CN101546649A - 电极的制造方法、蓄电装置及中间层叠材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电极的制造方法、蓄电装置及中间层叠材料,用于提高具有开孔集电体的电极的生产率。在集电体层叠工序中,形成集电体层叠单元(30),其由集电体材料(31、32)以及薄膜材料(33)构成。另外,在阻蚀层印刷工序中,在集电体层叠单元的两面上形成规定图案的阻蚀层(34)。在蚀刻工序中,将阻蚀层(34)用作掩模而实施蚀刻处理,在各集电体材料上形成通孔(20a、23a)。在阻蚀层去除工序中,使阻蚀层从集电体层叠单元去除。因为对多个集电体材料实施蚀刻处理,所以可以提高电极的生产率。另外,在涂敷浆料时,由于能够利用薄膜材料防止电极浆料的脱落,因此可以在水平方向上运送集电体层叠单元,可以提高电极的生产率。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有开孔集电体的电极的制造方法、组装有具有开孔集电体的电极的蓄电装置、以及作为电极制造过程中的半成品的中间层叠材料等。
背景技术
在电动车及混合动力车辆等上,搭载有锂离子蓄电池及锂离子电容器等蓄电装置。在制造组装在蓄电装置中的电极时,将含有活性物质的电极浆料涂敷在金属箔等集电体材料上。并且,通常通过一边在水平方向上运送集电体材料,一边使其经过干燥炉,干燥电极浆料而形成电极复合层。
另外,为了提高蓄电装置的能量密度,提出了使金属锂箔和负极之间进行电化学接触的蓄电装置的方案。在该蓄电装置中,可以在负极中预嵌入锂离子。由此,可以在负极的电位降低的同时提高负极的静电容量,可以提高蓄电装置的能量密度。另外,为了在所层叠的多个负极中均匀地嵌入锂离子,在各电极的集电体中形成用于使锂离子经过的通孔(例如,参照专利文献1)。
但是,在将电极浆料涂敷在具有通孔的集电体材料上时,电极浆料有可能经过通孔而渗漏到集电体材料的背面侧。这样,电极浆料渗漏到集电体材料的背面侧,会使电极浆料附着在支撑集电体材料的导向辊上。因此,提出了一边在垂直方向上抬起集电体材料,一边涂敷电极浆料的制造方法的方案。根据该制造方法,由于在集电体材料的抬起过程中不需要导向辊,因此可以防止电极浆料附着在导向辊上。另外,还提出了通过在集电体材料中使通孔形成为较小,防止电极浆料渗漏到集电体材料的背面侧的蓄电装置的方案(例如,参照专利文献2)。
另外,在专利文献3中公开了将夹持粘结层或绝缘层而在两侧设置的金属箔,以规定图案的阻蚀层进行蚀刻处理而进行开孔的结构。
专利文献1:专利第3485935号公报
专利文献2:特开2007-141897号公报
专利文献3:专利3411514号公报
发明内容
但是,由于将集电体材料向垂直方向抬起,会导致运送速度的下降,因此存在使电极的生产率下降的问题。即,在集电体材料上涂敷的电极浆料干燥之前,需要将集电体材料向垂直方向抬起。但是,由于集电体材料有可能因自重而导致断裂,因此集电体材料的抬起高度受到限制。伴随该抬起高度的限制,使对电极浆料进行干燥的干燥炉的高度尺寸也受到限制。为了利用上述较短的干燥炉干燥电极浆料,需要降低集电体材料的运送速度。这样,将集电体材料向垂直方向抬起,成为使电极的生产率下降,同时使电极的制造成本上升的主要原因。
另外,在为使电极浆料不渗漏到集电体材料的背面侧,而将通孔形成为较小的情况下,可以一边将集电体材料水平运送,一边涂敷电极浆料。但是,与不具有通孔的集电体材料相比,具有通孔的集电体材料的强度更低,因此具有通孔的集电体的运送速度有下降的倾向。这样,即使可以利用通孔的小径化进行水平运送,与不具有通孔的集电体材料相比,也难以提高电极的生产率。并且,由于集电体的通孔变小,在负极中嵌入锂离子时还会使锂离子的移动速度下降。该移动速度的下降会导致在负极中进行的锂离子的嵌入作业长期化。该嵌入作业的长期化,成为使蓄电装置的生产率下降,同时使蓄电装置的制造成本上升的主要原因。
并且,作为在集电体材料上加工通孔的方法,存在冲压等机械加工以及作为化学处理的蚀刻加工方法,但从品质方面考虑,优选实施蚀刻加工。但是,在进行蚀刻加工时,通常在各个金属箔的表面形成规定图案的阻蚀层,在各个金属箔的背面整体形成阻蚀层。这样,对每一枚金属箔形成阻蚀层而实施蚀刻加工,成为使集电体的生产率下降,同时使电极的生产率下降的主要原因。
本发明的目的在于,提高具有开孔集电体的电极的生产率。
本发明的电极的制造方法中,该电极具有开孔集电体,其特征在于,具有如下工序:集电体层叠工序,在该工序中,对多个集电体材料进行层叠,形成集电体层叠单元;保护层形成工序,在该工序中,在所述集电体层叠单元的表面上形成规定图案的保护层;蚀刻工序,在该工序中,对形成有所述保护层的所述集电体层叠单元实施蚀刻处理,在所述集电体材料上分别形成通孔;第1涂敷工序,在该工序中,在形成有所述通孔的所述集电体层叠单元的表面涂敷电极浆料;集电体剥离工序,在该工序中,将涂敷有所述电极浆料的所述集电体材料,从所述集电体层叠单元进行剥离;以及第2涂敷工序,在该工序中,在从所述集电体层叠单元剥离的所述集电体材料的未涂敷面上涂敷电极浆料。
本发明的电极的制造方法的特征在于,在所述集电体层叠工序中,在所述集电体材料之间设置隔断层;在所述保护层形成工序中,在所述集电体层叠单元的一个面和另一个面的两面上形成规定图案的所述保护层;在所述蚀刻工序中,从所述集电体层叠单元的一个面和另一个面的两面,在所述集电体材料上分别形成所述通孔。
本发明的电极的制造方法的特征在于,在所述集电体层叠工序中,直接层叠多个所述集电体材料;在所述保护层形成工序中,在所述集电体层叠单元的整个一个面上形成隔断层,另一方面,在所述集电体层叠单元的另一个面上形成规定图案的所述保护层;在所述蚀刻工序中,从所述集电体层叠单元的另一个面,在所述集电体材料上分别形成所述通孔。
本发明的电极的制造方法的特征在于,在层叠的所述多个集电体材料上分别形成的通孔是彼此相对地设置的,且相对设置的通孔之间的开口面是彼此错开的。
本发明的电极的制造方法的特征在于,在上述任意一种本发明的电极的制造方法中,在层叠的所述多个集电体材料上分别形成的通孔中,所述通孔内表面上设置有防止电极复合层脱落的防脱落单元。
本发明的电极的制造方法的特征在于,在上述本发明的电极的制造方法中,所述防脱落单元是指,使从电极浆料的涂敷侧朝向贯穿方向的通孔端的开口面比以平行于所述开口面的面进行切断的所述通孔内的其它开口面更小。
本发明的电极的制造方法的特征在于,在所述本发明的电极的制造方法中,所述防脱落单元是指,从所述通孔的电极浆料的涂敷侧的开口面朝向所述通孔的另一端的开口面而设置的前端细的锥部。
本发明的蓄电装置是组装有具有开孔集电体的电极的蓄电装置,其特征在于,所述电极是利用技术方案1至7中的任意一项所述的电极的制造方法而制造的。
本发明的蓄电装置的特征在于,所述蓄电装置是锂离子电容器。
本发明的蓄电装置的特征在于,所述蓄电装置是锂离子电池。
本发明的中间层叠材料是作为电极制造过程的半成品的中间层叠材料,其特征在于,具有:集电体材料,其具有多个通孔;隔断层,其设置在所述集电体材料的一面侧而闭塞所述通孔;以及电极复合层,其设置在所述集电体材料的另一面侧。
本发明的中间层叠材料的特征在于,在上述构成的中间层叠材料中,所述集电体材料层叠在所述隔断层的两面上。
本发明的中间层叠材料的特征在于,在所述构成的中间层叠材料中,所述集电体材料层叠在所述隔断层的单面上。
本发明的中间层叠材料的特征在于,在所述记载的本发明的中间层叠材料中,所述集电体材料隔着所述隔断层而相对地设置多个,在相对地设置的所述集电体材料上分别形成的通孔之间的面向所述隔断层的开口面彼此错开。
本发明的中间层叠材料的特征在于,在所述记载的本发明的中间层叠材料中,在所述通孔的内表面上设置有防止电极复合层脱落的防脱落单元。
本发明的中间层叠材料的特征在于,在上述记载的本发明的中间层叠材料中,所述防脱落单元是指,使所述通孔的面向所述隔断层侧的开口面比以平行于所述开口面的面进行切断的其它开口面更小。
本发明的中间层叠材料的特征在于,在所述记载的本发明的中间层叠材料中,所述防脱落单元是指,在所述通孔中朝向所述隔断层而设置的前端细的锥部。
发明的效果
在本发明中,因为对多个集电体材料实施蚀刻处理,所以可以提高开孔集电体的生产率,可以提高电极的生产率。另外,因为在层叠多个集电体材料的集电体层叠单元中涂敷电极浆料,所以可以提高涂敷电极浆料时的运送速度,可以提高电极的生产率。
附图说明
图1是表示蓄电装置的立体图。
图2是沿图1的A-A线概略地示出蓄电装置的内部构造的剖面图。
图3是局部放大地示出蓄电装置的内部构造的剖面图。
图4是表示本发明的一个实施方式的电极的制造方法的流程图。
图5中(A)~(D)是表示各制造工序中的电极的状态的概略图。
图6中(A)~(D)是表示各制造工序中的电极的状态的概略图。
图7是表示涂敷干燥装置的一个例子的概略图。
图8是表示本发明的其它实施方式的电极的制造方法的流程图。
图9中(A)~(E)是表示各制造工序中的电极的状态的概略图。
图10中(A)~(C)是表示各制造工序中的电极的状态的概略图。
图11中(A)~(C)是表示各制造工序中的电极的状态的概略图。
图12中(A)~(E)是表示在集电体材料上形成通孔时各制造工序的概略图。
图13是表示本发明的其它实施方式的电极的制造方法的流程图。
图14是表示重合轧制装置的一个例子的概略图。
图15中(A)是表示相对的开口面一致的情况、(B)是表示相对的开口面错开的情况的说明图。
图16中(A)是表示开口面的平面图案,(B)是表示相对的开口面的位置错开的状态的说明图。
图17是表示开口面的重复率的说明图。
图18是表示相对的开口面一致的情况的说明图。
图19中(A)~(C)是表示相对的开口面的位置错开方式的说明图。
图20中(A)~(C)是表示相对的开口面的位置错开方式的说明图。
图21中(A)、(B)是表示相对的开口面的位置错开方式的说明图。
图22中(A)、(B)是表示相对的开口面的位置错开方式的说明图。
图23是表示相对的开口面的位置错开方式的说明图。
图24中(A)是表示相对的开口面一致的情况、(B)是表示相对的开口面错开的情况的变形例的说明图。
图25是表示在图6中向通孔内填充电极浆料的状态的概略图。
图26是表示在图10中向通孔内填充电极浆料的状态的概略图。
图27是表示在图11中向通孔内填充电极浆料的状态的概略图。
图28中(A)、(B)是表示电极复合层的易脱落通孔形状的剖面说明图。
图29中(A)~(C)是表示在通孔内设置的防脱落单元及其变形例的说明图。
图30中(A)~(D)是说明防脱落单元的一个例子及其功能的说明图。
具体实施方式
(实施方式1)
图1是表示蓄电装置10的立体图,图2是沿图1的A-A线概略地示出蓄电装置10的内部构造的剖面图。如图1及图2所示,在作为封装容器的层压薄膜11内收容有电极层叠单元12。该电极层叠单元12由交替层叠的正极(电极)13和负极(电极)14构成。在正极13和负极14之间设置有隔板15。另外,在电极层叠单元12的最外部,锂电极16与负极14相对地配置。在负极14和锂电极16之间设置有隔板15。三极层叠单元17由上述电极层叠单元12和锂电极16构成。此外,在层压薄膜11内注入电解液。该电解液由含锂盐的非质子性有机溶剂构成。
图3是局部放大地示出蓄电装置10的内部构造的剖面图。如图3所示,正极13具有设有大量通孔20a的正极集电体(开孔集电体)20。在该正极集电体20上涂敷有正极复合层21。另外,在正极集电体20上设置有呈凸状伸出的端子焊接部20b。多枚端子焊接部20b以重叠的状态彼此接合。并且,在彼此接合的端子焊接部20b上接合正极端子22。同样地,负极14具有设有大量通孔23a的负极集电体(开孔集电体)23。在该负极集电体23上涂敷有负极复合层24。另外,在负极集电体23上设置有呈凸状伸出的端子焊接部23b。多枚端子焊接部23b以重叠的状态彼此接合。并且,在彼此接合的端子焊接部23b上接合负极端子25。
在正极复合层21中,作为正极活性物质而含有活性碳。在该活性碳中,可以使锂离子及阴离子可逆地进行掺杂·脱附。另外,在负极复合层24中,作为负极活性物质而含有多并苯类有机半导体(PAS)。在该PAS中,可以使锂离子可逆地进行掺杂·脱附。这样,通过采用活性碳作为正极活性物质,采用PAS作为负极活性物质,使图示的蓄电装置10作为锂离子电容器起作用。此外,在本说明书中,掺杂(嵌入)是指吸收、承载、吸附、插入等。即,嵌入是指锂离子等进入正极活性物质或负极活性物质的状态。另外,脱附(脱嵌)是指放出、脱离等。即,脱嵌是指锂离子等离开正极活性物质或负极活性物质的状态。
如前所述,在蓄电装置10内插入有锂电极16。该锂电极16具有与负极集电体23接合的锂电极集电体26。另外,在锂电极集电体26上压接有作为离子供给源的金属锂箔27。因此,金属锂箔27和负极复合层24之间为隔着锂电极集电体26及负极集电体23而连接的状态。这样,负极14和锂电极16之间具有电气连接的构造。因此,通过在层压薄膜11内注入电解液,可以使锂离子从锂电极16向负极14中嵌入(以下,称为“预嵌入”)。
这样,通过在负极14中预嵌入锂离子,可以使负极电位降低。由此,可以提高蓄电装置10的电池电压。另外,通过降低负极电位可以使正极13深度放电,可以提高蓄电装置10的电池容量(放电容量)。并且,通过在负极14中预嵌入锂离子,可以提高负极14的静电容量。由此,可以提高蓄电装置10的静电容量。这样,由于可以提高蓄电装置10的电池电压、电池容量、静电容量,因此可以提高蓄电装置10的能量密度。此外,从实现蓄电装置10的高容量化的角度出发,优选将金属锂箔27的量设定为,以使正极13和负极14之间短路后的正极电位小于或等于2.0V(相对于Li/Li+)。
另外,在正极集电体20及负极集电体23中形成有通孔20a、23a。因此,可以使从锂电极16放出的锂离子在层叠方向移动。由此,可以在层叠的所有负极14中顺利地预嵌入锂离子。
接着,说明正极13及负极14的制造方法。以下,在制造方法的说明中,通过将正极13及负极14记载为电极,将正极13的制造方法和负极14的制造方法结合起来进行说明。此外,在制造方法的说明中,将正极复合层21及负极复合层24记载为电极复合层。图4是表示本发明的一个实施方式的电极的制造方法的流程图。另外,图5及图6是表示各制造工序中的电极的状态的概略图。
如图4所示,在步骤S101中实施形成集电体层叠单元30的集电体层叠工序。在该集电体层叠工序中,如图5(A)所示,准备有由金属箔构成的长条状集电体材料31、32,并作为隔断层而准备有长条状薄膜材料33。并且,通过由一对集电体材料31、32夹入薄膜材料33,形成由集电体材料31、32及薄膜材料33构成的集电体层叠单元30。此外,在制造正极13时,作为集电体材料31、32而使用例如铝箔。另一方面,在制造负极14时,作为集电体材料31、32而使用例如铜箔。另外,作为薄膜材料33,使用对后述的蚀刻液具有耐受性的材料。并且,为了与后述集电体剥离工序相对应,作为薄膜材料33,优选使用微粘接薄膜或可剥离薄膜。例如,作为通过加热而进行剥离的薄膜,可以使用“リバアルファ”(注册商标,“日東電工株式会社”)。另外,作为微粘接薄膜,可以使用“パナプロテクト”(注册商标,“パナツク株式会社”)。
如图4所示,在接下来的步骤S102中实施在集电体层叠单元30上形成作为保护层的阻蚀层34的阻蚀层印刷工序(保护层形成工序)。在该阻蚀层印刷工序中,如图5(B)所示,在集电体层叠单元30的一个面30a和另一个面30b的两面上,以规定图案印刷阻蚀油墨。由此,在集电体层叠单元30的一个面30a和另一个面30b的两面上,会形成规定图案的阻蚀层34。此外,在阻蚀层印刷工序中,通过凹版印刷或网板印刷等印刷阻蚀油墨,但在作为隔断层而存在薄膜材料33的情况下,由于不需要使两面的图案一致,因而优选。另外,作为阻蚀油墨,只要是对后述的蚀刻液具有耐受性的材料即可,可以使用通常的材料。并且,作为阻蚀油墨,优选采用能够利用碱性溶剂等溶解去除的材料。
另外,在所述说明中是使用液态阻蚀油墨而形成阻蚀层34,但也可以粘贴预先薄膜化的干性薄膜阻蚀层。例如,作为干性薄膜阻蚀层,可以使用“デュポンMRCドライフィルム株式会社”制造的FXR或FX900等。此外,在使用干性薄膜阻蚀层的情况下,通过对所粘贴的干性薄膜阻蚀层实施曝光处理及显像处理,在集电体层叠单元30上形成规定图案的阻蚀层34。
如图4所示,在接下来的步骤S103中实施在集电体层叠单元30上形成通孔20a、23a的蚀刻工序。在该蚀刻工序中,如图5(C)所示,通过将阻蚀层34作为掩模使用,在集电体层叠单元30上实施蚀刻处理。由此,从集电体层叠单元30的一个面30a和另一个面30b的两侧,对各个集电体材料31、32形成大量的通孔20a、23a。在该蚀刻处理中使用的蚀刻液,是根据集电体材料31、32的材质适当进行选择的。如前所述,在作为集电体材料31、32而使用铝箔或铜箔的情况下,作为蚀刻液可以使用三氯化铁水溶液、苛性碱、盐酸等。
如图4所示,在接下来的步骤S104中实施从集电体层叠单元30去除阻蚀层34的阻蚀层去除工序。在该阻蚀层去除工序中,如图5(D)所示,对除了通孔20a、23a以外的非蚀刻部进行保护的阻蚀层34从集电体层叠单元30被去除。在使用碱性溶解型阻蚀油墨的情况下,可以利用盐酸等进行蚀刻处理,在进行洗涤后利用氢氧化钠水溶液去除阻蚀层。并且,通过反复进行洗涤、中和处理、洗涤并使其干燥,以夹入薄膜材料33的状态形成具有通孔20a、23a的集电体材料31、32。
这样,因为对多个集电体材料31、32同时实施蚀刻处理,所以可以大幅度降低具有通孔20a、23a的正极集电体20及负极集电体23的制造成本。另外,通过在集电体材料31、32之间插入隔断蚀刻液的薄膜材料33,使得可以从单面侧对各个集电体材料31、32实施蚀刻处理。由此,由于不需要对形成在集电体层叠单元30的两面上的阻蚀层34的图案进行整合,因此可以降低正极集电体20及负极集电体23的制造成本。
然后,如图4所示,在步骤S105中,对由一个集电体材料31构成的电极A实施用于形成第1电极复合层35的第1浆料涂敷工序(第1涂敷工序)。在该第1浆料涂敷工序中,如图6(A)所示,在集电体层叠单元30的一个面(表面)30a上涂敷电极浆料。此外,也可以以在通孔20a、23a的内部填充电极浆料的方式进行涂敷。并且,通过干燥该电极浆料,在集电体层叠单元30的表面30a上形成电极复合层35。这样,在电极的制造过程中,形成作为半成品的中间层叠材料41,其具有闭塞通孔20a、23a的薄膜材料33。该中间层叠材料41具有:集电体材料31,其具有通孔20a、23a;薄膜材料33,其设置在集电体材料31的一面侧;以及电极复合层35,其设置在集电体材料31的另一面侧。在这里,图7是表示涂敷干燥装置100的一个例子的概略图。如图7所示,从辊101输出的蚀刻后的集电体层叠单元30被引导至金属型涂敷机等涂敷部102。该涂敷部102将电极浆料涂敷在集电体层叠单元30上。并且,为了使涂敷的电极浆料干燥,集电体层叠单元30一边向水平方向运送,一边经过干燥炉103。
如前所述,在集电体材料31、32之间设置有薄膜材料33。因此,即使在具有通孔20a、23a的集电体材料31、32上涂敷电极浆料,也不会使电极浆料经过通孔20a、23a而渗漏到集电体层叠单元30的背面侧。因此,不会使电极浆料附着在导向辊104等上,可以向水平方向运送集电体层叠单元30。因此,与在垂直方向抬起集电体材料的涂敷方法相比,可以将干燥炉103设定为较长。因此,可以提高集电体材料31、32的运送速度,可以提高电极的生产率。并且,具有通孔20a、23a的集电体材料31、32,与不具有通孔的集电体材料相比,强度更低。因此,难以提高具有通孔20a、23a的集电体材料31、32的运送速度。对此,通过隔着薄膜材料33使集电体材料31、32重合,可以提高其强度。由此,可以提高集电体材料31、32的运送速度,可以提高电极的生产率。
接着,如图4所示,在步骤S106中,对由另一个集电体材料32构成的电极B实施用于形成第1电极复合层36的第1浆料涂敷工序。在该第1浆料涂敷工序中,如图6(B)所示,在上下翻转的集电体层叠单元30的另一个面(表面)30b上涂敷电极浆料。此外,也可以以在通孔20a、23a的内部填充电极浆料的方式进行涂敷。并且,通过干燥该电极浆料,在集电体层叠单元30的表面30b上形成电极复合层36。这样,在电极的制造过程中,形成作为半成品的中间层叠材料42,其具有闭塞通孔20a、23a的薄膜材料33。该中间层叠材料42具有设有通孔20a、23a的集电体材料31、32。在集电体材料31的一面侧设置薄膜材料33,在集电体材料31的另一面侧设置电极复合层35。另外,在集电体材料32的一面侧设置薄膜材料33,在集电体材料32的另一面侧设置电极复合层36。由于在该第1浆料涂敷工序中,在集电体层叠单元30上设置有薄膜材料33及电极复合层35,因此不会使电极浆料经过通孔20a、23a而渗漏到背面侧。因此,可以一边向水平方向运送集电体层叠单元30,一边高效地形成电极复合层36。
如图4所示,在接下来的步骤S107中实施将集电体材料31、32从集电体层叠单元30剥离的集电体剥离工序。如图6(C)所示,在集电体剥离工序中,具有电极复合层35、36的集电体材料31、32分别从薄膜材料33剥离。此外,在作为薄膜材料33而使用热剥离薄膜的情况下,由于伴随着经过干燥炉103,热剥离薄膜的粘接力下降,因此可以容易地剥离集电体材料31、32。
如图4所示,在接下来的步骤S108中实施在剥离的集电体材料31的未涂敷面37上形成第2电极复合层39的第2浆料涂敷工序(第2涂敷工序)。同样地,在步骤S109中实施在剥离的集电体材料32的未涂敷面38上形成第2电极复合层40的第2浆料涂敷工序。在这些第2浆料涂敷工序中,如图6(D)所示,在将电极复合层35、36配置在下侧的状态下,使电极浆料涂敷在集电体材料31、32的未涂敷面37、38上。并且,通过干燥该电极浆料,在集电体材料31、32的未涂敷面37、38上形成电极复合层39、40。在该第2浆料涂敷工序中,由于在集电体材料31、32上设置有电极复合层35、36,因此不会使电极浆料经过通孔20a、23a而渗漏到集电体材料31、32的背面侧。因此,可以一边向水平方向运送集电体材料31、32,一边高效地形成电极复合层39、40。
如以上说明所述,因为对多个集电体材料31、32同时实施蚀刻处理,所以可以降低具有通孔20a、23a的正极集电体20及负极集电体23的制造成本。另外,因为在集电体材料31、32之间夹入薄膜材料33,所以可以防止所涂敷的电极浆料从通孔20a、23a渗漏。由此,因为可以一边向水平方向运送集电体材料31、32,一边涂敷电极浆料,所以可以提高电极的生产率并降低制造成本。此外,作为隔断层而设置了薄膜材料33,但并不限定于此。例如,也可以通过在集电体材料31、32之间涂敷阻蚀油墨,在集电体材料31、32之间设置作为隔断层的阻蚀层。
接着,说明作为本发明的其它实施方式的电极的制造方法。图8是表示作为本发明的其它实施方式的电极的制造方法的流程图。图9~11是表示各制造工序中的电极的状态的概略图。此外,对于与图5及图6所示部件相同的部件,标注相同标号而省略其说明。另外,作为阻蚀油墨及蚀刻液,使用与所述阻蚀油墨及蚀刻液相同的材料。
如图8所示,在步骤S201中实施形成集电体层叠单元50的集电体层叠工序。在该集电体层叠工序中,如图9(A)所示,通过直接层叠一对集电体材料31、32,形成集电体层叠单元50。然后,如图8所示,在步骤S202中实施在集电体层叠单元50上粘贴作为隔断层的薄膜材料33的薄膜粘贴工序。在该薄膜粘贴工序中,如图9(B)所示,在集电体层叠单元50的整个一个面50a上粘贴薄膜材料33。另外,在步骤S203中实施在集电体层叠单元50上形成作为保护层的阻蚀层51的阻蚀层印刷工序。在该阻蚀层印刷工序中,如图9(C)所示,在集电体层叠单元50的另一个面50b上形成规定图案的阻蚀层51。这样,通过薄膜粘贴工序及阻蚀层印刷工序,实施保护层形成工序。
如图8所示,在接下来的步骤S204中实施在集电体层叠单元50上形成通孔20a、23a的蚀刻工序。在该蚀刻工序中,如图9(D)所示,通过将薄膜材料33及阻蚀层51用作掩模,对集电体层叠单元50实施蚀刻处理。由此,从集电体层叠单元50的另一个面50b,对各个集电体材料31、32形成大量的通孔20a、23a。然后,如图8所示,在步骤S205中实施将阻蚀层51从集电体层叠单元50去除的阻蚀层去除工序。在该阻蚀层去除工序中,如图9(E)所示,在集电体层叠单元50的另一个面50b上设置的规定图案的阻蚀层51被去除。由此,成为在形成通孔20a、23a的集电体材料31、32上设置有闭塞通孔20a、23a的薄膜材料33的状态。
这样,因为对多个集电体材料31、32同时实施蚀刻处理,所以可以大幅度降低具有通孔20a、23a的正极集电体20及负极集电体23的制造成本。另外,通过在集电体层叠单元50上粘贴薄膜材料33,使得可以从单面侧对各个集电体材料31、32实施蚀刻处理。由此,由于不需要高精度地对形成在集电体层叠单元50上的阻蚀层51的图案进行定位,因此可以降低正极集电体20及负极集电体23的制造成本。
然后,如图8所示,在步骤S206中,对由一个集电体材料31构成的电极A实施用于形成第1电极复合层35的第1浆料涂敷工序(第1涂敷工序)。在该第1浆料涂敷工序中,如图10(A)所示,在集电体层叠单元50的另一个面(表面)50b上涂敷电极浆料。此外,也可以以在通孔20a、23a的内部填充电极浆料的方式进行涂敷。并且,通过干燥该电极浆料,在集电体层叠单元50的表面50b上形成电极复合层35。这样,在电极的制造过程中,形成作为半成品的中间层叠材料52,其具有闭塞通孔20a、23a的薄膜材料33。该中间层叠材料52具有:集电体材料31、32,它们具有通孔20a、23a;薄膜材料33,其设置在集电体材料31、32的一面侧;以及电极复合层35,其设置在集电体材料31、32的另一面侧。
如前所述,在集电体层叠单元50的整个面上粘贴有薄膜材料33。因此,即使在具有通孔20a、23a的集电体材料31、32上涂敷电极浆料,也不会使电极浆料经过通孔20a、23a而渗漏到集电体层叠单元50的背面侧。因此,不会使电极浆料附着在导向辊104等上,可以向水平方向运送集电体层叠单元50。因此,与垂直方向抬起集电体材料的涂敷方法相比,可以将干燥炉103设定为较长。因此,可以提高集电体材料31、32的运送速度,可以提高电极的生产率。并且,具有通孔20a、23a的集电体材料31、32,与不具有通孔的集电体材料相比,强度更低。因此,难以提高具有通孔20a、23a的集电体材料31、32的运送速度。对此,通过重叠集电体材料31、32,同时粘贴薄膜材料33,可以提高其强度。由此,可以提高集电体材料31、32的运送速度,可以提高电极的生产率。
然后,如图8所示,在步骤S207中实施将集电体材料31从集电体层叠单元50剥离的集电体剥离工序。如图10(B)所示,在集电体剥离工序中,具有电极复合层35的集电体材料31,从具有薄膜材料33的集电体材料32剥离。接着,如图8所示,在步骤S208中实施在剥离的集电体材料31的未涂敷面53上形成第2电极复合层54的第2浆料涂敷工序(第2涂敷工序)。在该第2浆料涂敷工序中,如图10(C)所示,在将电极复合层35配置在下侧的状态下,将电极浆料涂敷在集电体材料31的未涂敷面53上。此外,也可以以在通孔20a、23a的内部填充电极浆料的方式进行涂敷。并且,通过干燥该电极浆料,在集电体材料31的未涂敷面53上形成电极复合层54。由于在该第2浆料涂敷工序中,在集电体材料31上也已经设置电极复合层35,因此不会使电极浆料经过通孔20a、23a而渗漏到集电体材料31的背面侧。由此,可以一边向水平方向运送集电体材料31,一边高效地形成电极复合层54。
如图8所示,在接下来的步骤S209中,对由另一个集电体材料32构成的电极B实施用于形成第1电极复合层55的第1浆料涂敷工序。在该第1浆料涂敷工序中,如图11(A)所示,在将薄膜材料33配置在下侧的状态下,使电极浆料涂敷在集电体材料32的表面32a上。此外,也可以以在通孔20a、23a的内部填充电极浆料的方式进行涂敷。并且,通过干燥电极浆料,在集电体材料32上形成电极复合层55。由于在该第1浆料涂敷工序中,在集电体材料32上也形成有闭塞通孔20a、23a的薄膜材料33,因此不会使电极浆料经过通孔20a、23a而渗漏到集电体材料32的背面侧。因此,可以一边向水平方向运送集电体材料32,一边高效地形成电极复合层55。
如图8所示,在接下来的步骤S210中实施将薄膜材料33从集电体材料32去除的薄膜剥离工序。在该薄膜剥离工序中,如图11(B)所示,残留在集电体材料32上的薄膜材料33被去除。然后,如图8所示,在步骤S211中实施在集电体材料32上形成第2电极复合层56的第2浆料涂敷工序。在该第2浆料涂敷工序中,如图11(C)所示,在将电极复合层55配置在下侧的状态下,将电极浆料涂敷在集电体材料32的未涂敷面57上。此外,也可以以在通孔20a、23a的内部填充电极浆料的方式进行涂敷。并且,通过干燥该电极浆料,在集电体材料32的未涂敷面57上形成电极复合层56。由于该第2浆料涂敷工序中,在集电体材料32上也已经设置电极复合层55,因此不会使电极浆料经过通孔20a、23a而渗漏到集电体材料32的背面侧。由此,可以一边向水平方向运送集电体材料32,一边高效地形成电极复合层56。
如以上说明所述,因为对多个集电体材料31、32同时实施蚀刻处理,所以可以降低具有通孔20a、23a的正极集电体20及负极集电体23的制造成本。另外,因为在集电体层叠单元50上设置薄膜材料33,所以可以防止所涂敷的电极浆料从通孔20a、23a渗漏。由此,因为可以一边向水平方向运送集电体材料31、32,一边涂敷电极浆料,所以可以提高电极的生产率并降低制造成本。
在所述说明中,在集电体层叠单元50的整个一个面50a上粘贴了薄膜材料33,但从对多个集电体材料同时实施蚀刻处理的角度出发,也可以在集电体层叠单元50的整个一个面50a上设置阻蚀层。在这里,图12(A)~(E)是表示在集电体材料上形成通孔时的各制造工序的概略图。此外,对于与图9所示部件相同的部件,标注相同标号而省略其说明。另外,作为阻蚀油墨及蚀刻液,可以使用与所述阻蚀油墨及蚀刻液相同的材料。
如图12(A)所示,通过直接层叠一对集电体材料31、32,形成集电体层叠单元50。另外,如图12(B)所示,在集电体层叠单元50的整个一个面50a上印刷阻蚀油墨。并且,如图12(C)所示,在集电体层叠单元50的另一个面50b上以规定图案印刷阻蚀油墨。由此,在集电体层叠单元50的整个一个面50a上形成阻蚀层58。另一方面,在集电体层叠单元50的另一个面50b上形成规定图案的阻蚀层51。
然后,如图12(D)所示,通过将阻蚀层51、58用作掩模,对集电体层叠单元50实施蚀刻处理。由此,从集电体层叠单元50的另一个面50b,对各个集电体材料31、32形成大量的通孔20a、23a。然后,如图12(E)所示,在集电体层叠单元50的一个面50a上设置的整体涂敷的阻蚀层58被去除。并且,在集电体层叠单元50的另一个面50b上设置的规定图案的阻蚀层51被去除。由此,可以得到具有通孔20a、23a的集电体材料31、32。
这样,因为对多个集电体材料31、32同时实施蚀刻处理,所以可以大幅度降低具有通孔20a、23a的正极集电体20及负极集电体23的制造成本。另外,通过在集电体层叠单元50上设置整体涂敷的阻蚀层58,使得可以从单面侧对各个集电体材料31、32实施蚀刻处理。由此,由于不需要高精度地对形成在集电体层叠单元50上的阻蚀层51的图案进行定位,因此可以降低正极集电体20及负极集电体23的制造成本。
接着,说明作为本发明的其它实施方式的电极的制造方法。图13是表示作为本发明的其它实施方式的电极的制造方法的流程图。此外,对于与图8所示工序相同的工序,标注相同标号而省略其说明。
如图13所示,在步骤S301中实施形成集电体层叠单元50的重合轧制工序(集电体层叠工序)。在这里,图14是表示重合轧制装置110的一个例子的概略图。如图14所示,在重合轧制装置110中,设置有输出金属箔材料111、112的两个辊113、114。另外,在重合轧制装置110中,设置有轧制金属箔材料111、112的一对轧制辊115。从各个辊113、114输出的金属箔材料111、112以重叠的状态被引导至轧制辊115。并且,通过轧制辊115对一对金属箔材料111、112进行重合轧制,由金属箔材料111、112形成集电体材料31、32,同时形成将集电体材料31、32直接层叠而成的集电体层叠单元50。并且,通过对利用重合轧制所得到的集电体层叠单元50实施所述阻蚀层印刷工序、蚀刻工序、阻蚀层去除工序,可以得到具有通孔20a、23a的集电体材料31、32。
这样,通过将重合轧制而成的集电体材料31、32直接用作集电体层叠单元50,可以大幅度降低具有通孔20a、23a的正极集电体20及负极集电体23的制造成本。即,可以合并进行在制造集电体材料31、32时所需的重合轧制工序、和形成集电体层叠单元50的集电体层叠工序。因此,可以大幅度削减制造具有通孔20a、23a的正极集电体20及负极集电体23时的制造工序数。
以下,对所述蓄电装置的构成要素,按如下顺序进行详细说明。[A]正极、[B]负极、[C]正极集电体及负极集电体、[D]锂电极、[E]隔板、[F]电解液、[G]封装容器。
[A]正极
正极具有正极集电体和与其形成一体的正极复合层。在使蓄电装置作为锂离子电容器起作用的情况下,作为正极复合层中含有的正极活性物质,采用可以使锂离子及/或阴离子可逆地嵌入·脱嵌的物质。即只要是可以使锂离子和阴离子中的至少某一种可逆地嵌入·脱嵌的物质,就不特别限定。例如可以使用活性碳、过渡金属氧化物、导电性高分子、多并苯类物质等。
例如,活性碳优选由经过碱性活化处理、且比表面积大于或等于600m2/g的活性碳颗粒形成。作为活性碳的原料,使用酚醛树脂、石油沥青、石油焦炭、椰炭、煤炭类焦炭等。酚醛树脂及煤炭类焦炭可以提高比表面积,因而优选。在上述活性碳的碱性活化处理中使用的碱性活化剂,优选为锂、钠、钾等金属离子的盐类或氢氧化物。其中,优选氢氧化钾。碱性活化的方法可以举出,例如,通过将碳化物和活性剂混合后,在惰性气体的气流中加热而进行活化的方法。另外,可以举出通过使活性碳原材料预先承载活性剂后加热而进行碳化以及活化工序的方法。另外,还可以举出将碳化物用水蒸气等的气体活化法活化后,利用碱性活化剂进行表面处理的方法。将经过这样的碱性活化处理后的活性碳,使用球磨机等已知的粉碎机进行粉碎。作为活性碳粒度,可以使用通常使用的较宽范围内的粒度。例如,D50大于或等于2μm,优选为2~50μm,特别优选为2~20μm。另外,优选平均细孔直径小于或等于10nm,比表面积为600~3000m2/g的活性碳。其中,优选大于或等于800m2/g,特别优选1300~2500m2/g。
另外,在使蓄电装置作为锂离子蓄电池(锂离子电池)起作用的情况下,作为正极复合层中含有的正极活性物质,可以采用聚胺等导电性高分子、及可以使锂离子可逆地嵌入·脱嵌的物质。例如,可以使用五氧化二钒(V2O5)或钴酸锂(LiCoO2)作为正极活性物质。此外,还可以使用LixCoO2、LixNiO2、LixMnO2、LixFeO2等以LixMyOz(x、y、z为正数,M为金属,可以是大于或等于2种金属)这一通式表示的含锂的金属氧化物,或者也可以使用钴、锰、钒、钛、镍等过渡金属氧化物或硫化物。特别地,在需要高电压的情况下,优选使用相对于金属锂的电位大于或等于4V的含锂氧化物。特别优选例如含锂的钴氧化物、含锂的镍氧化物、或者含锂的钴—镍复合氧化物。
所述活性碳等正极活性物质形成为粉末状、颗粒状、短纤维状等。将该正极活性物质与粘结剂混合后形成电极浆料。接下来,通过将含有正极活性物质的电极浆料涂敷在正极集电体上并干燥,从而在正极集电体上形成正极复合层。此外,作为与正极活性物质混合的粘结剂,可以使用例如SBR等橡胶类粘结剂,聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯等含氟类树脂,聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯酸酯等热塑性树脂。另外,正极复合层中还可以适当添加乙炔黑、石墨、金属粉末等导电性材料。
[B]负极
负极具有负极集电体和与其形成一体的负极复合层。作为负极复合层中含有的负极活性物质,只要是可以使锂离子可逆地嵌入·脱嵌的物质,就不特别限定。例如可以使用石墨、各种碳材料、多并苯类物质、锡氧化物、硅氧化物等。由于石墨(graphite)及难石墨化碳(hardcarbon)可以实现高容量化,所以优选作为负极活性物质。另外,由于作为芳香族缩聚物的热处理物的多并苯类有机半导体(PAS)可以实现高容量化,所以优选作为负极活性物质。该PAS具有多并苯类骨架构造。优选该PAS的氢原子/碳原子的原子数比(H/C)落入大于或等于0.05且小于或等于0.50的范围内。由于在PAS的H/C大于0.50的情况下,芳香族类多环构造不能充分形成,所以不能使锂离子顺利地嵌入·脱嵌,有可能会使蓄电装置的充放电效率降低。在PAS的H/C小于0.05的情况下,可能导致蓄电装置的容量降低。
所述PAS等负极活性物质形成为粉末状、颗粒状、短纤维状等。将该负极活性物质与粘结剂混合后形成电极浆料。然后,通过将含有负极活性物质的电极浆料涂敷在负极集电体上并干燥,从而在负极集电体上形成负极复合层。此外,作为与负极活性物质混合的粘结剂,可以使用例如聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯等含氟类树脂,聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯酸酯等热塑性树脂,以及丁苯橡胶(SBR)等橡胶类粘结剂。其中优选使用氟类粘结剂。作为该氟类粘合剂,例如可以举出聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-3氟化乙烯共聚物、乙烯-4氟化乙烯共聚物、丙稀-4氟化乙烯共聚物等。另外,负极复合层中还可以适当添加乙炔黑、石墨、金属粉末等导电性材料。
[C]正极集电体及负极集电体
作为正极集电体及负极集电体的材料,可以使用通常用于电池或电容器中的各种材料。例如,作为正极集电体的材料,可以使用铝、不锈钢等。作为负极集电体的材料,可以使用不锈钢、铜、镍等。另外,对于在所述正极集电体或负极集电体上形成的通孔的开口率,不特别限定,通常是40~60%。另外,只要不阻碍锂离子的移动,对于通孔的大小及个数等,不特别限定。另外,作为在正极集电体及负极集电体上形成的通孔的形状,可以是圆形、椭圆形、矩形、菱形、狭缝形等任何形状。
[D]锂电极
作为锂电极集电体的材料,可以使用通常用于电池或电容器中的集电体的各种材料。作为上述材料,可以使用不锈钢、铜、镍等。另外,作为锂电极集电体,还可以使用膨胀金属、冲压金属、蚀刻箔、网、发泡体等具有贯穿其正反表面的通孔的材料。另外,也可以使用能够放出锂离子的锂—铝合金等,而取代粘贴在锂电极集电体上的金属锂箔。
[E]隔板
作为隔板,可以使用相对于电解液、正极活性物质、负极活性物质等具有耐久性,并具有连通气孔且无导电性的多孔体等。通常,使用由纸(纤维素)、玻璃纤维、聚乙烯或聚丙烯等制成的布、无纺布或多孔体。隔板的厚度可以考虑电解液的保持量及隔板强度等进行适当设定。此外,优选隔板的厚度较薄,以减小蓄电装置的内部电阻。
[F]电解液
作为电解液,从即使在高电压下也不会引起电解、锂离子能够稳定存在的观点来说,优选使用含有锂盐的非质子性有机溶剂。作为非质子性有机溶剂,例如,可以举出由碳酸乙二酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、乙腈、二甲氧乙烷、四氢呋喃、二氧戊环、二氯甲烷、环丁砜等单独或混合而形成的溶剂。另外,作为锂盐可以举出,例如LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiPF6、LiN(C2F5SO2)2等。另外,为了降低由于电解液造成的内部电阻,优选电解液中的电解质浓度至少大于或等于0.1mol/L。特别优选落在0.5~1.5mol/L范围内。
另外,也可以使用离子性液体(离子液体)而代替有机溶剂。对于离子性液体,提出了各种阳离子种和阴离子种的组合。作为阳离子种可以举出,例如N-甲基-N-丙基哌啶(PP13)、1-乙基-3-甲基咪唑(EMI)、二乙基-2-甲氧乙基铵(DEME)等。另外,作为阴离子种可以举出双(氟磺酰)亚胺盐(FSI)、双(三氟甲基磺酰)亚胺盐(TFSI)、PF6 -、BF4 -等。
[G]封装容器
作为封装容器,可以使用通常在电池中使用的各种材质。可以使用例如铁或铝等金属材料。另外,也可以使用树脂等薄膜材料。另外,对于封装容器的形状也不特别限定。可以根据用途适当选择圆筒型或方型等。从蓄电装置的小型化及轻量化的角度出发,优选使用由铝层压薄膜制成的薄膜型封装容器。通常,使用3层层压薄膜,其外侧具有尼龙薄膜,中心具有铝箔,内侧具有改性聚丙烯等粘结层。
(实施方式2)
所述实施方式1的说明是涉及对多个集电体材料进行层叠的集电体层叠单元的说明。
正如所述实施方式1的记载,该集电体层叠单元的实施方式之一是,隔着例如薄膜材料(隔断层)使集电体材料重合而层叠的结构。上述构成的集电体层叠单元与不插入薄膜材料而运送开孔集电体材料的情况相比,可以提高运送速度。例如,可以更快地进行水平运送。即,通过使集电体材料以一定程度的粘接力层叠在薄膜材料的两面,在运送所层叠的开设孔的集电体材料时,由薄膜材料实现强度加强。
上述将开设孔的集电体材料层叠在薄膜材料的两面的结构中,拉伸力等力作用于薄膜材料的两面上。上述拉伸力等力强烈作用于与层叠在薄膜材料的两面的集电体材料的孔部分接触的部位。如果作用于上述薄膜材料的两面上的作用力,与所产生的抵抗力相比过大,则会破坏薄膜材料。因此,对于作用于薄膜材料上的作用力,与使其高度集中于特定区域相比,优选使其分散。
即,对于设置在层叠的集电体材料上的孔位置,优选使将薄膜材料夹持在中间而相对的通孔的位置相互错开。具体地说,如所述实施方式1的图5(D)等所示,优选使隔着薄膜材料33而设置的集电体材料31、32上开设的通孔的位置相互错开。
图15(A)中图示了隔着作为隔断层的薄膜材料33而设置的各个集电体材料31、32上开设的通孔20a、23a的孔位置彼此一致的情况。即,在集电体材料31上设置的通孔20a、23a的、面向薄膜材料33侧的开口面α,与在集电体材料32上设置的通孔20a、23a的、面向薄膜材料33侧的开口面β的位置一致。上述相对设置而一致的状况,是通过在薄膜材料33上以虚线连结两侧的集电体材料31、32上设置的通孔而示出的。
另一方面,图15(B)中图示了将隔着作为隔断层的薄膜材料33而设置的各个集电体材料31、32上开设的通孔20a、23a的孔位置相互错开的情况。即,在集电体材料31上设置的通孔20a、23a的薄膜材料33侧的开口面α,与在集电体材料32上设置的通孔20a、23a的薄膜材料33侧的开口面β的位置彼此错开。
这样使各个集电体材料31、32上设置的通孔20a、23a彼此的薄膜材料33侧的开口面α、β的位置人为地错开,对于薄膜材料来说,在强度方面是优选的。上述通孔20a、23a的孔,如实施方式1的图5(C)中也示意性地图示,是与阻蚀层34的规定图案的孔配置对应地通过蚀刻等而形成的。该阻蚀层34是利用形成开孔排列图案的掩模,通过包括曝光、显像等方法在内的图案形成方法而形成的。
这样隔着阻蚀层34而形成的孔的平面形状,可以采用包括圆形在内的多角形、不规则形等各种形状。即,在集电体材料上形成的通孔的、面向薄膜材料的开口面的平面形状,可以如上所述采用各种形状。此外,对于形状在后面进行描述,而在各种形状之中,有时也存在比正圆形更优选具有角度的形状等的情况。例如,从防止通孔20a、23a中填充的电极材料脱落的角度出发,有时存在优选具有角度的形状的情况。
例如,在通孔20a、23a的面向薄膜材料侧的开口面的平面形状为正圆形的情况下,可以举出如图16(A)所示的孔图案。该孔图案,是通过例如在纵向、横向上,使具有相同的开口面形状的通孔20a、23a以一定间距整齐地排列为锯齿状而形成的。此外,如图16(A)所示的情况是表示将以规定宽度形成为长条带状的集电体材料31的一部分进行切断的情况下的平面状况。
例如,以图16(A)所示结构的孔图案,在集电体材料31侧形成通孔20a、23a。另一方面,虽未图示,但在集电体材料32侧也以相同的孔图案形成通孔20a、23a。上面以这样的情况为例进行了说明,即,在薄膜材料33的两面上设置的集电体材料31、32上开设通孔时,使用具有相同的孔开口面排列的孔图案。但是,集电体材料31、32中使用的孔图案也可以是分别不同的图案。
此外,如上所述,所谓与集电体材料上开设的通孔的孔图案相同,可以定义为是开口面的形状、开口面的面积、开口率相同的情况。在此,所谓开口率,可以定义为集电体上的开口面的面积比例。即,严格地说,是集电体的开口面的总面积相对于集电体金属部的面积的比例。集电体可以通过对切断集电体材料进行单体化而制造。通过验证该制造出的集电体,可以进行开口率的测量。简单地说,利用集电体材料上设定的每单位面积的开口面的总面积的比例,也可以计算出开口率。
在图16(B)中示意地表示了从集电体材料31侧,观察隔着薄膜材料33而相对地设置的集电体材料32侧的状态。实线的圆形是在集电体材料31上设置的通孔20a、23a的开口面α。双点划线的圆形表示集电体材料32上设置的通孔20a、23a的开口面β。为了便于理解,在附图中省略了夹持在中间的薄膜材料33。以下,在说明通孔的重合状况的附图中,同样省略了薄膜材料33。
在该图16(B)中,在集电体材料31上开设的通孔20a、23a的开口面α的位置,与在集电体材料32上开设的通孔20a、23a的开口面β的位置是错开的。为了将在集电体材料31、32上形成的通孔20a、23a的开口面α、β的位置人为地错开,只要使设置在集电体材料31、32面上的阻蚀层的孔图案的位置错开,然后形成通孔即可。
原则上,只要相对的孔的开口面α、β如图16(B)所示彼此错开一点点,严格意义上说就可以比一致的情况提高强度。但是,作为能够实质性地感受到强度效果明显的情况,只要使如图17所示的开口面α、β的重合部分(图中,以斜线部分表示)的面积相对于开口面α(或开口面β)的面积的比例小于或等于规定数值即可。即,只要开口面α与开口面β之间的重合部分的比例(以下,有时也称为“重复率”)小于或等于50%即可优选。当然,重复率也可以为0%。其中,小于或等于50%的依据是为了与集电体材料31、32的开口率取得平衡。重复率越低,集电体材料31、32的开口率也越低。
更优选为,大于或等于10%且小于或等于30%。在小于10%时,认为集电体材料31、32的开口率存在问题。在大于30%的情况下,认为开口部的支撑体的强度存在问题。在大于或等于10%且小于或等于30%的范围内,在目前的实验中还没有发现之前说明的由于薄膜材料的强度下降而导致的问题。
此外,重复率(%)在上述说明中是以开口面α、β具有相同面积的情况为前提进行说明的,对于不同的面积的情况,只要以相对于较大的面积的开口面的比例,定义重复率即可。
另外,在集电体材料上设置通孔时,假想有如下工序,即,利用印刷等在集电体材料面上设置形成有孔排列图案的阻蚀层,然后,重新卷绕成滚筒状。在卷绕成滚筒状的集电体层叠单元中,严格地说,有可能由于在辊的内侧和外侧作用大小不同的拉伸力等,而产生阻蚀层的位置错开。因此,与设定为某一特定的值相比,更优选将重复率预先设定在某一特定范围内。
即,只要将该重复率预先设定在特定范围内,那么即使是在集电体材料面上形成阻蚀层的情况下,也可以使集电体材料31、32侧的彼此的阻蚀层的孔图案容易错开。如果错开位置被设定为特定的值,则为了使开口面的位置完全一致,会在位置对准的设定中耗费工时。在批量生产趋势下,降低位置对准中所耗费的工时也极为重要。这是由于,其与提高生产率紧密相连。另外,显然可以相应地实现生产成本的降低。
另外,通过这样将夹持薄膜材料而在两面设置的集电体材料的通孔的开口面之间相对的孔位置错开,可以使集电体层叠单元较薄。在使相对的孔位置一致的构成中,例如在利用相同组成的薄膜材料的情况下,如图18所示为了确保其强度而可以想到加大薄膜材料的厚度D的结构。在图18所示的情况下,薄膜材料33的厚度D形成得较厚,例如是图15(B)所示厚度d的2倍左右。但是,利用使孔位置错开的结构,例如图15(B)所示可以使薄膜材料33的厚度d较薄。
所述通孔20a、23a的重复率,还会受到集电体材料31、32的开孔程度的影响。开孔程度可以由例如开口率进行把握。在孔与相邻的孔之间形成相同间距的情况下,将开口率大于50%的相同孔图案用于集电体材料31、32时,重复率不可能为0%。即,无法实现孔的开口面α和开口面β完全不重复的结构。
此外,重复率为0%是表示开口面α和开口面β完全不重合的情况。另外,重复率为100%是表示开口面α和开口面β完全一致的情况。
该重复率例如可以通过将透过在集电体层叠单元的集电体材料之间夹持的薄膜的光,从一个集电体材料侧照射至另一个集电体材料侧等而进行确认。只要照射对于集电体材料、薄膜材料来讲透过度不同的光即可。例如,利用具有虽不透过集电体材料但透过薄膜材料等的性质的光即可。可以利用其透过量、透过面积等透过度进行判别。
在上述判别中,在集电体材料上形成的孔是规则配置的情况下,可以根据每单位面积的上述透过度而容易地进行验证。例如,在形成的通孔的开口面的平面形状一定、并且与相邻的开口面之间的间距一定的规则配置的孔图案等中,可以以适当设定的每单位面积的上述透过度等确定孔的重复率。
在上述说明的构成中,孔的开口面的错开方式可以考虑各种方法。例如,可以举出在集电体材料31、32上设置开口面α、β为圆形的两个孔的情况的例子。如图19(A)所示,作为使开口面α、β的位置错开的方向,通常可以假想例如相互正交的x、y轴方向。在图19(B)中,示出了在x轴方向上错开的情况。在图19(B)中,开口面α、β是一部分重合地错开的。图19(C)所示的情况中示出使在x轴方向上不发生重合地、即重复率为0%地错开的情况。
另外,如图20(A)所示,也可以假想在y轴方向上一部分重合地错开。图20(B)所示的情况是在y轴方向上以重复率为0%地错开的情况。并且,如图20(C)所示,也可以在x轴和y轴两个方向上使开口面α、β错开。另外,虽未图示,但是在相邻的开口面α的间距比开口面β的直径小的情况下,在x轴、或y轴方向上错开时,开口面β可能会与相邻的开口面α都重合。
图21(A)中是在集电体材料31上开设的通孔20a、23a的开口面α的排列图案与图16(A)不同的情况。在该孔图案中,圆形开口面α在纵向、横向上以相同间距排列。此外,与16(A)同样地,图21(A)也是表示将形成为长条状的开孔集电体材料31的一部分进行切断后的状况。另外,虽未图示,但同样地在集电体材料32上也以相同的孔图案设置有通孔20a、23a。
图21(B)中示出,将上述构成的设置有通孔的集电体材料31、32这两者隔着薄膜材料33而相对地配置的情况。在图21(B)中是从集电体材料31侧观察集电体材料32侧的图。与所述图16(B)的说明同样地,实线为开口面α,双点划线为开口面β,在图示中省略了它们之间夹持的薄膜材料33。
如图21(B)所示,在集电体材料31上开设的通孔20a、23a的开口面α的位置、与在集电体材料32上开设的通孔20a、23a的开口面β的位置,是在x轴方向上错开的。因此,如上所述,在夹持在中间的薄膜材料33的两面上,拉伸力等力不会作用于相同部位,而是被分散。其与相对的孔的开口面的位置一致的情况相比,更可靠地确保薄膜材料的强度。在图22(A)中示出了在y轴方向上错开的情况。在图22(B)中示出了在x轴方向上和在y轴方向上均错开的情况。在图23中示出了重复率为0%的情况。
在上述说明中,与实施方式1同样地,示出了通孔20a、23a剖面形成为直筒状的情况。即,如图15(A)、(B)所示,在集电体材料31、32的薄膜材料33侧,与其接触地设置有开口面α、β。在集电体材料31、32的表面30a、30b侧,设置有开口面α1、β1。上述开口面α、α1和β、β1是大小相同的情况。实际上,在形成通孔20a、23a的情况下,通过在贯穿方向上具有各向异性,在集电体材料上呈直筒状地实施蚀刻等开孔处理。
但是,在没有意识到各向异性而利用蚀刻等开孔处理形成通孔20a、23a的情况下,通孔20a、23a的形状会成为前端细的形状。即,与薄膜材料33接触的开口面α、β相比,在集电体材料31、32的表面30a、30b侧的开口面α1、β1更大。
图24(A)所示的情况是,在隔着薄膜材料33而相对的集电体材料31、32上设置的通孔20a、23a的开口面α、β的位置彼此一致的情况。图24(B)所示的情况是,在隔着薄膜材料33而相对的集电体材料31、32上设置的通孔20a、23a的开口面α、β的位置彼此错开的情况。即使是在上述非直筒状地贯穿的孔形状中,也优选如图16(B)、图21(B)、图22、23等所示地使面向薄膜材料33侧的开口面α、β的孔图案错开。
如果这样错开,则与一致的情况相比,可以使集电体层叠单元30的强度整体性得到强化。其结果,与开口面α、β一致的情况相比,可以使水平运送更快。另外,还可以使夹持在中间的作为隔断层的薄膜材料33的厚度较薄。
为了使以上说明的隔着薄膜材料(隔断层)层叠的多个集电体材料上形成的通孔的开口面的位置彼此错开,只要使各个集电体材料的表面上设置的用于蚀刻的阻蚀层的孔图案彼此错开即可。如果这样设定,就可以使与阻蚀层的图案对应地形成的通孔的开口面的相对的位置,包括重复率为0在内地错开。
即,通过有意识地使在两个集电体材料31、32上设置的阻蚀层图案错开,使进行蚀刻处理而开设的孔的开口面α和开口面β错开。错开的程度只要设定为,例如使开口面α、β的重复率为包括0%在内、小于或等于50%即可。并且,还可以设定为重复率大于或等于10%且小于或等于30%。
如上述说明,从强度的角度出发,隔着薄膜等隔断层而在两侧相对地设置的集电体材料的通孔的开口面的位置,优选彼此错开。即,如所述实施方式1的图5(C)的蚀刻工序的说明图所示,在位于薄膜材料33的两侧的集电体材料31、32的孔的位置,其相对位置优选错开。
对位于隔着薄膜材料而相对的位置上的集电体材料进行的开孔,例如在利用蚀刻的情况下,是由阻蚀层的开孔用图案决定的。这样设置的孔的开口面极其小。因此,难以使开口面一致,且耗费工时,使生产成本提高。
上述这一点,可以通过例如使相对的开口面的位置在某一特定范围内错开这样的极其简单的方法加以解决,同时还可以提高集电体层叠单元的强度。对于位置对准来说,由于省去在严密的位置对准上耗费的工时,可以实现粗略的位置对准,因此可以降低集电体材料、集电体的生产成本。最终,可以实现使用集电体的电极的生产成本的降低,还可以实现使用该电极的电池、电容器等蓄电体的生产成本的降低。
另外,从集电体层叠单元的强度的角度看,在相对的开口面的孔位置彼此一致的情况下,在洗涤蚀刻液等时,两侧由开口面α、β夹持的薄膜材料部分容易破裂。或者在阻蚀层的剥离工序、电极材料的涂敷工序、作为隔断层的薄膜材料的每个单面的剥离工序、以及两面剥离工程等中,薄膜材料容易破损。即使不至于破损,也会出现产生褶皱等问题。
但是,通过采用使上述相对的开口面的孔位置错开的结构,可以事先防止上述薄膜材料的破损、褶皱的产生等。因此,还可以提高作为集电体层叠单元整体的强度。其结果,与孔位置没有错开的情况相比,能够使蚀刻处理后的工序中的水平运送速度设定为更快。
在上述说明中,举出隔着薄膜材料而设置的集电体材料的通孔的开口面的孔图案为相同图案的情况的例子进行了说明。但是,在各个薄膜材料上层叠的集电体材料上开设的孔图案也可以不相同。在使用相同电极来生产相同蓄电体为前提的情况下,使用相同的孔图案。但是,为了生产开口率不同的集电体,也可以对不同集电体材料进行层叠而形成集电体层叠单元。
特别是,如果孔图案的开口率不同,则即使在一个集电体材料的开口率超过50%的情况下,另一个也可以使用开口率比50%小的集电体材料。这种情况下,可以将重复率设定为0、或接近于0,因而优选。
对于以上说明的构成,例如可以记载为如下的技术范围。即,作为技术范围1,例如可以记载为,一种集电体的制造方法,该集电体通过是对集电体材料进行单体化而制造的,其特征在于,使相对地设置的集电体材料中分别开设的通孔的开口面彼此错开。作为技术范围2,例如可以记载为,根据技术范围1所述的集电体的制造方法,其特征在于,所谓使所述通孔的开口面彼此错开,是指以相对的开口面不重复的方式错开。作为技术范围3,例如可以记载为,根据技术范围1所述的集电体的制造方法,其特征在于,所谓使所述通孔的开口面彼此错开,是指以使相对的开口面一部分重合的方式错开。作为技术范围4,例如可以记载为,根据技术范围3所述的集电体的制造方法,其特征在于,所谓以使所述开口面的一部分重合的方式错开,是指使开口面之间以重复率大于或等于10%且小于或等于30%的范围重合的方式错开。作为技术范围5,例如可以记载为,根据技术范围1至4中的任意一项所述的集电体的制造方法,其特征在于,在所述相对地设置的集电体材料上开口面的形状、开口面的孔排列相同的通孔,设置为使开口面的位置相互错开。作为技术范围6,例如可以记载为,根据技术范围1至4中的任意一项所述的集电体的制造方法,其特征在于,在所述相对地设置的集电体材料上设置有开口率不同的通孔。作为技术范围7,例如可以记载为,根据技术范围1至6中的任意一项所述的集电体的制造方法,其特征在于,所谓将所述集电体材料相对地设置,是指在中间隔着薄膜材料等隔断层而设置。作为技术范围8,例如可以记载为,一种电极,其具有设置通孔的集电体,其特征在于,所述集电体是利用所述技术范围1至7中的任意一项所述的集电体的制造方法制造的。作为技术范围9,例如可以记载为,一种蓄电装置,其具有设置集电体的电极,其特征在于,所述集电体是利用所述技术范围1至7中的任意一项所述的集电体的制造方法制造的。
(实施方式3)
在所述实施方式1、2中说明的集电体层叠单元中,在隔着隔断层进行层叠的多个集电体材料上开设有贯穿集电体材料的孔。在该通孔中,如在所述实施方式1中记载,通过涂敷电极浆料,然后进行干燥而形成电极复合层。在该电极复合层的形成中,根据情况不同而在通孔中填充电极复合层。此外,在所述实施方式1的图6、10、11的记载中例示了通孔中没有填充电极浆料的结构,但也可以例如如图25、26、27所示进行填充。由于具有作为隔断层的薄膜材料,所以通知对这样填充的电极浆料进行干燥而形成的电极复合层不会脱落,而是留存在通孔中。但是,在形成电极复合层之后,如所述实施方式1中也说明的那样,作为隔断层的薄膜材料被剥离。
即,从层叠在薄膜材料上的集电体材料剥离薄膜材料。在进行上述剥离时,所填充的电极复合层可能会出现脱落的情况。在集电体材料上设置的通孔中的电极复合层的脱落,如果是发生在所有的通孔中暂且不说,通常是在一部分通孔中发生的。对这样构成的集电体材料进行切断而单体化制造的集电体的通孔,其离子通过率是不均匀的。通孔的离子通过率在集电体的各个部分不同。
因此,利用该集电体,组装成电极层叠单元时,经过通孔的锂离子等离子的通过率会产生显著差异。由此,例如有可能使规定时间内的离子嵌入均匀性受到破坏。或者,规定时间内的离子嵌入量发生较大波动等。
因此,在本实施方式中,在剥离作为隔断层的薄膜材料时,考虑了对于填充在通孔内的电极复合层的防脱落对策。作为防脱落对策,可以想出各种对策。例如可以考虑,将通孔的孔形状变更为使电极复合层难以脱落的适当的形状等对策。作为孔形状的变更,例如可以考虑沿贯穿方向使孔剖面形状变更。或者,也可以考虑对作为面向薄膜材料的开口面侧的平面孔形状进行变更。
对于对于现有技术的通孔来说,例如在湿式蚀刻等中,注重了使孔剖面形状尽可能成为直筒状。即,实施了在蚀刻液的组成方面的对策、阻蚀层的图案形成时的掩模对策等各种对策。因此,增加了在集电体材料上设置通孔时的生产成本。
如在所述实施方式1中所说明,在集电体层叠单元的构成中,是在通孔中填充电极复合层之后剥离隔断层。例如,如所述实施方式1的图4的步骤S107、图6(C)等中所示的剥离薄膜材料等隔断层。在进行上述剥离时,发生了使通孔内填充的电极复合层脱落的问题。
图28(A)、(B)中示出了在剥离作为隔断层的薄膜材料之后,电极复合层脱落的状况。例如,如图28(A)所示,在集电体材料31上形成有贯穿方向的剖面形状为笔直的直筒状的通孔20a、23a。在该通孔20a、23a中,填充有电极复合层35。但是,填充的电极复合层35,如图28(A)所示容易从通孔20a、23a中脱落。
通孔20a、23a内填充的电极复合层部分35a(35)容易脱落,是由于通孔20a、23a的内壁面朝向贯穿方向形成为直筒状而导致的。这是因为,填充的电极复合层部分35a发生脱落的脱落侧开口面θ,和与脱落侧开口面θ平行地切断的填充侧开口面θ1,是以相同方式形成的。并且,脱落侧开口面θ和填充侧开口面θ1的侧面是以直线状连结的。即,认为该脱落的原因是,在贯穿方向的内部没有阻止电极复合层部分35a脱落的任何卡止部分。
此外,所谓脱落侧开口面θ是指,在薄膜材料上层叠的集电体材料上设置的通孔中,面向作为隔断层的薄膜材料的通孔开口面。换句话说,上述脱落侧开口面θ是在从电极浆料的涂敷侧开口面朝向通孔的贯穿方向的另一端侧的通孔端部上形成的开口面。另外,所谓填充侧开口面θ1是指,在集电体材料的涂敷有电极浆料的面侧所开设的开口面。从该填充侧开口面θ1涂敷电极浆料,并使其填充于通孔内部。
另一方面,图28(B)所示情况也与图28(A)同样地,电极复合层部分35a极其容易脱落。在图28(B)所示构成中,脱落侧开口面θ比填充侧开口面θ1开口更大。并且,将脱落侧开口面θ和填充侧开口面θ1连结的侧面形成直线状的锥部。通孔内是极其容易使电极复合层部分35a脱落的结构。
因此,本发明者认为,只要在沿贯穿方向的通孔内部形成阻止电极复合层部分35a脱落的某种卡止部即可。卡止部的一种结构是,在通孔的内侧侧面部分设置凹凸部。作为上述凹凸部,只要在例如利用蚀刻开设通孔时,使通孔内侧面的粗糙度变大即可。例如,可以通过选择适当的蚀刻液、蚀刻速度等而进行处理。尽量不要使侧面的表面侧光滑地形成,而是人为地形成为粗糙的表面。该粗糙的通孔的内侧面,可以作为电极复合层的卡止部分起作用,并成为防脱落单元。
或者,如图29(A)所示,在通孔20a、23a中改变脱落侧开口面θ、和与脱落侧开口面θ不同的非脱落侧开口面θ2的大小。即,使在贯穿方向的任意位置以平行于脱落侧开口面θ的面切断的非脱落侧开口面θ2的剖面形状,与脱落侧开口面θ相比更大。只要以上述构造形成通孔20a、23a,则如图29(B)所示,不会使通孔内的电极复合层部分35a脱落。电极复合层部分35a在非脱落侧开口面θ2部分被周围的通孔内表面γ卡止而防止脱落。
以这样的方式,在作为隔断层的薄膜材料33上层叠的集电体材料31上形成通孔20a、23a。虽省略了图示,但在薄膜材料33上,与集电体材料31相对地设置有集电体材料32。在该集电体材料32上也同样地形成通孔20a、23a。
作为有效地防止上述脱落的剖面形状,例如还有如图29(C)所示的通孔20a、23a的剖面构造。图29(C)所示的情况是沿贯穿方向具有直筒状侧面和前端细(前端缩小型)侧面的构造。直筒状侧面和前端细侧面相交的非脱落侧开口面θ2比脱落侧开口面θ更大。因此,在这里使电极复合层部分35a卡止在通孔内侧面上,防止脱落。上述剖面构造的通孔20a、23a可以通过例如多次蚀刻处理进行制造。
图29(C)的通孔20a、23a的直筒状部分,是利用现有技术中用于形成直筒状通孔20a、23a的各向异性蚀刻处理而形成的。然后,前端细部分是通过各向同性蚀刻处理而形成的。这样通过多阶段的蚀刻处理,可以形成图29(C)所示的通孔20a、23a。
另一方面,也可以不进行多次蚀刻处理,而在通孔20a、23a内形成电极复合层部分35a的卡止部位。例如可以完全不使用目前用于形成直筒状的方法而进行蚀刻处理。这种情况下,由于与蚀刻液接触的时间越长的部分被蚀刻地越深,因此自然地形成如图30(A)所示的前端细的剖面孔形状。在作为隔断层的薄膜材料33上层叠的集电体材料31上,设置上述形状的通孔20a、23a。
在设置有上述构成的集电体材料31的薄膜材料33上,如图30(A)所示,设置集电体材料32,从而构成集电体层叠单元30。在该集电体材料32上,也形成与集电体材料31同样的前端细形状的通孔20a、23a。此外,在集电体材料31、32上形成的、夹持薄膜材料33而相对的通孔20a、23a,如在所述实施方式2中说明那样开口面的位置相互错开。如果不是为了提高集电体层叠单元的强度,通孔20a、23a的开口面的位置也可以不错开。
图30(B)中仅图示了在作为隔断层的薄膜材料33上层叠的集电体材料31侧,而对于集电体材料32侧省略了图示。如果如上所述完全不使用用于形成直筒状的方法而对集电体材料31实施蚀刻处理,则可以进行各同向性蚀刻。在上述蚀刻中,面向薄膜材料33的脱落侧开口面θ形成得比填充侧开口面θ1更小。在上述孔构造中,其周围的侧面从脱落侧开口面θ至填充侧开口面θ1的开口面,形成以直线状的锥部连结的剖面形状。在这样形成的通孔20a、23a内涂敷并填充电极浆料,然后通过进行干燥而填充电极复合层部分35a。
这样,在通孔20a、23a内填充了电极复合层部分35a之后,如图30(C)所示,使作为隔断层的薄膜材料33剥离。但是,电极复合层部分35a的周面侧卡止在通孔20a、23a的通孔内表面γ的侧面部分,不会从脱落侧开口面θ侧脱落。即使薄膜材料33被剥离,虽然在薄膜材料33侧多少被拉伸,但可以防止从脱落侧开口面θ侧脱落。即,即使周围的侧面形成为直线状,也由于在通孔内部脱落侧开口面θ是最小的,因此在通孔20a、23a内填充的电极复合层部分35a被卡止在侧面上而可以防止脱落。即,在上述构成的情况下,朝向脱落侧开口面θ而形成为前端细的侧面,会作为卡止单元起作用而成为有效的防脱落单元。
上述防脱落单元也可以说是,使贯穿方向朝向薄膜材料33侧,形成为前端细的锥部的单元。或者可以说是,从填充侧开口面θ1即一个开口面,朝向脱落侧开口面θ即另一个开口面,设置前端细的锥部的结构,其中,用于涂敷的电极浆料是从填充侧开口面θ1填充到通孔内的。此外,上述前端细锥部可以设置在通孔内表面的整个周围或部分周围面上。并且,可以设置在贯穿方向的所有方向上或部分方向上。
这样,如图30(D)所示,即使将薄膜材料33完全剥离之后,电极复合层部分35a也留存在通孔20a、23a内。即,看不到电极复合层部分35a的脱落。因此,在通过对具有上述构成的通孔的集电体材料进行单体化而制造的集电体中,经由该孔的离子通过特性可以维持在均匀状态。因此,利用上述集电体构成电极,电极的嵌入功能也可以维持在均匀状态。
此外,以上的说明是以在所述实施方式1说明的多个集电体材料隔着作为隔断层的薄膜材料进行层叠的情况为前提进行的说明。但是,也可以适用于单独的集电体材料层叠在薄膜材料等上的结构中。
对于以上说明的结构,例如可以记载为如下的技术范围。即,作为技术范围1,例如可以记载为,一种集电体,其在电极中使用并且具有通孔,其特征在于,所述通孔设置有防止填充在所述通孔内表面的电极复合层脱落的防脱落单元。作为技术范围2,例如可以记载为,根据技术范围1所述的集电体中,其特征在于,所谓所述防脱落单元是指,从电极浆料的涂敷侧朝向贯穿方向的通孔端的开口面,比以平行于所述开口面的面进行切断的所述通孔内的其它开口面更小。作为技术范围3,例如可以记载为,根据技术范围1所述的集电体,其特征在于,所谓所述防脱落单元是指,从所述通孔的电极浆料的涂敷侧的开口面朝向所述通孔的另一端的开口面而设置的前端细的锥部。作为技术范围4,例如可以记载为,根据技术范围1至3中的任意一项所述的集电体,其特征在于,所述集电体是利用设置所述通孔的层叠的集电体材料制造的。作为技术范围5,例如可以记载为,一种集电体的制造方法,该集电体在电极中使用并且具有通孔,该集电体的制造方法的特征在于,对集电体材料进行单体化而制造所述集电体,所述通孔设有防止填充在在所述通孔内表面的电极复合层脱落的防脱落单元。作为技术范围6,例如可以记载为,根据技术范围5所述的集电体的制造方法,其特征在于,所谓所述防脱落单元是指,使从电极浆料的涂敷侧朝向贯穿方向的通孔端的开口面比以平行于所述开口面的面进行切断的所述通孔内的其它开口面更小。作为技术范围7,例如可以记载为,根据技术范围5所述的集电体,其特征在于,所谓所述防脱落单元是,从所述通孔的电极浆料的涂敷侧的开口面朝向所述通孔的另一端的开口面而设置的前端细的锥部。作为技术范围8,例如可以记载为,根据技术范围5至7中的任意一项所述的集电体的制造方法,所述集电体材料,在使多个所述集电体材料层叠的状态下,形成所述通孔。作为技术范围9,例如可以记载为,一种电极,其使用具有通孔的集电体,其特征在于,该电极使用根据所述技术范围1至4中的任意一项所述的集电体、或者所述技术范围5至8中的任意一项所述的集电体的制造方法制造的集电体。作为技术范围10,例如可以记载为,一种蓄电装置,其具有电极,其特征在于,所述电极使用根据所述技术范围1至4中的任意一项所述的集电体、或者所述技术范围5至8中的任意一项所述的集电体的制造方法制造的集电体。作为技术范围11,例如可以记载为,一种防止电极复合层从设置在集电体上的通孔中脱落的构造,其特征在于,在所述通孔的内表面设置阻止所述通孔中填充的电极复合层脱落的所述电极复合层卡止部。作为技术范围12,例如可以记载为,根据技术范围11所述的防止电极复合层从通孔脱落的构造,其特征在于,所谓所述卡止部是,比从电极浆料的涂敷侧朝向贯穿方向的通孔端的开口面更大的、以平行于所述开口面的面进行切断的所述通孔内的其它开口面。作为技术范围13,例如可以记载为,根据技术范围11所述的在电极复合层的通孔中的防脱落构造,其特征在于,所谓所述卡止部是,从所述通孔的电极浆料的涂敷侧的开口面朝向所述通孔的另一端的开口面而设置的前端细的锥部。
(实施方式4)
在本实施方式中,对作为通孔的开口面的平面形状进行了说明。对于防脱落单元来说,通孔的开口面的平面形状也很重要。即,严格地说,在剥离薄膜材料等隔断层时,几乎不会相对于集电体材料从垂直下方进行剥离。假想在具有某种方向性的状态下进行剥离处理。例如,对于长条状的集电体材料,从长条方向的一端侧剥离薄膜材料的情况下,可以规定长条方向为剥离方向。在这种情况下,形成在集电体材料上的通孔的面向薄膜材料侧的开口面的平面形状,优选形成为考虑其剥离方向的形状。与在360度范围内具有各向同性的平面形状相比,优选具有各向异性的平面形状。
例如,可以在剥离方向和与该方向正交的方向上,使其形状不同。即,与正方形、圆形、正多角形不同,优选长方形、椭圆形等形状。如果优先考虑易剥离性,则优选剥离方向的长度比与之正交的宽度方向更短。相反,如果优先考虑通孔内的电极复合层的难脱落性,则优选剥离方向的长度比与之正交的宽度方向更长的形状。即,只要形成为纵横的长度不同的平面形状,使该纵横的长度方向与集电体材料的运送方向、或剥离方向对应即可。根据情况不同,还可以考虑使纵横的长度方向相对于剥离方向都倾斜交叉的方向。
另外,具有角部的形状比正圆形更容易地卡止通孔内填充的电极复合层,而使其难以脱落。为了防止电极复合层的脱落,该角部优选为更锐角状的角部。例如,在防脱落中,正多角形比正圆形有效,在正多角形之中正方形有效,而正三角形比正方形更有效。如果按照上述形状的顺序,引入所述纵横比的长度的概念,则可以得到更好的形状。即,只要将正多角形、正方形、正三角形等对称性高的形状变形为对称性低的形状即可。例如,如果变形为椭圆形、长方形、等腰三角形等,则可以得到更好的效果。
本发明不限定于上述实施方式,可以在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。例如,根据上述实施方式1中说明的本发明的制造方法所得到的电极,不仅可以用于锂离子蓄电池及锂离子电容器,还可以用于各种形式的蓄电池及电容器。
另外,在图5(A)及图9(A)所示情况中,是利用2枚集电体材料31、32形成集电体层叠单元30、50的,但也可以将大于或等于3枚的集电体材料进行层叠而形成集电体层叠单元。例如,也可以在图5(A)所示集电体层叠单元30的表面上层叠新的集电体材料。另外,也可以在图9(A)所示集电体层叠单元50的表面上层叠新的集电体材料。
此外,在上述说明中,设置了去除阻蚀层34、51、58的阻蚀层去除工序,但如果阻蚀层34、51、58具有导电性,不影响活性物质及电解液等,则也可以省略阻蚀层去除工序。
Claims (17)
1.一种电极的制造方法,该电极具有开孔集电体,
其特征在于,具有如下工序:
集电体层叠工序,在该工序中,对多个集电体材料进行层叠,形成集电体层叠单元;
保护层形成工序,在该工序中,在所述集电体层叠单元的表面上形成规定图案的保护层;
蚀刻工序,在该工序中,对形成有所述保护层的所述集电体层叠单元实施蚀刻处理,在所述集电体材料上分别形成通孔;
第1涂敷工序,在该工序中,在形成有所述通孔的所述集电体层叠单元的表面涂敷电极浆料;
集电体剥离工序,在该工序中,将涂敷有所述电极浆料的所述集电体材料,从所述集电体层叠单元进行剥离;以及
第2涂敷工序,在该工序中,在从所述集电体层叠单元剥离的所述集电体材料的未涂敷面上涂敷电极浆料。
2.根据权利要求1所述的电极的制造方法,其特征在于,
在所述集电体层叠工序中,在所述集电体材料之间设置隔断层;
在所述保护层形成工序中,在所述集电体层叠单元的一个面和另一个面的两面上形成规定图案的所述保护层;
在所述蚀刻工序中,从所述集电体层叠单元的一个面和另一个面的两面,在所述集电体材料上分别形成所述通孔。
3.根据权利要求1所述的电极的制造方法,其特征在于,
在所述集电体层叠工序中,直接层叠多个所述集电体材料;
在所述保护层形成工序中,在所述集电体层叠单元的整个一个面上形成隔断层,另一方面,在所述集电体层叠单元的另一个面上形成规定图案的所述保护层;
在所述蚀刻工序中,从所述集电体层叠单元的另一个面,在所述集电体材料上分别形成所述通孔。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电极的制造方法,其特征在于,
在层叠的所述多个集电体材料上分别形成的通孔是彼此相对地设置的,
相对设置的通孔之间的开口面是彼此错开的。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的电极的制造方法,其特征在于,
在层叠的所述多个集电体材料上分别形成的通孔中,所述通孔内表面上设置有防止电极复合层脱落的防脱落单元。
6.根据权利要求5所述的电极的制造方法,其特征在于,
所述防脱落单元是指,使从电极浆料的涂敷侧朝向贯穿方向的通孔端的开口面比以平行于所述开口面的面进行切断的所述通孔内的其它开口面更小。
7.根据权利要求5所述的电极的制造方法,其特征在于,
所述防脱落单元是指,从所述通孔的电极浆料的涂敷侧的开口面朝向所述通孔的另一端的开口面而设置的前端细的锥部。
8.一种蓄电装置,其组装有具有开孔集电体的电极,其特征在于,
所述电极是利用权利要求1至7中的任意一项所述的电极的制造方法而制造的。
9.根据权利要求8所述的蓄电装置,其特征在于,
所述蓄电装置是锂离子电容器。
10.根据权利要求8所述的蓄电装置,其特征在于,
所述蓄电装置是锂离子电池。
11.一种中间层叠材料,其是电极制造过程中的半成品,其特征在于,具有:
集电体材料,其具有多个通孔;
隔断层,其设置在所述集电体材料的一面侧而闭塞所述通孔;以及
电极复合层,其设置在所述集电体材料的另一面侧。
12.根据权利要求11所述的中间层叠材料,其特征在于,
所述集电体材料层叠在所述隔断层的两面上。
13.根据权利要求11所述的中间层叠材料,其特征在于,
所述集电体材料层叠在所述隔断层的单面上。
14.根据权利要求11或12所述的中间层叠材料,其特征在于,
所述集电体材料隔着所述隔断层而相对地设置多个,
在相对地设置的所述集电体材料上分别形成的通孔之间的面向所述隔断层的开口面彼此错开。
15.根据权利要求11至14中的任意一项所述的中间层叠材料,其特征在于,
在所述通孔的内表面上设置有防止电极复合层脱落的防脱落单元。
16.根据权利要求15所述的中间层叠材料,其特征在于,
所述防脱落单元是指,使所述通孔的面向所述隔断层侧的开口面比以平行于所述开口面的面进行切断的其它开口面更小。
17.根据权利要求15所述的中间层叠材料,其特征在于,
所述防脱落单元是指,在所述通孔中朝向所述隔断层而设置的前端细的锥部。
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