DE112013004570T5

DE112013004570T5 - Lithium-ionen-sekundärzelle

Info

Publication number: DE112013004570T5
Application number: DE112013004570.2T
Authority: DE
Inventors: c/o Toyota Jidosha Kabushiki K Uchida Yozo
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2013-09-05
Publication date: 2015-06-25
Also published as: JPWO2014045884A1; WO2014045884A1; US9673455B2; JP6028802B2; CN104620423A; CN104620423B; US20150194680A1; KR20170034923A; KR101932866B1; KR20150038003A

Abstract

Eine Lithium-Ionen-Sekundärzelle (100) hat eine Elektrodenplatte (101), in der auf einer Stromsammelfolie (Z) eine Mischungsschicht (53) ausgebildet ist, die gepulverte Mischungspartikel (51) umfasst. Auf der Stromsammelfolie (Z) wird Folgendes vorgesehen: ein mit bindendem Material beschichteter Bereich (ZT1), auf dem eine bindende Materialschicht mit gemusterten Markierungen ausgebildet ist; und ein nicht mit bindendem Material beschichteter Bereich (ZT2), auf dem keine bindende Materialschicht ausgebildet ist. Die Mischungspartikel (51) enthalten zumindest ein Elektrodenaktivmaterial (K) und ein bindendes Material (B2). Die Mischungsschicht (53) wird auf dem mit dem bindenden Material beschichteten Bereich (ZT1) und dem nicht mit dem bindenden Material beschichteten Bereich (ZT2) ausgebildet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich auf eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie und insbesondere auf eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie, die einen Elektrodenkörper aufweist, der darauf eine Stromsammelfolie ausgebildet hat mit einer Mischungsschicht auf der Stromsammelfolie, die aus gepulverten Mischungspartikeln besteht, die Elektrodenaktivmaterial enthalten.
STAND DER TECHNIK
In den letzten Jahren gibt es mit der zunehmenden Popularität von Hybridfahrzeugen, Elektrofahrzeugen und anderen Fahrzeugen einen steigenden Bedarf für Lithium-Ionen-Sekundärbatterien, die in Antriebsleistungsquellen von ihnen zu verwenden sind. Dementsprechend steigt die Notwendigkeit für eine hohe Ausgangsleistung. Um die hohe Ausgangsleistung einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie zu realisieren, ist es notwendig, während einer großen Stromabgabe den Energieverlust zu reduzieren. Somit hat zuletzt die Technik, den Innenwiderstand einer Elektrodenlage zu reduzieren, Beachtung gefunden.
Als Technik zum Reduzieren des Innenwiderstands einer Elektrodenlage offenbart zum Beispiel das Patentdokument 1 eine Erfindung, die eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie betrifft, bei der auf mindestens einer Oberfläche einer Stromsammelfolie eine Klebstoffschicht ausgebildet wird und auf die Klebstoffschicht ein geladenes Elektrodenmaterial (Komplexpartikel, die Elektrodenaktivmaterial enthalten) aufgebracht wird, um eine Elektrodenschicht auszubilden.
BEKANNTE DOKUMENTE
PATENTDOKUMENTE

Patentdokument 1: JP 2011-216504 A

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Allerdings bedeckt die Klebstoffschicht bei der Technik des Patentdokuments 1 die gesamte Oberfläche der Stromsammelfolie. Die Klebstoffschicht besteht im Allgemeinen hauptsächlich aus einem bindenden Material oder einem Bindemittel, das ein hohes Isoliervermögen hat. Dies würde das Problem hervorrufen, dass das Bindemittel, das die Stromsammelfolie bedeckt, zwischen der Stromsammelfolie und dem Elektrodenmaterial als eine dünne isolierende Beschichtung oder Schicht zurückbleibt, was in Vertikalrichtung zu einer Zunahme des Innenwiderstands in der Elektrodenlage führt (was im Folgenden als "Eindringwiderstand" bezeichnet wird, wobei der unter einer Niedrigtemperaturumgebung zu messende Reaktionswiderstand einer Zelle oder einer Batterie insbesondere als "Niedrigtemperatur-Reaktionswiderstand" bezeichnet wird).
Um den Eindringwiderstand in der Elektrodenlage zu reduzieren, ist es andererseits denkbar, die Klebstoffschicht dünn auszubilden. In diesem Fall neigt das Elektrodenmaterial jedoch dazu, sich von der Stromsammelfolie abzuschälen. Wenn sich das Elektrodenmaterial von mehreren Stellen oder Bereichen abschält, ist es im Gegenzug wahrscheinlich, dass der Eindringwiderstand zunimmt. Daher gibt es eine Grenze, die Klebstoffschicht zu dem Zweck, einen gewissen Grad an Schälfestigkeit zu gewährleisten und den Eindringwiderstand zu reduzieren, dünner zu machen.
Die Erfindung erfolgte, um die obigen Probleme zu lösen, und sie hat den Zweck, eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie zur Verfügung zu stellen, die dazu imstande ist, eine hohe Schälfestigkeit zwischen einer Stromsammelfolie und einem Elektrodenmaterial zu bewahren und außerdem den Eindringwiderstand einer Elektrodenlage zu reduzieren.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME

(1) Um das obige Ziel zu erreichen, sieht eine Ausgestaltung der Erfindung eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie vor, die eine Elektrodenlage aufweist, die auf einer Stromsammelfolie eine Mischungsschicht ausgebildet hat, die aus gepulverten Mischungspartikeln besteht, wobei die Stromsammelfolie einen mit Bindemittel beschichteten Bereich, in dem auf der Stromsammelfolie eine Bindemittelschicht in einer Mustergestaltung ausgebildet ist, und einen nicht mit Bindemittel beschichteten Bereich aufweist, in dem die Bindemittelschicht nicht ausgebildet ist, und die Mischungspartikeln zumindest ein Elektrodenaktivmaterial und ein Bindemittel aufweisen und die Mischungsschicht auf dem mit Bindemittel beschichteten Bereich und dem nicht mit Bindemittel beschichteten Bereich ausgebildet ist. Dabei stellt die Mustergestaltung ein verteiltes Fleckenmuster, das aus Kreisen, Ellipsen oder anderen Formen besteht, die in Draufsicht regelmäßig verteilt sind, oder ein lineares Muster dar, das aus vertikalen Linien, schrägen Linien, Gitterlinien oder anderen Linien besteht, die in Draufsicht regelmäßig verteilt sind.

Gemäß der obigen Ausgestaltung ist die Stromsammelfolie darauf mit dem mit Bindemittel beschichteten Bereich, in dem die Bindemittelschicht in der Mustergestaltung ausgebildet ist, und dem nicht mit Bindemittel beschichteten Bereich versehen, in dem die Bindemittelschicht nicht ausgebildet ist. Genauer sind auf der Oberfläche der Stromsammelfolie der mit Bindemittel beschichtete Bereich, der mit dem Bindemittel einer vorbestimmten Dicke beschichtet ist, und der nicht mit Bindemittel beschichtete Bereich ausgebildet, der mit keinem Bindemittel beschichtet ist.
Die auf dem mit Bindemittel beschichteten Bereich ausgebildete Mischungsschicht ist somit mittels der Bindemittelschicht, die auf der Oberfläche der Stromsammelfolie auf regelmäßig verteilte Weise ausgebildet ist, auf der Stromsammelfolie ausgebildet. Dementsprechend sind die Stromsammelfolie und die Mischungsschicht mittels der Bindemittelschicht aneinander gebunden, wodurch eine Steigerung der Schälfestigkeit zwischen der Stromsammelfolie und dem Elektrodenmaterial ermöglicht wird.
Dabei weisen die Mischungspartikel zumindest das Elektrodenaktivmaterial und das Bindemittel auf. Somit können die Elektrodenaktivmaterialpartikel mittels des Bindemittels, das in dem Pulver der Mischungspartikel enthalten ist, aneinander gebunden sein.
Folglich sind gleichzeitig, wie die Stromsammelfolie und das Elektrodenaktivmaterial mittels des Bindemittels des mit Bindemittel beschichteten Bereichs, der auf der Oberfläche der Stromsammelfolie in der Mustergestaltung ausgebildet ist, aneinander gebunden sind, auch die Elektrodenaktivmaterialpartikel mittels des Bindemittels, das in dem Mischungspartikelpulver enthalten ist, aneinander gebunden. Somit kann die Mischungsschicht, die auf dem nicht mit Bindemittel beschichteten Bereich ausgebildet ist, auf der Stromsammelfolie mittels der gebundenen Elektrodenaktivmaterialpartikel vollständig in einem Bindungszustand gehalten werden. Dementsprechend kann auch die Mischungsschicht, die auf dem nicht mit Bindemittel beschichteten Bereich ausgebildet ist, bezüglich der Stromsammelfolie Schälfestigkeit gewährleisten.
Andererseits sind auf der Stromsammelfolie die nicht mit Bindemittel beschichteten Bereiche, die ohne Bindemittelschicht ausgebildet sind, regelmäßig verteilt. Jeder nicht mit Bindemittel beschichtete Bereich bildet einen freiliegenden Abschnitt der Oberfläche der Stromsammelfolie. Somit erlauben die nicht mit Bindemittel beschichteten Bereiche der Stromsammelfolie und dem Elektrodenaktivmaterial, sich einander direkt auf regelmäßig verteilte Weise zu berühren.
In dem nicht mit Bindemittel beschichteten Bereich berühren sich folglich die Stromsammelfolie und das Elektrodenaktivmaterial einander direkt, ohne dass die Bindemittelschicht eingefügt wäre, die dazwischen als ein isolierender Körper dient, sodass ein leitfähiger Weg ausgebildet werden kann, der als ein elektrisch leitender Weg dient. Dies kann zu einer Reduzierung des Eindringwiderstands in der Elektrodenlage beitragen. Es ist daher möglich, eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie zur Verfügung zu stellen, die dazu imstande ist, zwischen der Stromsammelfolie und dem Elektrodenmaterial eine hohe Schälfestigkeit zu bewahren und außerdem den Eindringwiderstand der Elektrodenlage zu reduzieren.

(2) In der in (1) beschriebenen Lithium-Ionen-Sekundärbatterie ist der mit Bindemittel beschichtete Bereich auf der Stromsammelfolie in Draufsicht vorzugsweise als verteilte Musterflecken ausgebildet.

Gemäß der obigen Ausgestaltung sind die mit Bindemittel beschichteten Bereiche auf der Stromsammelfolie in Draufsicht in dem verteilten Fleckenmuster (als verteilte Musterflecken) ausgebildet. Verglichen mit einem linearen Muster sind die verteilten Musterflecken daher über eine Ebene hinweg gleichmäßig verteilt, und die Form des Musters ist stabiler, und es ist weniger wahrscheinlich, dass ein Mangel vorliegt. Dementsprechend ermöglicht diese Gestaltung es, dass die Schälfestigkeit der auf der Stromsammelfolie ausgebildeten Mischungsschicht gleichmäßig und stabil gewährleistet wird und dass auch der Eindringwiderstand gleichmäßig und stabil reduziert wird.

(3) In der in (2) beschriebenen Lithium-Ionen-Sekundärbatterie haben die verteilten Musterflecken vorzugsweise jeweils eine Breite von 10 bis 15 µm und einen Teilungsabstand von 23 bis 40 µm.

Da die verteilten Musterflecken jeweils eine Breite von 10 bis 15 µm und einen Teilungsabstand von 23 bis 40 µm haben, können die verteilten Musterflecken, die jeweils eine vorbestimmte Größe haben, gleichmäßiger ausgebildet werden. Dies ermöglicht es, die Schälfestigkeit der auf der Stromsammelfolie ausgebildeten Mischungsschicht stabil zu gewährleisten und auch stabil den Eindringwiderstand zu reduzieren.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Die Erfindung kann eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie zur Verfügung stellen, die dazu imstande ist, zwischen einer Stromsammelfolie und einem Elektrodenmaterial eine hohe Schälfestigkeit zu bewahren und auch den Eindringwiderstand einer Elektrodenlage zu reduzieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schnittansicht einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie in einem Ausführungsbeispiel;
2 ist ein ausführliches Elektrodenschaubild (eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils B) der in 1 gezeigten Lithium-Ionen-Sekundärbatterie;
3 stellt einen Teil einer Fertigungsvorrichtung zum Anfertigen einer Elektrodenlage der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie in einem ersten Ausführungsbeispiel dar;
4A stellt ein Beispiel einer Mustergestaltung (elliptische Form) einer Gravierung bei der in 3 gezeigten Fertigungsvorrichtung dar;
4B stellt ein Beispiel einer Mustergestaltung (Diamantform) einer Gravierung bei der in 3 gezeigten Fertigungsvorrichtung dar;
4C stellt ein Beispiel einer Mustergestaltung (vertikale Linienform) einer Gravierung bei der in 3 gezeigten Fertigungsvorrichtung dar;
4D stellt ein Beispiel einer Mustergestaltung (schräge Linienform) einer Gravierung bei der in 3 gezeigten Fertigungsvorrichtung dar;
4E stellt ein Beispiel einer Mustergestaltung (Gittermuster) einer Gravierung bei der in 3 gezeigten Fertigungsvorrichtung dar;
5 ist eine schematische Schnittdarstellung einer Mischungsschicht in der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie in diesem Ausführungsbeispiel;
6 ist eine schematische Schnittdarstellung einer Mischungsschicht in diesem Ausführungsbeispiel, die derart gestaltet ist, dass ein freiliegender Oberflächenanteil einer Stromsammelfolie weniger als 10% beträgt;
7 ist eine grafische Darstellung, die einen Zusammenhang zwischen dem freiliegenden Oberflächenanteil der Stromsammelfolie und einem Niedrigtemperatur-Reaktionswiderstand in einer negativen Elektrodenlage im ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
8 ist eine grafische Darstellung, die den Einfluss auf den Niedrigtemperatur-Reaktionswiderstand der negativen Elektrodenlage im ersten Ausführungsbeispiel durch den Gehalt eines Bindemittels in einem mit Bindemittel beschichteten Bereich und einen Unterscheid zwischen einem Trockenverfahren und einem Nassverfahren zeigt;
9 stellt einen Teil einer Fertigungsvorrichtung zum Anfertigen einer Elektrodenlage einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie in einem zweiten Ausführungsbeispiel dar;
10 ist eine schematische Darstellung, die eine Aufbringungsweise einer Bindemittel-Beschichtungsflüssigkeit auf eine Stromsammelfolie unter Verwendung einer gravierten Gravurwalze erläutert, die darauf in einem verteilten Muster mit gravierten Vertiefungen ausgebildet ist;
11 ist eine Schnittansicht, die einen Kontaktwinkel eines auf eine feste Oberfläche gefallenen Tröpfchens zeigt;
12 ist eine schematische Darstellung, die eine Art und Weise erläutert, in der die Bindemittel-Beschichtungsflüssigkeit in nutartigen Vertiefungen mit einem Schnittpunkt, an dem sich die Vertiefungen miteinander schneiden, zum Schnittpunkt hin schrumpft;
13 ist eine Draufsicht nutartiger Vertiefungen in einem dritten Ausführungsbeispiel;
14 ist eine Schnittdarstellung entlang A-A in 13;
15 ist eine Draufsicht, die schematisch ein REM-Bild der Beschichtungsflüssigkeit zeigt, die auf eine Stromsammelfolie unter der Bedingung aufgebracht wurde, dass verteilte Musterflecken von mit Bindemittel beschichteten Bereichen jeweils eine Breite von 10 µm, einen Teilungsabstand von 23 µm und eine Dicke von 5 µm haben;
16 ist eine Draufsicht, die schematisch ein REM-Bild der Beschichtungsflüssigkeit zeigt, die auf eine Stromsammelfolie unter der Bedingung aufgebracht wurde, dass verteilte Musterflecken von mit Bindemittel beschichteten Bereichen jeweils eine Breite von 20 µm, einen Teilungsabstand von 40 µm und eine Dicke von 5 µm haben; und
17 ist eine Draufsicht, die schematisch ein REM-Bild der Beschichtungsflüssigkeit zeigt, die auf eine Stromsammelfolie unter der Bedingung aufgebracht wurde, dass verteilte Musterflecken von mit Bindemittel beschichteten Bereichen jeweils eine Breite von 40 µm, einen Teilungsabstand von 40 µm und eine Dicke von 5 µm haben.
AUSFÜHRUNGSART DER ERFINDUNG
Es folgt nun unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen eine ausführliche Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Es wird zunächst ein Gesamtaufbau einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie erläutert, und dann wird ausführlich ein erstes Ausführungsbeispiel erläutert, in dem auf einer der Oberflächen einer Stromsammelfolie eine Mischungsschicht ausgebildet wird. Darüber hinaus wird ausführlich ein zweites Ausführungsbeispiel erläutert, in dem auf beiden Oberflächen einer Stromsammelfolie eine Mischungsschicht ausgebildet wird. Schließlich wird ausführlich ein drittes Ausführungsbeispiel erläutert, in dem in einer gravierten Gravurwalze nutartige Vertiefungen mit Schnittpunkten eingraviert sind, wobei eine in den nutartigen Vertiefungen mitzuführende Beschichtungsflüssigkeit oder -lösung zu den Schnittpunkten hin als Flüssigkeit schrumpft, wodurch auf der Stromsammelfolie mit Bindemittel beschichtete Bereiche als verteilte Musterflecken ausgebildet werden.
– Aufbau der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie –
Es wird zuerst ein Aufbau einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie in diesem Ausführungsbeispiel erläutert. 1 ist eine Schnittansicht der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie in diesem Ausführungsbeispiel. 2 ist eine ausführliche Elektrodendarstellung (eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils B) der in 1 gezeigten Lithium-Ionen-Sekundärbatterie.
Wie in 1 gezeigt ist, ist die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie 100 mit einem Elektrodenkörper 101, einem Elektrolyt 103 und einem sie aufnehmenden Batteriegehäuse 104 versehen. Das Batteriegehäuse 104 weist einen Gehäusekörper 1041 und eine Verschlussplatte 1042 auf. Diese Verschlussplatte 1042 hat Isolierbauteile 1043 und ein Sicherheitsventil 1044.
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, wird der Elektrodenkörper 101 auf eine solche Art und Weise hergestellt, dass eine Mischungsschicht aus einem positiven Aktivmaterial oder einem negativen Aktivmaterial, das mit einem Bindemittel oder dergleichen gebunden ist, an eine bahnförmige Stromsammelfolie Z (ZA, ZC) angeformt wird, wodurch eine positive Elektrodenlage 1011 und eine negative Elektrodenlage 1012 hergestellt werden, und diese positive Elektrodenlage 1011 und negative Elektrodenlage 1012 werden mit Separatoren 105 dazwischen in abgeflachter Form zusammengewickelt. Die positive Elektrodenlage 1011 und die negative Elektrodenlage 1012 werden gemeinsam auch als Elektrodenlage 1010 bezeichnet. Auf der rechten Seite in 1 steht von der Verschlussplatte 1042 ein äußerer Anschluss T1 der positiven Elektrodenlage 1011 vor. Auf der linken Seite in 1 steht von der Verschlussplatte 1042 ein externer Anschluss T2 der negativen Elektrodenlage 1012 vor. In einem unteren Teil des Gehäusekörpers 1041 ist der Elektrolyt 103 gespeichert, in dem die positive Elektrodenlage 1011 und die negative Elektrodenlage 1012 eingetaucht sind.
Wie in 2 gezeigt ist, besteht die positive Elektrodenlage 1011 aus einer Aluminiumfolie ZA, die als eine positive Stromsammelfolie dient, auf deren beiden Oberflächen positive Mischungsschichten S ausgebildet sind. Andererseits besteht die negative Elektrodenlage 1012 aus einer Kupferfolie ZC, die als eine negative Stromsammelfolie dient, auf deren beiden Oberflächen negative Mischungsschichten F ausgebildet sind. Die positive Elektrodenlage 1011 und die negative Elektrodenlage 1012 sind hinsichtlich der Art des jeweils verwendeten Elektrodenaktivmaterials verschieden, doch sie haben grundsätzlich den gleichen Aufbau. Dementsprechend ist die Elektrodenlage 1010 der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie 100 in diesem Ausführungsbeispiel bei der positiven Elektrodenlage 1011 und der negativen Elektrodenlage 1012 anwendbar.
Erstes Ausführungsbeispiel
– Verfahren zum Anfertigen der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie –
Unten wird nun ein Verfahren zum Ausbilden der Mischungsschicht auf einer der Oberflächen der Stromsammelfolie der Elektrodenlage der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie im ersten Ausführungsbeispiel erläutert. 3 stellt einen Teil einer Fertigungsvorrichtung zum Anfertigen der Elektrodenlage der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie im ersten Ausführungsbeispiel dar.
Wie in 3 gezeigt ist, weist eine Fertigungsvorrichtung 10 zum Anfertigen der Elektrodenlage 1010 der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie im ersten Ausführungsbeispiel eine gravierte Gravurwalze 1, eine Flüssigkeitswanne 2, eine Stützwalze 3, eine Heizung 4, einen Pulverspender 5, Presswalzen 6 und 7 und eine Zuführwalze 8 auf.
Die gravierte Gravurwalze 1 ist eine zylinderförmige Walze zum Aufbringen einer Bindemittel-Beschichtungsflüssigkeit 21 in einer Mustergestaltung auf die Oberfläche der Stromsammelfolie Z. Die Stromsammelfolie Z hat eine Dicke von etwa 20 µm. Die Beschichtungsaußenumfangsfläche der zylinderförmigen Walze ist mit gravierten Nuten 11 ausgebildet, die in einer vorbestimmten Mustergestaltung eingraviert sind. Die Mustergestaltung der gravierten Nuten 11 wird später ausführlich erläutert. Die gravierte Gravurwalze 1 ist mit einem Durchmesser, einer Härte, einem Material und anderem gestaltet, die unter Berücksichtigung der Steifheit während einer Hochgeschwindigkeitsdrehung, der Abriebfestigkeit der gravierten Nute 11 und anderem ausgewählt werden.
Die Flüssigkeitswanne 2 ist ein Bad, das die Beschichtungsflüssigkeit 21 speichert, die durch die gravierte Gravurwalze 1 in einer Mustergestaltung aufzubringen ist. Diese Beschichtungsflüssigkeit 21 ist eine wässrige Dispersion von SBR (Styrol-Butadien-Kautschuk), der als ein bindendes Material oder ein Bindemittel dient. Die Konzentration an SBR beträgt 10,0 bis 40 Gew.-%. Die Glasübergangstemperatur von SBR liegt in einem Bereich von –50°C bis 30°C. Die Beschichtungsflüssigkeit 21 kann ein Verdickungsmittel und ein oberflächenaktives Mittel enthalten, um die Viskosität und das Benetzungsvermögen der Beschichtungsflüssigkeit einzustellen. Das Verdickungsmittel und das oberflächenaktive Mittel können aus bekannten Mitteln ausgewählt werden. Das Bindemittel kann aus wässriger Polyacrylsäure (PAA) oder organisch gelöstem Polyvinylidenfluorid (PVDF) sowie SBR ausgewählt werden.
Ein unteres Ende der gravierten Gravurwalze 1 ist in der Beschichtungsflüssigkeit 21 eingetaucht, die in der Flüssigkeitswanne 2 gespeichert wird. Die Beschichtungsflüssigkeit 21 wird in den gravierten Nuten 11 mitgeführt, wenn die gravierte Gravurwalze 1 gedreht wird. Oberhalb der Flüssigkeitswanne 2 befindet sich mit der Außenumfangsfläche der gravierten Gravurwalze 1 ein Schaber 12 in Kontakt, um überschüssige Beschichtungsflüssigkeit 21 abzuschaben, die an der Außenumfangsfläche anhaftet, damit ein Abtropfen der in den Nuten 11 der Walze 1 mitgeführten Beschichtungsflüssigkeit 21 verhindert wird.
Die aus Gummi bestehende Stützwalze 3 ist gegenüber der gravierten Gravurwalze 1 platziert. Wenn die bahnförmige Stromsammelfolie Z durch einen Spalt zwischen der gravierten Gravurwalze 1 und der Stützwalze 3 hindurchgeht, wird die in den gravierten Nuten 11 mitgenommene Beschichtungsflüssigkeit 21 auf eine Oberfläche der Stromsammelfolie Z übertragen und aufgeschichtet. Dieses Beschichten erfolgt bei einer konstanten Geschwindigkeit, wodurch auf der Stromsammelfolie Z regelmäßig mit Bindemittel beschichtete Bereiche ZT1 und unbeschichtete Bereiche ZT2 ausgebildet werden, die einer Mustergestaltung der gravierten Nute 11 entsprechen. Ein freiliegender Oberflächenanteil der Stromsammelfolie Z (der ein Oberflächenverhältnis der nicht mit Bindemittel beschichteten Bereiche ZT2 zu einer Gesamtoberfläche der mit Bindemittel beschichteten Bereiche ZT1 und der nicht mit Bindemittel beschichteten Bereiche ZT2 darstellt, was auch im Folgenden gilt) liegt in einem Bereich von etwa 10 bis 85%. Die Beschichtungsgeschwindigkeit gegenüber der Stromsammelfolie Z beträgt etwa 30 bis 60 m/min. Die Beschichtungsdicke der mit Bindemittel beschichteten Bereiche ZT1 beträgt etwa mehrere µm (vorzugsweise 1,5 µm).
Die Stromsammelfolie Z mit der darauf aufgebrachten Beschichtungsflüssigkeit 21 ändert ihre Zuführrichtung durch die Zuführwalze 8 von einer vertikalen Richtung zu einer horizontalen Richtung und wird dann durch die Heizung 4 getrocknet. Die Glasübergangstemperatur von SBR, das als das Bindemittel dient, ist in dem Ausführungsbeispiel größer oder gleich –50°C. Wenn die Stromsammelfolie Z durch die Heizung 4 bis zu einem trockenen Zustand getrocknet wird, kann dementsprechend der Niedrigtemperatur-Reaktionswiderstand verringert werden, während das Klebevermögen gesteigert wird. In einem Fall, in dem die Beschichtungsdicke jedes mit Bindemittel beschichteten Bereichs ZT1 dünn (z. B. etwa 1,5 µm) ist, kann das Trocknen unter Verwendung der Heizung 4 ausgelassen werden. Das liegt daran, dass der Wasser- oder Feuchtigkeitsgehalt gering ist und die Feuchtigkeit somit während eines anschließenden Pulverausbildungsvorgangs verdunstet werden kann.
Der Pulverspender 5 ist neben und in der Zuführrichtung hinter der Heizung 4 platziert. Dieser Pulverspender 5 ist eine Einrichtung zum kontinuierlichen Zuführen gepulverter Mischungspartikel 51, die Elektrodenaktivmaterial, Bindemittel und anderes enthalten, mit einer vorbestimmten Dicke auf die mit Bindemittel beschichteten Bereiche ZT1, auf die die Beschichtungsflüssigkeit 21 in der Mustergestaltung aufgebracht ist, und die nicht mit Bindemittel beschichteten Bereiche ZT2. Die Mischungspartikel 51 werden hergestellt, indem Elektrodenaktivmaterial und Bindemittel, die jeweils in Pulverform vorliegen, gemischt werden. Das Bindemittel, das für die Mischungspartikel 51 verwendet wird, kann von der gleichen Art wie oder von einer anderen Art als das Bindemittel sein, das für die Beschichtungsflüssigkeit 21 verwendet wird. Für das Elektrodenaktivmaterial kann als das negative Aktivmaterial zum Beispiel amorpher Beschichtungsgraphit verwendet werden. Für das Bindemittel kann zum Beispiel Polytetrafluorethylen (PTFE) verwendet werden. Die Mischungspartikel 51 werden angefertigt, indem Graphit und PTFE in einem Verhältnis (Gew.-%) von etwa 98:2 vermengt werden.
Alternativ können die Mischungspartikel 51 auf eine Art und Weise hergestellt werden, bei der das Elektrodenaktivmaterial, das Bindemittel und das Verdickungsmittel in einem Lösungsmittel gelöst, geknetet und getrocknet werden, um granuliert zu werden. In diesem Fall beträgt das Mischungsverhältnis (Gew.-%) des Elektrodenaktivmaterials, Bindemittels und Verdickungsmittels etwa 97,3:2,0:0,7. Dabei beträgt eine Ansammlungsmenge der Mischungspartikel 51 etwa 10 mg/cm², und die Dicke der Ansammlungsschicht 52 beträgt etwa 100 bis 120 µm.
Die Stromsammelfolie Z, die durch den Pulverspender 5 hindurchgegangen ist, geht dann zwischen den Presswalzen 6 und 7 hindurch. Diese Presswalzen 6 und 7 sind Einrichtungen zum Pressen einer Ansammlungsschicht 52 von Mischungspartikeln, die durch den Pulverspender 5 angesammelt wurden, um eine Mischungsschicht 53 mit einer vorbestimmten Dichte auszubilden. Durch Pressformen wird die Mischungsschicht 53 durch das Bindemittel, das in den mit Bindemittel beschichteten Bereichen ZT1 enthalten ist, an die Stromsammelfolie Z gebunden. Gleichzeitig werden die Elektrodenaktivmaterialpartikel mittels des Bindemittels, das in den Mischungspartikeln 51 enthalten ist, aneinander gebunden. Dementsprechend kann sich die Mischungsschicht 53 in engem Kontakt mit der Stromsammelfolie Z befinden, was zu einer gesteigerten Schälfestigkeit führt, und sie kann leitfähige Wege ausbilden, die von den nicht mit Bindemittel beschichteten Bereichen ZT2 (den freiliegenden Abschnitten) der Oberfläche der Stromsammelfolie aus zum Elektrodenaktivmaterial durchgängig sind, was eine Reduzierung des Eindringwiderstands zur Folge hat. Die Dicke der Mischungsschicht 53 beträgt nach dem Pressen etwa 80 µm.
Die Presswalzen 6 und 7 können die Mischungsschicht 53 auch auf etwa 100 bis 150°C erhitzen. Dieses Erhitzen hat die Wirkung, die Haftung zwischen der Mischungsschicht 53 und der Stromsammelfolie Z zu steigern, sowie Verunreinigungen, etwa flüchtige Substanzen (Lösungsmittel und Feuchtigkeit), die in der Mischungsschicht 53 enthalten sind, zu entfernen.
Wie oben beschrieben wurde, kann gemäß der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie im ersten Ausführungsbeispiel auf einer der Oberflächen der Stromsammelfolie Z in der Elektrodenlage 1010 die Mischungsschicht 53 mit hoher Schälfestigkeit und geringem Eindringwiderstand ausgebildet werden. In einem Fall, in dem die Mischungsschicht 53 auf jeder der beiden Oberflächen der Stromsammelfolie Z in der Elektrodenlage 1010 auszubilden ist, wird das obige Fertigungsverfahren zweimal wiederholt.
– Gravierende Musterform –
Unten wird die Mustergestaltung erläutert, die durch die gravierten 11 aufgebracht wird, die in der Fertigungsvorrichtung 10 für die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie im ersten Ausführungsbeispiel verwendet werden. Die 4A bis 4E zeigen Beispiele der Mustergestaltung, die in der in 3 gezeigten Fertigungsvorrichtung durch die Gravierung aufgebracht wird.
Wie in den 4A bis 4E gezeigt ist, werden die aufgebrachten, mit Bindemittel beschichteten Bereiche ZT1 in Draufsicht in einem Muster aus verteilten Flecken (einem verteilten Muster) (4A und 4B) oder einem Muster aus Linien (einem linearen Muster) (4C, 4D und 4E) ausgebildet, wobei jeder der beschichteten Bereiche in einer Richtung parallel zur Zuführrichtung (einer Längsrichtung) der Stromsammelfolie Z eine größere Länge als in einer Richtung (einer Breitenrichtung) vertikal zur Zuführrichtung hat. Die Zuführrichtung entspricht einer von oben nach unten gehenden Richtung (der Pfeilrichtung) in jeder Figur.
Die in 4A gezeigte Gestaltung besteht aus einem Muster von in der Zuführrichtung der Stromsammelfolie langen Ellipsen. Diese Ellipsen sind in einer zur Zuführrichtung senkrechten Horizontalreihe in einem vorbestimmten Intervall angeordnet. Die Ellipsen sind außerdem in einem Zickzackmuster angeordnet, sodass die Ellipsen in einer späteren Horizontalreihe von den Ellipsen in einer vorherigen Reihe versetzt sind. Das Intervall zwischen den Horizontalreihen in der Zuführrichtung ist so festgelegt, dass aneinandergrenzende Ellipsen einander nicht schneiden. Die Länge (großer Durchmesser) einer langen Achse jeder Ellipse beträgt etwa mehrere zehn µm und ist vorzugsweise etwa zweimal oder dreimal so groß wie die Länge (kleiner Durchmesser) einer kurzen Achse.
Die in 4B gezeigte Gestaltung besteht aus einem Muster von in der Zuführrichtung der Stromsammelfolie langen Diamanten. Die Diamanten sind in jeder zur Zuführrichtung senkrechten Horizontalreihe in einem vorbestimmten Intervall angeordnet. Die Diamanten sind außerdem in einem Zickzackmuster angeordnet, sodass die Diamanten in einer späteren Horizontalreihe von den Diamanten in einer vorherigen Reihe versetzt sind. Das Intervall zwischen den Horizontalreihen in der Zuführrichtung ist so festgelegt, dass die aneinandergrenzenden Diamanten einander nicht schneiden. Die Länge einer Diagonallinie in jedem Diamanten parallel zur Zuführrichtung beträgt etwa mehrere zehn µm und ist etwa zweimal oder dreimal so groß wie die dazu senkrechte Diagonallänge.
Die in 4C gezeigte Gestaltung besteht aus einem Muster vertikaler Linien, die zu der Zuführrichtung parallel sind. Die Breite jeder vertikalen Linie und das Intervall zwischen den vertikalen Linien betragen etwa mehrere zehn µm. Selbst wenn sie in dieser Figur gerade Linien sind, so können sie auch gekrümmte Linien sein. Die Breite der vertikalen Linien ist in dieser Figur konstant, doch kann sie auch so eingestellt werden, dass sie zwischen aneinandergrenzenden Linien regelmäßig verschieden ist.
Die in 4D gezeigte Gestaltung besteht aus einem Muster schräger Linien, die zur Zuführrichtung geneigt sind. Die Breite jeder schrägen Linie und das Intervall zwischen den schrägen Linien betragen etwa mehrere zehn µm. Selbst wenn sie in dieser Figur gerade Linien sind, so könnten sie auch gekrümmte Linien sein. Die Breite der schrägen Linien ist in dieser Figur konstant, doch könnte sie auch so eingestellt werden, dass sie zwischen aneinandergrenzenden Linien regelmäßig verschieden ist.
Die in 4E gezeigte Gestaltung besteht aus einem Gittermuster schräger Linien, die zur Zuführrichtung geneigt sind und einander schneiden. Die Breite jeder schrägen Linie und die Intervalle der schrägen Linien, die das Gittermuster bilden, betragen etwa mehrere zehn µm. Wenn jedoch die Breite jeder schrägen Linie 50 µm oder mehr beträgt, neigt die Beschichtungsflüssigkeit dazu, nahe einer Ecke des Schnittpunkts der schrägen Linien zusammenzuklumpen, was eine Musterstörung hervorruft. Die Breite jeder schrägen Linie beträgt somit vorzugsweise etwa 10 bis 40 µm. Die schrägen Linien, die das Gittermuster bilden, sind in dieser Figur gerade Linien, doch können sie auch gekrümmte Linien sein. Die Breite der schrägen Linien ist in dieser Figur konstant, doch könnte sie auch so eingestellt werden, dass sie zwischen aneinandergrenzenden Linien regelmäßig verschieden ist.
Die 4A bis 4E zeigen als Musterform des Gravurmusters bevorzugte Beispiele, doch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise könnten die Ellipsen in der Zuführrichtung durchgängig angeordnet sein, oder die Ellipsen und die Diamanten könnten kombiniert werden.
Im ersten Ausführungsbeispiel ist die flache Form der mit Bindemittel beschichteten Bereiche ZT1 derart, dass jeder Bereich ZT1 in der zur Zuführrichtung der Stromsammelfolie Z parallelen Richtung länger als in der zur Zuführrichtung senkrechten Richtung ist. Dies kann in den gravierten Nuten 11 der Gravurwalze einen Luftentweichungsweg ausbilden, der sich in der zur Zuführrichtung parallelen Richtung erstreckt. Somit ist es weniger wahrscheinlich, dass in die gravierten Nute 11 der Gravurwalze Luft eindringt. Folglich kann die Beschichtungsflüssigkeit 21 in den gravierten Nuten 11 präzise auf die Oberfläche der Stromsammelfolie Z übertragen werden.
– Mechanismus, um sowohl die Schälfestigkeit als auch den Eindringwiderstand der Mischungsschicht zu erreichen –
Als Nächstes wird der Mechanismus erläutert, um in der Elektrodenlage der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie im ersten Ausführungsbeispiel sowohl die Schälfestigkeit als auch den Eindringwiderstand zu erreichen. 5 ist eine schematische Schnittansicht der Mischungsschicht im ersten Ausführungsbeispiel. 6 ist eine schematische Schnittansicht einer Mischungsschicht unter der Bedingung, dass der freiliegende Oberflächenanteil der Stromsammelschicht auf weniger als 10% eingestellt ist.
Wie in 5 gezeigt ist, ist eine Oberfläche ZN der Stromsammelfolie Z intermittierend mit den mit Bindemittel beschichteten Bereichen ZT1 ausgebildet, die das Bindemittel B1 enthalten. In der Oberfläche ZN der Stromsammelfolie Z sind Bereiche, die nicht mit dem Bindemittel B1 beschichtet sind, unbeschichtete Bereiche (freiliegende Abschnitte) ZT2. Auf den mit Bindemittel beschichteten Bereichen ZT1 und den unbeschichteten Bereichen ZT2 ist zusammen mit partikelförmigem Bindemittel B2 partikelförmiges Elektrodenaktivmaterial K angesammelt.
Wenn die Ansammlungsschicht 52 des Elektrodenaktivmaterials K und des Bindemittels B2 durch die Presswalzen 6 und 7 gepresst wird (siehe 3), wird ein Teil des Elektrodenaktivmaterials K mittels des Bindemittels B1 der mit Bindemittel beschichteten Bereiche ZT1 an die Oberfläche der Stromsammelfolie Z gebunden. Ein anderer Teil des Elektrodenaktivmaterials K berührt die unbeschichteten Bereiche (freiliegenden Abschnitte) ZT2 der Stromsammelfolie Z direkt.
Da das Elektrodenaktivmaterial K mittels des Bindemittels B1 an die Stromsammelfolie Z gebunden ist, wird die Schälfestigkeit zwischen der Stromsammelfolie Z und dem Elektrodenaktivmaterial K dementsprechend gesteigert. Da das Elektrodenaktivmaterial K die unbeschichteten Bereiche (freiliegenden Abschnitte) ZT2 der Stromsammelfolie Z direkt berührt, werden gleichzeitig mehrere leitfähige Wege D1 bis D3 ausgebildet, die eine Übertragung von Elektronen d erlauben.
Wenn die Elektrodenaktivmaterialpartikel K durch den Druck der Presswalzen miteinander zu einem engen Kontakt gezwungen werden, wird das partikelförmige Bindemittel B2, das in Lücken zwischen den Elektrodenaktivmaterialpartikeln K platziert ist, gedrückt und gequetscht, wodurch ein Teil der Elektrodenaktivmaterialpartikel K dazu gebracht wird, sich mittels des gepressten Bindemittels B2 mit angrenzenden Elektrodenaktivmaterialpartikeln K zu verbinden. Ein anderer Teil der jeweiligen Elektrodenaktivmaterialpartikel K wird ohne Mithilfe des partikelförmigen Bindemittels B2 mit angrenzenden Elektrodenaktivmaterialpartikeln K in direkten Kontakt gebracht.
Dementsprechend werden die aufgestapelten oder angesammelten Elektrodenaktivmaterialpartikel K mittels des Bindemittels B2 aneinander gebunden, wodurch die Schälfestigkeit gesteigert wird, und gleichzeitig befinden sie sich in direktem engen Kontakt miteinander, womit bis zu einem oberen Ende einer Mischungsschicht G die leitfähigen Wege D1 bis D3 ausgebildet werden. Da viele leitfähige Wege D1 bis D3 von der Oberfläche der Stromsammelfolie Z bis zum oberen Ende der Mischungsschicht G ausgebildet werden, kann der Eindringwiderstand der Elektrodenlage 1010 reduziert werden. Durch den obigen Bindungsmechanismus kann die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie im ersten Ausführungsbeispiel sowohl eine Steigerung der Schälfestigkeit der Mischungsschicht G als auch eine Reduzierung des Eindringwiderstands der Elektrodenschicht 1010 erreichen.
In dem Fall, dass der freiliegende Oberflächenanteil der Stromsammelfolie Z, wie in 6 gezeigt ist, weniger als 10% beträgt, wird das meiste Elektrodenaktivmaterial K mittels des Bindemittels B1 der mit Bindemittel beschichteten Bereiche ZT1 an die Stromsammelfolie Z gebunden. Auch wenn die Ansammlungsschicht 52 des Elektrodenaktivmaterials K und des Bindemittels B2 wie in 3 gezeigt durch die Presswalzen 6 und 7 gepresst wird, bleibt das Bindemittel B1 der mit Bindemittel beschichteten Bereiche ZT1 zwischen der Stromsammelfolie Z und dem Elektrodenaktivmaterial K meistenteils als eine dünne Beschichtung oder Schicht zurück. Das Bindemittel B1 in den mit Bindemittel beschichteten Bereichen ZT1 ist selbst ein isolierender Körper, und somit ist der leitfähige Weg D1, der auszubilden ist, auf den geringfügig zurückgebliebenen, nicht mit Bindemittel beschichteten Bereich (freiliegenden Abschnitt) ZT2 beschränkt. Infolgedessen wird zwar gewährleistet, dass die Schälfestigkeit der Mischungsschicht G hoch ist, doch ist der Eindringwiderstand groß.
Um effektiver für sowohl die Schälfestigkeit als auch den Eindringwiderstand der Mischungsschicht G in der Elektrodenlage 1010 der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie 100 zu sorgen, ist es daher vorzuziehen, den freiliegenden Oberflächenanteil der Stromsammelfolie Z auf 10% oder mehr und besser noch in einem Bereich von etwa 50 bis 70% einzustellen.
– Zusammenhang zwischen dem freiliegenden Oberflächenanteil der Stromsammelfolie und dem Niedrigtemperatur-Reaktionswiderstand –
Als Nächstes wird der Zusammenhang zwischen dem freiliegenden Oberflächenanteil der Stromsammelfolie Z und dem Niedrigtemperatur-Reaktionswiderstand der Elektrodenlage 1010 der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie 100 im ersten Ausführungsbeispiel erläutert. 7 ist eine grafische Darstellung, die einen Zusammenhang zwischen dem freiliegenden Oberflächenanteil der Stromsammelfolie Z und dem Niedrigtemperatur-Reaktionswiderstand in der negativen Elektrodenlage 1012 im ersten Ausführungsbeispiel zeigt. 7 ist ein Diagramm, das das Verhalten des bei –30°C gemessenen Niedrigtemperatur-Reaktionswiderstands in der Mischungsschicht jeder negativen Elektrodenlage 1012 zeigt, die unter Änderung der Musterformen an Gravurmustern und unter Verwendung der Stromsammelfolien Z mit graduell größeren freiliegenden Oberflächenanteilen ausgebildet wurde.
Wie in 7 gezeigt ist, kann der Niedrigtemperatur-Reaktionswiderstand bei –30°C auf einen geringeren Wert als in einer herkömmlichen beschichteten Elektrode reduziert werden, wenn der freiliegende Oberflächenanteil der Stromsammelfolie Z in der negativen Elektrodenlage 1012 der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie 100 im ersten Ausführungsbeispiel in einem Bereich von etwa 10 bis 85% liegt. Die herkömmliche beschichtete Elektrode ist dabei eine Elektrodenlage, die auf eine solche Weise angefertigt wird, dass in einem Lösungsmittel Elektrodenaktivmaterial, Bindemittel und anderes geknetet werden, um eine Schlammpaste auszubilden, und diese Paste dünn auf der Oberfläche einer Stromsammelfolie aufgebracht und danach getrocknet und gepresst wird.
Wenn der freiliegende Oberflächenanteil der Stromsammelfolie Z etwa 10% beträgt, ist der Niedrigtemperatur-Reaktionswiderstand bei –30°C im Wesentlichen auf dem gleichen Niveau wie bei der herkömmlichen beschichteten Elektrode. Wenn der freiliegende Oberflächenanteil der Stromsammelfolie Z jedoch von etwa 10% aus ansteigt, nimmt der Niedrigtemperatur-Reaktionswiderstand bei –30°C weiter ab.
Wenn der freiliegende Oberflächenanteil der Stromsammelfolie Z in dem Bereich von etwa 20 bis 70% liegt, kann der Niedrigtemperatur-Reaktionswiderstand bei –30°C um etwa 30% gegenüber dem Niveau der herkömmlichen beschichteten Elektrode reduziert werden. Dieser Widerstand ist beinahe auf dem gleichen Niveau wie eine Kohlenstoffbeschichtungs-/-pulverelektrode, die auf einer mit Kohlenstoff beschichteten Stromsammelfolie Mischungspartikelpulver angesammelt und gepresst hat, und er ist im Wesentlichen stabil konstant.
Wenn der freiliegende Oberflächenanteil der Stromsammelfolie Z größer als etwa 70% ist, nimmt der Niedrigtemperatur-Reaktionswiderstand bei –30°C allmählich zu. Wenn der freiliegende Oberflächenanteil der Stromsammelfolie Z etwa 85% beträgt, ist der Niedrigtemperatur-Reaktionswiderstand bei –30°C etwa auf dem gleichen Niveau wie bei der herkömmlichen beschichteten Elektrode. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Zunahme des Niedrigtemperatur-Reaktionswiderstands auf ein Abrutschen eines Teils der Mischungsschicht durch Stoßwirkung zurückgeht, wenn die negative Elektrodenlage 1012 auf eine erforderliche Größe geschnitten wird, nachdem sie ausgebildet wurde. Dementsprechend ist es vorzuziehen, den freiliegenden Oberflächenanteil der Stromsammelfolie Z in einem Bereich von etwa 50 bis 70% einzustellen, um den Niedrigtemperatur-Reaktionswiderstand bei –30°C stabiler bei einem niedrigen Wert zu halten.
– Einfluss der Glasübergangstemperatur des in Mustergestaltung aufzubringenden Bindemittels –
Es folgt eine Erläuterung des Einflusses der Glasübergangstemperatur des Bindemittels der in der Mustergestaltung aufgebrachten, mit Bindemittel beschichteten Bereiche ZT1 auf den Niedrigtemperatur-Reaktionswiderstand bei –30°C. Es ist zu beachten, dass das in der Mustergestaltung aufzubringende Bindemittel das gleiche wie das Bindemittel ist, das für die Beschichtungsflüssigkeit 21 verwendet wird.
Wenn ein Bindemittel vollständig getrocknet ist, ist es im Allgemeinen weniger wahrscheinlich, dass es Haftvermögen zeigt. Selbst wenn nach dem Trocknen des Bindemittels durch Druck eine Ansammlungsschicht eines Elektrodenaktivmaterials und des Bindemittels ausgebildet wird, könnte keine Schälfestigkeit auf dem erforderlichen Niveau erreicht werden.
Daher wird die Ansammlungsschicht des Elektrodenaktivmaterials und des Bindemittels durch Druck ausgebildet, während das Bindemittel, bevor es dem Trocknen unterzogen wird, nass ist. Wenn jedoch die Ansammlungsschicht des Elektrodenaktivmaterials und des Bindemittels durch Druck in einem nassen Zustand ausgebildet wird, ist das Bindemittel dafür anfällig, sich überall zu verteilen, was eine Zunahme des Eindringwiderstands verursacht. Dementsprechend offenbaren Versuche, die unter Verwendung verschiedener Bindemittel erfolgten, dass, wenn die Glasübergangstemperatur jedes Bindemittels auf –50°C oder mehr eingestellt wird, das Haftvermögen zwischen der Stromsammelfolie und dem Elektrodenaktivmaterial auch dann, wenn das Bindemittel einmal getrocknet ist, gewährleistet wird, wenn die Ansammlungsschicht des Elektrodenaktivmaterials und des Bindemittels unter Druck ausgebildet wird, was für die Batterieleistung hervorragend ist. Wenn die Glasübergangstemperatur des Bindemittels auf 30°C oder weniger eingestellt wird, kann die Schälfestigkeit, die durch das Binden in einem Trockenverfahren (Trocken) erzielt wird, erhöht werden.
8 ist eine grafische Darstellung, die den Einfluss eines Unterschieds zwischen dem Trockenverfahren (Trocken) und einem Nassverfahren (Nass) auf die Niedrigtemperatur-Reaktionswiderstand bei –30°C zeigt, wenn der Gehalt eines Bindemittels in dem in der Mustergestaltung aufgebrachten, mit Bindemittel beschichteten Bereichen ZT1 in der negativen Elektrodenlage 1012 im ersten Ausführungsbeispiel gering ist. Das Bindemittel ist in diesem Fall SBR mit einer Glasübergangstemperatur in einem Bereich von –50°C bis 30°C. Es werden zwei Arten des Gehalts an SBR in der Beschichtungsflüssigkeit, 0,0176 mg/cm² und 0,1080 mg/cm², verwendet.
Wenn der Gehalt des Bindemittels, wie in 8 gezeigt ist, 0,0176 mg/cm² beträgt, beträgt ein Unterschied des Niedrigtemperatur-Reaktionswiderstands bei –30°C zwischen dem Trockenverfahren und dem Nassverfahren etwa 14%. Somit ist der Einfluss durch das Trockenverfahren und das Nassverfahren nicht so groß.
Wenn der Gehalt des Bindemittels dagegen 0,1080 mg/cm² beträgt, beträgt der Unterschied des Niedrigtemperatur-Reaktionswiderstands bei –30°C etwa 32%. Somit ist der Einfluss durch das Trockenverfahren und das Nassverfahren deutlich größer. In dem Trockenverfahren kann der Niedrigtemperatur-Reaktionswiderstand bei –30°C auf beinahe das gleiche Niveau wie bei der oben genannten Kohlenstoffbeschichtungs-/-pulverelektrode reduziert werden (siehe 7).
Selbst wenn der Gehalt des in der Mustergestaltung aufzubringenden Bindemittels (mit z. B. 0,1080 mg/cm²) klein ist, kann dementsprechend das Haftvermögen zwischen der Stromsammelfolie Z und dem Elektrodenaktivmaterial erzielt werden, wenn die einmal getrocknete Ansammlungsschicht des Elektrodenaktivmaterials und des Bindemittels einem Pressformen unterzogen wird, solange die Glasübergangstemperatur auf –50°C oder mehr eingestellt ist. Dies ist für die Batterieleistung hervorragend.
Zweites Ausführungsbeispiel
– Verfahren zum Anfertigen einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie –
Unten wird ein Verfahren zum Ausbilden einer Mischungsschicht auf beiden Oberflächen einer Stromsammelfolie einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie in einem zweiten Ausführungsbeispiel erläutert. 9 zeigt einen Teil einer Vorrichtung zum Anfertigen der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie im zweiten Ausführungsbeispiel. Es ist zu beachten, dass diese Fertigungsvorrichtung für die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie im zweiten Ausführungsbeispiel hinsichtlich der Gravurmusterformen und anderer Dinge außer den auf beiden Oberflächen der Stromsammelfolie ausgebildeten Mischungsschichten mit der im ersten Ausführungsbeispiel identisch ist. Somit wird die ausführliche Erläuterung der gemeinsamen Teile weggelassen.
Eine Fertigungsvorrichtung 20 für die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie im zweiten Ausführungsbeispiel weist, wie in 9 gezeigt ist, eine erste gravierte Gravurwalze 1B1, eine zweite gravierte Gravurwalze 1B2, eine erste Flüssigkeitswanne 2B1, eine zweite Flüssigkeitswanne 2B2, eine erste Stützwalze 3B1, eine zweite Stützwalze 3B2, eine Heizung 4B, einen ersten Pulverspender 5B1, einen zweiten Pulverspender 5B2, Presswalzen 6B und 7B und Führungswalzen 81 und 82 auf.
Die erste gravierte Gravurwalze 1B1 und die zweite gravierte Gravurwalze 1B2 sind zylinderförmige Walzen zum Aufbringen von Beschichtungsflüssigkeiten 21B1 und 21B2 auf die Oberflächen der Stromsammelfolie Z in einer Mustergestaltung. Genauer wird eine Außenumfangsseite der Stromsammelfolie Z in einer Zuführrichtung, in der von einer Abrollhaspel ZM der Stromsammelfolie Z aus zuzuführen ist, durch die erste gravierte Gravurwalze 1B1 in der Mustergestaltung beschichtet. Eine Innenumfangsseite der Stromsammelfolie Z in der Zuführrichtung wird durch die zweite gravierte Gravurwalze 1B2 in der Mustergestaltung beschichtet. Die Mustergestaltung jeder gravierten Nut 11B1 und 11B2 ist mit der im ersten Ausführungsbeispiel identisch.
Die erste Flüssigkeitswanne 2B1 und die zweite Flüssigkeitswanne 2B2 sind Bäder, die jeweils die Beschichtungsflüssigkeiten 21B1 und 21B2 speichern, die auf die entsprechenden gravierten Gravurwalzen 1B1 und 1B2 aufzubringen sind. Jede der Beschichtungsflüssigkeiten 21B1 und 21B2 ist eine wässrige SBR-Dispersion. Die Konzentration an SBR, seine Glasübergangstemperatur und anderes sind die gleichen wie im ersten Ausführungsbeispiel.
Die erste Stützwalze 3B1 und die zweite Stützwalze 3B2 sind jeweils gegenüber der ersten gravierten Gravurwalze 1B1 und der zweiten gravierten Gravurwalze 1B2 angeordnet. Die zweite Stützwalze 3B2 presst die Außenumfangsseite in der Zuführrichtung der bereits beschichteten Stromsammelfolie Z. Dementsprechend wird die Stromsammelfolie Z zunächst durch die Heizung 4B getrocknet. Allerdings wird als die zweite Stützrolle 3B2 eine nichtklebende Walze verwendet.
Auf beiden Oberflächen der Stromsammelfolie Z auf der Außenumfangsseite und der Innenumfangsseite in der Zuführrichtung werden regelmäßig mit Bindemittel beschichtete Bereiche ZT1C und ZT1D, die der Mustergestaltung der gravierten Nute entsprechen, und unbeschichteten Bereiche ZT2C und ZT2D ausgebildet. Der freiliegende Oberflächenanteil jeder Oberfläche der Stromsammelfolie Z liegt in einem Bereich von etwa 10 bis 85%. Die Beschichtungsgeschwindigkeit der Stromsammelfolie Z beträgt etwa 30 bis 60 m/min. Die Schichtdicke jedes mit Bindemittel beschichteten Bereichs ZT1C und ZT1D beträgt etwa 1,5 µm.
Nachdem die beiden Oberflächen der Stromsammelfolie Z auf der Außenumfangsseite und der Innenumfangsseite in der Zuführrichtung der Beschichtung in der Mustergestaltung unterzogen wurden, werden aus dem ersten Pulverspender 5B1 und dem zweiten Pulverspender 5B2 jeweils die Mischungspartikel zugeführt, die das gepulverte Partikelelektrodenaktivmaterial und das gepulverte Partikelbindemittel enthalten, um auf den Presswalzen 6B und 7B angesammelt zu werden. Die Presswalzen 6B und 7B sind bezüglich der Stromsammelfolie Z zueinander entgegengesetzt angeordnet und werden gedreht, während sie die aufgeschichtete Ansammlungsschicht gegen die Stromsammelfolie Z drücken, um auf den entsprechenden Oberflächen der Stromsammelfolie Z Mischungsschichten 52B und 52C auszubilden.
Wie oben beschrieben wurde, werden gemäß der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie 100B im zweiten Ausführungsbeispiel die Mischungsschichten 52B und 52C gleichzeitig auf jeweils entsprechenden Oberflächen der Stromsammelfolie Z ausgebildet, was zu einer weiter erhöhten Herstellungseffizienz führt. In dem Verfahren zum Ausbilden der Mischungsschicht 53 auf einer der Oberflächen der Stromsammelfolie Z wie im ersten Ausführungsbeispiel wird die Mischungsschicht 53, die zunächst ausgebildet wurde, erneut durch die Presswalzen 6 und 7 gepresst, wenn später auf der anderen Oberfläche der Stromsammelfolie Z eine andere Mischungsschicht 53 ausgebildet wird. Dies kann eine Verformung und Verschlechterung im Elektrodenaktivmaterial der doppelt gepressten Mischungsschicht 53 hervorrufen. Allerdings hat die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie 100B im zweiten Ausführungsbeispiel die Wirkung, solche Fehler zu verhindern.
Drittes Ausführungsbeispiel
Es wird ein drittes Ausführungsbeispiel erläutert für eine Elektrodenlage einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie, bei dem eine zum Gravieren einer Gravurbeschichtung zu verwendende gravierte Gravurwalze mit nutartigen Vertiefungen graviert ist, die Schnittpunkte haben, an denen sich die Vertiefungen jeweils miteinander schneiden, und bei dem die in den Vertiefungen mitgeführte Beschichtungsflüssigkeit an den Schnittpunkten schrumpft, wodurch auf einer Stromsammelfolie mit Bindemittel beschichtete Bereiche in einem Muster verteilter Flecken (einem verteilten Muster) ausgebildet werden. 10 ist eine schematische Darstellung, um eine Art und Weise zu erläutern, in der eine Beschichtungsflüssigkeit unter Verwendung einer gravierten Gravurwalze, die gravierte Vertiefungen in dem verteilten Muster hat, auf eine Stromsammelfolie aufgebracht wird. 11 ist eine Schnittansicht, die einen Kontaktwinkel eines auf eine feste Oberfläche gefallenen Tröpfchens zeigt. 12 ist eine schematische Darstellung, um eine Art und Weise zu erläutern, in der eine Beschichtungsflüssigkeit in nutartigen Vertiefungen, die einen Schnittpunkt haben, an denen sich die Vertiefungen miteinander schneiden, zum Schnittpunkt hin schrumpft. 13 ist eine Draufsicht der nutartigen Vertiefungen, die in der gravierten Gravurwalze in einer Vorrichtung zum Anfertigen der Elektrodenlage der Lithium-Ionen-Sekundärbatterie im dritten Ausführungsbeispiel eingraviert sind. 14 ist eine Schnittdarstellung von A-A in 13.
Dieser Bindemittelaufbringungsschritt ist für jedes der Fertigungsverfahren verfügbar, das für die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie im oben genannten ersten Ausführungsbeispiel und für die Lithium-Ionen-Sekundärbatterie im zweiten Ausführungsbeispiel verwendet wird.
– Umkehrungsidee zum Ausbilden des mit Bindemittel beschichteten Bereichs im verteilten Muster –
Wenn auf einer Stromsammelfolie die gravierende Gravurbeschichtung einer Beschichtungsflüssigkeit vorgenommen werden soll, offenbart sich versuchsweise, dass die Ausbildung der mit Bindemittel beschichteten Bereiche in einem verteilten Muster, etwa in einem Kreismuster oder einem Diamantmuster (nachstehend auch als "verteilte beschichtete Bereiche" bezeichnet), eine hervorragende Schälfestigkeit der Mischungsschicht und einen hervorragenden Eindringwiderstand der Elektrodenlage ergibt.
Wenn jedoch die verteilten Vertiefungen 13 in der gravierten Gravurwalze 1 so eingraviert sind, dass sie auf der Stromsammelfolie Z verteilte beschichtete Bereiche D ausbilden, wie sie in 10 gezeigt sind, würde das zu dem Problem führen, dass in die verteilten Vertiefungen 13 wahrscheinlich Luft eindringt und die Beschichtungsflüssigkeit 21 weniger wahrscheinlich in die Vertiefungen 13 eindringt.
Die verteilten Vertiefungen 13, die jeweils eine Wandfläche haben, die die Beschichtungsflüssigkeit 21 vollständig umgibt, haben ein hohes Flüssigkeitshaltevermögen. Somit wird die gehaltene Beschichtungsflüssigkeit 21 in die Richtung der Pfeile m und n gezogen und bleibt in den verteilten Vertiefungen 13 zurück und wird somit weniger auf die Stromsammelfolie Z übertragen.
Infolge von Versuch und Irrtum ist daher die Umkehridee entwickelt worden, die gravierte Gravurwalze 1 mit einer Vielzahl von nutartigen Vertiefungen zu gravieren, die sich einander an Schnittpunkten schneiden, ohne auf der gravierten Gravurwalze 1 die verteilten Vertiefungen 13 einzugravieren, um auf der Stromsammelfolie Z die verteilten beschichteten Abschnitte D auszubilden. Die in den nutartigen Vertiefungen mitgeführte Beschichtungsflüssigkeit 21 schrumpft somit in den Schnittpunkten, wodurch die mit Bindemittel beschichteten Bereiche ZT1 in einem verteilten Muster auf die Stromsammelfolie Z übertragen werden.
– Mechanismus zum Ausbilden verteilter beschichteter Abschnitte –
Die folgende Erklärung gilt dem Mechanismus zum Ausbilden der verteilten beschichteten Abschnitte, wodurch es zur Umkehridee kam.
Wie in 11 gezeigt ist, hat ein auf einen Festkörper V gefallenes Flüssigkeitströpfchen W die Eigenschaft, durch seine Oberflächenspannung halbkugelförmig rund zu werden. Angenommen, dass die Oberflächenspannung eines Festköpers S ist, die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit U ist und die Grenzspannung zwischen dem Festkörper und der Flüssigkeit T ist, gilt dabei der folgende Zusammenhang: S = U × cosθ + T (1) Dieser Ausdruck (1) wird "Youngsche Gleichung" genannt. Der Winkel θ zwischen einer Tangente zu diesem Tröpfchen und der festen Oberfläche wird "Kontaktwinkel" genannt, der eine Kennziffer ist, die die Benetzbarkeit der festen Oberfläche mit der Flüssigkeit darstellt. Wenn der Kontaktwinkel θ kleiner ist, ist die Benetzbarkeit höher, sodass das Tröpfchen flach wird und weniger leicht schrumpfen kann. Wenn der Kontaktwinkel θ größer ist, ist die Benetzbarkeit geringer, sodass sich das Tröpfchen erhebt und leichter schrumpfen kann.
Aus dem Ausdruck (1) ergibt sich, dass, wenn die Grenzflächenspannung T zwischen dem Festkörper und der Flüssigkeit niedrig eingestellt wird, der Kontaktwinkel θ größer wird. Die Grenzflächenspannung T zwischen dem Festkörper und der Flüssigkeit kann reduziert werden, indem die Fläche der Flüssigkeit, die den Festkörper berührt, kleiner gemacht wird.
Wenn die Wandfläche einer in der gravierten Gravurwalze eingravierten Vertiefung in einer Richtung offen gemacht wird, wird daher die Grenzflächenspannung T der mitgeführten Beschichtungsflüssigkeit in der einen Richtung reduziert, was den Kontaktwinkel θ erhöht und der Flüssigkeit erlaubt, zu der einen Richtung hin zu schrumpfen.
12(a) bis (d) zeigen konzeptionelle Darstellungen, dass die Beschichtungsflüssigkeit in nutartigen Vertiefungen, die sich einander an einem Schnittpunkt schneiden, mitgenommen wird und dass die Beschichtungsflüssigkeit, die in einer auf dem Schnittpunkt zentrierten Kreuzform mitgenommen wird, zum Schnittpunkt hin schrumpft.
12(a) zeigt eine Phase vor der Flüssigkeitsschrumpfung der Beschichtungsflüssigkeitsabschnitte 21a0 bis 21d0, die in einer auf dem Schnittpunkt zentrierten Kreuzform mitgenommen werden. Die Beschichtungsflüssigkeitsabschnitte 21a0 bis 21d0 haben jeweils eine Flüssigkeitsbreite, die gleich der Nutbreite jeder nutartigen Vertiefung ist und sich in einer Erstreckungsrichtung jeder Vertiefung erstreckt. Eine Wandfläche jeder nutartigen Vertiefung ist in der Erstreckungsrichtung offen. Dementsprechend wird in den Beschichtungsflüssigkeitsabschnitten 21a0 bis 21d0 die Grenzflächenspannung geringer, die in der Erstreckungsrichtung jeder Vertiefung wirkt. Somit wirken auf die Beschichtungsflüssigkeitsabschnitte 21a0 bis 21d0 Flüssigkeitsschrumpfkräfte e1 bis e4 zum Schnittpunkt hin.
Die 12(b) und (c) zeigen Phasen im Verlauf dessen, dass die in einer Kreuzform mitgenommenen Beschichtungsflüssigkeitsabschnitte 21a1 bis 21d1 und 21a2 bis 21d2 allmählich zum Schnittpunkt hin schrumpfen. Wenn die Flüssigkeitsschrumpfung voranschreitet, erhöht sich die Flüssigkeitsbreite und verringert sich die Länge der Beschichtungsflüssigkeitsabschnitte 21a1 bis 21d1 und 21a2 bis 21d2.
12(d) zeigt eine Phase, dass die in der Kreuzform mitgenommene Beschichtungsflüssigkeit 22 soweit geschrumpft ist, dass sie sich schließlich in dem Schnittpunkt konzentriert, wobei sie einen verteilten Cluster bildet. Die Beschichtungsflüssigkeit 22, die in diesem Schnittpunkt den verteilten Cluster bildet, wird auf die Stromsammelfolie Z als der verteilte, mit Bindemittel beschichtete Bereich übertragen. Zu diesem Zeitpunkt ist der Schnittpunkt nicht von den Wandflächen umgeben, sodass das Flüssigkeitshaltevermögen der Beschichtungsflüssigkeit 22 in dem Schnittpunkt geringer als an normalen Abschnitten ist. Somit wird die Beschichtungsflüssigkeit 22 zuverlässig als der verteilte, mit Bindemittel beschichtete Bereich ZT1 auf die Stromsammelfolie Z übertragen.
– Nutartige Vertiefungen der gravierten Gravurwalze –
Es folgt eine Erläuterung der gravierten Form der zum Gravieren der Gravurbeschichtung zu verwendenden gravierten Gravurwalze 1, durch die das Beschichtungsprinzip (der Beschichtungsmechanismus) realisiert wird, mit dem die oben genannten, verteilten, mit Bindemittel beschichteten Bereiche ausgebildet werden.
Wie in den 13 und 14 gezeigt ist, ist die zum Gravieren der Gravurbeschichtung zu verwendende gravierte Gravurwalze 1 mit einer Vielzahl von nutartigen Vertiefungen 14 graviert, die Schnittpunkte 15 haben, an denen sich die Vertiefungen einander in einem Gittermuster schneiden. Die nutartigen Vertiefungen 14 haben jeweils eine vorbestimmte Nutbreite a und eine vorbestimmte Nuttiefe c. Die Vertiefungen 14 bestehen aus linearen Nuten, die in einem vorbestimmten Nutteilungsabstand b angeordnet sind. Zwischen den aneinandergrenzenden Vertiefungen ist ein flacher, erhabener Abschnitt 16 ausgebildet. An jedem Schnittpunkt 15 hat jeder der erhabenen Abschnitte 16 eine Ecke r. Die nutartigen Vertiefungen 14 sind angesichts der Entfernung von Luft so ausgebildet, dass sie bezogen auf eine Drehungsrichtung R der gravierten Gravurwalze 1 in einem Winkel von etwa 45° geneigt sind. Die Nutbreite der nutartigen Vertiefungen 14 ist angesichts der Entfernung von Flüssigkeit so festgelegt, dass die Größe an einem oberen Ende etwas größer als die Größe an einem unteren Ende ist.
In 13 werden von den nutartigen Vertiefungen 14, von denen sich jeweils zwei miteinander schneiden, gitterförmige Nute ausgebildet. Der Schnittwinkel kann beliebig sein und ist nicht notwendigerweise ein rechter Winkel. Zudem können aus nutartigen Vertiefungen 14, von denen sich zwei oder mehr miteinander radial schneiden, Radialmusternute ausgebildet werden.
Die Form der nutartigen Vertiefungen 14 wird beispielsweise vorzugsweise als ein Gittermuster festgelegt, das eine Nutbreite a von 10 bis 40 µm, einen Nutteilungsabstand b von 23 bis 40 µm und eine Nuttiefe c von 5 bis 20 µm hat. Es ist auch vorzuziehen, dass, wenn ein Tröpfchen der Beschichtungsflüssigkeit auf die Stromsammelfolie Z fällt, der Kontaktwinkel zwischen der Tangente zum Tröpfchen auf der Oberfläche der Stromsammelfolie und dieser Oberfläche der Stromsammelfolie 50° oder mehr beträgt.
Der Grund, warum die nutartigen Vertiefungen 14 mit der Nutbreite a von 10 bis 40 µm geformt werden, ist, dass eine Nutbreite a von weniger als 10 µm verursacht, dass sich die Beschichtungsflüssigkeit teilweise absondert, was es schwierig macht, mit Bindemittel beschichtete Bereiche mit gleichmäßiger Größe auszubilden, und eine Nutbreite a von mehr als 40 µm verursacht eine Flüssigkeitsschrumpfung entlang der Wandfläche, was es schwierig macht, ein konstantes verteiltes Muster auszubilden.
Der Grund, warum der Nutteilungsabstand b auf 23 bis 40 µm eingestellt wird, ist, dass ein Nutteilungsabstand b von weniger als 23 µm verursacht, dass sich die aneinandergrenzenden Beschichtungsflüssigkeitsabschnitte vereinigen, wodurch es schwierig wird, gleichmäßig große, mit Bindemittel beschichtete Bereiche auszubilden, und ein Nutteilungsabstand b von mehr als 40 µm verursacht, dass das durch Flüssigkeitsschrumpfung ausgebildete verteilte Muster ungleichmäßig wird.
Des Weiteren ist der Grund, warum die Nuttiefe c auf 5 bis 20 µm eingestellt wird, dass eine Nuttiefe c von weniger als 5 µm keine erforderliche Nassbeschichtungsdicke ausbilden könnte und dass eine Nuttiefe c von mehr als 20 µm das Flüssigkeitshaltevermögen erhöht, was zu einer hohen Wahrscheinlichkeit führt, dass ein Teil der Beschichtungsflüssigkeit nicht übertragen werden könnte.
Darüber hinaus ist der Grund, warum der Kontaktwinkel zwischen der Tangente zum Tröpfchen mit der Oberfläche der Stromsammelfläche und dieser Oberfläche der Stromsammelfolie auf 50° oder mehr eingestellt wird, wenn die Beschichtungsflüssigkeit auf die Stromsammelfolie Z fällt, dass ein Kontaktwinkel von weniger als 50° für eine hohe Benetzbarkeit der Beschichtungsflüssigkeit sorgt, womit es schwerfällt, die Beschichtungsflüssigkeit in dem Schnittpunkt der nutartigen Vertiefungen zu schrumpfen.
Die Zugabe eines Verdickungsmittels (z. B. CMC (Carboxymethylcellulose)) zur Beschichtungsflüssigkeit erhöht tendenziell den Kontaktwinkel. Die Zugabe eines oberflächenaktiven Mittels zu der Beschichtungsflüssigkeit verringert tendenziell den Kontaktwinkel. Dementsprechend wird in diesem Ausführungsbeispiel eine vorbestimmte Menge (etwa 0,2 bis 0,4 Gew.-%) an CMC (Carboxymethylcellulose) zur Beschichtungsflüssigkeit zugegeben, sodass das Flüssigkeitsschrumpfungsvermögen gesteigert werden kann, wodurch die Ausbildung eines gleichmäßig verteilten Musters an mit Bindemittel beschichteten Bereichen ermöglicht wird.
Durch Versuch und Irrtum wurde experimentell festgestellt, dass es vorzuziehen ist, die nutartigen Vertiefungen, die in der beim Gravieren der Gravurbeschichtung zu verwendenden gravierten Gravurwalze eingraviert sind, in einem Gittermuster mit einer Nutbreite von 10 bis 40 µm, einem Nutteilungsabstand von 23 bis 40 µm und einer Nuttiefe von 5 bis 20 µm auszubilden und den Kontaktwinkel der Tangente zu einem Tröpfchen, das ausgebildet wird, wenn die Beschichtungsflüssigkeit auf die Stromsammelfolie Z fällt, und der Oberfläche der Stromsammelfolie auf 50° oder mehr einzustellen, um die Nassbeschichtungsdicke vor dem Trocknen auf 1,0 bis 6,0 µm (1,5 µm ist gewünscht) einzustellen.
– Beispiele verteilter beschichteter Abschnitte –
Als Nächstes folgt eine Erläuterung von Beispielen des mit Bindemittel beschichteten Bereichs ZT1, der aus dem Bindemittel unter Verwendung der oben genannten nutartigen Vertiefungen der gravierten Gravurwalze 1 auf der Stromsammelfolie Z in einem verteilten Muster ausgebildet wird. Die mit Bindemittel beschichteten Bereiche ZT1 werden auf der Stromsammelfolie in einem Muster verteilter Flecken 22a, 22b oder 22c ausgebildet. 15 ist eine Draufsicht, die schematisch ein REM-Bild der Beschichtungsflüssigkeit zeigt, die unter der Bedingung auf die Stromsammelfolie aufgeschichtet wurde, dass die verteilten Musterflecken jeweils eine Breite von 10 µm, einen Teilungsabstand von 23 µm und eine Dicke von 5 µm haben. 16 ist eine Draufsicht, die schematisch ein REM-Bild der Beschichtungsflüssigkeit zeigt, die unter der Bedingung auf der Stromsammelfolie Z aufgeschichtet wurde, dass die verteilten Musterflecken jeweils eine Breite von 20 µm, einen Teilungsabstand von 40 µm und eine Dicke von 5 µm haben. 17 ist eine Draufsicht, die schematisch ein REM-Bild der Beschichtungsflüssigkeit zeigt, die unter der Bedingung auf der Stromsammelfolie Z aufgeschichtet wurde, dass die verteilten Musterflecken jeweils eine Breite von 40 µm, einen Teilungsabstand von 40 µm und eine Dicke von 5 µm haben.
In den mit Bindemittel beschichteten Bereichen ZT1, die in 15 gezeigt sind, sind die meisten der verteilten Musterflecken 22a regelmäßig mit einer beinahe konstanten Größe ausgebildet. Zudem sind die nicht mit Bindemittel beschichteten Bereiche ZT2 regelmäßig mit einer beinahe konstanten Breite ausgebildet. Es findet sich keine Haftung oder Vereinigung aneinandergrenzender verteilter Musterflecken 22a in den mit Bindemittel beschichteten Bereichen ZT1 und keine teilweise Absonderung von ihnen.
In den mit Bindemittel beschichteten Bereichen ZT1, die in 16 gezeigt sind, sind die verteilten Musterflecken 22b verglichen mit den verteilten Musterflecken 22a von 15 mit einer etwas ungleichmäßigen Größe ausgebildet. Dies liegt möglicherweise daran, dass sich, weil die Nutbreite und der Nutteilungsabstand größer sind, Klumpen der Beschichtungsflüssigkeit abtrennen und einzeln in inselartiger Form schrumpfen. Dementsprechend sind die verteilten Musterflecken vorzugsweise 10 bis 15 µm breit und haben einen Teilungsabstand von 23 bis 40 µm.
In dem mit Bindemittel beschichteten Bereich ZT1, der in 17 gezeigt ist, sind die verteilten Musterflecken 22c verglichen mit den verteilten Musterflecken 22a von 15 in einer hakenartig gebogenen Form ausgebildet. Dies liegt möglicherweise daran, dass Klumpen der Beschichtungsflüssigkeit entlang der Wandfläche schrumpfen, da die Nut noch größer ist.
Wenn die Breite und der Teilungsabstand der verteilten Musterflecken größer sind, können die mit Bindemittel beschichteten Bereiche ZT1 auf der Stromsammelfolie Z wie oben beschrieben mit verschiedenen Größen ausgebildet werden. In diesem Fall erhärtete es sich jedoch, dass die Flüssigkeitsschrumpfung verbessert werden konnte, wenn die Dicke der mit Bindemittel beschichteten Bereiche bis auf etwa 20 µm erhöht wurde.
Folglich werden die verteilten, mit Bindemittel beschichteten Bereiche ZT1 so auf der Stromsammelfolie Z ausgebildet, dass in der gravierten Gravurwalze eine Vielzahl von nutartigen Vertiefungen mit Schnittpunkten eingraviert wird, ohne die verteilten Vertiefungen in der gravierten Gravurwalze einzugravieren, was verursacht, dass die in den nutartigen Vertiefungen mitgenommene Beschichtungsflüssigkeit in jedem Schnittpunkt schrumpft. Somit kann die Wirksamkeit des Verfahrens zum Ausbilden der mit Bindemittel beschichteten Bereiche, die in dem verteilten Muster auf die Stromsammelfolie Z übertragen werden, bestätigt werden.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Die Erfindung ist als eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie nutzbar, die sich in einem Elektrofahrzeug, einem Hybridfahrzeug und anderen Fahrzeugen einbauen lässt.
Bezugszeichenliste

1: Gravierte Gravurwalze
2: Flüssigkeitswanne
3: Stützwalze
4: Heizung
5: Pulverspender
6, 7: Presswalze
8: Zuführwalze
10: Fertigungsvorrichtung Lithium-Ionen-Sekundärbatterie
20: Fertigungsvorrichtung Lithium-Ionen-Sekundärbatterie
11: Gravierte Nut
12: Schaber
14: Nutartige Vertiefung
15: Schnittpunkt
21: Beschichtungsflüssigkeit
22: Beschichtungsflüssigkeit
22a: Verteilter Musterfleck
22b: Verteilter Musterfleck
22c: Verteilter Musterfleck
51: Mischungspartikel
52: Ansammlungsschicht
53: Mischungsschicht
52B, 52C: Mischungsschicht
100: Lithium-Ionen-Sekundärbatterie
1010: Elektrodenlage
Z: Stromsammelfolie
K: Elektrodenaktivmaterial
B1, B2: Bindemittel
ZT1: Mit Bindemittel beschichteter Abschnitt
ZT2: Nicht mit Bindemittel beschichteter Abschnitt

Claims

Lithium-Ionen-Sekundärbatterie, die eine Elektrodenlage aufweist, die auf einer Stromsammelfolie eine Mischungsschicht ausgebildet hat, die aus pulvrigen Mischungspartikeln besteht, wobei die Stromsammelfolie einen mit Bindemittel beschichteten Bereich, in dem auf der Stromsammelfolie eine Bindemittelschicht in einer Mustergestaltung ausgebildet ist, und einen nicht mit Bindemittel beschichteten Bereich aufweist, in dem die Bindemittelschicht nicht ausgebildet ist, und die Mischungspartikel zumindest ein Elektrodenaktivmaterial und ein Bindemittel aufweisen und die Mischungsschicht auf dem mit Bindemittel beschichteten Bereich und dem nicht mit Bindemittel beschichteten Bereich ausgebildet ist.
Lithium-Ionen-Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei der mit Bindemittel beschichtete Bereich auf der Stromsammelfolie in Draufsicht als verteilte Musterflecken ausgebildet ist.
Lithium-Ionen-Sekundärbatterie nach Anspruch 2, wobei die verteilten Musterflecken jeweils eine Breite von 10 bis 15 µm und einen Teilungsabstand von 23 bis 40 µm haben.