CN114944466A - 电极活性物质复合材料的湿润造粒体及其制造方法和制造装置、电极板的制造方法 - Google Patents

电极活性物质复合材料的湿润造粒体及其制造方法和制造装置、电极板的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供能得到粒度基本均匀的造粒体的电极活性物质复合材料的湿润造粒体的制造方法、该湿润造粒体本身、使用该湿润造粒体的电极板的制造方法、其制造装置。本发明进行：混合工序，将至少包含电极活性物质粉末和导电材料粉末的固体物粉末(1)与液体成分(2)混合，得到液体成分(2)存在于固体物粉末彼此的对面部位、并且对面部位的液体成分彼此不相连、固体物粉末(1)间的空隙的空间作为整体而连接的钟摆状态的湿润粉体；以及造粒工序，将混合工序中得到的湿润粉体成型为粒状，得到电极活性物质复合材料的湿润造粒体的集合物。

Description

电极活性物质复合材料的湿润造粒体及其制造方法和制造装 置、电极板的制造方法
技术领域
本公开技术涉及电极活性物质复合材料的湿润造粒体。进而，除了湿润造粒体其本身之外，还以其制造方法、使用该湿润造粒体的电极板的制造方法、其制造装置为对象。
背景技术
一直以来，将电极活性物质与其添加材料一起在集电箔的表面上成膜为薄层状而制成电池用的电极板。因此，通常将电极活性物质、添加材料这样的粉体成分与液体成分一起混合而得的混合物涂敷在集电箔的表面上。特别是，近年来，为了应对减轻成膜后的干燥工序的负担的要求，极力减少液体成分，并且将混合物形成粒状而使用。在日本特开2020-013681号公报的技术中，设为混合物为粘土状这样的固体成分比率。
发明内容
上述现有技术中，存在下述的问题。由于混合物的配合比率，而难以成为粘土状。特别是，在作为添加材料的1种的导电材料的配合比率高的情况下，有难以得到粘土状的混合物的倾向。其理由可认为是，导电材料容易吸收液体成分。因此，在导电材料的配合比率高的情况下，混合物不会成为粘土状，而是成为与干燥的粉体没有太大差别的状态。由此，无法得到均匀粒度的粒状混合物。也考虑过对液体成分进行增量，但如此的话，成膜后的干燥工序的负担大。
本公开技术是为了解决上述现有技术具有的问题而进行的。即，作为其课题，提供一种电极活性物质复合材料的湿润造粒体的制造方法，该方法无论导电材料的配合比率如何都可以得到粒度基本均匀的造粒体。此外，还提供该湿润造粒体本身、制造方法、使用该湿润造粒体的电极板的制造方法、其制造装置。
本公开技术的一个方式的电极活性物质复合材料的湿润造粒体的制造方法具有如下工序：混合工序，将至少包含电极活性物质粉末和导电材料粉末的固体物粉末与液体成分混合，得到液体成分存在于固体物粉末彼此的对面部位、并且对面部位的液体成分彼此不相接、固体物粉末间的空隙的空间作为整体而连接的钟摆(pendular)状态的湿润粉体；造粒工序，将混合工序中得到的湿润粉体成型为粒状，得到电极活性物质复合材料的湿润造粒体的集合物。
在上述方式的电极活性物质复合材料的湿润造粒体的制造方法中，在混合工序中，得到包含电极活性物质粉末、导电材料粉末和液体成分且几乎没有流动性的钟摆状态的湿润粉体。在造粒工序中，将上述钟摆状态的湿润粉体成型而得到电极活性物质复合材料的湿润造粒体。该造粒体适合电极板用的电极活性物质复合材料的层的形成。
上述方式的电极活性物质复合材料的湿润造粒体的制造方法中，进一步优选造粒工序由将湿润粉体成型为棒状的棒状成型工序、以及通过将成型为棒状的湿润粉体沿其长边方向在多处切断而制成粒状的粒状切断工序构成。如此，通过将湿润粉体先成型为棒状再将其切断而制成粒状，从而得到粒度均匀的湿润造粒体，可以良好地供给电极板的制造。
上述方式的电极活性物质复合材料的湿润造粒体的制造方法中，进一步优选棒状成型工序由将湿润粉体成型为板状的板状成型工序、以及通过将成型为板状的湿润粉体沿多处彼此平行的切断线切断而制成棒状的棒状切断工序构成。如此，通过将湿润粉体先成型为板状再将其切断而制成棒状，从而得到粗度均匀的棒状的湿润粉体，可以良好地供给湿润造粒体的形成。
本公开技术的另一个方式的电极板的制造方法中，通过层形成工序和转印工序制造在集电箔上具有电极活性物质复合材料的湿润体的层的电极板；在层形成工序中，使用具有第1辊、第2辊和第3辊、第2辊与第1辊和第3辊中均面对面、并且第1辊与第3辊不面对面、以在第3辊上挂有集电箔而使集电箔通过第2辊与第3辊的对面部位的方式进行输送的三根辊装置，对第1辊与第2辊的对面部位供给电极活性物质复合材料的湿润造粒体并使之通过该对面部位，从而在第2辊的表面上形成将湿润造粒体层状化而得的层；在转印工序中，该层在通过第2辊与第3辊的对面部位时，将该层从第2辊的表面上转印到集电箔的表面上。在此，作为电极活性物质复合材料的湿润造粒体，使用利用上述任一方式的电极活性物质复合材料的湿润造粒体的制造方法制造的湿润造粒体。因此，可以以几乎没有流动性的湿润粉体良好地制造电极板。
本公开技术的另一个方式的电极活性物质复合材料的湿润造粒体为利用上述任一方式的电极活性物质复合材料的湿润造粒体的制造方法制造的湿润造粒体。该湿润造粒体适合于电极板的制造。
本公开技术的又一个方式的电极活性物质复合材料的湿润造粒体的制造装置构成为：具有相对旋转的第1辊和第2辊，第1辊和第2辊中的至少一者为在表面形成有多个圆周方向的沟、且沟与沟之间的凸部为刃状的带刃辊，第1辊与第2辊以不同的圆周速度旋转。由此，用带刃辊的凸部切断供给于第1辊与第2辊的对面部位的电极活性物质复合材料的湿润粉体的棒状的成型体，制成粒状。
根据本公开技术，可提供无论导电材料的配合比率如何都可得到粒度基本均匀的造粒体的电极活性物质复合材料的湿润造粒体的制造方法、该湿润造粒体本身、使用该湿润造粒体的电极板的制造方法、其制造装置。
附图说明
图1为表示钟摆状态的示意图。
图2为索带(funicular)状态图。
图3为表示实施方式的板状成型工序和棒状切断工序的剖面图。
图4为表示将湿润粉体的板状的成型物切断为棒状，进而切断为粒状的步骤的立体图。
图5为表示实施方式的粒状切断工序和其装置的立体图。
图6为表示实施方式的电极板的制造工序的示意图。
符号说明
1 固体
2 液体成分
4 沟
5 凸部
8 粒状的成型物
9 湿润体的层
10 粒状切断装置
11 第1带刃辊
12 第2带刃辊
20 三根辊装置
21 第1辊
22 第2辊
23 第3辊
24 集电箔
25 电极板
34 湿润粉体的集合物
35 板状的成型物
37 棒状的成型物
具体实施方式
以下，对于将本公开技术具体化的实施方式，参照附图详细地进行说明。本方式是涉及锂离子电池的正极板用的电极活性物质复合材料的湿润造粒体并将本公开技术具体化的方式。
本方式的正极活性物质混合物的原材料中，固体成分为以下任一粒子状的粉末材料。
·活性物质：镍钴锰酸锂(粒径10μm左右)
·导电材料：乙炔黑(粒径3～5nm左右)
·粘结剂树脂：聚偏二氟乙烯
·配合比：活性物质/导电材料/粘结剂树脂＝90/5/5(重量％)
上述中，粘结剂树脂是在与分散介质混合时溶解于分散介质的物质。因此，在以下的说明中，作为实质上包含于分散介质中的物质进行处理。作为分散介质，使用N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，固体成分比率设为6.4重量％。该固体成分比率为使混合物成为基本没有流动性的湿润粉末的程度。
本方式的正极板的制造的步骤如下所述。
(1)混合→(2)造粒→(3)成膜
(1)的混合为将粉末材料与分散介质一起混合的处理。该处理中，优选为粉体凝集为块状的凝集体不残存于混合物中的方式。例如，可以进行2个阶段的混合处理，即，首先用行星式搅拌机等一般的混合机进行预混合，其后，使混合物通过辊对装置而消除凝集体。由此，可以得到进行了分散的均匀性高的湿润粉体、即电极活性物质复合材料。
本方式中，通过混合处理，生成所谓的钟摆状态的混合物。钟摆状态是指，在混合物内，液体成分和空孔的状况满足下述条件(图1)。
·液体成分2仅被固体1(各个粉末)彼此的对面部位夹持而存在，不与其它对面部位的液体成分2相连接。
·固体1间的空孔3在混合物整体是三维连续的。
相比于满足下述条件的索带状态，钟摆状态为固体成分比率更高的状态(图2)。
·液体成分2不仅被固体1彼此的对面部位夹持而存在，也存在于固体1的表面上且不是与其它固体1的对面部位的地方，在混合物整体，液体成分2是连续的。
·在固体1间虽然存在空孔3，但空孔3彼此并不一定相连接，也存在空孔3与空孔3被液体成分2阻断的地方。
上述的钟摆状态和索带状态与泥浆状态或毛细管状态(粘土状态)的混合物相比，均为几乎没有流动性的湿润粉末状。本方式中，是以成为这2个状态中液体成分更少的钟摆状态的方式来决定固体成分比率的。在图1和图2中，描绘得好像固体1只有1种，但是实际上如上述那样为多种。
(2)的造粒是将(1)的混合工序中得到的混合物即湿润粉体成型为粒状，得到电极活性物质复合材料的湿润造粒体的处理。本方式的造粒处理按以下步骤进行。
(2-1)板状成型→(2-2)棒状切断→(2-3)粒状切断
(2-1)的板状成型为将湿润粉体成型为板状的工序。该工序如图3的箭头A的部位所示那样，可以使用辊对装置30来进行。辊对装置30中，2个辊31、32构成为彼此同向且以不同的圆周速度旋转。在更快的辊31上抵接有刮刀33。刮刀33与辊31中的和辊32的对面部位相比在旋转方向的更下游侧的位置接触。
辊对装置30中，相对于2个辊31、32的对面部位，从旋转方向的上游侧供给湿润粉体的集合物34。集合物34被引入对面部位而成型，从而可以在对面部位的下游侧得到湿润粉体的板状的成型物35。板状的成型物35载置于圆周速度的更快的辊31上前进，被刮刀33从辊31剥离。板状的成型物35的厚度与辊31、32的对面部位的间隙相同。该间隙优选与最终要得到的湿润造粒体的直径大致相同。通过利用上述的方法，从而即便是混合物为缺乏流动性的钟摆状态，也可以稳定地得到期望的厚度的板状的成型物35。
(2-2)的棒状切断为将板状的成型物35切断为棒状的工序。该工序如图3的箭头B的部位所示那样，可以使用旋转刀具36来进行。旋转刀具36具有如下构造：使长条状的多个切刀以刀尖放射状地向外的方式将基端彼此接合。旋转刀具36被配置在与被刮刀33从辊31剥离的板状的成型物35接触的位置。通过旋转刀具36的旋转，从而如图4所示那样，板状的成型物35沿着多处彼此平行的切断线38被切断，成为棒状的成型物37。
将(2-1)的板状成型和(2-2)的棒状切断合称为将湿润粉体的集合物34成型为棒状的棒状成型工序。图4中的切断线38是为了表示切断位置而画的假想的线，在实际的成型物35上并未描绘这样的线。如上所述而得到的棒状的成型物37的粗度稳定且偏差少。这是因为，切断前的板状的成型物35的厚度稳定。另外，也是因为切断宽度可以通过旋转刀具36的旋转速度来规定。
(2-3)的粒状切断为将棒状的成型物37切断为粒状的工序。该工序可以使用图5所示的粒状切断装置10来进行。粒状切断装置10具有第1带刃辊11和第2带刃辊12。第1带刃辊11和第2带刃辊12均在表面形成有多个圆周方向的沟4。沟4与沟4之间的凸部5为刃状。粒状切断装置10中，在第1带刃辊11与第2带刃辊12的对面部位，第1带刃辊11的凸部5与第2带刃辊12的凸部5对顶(突き合う)。
粒状切断装置10中，对第1带刃辊11与第2带刃辊12的对面部位投入棒状的成型物37，从而将棒状的成型物37切断。棒状的成型物37以其长边方向与第1带刃辊11和第2带刃辊12的轴方向平行的方式投入。由此，棒状的成型物37在凸部5彼此的对顶处被切碎而成为粒状。
第1带刃辊11和第2带刃辊12中的沟4的宽度、即凸部5的间隔优选为与最终要得到的湿润造粒体的直径大致相同。由此，可以得到目标尺寸的粒状的成型物8。沟4的剖面形状优选为半圆形。该情况下的半圆的曲率半径优选与最终要得到的湿润造粒体的半径大致相同。由此，可以得到成型物8，其不限于完全的正球，也可以是有若干角的形状。
粒状切断装置10中，进而使第1带刃辊11与第2带刃辊12以不同的圆周速度旋转。因此，被凸部5切断的成型物8被两辊间的圆周速度差牵引而旋转。由此，可以使粒状的成型物8更为圆滑。这就是本方式的粒状切断工序。以下，将粒状的成型物8称为湿润造粒体8。如上所述而得到的湿润造粒体8中，粒径的偏差少。这是因为：原来的棒状的成型物37的粗度稳定，且切断间隔取决于凸部5的间隔。
使用如上所述而得到的电极活性物质复合材料的湿润造粒体8，可以制造电极板。电极板的制造可以使用图6所示的三根辊装置20来进行。图6的三根辊装置20具有第1辊21、第2辊22和第3辊23。第2辊22与第1辊21和第3辊23均面对面，但第1辊21与第3辊23不面对面。第3辊23上挂有集电箔24。集电箔24以通过第2辊22与第3辊23的对面部位的方式被输送。
图6的三根辊装置20中，相对于第1辊21与第2辊22的对面部位，从它们的旋转方向的上游侧大量供给上述的湿润造粒体8。湿润造粒体8由第1辊21和第2辊22的旋转而被引入它们的对面部位，被挤压为层状(层形成工序)。被挤压而形成的电极活性物质复合材料的湿润体的层9载置于圆周速度更快的第2辊22的表面上前进。
第2辊22的表面上的层9在到达第2辊22与第3辊23的对面部位时，被转印到圆周速度更快的第3辊23侧(转印工序)。由于在第3辊23上挂有集电箔24，因此，层9之后载置于集电箔24上前进。由此，可制造在集电箔24上具有电极活性物质复合材料的湿润体的层9的电极板25。本方式的该方法中，可以稳定地形成厚度均匀的层9。这是因为：由于湿润造粒体8的粒度均匀，因而通过控制向第1辊21与第2辊22的对面部位的每单位长度的湿润造粒体8的供给个数，就能够容易地实现既未过量也未不足的湿润体的供给。
如以上详细说明的那样，根据本实施方式，对于钟摆状态那样的液体成分比率少的混合物，首先将其成型为板状，接下来切断为棒状，进而切断为粒状，得到湿润造粒体8。另外，湿润体的棒状的成型物37切断为粒状是使用具有带刃辊11、12的粒状切断装置10来进行的。由此，以几乎没有流动性的湿润粉末为原材料，可以稳定地制造粒度均匀的湿润造粒体8。无论电极活性物质复合材料中的导电材料所占的配合比如何，都可以实现该制造。因此，可以实现无论导电材料的配合比率如何都能得到粒度基本均匀的造粒体的电极活性物质复合材料的湿润造粒体的制造方法、该湿润造粒体本身、使用该湿润造粒体的电极板的制造方法、其制造装置。
本实施方式和实施例只不过是简单的例示，并非对本公开技术有任何限定。因此，本公开技术当然能够在不脱离其要旨的范围内进行各种改良、变形。例如，上述中作为锂离子电池的正极板用进行了说明，但是，只要是使用电极活性物质、导电材料和分散介质的方法，就算电池种类和极性不同也可以应用。除了导电材料以外，还可以进一步包含其它种类的添加物粉体。
关于对各制造工艺所示的装置，也可以是能起到同样的功能的其它构成。特别是，对于图5的粒状切断装置10，并不一定2根辊都要是带刃辊。即便是只有一者为带刃辊而另一者为简单的圆柱形辊的构成，本公开技术仍可成立。

Claims (6)

1.一种电极活性物质复合材料的湿润造粒体的制造方法，具有如下工序：
混合工序，将至少包含电极活性物质粉末和导电材料粉末的固体物粉末与液体成分混合，得到所述液体成分存在于所述固体物粉末彼此的对面部位、并且所述对面部位的所述液体成分彼此不相连、所述固体物粉末间的空隙的空间作为整体连接的钟摆状态的湿润粉体；以及
造粒工序，将所述混合工序中得到的所述湿润粉体成型为粒状，得到电极活性物质复合材料的湿润造粒体的集合物。
2.根据权利要求1所述的电极活性物质复合材料的湿润造粒体的制造方法，其中，所述造粒工序具有如下工序：
棒状成型工序，将所述湿润粉体成型为棒状；以及
粒状切断工序，通过将成型为棒状的所述湿润粉体沿其长边方向在多处切断，从而制成粒状。
3.根据权利要求2所述的电极活性物质复合材料的湿润造粒体的制造方法，其中，
所述棒状成型工序具有如下工序：
板状成型工序，将所述湿润粉体成型为板状；以及
棒状切断工序，通过将成型为板状的所述湿润粉体沿多处彼此平行的切断线进行切断，从而制成棒状。
4.一种电极板的制造方法，是通过层形成工序和转印工序制造在集电箔上具有电极活性物质复合材料的湿润体的层的电极板的方法；
在所述层形成工序中，使用具有第1辊、第2辊和第3辊，所述第2辊与所述第1辊和所述第3辊均面对面，并且所述第1辊与所述第3辊不面对面，以在所述第3辊上挂有集电箔而使集电箔通过所述第2辊与所述第3辊的对面部位的方式进行输送的三根辊装置，
对所述第1辊与所述第2辊的对面部位供给电极活性物质复合材料的湿润造粒体并使之通过该对面部位，从而在所述第2辊的表面上形成将所述湿润造粒体层状化而得的层；
在所述转印工序中，所述层在通过所述第2辊与所述第3辊的对面部位时，将所述层从所述第2辊的表面上转印到所述集电箔的表面上；
并且，使用利用权利要求1～3中任一项所述的制造方法而制造的湿润造粒体作为所述电极活性物质复合材料的湿润造粒体。
5.一种电极活性物质复合材料的湿润造粒体，是利用权利要求1～3中任一项所述的制造方法而制造的电极活性物质复合材料的湿润造粒体。
6.一种电极活性物质复合材料的湿润造粒体的制造装置，
具有相对旋转的第1辊和第2辊，
所述第1辊和所述第2辊中的至少一者为在表面形成有多个圆周方向的沟、且沟与沟之间的凸部为刃状的带刃辊，
所述第1辊与所述第2辊构成为以不同的圆周速度旋转，
用所述带刃辊的所述凸部切断供给于所述第1辊与所述第2辊的对面部位的电极活性物质复合材料的湿润粉体的棒状的成型体，制成粒状。
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