CN102405544A - 电池用电极的制造方法以及用于其中的涂布模具 - Google Patents

Abstract

本发明的课题是提供可以实现高速干燥同时可以提高集电箔和混合剂之间的剥离强度的电池用电极的制造方法及用于该制造方法的涂布模具。电极制造工序S1，为制造在片状的集电箔2的表面涂布含有电极活性物质4和粘接剂5的混合剂3并使混合剂3干燥来粘接集电箔2和混合剂3而成的电池用电极1的方法，包括在集电箔2的一侧面涂布混合剂3的工序、和对涂布在集电箔2的混合剂3进行干燥的工序，在涂布工序中，将激光照射在集电箔2和混合剂3的界面。由此，不管是低速干燥还是高速干燥，都可以使混合剂3内含有的粘接剂5在与集电箔2的界面结晶化。因此，实现高速干燥，并且可以提高集电箔2与混合剂3的剥离强度。

Description

电池用电极的制造方法以及用于其中的涂布模具

技术领域

本发明涉及电池用电极的制造方法和用于其中的涂布模具，特别是涉及在构成电池用电极的集电箔涂布糊状的混合剂的技术。

背景技术

用于锂离子二次电池、镍氢电池、镍镉电池等的电池的电极，通过将含有活性物质、粘接剂、导电剂等的糊状的混合剂涂布在集电箔上并将其干燥来制造(例如，参照专利文献1)。

另外，为了缩短电极的制造工序的周期时间、提高电池的生产率，并且为了降低干燥设备的运行成本，要求加快混合剂的干燥速度。

但是，在为了应对如上述的对干燥速度的要求，在以往的电极的制造工序中以高速进行干燥的情况下，在混合剂内产生对流(迁移(migration)，与电极活性物质相比比重轻的粘接剂在混合剂内偏析到上部侧(从集电箔离开的一侧)。其结果，产生集电箔和混合剂之间的剥离强度变低这样的问题。

专利文献1：日本特开2000-353514号公报

发明内容

本发明的课题是提供可以实现高速干燥同时提高集电箔和混合剂之间的剥离强度的电池用电极的制造方法及用于其中的涂布模具。

作为本发明的第一方式的电池用电极的制造方法，为制造在片状的集电箔的表面涂布含有电极活性物质和粘接剂的混合剂并使上述混合剂干燥来粘接上述集电箔和混合剂而成的电池用电极的方法，该制造方法包括：在上述集电箔的一侧面涂布上述混合剂的工序；和对涂布于上述集电箔的混合剂进行干燥的工序，在上述涂布工序中，对上述混合剂照射激光。

优选，上述激光照射于上述混合剂和集电箔的界面。

在上述混合剂为以水为溶媒的混合剂的情况下，优选，上述激光具有与上述水共振的波长。

作为本发明的第二方式的涂布模具，为用于上述电池用电极的制造方法的涂布工序的涂布模具，其具有暂时存积上述混合剂的歧管(manifold)，照射上述激光的激光振荡器配置于上述歧管的附近。

根据本发明，能够实现高速干燥，同时提高集电箔和混合剂之间的剥离强度。

附图说明

图1是表示电池用电极的制造工序的图。

图2是表示通过涂布模具所实行的涂布方式的放大图。

附图标记说明：

1：电极(电池用电极)；2：集电箔；3：混合剂；10：输送辊；20：涂布模具；24：激光振荡器。

具体实施方式

以下，参照附图，对作为本发明涉及的电池用电极的一实施方式的电极1进行说明。电极1为用于锂离子二次电池、镍氢电池、镍镉电池等的电池的正极电极或负极电极。

如图1所示，电极1，是在集电箔2的一个侧面(或两个侧面)涂布混合剂3，使混合剂3干燥而粘接集电箔2和混合剂3之后，经由辊压等的处理来制造。

集电箔2为由片状的金属箔形成的集电要素，例如，锂离子二次电池的正极电极使用铝箔，负极电极使用铜箔。

混合剂3为含有电极活性物质(正极活性物质或负极活性物质)4、粘接剂5、增粘剂6、导电剂等的糊状的电极材料。更加严谨来说，混合剂3是将上述构成材料均匀混合并用水或有机溶媒将其糊状化来构成的电极材料。

电极活性物质4，为构成电池的正极和负极的电化学反应物质，通过电极活性物质4的化学反应来进行充放电。作为正极活性物质，可以举出作为锂与过渡金属的复合氧化物的LiMPO₄、LiMO₂等，作为负极活性物质，可以举出石墨、非晶碳等。

粘接剂5为用于使电极活性物质4具有形状稳定性的物质，为负责电极活性物质4和集电箔2的结合的物质。作为粘接剂5，对于水系溶媒而言可以举出SBR(丁苯橡胶)，对于有机溶媒而言可以举出PVDF(聚偏氟乙稀)等的化学和电化学性能稳定的有机高分子化合物。

增粘剂6，是提高混合时的电极活性物质4的分散稳定性的物质。作为增粘剂6，可以举出CMC(羧甲基纤维素)等。

导电剂，为添加到电极活性物质4中提高导电性的物质。导电剂具有结构粘性。作为导电剂，可以举出AB(乙炔黑)、CB(碳黑)等导电性良好的碳或者金属的粉末。

另外，混合剂3的各构成材料，不限定于上述的材料，也可以根据电极1的用途等使用其他的材料。

以下，对制造电极1的电极制造工序S1进行说明。

如图1所示，在电极制造工序S1中，通过输送辊10输送集电箔2，同时通过涂布模具20将混合剂3涂布于集电箔2的表面(涂布面)，在干燥炉30内使混合剂3干燥。在使混合剂3干燥并与集电箔2粘接之后，经由辊压等的适当的处理，制成为成品(电极1)。

输送辊10为可以以规定的转速旋转驱动的辊，支撑集电箔2的背面(与涂布面相反侧的面)，同时输送集电箔2。输送辊10的转速通过适当的控制装置来控制，由此，控制输送辊10输送的集电箔2的速度。

在本实施方式中，由输送辊10输送集电箔2的输送速度被设定为高速(例如60(m/min)。

涂布模具20，将规定量的混合剂3向集电箔2的表面一侧喷出，在集电箔2的表面涂布混合剂3。涂布模具20被配置成与通过输送辊10输送的集电箔2的表面一侧相对。

由涂布模具20所喷出的混合剂3的喷出量，通过适当的控制装置来控制，根据输送辊10的转速来设定。

干燥炉30，为沿集电箔2的输送路径而设置的炉，其具有规定的炉长。干燥炉30，通过朝向集电箔2向集电箔2的一面(或两面)送出规定温度和风量(规定热量)的热风，对涂布在集电箔2的表面的混合剂进行加热、干燥。通过干燥炉30赋予混合剂3的热量，通过适当的控制装置来控制，设定成：使得在通过干燥炉30之后，混合剂3的含水量或含溶媒量变为规定值以下。

在此，干燥炉30干燥混合剂3的干燥速度(混合剂3中含有的水分每单位时间蒸发的比例)，由在干燥炉30内赋予混合剂3的热量来左右。另外，根据运送辊10输送集电箔2的输送速度，通过干燥炉30内的时间变化，因此，运送辊10输送干燥炉30内的集电箔2的运送速度也与混合剂3的干燥速度相关。即，在干燥炉30内的混合剂3中含有的溶媒的干燥速度，通过运送辊10输送集电箔2的输送速度和通过干燥炉30赋予的每单位时间的热量来控制。

在本实施方式中，考虑电极1的生产率、成本等，将干燥炉30干燥混合剂3的干燥速度设定为高速。

在本实施方式中，所谓“将干燥速度设定为高速”，意味着将在干燥炉30内的混合剂3的干燥速度设定为比在混合剂3内发生迁移的最低速度大的速度，通过“将干燥速度设定为高速”，在混合剂3的干燥时在混合剂3内发生迁移。在此，所谓迁移，是指：在混合剂3的干燥时在混合剂3内的水分产生对流，混合剂3所含有的粘接剂5等成分在混合剂3内移动的现象。

以下，参照图2，对涂布模具20进行详细说明。涂布模具20为用于电极制造工序S1中的涂布工序的涂布设备，通过对集电箔2排出混合剂3来涂布混合剂3。

如图2所示，涂布模具20由热传导性高的不锈钢、铝等的金属制的材料制成，具有主体部21、排出口22、歧管23和激光振荡器24·24……等。

本体部21为构成涂布模具20的主要的结构体。

在涂布模具20中，喷出口22、歧管23形成于本体部21，激光振荡器24·24…可拆装地安装于本体部21。

排出口22，为设置在主体部21的顶端部的狭缝状的开口，形成为具有规定的涂布宽度。通过该排出22排出混合剂3。排出口22，从主体部21朝排出方向突出设置。

歧管23为与排出口22连通的空间，暂时存积混合剂3。歧管23设置在主体部21的中途部，形成为具有与排出口22的涂布宽度相同的宽度的内部空间。被供给到涂布模具20的混合剂3，在歧管23内被扩展到与排出口22相对应的涂布宽度之后，向排出口22供给。

另外，混合剂3以常温(25～30℃程度)的状态被供给到歧管23。各激光振荡器24，为用于生成规定波长的激光并照射所生成的激光的装置，在通过涂布模具20实行的混合剂3的涂布中，向混合剂3的与集电箔2的表面的界面照射激光。另外，各激光振荡器24，从比排出22靠集电箔2的输送方向上游侧，在混合剂3相对于集电箔2的涂布部对混合剂3与集电箔2的界面照射激光。

各激光振荡器24，以沿排出口22的宽度方向配置排列的状态，可拆装并且可调整角度地安装在主体部21，从涂布模具20和集电箔2之间，向混合剂3和集电箔2的界面照射激光。受到激光的照射的混合剂3的受光部位局部被加热，在该部位促进混合剂3的干燥或粘接剂5的结晶化。

另外，激光振荡器24的配置个数，并非限定的，而是根据激光振荡器24的输出功率、照射范围等的性能、以及涂布模具20的涂布方式等适当设定。

如以上那样，在电极制造工序S1中，使用涂布模具20将混合剂3涂布在集电箔2时，从各激光振荡器24，向作为涂布于集电箔2的混合剂3的与集电箔2的接触面的、混合剂3与集电箔2的界面照射激光，对混合剂3进行局部加热。

由此，可以促进混合剂3的界面侧的干燥。即，可以促进在与集电箔2的界面侧的粘接剂5的固定粘着，粘接剂5变得容易存在于混合剂3与集电箔2的界面附近，因此可以提高由混合剂3的粘接剂5对集电箔2进行粘接的粘接强度。

因此，能够实现高速干燥，同时提高混合剂3与集电箔2的剥离强度。

另外，通过来自各激光振荡器24的激光照射促进混合剂3的干燥，干燥效率提高，因此，可以缩短在干燥炉30内的干燥时间。另外，还可以缩短干燥炉30的炉长。

此外，在通过涂布模具20实行的混合剂3的涂布时，通过从各激光振荡器24照射激光，在干燥炉30内被干燥之前且在自涂布模具20涂布之后，马上使混合剂3的与集电箔2的界面侧干燥。

在干燥炉30内对涂布于集电箔2的混合剂3进行高速干燥的情况下，如上述那样，当混合剂3内发生迁移、特别是在以被涂布的混合剂3被配置在集电箔2的上面的姿势输送集电箔2时，由于迁移，混合剂3内的粘接剂5容易移动到混合剂3的表层侧(从混合剂3和集电箔2的界面离开的一侧)，但通过在涂布后立刻对混合剂3的与集电箔2的界面侧通过激光照射进行干燥，在干燥炉30内的高速干燥时，受在混合剂3内发生的迁移的影响，抑制粘接剂5从与集电箔2的界面侧离开，因此可以减小高速干燥附带发生的迁移对粘接剂5的影响。

因此，即使在以在混合剂3发生迁移的速度以上的干燥速度进行干燥的情况下，也可以提高干燥后的混合剂3和集电箔2的剥离强度，因此可以将干燥速度设为高速。进而，可以提高在干燥炉30内的混合剂3的干燥效率，因此可以缩短干燥时间。或者，由于可以将干燥炉30的炉长设为短的，因此可以降低干燥炉30的运行成本。

另外，优选，从各激光振荡器24照射的激光，设定成相对于集电箔2和混合剂3的界面以钝角入射，特别优选设定成相对于集电箔2与混合剂3的界面以接近直角的角度入射。即，从各激光振荡器24照射的激光与集电箔2的表面形成的角度大的一方优选。

由此，可以提高混合剂3的激光的吸收效率，可以提高混合剂3的干燥效率。此外，由于可以抑制在由反射率高的金属箔形成的集电箔2上的激光的反射，因此可以将激光振荡器24的输出功率抑制得较低。

另外，作为本实施方式涉及的激光振荡器24，可以采用半导体激光器、气体激光器等。从激光输出功率的角度来考虑，优选使用气体激光器，从成本的角度来考虑，优选使用半导体激光器。

作为半导体激光器，例如，可照射波长短且高输出功率的激光的蓝光激光器、紫外线激光器，或波长长的红外线激光器中的任何一种，或者可以采用它们的组合。即，可以根据用于电极制造工序S1的混合剂3的种类、构成材料等从上述的半导体激光器中选择最合适的激光器。

例如，在使用蓝光激光器或紫外线激光器作为激光振荡器24的情况下，具有如下那样的优点：良好地破坏在混合剂3的粘接剂5中含有的C-C结合，可以促进粘接剂5的结晶化(聚合)。

在本实施方式中，考虑以上那样的特性，使用波长405mm、光输出功率300mW、连续输出功率200mW、脉冲输出功率450mW的紫外线激光器作为激光振荡器24。

另外，在使用水系糊状混合剂(换句话来说，将溶媒设为水并糊状化而成的混合剂)作为混合剂3的情况下，特别优选，使用具有与水共振的波长的半导体激光器作为激光振荡器24。

在这种情况下，通过激光的照射使混合剂3中含有的水共振，可以有效地对混合剂3进行加热，可以将激光振荡器24的输出能量抑制得较低。作为那样的半导体激光器，例如可以举出具有2.85μm的波长的InGaAsSb量子阱激光器。

但是，在使用水系糊作为混合剂3并且使用蓝光激光器或紫外线激光器作为激光振荡器24的情况下，也可确保通过激光的照射促进混合剂3的干燥那样的作用。

另外，如图2所示，各激光发振器24，安装在涂布模具20的主体部21的向外周侧突出的部位(延伸设置在涂布模具20的主体部21的外周的部位，向集电箔2侧突出的部位)，配置在歧管23的附近。

对歧管23，如上述那样持续供给常温状态的混合剂3，因此，歧管23内的混合剂3作为对各激光振荡器24的冷却器起作用。即，为如下构成：作为发热体的激光振荡器24的发热被传递到涂布模具20的主体部21，进而通过被供给到歧管23的混合剂3吸收热量。

由此，可以不使用另外的冷却手段高效率地冷却激光振荡器24，因此，可以抑制由激光振荡器24的温度上升所引起的输出功率降低。

因此，可以实现激光振动器24的高输出功率化

产业上的利用可能性

本发明可用于制造电池用的电极的工序，特别适用于电极制造工序中包含以高速进行干燥的工序的情况。

Claims (4)

1.一种电池用电极的制造方法，为制造在片状的集电箔的表面涂布含有电极活性物质和粘接剂的混合剂并使所述混合剂干燥来粘接所述集电箔和混合剂而成的电池用电极的方法，该制造方法包括：

在所述集电箔的一侧面涂布所述混合剂的工序；和

对涂布于所述集电箔的混合剂进行干燥的工序；

在所述涂布工序中，对所述混合剂照射激光。

2.根据权利要求1所述的电池用电极的制造方法，其中，

所述激光照射于所述混合剂和集电箔的界面。

3.根据权利要求1或2所述的电池用电极的制造方法，其中，

所述混合剂为以水为溶媒的混合剂；

所述激光具有与所述水共振的波长。

4.一种涂布模具，为用于权利要求1～3中任一项所述的电池用电极的制造方法中的涂布工序的涂布模具，其中，

具有暂时存积所述混合剂的歧管；

照射所述激光的激光振荡器配置于所述歧管的附近。

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