特許 7736050 電極体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-09-01

(45)【発行日】2025-09-09

(54)【発明の名称】電極体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/04 20060101AFI20250902BHJP

   H01M 4/139 20100101ALI20250902BHJP

【ＦＩ】

H01M4/04 A

H01M4/139

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2023166587

(22)【出願日】2023-09-28

(65)【公開番号】P2025057002

(43)【公開日】2025-04-09

【審査請求日】2025-02-21

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104499

【弁理士】

【氏名又は名称】岸本 達人

(74)【代理人】

【識別番号】100101203

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100129838

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 典輝

(72)【発明者】

【氏名】召田 智也

(72)【発明者】

【氏名】志村 陽祐

【審査官】瀧口 博史

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－２９２５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１６９０５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０２１－０１２２９９２（ＫＲ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０４０６４０１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０２０－５２４０８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ４／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電極体の製造方法であって、
集電体の少なくとも一方の面に電極材料が塗工されたワークを搬送しながら前記電極材料をレーザーにより乾燥する乾燥工程を含み、
前記乾燥工程において、前記レーザーの照射範囲が前記ワークの平面視において前記ワークの搬送方向に対して傾斜するように、前記レーザーを前記ワークに照射する、電極体の製造方法。

【請求項2】

前記ワークの平面視において、前記電極材料の幅方向は、前記ワークの搬送方向に対して直交し、
前記電極材料の幅方向に対する前記レーザーの照射範囲の傾斜角度が１０°以上６０°以下である、請求項１に記載の電極体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電極体の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１において開示されるような電極体の製造方法に関して様々な技術が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－０２９２５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来技術では、レーザーで電極材料を搬送しながら乾燥する場合、電極材料が塗工されていない間欠部である集電体は熱が溜まりやすいため、間欠部に同時にレーザー照射すると、間欠部近傍の電極材料塗工部が必要以上に乾燥してしまう虞がある。また、レーザーの代わりに熱風やＩＲを用いた乾燥の場合、照射幅の制御が困難である。

【0005】

本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、割れの発生を低減できる電極体の製造方法を提供することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

すなわち、本開示には、以下の態様が含まれる。
＜１＞ 電極体の製造方法であって、
集電体の少なくとも一方の面に電極材料が塗工されたワークを搬送しながら前記電極材料をレーザーにより乾燥する乾燥工程を含み、
前記乾燥工程において、前記レーザーの照射範囲が前記ワークの平面視において前記ワークの搬送方向に対して傾斜するように、前記レーザーを前記ワークに照射する、電極体の製造方法。

【0007】

＜２＞ 前記ワークの平面視において、前記電極材料の幅方向は、前記ワークの搬送方向に対して直交し、
前記電極材料の幅方向に対する前記レーザーの照射範囲の傾斜角度が１０°以上６０°以下である、前記＜１＞に記載の電極体の製造方法。

【発明の効果】

【0008】

本開示の電極体の製造方法は、割れの発生を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、従来の乾燥工程の一例を示す模式図である。

【図2】図２は、本開示の乾燥工程の一例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示による実施の形態を説明する。なお、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開示の実施に必要な事柄（例えば、本開示を特徴付けない電極体の一般的な構成および製造プロセス）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。本開示は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
また、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。

【0011】

本開示においては、電極体の製造方法であって、
集電体の少なくとも一方の面に電極材料が塗工されたワークを搬送しながら前記電極材料をレーザーにより乾燥する乾燥工程を含み、
前記乾燥工程において、前記レーザーの照射範囲が前記ワークの平面視において前記ワークの搬送方向に対して傾斜するように、前記レーザーを前記ワークに照射する、電極体の製造方法を提供する。

【0012】

図１は、従来の乾燥工程の一例を示す模式図である。
図１に示すように、ワーク１は、集電体上に電極材料２が塗工され、且つ、電極材料２の未塗工部である間欠部３を有する。搬送方向に、ワーク１が搬送され、平面視において電極材料２の幅方向に対して平行（搬送方向に対して垂直）にレーザーが照射されるため、熱が間欠部３に同時に蓄熱して電極材料２の塗工部への伝熱量が多くなり、電極材料２に割れが発生しやすい。

【0013】

図２は、本開示の乾燥工程の一例を示す模式図である。
図２に示すように、平面視において電極材料２の幅方向に対して傾斜角を付けてレーザーをワーク１に照射することにより、熱が間欠部３に蓄熱し難くなり、電極材料２の塗工部への伝熱量が少なくなり、電極材料２に割れが発生し難くなる。

【0014】

本開示においては、レーザーの照射範囲をワークの搬送方向に対して傾けることで、電極材料が塗工されていない間欠部である集電体に熱が集中的に溜まることがなく、良好な条件で電極材料を乾燥することができ、得られる電極体の割れの発生を低減できる。また、間欠部と電極材料塗工部の乾燥時間を同じにすることで高速乾燥できる。さらに、電池抵抗となるバインダーの偏析を抑制でき、電極材料中のバインダーの添加量を減少出来るため、得られる電極体を用いた電池の性能を向上できる。

【0015】

（乾燥工程）
本開示の電極体の製造方法は、乾燥工程を含む。
乾燥工程は、集電体の少なくとも一方の面に電極材料が塗工されたワークを搬送しながら前記電極材料をレーザーにより乾燥する工程である。
乾燥工程では、電極材料の乾燥のためにレーザー装置を用いてもよい。レーザー装置と併せて、乾燥装置として、熱風装置、ＩＲ（赤外線）装置など、電極材料を乾燥させることができる従来公知の装置を用いてもよい。乾燥工程では、電極材料を水分が数百ｐｐｍ以下になるまで絶乾してもよい。
乾燥工程においては、乾燥炉内で電極材料を乾燥してもよい。乾燥工程においては、ワークを搬送体に載せて搬送してもよい。搬送速度は、例えば、３０ｍ／ｍｉｎ以上であってもよい。
電極材料の乾燥温度は１００℃～２００℃であってもよい。
電極材料の乾燥時間は、特に限定されない。
電極材料は、乾燥工程後、電極層となり、集電体と、集電体の少なくとも一方の面に形成された電極層と、を含む電極体が得られる。

【0016】

乾燥工程においては、レーザーの照射範囲がワークの平面視においてワークの搬送方向に対して傾斜するように、レーザーをワークに照射する。
ワークの平面視において、電極材料の幅方向は、ワークの搬送方向に対して直交していてもよく、電極材料の幅方向に対するレーザーの照射範囲の傾斜角度が０°超過９０°未満であってもよく、５°以上８０°以下であってもよく、１０°以上６０°以下であってもよい。すなわち、ワークの搬送方向に対するレーザーの照射範囲の傾斜角度は、０°超過９０°未満であってもよく、１０°以上８５°以下であってもよく、３０°以上８０°以下であってもよい。
レーザーの照射範囲の傾斜角度を付ける方法は、例えば、レーザーヘッド本体を斜めにすること、レーザーヘッドを複数個置くこと、垂直共振器型面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）を用いること、及び、遮蔽板を設置すること等の方法が挙げられる。
レーザーエネルギー密度は、２Ｗ／ｃｍ^２以上であってもよい。

【0017】

ワークは、集電体と、集電体の少なくとも一方の面に塗工された電極材料と、を含む。
ワークは、集電体の両面に電極材料が塗工されたバイポーラ電極用であってもよい。バイポーラ電極用のワークにおいては、集電体の一方の面に塗工される電極材料は、正極材料であり、且つ、集電体のもう一方の面に塗工される電極材料は、負極材料である。

【0018】

集電体は、負極集電体、正極集電体、バイポーラ集電体等であってもよい。集電体の材料としては、例えば、アルミニウム、銅、ＳＵＳ、ニッケル等の金属が挙げられる。集電体の厚さは、例えば０．１μｍ以上、１００μｍ以下である。集電体の形状は、シート状等であってもよい。

【0019】

電極材料は、集電体の少なくとも一方の面である第１面に塗工される。電極材料は、集電体の第１面のみに塗工されてもよく、集電体の第１面および当該第１面の裏面である第２面に塗工されてもよい。
電極材料の塗工方法は、特に限定されず、従来公知の方法を採用することができる。
電極材料は、活物質、バインダー、導電材、電解質、増粘剤等を含む混合物を溶媒とともに混合して調製することができる。電極材料は、正極材料であってもよく、負極材料であってもよい。電極材料は、１００００ｐｐｍ以下程度の水分を含んでいてもよい。
電極材料の幅は、特に限定されず、１０００ｍｍ以上であってもよい。

【0020】

活物質は正極活物質であってもよい。正極活物質としては、例えば酸化物活物質が挙げられる。酸化物活物質としては、例えば、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＭｎＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＶＯ_２、ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２等の岩塩層状型活物質、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、Ｌｉ（Ｎｉ_０．５Ｍｎ_１．５）Ｏ_４等のスピネル型活物質、ＬｉＦｅＰＯ_４、ＬｉＭｎＰＯ_４、ＬｉＮｉＰＯ_４、ＬｉＣｕＰＯ_４等のオリビン型活物質が挙げられる。

【0021】

活物質は負極活物質であってもよい。負極活物質としては、例えば、カーボン活物質、酸化物活物質および金属活物質等を挙げることができる。カーボン活物質としては、例えば、黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、高配向性グラファイト（ＨＯＰＧ）、ハードカーボンおよびソフトカーボン等を挙げることができる。酸化物活物質としては、例えば、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２およびＳｉＯを挙げることができる。金属活物質としては、例えば、Ｉｎ、Ａｌ、ＳｉおよびＳｎ等を挙げることができる。

【0022】

バインダーとしては、例えば、ポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素含有バインダー、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）等のゴム系バインダーおよびアクリル系バインダーが挙げられる。

【0023】

導電材としては、例えば、炭素材料、金属粒子、導電性ポリマー等が挙げられる。炭素材料としては、例えば、アセチレンブラック（ＡＢ）およびケッチェンブラック（ＫＢ）等の粒子状炭素材料；炭素繊維、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）およびカーボンナノファイバー（ＣＮＦ）等の繊維状炭素材料が挙げられる。

【0024】

増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、メチルセルロース等の多糖類を挙げることができる。

【0025】

電解質としては、例えば、硫化物固体電解質および酸化物固体電解質などの固体電解質が挙げられる。硫化物固体電解質としては、例えば、Ｌｉ元素、Ｘ元素（Ｘは、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎの少なくとも一種である）、および、Ｓ元素を含有する固体電解質が挙げられる。また、硫化物固体電解質は、Ｏ元素およびハロゲン元素の少なくとも一方をさらに含有していてもよい。ハロゲン元素としては、例えば、Ｆ元素、Ｃｌ元素、Ｂｒ元素、Ｉ元素が挙げられる。

【0026】

酸化物固体電解質としては、例えば、Ｌｉ_２Ｏ－Ｂ_２Ｏ_３－Ｐ_２Ｏ_５、Ｌｉ_２Ｏ－ＳｉＯ_２、Ｌｉ_２Ｏ－Ｂ_２Ｏ_３、Ｌｉ_１．３Ａｌ_０．３Ｔｉ_０．７（ＰＯ_４）_３、Ｌｉ_５Ｌａ_３Ｔａ_２Ｏ_１２、Ｌｉ_７Ｌａ_３Ｚｒ_２Ｏ_１２、Ｌｉ_６ＢａＬａ_２Ｔａ_２Ｏ_１２、Ｌｉ_３．６Ｓｉ_０．６Ｐ_０．４Ｏ_４、Ｌｉ_４ＳｉＯ_４、Ｌｉ_３ＰＯ_４、Ｌｉ_３ＰＯ_{４－３／２ｘ}Ｎ_ｘ（ｘ≦１）が挙げられる。

【0027】

溶媒としては、例えば、水系溶媒、有機溶媒等が挙げられる。水系溶媒とは、水、または、水と極性有機溶媒とを含む混合溶媒を意味する。例えば、活物質、バインダー等の種類に応じて適当な溶媒が選択され得る。
水系溶媒としては、取扱いの容易さからは、水を好適に用いることができる。混合溶媒に使用可能な極性有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類、アセトン等のケトン類、テトラヒドロフラン等のエーテル類等が挙げられる。
有機溶媒としては、例えば、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）等が挙げられる。

【0028】

本開示の製造方法で得られる電極体は、集電体と、集電体の少なくとも一方の面に塗工された電極材料を乾燥することにより形成された電極層と、を備える。
電極層は、正極層であってもよく、負極層であってもよい。電極層は、正極活物質および負極活物質の一方と、さらに、バインダー、導電材、電解質等を含有していてもよい。これらの材料については、上記のとおりである。
集電体は、負極集電体、正極集電体、バイポーラ集電体等であってもよい。集電体の材料、集電体の厚さ、集電体の形状については、上記のとおりである。

【0029】

本開示の電極体は、通常、電池の製造に用いられる。電極体は、正極であってもよく、負極であってもよく、バイポーラ電極であってもよい。バイポーラ電極は、集電体の一方の面に正極層と、集電体のもう一方の面に負極層を備える。
電極体が用いられる電池の種類は特に限定されないが、例えば、リチウムイオン二次電池が挙げられる。電池は、電解質として電解液を用いた液系電池であってもよく、電解質として固体電解質を用いた固体電池であってもよい。電池の用途としては、例えば、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）、電気自動車（ＢＥＶ）、ガソリン自動車、ディーゼル自動車等の車両の電源が挙げられる。中でも、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）または電気自動車（ＢＥＶ）の駆動用電源に用いられてもよい。また、電池は、車両以外の移動体（例えば、鉄道、船舶、航空機）の電源として用いられてもよく、情報処理装置等の電気製品の電源として用いられてもよい。

【実施例】

【0030】

（実施例１～６、比較例１）
電極材料としては、負極活物質として黒鉛と、増粘剤としてＣＭＣと、バインダーとしてＳＢＲと、を含む負極材料を用いた。電極材料の幅は１０００ｍｍとした。
集電体の一方の面上に電極材料を塗工したワークを準備し、レーザーを照射し、電極材料を乾燥させ、電極体を得た。
レーザーエネルギー密度は、２Ｗ／ｃｍ^２、レーザー照射範囲は、１２００ｍｍ×３００ｍｍとした。
表１に示すように、各実施例、比較例において、電極材料の幅方向に対するレーザーの照射範囲の傾斜角度を変えた時の塗工端部の品質を評価した。
品質評価は、電極体の割れの有無を目視で確認した。結果を表１に示す。

【0031】

【表1】

【0032】

表１に示すように本開示の製造方法により得られる電極体は、割れの発生を低減できることが実証された。

【符号の説明】

【0033】

１．ワーク
２．電極材料
３．間欠部

【図1】

【図2】