效果。颗粒体的平均直径优选地为100 μ m或更大。
[0094]为了获得适合于辊形成的充分延展性和适合于向电极层120施加表面微凸体的充分可塑性，优选地使用以下颗粒体。
[0095]在通过干法执行辊形成的情况下，颗粒体优选地包含从由高温可熔粘合剂(热熔粘合剂)和可光固化粘合剂构成的组中选择的至少一种树脂粘合剂。高温可熔粘合剂以PTFE粘合剂为例。可光固化粘合剂以可紫外(UV)固化粘合剂为例。
[0096]高温可熔粘合剂具有适合于辊形成的充分延展性和适合于将表面微凸体施加于电极层120或电极材料层120X的充分可塑性。在使用具有表面纹理的辊将表面微凸体施加于电极层120或电极材料层120X的情况下，可在必要时加热具有表面纹理的辊，以便使高温可熔粘合剂熔化或软化。即使当具有表面纹理的辊未被专门加热时，由于在具有表面纹理的辊和电极材料之间产生的摩擦热，也可能发生高温可熔粘合剂的熔化或软化。在熔化或软化之后，高温可熔粘合剂在返回到正常温度时凝固。通过上述动作和效果，可以实现将表面微凸体的形状施加于电极层120或电极材料层120X并保持形状的效果。
[0097]由于可光固化粘合剂在固化之前充当分散介质，因此，已被添加可光固化粘合剂的颗粒体具有适合于辊形成的充分延展性和适合于将表面微凸体施加于电极层120或电极材料层120X上的充分可塑性。当使用可光固化粘合剂时，在表面微凸体已经被施加于电极层120或电极材料层120X之后，粘合剂通过暴露于诸如紫外光(UV)之类的光下而被固化。通过上述动作和效果，可以实现将表面微凸体的形状施加到电极层120或电极材料层120X上并保持形状的效果。
[0098]在通过湿法执行辊形成的情况下，颗粒体优选地为包含分散介质的未干燥颗粒体。包含分散介质的颗粒体具有适合于辊形成的充分延展性和适合于将表面微凸体施加于电极材料层120X的充分可塑性。但是，当颗粒体中的分散介质的浓度极高时，可能无法适当地施加表面微凸体。颗粒体中分散介质的浓度优选地为30质量％或更小。从具有适合于棍形成的充分延展性和适合于将表面微凸体施加于电极材料层120X的充分可塑性的角度来看，颗粒体中分散介质的浓度优选地为10质量％到30质量％。颗粒体中的分散介质在对电极材料层120X进行干燥的处理期间被去除。在干燥处理中，电极材料层120X固化，变为电极层120。通过上述动作和效果，可以实现将表面微凸体的形状施加于电极层120并保持形状的效果。
[0099]如上所述，根据实施例，可以提供用于制造电极21的方法和制造设备2A到2D，其不管电极材料的固体含量如何，可在减少对基材110的损害的同时，形成在表面侧的粒子之间具有充分空隙的电极层120。根据实施例，电极层120的在厚度方向上的粒子之间的空隙分布可被设定为适合于诸如锂离子之类的导电离子的导电。因此，可提供具有多种优异的电池特性的诸如非水电解质二次电池之类的电池。
[0100]下面描述本发明的实例。
[0101](实例I到17)在实例I到17中使用图2A所示的制造设备制造电极。在这些实例中的每一者中，制造锂离子二次电池的负电极。制备铜箔作为基材。制备这样的电极材料:该材料具有79质量％的固体含量，并且包含石墨(作为负电极活性材料)、丁苯共聚物(SBR，作为粘合剂)、少量羧甲基纤维素钠盐(CMC，作为增稠剂)和水(分散介质)。SBR以乳胶的形式添加。相对于电极材料中全部固体的100质量％，石墨的量为95质量％或更多，粘合剂的量为5质量％或更少。电极材料包括具有300 μ m平均直径的石墨颗粒体。
[0102]在每个实例中，通过以下方式形成电极材料层:在此方式中，使用湿法将电极材料馈送到第一辊和第二辊之间，并且将基材馈送到第二辊的表面上，从而压缩被馈送到第一和第二辊之间的电极材料，并且使电极材料粘附到已被馈送到第二辊的表面上的基材上。
[0103]在每个实例中，使用以下辊组合作为第一辊和第二辊的组合。通过将200 μπι厚的Teflon (注册商标)(PTFE)带(未经任何施加表面微凸体的特殊处理；Ra小于0.1 μπι)粘合到氧化锆(ZrO2)辊体上而获得的PTFE/Zr02辊被用作第一辊。通过单独的氧化锆(ZrO2)辊体形成的ZrO2辊被用作第二辊。在该辊组合中，第一辊的表面硬度小于第二辊的表面硬度。具体而言，氧化锆(ZrO2)具有大约250GPa(文献值)的杨氏模量，Teflon(注册商标)(PTFE)具有大约500MPa(发明人测量的值)的杨氏模量。
[0104]如上所述，在通过辊形成在基材上形成电极材料层之后(即，在通过使用辊在基材上形成电极材料层之后)，使用红外干燥炉，通过公知的方法干燥电极材料层，从而形成电极层。
[0105]在实例I到17中，通过以下方式制造电极:在此方式中，改变第一辊和第二辊的转速(rmp)、第二棍的转速与第一棍的转速之比(棍的转速比)、以及第一棍和第二棍之间的距离(辊间距离)，并且使其它条件保持相同。图6A和6B示出每个实例中的制造条件，以及所制造的电极层的质量、基重(basis weight)、厚度和密度。
[0106]在每个实例中，“电极层的质量”是两个样本的平均值。类似地，在每个实例中，“电极层的厚度”是两到八个样本的平均值。电极层的厚度通过测量包括集电体的整个电极的厚度，然后减去集电体厚度来确定。
[0107]在各个实例中获取的电极层的剖面使用扫描电子显微镜(SEM)来检查。在实例I到17中(其中使用这样的辊组合作为第一辊和第二辊的组合:在该组合中，第一辊的表面硬度小于第二辊的表面硬度)，所形成的电极层中的每一者具有致密结构，其中基材侧(对应于第二辊侧)的粒子之间具有相对少的空隙，并且还具有这样的结构:其中在表面侧(对应于第一辊侧)的粒子之间具有相对多的空隙。诸如故障(断裂)、弯屈、皱褶等之类的缺陷在任一实例的基材中无法观察到。
[0108]图5A和5B示出不同的辊间距离下的辊转速比和最终形成的电极层的厚度之间的关系。在图5A和5B中，“间隙”表示辊间距离(辊间隙，也就是说，辊之间的距离)。基本而言，在电极材料在第一辊和第二辊之间被适当地压缩和延展的情况下，最终形成的电极层的厚度变为这样的值:该值等于或接近辊间距离。在实例I到17中，由于所用的电极材料具有70质量％或更多的固体含量，并且还包括颗粒体，因此通过传统方法很难实现压缩和延展。如图5A所示，在第一辊的转速和第二辊的转速相同的条件下(辊转速比为1)，电极层的厚度已经变得大于辊间距离(实例5)。在图5A和5B中，当第二辊的转速与第一辊的转速之比(辊的转速比)变大时，电极层的厚度变得接近设定值(设定的辊间距离)。从图5A和5B可看出，第二棍与第一棍的转速比(棍转速比)优选地为2.5或更大，更优选地为5.0或更大。就设备设计而言，第二辊与第一辊的转速比(辊转速比)的上限实际可以为30，该上限更实际地可以为25。第二棍与第一棍的转速比(棍转速比)优选地为2.5到30，更优选地为5.0到30，特别优选地为5.0到25。
【主权项】
1.一种用于制造电极的方法，该电极包括基材和在所述基材上形成的电极层，该方法的特征在于包括: 通过以下方式形成所述电极层或在后续处理中变为所述电极层的电极材料层:在此方式中，将电极材料馈送到成对的第一和第二辊之间，所述第一和第二辊能够旋转且被设置为彼此相对；以及将所述基材馈送到所述第二辊的表面上，以便压缩被馈送到所述第一辊和所述第二辊之间的所述电极材料，并且使所述电极材料粘附到被馈送到所述第二辊的表面上的所述基材上，其中所述第一和第二辊被组合地使用，并且所述第一辊具有小于所述第二辊的表面硬度的表面硬度。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述电极材料具有70质量％或更多的固体含量。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述电极材料包括具有2mm或更小的平均直径的颗粒体。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述第二辊的转速被设定为所述第一辊的转速的2.5到30倍。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中具有粗糙表面的辊被用作所述第一辊。6.一种电极制造设备，其制造包括基材和在所述基材上形成的电极层的电极，该电极制造设备的特征在于包括: 电极层/电极材料层形成装置，其包括: 成对的第一和第二辊，所述第一和第二辊能够旋转且被设置为彼此相对； 电极材料馈送装置，其将电极材料馈送到所述第一辊和所述第二辊之间；以及 基材馈送装置，其将所述基材馈送到所述第二辊的表面上，其中: 所述电极层/电极材料层形成装置压缩被馈送到所述第一辊和所述第二辊之间的所述电极材料，并且使所述电极材料粘附到被馈送到所述第二辊的表面上的所述基材上，以便形成所述电极层或在后续处理中变为所述电极层的电极材料层；并且所述第一辊具有小于所述第二辊的表面硬度的表面硬度。7.根据权利要求6所述的电极制造设备，其中所述电极材料具有70质量％或更多的固体含量。8.根据权利要求6或7所述的电极制造设备，其中所述电极材料包括具有2_或更小的平均直径的颗粒体。9.根据权利要求6至8中任一项所述的电极制造设备，其中所述第二辊具有为所述第一辊的转速的2.5到30倍的转速。10.根据权利要求6至9中任一项所述的电极制造设备，其中所述第一辊是具有粗糙表面的辊。
【专利摘要】本发明涉及用于制造电极的方法以及电极制造设备。一种用于制造包括基材和在基材上形成的电极层的电极的方法包括：通过以下方式形成电极层或在后续处理中变为电极层的电极材料层：在此方式中，将电极材料馈送到成对的第一和第二辊之间，第一和第二辊能够旋转且被设置为彼此相对；以及将基材馈送到第二辊的表面上，以便压缩被馈送到第一辊和第二辊之间的电极材料，并且使电极材料粘附到被馈送到第二辊的表面上的基材上。第一和第二辊被组合地使用，并且第一辊具有比第二辊的表面硬度小的表面硬度。
【IPC分类】H01M4/04, H01M4/139
【公开号】CN105552309
【申请号】CN201510684828
【发明人】榎原胜志
【申请人】丰田自动车株式会社
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年10月20日
【公告号】US20160118642