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JP2014191876A - Electrode for lithium ion secondary battery, lithium ion secondary battery, and apparatus and method for manufacturing electrode for battery - Google Patents

Electrode for lithium ion secondary battery, lithium ion secondary battery, and apparatus and method for manufacturing electrode for battery Download PDF

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JP2014191876A
JP2014191876A JP2013063860A JP2013063860A JP2014191876A JP 2014191876 A JP2014191876 A JP 2014191876A JP 2013063860 A JP2013063860 A JP 2013063860A JP 2013063860 A JP2013063860 A JP 2013063860A JP 2014191876 A JP2014191876 A JP 2014191876A
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JP
Japan
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active material
current collector
electrode
coating liquid
lithium ion
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JP2013063860A
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Japanese (ja)
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Masaru Ueda
大 上田
Masakazu Sanada
雅和 真田
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Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode for a battery having a high capacity, excellent charge and discharge characteristics, and good cycle characteristics, and a technique for manufacturing the same.SOLUTION: The electrode comprises: a collector 11; a first active material structure, including a first active material, that includes a plurality of protrusions 121 protruding from a collector surface at a plurality of points on the collector surface; and a second active material structure, including a second active material having a composition different from that of the first active material and a plurality of protrusions 122 protruding from the collector surface at a plurality of points of the collector surface, which is arranged separately from the first active material on the collector surface. The first active material has a theoretical capacity larger than that of the second active material, and the volume change of the second active material during an insertion and withdrawal reaction of lithium ions is smaller than that of the first active material.

Description

この発明は、リチウムイオン二次電池に好適な電極の構造および該構造を有する電極を製造するための技術に関するものである。   The present invention relates to a structure of an electrode suitable for a lithium ion secondary battery and a technique for producing an electrode having the structure.

リチウムイオン二次電池における負極活物質材料としては、放電電位が低く比較的比容量が大きい炭素材料が広く実用化されている。一方、電池容量のさらなる増大を図るため、近年では、例えばシリコンやスズなどが活物質材料として注目されるようになってきている。これらの材料はリチウムと合金化反応することによりリチウムを吸蔵するものであり、炭素材料よりも相当に大きな理論容量を有している。しかしながら、これらの材料はリチウムの挿入脱離反応における体積変化が大きく、充放電を繰り返すことによって材料の崩壊が進むためサイクル寿命が短いという問題があり、二次電池用の材料として実用化されるには至っていない。   As a negative electrode active material in a lithium ion secondary battery, a carbon material having a low discharge potential and a relatively large specific capacity has been widely put into practical use. On the other hand, in order to further increase the battery capacity, in recent years, for example, silicon and tin have been attracting attention as active material materials. These materials occlude lithium by an alloying reaction with lithium, and have a considerably larger theoretical capacity than carbon materials. However, these materials have a large volume change in the insertion / extraction reaction of lithium, and there is a problem that the cycle life is short due to the progress of material decay due to repeated charge / discharge, and it is put to practical use as a material for a secondary battery. It has not reached.

この問題に対応するため、例えば特許文献1に記載の技術では、互いに空隙率が異なる複数層を有するとともにポリマー結着剤を含む負極活物質層を形成し、層内に形成された空隙によって膨張および収縮時の体積変化を緩和している。ただし、この技術における負極活物質層は表面が平坦なものであり活物質使用量に対して表面積が小さく、また内部の空隙率が大きいことから高速充放電特性の点では改善の余地がある。   In order to cope with this problem, for example, in the technique described in Patent Document 1, a negative electrode active material layer having a plurality of layers having different porosity and including a polymer binder is formed, and is expanded by the voids formed in the layer. And the volume change at the time of contraction is eased. However, the negative electrode active material layer in this technique has a flat surface, has a small surface area relative to the amount of active material used, and has a large internal porosity, so there is room for improvement in terms of high-speed charge / discharge characteristics.

一方、本願出願人らは、活物質層の表面積を増大させて充放電特性を向上させるべく、表面に凹凸を有する立体構造の活物質層を形成する方法として、特許文献2に記載の技術を先に開示している。この技術では、塗布方式としてノズルスキャン方式を採用し、集電体として機能する基材に対し多数の吐出口を配列したノズルを相対移動させながら、各吐出口から活物質材料を含む塗布液を連続的に吐出させることで塗布液を基材表面にライン状に塗布する。これにより、基材表面に沿ってライン状の活物質パターンが多数並んだ、いわゆるラインアンドスペース構造の活物質層を形成している。このような構造では、使用活物質量に対する表面積を大きく取ることができるので、より充放電特性の良好な電極を構成することが可能である。   On the other hand, the applicants of the present application described the technique described in Patent Document 2 as a method of forming a three-dimensional active material layer having irregularities on the surface in order to increase the surface area of the active material layer and improve the charge / discharge characteristics. Disclosed earlier. In this technology, a nozzle scan method is adopted as a coating method, and a coating liquid containing an active material is discharged from each discharge port while relatively moving a nozzle in which a large number of discharge ports are arranged with respect to a substrate functioning as a current collector. By continuously discharging, the coating liquid is applied to the surface of the substrate in a line shape. Thus, an active material layer having a so-called line-and-space structure in which a large number of linear active material patterns are arranged along the surface of the substrate is formed. In such a structure, a large surface area with respect to the amount of active material used can be obtained, so that an electrode with better charge / discharge characteristics can be formed.

特開2009−289586号公報JP 2009-289586 A 特開2011−258367号公報JP 2011-258367 A

例えばシリコン系材料のような体積変化の大きい活物質材料を用い、特許文献2に記載の技術でラインアンドスペース構造の活物質層を作成することで、材料の持つ高容量特性と立体構造の持つ高速充放電特性とを両立させることが期待される。しかしながら、本願発明者らの知見によれば、表面積の増大によってリチウムイオンの挿入・脱離が各所で活発に行われるようになるため、依然として膨張・収縮に起因する活物質層の劣化の問題が残り、サイクル特性に関してはさらなる改善が求められる。   For example, by using an active material material having a large volume change such as a silicon-based material and creating an active material layer having a line-and-space structure by the technique described in Patent Document 2, the material has high capacity characteristics and a three-dimensional structure. It is expected to achieve both high-speed charge / discharge characteristics. However, according to the knowledge of the inventors of the present application, since insertion / extraction of lithium ions is actively performed in various places due to an increase in surface area, there is still a problem of deterioration of the active material layer due to expansion / contraction. Further, further improvement is required for the cycle characteristics.

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、高容量および優れた充放電特性を有し、しかもサイクル特性も良好である電池用電極およびその製造技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a battery electrode having high capacity, excellent charge / discharge characteristics, and good cycle characteristics, and a manufacturing technique thereof.

この発明にかかるリチウムイオン二次電池用電極は、上記目的を達成するため、集電体と、第1の活物質を含み集電体表面の複数箇所においてそれぞれ集電体表面から突出する複数の凸部を有する第1活物質構造体と、第1の活物質と組成が異なる第2の活物質を含み、集電体表面の複数箇所においてそれぞれ集電体表面から突出する複数の凸部を有し、集電体表面において第1活物質構造体とは配置された第2活物質構造体とを備え、しかも、第1の活物質は理論容量が第2の活物質よりも大きく、かつ、第2の活物質はリチウムイオン挿入脱離反応における体積変化が第1の活物質よりも小さい。   In order to achieve the above object, an electrode for a lithium ion secondary battery according to the present invention includes a current collector and a plurality of first active materials and a plurality of protrusions protruding from the current collector surface at a plurality of locations on the current collector surface. A first active material structure having a convex portion and a second active material having a composition different from that of the first active material, and a plurality of convex portions protruding from the current collector surface at a plurality of locations on the current collector surface, respectively The first active material structure is disposed on the current collector surface, and the first active material has a theoretical capacity larger than that of the second active material, and The second active material has a smaller volume change in the lithium ion insertion / release reaction than the first active material.

このように構成された発明では、第1活物質構造体および第2活物質構造体のそれぞれが集電体表面から突出する複数の凸部を有しており、活物質の使用量に対して表面積を大きく取ることができるので、充放電特性の優れた電極を構成することができる。また、理論容量が大きい第1の活物質を含む第1活物質構造体を備えることにより、高容量が得られる。ここで、理論容量が大きい活物質はリチウムイオン挿入脱離反応における体積変化も大きい傾向があるから、活物質として第1の活物質のみを含む電極においては活物質の崩壊に起因するサイクル特性の悪化が問題となる。   In the invention configured as described above, each of the first active material structure and the second active material structure has a plurality of protrusions protruding from the surface of the current collector. Since the surface area can be increased, an electrode having excellent charge / discharge characteristics can be formed. Moreover, high capacity | capacitance is obtained by providing the 1st active material structure containing the 1st active material with a large theoretical capacity | capacitance. Here, since an active material having a large theoretical capacity tends to have a large volume change in the lithium ion insertion / release reaction, an electrode including only the first active material as an active material has cycle characteristics resulting from the collapse of the active material. Deterioration becomes a problem.

そこで、この発明では、理論容量は小さいが体積変化のより少ない第2の活物質による第2活物質構造体を併設している。第2の活物質が第1の活物質とともにリチウムイオンの吸蔵・放出を担うことで、第1の活物質の膨張・収縮が緩和され、サイクル特性が改善される。すなわち、この発明にかかるリチウムイオン二次電池用電極は、高容量および優れた充放電特性を有し、しかもサイクル特性も良好なものである。   Therefore, in the present invention, the second active material structure is provided side by side with the second active material having a small theoretical capacity but a smaller volume change. Since the second active material, together with the first active material, is responsible for occlusion / release of lithium ions, the expansion / contraction of the first active material is relaxed, and the cycle characteristics are improved. That is, the electrode for a lithium ion secondary battery according to the present invention has high capacity, excellent charge / discharge characteristics, and good cycle characteristics.

また、この発明にかかる電池用電極製造装置は、上記目的を達成するため、集電体として機能する基材を保持する保持手段と、第1の活物質を含む第1塗布液と、第1の活物質とは組成の異なる第2の活物質を含む第2塗布液とをそれぞれ個別に吐出して基材に塗布する塗布手段と、基材と塗布手段とを所定の相対移動方向に相対移動させる相対移動手段とを備え、塗布手段は、相対移動方向と直交する方向において交互に第1塗布液と第2塗布液とを基材に塗布する。   In order to achieve the above object, a battery electrode manufacturing apparatus according to the present invention includes a holding means for holding a base material functioning as a current collector, a first coating liquid containing a first active material, A coating means for individually applying a second coating liquid containing a second active material having a composition different from that of the active material, and coating the base material and the coating means in a predetermined relative movement direction. Relative movement means for moving, and the coating means alternately coats the first coating liquid and the second coating liquid on the substrate in a direction orthogonal to the relative movement direction.

このように構成された発明では、第1塗布液として上記した第1の活物質を含むものを、また第2塗布液として上記した第2の活物質を含むものを用いることで、上記構成および特性を有するリチウムイオン二次電池用電極を効率よく製造することが可能である。   In the invention configured as described above, by using the first coating liquid containing the first active material as described above and the second coating liquid containing the second active material as described above, It is possible to efficiently produce a lithium ion secondary battery electrode having characteristics.

この電池用電極製造装置において、塗布手段は、例えば、第1塗布液を連続的に送出可能な複数の第1吐出口と第2塗布液を連続的に送出可能な複数の第2吐出口とが相対移動方向に直交する方向に交互に配列されたノズル体を備える構成であってもよい。このような構成では、単一のノズル体を用いて第1の活物質による構造体と第2の活物質による構造体とを形成することができる。   In this battery electrode manufacturing apparatus, the coating means includes, for example, a plurality of first discharge ports capable of continuously sending the first coating liquid and a plurality of second discharge ports capable of continuously sending the second coating liquid. May be configured to include nozzle bodies alternately arranged in a direction orthogonal to the relative movement direction. In such a configuration, the structure body made of the first active material and the structure body made of the second active material can be formed using a single nozzle body.

また例えば、塗布手段は、第1塗布液を連続的に送出可能な複数の第1吐出口が相対移動方向に直交する方向に配列された第1ノズル体と、相対移動方向において第1ノズル体と異なる位置に配置され、第2塗布液を連続的に送出可能な複数の第2吐出口が相対移動方向に直交する方向に配列された第2ノズル体とを備え、相対移動方向に直交する方向における複数の第1吐出口の位置と複数の第2吐出口の位置とが互いに異なる構成であってもよい。このような構成では、第1および第2ノズル体はそれぞれ単一の塗布液を吐出可能な構成であればよく、このような構成としては公知のものを適用することが可能である。   Further, for example, the coating means includes a first nozzle body in which a plurality of first discharge ports capable of continuously delivering the first coating liquid are arranged in a direction orthogonal to the relative movement direction, and the first nozzle body in the relative movement direction. And a plurality of second discharge ports arranged continuously in a direction perpendicular to the relative movement direction, and orthogonal to the relative movement direction. The positions of the plurality of first discharge ports and the positions of the plurality of second discharge ports in the direction may be different from each other. In such a configuration, each of the first and second nozzle bodies only needs to have a configuration capable of discharging a single coating liquid, and a known configuration can be applied as such a configuration.

また例えば、これらの電極製造装置においては、例えば、ロール状に巻回された長尺シート状の基材を保持するとともに該ロールから引き出される基材を一定速度で巻き取る1対のローラ部材を備え、該ローラ部材が保持手段および相対移動手段としての機能を有する構成であってもよい。このような構成では、長尺シート状の基材に上記した第1活物質構造体および第2活物質構造体を連続的に形成することで、上記のような優れた特性を有するリチウムイオン二次電池用電極を効率よく生産することが可能である。   Further, for example, in these electrode manufacturing apparatuses, for example, a pair of roller members that hold a long sheet-like base material wound in a roll shape and wind up the base material drawn from the roll at a constant speed are provided. The roller member may have a function as a holding unit and a relative moving unit. In such a configuration, the first active material structure and the second active material structure described above are continuously formed on a long sheet-like base material, so that the lithium ion secondary battery having the above excellent characteristics can be obtained. It is possible to efficiently produce secondary battery electrodes.

また、この発明にかかる電池用電極製造方法は、上記目的を達成するため、集電体として機能する基材の表面に第1の活物質を含む第1塗布液を塗布して、集電体表面の複数箇所においてそれぞれ集電体表面から突出する複数の凸部を有する第1活物質構造体を形成する工程と、基材の表面に、リチウムイオン挿入脱離反応における体積変化および理論容量が第1の活物質よりも小さい第2の活物質を含む第2塗布液を塗布して、集電体表面の複数箇所においてそれぞれ集電体表面から突出する複数の凸部を有する第2活物質構造体を形成する工程とを備え、第1活物質構造体と第2活物質構造体とを集電体表面において互いに離隔して形成する。   In addition, in order to achieve the above object, the battery electrode manufacturing method according to the present invention applies a first coating liquid containing a first active material to the surface of a base material that functions as a current collector. A step of forming a first active material structure having a plurality of convex portions projecting from the current collector surface at a plurality of locations on the surface, and a volume change and a theoretical capacity in a lithium ion insertion / desorption reaction on the surface of the substrate; A second active material having a plurality of protrusions that protrude from the current collector surface at a plurality of locations on the current collector surface by applying a second coating liquid containing a second active material smaller than the first active material Forming a structure, and forming the first active material structure and the second active material structure separately from each other on the current collector surface.

このように構成された発明では、上記のように優れた特性を有するリチウムイオン二次電池用電極を効率的に製造することが可能である。なお、第1活物質構造体を形成する工程と、第2活物質構造体を形成する工程とはいずれが先に実行されてもよく、また同時に実行されてもよい。   In the invention configured as described above, it is possible to efficiently manufacture an electrode for a lithium ion secondary battery having excellent characteristics as described above. In addition, any of the process of forming a 1st active material structure and the process of forming a 2nd active material structure may be performed previously, and may be performed simultaneously.

上記した各発明においては、例えば、第1活物質構造体の凸部のそれぞれは集電体表面に沿った所定の延設方向に延設されたライン状に形成される一方、第2活物質構造体の凸部のそれぞれは延設方向に延設されたライン状に形成され、延設方向に直交する方向において、第1活物質構造体の凸部と第2活物質構造体の凸部とが交互に配置された構成であってもよい。   In each of the above-described inventions, for example, each of the protrusions of the first active material structure is formed in a line extending in a predetermined extending direction along the current collector surface, while the second active material Each of the convex portions of the structure is formed in a line extending in the extending direction, and in the direction orthogonal to the extending direction, the convex portion of the first active material structure and the convex portion of the second active material structure And may be arranged alternately.

このような構成では、各々がライン状に形成された第1活物質構造体の凸部はライン延設方向と直交する方向、つまりライン断面を拡張する方向に膨張し、しかも各凸部の周囲に体積変化を吸収する空間があるので、第1活物質構造体の崩壊が抑制される。そして、第1活物質構造体の凸部に隣接して第2活物質構造体の凸部が設けられているので、リチウムイオンの吸蔵を効果的に分担させることができる。これらの特徴により、サイクル特性がさらに改善される。   In such a configuration, the convex portions of the first active material structures each formed in a line shape expand in a direction orthogonal to the line extending direction, that is, a direction of expanding the line cross section, and around each convex portion. Since there is a space for absorbing the volume change, the collapse of the first active material structure is suppressed. And since the convex part of a 2nd active material structure is provided adjacent to the convex part of a 1st active material structure, occlusion of lithium ion can be shared effectively. These characteristics further improve the cycle characteristics.

また例えば、延設方向に直交する断面における第2活物質構造体の凸部の断面積が、延設方向における第1活物質構造体の凸部の断面積よりも大きい構成であってもよい。第1の活物質に比べて第2の活物質は理論容量が小さいため、電極としての容量は第1の活物質のみで構成された同構造の電極に比べると小さくなる。第2活物質構造体の凸部の断面積を大きくすることで理論容量の低さを補って、電極容量の低下を抑えることができる。   For example, the cross-sectional area of the convex part of the 2nd active material structure in the cross section orthogonal to the extending direction may be larger than the cross-sectional area of the convex part of the 1st active material structure in the extending direction. . Since the second active material has a smaller theoretical capacity than the first active material, the capacity as an electrode is smaller than that of an electrode having the same structure constituted only by the first active material. By increasing the cross-sectional area of the convex portion of the second active material structure, it is possible to compensate for the low theoretical capacity and suppress the decrease in electrode capacity.

この場合、例えば、第1の活物質の単位体積当たりの理論容量をQ1、第1活物質構造体の凸部のうち集電体表面に接触する部分の幅および集電体表面からの高さをそれぞれW1およびH1とし、第2の活物質の単位体積当たりの理論容量をQ2、第2活物質構造体の凸部のうち集電体表面に接触する部分の幅および集電体表面からの高さをそれぞれW2およびH2としたとき、以下の関係式:
W1・H1≦W2・H2・(Q2/Q1)
の関係が成立する構成であってもよい。詳しくは後述するが、このような構成では、第1の活物質のみを活物質とする電極と同等の容量を得られ、しかもサイクル特性はより優れたものとなる。
In this case, for example, the theoretical capacity per unit volume of the first active material is Q1, the width of the convex portion of the first active material structure that contacts the current collector surface, and the height from the current collector surface Is W1 and H1, respectively, the theoretical capacity per unit volume of the second active material is Q2, the width of the portion of the convex portion of the second active material structure that contacts the current collector surface and the current from the current collector surface When the height is W2 and H2, respectively, the following relational expression:
W1 / H1 ≦ W2 / H2 (Q2 / Q1)
A configuration in which the above relationship is established may be adopted. Although details will be described later, in such a configuration, a capacity equivalent to that of an electrode using only the first active material as an active material can be obtained, and the cycle characteristics are further improved.

また例えば、第1の活物質は、リチウムとの合金化反応によりリチウムを吸蔵する材料を含むものであってもよい。このような形でリチウムを吸蔵するタイプの活物質材料は一般的に高容量であるが体積変化が大きい。したがってこのような材料を用いる電極に本発明を適用した場合、上記した作用効果は特に顕著なものとなる。より具体的には、第1の活物質として、シリコンまたはシリコン化合物を含むものを好適に使用可能である。   For example, the first active material may include a material that occludes lithium by an alloying reaction with lithium. An active material of a type that occludes lithium in such a form generally has a high capacity but a large volume change. Therefore, when the present invention is applied to an electrode using such a material, the above-described effects are particularly remarkable. More specifically, a material containing silicon or a silicon compound can be suitably used as the first active material.

一方、第2の活物質としては、例えばカーボンまたは金属酸化物を含むものとすることができる。これらの活物質材料は結晶格子内にリチウムを吸蔵するタイプのものであり、容量は大きくできないが体積変化も小さい。したがって本発明の第2の活物質として特に好適なものである。   On the other hand, as the second active material, for example, carbon or a metal oxide can be included. These active material materials are of a type that occludes lithium in the crystal lattice, and the capacity cannot be increased, but the volume change is small. Therefore, it is particularly suitable as the second active material of the present invention.

また、この発明にかかるリチウムイオン二次電池は、上記目的を達成するため、上記したいずれかのリチウムイオン二次電池用電極と同一構成を有する負極電極と、電解質層と、正極活物質層および正極集電体が積層されてなる正極電極とが順番に積層された構造を有している。このように構成された発明では、上記したように高容量、高速充放電特性および優れたサイクル特性を兼備する負極電極を備えることで、これらの特性が良好なリチウムイオン二次電池を構成することが可能である。   In order to achieve the above object, a lithium ion secondary battery according to the present invention has a negative electrode having the same configuration as any of the above-described lithium ion secondary battery electrodes, an electrolyte layer, a positive electrode active material layer, It has a structure in which a positive electrode formed by laminating a positive electrode current collector is laminated in order. In the invention configured as described above, by providing the negative electrode having both high capacity, high-speed charge / discharge characteristics and excellent cycle characteristics as described above, a lithium ion secondary battery having good characteristics can be configured. Is possible.

この発明によれば、理論容量の大きい第1の活物質による第1活物質構造体と、これに比して容量は劣るがリチウム挿入脱離反応における体積変化の少ない第2の活物質による第2活物質構造体とを集電体表面に混在させることで、高容量および優れた充放電特性を有し、しかもサイクル特性が良好な電池用電極を提供することが可能となる。   According to the present invention, the first active material structure having the first active material having a large theoretical capacity, and the second active material having a smaller capacity than the first active material structure but having a small volume change in the lithium insertion / elimination reaction can be obtained. By mixing the two active material structures on the surface of the current collector, it is possible to provide a battery electrode having high capacity, excellent charge / discharge characteristics, and good cycle characteristics.

この発明を用いて製造される電池の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the battery manufactured using this invention. 容量の減少を回避するために必要なラインの寸法を示す図である。It is a figure which shows the dimension of a line required in order to avoid the reduction | decrease in capacity | capacitance. この発明にかかる電極製造装置の2つの実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows two embodiment of the electrode manufacturing apparatus concerning this invention. 第1実施形態の電極製造装置における塗布ノズルの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the coating nozzle in the electrode manufacturing apparatus of 1st Embodiment. 第2実施形態の電極製造装置における塗布ノズルの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the coating nozzle in the electrode manufacturing apparatus of 2nd Embodiment.

図1はこの発明を用いて製造される電池の構成例を示す図である。より詳しくは、図1(a)は負極電極としてこの発明にかかるリチウムイオン二次電池用電極の一実施形態を採用したリチウムイオン二次電池モジュールの断面構造を示す模式図であり、図1(b)はその負極電極を示す斜視図である。このリチウムイオン二次電池モジュール1は、負極集電体11の上に負極活物質層12と、電解質層13と、正極活物質層16および正極集電体17を含む正極電極15とを順番に積層した構造を有している。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a battery manufactured using the present invention. More specifically, FIG. 1A is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a lithium ion secondary battery module that employs an embodiment of an electrode for a lithium ion secondary battery according to the present invention as a negative electrode, and FIG. b) is a perspective view showing the negative electrode. In this lithium ion secondary battery module 1, a negative electrode active material layer 12, an electrolyte layer 13, a positive electrode electrode 15 including a positive electrode active material layer 16 and a positive electrode current collector 17 are sequentially arranged on a negative electrode current collector 11. It has a laminated structure.

図1(b)は負極集電体11表面に負極活物質層12を形成してなる負極電極10の構造を示している。図1(b)に示すように、負極活物質層12は図1(a)の紙面に垂直な方向に沿って延びるライン状のパターン121,122が図1(a)における左右方向に一定間隔を空けて多数並んだ、ラインアンドスペース構造となっている。より詳しくは、負極活物質層12は、比較的幅の狭い第1ライン121と、より幅の広い第2ライン122とが負極集電体11表面に交互に並んだ構造となっている。この例では第1ライン121と第2ライン122との集電体11表面からの高さは同じであるが、これに限定されない。   FIG. 1B shows the structure of a negative electrode 10 formed by forming a negative electrode active material layer 12 on the surface of the negative electrode current collector 11. As shown in FIG. 1B, the negative electrode active material layer 12 has linear patterns 121 and 122 extending along a direction perpendicular to the paper surface of FIG. A line-and-space structure with a large number of lines. More specifically, the negative electrode active material layer 12 has a structure in which the relatively narrow first lines 121 and the wider second lines 122 are alternately arranged on the surface of the negative electrode current collector 11. In this example, the height of the first line 121 and the second line 122 from the surface of the current collector 11 is the same, but is not limited thereto.

上記構造を有する負極活物質層12は電解質層13を介して正極活物質層16と対向している。正極活物質層16は正極活物質材料により正極集電体17の表面に形成された略一様な厚さの薄膜である。電解質層13としては、正極電極15と負極電極10との間隙空間に充填された固体電解質によるもの、セパレータと電解液とにより構成されるもののいずれであってもよい。こうして形成されたリチウムイオン二次電池モジュール1に適宜タブ電極が設けられたり、複数のモジュールが積層されてパッケージに収容され、リチウムイオン二次電池Bが構成される。   The negative electrode active material layer 12 having the above structure faces the positive electrode active material layer 16 with the electrolyte layer 13 interposed therebetween. The positive electrode active material layer 16 is a thin film having a substantially uniform thickness formed on the surface of the positive electrode current collector 17 by a positive electrode active material. The electrolyte layer 13 may be either a solid electrolyte filled in a gap space between the positive electrode 15 and the negative electrode 10 or a separator and an electrolytic solution. The lithium ion secondary battery module 1 thus formed is provided with a tab electrode as appropriate, or a plurality of modules are stacked and accommodated in a package to constitute the lithium ion secondary battery B.

ここで、リチウムイオン二次電池モジュール1の各層を構成する材料として、正極集電体17、負極集電体11としては例えばアルミニウム箔、銅箔をそれぞれ用いることができる。また、正極活物質層16を構成する活物質材料としては、正極活物質として公知の材料、例えばLiCoO(LCO)を主体とするもの、LiNiO2またはLiFePO4、LiMnPO4、LiMn24、またLiMeO2(Me=MxMyMz;Me、Mは遷移金属、x+y+z=1)で代表的に示される化合物、例えばLiNi1/3Mn1/3Co1/32、LiNi0.8Co0.15Al0.052などを用いることができる。 Here, as the material constituting each layer of the lithium ion secondary battery module 1, for example, an aluminum foil or a copper foil can be used as the positive electrode current collector 17 and the negative electrode current collector 11, respectively. Further, as the active material constituting the positive electrode active material layer 16, a known material as the positive electrode active material, for example, a material mainly composed of LiCoO 2 (LCO), LiNiO 2 or LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiMn 2 O 4 , A compound typically represented by LiMeO 2 (Me = MxMyMz; Me, M is a transition metal, x + y + z = 1), such as LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 etc. can be used.

また、電解質層13を構成するセパレータとしては例えばポリプロピレン(PP)シートを、電解液としては例えば、支持塩としてのリチウム塩、例えば六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を含むエチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合物(EC/DEC)を用いることができる。また、電解質層13を固体電解質により構成する場合には、例えばポリエチレンオキサイドとポリスチレンとの共重合体を用いることができる。なお、各機能層の材質についてはこれらに限定されるものではない。 The separator constituting the electrolyte layer 13 is, for example, a polypropylene (PP) sheet, and the electrolytic solution is, for example, a lithium salt as a supporting salt, such as ethylene carbonate and diethyl carbonate containing lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ). (EC / DEC) can be used. When the electrolyte layer 13 is composed of a solid electrolyte, for example, a copolymer of polyethylene oxide and polystyrene can be used. The material of each functional layer is not limited to these.

一方、負極活物質層12は、2種類の活物質材料により構成される。より具体的には、負極活物質層12を構成する第1ライン121と第2ライン122とはそれぞれ異なる組成の活物質材料を有している。このうち幅の狭い第1ライン121は、比較的理論容量の大きい活物質材料(以下、「第1の活物質」と称する)を含む。理論容量の大きな負極用活物質材料としては、リチウムとの合金化反応によりリチウムを吸蔵するタイプのものが知られている。代表的には例えばシリコン(Si)およびその化合物(例えばSiO)、スズ(Sn)およびその化合物(例えばSnO)などである。これ以外に、リチウム金属と合金を形成する金属または半金属として、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、アルミニウム(Al)、ゲルマニウム(Ge)、鉛(Pb)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)などがある。以下ではその一例として単結晶シリコン微粒子を採り上げる。   On the other hand, the negative electrode active material layer 12 is composed of two kinds of active material materials. More specifically, the first line 121 and the second line 122 constituting the negative electrode active material layer 12 have active material materials having different compositions. Among these, the narrow first line 121 includes an active material having a relatively large theoretical capacity (hereinafter referred to as “first active material”). As a negative electrode active material having a large theoretical capacity, a material that occludes lithium by an alloying reaction with lithium is known. Typically, for example, silicon (Si) and its compound (for example, SiO), tin (Sn) and its compound (for example, SnO), and the like. Other than these, metals (metals) or metalloids that form alloys with lithium metal include magnesium (Mg), calcium (Ca), aluminum (Al), germanium (Ge), lead (Pb), arsenic (As), and antimony (Sb). )and so on. In the following, single crystal silicon fine particles will be taken as an example.

第1ライン121より幅広の第2ライン122は、第1ライン121を構成する活物質より理論容量は小さいものの、リチウム挿入および脱離時の体積変化がより小さい活物質材料(以下、「第2の活物質」と称する)を含む。理想的には体積変化がほぼないことが望ましい。リチウム挿入脱離反応における体積変化の小さい材料としては、結晶格子間にリチウムを吸蔵するタイプのものが知られており、例えば黒鉛のようなカーボン系材料や金属酸化物系活物質などが代表的である。金属酸化物としては、例えばLiTi12(LTO)、Nb、TiO、WO、MoO、Feなどがある。以下ではその一例として黒鉛を採り上げる。 The second line 122 wider than the first line 121 has an active material (hereinafter referred to as “second material”) that has a smaller theoretical capacity than the active material constituting the first line 121 but has a smaller volume change during lithium insertion and desorption. "Active material"). Ideally, there should be almost no volume change. As a material having a small volume change in the lithium insertion / extraction reaction, a material that occludes lithium between crystal lattices is known. For example, a carbon-based material such as graphite or a metal oxide-based active material is representative. It is. Examples of the metal oxide include Li 4 Ti 5 O 12 (LTO), Nb 2 O 5 , TiO 2 , WO 2 , MoO 2 , and Fe 2 O 3 . In the following, graphite is taken as an example.

第1ライン121を構成する例えばシリコンのような理論容量の大きな活物質は、一般的にリチウム挿入脱離反応における体積変化も大きい。このような材料を負極活物質として用いる場合、充放電に伴う膨張・収縮により活物質層の崩壊が進行するため、サイクル寿命が短いという問題がある。特に、本実施形態のラインアンドスペース構造のように活物質層を立体的な構造として表面積を増大させている場合、表面積の増大に伴って充放電特性が向上し、またライン間の空隙により膨張を吸収することができる。しかしながら、活物質層へのリチウムイオンの挿入・脱離が表面各所で活発になることで膨張・収縮が激しくなるため、依然としてサイクル特性の改善が必要である。   The active material having a large theoretical capacity such as silicon constituting the first line 121 generally has a large volume change in the lithium insertion / extraction reaction. When such a material is used as the negative electrode active material, there is a problem in that the cycle life is short because the active material layer collapses due to expansion / contraction associated with charge / discharge. In particular, when the surface area is increased with a three-dimensional structure of the active material layer as in the line-and-space structure of the present embodiment, the charge / discharge characteristics are improved as the surface area is increased, and the expansion is caused by the gap between the lines. Can be absorbed. However, since the insertion / extraction of lithium ions into / from the active material layer becomes active at various locations on the surface, the expansion / contraction becomes intense, and thus it is still necessary to improve the cycle characteristics.

そこで、この実施形態では、例えばシリコンのような理論容量は大きいが体積変化の大きい第1の活物質により構成された第1ライン121と、例えば黒鉛のような理論容量は小さいが体積変化も少ない第2の活物質により構成された第2ライン122とを混在させて負極集電体11上に形成することで、高容量と高速充放電特性とを確保しながらサイクル特性の改善が図られている。   Therefore, in this embodiment, for example, the first line 121 composed of the first active material having a large theoretical capacity such as silicon but a large volume change, and a small theoretical capacity such as graphite but a small volume change are present. By forming the second line 122 composed of the second active material on the negative electrode current collector 11, the cycle characteristics can be improved while ensuring high capacity and high-speed charge / discharge characteristics. Yes.

この実施形態の負極電極10は、理論容量の大きな第1の活物質により、所定方向に延設された複数の第1ライン121を有する。活物質層が互いに離隔した複数のライン状に形成されることで、リチウム挿入による膨張は主としてラインの延設方向に直交する方向、つまりラインの断面を拡張させる方向に生じる。このようにラインの膨張方向が規制されており、しかも各ラインの周囲に膨張を吸収することができる空間が設けられているため、ランダムな方向への膨張を許容する場合に比べて活物質層の崩壊が起こりにくい。   The negative electrode 10 of this embodiment includes a plurality of first lines 121 extending in a predetermined direction by a first active material having a large theoretical capacity. By forming the active material layer in a plurality of lines separated from each other, expansion due to lithium insertion mainly occurs in a direction orthogonal to the extending direction of the line, that is, in a direction of expanding the cross section of the line. In this way, the expansion direction of the line is regulated, and a space capable of absorbing the expansion is provided around each line, so that the active material layer is compared with a case where expansion in a random direction is allowed. It is hard to collapse.

また、活物質層12を構成するラインの一部をより体積変化の小さい第2の活物質により構成した第2ライン122としリチウムを吸蔵する作用を担わせることで、第1ライン121の体積変化はより緩和される。特に第1ライン121に隣接して第2ライン122を配置する、つまり第1ライン121と第2ライン122とを交互に並べた場合、リチウムイオンの吸蔵を第1ライン121と第2ライン122とに効果的に分散して担わせることができる。   Moreover, the volume change of the 1st line 121 is carried out by making the part of the line which comprises the active material layer 12 the 2nd line 122 comprised by the 2nd active material with a smaller volume change bears the effect | action which occludes lithium. Is more relaxed. In particular, when the second line 122 is disposed adjacent to the first line 121, that is, when the first line 121 and the second line 122 are alternately arranged, the occlusion of lithium ions is performed between the first line 121 and the second line 122. Can be distributed and carried effectively.

また第2ライン122は膨張が少ないため、第1ライン121と第2ライン122との空隙の大部分を第1ライン121の膨張吸収のために供することができる。また隣接するラインが共に膨張する場合に比べてライン間の空隙を小さくしてラインの密度を高めることができる。また、第1ライン121と第2ライン122とを互いに離隔配置しておくことで、第1ライン121の膨張を許容するとともに、第2ライン122が膨張した第1ライン121による側方からの押圧力を受けて崩壊するのを防止することができる。   In addition, since the second line 122 is less expanded, most of the gap between the first line 121 and the second line 122 can be used for absorbing the expansion of the first line 121. In addition, it is possible to reduce the gap between the lines and increase the line density as compared with the case where the adjacent lines expand together. In addition, by disposing the first line 121 and the second line 122 apart from each other, the first line 121 is allowed to expand and the second line 122 is expanded from the side by the expanded first line 121. It can be prevented from collapsing under pressure.

このように、負極活物質層12を上記構造とすることで、高容量および優れた充放電特性とともに、良好なサイクル特性を有する電極を構成することができる。サイクル特性の改善は、上記した立体構造により第1ライン121の崩壊自体を抑制する効果と、体積変化の少ない第2ライン122が電極全体としての容量低下の進行を緩やかにする効果とによるものである。ただし、第2ライン122は理論容量の小さい活物質材料を含むため、理論容量の大きい材料で構成されたラインの一部を単に置き換えるだけでは電極全体としての容量が減少してしまう。これを回避するためのライン寸法の設計について、次に説明する。   Thus, the electrode which has a favorable cycling characteristic can be comprised with high capacity | capacitance and the outstanding charging / discharging characteristic by making the negative electrode active material layer 12 into the said structure. The improvement of the cycle characteristics is due to the effect of suppressing the collapse of the first line 121 itself by the above-described three-dimensional structure and the effect of the second line 122 having a small volume change slowing the progress of the capacity decrease as the whole electrode. is there. However, since the second line 122 includes an active material having a small theoretical capacity, simply replacing a part of the line made of a material having a large theoretical capacity reduces the capacity of the entire electrode. Next, the design of the line dimension for avoiding this will be described.

図2は容量の減少を回避するために必要なラインの寸法を示す図である。図において点線は第1ライン121がリチウム挿入により膨張した状態を模式的に示す。まず、図2(a)に示すように、活物質層を構成するラインの全てが高理論容量の活物質材料で形成された第1ライン121である場合を考える。各第1ライン121は同一の断面形状を有するものとし、集電体11に接する部分におけるライン幅を符号W1、集電体11表面からの高さを符号H1で表す。   FIG. 2 is a diagram showing the dimensions of a line necessary for avoiding a decrease in capacity. In the figure, a dotted line schematically shows a state in which the first line 121 is expanded by insertion of lithium. First, as shown in FIG. 2A, a case is considered in which all of the lines constituting the active material layer are the first lines 121 formed of an active material having a high theoretical capacity. Each first line 121 is assumed to have the same cross-sectional shape, and the line width at the portion in contact with the current collector 11 is denoted by reference sign W1 and the height from the surface of the current collector 11 is denoted by reference sign H1.

第1の活物質の単位体積当たりの理論容量をQ1としたとき、紙面に垂直な方向における単位長さ当たりの第1ライン121の容量C1は次式:
C1=W1・H1・Q1 … (式1)
により表すことができる。
When the theoretical capacity per unit volume of the first active material is Q1, the capacity C1 of the first line 121 per unit length in the direction perpendicular to the paper surface is given by the following formula:
C1 = W1, H1, Q1 (Formula 1)
Can be represented by

一方、図2(b)に示すように、活物質層を構成するラインのうち半分をより理論容量の低い第2ライン122に置き換えた場合を考える。第2ライン122の集電体11に接する部分におけるライン幅を符号W2、集電体11表面からの高さを符号H2で表す。第2ライン122を構成する第2の活物質の単位体積当たりの理論容量をQ2(<Q1)としたとき、紙面に垂直な方向における単位長さ当たりの第2ライン122の容量C2は次式:
C2=W2・H2・Q2 … (式2)
により表すことができる。置き換えによる容量の減少を回避するためには、(式2)で表される容量C2が(式1)で表される容量C1以上であることが必要である。これらの条件から次式:
W1・H1≦W2・H2・(Q2/Q1) … (式3)
が得られる。なお、第1ライン121と第2ライン122との間に隙間を確保するために、各ライン幅とラインピッチPとの間で次式:
W2<(2P−W1) … (式4)
の関係が満たされる必要がある。なお、リチウム吸蔵に伴って第1ライン121の幅が例えば最大n倍にまで膨張すると考えた場合、最大まで膨張した状態でも第1ライン121と第2ライン122とが接触しないための条件は、次式:
W2<(2P−n・W1) … (式5)
により表される。
On the other hand, as shown in FIG. 2B, a case is considered in which half of the lines constituting the active material layer is replaced with a second line 122 having a lower theoretical capacity. The line width at the portion of the second line 122 in contact with the current collector 11 is represented by a symbol W2, and the height from the surface of the current collector 11 is represented by a symbol H2. When the theoretical capacity per unit volume of the second active material constituting the second line 122 is Q2 (<Q1), the capacity C2 of the second line 122 per unit length in the direction perpendicular to the paper surface is given by :
C2 = W2, H2, Q2 (Formula 2)
Can be represented by In order to avoid a decrease in capacity due to replacement, the capacity C2 expressed by (Expression 2) needs to be equal to or greater than the capacity C1 expressed by (Expression 1). From these conditions:
W1 / H1 ≦ W2 / H2 (Q2 / Q1) (Formula 3)
Is obtained. In addition, in order to secure a gap between the first line 121 and the second line 122, the following formula is established between each line width and the line pitch P:
W2 <(2P-W1) (Formula 4)
The relationship needs to be satisfied. In addition, when it thinks that the width | variety of the 1st line 121 expands to the maximum n times with lithium occlusion, the conditions for the 1st line 121 and the 2nd line 122 not contacting in the state expanded to the maximum, The following formula:
W2 <(2P-n · W1) (Formula 5)
It is represented by

以上より、第1ライン121と第2ライン122とを同じ高さとした場合、理論容量が小さい第2の活物質を含む第2ライン122の幅W2を第1ライン121の幅W1よりも大きくする必要がある。原理的には、上記(式3)により示されるように、理論容量の大きさに応じてラインの断面積が調整されれば足りる。そして、電解質層13と接する第2ライン122の表面積が増大することで、電解質層13中のリチウムイオンを効率よく吸蔵することが可能となり、第1ライン121が吸蔵すべきリチウムイオンの量を減らしてその膨張を緩和することができる。   As described above, when the first line 121 and the second line 122 have the same height, the width W2 of the second line 122 including the second active material having a small theoretical capacity is made larger than the width W1 of the first line 121. There is a need. In principle, it is sufficient if the cross-sectional area of the line is adjusted according to the size of the theoretical capacity, as indicated by the above (Equation 3). Then, the surface area of the second line 122 in contact with the electrolyte layer 13 is increased, so that lithium ions in the electrolyte layer 13 can be efficiently stored, and the amount of lithium ions that the first line 121 should store is reduced. The expansion can be mitigated.

次に、上記のような構造を有する負極電極10を製造するための技術について説明する。このようなラインアンドスペース構造の活物質層を形成するための技術としては、例えば本願出願人が前述の特許文献2(特開2011−258367号公報)において先に開示したように、いわゆるノズルスキャン方式の塗布技術を応用することが可能である。   Next, a technique for manufacturing the negative electrode 10 having the above structure will be described. As a technique for forming an active material layer having such a line-and-space structure, for example, as previously disclosed in the above-mentioned Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2011-258367) by the applicant of the present application, so-called nozzle scanning is performed. It is possible to apply a coating technique of the method.

図3はこの発明にかかる電極製造装置の2つの実施形態を示す模式図である。より詳しくは、図3(a)はこの発明にかかる電極製造装置の第1実施形態の主要構成を示す図であり、図3(b)はこの発明にかかる電極製造装置の第2実施形態の主要構成を示す図である。   FIG. 3 is a schematic view showing two embodiments of the electrode manufacturing apparatus according to the present invention. More specifically, FIG. 3 (a) is a diagram showing a main configuration of the first embodiment of the electrode manufacturing apparatus according to the present invention, and FIG. 3 (b) is a diagram of the second embodiment of the electrode manufacturing apparatus according to the present invention. It is a figure which shows main structures.

第1実施形態の電極製造装置100は、完成後の電極および電池において負極集電体11として機能する金属製のシートSを基材として、その表面に活物質材料を塗布して活物質層を形成することで、集電体と活物質とが積層された電池用電極10を製造するための装置である。なお、シートSとしては単体の金属箔または薄板でもよいが、キャリアとしての例えば樹脂製シートに金属箔を貼り合わせたものや化学的に金属を析出させたものなどを好適に用いることができる。   The electrode manufacturing apparatus 100 according to the first embodiment uses a metal sheet S functioning as the negative electrode current collector 11 in a completed electrode and battery as a base material, and applies an active material to the surface to form an active material layer. It is an apparatus for manufacturing the battery electrode 10 in which the current collector and the active material are laminated by forming. The sheet S may be a single metal foil or a thin plate, but for example, a sheet made of a resin sheet bonded to a resin sheet or a sheet obtained by chemically depositing a metal may be suitably used.

以後の説明のために、図3に示すようにXYZ座標軸を設定する。ここでXY平面が水平面であり、Z軸は鉛直軸と一致する。Z軸における正方向は鉛直上向き方向である。   For the following explanation, XYZ coordinate axes are set as shown in FIG. Here, the XY plane is a horizontal plane, and the Z axis coincides with the vertical axis. The positive direction on the Z-axis is a vertically upward direction.

電極製造装置100は、ロール状に巻回された活物質形成前のシートSを保持するとともにシートSを一定速度で送り出す供給ローラ101と、活物質層が形成された後のシートSを巻き取る巻き取りローラ102とを備えている。シートSはこれらのローラに掛け渡されており、ローラの回転に伴って矢印方向Dtに一定速度で搬送される。図3の例では、供給ローラ101および巻き取りローラ102はそれぞれX軸と平行な回転軸を有しており、ローラ101,102が回転することで、シートSはY軸に平行な方向に搬送される。すなわち、この例ではシートSの搬送方向DtはY方向である。   The electrode manufacturing apparatus 100 holds the sheet S before forming the active material wound in a roll shape and feeds the sheet S after the active material layer is formed, and the supply roller 101 that feeds the sheet S at a constant speed. A winding roller 102. The sheet S is stretched around these rollers and is conveyed at a constant speed in the arrow direction Dt as the rollers rotate. In the example of FIG. 3, the supply roller 101 and the take-up roller 102 each have a rotation axis parallel to the X axis, and the sheet S is conveyed in a direction parallel to the Y axis as the rollers 101 and 102 rotate. Is done. That is, in this example, the transport direction Dt of the sheet S is the Y direction.

この電極製造装置100には装置各部の動作を制御する制御ユニット110が設けられており、ローラ101,102は制御ユニット110に設けられた搬送制御部114からの制御指令に応じて回転してシートSを搬送する。   The electrode manufacturing apparatus 100 is provided with a control unit 110 that controls the operation of each part of the apparatus, and the rollers 101 and 102 rotate in accordance with a control command from a conveyance control unit 114 provided in the control unit 110 to rotate the sheet. Transport S.

搬送方向Dtに搬送されるシートSの搬送経路に沿って、その上流側から順に、第1塗布ノズル150、第2塗布ノズル160および乾燥用ヒータ170が、それぞれシートSの上面に対向するように配置されている。したがって、シートS表面の1点に着目すると、当該点は供給ローラ101から送り出されて第1塗布ノズル150との対向位置、第2塗布ノズル160との対向位置および乾燥用ヒータ170との対向位置を順番に通過することになる。シートS下面側で第1塗布ノズル150および第2塗布ノズル160に対応する位置には、それぞれバックアップローラ103および104が設けられている。   Along the conveyance path of the sheet S conveyed in the conveyance direction Dt, the first application nozzle 150, the second application nozzle 160, and the drying heater 170 are sequentially opposed to the upper surface of the sheet S from the upstream side. Has been placed. Accordingly, when focusing on one point on the surface of the sheet S, the point is fed from the supply roller 101 and is opposed to the first coating nozzle 150, opposed to the second coating nozzle 160, and opposed to the drying heater 170. Will be passed in order. Backup rollers 103 and 104 are provided at positions corresponding to the first application nozzle 150 and the second application nozzle 160 on the lower surface side of the sheet S, respectively.

第1塗布ノズル150は、制御ユニット110に設けられた第1塗布液供給部111から圧送される第1の活物質を含むペースト状の第1塗布液の供給を受けて、該塗布液を下面の吐出口から吐出してシートS表面に塗布する。第1塗布液供給部111は、第1塗布液を貯留する貯留部と、第1塗布ノズル150への第1塗布液の圧送およびその停止を司る例えばモーノポンプなどの送液部とを含む。これにより、第1塗布ノズル150は第1塗布液を一定流量で連続的に吐出することができる。   The first coating nozzle 150 receives the supply of the paste-like first coating liquid containing the first active material fed from the first coating liquid supply unit 111 provided in the control unit 110, and removes the coating liquid on the lower surface. It is discharged from the discharge port and applied to the surface of the sheet S. The first coating liquid supply unit 111 includes a storage unit that stores the first coating liquid, and a liquid feeding unit such as a mono pump that controls and stops the feeding of the first coating liquid to the first coating nozzle 150. Thereby, the first application nozzle 150 can continuously discharge the first application liquid at a constant flow rate.

第2塗布ノズル160は、制御ユニット110に設けられた第2塗布液供給部112から圧送される第2の活物質を含むペースト状の第2塗布液の供給を受けて、該塗布液をシートS表面に塗布する。第2塗布液供給部112は、第1塗布液供給部と同様に、第2塗布液を貯留する貯留部と、第2塗布ノズル160への第2塗布液の圧送およびその停止を司る例えばモーノポンプなどの送液部とを含む。これにより、第2塗布ノズル160は第2塗布液を一定流量で連続的に吐出することができる。   The second coating nozzle 160 receives the supply of the paste-like second coating liquid containing the second active material fed from the second coating liquid supply unit 112 provided in the control unit 110, and transfers the coating liquid to the sheet. Apply to S surface. Similarly to the first coating liquid supply unit, the second coating liquid supply unit 112 stores a second coating liquid, and pumps and stops the second coating liquid to the second coating nozzle 160, for example, a MONO pump. And a liquid feeding part. Accordingly, the second application nozzle 160 can continuously discharge the second application liquid at a constant flow rate.

乾燥用ヒータ170は、制御ユニット20に設けられたヒータ制御部113により所定の温度に制御される。乾燥用ヒータ170は第1塗布ノズル150および第2塗布ノズル160からシートS表面に塗布された塗布液を加熱してその乾燥固化を促進する。乾燥後のシートSは巻き取りローラ102により再びロール状に巻き取られる。   The drying heater 170 is controlled to a predetermined temperature by a heater control unit 113 provided in the control unit 20. The drying heater 170 heats the coating liquid applied to the surface of the sheet S from the first coating nozzle 150 and the second coating nozzle 160 to accelerate the drying and solidification thereof. The dried sheet S is again wound up into a roll by the winding roller 102.

一方、図3(b)に示す第2実施形態の電極製造装置200は、塗布ノズルの構造およびそれに伴うバックアップローラの配置が上記した第1実施形態のものとは異なっている。これらの点を除けば各部の構成は第1実施形態と同一であるため、第1実施形態と同一の構成には同一符号を付して説明を省略する。   On the other hand, the electrode manufacturing apparatus 200 of the second embodiment shown in FIG. 3B is different from that of the first embodiment described above in the structure of the coating nozzle and the arrangement of the backup roller associated therewith. Except for these points, the configuration of each part is the same as that of the first embodiment. Therefore, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

後述するように、この実施形態の塗布ノズル250は単一の筺体に互いに独立した2種類の吐出口を有しており、これら2種類の吐出口から第1塗布液および第2塗布液をそれぞれ吐出することが可能となっている。したがって、塗布ノズル250は1つだけ設けられ、これに伴いバックアップローラ203も1つだけ設けられる。そして、第1塗布液供給部111からの第1塗布液、第2塗布液供給部112からの第2塗布液はいずれも塗布ノズル250に供給される。   As will be described later, the coating nozzle 250 of this embodiment has two types of discharge ports that are independent of each other in a single casing, and the first coating liquid and the second coating solution are respectively supplied from these two types of discharge ports. It is possible to discharge. Accordingly, only one application nozzle 250 is provided, and accordingly, only one backup roller 203 is provided. The first coating liquid from the first coating liquid supply unit 111 and the second coating liquid from the second coating liquid supply unit 112 are both supplied to the coating nozzle 250.

これら2つの実施形態において、活物質を含む第1塗布液および第2塗布液としては、それぞれ上記した第1の活物質または第2の活物質の他に、導電助剤としてのアセチレンブラックまたはケッチェンブラック、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレンブタジエンラバー(SBR)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリビニルアルコール(PVA)またはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、溶剤としてのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)などを混合したものを用いることができる。なお、第1の活物質としてのシリコンまたはその化合物を含む第1塗布液については、結着剤としてポリアミドイミドを好適に用いることができる。   In these two embodiments, as the first coating liquid and the second coating liquid containing the active material, in addition to the first active material or the second active material described above, acetylene black or kettle as a conductive auxiliary agent, respectively. Chain black, polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene butadiene rubber (SBR), polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol (PVA) or polytetrafluoroethylene (PTFE) as binder, N-methyl-2 as solvent -What mixed pyrrolidone (NMP) etc. can be used. In addition, about the 1st coating liquid containing the silicon | silicone or its compound as a 1st active material, a polyamideimide can be used suitably as a binder.

このような材料を混合してなる塗布液の組成比を変えることで、その粘度を適宜に調整することが可能である。本実施形態のように塗布ノズルから連続的に送出されて構造体を形成するための塗布液としては、例えば粘度を500Pa・sないし10000Pa・sとしたペースト状のものが好適である。   By changing the composition ratio of the coating liquid obtained by mixing such materials, the viscosity can be adjusted appropriately. As the coating liquid for continuously forming from the coating nozzle to form the structure as in the present embodiment, a paste-like liquid having a viscosity of 500 Pa · s to 10000 Pa · s is suitable, for example.

図4は第1実施形態の電極製造装置における塗布ノズルの構造を示す図である。より詳しくは、図4(a)は第1塗布ノズル150の内部構造を示す側面図であり、図4(b)は第1塗布ノズル150および第2塗布ノズル160それぞれの下面の構造を示す図である。また、図4(c)は第1塗布ノズル150および第2塗布ノズル160による塗布の様子を示す図である。   FIG. 4 is a view showing the structure of the coating nozzle in the electrode manufacturing apparatus of the first embodiment. More specifically, FIG. 4A is a side view showing the internal structure of the first application nozzle 150, and FIG. 4B is a view showing the structure of the lower surface of each of the first application nozzle 150 and the second application nozzle 160. It is. FIG. 4C is a view showing a state of application by the first application nozzle 150 and the second application nozzle 160.

図4(a)に示すように、第1塗布ノズル150は内部に第1塗布液を一時的に貯留可能なマニホールド空間151を有するとともに、図4(b)に示すように、下面152に複数の吐出口153を有している。各吐出口153はそれぞれ第1ライン121の断面形状に対応する互いに同一の開口形状を有しており、第1塗布ノズル150の下面152にX方向に一定間隔で配置される。マニホールド空間151には第1塗布液供給部111から圧送される第1塗布液が供給され、該マニホールド空間151に各吐出口153が連通している。したがって、第1塗布液供給部111から第1塗布ノズル150に対して第1塗布液が圧送されると、該第1塗布液はマニホールド空間151を経由して各吐出口153から吐出される。   As shown in FIG. 4A, the first application nozzle 150 has a manifold space 151 in which the first application liquid can be temporarily stored, and a plurality of lower surfaces 152 are provided on the lower surface 152 as shown in FIG. The discharge port 153 is provided. Each discharge port 153 has the same opening shape corresponding to the cross-sectional shape of the first line 121, and is arranged on the lower surface 152 of the first application nozzle 150 at regular intervals in the X direction. The first coating liquid fed from the first coating liquid supply unit 111 is supplied to the manifold space 151, and each discharge port 153 communicates with the manifold space 151. Therefore, when the first coating liquid is pumped from the first coating liquid supply unit 111 to the first coating nozzle 150, the first coating liquid is discharged from each discharge port 153 via the manifold space 151.

第2塗布ノズル160もその内部構造は第1塗布ノズル150と基本的に同じであるが、吐出口の形状および配置が異なっている。すなわち、図4(b)に示すように、第2塗布ノズル160の下面162には、第2ライン122の断面形状に対応して第1塗布ノズル150の吐出口153よりもX方向の開口寸法が大きい吐出口163がX方向に等間隔で配置されている。ただし、各吐出口163のX方向位置は、第1塗布ノズル150の吐出口153の配列ピッチの半分だけずれている。   The internal structure of the second application nozzle 160 is basically the same as that of the first application nozzle 150, but the shape and arrangement of the discharge ports are different. That is, as shown in FIG. 4B, the opening dimension in the X direction is lower on the lower surface 162 of the second application nozzle 160 than the discharge port 153 of the first application nozzle 150 corresponding to the cross-sectional shape of the second line 122. The large discharge ports 163 are arranged at equal intervals in the X direction. However, the position in the X direction of each discharge port 163 is shifted by half the arrangement pitch of the discharge ports 153 of the first application nozzle 150.

第1塗布ノズル150および第2塗布ノズル160に設けられた吐出口153および163からそれぞれ第1塗布液および第2塗布液を一定流量で連続的に吐出させることで、図4(c)に示すように、第1塗布液により形成される第1ライン121と、第2塗布液により形成される第2ライン122とが互いに平行に、かつX方向に交互に並んだ活物質層12がシートS上に形成される。活物質層12が形成されたシートSは、最終的には適宜のサイズに裁断されて負極集電体11として機能する。   FIG. 4C shows that the first application liquid and the second application liquid are continuously discharged from the discharge ports 153 and 163 provided in the first application nozzle 150 and the second application nozzle 160, respectively, at a constant flow rate. As described above, the active material layer 12 in which the first lines 121 formed by the first coating liquid and the second lines 122 formed by the second coating liquid are arranged in parallel and alternately in the X direction is the sheet S. Formed on top. The sheet S on which the active material layer 12 is formed is finally cut into an appropriate size and functions as the negative electrode current collector 11.

図5は第2実施形態の電極製造装置における塗布ノズルの構造を示す図である。より詳しくは、図5(a)は塗布ノズル250の内部構造を示す側面図であり、図5(b)は塗布ノズル250の下面の構造を示す図である。また、図5(c)は塗布ノズル250による塗布の様子を示す図である。   FIG. 5 is a view showing the structure of the coating nozzle in the electrode manufacturing apparatus of the second embodiment. More specifically, FIG. 5A is a side view showing the internal structure of the application nozzle 250, and FIG. 5B is a view showing the structure of the lower surface of the application nozzle 250. FIG. 5C is a view showing a state of application by the application nozzle 250.

図5(a)に示すように、第2実施形態の塗布ノズル250は内部に独立した2つのマニホールド空間251,252を有している。このうち第1のマニホールド空間251には第1塗布液供給部111からの第1塗布液が供給される一方、第2のマニホールド空間252には第2塗布液供給部112からの第2塗布液が供給される。第1のマニホールド空間251はノズル下面253に穿設された第1吐出口254に連通し、第2のマニホールド空間252はノズル下面253に穿設された第2吐出口255に連通する。   As shown in FIG. 5A, the application nozzle 250 according to the second embodiment has two independent manifold spaces 251 and 252 inside. Among these, the first coating liquid from the first coating liquid supply unit 111 is supplied to the first manifold space 251, while the second coating liquid from the second coating liquid supply unit 112 is supplied to the second manifold space 252. Is supplied. The first manifold space 251 communicates with a first discharge port 254 formed in the nozzle lower surface 253, and the second manifold space 252 communicates with a second discharge port 255 formed in the nozzle lower surface 253.

図5(b)に示すように、第1吐出口254および第2吐出口255はノズル下面253にX方向に一列に配置されており、しかも第1吐出口254と第2吐出口255とがX方向に交互に等間隔で配列される。   As shown in FIG. 5B, the first discharge port 254 and the second discharge port 255 are arranged in a row in the X direction on the lower surface 253 of the nozzle, and the first discharge port 254 and the second discharge port 255 are arranged. They are arranged alternately at equal intervals in the X direction.

第1吐出口254から第1塗布液を、また第2吐出口255から第2塗布液をそれぞれ一定流量で連続的に吐出させることで、図5(c)に示すように、第1塗布液により形成される第1ライン121と、第2塗布液により形成される第2ライン122とが互いに平行に、かつX方向に交互に並んだ活物質層12がシートS上に形成される。   By continuously discharging the first coating liquid from the first discharge port 254 and the second coating liquid from the second discharge port 255 at a constant flow rate, as shown in FIG. The active material layer 12 in which the first lines 121 formed by the above and the second lines 122 formed by the second coating liquid are alternately arranged in parallel and in the X direction is formed on the sheet S.

このように、上記した第1実施形態の電極製造装置100、第2実施形態の電極製造装置200のいずれによっても、図1(b)に示す構造の負極電極10を製造することが可能である。すなわち、これらの電極製造装置100,200は、高容量かつ充放電特性に優れ、しかもサイクル特性の良好な負極電極を製造することが可能となっている。   Thus, it is possible to manufacture the negative electrode 10 having the structure shown in FIG. 1B by using either the electrode manufacturing apparatus 100 of the first embodiment or the electrode manufacturing apparatus 200 of the second embodiment. . That is, these electrode manufacturing apparatuses 100 and 200 can manufacture a negative electrode having high capacity, excellent charge / discharge characteristics, and good cycle characteristics.

このうち第1実施形態は、第1塗布ノズル150および第2塗布ノズル160のそれぞれにおいて吐出口の配列ピッチが大きいため、吐出口の周囲を比較的肉厚に形成することが可能である。このため、加圧された高粘度の塗布液を吐出するのに十分な強度を確保することができる。ただし、電極製造装置100における第1塗布ノズル150と第2塗布ノズル160との相対的な取り付け位置精度がライン配置の精度に影響を及ぼす。一方、第2実施形態の塗布ノズル250では位置精度の問題は生じないが、吐出口の配列ピッチが小さいため肉厚が薄くなる。必要に応じてこれらを使い分けることが望ましい。   Among these, in the first embodiment, since the arrangement pitch of the discharge ports is large in each of the first application nozzle 150 and the second application nozzle 160, the periphery of the discharge ports can be formed relatively thick. For this reason, sufficient intensity | strength can be ensured to discharge the pressurized highly viscous coating liquid. However, the relative mounting position accuracy of the first coating nozzle 150 and the second coating nozzle 160 in the electrode manufacturing apparatus 100 affects the accuracy of the line arrangement. On the other hand, the coating nozzle 250 of the second embodiment does not have a problem of positional accuracy, but the thickness is thin because the arrangement pitch of the discharge ports is small. It is desirable to use these as needed.

以上説明したように、この実施形態では、負極集電体11が本発明の「基材」および「集電体」に相当している。また、複数の第1ライン121が全体として本発明の「第1活物質構造体」に相当し、各第1ライン121が「第1活物質構造体の凸部」に相当している。一方、複数の第2ライン122が全体として本発明の「第2活物質構造体」に相当し、各第2ライン122が「第2活物質構造体の凸部」に相当している。   As described above, in this embodiment, the negative electrode current collector 11 corresponds to the “base material” and “current collector” of the present invention. Further, the plurality of first lines 121 as a whole correspond to the “first active material structure” of the present invention, and each first line 121 corresponds to the “projection of the first active material structure”. On the other hand, the plurality of second lines 122 as a whole corresponds to the “second active material structure” of the present invention, and each second line 122 corresponds to “a convex portion of the second active material structure”.

また、上記した電極製造装置100,200においては、供給ローラ101および巻き取りローラ102が本発明の「1対のローラ部材」として機能しており、これらが本発明の「保持手段」および「相対移動手段」としての機能を有している。また、第1実施形態における第1塗布ノズル150および第2塗布ノズル160がそれぞれ本発明の「第1ノズル体」および「第2ノズル体」として機能している。また、第2実施形態における塗布ノズル250が本発明の「ノズル体」として機能している。   In the electrode manufacturing apparatuses 100 and 200 described above, the supply roller 101 and the take-up roller 102 function as “a pair of roller members” of the present invention. It has the function of “moving means”. In addition, the first application nozzle 150 and the second application nozzle 160 in the first embodiment function as the “first nozzle body” and the “second nozzle body” of the present invention, respectively. Further, the application nozzle 250 in the second embodiment functions as a “nozzle body” of the present invention.

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記した第1実施形態の電極製造装置100では第1の活物質を含む第1塗布液を基材Sに塗布した後、第2の活物質を含む第2塗布液を塗布しているが、この順序は逆であってもよい。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the electrode manufacturing apparatus 100 according to the first embodiment described above, after the first coating liquid containing the first active material is applied to the substrate S, the second coating liquid containing the second active material is applied. However, this order may be reversed.

また例えば、上記実施形態の電極製造装置100等では、ロール状に巻回された長尺シートの基材Sに活物質材料を含む塗布液を塗布して再び巻回する、いわゆるロール・トゥ・ロール方式の製造方法により電極を連続的に製造している。しかしながら、本発明はこれに限定されず、例えば独立した枚葉の基材に対して塗布液を塗布する枚葉式の製造装置および製造方法に対しても適用可能である。この場合、基材を固定し塗布ノズルを移動させるようにしてもよい。   Further, for example, in the electrode manufacturing apparatus 100 or the like of the above-described embodiment, a so-called roll-to-roll coating is performed by applying a coating liquid containing an active material to the base material S of a long sheet wound in a roll shape and winding it again. The electrodes are continuously manufactured by a roll manufacturing method. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to, for example, a single-wafer manufacturing apparatus and a manufacturing method for applying a coating liquid to an independent single-wafer substrate. In this case, the substrate may be fixed and the application nozzle may be moved.

また、上記実施形態における活物質パターンの断面形状はその一例を示したものであって、これに限定されず、任意の断面形状を用いることが可能である。またノズル体に設ける吐出口の開口形状も、上記実施形態のような矩形に限定されず、種々のものを用いることが可能である。   Moreover, the cross-sectional shape of the active material pattern in the said embodiment shows the example, Comprising: It is not limited to this, It is possible to use arbitrary cross-sectional shapes. Moreover, the opening shape of the discharge port provided in the nozzle body is not limited to the rectangular shape as in the above embodiment, and various types can be used.

本発明によれば、高容量かつ充放電特性に優れ、しかもサイクル特性の良好なリチウムイオン二次電池用の負極電極を提供することが可能であり、これを利用したリチウムイオン二次電池の性能を向上させることが可能である。   According to the present invention, it is possible to provide a negative electrode for a lithium ion secondary battery having high capacity, excellent charge / discharge characteristics, and good cycle characteristics, and the performance of a lithium ion secondary battery using the same. It is possible to improve.

1 リチウムイオン二次電池モジュール
10 負極電極
11 負極集電体(基材、集電体)
100,200 電極製造装置
101 供給ローラ(ローラ部材、保持手段、相対移動手段)
102 巻き取りローラ(ローラ部材、保持手段、相対移動手段)
121 第1ライン(第1活物質構造体、凸部)
122 第2ライン122(第2活物質構造体、凸部)
150 第1塗布ノズル(第1ノズル体)
160 第2塗布ノズル(第2ノズル体)
250 塗布ノズル(ノズル体)
B リチウムイオン二次電池
1 Lithium ion secondary battery module 10 Negative electrode 11 Negative electrode current collector (base material, current collector)
100, 200 Electrode manufacturing apparatus 101 Supply roller (roller member, holding means, relative moving means)
102 Winding roller (roller member, holding means, relative moving means)
121 1st line (1st active material structure, convex part)
122 2nd line 122 (2nd active material structure, convex part)
150 First application nozzle (first nozzle body)
160 Second application nozzle (second nozzle body)
250 Application nozzle (nozzle body)
B Lithium ion secondary battery

Claims (15)

集電体と、
第1の活物質を含み前記集電体表面の複数箇所においてそれぞれ前記集電体表面から突出する複数の凸部を有する第1活物質構造体と、
前記第1の活物質と組成が異なる第2の活物質を含み、前記集電体表面の複数箇所においてそれぞれ前記集電体表面から突出する複数の凸部を有し、前記集電体表面において前記第1活物質構造体とは離隔配置された第2活物質構造体と
を備え、
前記第1の活物質は理論容量が前記第2の活物質よりも大きく、かつ、前記第2の活物質はリチウムイオン挿入脱離反応における体積変化が前記第1の活物質よりも小さいリチウムイオン二次電池用電極。
A current collector,
A first active material structure including a first active material and having a plurality of protrusions protruding from the current collector surface at a plurality of locations on the current collector surface;
A second active material having a composition different from that of the first active material, and having a plurality of convex portions respectively projecting from the current collector surface at a plurality of locations on the current collector surface; A second active material structure spaced apart from the first active material structure,
The first active material has a theoretical capacity larger than that of the second active material, and the second active material has lithium ions whose volume change in the lithium ion insertion / desorption reaction is smaller than that of the first active material. Secondary battery electrode.
前記第1活物質構造体の前記凸部のそれぞれは前記集電体表面に沿った所定の延設方向に延設されたライン状に形成される一方、前記第2活物質構造体の前記凸部のそれぞれは前記延設方向に延設されたライン状に形成され、前記延設方向に直交する方向において、前記第1活物質構造体の前記凸部と前記第2活物質構造体の前記凸部とが交互に配置された請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用電極。   Each of the convex portions of the first active material structure is formed in a line extending in a predetermined extending direction along the surface of the current collector, while the convex of the second active material structure is formed. Each of the portions is formed in a line extending in the extending direction, and in the direction perpendicular to the extending direction, the convex portion of the first active material structure and the second active material structure The electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the convex portions are alternately arranged. 前記延設方向に直交する断面における前記第2活物質構造体の前記凸部の断面積が、前記延設方向における前記第1活物質構造体の前記凸部の断面積よりも大きい請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池用電極。   The cross-sectional area of the said convex part of the said 2nd active material structure in the cross section orthogonal to the said extending direction is larger than the cross-sectional area of the said convex part of the said 1st active material structure in the said extending direction. Or the electrode for lithium ion secondary batteries of 2. 前記第1の活物質の単位体積当たりの理論容量をQ1、前記第1活物質構造体の前記凸部のうち前記集電体表面に接触する部分の幅および前記集電体表面からの高さをそれぞれW1およびH1とし、前記第2の活物質の単位体積当たりの理論容量をQ2、前記第2活物質構造体の前記凸部のうち前記集電体表面に接触する部分の幅および前記集電体表面からの高さをそれぞれW2およびH2としたとき、以下の関係式:
W1・H1≦W2・H2・(Q2/Q1)
の関係が成立する請求項1ないし3のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用電極。
The theoretical capacity per unit volume of the first active material is Q1, the width of the portion of the first active material structure that contacts the current collector surface, and the height from the current collector surface. Are W1 and H1, respectively, Q2 is the theoretical capacity per unit volume of the second active material, and the width of the portion of the convex portion of the second active material structure that contacts the current collector surface and the current collector When the height from the electrical surface is W2 and H2, respectively, the following relational expression:
W1 / H1 ≦ W2 / H2 (Q2 / Q1)
The electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein:
前記第1の活物質は、リチウムとの合金化反応によりリチウムを吸蔵する材料を含む請求項1ないし4のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用電極。   The electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the first active material includes a material that occludes lithium by an alloying reaction with lithium. 前記第1の活物質はシリコンまたはシリコン化合物を含む請求項1ないし4のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用電極。   The electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the first active material contains silicon or a silicon compound. 前記第2の活物質はカーボンまたは金属酸化物を含む請求項1ないし6のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用電極。   The electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the second active material contains carbon or a metal oxide. 請求項1ないし7のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用電極と同一構成を有する負極電極と、電解質層と、正極活物質層および正極集電体が積層されてなる正極電極とが順番に積層された構造を有するリチウムイオン二次電池。   A negative electrode having the same configuration as the electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 7, an electrolyte layer, and a positive electrode formed by laminating a positive electrode active material layer and a positive electrode current collector in order. Lithium ion secondary battery having a structure laminated on. 集電体として機能する基材を保持する保持手段と、
第1の活物質を含む第1塗布液と、前記第1の活物質とは組成の異なる第2の活物質を含む第2塗布液とをそれぞれ個別に吐出して前記基材に塗布する塗布手段と、
前記基材と前記塗布手段とを所定の相対移動方向に相対移動させる相対移動手段と
を備え、
前記塗布手段は、前記相対移動方向と直交する方向において交互に前記第1塗布液と前記第2塗布液とを前記基材に塗布する電池用電極製造装置。
Holding means for holding a base material that functions as a current collector;
Application in which a first coating liquid containing a first active material and a second coating liquid containing a second active material having a composition different from that of the first active material are individually ejected and applied to the substrate. Means,
A relative movement means for relatively moving the base material and the coating means in a predetermined relative movement direction;
The battery electrode manufacturing apparatus for applying the first coating liquid and the second coating liquid to the base material alternately in the direction orthogonal to the relative movement direction.
前記第1の活物質は理論容量が前記第2の活物質よりも大きく、かつ、前記第2の活物質はリチウムイオン挿入脱離反応における体積変化が前記第1の活物質よりも小さい請求項9に記載の電池用電極製造装置。   The first active material has a larger theoretical capacity than the second active material, and the second active material has a smaller volume change in a lithium ion insertion / desorption reaction than the first active material. The battery electrode manufacturing apparatus according to 9. 前記塗布手段は、前記第1塗布液を連続的に送出可能な複数の第1吐出口と前記第2塗布液を連続的に送出可能な複数の第2吐出口とが前記相対移動方向に直交する方向に交互に配列されたノズル体を備える請求項9または10に記載の電池用電極製造装置。   In the coating unit, a plurality of first discharge ports capable of continuously feeding the first coating liquid and a plurality of second discharge ports capable of continuously feeding the second coating liquid are orthogonal to the relative movement direction. The apparatus for manufacturing a battery electrode according to claim 9 or 10, comprising nozzle bodies arranged alternately in a direction in which the battery electrode is arranged. 前記塗布手段は、前記第1塗布液を連続的に送出可能な複数の第1吐出口が前記相対移動方向に直交する方向に配列された第1ノズル体と、前記相対移動方向において前記第1ノズル体と異なる位置に配置され、前記第2塗布液を連続的に送出可能な複数の第2吐出口が前記相対移動方向に直交する方向に配列された第2ノズル体とを備え、前記相対移動方向に直交する方向における前記複数の第1吐出口の位置と前記複数の第2吐出口の位置とが互いに異なる請求項9または10に記載の電池用電極製造装置。   The coating means includes a first nozzle body in which a plurality of first discharge ports capable of continuously delivering the first coating liquid are arranged in a direction orthogonal to the relative movement direction, and the first nozzle body in the relative movement direction. A plurality of second discharge ports arranged at positions different from the nozzle body and capable of continuously delivering the second coating liquid are arranged in a direction perpendicular to the relative movement direction, and the relative The battery electrode manufacturing apparatus according to claim 9 or 10, wherein positions of the plurality of first discharge ports and positions of the plurality of second discharge ports in a direction orthogonal to a moving direction are different from each other. ロール状に巻回された長尺シート状の前記基材を保持するとともに該ロールから引き出される前記基材を一定速度で巻き取る1対のローラ部材を備え、該ローラ部材が前記保持手段および前記相対移動手段としての機能を有する請求項9ないし12のいずれかに記載の電池用電極製造装置。   A long sheet-like base material wound in a roll shape is held, and a pair of roller members for winding the base material drawn from the roll at a constant speed are provided. The battery electrode manufacturing apparatus according to any one of claims 9 to 12, which has a function as a relative movement means. 集電体として機能する基材の表面に第1の活物質を含む第1塗布液を塗布して、前記集電体表面の複数箇所においてそれぞれ前記集電体表面から突出する複数の凸部を有する第1活物質構造体を形成する工程と、
前記基材の表面に、リチウムイオン挿入脱離反応における体積変化および理論容量が前記第1の活物質よりも小さい第2の活物質を含む第2塗布液を塗布して、前記集電体表面の複数箇所においてそれぞれ前記集電体表面から突出する複数の凸部を有する第2活物質構造体を形成する工程と
を備え、前記第1活物質構造体と前記第2活物質構造体とを前記集電体表面において互いに離隔して形成する電池用電極製造方法。
Applying a first coating liquid containing a first active material to the surface of a base material functioning as a current collector, a plurality of protrusions projecting from the current collector surface respectively at a plurality of locations on the current collector surface Forming a first active material structure having:
A surface of the current collector is coated with a second coating liquid containing a second active material whose volume change and theoretical capacity in the lithium ion insertion / desorption reaction is smaller than that of the first active material. Forming a second active material structure having a plurality of convex portions projecting from the surface of the current collector at a plurality of locations of the first active material structure and the second active material structure, The battery electrode manufacturing method which forms mutually spaced apart on the said collector surface.
前記第1活物質構造体の前記凸部のそれぞれを前記集電体表面に沿った所定の延設方向に延びるライン状に形成する一方、前記第2活物質構造体の前記凸部のそれぞれを前記延設方向に延びるライン状に形成し、前記延設方向に直交する方向において、前記第1活物質構造体の前記凸部と前記第2活物質構造体の前記凸部とを交互に配置する請求項14に記載の電池用電極製造方法。   Each of the convex portions of the first active material structure is formed in a line shape extending in a predetermined extending direction along the surface of the current collector, while each of the convex portions of the second active material structure is formed. Formed in a line extending in the extending direction, and alternately arranging the convex portions of the first active material structure and the convex portions of the second active material structure in a direction perpendicular to the extending direction. The battery electrode manufacturing method according to claim 14.
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