CN107112509A - 锂离子电池用电极的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种在通过挤压辊对供给到基材上的包含电极活性物质的粉体进行挤压而形成粉体层后，一边向竖直下方输送所述基材，一边通过一对按压用辊在所述基材压实所述粉体层来制造电极片的锂离子电池用电极的制造方法，其中，包括：供给工序，将所述粉体供给到所述基材上；粉体层形成工序，通过配置在挤压角度θ为0°～60°的位置的所述挤压辊使供给到所述基材上的所述粉体平整而形成所述粉体层，所述挤压角度为穿过一个所述按压用辊的旋转轴的竖直直线与穿过所述旋转轴和所述挤压辊的旋转轴的直线所成的角度；以及压实工序，其通过所述一对按压用辊在所述基材压实所述粉体层。

Description

锂离子电池用电极的制造方法
技术领域
本发明涉及将包含电极活性物质等的粉体压缩成型来制造锂离子电池用电极的锂离子电池用电极的制造方法。
背景技术
小型重量轻、并且能量密度高、能够反复充放电的锂离子电池从环境友好的角度出发，预计今后的需求将会扩大。锂离子电池由于能量密度大，所以被利用在便携式电话、笔记本电脑等领域，但是随着用途的扩大、发展，要求低电阻化、大容量化等进一步提高的性能。
锂离子电池用电极能够以电极片的形式得到。例如，在专利文献1中公开了一种电极片的制造方法，通过向基材供给粉体而在基材的表面形成粉体层，使基材在一对按压用辊之间经过而在基材的表面将粉体层连续地压缩成型，从而得到电极片。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-224623号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在使用上述的电极片的制造方法来制造电极片的情况下，在使基材在一对按压用辊之间经过时，由于基材从上方向下方输送，所以有时供给到基材上的粉体在向一对按压用辊输送的期间从基材上滑落，电极片的厚度、密度产生不均匀。
本发明的目的在于提供一种在基材上挤压的粉体在向一对按压用辊输送的期间不会从基材上滑落的锂离子电池用电极的制造方法。
用于解决课题的方案
本发明人等进行了深入研究，结果发现通过变更作为设置挤压辊的角度的挤压角度，就能够达成上述目的，从而完成了本发明。
即，根据本发明，提供：
(1)一种锂离子电池用电极的制造方法，其特征在于，在通过挤压辊对供给到基材上的包含电极活性物质的粉体进行挤压而形成粉体层后，一边向竖直下方输送所述基材，一边通过一对按压用辊在所述基材压实所述粉体层来制造电极片，所述锂离子电池用电极的制造方法包括：供给工序，将所述粉体供给到所述基材上；粉体层形成工序，通过配置在挤压角度θ为0°～60°的位置的所述挤压辊使供给到所述基材上的所述粉体平整而形成所述粉体层，所述挤压角度为穿过一个所述按压用辊的旋转轴的竖直直线与穿过所述旋转轴和所述挤压辊的旋转轴的直线所成的角度；以及压实工序，通过所述一对按压用辊在所述基材压实所述粉体层。
(2)如(1)所述的锂离子电池用电极的制造方法，其特征在于，由所述粉体层形成工序形成的所述粉体层具有所述粉体的表观密度的105％～150％的密度。
(3)如(1)或(2)所述的锂离子电池的制造方法，其特征在于，所述挤压辊与相向的所述按压用辊向相同的方向旋转。
发明效果
根据本发明，能够提供一种在基材上挤压的粉体在被输送到一对按压用辊期间不会从基材上滑落的锂离子电池用电极的制造方法。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式涉及的粉体成型装置的概略的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式涉及的锂离子电池用电极的制造方法进行说明。图1是示出在本发明的实施方式涉及的锂离子电池用电极的制造方法中使用的粉体成型装置2的概要的图。如图1所示，粉体成型装置2具有由一对辊4A、4B构成的按压用辊4，所述一对辊4A、4B是旋转轴14A、14B为相同高度、在水平方向上平行地排列的辊。此外，粉体成型装置2具有：料斗8，其容纳向在水平方向上输送的基材6上供给的粉体12；以及圆柱形状的挤压辊(squeegee roller)10，其在供给了粉体12的基材6沿着辊4A的外周从水平方向向竖直下方输送的途中，挤压基材6上的粉体12，形成厚度均匀的粉体层16。
挤压辊10配置在挤压角度θ为0°～60°、优选为5°～40°且辊4A的周面和挤压辊10的周面为规定的间隔的位置。此处，挤压角度θ是穿过辊4A的旋转轴14A的竖直直线与穿过旋转轴14A和挤压辊10的旋转轴10A的直线所成的角度。此外，挤压辊10与相向的辊4A向相同的方向旋转。即，挤压辊10一边在与供给了粉体12的基材6的输送方向相反的方向上旋转，一边挤压基材6上的粉体。
在使用该粉体成型装置2来制造作为锂离子电池用电极的电极片20的情况下，首先，从料斗8向在水平方向上输送的涂布有粘结材料的基材6上供给粉体12(供给工序)。
接着，被供给了粉体12的基材6的输送方向沿辊4A的外周变更成竖直下方，通过挤压辊10对供给到基材6的表面的粉体12进行挤压，在基材6的表面形成粉体层16(粉体层形成工序)。此处，被挤压的粉体层16具有粉体12的表观密度的105％～150％的密度。
形成了粉体层16的基材6被输送到按压用辊4的按压点，在一对辊4A、辊4B之间经过(压实工序)。由此，在基材6的表面将粉体层16压实而制造电极片20。
在该实施方式涉及的锂离子电池用电极的制造方法中，如图1所示，在挤压辊10的上游侧为在辊4A与挤压辊10之间堆积了粉体12的状态。因此，由于在粉体12被挤压辊10挤压前为粉体12的自重作用于粉体12的状态，所以刚挤压后的粉体层16的密度变大。由此，由于粉体层16的夹持(clip)力变高，所以在被一对辊4A、4B按压前粉体12不会从粉体层16落下，能够制造厚度、密度均匀的电极片20。
另外，在本实施方式中，作为基材6只要是薄膜状的基材即可，通常厚度为1μm～1000μm，优选为5μm～800μm。作为基材6，可以举出铝、铂、镍、钽、钛、不锈钢、铜、其它的合金等的金属箔或碳、导电性高分子、纸、天然纤维、高分子纤维、布、高分子树脂膜等，可以根据目的适当选择。作为高分子树脂膜，可以举出聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二醇酯等的聚酯树脂膜、含有聚酰亚胺、聚丙烯、聚苯硫醚、聚氯乙烯、芳族聚酰胺膜、PEN、PEEK等而构成的塑料膜、片材等。
其中，在制造锂离子电池电极用的电极片20的情况下，作为基材6可使用金属箔、碳膜、或导电性高分子膜，优选使用金属。其中，从导电性、耐压性方面考虑，优选使用铜、铝或铝合金。此外，也可以对基材6的表面实施涂膜处理、打孔加工、抛光加工、喷砂加工和/或蚀刻加工等的处理。
粘结材料用的涂液是SBR水分散液，SBR的浓度为10～40wt％。SBR的玻璃化转变温度在-50℃～30℃的范围内。在粘结材料用的涂液中，为了调整涂液的粘度、润湿性，也可以包含增稠剂、表面活性剂。作为增稠剂、表面活性剂，可以使用公知的增稠剂、表面活性剂。此外，作为粘结材料，除SBR以外，也可以使用水系的聚丙烯酸(PAA)、有机溶剂系的聚偏氟乙烯(PVDF)等。
作为容纳在料斗8的粉体12，可举出包含电极活性物质的复合粒子。复合粒子包含电极活性物质和粘结材料，根据需要也可以含有其它的分散剂、导电材料以及添加剂。
在将复合粒子作为锂离子电池的电极材料来使用的情况下，作为正极用活性物质，可举出能够可逆地掺杂、去掺杂锂离子的金属氧化物。作为这样的金属氧化物，例如可以举出钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等。另外，在上述例示的正极活性物质可以适当地根据用途单独使用，也可以混合多种来使用。
另外，作为锂离子电池用正极的对电极的负极的活性物质，可以举出易石墨化碳、难石墨化碳、热解碳等的低结晶性碳(非晶碳)、石墨(天然石墨、人造石墨)、锡、硅等的合金系材料、硅氧化物、锡氧化物、钛酸锂等的氧化物等。另外，在上述例示的电极活性物质可以适当地根据用途单独使用，也可以混合多种来使用。
锂离子电池电极用的电极活性物质的形状优选为整粒成粒状的形状。当粒子的形状为球形时，在电极成型时能够形成更高密度的电极。
无论是正极还是负极，锂离子电池电极用的电极活性物质的体积平均粒径通常为0.1～100μm，优选为0.5～50μm，更优选为0.8～30μm。
作为复合粒子所使用的粘结材料，只要是能够使上述电极活性物质彼此粘结的化合物就不特别限制。优选的粘结材料是具有分散于溶剂的性质的分散型粘结材料。作为分散型粘结材料，例如可举出有机硅系聚合物、含氟聚合物、共轭二烯系聚合物、丙烯酸酯系聚合物、聚酰亚胺、聚酰胺、聚氨酯等高分子化合物，优选为含氟聚合物、共轭二烯系聚合物和丙烯酸酯系聚合物，更优选为共轭二烯系聚合物和丙烯酸酯系聚合物。
分散型粘结材料的形状不特别限制，但优选为粒子状。通过采用粒子状，粘结性良好，此外，能够抑制制作出的电极的容量的降低、由反复充放电导致的恶化。作为粒子状的粘结材料，例如可举出如胶乳那样的粘结材料的粒子在水中分散的状态的粘结材料、将这样的分散液干燥而得到的粒子状的粘结材料。
从能够充分地确保所得到的电极活性物质与基材的密合性，并且能够降低内阻的观点出发，粘结材料的量相对于电极活性物质100重量份在干燥重量基准下通常为0.1～50重量份，优选为0.5～20重量份，更优选为1～15重量份。
可以像上述那样根据需要对复合粒子使用分散剂。作为分散剂的具体例子，可举出羧甲基纤维素、甲基纤维素等纤维素系聚合物、以及它们的铵盐或碱金属盐等。这些分散剂可以分别单独使用，或组合2种以上来使用。
像上述那样，对复合粒子可以根据需要使用导电材料。作为导电材料的具体例子，可以举出炉黑、乙炔黑、以及科琴黑(Akzo Nobel Chemicals B.V的注册商标)等的导电性炭黑。其中，优选乙炔黑和科琴黑。这些导电材料可以单独使用，或组合2种以上来使用。
复合粒子可以通过使用电极活性物质、粘结材料以及根据需要而添加的上述导电材料等其它成分进行造粒来获得，至少包含电极活性物质、粘结材料，但不是所述各成分作为个别地独立的粒子而存在，而是由包含作为构成成分的电极活性物质、粘结材料的2种以上的成分来形成一个粒子。具体而言，优选的是将多个上述2种以上成分的各粒子相结合而形成二次粒子，利用粘结材料将多个(优选为几个～几十个)电极活性物质粘结而形成粒子。
复合粒子的制造方法不特别限制，可以采用流化床造粒法、喷雾干燥造粒法、转动层造粒法等的公知的造粒方法来制造。
从容易得到所期望的厚度的电极活性物质层的观点出发，复合粒子的体积平均粒径通常为0.1～1000μm，优选为1～500μm，更优选为30～250μm的范围。
另外，复合粒子的平均粒径是使用激光衍射粒度分析仪(例如SALD-3100，岛津制作所制)测量并算出的体积平均粒径。

Claims (3)

1.一种锂离子电池用电极的制造方法，其特征在于，
在通过挤压辊对供给到基材上的包含电极活性物质的粉体进行挤压而形成粉体层后，一边向竖直下方输送所述基材，一边通过一对按压用辊在所述基材压实所述粉体层来制造电极片，所述锂离子电池用电极的制造方法包括：
供给工序，将所述粉体供给到所述基材上；
粉体层形成工序，通过配置在挤压角度θ为0°～60°的位置的所述挤压辊使供给到所述基材上的所述粉体平整而形成所述粉体层，所述挤压角度为穿过一个所述按压用辊的旋转轴的竖直直线与穿过所述旋转轴和所述挤压辊的旋转轴的直线所成的角度；以及
压实工序，通过所述一对按压用辊在所述基材压实所述粉体层。
2.如权利要求1所述的锂离子电池用电极的制造方法，其特征在于，
由所述粉体层形成工序形成的所述粉体层具有所述粉体的表观密度的105％～150％的密度。
3.如权利要求1或2所述的锂离子电池的制造方法，其特征在于，
所述挤压辊与相向的所述按压用辊向相同的方向旋转。
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