效果。顆粒體的平均直徑優(yōu)選地為100 μ m或更大。
[0094]為了獲得適合于輥形成的充分延展性和適合于向電極層120施加表面微凸體的充分可塑性，優(yōu)選地使用以下顆粒體。
[0095]在通過干法執(zhí)行輥形成的情況下，顆粒體優(yōu)選地包含從由高溫可熔粘合劑(熱熔粘合劑)和可光固化粘合劑構(gòu)成的組中選擇的至少一種樹脂粘合劑。高溫可熔粘合劑以PTFE粘合劑為例?？晒夤袒澈蟿┮钥勺贤?UV)固化粘合劑為例。
[0096]高溫可熔粘合劑具有適合于輥形成的充分延展性和適合于將表面微凸體施加于電極層120或電極材料層120X的充分可塑性。在使用具有表面紋理的輥將表面微凸體施加于電極層120或電極材料層120X的情況下，可在必要時加熱具有表面紋理的輥，以便使高溫可熔粘合劑熔化或軟化。即使當具有表面紋理的輥未被專門加熱時，由于在具有表面紋理的輥和電極材料之間產(chǎn)生的摩擦熱，也可能發(fā)生高溫可熔粘合劑的熔化或軟化。在熔化或軟化之后，高溫可熔粘合劑在返回到正常溫度時凝固。通過上述動作和效果，可以實現(xiàn)將表面微凸體的形狀施加于電極層120或電極材料層120X并保持形狀的效果。
[0097]由于可光固化粘合劑在固化之前充當分散介質(zhì)，因此，已被添加可光固化粘合劑的顆粒體具有適合于輥形成的充分延展性和適合于將表面微凸體施加于電極層120或電極材料層120X上的充分可塑性。當使用可光固化粘合劑時，在表面微凸體已經(jīng)被施加于電極層120或電極材料層120X之后，粘合劑通過暴露于諸如紫外光(UV)之類的光下而被固化。通過上述動作和效果，可以實現(xiàn)將表面微凸體的形狀施加到電極層120或電極材料層120X上并保持形狀的效果。
[0098]在通過濕法執(zhí)行輥形成的情況下，顆粒體優(yōu)選地為包含分散介質(zhì)的未干燥顆粒體。包含分散介質(zhì)的顆粒體具有適合于輥形成的充分延展性和適合于將表面微凸體施加于電極材料層120X的充分可塑性。但是，當顆粒體中的分散介質(zhì)的濃度極高時，可能無法適當?shù)厥┘颖砻嫖⑼贵w。顆粒體中分散介質(zhì)的濃度優(yōu)選地為30質(zhì)量％或更小。從具有適合于棍形成的充分延展性和適合于將表面微凸體施加于電極材料層120X的充分可塑性的角度來看，顆粒體中分散介質(zhì)的濃度優(yōu)選地為10質(zhì)量％到30質(zhì)量％。顆粒體中的分散介質(zhì)在對電極材料層120X進行干燥的處理期間被去除。在干燥處理中，電極材料層120X固化，變?yōu)殡姌O層120。通過上述動作和效果，可以實現(xiàn)將表面微凸體的形狀施加于電極層120并保持形狀的效果。
[0099]如上所述，根據(jù)實施例，可以提供用于制造電極21的方法和制造設(shè)備2A到2D，其不管電極材料的固體含量如何，可在減少對基材110的損害的同時，形成在表面?zhèn)鹊牧Ｗ又g具有充分空隙的電極層120。根據(jù)實施例，電極層120的在厚度方向上的粒子之間的空隙分布可被設(shè)定為適合于諸如鋰離子之類的導電離子的導電。因此，可提供具有多種優(yōu)異的電池特性的諸如非水電解質(zhì)二次電池之類的電池。
[0100]下面描述本發(fā)明的實例。
[0101](實例I到17)在實例I到17中使用圖2A所示的制造設(shè)備制造電極。在這些實例中的每一者中，制造鋰離子二次電池的負電極。制備銅箔作為基材。制備這樣的電極材料:該材料具有79質(zhì)量％的固體含量，并且包含石墨(作為負電極活性材料)、丁苯共聚物(SBR，作為粘合劑)、少量羧甲基纖維素鈉鹽(CMC，作為增稠劑)和水(分散介質(zhì))。SBR以乳膠的形式添加。相對于電極材料中全部固體的100質(zhì)量％，石墨的量為95質(zhì)量％或更多，粘合劑的量為5質(zhì)量％或更少。電極材料包括具有300 μ m平均直徑的石墨顆粒體。
[0102]在每個實例中，通過以下方式形成電極材料層:在此方式中，使用濕法將電極材料饋送到第一輥和第二輥之間，并且將基材饋送到第二輥的表面上，從而壓縮被饋送到第一和第二輥之間的電極材料，并且使電極材料粘附到已被饋送到第二輥的表面上的基材上。
[0103]在每個實例中，使用以下輥組合作為第一輥和第二輥的組合。通過將200 μπι厚的Teflon (注冊商標)(PTFE)帶(未經(jīng)任何施加表面微凸體的特殊處理；Ra小于0.1 μπι)粘合到氧化鋯(ZrO2)輥體上而獲得的PTFE/Zr02輥被用作第一輥。通過單獨的氧化鋯(ZrO2)輥體形成的ZrO2輥被用作第二輥。在該輥組合中，第一輥的表面硬度小于第二輥的表面硬度。具體而言，氧化鋯(ZrO2)具有大約250GPa(文獻值)的楊氏模量，Teflon(注冊商標)(PTFE)具有大約500MPa(發(fā)明人測量的值)的楊氏模量。
[0104]如上所述，在通過輥形成在基材上形成電極材料層之后(即，在通過使用輥在基材上形成電極材料層之后)，使用紅外干燥爐，通過公知的方法干燥電極材料層，從而形成電極層。
[0105]在實例I到17中，通過以下方式制造電極:在此方式中，改變第一輥和第二輥的轉(zhuǎn)速(rmp)、第二棍的轉(zhuǎn)速與第一棍的轉(zhuǎn)速之比(棍的轉(zhuǎn)速比)、以及第一棍和第二棍之間的距離(輥間距離)，并且使其它條件保持相同。圖6A和6B示出每個實例中的制造條件，以及所制造的電極層的質(zhì)量、基重(basis weight)、厚度和密度。
[0106]在每個實例中，“電極層的質(zhì)量”是兩個樣本的平均值。類似地，在每個實例中，“電極層的厚度”是兩到八個樣本的平均值。電極層的厚度通過測量包括集電體的整個電極的厚度，然后減去集電體厚度來確定。
[0107]在各個實例中獲取的電極層的剖面使用掃描電子顯微鏡(SEM)來檢查。在實例I到17中(其中使用這樣的輥組合作為第一輥和第二輥的組合:在該組合中，第一輥的表面硬度小于第二輥的表面硬度)，所形成的電極層中的每一者具有致密結(jié)構(gòu)，其中基材側(cè)(對應于第二輥側(cè))的粒子之間具有相對少的空隙，并且還具有這樣的結(jié)構(gòu):其中在表面?zhèn)?對應于第一輥側(cè))的粒子之間具有相對多的空隙。諸如故障(斷裂)、彎屈、皺褶等之類的缺陷在任一實例的基材中無法觀察到。
[0108]圖5A和5B示出不同的輥間距離下的輥轉(zhuǎn)速比和最終形成的電極層的厚度之間的關(guān)系。在圖5A和5B中，“間隙”表示輥間距離(輥間隙，也就是說，輥之間的距離)?；径裕陔姌O材料在第一輥和第二輥之間被適當?shù)貕嚎s和延展的情況下，最終形成的電極層的厚度變?yōu)檫@樣的值:該值等于或接近輥間距離。在實例I到17中，由于所用的電極材料具有70質(zhì)量％或更多的固體含量，并且還包括顆粒體，因此通過傳統(tǒng)方法很難實現(xiàn)壓縮和延展。如圖5A所示，在第一輥的轉(zhuǎn)速和第二輥的轉(zhuǎn)速相同的條件下(輥轉(zhuǎn)速比為1)，電極層的厚度已經(jīng)變得大于輥間距離(實例5)。在圖5A和5B中，當?shù)诙伒霓D(zhuǎn)速與第一輥的轉(zhuǎn)速之比(輥的轉(zhuǎn)速比)變大時，電極層的厚度變得接近設(shè)定值(設(shè)定的輥間距離)。從圖5A和5B可看出，第二棍與第一棍的轉(zhuǎn)速比(棍轉(zhuǎn)速比)優(yōu)選地為2.5或更大，更優(yōu)選地為5.0或更大。就設(shè)備設(shè)計而言，第二輥與第一輥的轉(zhuǎn)速比(輥轉(zhuǎn)速比)的上限實際可以為30，該上限更實際地可以為25。第二棍與第一棍的轉(zhuǎn)速比(棍轉(zhuǎn)速比)優(yōu)選地為2.5到30，更優(yōu)選地為5.0到30，特別優(yōu)選地為5.0到25。
【主權(quán)項】
1.一種用于制造電極的方法，該電極包括基材和在所述基材上形成的電極層，該方法的特征在于包括: 通過以下方式形成所述電極層或在后續(xù)處理中變?yōu)樗鲭姌O層的電極材料層:在此方式中，將電極材料饋送到成對的第一和第二輥之間，所述第一和第二輥能夠旋轉(zhuǎn)且被設(shè)置為彼此相對；以及將所述基材饋送到所述第二輥的表面上，以便壓縮被饋送到所述第一輥和所述第二輥之間的所述電極材料，并且使所述電極材料粘附到被饋送到所述第二輥的表面上的所述基材上，其中所述第一和第二輥被組合地使用，并且所述第一輥具有小于所述第二輥的表面硬度的表面硬度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電極材料具有70質(zhì)量％或更多的固體含量。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述電極材料包括具有2mm或更小的平均直徑的顆粒體。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其中所述第二輥的轉(zhuǎn)速被設(shè)定為所述第一輥的轉(zhuǎn)速的2.5到30倍。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其中具有粗糙表面的輥被用作所述第一輥。6.一種電極制造設(shè)備，其制造包括基材和在所述基材上形成的電極層的電極，該電極制造設(shè)備的特征在于包括: 電極層/電極材料層形成裝置，其包括: 成對的第一和第二輥，所述第一和第二輥能夠旋轉(zhuǎn)且被設(shè)置為彼此相對； 電極材料饋送裝置，其將電極材料饋送到所述第一輥和所述第二輥之間；以及 基材饋送裝置，其將所述基材饋送到所述第二輥的表面上，其中: 所述電極層/電極材料層形成裝置壓縮被饋送到所述第一輥和所述第二輥之間的所述電極材料，并且使所述電極材料粘附到被饋送到所述第二輥的表面上的所述基材上，以便形成所述電極層或在后續(xù)處理中變?yōu)樗鲭姌O層的電極材料層；并且所述第一輥具有小于所述第二輥的表面硬度的表面硬度。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電極制造設(shè)備，其中所述電極材料具有70質(zhì)量％或更多的固體含量。8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的電極制造設(shè)備，其中所述電極材料包括具有2_或更小的平均直徑的顆粒體。9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項所述的電極制造設(shè)備，其中所述第二輥具有為所述第一輥的轉(zhuǎn)速的2.5到30倍的轉(zhuǎn)速。10.根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項所述的電極制造設(shè)備，其中所述第一輥是具有粗糙表面的輥。
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于制造電極的方法以及電極制造設(shè)備。一種用于制造包括基材和在基材上形成的電極層的電極的方法包括：通過以下方式形成電極層或在后續(xù)處理中變?yōu)殡姌O層的電極材料層：在此方式中，將電極材料饋送到成對的第一和第二輥之間，第一和第二輥能夠旋轉(zhuǎn)且被設(shè)置為彼此相對；以及將基材饋送到第二輥的表面上，以便壓縮被饋送到第一輥和第二輥之間的電極材料，并且使電極材料粘附到被饋送到第二輥的表面上的基材上。第一和第二輥被組合地使用，并且第一輥具有比第二輥的表面硬度小的表面硬度。
【IPC分類】H01M4/04, H01M4/139
【公開號】CN105552309
【申請?zhí)枴緾N201510684828
【發(fā)明人】榎原勝志
【申請人】豐田自動車株式會社
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年10月20日
【公告號】US20160118642