电极的制造方法、电极集电体和电极

技术领域

本公开涉及电极的制造方法、电极集电体和电极。

背景技术

日本特开2013-017962公开了一种间断涂敷时的涂敷始末端部的直线性优良的功能性片的涂敷装置。

发明内容

能通过在电极集电体的表面形成活性物质层来制造电极。有时也间断性地形成活性物质层。电极集电体的表面在并未形成活性物质层的部分露出。以下，将电极集电体的表面露出的部分也记载为“露出区域”。露出区域能作为电极的切除余量、集电部件的焊接部等而发挥作用。

有时由于间断性地形成活性物质层而导致活性物质层的端部(周缘)形状紊乱。由于端部形状紊乱，例如也存在电池性能下降的可能性。

本公开提供一种能够间断性地形成活性物质层的电极的制造方法。

以下，对本公开的技术构成和作用效果进行说明。其中，本说明书的作用机理包括推定。作用机理并非用来限定本公开的技术范围。

本公开的第一方案的电极的制造方法包括通过在电极集电体的表面形成活性物质层、在活性物质层的表面形成槽部、剥离活性物质层的一部分来制造电极。电极集电体包括金属箔和粘接层。在平面观察下，金属箔包括第1区域和第2区域。粘接层覆盖第1区域。第2区域与第1区域相邻。在第2区域，金属箔露出。

活性物质层形成为包括第1部分和第2部分。第2部分与第1部分相邻。第1部分覆盖粘接层。第2部分覆盖第2区域。在第1部分和第2部分分别形成槽部。作为活性物质层的一部分，第2部分被剥离。

电极集电体包括第1区域和第2区域。第1区域是在电极中配置活性物质层的区域。第2区域是在电极中成为露出区域的区域。第1区域由粘接层覆盖。

活性物质层包括第1部分和第2部分。第1部分形成于第1区域(粘接层)上。第2部分形成于第2区域(金属箔)上。在活性物质层形成槽部。槽部分别形成于第1部分和第2部分。在第1部分与金属箔之间介有粘接层。第1部分因槽部的形成而牢固地粘接于金属箔。也就是说，能提高第1部分的剥离强度。另一方面，在第2部分与金属箔之间并未介有粘接层。第2部分因槽部的形成而变得脆弱，所以，第2部分的剥离强度反而会降低。

由于剥离强度在第1部分与第2部分之间存在差异，所以，第2部分能容易地被剥离。通过剥离第2部分，按照第1区域(粘接层)的平面形状、端部形状紊乱少的第1部分(活性物质层)保留下来。也就是说，能间断性地形成活性物质层。

在上述第一方案中可以是，活性物质层的形成包括：准备湿润粉体、通过辊压成形而将湿润粉体加工成活性物质层、以及将活性物质层配置于电极集电体的表面。

在上述构成中，能用任意的方法来形成活性物质层。例如，可以通过浆料的涂敷来形成活性物质层。

例如，也可以通过湿润粉体的辊压成形来活性物质层。湿润粉体是颗粒的集合体。在辊压成形中，通过颗粒的集合体的延展来形成片(活性物质层)，所以，存在易于在端部形状产生紊乱的倾向。在上述制造方法中，即使在工件是湿润粉体的情况下，也能减轻端部形状的紊乱。

在上述第一方案中可以是，沿着第1部分与第2部分的边界形成槽部的一部分。

沿着第1部分与第2部分的边界的槽部在剥离第2部分时能像切除线(打孔线)那样发挥作用。通过将槽部的一部分作为切除线而发挥作用，在第1部分(最终的活性物质层)可以期待端部形状的紊乱进一步减轻。

在上述第一方案中可以是，通过对第2部分赋予振动来剥离上述活性物质层的一部分。

可以期待通过弱刺激来剥离第2部分。例如可以对第2部分赋予振动。

本公开的第二方案的电极集电体包括金属箔和粘接层。在平面观察下，金属箔包括第1区域和第2区域。粘接层覆盖第1区域。第2区域与第1区域相邻。在第2区域，金属箔露出。

上述电极集电体适于作为上述第一方案的电极集电体。

在上述第二方案中可以是，在平面观察下，金属箔具有带状的平面形状。在金属箔的长度方向上，第1区域和第2区域可以交替排列。

在上述第二方案中可以是，在平面观察下，第1区域具有矩形状的平面形状。

在上述第二方案中可以是，在平面观察下，第2区域包围第1区域的周围。

本公开的第三方案的电极包括电极集电体和活性物质层。活性物质层覆盖粘接层。在活性物质层的表面形成槽部。活性物质层的端面具有45度以上的倾斜角。

在用上述制造方法制造的电极中，活性物质层(第1部分)的端部形状的紊乱少。活性物质层例如能具有陡峭的端面。也就是说，活性物质层的端面能具有45度以上的倾斜角。由于活性物质层的端面陡峭，例如可以期待能量密度的提高。

以下，对本公开的实施方式(以下，可以简称为“本实施方式”。)进行说明。但是，本实施方式并非用来限定本公开的技术范围。

附图说明

以下，参照附图对本发明的示例性的实施例的特征、优点以及技术和产业的意义进行描述，其中，用相似的标号表示相似的要素。

图1是本实施方式中的电极的制造方法的概略流程图。

图2是表示电极的制造过程的第1概略剖视图。

图3是表示金属箔的一个例子的概略平面观察图。

图4是表示活性物质层的形成方法的一个例子的概略流程图。

图5是表示成膜装置的一个例子的概略图。

图6是表示端部形状的一个例子的图像。

图7是表示电极的制造过程的第2概略剖视图。

图8是表示电极的制造过程的第3概略剖视图。

图9是表示槽部的一个例子的概略平面观察图。

图10是表示电极的制造过程的第4概略剖视图。

图11是表示本实施方式中的电极的一个例子的概略平面观察图。

图12是表示实际的部分剥离的图像。

图13是表示本实施方式中的电极的概略剖视图。

图14是说明端面的倾斜角与能量密度的关系的第1概念图。

图15是说明端面的倾斜角与能量密度的关系的第2概念图。

图16是表示本实施方式的适用例的图像。

图17是表示参考方式的图像。

具体实施方式

用语的定义

在本说明书中，“具备”、“包括”、“具有”以及它们的变形(例如“由……构成”等)的记载是开放式的。开放式除了必须要素之外还可以包括或不包括追加要素。“由……组成”的记载是封闭式的。但是，即使是封闭式的，通常也无法排除附带的杂质或与本公开技术无关的附加的要素。“实质上由…组成”的记载是半封闭式的。在半封闭式中，允许实质上不影响本公开技术的基本且新的特性的要素的附加。

在本说明书中，“可以”、“能”等表现并非以强制性意思“必须这样的意思”使用而是以允许意思“具有可能性这样的意思”使用。

在本说明书中，关于各种方法中所含的多个步骤、动作和操作等，只要没有特别说明，则其执行顺序不限于记载顺序。例如，可以多个步骤同时进行。例如，也可以多个步骤相继进行。

在本说明书中，例如“m～n％”等数值范围，只要没有特别说明，则包括上限值和下限值。也就是说，“m～n％”表示“m％以上且n％以下”的数值范围。另外，“m％以上且n％以下”包括“超过m％且小于n％”。而且，从数值范围内任意选择的数值也可以成为新的上限值或下限值。例如，通过任意组合数值范围内的数值和本说明书中的其它部分、表中、附图中等记载的数值，可以设定新的数值范围。

在本说明书中，所有的数值用用语“大约”来修饰。用语“大约”能意味着例如±5％、±3％、±1％等。所有的数值可以是能因本公开技术的利用方式而变化的近似值。所有的数值能用有效数字来表示。测定值可以是多次测定中的平均值。测定次数可以是3次以上，也可以是5次以上，还可以是10次以上。一般来说，测定次数越多，则期待平均值的可靠性提高。测定值能基于有效数字的位数并通过四舍五入来进行零头处理。测定值例如能包括伴随于测定装置的检测极限等的误差等。

本说明书中的几何学的用语(例如“平行”、“垂直”、“正交”等)不应按严格的意思来理解。例如“平行”可以从严格意思的“平行”稍稍偏离。本说明书中的几何学的用语例如能包括设计上、作业上、制造上等的公差、误差等。各附图中的尺寸关系有时与实际的尺寸关系不一致。为了有助于本公开技术的理解，有时改变各附图中的尺寸关系(长度、宽度、厚度等)。而且，还有时省略一部分的构成。

本说明书的“平面观察”表示用与对象物的厚度方向平行的视线来观察对象物。平面观察用平面观察图来描绘。本说明书的“剖视”表示用与对象物的厚度方向正交的视线来观察对象物。剖视用剖视图来描绘。

本说明书的“倾斜角”表示在剖视下活性物质层的端面和电极集电体的表面所成的角(锐角和直角)。

在本说明书中，在化合物用化学计量的组成式(例如“LiCoO

本说明书的“电极”是正极和负极的统称。电极可以是正极，也可以是负极。电极能适用于任意的电池系。电极例如可以是锂离子电池用。

本说明书的“固体含量”表示固液混合体中的液体材料以外的成分的合计质量分数(百分率)。固体含量也可以称为“NV(Nonvolatile content，非挥发物含量)”。溶解于液体材料的成分(溶质)被看作为液体材料以外的成分。

本说明书的“浆料(slurry)”表示固体材料(粉体)分散在液体材料中而得的分散系。“湿润粉体”表示液体材料分散在固体材料(粉体)中而得的分散系。

本说明书的“D50”被定义为在体积基准的粒度分布中从粒径小起的频率的积累达到50％的粒径。体积基准的粒度分布能用激光衍射式粒度分布测定装置来测定。

电极的制造方法

图1是本实施方式中的电极的制造方法的概略流程图。以下，可以将“本实施方式中的电极的制造方法”简称为“本制造方法”。本制造方法包括“(a)活性物质层的形成”、“(b)槽部的形成”和“(c)部分剥离”。

(a)活性物质层的形成

本制造方法包括在电极集电体的表面形成活性物质层。

电极集电体

图2是表示电极的制造过程的第1概略剖视图。准备电极集电体10。电极集电体10是片状的基材。电极集电体10包括金属箔11和粘接层12。

金属箔11具有集电功能。金属箔11例如可以具有5～50μm的厚度。金属箔11例如可以包括从由铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、铁(Fe)、铬(Cr)和钛(Ti)组成的群中选择的至少一种。金属箔11例如可以包括Al箔、Al合金箔、Cu箔、Ni箔、不锈钢箔等。

图3是表示金属箔的一个例子的概略平面观察图。在平面观察下，金属箔11例如可以具有带状的平面形状。金属箔11包括第1区域11a和第2区域11b。在金属箔11的长度方向(Y轴方向)上，第1区域11a和第2区域11b可以交替排列。

第1区域11a在电极配置活性物质层。第1区域11a能具有任意的平面形状。在平面观察下，第1区域11a例如可以具有矩形状的平面形状。

第2区域11b在电极成为露出区域。在第2区域11b中，金属箔11露出。第2区域11b与第1区域11a相邻。在平面观察下，第2区域11b例如可以包围第1区域11a的周围。

粘接层12覆盖第1区域11a(参照图2)。粘接层12将活性物质层结合于金属箔11。粘接层12例如可以具有0.1～5μm的厚度。粘接层12能包括任意的粘接材料。粘接层12例如可以包括从由丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素(CMC)、聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯醇(PVA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVdF)和偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVdF-HFP)组成的群中选择的至少一种。粘接层12除了粘接材料之外，例如还可以包括导电材料等。导电材料例如可以包括碳黑等。

粘接层12能用任意的方法来形成。例如，可以制作包括粘接材料的粘接材料组合物。例如，可以通过混合液体材料(溶剂或分散剂)和粘接材料来制作粘接材料组合物。粘接材料组合物可以是溶液，也可以是颗粒分散液。粘接材料组合物中的粘接材料的质量分数(mass fraction)能调整为使得粘接材料组合物表现所希望的粘性。粘接材料的质量分数例如可以是1～50％。能根据粘接材料的种类来选择适当的液体材料。液体材料例如可以包括从由水、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)和丁酸丁酯组成的群中选择的至少一种。

例如，可以用模压涂料机(die coater)等在金属箔11的表面间断性地涂敷粘接材料组合物。能通过干燥粘接材料组合物来形成粘接层12。也就是说，能形成第1区域11a和第2区域11b。

浆料

例如，可以通过在电极集电体10的表面涂敷浆料来形成活性物质层。例如，可以用模压涂料机等来涂敷浆料。浆料例如能通过混合活性物质、导电材料、粘结剂和液体材料来形成。浆料的固体含量例如可以是50～70％，也可以是50～65％。

湿润粉体

图4是表示活性物质层的形成方法的一个例子的概略流程图。“(a)活性物质层的形成”例如可以包括“(a1)湿润粉体的准备”、“(a2)辊压成形”和“(a3)转印”。

(a1)湿润粉体的准备

本制造方法可以包括准备湿润粉体。例如，能通过混合活性物质、粘结剂、导电材料和液体材料来形成湿润粉体。例如，可以用搅拌造粒机等来混合材料。湿润粉体的固体含量例如可以是70～99％，也可以是75～90％。

活性物质例如可以是球状、块状、薄片状、柱状等。活性物质能具有任意的尺寸。活性物质例如可以具有1～30μm的D50，还可以具有5～20μm的D50。

活性物质例如可以是正极活性物质。正极活性物质能在比负极活性物质高的电位吸藏、释放锂(Li)离子。正极活性物质能包括任意的成分。正极活性物质例如可以包括从由LiCoO

负极活性物质能在比正极活性物质低的电位吸藏、释放Li离子。负极活性物质能包括任意的成分。负极活性物质例如可以包括从由石墨、软碳、硬碳、硅、氧化硅、硅基合金、锡、氧化锡、锡基合金和Li

粘结剂可以可溶于液体材料也可以不溶于液体材料。粘结剂的配合量可以是相对于100质量部的活性物质为例如0.1～10质量部。粘结剂能包括任意的成分。粘结剂例如可以包括从由PVdF、PTFE、PVdF-HFP、SBR、CMC和PAA组成的群中选择的至少一种。

导电材料的配合量可以是相对于100质量部的活性物质为例如0.1～10质量部。导电材料能包括任意的成分。导电材料例如可以包括从由碳黑、气相生长碳纤维、碳纳米管和石墨烯薄片组成的群中选择的至少一种。碳黑例如可以包括从由乙炔黑、炉黑、槽法碳黑(channel black)和热碳黑(thermal black)组成的群中选择的至少一种。

(a2)辊压成形

本制造方法可以包括通过辊压成形而将湿润粉体加工成活性物质层。

图5是表示成膜装置的一个例子的概略图。成膜装置300能将湿润粉体2加工成活性物质层20。成膜装置300具备第1辊301、第2辊302和第3辊303。各辊沿箭头的方向旋转。各辊的旋转轴平行。在第1辊301的旋转速度为ω1、第2辊302的旋转速度为ω2、第3辊303的旋转速度为ω3时，例如可以满足“ω1＜ω2＜ω3”的关系。

辊隙AB形成于第1辊301与第2辊302之间。向辊隙AB供给湿润粉体2。在辊隙AB，湿润粉体2被压实且延展，从而形成活性物质层20(片)。活性物质层20例如可以具有10～500μm的厚度，也可以具有50～200μm的厚度。

(a3)转印

本制造方法可以包括将活性物质层20配置于电极集电体10的表面。例如，可以用成膜装置300来将活性物质层20转印于电极集电体10。辊隙BC形成于第2辊302与第3辊303之间。第2辊302将活性物质层20向辊隙BC输送。第3辊303将电极集电体10向辊隙BC输送。

在辊隙BC，活性物质层20涂抹于电极集电体10的表面。由此，活性物质层20附着于电极集电体10的表面。也就是说，活性物质层20配置于电极集电体10的表面。

图6是表示端部形状的一个例子的图像。在图6中示出与图5的区域VI相当的部分。在用湿润粉体来形成活性物质层20的方法中，存在易于在宽度方向(X轴方向)的端部形状产生紊乱的倾向。

图7是表示电极的制造过程的第2概略剖视图。活性物质层20形成为包括第1部分20a和第2部分20b。第2部分20b与第1部分20a相邻。第1部分20a覆盖粘接层12(第1区域11a)。第2部分20b覆盖第2区域11b。活性物质层20例如也可以形成为覆盖电极集电体10的整个面。

(b)槽部的形成

图8是表示电极的制造过程的第3概略剖视图。本制造方法包括在活性物质层20的表面形成槽部21。槽部21例如能通过模压加工来形成。也就是说，可以通过将凸模具按压于活性物质层20的表面来形成槽部21(凹部)。例如可以使用压花辊等。

可以在槽部21的形成后干燥活性物质层20。活性物质层20能用任意的方法来干燥。例如可以使用热风干燥炉等。

槽部21例如能作为电解液的流路而发挥作用。通过槽部21的形成，期待电池性能(例如循环特性等)提高。槽部21的剖面形状是任意的。槽部21的剖面形状可以是矩形状，也可以是U字状，还可以是V字状。槽部21例如可以具有10～150μm的深度。槽部21的深度相对于活性物质层20的厚度之比例如可以是0.1～0.9，也可以是0.3～0.7。

槽部21能分别形成于第1部分20a和第2部分20b。通过在第1部分20a形成槽部21，能提高第1部分20a的剥离强度。通过在第2部分20b形成槽部21，能降低第2部分20b的剥离强度。

槽部21的一部分可以沿着第1部分20a与第2部分20b的边界20c形成。槽部21中沿着边界20c的部分作为活性物质层20的切除线而发挥作用。边界20c能位于第1区域11a与第2区域11b的边界的正上方。槽部21的一部分可以沿着边界20c呈直线状延伸。槽部21的一部分可以与边界20c的位置实质上一致。槽部21的一部分即使从边界20c稍稍分离，也能作为切除线而发挥作用。槽部21的一部分与边界20c的距离例如可以是0～10mm。

图9是表示槽部的一个例子的概略平面观察图。槽部21能具有任意的平面图案。槽部21例如可以形成为多线排状(日文：万線状)。槽部21例如可以形成为格子状。槽部21的间距(相邻的平行线的间隔)例如可以是0.1～10mm，也可以是0.5～5mm。

(c)部分剥离

图10是表示电极的制造过程的第4概略剖视图。本制造方法包括剥离活性物质层20的一部分。也就是说，剥离第2部分20b。由于第2部分20b的剥离强度低，所以，能通过弱刺激来剥离第2部分20b。例如可以对第2部分20b赋予振动。例如，可以用吸引泵等来吸引第2部分20b。此外，剥离了的第2部分20b例如可以作为湿润粉体的原料而加以再利用。

图11是表示本实施方式中的电极的一个例子的概略平面观察图。以下，可以将“本实施方式中的电极”简称为“本电极”。能通过剥离第2部分20b来制作本电极100。本电极100包括活性物质层20。活性物质层20与第1部分20a相当。活性物质层20能具有与第1区域11a(粘接层12)相对应的平面形状。

图12是表示实际的部分剥离的图像。第2部分20b能以被切除的方式被剥离。在第2部分20b的剥离后，第1部分20a的端部形状的紊乱小。第1部分20a能具有矩形状的平面形状。第1部分20a的周缘能是直线的。

电极

图13是表示本实施方式中的电极的概略剖视图。本电极100包括电极集电体10和活性物质层20。活性物质层20可以仅配置于电极集电体10的一面，也可以配置于正反两面。图13中的活性物质层20与图7等中的第1部分20a相当。活性物质层20覆盖粘接层12。金属箔11露出的区域与图3等的第2区域11b相当。在活性物质层20的表面形成槽部21。

本电极100中端部形状的紊乱小。在本电极100中，活性物质层20具有陡峭的端面。活性物质层20的端面能具有45度以上的倾斜角θ。倾斜角θ例如可以是60～90度，也可以是75～90度。倾斜角θ越接近90度，则越能期待能量密度的提高。

图14是说明端面的倾斜角与能量密度的关系的第1概念图。在图14、15中，为了方面，省略槽部和粘接层。本电极100隔着隔膜400而与对电极200相对向。对电极200具有与本电极100相反的极性。例如，在本电极100是正极时，对电极200是负极。在端面的倾斜角θ小的情况下，在本电极100的端部，会在与对电极200的相对向部形成无效空间20s。能量密度会因无效空间20s的形成而降低。

图15是说明端面的倾斜角与能量密度的关系的第2概念图。倾斜角θ越接近90度，则无效空间20s会变得越小。也就是说，倾斜角θ越接近90度，则越能期待能量密度提高。

图16是表示本实施方式的适用例的图像。在图16中示出电极的剖面SEM图像。图16的活性物质层20是用湿润粉体形成的。活性物质层20的端面通过本实施方式的部分剥离而形成。活性物质层20具有陡峭的端面。端面的倾斜角为45度以上。

图17是表示参考方式的图像。在图17中示出电极的剖面SEM图像。图17的活性物质层20是用浆料形成的。在参考方式中，并未实施本实施方式的部分剥离。浆料由于流动性高，所以，易于在涂膜的端部产生液体滴流。端面的倾斜角会因液体滴流而降低。端面的倾斜角小于45度。

本实施方式在所有方面都是例示。本实施方式并非限制性的。本公开的技术范围包括与权利要求书的记载等同的意思和范围内的所有改变。例如，从本实施方式提取任意的构成并将它们任意组合也是当初计划好的。