專利名稱：電極構(gòu)件、電池和電氣雙層電容器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電極構(gòu)件、采用該電極構(gòu)件的電池和電氣雙層電容器的制造。
過(guò)去在制造電極構(gòu)件時(shí)，是將含有電極材料、粉狀導(dǎo)電物質(zhì)、粘合劑和溶劑的混合物涂布在集電材料面上，將涂布好的混合物用熱風(fēng)使溶劑蒸發(fā)，讓混合物干燥，使電極層附著在集電材料表面而制造電極構(gòu)件的。但是，電極層容易從集電材料上脫落，而且電極層的電阻不會(huì)減低。這里的熱風(fēng)，是將室外空氣以熱風(fēng)加熱裝置制作，使風(fēng)速為15m/秒～25m/秒，溫度為80℃～200℃。熱風(fēng)加熱裝置如圖11所示用傳送帶d將電極構(gòu)件移至箱體c內(nèi)，該電極構(gòu)件由涂布在集電材料g上的電極層h構(gòu)成。熱風(fēng)吹出口b對(duì)著電極層h吹熱風(fēng)f，讓電極層h所含的溶劑蒸發(fā)。熱風(fēng)將溶劑從箱體出口e往外送。
(A)本發(fā)明是以制造具有對(duì)集電材料附著性更強(qiáng)的電極層的電極構(gòu)件為目的。
(B)而且本發(fā)明是以制造具有低電阻電極層的電極構(gòu)件為目的。
(C)而且本發(fā)明是以制造具備有高附著性、低電阻電極層的電極構(gòu)件的電池和電氣雙層電容器為目的。
本發(fā)明旨在提供一種電極構(gòu)件的制造方法，其中，將含有電極材料、粘合劑和溶劑的混合物涂布在集電材料上，將涂布好的混合物以熱風(fēng)吹使溶劑蒸發(fā)，讓混合物干燥，在集電材料上形成電極層。
請(qǐng)參閱以下有關(guān)本發(fā)明一較佳實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明及其附圖，將可進(jìn)一步了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及其目的功效；有關(guān)該實(shí)施例的附圖為圖1為各種電極構(gòu)件的結(jié)構(gòu)圖2為電極構(gòu)件的制作概要圖；圖3為紅外線照射裝置概要圖；圖4為熱風(fēng)與紅外線干燥的混合物說(shuō)明圖；圖5為電池構(gòu)造圖；圖6為電氣雙層電容器構(gòu)造圖；圖7為剝離度圖；圖8為包覆離子導(dǎo)電性聚合物的說(shuō)明圖；圖9為擠壓摺動(dòng)混合裝置說(shuō)明圖；圖10為密接裝置說(shuō)明圖；圖11為熱風(fēng)加熱裝置概要圖。
以下利用


本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)(A)電極構(gòu)件電極構(gòu)件使用于電氣部件的電極上，電極之間存在著電解質(zhì)。電氣部件如為電池的話，電極構(gòu)件則為在電解質(zhì)離子間的可導(dǎo)電物體。電氣部件如為雙重電容器的話，電極構(gòu)件則會(huì)在高表面積材料與電解質(zhì)之間形成電氣雙重層。
圖1所示為幾個(gè)電極構(gòu)件的例子。在圖1(A)中，電極構(gòu)件1作為電池正電極使用，其電極層18由電極材料11的電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電物質(zhì)14和粘合劑17構(gòu)成，并附著在集電材料13的面上。電極活性物質(zhì)則使用如粉狀電極活性物質(zhì)LiCoO2。在圖1(B)中，以離子導(dǎo)電性聚合物12包覆圖1(A)中的粉狀電極材料11。離子導(dǎo)電性聚合物12也具有粘合的機(jī)能。在圖1(C)，電極構(gòu)件1作為電池的負(fù)電極使用，電極層18由電極材料11的電極活性物質(zhì)和粘合劑17構(gòu)成，并附著在集電材料13的面上。電極活性物質(zhì)使用的是例如粉狀電極活性物質(zhì)的黑鉛粉末。在圖1(D)中，以離子導(dǎo)電性聚合物12包覆圖1(C)的粉狀電極材料。離子導(dǎo)電性聚合物也具有粘合的機(jī)能。在圖1(E)中，電極構(gòu)件1作為電氣雙層電容器的電極使用，電極層18由電極材料11的高表面積材和粘合劑17構(gòu)成，并附著在集電材料13的面上。高表面積材料使用的是例如粉狀高表面積材料的活性碳。在圖1(F)中，將圖1(E)的粉狀高表面積材料包覆離子導(dǎo)電性聚合物12。離子導(dǎo)電性聚合物也具有粘合的機(jī)能。而且，在以離子導(dǎo)電性聚合物12包覆電極材料時(shí)，離子導(dǎo)電性聚合物具有粘合劑的作用。而且，以離子導(dǎo)電性聚合物包覆的電極材料，于此后詳述。
(B)電極構(gòu)件的制造方法圖2為電極構(gòu)件制造方法的例子。電極構(gòu)件1，其中將電極材料11、導(dǎo)電物質(zhì)14、粘合劑17和溶劑19用混合器3混合成泥漿狀，成為混合物31。將混合物31薄涂在集電材料13的表面。涂布方法有刀敷等。將涂布好的混合物以微風(fēng)加熱將溶劑蒸發(fā)掉，使其干燥，作為電極層18附著在集電材料13上進(jìn)行制造。如此，可獲得與本申請(qǐng)人所提出的專利申請(qǐng)(特愿2000-32279)所示的以紅外線進(jìn)行干燥所獲得的電極層相同的效果。
(C)微風(fēng)加熱微風(fēng)加熱是使混合物31干燥的加熱方法，將帶有熱度的微風(fēng)，也就是溫風(fēng)51，對(duì)著混合物31吹的一種方法。微風(fēng)加熱裝置5是進(jìn)行微風(fēng)加熱的裝置，能產(chǎn)生帶有熱度的微風(fēng)(溫風(fēng)51)，對(duì)著電極層18吹使其干燥，如圖3所示，由外氣取入口59吸入空氣，經(jīng)空氣干燥發(fā)生器58將空氣干燥，以空氣加熱器52將空氣加熱，經(jīng)由注入管53將溫風(fēng)51注入箱體56。涂布在集電材料13上的電極層18經(jīng)輸送帶55等搬運(yùn)方式移動(dòng)到箱體56內(nèi)。溫風(fēng)51被吹入電極層18，將電極層18中所含的溶劑蒸發(fā)，經(jīng)過(guò)排出管54進(jìn)入溶媒回收裝置57，將蒸發(fā)的溶媒回收。去除溶媒的溫風(fēng)51中有一部分會(huì)經(jīng)由排氣口60排放到外面去，剩余部分則回到干燥空氣發(fā)生器58。本發(fā)明中的溫風(fēng)，是指風(fēng)速在0.1m/秒～3m/秒以下，溫度為60℃～150℃的空氣氣流。
本發(fā)明的方法是，使用溫風(fēng)51讓混合物31干燥，讓電極層18堅(jiān)固地附著在集電材料13上，而且也會(huì)降低電極層18的電阻。其原因可從圖4所示中推測(cè)出來(lái)。圖4強(qiáng)調(diào)了包覆在集電材料1 3上的混合物溶劑19被蒸發(fā)時(shí)混合物31內(nèi)的狀態(tài)，圖4(A)表示了現(xiàn)有方法，即以風(fēng)速為15m/秒～25m/秒、溫度為80℃～200℃的熱風(fēng)f對(duì)著混合物31吹，將混合了粘和劑的溶劑32蒸發(fā)的方法；圖4(B)表示了本發(fā)明的方法，即以風(fēng)速為0.1m/秒～3m/秒、溫度為60℃～150℃的溫風(fēng)51對(duì)著混合物31吹，將混合了粘和劑的溶劑32蒸發(fā)的方法。
在圖4(A)中，過(guò)去吹熱風(fēng)f蒸發(fā)溶劑的原理如下所述。首先，將熱風(fēng)f對(duì)著混合物表面時(shí)，混合物31的表面附近因熱風(fēng)f而急劇變暖，表面附近的溶劑在快速蒸發(fā)的同時(shí)隨熱風(fēng)f飛走。因此，表面附近的溶劑急劇蒸發(fā)，混合物內(nèi)部和集電材料附近的溶劑為了對(duì)其補(bǔ)充而向表面附近移動(dòng)。此時(shí)，混合在溶劑中的粘合劑和粉狀導(dǎo)電物質(zhì)一起被搬運(yùn)至表面附近。即、發(fā)生了粘合劑和粉狀導(dǎo)電物質(zhì)的移動(dòng)。其結(jié)果，集電材料一側(cè)的混合物中的粘合劑和粉狀導(dǎo)電物質(zhì)的濃度降低，電極層變得容易從集電材料脫落，而且，集電材料附近的比電阻變高，整個(gè)電極層的電阻變高。
與此相反，在圖4(B)中，本發(fā)明吹溫風(fēng)51蒸發(fā)溶劑的原理如下所述。首先，在混合物表面吹拂溫風(fēng)時(shí)，混合物整體漸漸變暖，溶劑自混合物表面漸漸蒸發(fā)。因此，粘合劑和粉狀導(dǎo)電物質(zhì)的濃度在整體上是均勻的。即，可以防止粘合劑和粉狀導(dǎo)電物質(zhì)移動(dòng)的發(fā)生。其結(jié)果，在混合物31干燥后取得的電極層，由于集電材料附近的粘合劑濃度沒(méi)有降低，所以，電極層牢固地附著在集電材料上，而且，由于集電材料附近的粉狀導(dǎo)電物質(zhì)的濃度也沒(méi)有降低，所以電極層整體的電阻得以降低。
(D)集電材料集電材料13為容易導(dǎo)電的物質(zhì)，根據(jù)不同的電氣部件選擇其形狀和材料，其中一個(gè)例子將鋁和銅等的導(dǎo)電物質(zhì)制成板狀、箔或網(wǎng)狀。如為板狀體或箔狀的集電材料，根據(jù)電氣部件的構(gòu)造使用單面或雙面。
密接在集電材料13上的電極層18可以緊密結(jié)合在集電材料上。至于如何密接，例如可使用圖10所示的密接裝置4。將由涂布了混合物的集電材料構(gòu)成的電極構(gòu)件1夾在壓力滾筒41之間，壓力裝置43會(huì)施加壓力到支持滾筒(Back up roller)42上轉(zhuǎn)動(dòng)，如此即可使電極層與集電材料緊密接合。而且，密接裝置4不一定只能采用四支滾筒，只要能施加壓力讓電極層與集電材料緊密接合即可，例如也可使用只有兩支滾筒的壓床。
(E)電池本電池是以圖1(A)或圖1(B)的電極構(gòu)件作為正極，圖1(C)或圖1(D)的電極構(gòu)件作為負(fù)極，在兩者間配置電解質(zhì)所構(gòu)成。圖5所示則為以圖1(B)的電極構(gòu)件作為正極，圖1(D)的電極構(gòu)件作為負(fù)極的電池例。圖5(A)為電解質(zhì)為電解液16時(shí)，在電極之間配置有分隔板(separator)15。為了分開一對(duì)電極構(gòu)件1，配置分隔板15，根據(jù)需要也可以使用固體的電解質(zhì)。
(F)電氣雙層電容器電氣雙層電容器是由圖1(E)的電極構(gòu)件構(gòu)成一對(duì)電極，或是由圖1(F)所示的電極構(gòu)件構(gòu)成一對(duì)電極，然后在兩電極間配置電解質(zhì)所構(gòu)成。如圖6(A)所示，采用圖1(E)中的電極構(gòu)件制成的電氣雙層電容器；如圖6(B)所示，采用圖1(F)的電極構(gòu)件制成的電氣雙層電容器。圖6(A)為，當(dāng)電解質(zhì)為電解液16時(shí)，電極間配置分隔板15。圖6(B)所示的為電解質(zhì)為固體的離子導(dǎo)電性聚合物12時(shí)的狀況。為了分開一對(duì)電極構(gòu)件1，配置分隔板15，根據(jù)需要也可以使用固體的電解質(zhì)。
以下說(shuō)明電極構(gòu)件的實(shí)施例(A)電極構(gòu)件樣品的制造以本發(fā)明的微風(fēng)加熱方法和過(guò)去的熱風(fēng)加熱方法制作8種電極構(gòu)件的實(shí)施例樣品并測(cè)定了其剝離度和阻抗，試制采用了該電極構(gòu)件的電池并對(duì)其循環(huán)裂化進(jìn)行了測(cè)定。各樣品的電極材料、導(dǎo)電物質(zhì)、粘合劑、溶劑材料和比例如表1所示。
表1
樣品1～6為電容器用電極，在作為電極材料的來(lái)自石炭酸的活性碳(關(guān)西化學(xué)(株)制)中添加作為導(dǎo)電物質(zhì)的粉狀導(dǎo)電物質(zhì)炭黑，用混合器進(jìn)行干式混合。而且，樣品7～8是電池的正極用電極，在作為電極材料的粉狀電極活性物質(zhì)LiCoO2中添加作為導(dǎo)電物質(zhì)的粉狀導(dǎo)電物質(zhì)炭黑，用混合器進(jìn)行干式混合。然后樣品1～8都添加粘合物進(jìn)行混合，而且加入規(guī)定的溶劑混合?；旌虾?，通過(guò)刀敷涂抹在集電體上。將樣品以微風(fēng)加熱或傳過(guò)去的熱風(fēng)加熱進(jìn)行干燥。
樣品1到6使用的電極材料為活性碳。樣品7使用LiCoO2作為電極材料，以PVDF(聚合氟化聚偏氯乙烯纖維)作為粘合劑。樣品8以LiCoO2作為電極材料，以聚合物原料A2作為粘合劑，包覆離子導(dǎo)電性聚合物。樣品1到4都不含粉狀導(dǎo)電物質(zhì)炭黑，樣品5～8含有不同濃度的炭黑。粘合劑采用聚合物原料A1、聚合物原料A2、鐵氟龍粉末、PVDF。聚合物原料A1與聚合物原料A2屬離子導(dǎo)電性聚合物原料，如表2與表3所示。溶劑主要使用NMP(N甲基吡咯烷酮)，只有實(shí)施例7同時(shí)采用了MMEK(甲基乙基酮)。
表2離子導(dǎo)電性聚合物原料(A1)
表3離子導(dǎo)電性聚合物原料(A2)
采用微風(fēng)加熱時(shí)，啟動(dòng)空氣加熱器52、附屬的干燥空氣發(fā)生器58和溶媒回收裝置57，制作干燥的空氣。以平均風(fēng)速1m/秒左右(最小0.5m/秒～最大1.5m/秒左右)把溫風(fēng)供應(yīng)到箱體56內(nèi)。溫風(fēng)流過(guò)的箱體56分為80℃溫風(fēng)的第一區(qū)和100℃溫風(fēng)的第二區(qū)，讓樣品先以3m/分的速度通過(guò)第一區(qū)，然后再通過(guò)第二區(qū)。第一區(qū)和第二區(qū)的長(zhǎng)度分別約為4.5m(合計(jì)9m)，因此整個(gè)通過(guò)時(shí)間約為3分鐘，讓混合物以3分鐘時(shí)間進(jìn)行干燥。如此，就能讓混合物干燥，防止粘合劑、粉狀導(dǎo)電物質(zhì)發(fā)生移位的情形。
如采用熱風(fēng)加熱的話，采用圖11所示的裝置，從室內(nèi)抽取空氣，使用相對(duì)濕度60％的空氣，讓風(fēng)速為15m/秒的熱風(fēng)流通3分鐘將混合物干燥。除熱風(fēng)風(fēng)速和空氣的干燥外，其他的方法與微風(fēng)加熱法相同。另外，為供參考，本方法也采用本發(fā)明中所示、使用了干燥空氣的熱風(fēng)。即，以干燥的空氣來(lái)替代室外空氣(相對(duì)濕度60％)，其他方法則與上述的熱風(fēng)加熱法相同。
(B)電極構(gòu)件樣品的測(cè)定結(jié)果剝離度測(cè)定方法是在集電材料表面制作的電極層上貼上膠帶，然后拉扯使電極層附著在膠帶上從集電材料上剝離下來(lái)。被剝離下來(lái)的剝離量來(lái)列出其剝離度的等級(jí)。圖7為電極層附著膠帶的狀態(tài)(照片拷貝圖片)。圖7(A)為電極層上部薄薄一層剝離掉的狀態(tài)(黑色部分為電極層剝離的部分)，屬于等級(jí)a。圖7(B)為電極層中部有薄薄剝離的情形(黑色部分為電極層剝離的部分)，屬于等級(jí)b。圖7(C)為電極層完全從集電材料上剝離下來(lái)的狀態(tài)(黑色部分為剝離的部分)，屬等級(jí)c。樣品測(cè)定的剝離度與阻抗的結(jié)果，如表4所示。
表4
阻抗測(cè)定法是將集電體上所形成的電極夾在直徑2cm、厚度5mm的銅板上，上下施以4.5kg/cm2的壓力，以阻抗分析器測(cè)定交流10KHz的電阻值。
以相同的樣品編號(hào)對(duì)比干燥空氣微風(fēng)加熱、室外空氣熱風(fēng)加熱和干燥空氣熱風(fēng)加熱的樣品，每一種樣品剝離度都以采微風(fēng)加熱的等級(jí)最佳，為等級(jí)1或等級(jí)2。而且阻抗方面也以為微風(fēng)加熱方式的阻抗最小，電阻最小。而且，室外空氣熱風(fēng)加熱和干燥空氣熱風(fēng)加熱相比較(只比較樣品7與樣品8)其剝離度、阻抗并無(wú)太大差異。
(C)電池周期劣化測(cè)定利用上述實(shí)施例所作成的電極制作電池，將干燥空氣微風(fēng)加熱、室外空氣熱風(fēng)加熱和干燥空氣熱風(fēng)加熱的效果進(jìn)行比較，其結(jié)果如表5所示。作為試驗(yàn)用的電池，其正電極采用的是實(shí)施例樣品7中通過(guò)微風(fēng)加熱與熱風(fēng)加熱(室外空氣和干燥空氣)所得的活性物質(zhì)LiCoO2，其負(fù)電極采用的是活性物質(zhì)石墨，將前述組合制成鋰離子電池進(jìn)行充、放電。作為該負(fù)電極，用一般的攪拌器將溶解了0.5重量部不具備離子導(dǎo)電性的高分子粘合劑PVDF的n-甲基吡咯酮25.5重量部混合到9.5重量部平均顆粒直徑為4μm的粉狀電極活性物質(zhì)黑銅粉末?；旌?小時(shí)后，將混合物取出移到厚度20μm的銅箔，以100μm間隔的刀敷實(shí)施流動(dòng)涂布。然后實(shí)施本發(fā)明的干燥空氣微風(fēng)干燥法，將n-甲基吡咯酮蒸發(fā)。所得到的電極厚度為80μm。電池一面為具備電極層的0.94cm2的正電極，一面為具備電極層的0.94cm2的負(fù)電極，在正、負(fù)電極之間設(shè)置隔板，制作鈕扣式電池。填充電解液之后，將之蓋緊制成試驗(yàn)電池。電解液采用溶解了1.0M的LiPF6的EC/DEC(1/1)V/V溶液。
(D)周期劣化測(cè)定結(jié)果周期劣化結(jié)果如表5所示，將第一次的充放電容量設(shè)為100，和第200次、第400次的充放電容量比較。通過(guò)采用微風(fēng)加熱，可制做出周期劣化較少的電極。而且，在室外空氣熱風(fēng)加熱與干燥空氣熱風(fēng)加熱的兩種方法上，第200次與第400次充放電容量都屬干燥空氣熱風(fēng)加熱的周期劣化特性較佳。
表5
加熱濕度較高空氣用于電極時(shí)，電極中的電極材料有時(shí)會(huì)吸收水分。尤其是高電壓(1.5V)電池和電氣雙層電容器，有時(shí)所吸附的微量水分會(huì)在電極中造成電解，產(chǎn)生氫與氧。其結(jié)果就會(huì)引起電池周期劣化。
而且，鋰電池會(huì)采用LiPF5和LiBF4作為離子導(dǎo)電性鹽使用。由于這些物質(zhì)與微量的水分反應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生HF，所產(chǎn)生的HF會(huì)腐蝕各種物質(zhì)，引起周期劣化發(fā)生。所以，空氣、干燥空氣的露點(diǎn)最好在-10℃以下，甚至-20℃以下，甚至-40℃以下，如果可能最好在50℃以下。
此處的充電條件為以充電電流0.21～0.26mA/cm2充電，當(dāng)電壓達(dá)到4.2V之后，以4.2V充電2小時(shí)，充電后停止10分鐘。放電條件為放電電流為0.21～0.26mA/cm2，放電到終止電流2.7V為止，放電后停止10分鐘。充、放電在室溫下反復(fù)進(jìn)行。
以下說(shuō)明有關(guān)以離子導(dǎo)電性聚合物包覆的電極材料(A)以離子導(dǎo)電性聚合物包覆的電極構(gòu)件圖1中，粉狀電極活性物質(zhì)11具有LiCoO2般由結(jié)合顆粒構(gòu)成的粒子的形狀，為受離子導(dǎo)電性聚合物12包覆的過(guò)程。所謂的包覆，是指離子導(dǎo)電性聚合物12與粉狀電極活性物質(zhì)11的整個(gè)表面之間，離子密接可充分進(jìn)行移動(dòng)的狀態(tài)，離子導(dǎo)電性聚合物12包覆在粉狀電極活性物質(zhì)11的表面上，被離子導(dǎo)電性聚合物12包起來(lái)。粉狀電極活性物質(zhì)11的粒子越小活性就越大，離子導(dǎo)電性聚合體12包覆在粉狀電極活性物質(zhì)11的表面可以抑制活性，也就能保持穩(wěn)定。所包覆的離子導(dǎo)電性聚合物12越厚，導(dǎo)電率就越小，集電效果也變差，因此這一層膜只要薄薄一層即可。而且，離子導(dǎo)電性聚合物包覆的電極構(gòu)件的相關(guān)發(fā)明，記載在本申請(qǐng)人前面的發(fā)明(特愿平11-262501號(hào)、特愿平11-262502號(hào))中。
而且，所謂粉狀電極活性物質(zhì)11和粉狀導(dǎo)電物質(zhì)14等的粉狀，是指細(xì)微的顆粒狀的物質(zhì)?；蛘叨鄶?shù)物質(zhì)集成的狀態(tài)。有時(shí)，指大量細(xì)小顆粒物聚集的狀態(tài)。
(B)粉狀電極活性物質(zhì)粉狀電極活性物質(zhì)可采用可插入脫離離子的材料和π共役導(dǎo)電性高分子材料等。例如，作為使用于非水電解液電池正電極的電極活性物質(zhì)，雖然沒(méi)有特別的限制，但是在可充電電池的條件下，最好使用可插入脫離鋰離子的硫族化合物或含有鋰的硫族化合物。
前述的硫族化合物包括FeS2、TiS2、MoS2、V2O5、V5O13、MnO2等。前述含有鋰的復(fù)合硫族化合物包括LiCoO2、可以用LixNiyM1-yO2(M表示轉(zhuǎn)移金屬或從Al中選出的至少一種以上的金屬元素，最好表示從Co、Mn、Ti、Cr、V、Al中選出的最少一種以上的金屬元素，0.05≤x≤1.10，0.5≤y≤1.0)表示的鋰復(fù)合氧化物、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4等。以鋰、鈷、鎳、錳的氧化物、鹽類或氫氧化物作為原料，這些原料根據(jù)構(gòu)成進(jìn)行混合，在氧環(huán)境下600～1000℃的溫度范圍內(nèi)燃燒而得到前述化合物。
雖然，非水電解液電池的負(fù)極所使用的電極活性物質(zhì)并沒(méi)有特別的限制，可以插入離脫鋰離子的材料較為適當(dāng)，可以采用鋰金屬、鋰合金(鋰和鋁、鉛、銦等的合金)、碳質(zhì)材料等。
而且，π共役導(dǎo)電性高分子材料包括有聚乙炔類、聚苯胺類、聚吡咯類、聚噻吩類、聚對(duì)亞苯基類、聚咔唑類、多并苯類、硫磺聚合物類等等。
特別是非水電解液一次性電池，如負(fù)極使用鋰金屬，即可得到大的電池容量。
而且，非水電解液電池中，負(fù)電極采用可插入離脫鋰的碳材料即可獲得很好的周期壽命。材料并無(wú)特定的限制，但，熱分解碳類、焦炭類(煤精、(月青)焦炭、石油焦炭等)、石墨類、玻璃狀碳、有機(jī)高分子化合物燒成物(酚醛樹脂、呋喃樹脂等在適當(dāng)溫度所燒成的碳化物)、碳素纖維、活性碳等較為適當(dāng)。
(C)粉狀導(dǎo)電物質(zhì)粉狀導(dǎo)電物質(zhì)旨在提高電極構(gòu)件的導(dǎo)電性，并未有特別的限制，可以使用金屬粉末、碳粉等。尤其在使用碳粉時(shí)，最好使用炭黑等熱分解碳及其黑鉛化品、人造和天然的鱗片狀黑鉛粉、碳纖維和其黑鉛化品等。而且，也可使用上述碳粉的混合品。
(D)離子導(dǎo)電性聚合物離子導(dǎo)電性聚合物至少能以0.1M(摩爾/1)以上的濃度溶解下列鋰鹽，并且溶解了1M以上濃度鋰鹽的聚合物在室溫下具備10-8S/cm的電氣導(dǎo)電性。而且，離子導(dǎo)電性聚合物最好能夠以最少0.8M～1.5M的濃度溶解鋰鹽，在室溫下具備10-2S/cm～10-5S/cm的電氣導(dǎo)電性。
所謂鋰鹽，是指以ClO4-、CF3SO3-、BF4-、PF6-、AsF6-、SbF6-、CF3CO2-、(CF3SO2)2N-等為陰離子的鋰鹽，使用其中任何一種以上。
離子導(dǎo)電性聚合物原料是從外部賦予能量，通過(guò)聚合、架橋，而產(chǎn)生出離子導(dǎo)電性聚合物。而且，有的原料本身也是聚合物。所謂能量是指熱、紫外線、光、電子線等。
以下說(shuō)明以離子導(dǎo)電性聚合包覆電極材料上的方法(A)電極構(gòu)件的制造方法以離子導(dǎo)電性聚合物包覆電極材料的方法，如圖8所示，將離子導(dǎo)電性聚合物和粉狀電極活性物質(zhì)相互擠壓摺動(dòng)。此時(shí)，離子導(dǎo)電性聚合物控制在微量，以離子導(dǎo)電性聚合物包覆粉狀電極活性物質(zhì)粒子的表面，使沒(méi)有空隙、粉狀物質(zhì)彼此間的空隙減小。
(B)擠壓摺動(dòng)所謂擠壓摺動(dòng)，是指一邊對(duì)離子導(dǎo)電性聚合物12和粉狀物質(zhì)11的混合物實(shí)施擠壓一邊摺動(dòng)。對(duì)混合物施加外力，使混合物彼此密合，轉(zhuǎn)動(dòng)粒子，反復(fù)此動(dòng)作，即可得到擠壓摺動(dòng)物。
(C)擠壓摺動(dòng)混拌裝置圖9所示為擠壓摺動(dòng)混拌裝置。將離子導(dǎo)電性聚合物12和粉狀物質(zhì)11的混合物10，或該混合物和溶劑等的混合物10倒入容器21，轉(zhuǎn)動(dòng)主刀片22。容器21底部211與主刀片22的底部間有間隙，主刀片22轉(zhuǎn)動(dòng)，混合物10有部份進(jìn)入容器底211和主刀片22之間，受到擠壓推擠而產(chǎn)生攪拌效果。此動(dòng)作一再重復(fù)，就會(huì)讓離子導(dǎo)電性聚合物12包覆住粉狀物質(zhì)11。擠壓摺動(dòng)混拌裝置2在容器21內(nèi)有分散板23，在高速轉(zhuǎn)動(dòng)分散板23，分散擠壓摺動(dòng)過(guò)的混合物10。
(D)容器容器21是用于擠壓摺動(dòng)混合物10，容納要攪拌的混合物10的器具。容器21的底部有部分較低的低部2111，自低部2111沿周邊部分有變高的傾斜。例如，中間部分較低，具有沿周邊部分升高的斜邊。例如，形成摺缽狀的底211，其低部2111的角度為例如150度。容器底211具有耐磨損性，例如，采用SUS，以鎢或炭化物溶射形成。而且，在底部可設(shè)置多個(gè)這樣的低部2111。
(E)主刀片主刀片22是和容器21底面相互作用、用于擠壓摺動(dòng)、攪拌混合物的器具。主刀片22如圖9(b)所示，其軸安裝在對(duì)應(yīng)著容器21低部2111的位置上，自低部2111沿著容器底部往上彎曲。主刀片22的刀刃片數(shù)如圖9(B)所示，在中央部位上安裝兩片，可以裝得更多，10片以上也可，要根據(jù)混合物的數(shù)量和種類決定。
驅(qū)動(dòng)主刀片主軸221的主馬達(dá)222的轉(zhuǎn)速，在擠壓摺動(dòng)時(shí)為低速，在120RPM以下。
容器21的底面與主刀22的底面間隙很窄，只要能進(jìn)行混合物的擠壓摺動(dòng)即可，該間隙在15mm以下。該間隙距離，視擠壓摺動(dòng)混合裝置2的容量與主刀片的形狀而定。
主刀片22的前進(jìn)方向(擠壓摺動(dòng)方向)的面對(duì)容器21底面的擠壓角θ為銳角。如圖9(C)所示，主刀片22截面為倒梯形，擠壓角為3度～70度。而且，主刀片22的截面，如圖9(D)所示，圓形、圓角形等為適當(dāng)。主刀片的材質(zhì)具備耐磨損性，例如采用SUS材質(zhì)，以鎢或碳化物溶射形成。
和主刀片22前進(jìn)方向(擠壓方向)相反的面，對(duì)底面大致成直角或鈍角。如此，當(dāng)主軸221逆轉(zhuǎn)時(shí)，就可將混合物10集中在主軸221周圍。
而且，底面如有多個(gè)低部2111時(shí)，主刀片22的中心也要配合在對(duì)應(yīng)其個(gè)數(shù)的低部位置。
(F)分散板分散板23是用于分散主刀片22擠壓摺動(dòng)的混合物10的器具。分散板23配置在能將混合物10分散的位置，以1000～4000回/分鐘的高速旋轉(zhuǎn)。在高速旋轉(zhuǎn)下，包覆在粉狀物質(zhì)11粒子表面的離子導(dǎo)電性聚合物12或其原料被均勻地分散在粉狀物質(zhì)整體上。
本發(fā)明可得到以下的效果(A)可獲得對(duì)集電材料附著性強(qiáng)的電極層。
(B)而且，可獲得電阻低的電極層。
(C)而且，可得到附著性強(qiáng)、低電阻電極層的電池和電氣雙層電容器。
權(quán)利要求
1.一種電極構(gòu)件的制造方法，其中是將含有電極材料、粘合劑和溶劑的混合物涂在集電材料上，將涂布好的混合物對(duì)著溫風(fēng)使溶劑蒸發(fā)，在集電材料上形成電極層。
2.如權(quán)利要求1所述的電極構(gòu)件的制造方法，其中，溫風(fēng)的風(fēng)速為0.1m/秒～3m/秒，溫度為60℃～150℃。
3.如權(quán)利要求1或中所述的電極構(gòu)件的制造方法，其中，溫風(fēng)使用干燥空氣。
4.如權(quán)利要求1所述的電極構(gòu)件的制造方法，其中，混合物中含有導(dǎo)電物質(zhì)。
5.一種電池的制造方法，其中，將含有電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電物質(zhì)、粘合劑和溶劑的混合物涂布在集電材料上，將涂布好的混合物對(duì)著溫風(fēng)使溶劑蒸發(fā)，在集電材料形成一個(gè)電極層而制造電極構(gòu)件，以該電極構(gòu)件作為電池的電極。
6.一種電池的制造方法，其中，將含有包覆著離子導(dǎo)電性聚合物的粉狀電極活性物質(zhì)、粉狀導(dǎo)電物質(zhì)和溶劑的混合物涂布在集電材料上，將涂布好的混合物對(duì)著溫風(fēng)使溶劑蒸發(fā)，在集電材料上形成電極層而制造電極構(gòu)件，以該電極構(gòu)件作為電池的電極。
7.一種電氣雙層電容器的制造方法，其中，將含有高表面積材料、粘合劑和溶劑的混合物涂布在集電材料上，將涂布好的混合物對(duì)著溫風(fēng)使溶劑蒸發(fā)，在集電材料上形成電極層而制造電極構(gòu)件，以該電極構(gòu)件作為電極。
8.一種電氣雙層電容器的制造方法，其中，將含有包覆著離子導(dǎo)電性聚合物的高表面積材料、粉狀導(dǎo)電物質(zhì)和溶劑的混合物涂布在集電材料上，將涂布好的混合物對(duì)著溫風(fēng)吹使溶劑蒸發(fā)，在集電材料上形成電極層而制造電極構(gòu)件，以該電極構(gòu)件作為電極。
全文摘要
一種電極構(gòu)件、采用該電極構(gòu)件的電池和電氣雙層電容器的制造方法,是將含有電極材料11、粘合劑17和溶劑的混合物31涂布在集電材料13面上,將涂布好的混合物31對(duì)著溫風(fēng)51吹讓溶劑19蒸發(fā),在集電材料面上形成電極層18的電極構(gòu)件1,利用該電極構(gòu)件1制作電池與電氣雙層電容器的制造方法,目的是在集電材料面上形成附著性好、電阻低的電極層。
文檔編號(hào)H01M10/40GK1327274SQ01116190
公開日2001年12月19日 申請(qǐng)日期2001年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月1日
發(fā)明者佐藤貴哉, 清水達(dá)夫 申請(qǐng)人:日清紡績(jī)株式會(huì)社, 伊藤忠商事株式會(huì)社