KR20020042685A - 전극 구조체를 롤링하는 롤링 장치 및 전극 구조체 - Google Patents

전극 구조체를 롤링하는 롤링 장치 및 전극 구조체 Download PDF

Info

Publication number
KR20020042685A
KR20020042685A KR1020027003772A KR20027003772A KR20020042685A KR 20020042685 A KR20020042685 A KR 20020042685A KR 1020027003772 A KR1020027003772 A KR 1020027003772A KR 20027003772 A KR20027003772 A KR 20027003772A KR 20020042685 A KR20020042685 A KR 20020042685A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode structure
rolling
electrode
roll
powdery
Prior art date
Application number
KR1020027003772A
Other languages
English (en)
Inventor
타카야 사토
타츠오 시미즈
Original Assignee
모치즈키 아키히로
닛신보세키 가부시키 가이샤
무로후시 미노루
이토츠 쇼지 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 모치즈키 아키히로, 닛신보세키 가부시키 가이샤, 무로후시 미노루, 이토츠 쇼지 가부시키가이샤 filed Critical 모치즈키 아키히로
Publication of KR20020042685A publication Critical patent/KR20020042685A/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/043—Processes of manufacture in general involving compressing or compaction
    • H01M4/0435—Rolling or calendering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B11/00—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses
    • B30B11/18—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses using profiled rollers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B3/00—Presses characterised by the use of rotary pressing members, e.g. rollers, rings, discs
    • B30B3/04—Presses characterised by the use of rotary pressing members, e.g. rollers, rings, discs co-operating with one another, e.g. with co-operating cones
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/26—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/66—Current collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G13/00—Apparatus specially adapted for manufacturing capacitors; Processes specially adapted for manufacturing capacitors not provided for in groups H01G4/00 - H01G11/00
    • H01G13/02—Machines for winding capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621—Binders
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

전극 구조체의 롤링에 적합한 롤링 장치 및 효율이 좋은 전극 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한, 전극 구조체를 끼워 롤링하는 한 쌍의 워크 롤(43, 43), 각 워크 롤에 압력을 작용하는 적어도 한 쌍의 백업 롤(42, 42), 적어도 한 쪽의 백업 롤을 워크 롤측으로 압력을 작용하는 가압 장치(44), 및 워크 롤(43)을 회전 구동하는 구동 장치(45)를 구비하고, 표면에 탄성 재료를 피착한 전극 구조체(1)를 롤링하는 롤링 장치, 및 롤링 장치로 롤링된 전극 구조체.

Description

전극 구조체를 롤링하는 롤링 장치 및 전극 구조체{ELECTRODE STRUCTURE, AND ROLLING MACHINE FOR WORKING ELECTRODE STRUCTURE}
종래, 리튬이온 전지에 있어서, 전극 구조체(o)인 정전극(h)은 도 12에 나타낸 바와 같이 LiCoO2의 분말 형상 전극 활성 물질(a), 분말 형상 도전 물질(분말 형상 도전성 카본:b), 바인더 폴리머(c) 및 용매(d)의 혼합물(e)을 혼합하고 슬러리화하여, 집전재(f)에 도포층을 형성하고 건조시켜, 합제막(g)을 형성하여 제조한다. 또한, 도 12의 합제막(g)은 집전재(f) 위의 혼합물(e)의 일부 확대도이다.
또한, 전극 구조체인 부전극(i)은 도 13에 나타낸 바와 같이, 분말 형상 흑연의 분말 형상 전극 활성 물질(a), 바인더 폴리머(c) 및 용매(d)의 혼합물(e)을 혼합하고 슬러리화하여, 집전재(f)에 도포층을 형성하고 건조시켜, 합제막(g)을 형성하여 제조한다.
이와 같은 전극 구조체는 예를 들어, 도 15에 나타낸 바와 같은 2개의 워크 롤(m, m) 사이에 전극 구조체(o)를 끼워 롤링하는 롤링 장치를 사용하여, 전극 활성 물질의 충전 밀도를 높인다. 그러나, 전극 구조체(o)를 롤링할 때, 상하의 워크 롤(m, m) 사이에 삽입된 전극 구조체(o)를 상부 워크 롤의 중량과 하우징(p)의 중량 등을 포함한 가압 장치(n)의 가압력으로 상부 워크 롤과 하부 워크 롤의 둥근 봉으로 누르지만, 약한 힘으로 누를 시에는 문제되지 않지만, 강한 힘으로 누르고자 하면, 상부 워크 롤과 하부 워크 롤이 함께 만곡된다. 이 만곡에 견디도록 하기 위해서는 상부 워크 롤(m)과 하부 워크 롤(m)의 굵기를 굵게 하면 되지만, 이번에는 롤의 단면 방향으로부터 본 전극 구조체(o)를 누르는 원호의 길이가 길게 되어, 굵게 하여도 가늘 때와 단위 면적당 가압력은 그다지 변화되지 않았다.
그래도, 종래의 리튬 2차 전지 자체는 도 14에 나타낸 바와 같이 정전극(h)과 부전극(i) 사이에 액체의 전해액(j)을 주입하기 때문에, 전극 활성 물질의 층(합제막)에 적당한 정도의 구멍(l)을 남겨 두는 것이 전제로 되고, 이것에 의해 전해액(j)이 전극 활성 물질의 주위로 스며들어, 전지로서 실용상 기능한다.
그러나, 전해액 대신에 전해질의 고체를 사용하면, 고체의 전해질은 액체와 같이 전극 활성 물질의 주위로 스며들 수 없기 때문에, 전류 밀도가 충분히 얻어지지 않아, 전지로서 실용상 기능할 수 없다.
본 발명은 1차 전지, 2차 전지, 콘덴서, 전기 2중층 커패시터 등의 전기 부품의 전극 구조체를 롤링하는 롤링 장치 및 전극 구조체에 관한 것이다.
도 1은 이온을 공급하는 전극 활성 물질을 갖는 전극 구조체의 제조도.
도 2는 이온과의 사이에서 전기를 이동하는 전극 활성 물질을 갖는 전극 구조체의 제조도.
도 3은 도 3의 (A)가 롤링 장치의 개략도이고, 도 3의 (B)가 롤링되는 전극 구조체의 예.
도 4는 한 쌍의 백업 롤러를 구비한 롤링기의 사시도.
도 5는 하나의 백업 롤러를 구비한 롤링기의 사시도.
도 6은 한 쌍의 백업 롤러를 구비한 롤링기의 설명도.
도 7은 하나의 백업 롤러를 구비한 롤링기의 설명도.
도 8은 2차 전지의 모식도.
도 9는 가압 접동 혼련 장치의 설명도.
도 10은 가압 접동 혼련 장치의 도.
도 11은 도 10의 가압 접동 혼련 장치의 측면도.
도 12는 종래의 이온을 공급하는 전극 활성 물질을 갖는 전극 구조체의 제조도.
도 13은 종래의 이온과의 사이에서 전기를 이동하는 전극 활성 물질을 갖는전극 구조체의 제조도.
도 14는 종래의 2차 전지의 모식도.
도 15는 종래의 롤링기의 설명도.
(a) 본 발명의 과제는 전극 구조체의 롤링에 적합한 롤링 장치를 제공하는 것에 있다.
(b) 본 발명의 과제는 또한 효율이 좋은 전극 구조체를 제공하는 것에 있다.
본 발명은 이하와 같다.
본 발명은 분말 형상 전극 활성 물질을 집전재에 부착한 전극 구조체를 롤링하는 롤링 장치로서, 전극 구조체를 끼워 롤링하는 한 쌍의 워크 롤, 각 워크 롤에 압력을 작용하는 적어도 한 쌍의 백업 롤, 적어도 한 쪽의 백업 롤을 워크 롤측으로 압력을 작용하는 가압 장치, 및 워크 롤을 회전 구동하는 구동 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전극 구조체를 롤링하는 롤링 장치, 또는
분말 형상 전극 활성 물질을 집전재에 부착한 전극 구조체를 롤링하는 롤링 장치로서, 전극 구조체를 끼워 롤링하는 큰 지름과 작은 지름의 워크 롤, 작은 지름의 워크 롤의 표면에 압력을 작용하는 백업 롤, 백업 롤을 작은 지름의 워크 롤측으로 압력을 작용하는 가압 장치, 및 워크 롤을 회전 구동하는 구동 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 롤링 장치, 또는
상기 롤링 장치에 있어서, 워크 롤의 베어링을 내부에 갖는 워크 롤 하우징과 각 롤의 베어링을 내부에 갖는 하우징을 구비하고, 각 하우징 사이에 스페이서를 배치하는 것을 특징으로 하는 전극 구조체를 롤링하는 롤링 장치, 또는
이온이 전극 사이를 이동하는 전기 부품의 전극 구조체로서, 이온 도전성 폴리머로 피착한 분말 형상 전극 활성 물질을 집전재에 부착하고, 롤링 장치로 분말 형상 전극 활성 물질을 집전재에 롤링하여 얻는 것을 특징으로 하는 전극 구조체, 또는
이온이 전극 사이를 이동하는 전기 부품의 전극 구조체로서, 이온 도전성 폴리머로 피착한 분말 형상 고표면적 재료를 집전재에 부착하고, 롤링 장치로 분말 형상 고표면적 재료를 집전재에 롤링하여 얻는 것을 특징으로 하는 전극 구조체,또는
상기 전극 구조체에 있어서, 분말 형상 전극 활성 물질에 분말 형상 도전성 물질이 혼합된 것을 특징으로 하는 전극 구조체이다.
이하, 도면을 이용하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
(a) 전기 부품
이온이 전극 사이를 이동하는 전기 부품은 전극으로 되는 전극 구조체 사이에 이온 도전성 물질을 배치하고, 이온 도전성 물질내에 이온이 이동하여 전극 사이에 전기가 흐르는 것이며, 예를 들어, 1차 전지, 2차 전지, 전기 2중층 커패시터 등이 있다.
전지는 정전극 구조체와 부전극 구조체의 2종류의 전극 구조체 사이에 이온 도전성 물질을 배치하고, 이온(양성자(수소의 양이온)를 포함)이 한쪽의 전극 구조체로부터 다른 쪽의 전극 구조체로 이동하여 축적되는 것이다. 또한, 전기 2중층 커패시터는 한 쌍의 전극 구조체의 사이에 이온 도전성 물질을 배치하고, 전극 구조체중의 고표면적 재료와 이온 도전성 물질의 전해질 사이에서 전기 2중층이 형성되는 것이다.
(b) 전극 구조체
전극 구조체는 이 전기 부품의 전극에 사용되는 것이고, 이온과의 사이에서 전기의 수수할 수 있는 것, 또는 이온을 끌어당길 수 있는 것이다.
전극 구조체는 도 12 및 도 13에 나타낸 바와 같이 분말 형상 전극 활성 물질(a)을 단순히 바인더 폴리머(c)로 결합하여 집전재에 부착한 종래의 구조의 것이나, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 이온 도전성 폴리머(12)로 피착한 분말 형상 전극 활성 물질(11)을 집전재(13)에 부착한 구조의 것 등이 있다.
전극 구조체는 예를 들어, 전지에 사용하는 분말 형상 전극 활성 물질, 또는 전기 2중층 커패시터에 사용하는 표면적이 큰 분말 형상 고표면적 재료를 집전지에 부착한 구조를 갖는다.
도 1에서는 분말 형상 전극 물질인 분말 형상 전극 활성 물질(11)이 LiCoO2와 같이 결합 입자로 이루어진 입자 형상을 갖고, 이온 도전성 폴리머(12)로 피착하고, 집전재(13)에 부착하여 얻어지는 전극 구조체(1)의 제조 과정을 나타내며, 또한, 도 2에서는 분말 형상 전극 물질인 분말 형상 전극 활성 물질(11)이 흑연이나 하드카본 등과 같은 형상을 갖고, 이온 도전성 폴리머(12)로 피착하고, 집전재(13)에 부착하여 얻어지는 전극 구조체(1)의 제조 과정을 나타낸다. 또한, 분말 형상 전극 물질인 활성탄 등의 분말 형상 고표면적 재료를 이온 도전성 폴리머로 피착하고, 집전재에 부착하여 전기 2중층 커패시터의 전극 구조체를 제조한다.
도 1에서는 분말 형상 전극 활성 물질(11)의 전기 전도성이 낮은 경우를 나타내며, 분말 형상 도전 물질(14)을 혼합함으로써 분말 형상 전극 활성 물질 사이, 및 분말 형상 전극 활성 물질(11)과 집전재(13) 사이에서 전기 전도성을 높이고, 집전 효율을 좋게 한다. 또한, 분말 형상 도전 물질(14)은 이온 도전성 폴리머로피착되어도, 되지 않아도 무방하다.
피착하는 것은 이온 도전성 폴리머(12)와 분말 형상 전극 물질, 즉 분말 형상 전극 활성 물질(11) 전체 표면 또는 분말 형상 고표면적 재료 전체 표면 사이에서 이온이 충분히 이동할 수 있도록 접한 상태이다. 또한, 이온 도전성 폴리머(12)가 분말 형상 전극 활성 물질(11) 또는 분말 형상 고표면적 재료의 표면에 피착되어, 이온 도전성 폴리머(12)로 덮는 것이다. 분말 형상 전극 활성 물질(11)은 입자가 미세할수록 활성하게 되지만, 이온 도전성 폴리머(12)로 피착함으로써 활성을 억제하여 안정하게 할 수 있다.
피착한 이온 도전성 폴리머(12)의 층은 두꺼우면, 도전율이 작게 되고 집전 효율이 나쁘게 되기 때문에, 얇게 형성하면 좋다.
또한, 분말 형상 전극 활성 물질(11), 분말 형상 도전 물질(14) 및 분말 형상 고표면적 재료 등의 분말 형상은 표면적이 체적에 비해 큰 물질이고, 분말 형상이나 입자 형상의 물질을 말한다. 경우에 따라서는 분말 형상이나 입자 형상의 물질이 다수 집합된 상태를 말한다.
이들 분말 형상 전극 활성 물질(11)을 집전재(13)에 도포하여 도포층(15)을 형성한 전극 구조체(1)를 롤링 장치로 롤링하고, 분말 형상 전극 활성 물질(11)과 집전재(13)의 밀착성이나 분말 형상 전극 활성 물질 밀도를 높여, 양호한 전극 구조체(1)를 얻는다. 또한, 롤링된 전극 구조체는 종래의 구조의 것이나, 이온 도전성 폴리머(12)로 피착한 구조의 것 등을 사용할 수 있다.
(c) 롤링 장치
롤링 장치는 회전하여 압력을 부여할 수 있는 것이면 되고, 예를 들어 도 3의 (A)와 같은 구성을 갖는다. 이 롤링 장치에서는 제어 장치(5)의 제어에 근거하여 권출 롤(53)로부터 도 (3)의 (B)와 같은 집전재(13)에 분말 형상 전극 활성 물질을 함유하는 도포층(15)을 형성한 테이프 형상의 전극 구조체(1)를 꺼내어, 전처리부(51)에서 전처리하고, 롤링기(4)로 롤링하고, 후처리부(52)에서 후처리하며, 권취 롤(54)에 감는다. 전처리에서는 예를 들어 테이프 형상의 전극 구조체(1)의 장력이나 두께를 측정하고, 트리밍하며, 청정 처리 등을 행한다. 또한, 후처리에서는 장력이나 두께를 측정하고, 청정 처리 등을 행한다.
(d) 롤링기
롤링기(4)의 예를 도 4 및 도 5에 나타낸다. 도 4의 롤링기는 한 쌍의 워크 롤(43, 43)을 구비하고, 이 워크 롤에 압력을 작용하는 한 쌍의 백업 롤(42,42)을 구비한다. 보다 압력을 높게 하기 위해, 작은 지름의 워크 롤(43, 43)에 비해 지름이 큰 큰 지름의 백업롤(42, 42)로 하면 된다. 백업 롤(42)은 매우 높은 경도의 재료의 표면에 초경질 탄성재를 부착하여 제조하여, 워크 롤(43)과의 접촉에 의해 워크 롤(43)의 표면을 파손하는 것을 방지한다. 이 초경질 탄성재는 변성 우레탄이나 폴리이미드 등을 사용할 수 있고, 이 경도는 예를 들어, JIS 고무 코드 쇼어 D 스케일에서 80이상, 보다 바람직하게는 90 내지 98의 재료를 사용할 수 있다. 또한, 초경질 탄성재의 두께는 예를 들어 10mm 내지 30mm로 한다. 표면에 탄성재를 배치함으로써, 전극 구조체(1)에 악영향을 주는 오일이나 그리스를 생략할 수 있다. 워크 롤(43)은 작은 지름의 강철 롤을 이용하고, 이들을 2개의 큰 지름의 롤로 누름으로써 전극 구조체(1)에 큰 실효 압력을 가할 수 있고, 회전 압력에 의해 전극 구조체(1)의 도포층(15)의 구멍을 거의 메울 수 있다.
롤링기 베이스(41) 위에 롤을 구동하는 모터 등의 구동 장치(45)와 하부 백업 롤(42)의 베어링(47)를 갖는 백업 롤 하우징(442)을 배치한다. 하부 백업 롤 하우징(442) 위에 한 쌍의 워크 롤(43, 43)의 워크 롤 하우징(443, 443)과 상부 백업 롤의 백업 롤 하우징(442)을 배치한다. 각 베어링(47)에는 롤 축(471)이 자유롭게 회전할 수 있게 설치된다.
각 백업 롤 하우징(442)과 각 워크 롤 하우징(443)에는 지지봉(441)이 관통하는 구멍을 구비하고, 롤링기 베이스(41)와 상부 플레임판(415) 사이에 각 워크 롤 하우징(443)과 각 백업 롤 하우징(442)을 배치하고 지지봉(441)을 관통하여, 각 롤(42, 43)의 위치 차이를 방지한다. 지지봉(441) 대신에 문형(門型) 프레임을 사용하여도 무방하다. 각 롤 하우징(442, 443)은 롤(42, 43)의 양단에 설치되면 좋고, 이 경우 지지봉(441)을 4개 사용하면, 안정하게 고정할 수 있다.
또한, 필요에 따라 권출 코어(411)와 권취 코어(412)를 롤링기(4)에 설치하여, 전극 구조체(1)를 유지하는 권출 코어(411)로부터 전극 구조체(1)를 꺼내어, 한 쌍의 워크 롤(43, 43)로 롤링한 후, 권취 코어(412)로 감는 형태로 하여도 무방하다. 그 경우, 권출 코어(411)와 권취 코어(412)는 하우징(442) 등의 고정부재에 고정된 프레임(413)에 설치되고, 모터(414)로 구동 제어시키는 것도 가능하다.
(e) 가압 장치
가압 장치(44)는 상부 프레임판(415)에 고정되고, 상부 백업 롤 하우징(442)을 아래 방향으로 누른다. 이 작용에 의해, 상부 백업 롤(42)이 상부 워크 롤(43)을 아래 방향으로 가압하여, 한 쌍의 워크 롤(43, 43) 사이에 가압력이 발생한다. 가압 장치는 상부 백업 롤 하우징(442) 양단을 가압하여, 각 롤을 균등하게 아래 방향으로 가압한다.
또한, 가압 장치(44)는 도 4 및 도 5에서는 상부에 배치하였지만, 하부에 배치하여도 무방하고, 또한 롤을 가로 방향으로 나열하면, 측부에 배치하는 경우도 있다.
(f) 구동 장치
구동 장치(45)는 회전력을 구동벨트(451) 등을 통해 워크 롤 구동 기어(453)로 전달한다. 필요에 따라 각 롤의 롤 축(471)에 워크 롤 구동 기어(453)나 백업 롤 구동 기어(452)를 설치하여, 각 롤이 동조하여 회전한다. 또는, 주 롤을 직접 구동하고, 나머지 롤을 모터로 종속 구동하는 것도 가능하고, 기어로 구동하는 경우도 모터로 종속 구동하는 경우도 주 롤에 동조하여 회전시킨다.
(g) 조정판
각 롤 하우징 사이에 조정판(46)을 배치함으로써, 가압 장치(44)의 가압 정밀도나 동작 정밀도 등의 편차로 각 롤 사이에 상이한 압력이 가해지는 것을 방지하여, 전극 구조체(1)의 두께 정밀도를 보증한다. 조정판(46)은 예를 들어, 스프링과 스페이서를 이용한다. 그리고, 조정판(46)은 유압 실린더 등의 가압 장치가 전진하였을 때에 4개의 롤 사이의 간극(clearance)을 유지할 수 있다. 워크 롤(43, 43) 사이에 배치되는 조정판은 워크 롤 사이가 접촉되지 않는 적정한 갭을 설정한다. 스프링은 실린더 등의 가압 장치가 후진하였을 때, 하우징(442, 443)이나 롤(42, 43)이 균등한 간격이 되도록 밀어 올리는 것이다.
(h) 대소의 한 쌍의 워크 롤의 롤링기
도 5의 롤링기는 한 쌍의 워크 롤(43, 43)과 한 쪽의 워크 롤을 백업 롤(42)로 가압하고, 한 쪽의 백업 롤을 생략한다. 이것에 의해, 롤을 3개로 하여, 롤링기(4)를 소형화할 수 있다. 보다 가압력을 높이기 위해, 한 쌍의 워크 롤(43, 43)의 지름을 작은 지름과 큰 지름으로 하고, 작은 지름의 워크 롤을 큰 지름의 백업 롤(42)로 가압하며, 큰 지름의 워크 롤에는 백업 롤을 생략하여도 무방하다.
(i) 롤링기의 동작
도 6에 나타낸 바와 같이, 가압 장치(44)로 위에서부터 백업 롤(42)을 가압하고, 그것에 따라 상부 워크 롤(43)과 하부 워크 롤(43) 사이에 삽입된 전극 구조체(1)를 롤링한다. 백업 롤의 지름(φ)을 약 300mm로 하고, 워크 롤의 지름(φ)을 약 150mm로 하였을 때, 전극 구조체(1)를 롤링하는 단위 면적당 실효 최대 압력이 종래의 압력보다 2배 내지 2.5배로 되어, 전지의 성능이 향상된다. 이를 위해서는 종래보다 가는 워크 롤(43)를 사용하고, 또한 롤 벤트(워크 롤(43, 43)의 휨)에 의한 차가 없는 균일한 간극이 유지되는 것이 중요하다.
이 때문에, 우선, 하부 워크 롤(43)의 조정판(46)을 가감하여 워크 롤(43, 43) 사이의 간극이 롤 전체폭에서 임시로 80㎛로 되도록 조정한다. 다음에, 전극 구조체(1)를 워크 롤(43)이 롤링하였을 때, 전극 구조체(1)의 전체 폭이 균일한 두께로 되도록 워크 롤의 휨 정도를 보상하도록 상부 워크 롤의 조정판(46)과 하부백업 롤의 조정판(46)의 두께를 가감하여 삽입한다. 이 경우, 백업 롤(42)은 도 6의 (B)에 나타낸 바와 같은 북 형상의 것(클로징(clausing) 가공한 롤)을 이용하여도 무방하다.
도 7에서는 3개의 롤을 이용한 것이고, 하부 워크 롤은 지름이 굵기 때문에 휘어지지 않고, 상부 롤은 지름이 가늘기 때문에 전극 구조체(1)에 단위 면적당 큰 압력을 부여할 수 있고, 휨 정도는 백업 롤(42)로 보상되어, 전극 구조체(1)에 균일한 큰 압력을 부여할 수 있다. 더욱이, 전극 구조체(1)의 두께 조정과 스페이서 조정을 용이하게 행할 수 있다.
이와 같은 조건에서 롤링 전의 전극 구조체의 두께를 임시로 150㎛로 하고, 롤링중의 워크 롤의 극간을 80㎛로 하며, 롤링 후의 전극 구조체의 두께가 복원되어 희망하는 100㎛로 되는 것이 확인할 수 있었다.
(j) 분말 형상 전극 활성 물질
분말 형상 전극 활성 물질은 이온을 삽입 이탈 가능한 재료나 π공역 도전성 고분자 재료 등을 사용할 수 있다.
예를 들면, 비수 전해액 전지의 정전극으로서 사용하는 전극 활성 물질로서는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 충전 가능한 2차 전지인 경우, 리튬 이온을 삽입 이탈 가능한 칼코겐 화합물 또는 리튬을 함유하는 복합 칼코겐 화합물을 이용하면 좋다.
상기 칼코겐 화합물으로서는 FeS2, TiS2, MoS2, V2O5, V6O13, MnO2등이 권장된다. 상기 리튬을 함유하는 복합 칼코겐 화합물으로서는 LiCoO2, LixNiyM1-yO2(단, M은 천이 금속 또는 A1로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 금속 원소를 표시하고, 바람직하게는 Co, Mn, Ti, Cr, V, A1로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 금속 원소를 표시하며, 0.05≤x≤1.10, 0.5≤y≤1.0이다)로 표시할 수 있는 리튬 복합산화물, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4등이 권장된다. 이들은 리튬, 코발트, 니켈, 망간의 산화물, 염류 또는 수산화물을 출발 원료로 하고, 이들 출발 원료를 조성에 따라 혼합하여, 산소 분위기 하에서 600℃ 내지 1000℃의 온도 범위에서 소성함으로써 얻어지는 것이다.
또한, 비수 전해액 전지의 부전극으로서 사용하는 전극 활성 물질로서는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 리튬 이온을 삽입 이탈 가능한 재료를 이용하면 좋고, 리튬 금속, 리튬 합금(리튬과 알루미늄, 납, 인듐 등의 합금), 탄소질 재료 등을 이용할 수 있다.
또한, π공역 도전성 고분자 재료로서는 폴리아세틸렌류, 폴리아닐린류, 폴리피롤류, 폴리티오펜류, 폴리-ρ(파라)-페닐렌류, 폴리카르바졸류, 폴리아센류, 유황 폴리머류 등이 권장된다.
특히, 비수 전해액 1차 전지에 있어서는 부전극으로 리튬 금속을 이용하면, 큰 전지 용량을 얻을 수 있다.
또한, 비수 전해액 2차 전지에 있어서는 부전극으로 리튬을 삽입 이탈할 수 있는 탄소 재료를 이용하면, 우수한 사이클 수명을 얻을 수 있다. 탄소 재료로서는특별히 한정하는 것은 아니지만, 열분해 탄소류, 코크스류(피치 코크, 니들 코크스, 석유 코크스 등), 흑연류, 글라스형 탄소류, 유기 고분자 화합물 소성체(페놀 수지, 푸란 수지 등을 적당한 온도에서 소성하여 탄화시킨 것), 탄소 섬유, 활성탄 등이 권장된다.
(k) 표면적이 큰 분말 형상 전극 물질
표면적이 큰 분말 형상 전극 물질은 많은 이온을 표면으로 끌어당길 수 있는 분말 형상 고표면적 재료이다. 분말 형상 고표면적 재료로서는 비표면적이 500m2/g 이상, 바람직하게는 1000m2/g 이상, 보다 바람직하게는 1500m2/g 내지 3000m2/g이고, 또한 평균 입자 지름이 30㎛이하, 바람직하게는 5 내지 30㎛의 탄소 재료가 바람직하게 이용될 수 있다. 비표면적 및 평균 입자 지름이 상기 범위를 벗어나면, 정전 용량이 크고, 또한 낮은 저항의 전기 2중층 커패시터를 얻는 것이 곤란하게 되는 경우가 있다.
이와 같은 분말 형상 고표면적 재료로서는 특히 탄소 재료를 수증기 부활(賦活) 처리법, 용융 KOH 부활 처리법 등에 의해 부활화된 활성 탄소가 바람직하다. 활성 탄소로서는, 예를 들어 야자나무계 활성탄, 페놀계 활성탄, 석유 코크스계 활성탄, 메조페이즈피치(mesophase pitch)계 활성탄, 폴리아센 등이 권장되고, 이들중 1종을 단독 또는 2종 이상을 조합하여 이용할 수 있다. 그 중에서도 큰 정전용량을 실현하는 것으로 페놀계 활성탄, 석유 코크스계 활성탄, 폴리아센이 바람직하다.
(l) 분말 형상 도전 물질
분말 형상 도전 물질은 전극 구조체의 도전성을 높이는 것이며, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 금속 분말, 탄소 분말 등이 이용된다. 특히, 탄소 분말에 있어서는 카본 블랙 등의 열분해 탄소 및 그 흑연화 제품, 인조 및 천연의 인편(鱗片) 형상 흑연 분말, 탄소 섬유와 그 흑연화 제품 등이 바람직하다. 또한, 이들 탄소 분말의 혼합 제품도 이용된다.
(m) 이온 도전성 폴리머
이온 도전성 폴리머는 이하에 열거되는 적어도 리튬염을 0.1M(몰/1) 이상의 농도로 용해할 수 있고, 또한 0.1M 이상의 농도의 리튬염을 용해한 폴리머가 실온에서 10-8S(지멘스)/㎝의 전기 전도성을 나타내는 폴리머이다. 또한, 특히 바람직하게는 이온 도전성 폴리머는 적어도 리튬염을 0.8M 내지 1.5M의 농도로 용해하고, 실온에서 10-3S/㎝ 내지 10-5S/㎝의 전기 전도성을 나타내는 것이다.
리튬염으로는 ClO4 -, CF3SO3 -, BF4 -, PF6 -, AsF6 -, SbF6 -, CF3CO2 -, (CF3SO2)2N-등을 음이온으로 하는 리튬염중 어느 1종 이상을 사용한다.
이온 도전성 폴리머 원료는 외부로부터 에너지를 부여하여, 중합, 가교 등에 의해 이온 도전성 폴리머로 되는 것이다. 에너지로는 열, 자외선, 빛, 전자선 등이 있다.
(n) 집전재
집전재는 전기가 통하기 쉬운 물질이면 되고, 전기 부품에 따라 형상이나 재료가 선택되며, 일예로서 알루미늄이나 구리 등의 도전 물질을 판 형상, 박 또는 메시(mesh) 형상으로 형성된다.
판 형상체나 박 집전재인 경우, 전기 부품의 구조에 따라 일면 또는 양면이 사용되고, 일면 또는 양면에 분말 형상 전극 활성 물질이 부착된다.
(o) 2차 전지
2차 전지는 2종류 이상의 전극 구조체(1) 사이에 이온 도전성 물질을 배치한 것이다. 2차 전지는 예를 들어 도 8의 (A)에 나타낸 바와 같이, 정전극의 전극 구조체(101)와 부전극의 전극 구조체(102) 사이에, 전해액(14) 등의 액체를 주입하고, 그 사이에 세퍼레이터(15)를 배치하여 형성한다. 또는, 도 8의 (B)에 나타낸 바와 같이, 정전극의 전극 구조체(101)와 부전극의 전극 구조체(102) 사이에 이온 도전성 폴리머(16) 등의 고체 형상의 전해 물질을 배치하여 형성한다.
(p) 전기 2중층 커패시터
전기 2중층 커패시터는 분말 형상 고표면적 재료로 형성된 전극 구조체를 한 쌍의 전극으로 하고, 이들 사이에 전해 물질을 배치한 구성으로 된다.
이하, 전극 구조체의 제조 방법을 설명한다.
(a) 전극 구조체의 제조 방법
전극 구조체의 제조 방법은 분말 형상 전극 물질로서 분말 형상 전극 활성 물질을 예로 들면, 분말 형상 전극 활성 물질(11)의 표면에 매우 얇은 두께의 이온도전성 폴리머 또는 이온 도전성 폴리머 원료를 피착시킨다. 다음에, 용매를 첨가하여 액체 형상화하고 페이스트 형상으로 하며, 집전재에 도포 건조하여 용매를 증발시킨다. 또는, 처음부터 용매를 첨가하고 이온 도전성 폴리머 또는 이온 도전성 폴리머 원료의 피착과 동시에 페이스트 형상으로 하여도 무방하다. 분말 형상 전극 물질로서 분말 형상 고표면적 재료를 사용하는 경우도, 분말 형상 전극 활성 물질과 마찬가지로 하여 전극 구조체가 제조된다.
이 때, 이온 도전성 폴리머 또는 이온 도전성 폴리머 원료를 미량으로 하고, 분말 형상의 전극 물질의 입자의 표면을 이온 도전성 폴리머로 피착하여, 틈이 생기지 않고 분말 형상 물질 상호간의 간극을 작게 하도록 한다.
이온 도전성 폴리머 또는 이온 도전성 폴리머 원료를 분말 형상 전극 활성 물질에 피착하기 위해서는 이온 도전성 폴리머 또는 이온 도전성 폴리머 원료와 분말 형상 전극 활성 물질을 서로 가압 접동하여 가압 접동물을 얻는다.
(b) 가압 접동
가압 접동은 이온 도전성 폴리머(12) 또는 이온 도전성 폴리머(12)의 원료와 분말 형상 물질(11)의 혼합물(10)을 서로 누르면서 접동하는(미끄러 움직이게 하는) 동작이다. 혼합물에 외력을 가하여 혼합물(10)을 서로 밀착시켜 입자가 회동되고, 이것이 반복되어 가압 접동물이 얻어진다.
(c) 가압 접동 혼련 장치
가압 접동 혼련 장치는 예를 들어 도 9에 나타낸다. 이온 도전성 폴리머(12) 또는 그 원료와 분말 형상 물질(11)의 혼합물(10), 또는 그 혼합물과 용매 등을 넣은 혼합물(10)을 용기(21)에 넣고, 주 블레이드(22)를 회전시킨다. 용기(21)의 바닥(211)과 주 블레이드(22)의 저면은 간극을 가지고 주 블레이드(22)를 회전시킴으로써, 혼합물(10)의 일부는 용기의 바닥(211)과 주 블레이드(22) 사이로 들어가, 가압 접동되어 혼련된다. 이것을 반복하여 이온 도전성 폴리머(12) 또는 그 원료를 분말 형상 물질(11)에 피착시킨다.
가압 접동 혼련 장치(2)는 필요에 따라 분산 블레이드(23)를 용기(21)내에 구비하고, 분산 블레이드(23)를 고속 회전시켜 가압 접동된 혼합물(10)을 분산시킨다.
(d) 용기
용기(21)는 혼합물(10)을 가압 접동시켜 교반(攪拌)하기 위한 혼합물(10)을 넣는 것이다. 용기(21)의 저면은 일부가 낮은 저부(2111)를 갖고, 저부(2111)로부터 주변부를 따라 높게 되는 경사를 갖는다. 예를 들면, 중앙부가 낮고, 주변을 따라 상승하는 구배(勾配)를 갖는다. 예를 들면, 원뿔 형상의 바닥(211)을 형성하고, 그 저부(2111)의 각도는 예를 들어 120°로 한다. 용기의 바닥(211)은 내마모성을 가지며, 예를 들어 SUS를 이용하고, 텅스텐이나 카바이드로 용융 사출하여 형성하는 것이 가능하고, 내마모성을 부여함으로써 제품의 오염을 경감할 수 있다. 또한, 저면에 이와 같은 저부(2111)를 복수개 형성하여도 무방하다.
(e) 주 블레이드
주 블레이드(22)는 용기(21)의 저면에 대해 함께 작용하여, 혼합물을 가압 접동시켜 교반하는 것이다. 주 블레이드(22)는 예를 들어, 도 9의 (A)에 나타낸 바와 같이 용기(21)의 저부(2111)에 대응한 위치에 축이 설치되고, 저부(2111)로부터 용기의 바닥을 따라 윗 방향으로 구부려진다. 주 블레이드(22)의 날의 개수는 도 9의 (B)에 나타낸 바와 같이 중앙부로부터 2개 설치되어도, 이보다 많이 10개 이상의 것도 무방하며, 혼합물의 양이나 종류에 따라 결정된다.
주 블레이드의 주축(221)을 구동하는 주 모터(222)의 회전수는 가압 접동시에는 저속이고, 예를 들어 120RPM 이하로 한다.
용기(21)의 저면과 주 블레이드(22)의 저면의 간극은 혼합물의 가압 접동을 행할 수 있을 정도로 좁게 되어 있고, 그 간극은 예를 들어 15mm 이하로 한다. 이 간극 거리는 가압 접동 혼련 장치(2)의 용량이나 주 블레이드의 형상 등에 의존한다.
주 블레이드(22)의 진행 방향(가압 접동 방향)의 면은 용기(21)의 저면에 대한 가압각(θ)이 예각을 이루도록 형성된다. 예를 들면, 도 9의 (C)에 나타낸 바와 같이 주 블레이드(22)의 단면이 역 평행사변형인 경우, 가압각은 3°∼70°로 한다. 또한, 주 블레이드(22)의 단면은 도 9의 (D)에 나타낸 바와와 같이 원형, 둥근 모서리 형상 등이어도 무방하다. 주 블레이드의 재질은 내마모성을 가지며, 예를 들어 SUS를 이용하고, 텅스텐이나 카바이드로 용융 사출하여 형성된다.
주 블레이드(22)의 진행 방향(가압 접동 방향)과 반대 방향의 면은 저면에 대해 거의 직교하거나, 또는 둔각으로 형성된다. 이것에 의해, 주축(221)을 역회전시키면, 혼합물(10)을 주축(221)의 둘레에 집중시킬 수 있다.
(f) 분산 블레이드
분산 블레이드(23)는 주 블레이드(22)로 가압 접동된 혼합물(10)을 분산시키는 것이다. 분산 블레이드(23)는 혼합물(10)을 분산시킬 수 있는 위치에 배치되어, 1000∼4000회/분과 같이 고속으로 회전한다. 고속으로 회전함으로써, 분말 형상 물질(11)의 입자 표면에 피착된 이온 도전성 폴리머(12)나 그 원료를 분말 형상 물질 전체에 균일하게 분산시킨다. 주 블레이드의 축(221) 둘레에는 특히 반죽시나 저점토 분산시, 혼합물이 부착하여 불균질한 혼련으로 되기 쉽다. 그래서, 분산 블레이드(23)를 주 블레이드의 축(221)에 배치하여, 건조 상태의 혼합시부터 회전시킴으로써, 축(221) 둘레의 부착을 방지할 수 있다.
(g) 가압 접동 혼련 장치의 동작 설명
도 10 및 도 11의 가압 접동 혼련 장치를 이용하여 설명한다. 또한, 가압 접동 혼련 장치는 지지대(24)로 지지되고, 핸들(241)로 용기(21)를 상승시킬 수 있으며, 제어반(25)으로 제어된다.
우선, 분말 형상 물질(첨가제를 함유:11)은 계량 후, 분말 형상 물질 투입구(34)로부터 투입된다. 이 때, 자동화된 시스템에 있어서는 분말 형상 물질 투입구(34) 상부에 계량용 호퍼 등을 설치하여, 저장과 계량을 행하여 투입 지령으로 분말 형상 물질 투입구의 밸브(341)를 자동 개방한다. 동시에 분말 투입에 의한 용기 내압 상승에 의한 계량 오차를 해소하기 위해, 호흡용 필터(322)가 부착된 배기구(32)만 개방하여 공기만 배출한다.
다음에, 이온 도전성 폴리머 또는 그 원료의 투입구(33)의 밸브(331)를 개방하여, 분말 형상 물질과 마찬가지로 수동 계량 또는 자동 계량하여 용기(21)에 투입하고, 분말 형상 물질과 이온 도전성 폴리머 또는 그 원료의 투입을 종료한 후, 투입 밸브(331,341)를 닫는다. 이 때, 이미 분말 형상 물질과 이온 도전성 폴리머 또는 그 원료의 습성을 촉진하기 위해, 용기의 재킷(213)에 30℃의 온수를 순환시켜 용기를 분말 형상 물질 투입전부터 승온시키면, 습윤 효율이 좋게 된다. 단, 침투 보조 용매를 사용할 때는 상온 처리를 한다.
다음에, 주 모터(222)를 10RPM 정도로 저속 회전시키고, 용기(21)의 저면과 주 블레이드(22) 사이에서 이온 도전성 폴리머 또는 그 원료와, 분말 형상 물질 등의 혼합물(10)은 가압 접동되고, 분말 형상 물질에 대하여 차츰 이온 도전성 폴리머 또는 그 원료가 침투되기 시작한다. 이 때, 혼합물(10)은 가압 접동된 것이 주 블레이드(22)의 선단의 용기를 따라 상승하고, 용기 중앙부의 윗 방향으로부터 혼합물(10)이 하강되어, 용기 내에서 선회 순환 운동이 전체 둘레에 걸쳐 행해진다. 이 반복은 규칙적으로 행해져서, 전체가 균일하게 가압 접동된다. 이 반복을 약 1시간 계속한 후, 주 축(221)의 회전 속도를 60RPM으로 자동 또는 수동으로 상승시키며, 혼합물(10)의 습윤이 거의 표면적의 절반 정도에 도달하였을 때, 거의 1시간을 가늠하여 탈기구(35)의 진공 펌프(353)를 구동하고, 탈기 펄프(351)를 개방하여, 필터(352)를 통해 탈기시킨다. 즉, 탈기를 하면서 주 블레이드(22)는 혼합물을 가압 접동시켜, 분말 형상 물질에 대한 이온 도전성 폴리머 또는 그 원료의 습윤과 침투 분산이 촉진된다. 여기서, 이온 도전성 폴리머 또는 그 원료에 분말 형상 물질에 대한 분산 촉진용의 낮은 끓는점 용매를 첨가한 경우에는 연속적으로 높은 진공의 송풍기로 흡인 탈기하면, 이온 도전성 폴리머 또는 그 원료의 농도, 점도가높아지고, 분산이 진행되기 어렵게 되기 때문에 주의를 요한다.
탈기 운전 약 1시간 후의 침투 분산이 거의 70%에 도달하였을 때, 이번에는 분산 블레이드를 2800RPM으로 회전시켜 분산의 촉진을 도모한다.
(h) 집전재로의 도포
가압 접동되어 페이스트 형상으로 된 가압 접동물은 집전재의 표면에 얇게 도포된다. 도포된 후, 용매는 배출되고 건조되어, 전극 구조체가 얻어진다. 가압 접동물을 집전재에 도포하는 장치는 닥터 나이프 애플리케이터 등이 있다. 도포된 전극 구조체는 도 3의 (B)에 나타낸 바와 같이 테이프 형상의 집전재에 1개의 전극마다 도포층이 분리되도록 도포된다. 롤링 후에는 도포층이 없는 집전재의 개소에서 리드선이 접속된다.
(i) 롤링 장치에 의한 롤링
워크 롤(43, 43) 사이에 전극 구조체(1)를 끼우고, 권출 롤러(53)과 권취 롤러(54) 사이에 있는 전극 구조체(1)에 실속(stall) 장력(대기시의 장력으로 주행시에 20% 내지 30% 정도의 장력)을 가한다. 다음에, 라인이 서행 운전에 들어가면, 라인 전체가 극저속의 운전 주행을 행한다. 그 후, 차츰 가압 장치의 동작에 의해 상부 백업 롤 하우징(442)과 상부 백업 롤(42)이 하강을 시작한다. 상부 백업 롤(42)과 상부 워크 롤(43)이 선 접촉하고, 상부 워크 롤(43)이 상부 백업 롤(42)과 동시에 회전하면서 하강한다. 상부 워크 롤(43)이 전극 구조체(1)의 상면과 접촉하고, 3개의 롤이 접촉하면서 회전하며, 더욱이 스프링을 눌러 하강하면, 하부 백업 롤(42)의 면에 하부 워크 롤(43)이 접촉된다. 이와 같이 하면, 4개의 롤은 동기되면서 저속 회전을 개시한다.
유압 실린더 등의 가압 장치(44)는 더욱이 미리 설정된 압력으로 상부 백업 롤 하우징(442)을 누르면, 4개의 롤 면이 균등하게 가압된다.
워크 롤(43, 43)이 전극 구조체(1)를 강력하게 롤링하면, 도포층(15)과 집전재(13)도 압축되어 폭 방향으로 신장되어 변형된다. 한편, 도포층(15)이 없는 비도포부는 압축되지 않기 때문에 변형되지 않는다. 그 때문에, 도포층(15)과 비도포층의 경계부가 파괴되던가 강도가 저하된다. 이 인장 강도의 한계는 권취 롤러(54)의 인장력의 2배 정도가 고려된다.
테이프 형상의 전극 구조체(1)를 롤링하였을 때, 워크 롤(43, 43)의 가압력을 높이고, 전극 구조체(1)가 파괴되기 전의 압축율이 높게 된 상태의 가장 좋은 롤링을 얻을 수 있다.
종래의 롤링기는 백업 롤이 없는 2개의 워크 롤로 이루어졌기 때문에, 가압력을 높이고자 하여도 워크 롤이 만곡되어, 높게 할 수 없었다. 이것에 대해, 본 발명의 롤링기(4)는 전극 구조체(1)가 파괴되기까지 롤링할 수 있고, 파괴되기 전의 압축율이 높은 전극 구조체(1)를 얻을 수 있어, 높은 전극 밀도와 낮은 전극 임피던스를 얻을 수 있다.
본 발명의 롤링기(4)를 이용하여 전극 구조체(1)를 롤링함으로써, 전극 구조체의 밀도가 증대된다. 전극 밀도의 증대는 전극 구조체중의 분말 형상 전극 활성 물질끼리, 및 분말 형상 전극 활성 물질과 분말 형상 도전 물질의 접촉 면적의 증대를 의미한다. 그 결과, 전극의 임피던스는 저하된다. 동시에, 분말 형상 전극 활성 물질과 분말 형상 도전 물질의 집전재로의 접촉 면적도 크게 할 수 있다. 따라서, 전극 자체의 임피던스는 감소되어, 전극으로서 보다 바람직한 특성으로 된다. 물론, 전극의 밀도가 증대되기 때문에, 전극 구조체의 단위 면적당 함유되는 분말 형상 전극 활성 물질 및 분말 형상 도전 물질의 양은 증대된다. 그 결과, 전지에 전극 구조체(1)를 사용하면, 단위 면적당의 에너지 밀도를 높일 수 있다. 이것에 의해, 보다 컴팩트한 전지를 제조할 수 있다.
이하, 리튬 이온 2차 전지의 실시예를 설명한다.
(a) 정전극 구조체의 제조예(실시예 1)
분말 형상 전극 활성 물질인 평균 입자 지름 5㎛의 LiCoO2의 9.1 중량부와 분말 형상 도전 물질인 평균 입자 지름 4㎛의 흑연 분말 0.6 중량부를 가압 접동 혼련 장치에 투입하고, 20분간 가압 접동하였다. 다음에, 이온 도전성 폴리머 원료(A1) 0.546 중량부와 아세토니트릴 3.5 중량부를 첨가하였다. 이온 도전성 폴리머 원료(A1)는 혼합물이며, 그 조성과 혼합비를 표 1에 나타내었다.
이온 도전성 폴리머 원료(A1)
물질명 혼합비(중량부)
삼관 성능(프로필렌글리콜·에틸렌글리콜) 랜덤 공중합체 산닉스FA-103(PO/EO=2/8, Mw=3,282, 삼양화성공업(三洋化成工業)(주) 제조 8.36
이관 성능 폴리올의 1,4-부탄디올 0.34
에틸렌시아노히드린 1.27
반응촉매NC-IM(삼공(三共)에어프로덕트(주) 제조) 0.03
합계 10
이온 도전성 폴리머 원료(Al)를 첨가한 가압 접동물은 가압 접동 혼련 장치 내에서 5시간, 가압 접동하였다. 가압 접동물은 페이스트 형상을 나타내었다. 가압 접동물에 폴리메릭 MDI, MR-200(NPU사 제조) 0.254 중량부를 첨가하고, 가압 접동 혼련 장치 내에서 5분간 교반하였다. 가압 접동물을 꺼내어, 두께 20㎛의 알루미늄 박 위로 이송하여 100㎛ 갭의 닥터 나이프 애플리케이터로 유연(流延) 도포하였다. 15분간 실온에서 방치하고, 계속 80℃에서 1시간 가열하였다. 얻어진 단면(片面) 도포된 전극을 뒤집어 평면에 고정하고, 마찬가지로 해서, 혼합물을 100㎛ 갭의 닥터 나이프 애플리케이터로 유연 도포하였다. 15분간 실온에서 방치하고, 계속 80℃에서 1시간 가열하였다. 얻어진 전극은 20㎛ 두께의 알루미늄 집전제의 양면에 전극층이 도포된 것으로 전체 두께는 170㎛이었다. 이 전극을 본 발명의 3개 롤의 롤링기로 실온에서 롤링하였다. 롤링 후의 전극 두께는 120㎛이었다.
(b) 정전극 구조체의 제조예(실시예 2)
분말 형상 전극 활성 물질인 평균 입자 지름 5㎛의 LiCoO2의 9.0 중량부, 분말 형상 도전 물질인 케트젠블랙(ketjenblack) 0.6 중량부 및 평균 입자 지름 4㎛의 흑연 분말 0.2 중량부를 가압 접동 혼련 장치(용적 300cc)에 투입하고, 20분간 가압 접동하였다. 다음에, 이온 도전성 폴리머 원료(A1)를 1.172 중량부와 아세토니트릴 3.5 중량부를 첨가하였다. 이들 혼합물은 가압 접동 혼련 장치 내에서 5시간 가압 접동하였다. 가압 접동물은 페이스트 형상을 나타내었다. 가압 접동물에 폴리메릭 MDI, MR-200(NPU사 제조) 0.548 중량부를 첨가하여 5분간 가압 접동하였다. 가압 접동물을 꺼내어, 두께 20㎛의 알루미늄 박 위로 이송하여 100㎛ 갭의 닥터 나이프 애플리케이터로 유연 도포하였다. 15분간 실온에서 방치하고, 계속 80℃에서 1시간 가열하였다. 얻어진 단면 도포된 전극을 뒤집어 평면에 고정하고, 마찬가지로 해서, 혼합물을 100㎛ 갭의 닥터 나이프 애클리케이터로 유연 도포하였다. 15분간 실온에서 방치하고, 계속 80℃에서 1시간 가열하였다. 얻어진 전극은 20㎛ 두께의 알루미늄 집전체의 양면에 전극층이 도포된 것으로, 전체 두께는 170㎛이었다. 이 전극을 본 발명의 3개 롤의 롤링기로 실온에서 롤링하였다. 롤링 후의 전극 두께는 120㎛이었다.
(c) 정전극 구조체의 제조예(실시예 3)
분말 형상 전극 활성 물질인 평균 입자 지름 5㎛의 LiCoO2의 9.1 중량부, 이온 도전성 폴리머 원료(A1)를 0.341 중량부 및 아세트니트릴 3.0 중량부를 가압 접동 혼련 장치(용적 300cc)에 투입하고, 7시간 가압 접동하였다. 가압 접동물은 페이스트 형상을 나타내었다. 다음에, 폴리메릭 MDI, MR-200(NPU사 제조) 0.159 중량부를 첨가하여 5분간 가압 접동하였다. 가압 접동물을 꺼내어 두께 20㎛의 알루미늄 박 위로 이송하여 100㎛ 갭의 닥터 나이프 애플리케이터로 유연 도포하였다. 15분간 실온에서 방치하고, 계속 80℃에서 1시간 가열하였다. 얻어진 단면 도포된 전극을 뒤집어 평면에 고정하고, 마찬가지로 해서, 혼합물을 100㎛ 갭의 닥터 나이프 애플리케이터로 유연 도포하였다. 15분간 실온에서 방치하고, 계속 80℃에서 1시간 가열하였다. 얻어진 전극은 20㎛ 두께의 알루미늄 집전체의 양면에 전극층이 도포된 것으로, 전체 두께는 170㎛이었다. 이 전극을 본 발명의 3개 롤의 롤링기로 실온에서 롤링하였다. 롤링 후의 전극 두께는 120㎛이었다.
(d) 정전극 구조체의 제조예 (실시예 4)
분말 형상 전극 활성 물질인 평균 입자 지름 5㎛의 LiCoO2의 9.1 중량부와 분말 형상 도전 물질인 평균 입자 지름 4㎛의 흑연 분말 0.6 중량부를 가압 접동 혼련 장치(용적 300cc)에 투입하고, 20분간 가압 접동하였다. 다음에, 이온 도전성 폴리머 원료(A2)를 2.0 중량부와 아세토니트릴 3.0 중량부를 첨가하였다. 이온 도전성 폴리머 원료(A2)는 혼합물이며, 그 조성과 혼합비를 표 2에 나타내었다.
이온 도전성 폴리머 원료(A2)
물질명 혼합비(중량부)
시아노에틸화ㆍ디히드록시프로필화폴리비닐알코올 0.625
메톡시포리에틸렌글리콜메타크릴레이트(분자량468) 3.125
트리메티롤프로판트리메타크릴레이트 6.25
합계 10
이온 도전성 폴리머 원료(A2)를 첨가한 가압 접동물은 가압 접동 혼련 장치(용적 300cc) 내에서 5시간 가압 접동하였다. 가압 접동물은 페이스트 형상을 나타내었다. 가압 접동물에 2, 2'-아조비스(2, 4-디메틸바레로니트릴) 0.01 중량부를 에틸렌 카보네이트(EC)/디에틸렌 카보네이트(DEC) = (1/1) 용적의 액체 전해질을 0.5 중량부로 용해한 용액을 첨가하고, 더욱이 5분간 가압 접동하였다. 가압 접동물을 꺼내어 두께 20㎛의 알루미늄 박 위로 이송하여 100㎛ 갭의 닥터 나이프 애플리케이터로 유연 도포하였다. 15분간 실온에서 방치하고, 계속 80℃에서 3시간 가열하였다. 얻어진 단면 도포된 전극을 뒤집어 평면에 고정하고, 마찬가지로 해서, 혼합물을 100㎛ 갭의 닥터 나이프 애플리케이션으로 유연 도포하였다. 15분간 실온에서 방치하고, 계속 80℃에서 3시간 가열하였다. 얻어진 전극은 20㎛ 두께의 알루미늄 집전체의 양면에 전극층이 도포된 것으로, 전체 두께는 170㎛이었다. 이 전극을 본 발명의 3개 롤의 롤링기로 실온에서 롤링하였다. 롤링 후의 전극 두께는 120㎛이었다.
(e) 부전극 구조체의 제조예 (실시예 5)
분말 형상 전극 활성 물질인 평균 입자 지름 5㎛의 흑연 분말 9.1 중량부, 이온 도전성 폴리머 원료(A1)를 0.341 중량부 및 아세토니트릴 3.0 중량부를 가압 접동 혼련 장치(용적 300cc)에 투입하고, 7시간 가압 접동하였다. 가압 접동물은 페이스트 형상을 나타내었다. 다음에, 폴리메릭 MDI MR-200(NPU사 제조) 0.159 중량부를 첨가하여 5분간 가압 접동하였다. 가압 접동물을 꺼내어 두께 20㎛의 동박 위로 이송하여 100㎛ 갭의 닥터 나이프 애플리케이터로 유연 도포하였다. 15분간 실온에서 방치하고, 계속 80℃에서 1시간 가열하였다. 얻어진 단면 도포된 전극을 뒤집어 평면에 고정하고, 마찬가지로 해서, 혼합물을 100㎛ 갭의 닥터 나이프 애플리케이터로 유연 도포하였다. 15분간 실온에서 방치하고, 계속 80℃에서 1시간 가열하였다. 얻어진 전극은 20㎛ 두께의 구리 집전체의 양면에 전극층이 도포된 것으로, 전체 두께는 170㎛이었다. 이 전극을 본 발명의 3개 롤의 롤링기로 실온에서 롤링하였다. 롤링 후의 전극 두께는 120㎛이었다.
(f) 부전극 구조체의 제조예 (실시예 6)
분말 형상 전극 활성 물질인 평균 입자 지름 5㎛의 흑연 분말 9.1 중량부, 이온 도전성 폴리머 원료(A2)를 0.2 중량부 및 아세토니트릴 3.0 중량부를 가압 접동 혼련 장치(용적 300cc)에 투입하고, 5시간 가압 접동시켰다. 가압 접동물은 페이스트 형상을 나타내었다. 가압 접동물에 2, 2'-아조비스(2, 4-디메틸바레로니트릴) 0.01 중량부를 에틸렌 카보네이트(EC)/디에틸렌 카보네이트(DEC)의 용량비가 1:1인 액체 전해질을 0.5 중량부로 용해한 용액을 첨가하고, 더욱이 5분간 가압 접동하였다. 가압 접동물을 꺼내어 두께 20㎛의 동박 위로 이송하여 100㎛ 갭의 닥터 나이프 애플리케이터로 유연 도포하였다. 15분간 실온에서 방치하고, 계속 80℃에서 3시간 가열하였다. 얻어진 단면 도포된 전극을 뒤집어 평면에 고정하고, 마찬가지로 해서, 혼합물을 100㎛ 갭의 닥터 나이프 애플리케이터로 유연 도포하였다. 15분간 실온에서 방치하고, 계속 80℃에서 3시간 가열하였다. 얻어진 전극은 20㎛ 두께의 구리 집전체의 양면에 전극층이 도포된 것으로, 전체 두께는 170㎛이었다. 이 전극을 본 발명의 3개 롤의 롤링기로 실온에서 롤링하였다. 롤링 후의 전극 두께는 120㎛이었다.
(g) 정전극 구조체의 제조예(실시예 7)
분말 형상 전극 활성 물질인 평균 입자 지름 5㎛의 LiCoO2의 9.0 중량부, 분말 형상 도전 물질인 케트젠블랙 0.8 중량부 및 평균 입자 지름 4㎛의 흑연 분말 0.2 중량부에 고분자 바인더로서 이온 도전성을 갖지 않는 폴리비닐리덴 플오라이드(PVDF)를 0.5 중량부가 용해된 n-메틸피롤리돈 11.5 중량부를 통상의 블레이드 믹서로 혼합하였다. 8시간 혼합한 후, 혼합물을 꺼내어 두께 20㎛의 알루미늄 박 위로 이송하여 100㎛ 갭의 닥터 나이프 애플리케이터로 유연 도포하였다. 15분간 실온에서 방치하고, 계속 80℃에서 1시간 가열하였다. 얻어진 단면 도포된 전극을 뒤집어 평면에 고정하고, 마찬가지로 해서, 혼합물을 100㎛ 갭의 닥터 나이프 애플리케이터로 유연 도포하였다. 15분간 실온에서 방치하고, 계속 80℃에서 1시간 가열하였다. 얻어진 전극은 20㎛ 두께의 알루미늄 집전체의 양면에 전극층이 도포된 것으로, 전체 두께는 170㎛이었다. 이 전극을 본 발명의 3개 롤의 롤링기로 실온에서 롤링하였다. 롤링 후의 전극 두께는 120㎛이었다.
(h) 부전극 구조체의 제조예 (실시예 8)
분말 형상 전극 활성 물질인 평균 입자 지름 4㎛의 흑연 분말 9.5 중량부에 고분자 바인더로서 이온 도전성을 갖지 않는 폴리비닐리덴 플오라이드(PVDF)를 0.5 중량부가 용해된 n-메틸피롤리돈 25.5 중량부를 통상의 블레이드 믹서로 혼합하였다. 8시간 혼합한 후, 혼합물을 꺼내어 두께 20㎛의 알루미늄 박 위로 이송하여 100㎛ 갭의 닥터 나이프 애플리케이터로 유연 도포하였다. 15분간 실온에서 방치하고, 계속 80℃에서 1시간 가열하였다. 얻어진 단면 도포된 전극을 뒤집어 평면에 고정하고, 마찬가지로 해서, 혼합물을 100㎛ 갭의 닥터 나이프 애플리케이터로 유연 도포하였다. 15분간 실온에서 방치하고, 계속 80℃에서 1시간 가열하였다. 얻어진 전극은 20㎛ 두께의 알루미늄 집전체의 양면에 전극층이 도포된 것으로, 전체 두께는 170㎛이었다. 이 전극을 본 발명의 3개 롤의 롤링기로 실온에서 롤링하였다. 롤링 후의 전극 두께는 120㎛이었다.
(i) 정전극 구조체의 비교예 (비교예 1)
분말 형상 전극 활성 물질인 평균 입자 지름 5㎛의 LiCoO2의 9.0 중량부, 분말 형상 도전 물질인 케트젠블랙 0.8 중량부 및 평균 입자 지름 4㎛의 흑연 분말 0.2 중량부에 고분자 바인더로서 이온 도전성을 갖지 않는 폴리비닐리덴 플오라이드(PVDF)를 0.5 중량부가 용해된 n-메틸피롤리돈 11.5 중량부를 통상의 블레이드 믹서로 혼합하였다. 8시간 혼합한 후, 혼합물을 꺼내어 두께 20㎛의 알루미늄 박 위로 이송하여 100㎛ 갭의 닥터 나이프 애플리케이터로 유연 도포하였다. 15분간 실온에서 방치하고, 계속 80℃에서 1시간 가열하였다. 얻어진 단면 도포된 전극을 뒤집어 평면에 고정하고, 마찬가지로 해서, 혼합물을 100㎛ 갭의 닥터 나이프 애플리케이터로 유연 도포하였다. 15분간 실온에서 방치하고, 계속 80℃에서 1시간 가열하였다. 얻어진 전극은 20㎛ 두께의 알루미늄 집전체의 양면에 전극층이 도포된 것으로, 전체 두께는 170㎛이었다. 이 전극을 종래의 2개 롤의 롤링기로 실온에서 롤링하였다. 롤링 후의 전극 두께는 140㎛이었다.
(j) 부전극 구조체의 비교예 (비교예 2)
분말 형상 전극 활성 물질인 평균 입자 지름 4㎛의 흑연 분말 9.5 중량부에 고분자 바인더로서 이온 도전성을 갖지 않는 폴리비닐리덴 플오라이드(PVDF)를 0.5 중량부가 용해된 n-메틸피롤리돈 25.5 중량부를 통상의 블레이드 믹서로 혼합하였다. 8시간 혼합한 후, 혼합물을 꺼내어 두께 20㎛의 알루미늄 박 위로 이송하여100㎛ 갭의 닥터 나이프 애플리케이터로 유연 도포하였다. 15분간 실온에서 방치하고, 계속 80℃에서 1시간 가열하였다. 얻어진 단면 도포된 전극을 뒤집어 평면에 고정하고, 마찬가지로 해서, 혼합물을 100㎛ 갭의 닥터 나이프 애플리케이터로 유연 도포하였다. 15분간 실온에서 방치하고, 계속 80℃에서 1시간 가열하였다. 얻어진 전극은 20㎛ 두께의 알루미늄 집전체의 양면에 전극층이 도포된 것으로, 전체 두께는 170㎛이었다. 이 전극을 종래의 2개 롤의 롤링기로 실온에서 롤링하였다. 롤링 후의 전극 두께는 140㎛이었다.
(k) 충방전 시험
실시예 및 비교예로 제조된 정전극 구조체를 이용하여, 리튬 이온 2차 전지의 시험 전지를 제조하였다. 정전극, 부전극 모두 전극 면적 4cm2로 절단하였다. 정전극과 부전극 사이에 전체 고체 고분자 전해질(전체 폴리머), 고분자 겔 전해질(폴리머 겔), 액체 전해질(액체)와 세퍼레이터를 삽입하여, 시험 전지로 하였다. 각각의 전해질에 함유되는 리튬염(지지 전해염)의 농도는 1M이 되도록 하였다. 이 전지를 전극 면적 1㎠당 0.3㎃에서 4.1V까지 충전하고, 15분간 휴지 후, 0.3㎃/㎠에서 2.7V까지 방전하였다. 이 충방전 사이클이 2회 달성할 수 있는 조합을 충방전 가능한 것으로 보고, 표 3에 나타내었다. 표 4에 표 3에 기재된 전해질의 내용을 나타내었다.
충방전 시험 결과
No 정전극 부전극 전해질 충방전 시험
1 실시예 1 실시예 5 AP1 가능
2 실시예 1 실시예 5 AP2 가능
3 실시예 1 실시예 5 AP3 가능
4 실시예 1 실시예 5 AP4 가능
5 실시예 1 실시예 5 PG1 가능
6 실시예 1 실시예 5 PG2 가능
7 실시예 1 실시예 5 L1 가능
8 실시예 2 실시예 5 AP3 가능
9 실시예 2 실시예 6 PG2 가능
10 실시예 4 실시예 5 AP3 가능
11 실시예 4 실시예 6 PG2 가능
12 비교예 7 실시예 8 L1 가능
13 비교예 1 비교예 2 AP1 충방전할 수 없음
14 비교예 1 비교예 2 AP2 충방전할 수 없음
15 비교예 1 비교예 2 AP3 충방전할 수 없음
16 비교예 1 비교예 2 AP4 충방전할 수 없음
17 비교예 1 비교예 2 L1 가능
시험에 사용한 전해질
기호 종류별 조성물 두께
AP1 전체 폴리머 시아노에틸화디히드록시프로필셀룰로스(예를 들어, 일본국 특개 평8-225626호 기재) 100㎛
AP2 전체 폴리머 시아노에틸화디히드록시프로필셀룰로스와 메타크릴폴리머 3차원 가교체(예를 들어, 일본국 특개 평8-225626호 기재) 100㎛
AP3 전체 폴리머 고점착성 폴리우레탄계 전해질(예를 들어, 일본국 특원 평11-78085호 기재) 100㎛
AP4 전체 폴리머 시아노에틸화ㆍ디히드록시프로필화폴리비닐알콜(예를 들어, 일본국 특원 평11-78086호 기재) 100㎛
PG1 폴리머 겔 에틸렌카보네이트(EC)/디에틸렌카보네이트(DEC)=(1/1)용적의 액체 전해질을 50% 함유하는 시아노에틸화ㆍ디히드록시프로필화폴리비닐알콜과 메타크릴폴리머 3차원 가교체(예를 들어, 일본국 특원 평11-78087호 기재) 100㎛
PG2 폴리머 겔 에틸렌카보네이트(EC)/디에틸렌카보네이트(DEC)=(1/1)용적의 액체 전해질을 50% 함유하는 고점착성 폴리우레탄계 전해질(예를 들어, 일본국 특원 평11-78085호 기재) 100㎛
L1 액체 에틸렌카보네이트(EC)/디에틸렌카보네이트(DEC)=(1/1)용적의 용액을 폴리에틸렌제 세퍼레이터로 함침(含浸) 23㎛
실시예와 비교예의 충방전 시험에 있어서, 본 발명의 정전극과 부전극을 사용한 시험 전지는 전해질이 액체 형상뿐만 아니라, 고체 또는 겔 형상이어도 충분전 시험이 가능하였지만, 비교예의 전극을 사용한 것에서는 전해질이 액체 형상일 때만 충방전을 할 수 있고, 고체의 전해질에서는 충방전을 할 수 없었다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
(a) 본 발명의 롤링 장치는 전극 구조체를 롤링하여 도포층의 밀도를 충분히 높일 수 있다.
(b) 본 발명은 효율이 좋은 전극 구조체를 얻을 수 있다.

Claims (12)

  1. 분말 형상 전극 활성 물질을 집전재에 부착한 전극 구조체를 롤링하는 롤링 장치로서,
    전극 구조체를 끼워 롤링하는 한 쌍의 워크 롤;
    각 워크 롤에 압력을 작용하는 적어도 한 쌍의 백업 롤;
    적어도 한쪽의 백업 롤을 워크 롤측으로 압력을 작용하는 가압 장치; 및
    워크 롤을 회전 구동하는 구동 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 구조체를 롤링하는 롤링 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 백업 롤은 워크 롤보다 큰 지름을 갖는 것을 특징으로 하는 전극 구조체를 롤링하는 롤링 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 백업롤은 표면에 탄성 재료를 피착한 것을 특징으로 하는 전극 구조체를 롤링하는 롤링 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    워크 롤의 베어링을 내부에 갖는 워크 롤 하우징; 및
    각 롤의 베어링을 내부에 갖는 하우징을 포함하고, 각 하우징 사이에 스페이서를 배치하는 것을 특징으로 하는 전극 구조체를 롤링하는 롤링 장치.
  5. 분말 형상 전극 활성 물질을 집전제에 부착한 전극 구조체를 롤링하는 롤링 장치로서,
    전극 구조체를 끼워 롤링하는 큰 지름과 작은 지름의 워크 롤;
    작은 지름의 워크 롤의 표면에 압력을 작용하는 백업 롤;
    백업 롤을 작은 지름의 워크 롤측으로 압력을 작용하는 가압 장치; 및
    워크 롤을 회전 구동하는 구동 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 구조체를 롤링하는 롤링 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 백업 롤은 워크 롤보다 큰 지름을 갖는 것을 특징으로 하는 전극 구조체를 롤링하는 롤링 장치.
  7. 제 5항에 있어서, 백업 롤은 표면에 탄성 재료를 피착한 것을 특징으로 하는 전극 구조체를 롤링하는 롤링 장치.
  8. 제 5항에 있어서,
    워크 롤의 베어링을 내부에 갖는 워크 롤 하우징; 및
    각 롤의 베어링을 내부에 갖는 하우징을 포함하고, 각 하우징 사이에 스페이서를 배치하는 것을 특징으로 하는 전극 구조체를 롤링하는 롤링 장치.
  9. 이온이 전극 사이를 이동하는 2차 전지의 전극 구조체로서, 이온 도전성 폴리머로 피착한 분말 형상 전극 활성 물질을 집전재에 부착하고, 롤링 장치로 분말 형상 전극 활성 물질을 집전재에 롤링하여 얻는 것을 특징으로 하는 전극 구조체.
  10. 제 9항에 있어서, 분말 형상 전극 활성 물질에 분말 형상 도전 물질이 혼합된 것을 특징으로 하는 전극 구조체.
  11. 이온이 전극 사이를 이동하는 전기 2중층 커패시터의 전극 구조체로서,
    이온 도전성 폴리머로 피착한 분말 형상 고표면적 재료를 집전재에 부착하고, 롤링 장치로 분말 형상 고표면적 재료를 집전재에 롤링하여 얻는 것을 특징으로 하는 전극 구조체.
  12. 제 11항에 있어서, 분말 형상 고표면적 재료에 분말 형상 도전 물질이 혼합된 것을 특징으로 하는 전극 구조체.
KR1020027003772A 1999-09-22 2000-09-21 전극 구조체를 롤링하는 롤링 장치 및 전극 구조체 KR20020042685A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP26912499 1999-09-22
JPJP-P-1999-00269124 1999-09-22
PCT/JP2000/006466 WO2001022506A1 (fr) 1999-09-22 2000-09-21 Structure d'electrode et laminoir servant a la produire

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20020042685A true KR20020042685A (ko) 2002-06-05

Family

ID=17468031

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020027003772A KR20020042685A (ko) 1999-09-22 2000-09-21 전극 구조체를 롤링하는 롤링 장치 및 전극 구조체

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP1231652A4 (ko)
KR (1) KR20020042685A (ko)
CN (1) CN1179431C (ko)
AU (1) AU7318500A (ko)
CA (1) CA2385537A1 (ko)
TW (1) TW496006B (ko)
WO (1) WO2001022506A1 (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100624971B1 (ko) * 2005-01-28 2006-09-19 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지용 전극판 및 이의 제조 방법
KR100976717B1 (ko) * 2005-01-25 2010-08-19 가부시키가이샤 아이에이치아이 전지 전극판 성형설비
KR101404700B1 (ko) * 2011-06-29 2014-06-09 주식회사 엘지화학 가이드 롤 장치
WO2021118197A1 (ko) * 2019-12-12 2021-06-17 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 조립체 제조장치와, 이를 통해 제조된 전극 조립체 및 이차전지
KR102497772B1 (ko) * 2022-04-14 2023-02-08 (주)피제이앤씨 2차전지용 전극 원단 압연장치

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6878487B2 (en) * 2001-09-05 2005-04-12 Samsung Sdi, Co., Ltd. Active material for battery and method of preparing same
AU2003235872A1 (en) * 2002-05-09 2003-11-11 Itochu Corporation Current collecting structure, electrode structure and method for producing them
JP2004200229A (ja) 2002-12-16 2004-07-15 Dainippon Printing Co Ltd 電気二重層キャパシタ用の分極性電極及びその製造方法、並びに電気二重層キャパシタ
CN103325995B (zh) * 2013-06-19 2015-08-19 宁德新能源科技有限公司 辊压成型方法及装置以及基材
JP6567835B2 (ja) 2015-02-19 2019-08-28 トヨタ自動車株式会社 電極用ペーストの脱泡方法
US10468666B2 (en) 2016-09-29 2019-11-05 Nissan North America, Inc. Rolling press and conductivity detector for the manufacture of lithium-ion battery electrodes
CN106252606B (zh) * 2016-10-10 2019-07-12 宁德时代新能源科技股份有限公司 四辊锂带压延机构
CN106898822B (zh) * 2017-05-05 2021-04-09 惠州亿纬集能有限公司 一种锂电池生产工艺及锂电池
CN111477834B (zh) * 2020-04-23 2022-06-03 佛山市金银河智能装备股份有限公司 一种电池极片辊压装置及辊压方法
WO2022255233A1 (ja) * 2021-06-01 2022-12-08 株式会社豊田自動織機 電極層の成形方法、及び電極層成形装置
CN115838091A (zh) * 2021-09-18 2023-03-24 宁德时代新能源科技股份有限公司 辊组件

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3270409A (en) * 1963-02-19 1966-09-06 Nicholas J Grant Production of flat shapes by the hot rolling of metal powders
US3769687A (en) * 1969-05-13 1973-11-06 Allegheny Ludlum Ind Inc Method of roll pressure bonding stripes to a substrate
US5277729A (en) * 1989-03-08 1994-01-11 Murata Manufacturing Co., Ltd. Method of manufacturing polarizable electrode for electric double-layer capacitor
JP3443833B2 (ja) * 1991-11-01 2003-09-08 ソニー株式会社 電池電極製造用ホットプレス装置
JPH06302472A (ja) * 1993-04-12 1994-10-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電気二重層キャパシタ及びその製造方法
WO1995029509A1 (en) * 1994-04-20 1995-11-02 Valence Technology, Inc. Method for producing low porosity electrode
JP4187282B2 (ja) * 1996-06-10 2008-11-26 日立マクセル株式会社 リチウムイオン二次電池
JP3704841B2 (ja) * 1996-10-16 2005-10-12 ソニー株式会社 非水電解液二次電池およびその製造方法
JP3653913B2 (ja) * 1997-01-29 2005-06-02 宇部興産株式会社 シート状電極とこれを用いた非水二次電池
US6022436A (en) * 1997-03-07 2000-02-08 Koslow Technologies Corporation Electrode manufacturing process and flow-through capacitor produced therefrom
JP3849212B2 (ja) * 1997-03-25 2006-11-22 松下電器産業株式会社 電気二重層コンデンサ及びその製造方法
EP1130667A4 (en) * 1999-08-12 2004-09-15 Nisshin Spinning PRESS SLIDE MIXER, COATING PROCESS USING ION CONDUCTIVE POLYMER, AND POWDER MATERIAL
JP2001222992A (ja) * 2000-02-09 2001-08-17 Nisshinbo Ind Inc 電極構造体、電池及び電気二重層キャパシタの製造方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100976717B1 (ko) * 2005-01-25 2010-08-19 가부시키가이샤 아이에이치아이 전지 전극판 성형설비
KR100624971B1 (ko) * 2005-01-28 2006-09-19 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지용 전극판 및 이의 제조 방법
KR101404700B1 (ko) * 2011-06-29 2014-06-09 주식회사 엘지화학 가이드 롤 장치
WO2021118197A1 (ko) * 2019-12-12 2021-06-17 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 조립체 제조장치와, 이를 통해 제조된 전극 조립체 및 이차전지
KR102497772B1 (ko) * 2022-04-14 2023-02-08 (주)피제이앤씨 2차전지용 전극 원단 압연장치

Also Published As

Publication number Publication date
AU7318500A (en) 2001-04-24
EP1231652A1 (en) 2002-08-14
EP1231652A4 (en) 2006-09-13
CN1376316A (zh) 2002-10-23
CN1179431C (zh) 2004-12-08
TW496006B (en) 2002-07-21
WO2001022506A1 (fr) 2001-03-29
CA2385537A1 (en) 2001-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20020042685A (ko) 전극 구조체를 롤링하는 롤링 장치 및 전극 구조체
EP1126536B1 (en) Multi-layer electrode structure, and method of manufacturing same
JP2001325991A (ja) 電気部品及びその製造方法
KR20020008056A (ko) 전극용 원판의 슬릿터 및 절단 방법
US20070154813A1 (en) Electrode Structure Secondary Cell and Electrode Double Layer Capacitor
CA2381482A1 (en) A pressure method for an electrode structure
EP1160896A2 (en) Electrode structure, battery and electrical double-layer capacitor and method of manufacturing same
KR20010099678A (ko) 가압 활주 혼련 장치, 이온 도전성 폴리머의 피착 방법 및분말상 물질
US20040234677A1 (en) Mixer for coating an ion-conducting polymer on a powdered substance and method for coating the same
CN101536217B (zh) 非水电解质二次电池用电极及使用该电极的非水电解质二次电池
EP1143543A2 (en) Electrode structure, battery and electrical double-layer capacitor and method of manufacturing same
EP4246603A1 (en) Electrode coating apparatus, and electrode manufacturing method using same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application