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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode.
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Hintergrund
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Als ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Blatt, Bogen oder (im Folgenden:) eine Platte, die durch das Aufbringen einer Elektrodenmischung auf eine lange Metallfolie gebildet wurde, gewalzt wird.
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Zum Beispiel offenbart eine Patentliteratur 1 ein Verfahren zum Pressen einer Elektrode für eine Batterie, die einen beschichteten Teil umfasst, auf den ein Elektrodenaktivmaterial aufgebracht wurde, und einen unbeschichteten Teil, auf den kein Elektrodenaktivmaterial aufgebracht wurde. Eine Patentliteratur 2 offenbart ein Verfahren, bei dem mithilfe einer durch Führungswalzen erzeugten Zugspannung nur ein unbeschichteter Teil eines Elektrodenmaterials durch eine Presswalze gedehnt wird und das Elektrodenmaterial dann pressgewalzt wird. In einer Patentliteratur 3 ist ein Presswalzverfahren offenbart, bei dem eine Walzenpresse verwendet wird, die eine Faltenentstehungsverhinderungsvorrichtung umfasst, welche die Entstehung von Falten in einem beschichteten Teil und einem unbeschichteten Teil einer Elektrodenplatte während des Presswalzens verhindert.
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Zitierliste
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Patentliteratur
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- Patentliteratur 1: JP 5760366 B
- Patentliteratur 2: JP 2014-220113 A
- Patentliteratur 3: JP 2019-102172 A
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Zusammenfassung der Offenbarung
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Technische Aufgabe
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Wie vorstehend beschrieben, können beim Pressen eines Blattes, Bogens oder einer Platte, die einen beschichteten Teil und einen unbeschichteten Teil aufweist, der beschichtete Teil und der unbeschichtete Teil separat gepresst werden, um eine Längungs- bzw. Dehnungsdifferenz auszugleichen, damit keine Falten entstehen. Dabei kann es zu einem Bruch des unbeschichteten Teils kommen, der sich an der Kante der Platte befindet.
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Die vorliegende Offenbarung ist in Anbetracht der oben genannten Umstände entstanden, und eine Hauptaufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode bereitzustellen, deren unbeschichteter Teil sich dehnen kann, ohne dass es zu einem Bruch kommt.
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Lösung der Aufgabe
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Um die Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode bereit, das folgende Schritte umfasst: einen Vorbereitungsschritt zum Vorbereiten einer Vorläuferplatte, der eine Metallfolie, einen beschichteten Teil und einen unbeschichteten Teil, welche auf der Metallfolie angeordnet sind, aufweist; einen dem beschichteten Teil zugeordneten Pressschritt zum Pressen des beschichteten Teils in einer Dickenrichtung; und einen dem unbeschichteten Teil zugeordneten Pressschritt zum Pressen des unbeschichteten Teils in Dickenrichtung vor oder nach dem beschichteten Teil zugeordneten Pressschritt; wobei der beschichtete Teil ein Elektrodenmaterial mit mindestens einem Aktivmaterial aufweist; der unbeschichtete Teil das Elektrodenmaterial nicht aufweist und am Rand bzw. an einer Kante des beschichteten Teils angeordnet ist; und in dem unbeschichteten Teil zugeordneten Pressschritt der unbeschichtete Teil durch ein Paar elastischer Walzen, die einen Wellenkörper und einen den Wellenkörper ummantelnden elastischen Körper aufweisen, pressgewalzt wird, während der unbeschichtete Teil gegen die Dickenrichtung gedrückt wird.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird der unbeschichtete Teil unter Verwendung der spezifischen elastischen Walze pressgewalzt, wodurch sich der unbeschichtete Teil dehnen kann, ohne zu brechen.
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Im Rahmen der Offenbarung kann der Kompressionsmodul (Kompressions-Elastizitätsmodul) des elastischen Körpers 11,1 MPa oder mehr und 86,1 MPa oder weniger betragen.
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Im Rahmen der Offenbarung kann der Kompressionsmodul (Kompressions-Elastizitätsmodul) des elastischen Körpers 20 MPa oder mehr betragen.
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Im Rahmen der Offenbarung kann, wenn T1 die Dicke des elastischen Körpers und T2 die Dicke des beschichteten Teils bezeichnet, T1/T2 4 oder mehr betragen.
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Im Rahmen der Offenbarung kann der unbeschichtete Teil mit einer Zugkraft von 100 N oder weniger gepresst werden.
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Vorteilhafter Effekt der Offenbarung
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird der Effekt erzielt, dass sich der unbeschichtete Teil ohne zu Brechen dehnen kann.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel für das Verfahren zum Herstellen der Elektrode gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
- 2A bis 2C sind Zeichnungen, die den Mechanismus gemäß der vorliegenden Offenbarung erläutern.
- 3 ist eine Zeichnung, die den Mechanismus gemäß der vorliegenden Offenbarung erläutert.
- 4 ist eine schematische Draufsicht, die ein Beispiel für die Vorläuferfolie gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
- 5A bis 5C sind Zeichnungen, die den dem unbeschichteten Teil zugeordneten Pressschritt gemäß der vorliegenden Offenbarung erläutern.
- 6A bis 6C sind Zeichnungen, die ein Verfahren zum Messung der Dehnung in den Beispielen und in Vergleichsbeispielen erläutern.
- 7A und 7B sind Zeichnungen, die die Bruchgrenzdehnungen in den Beispielen und in Vergleichsbeispielen erläutern.
- 8 ist ein grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Kompressions-Elastizitätsmodul und der Bruchgrenzdehnung in den Beispielen zeigt.
- 9 ist eine Zeichnung, welche Referenzbeispiele erläutert.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Das Verfahren zum Herstellen der Elektrode in der vorliegenden Offenbarung wird im Folgenden im Detail beschrieben. In der vorliegenden Beschreibung kann die Anordnung einer Komponente in Bezug auf eine andere Komponente, wenn sie einfach mit „auf“ bezeichnet ist, sowohl den Fall, in dem die andere Komponente direkt auf der einen Komponente angeordnet ist und miteinander in Kontakt sind, als auch den Fall, in dem die andere Komponente über der einen Komponente angeordnet ist und eine zusätzliche Komponente dazwischenliegt, beinhalten, sofern nicht anders beschrieben.
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1 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel für das Verfahren zum Herstellen der Elektrode in der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. In 1 wird zunächst ein Vorläuferblatt, Vorläuferbogen oder (im Folgenden:) eine Vorläuferplatte, die eine Metallfolie, einen beschichteten Teil und einen unbeschichteten Teil, die auf der Metallfolie angeordnet sind, umfasst, vorbereitet (Vorbereitungsschritt). Der beschichtete Teil weist ein Elektrodenmaterial mit mindestens einem Aktivmaterial auf. Der unbeschichtete Teil weist kein Elektrodenmaterial auf und ist an einem Rand des beschichteten Teils angeordnet. Als Nächstes wird der beschichtete Teil in einer Dickenrichtung gepresst (dem beschichteten Teil zugeordneter Pressschritt). Dann wird der unbeschichtete Teil in Dickenrichtung gepresst (unbeschichteten Teil zugeordneter Pressschritt). In 1 wird der Schritt des Pressens des unbeschichteten Teils zwar nach dem Schritt des Pressens des beschichteten Teils durchgeführt, er kann aber auch vor dem Schritt des Pressens des beschichteten Teils durchgeführt werden. Beim Pressen des unbeschichteten Teils wird der unbeschichtete Teil durch eine elastische Walze mit einem Achs-, Schaft- bzw. (im Folgenden:) Wellenkörper und einem elastischen Körper, der den Wellenkörper ummantelt, gepresst, während der unbeschichtete Teil in Dickenrichtung geschoben oder gedrückt wird.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird der unbeschichtete Teil durch die spezifizierte elastische Walze pressgewalzt, so dass sich der unbeschichtete Teil dehnen kann, ohne zu brechen.
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In der Patentliteratur 2 wird der unbeschichtete Teil gedehnt, indem eine Walze mit Stufen gegen eine Oberfläche des unbeschichteten Teils gedrückt oder geschoben wird, und nur Zugkraft zum Dehnen wird auf den unbeschichteten Teil angewendet. Obwohl der unbeschichtete Teil bei einem solchen Verfahren gedehnt werden kann, kann er auch brechen (siehe 2B). In Patentliteratur 3 wird der unbeschichtete Teil einer Elektrodenmischung ebenfalls durch eine Walzenstruktur gedehnt. Wie später in Vergleichsbeispiel 2 beschrieben, kann der unbeschichtete Teil nicht effektiv durch ein Verfahren gedehnt werden, bei dem nur Druck ausgeübt wird (Kompressionskraft).
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Auf der anderen Seite wird bei dem Verfahren zum Herstellen der Elektrode in der vorliegenden Offenbarung der unbeschichtete Teil durch die spezifizerte elastische Walze pressgewalzt und daher können eine Druckkraft und eine Verformungskraft, die durch die Verformung des elastischen Körpers verursacht werden, auf denselben Punkt des unbeschichteten Teils ausgeübt werden. Infolgedessen wird die Entstehung von Löchern gehemmt, so dass sich der unbeschichtete Teil dehnen kann, ohne dass es zu einem Bruch kommt.
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Der Mechanismus der vorliegenden Offenbarung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. 2A ist ein Diagramm, das eine allgemeine Metallfolie veranschaulicht. Wie in 2A gezeigt, ist in der Regel eine harte Struktur, die härter als dass Material der Metallfolie ist, in die Metallfolie eingearbeitet. Zum Beispiel kann durch die Einarbeitung der harten Struktur die Festigkeit der Metallfolie verbessert werden. Wenn eine Zugkraft (Kraft in linker und rechter Richtung der Zeichnung) aufgebracht wird, um die Metallfolie zu dehnen, wird die harte Struktur nicht verformt, sondern die Umgebung der Metallfolie, die weicher als die harte Struktur ist. Infolgedessen werden, wie in 2B gezeigt, Löcher in der Umgebung der harten Struktur gebildet. Wenn dann mehrere Löcher miteinander verbunden sind, tritt ein Bruch auf. Andererseits kann bei dem Verfahren zum Herstellen der Elektrode in der vorliegenden Offenbarung, wie in 2C gezeigt, Druckkraft und Verformungskraft des elastischen Körpers lokal auf die Metallfolie aufgebracht werden. Infolgedessen wird davon ausgegangen, dass die Entstehung von Löchern in der Umgebung der harten Struktur gehemmt wird. Selbst wenn Löcher entstehen, wird angenommen, dass die Expansion der Löcher durch Druckkraft gehemmt werden kann. Die Verformungskraft des elastischen Körpers wirkt in die gleiche Richtung wie die Zugkraft (rechte und linke Richtung in 2), und ist eine Kraft zum Dehnen der Metallfolie ähnlich wie die Zugkraft. Die Verformungskraft wird im Übrigen auf den Teil angewandt, an dem der elastische Körper die Metallfolie berührt (unbeschichteter Teil), wie später beschrieben, und daher wird angenommen, dass die Kraft lokaler angewandt werden kann, als verglichen zum Beispiel mit der Zugkraft, die von einer Zugkraftaufbringungsvorrichtung aufgebracht wird.
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Als Nächstes wird der Mechanismus in der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf ein Diagramm der elastischen Walze in der vorliegenden Offenbarung erläutert. Wie in 3 gezeigt, berührt der unbeschichtete Teil 3 (Metallfolie 1) während des Walzens den elastischen Körper 22 in einem Paar elastischer Walzen 20 (A, B). Das Paar elastischer Walzen 20 (A, B) wird aus Dickenrichtung der Vorläuferplatte gegen den unbeschichteten Teil gedrückt oder geschoben, womit die Druckkraft (Kraft aus der Auf- und Abwärtsrichtung der Zeichnung) aufgebracht werden kann. Der elastische Körper 22 der elastischen Walzen 20 (A, B) weist eine Elastizität auf, daher wird der elastische Körper 22 durch die Druckkraft verformt und die Verformungskraft (Kraft nach links und rechts Richtung der Zeichnung) kann auf den unbeschichteten Teil 3, der den elastischen Körper 22 berührt, aufgebracht werden. Auf diese Weise können durch die Verwendung der elastischen Walze der vorliegenden Offenbarung sowohl Druckkraft als auch Verformungskraft des elastischen Körpers auf denselben Teil des unbeschichteten Teils ausgeübt werden. Dadurch kann sich der unbeschichtete Teil dehnen, ohne dass es zu einem Bruch kommt. Des Weiteren kann bei dem Verfahren zum Herstellen der Elektrode in der vorliegenden Offenbarung die Kraft zum Dehnen des unbeschichteten Teils durch die Verformungskraft des elastischen Körpers abgedeckt werden, wodurch der unbeschichtete Teil gedehnt werden kann, ohne dass eine zusätzliche Vorrichtung wie beispielsweise die Zugkraftaufbringungsvorrichtung angeordnet werden muss und es kann ebenfalls eine Miniaturisierung der Produktionsanlage ermöglicht werden.
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1. Vorbereitungsschritt
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Der Vorbereitungsschritt in der vorliegenden Offenbarung ist ein Schritt zum Vorbereiten einer Vorläuferplatte, die eine Metallfolie, einen beschichteten Teil und einen unbeschichteten Teil, welche auf der Metallfolie angeordnet sind, umfasst.
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Die Vorläuferplatte, die im Vorbereitungsschritt vorbereitet wird, umfasst eine Metallfolie, einen beschichteten Teil und einen unbeschichteten Teil.
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Beispiele für das Material der Metallfolie können Metalle umfassen, die als Material für Stromkollektoren einer Batterie verwendet werden. Details werden in „4. Elektrode“ beschrieben. Die Dicke der Metallfolie beträgt zum Beispiel 1 um oder mehr und kann 10 um oder mehr betragen. Im Übrigen beträgt die Dicke der Metallfolie zum Beispiel 100 um oder weniger.
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Der beschichtete Teil der Vorläuferplatte umfasst ein Elektrodenmaterial, das mindestens ein Aktivmaterial enthält. Außerdem ist der beschichtete Teil auf der Metallfolie angeordnet. Der beschichtete Teil wird durch den später beschriebenen dem beschichteten Teil zugeordneten Pressschritt zu einer Elektrodenschicht.
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Das Elektrodenmaterial enthält mindestens ein Aktivmaterial. Außerdem kann das Elektrodenmaterial wenigstens einen Festelektrolyten, ein leitfähiges Material und bedarfsweise ein Bindemittel enthalten. Das Aktivmaterial, das leitfähige Material und das Bindemittel werden in „4. Elektrode“ beschrieben.
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Der beschichtete Teil kann in Dickenrichtung nur auf einer ersten Oberfläche der Metallfolie angeordnet sein oder kann sowohl auf der ersten Oberfläche als auch auf einer zweiten Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt, angeordnet sein.
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Der beschichtete Teil ist vorzugsweise in der längeren Richtung (Förderrichtung) der Metallfolie angeordnet.
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Die Dicke des beschichteten Teils ist in keiner Weise beschränkt und kann in Abhängigkeit von der gewünschten Elektrodengröße adäquat angepasst werden. Die Dicke des beschichteten Teils beträgt zum Beispiel 0,2 mm oder mehr, kann 0,3 mm oder mehr und kann 0,5 mm oder mehr betragen. Im Übrigen beträgt die Dicke des beschichteten Teils zum Beispiel 1,5 mm oder weniger, kann 1,0 mm oder weniger und kann 0,6 mm oder weniger betragen.
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Die Breite des beschichteten Teils (Länge der Metallfolie in der Richtung orthogonal zur längeren Richtung) ist in keiner Weise beschränkt und kann in Abhängigkeit von der gewünschten Größe der Elektrode adäquat angepasst werden. Der Anteil der Breite des beschichteten Teils bezogen auf die Breite der Metallfolie beträgt zum Beispiel 30% oder mehr, kann 50% oder mehr betragen und kann 70% oder mehr betragen. Außerdem beträgt der Anteil 90% oder weniger und kann 80% oder weniger betragen.
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Der unbeschichtete Teil weist nicht das Elektrodenmaterial auf und ist an einer Kante des beschichteten Teils angeordnet. Der unbeschichtete Teil kann an nur einer Kante des beschichteten Teils angeordnet sein oder er kann an beiden Kanten des beschichteten Teils angeordnet sein. Außerdem kann der unbeschichtete Teil auf der Metallfolie an nur einer Kante in Richtung orthogonal zur längeren Richtung der Metallfolie angeordnet sein oder er kann an den beiden Kanten angeordnet sein.
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Der unbeschichtete Teil ist auf der Metallfolie angeordnet. Außerdem ist der unbeschichtete Teil in der Regel auf der gleichen Fläche der Metallfolie angeordnet auf der auch der beschichtete Teil angeordnet ist. Der unbeschichtete Teil ist zum Beispiel ein Teil, an dem die Metallfolie freiliegt.
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Die Breite des unbeschichteten Teils (Länge in der Richtung orthogonal zur längeren Richtung der Metallfolie) ist in keiner Weise beschränkt und kann in Abhängigkeit von der gewünschten Größe der Elektrode adäquat angepasst werden. Der Anteil der Breite des unbeschichteten Teils bezogen auf die Breite der Metallfolie beträgt zum Beispiel 3% oder mehr und kann 5% oder mehr betragen. Im Übrigen beträgt der Anteil zum Beispiel 20% oder weniger und kann 10% oder weniger betragen.
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Außerdem beträgt der Anteil der Breite des unbeschichteten Teils bezogen auf die Breite des beschichteten Teils zum Beispiel 20% oder mehr und kann 30% oder mehr betragen. Im Übrigen beträgt der Anteil zum Beispiel 50% oder weniger.
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Die Vorläuferplatte kann zum Beispiel durch Auftragen (englisch: pasting) eines Elektrodenmaterials, das ein Dispersionsmedium enthält, auf die Metallfolie und dessen Trocknung vorbereitet werden. Beispiele für das Dispersionsmedium können ein organisches Lösungsmittel wie Butylbutyrat, Dibutylether und Heptan umfassen. Das Verfahren zum Auftragen des Elektrodenmaterials ist in keiner Weise beschränkt und es kann ein allgemeines Auftrageverfahren sein. Außerdem ist die Trocknungstemperatur in keiner Weise beschränkt, wenn die Temperatur die Verflüchtigung des Dispersionsmediums zulässt.
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Die im Vorbereitungsschritt vorbereitete Vorläuferplatte kann zum Beispiel Vorläuferplatte 10 sein, die eine Linie des beschichteten Teils 2 und zwei Linien des unbeschichteten Teils 3 umfasst, die in Draufsicht in gestreifter Form an beiden Kanten des beschichteten Teils 2 angeordnet sind, wie in 4 gezeigt. Außerdem kann die Voräuferplatte, obwohl nicht veranschaulicht, eine Platte sein, die N Zeilen (N ist eine ganze Zahl von 2 oder mehr) des beschichteten Teils und den unbeschichteten Teil, der an beiden Kanten jeder der N Zeilen des beschichteten Teils angeordnet ist, umfasst. In diesem Fall ist die Zahl der Zeilen des unbeschichteten Teils N+1.
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2. Dem beschichteten Teil zugeordneter Pressschritt
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Der dem beschichteten Teil zugeordnete Pressschritt ist ein Schritt zum Pressens des beschichteten Teils in Dickenrichtung. Der dem beschichteten Teil zugeordnete Pressschritt kann vor oder nach dem später beschriebenen unbeschichteten Teil zugeordneten Pressschritt durchgeführt werden.
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Das Verfahren und die Bedingungen für den beschichteten Teil zugeordneten Pressschritt sind in keiner Weise beschränkt, solange der beschichtete Teil gepresst und gedehnt werden kann. Beispiele für das Verfahren zum Pressen können ein Walzenpressverfahren zum Presswalzen des beschichteten Teils umfassen. Zum Beispiel kann der beschichtete Teil gepresst werden, indem die Vorläuferplatte durch ein Paar Presswalzen geführt wird, so dass die Presswalzen gegen die beiden Flächen der Vorläuferplatte in Dickenrichtung gedrückt oder geschoben werden.
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Die Presskraft in dem beschichteten Teil zugeordnetem Pressschritt ist in keiner Weise beschränkt, ist jedoch vorzugsweise größer als die Presskraft im dem später beschriebenen unbeschichteten Teil zugeordnetem Pressschritt. Der Grund dafür ist, dass im beschichteten Teil der Vorläuferplatte Falten entstehen können, wenn es von einem Elektrodenmaterial (Aufschlämmung), das ein Dispersionsmedium enthält, feucht ist und eine große Dehnkraft zum Glätten der Falten erforderlich ist.
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3. Dem unbeschichteten Teil zugeordneter Pressschritt
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Der dem unbeschichteten Teil zugeordneter Pressschritt ist ein Schritt zum Pressen des unbeschichteten Teils in Dickenrichtung, vor oder nach dem beschichteten Teil zugeordneten Pressschritt. Außerdem wird, im dem unbeschichteten Teil zugeordneten Pressschritt, der unbeschichtete Teil durch ein Paar elastischer Walzen, die einen Wellenkörper und einen elastischen Körper umfassen, pressgewalzt, während der unbeschichtete Teil gegen die Dickenrichtung gedrückt oder geschoben wird.
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Durch Pressen des unbeschichteten Teils kann der unbeschichtete Teil gedehnt werden, um den Dehnungsunterschied zum beschichteten Teil auszugleichen. Dadurch kann die Entstehung von Falten in der Elektrode gehemmt werden. Der Dehnungsbetrag des unbeschichteten Teils wird adäquat an die Bedingungen in dem beschichteten Teil zugeordneten Pressvorgangs angepasst.
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Der dem unbeschichteten Teil zugeordneten Pressschritt wird hier unter Bezugnahme der Zeichnungen erläutert. 5A ist eine schematische Seitenansicht des dem unbeschichteten Teil zugeordneten Pressschritts aus der Breitenrichtung der Metallfolie. 5B ist eine schematische Draufsicht von 5A betrachtet aus der Dickenrichtung (in der Zeichnung nach oben und unten) der Vorläuferplatte. 5C ist eine schematische Frontansicht von 5A, betrachtet aus der Förderrichtung (linke und rechte Richtung der Zeichnung) der Vorläuferplatte.
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Wie in 5A und 5C gezeigt, wird in dem unbeschichteten Teil zugeordneten Pressschritt der unbeschichtete Teil 3 (Metallfolie 1) pressgewalzt, indem die Vorläuferplatte zwischen dem spezifizerten Paar elastischer Walzen 20A und 20B hindurchgeführt wird, so dass die elastischen Walzen 20A und 20B gegen die beiden Flächen der Vorläuferplatte in Dickenrichtung gedrückt oder geschoben werden.
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Die elastische Walze 20 weist in der Regel eine Walzenform auf, bei welcher der elastische Körper 22 um den Wellenkörper 21 angeordnet ist. Außerdem ist die elastische Walze, wie in 5C gezeigt, eine sogenannte Walze mit Stufen, die nur den unbeschichteten Teil pressen kann. Bei der Walzenform wird die Verformung des elastischen Körpers in Förderrichtung der Vorläuferplatte unterdrückt und die Druckkraft kann stärker sein als bei der Plattenform, weil der Wellenkörper der elastischen Walze an den elastischen Körper gebunden ist. Außerdem kann die Verformungsrichtung des elastischen Körpers stabilisiert und die Entstehung von Falten kann des Weiteren gehemmt werden.
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Die Materialien des Wellenkörpers sind in keiner Weise beschränkt, ein Material mit größerem Kompressionsmodul als der des elastischen Körpers ist jedoch vorzuziehen. Beispiele für das Material des Wellenkörpers können ein Metall umfassen.
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Der elastische Körper ist in keiner Weise beschränkt, solange er eine Elastizität aufweist und Beispiele hierfür können ein Gummi und ein Harz wie Urethan umfassen.
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Der elastische Körper weist vorzugsweise den spezifizierten Kompressionsmodul auf. Der Kompressionsmodul beträgt zum Beispiel 10 MPa oder mehr, kann 11,1 MPa oder mehr, kann 15 MPa oder mehr und kann 20 MPa oder mehr betragen. Im Übrigen beträgt der Kompressionsmodul zum Beispiel 90 MPa oder weniger, kann 86,1 MPa oder weniger, kann 60 MPa oder weniger, kann 40 MPa oder weniger und kann 35 MPa oder weniger betragen. Wenn der Kompressionsmodul zu niedrig ist, wäre die Verformung des elastischen Körpers zu groß und es würde eine zu große Verformungskraft auf den unbeschichteten Teil aufgebracht. Infolgedessen besteht die Gefahr, dass ein Bruch nicht ausreichend gehemmt werden kann. Ist der Kompressionsmodul auf der anderen Seite zu hoch, lässt sich der elastische Körper nicht ohne Weiteres verformen und es besteht die Gefahr, dass die Verformungskraft nicht ausreichend auf den unbeschichteten Teil aufgebracht werden kann.
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Wie in 5B gezeigt, kann die Breite W1 des elastischen Körpers größer sein als die Breite W2 des unbeschichteten Teils. W1/W2 beträgt zum Beispiel 1,1 oder mehr, kann 1,2 oder mehr und kann 1,3 oder mehr betragen.
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Wie in 5A und 5C gezeigt, beträgt T1/T2, wenn T1 die Dicke des elastischen Körpers bezeichnet und T2 die Dicke des beschichteten Teils, zum Beispiel 4 oder mehr, kann 5 oder mehr, kann 10 oder mehr und kann 15 oder mehr betragen. Im Übrigen beträgt T1/T2 zum Beispiel 40 oder weniger, kann 33,3 oder weniger, kann 30 oder weniger, kann 25 oder weniger und kann 20 oder weniger betragen. Übrigens ist die Dicke (T1) des elastischen Körpers typischerweise ein Wert, der erhalten wird, wenn der Radius des Wellenkörpers vom Radius der elastischen Walze subtrahiert wird.
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In der vorliegenden Offenbarung ist die Kompressionskraft beim Pressen des unbeschichteten Teils in keiner Weise beschränkt, wird jedoch vorzugsweise auf Grundlage des Materials des elastischen Körpers, das verwendet werden soll, des Materials der Metallfolie und des erforderlichen Dehnungbetrags adäquat eingestellt. Die Druckbelastung beträgt zum Beispiel 2 kgf/cm oder mehr, kann 2,1 kgf/cm oder mehr, kann 5 kgf/cm oder mehr und kann 10 kgf/cm oder mehr betragen. Im Übrigen beträgt der lineare Druck zum Beispiel 40 kgf/cm oder weniger, kann 36 kgf/cm oder weniger, kann 30 kgf/cm oder weniger und kann 20 kgf/cm oder weniger betragen. Übrigens wird das Verfahren zum Erhalt der Kompressionskraft (linearer Druck) in den Beispielen beschrieben.
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Wenn die Verformungskraft durch die elastische Walze auf den unbeschichteten Teil aufgebracht wird, kann der unbeschichtete Teil gedehnt werden. Deshalb kann im dem unbeschichteten Teil zugeordneten Pressschritt in der vorliegenden Offenbarung die Zugkraft verglichen damit, dass die elastische Walze nicht verwendet wird (wie beispielsweise bei Verwendung einer Metallwalze), verringert werden. Die Zugkraft, die beim Pressen des unbeschichteten Teils aufgebracht wird, beträgt zum Beispiel 100 N oder weniger, kann 70 N oder weniger und kann 50 N oder weniger betragen. Im Übrigen beträgt die Zugkraft zum Beispiel 30 N oder mehr. Die Zugkraft kann zum Beispiel durch eine Zugkraftaufbringungsvorrichtung aufgebracht werden.
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Der dem unbeschichteten Teil zugeordnete Pressschritt wird vor oder nach dem beschichteten Teil zugeordneten Pressschritt durchgeführt. Mit anderen Worten, der dem unbeschichteten Teil zugeordnete Pressschritt kann: (i) vor dem beschichteten Teil zugeordneten Pressschritt, jedoch nicht nach dem beschichteten Teil zugeordneten Pressschritt durchgeführt werden; (ii) nicht vor dem beschichteten Teil zugeordneten Pressschritt, jedoch nach dem beschichteten Teil zugeordneten Pressschritt durchgeführt werden; und (iii) vor dem beschichteten Teil zugeordneten Pressschritt und des Weiteren nach dem beschichteten Teil zugeordneten Pressschritt durchgeführt werden.
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4. Elektrode
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Bei der nach dem Verfahren der vorliegenden Offenbarung herzustellenden Elektrode wird auf mindestens einer Fläche der Metallfolie eine Elektrodenschicht gebildet. Übrigens handelt es sich bei der Elektrodenschicht um eine Schicht, die durch Pressen des beschichteten Teils erhalten wird. Die nach dem Verfahren der vorliegenden Offenbarung herzustellende Elektrode kann eine Kathode oder eine Anode sein.
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Die Metallfolie funktioniert typischerweise als stromsammelnde Folie (Stromkollektor). Mit anderen Worten, die Metallfolie kann ein Kathodenstromkollektor oder ein Anodenstromkollektor sein. Wenn die Metallfolie der Kathodenstromkollektor ist, können Beispiele für das Material der Metallfolie Al, Edelstahl (SUS) und Ni umfassen. Wenn die Metallfolie der Anodenstromkollektor ist, können Beispiele für das Material der Metallfolie Cu, Edelstahl (SUS) und Ni umfassen.
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Die Elektrodenschicht enthält mindestens ein Aktivmaterial. Wenn die Elektrodenschicht eine Kathodenschicht ist, ist das Aktivmaterial ein Kathodenaktivmaterial. Typische Beispiele für das Kathodenaktivmaterial können ein Oxid-Aktivmaterial umfassen. Beispiele für das Oxid-Aktivmaterial können ein Aktivmaterial vom Typ Steinsalzbett wie LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2, LiVO2 und LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, ein Aktivmaterial vom Typ Spinell wie LiMn2O4 und Li (Ni0,5Mn1,5) O4 und ein Aktivmaterial vom Typ Olivin wie LiFePO4, LiMnPO4, LiNiPO4, und LiCuPO4 umfassen.
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Wenn die Elektrodenschicht eine Anodenschicht ist, ist das Aktivmaterial ein Anodenaktivmaterial. Beispiele für das Anodenaktivmaterial können ein Kohlenstoff-Aktivmaterial, ein Oxid-Aktivmaterial und ein Metall-Aktivmaterial umfassen. Beispiele für das Kohlenstoff-Aktivmaterial können Methocarbon-Mikrokügelchen (Methocarbon Microbeads, MCMB), hochorientiertes pyrolytisches Graphit (Highly Oriented Pyrolytic Graphite, HOPG), harten Kohlenstoff und weichen Kohlenstoff umfassen. Beispiele für das Oxid-Aktivmaterial können Nb2O5, Li4Ti5O12, und SiO umfassen. Beispiele für das Metall-Aktivmaterial können In, Al, Si und Sn umfassen.
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Außerdem kann die Elektrodenschicht je nach Bedarf mindestens eins von einem Festelektrolyten, einem leitfähigen Material und einem Bindemittel enthalten.
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Beispiele für den Festelektrolyten können einen anorganischen Festelektrolyten umfassen. Beispiele für einen anorganischen Festelektrolyten können ein Sulfid-Festelektrolyt, ein Oxid-Festelektrolyt, ein Nitrid-Festelektrolyt und ein Halogenid-Festelektrolyt umfassen. Außerdem zeigt der anorganische Festelektrolyt vorzugsweise zum Beispiel eine Li-Ionenleitfähigkeit.
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Beispiele für das leitfähige Material können ein Kohlenstoffmaterial, ein Metallpartikel und ein leitfähiges Polymer umfassen. Beispiele für das Kohlenstoffmaterial können ein teilchenförmiges Kohlenstoffmaterial wie Acetylenruß (Acetylene Black, AB), Ketjenruß (Ketjen Black, KB) und ein Faser-Kohlenstoffmaterial wie Kohlenstofffasern, Kohlenstoffnanoröhren (Carbon Nano Tubes, CNT) und Kohlenstoffnanofasern (Carbon Nano Fibres, CNF) umfassen. Außerdem können Beispiele für ein Bindemittel ein fluorhaltiges Bindemittel wie Polyvinylidenfluorid (PVDF) und Polytetrafluorethylen (PTFE), ein kautschukbasiertes Bindemittel wie Butadienkautschuk und ein Acryl-Bindemittel umfassen.
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Beispiele für die Anwendungen der Elektrode in der vorliegenden Offenbarung können eine Li-Ionen-Batterie umfassen. Außerdem kann die Batterie in der vorliegenden Offenbarung auch eine Festkörperbatterie sein, bei der die Elektrolytschicht einen anorganischen Festelektrolyten enthält. Die Anwendung der Batterie in der vorliegenden Offenbarung ist in keiner Weise beschränkt und Beispiele hierfür können eine Energiequelle für Fahrzeuge wie hybrid-elektrische Fahrzeuge (Hybrid Electric Vehicles, HEV), plug-inhybrid-elektrische Fahrzeuge (Plug-In Hybrid Electic Vehicles, PHEV), batterie-elektrische Fahrzeuge (Battery Electric Vehicles, BEV), benzinbetriebene Automobile und dieselbetriebene Automobile umfassen. Insbesondere wird sie vorzugsweise als Energiequelle für den Antrieb von hybridelektrischen Fahrzeugen und batterie-elektrischen Fahrzeugen verwendet. Die Batterie in der vorliegenden Offenbarung kann auch als Energiequelle für andere bewegliche Objekte als Fahrzeuge (wie beispielsweise Schienenfahrzeuge, Schiffe und Flugzeuge) verwendet werden und kann als Energiequelle für elektronische Produkte wie Informationsverarbeitungsgeräte verwendet werden.
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Übrigens ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt. Die Ausführungsformen sind beispielhaft und es ist beabsichtigt, dass alle anderen Variationen im technischen Rahmen der vorliegenden Offenbarung liegen, wenn sie im wesentlichen denselben Aufbau wie die in den Ansprüchen der vorliegenden Offenbarung beschriebene technische Idee aufweisen und eine ähnliche Betriebsweise und einen ähnlichen Effekt zeigen.
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Beispiele
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[Beispiel 1]
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Eine Elektrodenmischung, die ein Dispersionsmedium enthält, wurde auf eine Fläche einer Aluminiumfolie (1N30), die eine Dicke von 12 um aufweist, aufgetragen, so dass die Dicke 500 um betrug, und getrocknet. Dabei wurde die Verläuferplatte 10 mit dem beschichteten Teil 2 und dem unbeschichteten Teil 3, wie in 4 gezeigt, vorbereitet.
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Außerdem wurde eine elastische Walze (Walze mit Stufen), die durch Anordnen eines elastischen Körpers auf der Oberfläche eines Wellenkörpers (50 mm Durchmesser) gebildet wurde, vorbereitet. Die Dicke des elastischen Körpers betrug 10 mm. Der Kompressionsmodul des elastischen Körpers, welcher verwendet wurde, wurde auf die folgende Weise gemessen. Zunächst wurde der elastische Körper auf die Größe von 10 mm x 10 mm x 10 mm eingestellt. An diesem elastischen Körper wurde ein Autograph so betrieben, dass die Kompressionsverformungsrate (Verformungsrate) im ersten Zyklus 0% bis 25% bis 0% und im zweiten Zyklus 0% bis 25% betrug, und so wurde die Beziehung zwischen der Verformungsrate und der Spannung gemessen. Der Kompressionsmodul wurde anhand der folgenden Formel berechnet, wobei die Spannung (σ
10) verwendet wurde, als die Verformungsrate im zweiten Zyklus 10% betrug. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
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Indem die vorbereitete Vorläuferplatte und die elastische Walze verwendet wurden, wurde die maximale Dehnung des unbeschichteten Teils wie folgt berechnet.
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Zunächst wurden, wie in
6A gezeigt, im unbeschichteten Teil 3 (Metallfolie 1) der Vorläuferplatte 10 zwei Linien an beliebigen Positionen in der längeren Richtung gezogen und eine Länge (L
0) zwischen den Linien vor dem Pressen gemessen. Als Nächstes wurde, wie in
5A bis
5C gezeigt, der unbeschichtete Teil mit einem Paar elastischer Walzen gepresst, während der unbeschichtete Teil gegen die Dickenrichtung gedrückt oder geschoben wurde. Dann wurde, wie in
6B und
6C gezeigt, der unbeschichtete Teil nach dem Pressen aus der Vorläuferplatte herausgeschnitten und die Länge (L
1) zwischen den Linien nach dem Pressen gemessen. Die Dehnung (%) wurde anhand der untenstehenden Formel berechnet. Übrigens wurde der unbeschichtete Teil gepresst, während eine Zugkraft von 50 N auf die Vorläuferplatte ausgeübt wurde.
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Die Drucklast auf die elastische Walze wurde schrittweise erhöht und die maximale Dehnung, bei der kein Bruch auftrat, wurde als Bruchgrenzdehnung erhalten. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
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Außerdem wurde die Last (linearer Druck) beim Auftreten des Bruchs anhand folgender Formel berechnet. Die Ergebnisse sind zusammen in Tabelle 1 gezeigt.
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[Beispiele 2 bis 7]
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Für die Beispiele 2 bis 4 und 6 wurden die Vorläuferplatte und die elastische Walze jeweils in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der elastische Körper mit dem in Tabelle 1 gezeigten Kompressionsmodul verwendet wurde. Für die Beispiele 5 und 7 wurden die Vorläuferplatte und die elastische Walze jeweils auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 vorbereitet, mit der Ausnahme, dass der elastische Körper mit dem in Tabelle 1 gezeigten Kompressionsmodul verwendet wurde und die Dicke des elastischen Körpers auf 1 mm geändert wurde. Die Bruchgrenzdehnung und die Belastung beim Auftreten des Bruchs wurden jeweils unter Verwendung der vorbereiteten Vorläuferplatte und den elastischen Walzen auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
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[Vergleichsbeispiel 1]
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Eine Vorläuferplatte wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 vorbereitet. Die Bruchgrenzdehnung, wenn nur Zugkraft aufgebracht wurde, wurde für den unbeschichteten Teil dieser Vorläuferplatte wie folgt erhalten. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
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Der unbeschichtete Teil (Aluminiumfolie) wurde aus der Vorläuferplatte ausgestanzt, und es wurde ein Zugtest mit einem Autograph durchgeführt. Die Bruchgrenzendehnung ε
max der Aluminiumfolie wurde aus der folgenden Formel erhalten:
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Übrigens, wie in 7A und 7B gezeigt, ist εA die Verformung (%), als der Bruch auftrat, und εB ist der Rückfederungsbetrag (%) von 1,0% Verformung.
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[Vergleichsbeispiel 2]
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Die Bruchgrenzdehnung und die Last als der Bruch auftrat wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1, mit der Ausnahme das anstelle der elastischen Walze eine Walze aus Metall verwendet wurde, berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. [Tabelle 1]
| Bsp. 1 | Bsp. 2 | Bsp. 3 | Bsp. 4 | Bsp. 5 | Bsp. 6 | Bsp. 7 |
Verfahren zum Dehnen | elastische Walze | elastische Walze | elastische Walze | elastische Walze | elastische Walze | elastische Walze | elastische Walze |
Kompressionsmodul [MPa] | 11.1 | 17.3 | 19.6 | 24.6 | 24.6 | 31.9 | 86.1 |
Durchmesser des Wellenkörpers [mm] | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 |
Dicke des elastische Körpers [mm] | 10 | 10 | 10 | 10 | 1 | 10 | 1 |
Fördergeschwindigkeit [m/min] | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
Last als der Bruch auftrat [kgf/cm] | 2.1 | 5.3 | 9.0 | 14.4 | 1.5 | 24.9 | 36 |
Bruchgrenzdehnung [%] | 1.5 | 1.5 | 1.8 | 2.1 | 2.1 | 3.8 | 15.8 |
[Tabelle 2]
| Vergleichs-Beispiel 1 | Vergleichs-Beispiel 2 |
Verfahren zum Dehnen | Zugkraft | Metallwalze |
Kompressionsmodul [MPa] | - | 193000 |
Durchmesser des Wellenkörpers [mm] | - | 50 |
elastische Körperdicke [mm] | | |
Fördergeschwindigkeit [m/min] | - | 10 |
Last, als der Bruch auftrat [kgf/cm] | - | 200 |
Bruchgrenzdehnung [%] | 1.0 | 0.1 |
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Wie in Tabelle 1 und Tabelle 2 gezeigt, verbesserte sich die Bruchgrenzdehnung der Beispiele 1 bis 7 im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 1. Aus diesem Ergebnis wurde bestätigt, das der Bruch des unbeschichteten Teils stärker gehemmt wurde, wenn sowohl Verformungskraft als auch Druckkraft durch die elastische Walze auf den unbeschichteten Teil ausgeübt wurde, verglichen damit, wenn nur Zugkraft ausgeübt wurde. Außerdem wurde in den Beispielen 1 bis 7 und in 8 bestätigt, dass die Bruchgrenzdehnung umso stärker anstieg, je größer der Kompressionsmodul der elastischen Walze war, was bedeutet, dass der Effekt des Hemmens eines Bruchs des unbeschichteten Teils hoch war. Im Vergleichsbeispiel 2 hingegen, als die Metallwalze mit gro-ßem Kompressionsmodul verwendet wurde, dehnte sich das unbeschichtete Teil kaum, es kam jedoch zum Bruch. Dies lag vermutlich daran, dass sich die Metallwalze kaum verformte und keine ausreichende Verformungskraft auf den unbeschichteten Teil aufgebracht wurde. Auch bei den Beispielen 4 und 5 änderte sich die Bruchgrenzdehnung nicht, selbst wenn die Dicke des elastischen Körpers verändert wurde.
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[Bezugnehmend auf die Beispiele 1 und 11]
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Es wurde jeweils eine elastische Walze vorbereitet, deren Dicke des elastischen Körpers auf den in Tabelle 3 gezeigten Wert eingestellt wurde. Außerdem wurde eine Vorläuferplatte hergestellt, dessen Dicke des beschichteten Teils auf den in Tabelle 3 gezeigten Wert eingestellt wurde. Unter Verwendung dieser elastischen Walzen und Vorläuferplatte wurde das Presswalzen so durchgeführt, dass die elastische Walze auf dem beschichteten Teil aufliegt, wie in
9 gezeigt. Nach dem Pressen wurde das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Brüchen (Auflagebruch) in der Elektrodenfolie bestätigt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt. Übrigens wurde die Walzenpresse mit einer Druckkraft so gepresst, dass der unbeschichteten Teil einen Dehnungsbetrag von 2% aufwies. Außerdem wurde in der elastischen Walze ein elastischer Körper verwendet, der einen Kompressionsmodul von 19,6 MPa aufwies. [Tabelle 3]
| Dicke des elastischen Körpers [mm] | Dicke des beschichteten Teils [mm] | Anteil von Dicke des elastischen Körpers / Dicke des beschichteten Teils | Auflagebruch |
Vergleichsbeispiel 1 | 10 | 0.3 | 33.3 | Nichtvorhanden |
Vergleichsbeispiel 2 | 10 | 0.5 | 20.0 | Nichtvorhanden |
Vergleichsbeispiel 3 | 10 | 0.6 | 16.7 | Nichtvorhanden |
Vergleichsbeispiel 4 | 5 | 0.3 | 16.7 | Nichtvorhanden |
Vergleichsbeispiel 5 | 5 | 0.5 | 10.0 | Nichtvorhanden |
Vergleichsbeispiel 6 | 5 | 0.6 | 8.3 | Nichtvorhanden |
Vergleichsbeispiel 7 | 2 | 0.3 | 6.7 | Nicht- |
| | | | vorhanden |
Vergleichsbeispiel 8 | 2 | 0.5 | 4.0 | Nichtvorhanden |
Vergleichsbeispiel 9 | 2 | 0.6 | 3.3 | Vorhanden |
Vergleichsbeispiel 10 | 1 | 0.3 | 3.3 | Vorhanden |
Vergleichsbeispiel 11 | 0.5 | 0.3 | 1.7 | Vorhanden |
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Beim Pressen des unbeschichteten Teils wurde der unbeschichtete Teil durch die Verformungskraft des elastischen Körpers gedehnt, daher wurde die spezifizierte Druckkraft auf die elastische Walze aufgebracht und die Last wurde auf den elastischen Körper aufgebracht. In dem Zustand, in dem die elastische Walze auf den beschichteten Teil auflag, wurde mehr Last auf den elastischen Körper dort wo sie auflag ausgeübt und die Verformungskraft des elastischen Körpers nahm zu. Infolgedessen kam es zum Auflagebruch. Wenn andererseits die Dicke des elastischen Körpers im Verhältnis zur Dicke des beschichteten Teils ausreichend groß war, konnte die Wirkung der auf den beschichteten Teil ausgeübten Last verringert und der Einfluss auf die Verformungskraft des elastischen Körpers reduziert werden. Infolgedessen konnte der Auflagebruch gehemmt werden.
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Wie in Tabelle 3 gezeigt, kam es zu einem Auflagebruch, wenn die Dicke des elastischen Körpers weniger als das 4-fache der Dicke des beschichteten Teils betrug. Aus den Ergebnissen der Referenzbeispiele wurde für den Fall, dass die elastische Walze mäandert und auf dem beschichteten Teil aufliegt, vorgeschlagen, dass die Dicke des elastischen Körpers in Bezug auf die Dicke des beschichteten Teils vorzugsweise das 4-Fache oder mehr beträgt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Metallfolie
- 2
- beschichteter Teil
- 3
- unbeschichteter Teil
- 10
- Vorläuferfolie
- 21
- Wellenkörper
- 22
- elastischer Körper
- 20
- elastische Walze
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 5760366 B [0003]
- JP 2014220113 A [0003]
- JP 2019102172 A [0003]