锂离子二次电池的制造方法、锂离子二次电池的制造装置和锂离子二次电池的制作方法

锂离子二次电池的制造方法、锂离子二次电池的制造装置和锂离子二次电池的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及锂离子二次电池的制造方法、锂离子二次电池的制造装置和锂离子二次电池，特别是涉及具有正极、负极、以及将正极和负极电分离的隔膜的锂离子二次电池的制造方法和制造装置以及适用于该锂离子二次电池的有效技术。
【背景技术】
[0002]伴随便携电子设备的发展，作为这些便携电子设备的电力供给源，使用能够反复充电的小型二次电池。其中，具有能量密度高、循环寿命长、自放电性低、且工作电压高这样的优点的锂离子二次电池受到关注。锂离子二次电池由于具有上述优点，因此多用于数码相机、笔记本型个人计算机、或手机等便携电子设备。
[0003]进而，近年来，作为电动汽车用电池、电力储存用电池，正在推进能够实现高容量、高输出、且高能量密度的大型锂离子二次电池的研究开发。特别是在汽车产业中，为了应对环境问题，正在推进使用电动机作为动力源的电动汽车、或使用发动机(内燃机)与电动机这两者作为动力源的混合动力汽车的开发。锂离子二次电池作为这种电动汽车、混合动力汽车的电源也受到关注。同样地，锂离子二次电池在用来有效利用太阳光发电或夜间电力的电力储存等用途中的重要性也逐渐增加。然而，锂离子二次电池工作电压高，能量密度高，因此认为需要充分的对策来应对因内部短路、外部短路等而引起的异常发热。
[0004]锂离子二次电池为非水电解质二次电池的一种，是电解质中的锂离子承担导电的二次电池。已知正极材料(活性物质)使用锂金属氧化物，负极材料(活性物质)使用石墨等碳材料，电解质使用碳酸亚乙酯等有机溶剂和六氟磷酸锂(LiPF6)等锂盐。锂离子二次电池例如具有层叠体，该层叠体是将在金属箔上涂布正极材料所得的带状正极板和在金属箔上涂布负极材料所得的带状负极板，隔着用于将正极板和负极板电分离的隔膜重叠而成的。将该层叠体卷绕，在锂离子二次电池的外装罐内构成截面呈旋涡状的电极卷绕体。
[0005]作为本技术领域的【背景技术】，有专利文献I(日本特开2003-045491号公报)。专利文献I中，记载了如下方案:使用具有溶液吐出用狭缝的模涂机，在正极片状物的两面上涂布含有正极电极物质的溶液、以及含有电解物质和绝缘物质的溶液后，经过加热工序来形成正极电极片状物。此外还记载了如下方案:同样地使用模涂机在负极片状物的两面上涂布含有负极电极物质的溶液、以及含有电解物质和绝缘物质的溶液后，经过加热工序来形成负极电极片状物。在此，将正极和负极的两个电极片状物层叠，形成电极卷绕体。此外，记载了将两个电极片状物层叠来形成电极卷绕体的二次电池制造方法和二次电池制造装置。
[0006]此外，专利文献I中记载了如下方案:分别形成正极电极薄膜和负极电极薄膜，对负极电极薄膜贴合隔膜薄膜，在该带有隔膜的负极电极薄膜上层叠所述正极电极薄膜，形成电极卷绕体。在此，记载了通过上述构成来改善难以将溶液状的电解物质均匀地注入至层叠有多块电极卷绕体的集电体内这方面、以及制造工序数多这方面。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本特开2003-045491号公报

【发明内容】

[0010]发明所要解决的课题
[0011]锂离子二次电池，例如具备电极卷绕体，所述电极卷绕体是将在集电箔表面上涂覆正极活性物质所得的正极板、在集电箔表面上涂覆负极活性物质所得的负极板以及防止正极板和负极板接触的板状隔膜卷绕而成的。在此，可考虑用不同的部件、即不同的物体分别准备正极板和负极板以及隔膜，但此时，因例如正极板的切断工序等而导致金属异物侵入正极板与隔膜之间的间隙中，产生正极和负极短路等问题。
[0012]对此，可考虑将在集电箔表面上依次涂覆正极活性物质和隔膜而形成的正极板、以及在另一个集电箔表面上依次涂覆负极活性物质和隔膜而形成的负极板卷绕，形成锂离子二次电池。如果是这样的锂离子二次电池，则能够防止因切断正极板或负极板而产生的金属异物侵入正极板或负极板与隔膜之间。
[0013]然而，当在集电箔表面上涂布含有正极活性物质或负极活性物质的电极材料浆料，在该浆料上连续涂布形成隔膜的绝缘材料浆料时，在电极层与绝缘层的界面形成电极材料和绝缘材料的混合层。此时，发挥隔膜的作用的绝缘材料层变薄，因而容易产生正极和负极的短路，从而产生锂离子二次电池的可靠性降低的问题。作为防止上述短路的构成，可考虑增加隔膜的膜厚，但在该情况下，难以实现锂离子二次电池的小型化。
[0014]此外，在锂离子二次电池的电极材料的涂布工序中，可考虑如专利文献I所记载，在作为载体材料的集电箔的表面上涂布正极或负极的电极材料，形成涂布膜，在该涂布膜上涂布形成隔膜的绝缘材料，从而形成电极板。由此，能够防止因上述异物导致的短路问题的产生，进而，能够实现生产效率的提高和制造装置的小型化。
[0015]然而，当在作为载体材料的集电箔的表面上涂布正极或负极的电极材料，连续涂布形成隔膜的绝缘材料时，会在电极材料层与绝缘材料层的界面形成电极材料和绝缘材料的混合层，因此发挥隔膜的作用的绝缘材料层变薄。由此，容易产生正极和负极的短路，产生不良的可能性提高，从而产生锂离子二次电池的可靠性降低的问题。作为防止该短路的构成，可考虑增加隔膜的膜厚，但该情况下，难以实现锂离子二次电池的小型化。
[0016]本发明的上述目的和新的特征，将通过本说明书的记载和附图来明确。
[0017]用于解决课题的方法
[0018]本申请中所公开的实施方式中，若简单说明代表性实施方式的概要，则如下。
[0019]代表性实施方式的锂离子二次电池的制造方法具有:使用第I涂布部在集电箔的表面上涂布电极材料浆料的工序;将包含使所述电极材料浆料中所含有的粘合剂成分析出的成分的第I固化液供给至所述电极材料浆料，从而使所述电极材料浆料的表面层固化的工序;使用第2涂布部在所述表面层固化后的所述电极材料浆料上涂布绝缘材料浆料的工序；以及使所述电极材料浆料和所述绝缘材料浆料干燥的工序。
[0020]进而，代表性实施方式的锂离子二次电池的制造方法具有:在集电箔表面上涂布包含粘结材料的电极材料的工序;在电极材料上涂布包含使该粘结材料析出的第I成分的绝缘材料的工序;将包含使该粘结材料析出的第2成分的喷雾液供给至电极材料，从而使电极材料固化的工序；以及使电极材料和绝缘材料干燥的工序。
[0021]进而，代表性实施方式的锂离子二次电池的制造装置具有:在集电箔的表面上涂布电极材料浆料的第I涂布部;将包含使所述电极材料浆料所含有的粘合剂成分析出的成分的第I固化液供给至所述电极材料浆料，从而使所述电极材料浆料的表面层固化的第I固化室;在所述表面层固化后的所述电极材料浆料上涂布绝缘材料浆料的第2涂布部;使所述电极材料浆料和所述绝缘材料浆料干燥的干燥室;将所述集电箔依次运送至所述第I涂布部、所述第I固化室、所述第2涂布部和所述干燥室的运送部。
[0022]进而，代表性实施方式的锂离子二次电池的制造装置具有:在集电箔的表面上涂布包含粘结材料的电极材料浆料的第I涂布部;在电极材料浆料上涂布包含使该粘结材料析出的第I成分的绝缘材料浆料的第2涂布部;将包含使该粘结材料析出的第2成分的固化液供给至电极材料浆料，从而使电极材料浆料固化的固化部;使电极材料浆料和绝缘材料浆料干燥的干燥室;将集电箔依次运送至第I涂布部、第2涂布部、固化部和干燥室的运送部。
[0023]发明的效果
[0024]本申请所公开的发明中，若简单地说明由代表性发明得到的效果，则如下。
[0025]根据本发明，能够提高锂离子二次电池的可靠性。
[0026]此外，根据本发明，能够提高锂离子二次电池的性能。
【附图说明】
[0027]图1为表示作为本发明实施方式I的锂离子二次电池的制造装置的示意图。
[0028]图2为表示作为本发明实施方式2的锂离子二次电池的制造装置的示意图。
[0029]图3为构成锂离子二次电池的电极板的截面图。
[0030]图4为表示作为本发明实施方式I的锂离子二次电池以及作为第2比较例的锂离子二次电池各自的、混合层厚度与集电箔运送速度的关系的图表。
[0031]图5为表示作为第I比较例的锂离子二次电池的制造装置的示意图。
[0032]图6为表示作为第I比较例的锂离子二次电池的制造工序的流程图。
[0033]图7为表示第2比较例中的锂离子二次电池的制造装置的示意图。
[0034]图8为表示第2比较例中的锂离子二次电池的制造装置的放大截面图。
[0035]图9为表示作为本发明实施方式3的锂离子二次电池的制造装置的示意图。
[0036]图10为构成锂离子二次电池的电极板的截面图。
[0037]图11为表示作为本发明实施方式3的锂离子二次电池以及作为第2比较例的锂离子二次电池各自的、混合层厚度与集电箔运送速度的关系的图表。
[0038]图12为表示锂离子二次电池的结构的示意图。
[0039]图13为表示作为第3比较例的锂离子二次电池的制造工序的流程图。
[0040]图14为表示第4比较例中的锂离子二次电池的制造装置的示意图。
【具体实施方式】
[0041]以下，基于附图，详细地说明本发明的实施方式。另外，用于说明实施方式的全部附图中，对具有相同功能的构件赋予相同的符号，省略其重复的说明。此外，以下实施方式中，除了特别需要时以外，对于相同或同样的部分，原则上不重复说明。
[0042]另外，本申请中所说的厚度，是指各结构体在与构成锂离子二次电池的集电箔的表面垂直的方向上的长度。
[0043]实施方式I
[0044]以下，使用图1，对本实施方式中锂离子二次电池的制造方法和制造装置进行说明。图1为表示本实施方式中的单面涂布型电极板制造装置的构成的图。即，图1为表示本实施方式中的锂离子二次电池的制造装置的示意图。
[0045]如图1所示，本实施方式中的锂离子二次电池的制造装置具有:送出集电箔EP的集电用金属箔辊RL1、以及将集电箔EP卷绕的卷绕辊RL4。作为薄板状金属箔的集电箔EP，在集电用金属箔辊RLl和卷绕辊RL4之间一边被辊筒RL2、RL3等多个辊筒支撑一边被运送。在此，以恒定速度运送集电箔EP，因此将该多个辊筒称为辊筒运送系统，即运送部。
[0046]集电箔EP的运送路径中，从集电用金属箔辊RLl侧朝着卷绕辊RL4侧，依次配置有模涂机DCl、固化室SDl内的喷雾喷嘴NZl、模涂机DC2和干燥室DRY。所运送的集电箔EP通过模涂机DCl与辊筒RL2之间、固化室SDl内、模涂机DC2与辊筒RL3之间、以及干燥室DRY内。
[0047]构成锂离子二次电池的正极和负极各自虽然在集电箔EP的材料和涂布于集电箔EP的膜的材料等方面有所不同，但基本上可通过同样的工序来制造。因此，以下，不分正极和负极各自的制造工序，进行说明。例如，后述的作为涂布材料的电极材料ES，包含作为正极用材料的情况和作为负极用材料的情况，在各情况下，由不同的材料构成。在此，不言而喻，在正极的制造工序中，使用由正极用材料构成的集电箔EP和涂布材料，不使用仅在负极的制造工序中使用的材料。在负极的制造工序中也同样，不使用仅在正极的制造工序中使用的材料。
[0048]本实施方式中的锂离子二次电池的制造工序中，首先，调制用于形成锂离子二次电池的正极或负极的电极材料ES。接着，使用以与辊筒RL2相对的方式配置的第I涂布部即模涂机DCl，将调制好的浆料状的电极材料ES薄且均匀地涂布于由集电用金属箔辊RLl供给的集电箔EP的表面上。以下，将该工序称为第I涂布工序。此外，将由通过第I涂布工序被涂布于集电箔EP上的电极材料ES构成的膜称为第I涂布膜。在上述第I涂布部可使用例如狭缝式模涂机，也可使用其他装置作为供给电极材料ES的装置。
[0049]接着，将涂布有电极材料ES的集电箔EP运送至固化室SDl内，将由喷雾喷嘴NZl供给的固化液对集电箔EP上的电极材料ES喷雾，从而使由电极材料ES构成的第I涂布膜的表面层固化。以下，将该工序称为预固化工序。另外，本申请中所说的固化液是包含使第I涂布膜等的浆料所含有的固化材料、即作为粘结材料的粘合剂成分析出的成分的液体。即，固化液和固化材料指分别不同的材料，固化材料例如包含在第I涂布膜中，由喷雾喷嘴NZl供给的固化液不含固化材料。
[0050]接着，在表面层固化后的第I涂布膜的表面上，薄且均匀地涂布由以与辊筒RL3相对的方式设置的第2涂布部即模涂机DC2供给的绝缘材料IF。将该工序称为第2涂布工序。此夕卜，将由通过第2涂布工序涂布于第I涂布膜上的绝缘材料IF构成的膜称为第2涂布膜。在第2涂布部可使用例如狭缝式模涂机等。另外，图1中未图示第I涂布膜和第2涂布膜。
[0051]接着，将通过上述第2涂布工序涂布了第2涂布膜的集电箔EP运送至作为热风干燥炉的干燥室DRY内。在干燥室DRY内，将第I涂布膜中和第2涂布膜中的溶剂成分以及固化液加热，使它们蒸发，从而使第I涂布膜和第2涂布膜干燥、固化，一并形成电极层和绝缘层。以下，将该工序称为干燥工序。也就是说，第I涂布膜通过干燥工序而成为电极层，第2涂布膜通过干燥工序而成为绝缘层，即隔膜。由此形成由集电箔EP、以及在集电箔EP的一面上依次层叠的电极层和绝缘层构成的电极板，即正极板或负极板。然后，该电极板被卷绕于卷绕辊RL4。另外，本申请中，有时将电极、正极和负极分别称为电极板、正极板和负极板。
[0052]本实施方式中的电极材料ES包含通过充放电能够放出、吸藏锂离子的正极活性物质粉末或负极活性物质粉末。此外，电极材料ES包含用于干燥后粘结粉末成分之间、或粘结粉末成分与集电箔之间的粘合剂成分。此外，根据情况，电极材料ES包含导电助剂的粉末。
[0053]在预固化工序中所使用的固化液需要具有不溶解第I涂布膜中所包含的粘合剂成分的性质，并且具有与第I涂布膜内的溶剂互溶的性质。若固化液与第I涂布膜接触，则固化液会一边溶解于第I涂布膜内的溶剂中一边侵入第I涂布膜内。若在第I涂布膜的表面层中固化液浓度增加，则粘合剂的溶解度减小，从而粘合剂析出，仅第I涂布膜的表面层被固定化。
[0054]本实施方式具有如下特征:在第I涂布工序和第2涂布工序之间，导入预固化工序。由此，能够在第I涂布膜的表面不流动的状态下进行第