用于生产储电材料的设备和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于生产储电材料的设备和方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，锂离子二次电池在混合动力车、电动车等中使用。锂离子二次电池的电极 通过以下方法生产：将粉末或其它形式的活性材料与增稠剂溶液一起捏合以获取储电材料 的浆料，之后将储电材料浆料施涂于基材例如铝箔，并且干燥所施涂的浆料。通过将这样的 电极切割成给定尺寸、将所切割电极与介于其间的隔板一起堆叠以及将该堆叠体连同非水 电解液一起封入壳体中来制得锂离子二次电池。
[0003] 专利文献1描述了储电材料浆料，其包含含氟化合物表面活性剂以被均匀施涂于 基材。专利文献2描述了使用碳材料作为活性材料的电极，其中碳层包含非离子表面活性 剂以具有增强的非水电解液润湿性。
[0004] [专利文献 1]JP-A-2001-250558
[0005] [专利文献 2]JP-A-10_92436
【发明内容】
[0006] 因此，提供用于生产储电材料的设备和方法是本发明的一个有利方面，该设备和 方法具有以下特征：其中活性材料粉末、增稠剂溶液等的混合物容易输送。
[0007] 根据本发明的一个有利方面，提供了用于生产储电材料的生产设备，该储电材料 至少包括增稠剂和活性材料，该生产设备包括：用于生产含表面活性剂的增稠剂溶液的溶 液生产装置，和用于使溶液与活性材料的粉末一起捏合的混合物捏合装置。
[0008] 该混合物捏合装置可以包括混合物输送装置，其输送溶液和活性材料的粉末的混 合物。
[0009] 溶液生产装置可以包括：用于使表面活性剂和增稠剂溶解在溶剂中的增稠剂溶解 装置，和用于调节溶液以使其具有给定粘度的粘度调节装置。
[0010] 根据本发明的另一个有利方面，提供了用于生产储电材料的方法，该储电材料至 少包括增稠剂和活性材料，该方法包括：
[0011] 生产含表面活性剂的增稠剂溶液的溶液生产步骤；和
[0012] 将该溶液与活性材料的粉末一起捏合的混合物捏合步骤。
[0013] 该方法还可以包括混合物输送步骤，其中输送溶液和活性材料的粉末的混合物。
[0014] 溶液生产步骤可以包括：其中表面活性剂和增稠剂溶解在溶剂中的增稠剂溶解步 骤，和调节溶液以使其具有给定粘度的粘度调节步骤。
[0015] 表面活性剂可以是含氟化合物材料。
[0016] 该含氟化合物材料可以对水具有亲和性。
[0017] 可以加入量为0.01重量％至0.3重量％的表面活性剂。
【附图说明】
[0018] 图1是以图解方式示出作为本发明一个实施方案的储电材料生产设备的构造的 视图。
[0019] 图2是示出通过作为本发明的一个实施方案的储电材料生产设备的生产控制器 进行处理的流程图。
[0020] 图3是示出活性材料在增稠剂溶液中的沉降速率的图，疏水性含氟化合物表面活 性剂和亲水性含氟化合物表面活性剂已分别加入增稠剂溶液中。
[0021] 图4是示出亲水性含氟化合物表面活性剂的加入量与活性材料沉降速率之间的 关系的图。
[0022] 图5是示出含表面活性剂的增稠剂溶液的粘度与在其中的溶解程度之间的关系 的图。
[0023]图6是示出由微波产生的增稠剂溶液的粘度、由搅拌力产生的增稠剂溶液的粘度 和由加热产生的增稠剂溶液的粘度随着经过时间的变化的图。
[0024]图7是示出最终的活性材料浆料的粘度与含表面活性剂的增稠剂溶液的粘度之 间的关系的图。
[0025] 图8是示出含表面活性剂的增稠剂溶液用微波进行的粘度调节和含表面活性剂 的增稠剂溶液用搅拌力进行的粘度调节随着经过时间的变化的图。
[0026] 图9是示出电池的容量保持能力（即电池的耐用性（充电/放电循环特性））与 活性材料浆料的粘度之间的关系的图。
[0027] 图10是示出电池的容量保持能力与施加于活性材料上的累积碰撞能量之间的关 系的图。
[0028] 图11是示出液体和固体的表面张力随温度变化而变化的图。
【具体实施方式】
[0029] 在专利文献1和2中，储电材料的浆料通过以下方法生产：将增稠剂、溶剂和呈粉 末或其它形式的活性材料同时引入容器中，并且捏合该混合物，即通过分批处理生产。由于 近年来对锂离子二次电池的需求显著增长，期望通过连续处理来生产浆料。然而，由于活性 材料粉末不易被增稠剂溶液润湿，因而活性材料的粉末和增稠剂溶液的混合物倾向于在生 产设备内累积。所累积的混合物难以被输送，此为连续浆料生产的障碍。
[0030] 本发明的一个目的（其在这些情况下已实现）是提供用于生产储电材料的设备和 方法，该设备和方法具有以下特征：其中活性材料的粉末、增稠剂溶液等的混合物易于被输 送。
[0031](通过该生产方法和生产设备生产的储电材料）
[0032] 根据该实施方案，用于储电材料的方法和生产设备构成例如锂离子二次电池电极 (正极和负极）的方法和生产设备的一部分。锂离子二次电池的电极各自通过以下方法生 产：将储电材料的浆料作为储电材料施涂于基材例如铝箔或铜箔，以及干燥该浆料。根据此 实施方案，用于储电材料的方法和生产设备是用于储电材料浆料的方法和生产设备。
[0033] 储电材料的实例如下。在正极的情况下，储电材料的实例包括作为活性材料的锂 镍氧化物（固体成分）、作为溶剂的N-甲基吡咯烷酮（液体成分）、作为导电助剂的乙炔黑 和作为粘合剂的聚（偏二氟乙烯）。在负极的情况下，储电材料的实例包括作为活性材料的 石墨（固体成分）、作为溶剂的水（液体成分）、作为增稠剂的羧甲基纤维素和作为粘合剂 的SBR橡胶和聚（丙烯酸）。下文给出了对用于负极的储电材料的说明。
[0034]如上文所述，活性材料的粉末不易被增稠剂溶液所润湿，此不良的润湿性是连续 捏合的障碍。因此，有必要改进增稠剂溶液对活性材料的粉末的润湿性，即提高润湿率。润 湿率可以由润湿角和增稠剂溶液的粘度两者来表示，所述润湿角由活性材料粉末的表面张 力和增稠剂溶液的表面张力来表示。
[0035]为提高润湿率，可以使用以下权宜之计：提高活性材料粉末的表面张力以增大润 湿角、降低增稠剂溶液的表面张力以增大润湿角，或降低增稠剂溶液的粘度。为提高活性材 料粉末的表面张力，可以通过紫外辐照进行表面改性。为降低增稠剂溶液的表面张力，可以 使用加入表面活性剂或提高温度的方法。为降低增稠剂溶液的粘度，可以使用提高温度或 改变分子量的方法。作为实验的结果，发现在以上权宜之计中，提高润湿率最有效的方法是 加入表面活性剂以降低增稠剂溶液的表面张力。
[0036] 存在非离子表面活性剂和离子表面活性剂。虽然离子表面活性剂包括阳离子表 面活性剂、阴离子表面活性剂和两性表面活性剂，但因为所有这些表面活性剂都抑制充电 /放电反应，