制造二次电池电极的方法、用于制造二次电池电极的设备和二次电池电极技术

一种制造具有在集流体（１１０）上的活性材料（１１１）的二次电池电极的方法，计算机（１００）获得用于将电特性不同的多种活性材料沉积到集流体的不连续区域上的沉积图形（ＰＴ），计算机使喷嘴（１０８）将多种活性材料以多个粒子（Ｐ）的方式分别喷射到集流体上，从而沉积其上，由此形成活性材料层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造二次电池电极的方法、用于制造二次电池电极的设备和二次电池电极
本专利技术涉及制造二次电池电极的方法、用于制造二次电池电极的设备和二次电池电极，具体而言，本专利技术涉及制造能够提供任意的充电和放电特性的二次电池电极的方法、用于制造二次电池电极的设备和二次电池电极。
技术介绍
近年来，电动汽车(EV)、混合汽车(HEV)和燃料电池供电汽车(FCV)已投入使用，研制和开发工作正在快速进展以实现用作这些车辆的主要能源的电池。这些电池需要经受极严重的情况，例如在反复循环过程中的充电和放电性能、高功率输出和高能量密度。为了满足这种需求，已进行研制和开发工作，从而提供薄型层叠电池。薄型层叠电池由锂离子电池构成，该电池具有由层压片形成的外壳。作为层压片，采用多层层压片，包括适于避免气体如水蒸汽和氧气在外壳的内部或外部交换的金属箔如铝箔、用于物理地保护金属膜的树脂膜如聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terepthalate)和热焊接树脂膜如离子交联聚合物的层状结构。外壳具有为矩形结构的平板状，具有大约几毫米数量级的厚度。在外壳中装有板状的正极和负极，密封液态电解质。特许公开号为2003-151526的日本专利申请提出了这样一种结构：其中，采用薄型层压电池并以多级方式串联或并联连接，从而形成电池组。特许公开号为2002-110239的日本专利申请公开了以在环氧乙烷和环氧丙烷之间的大分子单体作为聚合物电解质原料。-->
技术实现思路
然而，根据由本专利技术人进行的研究，由于薄型层压电池由正极和负极构成，在制造该电池时，通过利用所谓的涂覆机构成的工具将正极材料和负极材料涂覆在集流体箔上，从而形成该正极和负极，所遇到的困难在于，严格地控制正极层和负极层的厚度使其难以制造出具有均匀的充电和放电特性的二次电池。在由本专利技术人进行的以上研究的基础上完成了本专利技术，本专利技术的目的是提供一种制造能够提供任意的充电和放电特性的二次电池电极的方法，用于该方法的制造设备以及二次电池电极。也就是说，本专利技术基于以下认知完成：当把电特性不同的多种活性材料沉积在集流体上时，考虑以所(要)沉积的这些活性材料为基础的图形，于是，根据这种图形让活性材料沉积在不连续的区域，从而实现以稳定方式高产量地形成具有高品质的电解质。尤其是，产生了以下认知，其中，当获得特定的充电和放电特性时，没有电极是通过简单地混合多种不同的活性材料来形成电极从而获得这种特性的，而是将各种活性材料成分配成最佳推进剂(墨水)，将这种推进剂喷射并沉积到集流体的不连续区域。例如，为了获得特定的充电和放电特性，假设需要采用具有3.5V的平均充电和放电电压的橄榄石型铁橄榄石(LiFePO4)和具有3.9V的平均充电和放电电压的尖晶石型锰酸锂(LiMn2O4)。这里，橄榄石型铁橄榄石(LiFePO4)成分本身的导电性过低，因此，需要采用大量的导电材料(以大于10wt％的比率)。此外，这些材料具有约为亚微米尺寸数量级的数值的粒径并具有极大的比表面积，必须采用大量粘合剂。另一方面，由于尖晶石型锰酸锂(LiMn2O4)成分本身的导电性比较好，仅混合几个重量百分比的导电材料就足够了。假设将这些材料简单混合，就需要对墨水进行调节，以达到铁橄榄石对大量的导电材料和粘合剂的需要。另一方面，当将各种材料配-->成另一种墨水时，两种墨水就可以在对各种材料最佳化的最高效率下制成。并且，即使当充电和放电特性不同的两种材料沉积在集流体的不连续区域上时，假设在集流体上反复形成小的沉积(沉积的)图形，在图形的最终表面上电流和电压也得以平均。因此，这导致了获得电池的优异充电和放电特性的能力。假设当形成这种放电图形时，墨水采用具有大的和小的膨胀和收缩比的材料，具有大的膨胀和收缩比率的材料以具有小表面积的图形的方式形成就够了，具有小的膨胀和收缩比率的材料以具有大表面积的图形的方式形成就够了。这缓解了在充电和放电循环过程中由膨胀和收缩造成的压力，提高了电池的寿命特性。因此，通过确定各种因素，如要被沉积到集流体上的活性材料的种类，要在其上沉积墨水从而产生沉积图形的区域的尺寸和形状，能够使二次电池电极具有所需的充电和放电特性。为了达到此目的，在本专利技术的一个方案中，提供了一种制造具有在集流体上的活性材料的二次电池电极的方法，包括：让计算机获取用于将电特性不同的多种活性材料分别沉积在集流体的不连续区域上的沉积图形；和让计算机根据该沉积图形、使喷嘴分别把多种活性材料以多个粒子的方式喷射到集流体上以在其上沉积，由此形成活性材料层。此外，在本专利技术的另一方案中，提供了一种制造具有在集流体上的活性材料的二次电池电极的设备，包括：计算机，产生用于将电特性不同的多种活性材料分别沉积在集流体的不连续区域上的沉积图形；存储装置，存储由计算机产生的沉积图形；喷嘴，根据在存储装置中存储的该沉积图形、分别把多种活性材料以多个粒子的方式喷射到集流体上；和加热器，分别烘干在集流体上沉积的多种活性材料。并且，在本专利技术的另一方案中，提供一种二次电池电极，包括：集流体；和在集流体上形成的并包括电特性不同的多种活性材料的电极层，将该电极层构成为使与多种活性材料有关的图形分别位于集流-->体的不连续区域上。由结合附图的以下描述，本专利技术的其它和另外的特点、优点和益处将变得更为显而易见。附图说明图1是表示根据本专利技术的实施方式的二次电池电极制造设备的示意性结构的框图；图2是表示在本申请的实施方式的制造设备中采用的沉积图形(专用于喷射和沉积的图形)的示图；图3是表示用于本申请的实施方式的二次电池电极的制造方法的工序的流程图；图4是本申请实施方式的二次电池电极(双极电极)的顶视图；图5是采用本申请实施方式的二次电池电极的二次电池的透视图；图6A是采用本申请实施方式的二次电池的电池单元的平面图；图6B是沿图6A的线A-A截取的截面图；图6C是沿图6A的线B-B截取的截面图；图7是采用本申请实施方式的电池单元的组合电池的透视图；图8是在本申请实施方式中的其上安装了电池单元或组合电池的车辆的侧视图；图9是表示本申请实施方式的实施例1中的沉积图形的示图；图10是表示在本申请实施方式的实施例1中获得的正极的充电和放电曲线的示图，其中横坐标表示DOD的放电深度，纵坐标表示电压V；图11是表示包括在实施例1中获得的正极和由本申请实施方式的石墨形成的负极的电池的充电和放电曲线的示图，其中横坐标表示DOD的放电深度，纵坐标表示电压V；图12是表示本申请实施方式的实施例2中的沉积图形的示图；图13是表示在本申请实施方式的实施例2中获得的负极的充电-->和放电曲线的示图，其中横坐标表示DOD的放电深度，纵坐标表示电压V；图14是表示包括在实施例2中获得的负极和本申请实施方式的由尖晶石锰(spinel manganese)形成的正极的电池的充电和放电曲线的示图，其中横坐标表示容量，纵坐标表示电压V；图15是表示本申请实施方式的对比例1中的沉积图形的示图；图16是表示在本申请实施方式的对比例1中获得的电池的充电和放电曲线的示图，其中横坐标表示容量，纵坐标表示电压V；图17是表示本申请实施方式的对比例2中的沉积图形的示图；图18是表示在本申请实施方式的对比例2中获得的电池的充电和放电曲线的示图，其中横本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造具有在集流体上的活性材料的二次电池电极的方法，包括：让计算机获取用于将电特性不同的多种活性材料分别沉积在集流体的不连续区域上的沉积图形；和让计算机根据该沉积图形、使喷嘴分别把多种活性材料以多个粒子的方式喷射到集流体上 以在其上沉积，由此形成活性材料层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2003-6-18 174136/20031.一种制造具有在集流体上的活性材料的二次电池电极的方法，包括：让计算机获取用于将电特性不同的多种活性材料分别沉积在集流体的不连续区域上的沉积图形；和让计算机根据该沉积图形、使喷嘴分别把多种活性材料以多个粒子的方式喷射到集流体上以在其上沉积，由此形成活性材料层。2.根据权利要求1的方法，其中通过将沉积到集流体上的多种活性材料烘干，从而形成活性材料层。3.根据权利要求1的方法，其中计算机存取存储器以读取在其中存储的沉积图形，由此获取沉积图形。4.根据权利要求3的方法，其中计算机被采用并在显示器上绘出沉积图形，于是将在显示器上绘出的沉积图形存储在存储装置中，以使计算机读取在存储装置中存储的沉积图形，由此获取沉积图形。5.根据权利要求1的方法，其中沉积图形使多种活性材料分别位于集流体的不连续区域。6.根据权利要求1的方法，其中沉积图形使多种活性材料分别以单独方式规则并周期性地位于集流体的不连续区域上。7.一种用于制造具有在集流体上的活性材料的二次电池电极的设备，包括：计算机，产生用于将电特性不同的多种活性材料分别沉积在集流体的不连续区域上的沉积图形；存储装置，存储由计算机产生的沉积图形；喷嘴，根据在存储装置中存储的该沉积图形、分别把多种活性材料以多个粒子的方式喷射到集流体上；和加热器，分别烘干在集流体上沉积的多种活性材料。8.根据权利要求7的设备，其中计算机包括：输入端，输入用于绘制沉积图形的信息；绘图部分，根据由输入端输入的信息绘出沉-->积图形；和显示器，提供对绘图部分绘出的沉积图形的显示。9.根据权利要求7的设备，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：斋藤崇实，堀江英明，岛村修，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]