JP2014505341A - Electrode manufacturing method - Google Patents

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Abstract

金属製基板を有する電気化学セルの電極、特に負極を製造するための方法であって、前記方法は、前記金属製基板を紫外線照射によって処理するステップと、前記金属製基板を有機酸を用いて処理するステップとを有している。  A method for manufacturing an electrode of an electrochemical cell having a metal substrate, particularly a negative electrode, the method comprising: treating the metal substrate by ultraviolet irradiation; and using the organic acid to treat the metal substrate. Processing steps.

Description

優先権出願DE 10 2011 011 154.9の全内容は、参照することにより本願の構成要素となる。   The entire contents of the priority application DE 10 2011 011 154.9 are hereby incorporated by reference.

本発明は、電気化学セルの電極、特に負極を製造するための方法に関する。当該電気化学セルは、好ましくは、電気モータ、好ましくはハイブリッド駆動部を有する車両の駆動に、及び/又は、「プラグイン」モードにおいて利用可能である。   The present invention relates to a method for producing an electrode of an electrochemical cell, in particular a negative electrode. The electrochemical cell is preferably available for driving an electric motor, preferably a vehicle with a hybrid drive, and / or in a “plug-in” mode.

電気化学セル、特にリチウム二次バッテリは、その高いエネルギー密度と大きな容量ゆえに、携帯電話等のモバイル情報装置、工具、又は、電気駆動自動車及びハイブリッド駆動部を有する自動車において、エネルギー貯蔵装置として用いられる。電気化学セル、特に自動車の駆動に用いられるセルのこれらの様々な使用領域において、電気化学セルは高い要求を満たさなければならない。すなわち、可能な限り小さい重量における、多数の充放電サイクルにわたって安定した、可能な限り大きな電気容量及びエネルギー密度である。   Electrochemical cells, especially lithium secondary batteries, are used as energy storage devices in mobile information devices such as mobile phones, tools, or vehicles with electric and hybrid drives due to their high energy density and large capacity. . In these various areas of use of electrochemical cells, in particular cells used to drive automobiles, electrochemical cells must meet high demands. That is, the largest possible capacitance and energy density that is stable over a number of charge / discharge cycles at the smallest possible weight.

電気化学セルの寿命は、しばしば、電極の経年劣化、特に負極の経年劣化に依存する。経年劣化プロセスにおいて、電気化学セルはその容量と出力とを失う。このプロセスは、大部分の従来の電気化学セルでは、多かれ少なかれ大きな規模で行われ、使用状況(温度、保管条件、充電状態等)に著しく依存するが、材料の質及び電気化学セルの製造プロセス中の加工にも依存する。したがって、非常に純度の高い材料を高い質で加工した場合、非常に寿命の長い電気化学セルが得られる。当該電気化学セルは、比較的長い期間にわたってもほとんど経年劣化せず、わずかに容量及び出力を失うのみである。   The lifetime of an electrochemical cell often depends on the aging of the electrodes, in particular the aging of the negative electrode. In an aging process, an electrochemical cell loses its capacity and power. This process is performed on a more or less large scale in most conventional electrochemical cells and depends greatly on the usage conditions (temperature, storage conditions, state of charge, etc.), but the quality of the material and the manufacturing process of the electrochemical cell Depends on the processing inside. Therefore, when an extremely pure material is processed with high quality, an electrochemical cell having a very long life can be obtained. The electrochemical cell hardly degrades over a relatively long period of time and only slightly loses capacity and power.

使用される材料の純度には、しばしば物理的又は化学的限界が、例えば合成プロセスに基づいて設定されているので、バッテリ製造者の優先的な目標は、特許文献1に記載されているように、電極の製造方法の最適化によって、つねにより質が高く、したがって寿命の長い電気化学セルを得ることにある。   Since the physical or chemical limits are often set for the purity of the materials used, eg based on the synthesis process, the battery manufacturer's preferential goal is as described in US Pat. By optimizing the electrode manufacturing method, it is always to obtain an electrochemical cell of higher quality and thus longer life.

特に、電気化学活物質の金属製基板表面への付着は、電気化学セルの質に決定的に寄与する。先行技術から知られていることには、コロナ処理、すなわち金属製基板表面の硫酸クロムを用いたエッチングによって、電気化学活物質の金属製基板表面への付着が決定的に改善される。この方法の大きな欠点は、人体及び環境に対して毒性が高く、電気化学セル内でさらに加工するにも毒性が高い硫酸クロムの使用が、許容できない汚染であるということにある。   In particular, the adhesion of the electrochemically active material to the surface of the metal substrate contributes decisively to the quality of the electrochemical cell. It is known from the prior art that the adhesion of the electrochemically active material to the metal substrate surface is decisively improved by corona treatment, ie etching of the metal substrate surface with chromium sulfate. A major drawback of this method is that the use of chromium sulfate, which is highly toxic to the human body and the environment and is highly toxic for further processing in electrochemical cells, is an unacceptable contamination.

欧州特許出願公開第2006942号明細書European Patent Application Publication No. 20000692

したがって、先行技術に照らして本発明の課題は、寿命の長い電気化学セルの電極、特に負極を製造するための最適化された方法を提供することにある。   Accordingly, in light of the prior art, the object of the present invention is to provide an optimized method for producing electrodes, in particular negative electrodes, of long-life electrochemical cells.

本発明によると、本課題は独立請求項の教示によって解決される。本発明の好ましいさらなる構成は、下位請求項の対象である。   According to the invention, this problem is solved by the teachings of the independent claims. Preferred further configurations of the invention are the subject of the subclaims.

本課題を解決するために、以下に詳細に説明するように、電気化学セルの電極、特に負極を製造するための方法が設けられており、当該方法は、紫外線照射と有機酸の使用とによる金属製基板の処理を有している。   In order to solve this problem, as will be described in detail below, there is provided a method for producing an electrode of an electrochemical cell, in particular a negative electrode, which depends on ultraviolet irradiation and the use of organic acids. Has processing of metal substrate.

本発明に係る方法の利点は、金属製基板の環境に優しく確実な洗浄が可能であり、それによって、特に電気化学活物質の金属製基板表面への付着が改善され、電気化学セルの寿命が長くなることにある。   The advantage of the method according to the present invention is that it allows an environmentally friendly and reliable cleaning of the metal substrate, thereby improving the adhesion of the electrochemically active material to the surface of the metal substrate, in particular, reducing the lifetime of the electrochemical cell. To be long.

「電気化学セル」は、エネルギーの電気的貯蔵のためのあらゆる種類の装置であると理解される。この概念は、特に一次又は二次タイプの電気化学セルを規定するが、また、コンデンサ等の他の形態のエネルギー貯蔵装置も規定する。好ましくは、本発明において電気化学セルとは、リチウムイオンセルであると理解される。   An “electrochemical cell” is understood to be any kind of device for the electrical storage of energy. This concept defines in particular primary or secondary type electrochemical cells, but also defines other forms of energy storage devices such as capacitors. Preferably, in the present invention, an electrochemical cell is understood to be a lithium ion cell.

「負極」という概念は、当該電極が、電気モータ等の負荷(Verbraucher)に接続されると電子を放出することを意味している。したがって、ここでは負極はアノードである。対応して、「正極」という概念は、当該電極が、電気モータ等の負荷に接続されると電子を受容することを意味している。したがって、ここでは正極はカソードである。   The concept of “negative electrode” means that the electrode emits electrons when connected to a load such as an electric motor (Verbraucher). Therefore, the negative electrode here is the anode. Correspondingly, the concept of “positive electrode” means that the electrode accepts electrons when connected to a load such as an electric motor. Therefore, the positive electrode here is the cathode.

本発明に係る方法によって製造される電極、すなわち正極及び/又は負極は、少なくとも1つの金属製基板と少なくとも1つの電気化学活物質とを有している。   The electrode manufactured by the method according to the present invention, that is, the positive electrode and / or the negative electrode has at least one metal substrate and at least one electrochemically active material.

「電気化学活物質」という概念は、イオン、特にカチオン、好ましくはリチウムイオンの貯蔵及び放出に適した材料であると理解される。   The concept of “electrochemically active material” is understood to be a material suitable for the storage and release of ions, in particular cations, preferably lithium ions.

一実施形態において、電気化学活物質は、カソード活物質である。   In one embodiment, the electrochemically active material is a cathode active material.

好ましい一実施形態において、電気化学活物質は、アノード活物質である。アノード活物質は、好ましくは炭素を含有している。   In a preferred embodiment, the electrochemically active material is an anode active material. The anode active material preferably contains carbon.

一実施形態において、本発明に係る方法によって製造された電極は、金属製基板及び電気化学活物質に加えて、少なくとも1つのさらなる添加物を有しており、これは好ましくは伝導性を高めるための添加物であり、例えばカーボンブラック等の炭素ベースの添加物、及び/又は、電気化学セルの過充電時に電気化学活物質の破壊を減少させ、好ましくは最小限にし、好ましくは妨げる酸化還元活性な添加物である。   In one embodiment, the electrode produced by the method according to the invention has at least one further additive in addition to the metallic substrate and the electrochemically active material, which preferably increases the conductivity. Additives, such as carbon-based additives such as carbon black, and / or redox activity that reduces, preferably minimizes and preferably prevents electrochemical active material destruction during overcharge of electrochemical cells Additive.

「金属製基板」という概念は、好ましくは電気化学セルの「電極担体」及び「コレクタ」として知られている部材に関する。本発明において金属製基板は、活物質の塗布に適しており、概ね金属的性質を、好ましくは完全に金属的性質を有している。   The concept of “metal substrate” preferably relates to the members known as “electrode carrier” and “collector” of an electrochemical cell. In the present invention, the metal substrate is suitable for the application of the active material, and generally has metallic properties, preferably completely metallic properties.

好ましくは、金属製基板は、少なくとも部分的にホイルとして、又は、網状構造として、又は、ウェブとして構成されており、好ましくは銅又は銅を含有する合金を有している。   Preferably, the metallic substrate is at least partly configured as a foil, as a network or as a web, and preferably comprises copper or an alloy containing copper.

本発明に係る方法は、好ましくは、金属製基板、特に金属製基板の表面を、時間的間隔をおいて、電気化学活物質を塗布するために、有機酸で処理する、特に少なくとも部分的に洗浄する、好ましくは完全に洗浄するステップを有している。   The method according to the invention preferably comprises treating the surface of a metal substrate, in particular a metal substrate, with an organic acid, in particular at least partly, for applying an electrochemically active material at time intervals. Washing, preferably washing thoroughly.

「時間的間隔」という概念は、処理、特に金属製基板の少なくとも部分的な洗浄、特に金属製基板表面の有機酸での処理の開始又は終了と、電気化学活物質の処理された金属製基板への塗布の開始との間に、時間差dt>0が存在するということであると理解される。処理、特に金属製基板の有機酸を用いた少なくとも部分的な洗浄は、電気化学活物質の処理された金属製基板への塗布の前に行われる。処理、特に金属製基板の有機酸を用いた少なくとも部分的な洗浄と、電気化学活物質の処理された、特に少なくとも部分的に洗浄されたコレクタへの塗布との間の時間差dtは、好ましくはdt=3時間まで、好ましくは2時間まで、好ましくは1時間までである。   The concept of “time interval” is the start or end of treatment, particularly at least partial cleaning of a metal substrate, in particular treatment with an organic acid on the surface of the metal substrate, and a metal substrate treated with an electrochemically active material. It is understood that there is a time difference dt> 0 between the start of application to The treatment, in particular at least partial cleaning of the metal substrate with an organic acid, is performed prior to application of the electrochemically active material to the treated metal substrate. The time difference dt between the treatment, in particular the at least partial cleaning of the metal substrate with an organic acid and the application of the electrochemically active material to the treated, in particular at least partially cleaned collector, is preferably dt = up to 3 hours, preferably up to 2 hours, preferably up to 1 hour.

好ましい一実施形態において、処理、特に金属製基板の少なくとも部分的な洗浄、特に金属製基板表面の有機酸での処理と、電気化学活物質の処理された、特に少なくとも部分的に洗浄された金属製基板への塗布との間の時間差は、30分から40分、好ましくは35分(±2分)である。   In a preferred embodiment, treatment, in particular at least partial cleaning of the metal substrate, in particular treatment with an organic acid on the surface of the metal substrate, and treatment of the electrochemically active material, in particular at least partially cleaned metal. The time difference from application to the substrate is 30 to 40 minutes, preferably 35 minutes (± 2 minutes).

この処理、特に金属製基板の少なくとも部分的な洗浄、特に金属製基板表面の有機酸での処理と、電気化学活物質の処理された、特に少なくとも部分的に洗浄された金属製基板への塗布との間の時間差は、金属製基板、特にその表面の好ましくは50%までの汚染物質、特に好ましくは100%までの汚染物質が除去されるような特に効果的な洗浄が可能であるという利点を有する。   This treatment, in particular at least partial cleaning of the metal substrate, in particular treatment with an organic acid on the surface of the metal substrate, and application of an electrochemically active material to the treated, particularly at least partially cleaned metal substrate The time difference between the first and the second is an advantage that a particularly effective cleaning is possible in which metal substrates, in particular up to 50% of contaminants on their surface, particularly preferably up to 100% of contaminants are removed. Have

金属製基板の有機酸を用いた洗浄と電気化学活物質の塗布との間では、金属製基板表面をさらに処理するための、乾燥ステップ等のようなさらなるステップが行われても良い。   Between the cleaning of the metal substrate using the organic acid and the application of the electrochemically active material, further steps such as a drying step may be performed for further processing the surface of the metal substrate.

「有機酸」という概念は、酸性基O=X−OHを有する化合物、すなわち、中心原子(X)を有し、中心原子XとOH基の酸素原子Oとの間における単結合によってOH基を有し、中心原子Xへの二重結合によってさらなる酸素原子を有する化合物であると理解される。中心原子Xは、二重結合の形成によって酸素原子と結合するのと同時に、単結合の形成によってOH基の酸素原子Oと結合することが可能な元素周期表(PSE)の非金属又は半金属の群から選択され得る。好ましくは、中心原子Xは、炭素、硫黄、リン、ケイ素の群から選択され、炭素が特に好ましい。   The concept of “organic acid” is a compound having an acidic group O═X—OH, that is, a compound having a central atom (X) and having an OH group by a single bond between the central atom X and the oxygen atom O of the OH group. It is understood to be a compound having a further oxygen atom by a double bond to the central atom X. The central atom X is bonded to an oxygen atom by the formation of a double bond, and at the same time, it is bonded to the oxygen atom O of the OH group by the formation of a single bond. Can be selected from the group of Preferably, the central atom X is selected from the group of carbon, sulfur, phosphorus, silicon, with carbon being particularly preferred.

さらに、中心原子Xは、炭素原子及び水素原子の他にさらなるヘテロ原子、好ましくは窒素、酸素、硫黄又はリンを有し得るアルキル置換基又はアリール置換基から選択された有機置換基の構成要素であるさらなる原子、好ましくは炭素原子に結合する。「有機酸」という概念を単数で用いることは、異なる有機酸の混合物も該当することを排除しない。   Furthermore, the central atom X is a component of an organic substituent selected from alkyl or aryl substituents which may have additional heteroatoms in addition to carbon and hydrogen atoms, preferably nitrogen, oxygen, sulfur or phosphorus. It is bonded to some further atom, preferably a carbon atom. The use of the term “organic acid” in the singular does not preclude a mixture of different organic acids.

有機酸が「固体酸」として、すなわち標準条件(25℃、1031bar)において固体として存在する酸として構成されている場合、当該酸を使用前に適切な溶媒に溶解させることが好ましい。好ましくは、有機酸及び/又は溶媒の水分含有量は、20%より少なく、好ましくは10%より少なく、好ましくは5%より少なく、好ましくは2%より少なく、特に好ましくは1%か又はそれより少ない。好ましくは、有機酸は、紫外線照射又は温度上昇の際に分解するように選択される。好ましくは、紫外線照射の際に生成される分解生成物は、少なくとも部分的に気体状である。好ましい分解生成物は、例えば二酸化炭素又は水である。   When the organic acid is configured as a “solid acid”, ie as an acid that exists as a solid under standard conditions (25 ° C., 1031 bar), it is preferred to dissolve the acid in a suitable solvent before use. Preferably, the water content of the organic acid and / or solvent is less than 20%, preferably less than 10%, preferably less than 5%, preferably less than 2%, particularly preferably 1% or more. Few. Preferably, the organic acid is selected so that it decomposes upon UV irradiation or temperature rise. Preferably, the decomposition product produced upon UV irradiation is at least partially gaseous. A preferred decomposition product is, for example, carbon dioxide or water.

一実施形態において、有機酸は、酢酸、コハク酸、フマル酸、クエン酸、マレイン酸、シュウ酸、乳酸、ピルビン酸、ギ酸、オキサロコハク酸、オキサロ酢酸、シュウ酸又はそれらの混合物から選択される。   In one embodiment, the organic acid is selected from acetic acid, succinic acid, fumaric acid, citric acid, maleic acid, oxalic acid, lactic acid, pyruvic acid, formic acid, oxalosuccinic acid, oxaloacetic acid, oxalic acid or mixtures thereof. .

好ましい一実施形態において、有機酸は、場合によってはさらなる成分の他に、シュウ酸(エタン二酸とも呼ばれる)を含有している。   In a preferred embodiment, the organic acid contains oxalic acid (also called ethanedioic acid), optionally in addition to further components.

有機酸、特にシュウ酸の使用は、当該有機酸が、例えば加熱又は紫外線照射によって分解され得るという利点を有する。このようにして得られた有機酸の分解生成物は、概ね二酸化炭素及び水であり、容易に除去することができる。加えて、有機酸の取り扱いは、例えばコロナエッチングで用いられる硫酸クロムの取り扱いよりも概ね容易であり、危険も少ない。これは、特に電気化学セルの製造時に存在する「クリーンルーム」条件との関連において有効である。   The use of organic acids, in particular oxalic acid, has the advantage that the organic acid can be decomposed, for example by heating or UV irradiation. The organic acid decomposition products thus obtained are generally carbon dioxide and water, and can be easily removed. In addition, handling of organic acids is generally easier and less dangerous than handling of chromium sulfate used, for example, in corona etching. This is particularly useful in the context of “clean room” conditions that exist during the manufacture of electrochemical cells.

特に好ましい一実施形態において、有機酸は「無水」シュウ酸として構成される。これはCAS番号144−62−7で商品として入手可能である。ここで「無水」とは、シュウ酸の水分含有量が1%か又はそれよりも少ないということを意味している。   In one particularly preferred embodiment, the organic acid is configured as “anhydrous” oxalic acid. This is available as a product under CAS number 144-62-7. Here, “anhydrous” means that the water content of oxalic acid is 1% or less.

さらなる特に好ましい一実施形態において、有機酸は、「無水」シュウ酸として構成されており、少なくとも部分的にNMP(N−メチル−2−ピロリドン)に溶解している。NMPの水分含有量は、好ましくは100ppmより少なく、好ましくは60ppmより少なく、好ましくは30ppmより少なく、好ましくは10ppmより少なく、NMPはいわゆる「バッテリ品質(Battery Quality)」において、アミンを含有する汚染物質をほぼ含まずに存在している。   In a further particularly preferred embodiment, the organic acid is configured as “anhydrous” oxalic acid and is at least partially dissolved in NMP (N-methyl-2-pyrrolidone). The moisture content of NMP is preferably less than 100 ppm, preferably less than 60 ppm, preferably less than 30 ppm, preferably less than 10 ppm, and NMP is a pollutant containing amines in the so-called “Battery Quality”. Exist almost without.

無水有機酸、特に無水シュウ酸の使用は、金属製基板、特にその表面の汚染物質が、特に金属製基板が銅ホイルとして構成されている場合、特に効率的かつ容易に、少なくとも部分的に、好ましくは完全に除去されるという利点を有する。金属製基板表面の汚染物質は、金属製基板の保管、輸送、包装を通じて又は製造の間に生じ得る。汚染物質は、例えば電気化学活物質の金属製基板表面への付着にネガティブな影響を与え得る。それによって、電気化学セルはより早く「経年劣化」するか、又は、金属製基板の機能、すなわち電気化学活物質からの若しくは電気化学活物質への電子の受容若しくは放出も侵害される。これは例えば、電気化学セルの内部抵抗の増大及びそれに伴う容量又は出力の損失の形で明らかになる。   The use of organic acid anhydrides, especially oxalic anhydride, can be used at least in part, particularly efficiently and easily, especially when the metal substrate, especially the contaminants on its surface, are configured as a copper foil, Preferably it has the advantage of being completely removed. Contaminants on the surface of the metal substrate can occur through storage, transportation, packaging or during manufacture of the metal substrate. Contaminants can negatively affect, for example, the adhesion of the electrochemically active material to the metal substrate surface. Thereby, the electrochemical cell will “age over time” earlier, or the function of the metal substrate, ie the acceptance or emission of electrons from or into the electrochemically active material will be compromised. This becomes apparent, for example, in the form of an increase in the internal resistance of the electrochemical cell and the accompanying loss of capacity or power.

一実施形態において、金属製基板は、銅若しくは銅を含有するホイル、特に銅ホイルであるか、又はそれを含んでいる。銅ホイルコレクタの表面は、その製造の間、例えば圧延プロセス又は切断プロセスにおいて、脂肪を含有する及び/又は油性の物質、特に牛脂又は粉塵粒子によって汚染され得る。さらに、銅を含有するホイル、特に銅ホイルの表面は、周囲空気と比較的長く接触した場合、周囲空気によって少なくとも部分的に、特に酸化を通じて不動態化され、不動態被膜を形成し、これは一実施形態においては酸化銅(I)CuOを有するもので、やはり汚染物質であると見なされる。したがって、有機置換基を有する有機酸を使用するのは有利である。なぜなら、同じく有機の脂肪を含有する及び/又は油性の物質は、化学原則「似たもの同士はよく溶ける」(similia similibus solvuntur)に従い、少なくとも部分的に、好ましくは完全に有機酸に溶解し、それによって、金属基板表面から除去され得るからである。有機酸を用いるさらなる利点は、一実施形態においては酸化銅(I)CuOを有する不動態被膜は、少なくとも部分的に、好ましくは完全に除去され得る点にある。好ましくは、このように処理された、特に少なくとも部分的に洗浄された金属製基板表面は、有機酸とはもはや反応しない。 In one embodiment, the metallic substrate is or comprises copper or a copper-containing foil, in particular a copper foil. The surface of the copper foil collector can be contaminated by fat-containing and / or oily substances, in particular beef tallow or dust particles, during its manufacture, for example in a rolling or cutting process. In addition, copper-containing foils, in particular copper foil surfaces, when relatively long in contact with ambient air, are at least partially passivated by ambient air, in particular through oxidation, to form a passive film, In one embodiment, it has copper (I) Cu 2 O and is also considered a contaminant. Therefore, it is advantageous to use an organic acid having an organic substituent. Because organic fat-containing and / or oily substances are also at least partly, preferably completely soluble in organic acids, according to the chemical principle “Similar solvates well” (similia similibus solvuntur) This is because it can be removed from the surface of the metal substrate. A further advantage of using organic acids is that in one embodiment the passivating coating with copper (I) Cu 2 O can be at least partially, preferably completely removed. Preferably, the metal substrate surface treated in this way, in particular at least partially cleaned, no longer reacts with organic acids.

特に好ましい一実施形態において、金属製基板は、銅を含有するホイル、特に銅ホイルとして構成されており、その表面は、脂肪を含有する及び/若しくは油性の物質、特に牛脂、並びに/又は、少なくとも部分的に酸化銅(I)CuOを有する不動態被膜によって少なくとも部分的に汚染されており、有機酸、好ましくは無水シュウ酸で少なくとも部分的に、好ましくは完全に処理され、特に少なくとも部分的に、好ましくは完全に前記汚染物質が取り除かれ、すなわち洗浄される。 In a particularly preferred embodiment, the metallic substrate is configured as a foil containing copper, in particular a copper foil, the surface of which contains fat-containing and / or oily substances, in particular beef tallow, and / or at least Partially at least partially contaminated by a passive coating with copper (I) oxide Cu 2 O, treated at least partly, preferably completely with an organic acid, preferably oxalic anhydride, in particular at least partly In particular, the contaminants are preferably completely removed, i.e. washed.

「洗浄」及び「洗浄された」という概念は、好ましくは50%まで、好ましくは70%まで、好ましくは100%までの汚染物質が金属製基板表面から除去されたこと、しかしながらそのつど好ましくは少なくとも5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、80%、85%、90%、95%の汚染物質が金属製基板表面から除去されたことであると理解される。   The concepts “cleaned” and “cleaned” preferably indicate that up to 50%, preferably up to 70%, and preferably up to 100% of contaminants have been removed from the metal substrate surface, but at least preferably each time. 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 80%, 85%, 90% 95% of the contaminant has been removed from the metal substrate surface.

「処理」及び「処理する」という概念は、好ましくは50%まで、好ましくは70%まで、好ましくは100%までの金属表面が有機酸と接触し、特に有機酸で湿らされたこと、しかしながらそのつど好ましくは少なくとも5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、80%、85%、90%、95%の金属製基板の表面が有機酸に接触し、特に有機酸で湿らされたことであると理解される。   The concept of “treatment” and “treat” is preferably that up to 50%, preferably up to 70%, preferably up to 100% of the metal surface has been in contact with an organic acid, in particular wetted with an organic acid, however Preferably at least 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 80%, 85 It is understood that the surface of the%, 90%, 95% metal substrate has been in contact with an organic acid, and in particular has been wetted with an organic acid.

金属製基板表面を有機酸で湿らせることは、一実施形態においては、金属製基板表面に有機酸を噴霧することによって行われる。   In one embodiment, the metal substrate surface is moistened with an organic acid by spraying the organic acid onto the metal substrate surface.

さらなる一実施形態において、金属製基板表面を有機酸で湿らせることは、金属製表面に有機酸を注ぐことによって行われる。   In a further embodiment, wetting the metallic substrate surface with an organic acid is performed by pouring the organic acid onto the metallic surface.

さらなる一実施形態において、金属製基板表面を有機酸で湿らせることは、金属製基板の有機酸浴によって行われる。   In a further embodiment, moistening the metal substrate surface with an organic acid is performed by an organic acid bath of the metal substrate.

さらなる一実施形態において、金属製基板表面を有機酸で湿らせることは、表面が有機酸で湿らされたローラ等の装置を用いて行われる。このとき、有機酸は、金属製基板表面が装置表面と接触した際に、装置表面から金属製基板表面に少なくとも部分的に移される。   In a further embodiment, the metal substrate surface is moistened with an organic acid using a device such as a roller whose surface is moistened with an organic acid. At this time, the organic acid is at least partially transferred from the device surface to the metal substrate surface when the metal substrate surface contacts the device surface.

さらなる一実施形態において、金属製基板表面の有機酸での処理は、有機酸を有するか又は有機酸から成る蒸気での金属製基板の蒸着によって行われる。これによって、表面の特に均質な処理が、特にウェッティング効果(Benetzungseffekt)をほぼ生じずに可能になる。この処理は、好ましくは最低でも85℃、100℃、150℃の温度で行われる。この処理には蒸気流が用いられ、当該蒸気は圧力と共に、処理されるべき表面に衝突し、それによって機械的な洗浄効果がもたらされる。この圧力は、そのつど好ましくは少なくとも1bar、2bar、5bar、10bar、25bar、50bar、100bar、200bar又は500barである。しかしながら、当該圧力又は金属製基板上の周囲圧力は、1bar未満でも良い。蒸気流の横断面は、面ADを有しており、面ADは処理されるべき表面の少なくとも面AOに対応する。しかしながら、この横断面ADが面AOの分数(Bruchteil)fに対応し(AD=f*AO)、好ましくはfが最低又は最高でf=0.5;0.25;0.1;0.05であることも可能であり好ましい。蒸気流の横断面は、そのつど好ましくは、及び、ほぼ、直方体状、帯状又は線状の輪郭を有している。   In a further embodiment, the treatment of the metal substrate surface with an organic acid is performed by vapor deposition of the metal substrate with a vapor comprising or consisting of an organic acid. This allows for a particularly homogeneous treatment of the surface, in particular with virtually no wetting effect (Benetzungseffekt). This treatment is preferably carried out at a temperature of at least 85 ° C., 100 ° C., 150 ° C. A vapor stream is used for this treatment, which, with pressure, impinges on the surface to be treated, thereby providing a mechanical cleaning effect. This pressure is in each case preferably at least 1 bar, 2 bar, 5 bar, 10 bar, 25 bar, 50 bar, 100 bar, 200 bar or 500 bar. However, the pressure or the ambient pressure on the metal substrate may be less than 1 bar. The cross section of the vapor stream has a surface AD, which corresponds to at least the surface AO of the surface to be treated. However, this cross-section AD corresponds to a fraction A of the surface AO (Br = teil) f (AD = f * AO), preferably f is the lowest or highest and f = 0.5; 0.25; 0.1; 05 is also possible and preferable. The cross section of the steam flow is preferably and in each case has a substantially rectangular parallelepiped, strip or line profile.

金属製基板の処理、特にその洗浄は、特に金属製基板の周囲圧力が0.05barから1barの間の場合に、好ましくはプラズマを用いて、特にプラズマ流を用いても行われる。プラズマは、部分的又は完全に、イオン又は電子等の自由な電荷担体から成る気体であり、例えば製品として入手可能なプラズマ設備内の交流電場における気体の電気的処理によって発生する。プラズマは、酸素又は有機酸を用いて生成され得る。このとき、温度は任意で選択可能であり、特にほぼ雰囲気温度である。柔軟又は緩やかな洗浄が行われる。   The treatment of the metal substrate, in particular its cleaning, is preferably carried out with plasma, in particular with a plasma flow, in particular when the ambient pressure of the metal substrate is between 0.05 bar and 1 bar. Plasma is partially or completely a gas composed of free charge carriers such as ions or electrons, and is generated, for example, by electrical treatment of the gas in an alternating electric field in a plasma facility available as a product. The plasma can be generated using oxygen or organic acids. At this time, the temperature can be arbitrarily selected, and is particularly the atmospheric temperature. Soft or gentle cleaning is performed.

有機酸と特に有機酸を有する蒸気流と処理されるべき表面とは、特に均質な結果を得るために、互いに対して、好ましくは一定の速度で動かされることも可能であり好ましい。このとき好ましくは、例えば処理されるべき表面が有機酸(若しくは蒸気流)に対して動かされるか、又は、有機酸(若しくは蒸気流)が処理されるべき表面に対して動かされる。   It is possible and preferred that the organic acid and in particular the vapor stream comprising the organic acid and the surface to be treated can be moved with respect to each other, preferably at a constant speed, in order to obtain a particularly homogeneous result. Preferably, for example, the surface to be treated is moved relative to the organic acid (or vapor stream) or the organic acid (or vapor stream) is moved relative to the surface to be treated.

一実施形態において、金属製基板表面を湿らせるステップに引き続いて、さらなるステップが行われる。当該ステップでは、振動等の機械的プロセスを用いて、有機酸が金属製基板表面上で均質に分散する。   In one embodiment, further steps are performed following the step of wetting the metal substrate surface. In this step, the organic acid is uniformly dispersed on the surface of the metal substrate using a mechanical process such as vibration.

一実施形態において、有機酸の金属製基板表面上での均質な分散は、金属製基板表面を有機酸で湿らすのと同時に行われる。   In one embodiment, the homogenous dispersion of the organic acid on the metal substrate surface is performed simultaneously with wetting the metal substrate surface with the organic acid.

一実施形態において、当該方法は、金属製基板表面の機械的洗浄を有しており、これは、例えばブラシ又は繊維の装置を用いた研磨によって行われ得る。機械的洗浄のステップは、金属製基板表面を有機酸で湿らせる前に、金属製基板表面を有機酸で湿らせる間、すなわち同時に、又は、その後で行われ得る。   In one embodiment, the method includes mechanical cleaning of the metal substrate surface, which can be performed by polishing using, for example, a brush or fiber device. The mechanical cleaning step can be performed before, during or after wetting the metal substrate surface with the organic acid before wetting the metal substrate surface with the organic acid.

好ましい一実施形態において、金属製基板表面を有機酸で湿らせるステップと、金属製基板表面に有機酸を均質に分散させるステップと、金属表面の機械的洗浄ステップとは、1つのステップに統合される。これは、例えば有機酸を有する蒸気流によって、又は、可動性ブラシの使用によって行われ得る。このブラシは、有機酸で満たされたストック容器からの有機酸で持続的に湿らされており、金属製基板表面と接触することによって、有機酸を金属製基板に放出する。このとき、可動性ブラシは、例えば金属製基板表面上で円形の動きを行い、それによって有機酸が金属製基板表面上で均質に分散する。ブラシによって金属製基板表面に圧力を任意で与えることによって、これは同時に機械的に洗浄される。   In a preferred embodiment, the step of wetting the metal substrate surface with an organic acid, the step of uniformly dispersing the organic acid on the metal substrate surface, and the step of mechanically cleaning the metal surface are combined into one step. The This can be done, for example, by a vapor stream with an organic acid or by the use of a movable brush. The brush is continuously moistened with organic acid from a stock container filled with organic acid, and releases the organic acid onto the metal substrate by contacting the metal substrate surface. At this time, the movable brush performs, for example, a circular movement on the surface of the metal substrate, whereby the organic acid is uniformly dispersed on the surface of the metal substrate. This is simultaneously mechanically cleaned by optionally applying pressure to the metal substrate surface with a brush.

有機酸が金属製基板表面に留まる時間は、好ましくは30秒まで、5分まで、好ましくは30分まで、好ましくは60分まで、好ましくは2時間までである。しかしながら、この時間は、より長くてもより短くても良い。   The time that the organic acid stays on the surface of the metal substrate is preferably up to 30 seconds, up to 5 minutes, preferably up to 30 minutes, preferably up to 60 minutes, preferably up to 2 hours. However, this time may be longer or shorter.

さらに、本発明に係る方法は、金属製基板の紫外線光による処理を有している。   Furthermore, the method according to the present invention comprises treating the metal substrate with ultraviolet light.

一実施形態において、金属製基板の紫外線処理は、有機酸での処理の前に行われる。   In one embodiment, the ultraviolet treatment of the metal substrate is performed before the treatment with the organic acid.

さらなる一実施形態において、金属製基板の紫外線処理は、有機酸での処理の後に行われる。   In a further embodiment, the ultraviolet treatment of the metal substrate is performed after the treatment with an organic acid.

好ましい一実施形態において、金属製基板の紫外線処理は、有機酸での処理の前及び後に行われる。   In a preferred embodiment, the ultraviolet treatment of the metal substrate is performed before and after the treatment with the organic acid.

好ましい一実施形態において、金属製基板に加えて電気化学活物質にも紫外線光が照射される。   In a preferred embodiment, the electrochemically active material is irradiated with ultraviolet light in addition to the metal substrate.

電気化学活物質への紫外線光の照射は、当該電気化学活物質を金属製基板に塗布する直前に、又は、時間的間隔を置いて行われる。   Irradiation of the ultraviolet light to the electrochemically active material is performed immediately before applying the electrochemically active material to the metal substrate or at a time interval.

金属製基板及び電気化学活物質の紫外線処理は、電気化学活物質の金属製基板表面への接着に有利に作用する。紫外線照射によって、酸化による金属製基板表面の有機汚染物質は、少なくとも部分的に除去される。このとき、二酸化炭素や水等の分解生成物が生成される。したがって、紫外線照射によって、金属製基板表面は少なくとも部分的に洗浄され、金属製基板表面の接着力は少なくとも部分的に向上する。   The ultraviolet treatment of the metal substrate and the electrochemically active material is advantageous for adhesion of the electrochemically active material to the surface of the metal substrate. By the ultraviolet irradiation, organic contaminants on the metal substrate surface due to oxidation are at least partially removed. At this time, decomposition products such as carbon dioxide and water are generated. Therefore, the surface of the metal substrate is at least partially cleaned by the ultraviolet irradiation, and the adhesion force of the surface of the metal substrate is at least partially improved.

金属製基板の紫外線処理のさらなる利点は、金属製基板表面に塗布された有機酸は、紫外線照射によって少なくとも部分的に、好ましくは有機酸の分解によって完全に除去されることにある。紫外線照射の際に、軽度の揮発性を有する分解生成物、例えば二酸化炭素等の気体が生成されると特に有利に作用する。さらに、紫外線照射の際に分解生成物として水が生成されることがあり得る。これらの分解生成物は、さらなる方法において容易に取り除くことができるか、又は、電気化学セル内で有害ではない。   A further advantage of the UV treatment of the metal substrate is that the organic acid applied to the surface of the metal substrate is at least partially removed by UV irradiation, preferably completely removed by decomposition of the organic acid. It is particularly advantageous if a decomposition product having mild volatility, for example a gas such as carbon dioxide, is produced during the irradiation with ultraviolet rays. Furthermore, water may be generated as a decomposition product upon irradiation with ultraviolet rays. These degradation products can be easily removed in further ways or are not harmful in the electrochemical cell.

紫外線照射源として適しているのは、例えば、低圧水銀ランプ等の水銀蒸気ランプ、又は、紫外線発光ダイオードである。紫外線光は、波長1nmから380nmの電磁ビームである。   Suitable as the ultraviolet irradiation source is, for example, a mercury vapor lamp such as a low-pressure mercury lamp or an ultraviolet light emitting diode. The ultraviolet light is an electromagnetic beam having a wavelength of 1 nm to 380 nm.

好ましくは、当該方法は、金属製基板を乾燥させるステップ、すなわち金属製基板表面に吸着した液体、特に水を減少させる又は取り除くステップを有している。乾燥ステップは、紫外線光での処理の前及び/又は後に行われ得る。さらに、乾燥ステップは、有機酸での処理の前並びに/又は処理の前及び/若しくは後に行われ得る。   Preferably, the method comprises the step of drying the metal substrate, ie reducing or removing the liquid adsorbed on the metal substrate surface, in particular water. The drying step can be performed before and / or after treatment with ultraviolet light. Furthermore, the drying step can be carried out before and / or before and / or after treatment with the organic acid.

好ましくは、本発明に係る方法は、紫外線照射及び/又は有機酸で処理された金属製基板表面に、好ましくはやはり紫外線照射で処理された電気化学活物質をコーティングするステップを有している。コーティングに引き続いて、紫外線照射によるさらなる処理が行われると、やはり有利である。   Preferably, the method according to the present invention comprises the step of coating the surface of a metal substrate treated with ultraviolet radiation and / or an organic acid, preferably with an electrochemically active material which has also been treated with ultraviolet radiation. It is also advantageous if the coating is followed by further treatment with UV radiation.

一実施形態において、本発明に係る電気化学セルは、本発明に係る方法によって製造された少なくとも1つの電極を有しており、当該電極、好ましくは負極は、金属製基板を有しており、当該金属製基板は、好ましくは銅を含有し、ホイルとして構成されており、その表面全体は、好ましくは30%まで、好ましくは50%まで、好ましくは70%まで、好ましくは100%までが電気化学活物質でコーティング、好ましくは材料接続的にコーティングされており、当該電気化学活物質は炭素、好ましくは結晶黒鉛、土状黒鉛、「ハードカーボン」、又はそれらの混合物から選択される炭素を含有している。   In one embodiment, the electrochemical cell according to the present invention has at least one electrode produced by the method according to the present invention, and the electrode, preferably the negative electrode, has a metal substrate, The metal substrate preferably contains copper and is configured as a foil, the entire surface of which is preferably up to 30%, preferably up to 50%, preferably up to 70%, preferably up to 100% electrical. Coated with a chemical active material, preferably material-connected, wherein the electrochemical active material contains carbon, preferably selected from crystalline graphite, earthy graphite, “hard carbon”, or mixtures thereof. doing.

電気化学セルのさらなる一実施形態では、さらに電気化学活物質と金属製基板との間の接着を改善することができる接合剤が含まれている。好ましくは、このような接合剤はポリマー、好ましくはフッ素化ポリマー、好ましくはポリフッ化ビニリデンを有しており、これはKynar(登録商標)、Solef(登録商標)、Kureha(登録商標)又はDyneon(登録商標)という商標で販売されている。   In a further embodiment of the electrochemical cell, a bonding agent that can further improve the adhesion between the electrochemically active material and the metallic substrate is included. Preferably, such a bonding agent comprises a polymer, preferably a fluorinated polymer, preferably polyvinylidene fluoride, which is Kynar®, Solef®, Kureha® or Dyneon ( Registered trademark).

本発明に係る方法の実施例を概略的に示した図である。FIG. 3 schematically shows an embodiment of the method according to the invention.

本発明に係る電極製造方法の一実施例は、以下のステップを有している。   An embodiment of the electrode manufacturing method according to the present invention includes the following steps.

金属製基板、好ましくは銅金属コレクタ又は銅を含有する金属コレクタを準備する(11)。次に、金属製基板、特に金属製基板の表面を紫外線照射によって処理する(12)。有機酸、特にシュウ酸を準備し(21)、引き続いてNMPに少なくとも部分的に溶解させる(22)。ステップ(11)及び/又は(12)を、ステップ(21)及び/又は(22)と並行して実施することができる。しかしながら、ステップ(11)及び/又は(12)を、ステップ(21)及び/又は(22)とは時間的に無関係に、又は、時間をずらして実施しても良い。例えば、ステップ(11)及び(21)をすでに行った後、ステップ(22)を行い、その後初めてステップ(12)を行うことも可能である。   A metal substrate, preferably a copper metal collector or a metal collector containing copper is prepared (11). Next, the surface of the metal substrate, particularly the metal substrate, is treated by ultraviolet irradiation (12). An organic acid, in particular oxalic acid, is provided (21) and subsequently at least partially dissolved in NMP (22). Steps (11) and / or (12) can be performed in parallel with steps (21) and / or (22). However, the steps (11) and / or (12) may be performed independently of the steps (21) and / or (22) or at different times. For example, after steps (11) and (21) have already been performed, step (22) can be performed, and then step (12) can be performed for the first time.

NMPに溶解させた有機酸、好ましくはNMPに溶解した無水シュウ酸を、紫外線処理された金属製基板表面に塗布する(30)。   An organic acid dissolved in NMP, preferably oxalic anhydride dissolved in NMP, is applied to the surface of the metal substrate that has been subjected to UV treatment (30).

ステップ(30)で塗布された、NMPに溶解した有機酸を、金属製基板表面から少なくとも部分的に除去する(40)。ステップ(30)が、ステップ(40)に対して時間的間隔を有して行われると有利である。それによって、より効果的な洗浄が可能になる。   The organic acid dissolved in NMP applied in step (30) is at least partially removed from the metal substrate surface (40). Advantageously, step (30) is performed with a time interval relative to step (40). Thereby, more effective cleaning becomes possible.

ステップ(40)において有機酸で洗浄された金属製基板表面を紫外線照射で処理する。   In step (40), the surface of the metal substrate cleaned with the organic acid is treated with ultraviolet irradiation.

電気化学活物質、特にアノードのための電気化学活物質を準備し(71)、電気化学活物質を紫外線照射で処理する。ステップ(71)及び(72)は、それぞれ任意の時点で実施可能である。しかしながら、ステップ(72)が、ステップ(60)に対して時間的間隔を置かずに実施されると特に有利である。ステップ(60)は、先のステップ(12)、(30)、(40)及び(50)において処理された金属製基板、特にその処理された表面のコーティングを含んでいる。   An electrochemically active material, particularly an electrochemically active material for the anode is prepared (71), and the electrochemically active material is treated with ultraviolet irradiation. Steps (71) and (72) can be performed at arbitrary points in time. However, it is particularly advantageous if step (72) is performed without a time interval with respect to step (60). Step (60) includes a coating of the metal substrate, particularly its treated surface, treated in previous steps (12), (30), (40) and (50).

ステップ(60)において電気化学活物質でコーティングされた金属製基板を紫外線照射で処理する(80)。ステップ(80)は任意のステップである。   In step (60), the metal substrate coated with the electrochemically active material is treated with ultraviolet irradiation (80). Step (80) is an optional step.

11 金属製基板、好ましくは銅金属コレクタ又は銅を含有する金属コレクタを準備するステップ
12 金属製基板、特に金属製基板の表面を紫外線照射によって処理するステップ
21 有機酸、特にシュウ酸を準備するステップ
22 NMPに少なくとも部分的にシュウ酸を溶解させるステップ
30 NMPに溶解させた有機酸、好ましくはNMPに溶解した無水シュウ酸を、紫外線処理された金属製基板表面に塗布するステップ
40 ステップ30で塗布された、NMPに溶解させた有機酸を、金属製基板表面から少なくとも部分的に除去するステップ
50 ステップ40において有機酸で洗浄された金属製基板表面を紫外線照射で処理するステップ
60 ステップ12、30、40及び50において処理された金属製基板、特にその処理された表面にコーティングを行うステップ
71 電気化学活物質、特にアノードのための電気化学活物質を準備するステップ
72 電気化学活物質を紫外線照射で処理するステップ
80 ステップ60において電気化学活物質でコーティングされた金属製基板を紫外線照射で処理するステップ
11 Steps for preparing a metal substrate, preferably a copper metal collector or a metal collector containing copper 12 Steps for treating the surface of a metal substrate, in particular a metal substrate, by UV irradiation 21 Steps for preparing an organic acid, in particular oxalic acid 22 Step of dissolving oxalic acid at least partially in NMP 30 Step of applying an organic acid dissolved in NMP, preferably oxalic anhydride dissolved in NMP, onto the surface of a metal substrate that has been subjected to UV treatment 40 Applying in step 30 The organic acid dissolved in NMP is removed at least partially from the surface of the metallic substrate 50. The surface of the metallic substrate washed with the organic acid in Step 40 is treated with ultraviolet irradiation 60. Steps 12, 30 , 40 and 50 treated metal substrates, in particular their treated Step 71 for coating the surface Step 71 for preparing an electrochemically active material, particularly for the anode 72 Step for treating the electrochemically active material with UV irradiation 80 Metal coated with the electrochemically active material in Step 60 The step of processing the substrate made by ultraviolet irradiation

Claims (8)

金属製基板を有する電気化学セルの電極、特に負極を製造するための方法において、
前記方法が、前記金属製基板を紫外線照射によって処理するステップと、
前記金属製基板を有機酸を用いて処理するステップと、
を有していることを特徴とする方法。
In a method for producing an electrode of an electrochemical cell having a metal substrate, particularly a negative electrode,
Treating the metal substrate with ultraviolet radiation; and
Treating the metal substrate with an organic acid;
A method characterized by comprising:
前記金属製基板が銅を有しており、好ましくは銅を含有するホイルとして、又は、銅ホイルとして構成されていることを特徴とする請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, characterized in that the metallic substrate comprises copper, preferably as a foil containing copper or as a copper foil. 前記金属製基板の紫外線照射は、前記金属製基板の有機酸での処理の前若しくは後、又は、前及び後に行われることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the ultraviolet irradiation of the metal substrate is performed before or after, or before and after the treatment of the metal substrate with an organic acid. 前記有機酸は無水シュウ酸として構成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the organic acid is configured as oxalic anhydride. 前記無水シュウ酸はNMPに溶解していることを特徴とする請求項4に記載の方法。   The method according to claim 4, wherein the oxalic anhydride is dissolved in NMP. 前記金属製基板の有機酸での処理は、前記金属製基板への電気化学活物質のコーティングの30分から40分前に行われることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。   The treatment of the metal substrate with an organic acid is performed 30 to 40 minutes before coating of the electrochemically active material on the metal substrate. the method of. 前記電気化学活物質は紫外線照射で処理されることを特徴とする請求項6に記載の方法。   The method of claim 6, wherein the electrochemically active material is treated with ultraviolet irradiation. 電気化学セルの電極、特に負極の金属製基板を洗浄するための方法において、
前記方法が、前記金属製基板を紫外線照射によって処理するステップと、
前記金属製基板を有機酸を用いて処理するステップと、
を有していることを特徴とする方法。
In a method for cleaning an electrode of an electrochemical cell, particularly a metal substrate of a negative electrode,
Treating the metal substrate with ultraviolet radiation; and
Treating the metal substrate with an organic acid;
A method characterized by comprising:
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