure, the slurry may be an electrode mixture slurry. In the context of this disclosure, "electrode mixture slurry" refers to a slurry that contains an "electrode mixture" and a dispersion medium, and that can be applied and dried to form an electrode active material layer. Furthermore, the "electrode mixture" optionally contains a solid electrolyte, a conductive additive, and a binder in addition to the electrode active material.

固体電解質の材料は、特に限定されず、リチウムイオン電池に用いられる固体電解質として利用可能な材料を用いることができる。例えば、固体電解質は、硫化物固体電解質であってよい。 The material for the solid electrolyte is not particularly limited, and any material that can be used as a solid electrolyte in a lithium-ion battery can be used. For example, the solid electrolyte may be a sulfide solid electrolyte.

硫化物固体電解質の例として、硫化物非晶質固体電解質、硫化物結晶質固体電解質、又はアルジロダイト型固体電解質等が挙げられるが、これらに限定されない。具体的な硫化物固体電解質の例として、LiS-P系(Li11、LiPS、Li等)、LiS-SiS、LiI-LiS-SiS、LiI-LiS-P、LiI-LiBr-LiS-P、LiS-P-GeS(Li13GeP16、Li10GeP12等)、LiI-LiS-P、LiI-LiPO-P、Li7-xPS6-xCl等;又はこれらの組み合わせを挙げることができるが、これらに限定されない。 Examples of sulfide solid electrolytes include, but are not limited to, sulfide amorphous solid electrolytes, sulfide crystalline solid electrolytes, and argyrodite-type solid electrolytes. Specific examples of sulfide solid electrolytes include Li 2 S—P 2 S 5 systems (Li 7 P 3 S 11 , Li 3 PS 4 , Li 8 P 2 S 9 , etc.), Li 2 S—SiS 2 , LiI—Li 2 S—SiS 2 , LiI—Li 2 S—P 2 S 5 , LiI—LiBr—Li 2 S—P 2 S 5 , Li 2 S—P 2 S 5 —GeS 2 (Li 13 GeP 3 S 16 , Li 10 GeP 2 S 12 , etc.), LiI—Li 2 S—P 2 O 5 , LiI—Li 3 PO 4 —P 2 S 5 , Li 7-x PS 6-x Cl x, etc.; or combinations thereof.

硫化物固体電解質は、ガラスであっても、結晶化ガラス(ガラスセラミック)であってもよい。 The sulfide solid electrolyte may be glass or crystallized glass (glass ceramic).

導電助剤は、特に限定されない。例えば、導電助剤は、VGCF(気相成長法炭素繊維、Vapor Grown Carbon Fiber)及び、アセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(KB)、カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンナノファイバー(CNF)等であってよいが、これらに限定されない。 The conductive additive is not particularly limited. For example, the conductive additive may be VGCF (Vapor Grown Carbon Fiber), acetylene black (AB), ketjen black (KB), carbon nanotubes (CNT), carbon nanofibers (CNF), etc., but is not limited to these.

バインダーとしては、特に限定されない。例えば、バインダーは、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ブタジエンゴム(BR)、若しくはスチレンブタジエンゴム(SBR)等の材料、又はこれらの組合せであってよいが、これらに限定されない。 The binder is not particularly limited. For example, the binder may be a material such as polyvinylidene fluoride (PVdF), butadiene rubber (BR), or styrene butadiene rubber (SBR), or a combination thereof, but is not limited to these.

溶媒としては、電極活物質を分散させることができ、かつ電極活物質を分散させたときにその特性を著しく損なわないものであれば特に制限されない。溶媒としては、水、及びN-メチル-2-ピロリドン(NMP)等が例示される。 There are no particular restrictions on the solvent, as long as it can disperse the electrode active material and does not significantly impair the properties of the electrode active material when dispersed. Examples of solvents include water and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP).

スラリーを塗工する方法としては特に限定されないが、ブレード塗工する方法が例示される。 The method for applying the slurry is not particularly limited, but blade application is an example.

〈スラリー乾燥工程〉
本開示の方法は、スラリーが塗工された集電箔を輸送しながらスラリーを乾燥させて、電極活物質層を得ることを含む。
<Slurry drying process>
The method of the present disclosure includes drying the slurry while transporting the current collector foil coated with the slurry to obtain an electrode active material layer.

乾燥工程における乾燥条件を制御することにより、溶媒蒸発速度を調整することができる。 The solvent evaporation rate can be adjusted by controlling the drying conditions during the drying process.

本開示の方法は、乾燥工程における熱源が、熱風又はレーザーであってよい。上記溶媒が水であって、熱風を用いる場合、乾燥条件は、90℃においては5m/s以上、10m/s以上、又は15m/s以上であってよく、40m/s以下、35m/s以下、又は30m/s以下であってよく、120℃においては3m/s以上、8m/s以上、又は10m/s以上であってよく、30m/s以下、25m/s以下、又は20m/s以下であってよく、150℃においては1m/s以上、5m/s以上、又は10m/s以上であってよく、20m/s以下、17m/s以下、又は15m/s以下であってよい。上記溶媒が水であって、レーザーを用いる場合、乾燥条件は、エネルギー密度が0.5W/cm以上、1.0W/cm以上、1.5W/cm以上、2.0W/cm以上、又は2.5W/cm以上であってよく、5.0W/cm以下、4.5W/cm以下、4.0W/cm以下、又は3.5W/cm以下であってよい。 In the method of the present disclosure, the heat source in the drying step may be hot air or a laser. When the solvent is water and hot air is used, the drying conditions may be 5 m/s or more, 10 m/s or more, or 15 m/s or more, and 40 m/s or less, 35 m/s or less, or 30 m/s or less at 90°C, 3 m/s or more, 8 m/s or more, or 10 m/s or more, and 30 m/s or less, 25 m/s or less, or 20 m/s or less at 120°C, and 1 m/s or more, 5 m/s or more, or 10 m/s or more, and 20 m/s or less, 17 m/s or less, or 15 m/s or less at 150°C. When the solvent is water and a laser is used, the drying conditions may be such that the energy density is 0.5 W/ cm2 or more, 1.0 W/ cm2 or more, 1.5 W/ cm2 or more, 2.0 W/ cm2 or more, or 2.5 W/ cm2 or more, and 5.0 W/ cm2 or less, 4.5 W/ cm2 or less, 4.0 W/ cm2 or less, or 3.5 W/ cm2 or less.

集電箔を輸送する方法としては、搬送ローラーを用いる方法が例示される。 One example of a method for transporting the current collecting foil is to use a transport roller.

本開示の方法は、乾燥工程において、下記関係式(1)及び下記関係式(2)を満たす蒸発速度で乾燥を行う。
関係式(1):溶媒の蒸発速度(mg/cm・sec)≦-2.46×電極活物質のタップ密度(g/cc)+5.04
関係式(2):溶媒の蒸発速度(mg/cm・sec)≦1.20
In the method of the present disclosure, in the drying step, drying is performed at an evaporation rate that satisfies the following relational expressions (1) and (2).
Relational formula (1): Evaporation rate of solvent (mg/cm 2 ·sec)≦−2.46 × Tap density of electrode active material (g/cc) + 5.04
Relational formula (2): Evaporation rate of solvent (mg/cm 2 ·sec)≦1.20

上述の通り、溶媒蒸発速度を調製する方法としては、乾燥条件を制御することが挙げられる。溶媒蒸発速度は、0mg/cm・secより大きく、0.10mg/cm・sec以上、0.20mg/cm・sec以上、0.30mg/cm・sec以上、又は0.40mg/cm・sec以上であってよく、1.00mg/cm・sec以下、0.90mg/cm・sec以下、0.80mg/cm・sec以下、0.70mg/cm・sec以下、又は0.60mg/cm・sec以下であってよい。溶媒蒸発速度は、重量計を用いて溶媒蒸散量の重量変化から算出することができる。重量計としては、エー・アンド・デイ社のパーソナル電子天秤を使用することができる。 As described above, one method for adjusting the solvent evaporation rate is to control the drying conditions. The solvent evaporation rate may be greater than 0 mg/cm 2 ·sec, 0.10 mg/cm 2 ·sec or more, 0.20 mg/cm 2 ·sec or more, 0.30 mg/cm 2 ·sec or more, or 0.40 mg/cm 2 ·sec or more, and may be 1.00 mg/cm 2 ·sec or less, 0.90 mg/cm 2 ·sec or less, 0.80 mg/cm 2 ·sec or less, 0.70 mg/cm 2 ·sec or less, or 0.60 mg/cm 2 ·sec or less. The solvent evaporation rate can be calculated from the weight change of the solvent evaporation amount using a weighing scale. A personal electronic balance from A&D Corporation can be used as the weighing scale.

本開示の方法における電極活物質のタップ密度は、1.60g/cc以上2.00g/cc以下であってよい。電極活物質のタップ密度は、1.65g/cc以上であってよく、1.90g/cc以下、1.80g/cc以下、又は1.75g/cc以下であってよい。 The tap density of the electrode active material in the method of the present disclosure may be 1.60 g/cc or more and 2.00 g/cc or less. The tap density of the electrode active material may be 1.65 g/cc or more, and may be 1.90 g/cc or less, 1.80 g/cc or less, or 1.75 g/cc or less.

電極活物質のタップ密度は、一般的なタッピング式の密度測定装置、例えばセイシン企業社のタップデンサ―を用いて、JIS K1469:2003に規定される方法によって測定することができる。 The tap density of the electrode active material can be measured using a common tapping-type density measuring device, such as a Tap Denser from Seishin Enterprise Co., Ltd., according to the method specified in JIS K1469:2003.

本開示の方法に関して、スラリーが電極活物質以外の成分を含む場合、電極活物質が電極合材における主成分であってよい。これにより、電極合材における電極活物質以外の成分によって、スラリー中の溶媒が揮発しにくくなることを防ぐことができる。ここで、本開示の方法に関して「主成分」とは、電極合材中における質量割合が、50質量%以上、60質量%以上、70質量%以上、80質量%以上、又は90質量%以上である成分のことを意味する。 In the method of the present disclosure, when the slurry contains components other than the electrode active material, the electrode active material may be the main component of the electrode mixture. This prevents the solvent in the slurry from becoming less volatile due to components other than the electrode active material in the electrode mixture. Here, in the method of the present disclosure, "main component" means a component whose mass proportion in the electrode mixture is 50% by mass or more, 60% by mass or more, 70% by mass or more, 80% by mass or more, or 90% by mass or more.

なお、例えば、電極活物質が電極合材における主成分ではない場合、タップ密度として電極合材の値を用いてもよい。これにより、スラリー中の溶媒の揮発のしやすさについて、電極合材における電極活物質以外の成分の影響を考慮したものとすることができる。 For example, if the electrode active material is not the main component of the electrode mixture, the value of the electrode mixture may be used as the tap density. This allows the ease of volatilization of the solvent in the slurry to be determined taking into account the influence of components other than the electrode active material in the electrode mixture.

本開示の方法によって製造される電極活物質層の厚さは、150μm以上、200μm以上、又は250μm以上であってよく、500μm以下、450μm以下、又は400μm以下、又は350μm以下であってよい。電極活物質層の厚さが上記範囲内であることは、この電極活物質層を、例えばBEVやPHEVに用いるために高容量化する観点から好ましい。 The thickness of the electrode active material layer produced by the method of the present disclosure may be 150 μm or more, 200 μm or more, or 250 μm or more, and may be 500 μm or less, 450 μm or less, 400 μm or less, or 350 μm or less. Having the thickness of the electrode active material layer within the above range is preferable from the perspective of increasing the capacity of this electrode active material layer for use in, for example, BEVs and PHEVs.

《電池の製造方法》
電池を製造する本開示の方法は、電極活物質層を製造することを含む。
<Battery manufacturing method>
The disclosed method of fabricating a battery includes fabricating an electrode active material layer.

電極活物質層を製造する方法については、電極活物質層を製造する本開示の方法に関する上記の記載を参照できる。 For the method of manufacturing the electrode active material layer, please refer to the above description of the method of manufacturing the electrode active material layer disclosed herein.

電池を製造する本開示の方法は、電極活物質層を製造することの他に、負極集電体層、負極活物質層、電解質層、正極活物質層、及び正極集電体層をこの順に配置することを含んでいてもよい。この場合、負極活物質層、及び正極活物質層のいずれか、又は両方に、本開示の方法により製造した電極活物質層を用いることができる。 The disclosed method for manufacturing a battery may include, in addition to manufacturing an electrode active material layer, arranging an anode current collector layer, an anode active material layer, an electrolyte layer, a cathode active material layer, and a cathode current collector layer in this order. In this case, the electrode active material layer manufactured by the disclosed method can be used for either or both of the anode active material layer and the cathode active material layer.

《電極活物質層の作製》
《実施例1》
電極活物質として、タップ密度が1.70g/ccのリン酸鉄リチウム(LFP)を用いた。このLFP98質量部、カルボキシメチルセルロース(CMC)0.4質量部、及びスチレンブタジエンゴム(SBR)1.6質量部を含む電極合材を、溶媒である水に分散させて電極合材スラリー(電極合剤スラリーの固形分率は75質量%)を調製した。このスラリーを集電箔に塗工した。この集電箔を搬送ローラーで輸送しながら、150℃、15m/secの熱風をあてることによってスラリーを乾燥させて、厚さ300μmの電極活物質層を得た。乾燥工程における溶媒蒸発速度は0.5mg/cm・secであった。
<<Preparation of electrode active material layer>>
Example 1
Lithium iron phosphate (LFP) with a tap density of 1.70 g/cc was used as the electrode active material. An electrode mixture containing 98 parts by mass of this LFP, 0.4 parts by mass of carboxymethyl cellulose (CMC), and 1.6 parts by mass of styrene butadiene rubber (SBR) was dispersed in water as a solvent to prepare an electrode mixture slurry (solid content of the electrode mixture slurry was 75% by mass). This slurry was applied to a current collector foil. While transporting the current collector foil with a conveying roller, the slurry was dried by applying hot air at 150 °C and 15 m/sec to obtain a 300 μm-thick electrode active material layer. The solvent evaporation rate during the drying process was 0.5 mg/cm 2 sec.

〈実施例2〉
電極活物質として、タップ密度が1.60g/ccのLFPを用いたこと、及び120℃、10m/sの熱風をあてることによってスラリーを乾燥させたこと以外は実施例1と同様にして、電極活物質層を得た。この乾燥工程における溶媒蒸発速度は1.1mg/cm・secであった。
Example 2
An electrode active material layer was obtained in the same manner as in Example 1, except that LFP having a tap density of 1.60 g/cc was used as the electrode active material and the slurry was dried by applying hot air at 120°C and 10 m/s. The solvent evaporation rate in this drying step was 1.1 mg/cm sec.

〈実施例3〉
電極活物質として、タップ密度が1.75g/ccのLFPを用いたこと以外は実施例1と同様にして、電極活物質層を得た。この乾燥工程における溶媒蒸発速度は0.74mg/cm・secであった。
Example 3
Except for using LFP having a tap density of 1.75 g/cc as the electrode active material, an electrode active material layer was obtained in the same manner as in Example 1. The solvent evaporation rate in this drying step was 0.74 mg/cm 2 sec.

〈実施例4〉
電極活物質として、タップ密度が1.825g/ccのLFPを用いたこと以外は実施例1と同様にして、電極活物質層を得た。この乾燥工程における溶媒蒸発速度は0.54mg/cm・secであった。
Example 4
Except for using LFP having a tap density of 1.825 g/cc as the electrode active material, an electrode active material layer was obtained in the same manner as in Example 1. The solvent evaporation rate in this drying step was 0.54 mg/cm 2 ·sec.

〈実施例5〉
電極活物質として、タップ密度が1.90g/ccのLFPを用いたこと以外は実施例1と同様にして、電極活物質層を得た。この乾燥工程における溶媒蒸発速度は0.365mg/cm・secであった。
Example 5
Except for using LFP having a tap density of 1.90 g/cc as the electrode active material, an electrode active material layer was obtained in the same manner as in Example 1. The solvent evaporation rate in this drying step was 0.365 mg/cm 2 ·sec.

〈比較例1〉
電極活物質として、タップ密度が1.90g/ccのLFPを用いたこと以外は実施例1と同様にして、電極活物質層を得た。
Comparative Example 1
An electrode active material layer was obtained in the same manner as in Example 1, except that LFP having a tap density of 1.90 g/cc was used as the electrode active material.

〈比較例2〉
エネルギー密度3W/cmのレーザーを照射することによってスラリーを乾燥させたこと以外は実施例1と同様にして、電極活物質層を得た。この乾燥工程における溶媒蒸発速度は1.3mg/cm・secであった。
Comparative Example 2
An electrode active material layer was obtained in the same manner as in Example 1 , except that the slurry was dried by irradiating it with a laser having an energy density of 3 W/cm. The solvent evaporation rate in this drying step was 1.3 mg/cm.

なお、上記各例において、電極活物質のタップ密度は、タッピング式の密度測定装置(セイシン企業社、タップデンサ―)を用いてJIS K1469:2003に規定される方法によって測定した。また、溶媒の蒸発速度は、重量計(エー・アンド・デイ社のパーソナル天秤)を用いて溶媒蒸散量の重量変化から算出した。 In each of the above examples, the tap density of the electrode active material was measured using a tapping-type density measuring device (Tap Denser, manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.) according to the method specified in JIS K1469:2003. The solvent evaporation rate was calculated from the weight change due to the amount of solvent evaporated using a weighing scale (a personal balance manufactured by A&D Corporation).

《評価》
各例で作成された電極活物質層の割れの有無を、目視により観察した。
"evaluation"
The electrode active material layer prepared in each example was visually inspected for cracks.

《結果》
実施例2~5に基づく電極活物質のタップ密度と溶媒蒸発速度との関係を示すグラフを図1に示す。このグラフにおける線形近似式が、本開示の関係式(1)にあたる。関係式(1)及び(2)を満たす本開示の方法により製造された実施例の電極活物質層については、割れが生じなかった。これに対して、関係式(1)を満たさない比較例1及び2の電極活物質層については、割れが生じた。更に、溶媒蒸発速度が関係式(2)を満たさない比較例2の電極活物質層については、溶媒の突沸が観察された。
"result"
A graph showing the relationship between the tap density and the solvent evaporation rate of the electrode active material based on Examples 2 to 5 is shown in Figure 1. The linear approximation in this graph corresponds to the relational expression (1) of the present disclosure. The electrode active material layers of the Examples produced by the method of the present disclosure, which satisfy the relational expressions (1) and (2), did not exhibit cracking. In contrast, the electrode active material layers of Comparative Examples 1 and 2, which do not satisfy the relational expression (1), exhibited cracking. Furthermore, bumping of the solvent was observed in the electrode active material layer of Comparative Example 2, whose solvent evaporation rate did not satisfy the relational expression (2).

Claims (5)

集電箔に電極活物質及び溶媒を含むスラリーを塗工すること、及び
前記スラリーが塗工された前記集電箔を輸送しながら前記スラリーを乾燥させて、電極活物質層を得る乾燥工程を含み、
前記乾燥工程において、下記関係式(1)及び下記関係式(2)を満たす蒸発速度で乾燥を行う、
電極活物質層の製造方法:
関係式(1):前記溶媒の蒸発速度(mg/cm・sec)≦-2.46×前記電極活物質のタップ密度(g/cc)+5.04
前記関係式(1)中、前記電極活物質のタップ密度は、タッピング式の密度測定装置を用いて、JIS K1469:2003に規定される方法によって測定される値、
関係式(2):0.30≦前記溶媒の蒸発速度(mg/cm・sec)≦1.20。
a drying step of applying a slurry containing an electrode active material and a solvent to a current collector foil, and drying the slurry while transporting the current collector foil coated with the slurry to obtain an electrode active material layer,
In the drying step, drying is performed at an evaporation rate that satisfies the following relational expressions (1) and (2):
Manufacturing method of electrode active material layer:
Relational formula (1): evaporation rate of the solvent (mg/cm 2 ·sec)≦−2.46 × tap density of the electrode active material (g/cc) + 5.04
In the relational expression (1), the tap density of the electrode active material is a value measured by a method specified in JIS K1469:2003 using a tapping type density measuring device,
Relational formula (2): 0.30≦ evaporation rate of the solvent (mg/cm 2 ·sec)≦1.20.
前記電極活物質のタップ密度が、1.60g/cc以上1.90g/cc以下である、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the electrode active material has a tap density of 1.60 g/cc or more and 1.90 g/cc or less. 前記乾燥工程における熱源が、熱風又はレーザーである、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the heat source in the drying step is hot air or a laser. 前記電極活物質層の厚さが、150μm以上である、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the thickness of the electrode active material layer is 150 μm or more. 請求項1~4のいずれか一項に記載の方法によって電極活物質層を製造することを含む、電池の製造方法。 A method for manufacturing a battery, comprising producing an electrode active material layer by the method described in any one of claims 1 to 4.
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