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JP2021034243A - Cutting device for electrode of all-solid-state battery - Google Patents

Cutting device for electrode of all-solid-state battery Download PDF

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JP2021034243A
JP2021034243A JP2019153589A JP2019153589A JP2021034243A JP 2021034243 A JP2021034243 A JP 2021034243A JP 2019153589 A JP2019153589 A JP 2019153589A JP 2019153589 A JP2019153589 A JP 2019153589A JP 2021034243 A JP2021034243 A JP 2021034243A
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JP
Japan
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electrode
cutting
solid
laser
cutting device
Prior art date
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JP2019153589A
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Japanese (ja)
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佐藤 彰生
Akio Sato
彰生 佐藤
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Abstract

To provide a cutting device for an electrode of an all-solid-state battery capable of suppressing the generation of a foreign matter caused by electrode cutting.SOLUTION: A cutting device 100 for an electrode 60 of an all-solid-state battery includes a laser beam irradiation unit 10 that irradiates the electrode 60 with a laser beam 12 to soften the electrode 60, a blade cutting unit 20 that cuts the electrode 60 with a cutting tool 22, and a control unit 30 that controls to cut the softened electrode 60 with the cutting tool 22.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、全固体電池の電極の切断装置に関する。 The present invention relates to an all-solid-state battery electrode cutting device.

近年、リチウム二次電池等の二次電池は、パソコン、携帯端末等のポータブル電源や、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)等の車両駆動用電源などに好適に用いられている。 In recent years, secondary batteries such as lithium secondary batteries have been used as portable power sources for personal computers, mobile terminals, etc., and vehicle drive power sources for electric vehicles (EV), hybrid vehicles (HV), plug-in hybrid vehicles (PHV), etc. It is preferably used.

二次電池は、その普及に伴い、さらなる高性能化が望まれている。高性能の二次電池として、電解液を固体電解質で置換した全固体電池が注目されている。全固体電池の製造の際には、一般に、電極を所定寸法に裁断することが行われている。 With the widespread use of secondary batteries, further improvement in performance is desired. As a high-performance secondary battery, an all-solid-state battery in which an electrolytic solution is replaced with a solid electrolyte is drawing attention. In the manufacture of an all-solid-state battery, the electrodes are generally cut to a predetermined size.

例えば、特許文献1には、集電体層および活物質層を備える電池用積層体に、レーザ光源からレーザ光を照射して、当該電池用積層体を切断する技術が開示されている。また、特許文献2には、正極、固体電解質、および負極を備える電極体を、正極側および負極側に配置された2つの切断刃のかみ合わせにより切断する技術が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a technique of irradiating a battery laminate provided with a current collector layer and an active material layer with laser light from a laser light source to cut the battery laminate. Further, Patent Document 2 discloses a technique for cutting an electrode body including a positive electrode, a solid electrolyte, and a negative electrode by engaging two cutting blades arranged on the positive electrode side and the negative electrode side.

特開2016−219348号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-219348 特開2014−127260号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-127260

しかしながら、本発明者が鋭意検討した結果、上記従来技術のようにレーザで電極を切断する場合には、電極材料が瞬間的に高温になることによる突沸等によって異物が発生し、この異物が短絡等を引き起こし、その結果、電池性能を低下させるという問題があることを見出した。
また、上記従来技術のように切断刃によって電極を切断する場合には、電極材料が硬い一方で脆いため、切断部において電極材料の割れが生じ、割れた電極材料が切断部から脱落して異物となり、この異物もまた短絡等を引き起こし、その結果、電池性能を低下させるという問題があることを見出した。
However, as a result of diligent studies by the present inventor, when the electrode is cut with a laser as in the above-mentioned prior art, foreign matter is generated due to bumping or the like caused by the momentary high temperature of the electrode material, and this foreign matter is short-circuited. As a result, it has been found that there is a problem that the battery performance is lowered.
Further, when the electrode is cut by a cutting blade as in the above-mentioned conventional technique, the electrode material is hard but brittle, so that the electrode material is cracked at the cut portion, and the cracked electrode material falls off from the cut portion and is a foreign substance. Therefore, it was found that this foreign substance also causes a short circuit or the like, and as a result, there is a problem that the battery performance is deteriorated.

そこで、本発明の目的は、電極の切断に起因する異物の発生を抑制可能な全固体電池の電極の切断装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an electrode cutting device for an all-solid-state battery capable of suppressing the generation of foreign matter due to electrode cutting.

ここに開示される全固体電池の電極の切断装置は、電極にレーザ光を照射して前記電極を軟化させるレーザ光照射部と、前記電極を刃具により切断する刃切断部と、前記電極が軟化した状態で前記刃具により切断するよう制御する制御部と、を備える。
このような構成によれば、電極の切断に起因する異物の発生を抑制可能な全固体電池の電極の切断装置が提供される。
The electrode cutting device of the all-solid-state battery disclosed herein includes a laser beam irradiation unit that irradiates the electrode with laser light to soften the electrode, a blade cutting unit that cuts the electrode with a cutting tool, and the electrode softens. It is provided with a control unit that controls cutting by the cutting tool in the state of being cut.
According to such a configuration, an electrode cutting device for an all-solid-state battery capable of suppressing the generation of foreign matter due to the cutting of the electrodes is provided.

本発明の一実施形態に係る全固体電池の電極の切断装置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the electrode cutting apparatus of the all-solid-state battery which concerns on one Embodiment of this invention.

以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば、本発明を特徴付けない全固体電池の電極の切断装置の一般的な構成および製造プロセス)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚み等)は実際の寸法関係を反映するものではない。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that matters other than those specifically mentioned in the present specification and necessary for carrying out the present invention (for example, general configurations and manufactures of electrode cutting devices for all-solid-state batteries that do not characterize the present invention). The process) can be grasped as a design matter of a person skilled in the art based on the prior art in the art. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in the present specification and common general technical knowledge in the art. Further, in the following drawings, members / parts having the same action are described with the same reference numerals. Further, the dimensional relations (length, width, thickness, etc.) in each drawing do not reflect the actual dimensional relations.

図1に、本実施形態に係る全固体電池の電極の切断装置の一例を模式的に示す。図1に示す切断装置100は、レーザ光照射部10と、刃切断部20と、制御部30とを備える。図示されるように、切断装置100は、可動ステージ40を備えていてもよい。切断装置100は、支持台50を備えていてもよい。 FIG. 1 schematically shows an example of an electrode cutting device for an all-solid-state battery according to the present embodiment. The cutting device 100 shown in FIG. 1 includes a laser beam irradiation unit 10, a blade cutting unit 20, and a control unit 30. As shown, the cutting device 100 may include a movable stage 40. The cutting device 100 may include a support 50.

レーザ光照射部10は、可動ステージ40上に配置された全固体電池の電極60にレーザ光12を照射して電極60を軟化できるように構成されている。レーザ光照射部10は、切断装置100に固定されているが、その位置を修正することも可能である。
レーザ光照射部10として、レーザ出力が一定であって当該レーザ出力が電極60の軟化に適したものを用いてもよいし、レーザ出力を変更可能であって、電極60を軟化可能なレーザ出力に調整できるものを用いてもよい。
レーザ光照射部10には、ファイバレーザが採用されており、よってレーザ照射部10は、ファイバレーザ照射器として構成されている。しかしながら、レーザ光照射部10のレーザは、ファイバレーザに限られず、電極60を軟化可能である限りその種類に制限はない。レーザは、例えば、固体レーザ(例、YAGレーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ等)、液体レーザ(例、色素レーザ等)、気体レーザ(例、COレーザ等)、半導体レーザ、自由電子レーザ、化学レーザ等であってよい。
The laser light irradiation unit 10 is configured so that the electrode 60 of the all-solid-state battery arranged on the movable stage 40 can be irradiated with the laser light 12 to soften the electrode 60. Although the laser light irradiation unit 10 is fixed to the cutting device 100, its position can be corrected.
As the laser light irradiating unit 10, a laser output having a constant laser output and having a laser output suitable for softening the electrode 60 may be used, or a laser output capable of changing the laser output and softening the electrode 60. You may use the one that can be adjusted to.
A fiber laser is adopted for the laser light irradiating unit 10, so that the laser irradiating unit 10 is configured as a fiber laser irradiator. However, the laser of the laser light irradiation unit 10 is not limited to the fiber laser, and the type is not limited as long as the electrode 60 can be softened. Lasers, for example, a solid-state laser (e.g., YAG laser, a glass laser, a ruby laser, etc.), liquid lasers (e.g., dye laser, etc.), gas lasers (e.g., CO 2 laser or the like), a semiconductor laser, free electron lasers, chemical It may be a laser or the like.

刃切断部20は、刃具22を備え、電極60を刃具22により切断可能に構成されている。刃切断部20は、切断装置100に固定されているが、その位置を修正することも可能である。
図示例では、刃切断部20は、超音波振動する刃具22を備える超音波カッターである。刃切断部20の種類はこれに制限されず、刃切断部20として、他の裁断機(例、回転刃を備えるスリッター、垂直方向に可動する切断刃を備えるカッター等)を用いることもできる。
The blade cutting portion 20 includes a cutting tool 22, and is configured so that the electrode 60 can be cut by the cutting tool 22. Although the blade cutting portion 20 is fixed to the cutting device 100, its position can be corrected.
In the illustrated example, the blade cutting portion 20 is an ultrasonic cutter provided with a blade tool 22 that vibrates ultrasonically. The type of the blade cutting portion 20 is not limited to this, and other cutting machines (eg, a slitter having a rotary blade, a cutter having a cutting blade movable in the vertical direction, etc.) can be used as the blade cutting portion 20.

制御部30は、電極60が軟化した状態で、刃切断部20の刃具22により切断するよう制御するように構成されている。
制御部30は、切断装置100に接続されたNC制御装置やコンピュータである。しかしながら、上記の制御が可能な限り、これに限られない。当該コンピュータは、中央演算処理装置(CPU)と、CPUが実行するプログラムなどが格納されたROMと、RAMなどを備えていてもよい。当該プログラムによって、電極60が軟化した後、刃切断部20の刃具22により切断するよう切断装置100を制御することができる。当該制御は、コンピュータにインストールされたソフトウェアによってなされてもよい。
制御部30は、レーザ光照射部10、刃切断部20、および支持台50に接続されている。しかしながら、上記の制御が可能な限り、制御部30と接続されている部分はこれに限られない。
上記の制御においては、例えば、電極60が軟化した状態で刃切断部20の刃具22により切断がなされるように、レーザ光照射部10からのレーザ光12の出力、レーザ光12の照射地点と刃切断部20の刃先との距離(レーザ光照射部10の位置と刃切断部の位置)、可動ステージの移動速度等が調整される。
The control unit 30 is configured to control cutting by the blade tool 22 of the blade cutting unit 20 in a state where the electrode 60 is softened.
The control unit 30 is an NC control device or a computer connected to the cutting device 100. However, the above control is not limited to this as long as possible. The computer may include a central processing unit (CPU), a ROM in which a program executed by the CPU and the like are stored, a RAM, and the like. According to the program, the cutting device 100 can be controlled so that the electrode 60 is softened and then cut by the cutting tool 22 of the blade cutting portion 20. Such control may be performed by software installed on the computer.
The control unit 30 is connected to the laser light irradiation unit 10, the blade cutting unit 20, and the support base 50. However, as long as the above control is possible, the portion connected to the control unit 30 is not limited to this.
In the above control, for example, the output of the laser light 12 from the laser light irradiation unit 10 and the irradiation point of the laser light 12 are set so that the cutting is performed by the cutting tool 22 of the blade cutting portion 20 in the softened state of the electrode 60. The distance of the blade cutting portion 20 to the cutting edge (the position of the laser light irradiation portion 10 and the position of the blade cutting portion), the moving speed of the movable stage, and the like are adjusted.

支持台50上に設けられた可動ステージ40には、電極60が設置され、可動ステージ40上で電極の切断が行われる。
可動ステージ40は、支持台50上を水平方向に可動、特に、直線方向に可動であるように構成されている。
支持台50は、可動ステージ40を支持するための台である。支持台50の内部には、可動ステージ40を移動させるための機構(例、モータ等)が備えられている。可動ステージ40の移動速度は、制御部30によって制御可能に構成されている。
An electrode 60 is installed on the movable stage 40 provided on the support base 50, and the electrode is cut on the movable stage 40.
The movable stage 40 is configured to be movable in the horizontal direction, particularly in the linear direction, on the support base 50.
The support base 50 is a base for supporting the movable stage 40. Inside the support base 50, a mechanism (eg, a motor or the like) for moving the movable stage 40 is provided. The moving speed of the movable stage 40 can be controlled by the control unit 30.

なお、切断装置100の構成は、上記した例に限られない。
例えば、切断装置100は、ステージが可動せずに固定されており、レーザ光照射部10および刃切断部20が移動可能なように構成することもできる。
The configuration of the cutting device 100 is not limited to the above example.
For example, in the cutting device 100, the stage is fixed so as not to move, and the laser light irradiation unit 10 and the blade cutting unit 20 can be configured to be movable.

また、切断装置100は、温度センサ(図示せず)を備えていてもよい。当該温度センサは、例えば、可動ステージ40の上方に設置される非接触式の温度センサであり、レーザ光が照射された電極60の上面の温度を計測するように構成される。あるいは、当該温度センサは、例えば、可動ステージ40内に設置される接触式の温度センサであり、レーザ光が照射された電極60の下面の温度を計測するように構成される。なお、本明細書では、可動ステージ40と接触する電極60の一方の主面を「下面」、当該下面に対向する他方の主面を「上面」と呼んでいる。
温度センサの温度が制御部30に出力され、これに応じて制御部30が、レーザ光照射部10からのレーザ光12の出力、レーザ光12の照射地点と刃切断部20の刃先との距離(レーザ光照射部10の位置と刃切断部の位置)、可動ステージの移動速度等を調整するような構成としてもよい。
Further, the cutting device 100 may include a temperature sensor (not shown). The temperature sensor is, for example, a non-contact temperature sensor installed above the movable stage 40, and is configured to measure the temperature of the upper surface of the electrode 60 irradiated with the laser beam. Alternatively, the temperature sensor is, for example, a contact-type temperature sensor installed in the movable stage 40, and is configured to measure the temperature of the lower surface of the electrode 60 irradiated with the laser beam. In the present specification, one main surface of the electrode 60 in contact with the movable stage 40 is referred to as a "lower surface", and the other main surface facing the lower surface is referred to as an "upper surface".
The temperature of the temperature sensor is output to the control unit 30, and in response to this, the control unit 30 outputs the laser light 12 from the laser light irradiation unit 10, and the distance between the irradiation point of the laser light 12 and the cutting edge of the blade cutting unit 20. (The position of the laser beam irradiation unit 10 and the position of the blade cutting portion), the moving speed of the movable stage, and the like may be adjusted.

切断装置100によって切断されるのは、全固体電池の電極60である。以下、電極60について説明する。なお、電極60は切断装置100の構成要素ではない。
電極60は、典型的には、活物質層を備える。
電極60は、集電体をさらに備えていてもよい。電極が集電体を備える場合、活物質層は、集電体の片面に設けられていてもよく、両面に設けられていてもよい。
電極60は、剥離基材をさらに備えていてもよい。剥離基材を備える電極60は、例えば、当該電極60を他の電極に転写して電極体を作製するのに用いることができる。
電極60は、固体電解質層をさらに備えていてもよい。
It is the electrode 60 of the all-solid-state battery that is cut by the cutting device 100. Hereinafter, the electrode 60 will be described. The electrode 60 is not a component of the cutting device 100.
The electrode 60 typically comprises an active material layer.
The electrode 60 may further include a current collector. When the electrode includes a current collector, the active material layer may be provided on one side of the current collector or on both sides.
The electrode 60 may further include a release base material. The electrode 60 provided with the release base material can be used, for example, to transfer the electrode 60 to another electrode to prepare an electrode body.
The electrode 60 may further include a solid electrolyte layer.

電極60が正極である場合、活物質層(すなわち、正極活物質層)は、正極活物質を含有する。
正極活物質としては、公知の全固体電池に使用されているものを用いてよい。正極活物質の例としては、リチウムニッケル系複合酸化物、リチウムコバルト系複合酸化物、リチウムマンガン系複合酸化物、リチウムニッケルコバルト系複合酸化物、リチウムニッケルマンガン系複合酸化物、リチウムニッケルコバルトマンガン系複合酸化物等のリチウム遷移金属複合酸化物;LiFePO等のオリビン構造のリチウム複合化合物などが挙げられる。
正極活物質の平均粒子径は、特に限定されないが、例えば0.5μm〜20μmであり、好ましくは1μm〜10μmである。
なお、本明細書において「平均粒子径」は、特に断りがない限り、レーザ回折・光散乱法に基づく粒度分布測定により測定した体積基準の粒度分布おいて、微粒子側からの累積50%に相当する粒径(D50粒径、メジアン径ともいう)のことをいう。
When the electrode 60 is a positive electrode, the active material layer (that is, the positive electrode active material layer) contains the positive electrode active material.
As the positive electrode active material, those used in known all-solid-state batteries may be used. Examples of positive electrode active materials include lithium nickel-based composite oxides, lithium cobalt-based composite oxides, lithium manganese-based composite oxides, lithium nickel cobalt-based composite oxides, lithium nickel-manganese-based composite oxides, and lithium nickel cobalt manganese-based composite oxides. Lithium transition metal composite oxides such as composite oxides; lithium composite compounds having an olivine structure such as LiFePO 4 and the like can be mentioned.
The average particle size of the positive electrode active material is not particularly limited, but is, for example, 0.5 μm to 20 μm, preferably 1 μm to 10 μm.
Unless otherwise specified, the "average particle size" in the present specification corresponds to a cumulative 50% from the particle size side in the volume-based particle size distribution measured by particle size distribution measurement based on the laser diffraction / light scattering method. It refers to the particle diameter of the (D 50 particle size, also called median diameter) of.

正極活物質層は、固体電解質をさらに含有していてもよい。
固体電解質としては、公知の全固体電池に使用されているものを用いてよい。固体電解質を構成する材料の例としては、硫化物固体電解質材料、酸化物固体電解質材料、窒化物固体電解質材料、ハロゲン化物固体電解質材料等が挙げられる。硫化物固体電解質材料としては、LiS−P系材料、LiS−GeS系材料、LiS−GeS−P系材料、LiS−SiS系材料、LiS−B系材料、LiPO−P系材料等の硫化物材料が例示される。また、上記硫化物材料にハロゲン元素を添加したハロゲン添加硫化物材料も使用することができる。酸化物固体電解質材料としては、リチウムランタンジルコニウム含有複合酸化物(LLZO)、Alドープ−LLZO、リチウムランタンチタン含有複合酸化物(LLTO)、Alドープ−LLTO、リン酸リチウムオキシナイトライド(LIPON)等が例示される。
固体電解質の平均粒子径は、特に限定されないが、例えば0.5μm〜10μmであり、好ましくは1μm〜5μmである。
The positive electrode active material layer may further contain a solid electrolyte.
As the solid electrolyte, those used in known all-solid-state batteries may be used. Examples of the materials constituting the solid electrolyte include sulfide solid electrolyte materials, oxide solid electrolyte materials, nitride solid electrolyte materials, halide solid electrolyte materials and the like. As the sulfide solid electrolyte material, Li 2 S-P 2 S 5 system material, Li 2 S-GeS 2 system material, Li 2 S-GeS 2 -P 2 S 5 system material, Li 2 S-SiS 2 system material , Li 2 S-B 2 S 3 type material, sulfide material such as Li 3 PO 4 -P 2 S 5 based material is exemplified. Further, a halogen-added sulfide material obtained by adding a halogen element to the sulfide material can also be used. Examples of the oxide solid electrolyte material include lithium lanthanum zirconium-containing composite oxide (LLZO), Al-doped-LLZO, lithium lanthanum titanium-containing composite oxide (LLTO), Al-doped-LLTO, lithium oxynitride phosphate (LIPON), and the like. Is exemplified.
The average particle size of the solid electrolyte is not particularly limited, but is, for example, 0.5 μm to 10 μm, preferably 1 μm to 5 μm.

正極活物質層は、必要に応じ、導電材(例、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブなど)、バインダ(例、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレンテレフタレート(PTFE)等のフッ素系バインダや、スチレンブタジエンラバー(SBR)等のゴム系バインダなど)等をさらに含有していてもよい。 The positive electrode active material layer is, if necessary, a conductive material (eg, carbon black such as acetylene black, graphite, carbon nanotubes, etc.), a binder (eg, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene terephthalate (PTFE), or the like, and a fluorine-based binder. , A rubber-based binder such as styrene-butadiene rubber (SBR), etc.) may be further contained.

電極が正極である場合、集電体(すなわち、正極集電体)は、典型的には、良好な導電性を有する金属(例えば、アルミニウム、ニッケル、チタン、ステンレス鋼等)から構成され、好適にはアルミニウム製である。正極集電体は、箔状体であることが好ましい。正極集電体として特に好適には、アルミニウム箔である。
正極集電体の厚みは、特に限定されないが、電池の容量密度と集電体の強度との兼ね合いから、5μm〜50μmが好ましく、8μm〜30μmがより好ましい。
When the electrode is a positive electrode, the current collector (ie, the positive electrode current collector) is typically composed of a metal with good conductivity (eg, aluminum, nickel, titanium, stainless steel, etc.) and is suitable. Is made of aluminum. The positive electrode current collector is preferably a foil-like body. Aluminum foil is particularly preferable as the positive electrode current collector.
The thickness of the positive electrode current collector is not particularly limited, but is preferably 5 μm to 50 μm, more preferably 8 μm to 30 μm, in view of the balance between the capacity density of the battery and the strength of the current collector.

電極60が負極である場合、活物質層(すなわち、負極活物質層)は、負極活物質を含有する。
負極活物質としては、公知の全固体電池に使用されているものを用いてよい。負極活物質の例としては、黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン、カーボンナノチューブ等の炭素系負極活物質;Si、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素等のSi系負極活物質;スズ、スズ酸化物、スズ窒化物、スズ含有合金等のSn系負極活物質などが挙げられる。
負極活物質の平均粒子径は、特に限定されないが、例えば1μm〜20μmであり、好ましくは2μm〜10μmである。
負極活物質層は、固体電解質をさらに含有していてもよい。当該固体電解質の例としては、上記正極活物質層に含有されるものと同じものが挙げられる。
負極活物質層は、必要に応じ、導電材(例、アセチレンブラック等のカーボンブラック、気相法炭素繊維等の炭素材料など)、バインダ(例、PVDF、PTFE等のフッ素系バインダや、SBR等のゴム系バインダなど)等をさらに含有していてもよい。
負極活物質層の厚みは、特に限定されないが、例えば10μm〜500μmである。
When the electrode 60 is a negative electrode, the active material layer (that is, the negative electrode active material layer) contains the negative electrode active material.
As the negative electrode active material, those used in known all-solid-state batteries may be used. Examples of negative electrode active materials include carbon-based negative electrode active materials such as graphite, hard carbon, soft carbon, and carbon nanotubes; Si-based negative electrode active materials such as Si, silicon oxide, silicon carbide, and silicon nitride; tin, tin oxide, and the like. Examples thereof include Sn-based negative electrode active materials such as tin nitride and tin-containing alloys.
The average particle size of the negative electrode active material is not particularly limited, but is, for example, 1 μm to 20 μm, preferably 2 μm to 10 μm.
The negative electrode active material layer may further contain a solid electrolyte. Examples of the solid electrolyte include the same ones contained in the positive electrode active material layer.
The negative electrode active material layer may be a conductive material (eg, carbon black such as acetylene black, carbon material such as vapor phase carbon fiber, etc.), a binder (eg, a fluorine-based binder such as PVDF, PTFE, SBR, etc.), if necessary. (Rubber-based binder, etc.) may be further contained.
The thickness of the negative electrode active material layer is not particularly limited, but is, for example, 10 μm to 500 μm.

電極60が負極である場合、集電体(すなわち、負極集電体)は、典型的には、Liと合金を形成し難くかつ良好な導電性を有する金属(例えば、銅、銅合金、ニッケル等)から構成され、好適には銅製である。負極集電体は、箔状体であることが好ましい。負極集電体として特に好適には、銅箔である。
負極集電体の厚みは、特に限定されないが、電池の容量密度と集電体の強度との兼ね合いから、5μm〜50μmが好ましく、8μm〜40μmがより好ましい。
When the electrode 60 is a negative electrode, the current collector (ie, the negative electrode current collector) is typically a metal (eg, copper, copper alloy, nickel) that is difficult to alloy with Li and has good conductivity. Etc.), preferably made of copper. The negative electrode current collector is preferably a foil-like body. Copper foil is particularly preferable as the negative electrode current collector.
The thickness of the negative electrode current collector is not particularly limited, but is preferably 5 μm to 50 μm, more preferably 8 μm to 40 μm, in view of the balance between the capacity density of the battery and the strength of the current collector.

固体電解質層は、固体電解質を含有する。当該固体電解質の例としては、上記正極活物質層に含有されるものと同じものが挙げられる。
固体電解質層は、バインダ(例、PVDF、PTFE等のフッ素系バインダや、SBR等のゴム系バインダなど)等をさらに含有していてもよい。
固体電解質層の厚みは、特に限定されないが、例えば0.1μm〜500μmである。
The solid electrolyte layer contains a solid electrolyte. Examples of the solid electrolyte include the same ones contained in the positive electrode active material layer.
The solid electrolyte layer may further contain a binder (eg, a fluorine-based binder such as PVDF or PTFE, a rubber-based binder such as SBR, etc.).
The thickness of the solid electrolyte layer is not particularly limited, but is, for example, 0.1 μm to 500 μm.

剥離基材の例としては、アルミニウム箔等が挙げられる。 Examples of the release base material include aluminum foil and the like.

電極60は、正極と、負極と、固体電解質層を備える電極体の形態にあってもよい。 The electrode 60 may be in the form of an electrode body including a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte layer.

次に、切断装置100によって電極60を切断する際の動作について説明する。
支持台50上の可動ステージ40に電極60を配置する。可動ステージ40は、矢印Sの方向に移動可能である。よって、電極60の切断方向が矢印Sの方向に一致するように配置する。
Next, the operation when the electrode 60 is cut by the cutting device 100 will be described.
The electrode 60 is arranged on the movable stage 40 on the support base 50. The movable stage 40 can move in the direction of the arrow S. Therefore, the electrode 60 is arranged so that the cutting direction coincides with the direction of the arrow S.

一方で、制御部30であるコンピュータに対し、電極60に関する情報の入力を行い、可動ステージ40の移動速度、およびレーザ光の照射地点と刃切断部20の刃先との距離(オフセット距離)Dとを決定する。具体的に例えば、電極60の軟化に必要な加熱時間(s)に、可動ステージ40の移動速度(m/s)を乗じることにより、オフセット距離Dを決定する。この決定に応じて、刃切断部20の位置が修正される。 On the other hand, information about the electrode 60 is input to the computer which is the control unit 30, and the moving speed of the movable stage 40 and the distance (offset distance) D between the laser beam irradiation point and the cutting edge of the blade cutting unit 20 are obtained. To determine. Specifically, for example, the offset distance D is determined by multiplying the heating time (s) required for softening the electrode 60 by the moving speed (m / s) of the movable stage 40. According to this determination, the position of the blade cutting portion 20 is corrected.

電極60の上面に、レーザ光照射部10からレーザ光12を照射する。このとき、可動ステージ40は、上記決定された移動速度で矢印の方向Sに移動する。レーザ光12の照射によって、電極60が局所的に加熱されて軟化する。レーザ光12の照射地点において、電極60の厚さ方向全体で軟化させることが好ましい。
次いで、刃切断部20によって、切断がなされる。ここで、可動ステージ40の移動速度と、オフセット距離Dが制御部30によって適切に調整されていることにより、電極60が軟化したまま、刃切断部20によって切断がなされる。
The upper surface of the electrode 60 is irradiated with the laser beam 12 from the laser beam irradiation unit 10. At this time, the movable stage 40 moves in the direction S of the arrow at the above-determined moving speed. The electrode 60 is locally heated and softened by irradiation with the laser beam 12. At the irradiation point of the laser beam 12, it is preferable to soften the entire electrode 60 in the thickness direction.
Next, cutting is performed by the blade cutting portion 20. Here, since the moving speed of the movable stage 40 and the offset distance D are appropriately adjusted by the control unit 30, cutting is performed by the blade cutting unit 20 while the electrode 60 is softened.

このように、切断装置100によれば、電極60をレーザ光で局所的に加熱して軟化させた状態で刃切断部20により切断することによって、電極材料の割れを抑制することができる。よって、切断刃によって電極を切断する場合の電極材料の割れに起因する異物の発生を抑制することができる。加えて、電極60が加熱される温度は、電極材料が突沸等を起こす温度よりも十分に低いため(例えば、80℃程度であり得る)、レーザで電極を切断する場合の突沸等に起因する異物の発生を抑制することができる。すなわち、切断装置100によれば、電極の切断に起因する異物の発生を抑制することができる。 As described above, according to the cutting device 100, cracking of the electrode material can be suppressed by cutting the electrode 60 with the blade cutting portion 20 in a state of being softened by locally heating with a laser beam. Therefore, it is possible to suppress the generation of foreign matter due to cracking of the electrode material when the electrode is cut by the cutting blade. In addition, the temperature at which the electrode 60 is heated is sufficiently lower than the temperature at which the electrode material causes bumping or the like (for example, it may be about 80 ° C.), which is caused by bumping or the like when the electrode is cut by a laser. The generation of foreign matter can be suppressed. That is, according to the cutting device 100, it is possible to suppress the generation of foreign matter due to the cutting of the electrodes.

また、別の側面から、電極をレーザで加熱して軟化させた状態で刃具によって切断することにより、電極の切断に起因する異物の発生を抑制することができることから、電極の切断に起因する異物の発生を抑制することができる、全固体電池の電極の製造方法が提供される。 Further, from another side, by cutting the electrode with a cutting tool in a state of being softened by heating with a laser, it is possible to suppress the generation of foreign matter caused by the cutting of the electrode, so that the foreign matter caused by the cutting of the electrode can be suppressed. Provided is a method for manufacturing an electrode of an all-solid-state battery, which can suppress the occurrence of.

当該全固体電池の電極の製造方法は、電極と同じ材料で構成され、電極よりも大きな寸法を有する電極用シートにレーザ光を照射して、当該電極用シートを軟化させる工程と、当該軟化した電極用シートを、軟化したまま刃具で切断する工程と、を包含する。 The method for manufacturing the electrode of the all-solid-state battery includes a step of irradiating a sheet for an electrode which is made of the same material as the electrode and has a size larger than the electrode with laser light to soften the sheet for the electrode and the softening of the sheet. It includes a step of cutting the electrode sheet with a cutting tool while it is softened.

切断装置100によって切断される電極60は、面積が大きい方(すなわち、切断距離が長い方)が、電極の切断に起因する異物の発生を抑制する利点が大きい。したがって、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)等の車両に搭載される駆動用電源として用いられる全固体電池の電極であることが好ましい。また、電極60は、全固体リチウム二次電池の電極であることが好ましい。 The larger the area of the electrode 60 cut by the cutting device 100 (that is, the longer the cutting distance), the greater the advantage of suppressing the generation of foreign matter due to the cutting of the electrode. Therefore, it is preferable that the electrode is an all-solid-state battery used as a driving power source mounted on a vehicle such as an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HV), or a plug-in hybrid vehicle (PHV). Further, the electrode 60 is preferably an electrode of an all-solid-state lithium secondary battery.

以下、本発明に関する実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。 Hereinafter, examples relating to the present invention will be described, but the present invention is not intended to be limited to those shown in such examples.

〔実施例〕
集電体の両面に活物質層が形成された全固体リチウム二次電池の電極を準備した。この電極の寸法は、長さ75mm×幅43mm×厚さ0.3mmであった。
また、図1に示す構成の切断装置を準備した。切断装置は、ファイバレーザと、超音波カッターと、コンピュータと、リニアスライダーとを備えていた。超音波カッターは、ファイバレーザの照射地点より所定の距離(オフセット距離)離して配置した。
リニアスライダー上に電極をセットし、ファイバレーザよりレーザ光を照射して電極を軟化させた。このとき、リニアスライダーを1m/sの速度で移動させた。このレーザ照射の条件は、以下の通りとした。
レーザ:IPGフォトニクス社製ファイバレーザ「YLR−150/1500−QCW−MM−AC」
ビーム径:φ1mm
レーザ出力:50W
〔Example〕
Electrodes for an all-solid-state lithium secondary battery in which active material layers were formed on both sides of the current collector were prepared. The dimensions of this electrode were 75 mm in length × 43 mm in width × 0.3 mm in thickness.
In addition, a cutting device having the configuration shown in FIG. 1 was prepared. The cutting device was equipped with a fiber laser, an ultrasonic cutter, a computer, and a linear slider. The ultrasonic cutter was placed at a predetermined distance (offset distance) from the irradiation point of the fiber laser.
The electrodes were set on the linear slider and irradiated with laser light from a fiber laser to soften the electrodes. At this time, the linear slider was moved at a speed of 1 m / s. The conditions for this laser irradiation were as follows.
Laser: IPG Photonics fiber laser "YLR-150 / 1500-QCW-MM-AC"
Beam diameter: φ1 mm
Laser output: 50W

引き続き、超音波カッターにより、電極を切断した。この切断の条件は以下の通りとした。
超音波カッター:Sonotec社製
発振器:SF−3441
出力:300W
周波数:22kHz
刃物材質:超硬
刃厚:0.4mm
Subsequently, the electrodes were cut with an ultrasonic cutter. The conditions for this cutting were as follows.
Ultrasonic cutter: Sonotec oscillator: SF-3441
Output: 300W
Frequency: 22kHz
Blade material: Carbide Blade thickness: 0.4 mm

切断した電極に対し、ほこりセンサ(SNC社製「SN−DSTH01」を用いて粉塵の発生の有無を調べた。その結果、リニアスライダーの移動速度1m/s、オフセット距離2〜6mmの条件で、30μm以上の粒径を有する粉塵(異物)が発生していないことが確認できた。
また、このことから加熱時間として2ms必要であることがわかる。これに関し、電極のレーザ照射地点の温度分布について測定したところ、レーザ照射地点において、2ms経過後に、電極の表面、中央部および裏面のすべての領域で温度が80℃以上となっているのが観測された。よって、本実施例では、電極の温度が80℃以上となっている間に切断を行うべきことが判明した。
A dust sensor ("SN-DSTH01" manufactured by SNC) was used to check the cut electrodes for the presence or absence of dust. As a result, the linear slider was moved at a speed of 1 m / s and an offset distance of 2 to 6 mm. It was confirmed that no dust (foreign matter) having a particle size of 30 μm or more was generated.
Further, from this, it can be seen that 2 ms is required as the heating time. Regarding this, when the temperature distribution of the laser irradiation point of the electrode was measured, it was observed that the temperature was 80 ° C. or higher in all the regions of the front surface, the central portion and the back surface of the electrode after 2 ms had passed at the laser irradiation point. Was done. Therefore, in this example, it was found that cutting should be performed while the temperature of the electrode is 80 ° C. or higher.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above.

10 レーザ光照射部
12 レーザ光
20 刃切断部
22 刃具
30 制御部
40 可動ステージ
50 支持台
60 電極
100 切断装置
10 Laser light irradiation unit 12 Laser light 20 Blade cutting unit 22 Blade tool 30 Control unit 40 Movable stage 50 Support base 60 Electrode 100 Cutting device

Claims (1)

電極にレーザ光を照射して前記電極を軟化させるレーザ光照射部と、
前記電極を刃具により切断する刃切断部と、
前記電極が軟化した状態で前記刃具により切断するよう制御する制御部と、
を備える全固体電池の電極の切断装置。
A laser beam irradiation unit that irradiates the electrodes with laser light to soften the electrodes,
A blade cutting portion that cuts the electrode with a cutting tool,
A control unit that controls cutting with the cutting tool in a softened state,
An all-solid-state battery electrode cutting device comprising.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2024111770A (en) * 2023-02-06 2024-08-19 トヨタ自動車株式会社 Anode active material, anode and solid-state battery

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