リチウムイオン二次電池の製造方法
【課題】 生産効率が良く，集電体と活物質層との密着強度の高いリチウムイオン二次電池の製造方法を提供すること。
【解決手段】 正極と負極とを有し，正極および負極がそれぞれ，集電体とその上に形成された活物質層とを有するリチウムイオン二次電池の製造方法が本発明の適用対象である。本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法ではさらに，正極および負極の少なくとも一方を，集電体に，溶媒にバインダーを分散してなるバインダー溶液を塗工し，その上に，活物質とバインダーとを少なくとも含む粉末成分を供給して堆積させる。その後，集電体上のバインダー溶液および粉末成分の堆積層を，加熱しつつ堆積層の厚さ方向に加圧することにより製造する。
【解決手段】 正極と負極とを有し，正極および負極がそれぞれ，集電体とその上に形成された活物質層とを有するリチウムイオン二次電池の製造方法が本発明の適用対象である。本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法ではさらに，正極および負極の少なくとも一方を，集電体に，溶媒にバインダーを分散してなるバインダー溶液を塗工し，その上に，活物質とバインダーとを少なくとも含む粉末成分を供給して堆積させる。その後，集電体上のバインダー溶液および粉末成分の堆積層を，加熱しつつ堆積層の厚さ方向に加圧することにより製造する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，リチウムイオン二次電池の製造方法に関する。さらに詳細には，正極と負極とを有し，正極および負極がそれぞれ，集電体とその上に形成された活物質層とを有するリチウムイオン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，携帯電話，ノート型パソコン，ビデオカムコーダなどのポータブル電子機器やハイブリッド電気自動車などの車両の普及により，これらの駆動用電源に用いられる電池の需要は増大している。このような電池として，リチウムイオン二次電池がある。そして，リチウムイオン二次電池は，正極板と負極板とを，これらの間にセパレータを挟み込みつつ捲回してなる電極体をケースに挿入し，電解液を注入して封口することにより製造される。
【０００３】
リチウムイオン二次電池の電極板は，集電体の上に活物質層を形成することにより製造される。ここにおいて，活物質層には，少なくとも活物質とバインダーとが含まれている。活物質は，リチウムイオン二次電池の充放電に寄与するものである。バインダーは，活物質を集電体の表面に保持するためのものである。そして，電極板には，集電体と活物質層との密着強度が高いことが要求される。集電体と活物質層とが剥離した場合，その箇所では，集電体と活物質層との間の抵抗が大きい。このため，そのリチウムイオン二次電池は，充放電性能を十分に発揮することができなくなるからである。
【０００４】
例えば，特許文献１では，活物質層を，集電体表面の第１の層と，第１の層の上の第２の層とに分けて形成している。ここにおいて，第１の層に，第２の層よりも結着力が強いものを用いることにより，集電体と活物質層との密着強度を高くすることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−７９３７０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，特許文献１においては，第１の層と第２の層とを分けて形成している。このため，第１の層と第２の層とが，それぞれに乾燥工程を必要とする。これにより，生産効率を悪化させてしまうという問題があった。
【０００７】
また，出来上がった活物質層中のバインダーの分布が好ましくないことがある。乾燥工程では，溶媒を蒸発させる。この時，活物質層中の溶媒は，集電体より遠ざかる向きに移動し，最終的に活物質層の表面から大気へ蒸発する。これに伴い，活物質層中のバインダーも，集電体より遠ざかる向きに移動する。さらに，乾燥工程が加熱乾燥の場合，活物質層内には熱対流が生じる。そして，熱対流による活物質層中のバインダーの移動も，集電体より遠ざかる向きの方が優勢である。つまり，乾燥工程により，活物質層の集電体側においては，バインダーが少なくなるおそれがある。よって，活物質層が集電体から剥離しやすくなるという問題があった。
【０００８】
本発明は，前記した従来の技術が有する問題点の解決を目的としてなされたものである。すなわちその課題とするところは，生産効率が良く，集電体と活物質層との密着強度の高いリチウムイオン二次電池の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題の解決を目的としてなされた本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法は，正極と負極とを有し，正極および負極がそれぞれ，集電体とその上に形成された活物質層とを有するリチウムイオン二次電池の製造方法であって，正極および負極の少なくとも一方を，集電体に，溶媒にバインダーを分散してなるバインダー溶液を塗工し，その上に，活物質とバインダーとを少なくとも含む粉末成分を供給して堆積させ，その後に集電体上のバインダー溶液および粉末成分の堆積層を，加熱しつつ堆積層の厚さ方向に加圧することにより製造することを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法である。
【００１０】
本発明においては，バインダー溶液の塗工後には，乾燥工程が不要である。そして，粉末成分の供給後においても，乾燥工程を省くことが可能である。本発明において溶媒を含んでいるのはバインダー溶液のみであるため，使用している溶媒の量が少ないからである。よって，電極板を，効率良く生産することができる。
【００１１】
また，集電体の表面に，まず，溶媒およびバインダーよりなるバインダー溶液を塗工している。さらに，従来ほどの乾燥工程を必要としない。これにより，電極板の完成後において，活物質層の集電体側には，バインダーが多く残ることとなる。よって，集電体と活物質層との密着強度の高い電極板を製造することができる。
【００１２】
さらに，集電体の表面に液状のバインダー溶液を塗工し，その上に粉末成分を供給する。このため，粉末成分はバインダー溶液の上に堆積するとともに，バインダー溶液の一部を吸収する。この時，粉末成分は，バインダー溶液のバインダーの一部も同時に吸収している。また，粉末成分にも，もともとバインダーが含まれている。よって，電極板の完成後における活物質層では，バインダー溶液および粉末成分のバインダーが混在することにより，好適なバインダー分布を形成している。つまり，活物質層全体として，好適に結着させることができる。
【００１３】
また，上記に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法であって，粉末成分として，活物質の表面に少なくともバインダーを付着させたものを用いてもよい。このようなものであっても，集電体と活物質層との密着強度の高い電極板を，効率良く生産できることに変わりないからである。
【００１４】
また，上記に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法であって，粉末成分を，塗工されたバインダー溶液が乾燥する前に供給して堆積させることが好ましい。乾燥したバインダー溶液の上に粉末成分を供給した場合，乾燥したバインダー溶液が絶縁膜となり，集電体と粉末成分の活物質との間の電気抵抗を増加させるおそれがあるからである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば，生産効率が良く，集電体と活物質層との密着強度の高いリチウムイオン二次電池の製造方法が提供されている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態に係る電池の部分断面図である。
【図２】実施形態に係る電池の断面図（図１のＡ−Ａ断面図）である。
【図３】実施形態に係る電池の断面図（図１のＢ−Ｂ断面図）である。
【図４】実施形態に係る電池の拡大断面図（図３のＣ部）である。
【図５】実施形態に係る電極板製造装置の概略構成を示す図である。
【図６】実施形態に係る電極板製造装置に供給されてくる銅箔の断面図である。
【図７】実施形態に係る電極板製造装置の，塗工部を通過した後の銅箔の断面図である。
【図８】実施形態に係る電極板製造装置の，粉体供給部を通過した後の銅箔の断面図である。
【図９】実施形態に係る電極板製造装置の，プレスローラの間を通過する直前の銅箔の断面図である。
【図１０】実施形態に係る電極板製造装置の，プレスローラを通過した後の銅箔の断面図である。
【図１１】第２の形態の粉末成分を説明するための図である。
【図１２】実験の結果を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下，本発明を具体化した最良の形態について，図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，リチウムイオン二次電池について本発明を具体化したものである。
【００１８】
［第１の形態］
[電池]
図１に本形態に係る電池１０の部分断面図を示す。図１に示すように，電池１０は，電極体２０と，電解液３０と，これら電極体２０および電解液３０を収容する電池ケース４０とを備えるリチウムイオン二次電池である。電池ケース４０は電池ケース本体４１と封口板４２とを備えている。また，封口板４２は，絶縁部材４３と安全弁４４とを備えている。
【００１９】
図２は，図１に示すＡ−Ａ断面による電池１０の断面図である。図２に示すように，電極体２０は，扁平形状をした捲回型の電極体である。また，図３は，図１に示すＢ−Ｂ断面による電池１０の断面図である。図３に示すように，電極体２０は，帯状の正極板１００と帯状の負極板２００とを，これらの間に帯状でかつ正極板１００および負極板２００より幅狭のセパレータ５０を挟み込みつつ捲回したものである。
【００２０】
図４は，図３に示す電池１０のＣ部の拡大断面図である。図４に示すように，正極板１００は，正極集電体であるアルミニウム箔１１０の両面に，正極活物質層１２０を形成したものである。一方負極板２００は，負極集電体である銅箔２１０の両面に負極活物質層２２０を形成したものである。
【００２１】
また，図３に示すように，正極板１００には，セパレータ５０および負極板２００より図中上向き（図１では右向き）に突出した部分がある。正極板１００のこの部分には正極活物質層１２０は形成されておらず，アルミニウム箔１１０のみである。正極板１００は，この部分において，正極端子６０と接続している。
【００２２】
一方，負極板２００には，セパレータ５０および正極板１００より図３中下向き（図１では左向き）に突出した部分がある。負極板２００のこの部分には，負極活物質層２２０は形成されておらず，銅箔２１０のみである。負極板２００は，この部分において，負極端子７０と接続している。
【００２３】
さらに，図１に示すように，正極端子６０と負極端子７０とは，それぞれ電極板に接続していない側の端を，絶縁部材４３を介し，電池ケース４０の外部に突出している。このように，正極板１００と負極板２００とは，それぞれに用いられる材料が異なるのみであって，同様の構造をしている。このため，正極板１００の製造方法は，負極板２００と共通している。よって，本形態では，本発明を負極板２００に適用したものについて説明する。
【００２４】
［電極板製造装置］
図５は，本形態の電極板の製造方法に用いる電極板製造装置１の概略構成図である。ただし以下については，前述しように，電極板製造装置１により，負極板２００を製造することとして説明する。電極板製造装置１は，塗工部２，折り返しローラ３，粉体供給部４，スキージ５，プレスローラ６，プレスローラ７を備えている。
【００２５】
電極板製造装置１には，銅箔２１０が，図５中右下から矢印Ｘの向きに供給される。そして，銅箔２１０の進行方向は，電極板製造装置１内において，折り返しローラ３により折り返される。その後銅箔２１０は，電極板製造装置１より，右上へ矢印Ｙの向きに搬出される。特に限定する訳ではないが，銅箔２１０が電極板製造装置１内を搬送される速度は，３０ｍ／ｍｉｎである。
【００２６】
ここにおいて，電極板製造装置１に矢印Ｘの向きに供給されてくる時の銅箔２１０の下面を，第１面とする。また，銅箔２１０の第１面と反対の面を，第２面とする。銅箔２１０の第１面には，電極板製造装置１に供給されてくる時において，まだ何も形成されていない。そして，電極板製造装置１は，銅箔２１０の第１面に，負極活物質層２２０を形成するためのものである。また，銅箔２１０の第１面は，折り返しローラ３により折り返されるため，折り返しローラ３を通過した後には上面である。
【００２７】
塗工部２は，ロッドコーターである。しかし，別の塗工装置，例えば，グラビアコーターやダイコーターなどであってもよい。塗工部２は，銅箔２１０の第１面に，バインダー溶液２３０を，一定の厚さで連続的に塗工するためのものである。
【００２８】
粉体供給部４は，粉体供給装置である。粉体供給部４は，銅箔２１０の第１面側に，一定量の粉末成分２４０を，連続的に供給するためのものである。また，スキージ５は，粉体供給部４により供給された粉末成分２４０を，所定の厚さに均すためのものである。
【００２９】
プレスローラ６とプレスローラ７とは，これらの間を通過する対象物を加圧することができる一対の加圧ローラである。さらに，プレスローラ６とプレスローラ７とは，これらの間を通過する対象物を，その通過時において加熱することができる。すなわち，プレスローラ６とプレスローラ７とは，これらの間を通過する対象物を，加熱しつつ加圧することができるのである。
【００３０】
[電極板の製造方法]
次いで電極板の製造方法について説明する。本形態では，集電体の上に活物質層を形成することによる負極板の製造を，電極板製造装置１を用いて次の概略工程によって行う。
１．バインダー溶液の塗工
２．粉末成分の供給
３．加熱・加圧
そして以下，上記１から３の概略工程に沿って，図６から図１０を参照しつつ順に説明する。
【００３１】
まず，「１．バインダー溶液の塗工」について説明する。図６は，電極板製造装置１に矢印Ｘの向きに供給されてくる銅箔２１０を示している。図６に示すように，この時の銅箔２１０の第１面および第２面には，まだ何も形成されていない。
【００３２】
図５に示すように，銅箔２１０は，電極板製造装置１内を搬送され，まず，塗工部２に到達する。塗工部２は，銅箔２１０の第１面に，バインダー溶液２３０を塗工するためのものである。よって，塗工部２を通過した後の銅箔２１０の第１面には，図７に示すように，バインダー溶液２３０が塗工されている。
【００３３】
図７に示すように，バインダー溶液２３０は，溶媒２３１とバインダー２３２とからなるものである。本形態では，バインダー溶液２３０を，いわゆる水系のものとしている。よって，溶媒２３１としては，水または水を主体とする混合溶媒を好ましく用いることができる。また，溶媒２３１は，水系のものに限定されず，有機溶剤系のものであってもよい。有機溶剤系のものとしては，例えばＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）などが挙げられる。
【００３４】
バインダー２３２としては，溶媒２３１に分散し得るものが好ましい。本形態においては，溶媒２３１が水系のものであるため，例えば，スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ），ポリアクリル酸（ＰＡＡ）などが好ましい。なお，本形態においては，バインダー２３２として，ＳＢＲを用いている。また，溶媒２３１として有機溶剤系のものを用いた際には，バインダー２３２として，例えば，ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ），ポリアクリル酸（ＰＡＡ）などを好ましく用いることができる。
【００３５】
なお，本形態においては，溶媒２３１として水を用いている。そして，本形態におけるバインダー溶液２３０は，バインダー２３２の濃度を１０ｗｔ％としたＳＢＲ水溶液である。また，塗工部２により塗工されたバインダー溶液２３０の厚みは，濡れた状態で１．５μｍである。また図５に示すように，塗工部２を通過した銅箔２１０は，折り返しローラ３により折り返される。
【００３６】
次いで，「２．粉末成分の供給」について説明する。折り返しローラ３を通過した銅箔２１０は，次に，粉体供給部４に到達する。そして，図７に示すように，粉体供給部４に到達した銅箔２１０の第１面には，バインダー溶液２３０が塗工されている。
【００３７】
粉体供給部４は，銅箔２１０の第１面側に，粉末成分２４０を供給するためのものである。粉体供給部４の中では，粉末成分２４０を構成する各材料が，それぞれ均一に分布している。そして，粉体供給部４を通過した後の銅箔２１０の第１面側には，図８に示すように，粉末成分２４０が堆積されている。
【００３８】
本形態においては，粉末成分２４０は，負極活物質２４１，バインダー２４２により構成されている。本形態における粉末成分２４０は，負極活物質２４１，バインダー２４２にそれぞれ粉末状のものを用い，これらを混ぜ合わせることにより製造されたものである。
【００３９】
負極活物質２４１としては，炭素系材料，リチウム遷移金属複合酸化物，リチウム遷移金属複合窒化物などが例示される。なお，本形態においては，負極活物質２４１として，炭素系材料であるアモルファスコート黒鉛を用いている。
【００４０】
また，特に限定する訳ではないが，バインダー２４２として，ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いている。この他にもバインダー２４２として好適なものがあれば，それを用いることもできる。そして，粉末成分２４０は，負極活物質２４１とバインダー２４２とを，次の比率（ｗｔ％）で配合したものである。
負極活物質２４１：９８
バインダー２４２：２
【００４１】
ここにおいて，粉末成分２４０の供給された銅箔２１０の第１面側には，前述したようにバインダー溶液２３０が塗工されている。よって，図８に示すように，粉体供給部４を通過した後において粉末成分２４０が堆積しているのは，バインダー溶液２３０の上である。粉末成分２４０の堆積した銅箔２１０は，次に，スキージ５を通過する。堆積した粉末成分２４０は，スキージ５を通過することにより，所定の厚さに均される。そして，粉体供給部４により供給され，スキージ５を通過した粉末成分２４０の堆積量は，１０ｍｇ／ｃｍ２である。また，粉末成分２４０が堆積してなる堆積層の厚さは，１００μｍ程度である。
【００４２】
バインダー溶液２３０は，液状である。これに対し，粉末成分２４０は，粉末状である。このため，図９に矢印Ｚで示すように，堆積した粉末成分２４０は，バインダー溶液２３０を毛管力により吸収する。そして，プレスローラ６とプレスローラ７との間を通過する直前には，粉末成分２４０は，ある程度のバインダー溶液２３０を吸収している。これにより，バインダー溶液２３０と粉末成分２４０とは，これらが混在した負極活物質層２２０となる。しかし，粉末成分２４０は，バインダー溶液２３０の全てを吸収している訳ではない。よって，負極活物質層２２０の銅箔２１０側には，その表面側よりも多くのバインダー２３２が残っている。さらに，図９に示すように，負極活物質２４１の一部は，銅箔２１０と接触している。
【００４３】
次いで，「３．加熱・加圧」について説明する。図５に示すように，粉体供給部４およびスキージ５を通過した銅箔２１０は，次に，プレスローラ６とプレスローラ７との間を通過する。これにより，銅箔２１０上のバインダー溶液２３０および粉末成分２４０の堆積層（すなわち負極活物質層２２０）は，加熱されつつ加圧される。
【００４４】
負極活物質層２２０は，プレスローラ６とプレスローラ７とにより，これらの間を通過する時において１５０℃まで加熱される。これは，負極活物質層２２０に含まれている溶媒２３１が，蒸発するように考慮されたものである。また，加熱温度が高すぎると，負極活物質層２２０に含まれる材料を損傷するおそれがあるため好ましくない。よって，加熱温度は，上記が満たされる範囲内で設定することができ，１５０℃に限定されるものではない。
【００４５】
プレスローラ６とプレスローラ７との間を通過する時において，負極活物質層２２０中の溶媒２３１は蒸発する。よって，バインダー２３２およびバインダー２４２は，これらを包囲していた溶媒２３１が蒸発することにより，強い結着力を奏するようになるのである。
【００４６】
さらに，負極活物質層２２０は，プレスローラ６とプレスローラ７との間を通過する時において，その厚さ方向に加圧される。これにより，負極活物質層２２０中の負極活物質２４１においては，それぞれが互いに多くの接触箇所を有することとなる。そして，負極活物質２４１はその状態で，結着力が強くなったバインダー２３２およびバインダー２４２により結着される。
【００４７】
また加圧されることにより，負極活物質２４１は銅箔２１０へ押し付けられる。これにより，負極活物質２４１と銅箔２１０との接触箇所は多くなる。さらに，負極活物質層２２０の銅箔２１０側には，その表面側よりも多くのバインダー２３２が分布している。もともとバインダー溶液２３０が塗工されていた箇所だからである。そして，負極活物質２４１と銅箔２１０とは，多くの接触箇所を有しつつ，負極活物質層２２０の表面側よりも多くのバインダー２３２およびバインダー２４２により結着される。
【００４８】
このように，銅箔２１０と負極活物質層２２０とを，その厚さ方向に加熱しつつ加圧することで，銅箔２１０の第１面の負極活物質層２２０の形成が完了する。なお，本形態においては，プレスローラ６とプレスローラ７との間を通過した後における負極活物質層２２０の厚さは，８０μｍ程度である。
【００４９】
また，プレスローラ６とプレスローラ７とを通過した銅箔２１０と負極活物質層２２０とは，電極板製造装置１の中を搬送されつつ大気放熱により冷却される。すなわち，本形態では，特段の冷却装置などは設けられていない。なお，冷却装置を設けてもよい。
【００５０】
その後，銅箔２１０の第２面においても，第１面と同様の方法を用いることにより負極活物質層２２０を形成し，負極板２００を製造する。
【００５１】
ところで，本形態の電極板製造装置１は，塗工部２によるバインダー溶液２３０の塗工と，粉体供給部４による粉末成分の供給とを，連続的に行う。塗工部２と粉体供給部４との間には，折り返しローラ３があるのみであり，乾燥などを行うものを設けていない。このため，塗工部２と粉体供給部４との，銅箔２１０の搬送経路上における距離は短い。具体的に，本形態では，２ｍとしている。さらに，銅箔２１０が塗工部２を通過後，粉体供給部４に到達するまでの時間は，４秒である。
【００５２】
これにより，バインダー溶液２３０が乾燥する前に粉末成分２４０を堆積させることができる。よって，粉末成分２４０によるバインダー溶液２３０の吸収を，好適に行わせることができる。バインダー溶液２３０が乾燥した後では，これを粉末成分２４０に吸収させることが困難だからである。
【００５３】
また，バインダー溶液２３０が乾燥する前に粉末成分２４０を堆積させることで，銅箔２１０と負極活物質２４１との間の電気抵抗を低減することができる。乾燥したバインダー溶液２３０の上に粉末成分２４０を堆積させた場合，負極活物質２４１を，乾燥したバインダー溶液２３０の層に入り込ませることは困難となる。つまり，バインダー溶液２３０が絶縁層となり，銅箔２１０と負極活物質２４１との間の電気抵抗を増加させてしまうおそれがあるのである。従って，本形態の電極板製造装置１は，塗工部２によるバインダー溶液２３０の塗工と，粉体供給部４による粉末成分２４０の供給とを，連続的に行うのである。
【００５４】
なお，本形態においては，塗工部２と粉体供給部４との銅箔２１０の搬送経路上における距離を２ｍとしたが，これに限るものではない。これは電極板製造装置１の搬送速度，塗工するバインダー溶液２３０の厚さや溶媒の量，周囲の環境の温度や湿度などを考慮し設定された値である。
【００５５】
また，前述したように，負極板２００には，負極活物質層２２０が形成されていない部分がある。負極端子７０を接続する部分である。よって，本形態では，銅箔２１０の幅方向（図５中奥行き方向）の両端部には，負極活物質層２２０を形成していない。そして，銅箔２１０の両面に負極活物質層２２０を形成後，これを幅方向の中心で裁断したものを負極板２００として電池１０に用いている。
【００５６】
ここにおいて，集電体の表面に活物質層の形成部と未形成部とを備える電極板を，粉末成分のみを用いて製造する場合，活物質層の形成部と未形成部との境界を正確に成形することは困難である。粉末成分は，その供給時の落下の衝撃や集電体の搬送時の振動などを受けることにより，散乱しやすいからである。
【００５７】
しかし，本発明においては，集電体の表面に，まず，バインダー溶液を塗工している。バインダー溶液の塗工においては，その塗工部と未塗工部との境界を，正確かつ容易に成形することができる。バインダー溶液は，バインダーの存在により，ある程度の粘性を有しているからである。また，その上に粉末成分を供給することにより，粉末成分をバインダー溶液の塗工部に付着させることができる。すなわち，供給した粉末成分を，散乱することなく，バインダー溶液の塗工部のみに付着させつつ堆積させることができる。これにより，集電体の表面の活物質層の形成部と未形成部との境界を，正確かつ容易に成形することができるのである。
【００５８】
［第２の形態］
第２の形態について説明する。本形態に係る電池１０は第１の形態と同様である。また，本形態においても第１の形態と同様に，電極板を製造するために図５に示す電極板製造装置１を用いている。本形態では，電極板製造装置１の粉体供給部４より供給される粉末成分が第１の形態と異なる。また，本形態においても第１の形態と同様に，負極板を製造することとして説明する。
【００５９】
本形態の粉末成分３４０を図１１に示す。図１１に示すように，粉末成分３４０は，負極活物質３４１，バインダー３４２，増粘材３４３よりなるものである。本形態においては，負極活物質３４１として，第１の形態と同じアモルファスコート黒鉛を用いている。また，バインダー３４２として，ＳＢＲを用いている。バインダー３４２には，その他にも，ＰＶｄＦ，ＰＡＡ，ポリエチレン（ＰＥ）などを好ましく用いることができる。さらに，増粘材３４３として，カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を用いている。増粘材３４３は，本形態においてはあった方がよいが，必ずしも必要というわけではない。そして，粉末成分３４０は，負極活物質３４１，バインダー３４２，増粘材３４３を，次の比率（ｗｔ％）で配合したものである。
負極活物質３４１：９７．３
バインダー３４２：２．０
増粘材３４３：０．７
【００６０】
図１１に示すように，本形態の粉末成分３４０では，負極活物質３４１の表面にバインダー３４２および増粘材３４３が付着している。これは，粉末成分３４０を構成する各材料を溶媒３４４とともに混練し液状にした後，乾燥することにより得られたものである。この点，粉末成分２４０を構成する各材料にそれぞれ粉末状のものを用い，これらを混ぜ合わせることにより製造した第１の形態のものとは異なる。
【００６１】
すなわち，まず，負極活物質３４１，バインダー３４２，増粘材３４３を，溶媒３４４とともに混練した。溶媒３４４は，水である。これにより，負極活物質３４１，バインダー３４２，増粘材３４３が，溶媒３４４中において均等に混ざり合った合材ペーストが得られた。次に，この合材ペーストを，溶媒３４４がすべてなくなるまで乾燥させた。
【００６２】
合材ペーストでは，溶媒３４４をすべて蒸発させることにより，固形分である負極活物質３４１が粉末状に残ることとなる。そしてこの時，負極活物質３４１の表面には，バインダー３４２および増粘材３４３が付着しているのである。このように，本形態に用いる粉末成分３４０を製造した。なお，粉末成分３４０の平均粒径は，解砕と分級を行うことにより，２０μｍに調整されている。
【００６３】
本形態においては，第１の形態と異なる方法で製造された粉末成分３４０を粉体供給部４に投入し，電極板製造装置１を用いて負極板２００の製造を行った。なお，銅箔２１０の搬送速度，塗工部２により塗工されるバインダー溶液２３０を構成する材料やその厚さ，粉体供給部４による粉末成分３４０の供給量やスキージ５を通過後の粉末成分３４０の堆積層の厚さ，プレスローラ６とプレスローラ７とによる加熱温度やこれを通過した後における負極活物質層２２０の厚さなどは同じである。
【００６４】
よって，本形態においても，粉末成分３４０以外は第１の形態と同様の製造方法を用いることにより，負極板２００を製造した。
【００６５】
［効果の確認］
本発明者は，本発明に係る電極板である実施例１および実施例２と，これと比較するための電極板である比較例１および比較例２とを作製した。そして，実施例１，２と比較例１，２とを用い，それぞれ集電体と活物質層との間で９０°剥離試験を行うことにより，本発明の効果を確認した。
【００６６】
実施例１は，第１の形態により作製された負極板である。実施例２は，第２の形態により作製された負極板である。一方，比較例１，２は，従来より一般的に用いられている電極板の製造方法を用いて作製された負極板である。すなわち，比較例１，２は，集電体として実施例１，２と同じ銅箔を用い，銅箔の表面に合材ペーストを塗工後，乾燥することにより作製されたものである。そして，比較例１，２では，実施例１，２と同条件となるように，合材ペーストを目付１０．０ｍｇ／ｃｍ２で塗工した。また，乾燥を，１００℃で６０ｓｅｃの条件で行った。
【００６７】
ここにおいて，比較例１に用いた合材ペーストは，負極活物質，バインダー，増粘材を，溶媒とともに混練したものである。比較例１に用いた合材ペーストは，負極活物質，バインダー，増粘材を，次の比率（ｗｔ％）で配合したものである。
負極活物質：９７．３
バインダー：２．０
増粘材：０．７
比較例１の合材ペーストにおいては，負極活物質およびバインダーとして，それぞれ実施例１と同じアモルファスコート黒鉛およびＰＴＦＥを用いている。そして，比較例１の合材ペーストにおいては，増粘材としてＣＭＣを加えている。また，溶媒は，水である。つまり，比較例１は，実施例１とほぼ同じ材料を用い，異なる製造方法で作製された負極板である。
【００６８】
また，比較例２に用いた合材ペーストは，負極活物質，バインダー，増粘材を，溶媒とともに混練したものである。比較例２に用いた合材ペーストは，負極活物質，バインダー，増粘材を，次の比率（ｗｔ％）で配合したものである。
負極活物質：９７．３
バインダー：２．０
増粘材：０．７
比較例２の合材ペーストにおいては，負極活物質，バインダー，増粘材として，それぞれ実施例２と同じアモルファスコート黒鉛，ＳＢＲ，ＣＭＣを用いている。また，溶媒は，水である。つまり，比較例２は，実施例２と同じ材料を用い，異なる製造方法で作製された負極板である。
【００６９】
図１２に，実施例１，２と比較例１，２とを用い，それぞれ銅箔と負極活物質層との間で９０°剥離試験を行った結果を示す。比較例１においては，剥離試験の開始とともに負極活物質層が銅箔より剥離したため，測定不能であった。また，比較例２の剥離強度は，約２．５Ｎ／ｍである。これに対し，実施例１の剥離強度は，約４．３Ｎ／ｍである。また，実施例２の剥離強度は，約５．８Ｎ／ｍである。すなわち，本発明に従って作製された実施例１，２の剥離強度はいずれも，比較例１，２のそれに対して高い値を示した。
【００７０】
比較例１，２では，溶媒を蒸発させるために，加熱による乾燥を行っている。このため，溶媒は銅箔より遠ざかる向きに移動する。そしてこの時，合材ペースト内のバインダーは，溶媒とともに銅箔の表面から遠ざかる向きに移動する。さらに加熱により，合材ペースト内には熱対流が生じる。そして，熱対流によっても，合材ペースト内のバインダーは，銅箔の表面から遠ざかる向きに移動する。すなわち，比較例の負極板においては，加熱による乾燥を行うことにより，負極活物質層の銅箔側のバインダーが少ないのである。よって，銅箔と負極活物質層との間の密着強度が低下しているのである。
【００７１】
一方，実施例１，２では，まず，銅箔の表面にバインダー溶液を塗工している。そして，実施例１，２において，負極活物質層の形成に必要とする溶媒は，バインダー溶液に用いたもののみである。つまり，少量の溶媒しか用いていないため，特段の乾燥は行っていない。このため，形成後の負極活物質層の銅箔側には，その表面側と比較して多くのバインダーが残っている。これにより，銅箔と負極活物質層との間の密着強度が高い負極板を製造することができるのである。
【００７２】
以上，詳細に説明したように，本発明に従って製造された負極板の密着強度は高い。また，その製造方法においては，特段の乾燥を行っていない。よって，生産効率が良く，集電体と活物質層との密着強度の高いリチウムイオン二次電池の製造方法が実現されている。
【００７３】
なお， 本実施の形態は単なる例示にすぎず， 本発明を何ら限定するものではない。従って本発明は当然に， その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良， 変形が可能である。例えば，本形態では，負極板に本発明を適用したが，正極板に本発明を適用しても本発明の効果を得ることができる。
【００７４】
また例えば，第１の形態では，バインダー溶液の塗工後において，さらに粉末成分の供給後においても，特段の乾燥工程は設けていない。これは第２の形態でも同様である。しかし，電極板の完成後において，その活物質層の水分量を極めて少なくしたい場合，粉末成分の供給後に乾燥を行ってもよい。しかし，溶媒を少量しか用いていないため，従来と比較し，わずかな乾燥を行うのみでよい。すなわち，集電体と活物質層との密着強度の高い電極板を，効率良く生産できることに変わりはない。
【００７５】
また例えば，扁平型のリチウムイオン二次電池に限らず，捲回型電極体を用いる電池であれば，同様に適用することができる。また例えば，捲回しないで負極板と正極板とを積層する積層型電極体を有する電池にも適用することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１０…電池
１００…正極板
１１０…アルミニウム箔
１２０…正極活物質層
２００…負極板
２１０…銅箔
２２０…負極活物質層
２３０…バインダー溶液
２３１…溶媒
２３２…バインダー
２４０…粉末成分
２４１…負極活物質
２４２…バインダー
【技術分野】
【０００１】
本発明は，リチウムイオン二次電池の製造方法に関する。さらに詳細には，正極と負極とを有し，正極および負極がそれぞれ，集電体とその上に形成された活物質層とを有するリチウムイオン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，携帯電話，ノート型パソコン，ビデオカムコーダなどのポータブル電子機器やハイブリッド電気自動車などの車両の普及により，これらの駆動用電源に用いられる電池の需要は増大している。このような電池として，リチウムイオン二次電池がある。そして，リチウムイオン二次電池は，正極板と負極板とを，これらの間にセパレータを挟み込みつつ捲回してなる電極体をケースに挿入し，電解液を注入して封口することにより製造される。
【０００３】
リチウムイオン二次電池の電極板は，集電体の上に活物質層を形成することにより製造される。ここにおいて，活物質層には，少なくとも活物質とバインダーとが含まれている。活物質は，リチウムイオン二次電池の充放電に寄与するものである。バインダーは，活物質を集電体の表面に保持するためのものである。そして，電極板には，集電体と活物質層との密着強度が高いことが要求される。集電体と活物質層とが剥離した場合，その箇所では，集電体と活物質層との間の抵抗が大きい。このため，そのリチウムイオン二次電池は，充放電性能を十分に発揮することができなくなるからである。
【０００４】
例えば，特許文献１では，活物質層を，集電体表面の第１の層と，第１の層の上の第２の層とに分けて形成している。ここにおいて，第１の層に，第２の層よりも結着力が強いものを用いることにより，集電体と活物質層との密着強度を高くすることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−７９３７０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，特許文献１においては，第１の層と第２の層とを分けて形成している。このため，第１の層と第２の層とが，それぞれに乾燥工程を必要とする。これにより，生産効率を悪化させてしまうという問題があった。
【０００７】
また，出来上がった活物質層中のバインダーの分布が好ましくないことがある。乾燥工程では，溶媒を蒸発させる。この時，活物質層中の溶媒は，集電体より遠ざかる向きに移動し，最終的に活物質層の表面から大気へ蒸発する。これに伴い，活物質層中のバインダーも，集電体より遠ざかる向きに移動する。さらに，乾燥工程が加熱乾燥の場合，活物質層内には熱対流が生じる。そして，熱対流による活物質層中のバインダーの移動も，集電体より遠ざかる向きの方が優勢である。つまり，乾燥工程により，活物質層の集電体側においては，バインダーが少なくなるおそれがある。よって，活物質層が集電体から剥離しやすくなるという問題があった。
【０００８】
本発明は，前記した従来の技術が有する問題点の解決を目的としてなされたものである。すなわちその課題とするところは，生産効率が良く，集電体と活物質層との密着強度の高いリチウムイオン二次電池の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題の解決を目的としてなされた本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法は，正極と負極とを有し，正極および負極がそれぞれ，集電体とその上に形成された活物質層とを有するリチウムイオン二次電池の製造方法であって，正極および負極の少なくとも一方を，集電体に，溶媒にバインダーを分散してなるバインダー溶液を塗工し，その上に，活物質とバインダーとを少なくとも含む粉末成分を供給して堆積させ，その後に集電体上のバインダー溶液および粉末成分の堆積層を，加熱しつつ堆積層の厚さ方向に加圧することにより製造することを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法である。
【００１０】
本発明においては，バインダー溶液の塗工後には，乾燥工程が不要である。そして，粉末成分の供給後においても，乾燥工程を省くことが可能である。本発明において溶媒を含んでいるのはバインダー溶液のみであるため，使用している溶媒の量が少ないからである。よって，電極板を，効率良く生産することができる。
【００１１】
また，集電体の表面に，まず，溶媒およびバインダーよりなるバインダー溶液を塗工している。さらに，従来ほどの乾燥工程を必要としない。これにより，電極板の完成後において，活物質層の集電体側には，バインダーが多く残ることとなる。よって，集電体と活物質層との密着強度の高い電極板を製造することができる。
【００１２】
さらに，集電体の表面に液状のバインダー溶液を塗工し，その上に粉末成分を供給する。このため，粉末成分はバインダー溶液の上に堆積するとともに，バインダー溶液の一部を吸収する。この時，粉末成分は，バインダー溶液のバインダーの一部も同時に吸収している。また，粉末成分にも，もともとバインダーが含まれている。よって，電極板の完成後における活物質層では，バインダー溶液および粉末成分のバインダーが混在することにより，好適なバインダー分布を形成している。つまり，活物質層全体として，好適に結着させることができる。
【００１３】
また，上記に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法であって，粉末成分として，活物質の表面に少なくともバインダーを付着させたものを用いてもよい。このようなものであっても，集電体と活物質層との密着強度の高い電極板を，効率良く生産できることに変わりないからである。
【００１４】
また，上記に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法であって，粉末成分を，塗工されたバインダー溶液が乾燥する前に供給して堆積させることが好ましい。乾燥したバインダー溶液の上に粉末成分を供給した場合，乾燥したバインダー溶液が絶縁膜となり，集電体と粉末成分の活物質との間の電気抵抗を増加させるおそれがあるからである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば，生産効率が良く，集電体と活物質層との密着強度の高いリチウムイオン二次電池の製造方法が提供されている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態に係る電池の部分断面図である。
【図２】実施形態に係る電池の断面図（図１のＡ−Ａ断面図）である。
【図３】実施形態に係る電池の断面図（図１のＢ−Ｂ断面図）である。
【図４】実施形態に係る電池の拡大断面図（図３のＣ部）である。
【図５】実施形態に係る電極板製造装置の概略構成を示す図である。
【図６】実施形態に係る電極板製造装置に供給されてくる銅箔の断面図である。
【図７】実施形態に係る電極板製造装置の，塗工部を通過した後の銅箔の断面図である。
【図８】実施形態に係る電極板製造装置の，粉体供給部を通過した後の銅箔の断面図である。
【図９】実施形態に係る電極板製造装置の，プレスローラの間を通過する直前の銅箔の断面図である。
【図１０】実施形態に係る電極板製造装置の，プレスローラを通過した後の銅箔の断面図である。
【図１１】第２の形態の粉末成分を説明するための図である。
【図１２】実験の結果を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下，本発明を具体化した最良の形態について，図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，リチウムイオン二次電池について本発明を具体化したものである。
【００１８】
［第１の形態］
[電池]
図１に本形態に係る電池１０の部分断面図を示す。図１に示すように，電池１０は，電極体２０と，電解液３０と，これら電極体２０および電解液３０を収容する電池ケース４０とを備えるリチウムイオン二次電池である。電池ケース４０は電池ケース本体４１と封口板４２とを備えている。また，封口板４２は，絶縁部材４３と安全弁４４とを備えている。
【００１９】
図２は，図１に示すＡ−Ａ断面による電池１０の断面図である。図２に示すように，電極体２０は，扁平形状をした捲回型の電極体である。また，図３は，図１に示すＢ−Ｂ断面による電池１０の断面図である。図３に示すように，電極体２０は，帯状の正極板１００と帯状の負極板２００とを，これらの間に帯状でかつ正極板１００および負極板２００より幅狭のセパレータ５０を挟み込みつつ捲回したものである。
【００２０】
図４は，図３に示す電池１０のＣ部の拡大断面図である。図４に示すように，正極板１００は，正極集電体であるアルミニウム箔１１０の両面に，正極活物質層１２０を形成したものである。一方負極板２００は，負極集電体である銅箔２１０の両面に負極活物質層２２０を形成したものである。
【００２１】
また，図３に示すように，正極板１００には，セパレータ５０および負極板２００より図中上向き（図１では右向き）に突出した部分がある。正極板１００のこの部分には正極活物質層１２０は形成されておらず，アルミニウム箔１１０のみである。正極板１００は，この部分において，正極端子６０と接続している。
【００２２】
一方，負極板２００には，セパレータ５０および正極板１００より図３中下向き（図１では左向き）に突出した部分がある。負極板２００のこの部分には，負極活物質層２２０は形成されておらず，銅箔２１０のみである。負極板２００は，この部分において，負極端子７０と接続している。
【００２３】
さらに，図１に示すように，正極端子６０と負極端子７０とは，それぞれ電極板に接続していない側の端を，絶縁部材４３を介し，電池ケース４０の外部に突出している。このように，正極板１００と負極板２００とは，それぞれに用いられる材料が異なるのみであって，同様の構造をしている。このため，正極板１００の製造方法は，負極板２００と共通している。よって，本形態では，本発明を負極板２００に適用したものについて説明する。
【００２４】
［電極板製造装置］
図５は，本形態の電極板の製造方法に用いる電極板製造装置１の概略構成図である。ただし以下については，前述しように，電極板製造装置１により，負極板２００を製造することとして説明する。電極板製造装置１は，塗工部２，折り返しローラ３，粉体供給部４，スキージ５，プレスローラ６，プレスローラ７を備えている。
【００２５】
電極板製造装置１には，銅箔２１０が，図５中右下から矢印Ｘの向きに供給される。そして，銅箔２１０の進行方向は，電極板製造装置１内において，折り返しローラ３により折り返される。その後銅箔２１０は，電極板製造装置１より，右上へ矢印Ｙの向きに搬出される。特に限定する訳ではないが，銅箔２１０が電極板製造装置１内を搬送される速度は，３０ｍ／ｍｉｎである。
【００２６】
ここにおいて，電極板製造装置１に矢印Ｘの向きに供給されてくる時の銅箔２１０の下面を，第１面とする。また，銅箔２１０の第１面と反対の面を，第２面とする。銅箔２１０の第１面には，電極板製造装置１に供給されてくる時において，まだ何も形成されていない。そして，電極板製造装置１は，銅箔２１０の第１面に，負極活物質層２２０を形成するためのものである。また，銅箔２１０の第１面は，折り返しローラ３により折り返されるため，折り返しローラ３を通過した後には上面である。
【００２７】
塗工部２は，ロッドコーターである。しかし，別の塗工装置，例えば，グラビアコーターやダイコーターなどであってもよい。塗工部２は，銅箔２１０の第１面に，バインダー溶液２３０を，一定の厚さで連続的に塗工するためのものである。
【００２８】
粉体供給部４は，粉体供給装置である。粉体供給部４は，銅箔２１０の第１面側に，一定量の粉末成分２４０を，連続的に供給するためのものである。また，スキージ５は，粉体供給部４により供給された粉末成分２４０を，所定の厚さに均すためのものである。
【００２９】
プレスローラ６とプレスローラ７とは，これらの間を通過する対象物を加圧することができる一対の加圧ローラである。さらに，プレスローラ６とプレスローラ７とは，これらの間を通過する対象物を，その通過時において加熱することができる。すなわち，プレスローラ６とプレスローラ７とは，これらの間を通過する対象物を，加熱しつつ加圧することができるのである。
【００３０】
[電極板の製造方法]
次いで電極板の製造方法について説明する。本形態では，集電体の上に活物質層を形成することによる負極板の製造を，電極板製造装置１を用いて次の概略工程によって行う。
１．バインダー溶液の塗工
２．粉末成分の供給
３．加熱・加圧
そして以下，上記１から３の概略工程に沿って，図６から図１０を参照しつつ順に説明する。
【００３１】
まず，「１．バインダー溶液の塗工」について説明する。図６は，電極板製造装置１に矢印Ｘの向きに供給されてくる銅箔２１０を示している。図６に示すように，この時の銅箔２１０の第１面および第２面には，まだ何も形成されていない。
【００３２】
図５に示すように，銅箔２１０は，電極板製造装置１内を搬送され，まず，塗工部２に到達する。塗工部２は，銅箔２１０の第１面に，バインダー溶液２３０を塗工するためのものである。よって，塗工部２を通過した後の銅箔２１０の第１面には，図７に示すように，バインダー溶液２３０が塗工されている。
【００３３】
図７に示すように，バインダー溶液２３０は，溶媒２３１とバインダー２３２とからなるものである。本形態では，バインダー溶液２３０を，いわゆる水系のものとしている。よって，溶媒２３１としては，水または水を主体とする混合溶媒を好ましく用いることができる。また，溶媒２３１は，水系のものに限定されず，有機溶剤系のものであってもよい。有機溶剤系のものとしては，例えばＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）などが挙げられる。
【００３４】
バインダー２３２としては，溶媒２３１に分散し得るものが好ましい。本形態においては，溶媒２３１が水系のものであるため，例えば，スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ），ポリアクリル酸（ＰＡＡ）などが好ましい。なお，本形態においては，バインダー２３２として，ＳＢＲを用いている。また，溶媒２３１として有機溶剤系のものを用いた際には，バインダー２３２として，例えば，ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ），ポリアクリル酸（ＰＡＡ）などを好ましく用いることができる。
【００３５】
なお，本形態においては，溶媒２３１として水を用いている。そして，本形態におけるバインダー溶液２３０は，バインダー２３２の濃度を１０ｗｔ％としたＳＢＲ水溶液である。また，塗工部２により塗工されたバインダー溶液２３０の厚みは，濡れた状態で１．５μｍである。また図５に示すように，塗工部２を通過した銅箔２１０は，折り返しローラ３により折り返される。
【００３６】
次いで，「２．粉末成分の供給」について説明する。折り返しローラ３を通過した銅箔２１０は，次に，粉体供給部４に到達する。そして，図７に示すように，粉体供給部４に到達した銅箔２１０の第１面には，バインダー溶液２３０が塗工されている。
【００３７】
粉体供給部４は，銅箔２１０の第１面側に，粉末成分２４０を供給するためのものである。粉体供給部４の中では，粉末成分２４０を構成する各材料が，それぞれ均一に分布している。そして，粉体供給部４を通過した後の銅箔２１０の第１面側には，図８に示すように，粉末成分２４０が堆積されている。
【００３８】
本形態においては，粉末成分２４０は，負極活物質２４１，バインダー２４２により構成されている。本形態における粉末成分２４０は，負極活物質２４１，バインダー２４２にそれぞれ粉末状のものを用い，これらを混ぜ合わせることにより製造されたものである。
【００３９】
負極活物質２４１としては，炭素系材料，リチウム遷移金属複合酸化物，リチウム遷移金属複合窒化物などが例示される。なお，本形態においては，負極活物質２４１として，炭素系材料であるアモルファスコート黒鉛を用いている。
【００４０】
また，特に限定する訳ではないが，バインダー２４２として，ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いている。この他にもバインダー２４２として好適なものがあれば，それを用いることもできる。そして，粉末成分２４０は，負極活物質２４１とバインダー２４２とを，次の比率（ｗｔ％）で配合したものである。
負極活物質２４１：９８
バインダー２４２：２
【００４１】
ここにおいて，粉末成分２４０の供給された銅箔２１０の第１面側には，前述したようにバインダー溶液２３０が塗工されている。よって，図８に示すように，粉体供給部４を通過した後において粉末成分２４０が堆積しているのは，バインダー溶液２３０の上である。粉末成分２４０の堆積した銅箔２１０は，次に，スキージ５を通過する。堆積した粉末成分２４０は，スキージ５を通過することにより，所定の厚さに均される。そして，粉体供給部４により供給され，スキージ５を通過した粉末成分２４０の堆積量は，１０ｍｇ／ｃｍ２である。また，粉末成分２４０が堆積してなる堆積層の厚さは，１００μｍ程度である。
【００４２】
バインダー溶液２３０は，液状である。これに対し，粉末成分２４０は，粉末状である。このため，図９に矢印Ｚで示すように，堆積した粉末成分２４０は，バインダー溶液２３０を毛管力により吸収する。そして，プレスローラ６とプレスローラ７との間を通過する直前には，粉末成分２４０は，ある程度のバインダー溶液２３０を吸収している。これにより，バインダー溶液２３０と粉末成分２４０とは，これらが混在した負極活物質層２２０となる。しかし，粉末成分２４０は，バインダー溶液２３０の全てを吸収している訳ではない。よって，負極活物質層２２０の銅箔２１０側には，その表面側よりも多くのバインダー２３２が残っている。さらに，図９に示すように，負極活物質２４１の一部は，銅箔２１０と接触している。
【００４３】
次いで，「３．加熱・加圧」について説明する。図５に示すように，粉体供給部４およびスキージ５を通過した銅箔２１０は，次に，プレスローラ６とプレスローラ７との間を通過する。これにより，銅箔２１０上のバインダー溶液２３０および粉末成分２４０の堆積層（すなわち負極活物質層２２０）は，加熱されつつ加圧される。
【００４４】
負極活物質層２２０は，プレスローラ６とプレスローラ７とにより，これらの間を通過する時において１５０℃まで加熱される。これは，負極活物質層２２０に含まれている溶媒２３１が，蒸発するように考慮されたものである。また，加熱温度が高すぎると，負極活物質層２２０に含まれる材料を損傷するおそれがあるため好ましくない。よって，加熱温度は，上記が満たされる範囲内で設定することができ，１５０℃に限定されるものではない。
【００４５】
プレスローラ６とプレスローラ７との間を通過する時において，負極活物質層２２０中の溶媒２３１は蒸発する。よって，バインダー２３２およびバインダー２４２は，これらを包囲していた溶媒２３１が蒸発することにより，強い結着力を奏するようになるのである。
【００４６】
さらに，負極活物質層２２０は，プレスローラ６とプレスローラ７との間を通過する時において，その厚さ方向に加圧される。これにより，負極活物質層２２０中の負極活物質２４１においては，それぞれが互いに多くの接触箇所を有することとなる。そして，負極活物質２４１はその状態で，結着力が強くなったバインダー２３２およびバインダー２４２により結着される。
【００４７】
また加圧されることにより，負極活物質２４１は銅箔２１０へ押し付けられる。これにより，負極活物質２４１と銅箔２１０との接触箇所は多くなる。さらに，負極活物質層２２０の銅箔２１０側には，その表面側よりも多くのバインダー２３２が分布している。もともとバインダー溶液２３０が塗工されていた箇所だからである。そして，負極活物質２４１と銅箔２１０とは，多くの接触箇所を有しつつ，負極活物質層２２０の表面側よりも多くのバインダー２３２およびバインダー２４２により結着される。
【００４８】
このように，銅箔２１０と負極活物質層２２０とを，その厚さ方向に加熱しつつ加圧することで，銅箔２１０の第１面の負極活物質層２２０の形成が完了する。なお，本形態においては，プレスローラ６とプレスローラ７との間を通過した後における負極活物質層２２０の厚さは，８０μｍ程度である。
【００４９】
また，プレスローラ６とプレスローラ７とを通過した銅箔２１０と負極活物質層２２０とは，電極板製造装置１の中を搬送されつつ大気放熱により冷却される。すなわち，本形態では，特段の冷却装置などは設けられていない。なお，冷却装置を設けてもよい。
【００５０】
その後，銅箔２１０の第２面においても，第１面と同様の方法を用いることにより負極活物質層２２０を形成し，負極板２００を製造する。
【００５１】
ところで，本形態の電極板製造装置１は，塗工部２によるバインダー溶液２３０の塗工と，粉体供給部４による粉末成分の供給とを，連続的に行う。塗工部２と粉体供給部４との間には，折り返しローラ３があるのみであり，乾燥などを行うものを設けていない。このため，塗工部２と粉体供給部４との，銅箔２１０の搬送経路上における距離は短い。具体的に，本形態では，２ｍとしている。さらに，銅箔２１０が塗工部２を通過後，粉体供給部４に到達するまでの時間は，４秒である。
【００５２】
これにより，バインダー溶液２３０が乾燥する前に粉末成分２４０を堆積させることができる。よって，粉末成分２４０によるバインダー溶液２３０の吸収を，好適に行わせることができる。バインダー溶液２３０が乾燥した後では，これを粉末成分２４０に吸収させることが困難だからである。
【００５３】
また，バインダー溶液２３０が乾燥する前に粉末成分２４０を堆積させることで，銅箔２１０と負極活物質２４１との間の電気抵抗を低減することができる。乾燥したバインダー溶液２３０の上に粉末成分２４０を堆積させた場合，負極活物質２４１を，乾燥したバインダー溶液２３０の層に入り込ませることは困難となる。つまり，バインダー溶液２３０が絶縁層となり，銅箔２１０と負極活物質２４１との間の電気抵抗を増加させてしまうおそれがあるのである。従って，本形態の電極板製造装置１は，塗工部２によるバインダー溶液２３０の塗工と，粉体供給部４による粉末成分２４０の供給とを，連続的に行うのである。
【００５４】
なお，本形態においては，塗工部２と粉体供給部４との銅箔２１０の搬送経路上における距離を２ｍとしたが，これに限るものではない。これは電極板製造装置１の搬送速度，塗工するバインダー溶液２３０の厚さや溶媒の量，周囲の環境の温度や湿度などを考慮し設定された値である。
【００５５】
また，前述したように，負極板２００には，負極活物質層２２０が形成されていない部分がある。負極端子７０を接続する部分である。よって，本形態では，銅箔２１０の幅方向（図５中奥行き方向）の両端部には，負極活物質層２２０を形成していない。そして，銅箔２１０の両面に負極活物質層２２０を形成後，これを幅方向の中心で裁断したものを負極板２００として電池１０に用いている。
【００５６】
ここにおいて，集電体の表面に活物質層の形成部と未形成部とを備える電極板を，粉末成分のみを用いて製造する場合，活物質層の形成部と未形成部との境界を正確に成形することは困難である。粉末成分は，その供給時の落下の衝撃や集電体の搬送時の振動などを受けることにより，散乱しやすいからである。
【００５７】
しかし，本発明においては，集電体の表面に，まず，バインダー溶液を塗工している。バインダー溶液の塗工においては，その塗工部と未塗工部との境界を，正確かつ容易に成形することができる。バインダー溶液は，バインダーの存在により，ある程度の粘性を有しているからである。また，その上に粉末成分を供給することにより，粉末成分をバインダー溶液の塗工部に付着させることができる。すなわち，供給した粉末成分を，散乱することなく，バインダー溶液の塗工部のみに付着させつつ堆積させることができる。これにより，集電体の表面の活物質層の形成部と未形成部との境界を，正確かつ容易に成形することができるのである。
【００５８】
［第２の形態］
第２の形態について説明する。本形態に係る電池１０は第１の形態と同様である。また，本形態においても第１の形態と同様に，電極板を製造するために図５に示す電極板製造装置１を用いている。本形態では，電極板製造装置１の粉体供給部４より供給される粉末成分が第１の形態と異なる。また，本形態においても第１の形態と同様に，負極板を製造することとして説明する。
【００５９】
本形態の粉末成分３４０を図１１に示す。図１１に示すように，粉末成分３４０は，負極活物質３４１，バインダー３４２，増粘材３４３よりなるものである。本形態においては，負極活物質３４１として，第１の形態と同じアモルファスコート黒鉛を用いている。また，バインダー３４２として，ＳＢＲを用いている。バインダー３４２には，その他にも，ＰＶｄＦ，ＰＡＡ，ポリエチレン（ＰＥ）などを好ましく用いることができる。さらに，増粘材３４３として，カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を用いている。増粘材３４３は，本形態においてはあった方がよいが，必ずしも必要というわけではない。そして，粉末成分３４０は，負極活物質３４１，バインダー３４２，増粘材３４３を，次の比率（ｗｔ％）で配合したものである。
負極活物質３４１：９７．３
バインダー３４２：２．０
増粘材３４３：０．７
【００６０】
図１１に示すように，本形態の粉末成分３４０では，負極活物質３４１の表面にバインダー３４２および増粘材３４３が付着している。これは，粉末成分３４０を構成する各材料を溶媒３４４とともに混練し液状にした後，乾燥することにより得られたものである。この点，粉末成分２４０を構成する各材料にそれぞれ粉末状のものを用い，これらを混ぜ合わせることにより製造した第１の形態のものとは異なる。
【００６１】
すなわち，まず，負極活物質３４１，バインダー３４２，増粘材３４３を，溶媒３４４とともに混練した。溶媒３４４は，水である。これにより，負極活物質３４１，バインダー３４２，増粘材３４３が，溶媒３４４中において均等に混ざり合った合材ペーストが得られた。次に，この合材ペーストを，溶媒３４４がすべてなくなるまで乾燥させた。
【００６２】
合材ペーストでは，溶媒３４４をすべて蒸発させることにより，固形分である負極活物質３４１が粉末状に残ることとなる。そしてこの時，負極活物質３４１の表面には，バインダー３４２および増粘材３４３が付着しているのである。このように，本形態に用いる粉末成分３４０を製造した。なお，粉末成分３４０の平均粒径は，解砕と分級を行うことにより，２０μｍに調整されている。
【００６３】
本形態においては，第１の形態と異なる方法で製造された粉末成分３４０を粉体供給部４に投入し，電極板製造装置１を用いて負極板２００の製造を行った。なお，銅箔２１０の搬送速度，塗工部２により塗工されるバインダー溶液２３０を構成する材料やその厚さ，粉体供給部４による粉末成分３４０の供給量やスキージ５を通過後の粉末成分３４０の堆積層の厚さ，プレスローラ６とプレスローラ７とによる加熱温度やこれを通過した後における負極活物質層２２０の厚さなどは同じである。
【００６４】
よって，本形態においても，粉末成分３４０以外は第１の形態と同様の製造方法を用いることにより，負極板２００を製造した。
【００６５】
［効果の確認］
本発明者は，本発明に係る電極板である実施例１および実施例２と，これと比較するための電極板である比較例１および比較例２とを作製した。そして，実施例１，２と比較例１，２とを用い，それぞれ集電体と活物質層との間で９０°剥離試験を行うことにより，本発明の効果を確認した。
【００６６】
実施例１は，第１の形態により作製された負極板である。実施例２は，第２の形態により作製された負極板である。一方，比較例１，２は，従来より一般的に用いられている電極板の製造方法を用いて作製された負極板である。すなわち，比較例１，２は，集電体として実施例１，２と同じ銅箔を用い，銅箔の表面に合材ペーストを塗工後，乾燥することにより作製されたものである。そして，比較例１，２では，実施例１，２と同条件となるように，合材ペーストを目付１０．０ｍｇ／ｃｍ２で塗工した。また，乾燥を，１００℃で６０ｓｅｃの条件で行った。
【００６７】
ここにおいて，比較例１に用いた合材ペーストは，負極活物質，バインダー，増粘材を，溶媒とともに混練したものである。比較例１に用いた合材ペーストは，負極活物質，バインダー，増粘材を，次の比率（ｗｔ％）で配合したものである。
負極活物質：９７．３
バインダー：２．０
増粘材：０．７
比較例１の合材ペーストにおいては，負極活物質およびバインダーとして，それぞれ実施例１と同じアモルファスコート黒鉛およびＰＴＦＥを用いている。そして，比較例１の合材ペーストにおいては，増粘材としてＣＭＣを加えている。また，溶媒は，水である。つまり，比較例１は，実施例１とほぼ同じ材料を用い，異なる製造方法で作製された負極板である。
【００６８】
また，比較例２に用いた合材ペーストは，負極活物質，バインダー，増粘材を，溶媒とともに混練したものである。比較例２に用いた合材ペーストは，負極活物質，バインダー，増粘材を，次の比率（ｗｔ％）で配合したものである。
負極活物質：９７．３
バインダー：２．０
増粘材：０．７
比較例２の合材ペーストにおいては，負極活物質，バインダー，増粘材として，それぞれ実施例２と同じアモルファスコート黒鉛，ＳＢＲ，ＣＭＣを用いている。また，溶媒は，水である。つまり，比較例２は，実施例２と同じ材料を用い，異なる製造方法で作製された負極板である。
【００６９】
図１２に，実施例１，２と比較例１，２とを用い，それぞれ銅箔と負極活物質層との間で９０°剥離試験を行った結果を示す。比較例１においては，剥離試験の開始とともに負極活物質層が銅箔より剥離したため，測定不能であった。また，比較例２の剥離強度は，約２．５Ｎ／ｍである。これに対し，実施例１の剥離強度は，約４．３Ｎ／ｍである。また，実施例２の剥離強度は，約５．８Ｎ／ｍである。すなわち，本発明に従って作製された実施例１，２の剥離強度はいずれも，比較例１，２のそれに対して高い値を示した。
【００７０】
比較例１，２では，溶媒を蒸発させるために，加熱による乾燥を行っている。このため，溶媒は銅箔より遠ざかる向きに移動する。そしてこの時，合材ペースト内のバインダーは，溶媒とともに銅箔の表面から遠ざかる向きに移動する。さらに加熱により，合材ペースト内には熱対流が生じる。そして，熱対流によっても，合材ペースト内のバインダーは，銅箔の表面から遠ざかる向きに移動する。すなわち，比較例の負極板においては，加熱による乾燥を行うことにより，負極活物質層の銅箔側のバインダーが少ないのである。よって，銅箔と負極活物質層との間の密着強度が低下しているのである。
【００７１】
一方，実施例１，２では，まず，銅箔の表面にバインダー溶液を塗工している。そして，実施例１，２において，負極活物質層の形成に必要とする溶媒は，バインダー溶液に用いたもののみである。つまり，少量の溶媒しか用いていないため，特段の乾燥は行っていない。このため，形成後の負極活物質層の銅箔側には，その表面側と比較して多くのバインダーが残っている。これにより，銅箔と負極活物質層との間の密着強度が高い負極板を製造することができるのである。
【００７２】
以上，詳細に説明したように，本発明に従って製造された負極板の密着強度は高い。また，その製造方法においては，特段の乾燥を行っていない。よって，生産効率が良く，集電体と活物質層との密着強度の高いリチウムイオン二次電池の製造方法が実現されている。
【００７３】
なお， 本実施の形態は単なる例示にすぎず， 本発明を何ら限定するものではない。従って本発明は当然に， その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良， 変形が可能である。例えば，本形態では，負極板に本発明を適用したが，正極板に本発明を適用しても本発明の効果を得ることができる。
【００７４】
また例えば，第１の形態では，バインダー溶液の塗工後において，さらに粉末成分の供給後においても，特段の乾燥工程は設けていない。これは第２の形態でも同様である。しかし，電極板の完成後において，その活物質層の水分量を極めて少なくしたい場合，粉末成分の供給後に乾燥を行ってもよい。しかし，溶媒を少量しか用いていないため，従来と比較し，わずかな乾燥を行うのみでよい。すなわち，集電体と活物質層との密着強度の高い電極板を，効率良く生産できることに変わりはない。
【００７５】
また例えば，扁平型のリチウムイオン二次電池に限らず，捲回型電極体を用いる電池であれば，同様に適用することができる。また例えば，捲回しないで負極板と正極板とを積層する積層型電極体を有する電池にも適用することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１０…電池
１００…正極板
１１０…アルミニウム箔
１２０…正極活物質層
２００…負極板
２１０…銅箔
２２０…負極活物質層
２３０…バインダー溶液
２３１…溶媒
２３２…バインダー
２４０…粉末成分
２４１…負極活物質
２４２…バインダー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極とを有し，前記正極および前記負極がそれぞれ，集電体とその上に形成された活物質層とを有するリチウムイオン二次電池の製造方法において，
前記正極および前記負極の少なくとも一方を，
前記集電体に，溶媒にバインダーを分散してなるバインダー溶液を塗工し，
その上に，活物質とバインダーとを少なくとも含む粉末成分を供給して堆積させ，
その後に前記集電体上の前記バインダー溶液および前記粉末成分の堆積層を，加熱しつつ前記堆積層の厚さ方向に加圧することにより製造することを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法において，
前記粉末成分として，前記活物質の表面に少なくとも前記バインダーを付着させたものを用いることを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法において，
前記粉末成分を，塗工された前記バインダー溶液が乾燥する前に供給して堆積させることを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法。
【請求項１】
正極と負極とを有し，前記正極および前記負極がそれぞれ，集電体とその上に形成された活物質層とを有するリチウムイオン二次電池の製造方法において，
前記正極および前記負極の少なくとも一方を，
前記集電体に，溶媒にバインダーを分散してなるバインダー溶液を塗工し，
その上に，活物質とバインダーとを少なくとも含む粉末成分を供給して堆積させ，
その後に前記集電体上の前記バインダー溶液および前記粉末成分の堆積層を，加熱しつつ前記堆積層の厚さ方向に加圧することにより製造することを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法において，
前記粉末成分として，前記活物質の表面に少なくとも前記バインダーを付着させたものを用いることを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のリチウムイオン二次電池の製造方法において，
前記粉末成分を，塗工された前記バインダー溶液が乾燥する前に供給して堆積させることを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−１２３２７（Ｐ２０１３−１２３２７Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４２９７９（Ｐ２０１１−１４２９７９）
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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