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CN114144903B - 电极用成型体的制造方法 - Google Patents

电极用成型体的制造方法 Download PDF

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CN114144903B
CN114144903B CN202080051569.4A CN202080051569A CN114144903B CN 114144903 B CN114144903 B CN 114144903B CN 202080051569 A CN202080051569 A CN 202080051569A CN 114144903 B CN114144903 B CN 114144903B
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Abstract

一种电极用成型体的制造方法,其包括使吐出包含电极活性物质的电极材料的吐出口与第1支承体沿上述第1支承体的面方向相对移动,同时从上述吐出口朝向上述第1支承体的表面FA吐出上述电极材料的工序,上述工序使用具有与上述电极材料接触的接触面FB的接触部件,当将上述接触部件的上述接触面FB与上述电极材料的壁面摩擦角设为θ1,将上述第1支承体的上述表面FA与上述电极材料的壁面摩擦角设为θ2时,满足(1)1°≤θ1<15°及(2)15°≤θ2的关系。

Description

电极用成型体的制造方法
技术领域
本发明涉及一种电极用成型体的制造方法。
背景技术
作为锂离子电池等电池中所包含的电解质,通常使用电解液。近年来,从安全性(例如,防止漏液)的观点考虑,正在研究将电解液替换为固体电解质的全固态电池的开发。
在适用于如上所述的电池的电极的制造中,通常,使用包含活性物质等电极材料及溶剂的涂布液(例如,参考国际公开第2017/104405号)。
已知有在锂离子电池的制造方法中使用锂离子电池用粉体供给方法,所述锂离子电池用粉体供给方法为从形成于粉体供给筒的前端的粉体供给口对供给对象物供给容纳于料斗的粉体的粉体供给方法,该方法包括:按压工序,使用行波而沿上述粉体供给口方向输送上述粉体供给筒内的粉体,并且对其进行按压而以规定密度填充粉体;及供给工序,将在上述粉体供给口的附近以规定密度来填充的粉体从上述粉体供给口对上述供给对象物进行供给(例如,参考日本特开2015-028910号公报)。
并且,作为适合用于锂离子二次电池的电化学元件电极用薄片的制造方法,已知有包括通过定量给料器将电极材料供给至以大致水平配置的一对冲压用辊或传送带,并通过该冲压用辊或传送带将电极材料成型为片状成型体的工序的电化学元件电极用薄片的制造方法(例如,参考日本特开2007-005747号公报)。
发明内容
发明要解决的技术课题
在使用涂布液来形成电极的方法(例如,国际公开第2017/104405号所记载的方法)中,通常,需要干燥涂布液。在干燥不充分的情况下,由于在电极中残留溶剂,可能会导致电池性能(例如,放电容量及输出特性)的降低。尤其在全固态电池中,优选电极中所残留的溶剂少。
因此,例如,提出有日本特开2015-028910号公报及日本特开2007-005747号公报中所记载的使用粉体来制造电极的方法。
在日本特开2015-028910号公报及日本特开2007-005747号公报中,在制造电极时,使用与粉体接触的部件(料斗、冲压用辊或传送带等),但若粉体附着于这些部件,则会导致粉体的输送性、成型性等局部性地降低,从而可能会制造出质量分布的面内不均较大的电极。
因此,本发明是鉴于上述的情况而完成的。
本发明的一实施方式的目的在于提供一种能够制造质量分布的面内均匀性优异的电极用成型体的电极用成型体的制造方法。
用于解决技术课题的机构
本发明包含以下实施方式。
<1>一种电极用成形体的制造方法,其包括使吐出包含电极活性物质的电极材料的吐出口与第1支承体沿该第1支承体的面方向相对移动,同时从上述吐出口朝向上述第1支承体的表面FA吐出上述电极材料的工序,
上述工序使用具有与上述电极材料接触的接触面FB的接触部件,
当将上述接触部件的上述接触面FB与上述电极材料的壁面摩擦角设为θ1,将上述第1支承体的上述表面FA与上述电极材料的壁面摩擦角设为θ2时,满足以下(1)及(2)的关系。
(1)1°≤θ1<15°;
(2)15°≤θ2。
<2>根据<1>所述的电极用成形体的制造方法,其中,上述壁面摩擦角θ1和上述壁面摩擦角θ2满足下述(3)的关系。
(3)1°≤θ2-θ1≤60°。
<3>根据<1>或<2>所述的电极用成形体的制造方法,其中,上述壁面摩擦角θ2满足下述(2’)的关系。
(2’)15°≤θ2≤60°。
<4>根据<1>至<3>中任一项所述的电极用成形体的制造方法,其中,上述接触部件为具有作为上述吐出口的排出口且能够储存上述电极材料的储存部件,上述排出口的内周面为上述接触部件的上述接触面FB
<5>根据<1>至<3>中任一项所述的电极用成形体的制造方法,其中,上述接触部件为辊部件,上述辊部件的外周面为上述接触部件的上述接触面FB
<6>根据<1>至<3>中任一项所述的电极用成形体的制造方法,其中,上述接触部件为构成上述吐出口的一部分且在与所吐出的上述电极材料接触的同时移动的长尺寸的第2支承体,该第2支承体的与上述电极材料的接触面为上述接触部件的上述接触面FB
<7>根据<1>至<6>中任一项所述的电极用成形体的制造方法,其中,上述接触部件的上述接触面FB与水的接触角为75°以上。
<8>根据<1>至<7>中任一项所述的电极用成形体的制造方法,其中,上述第1支持体的上述表面FA与水的接触角为30°以上且小于75°。
<9>根据<1>至<8>中任一项所述的电极用成形体的制造方法,其中,上述接触部件的上述接触面FB具有包含氟原子及硅原子中的至少一者的表面层。
<10>根据<9>所述的电极用成形体的制造方法,其中,上述表面层还包含防静电剂。
<11>根据<1>至<10>中任一项所述的电极用成形体的制造方法,其中,上述接触部件的上述接触面FB的算术平均粗糙度Ra为10μm以下。
<12>根据<1>至<11>中任一项所述的电极用成型体的制造方法,其中,上述第1支承体为脱模材料。
发明效果
根据本发明的一实施方式,能够提供一种能够制造质量分布的面内均匀性优异的电极用成型体的电极用成型体的制造方法。
附图说明
图1是对本发明所涉及的电极用成型体的制造方法中的电极材料吐出工序的一实施方式进行说明的概念图。
图2是对本发明所涉及的电极用成型体的制造方法中的电极材料吐出工序的另一实施方式进行说明的概念图。
具体实施方式
以下,参考附图对本发明的实施方式进行说明。本发明不受以下实施方式的任何限制,在本发明的目的的范围内,能够适当加以变更来实施。在各附图中,使用相同的符号来表示的构成要件表示是相同的构成要件。有时对各附图中重复的构成要件及符号省略说明。附图中的尺寸的比率并不一定表示实际尺寸的比率。
在本发明中,使用“~”来表示的数值范围表示将在“~”之前后记载的数值作为下限值及上限值来包含的范围。在本发明中,在阶段性地记载的数值范围内,以某一数值范围来记载的上限值或下限值也可以与其他阶段性的记载的数值范围的上限值或下限值调换。并且,在本发明中所记载的数值范围内,以某个数值范围来记载的上限值或下限值也可以与实施例中示出的值调换。
在本发明中,“工序”的术语中不仅包含独立的工序,即使在与其他工序无法明确区分的情况下,只要实现工序的所期望的目的,则也包含于本术语中。
在本发明中,“(甲基)丙烯酸”表示丙烯酸及甲基丙烯酸这两者或其中任一个。
在本发明中,当在组合物中存在多个与各成分对应的物质时,若无特别说明,则组合物中的各成分的量表示组合物中所存在的多个物质的合计量。
在本发明中,“质量%”与“重量%”含义相同,“质量份”与“重量份”含义相同。
在本发明中,两个以上的优选方式的组合为更优选的方式。
在本发明中,“固体成分”表示,在氮气氛下,在200℃下对1g试样进行了6个小时干燥处理时,不会因挥发或蒸发而消失的成分。
<电极用成型体的制造方法>
本发明所涉及的电极用成型体的制造方法包括使吐出包含电极活性物质的电极材料的吐出口与第1支承体沿上述第1支承体的面方向相对移动,同时从上述吐出口朝向上述第1支承体的表面FA吐出上述电极材料的工序(以下,也称为“电极材料吐出工序”),上述工序使用具有和介于与上述第1支承体之间的上述电极材料接触的接触面FB的接触部件,当将上述接触部件的上述接触面FB与上述电极材料的壁面摩擦角设为θ1,将上述第1支承体的上述表面FA与上述电极材料的壁面摩擦角设为θ2时,满足以下(1)及(2)的关系。
(1)1°≤θ1<15°;
(2)15°≤θ2。
在此,电极材料吐出工序是指通过吐出口吐出的电极材料朝向第1支承体移动的期间的工序。
本发明所涉及的电极用成型体的制造方法能够制造质量分布的面内均匀性优异的电极用成型体。本发明所涉及的电极用成型体的制造方法发挥该效果的理由推测为如下。
在本发明所涉及的电极用成型体的制造方法中,包括使吐出包含电极活性物质的电极材料的吐出口与第1支承体沿上述第1支承体的面方向相对移动,同时从上述吐出口朝向上述第1支承体的表面吐出上述电极材料的工序。在该工序中,使用具有和介于与第1支承体之间的电极材料接触的接触面的接触部件。
在上述工序中,由第1支承体、电极材料及接触部件这3个要件构成电极材料介于第1支承体与接触部件之间的结构。
接触部件为在通过吐出口吐出的电极材料朝向第1支承体移动的期间与电极材料接触的部件,因此与电极材料接触的接触面要求对电极材料的亲和性低且脱模性优异。
然而,即便仅使接触部件的与电极材料的接触面具有脱模性,电极材料并不一定均匀地配置于第1支承体上。
因此,本发明人等进行研究的结果,发现了通过使电极材料介于第1支承体与接触部件之间的结构中的3个要件之间以壁面摩擦角来具有特定的关系性,能够制造质量分布的面内均匀性优异的电极用成型体。
即,发现了通过接触部件的与电极材料的接触面FB与电极材料的壁面摩擦角θ1及第1支承体的表面FA与电极材料的壁面摩擦角θ2满足上述(1)及(2)的关系,能够制造质量分布的面内均匀性优异的电极用成型体。
通过满足上述(1)及(2),电极材料不易附着于接触部件的与电极材料的接触面FB,另一方面,容易附着于第1支承体的表面FA上。因此,推测为朝向第1支承体的表面吐出的电极材料不附着于接触部件而平滑地移动,并供给至第1支承体。其结果,推测为设为目标的量的电极材料依次供给至第1支承体上,从而制造出质量分布的面内均匀性优异的电极用成型体。
并且,若在接触部件中的与电极材料的接触面附着有电极材料,则需要用于去除电极材料的工作,从而该工作会成为降低生产率的主要原因。
另一方面,在本发明所涉及的电极用成型体的制造方法中,电极材料不易附着于接触部件中的与电极材料的接触面,因此认为无需电极材料的去除工作而提高生产率。
在本发明所涉及的电极用成型体的制造方法中,除了电极材料吐出工序以外,根据需要,还可以具有准备电极材料的工序(也称为电极材料准备工序)及对电极材料进行成型的工序(也称为电极材料成型工序)等。
以下,对本发明所涉及的电极用成型体的制造方法中的各工序进行说明。
〔电极材料吐出工序〕
电极材料吐出工序为使吐出包含电极活性物质的电极材料的吐出口与第1支承体沿第1支承体的面方向相对移动,同时从吐出口朝向第1支承体的表面FA吐出电极材料的工序。
本工序中所使用的包含电极活性物质的电极材料为粉体或粉体与少量液体成分的混合物,电极材料吐出工序为将粉体或粉体与少量液体成分的混合物向第1支承体上吐出的工序。
在此,关于包含电极活性物质的电极材料的详细内容,将在后面进行叙述。
在电极材料吐出工序中,使用具有和介于与第1支承体之间的电极材料接触的接触面FB的接触部件。而且,当将接触部件中的接触面FB与电极材料的壁面摩擦角设为θ1,将第1支承体的表面FA与上述电极材料的壁面摩擦角设为θ2时,满足以下(1)及(2)的关系。
(1)1°≤θ1<15°;
(2)15°≤θ2。
壁面摩擦角θ1及θ2为表示对象物的表面与电极材料层的摩擦阻力的物理特性值,若壁面摩擦角大,则摩擦阻力高,若壁面摩擦角小,则摩擦阻力低。
作为壁面摩擦角θ1及θ2的测定方法,可举出对施加垂直荷载来压实的状态的电极材料层与对象物的表面之间向剪切方向施加力,并求出此时的电极材料层的流动的力来进行的测定。
具体而言,使用粉体流动性测定装置VOLUTION(Volution Powder Flow Tester,VFT)来测定壁面摩擦角θ1及θ2。
另外,当测定对象物的表面无法直接适用于上述装置时,仅取出测定对象物的表面,或制作具有与测定对象物的表面相同的组成及表面性状的测定试样,并使用其来进行测定即可。
在电极材料吐出工序中,上述(1)根据容易向电极材料施加压力的观点及提高电极材料的脱模性的观点来确定,但从相同的观点考虑,θ1优选为1°以上且15°以下,更优选为3°以上且13°以下。
在电极材料吐出工序中,上述(2)根据电极材料容易配置于第1支承体上的观点来确定,但从相同的观点及需要时能够从第1支承体进行电极材料的脱模的观点考虑,θ2优选为15°以上且60°以下,更优选为16°以上且55°以下。
即,在电极材料吐出工序中,壁面摩擦角θ1及壁面摩擦角θ2优选满足下述(2’)的关系。
(2’)15°≤θ2≤60°。
在电极材料吐出工序中,从进一步提高质量分布的面内均匀性的观点考虑,上述壁面摩擦角θ1及上述壁面摩擦角θ2优选满足下述(3)的关系。
(3)1°≤θ2-θ1≤60°。
尤其从进一步提高质量分布的面内均匀性的观点考虑,θ2-θ1优选为3°以上且50°以下,更优选为5°以上且40°以下。
参考附图对电极材料吐出工序的具体实施方式进行说明。
在此,图1是对本发明所涉及的电极用成型体的制造方法中的电极材料吐出工序的一实施方式(以下,称为第1实施方式)进行说明的概念图。并且,图2是对本发明所涉及的电极用成型体的制造方法中的电极材料吐出工序的另一实施方式(以下,称为第2实施方式)进行说明的概念图。
[第1实施方式]
在图1中,储存于料斗30的电极材料20从料斗30的排出口32被排出,且供给至沿箭头A方向被输送的支承体(第1支承体的一例)10上。
支承体10通过未图示的输送机构沿箭头A方向被输送。在此,只要料斗30的排出口(电极材料的吐出口的一例)32与支承体10沿支承体10的面方向相对移动即可,除了支承体10移动的方式以外,还可以是料斗30移动的方式、支承体10及料斗30这两者移动的方式。
但是,为了将电极材料20均匀地赋予于支承体10上,优选为使支承体10移动的方式。
作为上述输送机构,并无限制,能够利用公知的输送机构,例如可举出带式输送机、直线滑动导轨及十字辊道。
如图1所示,从料斗30的排出口32排出的电极材料20通过限制辊40限制电极材料20的量(具体而言,例如,基于电极材料20的层厚)、密度分布等。
并且,供给至支承体10上的电极材料20伴随支承体10的输送而移动,并通过与加压辊50的接触得到加压(相当于后述的电极材料成型工序)。
在此,料斗30及限制辊40均为在电极材料20朝向第1支承体的一例即支承体10移动的期间与电极材料20接触的部件,相当于本发明中的“接触部件”。
料斗30为具有排出电极材料20的排出口32且能够储存电极材料20的储存部件,该排出口32的内周面成为接触部件的接触面FB
并且,限制辊40为辊部件,该辊部件的外周面成为接触部件的接触面FB
因此,在第1实施方式中,当将料斗30的排出口32的内周面与电极材料20的壁面摩擦角设为θ1(30),并且,将限制辊40的外周面与电极材料20的壁面摩擦角设为θ1(40)时,θ1(30)及θ1(40)中的至少一个满足上述(1)的关系,优选两者满足上述(1)的关系。
在第1实施方式中,通过θ1(30)及θ1(40)中的至少一个(优选两个)满足上述(1)的关系,从排出口32朝向支承体10排出的电极材料20不附着于料斗30的排出口32的内周面和/或限制辊40的外周面而平滑地移动,并依次供给至被输送的支承体10。
由此,推测为电极材料20以设为目标的量来依次供给至支承体10上,其结果,能够制造质量分布的面内均匀性优异的电极用成型体。
另外,从不妨碍储存于内部的电极材料20的移动及排出的观点考虑,料斗30优选设计成不仅排出口32的内周面,而且与电极材料20接触的料斗30内周面的大部分区域(优选为所有区域)与电极材料20的壁面摩擦角满足上述(1)的关系。
图1中的加压辊50为与供给至支承体10上的电极材料20接触并对电极材料20进行加压的部件。
电极材料20优选不附着于加压辊50的外周面而与支承体10一同移动,因此优选设计成加压辊50的外周面与电极材料20的壁面摩擦角也满足上述(1)的关系。
[第2实施方式]
在图2中,储存于料斗30的电极材料20从料斗30的排出口32被排出,并供给至沿箭头A方向被输送的支承体10上。
此时,设置有沿料斗30的内周面的一部分及料斗30的排出口32的一部分且与从料斗30的排出口32排出的电极材料20接触的同时移动的长尺寸的支承体(第2支承体的一例)60。
第2实施方式除了使用上述支承体60以外,若无特别说明,与第1实施方式相同,优选方式也相同,因此在此省略说明。
在此,料斗30及支承体60均为在电极材料20朝向支承体(第1支承体的一例)10移动的期间与电极材料20接触的部件,相当于本发明中的“接触部件”。
与第1实施方式同样地,料斗30的排出电极材料20的排出口32的内周面成为接触部件的接触面FB
并且,支承体60为构成排出电极材料20的排出口32的一部分且与所排出的电极材料20接触的同时移动的长尺寸的第2支承体,其第2支承体即支承体60的与电极材料的接触面成为接触部件的接触面FB
因此,在第2实施方式中,当将料斗30的排出口32的内周面与电极材料20的壁面摩擦角设为θ1(30),并且将支承体60的与电极材料20的接触面和电极材料20的壁面摩擦角设为θ1(60)时,θ1(30)及θ1(60)中的至少一个满足上述(1)的关系,优选两者满足上述(1)的关系。
在第2实施方式中,通过θ1(30)及θ1(60)中的至少一个(优选两者)满足上述(1)的关系,从排出口32朝向支承体10排出的电极材料20不附着于料斗30的排出口32的内周面和/或支承体60的与电极材料20的接触面而平滑地移动,并依次供给至被输送的支承体10。
由此,推测为电极材料20以设为目标的量来依次供给至支承体10上,其结果,能够制造质量分布的面内均匀性优异的电极用成型体。
在此,在第2实施方式中,支承体60与电极材料20接触的同时移动,并形成在与支承体10之间夹持有电极材料20的状态。
因此,图2所示的限制辊40经由支承体60限制电极材料20的量(具体而言,例如,基于电极材料20的层厚)。如此,第2实施方式中的限制辊40并不与电极材料20接触,因此限制辊40的外周面与电极材料20的壁面摩擦角θ1(40)无需满足上述(1)的关系。第2实施方式中的限制辊40的外周面具有为了经由支承体60限制电极材料20的量而有用的表面性状即可。
并且,图2所示的加压辊50也经由支承体60对电极材料20进行加压。第2实施方式中的限制辊40的外周面具有为了经由支承体60对电极材料20进行加压而有用的表面性状即可。
[接触面FB及表面FA]
对电极材料吐出工序中使用的接触部件的接触面FB及第1支承体的表面FA进行说明。
(接触部件的接触面FB)
在本发明中,接触部件的接触面FB具有与电极材料的壁面摩擦角θ1满足上述(1)的关系的表面性状即可。具体而言,接触部件的接触面FB优选疏水性优异,与水的接触角优选为75°以上,更优选为80°以上,进一步优选为85°以上。
接触部件的接触面FB与水的接触角的上限并无特别限定,但由于是接触角,因此为180°以下,更优选为150°以下。
为了实现接触部件的接触面FB与上述水的接触角,接触部件优选在与电极材料接触的表面具有氟原子及硅原子中的至少一者的表面层。
作为上述表面层,优选为包含在分子内具有氟原子的化合物及在分子内具有硅原子的化合物中的至少一个的层。
作为在分子内具有氟原子的化合物,优选为在分子内具有氟原子的树脂,具体而言,例如可举出四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、聚乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氯代三氟乙烯(PCTFE)、聚氟乙烯(PVF)等。
另一方面,作为在分子内具有硅原子的化合物,优选为在分子内具有硅原子的树脂,具体而言,例如可举出甲基硅酮树脂、苯基硅酮树脂、甲基苯基硅酮树脂、烷氧基改性硅酮树脂、聚酯改性硅酮树脂及氨基甲酸酯改性硅酮树脂等。
并且,上述表面层优选还包含防静电剂。
作为防静电剂,可使用以往公知的防静电剂。
表面层的形成中可以使用市售的涂层剂。作为市售的涂层剂,具体而言,例如可使用Nippon FussoCo.,Ltd.制的Aμcoat(Advanced micro coat的简称)、NF-004、NF-015、NF-004EC、NF-004A,NF-015A、NF-015EC等。
Nippon FussoCo.,Ltd.制的“EC”系列为具有防静电性的涂层剂。
并且,接触部件可以在与电极材料接触的表面作为表面层的下层具有下涂层。
作为下涂层,可举出对接触部件的表面使用喷砂法等进行粗面化之后,涂布以环氧树脂为主的材料而获得的层等。
从进一步提高电极材料的脱模性的观点考虑,接触部件的接触面FB的算术平均粗糙度Ra优选为10μm以下。
接触部件的接触面FB中的算术平均粗糙度Ra优选为8μm以下,进一步优选为5μm以下。
作为接触部件的接触面FB中的算术平均粗糙度Ra的下限,例如为0.05μm。
另外,接触部件的接触面FB中的算术平均粗糙度Ra通过以下方法来测定。
用激光位移计等对接触部件的表面形状进行测定并计算表面形状的轮廓。从计算出的粗糙度曲线沿其平均线的方向仅引出基准长度L,当沿该引出部分的平均线的方向引出x轴,沿纵向倍率的方向引出y轴,并且将粗糙度曲线由y=f(x)来表示时,由以下式求出。
[数式1]
(第1支承体的表面FA)
在本发明中,第1支承体的表面FA具有与电极材料的壁面摩擦角θ2满足上述(2)的关系的表面性状即可。具体而言,第1支承体的表面FA与水的接触角优选为30°以上且小于75°,更优选为40°以上且60°以下。
为了将第1支承体的表面FA与水的接触角设为上述范围,优选将第1支承体的材料本身选择为与水的接触角在上述范围内的材料,或在第1支承体的与电极材料接触的表面具有将与水的接触角控制在上述范围内的表面层。
作为与水的接触角为30°以上且小于75°的材料,可举出不锈钢(也称为SUS)等金属及玻璃等。
作为将与水的接触角控制成30°以上且小于75°的表面层,可举出包含皂化度90%以上的聚乙烯醇及二氧化钛等的层等。
在此,接触部件的接触面FB及第1支承体的表面FA中的与水的接触角通过空中水滴法来测定。
具体而言,例如使用DMo-701(Kyowa Interface Science Co.,Ltd.制)来求出相对于接触部件的接触面FB或第1支承体的表面FA的水的接触角。另外,将测定中所使用的水滴容量设为1μL,将水滴温度设为25℃。
[第1支承体]
作为第1支承体,例如可优选举出具有与水的接触角在上述范围内的表面FA的脱模材料。
作为脱模材料,例如可举出脱模纸(例如,SP-8E Ivory,NIHON LABEL制等)、实施有表面处理的金属(例如,铝及不锈钢)、具有表面层的薄膜及具有表面层的纸,其中优选脱模纸。
在此,表面层是指,已叙述的将与水的接触角控制成30°以上且小于75°的表面层。
从输送性等的观点考虑,第1支承体的形状优选为平板状、薄膜状或片状。
从输送性的观点考虑,第1支承体的平均厚度优选为5μm以上,更优选为10μm以上,尤其优选为20μm以上。
从柔软性及轻量性的观点考虑,第1支承体的平均厚度优选为500μm以下,更优选为300μm以下,尤其优选为200μm以下。
第1支承体的平均厚度设为通过剖面观察测定的3处厚度的算术平均。在剖面观察时,能够使用公知的显微镜(例如,扫描式电子显微镜)。
第1支承体的大小并无限制,根据所制造的电极用成型体的大小、制造工序中所使用的各种部件的大小等确定即可。
[第2支持体]
如已叙述般,第2支承体相当于本发明中的“接触部件”,因此至少相当于接触面FB的表面与水的接触角优选为75°以上。
作为构成第2支承体的材料,例如可举出树脂、金属及纸,优选使用在它们中的任一个形成有已叙述的与水的接触角为75°以上的表面层的材料。
第2支承体优选为集电体,更优选为在集电体的表面形成有与水的接触角为75°以上的表面层的支承体。
通过第2支承体为集电体,能够将电极材料轻松地配置于集电体上,进而还能够提高获得带集电体的电极用成型体时的生产率。
作为集电体,并无限制,能够利用公知的集电体。
作为正极集电体,例如可举出铝、铝合金、不锈钢、镍及钛。正极集电体优选为铝或铝合金。正极集电体还优选为在表面具有包含碳、镍、钛或银的包覆层的铝或不锈钢。
作为负极集电体,例如可举出铝、铜、铜合金、不锈钢、镍及钛。负极集电体优选为铝、铜、铜合金或不锈钢,更优选为铜或铜合金。负极集电体还优选为在表面具有包含碳、镍、钛或银的包覆层的铝、铜、铜合金或不锈钢。
作为集电体,优选为铝箔或铜箔。通常,铝箔用作正极中的集电体。通常,铜箔用作负极中的集电体。
第2支承体可以进行网眼加工,也可以进行冲孔加工。并且,第2支承体也可以是多孔体,发泡体或纤维组的成型体。
第2支承体的表面可以具有通过表面处理形成的凹凸。
第2支承体的形状优选为薄膜状或片状。
输送性及耐贯通性的观点考虑,第2支承体的平均厚度优选为1μm~500μm,更优选为3μm~300μm,尤其优选为5μm~200μm。
第2支承体的平均厚度也通过与第1支承体的平均厚度相同的方法来测定。
[吐出机构]
在电极材料吐出工序中,通过吐出口吐出电极材料。在已叙述的第1实施方式及第2实施方式中,作为吐出电极材料的吐出机构,使用料斗(储存部件的一例)30来进行说明,但并不限定于此。
作为吐出电极材料的吐出机构,只要具有吐出口即可,例如,除了料斗以外,还可举出螺旋给料器、圆盘给料器、旋转给料器及带式给料器。
另外,作为吐出机构,至少吐出口的内周面与电极材料的壁面摩擦角θ1优选满足上述式(1)的关系。
另外,从防止由电极材料的飞溅引起的污染的观点考虑,上述吐出机构中的吐出口优选具有控制电极材料的供给的开闭机构。在此,“开闭机构”表示能够开闭电极材料的流路的活动机构。作为开闭机构中所使用的阀体,例如可举出板状的阀体及球状的阀体。
在电极材料吐出工序中,从稳定性的观点考虑,基于吐出机构的电极材料的吐出量优选为0.01kg/分钟~100kg/分钟,更优选为0.1kg/分钟~10kg/分钟,尤其优选为0.5kg/分钟~5kg/分钟。
[限制机构]
在电极材料吐出工序中,可以使用限制电极材料的量的限制机构。另外,在本发明所涉及的电极用成型体的制造方法中,可以省略限制机构,也可以与上述吐出机构的吐出口结合来与吐出机构进行一体化。
在已叙述的第1实施方式及第2实施方式中,作为限制电极材料的量、密度分布等的限制机构,使用限制辊40来进行说明,但并不限定于此。
作为限制机构,只要具有与电极材料直接或间接地接触的接触面即可,例如,除了限制辊等辊部件以外,还可举出刮刀及板状的部件(例如,刮板)等。
另外,当限制机构相当于本发明中的“接触部件”时,与电极材料的接触面和电极材料的壁面摩擦角θ1优选满足上述式(1)的关系。
在限制机构中的与电极材料的接触面可以形成有凹凸形状。通过限制机构的表面具有凹凸形状,容易控制电极材料的量、密度分布等。
在本发明中,当限制电极材料的量及密度分布等时,除了上述限制机构以外,还可以并用使电极材料振动的振动机构。
通过具有振动机构,容易控制电极材料的量及密度分布等。
另外,作为振动机构,例如可举出常规的加振装置。
〔电极材料准备工序〕
本发明所涉及的电极用成型体的制造方法优选具有在电极材料吐出工序之前,准备电极材料的工序(即,电极材料准备工序)。
在本发明中,“准备电极材料”表示使电极材料处于可使用的状态,若无特别说明,则包含制备电极材料。即,在电极材料准备工序中,可以准备预先制备的电极材料或市售的电极材料,也可以准备电极材料。
[电极材料]
电极材料包含电极活性物质。根据需要,电极材料可以包含除电极活性物质以外的成分。
以下,对电极材料中所包含的成分进行说明。
(电极活性物质)
电极活性物质为能够嵌入及释放属于周期表中的第1族或第2族的金属元素的离子的物质。
作为电极活性物质,例如可举出正极活性物质及负极活性物质。
-正极活性物质-
作为正极活性物质,并无限制,能够利用正极中所使用的公知的活性物质。作为正极活性物质,优选为能够可逆地嵌入及释放锂离子的正极活性物质。
作为正极活性物质,具体而言,例如可举出过渡金属氧化物及能够与锂复合化的元素(例如,硫)。在上述中,正极活性物质优选为过渡金属氧化物。
过渡金属氧化物优选为包含选自由Co(钴)、Ni(镍)、Fe(铁)、Mn(锰)、Cu(铜)及V(钒)组成的组中的至少一种过渡金属元素(以下,称为“元素Ma”。)的过渡金属氧化物。
当过渡金属氧化物包含Li及元素Ma时,Li相对于元素Ma的摩尔比(Li的物质量/元素Ma的物质量)优选为0.3~2.2。在本发明中,“元素Ma的物质量”是指与元素Ma对应的所有元素的总物质量。
并且,过渡金属氧化物可以包含选自由除锂以外的第1族元素、第2族元素、Al(铝)、Ga(镓)、In(铟)、Ge(锗)、Sn(锡)、Pb(铅)、Sb(锑)、Bi(铋)、Si(硅)、P(磷)及B(硼)组成的组中的至少一种过渡金属元素(以下,称为“元素Mb”。)。元素Mb的含量(即,与元素Mb对应的所有元素的总含量)相对于元素Ma的物质量优选为0mol%~30mol%。
作为过渡金属氧化物,例如可举出具有层状岩盐型结构的过渡金属氧化物、具有尖晶石型结构的过渡金属氧化物、含锂的过渡金属磷酸化合物、含锂的过渡金属卤代磷酸化合物及含锂的过渡金属硅酸化合物。
作为具有层状岩盐型结构的过渡金属氧化物,例如可举出LiCoO2(钴酸锂[LCO])、LiNi2O2(镍酸锂)、LiNi0.85Co0.10Al0.05O2(镍钴铝酸锂[NCA])、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(镍锰钴酸锂[NMC])及LiNi0.5Mn0.5O2(锰镍酸锂)。
作为具有尖晶石型结构的过渡金属氧化物,例如可举出LiCoMnO4、Li2FeMn3O8、Li2CuMn3O8、Li2CrMn3O8及Li2NiMn3O8
作为含锂的过渡金属磷酸化合物,例如可举出橄榄石型磷酸铁盐(例如,LiFePO4及Li3Fe2(PO4)3)、焦磷酸铁盐(例如,LiFeP2O7)、磷酸钴盐(例如,LiCoPO4)及单斜晶NASICON型磷酸钒盐(例如,Li3V2(PO4)3(磷酸钒锂))。
作为含锂的过渡金属卤代磷酸化合物,例如可举出氟磷酸铁盐(例如,Li2FePO4F)、氟磷酸锰盐(例如,Li2MnPO4F)及氟磷酸钴盐(例如,Li2CoPO4F)。
作为含锂的过渡金属硅酸化合物,例如可举出Li2FeSiO4、Li2MnSiO4及Li2CoSiO4
过渡金属氧化物优选为具有层状岩盐型结构的过渡金属氧化物,更优选为选自由LiCoO2(钴酸锂[LCO])、LiNi0.85Co0.10Al0.05O2(镍钴铝酸锂[NCA])及LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(镍锰钴酸锂[NMC])组成的组中的至少一种化合物。
正极活性物质可以是市售品,也可以是通过公知的方法(例如,煅烧法)制造的合成品。例如,通过煅烧法获得的正极活性物质可以使用水、酸性水溶液、碱性水溶液或有机溶剂来清洗。
正极活性物质的组成使用感应耦合等离子体(ICP)发射光谱分析法来测定。
正极活性物质的形状并无限制,但从操作性的观点考虑,优选为粒子状。
正极活性物质的体积平均粒径并无限制,例如能够设为0.1μm~50μm。正极活性物质的体积平均粒径优选为0.3μm~40μm,更优选为0.5μm~30μm。
正极活性物质的体积平均粒径为0.3μm以上,由此能够轻松地形成电极材料的聚集体,并且能够抑制在进行操作时电极材料飞溅。正极活性物质的体积平均粒径为40μm以下,由此能够轻松地调节电极用成型体的厚度,并且能够抑制在成型过程中空隙的产生。
通过以下方法测定正极活性物质的体积平均粒径。
通过混合正极活性物质与溶剂(例如,庚烷、辛烷、甲苯或二甲苯),制备包含0.1质量%的正极活性物质的分散液。将照射了10分钟1kHz的超声波的分散液设为测定试样。使用激光衍射/散射式粒度分布测定装置(例如,HORIBA,Ltd.制的LA-920)并且在温度25℃的条件下,进行50次数据的读入,求出体积平均粒径。在测定用池中使用石英比色池。使用5个试样进行上述测定,将测定值的平均设为正极活性物质的体积平均粒径。关于其他详细条件,根据需要,参考“JIS Z 8828:2013”。
作为调整正极活性物质的粒径的方法,例如可举出使用粉碎机或分级机的方法。
电极材料可以包含一种单独的正极活性物质,也可以包含两种以上的正极活性物质。
正极活性物质的含量相对于电极材料的总固体成分质量优选为10质量%~95质量%,更优选为30质量%~90质量%,进一步优选为50质量%~85质量%,尤其优选为60质量%~80质量%。
-负极活性物质-
作为负极活性物质,并无限制,能够利用负极中所使用的公知的活性物质。负极活性物质优选为能够可逆地嵌入及释放锂离子的负极活性物质。
作为负极活性物质,例如可举出碳质材料、金属氧化物(例如,氧化锡)、氧化硅、金属复合氧化物、锂单体、锂合金(例如,锂铝合金)及能够与锂形成合金的金属(例如,Sn、Si及In)。在上述中,从可靠性的观点考虑,负极活性物质优选为碳质材料或锂复合氧化物。
碳质材料为实际上由碳组成的材料。
作为碳质材料,例如可举出石油沥青、炭黑(例如,乙炔黑)、石墨(例如,天然石墨及人造石墨(例如,气相生长石墨))、硬碳及煅烧合成树脂(例如,聚丙烯腈(PAN)及糠醇树脂)而成的碳质材料。作为碳质材料,例如还可举出碳纤维(例如,聚丙烯腈类碳纤维、纤维素类碳纤维、沥青类碳纤维、气相生长碳纤维、脱水PVA(聚乙烯醇)类碳纤维、木质素碳纤维、玻璃状碳纤维及活性碳纤维)。作为石墨,例如还可举出中间相微小球体,石墨晶须及平板状的石墨。
在本发明中,“平板状”表示具有朝向相反方向的2个主平面的形状。
作为金属复合氧化物,优选为能够包藏及释放锂的金属复合氧化物。
从高电流密度充放电特性的观点考虑,能够包藏及释放锂的金属复合氧化物优选包含选自由钛及锂组成的组中的至少一种元素。
金属氧化物及金属复合氧化物尤其优选为非晶质氧化物。在此,“非晶质”表示在使用了CuKα射线的X射线衍射法中具有以2θ值来在20°~40°的区域具有顶点的宽的散射带的物质。非晶质氧化物可以具有结晶性的衍射线。在非晶质氧化物中,在以2θ值来在40°~70°的区域所观察到的结晶性的衍射线中最强的强度优选为在以2θ值来20°~40°的区域所观察到的宽的散射带的顶点的衍射线强度的100倍以下,更优选为5倍以下。非晶质氧化物尤其优选为不具有结晶性的衍射线。
金属氧化物及金属复合氧化物还优选为硫属化物。硫属化物为金属元素与周期表中的第16族的元素之间的反应生成物。
在由非晶质氧化物及硫属化物组成的化合物组中,也优选为半金属元素的非晶质氧化物及硫属化物,更优选为包含选自由周期表中的第13族~15族的元素、Al、Ga、Si、Sn、Ge、Pb、Sb及Bi组成的组中的至少一种元素的氧化物以及硫属化物。
作为非晶质氧化物及硫属化物的优选例,可举出Ga2O3、SiO、GeO、SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb2O4、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O8Bi2O3、Sb2O8Si2O3、Bi2O4、SnSiO3、GeS、SnS、SnS2、PbS、PbS2、Sb2S3、Sb2S5及SnSiS3。并且,上述化合物可以是与锂的复合氧化物(例如,Li2SnO2)。
负极活性物质还优选进一步包含钛。锂离子的包藏释放时的体积变动小,因此急速充放电特性优异,而且从电极的劣化得到抑制而能够提高锂离子二次电池的寿命的观点考虑,包含钛的负极活性物质优选为Li4Ti5O12(钛酸锂[也称为LTO])。
负极活性物质可以是市售品,也可以是通过公知的方法(例如,煅烧法)制造的合成品。例如,通过煅烧法获得的负极活性物质可以使用水、酸性水溶液、碱性水溶液或有机溶剂来清洗。
负极活性物质例如可作为CGB20(Nippon Graphite Industry Co.,Ltd.)来获得。
负极活性物质的组成使用感应耦合等离子体(ICP)发射光谱分析法来测定。
负极活性物质的形状并无限制,但从容易操作而且量产时容易管理均匀性等的观点考虑,优选为粒子状。
负极活性物质的体积平均粒径优选为0.1μm~60μm,更优选为0.3μm~50μm,尤其优选为0.5μm~40μm。
负极活性物质的体积平均粒径为0.1μm以上,由此能够轻松地形成电极材料的聚集体,并且能够抑制操作时电极材料飞溅。负极活性物质的体积平均粒径为60μm以下,由此能够调节电极用成型体的厚度,并且能够抑制成型过程中空隙的产生。
负极活性物质的体积平均粒径通过以上述正极活性物质的体积平均粒径的测定方法为准的方法来测定。
作为调整负极活性物质的粒径的方法,例如可举出使用粉碎机或分级机的方法。在上述方法中,例如可优选使用乳钵、球磨机、砂磨机、振动球磨机、卫星球磨机、行星球磨机、回转气流型喷磨机或筛子。根据需要,在负极活性物质的粉碎中,还能够进行使用水或有机溶剂(例如,甲醇)的湿式粉碎。调整为所期望的粒径的方法优选为分级。在分级中,例如能够使用筛子或风力分级机。分级可以是干式,也可以是湿式。
当作为负极活性物质使用包含Sn、Si或Ge的非晶质氧化物时,作为能够并用上述非晶质氧化物的优选负极活性物质,例如可举出能够包藏及释放锂离子或锂金属的碳材料、锂、锂合金及能够与锂合金的金属。
电极材料可以包含一种单独的负极活性物质,也可以包含两种以上的负极活性物质。
负极活性物质的含量相对于电极材料的总固体成分质量优选为10质量%~80质量%,更优选为20质量%~80质量%,进一步优选为30质量%~80质量%,尤其优选为40质量%~75质量%。
正极活性物质及负极活性物质的表面可以分别被表面包覆剂包覆。作为表面包覆剂,例如可举出包含Ti、Nb、Ta、W、Zr、Si或Li的金属氧化物。作为上述金属氧化物,例如可举出钛酸尖晶石、钽类氧化物、铌类氧化物及铌酸锂类化合物。作为具体的化合物,例如可举出Li4Ti5O12、LiTaO3、LiNbO3、LiAlO2、Li2ZrO3、Li2WO4、Li2TiO3、Li2B4O7、Li3PO4、Li2MoO4及LiBO2
(无机固体电解质)
从提高电池性能(例如,放电容量及输出特性)的观点考虑,电极材料优选包含无机固体电解质。
在此,“固体电解质”表示在内部能够使离子移动的固体状的电解质。
无机固体电解质不是作为主要离子传导性材料包含有机物的电解质,因此与有机固体电解质(例如,以聚环氧乙烷(PEO)为代表的高分子电解质及以双(三氟甲磺酰基)亚胺锂(LiTFSI)为代表的有机电解质盐)明确地区分。并且,无机固体电解质在稳定状态下为固体,因此未解离或游离成阳离子或阴离子。因此,也与在电解液及聚合物中解离或游离成阳离子或阴离子的无机电解质盐(例如,LiPF6、LiBF4、双(氟磺酰)亚胺锂(LiFSI)及LiCl)明确地区分。
无机固体电解质只要是具有属于周期表中的第1族或第2族的金属元素的离子的传导性的无机固体电解质,则并无限制,通常不具有电子传导性。
当通过本发明所涉及的电极用成型体的制造方法获得的电极用成型体使用于锂离子电池时,无机固体电解质优选具有锂离子的离子传导性。
作为无机固体电解质,例如可举出硫化物类无机固体电解质及氧化物类无机固体电解质。在上述中,从在活性物质与无机固体电解质之间能够形成良好的界面的观点考虑,无机固体电解质优选为硫化物类无机固体电解质。
-硫化物类无机固体电解质-
硫化物类无机固体电解质优选包含硫原子(S),具有属于周期表中的第1族或第2族的金属元素的离子传导性,且具有电子绝缘性。
硫化物类无机固体电解质更优选至少含有Li、S及P,且具有锂离子传导性。根据需要,硫化物类无机固体电解质还可以包含除Li、S及P以外的元素。
作为硫化物类无机固体电解质,例如可举出具有由下述式(A)表示的组成的无机固体电解质。
La1Mb1Pc1Sd1Ae1:式(A)
在式(A)中,L表示选自由Li、Na及K组成的组中的至少一种元素,优选为Li。
在式(A)中,M表示选自由B、Zn、Sn、Si、Cu、Ga、Sb、Al及Ge组成的组中的至少一种元素,优选为B、Sn、Si、Al或Ge,更优选为Sn、Al或Ge。
在式(A)中,A表示选自由I、Br、Cl及F组成的组中的至少一种元素,优选为I或Br,更优选为I。
在式(A)中,a1表示1~12,优选为1~9,更优选为1.5~4。
在式(A)中,b1表示0~1,更优选为0~0.5。
在式(A)中,c1表示1。
在式(A)中,d1表示2~12,优选为3~7,更优选为3.25~4.5。
在式(A)中,e1表示0~5,优选为0~3,更优选为0~1。
在式(A)中,b1及e1优选为0,b1及e1为0,且,a1、c1及d1之比(即,a1:c1:d1)更优选为1~9:1:3~7,b1及e1为0,且,a1、c1及d1之比(即,a1:c1:d1)尤其优选为1.5~4:1:3.25~4.5。
各元素的组成比例如能够通过调整制造硫化物类无机固体电解质时的原料化合物的配合量来控制。
硫化物类无机固体电解质可以是非结晶(玻璃),也可以进行晶化(玻璃陶瓷化),还可以仅对一部分进行晶化。作为如上述的硫化物类无机固体电解质,例如可举出含有Li、P及S的Li-P-S类玻璃以及含有Li、P及S的Li-P-S类玻璃陶瓷。在上述中,硫化物类无机固体电解质优选为Li-P-S类玻璃。
硫化物类无机固体电解质的锂离子传导率优选为1×10-4S/cm以上,更优选为1×10-3S/cm以上。硫化物类无机固体电解质的锂离子传导率的上限并无限制,例如实际上为1×10-1S/cm以下。
硫化物类无机固体电解质例如能够通过(1)硫化锂(Li2S)与硫化磷(例如,五硫化二磷(P2S5))之间的反应、(2)硫化锂与单体磷及单体硫中的至少一个之间的反应或(3)硫化锂、硫化磷(例如,五硫化二磷(P2S5))与单体磷及单体硫中的至少一个之间的反应来制造。
在Li-P-S类玻璃及Li-P-S类玻璃陶瓷的制造中的Li2S与P2S5的摩尔比(Li2S:P2S5)优选为65:35~85:15,更优选为68:32~77:23。通过将Li2S与P2S5的摩尔比设在上述范围内,能够更提高锂离子传导率。
作为硫化物类无机固体电解质,例如可举出使用包含Li2S及第13族~第15族的元素的硫化物的原料组合物而成的化合物。
作为原料组合物,例如可举出Li2S-P2S5、Li2S-LiI-P2S5、Li2S-LiI-Li2O-P2S5、Li2S-LiBr-P2S5、Li2S-Li2O-P2S5、Li2S-Li3PO4-P2S5、Li2S-P2S5-P2O5、Li2S-P2S5-SiS2、Li2S-P2S5-SnS、Li2S-P2S5-Al2S3、Li2S-GeS2、Li2S-GeS2-ZnS、Li2S-Ga2S3、Li2S-GeS2-Ga2S3、Li2S-GeS2-P2S5、Li2S-GeS2-Sb2S5、Li2S-GeS2-Al2S3、Li2S-SiS2、Li2S-Al2S3、Li2S-SiS2-Al2S3、Li2S-SiS2-P2S5、Li2S-SiS2-P2S5-LiI、Li2S-SiS2-LiI、Li2S-SiS2-Li4SiO4、Li2S-SiS2-Li3PO4及Li10GeP2S12。在上述中,从高的锂离子传导率的观点考虑,原料组合物优选为Li2S-P2S5、Li2S-GeS2-Ga2S3、Li2S-SiS2-P2S5、Li2S-SiS2-Li4SiO4、Li2S-SiS2-Li3PO4、Li2S-LiI-Li2O-P2S5、Li2S-Li2O-P2S5、Li2S-Li3PO4-P2S5、Li2S-GeS2-P2S5或Li10GeP2S12,更优选为Li2S-P2S5、Li10GeP2S12或Li2S-P2S5-SiS2
作为使用上述原料组合物来制造硫化物类无机固体电解质的方法,例如可举出非晶质化法。
作为非晶质化法,例如可举出机械研磨法及熔融急冷法。在上述中,从能够进行常温下的处理并且能够实现简化制造工序的观点考虑,优选机械研磨法。
-氧化物类无机固体电解质-
氧化物类无机固体电解质优选包含氧原子(O),具有属于周期表中的第1族或第2族的金属元素的离子传导性,且具有电子绝缘性。
氧化物类无机固体电解质的离子传导率优选为1×10-6S/cm以上,更优选为5×10-6S/cm以上,尤其优选为1×10-5S/cm以上。氧化物类无机固体电解质的离子传导率的上限并无限制,例如实际上为1×10-1S/cm以下。
作为氧化物类无机固体电解质,例如可举出以下化合物。但是,氧化物类无机固体电解质并不限制于以下化合物。
(1)LixaLayaTiO3(以下,称为“LLT”。xa满足0.3≤xa≤0.7,ya满足0.3≤ya≤0.7。)
(2)LixbLaybZrzbMbb mbOnb(Mbb为选自由Al、Mg、Ca、Sr、V、Nb、Ta、Ti、Ge、In及Sn组成的组中的至少一种元素。xb满足5≤xb≤10,yb满足1≤yb≤4,zb满足1≤zb≤4,mb满足0≤mb≤2,nb满足5≤nb≤20。)
(3)LixcBycMcc zcOnc(Mcc为选自由C、S、Al、Si、Ga、Ge、In及Sn组成的组中的至少一种元素。xc满足0≤xc≤5,yc满足0≤yc≤1,zc满足0≤zc≤1,nc满足0≤nc≤6。)
(4)Lixd(Al,Ga)yd(Ti,Ge)zdSiadPmdOnd(xd满足1≤xd≤3,yd满足0≤yd≤1,zd满足0≤zd≤2,ad满足0≤ad≤1,md满足1≤md≤7,nd满足3≤nd≤13。)
(5)Li(3-2xe)Mee xeDeeO(xe满足0≤xe≤0.1,Mee表示2价金属原子,Dee一并表示卤原子或两种以上的卤原子的组合。)
(6)LixfSiyfOzf(xf满足1≤xf≤5,yf满足0<yf≤3,zf满足1≤zf≤10。)
(7)LixgSygOzg(xg满足1≤xg≤3,yg满足0<yg≤2,zg满足1≤zg≤10。)
(8)Li3BO3
(9)Li3BO3-Li2SO4
(10)Li2O-B2O3-P2O5
(11)Li2O-SiO2
(12)Li6BaLa2Ta2O12
(13)Li3PO(4-3/2w)Nw(w满足w<1。)
(14)具有LISICON(Lithium super ionic conductor:锂离子导体)型晶体结构的Li3.5Zn0.25GeO4
(15)具有钙钛矿型晶体结构的La0.55Li0.35TiO3
(16)具有NASICON(Natrium super ionic conductor:钠超离子导体)型晶体结构的LiTi2P3O12
(17)Li1+xh+yh(Al,Ga)xh(Ti,Ge)2-xhSiyhP3-yhO12(xh满足0≤xh≤1,yh满足0≤yh≤1。)
(18)具有石榴石型晶体结构的Li7La3Zr2O12(以下,称为“LLZ”。)
作为氧化物类无机固体电解质,还优选包含Li、P及O的磷化合物。作为包含Li、P及O的磷化合物,例如可举出磷酸锂(Li3PO4)、将磷酸锂的氧的一部分用氮来取代的LiPON及LiPOD1(D1为选自由Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ru、Ag、Ta、W、Pt及Au组成的组中的至少一种元素。)。
作为氧化物类无机固体电解质,还优选LiAlON(Al为选自由Si、B、Ge、Al、C及Ga组成的组中的至少一种元素。)。
在上述中,氧化物类无机固体电解质优选为LLT、LixbLaybZrzbMbb mbOnb(Mbb、xb、yb、zb、mb及nb为如上所述。)、LLZ、Li3BO3、Li3BO3-Li2SO4或Lixd(Al、Ga)yd(Ti、Ge)zdSiadPmdOnd(xd、yd、zd、ad、md及nd为如上所述。),更优选为LLT、LLZ、LAGP(Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3)或LATP([Li1.4Ti2Si0.4P2.6O12]-AlPO4),尤其优选为LLZ。
无机固体电解质优选为粒子状。
无机固体电解质的体积平均粒径优选为0.01μm以上,更优选为0.1μm以上。无机固体电解质的体积平均粒径的上限优选为100μm以下,更优选为50μm以下。
无机固体电解质的体积平均粒径通过以下方法来测定。
通过混合无机固体电解质与水(当测定在水中不稳定的物质的体积平均粒径时为庚烷),制备包含1质量%的无机固体电解质的分散液。将照射了10分钟1kHz的超声波的分散液设为测定试样。使用激光衍射/散射式粒度分布测定装置(例如,HORIBA,Ltd.制的LA-920)并且在温度25℃的条件下,进行50次数据的读入,求出体积平均粒径。在测定用池中使用石英比色池。使用5个试样进行上述测定,并将测定值的平均设为无机固体电解质的体积平均粒径。关于其他详细条件,根据需要,参考“JIS Z 8828:2013”。
电极材料可以包含一种单独的无机固体电解质,也可以包含两种以上的无机固体电解质。
当电极材料包含无机固体电解质时,从界面电阻的降低及电池特性维持效果(例如循环特性的提高)的观点考虑,无机固体电解质的含量相对于电极材料的总固体成分质量优选为1质量%以上,更优选为5质量%以上,尤其优选为10质量%以上。从同样的观点考虑,无机固体电解质的含量的上限相对于电极材料的总固体成分质量优选为90质量%以下,更优选为70质量%以下,尤其优选为50质量%以下。
(粘合剂)
从提高电极材料彼此的粘附性的观点考虑,电极材料优选包含粘合剂。作为粘合剂,只要是有机聚合物,则并无限制,能够利用在电池材料的正极或负极中用作粘结剂的公知的粘合剂。作为粘合剂,例如可举出含氟树脂、烃类热塑性树脂、丙烯酸树脂及氨基甲酸酯树脂。
作为含氟树脂,例如可举出聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVdF)及聚偏氟乙烯与六氟丙烯的共聚物(PVdF-HFP)。
作为烃类热塑性树脂,例如可举出聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)、氢化苯乙烯丁二烯橡胶(HSBR)、丁烯橡胶、丙烯腈丁二烯橡胶、聚丁二烯及聚异戊二烯。
作为丙烯酸树脂,例如可举出聚(甲基)丙烯酸甲酯、聚(甲基)丙烯酸乙酯、聚(甲基)丙烯酸异丙酯、聚(甲基)丙烯酸异丁酯、聚(甲基)丙烯酸丁酯、聚(甲基)丙烯酸己酯、聚(甲基)丙烯酸辛酯、聚(甲基)丙烯酸十二烷基酯、聚(甲基)丙烯酸硬脂、聚(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯、聚(甲基)丙烯酸酯、聚(甲基)丙烯酸苄酯、聚(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、聚(甲基)丙烯酸缩二甲氨基丙酯及形成上述树脂的单体的共聚物。
作为粘合剂,还可举出乙烯类单体的共聚物。
作为乙烯类单体的共聚物,例如可举出(甲基)丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物、(甲基)丙烯酸甲酯-丙烯腈共聚物及(甲基)丙烯酸丁酯-丙烯腈-苯乙烯共聚物。
粘合剂的重均分子量优选为10,000以上,更优选为20,000以上,尤其优选为50,000以上。
粘合剂的重均分子量的上限优选为1,000,000以下,更优选为200,000以下,尤其优选为100,000以下。
粘合剂中的水分浓度以质量基准计优选为100ppm以下。
粘合剂中的金属浓度以质量基准计优选为100ppm以下。
电极材料可以包含一种单独的粘合剂,也可以包含两种以上的粘合剂。
当电极材料包含粘合剂时,从界面电阻的降低性及其维持性的观点考虑,粘合剂的含量相对于电极材料的总固体成分质量优选为0.01质量%以上,更优选为0.1质量%以上,尤其优选为1质量%以上。从电池性能的观点考虑,粘合剂的含量的上限相对于电极材料的总固体成分质量优选为10质量%以下,更优选为5质量%以下,尤其优选为3质量%以下。
当电极材料包含电极活性物质、无机固体电解质及粘合剂时,活性物质及无机固体电解质的合计质量相对于粘合剂的质量之比([活性物质的质量+无机固体电解质的质量]/[粘合剂的质量])优选为1,000~1,更优选为500~2,尤其优选为100~10。
(导电助剂)
从提高活性物质的电子传导性的观点考虑,电极材料优选包含导电助剂。作为导电助剂,并无限制,能够利用公知的导电助剂。尤其在电极材料包含正极活性物质时,电极材料优选包含导电助剂。
作为导电助剂,例如可举出石墨(例如,天然石墨及人造石墨)、炭黑(例如,乙炔黑、科琴黑及炉法炭黑)、无定形碳(例如,针状焦)、碳纤维(例如,气相生长碳纤维及碳纳米管)、其他碳质材料(例如,石墨烯及富勒烯)、金属粉(例如,铜粉及镍粉)、金属纤维(例如,铜纤维及镍纤维)及导电性高分子(例如,聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔及聚苯撑衍生物)。
在上述中,导电助剂优选为选自由碳纤维及金属纤维组成的组中的至少一种导电助剂。
作为导电助剂的形状,例如可举出纤维状、针状、筒状、哑铃状、圆盘状及椭圆球状。在上述中,从提高活性物质的电子传导性的观点考虑,导电助剂的形状优选为纤维状。
导电助剂的纵横比优选为1.5以上,更优选为5以上。导电助剂的纵横比为1.5以上,由此能够提高电极活性物质的电子传导性,因此能够提高电池的输出特性。
导电助剂的纵横比优选为10,000以下,更优选为5,000以下,尤其优选为1,000以下。而且,导电助剂的纵横比优选为500以下,更优选为300以下,尤其优选为100以下。导电助剂的纵横比为10,000以下,由此能够提高导电助剂的分散性,并且能够有效地防止由导电助剂穿透电极用成型体而引起的短路。
导电助剂的纵横比通过以下方法来测定。将使用扫描式电子显微镜(SEM)(例如,PHILIPS公司制XL30)以1000倍~3000倍的观察倍率来拍摄的任意3个视角的SEM像转换为BMP(点阵图)文件。使用图像分析软件(例如,Asahi Engineering Co.,LTD.制的IP-1000PC的集成应用程序即“A像君”)读入50个导电助剂的图像。在各导电助剂未重叠而观察到的状态下,读取各导电助剂的长度的最大值及最小值。“导电助剂的长度的最大值”表示导电助剂的外周上的从某一点至其他点的线段中成为长度最大的线段的长度(即长轴长度)。“导电助剂的长度的最小值”表示导电助剂的外周上的从某一点至其他点的线段且与表示上述最大值的线段正交的线段中成为长度最小的线段的长度(即短轴长度)。求出50个各导电助剂的长度的最大值(长轴长度)中去除上位5个点及下位5个点的40个点的平均值(A)。接着,求出50个各导电助剂的长度的最小值(短轴长度)中去除上位5个点及下位5个点的40点的平均值(B)。通过将平均值(A)除以平均值(B),计算导电助剂的纵横比。
导电助剂的短轴长度优选为10μm以下,更优选为8μm以下,尤其优选为5μm以下。
导电助剂的短轴长度优选为1nm以上,更优选为3nm以上,尤其优选为5nm以上。
导电助剂的短轴长度为在导电助剂的纵横比的测定方法中计算出的50个各导电助剂的长度的最小值。
导电助剂的短轴长度的平均值优选为8μm以下,更优选为5μm以下,尤其优选为3μm以下。
导电助剂的短轴长度的平均值优选为1nm以上,更优选为2nm以上,尤其优选为3nm以上。
导电助剂的短轴长度的平均值为在导电助剂的纵横比的测定方法中计算出的50个各导电助剂的长度的最小值(短轴长度)中去除了上位百分之十(即上位5个点)及下位百分之十(即下位5个点)的各导电助剂的短轴长度的平均值。
电极材料可以包含一种单独的导电助剂,也可以包含两种以上的导电助剂。
当电极材料包含导电助剂时,从提高活性物质的电子传导性的观点考虑,导电助剂的含量相对于电极材料的总固体成分质量优选为超过0质量%且10质量%以下,更优选为0.5质量%~8质量%,尤其优选为1质量%~7质量%。
(锂盐)
从提高电池性能的观点考虑,电极材料优选包含锂盐。作为锂盐,并无限制,能够利用公知的锂盐。
作为锂盐,优选为日本特开平2015-088486号公报的0082段~0085段中所记载的锂盐。
电极材料可以包含一种单独的锂盐,也可以包含两种以上的锂盐。
当电极材料包含锂盐时,锂盐的含量相对于电极材料的总固体成分质量优选为0.1质量%~10质量%。
(分散剂)
电极材料优选包含分散剂。电极材料包含分散剂,由此能够抑制电极活性物质及无机固体电解质中的任一个的浓度高时的凝聚。
作为分散剂,并无限制,能够利用公知的分散剂。作为分散剂,优选为由分子量为200以上且小于3,000的低分子或低聚物组成且在同一分子内具有选自下述官能团组(I)中的至少一种官能团及碳原子数8以上的烷基或碳原子数10以上的芳基的化合物。
官能团组(I)为选自由酸性基、具有碱性氮原子的基团、(甲基)丙烯酰基、(甲基)丙烯酰胺基、烷氧基甲硅烷基、环氧基、氧杂环丁基、异氰酸酯基、氰基、硫烷基及羟基组成的组中的至少一种官能团,优选为由酸性基、具有碱性氮原子的基团、烷氧基甲硅烷基、氰基、硫烷基及羟基组成的组,更优选为由羧基、磺酸基、氰基、氨基及羟基组成的组。
电极材料可以包含一种单独的分散剂,也可以包含两种以上的分散剂。
当电极材料包含分散剂时,从兼顾凝聚防止与电池性能的观点考虑,分散剂的含量相对于电极材料的总固体成分质量优选为0.2质量%~10质量%,更优选为0.5质量%~5质量%。
(液体成分)
电极材料可以包含液体成分。作为液体成分,例如可举出电解液。
作为电解液,并无限制,能够利用公知的电解液。作为电解液,例如可举出包含电解质及溶剂的电解液。作为具体的电解液,例如可举出在电解质包含锂盐化合物及作为溶剂包含碳酸酯化合物的电解液。
作为锂盐化合物,例如可举出六氟磷酸锂。电解液可以包含一种单独的锂盐化合物,也可以包含两种以上的锂盐化合物。
作为碳酸酯化合物,例如可举出碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯及碳酸丙烯酯。电解液可以包含一种单独的碳酸酯化合物,也可以包含两种以上的碳酸酯化合物。
作为电解液中所包含的电解质,例如还可举出上述“无机固体电解质”项中说明的材料。
作为电解液的成分,例如可以使用离子液体。离子液体可以用作电解质,也可以用作溶剂。
电极材料中的电解液的含量相对于电极材料的总质量优选为30质量%以下,更优选为20质量%以下,尤其优选为15质量%以下。电极材料中的电解液的含量为30质量%以下,由此能够抑制成型了电极材料时电解液渗出。
从提高电池性能的观点考虑,电极材料中的电解液的含量的下限相对于电极材料的总质量优选为0.01质量%以上,更优选为0.1质量%以上。
电极材料作为液体成分,可以包含除作为电解液的成分来包含的溶剂以外的溶剂(以下,也简称为“溶剂”。)。作为溶剂,例如可举出醇化合物溶剂、醚化合物溶剂、酰胺化合物溶剂、氨基化合物溶剂、酮化合物溶剂、芳香族化合物溶剂、脂肪族化合物溶剂及腈化合物溶剂。
作为醇化合物溶剂,例如可举出甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、2-丁醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、1,6-己二醇、环己二醇、山梨糖醇、木糖醇、2-甲基-2,4-戊二醇、1,3-丁二醇及1,4-丁二醇。
作为醚化合物溶剂,例如可举出亚烷基二醇烷基醚(例如,乙二醇单甲醚、乙二醇单丁醚、二乙二醇、二丙二醇、丙二醇单甲醚、二乙二醇单甲醚、三乙二醇、聚乙二醇、二丙二醇单甲醚、三丙二醇单甲醚、二乙二醇单丁醚及三乙二醇单丁醚)、二甲醚、二乙醚、二异丙醚、二丁醚、四氢呋喃及二噁烷。
作为酰胺化合物溶剂,例如可举出N,N-二甲基甲酰胺、1-甲基-2-吡咯烷酮、2-吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、ε-己内酰胺、甲酰胺、N-甲基甲酰胺、乙酰胺、N-甲基乙酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基丙酰胺及六甲基磷酰三胺。
作为氨基化合物溶剂,例如可举出三乙基胺、二异丙基乙胺及三丁胺。
作为酮化合物溶剂,例如可举出丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮及环己酮。
作为芳香族化合物溶剂,例如可举出苯、甲苯及二甲苯。
作为脂肪族化合物溶剂,例如可举出己烷、庚烷、辛烷及癸烷。
作为腈化合物溶剂,例如可举出乙腈、丙腈及丁腈。
溶剂优选为选自由腈化合物溶剂、芳香族化合物溶剂及脂肪族化合物溶剂组成的组中的至少一种溶剂,更优选为选自由丁腈、甲苯及庚烷组成的组中的至少一种溶剂,尤其优选为选自由甲苯及庚烷组成的组中的至少一种溶剂。
溶剂的沸点在常压(即1个大气压)下,优选为50℃以上,更优选为70℃以上。溶剂的沸点的上限在常压(即1个大气压)下,优选为250℃以下,更优选为220℃以下。
电极材料可以包含一种单独的溶剂,也可以包含两种以上的溶剂。
电极材料中的溶剂(包含作为电解液的成分来包含的溶剂。以下,在本段中相同。)的含量相对于电极材料的总质量优选为30质量%以下,更优选为20质量%以下,尤其优选为15质量%以下。电极材料中的溶剂的含量为30质量%以下,由此能够抑制电池性能的劣化,并且能够抑制成型电极材料时溶剂渗出。电极材料中的溶剂的含量的下限可以是0质量%以上,也可以超过0质量%。
电极材料中的液体成分的含量相对于电极材料的总质量优选为30质量%以下,更优选为20质量%以下,尤其优选为15质量%以下。电极材料中的液体成分的含量为30质量%以下,由此能够抑制成型电极材料时液体成分渗出。并且,当液体成分包含溶剂时,能够抑制电池性能的劣化。电极材料中的液体成分的含量的下限可以是0质量%以上,也可以超过0质量%。
此外,作为电极材料,例如也能够使用以下材料。
(1)日本特开平2017-104784号公报的0029段~0037段中所记载的造粒体。
(2)日本特开平2016-059870号公报的0054段中所记载的正极混合剂涂料。
(3)日本特开平2016-027573号公报的0017段~0070段中所记载的复合粒子。
(4)日本专利第6402200号公报的0020段~0033段中所记载的复合粒子。
(5)日本特开平2019-046765号公报的0040段~0065段中所记载的电极组合物。
(6)日本特开平2017-054703号公报的0080段~0114段中所记载的材料(例如,活性物质、正极浆及负极浆)。
(7)日本特开平2014-198293号公报中所记载的粉体。
(8)日本特开平2016-062654号公报的0024段~0025段、0028段及0030段~0032段中所记载的活性物质、粘合剂及复合粒子。
(电极材料的制备方法)
根据需要,电极材料例如能够通过混合电极活性物质与除电极活性物质以外的上述成分来制备。
作为混合方法,例如可举出使用球磨机、珠磨机、行星式搅拌机、叶片式搅拌机、辊磨机、捏合机或圆盘式粉碎机的方法。
〔电极材料成型工序〕
本发明所涉及的电极用成型体的制造方法优选包括在电极材料吐出工序之后,对电极材料进行成型的工序(即,电极材料成型工序)。
通过本发明所涉及的电极用成型体的制造方法包括成型工序,能够提高电极材料的密度且实现密度的均匀化。
在电极材料成型工序中,如图1及图2所示,通过使用加压辊50对供给至支承体10上的电极材料20进行加压,对电极材料进行成型。
对电极材料进行加压的机构(也称为加压机构)并不限定于加压辊等辊部件,例如可举出加压器。
在电极材料成型工序中,优选通过使电极材料与加压机构直接地或间接地接触,对电极材料进行成型。在此,“间接地接触”表示经由配置于电极材料与成型部件之间的其他部件(例如,已叙述的第2支承体),使电极材料与成型部件接触。
当对电极材料进行加压时,压力优选为1MPa~1GPa,更优选为5MPa~500MPa,尤其优选为10MPa~300MPa。
在电极材料成型工序中,可以使用多个加压机构(例如,加压辊)来对电极材料阶段性地加压。通过使用多个加压机构来对电极材料阶段性地加压,能够使电极材料的密度分布更均匀。
例如,通过使用调整为使辊之间的间隙阶段性地变窄的多个加压辊对,能够对电极材料阶段性地加压。
在电极材料成型工序中,优选使加压机构与电极材料(具体而言,电极材料被供给的第1支承体)相对移动。
在本发明中,“使加压机构与电极材料相对移动”包含相对于电极材料使加压机构向一方向移动、相对于加压机构使电极材料向一方向移动以及使加压机构及电极材料分别向一方向移动,但优选相对于加压机构使电极材料向一方向移动。
作为使电极材料(具体而言,电极材料被供给的第1支承体)移动的机构,并无限制,能够利用公知的输送机构,例如可举出带式输送机、直线滑动导轨及十字辊道。
在电极材料成型工序中,从提高成型性的观点考虑,例如可以对在30℃~250℃下被加热的电极材料进行加压。
〔其他工序〕
本发明所涉及的电极用成型体的制造方法可以包括以下其他工序。
例如,可以包括在电极材料吐出工序之后且电极材料成型工序之前,在供给至第1支承体上的电极材料上配置第3支承体的工序(也称为第3支承体配置工序)。
此外,也可以包括在电极材料成型工序前或后,在上述第3支承体上转印上述电极材料的工序(也称为转印工序)。
[第3支承体配置工序]
第3支承体配置工序在电极材料吐出工序之后且电极材料成型工序之前,在供给至第1支承体上的电极材料上配置第3支承体。
第3支承体配置工序优选在已叙述的电极材料吐出工序中第1支承体为脱模材料且不使用第2支承体的方式的情况下采用。
通过进行第3支承体配置工序,能够抑制电极材料的飞散、污染等,从而容易获得质量分布的面内均匀性优异的电极用成型体。
作为第3支承体,优选为集电体。
关于用作第3支承体的集电体,与第2支承体中的集电体相同,优选方式也相同。
[转印工序]
在转印工序中,通过第3支承体配置工序,形成在第1支承体与第3支承体之间夹持有电极材料的层叠体之后,通过上下翻转层叠体,在第3支承体上转印上述电极材料。
通过进行转印工序,电极材料转印于集电体即第3支承体上,获得带集电体的电极用成型体。
<<电极用成型体>>
通过本发明所涉及的电极用成型体的制造方法获得的电极用成型体的密度的面内均匀性优异,因此能够用作各种电极。
电极用成型体优选为全固态二次电池的电极用成型体。
电极用成型体的形状并无限制,根据用途适当确定即可。电极用成型体的形状优选为平板状。
从提高电池性能(例如,放电容量及输出特性)的观点考虑,电极用成型体的平均厚度优选为0.01m~2mm,更优选为0.05mm~1.5mm,尤其优选为0.1mm~1mm。
电极用成型体的平均厚度通过与第1支承体的平均厚度相同的方法来测定。
实施例
以下,根据实施例对本发明进行详细说明,但本发明并不限制于此。
<硫化物类无机固体电解质(Li-P-S类玻璃)的制备>
参考T.Ohtomo,A.Hayashi,M.Tatsumisago,Y.Tsuchida,S.Hama,K.Kawamoto,Journal of Power Sources,233,(2013)、pp231-235及A.Hayashi,S.Hama,H.Morimoto,M.Tatsumisago,T.Minami,Chem.Lett.,(2001)、pp872-873制备了硫化物类无机固体电解质。
具体而言,在氩气氛下(露点-70℃)的手套操作箱内,分别称重硫化锂(Li2S,Aldrich公司制,纯度>99.98%)2.42g、五硫化二磷(P2S5,Aldrich公司制,纯度>99%)3.9g之后,使用玛瑙制乳钵将上述硫化锂及上述五硫化二磷混合了5分钟。另外,Li2S与P2S5的摩尔比(Li2S:P2S5)设为75:25。
在氧化锆制45mL容器(Fritsch Co.,Ltd制)中投入66个直径5mm的氧化锆珠,接着将上述硫化锂与上述五硫化二磷的混合物全部投入之后,在氩气氛下完全密封了容器。在Fritsch Co.,Ltd制行星球磨机P-7(商品名称)中安装容器,在温度25℃、转速510rpm(revolutions per minute:每分钟转速)的条件下进行20个小时机械研磨,由此获得了黄色粉体的硫化物固体电解质(Li-P-S类玻璃)6.2g。重复10次以上工序,获得了62g的硫化物类固体电解质。
<实施例1>
[正极用电极材料(P-1)的制备]
在氧化锆制45mL容器(Fritsch Co.,Ltd制)中投入180个直径5mm的氧化锆珠,接着投入了制备出的上述Li-P-S类玻璃3.0g。在Fritsch Co.,Ltd制行星球磨机P-7中安装容器,在温度25℃、转速300rpm条件下混合了2个小时。接着,作为活性物质将LCO(LiCoO2,Nippon Chemical Industrial Co.,Ltd.制)6.8g及作为导电助剂将Denka CompanyLimited制的Li-100(0.2g)投入到容器中,接着在行星球磨机P-7中安装容器,在温度25℃、转速100rpm条件下进行10分钟混合,由此获得了粒子状的正极用电极材料(P-1)。重复50次以上工序,获得了所需量的正极用电极材料。
[料斗的准备]
通过以下方法对料斗(使用不锈钢来制作)的内周面及排出口的内周面形成了表面层。
首先,通过已叙述的方法在料斗的内周面及排出口的内周面形成下涂层之后,使用Nippon FussoCo.,Ltd.制的NF-004(主材料:FEP)来进行氟树脂涂层并形成了表面层。
关于所形成的表面层(即,接触面FB),通过已叙述的方法测定了与水的接触角,其结果为75°,通过已叙述的方法测定了算术平均粗糙度Ra,其结果为5μm。
[限制辊的准备]
通过以下方法在外径为10mm且不锈钢制的辊部件(MISUMI制)的外周面形成了表面层。
首先,通过已叙述的方法在辊部件的外周面形成下涂层之后,使用NipponFussoCo.,Ltd.制的NF-004(主材料:FEP)来进行氟树脂涂层并形成了表面层。
关于所形成的表面层(即,接触面FB),通过已叙述的方法测定了与水的接触角,其结果为75°,通过已叙述的方法测定了算术平均粗糙度Ra,其结果为5μm。
[正极片的作制]
使用图1所示的电极材料吐出工序,以如下方式制作了正极片。
将正极用电极材料(P-1)投入到排列配置的4台螺旋给料器(AS ONECorporation.制,粉体计量供给机(螺旋式),PSF-100SA)。在螺旋给料器的下部设置有分4个部位具有入口的上述料斗,通过该料斗将正极用电极材料(P-1)吐出到沿箭头A方向移动的支承体(脱模纸:SP-8E Ivory,NIHON LABEL制,表面FA的与水的接触角:60°,平均厚度:20μm,宽度100mm,长度200mm)上。
此时,在支承体上,向以宽度方向80mm的区域供给电极材料。
接着,使用上述限制辊,整平供给至支承体上的电极材料。
通过以上步骤,获得了长边方向的长度为10cm以上,且电极材料的质量分布量(目标值)为100mg/cm2的粉体片(正极片)。
<实施例2~4>
将料斗及限制辊的表面层的形成中所使用的Nippon FussoCo.,Ltd.制的NF-004分别变更为表1中所记载的Nippon FussoCo.,Ltd.制的NF-015、Aμcoat或NF-004EC,除此以外,以与实施例1相同的方式,制作了粉体片(正极片)。
关于料斗及限制辊的表面层,通过已叙述的方法测定了与水的接触角及算术平均粗糙度Ra。将结果示于表1中。
<实施例5>
将料斗及限制辊的表面层的算术平均粗糙度Ra设为1μm,除此以外,以与实施例1相同的方式,制作了粉体片(正极片)。
另外,预先对尚未形成表面层的状态的料斗的内周面及限制辊的外周面进行刮浆辊加工(通过用辊挤压金属表面来将金属表面精加工成平滑的镜面加工工具进行的加工),除此以外,以与实施例1相同的方式形成表面层,由此调整了表面层的算术平均粗糙度Ra。
<实施例6>
[长尺寸的支承体的准备]
通过以下方法在长度200mm的集电体(厚度20μm的铝箔)的单面形成了表面层。
首先,对集电体的外周面进行硅酮树脂涂层,形成了表面层。
关于所形成的表面层(即,接触面FB),通过已叙述的方法测定了与水的接触角,其结果为85°,通过已叙述的方法测定了算术平均粗糙度Ra,其结果为3μm。
使用图2所示的电极材料吐出工序,以如下方式制作了正极片。
将正极用电极材料(P-1)投入到排列配置的4台螺旋给料器(AS ONECorporation.制,粉体计量供给机(螺旋式),PSF-100SA)。在螺旋给料器的下部设置有分4个部位具有入口的上述料斗,通过该料斗将正极用电极材料(P-1)吐出到沿箭头A方向移动的支承体(脱模纸:SP-8E Ivory,NIHON LABEL制,表面FA的与水的接触角:60°,平均厚度:20μm,宽度100mm,长度200mm)上。
另外,如图2所示,使用了沿料斗的内周面的一部分及料斗的排出口的一部分且与从料斗的排出口排出的正极用电极材料(P-1)接触的同时移动的上述长尺寸的支承体。并且,长尺寸的支承体将形成有表面层的面用作与正极用电极材料(P-1)接触的侧。
此时,在支承体上,向以宽度方向80mm的区域供给电极材料。
接着,使用限制辊(不具有表面层且外径为10mm,不锈钢制的辊部件(MISUMI制))整平了供给至支承体上的电极材料。
通过以上步骤,获得了长边方向的长度为10cm以上,且电极材料的质量分布量(目标值)为100mg/cm2的粉体片(正极片)。
<实施例7>
使用了通过对正极用电极材料(P-1)及电解液进行混炼而制备出的正极用电极材料(P-2),除此以外,以与实施例1相同的步骤,制作了粉体片。电解液的含量相对于正极用电极材料(P-2)的总质量为30质量%。作为电解液,使用了Aldrich,CO.LTD.制的六氟磷酸锂溶液(1.0M LiPF6 in EC/EMC=50/50(v/v))。“EC”表示碳酸乙烯酯。“EMC”表示碳酸甲乙酯。
<实施例8>
使用了上述正极用电极材料(P-2),除此以外,通过与实施例6相同的步骤,制作了粉体片。
<比较例1>
使用了尚未形成表面层的状态的料斗及限制辊,除此以外,以与实施例1相同的方式,制作了粉体片(正极片)。
<比较例2>
使用了尚未形成表面层的状态的料斗及长尺寸的支承体,除此以外,以与实施例6相同的方式,制作了粉体片(正极片)。
<比较例3>
使用了尚未形成表面层的状态的料斗及限制辊,除此以外,以与实施例7相同的方式,制作了粉体片(正极片)。
<比较例4>
将支承体(脱模纸)变更为支承体(对市售铝箔进行硅酮树脂涂层而形成了表面层的支承体,表面FA与水的接触角:80°,平均厚度:20μm,宽度200mm,长度200mm),并且在表面层上供给正极用电极材料(P-1),除此以外,以与实施例1相同的方式,制作了粉体片(正极片)。
<测定及评价>
[壁面摩擦角θ1及θ2的测定]
通过已叙述的方法测定了各实施例及比较例中的壁面摩擦角θ1及θ2。
将结果示于表1中。
[与质量分布的均匀性相关的评价]
从粉体片的80处([在宽度方向上8处]×[在长度方向上10处])分别切取了1cm2大小的试验片。在试验片的切取中,使用了相当于1个框的框内面积调节成1cm2的框状的汤姆逊刀。接着,测定了从粉体片的合计80处切取的各试验片的质量。由各试验片的质量求出粉体片整体中的质量的标准偏差(σ),并按照以下基准评价了质量分布的均匀性。以下基准中,将A、B、C及D设为合格。将结果示于表1中。
(基准)
A:0%≤σ<1%
B:1%≤σ<2%
C:2%≤σ<3%
D:3%≤σ<5%
E:5%≤σ<10%
F:10%≤σ
[与生产率相关的评价]
当制作出10片粉体片时,根据按照以下式计算的运转率(r),按照以下基准评价了生产率。当正常运转时,制作1片粉体片所需的时间为30秒。只要能够正常运转,则能够以300秒来制造10片粉体片。因此,在以下式中,将“目标制作时间”设为300秒。以下基准中,将A、B及C设为合格。将结果示于表1中。
式:[运转率(r)]=[目标制作时间]/[实际制作时间]
(基准)
A:0.9<r≤1.0
B:0.8<r≤0.9
C:0.6<r≤0.8
D:0.4<r≤0.6
E:r≤0.4
由表1可知,实施例1~8与比较例1~4相比,质量分布的均匀性高。
〔符号说明〕
10-第1支承体,20-电极材料,30-料斗(储存部件的一例,接触部件的一例),32-料斗的排出口(吐出口的一例),40-限制辊(接触部件的一例),50-加压辊,60-第2支承体(接触部件的一例),A-第1支承体被输送的方向。
于2019年8月19日申请的日本国专利申请2019-149870的公开其全部内容通过参考编入于本说明书中。本说明书中所记载的所有的文献、专利申请及技术标准,通过参考而援用于此的每个文献、专利申请及技术标准与具体且个别记载时相同程度地通过参考编入于本说明书中。

Claims (12)

1.一种电极用成型体的制造方法,其包括:使吐出包含电极活性物质的电极材料的吐出口与第1支承体沿该第1支承体的面方向相对移动,同时从所述吐出口朝向所述第1支承体的表面FA吐出所述电极材料的工序,
所述工序使用接触部件,该接触部件具有与所述电极材料接触的接触面FB
当将所述接触部件的所述接触面FB与所述电极材料的壁面摩擦角设为θ1,将所述第1支承体的所述表面FA与所述电极材料的壁面摩擦角设为θ2时,满足以下(1)及(2)的关系:
(1)1°≤θ1<15°;
(2)15°≤θ2≤60°。
2.根据权利要求1所述的电极用成型体的制造方法,其中,
所述壁面摩擦角θ1和所述壁面摩擦角θ2满足下述(3)的关系:
(3)1°≤θ2-θ1≤60°。
3.根据权利要求1或2所述的电极用成型体的制造方法,其中,
所述壁面摩擦角θ2满足下述(2’)的关系:
(2’)16°≤θ2≤55°。
4.根据权利要求1或2所述的电极用成型体的制造方法,其中,
所述接触部件为储存部件,该储存部件具有作为所述吐出口的排出口且能够储存所述电极材料,该排出口的内周面为所述接触部件的所述接触面FB
5.根据权利要求1或2所述的电极用成型体的制造方法,其中,
所述接触部件为辊部件,该辊部件的外周面为所述接触部件的所述接触面FB
6.根据权利要求1或2所述的电极用成型体的制造方法,其中,
所述接触部件为长尺寸的第2支承体,该第2支承体构成所述吐出口的一部分且在与所吐出的所述电极材料接触的同时移动,该第2支承体的与所述电极材料的接触面为所述接触部件的所述接触面FB
7.根据权利要求1或2所述的电极用成型体的制造方法,其中,
所述接触部件的所述接触面FB与水的接触角为75°以上。
8.根据权利要求1或2所述的电极用成型体的制造方法,其中,
所述第1支承体的所述表面FA与水的接触角为30°以上且小于75°。
9.根据权利要求1或2所述的电极用成型体的制造方法,其中,
所述接触部件的所述接触面FB具有包含氟原子及硅原子中的至少一者的表面层。
10.根据权利要求9所述的电极用成型体的制造方法,其中,
所述表面层还包含防静电剂。
11.根据权利要求1或2所述的电极用成型体的制造方法,其中,
所述接触部件的所述接触面FB的算术平均粗糙度Ra为10μm以下。
12.根据权利要求1或2所述的电极用成型体的制造方法,其中,
所述第1支承体为脱模材料。
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