CN116601801A - 正极浆料的制造方法和正极的制造方法 - Google Patents

正极浆料的制造方法和正极的制造方法 Download PDF

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Abstract

正极浆料的制造方法具有：将溶解有蒙脱石的水溶液、和含有N‑甲基‑2‑吡咯烷酮(NMP)的溶剂混合，制备蒙脱石‑NMP水溶液的工序；对上述蒙脱石‑NMP水溶液进行加热脱水，得到含有蒙脱石的固体成分块的工序；以及将上述含有蒙脱石的固体成分块、正极活性物质和含有N‑甲基‑2‑吡咯烷酮(NMP)的溶剂混合而制备浆料的工序。

Description

正极浆料的制造方法和正极的制造方法
技术领域
本发明涉及正极浆料的制造方法和正极的制造方法。
背景技术
锂离子二次电池中使用的电极具备集电体、及形成在集电体上的活性物质层。而且，电极通过将包含活性物质的浆料涂敷在集电体上而制作。
例如，专利文献1～5公开了将包含正极活性物质和蒙脱石的正极浆料涂敷于正极集电体的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-27768号公报
专利文献2：日本特开2016-170881号公报
专利文献3：日本特开2014-32776号公报
专利文献4：日本特开2008-71757号公报
专利文献5：日本特开2001-266855号公报
发明内容
若向正极集电体供给正极浆料，以期望的长度进行涂敷后，停止向正极集电体供给正极浆料，则在涂敷部的涂敷终端部形成浆料的拉丝痕迹。拉丝痕迹会偏离所设计的正极的厚度，因此有时导致电池容量的降低。另外，正极引线被焊接于未涂敷正极浆料的未涂敷部的正极集电体，但若涂敷部终端部的拉丝痕迹长，则有时正极引线向未涂敷部的焊接变得困难。
本发明的一个方式的正极浆料的制造方法具有：将溶解有蒙脱石的水溶液与含有N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的溶剂混合，制备蒙脱石-NMP水溶液的工序；对上述蒙脱石-NMP水溶液进行加热脱水，得到含有蒙脱石的固体成分块的工序；以及将上述含有蒙脱石的固体成分块、正极活性物质和含有N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的溶剂混合而制备浆料的工序。
本发明的一个方式的正极的制造方法具有将通过上述制造方法得到的正极浆料涂敷于正极集电体的工序。
根据本发明的一个方式的正极浆料的制造方法，能够抑制涂敷终端部的拉丝。
附图说明
图1是表示本实施方式的涂敷装置的构成的一例的概略图。
图2是表示在集电体上涂敷有涂敷浆料的状态的概略图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示本实施方式的涂敷装置的构成的一例的概略图。图1所示的涂敷装置1具备作为搅拌手段的搅拌机10、送液装置14、作为涂敷手段的涂覆头16和间歇机构18。涂敷装置1的具体动作将在后面叙述，通过涂敷装置1，例如可得到在正极集电体34上形成有涂敷了正极浆料的涂敷部26和未涂敷正极浆料的未涂敷部28的正极。
搅拌机10对后述的正极浆料进行搅拌。搅拌机10可以采用公知的搅拌机，例如可以使用磁力搅拌器、Three-One Motor搅拌机、均化器、介质磨机、胶体磨机、均化混合机、均质分散机、行星式混合机、在线混合器、管道混合器等。
送液装置14将正极浆料送液至涂覆头16，例如为泵。
涂覆头16一般使用被称为狭缝模(日文：スロツトダイ)的构件，并从一定宽度的狭缝喷出正极浆料。狭缝一般是在上游头与下游头之间夹着所需厚度的被称为垫片(日文：シム)的板的方法。另外，一般是以下方式：在上游头侧设置被称为歧管的积液部，并经由其喷出涂敷浆料，由此进行涂敷。
间歇机构18例如是作为涂液吸引方式的例子而记载的，但并不限定于该方式。例如，间歇机构18间歇地吸引被供给于涂覆头16的正极浆料，使涂覆头16内的压力瞬间成为负压状态。由此，从涂覆头16间歇地喷出正极浆料，在正极集电体34上形成涂敷部26和未涂敷部28。需要说明的是，正极集电体34例如使用铝等在正极的电位范围内稳定的金属的箔、将该金属配置于表层而得的膜等。
对本实施方式的涂敷装置1的动作的一例进行说明。
向搅拌机10投入正极浆料，通过搅拌机10搅拌正极浆料。搅拌机10内的正极浆料通过送液装置14并经由流路30b而被供给至涂覆头16。然后，辊32以设定的旋转速度旋转，带状的正极集电体34沿X方向被输送，同时，以设定的喷出量从涂覆头16向正极集电体34喷出正极浆料。另外，间歇机构18定期地动作，停止从涂覆头16喷出正极浆料。如此地，正极浆料间歇地涂敷于正极集电体34，并形成涂敷部26和未涂敷部28。
在正极集电体34上形成有涂敷部26和未涂敷部28的正极根据需要实施干燥和压延。
图2是表示在正极集电体上涂敷有正极浆料的状态的概略图。如图2所示，通过在正极集电体34上间歇地涂敷正极浆料，从而在正极集电体34上交替地形成多个涂敷部26和未涂敷部28。涂敷部26是指从涂敷始端部P1到涂敷终端部P2的区域。另外，未涂敷部28以后用于引线的焊接、1个电池的每个电极的切断等。
通常，即使停止从涂覆头16喷出正极浆料，由于正极浆料的表面张力而使得涂敷浆料从涂覆头16延伸，因此涂敷浆料从涂敷终端部P2沿着输送方向X向未涂敷部28延伸，易于产生拉丝痕迹36。若拉丝痕迹36的长度L大，则有时产生未涂敷部28处的引线焊接不良，或成为电池的容量降低的原因。
但是，通过使用由后述本实施方式的正极浆料的制造方法得到的正极浆料，由此涂敷终端部P2的拉丝被抑制，拉丝痕迹36的长度L被缩短。
以下，对本实施方式的正极浆料的制造方法进行说明。
本实施方式的正极浆料的制造方法具有：将溶解有蒙脱石的水溶液与含有N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的溶剂混合，制备蒙脱石-NMP水溶液的工序(水溶液制备工序)；对上述蒙脱石-NMP水溶液进行加热脱水，得到含有蒙脱石的固体成分块的工序(固体成分块生成工序)；以及将上述含有蒙脱石的固体成分块、正极活性物质和含有N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的溶剂混合而制备浆料的工序(浆料制备工序)。
(水溶液制备工序)
水溶液制备工序中所使用的蒙脱石为膨润性粘土矿物，例如可举出蒙脱土、贝得石、皂石、绿脱石、锂蒙脱石等。这些之中，优选锂蒙脱石。溶解有蒙脱石的水溶液中的蒙脱石的浓度没有特别限定，例如优选为5质量％以上且20质量％以下。使蒙脱石溶解的介质主要使用水，但也可以包含甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、丙酮、甲乙酮、及四氢呋喃等水溶性有机介质等。
含有N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的溶剂可以是N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的单独溶剂，也可以是与其他溶剂的混合溶剂。作为混合溶剂，例如使用NMP与酯系溶剂的混合溶液、NMP与甘醇二甲醚系溶剂的混合溶液等。酯系溶剂有乙酸乙酯、乙酸正丁酯、丁基溶纤剂乙酸酯、丁基卡必醇乙酸酯等。甘醇二甲醚系溶剂有二甘醇二甲醚、三甘醇二甲醚、四甘醇二甲醚等。
溶解有蒙脱石的水溶液与含有N-甲基-2-吡咯烷酮的溶剂以体积比计，优选在例如1∶0.5～1∶1.5的范围内混合。
(固体成分块生成工序)
对蒙脱石-NMP水溶液进行加热脱水时的温度只要是使水从蒙脱石-NMP水溶液中蒸发的温度且NMP不蒸发的温度即可，例如优选为80℃以上，更优选为100℃以上，进一步优选为130℃以下，并且不超过150℃。
期望实施加热脱水直到例如所得到的含有蒙脱石的固体成分块中的水分含有率成为0％为止，但也可以在水分含有率高的状态(例如5％以上且10％以下)下停止。加热脱水可以在耐压容器内在减压环境下对蒙脱石-NMP水溶液实施。
加热脱水后的蒙脱石固体成分块根据加热时间从凝胶状或胶状变化为表面干燥的块状。为了完全去除含有水分，优选在干燥器等密闭容器内在干燥气氛中干燥12小时以上。特别是当在残留有水分的状态下停止加热脱水时，优选在-20℃露点气氛中进行24小时以上的干燥。
(浆料制备工序)
在浆料制备工序中，含有蒙脱石的固体成分块溶解于含有N-甲基-2-吡咯烷酮的溶剂中。这被认为是由于通过加热脱水，蒙脱石中的水分被置换成NMP。由于蒙脱石具有优异的触变性，因此对含有蒙脱石的固体成分块溶解于NMP溶剂中而成的正极浆料赋予触变性。并且，通过将具有触变性的正极浆料涂敷于正极集电体34，由此涂敷终端部P2的拉丝被抑制，拉丝痕迹36的长度L被缩短。需要说明的是，对于以往的添加有蒙脱石的正极浆料而言，由于蒙脱石不溶解于NMP溶剂中，因此不对正极浆料赋予触变性。
含有N-甲基-2-吡咯烷酮的溶剂中的含有蒙脱石的固体成分块的浓度例如优选为10质量％以上。
在浆料制备工序中，将含有N-甲基-2-吡咯烷酮的溶剂、含有蒙脱石的固体成分块和正极活性物质混合，除此以外，根据需要，还可以添加粘结材料、导电材料等。如上所述，含有N-甲基-2-吡咯烷酮的溶剂可以是NMP的单独溶剂，也可以是与其他溶剂的混合溶剂。
正极活性物质例如可举出锂过渡金属复合氧化物等。具体而言，可举出钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、锂镍锰复合氧化物、锂镍钴复合氧化物等。另外，也可以在这些锂过渡金属复合氧化物中添加例如Al、Ti、Zr、Nb、B、W、Mg、Mo等。
作为粘结材料，例如可举出聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)等氟系树脂、聚丙烯腈(PAN)、聚酰亚胺系树脂、丙烯酸系树脂、聚烯烃系树脂、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、丁腈橡胶(NBR)、羧甲基纤维素(CMC)或其盐、聚丙烯酸(PAA)或其盐(PAA-Na、PAA-K等，另外也可以是部分中和型的盐)、聚乙烯醇(PVA)等。
作为导电材料，例如可举出炭黑、乙炔黑、科琴黑等。
<实施例>
以下，通过实施例进一步说明本发明，但本发明并不限定于这些实施例。
<实施例1>
使蒙脱石SWN(KUNIMINE工业株式会社制)溶解于水中，制备含有10质量％蒙脱石的水溶液。向该溶液添加N-甲基-2-吡咯烷酮单独溶剂，制备蒙脱石5质量％-NMP水溶液。将装入有蒙脱石5质量％-NMP水溶液的烧杯置于100℃的热板上，在凝固成胶状时，停止加热，在干燥气氛中放置24小时，得到含有蒙脱石的固体成分块。
将所得到的含有蒙脱石的固体成分块、作为正极活性物质的锂过渡金属复合氧化物、作为导电材料的乙炔黑、以及作为粘结材料的聚偏氟乙烯以1∶100∶2∶1的质量比配合后，适量加入N-甲基-2-吡咯烷酮单独溶剂，得到相对于浆料固体成分浓度添加蒙脱石0.1重量％的正极浆料。
如图1所示，一边使辊旋转，在输送方向X上输送作为正极集电体的铝箔，一边从涂覆头间歇地喷出上述正极浆料，在铝箔上形成涂敷部和未涂敷部。作为涂敷条件，将涂敷浆料的涂敷速度设定为40m/分钟，涂敷部的厚度设定为150±10μm的程度。然后，以涂敷部的输送方向X的长度成为600mm、未涂敷部的输送方向X的长度成为30mm的方式进行涂敷。
<实施例2>
将所得到的含有蒙脱石的固体成分块、作为正极活性物质的锂过渡金属复合氧化物、作为导电材料的乙炔黑、以及作为粘结材料的聚偏氟乙烯以1∶200∶3∶2的质量比配合(相对于浆料固体成分浓度，添加蒙脱石0.05重量％的正极浆料)，除此以外，与实施例1同样地涂敷。
<比较例1>
使用了不含含有蒙脱石的固体成分块的正极浆料，除此以外，与实施例1同样地涂敷。
<比较例2>
将未进行加热脱水的蒙脱石(KUNIMINE工业株式会社制，SUMECTON-SWN)、作为正极活性物质的锂过渡金属复合氧化物、作为导电材料的乙炔黑、以及作为粘结材料的聚偏氟乙烯以1∶1000∶10∶5的质量比配合(相对于浆料固体成分浓度，添加蒙脱石0.1重量％的正极浆料)，除此以外，与实施例1同样地涂敷。
<比较例3>
将未进行加热脱水的蒙脱石(KUNIMINE工业株式会社制，SUMECTON-SWN)、作为正极活性物质的锂过渡金属复合氧化物、作为导电材料的乙炔黑、以及作为粘结材料的聚偏氟乙烯以1∶2000∶20∶10的质量比配合(相对于浆料固体成分浓度，添加蒙脱石0.05重量％的正极浆料)，除此以外，与实施例1同样地涂敷。
对于实施例1～2和比较例1～3，求得涂敷终端部的拉丝痕迹的长度。具体而言，从间歇形成的多个涂敷部之中任意选出3个涂敷部，测定所选出的3个涂敷部中的涂敷终端部的拉丝痕迹的长度，求得它们的平均值，将其作为拉丝痕迹的长度L。3个涂敷部中的涂敷终端部的拉丝痕迹的长度是在各涂敷终端部形成的多个拉丝痕迹的长度的平均值。
若将比较例1的拉丝痕迹的长度L设为100、并将实施例1～2和比较例2～3的拉丝痕迹的长度L以相对值的方式示出，则实施例1为75，实施例2为82，比较例2和3均为95。即，通过使用对蒙脱石-NMP水溶液进行加热脱水而得到的含有蒙脱石的固体成分块来制备正极浆料，该蒙脱石-NMP水溶液是将溶解有蒙脱石的水溶液、及含有N-甲基-2一吡咯烷酮(NMP)的溶剂混合而成的，由此能够抑制涂敷终端部的拉丝。
附图标记说明
1 涂敷装置
10 搅拌机
14 送液装置
16 涂覆头
18 间歇机构
26 涂敷部
28 未涂敷部
30b 流路
32 辊
34 正极集电体
36 拉丝痕迹
P1 涂敷始端部
P2 涂敷终端部
X 输送方向

Claims (7)

1.一种正极浆料的制造方法，其具有：
将溶解有蒙脱石的水溶液、和含有N-甲基-2-吡咯烷酮即NMP的溶剂混合，制备蒙脱石-NMP水溶液的工序；
对所述蒙脱石-NMP水溶液进行加热脱水，得到含有蒙脱石的固体成分块的工序；以及
将所述含有蒙脱石的固体成分块、正极活性物质和含有N-甲基-2-吡咯烷酮即NMP的溶剂混合而制备浆料的工序。
2.根据权利要求1所述的正极浆料的制造方法，其中，所述溶解有蒙脱石的水溶液中的所述蒙脱石的浓度为5质量％以上且20质量％以下。
3.根据权利要求1或2所述的正极浆料的制造方法，其中，所述溶解有蒙脱石的水溶液与所述含有N-甲基-2-吡咯烷酮即NMP的溶剂的混合比以体积比计为1∶0.5～1∶1.5的范围。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的正极浆料的制造方法，其中，实施所述蒙脱石-NMP水溶液的加热脱水直到所述含有蒙脱石的固体成分块的水分含有率成为5％以上且10％以下。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的正极浆料的制造方法，其中，实施所述蒙脱石-NMP水溶液的加热脱水直到所述含有蒙脱石的固体成分块的水分含有率成为0％。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的正极浆料的制造方法，其中，所述含有N-甲基-2-吡咯烷酮即NMP的溶剂中的所述蒙脱石固体成分块的浓度为10质量％以上。
7.一种正极的制造方法，其具有将通过权利要求1～6中任一项所述的制造方法得到的正极浆料涂敷于正极集电体的工序。
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