CN109841791A - 电极层叠体的制造装置和方法 - Google Patents

电极层叠体的制造装置和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109841791A
CN109841791A CN201811226877.7A CN201811226877A CN109841791A CN 109841791 A CN109841791 A CN 109841791A CN 201811226877 A CN201811226877 A CN 201811226877A CN 109841791 A CN109841791 A CN 109841791A
Authority
CN
China
Prior art keywords
active material
roller
material layer
layer
diamond
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811226877.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109841791B (zh
Inventor
芳贺健吾
朝立英树
林昭司
井上裕之
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of CN109841791A publication Critical patent/CN109841791A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109841791B publication Critical patent/CN109841791B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/043—Processes of manufacture in general involving compressing or compaction
    • H01M4/0435—Rolling or calendering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/0046—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by constructional aspects of the apparatus
    • B32B37/0053—Constructional details of laminating machines comprising rollers; Constructional features of the rollers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B38/00—Ancillary operations in connection with laminating processes
    • B32B38/0036—Heat treatment
    • B32B38/004—Heat treatment by physically contacting the layers, e.g. by the use of heated platens or rollers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0561—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
    • H01M10/0562—Solid materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0404—Machines for assembling batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)

Abstract

本发明涉及电极层叠体的制造装置和方法。制造电极层叠体的装置是用辊压制包含集电体层和配置于集电体层的至少一个表面的活性物质层的带有活性物质层的集电体层的电极层叠体的制造装置，在与活性物质层接触的辊的表面存在平均粗糙度为0.16μm以下的类金刚石碳膜，或者在辊与活性物质层面之间配置压制用片材，在与活性物质层接触的压制用片材的表面存在平均粗糙度为0.16μm以下的类金刚石碳膜。

Description

电极层叠体的制造装置和方法
技术领域
本公开涉及电极层叠体的制造装置和方法。
背景技术
随着近年来的个人电脑、摄像机和移动电话等信息关联设备和通信设备等的快速普及，作为其电源利用的电池等电化学元件的开发受到了重视。另外，在汽车产业界等中，用于电动汽车或混合动力汽车的高输出且高容量的电池的开发也在不断发展。现在，在各种电池中，从能量密度高的观点出发，锂电池受到关注，日益要求高输出化、高容量化等电池性能的提高。
关于在集电体层的至少一面具有包含活性物质和粘结剂树脂的活性物质层的电极层叠体的制造方法，在日本特开2014-102992中公开了采用配置在集电体层的一面侧的第一辊和配置在该集电体层的另一面侧的第二辊对在集电体层的至少一面涂布有活性物质层的带有活性物质层的集电体层进行压制。
另外，在日本特开平10-012224中，公开了在辊压时为了抑制包含正极活性物质或负极活性物质的活性物质层粘着在辊表面，使用辊芯和在设置于辊芯的外侧的表面包含陶瓷系材料的被覆层。
进而，在日本特开2015-178093中公开了在利用辊对包含溶剂的涂膜材料进行轧制、将涂膜材料转印于被涂布物的制造装置中，用类金刚石碳膜被覆辊的表面。
发明内容
用辊压制具有集电体层和配置于集电体层的至少一个表面的活性物质层的带有活性物质层的集电体层时，构成活性物质层的材料有可能附着于辊的表面。
在本公开中，公开了下述内容。
本公开的第一方案为电极层叠体的制造装置，其包括构成为压制带有活性物质层的集电体层的辊，该带有活性物质层的集电体层包含集电体层和配置于上述集电体层的至少一个表面的活性物质层。具有平均粗糙度为0.16μm以下的类金刚石碳膜。上述类金刚石碳膜位于与上述活性物质层接触的上述辊的表面，或者在上述辊与上述活性物质层之间配置压制用片材，在与上述活性物质层接触的上述压制用片材的表面存在平均粗糙度为0.16μm以下的类金刚石碳膜。
上述第一方案中，上述类金刚石碳膜的显微维氏硬度Hv可以为1800以上。
上述第一方案中，上述类金刚石碳膜的显微维氏硬度Hv可以为4000以下。
上述第一方案中，上述辊的表面的温度可以在160℃以上且250℃以下的范围。
上述第一方案中，上述辊可以构成为：采用上述辊的压制的线压力在9kN/cm以上且60kN/cm以下的范围。
上述第一方案中，在上述类金刚石碳膜与上述辊或上述压制用片材的表面之间可包含含有金属氮化物、铬、硅或碳化钨的膜。
上述第一方案中，上述活性物质层可包含硫化物固体电解质。
本公开的第二方案为电极层叠体的制造方法，其包括用辊压制带有活性物质层的集电体层，该带有活性物质层的集电体层包含集电体层和配置于上述集电体层的至少一个表面的活性物质层。在与上述活性物质层接触的上述辊的表面存在平均粗糙度为0.16μm以下的类金刚石碳膜，或者在上述辊与上述活性物质层之间配置压制用片材的情况下，在与上述活性物质层接触的上述压制用片材的表面存在平均粗糙度为0.16μm以下的类金刚石碳膜。
上述第二方案中，上述活性物质层可包含硫化物固体电解质。
根据本公开的装置和方法，在用辊压制包含集电体层和配置于集电体层的至少一个表面配置的活性物质层的带有活性物质层的集电体层时，能够抑制构成活性物质层的材料附着于辊的表面。
附图说明
以下参照附图对本发明的例示实施方式的特征、优点以及技术和工业重要性进行说明，其中相同的附图标记表示相同的要素，并且其中：
图1为用于说明在制造电极层叠体的本公开的装置和方法中带有活性物质层的集电体层的压制状态的一例的概略图。
图2为将制造电极层叠体的本公开的装置和方法中压制的带有活性物质层的集电体层的一例放大的图。
图3为示出使用在制造电极层叠体的本公开的装置和方法中制造的带有活性物质层的集电体层得到的锂全固体电池的一例的概略截面图。
具体实施方式
《电极层叠体的制造装置和方法》
制造电极层叠体的本公开的装置和方法是用辊压制具有集电体层和配置于集电体层的至少一个表面的活性物质层的带有活性物质层的集电体层的电极层叠体的制造装置和方法，辊在与活性物质层接触的表面具有类金刚石碳膜，或者在辊与活性物质层之间配置压制用片材的情况下，压制用片材在与活性物质层接触的表面具有类金刚石碳膜，并且类金刚石碳膜的平均粗糙度Ra为0.16μm以下。
根据本公开的装置和方法，在用辊直接地或者经由压制用片材间接地压制具有集电体层和配置于集电体层的至少一个表面的活性物质层的带有活性物质层的集电体层时，能够抑制构成活性物质层的材料附着于辊或压制用片材的表面。
认为由于能够抑制活性物质或硫化物固体电解质向辊或压制用片材的表面的附着，因此可以抑制活性物质层附着于辊或压制用片材而产生的活性物质层的单位面积重量的减少和/或减小辊或压制用片材的表面的清扫频率等。
再有，以电池的高能量密度化为目的，为了提高活性物质层的密度，需要提高对带有活性物质层的集电体层施加的辊的线压力。认为辊压时的线压力提高时，与其相伴，活性物质层附着于辊或压制用片材的表面的倾向增加。因此，认为本公开的制造装置和方法在辊压时的线压力高时能够特别有效地利用。
在电极层叠体的制造装置和方法中使用的类金刚石碳膜例如能够采用化学蒸镀(CVD：化学气相沉积)法、物理蒸镀(PVD：物理气相沉积)法、离子化蒸镀法等成膜。
〈平均粗糙度Ra〉
类金刚石碳膜的表面的平均粗糙度Ra可以为0.16μm以下或者0.11μm以下。另外，类金刚石碳膜的表面的平均粗糙度Ra可以为0.01μm以上或者0.11μm以上。应予说明，平均粗糙度Ra能够使用基于JIS标准的JISB0601：2001算出的值。
推测通过类金刚石碳膜的表面的平均粗糙度Ra为0.16μm以下从而能够抑制活性物质层向辊或压制用片材的表面的附着的理由如下所述。
如图2中所示那样，在类金刚石碳膜8的表面存在凹凸。该凹凸大、即平均粗糙度Ra的值大时，推测相对于该凹凸，活性物质层11中所含的物质，例如在全固体电池的情况下活性物质15、固体电解质16、导电助剂17等被卡住，附着于辊或压制用片材的表面。
另一方面，类金刚石碳膜8的表面的平均粗糙度Ra小时，即与活性物质层11接触的类金刚石碳膜8的表面中凹凸少时，推测活性物质层中所含的物质不易被卡在类金刚石碳膜的表面，能够抑制它们向辊或压制用片材的表面的附着。再有，在该图2中所示的方案中，在辊的基材14上形成有中间层9，进而，在该中间层9上形成了类金刚石碳膜8。
〈显微维氏硬度Hv〉
类金刚石碳膜8的表面的显微维氏硬度Hv可以为1800以上。推测通过类金刚石碳膜8的显微维氏硬度Hv足够大，能够抑制制造电极层叠体时的类金刚石碳膜的磨损，另外，与辊或压制用片材的表面接触的活性物质层中所含的物质难以埋入辊或压制用片材中，由此能够抑制它们附着于辊。应予说明，显微维氏硬度Hv能够使用基于JIS标准的JISZ2244算出的值。
类金刚石碳膜8的表面的显微维氏硬度Hv可以为1800以上，可以为1850以上、1900以上或者2000以上。另外，可以为4010以下、4000以下、3000以下或者2000以下。
〈压制压力〉
采用辊的压制的线压力例如能够依赖于所压制的活性物质层的种类等而调节，例如在对用于全固体电池的活性物质层进行压制的情况下，可以为9kN/cm以上、10kN/cm以上、20kN/cm以上，另外，可以为60kN/cm以下、50kN/cm以下或者40kN/cm以下。
〈压制面的温度〉
能够对辊的表面进行加热，例如辊的表面的温度可以为150℃以上、160℃以上，另外，可以为300℃以下、250℃以下或200℃以下。通过将辊的压制面加热，从而促进活性物质层的致密化和构成活性物质层的材料例如固体电解质的结晶化，由此有时能够有助于电池的高性能化。
〈电极层叠体的制造装置的构成〉
以下对制造电极层叠体的本公开的装置和方法，参照附图进行说明。应予说明，在附图说明中对同一要素标注同一附图标记，有时省略重复的说明。
参照图1，对电极层叠体的制造装置200进行说明。在以下的说明中，对具有集电体层10和配置于集电体层的至少一个表面的活性物质层11的带有活性物质层的集电体层20进行压制。应予说明，关于本公开，在压制之前称为带有活性物质层的集电体层，在压制后称为电极层叠体。
制造装置具有：配置于带有活性物质层的集电体层20的一面侧的第一辊7a、和与第一辊7a相对地配置于带有活性物质层的集电体层20的另一面侧的第二辊7b。第一辊7a和第二辊7b各自具有圆柱形状，第一辊7a和第二辊7b的基材14优选为金属，特别是硬度足够高的结构用钢、工具钢等碳钢。第一辊7a和第二辊7b的直径可以大致相等，也可彼此不同。
第一辊7a和第二辊7b以规定的间隔配置，在压制面间夹持带有活性物质层的集电体层20，由此对带有活性物质层的集电体层20进行压制。其中，例如，第一辊7a可在与带有活性物质层的集电体层20的输送方向x交叉的方向(例如铅直方向)上移动，第二辊7b固定。
第一辊7a和第二辊7b各自以旋转轴线12a和12b为中心自由地旋转。压制带有活性物质层的集电体层20时，第一辊7a在箭头Ba所示的旋转方向上旋转，第二辊7b与第一辊7a相反，在箭头Bb表示的旋转方向上旋转。
第一辊7a和第二辊7b可具备用于加热压制面的加热部。该加热部由控制部控制，加热第一辊7a和第二辊7b的整体，从而能够将压接于带有活性物质层的集电体层20的压制面加热。
第一辊7a和第二辊7b在与活性物质层11接触的表面具有类金刚石碳膜8。另外，在类金刚石碳膜8与第一辊7a和第二辊7b的基材14的表面之间可设置中间膜9。中间膜9优选使用氮化钛、氮化钽、氮化锆、氮化铝、氮化硼、氮化铬等金属氮化物，铬、硅、碳化钨。进而，关于这些材料和表面处理，可单独地利用，也可根据需要混合或组合来利用。通过设置中间膜，特别是能够抑制在压制时设置于中间膜表面的类金刚石碳膜从辊剥离。
再有，在图1中所示的方案中，第一辊7a和第二辊7b在与活性物质层11接触的表面具有类金刚石碳膜8，但在辊与活性物质层之间配置压制用片材的情况下，压制用片材在与活性物质层接触的表面具有类金刚石碳膜。另外，在这种情况下，由于第一辊7a和第二辊7b没有与活性物质层直接地接触，因此不是必须在它们的表面具有类金刚石碳膜8，因此在它们的表面可不具有类金刚石碳膜8。另外，在这种情况下，在类金刚石碳膜与压制用片材的表面之间可设置金属氮化物等的上述中间膜。
压制用片材可以是能够经由压制用片材采用辊进行带有活性物质层的集电体层的压制的任意片材，例如能够使用不锈钢等金属制的片材。通过使用这样的压制用片材，在压制面劣化时，能够不更换辊而只更换压制用片材，因此在制造上是优选的。另外，使用这样的压制用片材时，与辊相比，在其上形成类金刚石碳容易，因此也优选。
〈使用电极层叠体得到的电池〉
采用本公开的制造装置和方法制造的电极层叠体也可应用于锂全固体电池以外的电池。例如，采用本公开的制造装置和方法制造的电极层叠体可应用于不是使用固体电解质而是使用了分隔体和电解液的锂离子二次电池，也可适用于双电层电容器。
如上所述，采用本公开的制造装置和方法制造的电极层叠体并不限于用于锂全固体电池的电极层叠体，以下对具有能够采用本公开的制造装置和方法制造的电极层叠体的锂全固体电池的例子进行说明。
图3为示出使用能够采用本公开的制造装置和方法制造的电极层叠体得到的锂全固体电池的一例的概略截面图。图3中所示的锂全固体电池100依次具备负极集电体1、负极活性物质层2、固体电解质层3、正极活性物质层4和正极集电体5。其中，负极集电体1和负极活性物质层2的层叠体、和/或正极活性物质层4和正极集电体5的层叠体可以是能够采用本公开的制造装置和方法制造的电极层叠体。
(负极集电体)
负极集电体的材料优选为不与Li合金化的材料，例如可以列举出SUS、铜、镍和碳等。作为负极集电体的形态，例如可以列举出箔状、板状等。对负极集电体的平面形状并无特别限定，例如可以列举出圆状、椭圆状、矩形、任意的多边形等。另外，负极集电体的厚度因形状而异，例如在1μm～50μm的范围内，更优选在5μm～20μm的范围内。
(负极活性物质层)
负极活性物质层是至少含有负极活性物质的层，根据需要可含有导电助剂、粘结剂和固体电解质中的至少一种。作为负极活性物质，可列举出金属Li、石墨、硬碳等碳材料、Si和Si合金、Li4Ti5O12等。对负极活性物质层的厚度并无特别限定，例如优选为10～100μm，特别优选为20～60μm。
作为负极活性物质层能够含有的导电助剂，例如可以列举出乙炔黑、科琴黑、碳纤维、碳纳米管、VGCF等。
另外，作为负极活性物质层能够含有的粘结剂，例如可以列举出丁烯橡胶(BR)、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)等橡胶系粘结剂、聚偏二氟乙烯(PVDF)等氟化物系粘结剂等。另外，负极活性物质层的厚度例如优选在0.1μm～1000μm的范围内。
关于负极活性物质层能够含有的固体电解质，只要能够在锂全固体电池中使用，则并无特别限制，例如可列举出硫化物固体电解质、氧化物固体电解质等无机固体电解质。其中，硫化物固体电解质由于离子传导性高，因此优选使用。
作为硫化物固体电解质，例如可列举出Li2S-P2S5、Li2S-P2S5-LiI、Li2S-P2S5-LiI-LiBr、Li2S-P2S5-Li2O、Li2S-P2S5-Li2O-LiI、Li2S-SiS2、Li2S-SiS2-LiI、Li2S-SiS2-LiBr、Li2S-SiS2-LiCl、Li2S-SiS2-B2S3-LiI、Li2S-SiS2-P2S5-LiI、Li2S-B2S3、Li2S-P2S5-ZmSn(其中，m、n为正数。Z为Ge、Zn、Ga中的任一种。)、Li2S-GeS2、Li2S-SiS2-Li3PO4、Li2S-SiS2-LixMOy(其中，x、y为正数。M为P、Si、Ge、B、Al、Ga、In中的任一种。)等。
另外，作为氧化物固体电解质，例如可列举出Li2O-B2O3-P2O3、Li2O-SiO2、Li5La3Ta2O12、Li7La3Zr2O12、Li6BaLa2Ta2O12、Li3PO(4-3/2w)Nw(w＜1)、Li3.6Si0.6P0.4O4等。
此外，也可列举出LiI、Li3N等。再有，上述“Li2S-P2S5”的记载是指使用包含Li2S和P2S5的原料组合物而成的硫化物固体电解质，对于其他记载也同样。
特别地，硫化物固体电解质优选具备含有Li、A(A为P、Si、Ge、Al和B中的至少一种)和S的离子传导体。进而，上述离子传导体优选具有原(ortho)组成的阴离子结构(PS4 3-结构、SiS4 4-结构、GeS4 4-结构、AlS3 3-结构、BS3 3-结构)作为阴离子的主成分。这是因为，能够制成化学稳定性高的硫化物固体电解质。就原组成的阴离子结构的比例而言，相对于离子传导体中的全部阴离子结构，优选为70摩尔％以上，更优选为90摩尔％以上。原组成的阴离子结构的比例能够采用拉曼分光法、NMR、XPS等确定。
硫化物固体电解质除了上述离子传导体以外，可含有卤化锂。作为卤化锂，例如可以列举出LiF、LiCl、LiBr和LiI，其中，优选LiCl、LiBr和LiI。硫化物固体电解质中的LiX(X＝I、Cl、Br)的比例例如在5摩尔％～30摩尔％的范围内，可以在15摩尔％～25摩尔％的范围内。
固体电解质可以为结晶性材料，也可以为非晶质材料。另外，固体电解质可以为玻璃，也可以为结晶化玻璃(玻璃陶瓷)。作为固体电解质的形状，例如可列举出粒子状。
固体电解质的平均粒径(D50)例如优选在50nm～10μm的范围内，优选在100nm～5μm的范围内。应予说明，平均粒径能够使用采用激光衍射式的粒度分布计算出的值、或者基于使用SEM等电子显微镜的图像解析测定的值。
(固体电解质层)
固体电解质层是至少包含负极活性物质的层，并且可以包含在固体电解质层中的固体电解质可以包含在上述负极活性物质层中。
(正极活性物质层)
正极活性物质层是至少含有正极活性物质的层，根据需要可含有固体电解质、导电助剂和粘结剂中的至少一种。正极活性物质通常含有Li。作为正极活性物质，例如可以列举出氧化物活性物质，具体地可以列举出LiCoO2、LiMnO2、LiNiO2、LiVO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2等岩盐层状型活性物质、LiMn2O4、Li(Ni0.5Mn1.5)O4等尖晶石型活性物质、LiCoPO4、LiFePO4、LiMnPO4、LiNiPO4、LiCuPO4等橄榄石型活性物质等。另外，可使用Li2FeSiO4、Li2MnSiO4等含有Si的氧化物作为正极活性物质，也可使用硫、Li2S和多硫化锂等硫化物作为正极活性物质。
正极活性物质的平均粒径(D50)例如优选在10nm～50μm的范围内，更优选在100nm～10μm的范围内，进一步优选在1μm～20μm的范围内。应予说明，平均粒径能够使用采用激光衍射式的粒度分布计算出的值、或者基于使用SEM等电子显微镜的图像解析测定的值。
另外，在正极活性物质的表面可形成含有Li离子传导性氧化物的涂层。这是因为，能够抑制正极活性物质与固体电解质的反应。作为Li离子传导性氧化物，例如可列举出LiNbO3、Li4Ti5O12、Li3PO4。涂层的厚度例如在0.1nm～100nm的范围内，可以在1nm～20nm的范围内。正极活性物质表面中的涂层的被覆率例如为50％以上，可以为80％以上。
作为正极活性物质层能够含有的固体电解质，上述的负极活性物质层能够含有。
作为正极活性物质层能够含有的导电助剂、粘结剂，能够列举出与上述的负极活性物质层能够含有的导电助剂和粘结剂同样的材料。正极活性物质层的厚度例如优选在0.1μm～1000μm的范围内。
(正极集电体)
作为正极集电体的材料，例如可以列举出SUS、铝、镍、铁、钛和碳等。对于正极集电体的厚度、形状等，优选根据电池的用途等适当地选择。另外，正极集电体的厚度因形状而异，例如在1μm～50μm的范围内，更优选在5μm～20μm的范围内。
应予说明，本公开并不限定于上述实施方式。上述实施方式为例示，具有与本公开的专利权利要求中记载的技术构思基本上相同的构成、取得同样的作用效果的方案均包含在本公开的技术范围内。
以下示出实施例，对本公开更具体地说明。
(实施例1)
在厚50μm的SUS304片材的表面，采用等离子体CVD法，成膜厚约2.5μm的类金刚石碳(DLC)膜，得到了实施例1中用作压制用片材的SUS片材。
(正极合材糊剂的制作)
在容器中加入作为分散介质的丁酸丁酯、含有5wt％的作为粘结剂的PVDF系粘结剂的丁酸丁酯溶液、作为正极活性物质的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(日亚化学工业会社制造)、作为固体电解质的Li2S-P2S5-LiI系玻璃陶瓷、作为导电助剂的VGCF(昭和电工会社制造)，用FILMIX分散装置进行搅拌，得到了正极合材糊剂。
(正极的成膜)
采用刮刀法将上述正极合材糊剂涂布于作为正极集电体的铝箔，在100℃的热板上干燥30分钟，将正极活性物质层成膜，得到了带有正极活性物质层的集电体层。
(正极的辊压)
以上述SUS片材的成膜有类金刚石碳膜的面与已成膜的上述正极活性物质层相对的方式配置。然后，对上述SUS片材与上述正极施加170℃的热，进行了热辊压。
(实施例2)
除了在厚50μm的SUS304片材的表面，采用改变了原料气体组成的等离子体CVD法成膜厚约2μm的类金刚石碳膜以外，对于与实施例1同样的正极活性物质层，在与实施例1同样的条件下进行了热辊压。
(比较例1)
除了没有在厚50μm的SUS304片材的表面实施成膜处理以外，对于与实施例1同样的正极活性物质层，在与实施例1同样的条件下进行了热辊压。
(比较例2)
除了在厚50μm的SUS304片材的表面实施了膜厚约80μm的硬质铬镀敷处理以外，对于与实施例1同样的正极活性物质层，在与实施例1同样的条件下进行了热辊压。
(比较例3)
除了在厚50μm的SUS304片材的表面，采用PVD(物理气相沉积)法成膜了厚度约1μm的类金刚石碳膜以外，对于与实施例1同样的正极活性物质层，在与实施例1同样的条件下进行了热辊压。
[评价]
(在SUS片材的表面成膜的膜的平均粗糙度Ra的测定方法)
使用形状测定激光显微镜(キーエンス会社制造、VK-X200)，基于JISB0601：2001测定了在SUS片材的表面形成的膜的平均粗糙度Ra。
(在SUS片材的表面成膜的膜的显微维氏硬度Hv的测定方法)
基于JISZ2244测定了在SUS片材的表面形成的膜的显微维氏硬度Hv。
(SUS片材的表面的附着量测定)
对于在热辊压中与正极活性物质层接触的SUS片材的表面，使用带有能量分散型X射线分析装置(Bruker会社制造、Quantax400)的场致发射型扫描电子显微镜(日立高新技术会社制造、SU8030)，用1000倍的倍率得到SEM像，进行EDX面分析，得到来自固体电解质的硫(S)和来自正极活性物质的镍(Ni)的摩尔比，测定了附着量。
将实施例1和实施例2、比较例1～比较例3的、硫和镍的附着量(at％)记载于表1。表1示出实施例和比较例的在SUS片材的表面成膜的膜的种类、平均粗糙度Ra、显微维氏硬度Hv、硫(S)的附着量(at％)和镍(Ni)的附着量(at％)。
【表1】
由其结果可知，在成膜有类金刚石碳(DLC)膜的情况下，与没有膜的情形和成膜了硬质铬膜的情形相比，膜的硬度高。另外，即使是DLC膜，由于成膜方法，在平均粗糙度Ra上也发现了差异。
由表1可知，将实施例1和实施例2与比较例1～比较例3进行比较时，可理解通过在SUS片材的表面成膜类金刚石碳(DLC)膜，并且在SUS片材的表面成膜的膜的平均粗糙度Ra为0.16μm以下，从而抑制了与正极活性物质层接触的SUS片材的表面的硫的附着。由此可理解，在SUS片材的表面成膜的类金刚石碳(DLC)膜的平均粗糙度Ra为0.16μm以下时，进一步抑制了活性物质层中所含的材料的附着。
由表1可知，将实施例1和实施例2与比较例1和比较例2进行比较时，通过在压制用片材(SUS片材)的表面成膜的膜的显微维氏硬度Hv为1800以上，来自正极活性物质的镍的附着少。由此认为，通过在压制用片材或辊形成显微维氏硬度Hv为1800以上的膜，从而能够抑制硬度比较高的正极活性物质埋入压制用片材或辊并附着。

Claims (9)

1.电极层叠体的制造装置，其特征在于，包括：
辊，其构成为压制带有活性物质层的集电体层，该带有活性物质层的集电体层包含集电体层和配置于所述集电体层的至少一个表面的活性物质层，和
类金刚石碳膜，其平均粗糙度为0.16μm以下，
其中，类金刚石碳膜位于与所述活性物质层接触的所述辊的表面，或者
在所述辊与所述活性物质层面之间配置压制用片材，所述类金刚石碳膜位于与所述活性物质层接触的所述压制用片材的表面。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述类金刚石碳膜的显微维氏硬度为1800以上。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述类金刚石碳膜的显微维氏硬度为4000以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的装置，其特征在于，所述辊的表面的温度在160℃以上且250℃以下的范围。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的装置，其特征在于，所述辊构成为采用所述辊的压制的线压力在9kN/cm以上且60kN/cm以下的范围。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的装置，其特征在于，还包括：
在所述类金刚石碳膜与所述辊或所述压制用片材的表面之间包含含有金属氮化物、铬、硅或碳化钨的膜。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的装置，其特征在于，所述活性物质层包含硫化物固体电解质。
8.电极层叠体的制造方法，其特征在于，包括：
用辊压制带有活性物质层的集电体层，该带有活性物质层的集电体层包含集电体层和配置于所述集电体层的至少一个表面的活性物质层，
其中，在与所述活性物质层接触的所述辊的表面，存在平均粗糙度为0.16μm以下的类金刚石碳膜，或者
在所述辊与所述活性物质层面之间配置压制用片材，在与所述活性物质层接触的所述压制用片材的表面包含平均粗糙度为0.16μm以下的类金刚石碳膜。
9.根据权利要求8所述制造方法，其特征在于，所述活性物质层包含硫化物固体电解质。
CN201811226877.7A 2017-11-24 2018-10-22 电极层叠体的制造装置和方法 Active CN109841791B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-226221 2017-11-24
JP2017226221A JP6935733B2 (ja) 2017-11-24 2017-11-24 電極積層体の製造装置及び方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109841791A true CN109841791A (zh) 2019-06-04
CN109841791B CN109841791B (zh) 2022-03-29

Family

ID=66634564

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811226877.7A Active CN109841791B (zh) 2017-11-24 2018-10-22 电极层叠体的制造装置和方法

Country Status (3)

Country Link
US (2) US20190165358A1 (zh)
JP (1) JP6935733B2 (zh)
CN (1) CN109841791B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111613799A (zh) * 2020-06-04 2020-09-01 武汉理工大学 一种基于废弃生物质能制备锌空气电池正极的制备方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6878059B2 (ja) * 2017-03-15 2021-05-26 トヨタ自動車株式会社 硫化物固体電解質及びその製造方法
CN112542560B (zh) * 2019-09-20 2022-07-08 青岛九环新越新能源科技股份有限公司 储能电极的双辊挤压涂布生产方法

Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5370292A (en) * 1990-08-29 1994-12-06 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Magnetic tape driving mechanism having a capstan with a surface made of carbon film including diamond-bonded carbons
JPH06338101A (ja) * 1993-05-25 1994-12-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd 磁気テープ駆動装置およびそのキャプスタン軸の製造方法
EP0651385A2 (en) * 1993-10-28 1995-05-03 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for producing diamond-like carbon film and tape driving apparatus
JPH1050300A (ja) * 1996-07-30 1998-02-20 Yamauchi Corp 薄層電極製造用プレスロール、該ロールを用いた薄層電極製造用プレス装置および同薄層電極の製造方法
US5881444A (en) * 1997-12-12 1999-03-16 Aluminum Company Of America Techniques for transferring holograms into metal surfaces
JPH11217141A (ja) * 1998-02-03 1999-08-10 Fuji Photo Film Co Ltd 写真感光材料搬送用ガイドレール及びその製造方法
CN101652886A (zh) * 2007-10-30 2010-02-17 松下电器产业株式会社 电池用集电体及其制造方法以及非水系二次电池
JP2010287545A (ja) * 2009-06-15 2010-12-24 Toyota Motor Corp 電池の電極の製造方法、製造装置、および電池
WO2012099264A1 (ja) * 2011-01-21 2012-07-26 日本ゼオン株式会社 電気化学素子用電極の製造方法および電気化学素子
CN103717518A (zh) * 2011-08-10 2014-04-09 株式会社村田制作所 导辊及其制造方法
JP2014093258A (ja) * 2012-11-06 2014-05-19 Toyota Industries Corp ロールプレス機
US20140170486A1 (en) * 2011-07-15 2014-06-19 Zeon Corporation Composite particles for electrochemical device electrode, material for electrochemical device electrode, and electrochemical device electrode
CN104001720A (zh) * 2014-06-12 2014-08-27 宁德新能源科技有限公司 辊压装置
JP2014207179A (ja) * 2013-04-15 2014-10-30 トヨタ自動車株式会社 二次電池の電極製造装置及び電極製造方法
CN104241613A (zh) * 2013-06-18 2014-12-24 株式会社杰士汤浅国际 蓄电元件和蓄电池模块
CN104835937A (zh) * 2014-02-10 2015-08-12 松下知识产权经营株式会社 涂膜物的制造装置
JP2017004717A (ja) * 2015-06-09 2017-01-05 株式会社豊田自動織機 蓄電装置の製造方法及び蓄電装置用電極シートのプレス装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050241137A1 (en) * 2004-04-28 2005-11-03 Tdk Corporation Electrode, electrochemical device, and method of making electrode

Patent Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5370292A (en) * 1990-08-29 1994-12-06 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Magnetic tape driving mechanism having a capstan with a surface made of carbon film including diamond-bonded carbons
JPH06338101A (ja) * 1993-05-25 1994-12-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd 磁気テープ駆動装置およびそのキャプスタン軸の製造方法
EP0651385A2 (en) * 1993-10-28 1995-05-03 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for producing diamond-like carbon film and tape driving apparatus
JPH1050300A (ja) * 1996-07-30 1998-02-20 Yamauchi Corp 薄層電極製造用プレスロール、該ロールを用いた薄層電極製造用プレス装置および同薄層電極の製造方法
US5881444A (en) * 1997-12-12 1999-03-16 Aluminum Company Of America Techniques for transferring holograms into metal surfaces
JPH11217141A (ja) * 1998-02-03 1999-08-10 Fuji Photo Film Co Ltd 写真感光材料搬送用ガイドレール及びその製造方法
CN101652886A (zh) * 2007-10-30 2010-02-17 松下电器产业株式会社 电池用集电体及其制造方法以及非水系二次电池
JP2010287545A (ja) * 2009-06-15 2010-12-24 Toyota Motor Corp 電池の電極の製造方法、製造装置、および電池
WO2012099264A1 (ja) * 2011-01-21 2012-07-26 日本ゼオン株式会社 電気化学素子用電極の製造方法および電気化学素子
US20140170486A1 (en) * 2011-07-15 2014-06-19 Zeon Corporation Composite particles for electrochemical device electrode, material for electrochemical device electrode, and electrochemical device electrode
CN103717518A (zh) * 2011-08-10 2014-04-09 株式会社村田制作所 导辊及其制造方法
JP2014093258A (ja) * 2012-11-06 2014-05-19 Toyota Industries Corp ロールプレス機
JP2014207179A (ja) * 2013-04-15 2014-10-30 トヨタ自動車株式会社 二次電池の電極製造装置及び電極製造方法
CN104241613A (zh) * 2013-06-18 2014-12-24 株式会社杰士汤浅国际 蓄电元件和蓄电池模块
CN104835937A (zh) * 2014-02-10 2015-08-12 松下知识产权经营株式会社 涂膜物的制造装置
CN104001720A (zh) * 2014-06-12 2014-08-27 宁德新能源科技有限公司 辊压装置
JP2017004717A (ja) * 2015-06-09 2017-01-05 株式会社豊田自動織機 蓄電装置の製造方法及び蓄電装置用電極シートのプレス装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111613799A (zh) * 2020-06-04 2020-09-01 武汉理工大学 一种基于废弃生物质能制备锌空气电池正极的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20210265612A1 (en) 2021-08-26
CN109841791B (zh) 2022-03-29
US20190165358A1 (en) 2019-05-30
JP6935733B2 (ja) 2021-09-15
JP2019096526A (ja) 2019-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101714882B1 (ko) 리튬 고체 이차 전지 및 그 제조 방법
US9985314B2 (en) All-solid battery and method for manufacturing the same
CN104716302B (zh) 用于制造用于锂电池的功能层的方法
US20160218349A1 (en) Positive electrode active material layer
CN109390552A (zh) 全固态电池和负极
KR20130076810A (ko) 비수 전해질 전지용 정극체 및 그 제조 방법, 그리고 비수 전해질 전지
CN101828295A (zh) 非水电解质二次电池及其制造方法
CN108808111A (zh) 层叠电池
US20210265612A1 (en) Device and method for producing electrode laminate
JP7056598B2 (ja) 負極層および全固体電池
US10283812B2 (en) Sulfide solid-state cell
CN108807828A (zh) 层叠电池
CN105103339A (zh) 用于锂离子电池的喷涂涂覆工艺的电极表面粗糙度控制
CN110872134A (zh) 铌酸锂及其制造方法
US20190341597A1 (en) Lithium ion solid-state battery and method for producing the same
CN108808112A (zh) 层叠电池
KR20210156023A (ko) 함입된 패턴을 포함하는 전해질층을 구비한 전고체 전지
JP6954250B2 (ja) 複合活物質粒子の製造方法
CN114583168A (zh) 被覆型正极活性物质、被覆型正极活性物质的制造方法和全固体电池
JP7010177B2 (ja) 正極層の製造方法
WO2020241691A1 (ja) 全固体電池及びその製造方法
JP2021103656A (ja) 全固体電池および全固体電池の製造方法
JP2017147205A (ja) 全固体電池
US20220336850A1 (en) Battery
KR20220170627A (ko) 저온 작동이 가능한 무음극 전고체 전지 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant