用于制造电极的方法以及电极制造设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于制造电极的方法、以及电极制造设备。
【背景技术】
[0002]诸如锂离子二次电池之类的非水电解质二次电池在混合动力车辆(HV)、插电式混合动力车辆(PHV)、电动车辆(EV)等中使用。非水电解质二次电池具有由正电极和负电极形成的一对电极、对电极进行电隔离的隔离物、以及非水电解质。非水电解质二次电池的电极(正电极或负电极)通常由集电体和在其上形成的电极层构成，集电体由金属箔等制成，而电极层包含电极活性材料(电极活性材料层)。
[0003]用于制造这样构成的电极的传统方法包括以下步骤:通过将电极材料馈送到沿彼此相反的方向旋转的第一和第二辊之间，压缩电极材料，以及使电极材料粘附到第二辊的表面上，来形成电极层或在后续处理中变为电极层的电极材料层；将粘附到第二辊的表面上的电极层或电极材料层转印到基材上(例如，请参阅公开号为2013-077560的日本专利申请(JP 2013-077560A)的权利要求1)。
[0004]作为使电极材料粘附到第二辊的表面上的方法，JP 2013-077560A描述了用于提供第一辊和第二辊的外周面形状之间的差别的方法；用于使用具有不同的导电性、导热性、辐射率、吸热率等的材料作为第一辊和第二辊的方法；以及用于提供第一辊和第二辊的转速或直径之间的差别的方法(请参阅段落0071和0072)。
[0005]在本说明书中，通过压缩已经被馈送到第一辊和第二辊之间的电极材料，并且使电极材料粘附到第二辊的表面上来形成电极层或电极材料层的处理被称为“辊形成(rollforming)”。
[0006]当制备电极材料时，诸如电极活性材料之类的固态物质通常以颗粒(粉末)状态添加。电极材料包括一种、两种或更多种颗粒状固态物质，其中包括电极活性材料，并且在必要时，包括一种、两种或更多种液体成分。在此，“液体成分”表示诸如N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)之类的有机分散介质和诸如水之类的无机分散介质。在电极材料包括分散介质的情况下，分散介质最终(最后)通过干燥被去除。当电极材料不包括分散介质时，电极层通过辊形成而在第二辊的表面上形成。当电极材料包括分散介质时，包含分散介质的电极材料层通过辊形成而在第二辊的表面上形成。在后一种情况下，分散介质在后续处理中通过干燥被去除，其结果是电极材料层变为电极层。
[0007]在JP 2013-077560A中描述的制造方法中，电极材料在第一辊和第二辊之间被压缩，并且压缩的电极材料变为电极层或电极材料层，并粘附到第二辊的表面上。此时，在通过压缩并粘附到第二辊的表面上形成的电极层中，由于在第一和第二辊之间产生的诸如剪切力之类的应力，距离第二辊的表面较近的一侧具有更致密的结构。当该电极层或电极材料层被转印到基材上时，电极层或电极材料层的更致密一侧变为最终(最后)获得的电极层的表面侧。因此，所形成的电极层具有这样的结构:该结构在表面侧的粒子之间具有较少空隙，从而使得诸如锂离子之类的导电离子很难穿透到电极层的内部。在这种情况下，电极层的离子导电率降低，使各种电池特性劣化。
[0008]除了上述方法之外，存在不包括转印处理的方法。在此方法中，电极材料被馈送到第一辊和第二辊之间，并且基材被馈送到第二辊的表面上，电极材料在第一辊和第二辊之间被压缩，这样，电极层或电极材料层直接在已经被馈送到第二辊的表面上的基材上形成。在此方法中，电极层或电极材料层的距离基材更近的一侧更致密。这样，可以获取在表面侧的粒子之间具有更大数量空隙的电极层。但是，在此方法中，由于在电极材料的压缩期间施加的应力直接作用于由金属箔等制成的基材，因此，给基材带来严重损害，这样，很容易出现基材的故障(断裂)、弯屈、皱褶等。尤其是在电极材料的固体含量高的情况下，由于不包含任何分散介质，或者分散介质量小，因此压缩和延展电极材料时的作业阻力(处理阻力)倾向于变得更大。因此，当电极材料的固体含量变得更高时，此问题变得更显著。
[0009]此问题不仅限于非水电解质二次电池的电极，而且可能在用于任何用途的电极中出现，这些用途包括基材和在基材上形成的电极层。
【发明内容】
[0010]本发明提供用于制造电极的方法以及电极制造设备，其不管电极材料的固体含量如何，可在减小对基材的损害的同时，形成这样的电极层:该电极层在其表面侧的粒子之间具有充分空隙。
[0011]本发明的第一方面涉及一种用于制造电极的方法，该电极包括基材和在所述基材上形成的电极层。该方法包括通过以下方式形成所述电极层或在后续处理中变为所述电极层的电极材料层:在此方式中，将电极材料馈送到成对的第一和第二辊之间，所述第一和第二辊能够旋转且被设置为彼此相对；以及将所述基材馈送到所述第二辊的表面上，以便压缩被馈送到所述第一辊和所述第二辊之间的所述电极材料，并且使所述电极材料粘附到被馈送到所述第二辊的表面上的所述基材上。所述第一和第二辊被组合地使用，并且所述第一辊具有小于所述第二辊的表面硬度的表面硬度。
[0012]在根据本发明的上述方面的电极制造方法中，在所述第一和第二辊中，所述基材侧(位于基材侧)的所述第二辊的表面硬度被制造得相对大，所述电极材料侧(位于电极材料侧)的所述第一辊的表面硬度被制造得相对小。在该布置中，通过辊形成而获得的所述电极层或电极材料层具有这样的结构:在该结构中，接近具有相对大的表面硬度的所述第二辊的一侧(即，所述基材侧)被压缩的程度较大，因此致密，粒子之间的空隙较少。在该布置中，通过辊形成而获得的所述电极层或电极材料层具有这样的结构:在该结构中，接近具有相对小的表面硬度的所述第一辊的一侧(即，所述电极层或电极材料层侧)被压缩的程度较小，因此粒子之间具有较多的空隙。
[0013]在根据本发明的上述方面的电极制造方法中，通过使所述电极材料侧的所述第一辊的表面硬度相对小，减小所述第一和第二辊之间的正常应力(垂直应力)。这样降低作用于所述基材的应力。因此，即使在不执行转印处理的情况下直接在所述基材上执行辊形成，也可减小对所述基材的损害。因此，抑制了所述基材的故障(断裂)、弯屈、皱褶等的出现。
[0014]在根据本发明的上述方面的电极制造方法中，鉴于这些动作和效果，可以在减少对所述基材的损害的同时，形成这样的电极层:该电极层在其表面侧的粒子之间具有充分空隙。沿厚度方向观察，所形成的电极层具有这样的结构:在该结构中，粒子之间的空隙从所述基材侧朝着表面侧变得越来越多(空隙的数量从所述基材侧朝着所述表面侧增加)。由于所形成的电极层在所述表面侧的粒子之间具有充分空隙，诸如锂离子之类的导电离子容易穿透到电极层的内部，因此，所述电极层具有良好的离子导电性。使用该电极层的非水电解质二次电池具有各种良好的电池特性。
[0015]—般而言，当所述电极材料的固体含量变高时，所述第一辊和所述电极材料之间的摩擦力倾向于变大，压缩和延展所述电极材料时的作业阻力(处理阻力)倾向于变大，并且对所述基材的损害倾向于增加。在根据本发明的上述方面的电极制造方法中，由于所述电极材料侧的所述第一辊的表面硬度较小，因此即使所述电极材料具有高固体含量，所述第一辊和所述电极材料之间的摩擦力也会减小，作业阻力也降低。因此，在所述电极材料的固体含量变得越高时，减少对所述基材的损害的效果变得越显著。在根据本发明的上述方面的电极制造方法中，所述电极材料的固体含量可以为70质量％或更多。
[0016]当所述电极材料包括颗粒体时，所述第一辊和所述电极材料之间的摩擦力倾向于增加，压缩和延展所述电极材料时的作业阻力倾向于变得相对大。在本发明的电极制造方法中，通过使所述电极材料侧的所述第一辊的表面硬度相对小，即使所述电极材料包含颗粒体，所述第一辊和所述电极材料之间的摩擦力也会减小，作业阻力也降低。因此，在根据本发明的上述方面的电极制造方法中，在所述电极材料包含颗粒体时，减少对所述基材的损害的效果更显著。存在这样的可能性:即，当所述颗粒体的直径极大时，可能无法获取减小作业阻力的充分效果。颗粒体的平均直径可以是2_或更小。S卩，在根据本发明的上述方面的电极制造方法中，电极材料可包含具有2_或更小平均直径的颗粒体。
[0017]在所述电极材料的固体含量相对高，或者所述电极材料包含颗粒体的情况下，压缩和延展所述电极材料时的作业阻力倾向于增加。在其中所述电极材料被在所述第一辊和所述第二辊之间适当地压缩和延展的情况下，所形成的电极层或电极材料层的厚度变为这样的值:该值等于或接近所述辊之间的距离(辊间距离)。在上述作业阻力高的情况下，当所述第一和第二辊的转速相同时，很难有效地压缩和延展被馈送到所述第一辊和所述第二辊之间的所述电极材料，因此，所形成的电极层或电极材料层可能变得比设定值(设定的辊间距离)厚很多。另外，在这种情况下，存在这样的可能性:即，所述电极材料可能在所述第一和第二辊之间保持较厚，而且过量的电极材料可能导致具有相对低的表面硬度的所述第一辊的多个部分中出现变形等，这些部分与所述电极材料接触。这样可导致所述基材的故障(断裂)、弯屈、皱褶等。
[0018]其中通过压缩和粘附形成所述电极层或电极材料层的一侧的所述第二辊的转速可被设定为高于所述第一辊的转速。在这种情况下，被馈送到所述第一和第二辊之间的所述电极材料被具有相对高的转速的所述第二辊有效地延展。因此，即使在压缩和延展所述电极材料时的作业阻力大的情况下，也可改善所述电极材料的延展性，并且可稳定地获得具有所需厚度的电极层。而且，由过厚的电极材料导致的所述第一辊的部分变形被抑制，这样，减小对所述基材的损害。
[0019]在根据本发明的上述方面的电极制造方法中，所述第二辊的转速可被设定为所述第一辊的转速的2.5到30倍。在这种情况下，可以有效地获得改善所述电极材料120M的延展性的效果。
[0020]在根据本发明的上述方面的电极制造方法中，具有带微凸体的表面的辊可被用作所述第一辊。在具有带微凸体的表面的辊被用作所述第一辊的情况下，当在已经被馈送到所述第二辊上的所述基材上形成所述电极层或所述电极材料层时，所述第一辊的表面纹理图案(表面微凸体图案)被转印到所述电极层或所述电极材料层的表面上。由于具有表面纹理图案的电极层在表面上具有多个凹部，因此，诸如锂离子之类的导