TW200810203A - Method for manufacturing an electrode sheet - Google Patents

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Description

200810203 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 於對構成電容H次電池等電性、電子 令件之電極有用之電極片材的製造方法。 【先前技術】 ^行動it信設似高速資訊纽設備等電子設備近年來 =步所象徵般，於電子裝置設備之小型輕量化、高性能 # 一 ^小生、輕量、高容量且耐 οσ及電池的期待較強烈，謀求廣 泛使用該等電容器及電池，且 π /、 4電谷态及電池之零件之 開發快速發展。 為應對此，亦必須提高與用雷 M u Η /、用w於電極片材中黏著電極活 性材料之黏合劑相關之技術• 彡 t 貝的開發。於黏合劑所要 求之各種特性之中，以下二 j一 個特性項目被認為尤其重要： 1) 車又兩之電極活性材料黏著性； 2) 黏著電極活性材料之狀態即電極片材之導電度較好. 以及 ， 3) 黏著電極活性材料之狀態即妨 1 I極片材對電解液之濡渴 性較好。”'' 先則’作為黏合劑之夸
4之京材，例如，廣泛使用有pVdF (P〇】y vinylidene fluoride ’ 聚偏二氟乙稀）、PTFE (P〇lytetraflu°r°ethylene ’聚四農乙晞）、以 m(styrene butadiene ribber，苯乙烯_ 丁二烯橡膠）乳膠等。 又’作為提供充放電效率較高之二次電池負極活性材料 II9613.doc 200810203 (万潦，例如，於日本專科特開2001_3451〇3號公報（卯 1274141 A1.’US 2003/049535 Al)中揭示有如下者：使兩 芳香族聚醯胺（ammide)作為二次電池用之負極活性材料兼 黏著劑，該二次電地用之負極活性材料兼黏著劑，係於負 極活性材料之-部分，使用主鏈或側鏈上具有電化學方面 活性之It基时機高分子。_，於上述日本專利特開 W號公報中，間位·芳香族㈣胺與對位·芳香族 聚醯胺之區別並不明確，且對於製造方法亦僅揭示有使作 為負極活性材料之物質與芳香族聚醯胺混合，並塗佈於隹 電體金屬上且進行㈣，且並未對如下情料行任何= 示:即對制料族聚㈣料黏合敎餘諸乾燥後 進行加壓。 【發明内容】 、使用有^ ^VdF(聚偏：氟乙烯）、pTFE(聚四氧乙稀）、 ::SBR(本乙烯—丁二烯橡膠)乳膠等黏合劑之電極片材， 動車用之當_ 無去充分應對如下者，即近年來對電 :…電池等所要求之高财電壓化、大容量 化、大輸出化、進而作為甩以滿足出 發明者們先前所提出之包括 之一方法’本 電極群的高溫乾燥（.藤電極、以及隔離器之 326174) 〇 ^ ^ 2006-073898 ； PCT/JP2006/ 對於要求有高耐電壓、大办旦 等電性、電子零件中之電極令二大輸出之電容器及電池 時滿足以下5個特性，即: 的黏合劑而言’必須同 H96l3.doc 200810203 υ較高之電極活性材料黏箸性：； 極活性材料之狀態即電極片材之導電性良好; wt極活性材料之狀態即電極諸 濕性良好； 需 4) 耐熱性較高；以及 5) 電化學方面穩定。 為對包括集電極、電極、以及隔離器之電極群進 行尚溫乾燥，耐埶性聋 方面穩定極1重妻=就如下意義而如 車電流之、例如如作為電動 車用之驅動電源而使用之電容器、電池般的電性、電子笑 件^ ’防止以高電邀進行充放電時之容量、輸出之劣化^ 一：月者們鑑於上述情況，為了開發出可耐高電壓化、 研九’其結果完成本發明。 由此’本發明提供-種電㈣材之製造方法，其特徵在 於·章將含有電極活性材料、導電劑、黏合劑、 士水料土佈於集電極上，之後進行乾燥而製造電極片材 知’使用間位-芳香族聚醯胺作為省合劑，且對乾燥後之 電極片材進行加壓。 藉由本發明之方法而提供之電極片材’耐熱性高、電極 活性犲料之填充率亦十分高、且將電化學方面穩定之間 位-芳香族聚醯胺用作黏合劑，故而可進行高溫乾燥，且 可有效地用於高耐電堡之電容器、電池等電性、電子零件 之電極片材中。又，使用藉由本發明之方法而製造之電極 119613.doc 200810203 片材之電容器、電池等電性、 _ 电卞零件，亦可於 向電壓、大電流環境下使用，且極其有用。、電動車筹 【實施方式】 以下，對本發明進一步進行詳細說明1 電極活性材料： 作為本發明中所使用之電 万/十士 4 f生材枓，若係作為電:衮哭 及/或電池之電極而發揮作用者，則所電谷盗 畜屯之電雙層電容器等所使用之活性户f山 管、聚並苯、夺米門贫等/丨厌泡来炭、奈米碳 τ卡門反“糸材料;，亦可有效利用往以 化還原反應而產生之假容詈夕 用体Ik氧 .. 各里之金屬氧化物；導電性繁人 物’以及自由基等。又，、…导合 ^ ^ ' 尤其為鋰離子二次電、、也 之情形時，作為正極，例如人電池 酸鐘、鋅酸鐘、以月❹ 酸鐘、絡酸鐘、鈒 作為負1 等之金屬氧化物等，而且’ 作為負極例如可使用：天鈇 麸炉彳卜鉍 ’、、、k、人造石墨、樹脂煤、天 然石厌化物、石油焦、煤舞、主卷 -^ P /歷月焦、介穩相球狀碳等碳質 材科、金屬鋰等。 ^ 導電劑： 於本發明中，作為導電劑，4炎目 _担^ ^ 右為具有使電極片材之導電 度叙南之功能者，則益牿別 ”、、寺別限制，例如可較佳地使用：乙 炔黑、及科琴黑等碳黑等。 間位-芳香族聚醯胺··
於本發明中，間位·关呑A 方管麵聚醯胺包含醯胺鍵之60%以上 119613.doc 200810203 直接鍵結於芳香環之相互間位上之線狀高分子芳香族系 -胺化合物，具體而言’例如可列舉:聚間苯二甲醯腠:; 苯二胺及其共聚物等。該等間位_芳香族聚醯胺，例如1 於工業上藉由使用有間苯二甲酸氯化物及間伸苯基二胺之 先前已知之界面聚合法、溶液聚合法等而製造，二;作= 市售品㈣但並非限定於此。於料陳令族^ 尤八於具備良好之成型加工性、熱黏著性、難 ㈣、及耐熱性等特性之方面而言，較好的是使 苯 二甲醯胺間苯二胺^ ^ ^ J本 溶劑: 胺：本’作為溶劑’若為可溶解間"香族聚I 、彳可…、特別限制地使用，其t特別好的是n，n•二 基乙醯胺⑽AC，N，N_Dimethylacetamide)、n 甲美二 咯烷酮(NMP，9 P 土 比 、 N methynPyrr〇hd〇ne)中之任 _ 等之混合物。 ^ ^ 集電極·· 作為集電極’若由導電性之素材構成，」 溶劑、以及電解液較穩定者，則無特別p 例如可使用：銘薄板、鉑薄板、及鋼薄法 於本發明中 為相對於電極 制’具體而言 等金屬薄板。 玻璃轉移溫度： 稽；本兒月θ中’玻璃轉移溫度係藉由如下方式而求出 ，即’使試驗片自室溫以3t:/分之比例進溫，夢 示差掃描熱切，定«量，且於料曲線上引出曰2 n9613.doc 200810203 延長線，根據延長線間之1/2直線與吸熱曲線之交點而求 出的值’且，聚間苯二甲賴間苯二胺之玻璃轉移溫度為 2 7 5 °C ° 電極片材之製造方法： ”漿料製備步驟：
預先將間位>芳香族聚醯胺溶解於溶劑中，以製備間也 方香族聚醯胺溶液。繼而，混合並攪拌上述溶液與電極活 性材料、及導電劑，藉此製備均質之漿料。 V 2) 厚片材製作步驟： 使用刮刀等漿料塗佈裝置，將所製備之漿料塗佈於集電 極之一個表面或兩個表面上，且例如通過連續乾燥燐戋者 於固定型乾燥爐内進行乾燥、固化，藉此，製作厚。 乾燥溫度較好的是處於溶劑之沸點±5艺之範圍，# 限定於此。 一並非 3) 加壓步驟： 例如於一對平板間或金屬製滾筒間，以高溫 斜 >々μ u 门，皿巧壓對所獲 侍之片材進行加壓（熱壓），藉此，可提高材 械強度。較好的是加壓後之電極片材滿足下式（1)所夺八 不等式。不之 〇.25<Dx(l/D.We/De-Wc/Dc-Wb/Db)<0.75.； (η 尤其 … 〇.40<Dx(l/D^We/De-Wc/Dc-Wb/Db)<0.75 式中， D係除去集電極後之電極片材之密度； 1196B.doc 200810203
We係電極活性材料之重量分率；
De係電極活性枋料之真比重；
Wc係導電劑之重量分率；
Dc係導電劑之真比重；
Wb係黏合劑之重量分率； ' Db係黏合劑之真比重。 ， 當 Dx(l/D-We/De-Wc/Dc-Wb/Db)為 0.75 以上時，則電極 片材並未充分高密度化，電容器、電池難以獲得充分之容 量，與此相反，當Dx(l/D、We/De-Wc/Dc-Wb/Db)為 0.25 以 下時，則電極片材過於高密度化，電池難以獲得充分之輸 出。 加壓（熱壓）之條件，可例示如下：例如，當使用金屬製 滾筒時，溫度處於20〜400t：，較好的是處於280〜 370它，線壓處於50〜400 kg/em，較好的是處於100〜400 kg/cm之範圍内，但並非限定於此。作為電容器、電池， φ 為實現大容量、高輸出，較好的是，以間位-芳香族聚酸 胺之玻璃轉移溫度以上，尤其好的是以較間位-芳香族聚 醯胺之玻璃轉移溫度高10〜90°C之高溫下，進行加壓。 ， 又，使加壓前之間位-芳香族聚醯胺中含有溶劑，籍 ，此，可使間位-芳香族聚醯胺塑化，且亦可降低玻璃轉移 溫度。 作為上述塑化之方法，具有如下方法：於上述厚片材製 作步驟之乾燥階段，降低乾燥溫度，不使溶劑充分蒸發， 或者將溶劑喷霧至上述厚片材上等，但並非限定於此。 119613.doe -11 - 200810203 又’亦可不實施加熱操作’而於常溫下僅進行加壓。亦 可反覆進行數次上述熱壓加卫。進而，亦可於上述敎壓加 工之後’再次通過連續乾燥爐’或者於固定型乾燥爐内進 灯乾無。亦可以任意之順序反覆進行任意次上述熱壓加工 與上述乾燥。 實施例. 以下’列舉實施例對本發明進_步進行具體說明。再 者，該等實施例僅為例示，並非係用以對本發明之内容進 行任何限定者。 測定方法： (1) 測定片材之基重、厚度 按照 JIS (Japanese industrial standards，日本工業標 準）C21U實施測定，並扣除集電極之部分。 (2) 導電度之測定 對厚度方向施加了 2 kgf/em2之壓力之5x5 em尺寸之本發 明的電極片材樣品’施加9伏特直流電，根據卿後之電 流值1測定器測定電阻值R(n)e導電度❻由下式 算出。 C一（樣品厚度·· Cm)/25R 參考例：電極片材之製作 U漿料製備步驟·· 將琴間苯二甲醯胺間苯二胺（真比重1.38)溶解於咖 中，製備間位-芳香族聚醯胺溶液。 混合並授拌上述溶液與活性炭（真比重2.0)以及科琴黑 n96l3.doc 12 200810203 (真比重2·2) ’藉此製備均赁性料 酿胺間苯二胺=85 : 發後，活性炭：科琴黑：聚間苯;^。添加比係以爾蒸 5 : 10之重量比之方式’進行調整。 2)厚片材製作步騾： 使用刮刀，將上述步驟中所 斤獲仔之漿料塗佈於氧化鋁箔 集宅極（賦予導電姓錨）之一個而 ?ηπ°ρ ^ ^ ^ 面上，並通過乾燥溫度為 200 C之連續乾燥爐，藉此製作厚片材。 實施例1 將參考例中所製作之厚另姑 心—β 材置於—對金屬製滾筒間，以 I間本二甲胺間苯二胺之玻璃轉移溫度以上 度即贿、線壓為300 kgf/cm，進行熱壓，藉此，製表皿 1中所示之電極片材。 ^ 比較例1 將參考例中所製作之厚片材置於-對金屬製滾筒間，以 溫度為机、線壓為300 kgf/cm，進行加壓，藉此，製作 表1中所示之電極片材。 表1表示實施例1及比較例i中所獲得之電極片材之主 特徵值。 表1 特徵 單位 厚片材 實施例1 比較例1 基重 g/m2 57 A 57.4 57.4 厚度 μπι 205 108 151 密度 g/cm3 0.28 0.53 0.38 A 0.854 0.724 0.802 導電度i S/cm 5xl(T2 IxlO'1 3xl〇·2 1196l3.doc 200810203 於表 1中，A表示式：Dx(l/D-We/De-Wc/Dc-Wb/Db)。於 式中，D、We、De、Wc、De、Wb及Db如上所述。 根據表1可明白：實施例1之電極片材密度十分高、 Dx(l/D-We/De-Wc/Dc-Wb/Db)亦處於適當之範圍、導電度 亦較高、進而耐熱性較高、以及將電化學方面穩定之間 位-芳香族聚醯胺用作黏合劑，故而可進行高溫乾燥，並· 且作為高财電壓性之電容器、電池等電性、電子零件之電 極片材，極其有用。 119613.doc -14-

Claims (1)

  1. 200810203 十、申讀專利範圍： l —槿電極片材之製造方法，立徵 ”符徵在於，於將包含電極 活性#料、導電劑、黏合、 〜 ♦ J 以及洛劑之漿料塗佈於集 笔極上之後，進行乾燥而萝 叩表仏罨極片材時，使用間位-芳 曰族聚醯胺（meta-aramid)^ A獻 α)作為黏合劑，且對乾燥後之電 極片材進行加壓。 2·如請求項1之電極片材之掣 壬 表仏方去，其‘中預先將間位-芳 曰族聚醯胺溶解於溶劑中所 且使所獲得之溶液與電極活 性材料及導電劑混合，以此梦 袓 隹命 此I備水枓，將該裝料塗佈於 本電極上之後，對該集電極進行乾燥、加壓。 3.=清求項1或2之製造方法，其中於集電極乾燥之後，以 心芳香族聚醯胺之麵轉移溫度以上之溫度對該集電 極進行加壓。 1叫求項1之製造方法，其中於對集電極進行加壓之 別使間位-芳香族聚醯胺中包括溶劑，藉此，可使間 位-芳香族聚醯胺塑化，且降低玻璃轉移溫度。 5. 2請求項i之製造方法，其中間位·芳香族聚醯胺係聚間 本一甲醯胺間苯二胺。 6. T明求項1之製造方法，其中溶劑係n，n_二甲基乙 N甲基·2_〇比p各炫酮或該等之混合物。 種電極片材，其係藉由如請求項1〜ό中任一項之方 而衣作，並且滿足如下之不等式（〗）， 0-25<Dx(i/D.We/De.Wc/Dc^Wb/Db)<0.75...(l) /式t ’ D係除去集電極後之電極片材之密度； 119613.doc 200810203 We係電極活性材料之重量分率； De係電極活性材料之真比重； Wc係導電劑之重量分率； Dc係導電劑之真比重； Wb係黏合劑之重量分率； Db係黏合劑之真比重。 8. —種電性、電子零件，其使用如請求項7之電極片材。 9. 一種電容器，其使用如請求項7之電極片材。 1 0. —種電池，其使用如請求項7之電極片材。
    119613.doc 200810203 七、指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：（無) (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 馨 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： (無） 119613.doc
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