用于二次電池電極的制造方法和電極制造裝置制造方法
【專利摘要】一種用于二次電池電極的制造方法，包括以下步驟：傳送電極集電體（10）；向所述電極集電體（10）上涂覆以漿體狀態(tài)調(diào)制的活性物質(zhì)層形成組合物；以及使在所述電極集電體（10）上形成的由所述活性物質(zhì)層形成組合物制成的涂膜干燥。通過在與所述電極集電體（10）的涂膜面平行的方向上吹送第一熱空氣來使所述涂膜干燥。
【專利說明】用于二次電池電極的制造方法和電極制造裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于二次電池電極的制造方法。此外，本發(fā)明涉及一種適合于前述用于二次電池電極的制造方法的電極制造裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]已表達(dá)出將諸如鋰離子電池、鎳氫電池等二次電池作為電動(dòng)車輛或混合動(dòng)力車輛的驅(qū)動(dòng)源或者作為個(gè)人計(jì)算機(jī)或移動(dòng)終端的電源的期待。特別地，已期待將重量輕并提供高能量密度的鋰二次電池作為車載高輸出電源。在一典型構(gòu)型中，鋰二次電池配備有電極，該電極構(gòu)造成使得能可逆地吸入和放出鋰離子的材料(電極活性物質(zhì))由導(dǎo)電部件(電極集電體)保持。例如，作為用于負(fù)極的電極活性物質(zhì)(負(fù)極活性物質(zhì))的代表性示例，例示了諸如石墨碳、無(wú)定形碳等碳材料。此外，作為用于負(fù)極的電極集電體(負(fù)極集電體)的代表性示例，能夠提到主要由銅或銅合金制成的片狀或箔狀部件。另一方面，作為用于正極的電極活性物質(zhì)(正極活性物質(zhì))的代表性示例，能夠提到包含鋰和一種、兩種或更多種過渡金屬元素作為構(gòu)成金屬元素的氧化物。此外，作為用于正極的電極集電體(正極集電體)的代表性示例，能夠提到主要由鋁或鋁合金制成的片狀或箔狀部件。
[0003]作為在制造如上所述構(gòu)成的正極和負(fù)極(在下文中，正極和負(fù)極將被統(tǒng)稱為“電極”)時(shí)使負(fù)極集電體保持負(fù)極活性物質(zhì)的代表性方法，能夠提到以下方法。通過向電極集電體涂覆已使用電極活性物質(zhì)和分散在合適的介質(zhì)中的粘合劑(結(jié)合劑)以糊膏狀態(tài)或墨汁狀態(tài)調(diào)制的組合物(在下文中，該組合物將被簡(jiǎn)單地稱作“漿體”)——即電極活性物質(zhì)層形成用漿體——而形成包括電極活性物質(zhì)的一層(電極活性物質(zhì)層)。使?jié){體干燥。
[0004]在日本專利申請(qǐng)公報(bào)N0.2006-073234 (JP-2006-073234A)中，作為制造提供極板與活性物質(zhì)之間的高粘合性及優(yōu)良的循環(huán)特性的非水電解質(zhì)二次電池的方法，記載了 一種通過向干燥爐上方和下方的熱空氣的溫度賦予溫度差(5°C)來提高粘合強(qiáng)度的方法。此外，日本專利申請(qǐng)公報(bào)N0.2012-097917 (JP-2012-097917A)公開了一種構(gòu)型，其中能防止發(fā)生遷移現(xiàn)象的干燥部具有干燥氣氛互相不同的多個(gè)干燥爐，并且在最上游的一個(gè)干燥爐的下游配置有排氣口。
[0005]在日本專利申請(qǐng)公報(bào)N0.2006-073234 (JP-2006-073234A)中，需要高精度溫度控制設(shè)備來確保粘合性。此外，在日本專利申請(qǐng)公報(bào)N0.2006-073234 (JP-2006-073234A)的方法中，盡管在涂膜薄時(shí)可以期待某些效果，但是，如果所涂覆的糊膏量大，即濕膜的厚度增加，則導(dǎo)致極板附近的粘合劑上浮至所涂覆的漿體(所涂覆的糊膏)的表面層的遷移現(xiàn)象，使得粘合劑偏析/離析。當(dāng)粘合劑由于遷移現(xiàn)象而偏析時(shí)，粘合劑在活性物質(zhì)層中的分布變得不均一，并且不會(huì)獲得高品質(zhì)的電極片(例如，集電體與活性物質(zhì)層之間的粘合性降低)。
[0006]此外，在日本專利申請(qǐng)公報(bào)N0.2012-097917 (JP-2012-097917A)中，通過在特定位置配置排氣口來防止遷移現(xiàn)象。但是，涂膜的膜厚度的范圍、待涂覆的組合物中所含的溶劑等的設(shè)計(jì)自由度始終不高。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供了生產(chǎn)率優(yōu)良且品質(zhì)高的用于二次電池電極的制造方法和電極制造
裝置。
[0008]本發(fā)明的第一方面涉及一種用于二次電池電極的制造方法，所述制造方法包括:i)傳送電極集電體，?)向所述電極集電體上涂覆以漿體狀態(tài)調(diào)制的用于形成電極活性物質(zhì)層的組合物(在下文中稱作“活性物質(zhì)層形成組合物”)，以及iii)使涂覆在所述電極集電體上的由所述活性物質(zhì)層形成組合物制成的涂膜干燥。通過在與所述電極集電體的涂膜面平行的方向上將第一熱空氣吹送到所述涂膜面上來使所述涂膜干燥。
[0009]根據(jù)上述制造方法，通過在與電極集電體的涂膜面平行的方向上向所述涂膜面吹送第一熱空氣來抑制溶劑從涂膜快速蒸發(fā)。根據(jù)此構(gòu)型，在作為金屬基材的電極集電體涂覆有包含電池電極的構(gòu)成成分(活性物質(zhì)、粘合劑等)的漿體(糊膏)涂膜且然后干燥的情況下，能夠有效地防止?jié){體涂膜中的粘合劑上浮至表層部的遷移現(xiàn)象。結(jié)果，粘合劑在電極中的分布變得均一。這樣，能夠提聞涂I旲與電極集電體之間的粘合強(qiáng)度，并且能夠提供聞品質(zhì)的電池電極。此外，通過調(diào)節(jié)在平行方向上所吹送的第一熱空氣的空氣量、溫度和風(fēng)速以及電極集電體的傳送速度等，能夠擴(kuò)大用于獲得高品質(zhì)的電池電極的涂膜的膜厚度的范圍，以及活性物質(zhì)層形成組合物中包含的溶劑的類型的變更范圍。這樣，獲得了可以提高生產(chǎn)率的優(yōu)良優(yōu)點(diǎn)。
[0010]可與電極集電體的傳送方向相反地吹送第一熱空氣。此外，可在用于在平行方向上吹送所述第一熱空氣的區(qū)域在電極集電體的傳送方向上的上游和/或下游設(shè)置用于直接向所述電極集電體吹送第二熱空氣的區(qū)域。此外，可在與所述涂膜面基本垂直的方向上向所述電極集電體上吹送所述第二熱空氣。
[0011]本發(fā)明的第二方面涉及一種電極制造裝置，所述電極制造裝置配備有:傳送部，所述傳送部傳送電極集電體；涂覆部，所述涂覆部在所述電極集電體上形成涂膜；和干燥部，所述干燥部使所述涂膜干燥。所述干燥部配備有在與所述電極集電體平行的方向上向所述電極集電體吹出第一熱空氣的吹送部。
[0012]所述第一熱空氣的吹送方向可與所述電極集電體的傳送方向相反。
[0013]本發(fā)明具有可以提供生產(chǎn)率優(yōu)良且品質(zhì)高的用于二次電池電極的制造方法和電極制造裝置的優(yōu)良效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下面將參照附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例的特征、優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)和工業(yè)意義，在附圖中相似的附圖標(biāo)記表示相似的要素，并且其中:
[0015]圖1是用于說明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的電極制造裝置的一示例的示意圖；
[0016]圖2是用于說明涂膜的遷移的說明圖；
[0017]圖3是用于說明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的卷繞電極體的示意圖；
[0018]圖4是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的電池的示意圖；
[0019]圖5是用于說明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的電極制造裝置的一示例的示意圖；
[0020]圖6是用于說明根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的電極制造裝置的一示例的示意圖；以及
[0021]圖7是用于說明根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的電極制造裝置的一示例的示意圖。【具體實(shí)施方式】
[0022]下文將說明本發(fā)明適用的示例性實(shí)施例。本發(fā)明的實(shí)施例能夠基于在本說明書中公開的內(nèi)容和相關(guān)領(lǐng)域中的技術(shù)常識(shí)來實(shí)施。此外，在本發(fā)明的以下實(shí)施例中，相同的要素部件將分別用相同的附圖標(biāo)記表示，并且在適合時(shí)將省略其說明。
[0023][第一實(shí)施例]
[0024]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的用于二次電池的電極制造裝置I的一示例的示意圖。該用于二次電池的電極制造裝置I具有干燥部20、涂覆部30、傳送部40等。用于二次電池的電極制造裝置I能夠傳送作為基材的電極集電體10，通過涂覆部30形成涂膜11，并使所形成的涂膜11干燥。
[0025]干燥部20是使電極集電體10上的涂膜11干燥的裝置，并且配備有在平行于電極集電體10的涂膜面的方向上吹出熱空氣的吹送部。吹送部至少具有用于在平行于電極集電體10的涂膜面的方向上吹送熱空氣的區(qū)域即可。在此應(yīng)該注意的是，平行于電極集電體10的涂膜面的熱空氣流指主要平行于涂膜面流動(dòng)的氣流。是否存在未平行于涂膜面流動(dòng)的部分流無(wú)關(guān)緊要。此外，不需要在已傳送至干燥部20的電極集電體10的涂膜11的全部區(qū)域內(nèi)在平行方向上吹送熱空氣?？稍谝粋€(gè)或一些有助于干燥的區(qū)域內(nèi)采用其它構(gòu)型，如同本發(fā)明的后述實(shí)施例的情況下一樣。
[0026]吹送部能夠在平行于電極集電體10的涂膜面的方向上吹送熱空氣即可，并且可采用各種構(gòu)型。在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，在電極集電體10的上方安裝有在平行于電極集電體10的涂膜面的方向上吹送熱空氣的多個(gè)熱空氣吹出口 21作為吹送部。在圖1中，箭頭表示來自熱空氣吹出口 21的吹送方向。
[0027]順便說一下，如果能夠?qū)崿F(xiàn)在干燥部20中在平行于所傳送的電極集電體10的涂膜面的方向上吹送熱空氣，則熱空氣吹出口 21在干燥部20中的位置不受限制。熱空氣吹出口 21可貫通干燥部20中的側(cè)面或下部設(shè)置，或者設(shè)置在多個(gè)位置。亦即，熱空氣流在平行于電極集電體10的涂膜面的方向上流動(dòng)即可。
[0028]熱空氣吹出口 21是吹送通過合適的熱源(例如，加熱器)加熱的氣體的吹出口。利用熱空氣吹出口 21在平行方向上吹送熱空氣的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)裝置構(gòu)型的簡(jiǎn)化。順便說一下，除熱空氣干燥外，可一并使用諸如紅外線干燥等其它干燥裝置作為干燥部20的干燥裝置。
[0029]用于二次電池的電極制造裝置I配備有排氣口 22和聯(lián)接到該排氣口的回收部(未示出)，氣體經(jīng)所述排氣口排出至干燥部20之外?；厥詹繕?gòu)造成能從自排氣口 22排出的氣體回收上述涂膜的溶劑。通過將排氣口 22配置于在平行方向上吹送的熱空氣流的下游，能夠簡(jiǎn)單地形成在平行于涂膜11面的方向上流動(dòng)的熱空氣。順便說一下，在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，熱空氣與電極集電體10的傳送方向相反地流動(dòng)。但是，通過允許熱空氣從電極集電體10的傳送方向的寬度方向一端流向另一端,或允許熱空氣在與傳送方向相同的方向上流動(dòng)，可利用氣流方向調(diào)節(jié)裝置等來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的流動(dòng)。
[0030]從熱空氣吹出口 21吹送的氣體的類型并未具體受限。例如，該氣體可為空氣，或者諸如N2氣體或He氣體的惰性氣體。此外，干燥部20可沿著電極集電體10的傳送方向具有干燥氣氛互相不同的多個(gè)干燥爐。在此提到的干燥氣氛指熱空氣的溫度(干燥氣氛的溫度)、風(fēng)速、流量、風(fēng)向(熱空氣流的方向)等。從所有熱空氣吹出口 21吹送的氣體可被設(shè)定成溫度和風(fēng)速相等。但是，風(fēng)速和溫度可根據(jù)位置適合地變化。此外，還可適合地設(shè)定可動(dòng)性和非可動(dòng)性。
[0031]干燥部20具有控制單元(未示出)。該控制單元將干燥爐內(nèi)的氣氛控制為期望的干燥氣氛。在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，干燥部20具有單個(gè)干燥爐，但可具有多個(gè)即兩個(gè)或更多個(gè)干燥爐。
[0032]此外，夾雜有蒸發(fā)后的溶劑氣體的氣體(在下文中稱作運(yùn)載氣體)從熱空氣吹出口21導(dǎo)入干燥部20內(nèi)。導(dǎo)入干燥部20的運(yùn)載氣體的類型未被特別限制，并且可為例如空氣，或者諸如N2氣體或He氣體的惰性氣體。干燥部20具有供該運(yùn)載氣體供給到干燥部?jī)?nèi)所經(jīng)過的熱空氣吹出口 21和供該運(yùn)載氣體排出到干燥部外所經(jīng)過的排氣口(未示出)。排氣口允許在干燥爐內(nèi)蒸發(fā)的溶劑(氣化成分)連同運(yùn)載氣體一起排出至干燥部外。此外，熱空氣吹出口 21允許量與從排氣口排出的氣體相當(dāng)?shù)倪\(yùn)載氣體導(dǎo)入干燥部20內(nèi)。在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，運(yùn)載氣體從熱空氣吹出口供給。但是，可與熱空氣吹出口分開設(shè)置供給口，并且可經(jīng)該供給口和熱空氣吹出口供給運(yùn)載氣體。
[0033]作為回收運(yùn)載氣體中包含的溶劑的裝置，可以任意地使用通常被采用作為一般的回收裝置的裝置。回收部可被設(shè)計(jì)為冷卻回收裝置。例如，可使從排氣口排出的運(yùn)載氣體冷卻，并且可使蒸發(fā)后的溶劑的溫度降低至或低于露點(diǎn)、液化(冷凝)并被回收。優(yōu)選地，上述運(yùn)載氣體通過與使冷卻介質(zhì)流經(jīng)的盤管接觸而被冷卻。該冷卻回收裝置適合從小空氣量的氣體回收高濃度溶劑。
[0034]此外，回收部可被設(shè)計(jì)為吸附回收裝置。例如，從排氣口排出的溶劑氣體能夠通過被諸如沸石等吸附劑吸附而被回收。適合使用具有被支承在加工成蜂巢狀的結(jié)構(gòu)上的吸附劑的轉(zhuǎn)子/轉(zhuǎn)動(dòng)體。該轉(zhuǎn)子被分隔成吸附區(qū)域和再生區(qū)域。上述運(yùn)載氣體被供給至吸附區(qū)域，并且該運(yùn)載氣體中的溶劑被吸附轉(zhuǎn)子吸附。隨后使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并使已吸附了溶劑的吸附轉(zhuǎn)子移動(dòng)至再生區(qū)域。在再生區(qū)域內(nèi)，利用加熱器使被吸附轉(zhuǎn)子吸附的溶劑脫附。脫附的溶劑可被冷卻、液化和回收。該吸附回收裝置適合從大空氣量的氣體回收低濃度溶劑。
[0035]熱空氣吹出口 21聯(lián)接到熱空氣發(fā)生裝置(未示出)。作為熱空氣發(fā)生裝置，能夠任意地選擇常規(guī)地被用作一般的熱空氣發(fā)生裝置的裝置。熱空氣發(fā)生裝置具有例如內(nèi)置的吹送風(fēng)扇和加熱器，并將熱空氣送入干燥部20內(nèi)。在從自回收部回收的運(yùn)載氣體去除溶劑之后，運(yùn)載氣體可被再加熱和再利用。
[0036]在用于二次電池的電極制造裝置I中，傳送電極集電體10的傳送部40未被特別限制，并且可任意地使用常規(guī)采用的部分。在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，輥41至44等被設(shè)置為用于傳送電極集電體10的傳送部40。電極集電體10順次經(jīng)多個(gè)輥41至44懸掛，并且拉力被施加至電極集電體10。一個(gè)或一些棍裝設(shè)有轉(zhuǎn)動(dòng)該一個(gè)或一些棍的驅(qū)動(dòng)裝置(未示出)。電極集電體10構(gòu)造成可通過轉(zhuǎn)動(dòng)輥41至44而連續(xù)傳送。在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，已從干燥部20的入口傳送的電極集電體10通過輥42和43的轉(zhuǎn)動(dòng)而在干燥部20中被連續(xù)傳送，由此使電極集電體10上的涂膜11干燥。
[0037]電極集電體10通過傳送部40從已以輥狀方式退繞的輥體51拉出，并通過涂覆部30在電極集電體10上形成涂膜。在通過干燥部20使涂膜11干燥之后，電極電極體10由輥體52退繞。
[0038]涂覆部30是用于在電極集電體10的縱向上涂覆活性物質(zhì)層形成組合物31的裝置。作為向電極集電體10涂覆活性物質(zhì)層形成組合物31的裝置，例如，能夠提到模頭涂布器式涂覆機(jī)。在模頭涂布器式涂覆機(jī)中，活性物質(zhì)層形成組合物31收納在罐32中，并且已通過泵33吸入的活性物質(zhì)層形成組合物31被供給至模34。然后，在電極集電體10通過備用輥42的旋轉(zhuǎn)而被傳送以經(jīng)過備用輥42與模34之間的間隙(涂覆間隙)的同時(shí)，將由活性物質(zhì)層形成組合物31制成的涂膜11從模34涂覆至電極集電體10。該模頭涂布器式涂覆機(jī)能夠在調(diào)節(jié)由活性物質(zhì)層形成組合物31制成的涂膜11的重量的同時(shí)用活性物質(zhì)層形成組合物31連續(xù)涂覆電極集電體10。
[0039]隨后，將描述根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的用于二次電池電極的制造方法的一示例。雖然在下文中將描述用于鋰二次電池的電池電極的制造方法，但鋰二次電池的示例是用于實(shí)施本發(fā)明的示例，且不限制本發(fā)明的適用對(duì)象。
[0040]作為在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的用于鋰二次電池的電極的制造方法中使用的活性物質(zhì)層形成組合物31中包含的活性物質(zhì)，可使用一種、兩種或更多種已通常用于鋰二次電池的物質(zhì)，而沒有特別限制。例如，作為負(fù)極活性物質(zhì)，能夠提到諸如石墨碳、無(wú)定形碳等碳材料、鋰過渡金屬?gòu)?fù)合氧化物(鋰鈦復(fù)合氧化物等)、鋰過渡金屬?gòu)?fù)合氮化物等。作為正極活性物質(zhì)，能夠提到包含作為構(gòu)成金屬元素的過渡金屬元素和鋰的氧化物(鋰過渡金屬氧化物)等，諸如鋰鎳氧化物(LiNiO2)、鋰鈷氧化物(LiCoO2)、鋰錳氧化物(LiMn2O4)等。
[0041]上述活性物質(zhì)層形成組合物可包含能夠根據(jù)需要被用作一般的鋰二次電池中的活性物質(zhì)層的構(gòu)成成分的一種、兩種或更多種材料。作為這些材料的示例，能夠提到粘合齊U。作為粘合劑，例如，例示丁苯橡膠(SBR)、羧甲基纖維素(CMC)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯(PE)、聚丙烯酸(PAA)等?；蛘撸墒褂弥T如聚偏二氟乙烯(PVDF)等樹脂組合物。
[0042]作為分散或溶解這些活性物質(zhì)和粘合劑的溶劑，能夠提到有機(jī)溶劑，諸如N-甲基吡咯烷酮(NMP)、吡咯烷酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、環(huán)己酮、甲苯、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺等，或這些物質(zhì)中的兩種或更多種的組合?；蛘?，可使用水或主要包含水的混合溶齊U。作為構(gòu)成該混合溶劑的不同于水的溶劑，可適當(dāng)?shù)剡x擇和使用能夠均一地與水混合的一種、兩種或更多種有機(jī)溶劑(低級(jí)醇、低級(jí)酮等)?；钚晕镔|(zhì)層形成組合物中的溶劑含有率未被特別限制，但優(yōu)選為整個(gè)漿體(糊膏)的約30至70重量％。
[0043]上述活性物質(zhì)層形成組合物所適用的片狀電極集電體可類似于常規(guī)鋰二次電池的電極，且未被特別限制。例如，優(yōu)選使用適合于負(fù)極的金屬箔如銅箔等作為負(fù)極集電體。此外，優(yōu)選使用適合于正極的金屬箔如鋁箔等作為正極集電體。
[0044]向電極集電體涂覆上述活性物質(zhì)層形成組合物的操作能以類似于制作常規(guī)的一般鋰二次電池電極的情況相似的方式執(zhí)行。例如，可以利用適合的涂覆裝置(狹縫涂布器、模頭涂布器、缺角輪/刮刀式涂布器等)用預(yù)定量的上述活性物質(zhì)層形成組合物以均勻厚度來涂覆上述電極集電體。
[0045]在上述活性物質(zhì)層形成組合物這樣涂覆至電極集電體之后，利用根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的干燥部20使已涂覆有上述活性物質(zhì)層形成組合物的片狀電極集電體干燥。
[0046]在電極制造裝置I中，通過使輥42旋轉(zhuǎn)來將電極集電體10送至涂覆部(模頭涂布器式涂覆機(jī))30。涂覆部30向模具34供給已通過泵33吸入的活性物質(zhì)層形成組合物31，并從模具34將由活性物質(zhì)層形成組合物31制成的涂膜11涂覆到電極集電體10上。通過使輥42和43旋轉(zhuǎn)來將已從干燥部的入口傳送的電極集電體10連續(xù)傳送到干燥部20內(nèi)。然后，使電極集電體10上由活性物質(zhì)層形成組合物31制成的涂膜11干燥。將具有由干燥后的活性物質(zhì)層形成組合物31制成的涂膜(活性物質(zhì)層)11的電極集電體10從干燥部20的出口傳送至干燥部20外。這樣，能夠制造具有電極集電體10的片狀電極，在所述電極集電體上形成有作為活性物質(zhì)層的涂膜11。在該片狀電極中，利用上述用于二次電池的電極制造裝置使在電極集電體的表面上形成的涂膜11干燥。因此，能夠有效地防止涂膜11中的粘合劑上浮至表層部的遷移現(xiàn)象，并且能夠均一地形成粘合劑在作為活性物質(zhì)層的涂膜11中的分布。因此，能夠制造高品質(zhì)的電池電極。
[0047]將已這樣制造的用于正極的片狀電極和用于負(fù)極的片狀電極以及已分開制作的兩個(gè)片狀分隔件如圖3所示彼此疊置，從而制作卷繞型鋰二次電池電極。然后，如圖4所示，將制作好的電極收納在容器中并充填預(yù)定的電解質(zhì)溶液，由此制造目標(biāo)二次電池。
[0048]如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的鋰二次電池5配備有金屬外殼150(其也優(yōu)選由樹脂或?qū)訅耗ぶ瞥?。該外殼(外容器)150配備有在其上端具有開口并呈扁平矩形平行六面體形狀的外殼本體152和封閉所述開口的蓋體154。外殼150的上表面(B卩，蓋體154)設(shè)置有與卷繞電極體180的正極110電連接的正極端子172，和與該電極體的負(fù)極120電連接的負(fù)極端子174。在外殼150的內(nèi)部，收納有扁平形狀的卷繞電極體180。例如，通過連同共計(jì)兩個(gè)長(zhǎng)片狀分隔件(分隔片)130 一起層壓和卷繞長(zhǎng)片狀正極(正極片)110和長(zhǎng)片狀負(fù)極(負(fù)極片)120，并從其側(cè)面方向擠壓所獲得的卷繞體，來制造卷繞電極體180。
[0049]如圖3所示，通過卷繞片狀電極體182來形成卷繞電極體180。片狀電極體182在卷繞電極體180裝配前的階段具有長(zhǎng)(帶狀)片狀結(jié)構(gòu)。如同對(duì)于典型卷繞電極體而言的情況一樣，通過連同共計(jì)兩個(gè)分隔片130 —起層壓正極片110和負(fù)極片120來形成片狀電極體 182。
[0050]正極片110是通過將正極活性物質(zhì)層114粘附在長(zhǎng)片狀、箔狀正極集電體112的兩面上而形成的。但是，正極活性物質(zhì)層114中的每個(gè)并未沿著片狀電極體在其寬度方向上的端邊粘附至一個(gè)側(cè)向邊緣，而是使正極集電體112露出一定寬度。如同對(duì)于正極片110而言的情況一樣，負(fù)極片120也是通過將負(fù)極活性物質(zhì)層124粘附在長(zhǎng)片狀、箔狀負(fù)極集電體122的兩面上而形成的。但是，負(fù)極活性物質(zhì)層124中的每個(gè)并未沿著片狀電極體在其寬度方向上的端邊粘附至一個(gè)側(cè)向邊緣，而是使負(fù)極集電體122露出一定寬度。
[0051]此外，作為在正極片110與負(fù)極片120之間使用的分隔片130，例如，能夠提到由多孔聚烯烴樹脂構(gòu)成的分隔片?；蛘?，可采用具有聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)的三層結(jié)構(gòu)的分隔件。
[0052]在構(gòu)成上述卷繞電極體時(shí)，使正極片110和負(fù)極片120彼此疊置，同時(shí)在寬度方向上稍微彼此移位，使得未形成正極片110的正極活性物質(zhì)層的第一非形成部分和未形成負(fù)極片120的負(fù)極活性物質(zhì)層的第二非形成部分從每個(gè)分隔片130在其寬度方向上的兩側(cè)突出。結(jié)果，在橫向于卷繞電極體180的卷繞方向的方向上，正極片110的第一非形成部分和負(fù)極片120的第二非形成部分從卷繞芯部部分(即，通過緊密地卷繞形成正極片110的正極活性物質(zhì)層的第一形成部分、形成負(fù)極片120的負(fù)極活性物質(zhì)層的第二形成部分和兩個(gè)分隔片130而獲得的部分)向外突出。正極引線端子176和負(fù)極引線端子178分別附接至這種正極側(cè)突出部分(即，正極混合物層的非形成部分)110A和這種負(fù)極側(cè)突出部分(即，負(fù)極混合物層的非形成區(qū)域)110B，并分別與上述正極端子172和上述負(fù)極端子174電連接。
[0053]然后，將卷繞電極體180從外殼本體152的上端開口收納在本體152內(nèi)，并將包含合適的電解質(zhì)的電解液配置在(注入)外殼本體152中。電解質(zhì)例如為諸如LiPF6等鋰鹽。例如，適量(例如，IM的濃度)的諸如LiPF6等鋰鹽溶解在諸如碳酸二乙酯和碳酸乙烯酯的混合溶劑(例如，以1:1的質(zhì)量比)的非水電解液中，并且能夠被用作電解液。
[0054]此后，通過焊接等到蓋體154上來密封上述開口，從而完成根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的鋰二次電池5的組裝。密封外殼150的過程和配置(注入)電解質(zhì)的過程可與在制造常規(guī)鋰二次電池時(shí)采用的方法相似。這樣，完成了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的鋰二次電池5的構(gòu)造。
[0055]這樣構(gòu)造的鋰二次電池5有效地防止了活性物質(zhì)層中的粘合劑上浮至表層部的遷移現(xiàn)象，并因此表現(xiàn)出優(yōu)良的電池性能。例如，通過利用上述電極來構(gòu)造電池(例如，鋰二次電池)，能夠提供滿足高循環(huán)耐久性、良好的輸入/輸出特性和低生產(chǎn)成本中的至少一者(優(yōu)選全部)的電池。
[0056]在此應(yīng)該注意的是，如果涂膜從在經(jīng)由干燥爐使電極集電體10上的涂膜11干燥的用于二次電池的電極制造裝置I中干燥的初始階段快速干燥，則可能發(fā)生涂膜的構(gòu)成成分中的一種或一部分上浮至涂膜的表層部的遷移現(xiàn)象，如圖2的說明圖所示。特別地，在包含電池電極的構(gòu)成成分(活性物質(zhì)、粘合劑等)的涂膜被涂覆至金屬基材(集電體)并被干燥的情況下，如果發(fā)生遷移現(xiàn)象，則粘合劑在電極中的分布變得不均一，使得電極集電體10與涂膜11之間的粘附性降低。
[0057]為了避免上述不便之處，在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，在平行于電極集電體10的方向上吹送熱空氣。利用在平行方向上吹送的熱空氣，抑制了溶劑快速蒸發(fā)，并且抑制了漿狀涂膜11快速干燥。通過使用根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的干燥部作為用于二次電池的電極制造裝置I來制造包含電池電極的構(gòu)成成分(活性物質(zhì)、粘合劑等)的漿體涂膜被涂覆至金屬基材(集電體)并被干燥的電極，能夠有效地防止?jié){體涂膜中的粘合劑上浮至表層部的遷移現(xiàn)象。于是，能夠均一地形成粘合劑在電極中的分布。結(jié)果，能夠提高電極集電體10與漿體涂膜之間的粘合強(qiáng)度，并且能夠制造高品質(zhì)的電池電極。
[0058]此外，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，能夠根據(jù)涂膜的厚度和要干燥的溶劑的類型而適當(dāng)?shù)馗淖儫峥諝獯党隹?21處的熱空氣吹送速度和溫度。此外，能夠調(diào)節(jié)多個(gè)熱空氣吹送口 21中的每個(gè)的可動(dòng)性和非可動(dòng)性。此外，能夠控制排氣口的功率。因此,能夠提供生產(chǎn)率優(yōu)良且品質(zhì)高的用于二次電池電極的制造方法。此外，能夠提供適合于二次電池電極的制造的電極制造裝置。
[0059]對(duì)應(yīng)于這些需求的二次電池電極能夠在共同的電極制造裝置中制造。因此，還存在能夠削減設(shè)備成本的優(yōu)點(diǎn)。
[0060][第二實(shí)施例]
[0061]接下來，將描述與本發(fā)明的上述第一實(shí)施例不同的電極制造裝置的一個(gè)示例。圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的電極制造裝置2的一示例的示意圖。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的電極制造裝置2的基本構(gòu)型和操作除以下方面外與本發(fā)明的上述第一實(shí)施例相同。亦即，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的干燥部20與設(shè)置有單個(gè)干燥爐的本發(fā)明的第一實(shí)施例的不同之處在于存在兩個(gè)干燥爐。
[0062]根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的干燥部20具有干燥爐Zl和Z2。通過設(shè)置干燥爐Zl和Z2，能夠提高干燥條件(熱空氣的風(fēng)速、熱空氣的溫度、干燥氣體等)的設(shè)計(jì)自由度，并且能夠提供具有更聞品質(zhì)的電池電極。
[0063]一般而言，優(yōu)選將干燥爐Zl中的熱空氣的溫度設(shè)定成比干燥爐Z2中的熱空氣的溫度低。這樣，能夠避免溶劑的快速蒸發(fā)，并且能夠更可靠地防止遷移現(xiàn)象。
[0064]根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的電極制造裝置2能夠獲得與本發(fā)明的上述第一實(shí)施例相似的效果。此外，由于設(shè)置了兩個(gè)干燥爐，故能夠提高干燥條件的設(shè)計(jì)自由度，并且能夠更有效地提高生產(chǎn)率。
[0065][第三實(shí)施例]
[0066]圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的電極制造裝置3的一示例的示意圖。根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的電極制造裝置3的基本構(gòu)型和操作除以下方面外與本發(fā)明的上述第一實(shí)施例相同。亦即，根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的干燥部20與設(shè)置有單個(gè)干燥爐的本發(fā)明的第一實(shí)施例的不同之處在于存在三個(gè)干燥爐。此外，根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的干燥部與熱空氣未直接向涂膜11吹送的本發(fā)明的第一實(shí)施例的不同之處在于，熱空氣在三個(gè)干燥爐中的中間一個(gè)(即，干燥爐Z2)在平行方向上吹送，并且熱空氣在其上游的干燥爐Zl和其下游的干燥爐Z3向涂膜吹送。
[0067]在根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的干燥部20中，直接向涂膜吹送熱空氣的干燥爐Zl安裝在沿平行方向吹送熱空氣的干燥爐Z2的前方。這樣，能夠快速地升高涂膜11的溫度。此外，在沿平行方向吹送熱空氣的干燥爐Z2中，能夠使電極集電體10的界面附近的溶劑徹底干燥，從而防止發(fā)生遷移現(xiàn)象。此外，通過在干燥爐Z2下游的干燥爐Z3中直接向涂膜吹送熱空氣，能夠使涂膜11快速而可靠地干燥。這樣，能夠在短時(shí)間內(nèi)實(shí)施干燥而不會(huì)引起遷移現(xiàn)象。
[0068]對(duì)于每個(gè)干燥爐Zl至Z3中的干燥氣氛，能夠根據(jù)被處理物來適合地選擇干燥條件。但是，一般而言，干燥氣氛的溫度優(yōu)選以隨著距下游側(cè)的干燥爐的距離減小而升高這樣的方式設(shè)定。通過使干燥氣氛的溫度隨著距下游側(cè)的干燥爐的距離減小而升高，能夠更可靠地防止遷移現(xiàn)象。
[0069]根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的電極制造裝置3可以獲得與本發(fā)明的上述第二實(shí)施例相似的效果。此外，由于設(shè)置了三個(gè)干燥爐，故能夠提高干燥條件的設(shè)計(jì)自由度，并且能夠更有效地提高生產(chǎn)率。
[0070][第四實(shí)施例]
[0071]圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的電極制造裝置4的一示例的示意圖。根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的電極制造裝置4的基本構(gòu)型和操作除以下方面外與本發(fā)明的上述第二實(shí)施例相同。亦即，根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的干燥部20與未直接向涂膜11吹送熱空氣的本發(fā)明的第二實(shí)施例的不同之處在于，熱空氣在兩個(gè)干燥爐中的下游側(cè)干燥爐(即，干燥爐Z2)處在平行方向上吹送，并且上游側(cè)干燥爐Zl直接向涂膜吹送熱空氣。
[0072]根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的干燥部20具有干燥爐Zl和Z2，并先于在平行方向上吹送熱空氣的干燥爐Z2直接向涂膜吹送熱空氣。這樣，能夠使涂膜11的溫度快速升高，并且隨后在沿平行方向吹送熱空氣的干燥爐Z2中，能夠使電極集電體10的界面附近的溶劑緩慢干燥，從而防止發(fā)生遷移現(xiàn)象。這樣，能夠?qū)嵤└稍锒粫?huì)引起遷移現(xiàn)象。
[0073]對(duì)于每個(gè)干燥爐Zl和Z2中的干燥氣氛，能夠根據(jù)被處理物來適合地選擇干燥條件。但是，一般而言，干燥氣氛的溫度優(yōu)選以隨著距下游側(cè)的干燥爐的距離減小而升高這樣的方式設(shè)定。通過使干燥氣氛的溫度隨著距下游側(cè)的干燥爐的距離減小而升高，能夠更可靠地防止發(fā)生遷移現(xiàn)象。
[0074]根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的電極制造裝置4能夠獲得與本發(fā)明的上述第二實(shí)施例相似的效果。
[0075][示例]
[0076]下文將參照本發(fā)明的示例更具體地說明本發(fā)明。這些示例中的每個(gè)只不過是本發(fā)明的一個(gè)方面，而不應(yīng)該限制本發(fā)明。在所有以下示例和比較例中，使用了共同的電極集電體和共同的活性物質(zhì)層形成組合物。
[0077](示例I 至 6)
[0078]通過根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例構(gòu)成的電極制造裝置制作用于鋰離子電池的電極。亦即，在第一干燥爐Zl內(nèi)，在與電極集電體10的涂膜面基本垂直的方向上吹送熱空氣，而在第二干燥爐Z2內(nèi)，在平行方向上吹送熱空氣。根據(jù)相應(yīng)示例的電極制造裝置的制造條件在表I中示出。
[0079](示例7至9)通過根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例構(gòu)成的電極制造裝置制作鋰離子電池的電極。亦即，在第一干燥爐Zl和第二干燥爐Z2兩者內(nèi)都在平行方向上吹送熱空氣。根據(jù)相應(yīng)示例的電極制造裝置的制造條件在表I中示出。
[0080](比較例I至3)通過對(duì)于第一干燥爐和第二干燥爐都在與電極集電體10的涂膜面基本垂直的方向上吹送熱空氣的電極制造裝置制作鋰離子電池的電極。鋰離子電池的電極是通過同一電極制造裝置在在除了僅第二干燥爐的吹送方向改變之外與示例I至3的條件相同的條件下制造的。
[0081](比較例4至6)使用紅外線干燥爐代替熱空氣干燥爐制造鋰離子電池的電極。熱空氣干燥爐配備有第一干燥爐和第二干燥爐，并為第一和第二干燥爐兩者設(shè)定165°C的溫度。使電極集電體、待涂覆的組合物等其它條件與示例中相同。
[0082]對(duì)從示例和比較例獲得的電極的粘附強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果在表I中示出。表I的結(jié)果表明，在第二干燥爐內(nèi)的熱空氣方向被設(shè)定為平行的那些示例中，獲得在從5.9N/m至
2.lN/m的范圍內(nèi)的粘附強(qiáng)度，并且獲得優(yōu)良的粘附強(qiáng)度。此外，干燥狀態(tài)也良好。另一方面，在比較例I至3中，粘附強(qiáng)度為0.8至0.3N/m。所獲得的結(jié)果為粘附強(qiáng)度比在示例中低。認(rèn)為其原因在于粘附強(qiáng)度由于發(fā)生遷移現(xiàn)象而降低的事實(shí)，這是因?yàn)樵诘谝桓稍餇t和第二干燥爐兩者熱空氣是與電極集電體10的涂膜面垂直地吹送的。在固定速率干燥機(jī)中，認(rèn)為熱空氣未直接向作為工件的涂膜吹送，由此抑制了粘合劑在涂膜中的遷移現(xiàn)象，并且能夠維持涂膜與基材箔之間的粘附強(qiáng)度。此外，比較例4至6是熱空氣干燥爐已由紅外線干燥爐替代的示例，但粘附強(qiáng)度具有等于或小于2N/m的值。這些結(jié)果意味著，在平行方向上吹送的熱空氣極大地幫助了粘附強(qiáng)度的增加。
【權(quán)利要求】
1.一種用于二次電池電極的制造方法，包括以下步驟: 傳送電極集電體(10)； 向所述電極集電體(10)上涂覆以漿體狀態(tài)調(diào)制的活性物質(zhì)層形成組合物；以及 使在所述電極集電體(10)上形成的由所述活性物質(zhì)層形成組合物制成的涂膜干燥，其中， 通過在與所述電極集電體(10)的涂膜面平行的方向上吹送第一熱空氣來使所述涂膜干燥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中， 與所述電極集電體(10)的傳送方向相反地吹送所述第一熱空氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造方法，還包括: 在用于吹送所述第一熱空氣的區(qū)域的上游和下游中的至少一者直接向所述電極集電體(10)吹送第二熱空氣的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其中， 在與所述涂膜面基本垂直的方向上向所述電極集電體(10)吹送所述第二熱空氣。
5.一種電極制造裝置，包括: 傳送部(40)，所述傳送部傳送電極集電體； 涂覆部(30 )，所述涂覆部在所述電極集電體上形成涂膜；和 干燥部(20 )，所述干燥部使所述涂膜干燥，其中， 所述干燥部(20)配備有在與所述電極集電體(10)平行的方向上吹出第一熱空氣的第一吹送部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電極制造裝置，其中， 所述第一吹送部的吹送方向與所述電極集電體(10)的傳送方向相反。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的電極制造裝置，其中， 所述干燥部(20)配備有第二吹送部，所述第二吹送部在所述第一吹送部的上游和下游中的至少一者直接向所述電極集電體吹送第二熱空氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電極制造裝置，其中， 所述第二吹送部在與所述電極集電體(10)基本垂直的方向上向所述電極集電體(10)吹送所述第二熱空氣。
【文檔編號(hào)】H01M4/139GK103779538SQ201310487511
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月19日
【發(fā)明者】藤田正人 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社