鋰離子二次電池的制造方法、鋰離子二次電池的制造裝置和鋰離子二次電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及鋰離子二次電池的制造方法、鋰離子二次電池的制造裝置和鋰離子二次電池，特別是涉及具有正極、負(fù)極、以及將正極和負(fù)極電分離的隔膜的鋰離子二次電池的制造方法和制造裝置以及適用于該鋰離子二次電池的有效技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨便攜電子設(shè)備的發(fā)展，作為這些便攜電子設(shè)備的電力供給源，使用能夠反復(fù)充電的小型二次電池。其中，具有能量密度高、循環(huán)壽命長、自放電性低、且工作電壓高這樣的優(yōu)點(diǎn)的鋰離子二次電池受到關(guān)注。鋰離子二次電池由于具有上述優(yōu)點(diǎn)，因此多用于數(shù)碼相機(jī)、筆記本型個(gè)人計(jì)算機(jī)、或手機(jī)等便攜電子設(shè)備。
[0003]進(jìn)而，近年來，作為電動(dòng)汽車用電池、電力儲(chǔ)存用電池，正在推進(jìn)能夠?qū)崿F(xiàn)高容量、高輸出、且高能量密度的大型鋰離子二次電池的研究開發(fā)。特別是在汽車產(chǎn)業(yè)中，為了應(yīng)對環(huán)境問題，正在推進(jìn)使用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源的電動(dòng)汽車、或使用發(fā)動(dòng)機(jī)(內(nèi)燃機(jī))與電動(dòng)機(jī)這兩者作為動(dòng)力源的混合動(dòng)力汽車的開發(fā)。鋰離子二次電池作為這種電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車的電源也受到關(guān)注。同樣地，鋰離子二次電池在用來有效利用太陽光發(fā)電或夜間電力的電力儲(chǔ)存等用途中的重要性也逐漸增加。然而，鋰離子二次電池工作電壓高，能量密度高，因此認(rèn)為需要充分的對策來應(yīng)對因內(nèi)部短路、外部短路等而引起的異常發(fā)熱。
[0004]鋰離子二次電池為非水電解質(zhì)二次電池的一種，是電解質(zhì)中的鋰離子承擔(dān)導(dǎo)電的二次電池。已知正極材料(活性物質(zhì))使用鋰金屬氧化物，負(fù)極材料(活性物質(zhì))使用石墨等碳材料，電解質(zhì)使用碳酸亞乙酯等有機(jī)溶劑和六氟磷酸鋰(LiPF6)等鋰鹽。鋰離子二次電池例如具有層疊體，該層疊體是將在金屬箔上涂布正極材料所得的帶狀正極板和在金屬箔上涂布負(fù)極材料所得的帶狀負(fù)極板，隔著用于將正極板和負(fù)極板電分離的隔膜重疊而成的。將該層疊體卷繞，在鋰離子二次電池的外裝罐內(nèi)構(gòu)成截面呈旋渦狀的電極卷繞體。
[0005]作為本技術(shù)領(lǐng)域的【背景技術(shù)】，有專利文獻(xiàn)I(日本特開2003-045491號公報(bào))。專利文獻(xiàn)I中，記載了如下方案:使用具有溶液吐出用狹縫的模涂機(jī)，在正極片狀物的兩面上涂布含有正極電極物質(zhì)的溶液、以及含有電解物質(zhì)和絕緣物質(zhì)的溶液后，經(jīng)過加熱工序來形成正極電極片狀物。此外還記載了如下方案:同樣地使用模涂機(jī)在負(fù)極片狀物的兩面上涂布含有負(fù)極電極物質(zhì)的溶液、以及含有電解物質(zhì)和絕緣物質(zhì)的溶液后，經(jīng)過加熱工序來形成負(fù)極電極片狀物。在此，將正極和負(fù)極的兩個(gè)電極片狀物層疊，形成電極卷繞體。此外，記載了將兩個(gè)電極片狀物層疊來形成電極卷繞體的二次電池制造方法和二次電池制造裝置。
[0006]此外，專利文獻(xiàn)I中記載了如下方案:分別形成正極電極薄膜和負(fù)極電極薄膜，對負(fù)極電極薄膜貼合隔膜薄膜，在該帶有隔膜的負(fù)極電極薄膜上層疊所述正極電極薄膜，形成電極卷繞體。在此，記載了通過上述構(gòu)成來改善難以將溶液狀的電解物質(zhì)均勻地注入至層疊有多塊電極卷繞體的集電體內(nèi)這方面、以及制造工序數(shù)多這方面。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)1:日本特開2003-045491號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)明所要解決的課題
[0011]鋰離子二次電池，例如具備電極卷繞體，所述電極卷繞體是將在集電箔表面上涂覆正極活性物質(zhì)所得的正極板、在集電箔表面上涂覆負(fù)極活性物質(zhì)所得的負(fù)極板以及防止正極板和負(fù)極板接觸的板狀隔膜卷繞而成的。在此，可考慮用不同的部件、即不同的物體分別準(zhǔn)備正極板和負(fù)極板以及隔膜，但此時(shí)，因例如正極板的切斷工序等而導(dǎo)致金屬異物侵入正極板與隔膜之間的間隙中，產(chǎn)生正極和負(fù)極短路等問題。
[0012]對此，可考慮將在集電箔表面上依次涂覆正極活性物質(zhì)和隔膜而形成的正極板、以及在另一個(gè)集電箔表面上依次涂覆負(fù)極活性物質(zhì)和隔膜而形成的負(fù)極板卷繞，形成鋰離子二次電池。如果是這樣的鋰離子二次電池，則能夠防止因切斷正極板或負(fù)極板而產(chǎn)生的金屬異物侵入正極板或負(fù)極板與隔膜之間。
[0013]然而，當(dāng)在集電箔表面上涂布含有正極活性物質(zhì)或負(fù)極活性物質(zhì)的電極材料漿料，在該漿料上連續(xù)涂布形成隔膜的絕緣材料漿料時(shí)，在電極層與絕緣層的界面形成電極材料和絕緣材料的混合層。此時(shí)，發(fā)揮隔膜的作用的絕緣材料層變薄，因而容易產(chǎn)生正極和負(fù)極的短路，從而產(chǎn)生鋰離子二次電池的可靠性降低的問題。作為防止上述短路的構(gòu)成，可考慮增加隔膜的膜厚，但在該情況下，難以實(shí)現(xiàn)鋰離子二次電池的小型化。
[0014]此外，在鋰離子二次電池的電極材料的涂布工序中，可考慮如專利文獻(xiàn)I所記載，在作為載體材料的集電箔的表面上涂布正極或負(fù)極的電極材料，形成涂布膜，在該涂布膜上涂布形成隔膜的絕緣材料，從而形成電極板。由此，能夠防止因上述異物導(dǎo)致的短路問題的產(chǎn)生，進(jìn)而，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)效率的提高和制造裝置的小型化。
[0015]然而，當(dāng)在作為載體材料的集電箔的表面上涂布正極或負(fù)極的電極材料，連續(xù)涂布形成隔膜的絕緣材料時(shí)，會(huì)在電極材料層與絕緣材料層的界面形成電極材料和絕緣材料的混合層，因此發(fā)揮隔膜的作用的絕緣材料層變薄。由此，容易產(chǎn)生正極和負(fù)極的短路，產(chǎn)生不良的可能性提高，從而產(chǎn)生鋰離子二次電池的可靠性降低的問題。作為防止該短路的構(gòu)成，可考慮增加隔膜的膜厚，但該情況下，難以實(shí)現(xiàn)鋰離子二次電池的小型化。
[0016]本發(fā)明的上述目的和新的特征，將通過本說明書的記載和附圖來明確。
[0017]用于解決課題的方法
[0018]本申請中所公開的實(shí)施方式中，若簡單說明代表性實(shí)施方式的概要，則如下。
[0019]代表性實(shí)施方式的鋰離子二次電池的制造方法具有:使用第I涂布部在集電箔的表面上涂布電極材料漿料的工序;將包含使所述電極材料漿料中所含有的粘合劑成分析出的成分的第I固化液供給至所述電極材料漿料，從而使所述電極材料漿料的表面層固化的工序;使用第2涂布部在所述表面層固化后的所述電極材料漿料上涂布絕緣材料漿料的工序；以及使所述電極材料漿料和所述絕緣材料漿料干燥的工序。
[0020]進(jìn)而，代表性實(shí)施方式的鋰離子二次電池的制造方法具有:在集電箔表面上涂布包含粘結(jié)材料的電極材料的工序;在電極材料上涂布包含使該粘結(jié)材料析出的第I成分的絕緣材料的工序;將包含使該粘結(jié)材料析出的第2成分的噴霧液供給至電極材料，從而使電極材料固化的工序；以及使電極材料和絕緣材料干燥的工序。
[0021]進(jìn)而，代表性實(shí)施方式的鋰離子二次電池的制造裝置具有:在集電箔的表面上涂布電極材料漿料的第I涂布部;將包含使所述電極材料漿料所含有的粘合劑成分析出的成分的第I固化液供給至所述電極材料漿料，從而使所述電極材料漿料的表面層固化的第I固化室;在所述表面層固化后的所述電極材料漿料上涂布絕緣材料漿料的第2涂布部;使所述電極材料漿料和所述絕緣材料漿料干燥的干燥室;將所述集電箔依次運(yùn)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運(yùn)送部。
[0022]進(jìn)而，代表性實(shí)施方式的鋰離子二次電池的制造裝置具有:在集電箔的表面上涂布包含粘結(jié)材料的電極材料漿料的第I涂布部;在電極材料漿料上涂布包含使該粘結(jié)材料析出的第I成分的絕緣材料漿料的第2涂布部;將包含使該粘結(jié)材料析出的第2成分的固化液供給至電極材料漿料，從而使電極材料漿料固化的固化部;使電極材料漿料和絕緣材料漿料干燥的干燥室;將集電箔依次運(yùn)送至第I涂布部、第2涂布部、固化部和干燥室的運(yùn)送部。
[0023]發(fā)明的效果
[0024]本申請所公開的發(fā)明中，若簡單地說明由代表性發(fā)明得到的效果，則如下。
[0025]根據(jù)本發(fā)明，能夠提高鋰離子二次電池的可靠性。
[0026]此外，根據(jù)本發(fā)明，能夠提高鋰離子二次電池的性能。
【附圖說明】
[0027]圖1為表示作為本發(fā)明實(shí)施方式I的鋰離子二次電池的制造裝置的示意圖。
[0028]圖2為表示作為本發(fā)明實(shí)施方式2的鋰離子二次電池的制造裝置的示意圖。
[0029]圖3為構(gòu)成鋰離子二次電池的電極板的截面圖。
[0030]圖4為表示作為本發(fā)明實(shí)施方式I的鋰離子二次電池以及作為第2比較例的鋰離子二次電池各自的、混合層厚度與集電箔運(yùn)送速度的關(guān)系的圖表。
[0031]圖5為表示作為第I比較例的鋰離子二次電池的制造裝置的示意圖。
[0032]圖6為表示作為第I比較例的鋰離子二次電池的制造工序的流程圖。
[0033]圖7為表示第2比較例中的鋰離子二次電池的制造裝置的示意圖。
[0034]圖8為表示第2比較例中的鋰離子二次電池的制造裝置的放大截面圖。
[0035]圖9為表示作為本發(fā)明實(shí)施方式3的鋰離子二次電池的制造裝置的示意圖。
[0036]圖10為構(gòu)成鋰離子二次電池的電極板的截面圖。
[0037]圖11為表示作為本發(fā)明實(shí)施方式3的鋰離子二次電池以及作為第2比較例的鋰離子二次電池各自的、混合層厚度與集電箔運(yùn)送速度的關(guān)系的圖表。
[0038]圖12為表示鋰離子二次電池的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0039]圖13為表示作為第3比較例的鋰離子二次電池的制造工序的流程圖。
[0040]圖14為表示第4比較例中的鋰離子二次電池的制造裝置的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]以下，基于附圖，詳細(xì)地說明本發(fā)明的實(shí)施方式。另外，用于說明實(shí)施方式的全部附圖中，對具有相同功能的構(gòu)件賦予相同的符號，省略其重復(fù)的說明。此外，以下實(shí)施方式中，除了特別需要時(shí)以外，對于相同或同樣的部分，原則上不重復(fù)說明。
[0042]另外，本申請中所說的厚度，是指各結(jié)構(gòu)體在與構(gòu)成鋰離子二次電池的集電箔的表面垂直的方向上的長度。
[0043]實(shí)施方式I
[0044]以下，使用圖1，對本實(shí)施方式中鋰離子二次電池的制造方法和制造裝置進(jìn)行說明。圖1為表示本實(shí)施方式中的單面涂布型電極板制造裝置的構(gòu)成的圖。即，圖1為表示本實(shí)施方式中的鋰離子二次電池的制造裝置的示意圖。
[0045]如圖1所示，本實(shí)施方式中的鋰離子二次電池的制造裝置具有:送出集電箔EP的集電用金屬箔輥RL1、以及將集電箔EP卷繞的卷繞輥RL4。作為薄板狀金屬箔的集電箔EP，在集電用金屬箔輥RLl和卷繞輥RL4之間一邊被輥筒RL2、RL3等多個(gè)輥筒支撐一邊被運(yùn)送。在此，以恒定速度運(yùn)送集電箔EP，因此將該多個(gè)輥筒稱為輥筒運(yùn)送系統(tǒng)，即運(yùn)送部。
[0046]集電箔EP的運(yùn)送路徑中，從集電用金屬箔輥RLl側(cè)朝著卷繞輥RL4側(cè)，依次配置有模涂機(jī)DCl、固化室SDl內(nèi)的噴霧噴嘴NZl、模涂機(jī)DC2和干燥室DRY。所運(yùn)送的集電箔EP通過模涂機(jī)DCl與輥筒RL2之間、固化室SDl內(nèi)、模涂機(jī)DC2與輥筒RL3之間、以及干燥室DRY內(nèi)。
[0047]構(gòu)成鋰離子二次電池的正極和負(fù)極各自雖然在集電箔EP的材料和涂布于集電箔EP的膜的材料等方面有所不同，但基本上可通過同樣的工序來制造。因此，以下，不分正極和負(fù)極各自的制造工序，進(jìn)行說明。例如，后述的作為涂布材料的電極材料ES，包含作為正極用材料的情況和作為負(fù)極用材料的情況，在各情況下，由不同的材料構(gòu)成。在此，不言而喻，在正極的制造工序中，使用由正極用材料構(gòu)成的集電箔EP和涂布材料，不使用僅在負(fù)極的制造工序中使用的材料。在負(fù)極的制造工序中也同樣，不使用僅在正極的制造工序中使用的材料。
[0048]本實(shí)施方式中的鋰離子二次電池的制造工序中，首先，調(diào)制用于形成鋰離子二次電池的正極或負(fù)極的電極材料ES。接著，使用以與輥筒RL2相對的方式配置的第I涂布部即模涂機(jī)DCl，將調(diào)制好的漿料狀的電極材料ES薄且均勻地涂布于由集電用金屬箔輥RLl供給的集電箔EP的表面上。以下，將該工序稱為第I涂布工序。此外，將由通過第I涂布工序被涂布于集電箔EP上的電極材料ES構(gòu)成的膜稱為第I涂布膜。在上述第I涂布部可使用例如狹縫式模涂機(jī)，也可使用其他裝置作為供給電極材料ES的裝置。
[0049]接著，將涂布有電極材料ES的集電箔EP運(yùn)送至固化室SDl內(nèi)，將由噴霧噴嘴NZl供給的固化液對集電箔EP上的電極材料ES噴霧，從而使由電極材料ES構(gòu)成的第I涂布膜的表面層固化。以下，將該工序稱為預(yù)固化工序。另外，本申請中所說的固化液是包含使第I涂布膜等的漿料所含有的固化材料、即作為粘結(jié)材料的粘合劑成分析出的成分的液體。即，固化液和固化材料指分別不同的材料，固化材料例如包含在第I涂布膜中，由噴霧噴嘴NZl供給的固化液不含固化材料。
[0050]接著，在表面層固化后的第I涂布膜的表面上，薄且均勻地涂布由以與輥筒RL3相對的方式設(shè)置的第2涂布部即模涂機(jī)DC2供給的絕緣材料IF。將該工序稱為第2涂布工序。此夕卜，將由通過第2涂布工序涂布于第I涂布膜上的絕緣材料IF構(gòu)成的膜稱為第2涂布膜。在第2涂布部可使用例如狹縫式模涂機(jī)等。另外，圖1中未圖示第I涂布膜和第2涂布膜。
[0051]接著，將通過上述第2涂布工序涂布了第2涂布膜的集電箔EP運(yùn)送至作為熱風(fēng)干燥爐的干燥室DRY內(nèi)。在干燥室DRY內(nèi)，將第I涂布膜中和第2涂布膜中的溶劑成分以及固化液加熱，使它們蒸發(fā)，從而使第I涂布膜和第2涂布膜干燥、固化，一并形成電極層和絕緣層。以下，將該工序稱為干燥工序。也就是說，第I涂布膜通過干燥工序而成為電極層，第2涂布膜通過干燥工序而成為絕緣層，即隔膜。由此形成由集電箔EP、以及在集電箔EP的一面上依次層疊的電極層和絕緣層構(gòu)成的電極板，即正極板或負(fù)極板。然后，該電極板被卷繞于卷繞輥RL4。另外，本申請中，有時(shí)將電極、正極和負(fù)極分別稱為電極板、正極板和負(fù)極板。
[0052]本實(shí)施方式中的電極材料ES包含通過充放電能夠放出、吸藏鋰離子的正極活性物質(zhì)粉末或負(fù)極活性物質(zhì)粉末。此外，電極材料ES包含用于干燥后粘結(jié)粉末成分之間、或粘結(jié)粉末成分與集電箔之間的粘合劑成分。此外，根據(jù)情況，電極材料ES包含導(dǎo)電助劑的粉末。
[0053]在預(yù)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劑成分的性質(zhì)，并且具有與第I涂布膜內(nèi)的溶劑互溶的性質(zhì)。若固化液與第I涂布膜接觸，則固化液會(huì)一邊溶解于第I涂布膜內(nèi)的溶劑中一邊侵入第I涂布膜內(nèi)。若在第I涂布膜的表面層中固化液濃度增加，則粘合劑的溶解度減小，從而粘合劑析出，僅第I涂布膜的表面層被固定化。
[0054]本實(shí)施方式具有如下特征:在第I涂布工序和第2涂布工序之間，導(dǎo)入預(yù)固化工序。由此，能夠在第I涂布膜的表面不流動(dòng)的狀態(tài)下進(jìn)行第