电化学元件用电极的制造方法、电化学元件用电极和电化学元件技术

本发明专利技术提供电化学元件用电极的制造方法、电化学元件用电极和电化学元件，其涉及制造电化学元件用电极，能够提供容易且可靠地除去在真空中生成的、活性物质层表面的突起物的方法。在电化学元件用电极的制造中，进行在集电体上通过真空处理形成能够吸藏和放出锂的活性物质层的第一工序；使上述活性物质层吸藏锂的第二工序；和将上述吸藏了锂的活性物质层表面的突起物除去的第三工序。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及能够在锂二次电池和电化学电容器中使用的电化学元件用电极的制造方法、电化学元件用电极和电化学元件。
技术介绍
近年来，便携式设备不断向着小型化和多功能化发展，随之迫切期望作为便携式设备的电源的电池高容量化。当前作为负极活性物质主要使用的碳的理论容量为372mAh/ go作为能够实现比碳高的高容量化的活性物质，有望看到理论容量为4200mAh/g的硅。因此，较多地研究了以硅为主成分的电极材料和以硅为主成分的电极材料的结构。其中之一是在集电体上作为以硅为主成分的膜而形成的活性物质层。作为该活性物质层的形成方法，研究了真空蒸镀法等真空处理(真空工艺)。另一方面，为了生产性良好地制造锂电池的电极，存在将卷绕于辊的长的集电体箔卷绕于其他的辊的期间中形成活性物质层的方法，即所谓的卷对卷法。在该方法中，将卷绕于辊的长的集电体箔安装在设置于活性物质层的成膜工序的上游的放卷装置中，将其他的辊安装在设置于成膜工序的下游的卷取装置中。接着，在放出的集电体箔使活性物质层成膜，将得到的电极卷取于安装在卷取装置中的辊。作为卷对卷法和真空处理而组合真空蒸镀法的情况下，存在蒸镀材料发生突沸， 在电极表面形成突起物的课题。蒸镀材料的突沸是坩埚内的蒸镀材料不气化，而是作为液体或固体飞出的现象， 突沸的材料如果撞在已成膜的集电体箔和活性物质层上，则形成不希望的突起物。蒸镀材料的突沸，被认为是由于放入坩埚的蒸镀材料中含有杂质和坩埚内的温度不均勻等造成的，虽然能够减少突沸，但是难以消除。特别是在边补给蒸发材料边长时间地进行成膜的情况下难以消除突沸。如果用存在突起物的电极制作电池，则电极表面的突起物比分隔体(厚度约 20 μ m)的厚度高的情况下，突起物贯通分隔体，可能导致正极与负极内部短路。因此，需要在形成电池前除去具有分隔体的厚度以上的高度的突起物。作为除去电极表面的突起物的方法，提案有在电极上用拂拭布擦拭，并吸引除去脱落的物质的方法(例如参考专利文献1)。另外，作为将附着于通过真空处理制造出的电极上的突起物除去的方法，公开有 检测电极表面的突起物，在极板开设贯通孔的方法(参照专利文献幻，和将突起物加压压碎的方法(参照专利文献3)。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开平11-347504号公报专利文献2 日本特开2006-277956号公报专利文献3 日本特开2006-278170号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题作为在卷绕电极之前除去突起物的方法，专利文献1中记载的用拂拭布擦拭表面的方法，对涂布有膏的类型的电极而言是有效的。但是，在真空蒸镀法中由于蒸镀材料突沸而形成的突起物，比膏涂布型的电极上的突起物硬，且集电体箔与活性物质层的结合力更强。如果使用强度低的材质的拂拭布，则由于布破损无法除去突起物。另一方面，如果使用强度高的材质的拂拭布，则虽然也存在挂上拂拭布的突起物脱落的情况下，但是会导致与突起物一起集电体箔裂开的情况。另一方面，专利文献2、3中公开了真空蒸镀中所形成的突起物的除去方法。在专利文献2中，公开了使用传感器检测突起物，并开设贯通孔来除去突起物的方法，但是由于开设有贯通孔的周围的电极变得无法使用，所以造成成品率降低。进一步，由于需要由传感器检测突起物和针尖(pin-point)式穿孔，所以难以使工序高速化，生产速度会降低。另外，专利文献3中所示的将突起物加压压碎的方法，是通过加压来降低突起物的高度或者使突起物陷入集电体的方法，并没有除去突起物。因此，本专利技术涉及制造电化学元件用电极，其目的在于提供容易且可靠地除去真空处理中产生的活性物质层表面的突起物的方法。用于解决课题的方法为了解决现有的课题，本专利技术的第一方面的一种电化学元件用电极的制造方法， 包括通过真空处理在集电体上形成能够吸藏和放出锂的活性物质层的第一工序；使上述活性物质层吸藏锂的第二工序；和将吸藏了锂的上述活性物质层表面的突起物除去的第三工序。在本专利技术中，作为能够吸藏和放出锂的活性物质层，优选使用由能够吸藏和放出锂，进而由于锂的吸藏而膨胀(体积增加)的活性物质形成的活性物质层。从该观点出发， 本专利技术中，活性物质优选包含硅、硅氧化物、或者含有硅的合金或化合物。以上的硅和硅氧化物等，作为锂离子二次电池的高容量负极活性物质材料受到期待，能够大量吸藏锂，但是已知锂吸藏时膨胀。例如，在负极活性物质中使用硅的情况下，满充电时体积比膨胀到锂吸藏前的四倍左右。即使是通过将锂氧化来抑制充电容量，实现了膨胀抑制的氧化硅负极，也取决于氧化的程度而膨胀到2 3倍。将真空蒸镀法中附着在极板上的突起物被称为喷溅粒子，其是由于位于蒸镀源中的原料熔液和未熔解的原料被快速加热等原因飞到并附着在极板上的粒子。如果利用真空蒸镀法使在极板表面附着有突起物的状态的负极极板吸藏锂，则不仅极板的活性物质层吸藏锂，而且突起物也吸藏锂。另一方面，在极板上的附着有突起物的部分，由于附着于表面的突起物吸藏锂，所以锂无法到达突起物正下的活性物质层，该活性物质层不吸藏锂。其结果是，在突起物与活性物质层之间，由于形成膨胀率不同的物质，所以在突起物与活性物质层的界面上因膨胀率的差异而产生变形，突起物剥离变得容易。此外，在使像这样的附着有突起物的极板吸藏锂的情况下，活性物质层中没有附着突起物的周边区域吸藏锂而膨胀。与此相对，由于附着有突起物的区域不能吸藏锂而膨胀率变得非常小，所以在突起物的端部，因膨胀后的活性物质层而将突起物顶上去，应力在从不膨胀的正下方的活性物质层剥离的方向上起作用。根据以上所述，利用真空蒸镀法形成活性物质层之后，即使是附着强度较强且难以除去的突起物，在锂吸藏后也变得容易剥离。此外，以往的在不吸藏锂的状态下利用突起物除去法难以除去的小的突起物，也由于吸藏锂而发生膨胀，因此变得容易除去。本专利技术中，在突起物除去之前吸藏的锂量，为了确保突起物与突起物正下方的活性物质层的膨胀率的差异，优选在活性物质层的理论充电容量的10%以上。由于锂吸藏量越多突起物的膨胀也越大，突起物变得容易剥离，所以锂吸藏量的上限只要在100%以下就没有问题。但是，如果锂吸藏量变大，则在突起物正下方的活性物质层从周围开始锂扩散变得容易，并且锂容易析出到极板表面。因此，突起物除去之前的锂吸藏量优选在活性物质层的理论充电容量的50%以下，更优选在30%以下。第二本专利技术的电化学元件用电极，其具有片状的集电体和由上述集电体担持的活性物质层，其中，上述活性物质层吸藏有上述活性物质层的理论充电容量的10%以上 100%以下的量的锂，在上述活性物质层表面存在不吸藏锂的微小区域。该电化学元件用电极能够通过本专利技术的第一方面的制造方法制造。根据上述制造方法，在活性物质层表面中的第一工序中附着有突起物的部分，在第二工序中突起物会吸藏锂，因此活性物质层自身不吸藏锂。因此，如果在第三工序中除去突起物，则在活性物质层的表面，与突起物的形状、频度相应地，以1 50个/cm2左右作成平均直径10 μ m 500 μ m的不吸藏锂的微小区域。不吸藏锂的微小区域的存在能够由通过活性物质表面的微小部荧光X射线分析等进行的元素分布分析来确认。另外，使用激光显微镜观察活性物质层表面也能够确认微小区域。另一方面，在像以往那样不吸藏锂地进行突起物除去的电极，由于进行了充本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种电化学元件用电极的制造方法，其特征在于，包括：通过真空处理在集电体上形成能够吸藏和放出锂的活性物质层的第一工序；使所述活性物质层吸藏锂的第二工序；和将吸藏了锂的所述活性物质层表面的突起物除去的第三工序。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：神山游马，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP