專利名稱：電池用電極的制造方法以及電池的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在基材上涂敷含有活性物質(zhì)材料的涂敷液來制造電池用電極的方法以及使用該電極來制造電池的方法。
背景技術(shù)：
例如作為制造如鋰離子電池的化學(xué)電池的方法，本申請的申請人之前公布了如下的技術(shù)，即，在作為集電體的基材的表面呈條狀地涂敷含有活性物質(zhì)材料的涂敷液來形成一個電極，并在該電極上層疊電解質(zhì)層或另一個電極(參照專利文獻I)。在該技術(shù)中，通過使具有噴出涂敷液的噴出口的噴嘴相對于基材表面進行掃描移動的噴嘴掃描方式，從沿著規(guī)定方向排列有多個噴出口的噴嘴向基材表面涂敷含有活性物質(zhì)材料的涂敷液，來形成相互平行的多個條狀的活性物質(zhì)圖案。專利文獻1:日本特開2011-070788號公報(例如圖2)在一邊使噴嘴相對于基材表面進行掃描移動一邊噴出涂敷液的噴嘴掃描方式中，在涂敷開始時刻，從噴出口噴出并著落在基材上的涂敷液會向周圍擴散，結(jié)果圖案起始端部分會比其他部分粗。另外，為了再提高性能，更具體地講提高電池容量以及充放電特性，也要使活性物質(zhì)圖案高密度化，從而需要使平行的圖案間的間隔更小。此時，在上述的現(xiàn)有技術(shù)中，由于涂敷開始時涂敷液擴散而可能使相鄰的圖案彼此接觸，因而難以應(yīng)對這樣的圖案高密度化的要求。在這一點上，上述的現(xiàn)有技術(shù)還有改進的余地。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而提出的，其目的在于在通過涂敷含有活性物質(zhì)材料的涂敷液來制造電池用電極的技術(shù)中提供如下的技術(shù)，即，能夠避免圖案間發(fā)生接觸，并以比以往更小的間隔來形成條狀圖案，提高電池性能。本發(fā)明的第一技術(shù)方案為一種電池用電極的制造方法，用于制造在基材的表面上配置有相互平行的多個條狀的活性物質(zhì)圖案的電池用電極，其特征在于，包括第一涂敷工序，使噴出含有活性物質(zhì)材料的涂敷液的噴嘴，沿著規(guī)定的掃描方向相對于上述基材的表面進行掃描移動，將上述涂敷液呈條狀地涂敷在上述基材的表面，由此形成第一活性物質(zhì)圖案，第二涂敷工序，使噴出含有活性物質(zhì)材料的涂敷液的噴嘴，沿著上述掃描方向相對于上述基材的表面進行掃描移動，將上述涂敷液呈條狀地涂敷在上述基材的表面，由此形成與上述第一活性物質(zhì)圖案相鄰的第二活性物質(zhì)圖案；使上述第一活性物質(zhì)圖案的起始端位置與上述第二活性物質(zhì)圖案的起始端位置在上述掃描方向 上相互不同。在如此構(gòu)成的發(fā)明中，相互相鄰的第一活性物質(zhì)圖案和第二活性物質(zhì)圖案，使起始端位置在掃描方向上相互不同。因此，即使在第一活性物質(zhì)圖案和第二活性物質(zhì)圖案在各自的起始端部分比原來的圖案寬度更寬的情況下，兩個圖案接觸的可能性也比各自的起始端位置在掃描方向上位于相同的位置的情況更小?？梢哉f，相鄰的兩個活性物質(zhì)圖案彼此僅在起始端部分接觸，問題少。但是，實際問題為，若相鄰圖案在起始端部分接觸，則由于噴嘴相對于基材進行相對移動，會以兩個圖案形成一體的方式形成寬度寬的圖案。因此，活性物質(zhì)圖案的形狀和表面積會與期望的不同，不能夠獲得所希望的電池性能。在本發(fā)明中，通過使相鄰圖案的起始端位置在掃描方向上不同，從而降低發(fā)生圖案之間發(fā)生接觸的機率。因此，能夠形成避免圖案之間發(fā)生接觸并且由以比原來更小的間隔相鄰的多個條狀圖案形成的活性物質(zhì)圖案。此外，在本發(fā)明中能夠防止相互相鄰的活性物質(zhì)圖案間發(fā)生接觸。因此，相鄰的活性物質(zhì)圖案并不限定于同一種類的物質(zhì)，而可以是組成相互不同的圖案。例如可以在基材上交替配置正極電極用的活性物質(zhì)圖案和負極電極用的活性物質(zhì)圖案。其含義為，在本發(fā)明的第一涂敷工序中使用的涂敷液與在第二涂敷工序中使用的涂敷液并不限于相同的涂敷液。 在本發(fā)明中，例如可以在第一涂敷工序中形成相互平行的多個第一活性物質(zhì)圖案，在第二涂敷工序中，在相互相鄰的第一活性物質(zhì)圖案之間形成第二活性物質(zhì)圖案。如此，能夠形成相互接近且相互不接觸的多個活性物質(zhì)圖案，能夠制造性能良好的電池用電極。在本情況中，例如可以在第一涂敷工序和第二涂敷工序中共用具有沿著垂直于掃描方向的方向排列配置的多個噴出口的同一噴嘴，在第一涂敷工序和第二涂敷工序中，使涂敷開始時的噴嘴相對于基材的表面的相對位置，在掃描方向以及與該掃描方向垂直的方向上分別相互不同。若這樣，則不必為了形成第一活性物質(zhì)圖案以及第二活性物質(zhì)圖案而分別準備單獨的噴嘴。另外，通過使涂敷開始時的噴嘴相對于基材表面的位置，在第一涂敷工序和第二涂敷工序中不同，從而能夠簡單地形成掃描方向上的起始端位置相互不同且在與掃描方向垂直的方向上相互不同的位置上進行延伸的多個條狀圖案?；蛘撸缈梢?，噴嘴具有噴出涂敷液來形成第一活性物質(zhì)圖案的第一噴出口和噴出涂敷液來形成第二活性物質(zhì)圖案的第二噴出口，并且，第二噴出口在掃描方向以及與該掃描方向垂直的方向上設(shè)置于與第一噴出口的位置不同的位置，通過使該噴嘴相對于基材進行移動，來同時執(zhí)行第一涂敷工序和第二涂敷工序。通過在噴嘴上設(shè)置與掃描方向垂直的方向上的位置不同的噴出口，能夠通過噴嘴的一次掃描移動來同時形成多個活性物質(zhì)圖案。此時，若在相鄰的噴出口的位置在掃描方向上不同，則相鄰圖案的圖案的起始端位置也不同，從而達到本發(fā)明的目的。在這種情況下，例如可以使噴嘴的第一噴出口以及第二噴出口在與掃描方向垂直的方向上分別排列設(shè)置有多個。由此，通過噴嘴的一次掃描移動能夠形成更多的圖案，并提高形成圖案能力。在這樣的發(fā)明中，例如可以使第二活性物質(zhì)圖案的起始端位置在掃描方向上位于第一活性物質(zhì)圖案的起始端位置的上游側(cè)。在這情況下，作為第二活性物質(zhì)圖案的涂敷液在起始端部分的擴散結(jié)束而寬度穩(wěn)定了的狀態(tài)在之前形成的第一活性物質(zhì)圖案之間經(jīng)過來進行涂敷。因此，作為第二活性物質(zhì)圖案的涂敷液的擴散導(dǎo)致與已形成的第一活性物質(zhì)圖案接觸的可能性減小。另一方面，例如可以使第二活性物質(zhì)圖案的起始端位置在掃描方向上位于第一活性物質(zhì)圖案的起始端位置的下游側(cè)。在這種情況下，由于噴嘴能夠從避開了第一活性物質(zhì)圖案的起始端部的擴散的位置開始進行掃描移動，因此能夠防止噴嘴前端與已形成的第一活性物質(zhì)圖案接觸而破壞圖案。另外，例如使上第一活性物質(zhì)圖案的起始端位置與第二活性物質(zhì)圖案的起始端位置在上述掃描方向上的距離，大于等于第一活性物質(zhì)圖案和與該第一活性物質(zhì)圖案相鄰的第二活性物質(zhì)圖案在與掃描方向垂直的方向上的排列間距。在此，第一活性物質(zhì)圖案和與該第一活性物質(zhì)圖案相鄰的第二活性物質(zhì)圖案之間的排列間距，能夠定義為第一二活性物質(zhì)圖案和第二活性物質(zhì)圖案各自的中心線在與掃描方向垂直的方向上的距離。起始端部的圖案的擴散在掃描方向以及與該方向垂直的方向上都會發(fā)生，假設(shè)該擴散在兩個方向上的程度相同。這樣，若擴散了的圖案的寬度大于圖案的排列間距即本來的圖案寬度與圖案間隔的相加值，則圖案會擴散到應(yīng)該形成相鄰的圖案的位置。因此，難以以這樣的間隔來排列配置圖案。 相反若設(shè)定不產(chǎn)生那樣問題的排列間距，則只要將在掃描方向上的起始端位置的差設(shè)置成為該排列間距以上，就能夠大致可靠地避免相鄰的圖案接觸。另外，本發(fā)明的第二技術(shù)的電池的制造方法，其特征在于，包括電極制造工序，利用上述的任一制造方法來制造電極，電解質(zhì)層形成工序，在上述電極的形成有上述活性物質(zhì)圖案的面上涂敷含有電解質(zhì)材料的涂敷液，來形成覆蓋上述活性物質(zhì)圖案的電解質(zhì)層。在這樣構(gòu)成的發(fā)明中，如上所述在相鄰圖案不接觸且具有圖案之間的間隔小的條狀活性物質(zhì)圖案的電極上，通過涂敷來層疊其它的功能層，從而制造電池。即，根據(jù)本發(fā)明，能夠制造具有形成為高密度的條狀圖案且表面積大的活性物質(zhì)層的高性能的電池。根據(jù)本發(fā)明的電池用電極以及電池的制造方法，能夠制造具有相互不接觸且接近配置的多個條狀活性物質(zhì)圖案的電池用電極。因此，能夠提高使用該電極的電池的容量、充放電特性等性能。


圖1A和圖1B是示出利用本發(fā)明制造的電池的結(jié)構(gòu)例的圖。圖2是示出本實施方式的模塊制造方法的流程圖。圖3A和圖3B是示意性地示出利用噴嘴掃描法涂敷材料的情況的圖。圖4A至圖4D是用于說明在減小了圖案間隔的情況下可能產(chǎn)生的問題的圖。圖5A和圖5B是示出本實施方式的活性物質(zhì)圖案的例子的圖。圖6A和圖6B是示出本實施方式的圖案形成的第一例以及第二例的圖。圖7A和圖7B是示出本實施方式的圖案形成的第三例的圖。圖8A和圖8B是示出本實施方式的圖案形成的第四例的圖。
具體實施例方式圖1A和圖1B是示出利用本發(fā)明制造的電池的結(jié)構(gòu)例的圖。更具體地講，圖1A是示出根據(jù)本發(fā)明的電池的制造方法的一實施方式制造的鋰離子電池模塊的剖面的概略結(jié)構(gòu)的圖。另外，圖1B是示出根據(jù)本發(fā)明的電池用電極的制造方法的一實施方式制造，并在圖1A所示的電池模塊上使用的電極的概略結(jié)構(gòu)的圖。該鋰離子電池模塊I的結(jié)構(gòu)為在負極集電體11上依次層疊有負極活性物質(zhì)層12、固體電解質(zhì)層13、正極活性物質(zhì)層14以及正極集電體15。在本說明書中如圖1A所示那樣分別定義X、Y以及Z坐標方向。圖1B是示出在負極集電體11的表面形成負極活性物質(zhì)層12而形成的負極電極10的結(jié)構(gòu)的立體圖。如圖1B所示，負極活性物質(zhì)層12為沿著Y方向延伸的條狀的圖案120在X方向上隔開一定間隔排列有多個的線與間距(Line and space)結(jié)構(gòu)。另外，固體電解質(zhì)層13是由固體電解質(zhì)形成且厚度大致恒定的薄膜。固體電解質(zhì)層13以追隨如上那樣在負極集電體11上形成負極活性物質(zhì)層12而形成的負極電極10表面的凹凸的方式，同樣地覆蓋該電極10上表面的大致整體。另外，正極活性物質(zhì)層14的下表面一側(cè)為沿著固體電解質(zhì)層13的上表面的凹凸的凹凸結(jié)構(gòu)，但正極活性物質(zhì)層14的上表面大致平坦。并且，在這樣形成為大致平坦的正極活性物質(zhì)層14的上表面上層疊正極集電體15，來形成鋰離子電池模塊I。在該鋰離子電池模塊I上適當?shù)卦O(shè)置雙電極或者層疊多個模塊來構(gòu)成鋰離子電池。在此作為構(gòu)成各層的材料，可以使用作為鋰離子電池的構(gòu)成材料公知的材料，并 且作為負極集電體11、正極集電體15例如能夠分別使用銅箔、鋁箔。另外，作為正極活性物質(zhì)例如能夠使用以LiC0O2(LCO)為主體的材料，作為負極活性物質(zhì)例如能夠使用以Li4Ti5O12(LTO)為主體的材料。另外，作為固體電解質(zhì)層13例如能夠使用聚環(huán)氧乙烷和聚苯乙烯的混合物。此外,各功能層的材質(zhì)并不限定于此。具有這樣結(jié)構(gòu)的鋰離子電池模塊I薄，且容易彎折。另外，通過將負極活性物質(zhì)層12形成為如圖所示的具有凹凸的立體結(jié)構(gòu)，來使該負極活性物質(zhì)層12的相對于體積的表面積變大。因此，能夠使隔著薄的固體電解質(zhì)層13與正極活性物質(zhì)層14相向的表面積增大，實現(xiàn)高效率和大輸出。如此，具有上述結(jié)構(gòu)的鋰離子電池，小型，并能夠獲得高性能。圖2是示出本實施方式的模塊制造方法的流程圖。在該制造方法中，首先準備作為負極集電體11的金屬箔，例如銅箔(步驟S101)。由于使用薄的銅箔時搬運和操作困難，所以優(yōu)選例如通過將一個面粘貼在玻璃板或者樹脂薄板等載體上來提高搬運性。接著，通過噴嘴分配法，尤其是使用于噴出涂敷液的噴嘴相對于涂敷對象表面移動的噴嘴掃描法，在銅箔的一個面上涂敷含有負極活性物質(zhì)的涂敷液(步驟S102)。作為涂敷液，例如能夠使用上述的含有負極活性物質(zhì)的有機類LTO材料(有機和無機復(fù)合材料)ο涂敷液中除了負極活性物質(zhì)之外，還能夠混合有作為導(dǎo)電助劑的乙炔黑或者碳黑(KetjenBlack)、作為粘結(jié)劑的聚偏氟乙烯(PVDF)、苯乙烯一丁二烯橡膠(SBR)、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP )、聚乙烯醇(PVA)或者聚四氟乙烯(PTFE )、作為溶劑的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP )等。此外，作為負極活性材料除了上述的LTO之外，例如能夠使用石墨、金屬鋰、SnO2、合金類等。圖3A和圖3B是示意性地示出利用噴嘴掃描法涂敷材料的情況的圖。更具體地講，圖3A是從側(cè)面觀察利用噴嘴掃描法涂敷的情況的圖，圖3B是從斜上方觀察利用噴嘴掃描法涂敷的情況的圖。利用噴嘴掃描法在基材上涂敷涂敷液的技術(shù)是公知的，并且在本方法中也可以應(yīng)用那樣的公知技術(shù)，因此省略對裝置的結(jié)構(gòu)的說明。在噴嘴掃描法中，將貫穿配設(shè)了一個或多個用于噴出涂敷液的噴出口的噴嘴21配置在銅箔11的上方，一邊從噴出口噴出恒定量的涂敷液22，一邊使噴嘴21沿著箭頭方向Ds以恒定速度相對于銅箔11進行掃描移動。這樣，在銅箔11上呈沿著Y方向的條狀涂敷涂敷液22。如果噴嘴21設(shè)置有多個噴出口，則能夠通過一次掃描移動形成多個條紋。通過根據(jù)需要來反復(fù)進行掃描移動，能夠在銅箔11的整個表面呈條狀地涂敷涂敷液。通過使該涂敷液干燥固化，在銅箔11的上表面形成負極活性物質(zhì)層12。另外，可以在涂敷液中添加光固化樹脂，在涂敷之后進行光照射來使之固化。此時，成為在大致平坦的銅箔11的表面上形成有負極活性物質(zhì)層12的狀態(tài)，這與以僅使上表面平坦的方式涂敷涂敷液情況相比，使活性物質(zhì)的相對于使用量的表面積增大。因此，能夠使與之后形成的正極活性物質(zhì)相向的面積增大，來獲得大輸出。繼續(xù)說明圖2的流程圖。通過適當?shù)耐糠蠓椒?，例如旋涂法，在這樣形成的在銅箔11上層疊負極活性物質(zhì)層12得到的層疊體(負極電極)10的上表面上涂敷電解質(zhì)涂敷液(步驟S103)。作為電解質(zhì)涂敷液，可以使用將上述的高分子電解質(zhì)材料例如聚環(huán)氧乙烷、聚苯乙烯等樹脂、作為支持電解質(zhì)(supporting electrolyte)的例如LiPF6 (六氟磷酸鋰)以及作為溶劑的例如碳酸二乙脂(diethylene carbonate)等混合的涂敷液。利用適當?shù)姆椒?，例如已知的刮涂法，在這樣形成的將銅箔11、負極活性物質(zhì)層12、固體電解質(zhì)層13層疊得到的層疊體上，涂敷含有正極活性物質(zhì)的正極活性物質(zhì)涂敷·液，來形成正極活性物質(zhì)層14 (步驟S104)。作為含有正極活性物質(zhì)的涂敷液例如可以使用將上述的正極活性物質(zhì)、作為導(dǎo)電助劑的乙炔黑、作為粘結(jié)劑的SBR、作為分散劑的羧甲基纖維素(CMC)以及作為溶劑的純水等混合而成的水類LCO材料。作為正極活性材料除了上述 LCO 之外，能夠使用以 LiNiO2 或者 LiFeP04、LiMnP04、LiMn2O4、還有 LiMeO2 (Me=MxMyMz ；Me,M 為過渡金屬，x+y+z=l)為代表性的化合物，例如 LiNi 1/3Mn1/3Co1/302、LiNia8Coai5Ala05O2等。另外，作為涂敷方法例如能夠適當采用，如刮涂法、條涂法或者旋涂法那樣能夠使上表面形成平坦的膜的公知的涂敷方法。通過這樣在層疊體上涂敷含有正極活性物質(zhì)的涂敷液，形成下表面具有沿著固體電解質(zhì)層13的凹凸的凹凸并且上表面大致平坦的正極活性物質(zhì)層14。在這樣形成的正極活性物質(zhì)層14的上表面上層疊形成正極集電體15的金屬箔，例如鋁箔(步驟S105)。此時，優(yōu)選在前一步驟S104中形成的正極活性物質(zhì)層14未固化時在正極活性物質(zhì)層14的上表面重疊正極集電體15。如此，能夠使正極活性物質(zhì)層14和正極集電體15相互緊密地接合。另外，由于正極活性物質(zhì)層14的上表面是平坦的，因此無空隙地層疊正極集電體15變得容易。通過上述的步驟，能夠制造圖1A所示的鋰離子電池模塊I。上述鋰離子電池的制造方法基本與上述專利文獻I (日本特開2011-070788號公報)的內(nèi)容相同。但是，在本實施方式中，為了使多個條狀的活性物質(zhì)圖案120的間隔比原來小來使負極活性物質(zhì)層12的活性物質(zhì)圖案120高密度化，將步驟S102中制造負極活性物質(zhì)層12的工序如下。圖4A至圖4D是用于說明在圖案間隔變小時可能廣生的問題的圖。這里以在基材110上形成兩個活性物質(zhì)圖案121、122的情況為例進行說明，但圖案數(shù)量比這更多時的想法也同樣。在通過涂敷來形成兩個圖案121、122的情況下，優(yōu)選如圖4A所示，具有恒定圖案寬度的兩個圖案121、122隔著恒定的間隔DO相互平行。但是，在從相對于基材110移動的噴嘴21噴出涂敷液來將涂敷液涂敷在基材110上的噴嘴掃描法中，由于開始涂敷時涂敷液在噴嘴21開口處的滯留和掃描移動與開始動作時機間的關(guān)系，可能會如圖4B所示，圖案起始端部Pa的寬度比原來更寬。即，圖案起始端部的間隔Dl容易小于原來的間隔D0。在此若考慮進一步減小圖案間隔的情況，則會如圖4C所示，由于圖案起始端部Pa擴大使得相鄰的圖案121、122接觸。因為圖案121、122都是鋰離子電池的負極集電體上的負極活性物質(zhì)圖案，所以圖案121、122僅起始端部Pa接觸引起電短路，也不會在電池的動作上導(dǎo)致致命的問題。另外，例如圖4C的A-A’虛線所示，若將圖案起始端部分與基材110一起切掉而不作為電池來使用，則沒有問題。但是，實際問題是由于涂敷液的表面張力，若圖案起始端部一旦接觸，則再分離兩個圖案并不容易。并且，如圖4D所示，伴隨著噴出與各圖案對應(yīng)的涂敷液的噴嘴進行掃描移動，應(yīng)該為兩個條紋的涂敷液的條紋以成為一體的狀態(tài)形成圖案123。因此，圖案寬度和表面積等形狀與期望的不同，導(dǎo)致使用該電極的電池的性能發(fā)生變動。圖5A以及圖5B是示出本實施方式的活性物質(zhì)圖案的例子的圖。鑒于上述問題,在本實施方式中，如圖5A所示，使各圖案在Y方向上的起始端位置不同，以使相互相鄰的圖案的起始端位置在Y方向上不同。更具體地講，要在基材110上形成的相互平行的多個活性物質(zhì)圖案P1、P2、P3…中的下標為奇數(shù)的隔行的圖案P1、P3、P5···，以Y坐標值Yl作為起始端位置來進行涂敷，另一方面下標為偶數(shù)的剩余的圖案P2、P4、P6···，以與値Yl不同的坐標值Y2作為起始端位置來進行涂敷。由此能夠避免由于起始端部的圖案擴散而引起的相 鄰圖案間發(fā)生接觸的情況。參照圖5B來考慮Y方向上的起始端位置在相鄰圖案之間距離多少。在此假設(shè)從噴嘴21著落在基材110上的涂敷液在基材110的表面(X-Y平面)上均勻(從上部觀察呈圓形)地擴散的情況。實際上，因涂敷液沿著噴嘴21的移動方向(Y方向)延伸而起始端部的膨脹部在Y方向上延伸，因此在此考慮的是使起始端位置至少分開多少。另外，各圖案起始端部的擴散量恒定，用符號Ra表示該擴散的直徑。另外，將X方向上的圖案的排列間距(圖案中心線之間的距離)設(shè)為Lp。圖5B示出相鄰的兩個圖案的起始端部彼此接觸的情況中的兩個圖案在Y方向上的起始端位置距離最大的情況。如果兩個圖案在Y方向上的起始端位置之差Λ Υ(=Υ2-Υ1)比在圖5Β中所示的關(guān)系更大，則兩個圖案不接觸。即，根據(jù)如圖5Β所示的關(guān)系如果Λ Y >SQR (Ra2-Lp2),則相鄰圖案的起始端彼此不會接觸。在上式中，函數(shù)SQR (χ)表示χ的平方根。因此，只要已知起始端部的涂敷液的擴散程度和圖案的排列間距，則能夠根據(jù)上式來設(shè)定相鄰圖案的起始端位置的差。此外，根據(jù)本申請發(fā)明者的知識，如果適當?shù)毓芾硗糠笠旱恼扯?、噴?1的開口直徑以及掃描速度等涂敷條件，則由涂敷液的擴散引起的圖案起始端部寬度的增大量最多為20 30%左右。根據(jù)這一點，更簡單地可以使相鄰的圖案的起始端位置之差Λ Y為圖案的排列間距Lp以上。接著，對用于利過噴嘴掃描法形成上述圖案的具體方法進行說明。作為用于使起始端部形成為上述的所謂交錯配置的狀態(tài)來形成相互平行的多個圖案的方法，例如有如下步驟。圖6Α以及圖6Β是示出本實施方式的圖案形成的第一例以及第二例的圖。如上所述使起始端位置成為交錯配置狀態(tài)的圖案，例如可以應(yīng)用圖3Α以及圖3Β所示的涂敷方法。即，如圖3Β所示，使在X方向上排列配置有多個噴出涂敷液的噴出口的噴嘴21，沿著Y方向相對于基材110的表面進行掃描移動。由此，能夠形成相互平行且沿著Y方向延伸的多個條狀圖案22 (第一涂敷工序)。然后，在如此形成多個圖案之后，使噴嘴21相對于基材110的X方向位置，移動已設(shè)定的圖案在X方向上的排列間距即噴嘴21的噴出口的排列間距的1/2。然后，通過再次沿著Y方向進行掃描移動，能夠在已設(shè)定的圖案之間分別再各形成一條新的圖案(第二涂敷工序)。由此，能夠以原來的兩倍的密度(即1/2的排列間距)形成圖案。此時，通過使涂敷開始時的噴嘴21相對于基材110的Y方向位置不同，能夠形成相鄰圖案在Y方向上的圖案起始端位置相互不同的交錯配置的圖案。此外，通過前后掃描移動分別形成的圖案之間的位置關(guān)系可以考慮下面的兩例。在圖6A所示的第一例中，從噴嘴21的掃描移動方向Ds上的通過第一次掃描形成在基材Iio的表面上的已設(shè)定圖案221的起始端位置的上游側(cè)(在圖中為左下)的位置，開始第二次涂敷圖案222。在這種情況下，第二次掃描涂敷的涂敷液在第一次掃描形成的圖案起始端部之間經(jīng)過并朝向下游側(cè)涂敷。在這樣進行涂敷的情況下，第二次掃描涂敷的涂敷 液，由于在與已設(shè)定圖案分離的位置擴散之后，以涂敷寬度穩(wěn)定的狀態(tài)在已設(shè)定圖案之間涂敷，因此能夠可靠地防止涂敷液由于擴散而與已設(shè)定圖案接觸。另一方面，在圖6B中所示的第二例中，從噴嘴21的掃描移動方向Ds上的第一次掃描形成于基材110的已設(shè)定圖案223的起始端位置的下游側(cè)的位置，開始第二次涂敷圖案224。在這種進行涂敷的情況下，也能夠防止涂敷液與已設(shè)定圖案接觸，另外噴嘴21的前端在已設(shè)定圖案的起始端部之間經(jīng)過時不會與已設(shè)定圖案接觸而不會損傷。圖7A以及圖7B是示出本實施方式的圖案形成的第三例的圖。如圖7A所示，將設(shè)置于噴嘴26的噴出口 261、262交錯配置。由此，能夠通過噴嘴26相對于基材110的一次掃描移動，形成相鄰圖案的起始端位置交錯配置的圖案。具體地講，在噴嘴26的下表面260上設(shè)置由在X方向上等間隔地配置一列的多個第一噴出口 261形成的第一噴出口列。而且，在噴嘴26的下表面260設(shè)置有在Y方向上的位置與第一噴出口列不同并且由在X方向上的開口位置與噴出口 261的位置不同的多個第二噴出口 262形成的第二噴出口列。一邊從如此配置的噴出口 261、262分別噴出涂敷液，一邊使噴嘴26沿著掃描方向Ds (Y方向)相對于基材110進行掃描移動。由此，如圖7B所示，在基材110上同時形成相互平行且相鄰圖案的起始端位置在Y方向上不同的多個條狀圖案271、272。更具體地講，從第一噴出口 261噴出的涂敷液形成圖案271，另外從第二噴出口 262噴出的涂敷液形成圖案272。也就是說，在本例中同時執(zhí)行本發(fā)明的“第一涂敷工序”和“第二涂敷工序”。也能夠通過這樣的涂敷方法來制造具有期望的結(jié)構(gòu)的電極100。圖8A以及圖8B是示出本實施方式的圖案形成的第四例的圖。在上述各例中，利用在X方向上排列有多個噴出口的噴嘴來形成多個圖案。但是，利用具有一個噴出口的噴嘴也能夠制造具有同樣結(jié)構(gòu)的電極100。即，如圖8A所示，通過以恒定的進給間距改變具有一個噴出口的噴嘴28相對于基材110的X方向位置，在每次改變時使噴嘴28沿著Y方向進行掃描移動，來形成相互平行且沿著Y方向延伸的多個圖案291 (第一涂敷工序)。然后，如圖8B所示，將噴嘴28移動到第一次形成的圖案2911與第二次形成的圖案2912之間且Y方向位置與這兩個圖案的起始端位置不同的位置。然后，以與上述相同的進給間距改變噴嘴28相對于基材110的X方向位置，在每次改變間距后使噴嘴28沿著Y方向進行掃描移動(第二涂敷工序)。由此，能夠在已設(shè)定圖案291之間形成新的圖案292。與前例一樣，能夠使新的圖案292的起始端位置在掃描移動方向Ds上的已設(shè)定圖案291的起始端位置的上游側(cè)或者下游側(cè)。
此外，在這些涂敷例中，并不限定圖案的終端位置，可以將在Y方向上的相同位置作為終端。在涂敷結(jié)束位置不會產(chǎn)生與開始位置同樣的圖案明顯擴散的情況，另外即使圖案因擴散而發(fā)生接觸，接觸也僅限該位置，不會如圖4D所示那樣相鄰圖案形成一體。如上所述，在本實施方式中，在基材上涂敷含有活性物質(zhì)的涂敷液來形成相互平行的多個條狀圖案。此時，為了防止由圖案起始端部的擴散引起的圖案之間的接觸，使相鄰的圖案的圖案起始端位置在圖案延伸方向(噴嘴掃描移動方向)上不同。由此，能夠防止在圖案起始端部與相鄰的圖案接觸而引起的圖案形狀的雜亂，從而能夠以比原來更小的間隔來形成活性物質(zhì)圖案。其結(jié)果，在本實施方式中，能夠制造用于制造容量以及充放電特性良好的電池的電池用電極。如上所述，在本實施方式中，圖6A中的圖案221、圖6B中的圖案223、圖7B中的圖案271、圖8A中的圖案291等相當于本發(fā)明的“第一活性物質(zhì)圖案”。另外，圖6A中的圖案222、圖6B中的圖案224、圖7B中的圖案272、圖8B中的圖案292等相當于本發(fā)明的“第二活性物質(zhì)圖案”。
此外，本發(fā)明并不限定于上述實施方式，只要在不脫離其宗旨能夠進行上述方式之外的各種變形。例如，上述實施方式中，將本發(fā)明應(yīng)用到在通過說明的方法形成的負極電極10上依次層疊固體電解質(zhì)層、正極活性物質(zhì)層以及正極集電體來制造全固體電池的方法。但是，不僅這樣的使用固體電解質(zhì)的技術(shù)中，在制造具有由電解液形成的電解質(zhì)層的電池的技術(shù)以及制造該電池的電極的技術(shù)中也能夠應(yīng)用本發(fā)明。另外，在上述實施方式中，相互相鄰的活性物質(zhì)圖案的組成相同，但并不限定于此，作為由具有立體結(jié)構(gòu)的活性物質(zhì)圖案形成的電池，除上述以外，還提出了沿著基材表面交替排列正負活性物質(zhì)的電池(例如參照日本特開2006-147210號公報)。在制造在這樣的電池中使用的電極時，也能夠采用本發(fā)明。另外，在上述實施方式中，將本發(fā)明應(yīng)用到制造負極電極時，但當然也可以將本發(fā)明應(yīng)用于制造正極電極。另外，在上述實施方式中例示的集電體、活性物質(zhì)、電解質(zhì)等材料示出了一例，并不限定于此。在使用用作鋰離子電池的構(gòu)成材料的其它材料來制造鋰離子電池的情況下，也能夠適于采用本發(fā)明的制造方法。另外，并不限定于鋰離子電池，而能夠?qū)⒈景l(fā)明應(yīng)用到使用其它材料的化學(xué)電池的制造以及用于電池的電極的全部制造。在上述說明中，為了容易理解發(fā)明原理，例示了使噴嘴相對于基材進行掃描移動的情況，但基材和噴嘴的相對移動能夠通過使噴嘴、基材中的某一個進行移動來實現(xiàn)。從防止由于噴嘴振動引起的涂敷雜亂的觀點來說，優(yōu)選使噴嘴固定而使基材進行移動的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明能夠適用于使用活性物質(zhì)的電池用電極以及使用該電極的電池的制造技術(shù)，尤其能夠提供在基材上高密度地形成多個條狀的活性物質(zhì)圖案而使容量以及充放電特性良好的電池。
權(quán)利要求
1.一種電池用電極的制造方法，用于制造在基材的表面上配置有相互平行的多個條狀的活性物質(zhì)圖案的電池用電極，其特征在于， 包括 第一涂敷工序，使噴出含有活性物質(zhì)材料的涂敷液的噴嘴，沿著規(guī)定的掃描方向相對于上述基材的表面進行掃描移動，將上述涂敷液呈條狀地涂敷在上述基材的表面，由此形成第一活性物質(zhì)圖案， 第二涂敷工序，使噴出含有活性物質(zhì)材料的涂敷液的噴嘴，沿著上述掃描方向相對于上述基材的表面進行掃描移動，將上述涂敷液呈條狀地涂敷在上述基材的表面，由此形成與上述第一活性物質(zhì)圖案相鄰的第二活性物質(zhì)圖案； 使上述第一活性物質(zhì)圖案的起始端位置與上述第二活性物質(zhì)圖案的起始端位置在上述掃描方向上相互不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池用電極的制造方法，其特征在于， 在上述第一涂敷工序中，形成相互平行的多個上述第一活性物質(zhì)圖案， 在上述第二涂敷工序中，在相互相鄰的上述第一活性物質(zhì)圖案之間形成上述第二活性物質(zhì)圖案。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池用電極的制造方法，其特征在于， 在上述第一涂敷工序和上述第二涂敷工序中共用具有沿著垂直于上述掃描方向的方向排列配置的多個噴出口的上述噴嘴， 在上述第一涂敷工序和上述第二涂敷工序中，使涂敷開始時的上述噴嘴相對于上述基材的表面的相對位置，在上述掃描方向以及與上述掃描方向垂直的方向上分別相互不同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池用電極的制造方法，其特征在于， 上述噴嘴具有噴出上述涂敷液來形成上述第一活性物質(zhì)圖案的第一噴出口和噴出上述涂敷液來形成上述第二活性物質(zhì)圖案的第二噴出口，并且，上述第二噴出口在上述掃描方向上以及與該掃描方向垂直的方向上設(shè)置于與上述第一噴出口的位置不同的位置， 通過使上述噴嘴相對于上述基材移動，來同時執(zhí)行上述第一涂敷工序和上述第二涂敷工序。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池用電極的制造方法，其特征在于，上述噴嘴的上述第一噴出口以及上述第二噴出口在與上述掃描方向垂直的方向上分別排列設(shè)置有多個。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的電池用電極的制造方法，其特征在于，使上述第二活性物質(zhì)圖案的起始端位置在上述掃描方向上位于上述第一活性物質(zhì)圖案的起始端位置的上游側(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的電池用電極的制造方法，其特征在于，使上述第二活性物質(zhì)圖案的起始端位置在上述掃描方向上位于上述第一活性物質(zhì)圖案的起始端位置的下游側(cè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的電池用電極的制造方法，其特征在于，使上述第一活性物質(zhì)圖案的起始端位置與上述第二活性物質(zhì)圖案的起始端位置在上述掃描方向上的距離，大于等于上述第一活性物質(zhì)圖案和與該第一活性物質(zhì)圖案相鄰的上述第二活性物質(zhì)圖案在與上述掃描方向垂直的方向上的排列間距。
9.一種電池的制造方法，其特征在于，包括電極制造工序，利用權(quán)利要求1至5中任一項所述的電池用電極的制造方法來制造電極， 電解質(zhì)層形成工序，在上述電極的形成有上述活性物質(zhì)圖案的面上涂敷含有電解質(zhì)材料的涂敷液，來形成覆蓋上述活性物質(zhì)圖案的電解質(zhì)層。
全文摘要
本發(fā)明涉及在通過涂敷含有活性物質(zhì)材料的涂敷液來制造電池用電極的技術(shù)中，避免圖案之間發(fā)生接觸并以比原來更小的間隔形成條狀圖案。一邊使在X方向上具有多個噴出口的噴嘴(21)，沿著Y方向相對于基材(110)進行掃描移動，一邊從各噴出口噴出含有活性物質(zhì)材料的涂敷液并涂敷在基材(110)上。在通過第一次的掃描移動形成的圖案(221)之間，通過第二次的掃描移動涂敷新的涂敷液來形成圖案(222)。通過使掃描方向(Y方向)上的圖案(221、222)的起始端位置相互不同，防止由于圖案起始端部的涂敷液的擴散引起的圖案之間發(fā)生接觸的情況。
文檔編號B05D5/00GK103022410SQ20121023005
公開日2013年4月3日 申請日期2012年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者寺木邦子, 平松賢太, 松田健, 古市考次, 真田雅和 申請人:大日本網(wǎng)屏制造株式會社