電極的製造方法以及非水電解質電池的製造方法

2023-05-21 06:39:21 3

電極的製造方法以及非水電解質電池的製造方法
【專利摘要】根據實施方式，提供包括向集電體的第1面的漿料塗覆、向集電體的第2面的漿料塗覆、以及乾燥的電極的製造方法。在集電體的第1面，以在與集電體的搬送方向正交的方向上交替配置漿料塗覆部和漿料未塗覆部的方式，塗覆包含活性物質的漿料。接下來，向具有在外周面形成的多個環狀突起部的支撐輥搬送集電體，在環狀突起部上配置集電體的漿料未塗覆部，在除了配置在環狀突起部上的部分以外的集電體的第2面塗覆包含活性物質的漿料，從而形成漿料塗覆部。接下來，使集電體的第1面以及第2面的漿料塗覆部乾燥。
【專利說明】電極的製造方法以及非水電解質電池的製造方法

【技術領域】
[0001] 本發明的實施方式涉及電極的製造方法以及非水電解質電池的製造方法。

【背景技術】
[0002] 近年來，作為混合動力電動汽車用的電源、並且使用了陽光、風力等自然能源的發 電機用的蓄電裝置，非水電解質電池得到了關注。這些用途的非水電解質電池相比於便攜 電話、筆記本型PC等電子設備為主用途的非水電解質電池，所需的電氣容量更大，所以期 望作為電池內部的蓄電元件的電極也更長。
[0003] 為了高效地製造長的電極，進行了各種研究。非水電解質電池的電極一般在集電 體的兩面具有活性物質含有層。例如，如以下那樣進行活性物質含有層的形成。首先，使包 含活性物質的電極材料分散到有機溶劑、水等中，調製塗液。在將得到的塗液塗覆到集電體 上之後，在乾燥爐中使有機溶劑或者水蒸發而使塗液乾燥。將這樣的塗覆和乾燥的工序作 為一組，首先在集電體的單方的面形成活性物質含有層，然後，在另一面通過同樣的塗覆和 乾燥工序形成活性物質含有層。
[0004] 為了在這樣的表和背這兩面進行活性物質含有層的形成，也可以通過將同一塗覆 /乾燥裝置使用2次來達成，但為了製作一個電極，需要將以下所述的一連串的操作反覆2 次：在抽出環箍（hoop)狀地卷繞的集電體的同時，在集電體上塗覆了楽料（slurry)之後， 使漿料乾燥，接著在將已塗覆了漿料的集電體捲起來之後，將其從裝置拆卸，不能說作業是 商效的。
[0005] 作為解決該問題的手段，還存在如下裝置：將相同的塗覆/乾燥裝置串聯地配置2 臺，在集電體通過1次此處的期間，通過第1臺的裝置，進行單面的塗覆和乾燥，接著通過第 2臺的裝置，進行另一面的塗覆和乾燥。通過該裝置，能夠省略在第1面的塗覆/乾燥之後 進行的捲起、拆卸、向抽出側再安裝的作業，所以能夠相應地提高作業效率。
[0006] 但是，在該情況下，為了製造一個電極，用於進行塗覆和乾燥的全長達到50m至 l〇〇m的裝置需要2臺，所以製造裝置的每單位設置空間的生產效率降低。進而，非水電解質 電池從壽命特性、安全性的觀點來看，需要儘量減少水分的混入、金屬異物的混入，製造空 間一般需要是低露點的乾燥室且需要保持清潔環境。因此，存在製造設備的設置空間的增 大會使用於維持巨大的空間的環境的費用也增大這樣的缺點。
[0007] 因此，作為進一步發展的方法，設計了在集電體的兩面進行塗覆，之後一次性地通 過乾燥爐乾燥的方法。根據該方法，能夠在乾燥裝置的前級進行表和背的粉刷，之後在一個 乾燥裝置中同時使表和背乾燥，所以具有能夠達成作業的高效化的同時抑制裝置的設置空 間的增大的優點。
[0008] 但是，在這樣的集電體的表和背中進行塗覆之後同時進行乾燥的方法中，存在如 下那樣的問題。其問題是在塗覆了集電體的表和背的情況下，在乾燥之前無法直接支撐塗 覆面。
[0009] 在非水電解質電池的集電體中，例如，使用鋁、銅等厚度為10?30μπι程度的薄的 金屬箔。在從粉刷工序至乾燥工序的期間無法從下面支撐集電體的情況下，發生由於在集 電體的搬送方向上施加的搬送中所需的張力而產生的斜向褶子。如果在集電體中有斜向褶 子，則在集電體上塗覆了塗液時，按照與褶子相同的周期，在塗覆量中發生不均勻。
[0010] 如果使用這樣的在塗覆量中有不均勻的電極來進行急速的充電放電，則在塗覆量 多的部分和少的部分的電流密度中產生差，形成比較快地劣化的部分。而且，如果電極的一 部分劣化而無法充分發揮其功能，則電流集中到其他剩餘的部分而其劣化也提早。如果發 生這樣的惡性循環，則引起與塗覆量比較均勻的電極相比整體的劣化會提早這樣的問題。
[0011] 專利文獻1 :日本特開2002-313327號公報
[0012] 專利文獻2 :日本特開平4-061959號公報
[0013] 專利文獻3 :日本特開2007-029789號公報
[0014] 專利文獻4 :日本特開2003-272612號公報


【發明內容】

[0015] 本發明想要解決的課題在於提供一種向集電體的漿料塗覆量的均勻性提高、並且 作業效率優良的電極的製造方法以及非水電解質電池的製造方法。
[0016] 根據實施方式，提供一種包括向集電體的第1面的漿料塗覆、向集電體的第2面的 漿料塗覆、以及乾燥的電極的製造方法。在集電體的第1面，以在與集電體的搬送方向正交 的方向上交替配置漿料塗覆部和漿料未塗覆部的方式，塗覆包含活性物質的漿料。接下來， 向具有在外周面形成的多個環狀突起部的支撐輥搬送集電體，在環狀突起部上配置集電體 的漿料未塗覆部，在除了配置在環狀突起部上的部分以外的集電體的第2面塗覆包含活性 物質的漿料，從而形成漿料塗覆部。接下來，使集電體的第1面以及第2面的漿料塗覆部幹 燥。
[0017] 另外，根據實施方式，提供一種具備正極、負極以及非水電解質的非水電解質電池 的製造方法。通過實施方式的方法，製造正極以及所述負極中的至少一方的電極。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1是在實施方式的方法中使用的粉刷裝置以及乾燥裝置的概略圖。
[0019] 圖2是示出圖1所示的粉刷裝置的支撐輥的一個例子的立體圖。
[0020] 圖3是從端部側觀察了圖2的支撐輥的平面圖。
[0021] 圖4是示出通過圖1的支撐輥搬送的集電體的立體圖。
[0022] 圖5是示出圖1的乾燥裝置的概略圖。
[0023] 圖6是示出在單面塗覆了漿料的集電體的立體圖。
[0024] 圖7是示出在兩面塗覆了漿料的集電體的立體圖。
[0025] 圖8是示出通過實施方式的方法製造的電極的立體圖。
[0026] 圖9是示出通過實施方式的方法製造的電池的展開立體圖。
[0027] 圖10是在圖9所示的電池中使用的電極群的部分展開立體圖。
[0028] 圖11是示出通過實施例1的方法製造的電極的塗覆量的分布的圖。
[0029] 圖12是示出通過比較例的方法製造的電極的塗覆量的分布的圖。
[0030] 圖13是在比較例的方法中使用的粉刷裝置以及乾燥裝置的概略圖。
[0031] 符號說明
[0032] 1 :夕卜裝罐；2 :蓋；3 :正極輸出端子；4 :負極輸出端子；5 :電極群；6 :正極；6a :正 極集電片；6b :正極活性物質含有層；7 :負極；7a :負極集電片；7b :負極活性物質含有層； 8 :隔膜（separator) ;9 :安全閥；9a :凹部；9b :槽部；10 :注液口；11 :正極引線；12 :負極 引線；22、49 :芯棒；23、50 :表層；24 :突起部；C :集電體；S :漿料塗覆部；29 :活性物質含有 層；30 :電極；31 :集電片；40 :粉刷裝置；41 :第1染料頭（dye head) ;42 :第1支撐棍（back up roll) ;43 :第2染料頭；44 :第2支撐輥；45 :搬送用輥（roller) ;46 :存液部；47 :染料縫 (dye slit) ;48 :楽料吐出口；51 :乾燥爐；52 :支持棍（support roll)。

【具體實施方式】
[0033] 以下，參照附圖，說明實施方式。
[0034](第1實施方式）
[0035]
【發明者】們在進入乾燥工序之前在集電體的兩面塗覆漿料的製造方法中，專心研究 了抑制集電體的斜向褶子的發生的結果，得到如下那樣的見解。
[0036] 即，在搬送例如鋁、銅等薄的金屬箔的情況下，如果在搬送的行進方向即長度方向 上施加張力，則金屬箔形成平面，但平面狀的金屬箔無法支撐來自其寬度方向的壓縮應力， 由於因為搬送裝置上的某種原因而產生的極其稍微的寬度方向壓縮應力，發生斜向褶子。 另一方面，如果以使金屬箔並非平面而從橫斷面觀察時蜿蜒的方式設計搬送路，則克服來 自橫方向的壓縮應力的能力格外強。這能夠通過如下現象來確認：例如，如果從端面向平面 狀的薄的金屬箔施加力，則即使是極小的力，金屬箔的中央也會隆起，相對於此，即使向圓 柱狀地卷繞的金屬箔與圓柱軸平行地施加力，在直至壓曲為止也不會變形。
[0037] 這啟示了以使在集電體上塗覆漿料的其瞬間，集電體成為構成圓的一部分的形狀 而不是平面的方式設定集電體的搬送路徑即可。通常這通過在圓柱狀的支撐輥上卷繞集電 體而自然地實現，但在想要在乾燥之前塗覆兩面的情況下，在對第2面進行塗覆時，第1面 的漿料未乾燥。因此，無法直接通過圓柱狀的支撐輥來支撐第1面。
【發明者】們發現通過改 良第2支撐輥，塗覆的均勻性被改善的現象。
[0038] 參照圖1?圖8,說明第1實施方式的電極的製造方法。如圖1所示，粉刷裝置40 具有：由第1染料頭41和第1支撐輥42構成的第1染料塗布機；以及由第2染料頭43和 第2支撐輥44構成的第2染料塗布機。在第1染料塗布機與第2染料塗布機之間，配置了 搬送用輥45。長條狀的集電體C以如下方式被搬送：接著第1染料塗布機通過第2染料塗 布機，按照該順序被塗覆漿料。在將集電體C夾在其間的一方的空間中配置了第1染料頭 41，並且在另一方的空間中配置了第2染料頭43。因此，集電體C通過第1染料塗布機，從 而漿料被塗覆到第1面，集電體C通過第2染料塗布機，從而漿料被塗覆到第2面。
[0039] 第1、第2染料頭41、43分別具有：從漿料供給裝置（未圖示）接受漿料供給的存 液部46 ;與存液部46連通的染料縫47 ;以及設置於染料縫47的前端的多個漿料吐出口 48。 漿料吐出口 48的數量能夠根據在集電體C上塗覆的漿料的列數來變更，所以能夠設為一個 或者多個。在圖1的情況下，漿料吐出口 48的數量是多個。
[0040] 第1支撐輥42具有芯棒49和包覆芯棒49的表層50。在表層50的外周，未設置 突起部。第1染料頭41的多個漿料吐出口 48分別與第1支撐輥42的表層50相向。
[0041] 如圖2所示，第2支撐輥44具有：芯棒22 ;在芯棒22上形成的表層23 ;以及在表 層23的外周面形成的多個突起部24。突起部24分別圓環狀地包覆了表層23的外周面。 在突起部24之間設置了間隔W。根據在集電體上塗覆的漿料的寬度，變更間隔W。如圖1 所示，第2染料頭43的多個漿料吐出口 48分別與第2支撐輥44的位於突起部24之間的 表層23相向。
[0042] 如圖1所示，在第2染料塗布機的後級，配置了作為乾燥裝置的乾燥爐51。在乾燥 爐51內，如圖5所示，配置了多個支持輥52。各支持輥52具有芯棒22、在芯棒22上形成 的表層23、以及在表層23的外周面形成的多個突起部24。突起部24分別圓環狀地包覆了 表層23的外周面。在突起部24之間設置了間隔W。根據集電體上的漿料塗覆部的寬度，變 更間隔W。
[0043] 例如，通過使包含活性物質的電極材料在有機溶劑或者水中分散而作成漿料狀， 由此調製漿料。活性物質沒有特別限定，但例如，可以舉出非水電解質電池的正極活性物質 或者負極活性物質。
[0044] 在集電體C中，例如，能夠使用由金屬或者合金構成的箔狀的片。集電體C具有第 1面和位於第1面的相反側的第2面。
[0045] 接下來，說明粉刷工序。從集電體供給裝置（未圖示）將長條狀的集電體C供給 到第1染料塗布機的第1支撐輥42。從漿料供給裝置供給到存液部46的漿料在通過了染 料縫47之後，通過漿料吐出口 48被供給到集電體C的第1面。如圖6所示，在集電體C的 第1面，漿料以在與集電體C的搬送方向X正交的方向A上交替配置漿料塗覆部S和漿料 未塗覆部C的方式被塗覆。
[0046] 通過在使集電體C的第2面與第1支撐輥42的外周面接觸的狀態下，在集電體C 的第1面塗覆漿料，從而能夠減少在集電體C中發生的斜向褶子。其結果，能夠在集電體C 的第1面均勻地塗覆漿料。
[0047] 用第1染料塗布機在第1面被塗覆了漿料的集電體C通過搬送輥45被供給到第 2染料塗布機的第2支撐輥44上。在第2支撐輥44的突起部24上，配置了集電體C的第 1面的漿料未塗覆部。另外，集電體C的第1面的漿料塗覆部配置於第2支撐輥44的突起 部24之間。集電體C以在其長度方向（集電體C的搬送方向）X上施加了張力的狀態，與 第2支撐輥44的突起部24相接。因此，集電體C的第1面的漿料塗覆部成為從表層23浮 起的狀態，在集電體C的漿料塗覆部與表層23之間存在空間。
[0048] 在集電體C的第2面，完全未被塗覆漿料。第2面與第2染料頭43相向。在第2 染料頭43中，從漿料供給裝置供給到存液部46的漿料在通過了染料縫47之後，通過漿料 吐出口 48被供給到集電體C的第2面。漿料被供給到集電體C的第2面中的、位於突起部 24之間的表層23上的部分。因此，如圖4所示，在集電體C的第2面，在與位於突起部24 之間的表層23對應的部分被塗覆漿料，在與集電體C的搬送方向X正交的方向A上，交替 配置漿料塗覆部S和漿料未塗覆部C。
[0049] 用第2支撐輥44的突起部24支撐集電體C的第1面的漿料未塗覆部、並且使集電 體C的第1面的漿料塗覆部從第2支撐輥44的表層23浮起，從而能夠降低在集電體C的 第2面塗覆漿料時在集電體C中發生斜向褶子的現象。其結果，能夠在集電體C的第2面 均勻地塗覆漿料。另外，集電體C的第1面的漿料塗覆部未與第2支撐輥44接觸，所以能 夠在使集電體C的第1面的漿料塗覆部乾燥之前在第2面塗覆漿料。
[0050] 接下來，將在兩面形成了漿料塗覆部S和漿料未塗覆部C的集電體C搬送到乾燥 爐51。集電體C通過支持輥52搬送，從而通過乾燥爐51。集電體C即使進入到乾燥爐51， 在相當距離內表面溼潤，無法用輥等來支撐其表面。集電體C的第1面或者第2面的漿料 未塗覆部接觸到支持輥52的突起部24,所以能夠使集電體C的搬送穩定化。代替使用支持 輥52,而通過從下方向集電體C送出風來不會與集電體C的表面直接接觸就能夠搬送集電 體。在該情況下，為了使集電體C浮起而所需的風速快的風會使漿料塗覆部的表面急速幹 燥，有可能成為漿料塗覆部表面的皸裂破損等不良的原因。因此，更優選使用支持輥52。
[0051] 通過上述粉刷工序以及乾燥工序，能夠得到如圖7所示在兩面形成了多列活性物 質含有層29的集電體C。之後，在為了壓縮活性物質含有層29而實施了加壓成型之後，通 過沿著集電體C與活性物質含有層29的邊界Z裁斷，得到圖8所示的電極30。在所得到的 電極30中，除了集電體C的一方的長邊以外，形成了活性物質含有層29。未形成活性物質 含有層29的長邊作為集電片31發揮作用。另外，還能夠在進行加壓成型之前進行裁斷。
[0052] 另夕卜，漿料粉刷裝置不限於具備染料頭的例子，例如，能夠使用敷貼器 (applicator)棍。
[0053] 支撐輥44期望滿足下述（1)式。
[0054]

【權利要求】
1. 一種電極的製造方法，具備： 在集電體的第1面，以在與所述集電體的搬送方向正交的方向上交替配置漿料塗覆部 和漿料未塗覆部的方式，塗覆包含活性物質的漿料的工序； 向具有在外周面形成的多個環狀突起部的支撐輥，搬送所述集電體，將所述集電體的 所述漿料未塗覆部配置於所述環狀突起部上，在除了配置在所述環狀突起部上的部分以外 的所述集電體的第2面，塗覆包含活性物質的漿料，從而形成漿料塗覆部的工序；以及 使所述集電體的所述第1面以及所述第2面的所述漿料塗覆部乾燥的工序。
2. 根據權利要求1所述的電極的製造方法，其特徵在於， 所述支撐輥滿足下述（1)式，
(1) 其中，r是所述環狀突起部的外徑（mm)，R是所述環狀突起部的內徑（mm)。
3. 根據權利要求2所述的電極的製造方法，其特徵在於， 所述支撐輥滿足下述（2)式，
(2) 其中，h是所述環狀突起部的寬度（mm)。
4. 根據權利要求2所述的電極的製造方法，其特徵在於， 所述集電體以滿足下述（3)式的方式與所述支撐輥的所述環狀突起部相接，
(3) 其中，Θ是與對所述支撐輥的所述環狀突起部相接有所述集電體的部分的圓弧的長度 對應的圓周角（弧度）。
5. 根據權利要求3或者4所述的電極的製造方法，其特徵在於， 邊通過具有在外周面形成的多個環狀突起部的支持輥搬送所述集電體邊進行所述幹 燥工序，所述第1面或者所述第2面的所述漿料未塗覆部與所述支持輥的所述環狀突起部 相接。
6. -種非水電解質電池的製造方法，該非水電解質電池具備正極、負極以及非水電解 質，其中， 通過權利要求1?5中的任意一項所述的方法，製造所述正極以及所述負極中的至少 一方的電極。
【文檔編號】H01M4/139GK104067423SQ201180076031
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2011年12月27日 優先權日:2011年12月27日
【發明者】森島秀明, 植松育生, 中畑政臣, 豐嶋毅 申請人:株式會社東芝