JP2013157121A - System and method of assembling electrode assembly for secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、正極板および負極板がセパレータを介して相互に重なるように積層された二次電池用の電極組立体を組み立てるシステムおよび方法に関するものである。 The present invention relates to a system and method for assembling an electrode assembly for a secondary battery in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are laminated so as to overlap each other via a separator.
特許文献1には、電池ケース内を、有機電解液の沸点以下の−70kpa〜−95kpaの範囲内の真空度に真空引きする工程と、所定量の有機電解液を注入した注液ホッパー内の一時貯液室を電池ケース内の圧力に対し0.1kpa〜5kpaだけ高い圧力差が生じる真空度に真空引きする工程と、注液ホッパーの注液口を開いて一時貯液室内の有機電解液を圧力差により注液口およびこれに連接させた注液ノズルを介して電池ケース内に注液する工程とを有する、リチウム二次電池の注液方法が開示されている。 In Patent Document 1, the battery case is evacuated to a degree of vacuum within the range of −70 kpa to −95 kpa below the boiling point of the organic electrolyte, and a liquid injection hopper into which a predetermined amount of the organic electrolyte is injected. A step of evacuating the temporary storage chamber to a degree of vacuum in which a pressure difference higher than the pressure in the battery case by 0.1 kpa to 5 kpa is generated, and an organic electrolyte in the temporary storage chamber by opening the injection port of the injection hopper A method for injecting a lithium secondary battery is disclosed, which includes a step of injecting into a battery case via an injection port and an injection nozzle connected to the injection port by a pressure difference.
特許文献2には、ワインディング方式の電極積層体の製造方法及びそれによるリチウムイオン二次電池用電極積層体を提供することが開示されている。本発明は、両方向に引張りが維持されるセパレータの両面に相対するように電極を配置し、これを回転させて前記電極の外側にさらにセパレータを形成するような方式により電極を積層するワインディング方式の電極積層方法、これにより製造されるリチウムイオン二次電池用電極積層体及びこれを用いた二次電池を提供する。本発明によるリチウムイオン二次電池は、電池の全面に均一な応力が加えられ、一定した引張りが維持されるセパレータにより正極電極と負極電極の配列が乱れなくなる結果、電池の寿命を延ばし、しかも、入力及び出力特性を高めることが可能になる。
特許文献3には、正負の極板間にセパレータが介在するように、正極板と負極板を交互に重ね合わせる角形電池用極板群の製造装置および方法が開示されている。この製造装置および方法では、複数本のガイド棒を一方向にジグザグ状に配列し、このガイド棒の一方の列と他方の列との間にセパレータの連続体を挿入し、ガイド棒を列同士間で列の先頭から後尾へと一対又は複数対ずつ順に交差させることにより連続体をジグザグ折りし、このジグザグ折りに同期して連続体の各谷溝内に正極板と負極板を交互に挿入し、連続体の各谷溝内からガイド棒を抜去し、しかる後に、連続体をジグザグ方向に押圧し扁平にする。連続体を蛇行させることなく円滑に走行させて極板群を精度良く製造することができる。
特許文献4には、積層型リチウムイオン電池の大量生産技術を確立するため、袋入り電極板及び単電池積層体を大量に効率よく製造する技術及び製造装置の提供、並びに大量生産が可能でコストが安く、自己放電率が低く品質のよい積層型リチウムイオン電池を提供することが記載されている。特許文献4では、循環移動する複数の吸引盤付き「受け台」及び「押え板」を使用し、下側セパレータ切断片を吸引固定した「受け台」と上側セパレータ切断片を吸引固定した「押え板」で、電極板(正極板)を挟み込んだ状態を形成したものをその状態を保持して移動させながら、電極板の上下のセパレータをその外周で自動的に熱接着し、切断し、余剰のセパレータを除去する方法で作った袋入り電極板(正極板)と相対する裸の電極板(負極板)を交互に積層することにより、大量に且自動的に積層型リチウムイオン電池の単電池積層体を製造することが記載されている。 In Patent Document 4, in order to establish a mass production technology for a stacked lithium ion battery, a technology and a manufacturing device for efficiently producing a bag-shaped electrode plate and a single cell laminated body in large quantities and a mass production are possible. However, it is described that a low-cost self-discharge rate and a good quality laminated lithium ion battery are provided. In Patent Literature 4, a “cradle” and a “presser plate” with a plurality of suction plates that circulate and move, a “cradle” that sucks and fixes the lower separator cut piece and a “presser” that sucks and fixes the upper separator cut piece. While the plate is sandwiched between the electrode plates (positive electrode plates), the upper and lower separators of the electrode plates are automatically heat-bonded at the outer periphery, cut, and surplus. The stacked lithium-ion battery cells are automatically stacked in large quantities by alternately laminating the bare electrode plates (negative electrode plates) opposite to the bag-made electrode plates (positive electrode plates) made by removing the separators The production of a laminate is described.
特許文献5には、電極活物質の欠落を防止すると共に電池容量の向上に寄与する電池用電極板の製造方法を提供することが記載されている。特許文献5の正極板の製造方法は、正極活物質、導電剤及び結着剤を混合した正極合剤を正極側集電体に塗布した後、裁断部位に塗布した正極合剤における結着剤の濃度が、非裁断部位に塗布した正極合剤における結着剤の濃度に対して相対的に高くなるように、裁断パターンに沿って結着剤溶液を塗布する塗布ステップと、正極側集電体に塗布された正極合剤及び結着剤溶液を乾燥させて溶媒成分を除去する乾燥工程と、正極合剤が所定密度となるように圧縮する圧縮する工程と、正極合剤が塗布された正極側集電体を所定形状に裁断する裁断工程とを有する。
特許文献6には、裁断後における電極板断面の周縁部に発生する尖ったバリを防止するための、非水電解質二次電池用電極板の製造方法ならびにその電極板を用いた非水電解質二次電池を提供することが記載されている。特許文献6の製造方法では、1枚の幅広の電極板を、複数のガイドロールを介して搬送するスリッターにおいて、裁断刃により複数の幅狭の電極板に裁断した後、幅狭の電極板の個々の両縁部のみを押圧ロールで押圧することにより、裁断後における電極板断面の周縁部に発生する尖ったバリを著しく抑制し、その結果、安全性に優れた非水電解質二次電池を提供できることが記載されている。 Patent Document 6 discloses a method of manufacturing an electrode plate for a non-aqueous electrolyte secondary battery and a non-aqueous electrolyte using the electrode plate for preventing a sharp burr generated at the peripheral edge of the cross section of the electrode plate after cutting. Providing a secondary battery is described. In the manufacturing method of Patent Document 6, after cutting a wide electrode plate into a plurality of narrow electrode plates with a cutting blade in a slitter that conveys the wide electrode plate through a plurality of guide rolls, By pressing only both edges with a pressing roll, sharp burrs generated at the peripheral edge of the cross section of the electrode plate after cutting are remarkably suppressed, and as a result, a non-aqueous electrolyte secondary battery excellent in safety can be obtained. It is described that it can be provided.
二次電池の製造過程では、上記に示した方法などにより製造した電極材を含む電極組立体(電池積層体)を電池容器に入れた後、電池容器に電解液を注入する。二次電池の生産性の向上のためには、電解液を電池容器に注入する時間を短縮すると共に、電解液が電極材へ浸透する時間を短縮することが重要である。一方、電池容器に電解液を入れる際、電極組立体の電極材に電解液の浸透を促進するような処理をすることにより、電極材がダメージを受けたり、電極材の性質が変化してしまう可能性があり、そのような場合、製造された二次電池の性能が低下する要因となる。 In the manufacturing process of the secondary battery, an electrode assembly (battery laminate) including the electrode material manufactured by the above-described method or the like is placed in the battery container, and then an electrolytic solution is injected into the battery container. In order to improve the productivity of the secondary battery, it is important to shorten the time for injecting the electrolytic solution into the battery container and shorten the time for the electrolytic solution to penetrate into the electrode material. On the other hand, when the electrolytic solution is put into the battery container, the electrode material of the electrode assembly is treated to promote the penetration of the electrolytic solution, so that the electrode material is damaged or the properties of the electrode material are changed. In such a case, there is a possibility that the performance of the manufactured secondary battery is reduced.
本発明の一態様は、正極板と負極板とを、セパレータを介して相互に重なり合うように積層させて二次電池用の電極組立体を組み立てる組立ユニットと、電極組立体に組み込まれる前の正極板、負極板およびセパレータの少なくともいずれかを対象物として、対向電極間の高周波電界によってプラズマ化された成分を含むガス(以降では反応ガス)により、対象物に対し高周波電界の外で、対象物を処理するプラズマ処理ユニットとを有するシステムである。 One embodiment of the present invention is an assembly unit that assembles an electrode assembly for a secondary battery by stacking a positive electrode plate and a negative electrode plate so as to overlap each other via a separator, and a positive electrode before being incorporated into the electrode assembly Using at least one of a plate, a negative electrode plate, and a separator as a target object, the target object is outside the high-frequency electric field with respect to the target object by a gas (hereinafter referred to as a reactive gas) containing a component that is converted into plasma by a high-frequency electric field between the counter electrodes. And a plasma processing unit for processing.
プラズマ化された成分を含むガス(反応ガス)はラジカル種を含む。したがって、プラズマ処理ユニットが対象物に反応ガスを吹き付けたり、反応ガス中に対象物を通過させる処理を行うことにより、反応ガス中のラジカル種により対象物の表面または表面の一部が改質され、電解液と馴染みやすくなる。たとえば、対象物の表面のバインダーに疎水系の素材が多く含まれている場合、ラジカル種によりその一部が親水系の基に変わり、電解液が対象物の間、たとえば、正電極とセパレータとの間に浸透あるいは侵入しやすくなることが考えられる。ラジカル種の一例は、プラズマ化されるキャリアガスに依存するが、酸素ガス、窒素ガス、水素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、水蒸気をラジカル化させたものである。 The gas (reactive gas) containing the component converted into plasma contains radical species. Therefore, when the plasma processing unit sprays the reaction gas on the object or performs a process of passing the object in the reaction gas, the surface of the object or a part of the surface is modified by the radical species in the reaction gas. It becomes easy to become familiar with the electrolyte. For example, if the binder on the surface of the object contains a lot of hydrophobic materials, some of them change to hydrophilic groups depending on the radical species, and the electrolyte is between the objects, for example, the positive electrode and the separator. It may be easy to penetrate or penetrate during the period. An example of the radical species depends on the carrier gas to be converted into plasma, but oxygen gas, nitrogen gas, hydrogen gas, helium gas, argon gas, and water vapor are radicalized.
さらに、対象物をプラズマ化された反応ガスにより、高周波電界の外で処理することにより、高周波電界による対象物のダメージを抑制できる。高周波電界が対象物に影響を与える領域外、すなわち、高周波電界が対象物に影響を与えにくい領域でプラズマ処理することにより、高周波電界により対象物が損傷を受ける可能性を小さくでき、電極組立体およびそれを含む電池の性能が劣化することを抑制できる。 Furthermore, the damage of the target object by a high frequency electric field can be suppressed by processing the target object with plasma-ized reaction gas outside a high frequency electric field. By performing plasma treatment outside the region where the high-frequency electric field affects the object, that is, the region where the high-frequency electric field does not easily affect the object, the possibility that the object is damaged by the high-frequency electric field can be reduced, and the electrode assembly And it can suppress that the performance of the battery containing it deteriorates.
高周波電界の外、すなわち、高周波電界が対象物に影響を与える領域の外で、対象物を反応ガスにより処理するプラズマ処理ユニットの典型的なものは、リモート方式(ダウンフロー方式、ダウンストリーム方式)の常圧プラズマ発生装置を含み、常圧プラズマ発生装置を、それにより生成された反応ガス(ダウンフロープラズマ)が、高周波電界が影響を及ぼさない程度の距離だけ離れた位置で対象物に吹き付けられるようにアレンジまたは配置したユニットである。 A typical plasma processing unit that processes an object with a reactive gas outside the high-frequency electric field, that is, outside the region where the high-frequency electric field affects the object is a remote method (downflow method, downstream method). The atmospheric pressure plasma generation device is used, and the reaction gas (down flow plasma) generated by the normal pressure plasma generation device is sprayed onto the object at a distance that is not affected by the high-frequency electric field. The unit is arranged or arranged as follows.
常圧プラズマ発生装置からの距離を縮め、改質能力の高い(活性の高い)反応ガスを対象物に吹き付けるために、常圧プラズマ発生装置と対象物との間にシールド電極を設けて高周波電界をシールドしてもよい。対向電極を対象物と平行に配置して、高周波電界が膨らむ方向を変え、それにより対象物に対する高周波電界の影響を抑制してもよい。反応ガスによる処理は、対象物の一方の面に反応ガスを吹き付ける処理であってもよく、両方の面に反応ガスを吹き付ける処理であってもよい。 In order to reduce the distance from the atmospheric pressure plasma generator and to spray a reactive gas with high reforming ability (high activity) on the target, a shield electrode is provided between the atmospheric pressure plasma generator and the target to provide a high-frequency electric field. May be shielded. The counter electrode may be arranged in parallel with the object to change the direction in which the high frequency electric field swells, thereby suppressing the influence of the high frequency electric field on the object. The process with the reactive gas may be a process of spraying the reactive gas on one surface of the object, or may be a process of spraying the reactive gas on both surfaces.
対象物を組立ユニットに搬送する搬送ユニットを有するシステムにおいては、プラズマ処理ユニットは、搬送ユニットで搬送中の対象物を処理するユニットを含んでもよい。組立ユニットが、帯状の対象物を巻回またはジグザグ状に折り畳むことにより電極組立体を組み立てる積層ユニットを含むシステムにおいては、プラズマ処理ユニットは、積層ユニットにより巻回または折り畳まれる前の帯状の対象物を処理するユニットを含んでもよい。帯状の対象物を圧延成形して組立ユニットに供給するロールプレスユニットをさらに有するシステムにおいては、プラズマ処理ユニットは、ロールプレスユニットから出力された帯状の対象物を処理するユニットを含んでもよい。対象物を所定のサイズに裁断して組立ユニットに供給する裁断ユニットをさらに有するシステムにおいては、プラズマ処理ユニットは、裁断ユニットにより裁断された対象物を処理するユニットを含んでもよい。 In a system having a transport unit that transports an object to an assembly unit, the plasma processing unit may include a unit that processes the object being transported by the transport unit. In a system including a stacked unit in which an assembly unit assembles an electrode assembly by winding or zigzag-folding a band-shaped object, the plasma processing unit is a band-shaped object before being wound or folded by the stacking unit. May include a unit for processing. In a system that further includes a roll press unit that roll-forms a band-shaped object and supplies it to an assembly unit, the plasma processing unit may include a unit that processes the band-shaped object output from the roll press unit. In a system further including a cutting unit that cuts an object into a predetermined size and supplies the cutting unit to the assembly unit, the plasma processing unit may include a unit that processes the object cut by the cutting unit.
本発明の他の態様の1つは、正極板と負極板とを、セパレータを介して相互に重なり合うように積層させて二次電池用の電極組立体を組み立てることと、組み立てることの前に、正極板、負極板およびセパレータの少なくともいずれかを対象物として、対向電極間の高周波電界によってプラズマ化された反応ガスにより、対象物に対し高周波電界が影響を与える領域の外で、対象物を処理することとを有する方法である。この方法は、電極組立体を電池ケースに入れて電解液を注入することをさらに有していてもよい。正極板、負極板およびセパレータに対するダメージを抑制するとともに、電解液の注入および含侵に要する時間を短縮できる。 One of the other aspects of the present invention is to assemble an electrode assembly for a secondary battery by laminating a positive electrode plate and a negative electrode plate so as to overlap each other via a separator, Treating the object outside the region where the high-frequency electric field affects the object with the reaction gas generated by the high-frequency electric field between the counter electrodes with at least one of the positive electrode plate, the negative electrode plate and the separator as the object. A method comprising: The method may further include placing the electrode assembly in a battery case and injecting an electrolyte. While suppressing damage to the positive electrode plate, the negative electrode plate and the separator, it is possible to shorten the time required for injection and impregnation of the electrolyte.
図1に、二次電池の製造システムの概要を示している。この製造システム100は、二次電池の電極組立体を組み立てる組立ユニット110と、組立ユニット110に供給する正極板21、負極板22およびセパレータ25をそれぞれ準備するプリパレーションユニット210、220および250と、プリパレーションユニット210、220および250から正極板21、負極板22およびセパレータ25を組立ユニット110に搬送する搬送ユニット400と、組立ユニット110により組み立てられた電極組立体2を電池ケース5に収納し、電解液3を注入する注液ユニット300とを有する。
FIG. 1 shows an outline of a secondary battery manufacturing system. The
二次イオン電池の典型的なものはリチウムイオン二次電池(以降ではリチウム電池)である。リチウム電池に限らず、二次電池は、正極板21と、負極板22と、これらを分離するセパレータ25とを含む。正極板21と負極板22とセパレータ25とは適当な方法で組み立てられ電極組立体(電極要素、電池構造体、電極体)2が構成される。電極組立体2は電池ケース(収納容器、パッケージ)5に収納され、さらに電解液3が注入されて二次電池が製造される。
A typical secondary ion battery is a lithium ion secondary battery (hereinafter, a lithium battery). The secondary battery is not limited to a lithium battery, and includes a
電極組立体2の組み立て方法(製造方法)の1つは、ジグザグスタッキング方式と呼ばれるものであり、連続した帯状(ウェブ状)のセパレータ25に一定の規格に切断された正極板21および負極板22を組み合わせて正極板21、セパレータ25、負極板22の順に交互に連続して積層させて電極組立体2を製造する方式である。電極組立体2の組立方法の他の1つは、ワインディング方式(巻回方式、捲回方式)と呼ばれるものであり、連続した帯状の正極板21と、帯状の第1のセパレータ25と、帯状の負極板22と、帯状の第2のセパレータ25とを巻回して電極組立体2を製造する方式である。ジグザグスタッキング方式とワインディング方式とを適当に組み合わせて電極組立体2を製造することも可能であり、いくつかの方法が提案されている。電極組立体2の組立方法のさらに異なる方法の1つは、スタッキング方式と呼ばれるものであり、切断(裁断)された正極板21と、切断されたセパレータ25と、切断された負極板22とを交互に積層させて電極組立体2を製造する方式である。
One assembling method (manufacturing method) of the
正極板21および負極板22は、金属箔からなる芯材(ウェブ、集電体、電極箔)と、芯材の上に塗布された活物質を含むペーストとを含む。ペーストは、活物質のほか、結着剤や、必要に応じて導電助剤や増粘剤などが添加されていてもよい。正極板21の活物質(正極活物質)の典型的なものは、リチウム含有遷移金属酸化物(コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウムなど)である。正極活物質に、アセチレンブラックなどのカーボンブラックやグラファイトなどの導電助剤、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などの結着剤がバインダとして混合され、必要に応じてN−メチル−2−ピロリドンを添加したものがスラリーとして調製され、そのスラリーをアルミニウム箔などの芯材の両面に塗布して乾燥させる。その後、プレスローラを含むロールプレス機に、活物質を塗布した芯材(電極部材、ワーク)を通すことにより、電極部材がその厚み方向に加圧される。これにより、活物質が高密度化され、電池の高容量化が図れる。さらに、必要に応じて、複数の帯状の電極部材を形成するように、裁断機により長さ方向に沿って裁断される。また、帯状の正極板は、電極組立体2の組立方式により、所定のサイズに切断される。
The
負極板22の活物質(負極活物質)の典型的なものはリチウムイオンを吸蔵および放出可能なグラファイト、黒鉛などである。負極活物質に、カルボキシメチルセルロースやスチレンブタジエンゴムなどのゴム系バインダを混合し、必要に応じて水を添加して分散させることで、スラリーを調製し、上記の正極板21の製造方法と同様にして、帯状の、または板状の負極板22が製造される。セパレータ25の典型的なものはポリエチレンやポリプロピレンなどを含むものである。
Typical examples of the active material (negative electrode active material) of the
組立ユニット110により組み立てられた電極組立体2は、ケース(電池ケース、電池容器)5に収納され、注液ユニット(注液装置)300により、電解液3がケース内に注入される。典型的な電解液3は、エチルメチルカーボネート(EMC)やジメチルカーボネート(DMC)などを含む混合溶媒に六フッ化リン酸リチウムなどが溶解されたものである。ケース5が電解液で満たされると、ケース5の開口部を封鎖して、リチウムイオン二次電池が得られる。注液ユニット300において電解液3をケース2に注入する時間(注液時間)、および電解液3が電極組立体2の内部にまで浸透するまでの時間(含浸時間)の短縮が求められている。
The
図2に、製造システム(製造装置)100の組立ユニット110および搬送ユニット400を示している。この組立ユニット110は、ジグザグスタッキング方式で電極組立体2を組み立てるウェブハンドリングユニット(積層ユニット)112と、積層ユニット112に帯状のセパレータ25を供給するウェブ供給ユニット114と、積層ユニット112に所定のサイズに切断された正極板21を供給する第1の電極板供給ユニット115と、積層ユニット112に所定のサイズに切断された負極板22を供給する第2の電極板供給ユニット116とを含む。
FIG. 2 shows the
ジグザグスタッキング方式で電極組立体2を組み立てる積層ユニット112の一例は特許文献3に開示されている。積層ユニット112は、これに限定されるものではない。ウェブ供給ユニット114、第1の電極板供給ユニット115および第2の電極板供給ユニット116の典型的なものは、ローラあるいはフィーダー40により帯状の部材を挟んだり、板状の部材を搭載して所定の方向に移動させるものである。
An example of the
組立ユニット110は、さらに、ウェブ供給ユニット114により供給される帯状のセパレータ25、第1の電極板供給ユニット115により供給される正極板21、および第2の電極板供給ユニット116により供給される負極板22の両面にそれぞれ処理ガス(ダウンフロープラズマ)16を吹き付ける複数のプラズマ処理ユニット10を含む。
The
図3にプラズマ処理ユニット10の一例を示している。このプラズマ処理ユニットは、処理対象物20である正極板21、負極板22およびセパレータ25の両面20aおよび20bのそれぞれ(上面および下面、表面および裏面)に対向して配置されたリモート方式(ダウンストリーム方式、ダウンフロー方式)の常圧プラズマ発生装置(大気圧プラズマ発生装置)11を含む。
FIG. 3 shows an example of the
それぞれのプラズマ発生装置11は、対向した一対の電極13および14を含むリアクタ15と、一方の電極13に高周波の高電圧を印加する電源12とを含み、他方の電極14は接地されている。リアクタ15は、プラズマ化されるキャリアガス19が供給されるガス導入口18と、対向電極13および14の間に加えられる高周波電界によりプラズマ化された成分を含むガス(処理ガス、ダウンフロープラズマ)16を放出する吹出し口17とを含む。キャリアガス19をプラズマ化する一対の電極13および14は、誘電体39で覆われている。誘電体39は、プラズマ発生部において、ストリーマ放電を起こさず安定したプラズマを生成するように、比誘電率の高いもの、たとえば、一般的なセラミックスやガラスなどが用いられる。
Each
電源12により一対の電極13および14の間に形成される高周波電界38は典型的には1〜500kV/cm、周波数が1〜150kHz程度の電界である。高周波電界38の周波数が低すぎる場合には、プラズマの密度が低く、十分な効果を得ることができない。また、周波数が高すぎる場合には、アーク放電が発生しやすくなる。
A high-frequency
キャリアガス19は、窒素ガス、酸素ガス、水素ガス、あるいはヘリウム、ネオン、アルゴン等希ガスなどの単体、これらの組み合わせ、あるいはこれらのうち少なくとも1つを含む混合ガス等であり、二酸化炭素ガス、ハロゲンガス等を含んでいてもよい。典型的なキャリアガス19は、空気(窒素80%、酸素20%)である。キャリアガス19の組成を変えることより、対象物(被処理物)20の表面処理の状態を変えることができる。キャリアガス19は、常圧(大気圧)またはそれらより若干高い圧力でリアクタ15に供給され、リアクタ15からプラズマを含む処理ガス16が放出される。
The
プラズマ処理ユニット10は、プラズマ発生器11から吹出される処理ガス16に対象物20を通過させて対象物20の表面20aおよび20bを処理する。その際、対象物20と処理ガス16とを高周波電界38の外側、すなわち、高周波電界38が対象物20に影響を与える領域外で、処理ガス16と対象物20とを接触させる。ダウンフロー(ダウンストリーム)タイプの処理ガス16により、プラナータイプのプラズマ処理装置と異なり、対象物20がリアクタ15の高電圧により直接的なダメージ、たとえば、アーク放電などによるダメージを受けることを防止できる。さらに、高周波電界38が対象物20に影響を与える領域外で対象物20をプラズマ処理することにより、高周波電界38により対象物20に誘導される電圧(表面電圧)および電流によるダメージから対象物20を保護できる。リアクタ15の高周波電界38の影響を避けるまたは抑制する1つの方法は、リアクタ15と対象物20との距離37を確保することである。高周波電界38の影響を避け、プラズマ処理の効果を得る距離37は、0.5〜30mmの範囲である。この距離37は、1.0〜25mmが好ましく、2.0〜10mmであることがさらに好ましく、3.0〜5.0mmであることがいっそう好ましい。
The
リアクタ15の高周波電界38の影響を避けるまたは抑制する他の方法の1つは、リアクタ15と対象物20との間にシールド電極36を配置して、高周波電界38をリアクタ15の側に閉じ込めることである。これにより、高周波電界38による対象物20のダメージを抑制でき、処理ガス16によるプラズマ処理を促進できる。
One other method of avoiding or suppressing the influence of the high frequency
図4に、リアクタ15の高周波電界38の影響を避けるまたは抑制するさらに異なる他の方法の1つを示している。リアクタ15の電極13および14を対象物20に対して傾けたり、平行に配置することにより高周波電界38をリアクタ15の側に閉じ込めることができる。したがって、高周波電界38による対象物20のダメージをさらに抑制でき、処理ガス16によるプラズマ処理を促進できる。
FIG. 4 shows one further different method of avoiding or suppressing the influence of the high frequency
プラズマ処理ユニット10により対象物20の表面20aおよび20bを処理ガス16でプラズマ処理することにより、表面20aおよび20bおよびその近傍を改質できる。改質の1つの効果は濡れ性の向上であり、処理ガス16に含まれるラジカル種により対象物20の表面20aおよび20bの疎水基の一部が切断(分子切断)され、親水基(親水性の官能基)に変化したり、親水基が形成されるためと考えられている。対象物20の正極板21および負極板22は活物質および/またはバインダに疎水性の組成を多く含む。セパレータ25も疎水性であることが多い。したがって、これらの対象物20を用いて組み立てられた電極組立体2を、電池ケース5に収納した後、注液装置300において電解液3を注入する際に、電極組立体2が電解液3と馴染むために要する時間が長く、注液時間が長くなる要因となっている。プラズマ処理によりこれらの対象物20の表面を改質することにより、注液時間を短縮できる可能性がある。
By subjecting the
なお、表面の改質により形成された親水性の官能基は、経時変化により空気中の水分などと再結合し親水性が低下するエージング効果があることが知られている。したがって、プラズマ処理による改質の効果を得るためには、プラズマ処理から注液を開始するまでの時間をできるだけ短縮することが好ましい。 In addition, it is known that the hydrophilic functional group formed by the surface modification has an aging effect of recombining with moisture in the air and the like due to a change with time to lower the hydrophilicity. Therefore, in order to obtain the effect of modification by the plasma treatment, it is preferable to shorten the time from the plasma treatment to the start of liquid injection as much as possible.
また、プラズマ化された成分を含む処理ガス16はラジカル種とともにイオン種も含むので、除電効果がある。したがって、積層ユニット112において対象物20により電極組立体2を組み立てる際の静電気あるいは表面電位による影響を抑制できる。ダウンフロータイプのプラズマ(処理ガス)16を対象物20に吹き付けると、対象物20は、シース電圧により数V程度の電圧ではあるがマイナスに帯電する可能性がある。シース電圧をさらに低減するためには、処理ガス16中のイオンバランスを、シース電圧をキャンセル方向にシフトさせることも有効である。リアクタ15に印加される高周波電圧をプラスまたはマイナス方向にシフト(非対称に)することや、キャリアガス19の成分を調整することなどが考えられる。
Further, since the
さらに、ダウンフロータイプのプラズマ(処理ガス)16を対象物20に吹き付けることにより、接着力または密着力が向上するという報告もある。したがって、積層ユニット112において、対象物20である、正極板21と、負極板22と、セパレータ25とを交互に積層して電極組立体2を製造する際に、正極板21、負極板22、またはセパレータ25の位置がずれたりして電極組立体2の性能が低下することを抑制できる。
Furthermore, there is a report that the adhesion force or the adhesion force is improved by spraying the down flow type plasma (processing gas) 16 onto the
図2に示した組立ユニット110においては、第1および第2の電極板供給ユニット115および116と、ウェブ供給ユニット114のそれぞれにプラズマ処理ユニット10が設けられている。したがって、それぞれの供給ユニット114〜116により供給される正極板21、負極板22およびセパレータ25は、積層ユニット112により組み立てられる直前にプラズマ処理ユニット10によりプラズマ処理される。このため、正極板21、負極板22およびセパレータ25の表面はプラズマ処理により改質され、また、プラズマ処理によるダメージは殆どない。したがって、プラズマ処理による改質効果が維持されている間に、注液ユニット300により電解液3を注入することにより、注液時間および含浸時間を短縮できる。
In the
また、それぞれの供給ユニット114〜116はローラ40の回転スピードが調整できるようになっている。このため、正極板21、負極板22およびセパレータ25がプラズマ処理ユニット10をそれぞれ通過する時間(通過速度)を制御でき、正極板21、負極板22およびセパレータ25のそれぞれの表面の改質度合いを、ダメージがなく、電解液3に対して濡れ性が高い状態で、エージングがあっても注液する際に改質による効果が得られるように適宜制御できる。
In addition, each of the
図2に示した二次電池製造システム100の搬送ユニット400は、所定のサイズに切断した正極板21を組立ユニット110に搬送する第1の搬送ライン401と、所定のサイズに切断した負極板22を組立ユニット110に搬送する第2の搬送ライン402とを含む。さらに、搬送ユニット400は、それぞれの搬送ライン401および402に設けられたプラズマ処理ユニット10を含む。プラズマ処理ユニット10の構成は上記において説明したプラズマ処理ユニット10と共通するので以下では説明を省略する。この二次電池製造システム100においては、組立ユニット110に正極板21および負極板22を搬送する段階で、正極板21および負極板22を、上記と同様にプラズマ処理することが可能である。
The
このシステム100においては、搬送ユニット400および組立ユニット110の双方でプラズマ処理を行ってもよく、どちらか一方のユニットでプラズマ処理を行ってもよい。エージング効果を考慮すると、電極組立体2の最終工程に近い組立ユニット110においてプラズマ処理を行うことが望ましい。しかしながら、組立ユニット110は積層ユニット112のように機構が複雑になりやすく、プラズマ処理ユニット10を設置できるエリアを確保しにくいことがある。そのようなシステムにおいては、搬送ユニット400にプラズマ処理ユニット10を設け、搬送中の対象物20(正極板21、負極板22またはセパレータ25)をプラズマ処理することは有効である。
In this
図5に、搬送ユニット400の第1の搬送ライン401で搬送される正極板21を準備するプリパレーションユニット210の概略構成を示している。このプリパレーションユニット210は、帯状の正極板21を圧延成形するロールプレスユニット260と、プレスされた帯状の正極板21を所定のサイズに裁断する裁断ユニット270とを含む。さらに、プリパレーションユニット210は、圧延成形された帯状の正極板21をプラズマ処理するプラズマ処理ユニット10と、裁断された正極板21をプラズマ処理するプラズマ処理ユニット10とを含む。
FIG. 5 shows a schematic configuration of a
ロールプレスユニット260は、芯材21aの一方の面または両面に活物質(正極活物質)21bが塗布された状態のワーク29を一対のプレスローラ(プレスロール)261および262で挟んで加圧し、活物質21bの密度を高める。ロールプレスユニット260の下流で、裁断ユニット270の上流にプラズマ処理ユニット10を配置することにより、帯状の正極板21を連続してプラズマ処理することができる。このため、プラズマ処理ユニット10から放出される処理ガス16を効率よく正極板21に作用させることができる。一方、裁断ユニット270の下流に配置されたプラズマ処理ユニット10により、裁断後の面あるいはエッジを含めて正極板21をプラズマ処理できる。
The
負極板22を準備するプリパレーションユニット220も同様の構成を備えている。セパレータ25を準備するプリパレーションユニット250は、本例においては、帯状のセパレータ25が組立ユニット110で使用されるので、構成は異なる。プリパレーションユニット250は、帯状のセパレータ25の幅が所定のサイズになるようにセパレータ25を長手方向に沿って裁断する裁断ユニットを備えていてもよく、そのような裁断ユニットの上流および/または下流にプラズマ処理ユニット10を設けてもよい。この二次電池製造システム100においては、これらのプラズマ処理ユニット10の全てを用いて正極板21、負極板22およびセパレータ25をプラズマ処理してもよく、これらのプラズマ処理ユニット10のいずれかを用いて正極板21、負極板22およびセパレータ25をプラズマ処理してもよい。
The
図6に、組立ユニットの異なる例を示している。この組立ユニット110は、帯状の正極板21と、帯状の負極板22とを帯状のセパレータ25を介して積層し、これらを巻回(捲回)して電極組立体2を製造する積層ユニット(積層機)120を含む。また、組立ユニット110は、帯状の正極板21を積層ユニット120に供給する供給ユニット125と、帯状の負極板22を積層ユニット120に供給する供給ユニット126と、帯状のセパレータ25を積層ユニット120に供給する供給ユニット114と、それらの供給ユニット125、126および114にそれぞれ設けられたプラズマ処理ユニット10とを含む。
FIG. 6 shows a different example of the assembly unit. This
したがって、この組立ユニット110を備えた二次電池製造システム100においても、組立ユニット110により、プラズマ処理された正極板21、負極板22およびセパレータ25を含む電極組立体2を得ることができ、注液ユニット300における電解液3の注液時間および含浸時間を短縮できる。
Therefore, also in the secondary
図7に、組立ユニットのさらに異なる例を示している。この組立ユニット110は、所定のサイズにカットされた正極板21と、所定のサイズにカットされた負極板22とを、所定のサイズにカットされたセパレータ25を挟んで交互に積層し、複数の正極板21、負極板22およびセパレータ25からなる電極組立体2を製造する積層ユニット(積層機)130を含む。また、組立ユニット110は、カットされた正極板21をハンドリングユニット45により吸着したり挟んだりして個々に積層ユニット130に供給する供給ユニット135と、カットされた負極板22をハンドリングユニット45により供給する供給ユニット136と、カットされたセパレータ25をハンドリングユニット45により供給する供給ユニット134と、それらの供給ユニット135、136および134のハンドリングユニット45により搬送されている対象物20(正極板21、負極板22およびセパレータ25)の裏面に処理ガス16を吹き付けるプラズマ処理ユニット10とを含む。
FIG. 7 shows still another example of the assembly unit. The
したがって、この組立ユニット110を備えた二次電池製造システム100においても、組立ユニット110により、プラズマ処理された正極板21、負極板22およびセパレータ25を含む電極組立体2を得ることができ、注液ユニット300における電解液3の注液時間および含浸時間を短縮できる。
Therefore, also in the secondary
このように、二次電池製造システム100により二次電池を製造する過程は、組立ユニット110により正極板21と負極板22とを、セパレータ25を介して相互に重なり合うように積層させて二次電池用の電極組立体2を組み立てる工程を含む。二次電池を製造する過程は、さらに、正極板21、負極板22、およびセパレータ25を積層する前に、プラズマ処理ユニット10により、正極板21、負極板22およびセパレータ25の少なくともいずれかを対象物20として、高周波電界38の外で、対象物20をプラズマ処理する工程を含む。このため、電極組立体2を組み立てた後、注液ユニット300において、電極組立体2を電池ケース5に入れて電解液3を注入する工程においては、注液時間および/または含浸時間の短縮を図ることができる。
As described above, the process of manufacturing the secondary battery by the secondary
上記において説明した二次電池製造システム100は、幾つかの例に過ぎず、たとえば、組立ユニット110はジグザグスタッキング方式と同様に帯状のセパレータと、カットされた電極板とを用い、帯状のセパレータを巻回して電極組立体を組み立てるものなどであってもよい。また、プラズマ処理ユニット10においては、対象物20の両面に同時に処理ガス16を吹き付けてもよく、対象物20の一方の面に処理ガス16を吹き付けてもよく、対象物20の両面に時間を空けて、または、異なる位置で処理ガス16を吹き付けてもよい。
The secondary
2 電極組立体、 3 電解液、 5 電池ケース
10 プラズマ処理ユニット
100 二次電池製造システム、 110 組立ユニット
2 electrode assembly, 3 electrolyte, 5
Claims (7)
前記電極組立体に組み込まれる前の前記正極板、前記負極板および前記セパレータの少なくともいずれかを対象物として、対向電極間の高周波電界によってプラズマ化された成分を含むガスにより、前記対象物に対し前記高周波電界の外で、前記対象物を処理するプラズマ処理ユニットとを有するシステム。 An assembly unit for assembling an electrode assembly for a secondary battery by laminating a positive electrode plate and a negative electrode plate so as to overlap each other via a separator;
At least one of the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator before being incorporated into the electrode assembly is an object, and the object includes a gas containing a component converted into a plasma by a high-frequency electric field between the counter electrodes. A plasma processing unit for processing the object outside the high-frequency electric field.
前記プラズマ処理ユニットは、前記搬送ユニットで搬送中の前記対象物を処理するユニットを含む、システム。 In claim 1, further comprising a transport unit for transporting the object to the assembly unit,
The plasma processing unit includes a unit for processing the object being transferred by the transfer unit.
前記プラズマ処理ユニットは、前記積層ユニットにより巻回または折り畳まれる前の前記帯状の対象物を処理するユニットを含む、システム。 The assembly unit according to claim 1, wherein the assembly unit includes a stacked unit that assembles the electrode assembly by winding or folding the belt-like object in a zigzag manner,
The plasma processing unit includes a unit for processing the band-shaped object before being wound or folded by the stacked unit.
前記プラズマ処理ユニットは、前記ロールプレスユニットから出力された前記帯状の対象物を処理するユニットを含む、システム。 In any one of Claims 1 thru | or 3, it further has a roll press unit which roll-forms the strip | belt-shaped object and supplies it to the said assembly unit,
The plasma processing unit includes a unit for processing the strip-shaped object output from the roll press unit.
前記プラズマ処理ユニットは、前記裁断ユニットにより裁断された前記対象物を処理するユニットを含む、システム。 The cutting unit according to any one of claims 1 to 4, further comprising a cutting unit that cuts the object into a predetermined size and supplies the cut object to the assembly unit.
The plasma processing unit includes a unit for processing the object cut by the cutting unit.
前記組み立てることの前に、前記正極板、前記負極板および前記セパレータの少なくともいずれかを対象物として、対向電極間の高周波電界によってプラズマ化された成分を含むガスにより、前記対象物に対し前記高周波電界の外で、前記対象物を処理することとを有する、方法。 Assembling an electrode assembly for a secondary battery by laminating a positive electrode plate and a negative electrode plate so as to overlap each other via a separator;
Prior to the assembling, the high-frequency wave is applied to the object by a gas containing a component that is plasmatized by a high-frequency electric field between the counter electrodes, with at least one of the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator as an object. Treating the object outside an electric field.
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