电极构成用部件的加压处理方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN02105953.5

申请日:

2002.04.12

公开号:

CN1380707A

公开日:

2002.11.20

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的视为撤回|||公开

IPC分类号:

H01M4/04; H01G13/00

主分类号:

H01M4/04; H01G13/00

申请人:

日清纺绩株式会社; 伊藤忠商事株式会社

发明人:

佐藤贵哉; 清水达夫

地址:

日本国东京都

优先权:

2001.04.12 JP 114444/01

专利代理机构:

北京三幸商标专利事务所

代理人:

刘激扬

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内容摘要

本发明涉及一种电极构成用部件的加压处理方法,对在集电材料表面处具有其面积比集电材料面积小的制作电极用材料层的电极构成用部件实施加压处理的电极构成部件用加压处理方法,其特征在于:对制作电极用材料层,以及位于与制作电极用材料层相距预定距离的位置处的集电材料实施加压处理。

权利要求书

1: 一种对在集电材料表面处具有其面积比集电材料面积小的 制作电极用材料层的电极构成用部件实施加压处理的电极构成部 件用加压处理方法,其特征在于: 对制作电极用材料层,以及位于与制作电极用材料层相距预 定距离的位置处的集电材料实施加压处理。
2: 一种对在长型集电材料表面处具有其面积比集电材料面积 小的长型制作电极用材料层的电极构成用部件实施加压处理的电 极构成部件用加压处理方法,其特征在于: 对制作电极用材料层,以及位于与制作电极用材料层相距预 定距离的位置处的集电材料实施加压处理。
3: 如权利要求1或2所述的电极构成部件用加压处理方法, 其特征在于制作电极用材料层形成在集电材料的两个表面的彼此 相对的位置处。
4: 如权利要求1或2所述的电极构成部件用加压处理方法, 其特征在于, 通过一对轧辊挤压电极构成用部件而施加压力, 一个轧辊表面沿轴向方向呈直线状,另一个轧辊表面沿轴向 方向具有台阶部。
5: 如权利要求1或2所述的电极构成部件用加压处理方法, 其特征在于, 通过一对轧辊挤压电极构成用部件而施加压力, 两个轧辊表面沿轴向方向具有台阶部。

说明书


电极构成用部件的加压处理方法

    【技术领域】

    本发明涉及对使用在诸如电池和电容器等电气部件中的电极构成用部件实施加压处理的技术。

    背景技术

    在过去,通常是对涂覆在集电材料上的制作电极用材料层实施滚压,以制作出密度高且效率良好的电极构成用部件。比如说如图13(A)所示,在长型集电材料c上形成比其面积小的长型制作电极用材料层b,随后在对这种电极构成用部件a实施加压处理时,可以通过将电极构成用部件a夹持在如图13(B)所示的一对工作辊d、d之间处,对制作电极用材料层b和集电材料c上未附着有制作电极用材料层的部分一并实施滚压,以使制作电极用材料层b和集电材料c产生共同伸长。然而,当采用这种方法对制作电极用材料层b和集电材料c上未附着有制作电极用材料层的部分一并实施滚压处理时,集电材料c可能会在如图13(C)所示的制作电极用材料层b的边界附近(切断部e)处形成断裂。

    【发明内容】

    《1》本发明是要提供一种不会使集电材料产生断裂的、对电极构成部件实施加压处理用的加压处理方法。

    《2》本发明是要提供一种可以通过简单方式实施制作的叠层型电极。

    为了能够解决上述问题,本发明提供了一种对在集电材料表面处具有其面积比集电材料面积小的制作电极用材料层的电极构成用部件实施加压处理的电极构成部件用加压处理方法,而且其特征在于对制作电极用材料层,以及位于与制作电极用材料层相距预定距离的位置处的集电材料实施加压处理。

    而且,本发明还提供了一种对在长型集电材料表面处具有其面积比集电材料面积小的长型制作电极用材料层地电极构成用部件实施加压处理的电极构成部件用加压处理方法,而且其特征在于对制作电极用材料层,以及位于与制作电极用材料层相距预定距离的位置处的集电材料实施加压处理。

    而且,在如上所述的电极构成部件用加压处理方法中,还可以使其进一步的特征在于使制作电极用材料层形成在集电材料上的两个相对表面处。

    而且,在如上所述的电极构成部件用加压处理方法中,还可以使其进一步的特征在于加压处理是通过一对轧辊挤压电极构成用部件而施加压力的,一个轧辊表面沿轴向方向呈直线状,另一个轧辊表面沿轴向方向具有台阶部。

    而且,在如上所述的电极构成部件用加压处理方法中,还可以使其进一步的特征在于加压处理是通过一对轧辊挤压电极构成用部件而施加压力的,两个轧辊表面沿轴向方向具有台阶部。

    本发明可获得如下的效果。

    《1》利用本发明可以获得一种不会使集电材料产生断裂的电极构成部件用的加压处理方法。

    《2》利用本发明可以容易地获得一种叠层型电极。

    【附图说明】

    图1(A)~图1(F)为表示设置有制作电极用材料的若干种电极构成用部件用的示意图。

    图2为表示设置有电极活性物质材料的电极构成用部件用的示意性制作图。

    图3(A)和图3(B)为表示叠层型电极用的示意性结构构成图。

    图4为表示形成为呈多条形式的长型电极构成用部件用的示意图。

    图5为表示电极构成用部件处于加压状态时用的示意图。

    图6(A)和图6(B)为表示电极构成用部件处于加压状态时用的示意性放大图。

    图7为表示三轧辊型滚压装置用的示意图。

    图8为表示四轧辊型滚压装置用的示意图。

    图9(A)~图9(C)为表示涂覆在制作电极用材料层处的离子型导电聚合物层的示意性形成图。

    图10(A)~图10(C)为表示由电极构成用部件切割出电极时的切割方式用的示意性说明图。

    图11(A)~图11(C)为表示由电极构成用部件切割出电极时用的示意性说明图。

    图12(A)~图12(D)为表示挤压滑动混合装置用的示意性说明图。

    图13(A)~图13(C)为表示现有技术中的一种电极构成用部件处于加压处理状态时的示意性说明图。

    【具体实施方式】

    下面参考附图说明本发明的实施形式。

    《1》电气部件

    这种离子能够在电极间移动的电气部件,通常是一种将离子型导电材料配置在构成电极用的电极构成部件之间,并通过离子在离子型导电材料内的移动而在电极间形成电流动的电气部件,如果举例来说这种电气部件可以是诸如电池、电气双层型电容器等部件。

    这种电池是一种将导电性物质材料配置在正电极构成用部件和负电极构成用部件这两种电极构成用部件之间,从而使离子(包括质子(氢的阳离子))能够由一个电极构成用部件移动并储存至另一个电极构成用部件处的电池。这种电气双层型电容器是一种在一对电极构成用部件间配置有离子型导电材料,并且在电极构成用部件中的大表面积材料和作为离子型导电材料的电解质间形成电气双层结构的电容器。

    《2》电极构成用部件

    这种电极构成用部件是一种可以使用在电气部件上的电极处的,能够在离子间实施电气传递或是引导离子移动的电极构成用部件。因此,这种电极构成用部件1可以如图1(A)~图1(F)所示,在诸如铝或铜等导电材料上,形成有由可以在离子间实施电气传递和在离子间产生电气吸引力的制作电极用材料13构成的层(制作电极用材料层12),图1(A)表示的是制作电极用材料13采用由诸如作为粉状电极活性物质材料的LiCoO2等的结合粒子构成的粒子状物质构成,并作为电池中正电极构成部件使用时的实例,图1(B)表示的是制作电极用材料13采用由诸如作为电极活性物质材料的石墨和硬碳等构成的粒子状物质构成,并作为电池中负电极构成部件使用时的实例,图1(C)表示的是制作电极用材料13采用作为表面积比较大的粉状大表面积材料的活性碳等构成的粒子状物质构成,并作为电气双层型电容器用的电极构成部件1使用时的实例。在图1(A)~图1(F)中表示的是在集电材料11上一个侧面处形成制作电极用材料层12的实例,然而也可以在其两个侧面处均形成有制作电极用材料层12。

    而且,图1(D)表示的是利用离子型导电聚合物盖覆如图1(A)所示的粉状制作电极用材料13,并作为电池中正电极构成部件使用时的实例,图1(E)表示的是利用离子型导电聚合物盖覆如图1(B)所示的粉状制作电极用材料13,并作为电池中负电极构成部件使用时的实例,图1(F)表示的是利用离子型导电聚合物盖覆如图1(C)所示的粉状制作电极用材料13,并作为电气双层型电容器的电极构成部件1使用时的实例。

    图2表示的是其粉状制作电极用材料13具有由诸如LiCoO2等结合粒子构成的粒子状物质,由离子型导电聚合物16盖覆着,并且附着在集电材料11处而形成如图1(D)所示的电极构成用部件1时的制作过程。如图1(E)~图1(F)所示的电极构成用部件1,可以通过类似的方式制作。配置在电极构成用部件1内部处的导电材料14可以提高制作电极用材料13相互之间以及制作电极用材料13和集电材料11间的电气传导性能,以获得良好的集电效率。

    在这儿的所谓盖覆指的是离子在离子型导电聚合物16与粉状制作电极用材料的整个表面间能够充分移动而使其粘和的状态,可以将离子型导电聚合物16盖覆在呈粉状的制作电极用材料13的表面上,以实现离子型导电聚合物16的盖覆。呈粉状的制作电极用材料13的颗粒越细小越具有活性,通过由离子型导电聚合物16实施盖覆的方式可抑制其活性,使其稳定。

    当实施盖覆用的离子型导电聚合物16的层厚比较厚时,导电率比较小,集电效率恶化,所以应该使其形成的比较薄。

    诸如呈粉状的制作电极用材料13和呈粉状的导电材料14等的粉状材料,指的是呈细小颗粒状的材料。有时,这种细小颗粒状的材料呈大量集合的状态。

    下面对说明电极构成用部件1时使用的术语间关系进行说明。首先在集电材料11上形成制作电极用材料层12,以制作出电极构成用部件1。制作电极用材料层12是一种包含有制作电极用材料13的薄层,而且根据应用需要还可以包含有导电材料14和粘合材料15。制作电极用材料13可以是能够作为诸如电池等中的电极使用的电极活性物质材料,也可以是能够作为诸如电气双层型电容器等中的电极使用的大表面积材料。电极活性物质材料可以为能够作为正电极使用的、诸如LiCoO2等的正电极用粉状电极活性物质材料,也可以为能够作为负电极使用的、诸如碳素材料等的负电极用粉状电极活性物质材料。

    《3》具有离子型导电聚合物层的电极构成用部件

    在电极用材料层上形成离子型导电聚合物层,制作出电极构成用部件。通过使离子溶解于在正负极之间配置离子型导电聚合物层的离子型导电聚合物层中的方式,使离子可以容易地在一对电极构成用部件间移动。

    《4》电极活性物质材料

    电极活性物质材料可以采用离子能够实施进入、脱离的材料,以及π共扼型导电高分子材料等。本发明对可作为非水电解液型电池中的正电极使用的电极活性物质材料并没有特殊的限定,对于为可实施充电的二次电池的场合,可以采用锂离子能够进入、脱离的硫属化合物,或是包含有锂的复合硫属化合物等。

    如果举例来说,如上所述的硫属化合物可以为FeS2、TiS2、MoS2、V2O5、V6O13、MnO2等。而且如果举例来说,如上所述的包含有锂的复合硫属化合物可以为LiCoO2,以及可以表示为LixNiyM1-yO2(其中M为由迁移金属或Al中选择出的至少一种以上的金属元素,最好为由Co、Mn、Ti、Cr、V、Al中选择出的至少一种以上的金属元素,而且0.05≤x≤1.10,0.5≤y≤1.0)形式的复合锂氧化物、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4等。可以取锂、钴、镍、锰等的氧化物、盐或氢氧化物作为初始原料,并且按照与这些初始原料的组成相对应的方式实施混合、在氧氛围下实施600℃~1000℃的烧制而获得这类材料。

    本发明对可作为非水电解液型电池中的负电极使用的电极活性物质材料并没有特殊的限定,可以采用锂离子能够实施进入、脱离的各种材料,也可以采用锂金属、锂合金(锂和铝、铅、铟等的合金)和碳素材料等。

    如果举例来说,π共扼型导电高分子材料可以为聚乙炔类材料、聚苯胺类材料、聚吡咯类材料、聚噻吩类材料、聚-ρ(对)-苯撑类材料、聚咔唑类材料、聚氮稀类材料和硫磺聚合物类材料等。

    特别是对于非水电解液型一次电池,使用锂金属制作负电极可以获得比较大的电池容量。而且,锂金属可在非粉末状态下使用。

    对于非水电解液型二次电池,当采用锂能够实施进入、脱离的碳素材料制作负电极时,可以获得良好的周期寿命。本发明对碳素材料并没有特殊的限定,如果举例来说可以采用热分解型碳素类材料、焦碳类材料(比如说沥青焦碳、针状结晶焦碳、石油焦碳等)、石墨类材料、玻璃状碳素类材料、有机高分子化合物烧结制品(比如说在适当温度下对诸如酚醛树脂、呋喃树脂等实施烧结、炭化所获得的制品)、碳素纤维、活性炭等。

    《5》表面积比较大的制作电极用材料

    表面积比较大的制作电极用材料可以是一种能够将比较多的离子吸引至表面处的粉状大表面积材料。粉状大表面积材料可以采用碳素材料制作,其比表面积应该为500平方米/克(m2/g)以上,为1000平方米/克(m2/g)以上更好些,为1500平方米/克(m2/g)以上为最好,且平均粒子直径应该为30微米(μm)以下,为5~30微米(μm)更好些。如果比表面积和平均粒子直径位于上述范围之外,将难以获得静电容量比较大且阻抗比较低的电气双层型电容器。

    这种粉状大表面积材料最好采用通过诸如水蒸气活化处理法、熔融KOH活化处理法等方法,对碳素材料实施活化处理而获得的活性炭等材料。如果举例来说,这类活性炭材料可以为椰壳类活性炭、酚醛类活性炭、石油焦碳类活性炭、聚氮稀类活性炭等,而且可以单独使用其中的一种,也可以组合使用其中的两种或多种。从能否实现大静电容量的角度上看,采用酚醛类活性炭、石油焦碳类活性炭、聚氮稀类活性炭更好些。

    《6》导电材料

    导电材料是一种能够提高电极构成用部件导电率的材料,本发明对其并没有特殊的限定,如果举例来说可以采用诸如碳黑、煅烧碳黑、乙炔碳黑、碳单晶、天然石墨、人造石墨、金属纤维、氧化钛、氧化钌等的金属粉末等,而且可以单独使用其中的一种,也可以组合使用其中的两种或多种。最好是采用作为一种碳黑的页岩链碳黑和乙炔碳黑。而且,粉状导电材料的平均粒子直径可以为10~100纳米(nm),为20~40纳米(nm)时更好些。

    《7》电解液

    作为电解液,可以例举二丁醚、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-乙氧基甲氧基乙烷、甲基二雨雾凇、甲基三雨雾凇、甲基四雨雾凇、乙基雨雾凇、乙基二雨雾凇、丁基二雨雾凇等,也可以为诸如乙二醇醚类(比如说乙基乙二醇、乙基二甘醇-乙醚、乙二醇单丁醚、丁基二甘醇-乙醚等)等的链状醚类材料,诸如四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧戊环、4,4-二甲基-1,3-二氧戊环等的复环式醚类材料,诸如γ-丁内酯、γ-戊内酯、δ-戊内酯、3-甲基-1,3-氧氮环戊烷-2-酮、3-乙基-1,3-氧氮环戊烷-2-酮等的丁内酯类材料,以及其它作为常规使用在电化学元件中溶剂的酰胺溶剂(比如说N-甲基甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮等)、碳酸盐溶剂(比如说二乙基碳酸盐、二甲基碳酸盐、乙基甲基碳酸盐、丙稀碳酸盐、乙稀碳酸盐、苯乙稀碳酸盐等)、咪唑烷酮溶剂(比如说1,3-二甲基-2-咪唑烷酮等)等,而且可以单独使用其中的一种,也可以组合使用其中的两种或多种。

    《8》离子型导电聚合物

    离子型导电聚合物至少可以为能够按照0.1M(摩尔/升)以上的浓度对诸如锂盐等的离子导电型盐实施溶解的聚合物,而且这种溶解有浓度为0.1M以上的、诸如锂盐等的离子导电型盐的聚合物,应该为在室温下具有10-8S(西门子)/cm以上的电气传导性的聚合物。而且,离子型导电聚合物最好为在诸如锂盐等的离子导电型盐中的溶解浓度为0.8M~1.5M以上的、在室温下呈10-3S/cm~10-5S/cm以上的电气传导性的聚合物。

    锂盐使用诸如ClO4-、CF3SO3-、BF4-、PF6-、AsF6-、  SbF6-、CF3CO2-、(CF3SO2)2N-等作为阴离子的锂盐的任意一种以上。

    下面对与离子型导电聚合物相关的技术术语间关系进行说明。离子型导电聚合物形成材料,是一种用于制作在电极构成用部件1处形成的离子型导电聚合物层2,或盖覆在粉状电极用材料的离子型导电聚合物的材料,它可以是离子型导电聚合物自身,也可以是构成离子型导电聚合物用的原料,还可以是包含这两种材料的混合物。形成离子型导电聚合物层用的涂覆材料22是一种形成离子型导电聚合物层用的涂覆材料,它可以是形成离子型导电聚合物材料自身,也可以是离子导电型盐和溶剂构成的混合物。

    《9》构成离子型导电聚合物用的原料

    构成离子型导电聚合物用的原料是一种可以通过由外部施加能量实施聚合、交联等方式形成离子型导电聚合物的原料。所施加的能量可以为热能、紫外线能、光能、电子射线能等。从形状保持性等的物理强度的角度考虑,添加构成离子型导电聚合物用的原料。

    在离子型导电聚合物自身和构成离子型导电聚合物用的原料共存的状态下,从外部施加能量,使构成离子型导电聚合物用的原料反应,形成三元网络。对于这种场合,离子型导电聚合物自身将络和(entanglement)在三元网络上。这种构成形式被称为不完全型相互侵入网络构造(semi-interpenetrating network system),具有良好的物理特性。具有这种构成形式的离子型导电聚合物,已经由本发明的发明人申请了专利保护,并且公开在日本第225626/1996号发明专利申请公开公报中。按照这种方式构造出的离子型导电聚合物,具有强度大、溶剂吸收性好、粘接力大等特点。由离子型导电聚合物自身和构成离子型导电聚合物用的原料获得的这种离子型导电聚合物,是一种溶解有0.1M以上浓度的锂盐时,在室温下的电气传导性为10-8S/cm以上的聚合物,较好为10-5S/cm以上,最好为10-3S/cm以上。而且,纤维素类不完全型相互侵入网络构造(IPN)已经公开在日本第225626/1996号发明专利申请公开公报中,PVA类不完全型相互侵入网络构造已经公开在日本第78087/1999号发明专利申请中(PCT/JP00/01734),聚缩水甘油类不完全型相互侵入网络构造已经公开在日本第358825/1998号发明专利申请中(PCT/JP99/07039),聚氨基甲酸乙酯类不完全型相互侵入网络构造已经公开在日本第78085/1999号发明专利申请中(PCT/JP00/01731)。

    《10》离子导电型盐

    作为离子导电型盐,只要是采用常规电化学部件用的材料,则可不受特别的限制而使用,但较好为以下盐,即,由一般表达式为R1R2R3R4N+或R1R2R3R4P+(R1~R4为表示彼此相同或不同的、碳数目为1~10的烷基)等的第四级鎓阳离子,以及诸如BF4-、N(CF3SO2)2-、PF6-、ClO4-等的阴离子组合而成的盐。

    如果具体的讲就是,可以使用在电容器中的离子导电型盐包括(C2H5)4PBF4、(C3H7)4PBF4、(C4H9)4PBF4、(C6H13)4PBF4、(C4H9)3CH3PBF4、(C2H5)3(Ph-CH2)PBF4(Ph为苯基)、(C2H5)4PPF6、(C2H6)PCF3SO2、(C2H5)4NBF4、(C4H9)4NBF4、(C6H13)4NBF4、(C2H6)6NPF6、LiBF4、LiCF3SO3等。可以单独使用其中的一种,也可以组合使用其中的两种或多种。

    另外,作为可以使用在诸如锂离子电池等的非水电解液型二次电池中的离子导电型盐,只要是采用常规电化学部件用的材料,则可不受特别的限制而使用,如果举例来说可以采用LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiPF6、LiSbF6、LiCF8SO3、LiCF3CoO、NaClO4、NaBF4、NaSCN、KBF4、Mg(ClO4)2、Mg(BF4)2、(C4H9)4NBF4、(C2H5)4NBF4、(C4H9)4NClO4、LiN(CF3SO2)2、Et4NPF6(Et为乙基)等,而且可以单独使用其中的一种,也可以组合使用其中的两种或多种。

    《11》集电材料

    集电材料是一种能够使电气顺利通过的物质,而且可以按照与电气部件相对应的方式选择其形状和材料,作为其中一例,可以由呈板状、箔状或筛状的、诸如铝、铜等的导电材料构成。可以通过诸如化学、电学、物理或这些方式相组合形式对表面实施处理以使其呈凸凹状,从而制作出表面粗糙、粘接性能良好的集电材料。对于集电材料11呈板状或箔状的场合,可以依据电气部件的构造形式使用其中的一个侧面或两个侧面,即在一个侧面或两个侧面上附着制作电极用的物质材料。集电材料为电极坯料的原因可使用宽度大的材料。

    下面对电极构成用部件的制作方法进行说明。

    《1》电极构成用部件的形状

    为形成为由正电极与负电极重合构成的电极构成用部件,例如图3(A)和图3(B)所示的、由若干个电极彼此重合构成的叠层型电极构成用部件,每一个电极均具有形成在呈预定形状的集电材料上的制作电极用材料层和构成电气部件端子用的导线。在图3(A)和图3(B)中,制作正电极用物质层121与制作负电极用物质层122通过分隔部件18而呈相互叠层的配置形式。正电极导线1111与制作正电极用材料层相连接,负电极导线1112与制作负电极用材料层相连接。

    为了能够获得呈这种形状的电极,可以采用与这种电极形状相应的电极构成用部件,也可以采用在长型集电材料上形成有长型制作电极用材料层的、如图4所示的长型宽幅电极构成用部件1。如果举例来说,这种呈长型宽幅的电极构成用部件1的长度可以为1000米(m)~2000米(m)左右,宽度为500米(m)~1000米(m)左右。这种长型电极构成用部件1可以为一个,或为了获得多个电极,还可以使其呈若干个相互分离开的构成形状。为了能够由这种长型电极构成用部件制作出电极,按照与叠层电极形状相吻合的方式对制作电极用材料层12实施切断。在这时,可以按照使集电材料11上的一部分作为电极导线111的方式实施切断。切割出的电极形状可以呈柜形形状,其长度大约为600毫米(mm),宽度大约为50毫米(mm)。负电极的长度和宽度均比正电极大些,比如说大约1毫米(mm)左右。采用这种方式,还可以防止因树枝状晶体产生的短路现象。

    《2》制作电极用材料层的形成方式

    制作电极用材料层的形成方式可以为首先向制作电极用材料中添加溶剂,使其液化而呈膏糊状,将其涂覆在集电材料表面上。在实施涂覆之后,通过使溶剂挥发、干燥等方式,制作出在宽幅集电材料上形成有制作电极用材料层的电极构成用部件。在集电材料上实施涂覆用的装置,可以为诸如刮刀型供料器等。

    《3》对集电材料和制作电极用材料层实施的加压处理

    为了使电气部件能够具有良好的电气特性,比如说使离子具有良好的可移动性,并能够在集电材料11与制作电极用材料层12间形成良好的电流动,对集电材料11和形成在其上的制作电极用材料层12实施加压处理。通过这种加压处理方式,将使形成有制作电极用材料层的集电材料11,与制作电极用材料层12一并受到挤压而扩大其面积,所以对于集电材料上未形成有制作电极用材料层的部分,也要实施相应的压力处理以扩大面积。在这时,为了不对未形成制作电极用材料层的集电材料和位于制作电极用材料层边界附近位置处的集电材料形成切断,设置使与制作电极用材料层相距预定距离、即具有缓冲距离的缓冲部431,并且在这种状况下对集电材料11实施加压处理。这一预定距离依据实施加压处理的制作电极用材料层和集电材料的厚度和大小而决定。如果举例来说,缓冲距离最好为1毫米(mm)~3毫米(mm)左右。具有这种缓冲距离的集电材料,虽然产生了皱摺部,但没有被切断。这种皱摺部位于导线与制作电极用材料层之间的位置处,由此导线不容易断裂。

    对电极构成用部件实施的加压处理方式,如果以长型电极构成用部件为例,可以举如图5所示的采用滚压装置实施滚压的处理方式。滚压处理是一种在转动过程中施加压力的处理方式,比如说将其夹持在一对轧辊之间,一边施加压力一边转动的加压处理方式。在图5中,是将电极构成用部件1夹持在小直径工作辊43和大直径工作辊43之间,通过支撑辊42对小直径工作辊43实施挤压而产生压力,进而通过小直径工作辊43和大直径工作辊43对电极构成用部件实施滚压处理的。这种装置的部分放大图如图6(A)所示。在小直径工作辊沿轴向方向的表面上形成有凹凸台阶部,大直径工作辊沿轴向方向的表面呈直线(平直)形式。制作电极用材料层的比较厚的部分,与小直径工作辊上的凹部433相抵接,集电材料与凸部432相抵接。集电材料上未形成有制作电极用材料层的部分,在与制作电极用材料层相距预定缓冲距离的状态下被滚压。实施滚压用的材料可进行选择,比如说可以将刚性材料或弹性材料配置在小直径工作辊43的凸部432处,将刚性材料配置在小直径工作辊的凹部433处。将刚性材料配置在大直径工作辊43的表面处。这种滚压装置的立体图如图7所示。还可以将电极构成用部件夹持在一对小直径工作辊43、43之间以对电极构成用部件实施滚压,这种滚压装置的部分放大图如图6(B)所示,其立体图如图8所示。各个轧辊的制作材料,作为其中一例采用的是刚性材料和弹性材料,然而还可以采用刚性材料和弹性材料的组合形式,或是采用强度相应的树脂和其它材料。

    《4》滚压装置

    如图7所示的滚压装置具有小直径工作辊43和大直径工作辊43,以及对小直径工作辊施加压力用的大直径支撑辊42。另外,如图8所示的滚压装置,具有一对小直径工作辊43、43,以及对该工作辊施加压力用的一对大直径支撑辊42、42。支撑辊42可以通过将超硬质弹性材料附着在具有极高硬度的材料表面处的方式制作,以防止其与工作辊43接触时对工作辊43表面产生破损。这种超硬质弹性材料可以为诸如变性氨基甲酸乙酯和聚酰亚胺等材料,其硬度可以为肖氏橡胶硬度D比率的90°~98°。这种超硬质弹性材料的厚度可以为10毫米(mm)~30毫米(mm)。在表面处配置弹性材料。

    工作辊沿轴向方向的表面上形成有凹凸台阶部。由制作电极用材料层构成的比较厚部分,与凹部相抵接,集电材料与凸部相抵接。在这儿,集电材料上未形成有制作电极用材料层的部分,在与制作电极用材料层相距预定缓冲距离的状态下被滚压。采用这种设置有预定缓冲距离的方式,即使对电极构成用部件实施加压处理也可以防止集电材料出现断裂。在图6(A)中,可以在大直径工作辊处形成凹凸台阶部,并且按如图6(B)所示的方式实施加压处理,另外,在图6(B)中,也可以使一个小直径工作辊沿轴向方向的表面呈直线(平直)形式,并且可按如图6(A)所示的方式实施加压处理。

    在滚压装置用基座41之上配置有对轧辊实施驱动用的、诸如电动机等的驱动装置45,以及具有下侧支撑辊42用轴承部47的支撑辊用壳体442。在下侧支撑辊用壳体442的上方处,配置有一对工作辊43、43的工作辊用壳体443、443,以及上侧支撑辊用的支撑辊用壳体442。辊轴471以可自由转动方式安装在各轴承部47处。

    在各支撑辊用壳体442和工作辊用壳体443处,设置有供连接杆441贯穿通过用的孔,以便使连接杆441能够贯穿通过配置在滚压装置用基座41的上部机架板415之间的各工作辊用壳体443和各支撑辊用壳体442,进而可以防止各轧辊42、43产生位置偏置。当然也可以代替连接杆441使用门型机架。各个轧辊用壳体442、443可以设置在轧辊42、43的两端处,对于这种场合可以使用四根连接杆441,以实现稳定地固定。

    根据需要,可以将卷出用型芯411和卷绕用型芯412安装在滚压装置4上,从而可以由保持电极构成用部件1用的卷出用型芯411处抽出电极构成用部件1,使其由一对工作辊43、43实施滚压处理之后,再卷绕在卷绕用型芯412处。对于这种场合,卷出用型芯411和卷绕用型芯412安装在机架413处,并且通过电动机414对其实施驱动控制,该机架413固定在诸如壳体442等的固定部件处。

    《5》在制作电极用材料层上的离子型导电聚合物层的形成

    如图4所示,将构成离子型导电聚合物层2的膏糊状离子型导电聚合物层形成用涂覆剂22,通过诸如刮刀型供料器21等设备薄薄地涂覆在制作电极用材料层12的表面处(参见图9(A)),以在电极构成用部件1处形成离子型导电聚合物层2(参见图9(B))。形成离子型导电聚合物层用的涂覆剂22是一种涂覆形成离子型导电聚合物层2用的材料,它可以是离子型导电聚合物形成材料自身,也可以是在其中混合入有诸如锂盐等的离子导电型盐或溶剂的混合物。对于采用在离子型导电聚合物形成材料中混合有有机溶剂而构成离子型导电聚合物层用涂覆剂22的场合,可以在实施涂覆之后,通过干燥方式,使溶剂由离子型导电聚合物层2中挥发出去(参见图9(C))。当采用在离子型导电聚合物形成材料中混合入有诸如锂盐等离子导电型盐而形成的离子型导电聚合物层用涂覆剂22实施涂覆时,将在离子型导电聚合物层2中溶解有诸如锂离子等的离子。

    《6》对电极构成用部件的切割处理

    由实施加压处理后的电极构成用部件上切割出电极。或者是,在实施加压处理之后,对在制作电极用材料层处形成有离子型导电聚合物层的电极构成用部件实施切割。实施这种切割的方式可以有许多种,比如说可以按照如图10(A)~图10(C)所示的方式实施切割。图10(A)是将一个制作电极用材料层沿着第一方向,即沿与长尺寸的长度方向相垂直的方向作为实施切割方向实施切割的,图10(B)是由一个制作电极用材料层实施切割,即沿呈长型制作电极用材料层的长度方向实施切割而获得两个条型电极,进而再沿第一方向对其分别实施切割的,图10(C)是由若干个制作电极用材料层获取出若干个,再依次沿第一方向对这若干个条形制作电极用材料层实施切割的。这种电极构成用部件的切割顺序可以任意地进行。

    形成有呈若干条形状的制作电极用材料层的电极构成用部件,可以裁断出如图11(A)所示的若干个条型电极17,进而将其卷绕成卷盘状。呈缠绕状的条型电极171可以由如图11(B)所示的供给轧辊33处卷出,断续地传送至冲裁装置3处,实施脱模冲裁处理。在这时,可以使冲裁装置3中的上部刀具部件31上升,将电极接收皿32传送至冲裁装置3处,以对实施冲裁处理后的电极实施收集。当然也可以如图11(C)所示,利用转动型刀具部件34在轧辊的外侧周部嵌埋入刀具,进而通过转动的方式实施脱模冲裁处理。

    《7》电气部件的制作

    实施切割处理后的正电极和负电极可以如图3(A)和图3(B)所示,彼此重叠且在它们之间插入有分隔部件18,或是不插入分隔部件而呈重叠设置形式,进而将其放置在容器中。在这时,可以对正电极的导线1111实施汇总连接而构成正电极端部,对负电极的导线1112实施汇总连接而构成负电极端部。向容器中加入呈液态、固态或其中间状态的离子型导电材料,使离子能够在正电极与负电极间的顺利移动,从而构成为电气部件。

    下面对由离子型导电聚合物盖覆着的制作电极用材料的制作方法进行说明。

    《1》电极构成用部件的制作方法

    电极构成用部件的制作方法为,首先,在制作电极用材料的表面上,盖覆上厚度非常薄的一层离子型导电聚合物、或者构成离子型导电聚合物用的原料或者它们的混合物,即盖覆上形成离子型导电聚合物用的材料。随后添加入溶剂,使其液态而呈膏糊状,将其涂覆在集电材料处并使其干燥,使溶剂挥发。当然,也可以在初始时即添加入溶剂,使其与形成离子型导电聚合物用的材料一并呈膏糊状。

    在这时,形成离子型导电聚合物用的材料量取很小,使粉状的制作电极用材料粒子表面处由离子型导电聚合物盖覆,使不形成空隙,从而减少粉状物质材料之间的间隙。

    使形成离子型导电聚合物用的材料盖覆在呈粉状的制作电极用材料处时,使形成离子型导电聚合物用的材料与呈粉状的制作电极用材料相互挤压滑动,而制作出挤压滑动制品。

    《2》挤压滑动处理

    挤压滑动处理是一种对形成离子型导电聚合物用的材料与呈粉状的制作电极用材料的混合物一边实施相互挤压一边实施滑动滑动(挪动滑动)的处理方式。通过向混合物施加外力,使混合物相互紧密接触,使粒子转动,重复实施这种操作,可以制作出挤压滑动制品。

    《3》挤压滑动混练装置

    挤压滑动混练装置5,例如在图12(A)~图12(D)所示。将由形成离子型导电聚合物用的材料和呈粉状的制作电极用材料13构成的混合物50,或是由该混合物与溶剂等一并构成的混合物50,加入至容器51中,对主叶片52实施转动驱动。通过在容器51的底部511与主叶片52的底面间形成有间隙,对主叶片52实施的转动驱动,由此使混合物50中的一部分,进入至容器底部511与主叶片52之间,从而能够实施挤压滑动而进行混练。重复实施这种操作,便可以使形成离子型导电聚合物用的材料盖覆在呈粉状的制作电极用材料13上。

    这种挤压滑动混练装置5在容器51之内设置有分散用叶片53,通过使分散用叶片53高速转动的方式,对实施挤压滑动处理后的混合物50实施分散处理。

    《4》容器

    容器51是搅拌用的混合物50的放入用容器,该搅拌用混合物50是通过对混合物50的挤压滑动而获得。在容器51的底面处具有一部分比较低的低端部5111,以及由低端部5111起朝向周边部升高的倾斜部。例如,具有中央部比较低且沿着周边上升的倾斜坡度。例如形成有呈研钵形状的底部511,其低端部5111的角度例如为120度。容器51的底部511可以采用诸如SUS等具有耐磨损性的材料制作,并且可以使用诸如钨和碳化物等材料实施溶射成型。另外,也可以在底面处形成若干个低端部5111。

    《5》主叶片

    主叶片52可以相对于容器51的底面运动,从而可以对混合物实施挤压滑动、搅拌。主叶片52如图12(A)所示,在与容器51的低端部5111相对应的位置处安装有轴,并且由低端部5111起沿着容器的底部朝向上侧方向折曲。主叶片52上的刀具数目可以如图12(B)所示,在中央部处安装有两个,也可以安装有多个,比如说安装有10个以上,这可以依据混合物的量和种类实施确定。

    驱动主叶片上主轴521用的主电动机522的转数,在实施挤压滑动时比较低,比如说可以为120RPM。

    容器51上的底面与主叶片52上的底面间的间隙比较窄小,以便能够对混合物实施挤压滑动,这一间隙可以为15毫米(mm)以下。而且,这一间隙距离可以依据挤压滑动混练装置5的容量和主叶片的形状实施确定。

    主叶片52上沿行进方向(挤压滑动方向)的表面,与容器51底面间的挤压角θ呈锐角。比如说可以如图12(C)所示,对于主叶片52的剖面呈倒台阶形状的场合,挤压角可以为3度~70度。而且,主叶片52的剖面形状还可以如图12(D)所示,呈圆形、圆角形等各种形状。主叶片可以采用诸如SUS等具有耐磨损性的材料制作,并且可以使用诸如钨和碳化物等材料实施溶射成型。

    主叶片52上沿与行进方向(挤压滑动方向)相反的表面,相对于底面间呈大体垂直,或呈钝角形式。采用这种构成方式,当主轴521逆向转动时,可以使混合物50聚集在主轴521的周围处。

    另外,如果在底面处设置有若干个低端部5111,则主叶片52的中央部也设置在与其数目相对应的若干个低端部的位置。

    《6》分散用叶片

    分散用叶片53用于对由主叶片52实施挤压滑动处理后的混合物50实施分散处理。分散用叶片53配置在能够对混合物50实施分散处理的位置处,并且按1000~4000转/分钟的高速度转动。通过实施高速转动的方式,可以使盖覆在粉状电极物质13的粒子表面处的离子型导电聚合物16以及原料,均匀分散至整个粉状物质材料中。

    下面对锂离子二次电池中的电极构成用部件制作方法进行说明。

    《1》正电极用的电极构成部件的制作实例

    将作为粉状电极活性物质材料的、9.1重量份且平均粒径为5微米(μm)的LiCoO2,以及作为粉状导电材料的、0.6重量份且平均粒径为4微米(μm)的石墨粉末投入至挤压滑动混练装置中,实施20分钟的挤压滑动。随后,添加入0.546重量份的构成离子型导电聚合物用的原料(A1)和3.5重量份的乙腈。构成离子型导电聚合物用的原料(A1)是一种混合物,其组成成份和混合比率如表1所示。

                   表1:构成离子型导电聚合物用的原料(A1)             物质名称混合比率(重量份)三官能性(丙烯二醇·乙二醇)无规共聚物森尼斯FA-103(PO/EO=2/8,Mw=3282,日本三洋化成工业(株)制造)    8.36二官能性聚醇型1,4-丁二醇    0.34乙烯氰醇    1.27反应催化剂NC-IM(日本三共空气制品(株)制造)    0.03合计    10

    添加有构成离子型导电聚合物用的原料(A1)的挤压滑动制品,在挤压滑动混练装置内进行5小时的挤压滑动处理。挤压滑动制品呈膏糊状。向挤压滑动制品中添加入0.254重量份的聚缩MDI、MR-200(日本NPU社制造),在挤压滑动混练装置中实施5分钟的搅拌。取出挤压滑动制品,利用在厚度为20微米(μm)的铝箔上移动且具有100微米(μm)开口部的刮刀型供料器实施浇铸涂覆。在室温下放置15分钟,进而在80℃的条件下加热1小时。将制作出的单面涂覆电极反转,固定在平面上,同样利用具有100微米(μm)开口部的刮刀型供料器对混合物实施浇铸涂覆,在室温下放置15分钟,进而在80℃的条件下加热1小时。所制作出的电极,是一种在20微米(μm)厚的铝制集电部件的两个侧面处均涂覆有电极层的、整体厚度达170微米(μm)的电极。

    《2》负电极用的电极构成部件的制作例

    将作为粉状电极活性物质材料的、9.1重量份且平均粒径为5微米(μm)的石墨粉末,以及0.341重量份的构成离子型导电聚合物用的原料(A1)和3.0重量份的乙腈投入至挤压滑动混合装置(容积为300cc)中,实施7小时的挤压滑动处理。挤压滑动制品呈膏糊状。随后,向挤压滑动制品中添加入0.159重量份的聚缩MDI、MR-200(日本NPU社制造),在挤压滑动混合装置中实施5分钟的挤压滑动。取出挤压滑动制品,利用在厚度为20微米(μm)的铜箔上移动且具有100微米(μm)开口部的刮刀型供料器实施浇铸涂覆。在室温下放置15分钟,进而在80℃的条件下加热1小时。将制作出的单面涂覆电极反转,固定在平面上,同样利用具有100微米(μm)开口部的刮刀型供料器对混合物实施浇铸涂覆,在室温下放置15分钟,进而在80℃的条件下加热1小时。所制作出的电极,是一种在20微米(μm)厚的铜制集电部件的两个侧面处均涂覆有电极层的、整体厚度达170微米(μm)的电极。

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本发明涉及一种电极构成用部件的加压处理方法,对在集电材料表面处具有其面积比集电材料面积小的制作电极用材料层的电极构成用部件实施加压处理的电极构成部件用加压处理方法,其特征在于:对制作电极用材料层,以及位于与制作电极用材料层相距预定距离的位置处的集电材料实施加压处理。 。

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