电池用电极、电池、电池用电极的制造方法及制造装置制造方法

电池用电极、电池、电池用电极的制造方法及制造装置制造方法
【专利摘要】本发明提供能够获得良好的高速充放电特性又能够有效地防止因按压而导致的压曲或倒塌的电池用电极及其制造技术。一种电池用电极（10），具有：基材（11），发挥集电体的功能，活性物质层（12），是多条活性物质线排列而成，该活性物质线是由活性物质材料以沿着规定的延伸设置方向延伸成线状的方式形成在在基材（11）表面；活性物质线包括：第一线（121），与延伸设置方向相垂直的截面的宽度为第一宽度（W1），第二线（122），与延伸设置方向相垂直的截面的宽度为大于第一宽度的第二宽度（W2），且该第二线（122）的距基材（11）表面的高度（H2）为第一线（121）的高度（H1）以上。
【专利说明】电池用电极、电池、电池用电极的制造方法及制造装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及适用于例如锂离子二次电池的化学电池的电池用电极的结构以及制造该电池用电极的技术。
【背景技术】
[0002]例如，如锂离子二次电池的化学电池的结构为，分别具有集电体层以及活性物质层的正极电极和负极电极隔着电解质层相向。作为这些电极的制造方法有，在发挥集电体的功能的导电体例如金属箔的表面上涂敷含有活性物质材料的涂敷液。以往，在这种制造方法中，通常进行在集电体的表面均匀地涂敷涂敷液的所谓实心涂敷。另一方面，本申请 申请人:之前公开了在专利文献I (日本特开2011-258367号公报)所记载的技术，作为为了使活性物质层的表面积增加来提高充放电特性，形成表面具有凹凸的立体结构的活性物质层的方法。
[0003]专利文献I所记载的技术采用喷嘴扫描方式作为涂敷方式。具体地说，一边使排列有多个喷出口的喷嘴相对于发挥集电体的功能的基材移动，一边从各喷出口连续地喷出含有活性物质材料的涂敷液，从而在基材表面上呈线状涂敷涂敷液。由此，形成沿着基材表面排列多个线状的活性物质图案的、所谓线与间距结构的活性物质层。在这样的结构中，例如与由实心涂敷形成的活性物质层相比，即使使用活性物质量相同，表面积(更严格地说，与电解质层相接触的表面的面积)更大，因此能够构成充放电特性更良好的电极。
[0004]在工业中制造具有上述那样的结构的电极以及利用该电极的电池时，在上述专利文献I所记载的以往技术中存在改进的余地。即，在完成利用上述结构的电极的电池之前的制造工序中，可能存在几个对电极施加垂直于电极的主面的方向上的按压力的工序。例如，作为用于大规模生产电极的方法，可以考虑到如下的所谓辊到辊(roll too roll)方式，即，一边以恒定速度拉出呈长形片状且卷绕成滚筒状的基材，一边进行涂敷，然后将涂敷后的基材再次卷取成滚筒状。此时，会对被夹持在重合的基材之间的活性物质层施加按压力。另外例如，为了使活性物质层的密度变高，有时对通过涂敷形成的活性物质层进行冲压处理。而且，例如，在正负电极之间夹持电解质层来形成电池时，正负电极也相互进行按压。
[0005]为了提高电池的充放电特性，优选活性物质图案的高宽比(图案高度与图案宽度的比)大。在上述以往技术中，能够形成这样的高宽比大的图案，另一方面，这样高宽比大的图案存在因受到高度方向上的按压而容易产生压曲或倒塌等问题。但是，在上述现有技术中，并未充分考虑到这一点。

【发明内容】

[0006]本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供能够获取良好的高速充放电特性又能够有效地防止因按压而导致的压曲或倒塌的电池用电极及其制造技术。
[0007]为了达到上述目的，在本发明的电池用电极的一个方式中，其特征在于，[0008]具有:基材，发挥集电体的功能，活性物质层，是由活性物质材料形成的多条活性物质线排列而成，多条活性物质线分别以沿着规定的延伸设置方向呈线状延伸的方式形成在基材的表面上；活性物质线包括:第一线，与延伸设置方向相垂直的截面的宽度为第一宽度，第二线，与延伸设置方向相垂直的截面的宽度为大于第一宽度的第二宽度，并且该第二线的距基材表面的高度为第一线的高度以上。
[0009]在这样构成的发明中，形成在基材表面上活性物质层具有混有宽度窄的第一线和宽度更宽的第二线的结构。并且，距基材表面的第二线的高度为第一线的高度以上。
[0010]宽度比较窄的第一线能够使相对于构成该线的活性物质的量而言表面积比较大，因此能够提高电池的充放电特性。另一方面，针对来自与基材的表面相垂直的方向即活性物质线的高度方向的按压力，通过将负载分散在宽度比较宽的第二线上来防止压曲或倒塌，从而能够提高耐久性。
[0011]这样，本发明的电池用电极具有混有实现高速充放电的第一线和实现相对按压力的耐力的第二线的活性物质层，因此能够获取良好的充放电特性，又能够有效地防止因按压而导致的压曲或倒塌。此外，就第一线以及第二线各自的线宽度、它们的排列而言，能够按照所需的电气特性、机械强度来设定为各种方式。
[0012]另外，在本发明的电池的一个方式中，其特征在于，具有:正极电极，具有正极集电体以及正极活性物质层，负极电极，具有负极集电体以及负极活性物质层，电解质层，其设置在正极电极和负极电极之间；正极电极以及负极电极中的至少一个电极具有与上述任一电池用电极相同的结构。通过利用本发明的电池用电极，能够制造具有该电池用电极所具备的高速充放电特性的电池，防止在制造电池的过程中因按压而损坏该特性。即，本发明的电池具有优异的充放电特性。另外，在构成为电池之后也发挥该电池用电极的相对按压力的耐久性，因此能够形成针对外力的耐性高的电池。
[0013]另外，为了达到上述目的，在本发明的电池用电极的制造方法的一个方式中，其特征在于，包括:第一线形成工序，，在发挥集电体的功能的基材的表面上呈线状涂敷含有活性物质材料的涂敷液，由该活性物质材料形成多条第一线，其中，所述第一线沿着规定的延伸设置方向延伸，并且该第一线的与该延伸设置方向相垂直的截面的宽度为第一宽度；第二线形成工序，在基材的表面中的与第一线不同的位置上呈线状涂敷涂敷液，由活性物质材料形成多条第二线，所述第二线沿着延伸设置方向延伸，并且该第二线的与该延伸设置方向相垂直的截面的宽度为大于第一宽度的第二宽度，且该第二线的距基材表面的高度为第一线的高度以上。在这样构成的发明中，能够制造上述那样兼备优异的充放电特性和相对按压力的耐久性的电池用电极。
[0014]另外，为了达到上述目的，本发明的电池用电极的制造装置的一个方式中，其特征在于，具有:涂敷液喷出单元，其具有沿着规定的排列方向呈列状排列的多个喷出口，从该喷出口分别喷出含有活性物质材料的涂敷液，相对移动单元，在发挥集电体的功能的基材的表面与多个喷出口分别相向的状态下，使基材和涂敷液喷出单元沿着与排列方向相交的方向相对移动；多个喷出口包括排列方向上的开口宽度彼此相等的多个第一喷出口和排列方向上的开口宽度彼此相等且大于第一喷出口的开口宽度的多个第二喷出口 ；在基材的表面上，由第一喷出口所喷出的涂敷液中的活性物质材料形成具有第一宽度的第一线，由第二喷出口所喷出的涂敷液中的活性物质材料形成第二线，所述第二线具有大于第一宽度的第二宽度，且该第二线的距基材表面的高度为第一线的高度以上。在这个样构成的发明中，能够制造上述那样兼备优异的充放电特性和相对按压力的耐久性的电池用电极。
[0015]根据本发明，通过构成具有混有实现高速充放电的第一线和实现相对按压力的耐力的第二线的活性物质层的电池用电极，能够获取良好的充放电特性，又能够有效地防止因按压而导致的压曲或倒塌。
【专利附图】

【附图说明】
[0016]图1A以及图1B是示出利用本发明来制造的电池的结构例的图。
[0017]图2是示意性地示出用于制造负极电极的电极制造装置的主要结构的图。
[0018]图3A以及图3B是示出涂敷喷嘴的更详细结构的图。
[0019]图4是示出利用本发明的电池用电极的电池制造工序的流程图。
[0020]图5A至图5C是示出活性物质线的截面形状和对按压力的耐性之间的关系的图。
[0021]图6A至图6D是示出活性物质层的截面形状的其它优选例的图。
[0022]其中，附图标记说明如下:
[0023]1:锂离子二次电池模块
[0024]5:电极形成装置
[0025]10:负极电极(电池用电极)
[0026]11:负极集电体(基材)
[0027]12:负极活性物质层(活性物质层)
[0028]51:供给辊(相对移动单元)
[0029]53:卷取辊(相对移动单元、卷绕单元)
[0030]55:涂敷喷嘴(涂敷液喷出单元)
[0031]121:第一线(活性物质线)
[0032]122:第二线(活性物质线)
[0033]B:锂离子二次电池(电池)
【具体实施方式】
[0034]图1A以及图1B是示出利用本发明来制造的电池的结构例的图。更详细地，图1A是示出采用了本发明的电池用电极的一个实施方式作为正负极电极的电池模块的截面结构的示意图，图1B是用于示出该负极电极的立体图。下面，对于作为电池模块I的一例的锂离子二次电池模块进行说明，但是通过恰当变更材料，对除了锂离子二次电池之外的各种化学电池也能够应用同样的想法。
[0035]该电池模块I的结构为，在负极集电体11上依次层叠有负极活性物质层12、电解质层13、包括正极活性物质层16以及正极集电体17的正极电极15。在本说明书中，将X、Y以及Z坐标方向分别定义为如图1A所示那样。
[0036]图1B示出了在负极集电体11表面上形成负极活性物质层12而成的负极电极10的结构。如图1B所示，负极活性物质层12具有线与间距(Line and space)结构,沿着Y方向呈线状延伸的活性物质线121、122在X方向上隔开一定间隔排列有多条。更详细地，负极活性物质层12具有第一线121和第二线122在X方向上交替排列的结构，其中，所述第一线121距集电体11表面的高度为H1，与集电体11表面相接触的底面部分的宽度为W1，所述第二线122距集电体11表面的高度为H2，在与图案延伸设置方向(Y方向)相垂直的宽度方向(X方向)上，与集电体11表面相接触的底面部分的宽度为W2。
[0037]活性物质线121、122均为含有负极活性物质材料的相同组成。另外，第一线121的高度Hl和第二线122的高度H2相同，另一方面，第二线122的宽度W2大于第一线121的宽度W1。另外，就由相互相邻的一对活性物质线121、122形成的线对中的两者之间的间隔D而言，在各线对中均为大致相同的值。
[0038]代表性地，第一线121的宽度Wl为50 μ m至70 μ m,第二线122的宽度W2为1_至3mm，第一线的高度Hl以及第二线的高度H2均为70 μ m至200 μ m，线间隔D为30 μ m至70μπι左右。另外，优选第一线121的高度Hl与宽度Wl的比例，即高宽比(H1/W1)为I以上。即，优选高度Hl为宽度Wl以上。另一方面，优选第二线122的高宽比(H2/W2)小于1，即，宽度W2大于高度Η2。后面叙述详细的情况，但是这些是确保高速充放电特性和相对施加于电极的按压力的耐久性这两者的优选条件。
[0039]正极电极15具有与负极电极10相同的结构。具体地说，正极电极15具有在正极集电体17的表面形成有正极活性物质层16的结构，正极活性物质层16由距集电体表面的高度相互相同且宽度不同的两种活性物质线161、162形成。活性物质线161适用上述负极活性物质层12的第一线121的尺寸条件，另外，活性物质线162适用负极活性物质层12的第二线122的尺寸条件。其中，正极活性物质层16和负极活性物质层12的具体尺寸不必一定相同。
[0040]具有这样的结构的正极电极15以及负极电极10使各自的活性物质层朝向内侧来相向配置，在两者之间形成有电解质层13。作为电解质层13，可以是在正极电极15和负极电极10之间的间隙空间内填充的固体电解质形成的，或由隔板和电解液构成。在这样形成的锂离子二次电池模块I上恰当设置双电极，或者层叠多个模块来构成锂离子二次电池B。
[0041]在此，作为构成锂离子二次电池模块I的各层的材料，正极集电体17、负极集电体11例如能够分别使用铝箔、铜箔。另外，作为构成正极活性物质层16的活性物质材料，能够使用正极活性物质的公知的材料，例如以LiCoO2 (LCO)为主体的材料，以LiNiO2或者LiFeP04、LiMnP04、LiMn204、还有 LiMeO2 (Me=MxMyMz ;Me、M 为过渡金属，x+y+z=l)为代表性的化合物，例如 LiNi1/3Mn1/3Co1/302、LiNia8Coai5Alatl5O2 等。
[0042]另外，作为构成负极活性物质层12的活性物质材料，例如能够使用以Li4Ti5O12(LTO)为主体的材料，还有C、Si (含有其化合物)或者Sn等。另外，作为构成电解质层13的隔板，例如能够使用聚丙烯(PP)片，作为电解液，例如能够使用作为支持盐的锂盐，例如包括六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸乙烯和碳酸二乙酯的混合物(EC/DEC)。另外，在由固体电解质构成电解质层13的情况下，例如能够使用聚环氧乙烷和聚苯乙烯的共聚物。此外，各功能层的材质并不限定于此。
[0043]接着，对于上述那样构成的负极电极10的制造方法进行说明。此外，在此将负极电极10作为例子来说明其制造过程，但是正极电极15也除了变更材料之外其制造方法基本相同。以如下方式制造负极电极10，S卩，在发挥负极集电体功能的铜箔或者树脂片上形成发挥集电体功能的铜的薄层而成的基材上，呈线状涂敷含有负极活性物质材料的涂敷液。下面，说明用于制造该负极电极10的制造装置以及制造方法。[0044]图2是示意性地示出用于制造负极电极的电极制造装置的主要结构的图。该电极制造装置5具有:供给辊51，其送出卷绕成滚筒状的长片状的基材100 ;卷取辊53，其一边对送出的基材100赋予一定的张力，一边卷取该基材100 ;支撑辊52，其在从供给辊51到卷取辊53的基材100的搬运路径上，与基材100的一侧表面相抵接。这些辊的旋转轴相互平行，且它们的旋转被控制部50控制。通过使各辊旋转，以恒定速度向规定的搬运方向Dt搬运基材100。
[0045]在接近基材100的与支撑辊52 —侧相反的一侧的表面的位置上相向配置有涂敷喷嘴55。涂敷喷嘴55接受涂敷液供给部56所供给的涂敷液，并且按照来自控制部50的控制指令来喷出涂敷液，从而向在与涂敷喷嘴55相向的位置通过的基材100的表面涂敷涂敷液。后面叙述详细情况，但是在涂敷喷嘴55上设置有多个喷出口，从这些喷出口连续地喷出涂敷液。由此，通过涂敷液在基材100的表面上连续地形成沿着搬运方向Dt且相互平行的多个线状图案。
[0046]在基材100的搬运方向Dt上的涂敷喷嘴55的下游侧设置有干燥单元57，该干燥单元57对涂敷于基材100的涂敷液进行干燥。干燥单元57通过朝向基材100的表面吹送干燥气体，或者通过吹送暖风或者照射包括红外线的电磁波等来进行加热，从而使涂敷液中含有的溶剂成分挥发。由此，使涂敷液固化来形成活性物质线121、122。
[0047]形成有活性物质线121、122的基材100被卷取辊53再次卷取为滚筒状。此时，基材100以使形成在基材100表面上的活性物质线121、122朝外的方式被卷绕。
[0048]图3A以及图3B是示出涂敷喷嘴的更详细结构的图。更具体地说，图3A是涂敷喷嘴55的局部放大立体图，图3B是示出涂敷喷嘴55的内部结构的侧视图。在涂敷喷嘴55的下部沿着与基材100的搬运方向Dt相垂直的宽度方向Dw呈列状配置有多个喷出口。更具体地说，沿着宽度方向Dw交替排列有宽度方向Dw上的开口尺寸比较小的第一喷出口 551和宽度方向Dw上的开口尺寸更大的第二喷出口 552。各喷出口的与基材100的表面相垂直的高度方向上的开口尺寸均相同。
[0049]各喷出口 551、552与设置于涂敷喷嘴55的内部的单一的贮存空间SP相连通，从涂敷液供给部56向贮存空间SP供给涂敷液。在按照来自控制部50的控制指令开始从涂敷液供给部56压送涂敷液时，送入贮存空间SP内的涂敷液从各喷出口 551、552喷出，着落在基材100表面上。通过从各喷出口 551、552连续地喷出涂敷液，另一方面使基材100向搬运方向Dt移动，使基材100上的涂敷液的着落位置逐渐发生变化，由此，在基材100表面上形成多条沿着搬运方向Dt连续的活性物质线。通过开口宽度小的第一喷出口 551所喷出的涂敷液形成宽度比较窄的第一线121。另一方面，通过开口宽度更大的第二喷出口 552所喷出的涂敷液形成宽度比较宽的第二线122。由于各喷出口的开口高度相同，因此各线的高度也相同。
[0050]作为含有活性物质的涂敷液，除了上述活性物质材料之外，还含有作为导电助剂的乙炔黑或者碳黑(Ketjen Black)等、作为粘结剂的聚偏氟乙烯(PVDF)、苯乙烯一丁二烯橡胶(SBR)、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)或者聚四氟乙烯(PTFE)等、作为溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)等，能够使用它们混合而成的材料。
[0051]并且，通过调整这些材料的混合比来使涂敷液的粘度比较高，从而能够形成维持了刚刚喷出之后的截面形状的图案。在进行了涂敷之后迅速地对涂敷液进行干燥，从而使效果更明显。如图3A所示，若使各喷出口 551、552的开口形状为矩形，则能够形成呈大致矩形的截面形状的活性物质线121、122。此外，线的截面形状大概与喷出口的开口形状相对应，但是喷出后的涂敷液可能扩散或者干燥时可能收缩，因此有时存在线的截面形状和尺寸与喷出口的开口形状稍微不同的情况。
[0052]这样的涂敷由一边使喷嘴相对于涂敷对象物移动一边从喷嘴连续地喷出涂敷液的喷嘴扫描方式进行。在喷嘴扫描方式中，能够施加高的压力来连续地推送高粘度的涂敷液，因此能够这样通过喷出口的开口形状来控制线的截面形状。另外，通过设置多个喷出口，能够同时形成多条线。因此，可以说，是尤其适用于要形成多条高宽比大的线的用途的涂敷方式。
[0053]图4是示出利用了本发明的电池用电极的电池的制造工序的流程图。在该工序中，首先制造正负两极的电极。即，利用上述电极制造装置5，在发挥集电体的功能的基材100的表面上呈线状涂敷含有活性物质材料的涂敷液(涂敷工序；步骤SlOl )。接着，以规定的按压力对形成在基材表面上的活性物质层进行加压，从而使其密度增加(施压工序；步骤S102)。此外，有时能够省略施压工序。这样，由正极集电体和正极活性物质材料形成正极电极，另外由负极集电体和负极活性物质材料形成负极电极。
[0054]将这样形成的正极电极以及负极电极与夹持在它们之间的电解质层一起层叠(层叠工序；步骤S103)，将该层叠体裁断成所需的尺寸(裁断工序；步骤S104)，从而完成锂离子二次电池模块I。然后，将锂离子二次电池模块I按照需要弯折或者卷绕来进行修整并装入规定的封装内(封入工序；步骤S105)，从而完成锂离子二次电池B。
[0055]在这些工序中，存在几次通过涂敷形成在基材表面上的活性物质层在其高度方向上被按压的情况。例如，在形成有活性物质线的长片状基材被卷绕成滚筒状时，对夹持在相互重合的基材之间的活性物质线作用按压力。另外，在之后的施压工序中，活性物质线也当然受到按压。而且在层叠工序以及封入工序等中，也对活性物质线施加同样的按压力。
[0056]就这样的承受高度方向上的按压力的耐久性而言，与高宽比小的线相比，为了使与电解质层相接触的表面积增加来提高充放电特性而提高宽比大的活性物质线更差。
[0057]图5A至图5C是示出活性物质线的截面形状和承受按压力的耐性之间的关系的图。如图5A的第一比较例所示那样，在仅排列了多条高宽比大的第一线121的排列图案中，由于各线对来自高度方向(Z方向)的按压力F的压曲负载比较小，因此容易出现不能承受按压力F而被压曲的线图案Pl或倒塌的线图案P2等。
[0058]另一方面，如图5B的第二比较例所示那样，在仅排列了多条高宽比小的第二线122的排列图案中，各线的压曲负载高，难以产生因按压力F而导致的线压曲或倒塌。另一方面，相对于使用量不能使活性物质的表面积变大，因此不利于高速充放电特性。作为更极端的例子，在使活性物质层以相同的高度连续的所谓实心膜的情况下，虽然对按压力的耐性变得最高，但是不能得到通过使活性物质层具有立体结构来获取的优异的充放电特性。
[0059]在图5C所示的本实施方式的电极结构中，通过宽度宽且顶部面积大的第二线122克服按压力F，另一方面，将宽度窄且高宽比大的第一线121分散配置在第二线之间，从而能够在不因按压力F而产生压曲的情况下，能够维持由表面积的大小获取的优异的充放电特性。这样，在本实施方式的电极结构中，设置混有相对按压力F的耐久性高的宽度宽的第二线122和有利于高速充放电特性的高宽比大的第一线121的活性物质层，从而能够确保相对按压力F的耐久性和优异的充放电特性。
[0060]根据研究了各种高宽比的线图案的本申请发明人的见解，在截面的高宽比小于I的线中几乎不产生因按压力而被压曲的问题，另一方面，这样的线图案不利于高速充放电特性。为了得到良好的充放电特性，优选使线的截面的高宽比为I以上。但是，具有这样纵向长的截面的线的压曲负载小，因此存在承受来自高度方向的按压的能力弱的问题。从这些方面来说，优选将作为实现高速充放电的线的高宽比为I以上的第一线121和作为实现相对按压的耐久性的线的高宽比小于I的第二线122组合的结构。
[0061]如上所述，在该实施方式中，使第一线121的宽度Wl为5(^111至7(^111，使第二线122的宽度W2为1mm至3mm，使第一线的高度Hl以及第二线的高度H2均为70 μ m至200 μ m。尤其优选第一线121的高宽比(H1/W1)为I以上。
[0062]另外，就线间隔D而言，由于线之间的间隙成为未填充活性物质的死角，因此从电池容量的角度来说，优选间隔小。但是，根据本申请发明人的见解，即使是线与间距结构的活性物质层，若线间隔D为30 μ m以下，则也看不到在相同结构中充放电特性显著地提高。从这些方面来说，在本实施方式中，将线间隔D设为30 μ m至70 μ m左右。若在排列的活性物质线中局部存在线间隔大的部位，则该部分的对按压力的耐性降低，因此优选无论线宽度多大，无论在电极的哪个位置相邻线之间的间隔都恒定。上述数值是能够确保充放电特性和对按压的强度的尺寸的一例。
[0063]图6A至图6D是示出活性物 质层的截面形状的其它优选例的图。在图6A所示的例子的电极20中，在基材21上的宽度宽而高宽比小的第二线222之间各配置有两条宽度更窄且高宽比大的第一线221。也可以像该例子一样，在第二线之间配置两条以上的第一线，而并不限定于第一线和第二线一条一条交替排列的方式。其中，为了防止相对按压力的耐久性在特定的部位变弱，优选将第一线和第二线规则排列。另外，并不优选多条第一线连续排列那样的结构。这是因为，例如在某特定的部位集中有多条第一线的结构中，该部位的局部的相对按压力的耐久性比周围低，从而开始产生因按压力而导致的压曲。
[0064]另一方面，与排列两条以上宽度宽的第二线相比，优选在两条第二线之间设置一条第一线。在排列第二线来形成线图案的情况下，该部分的相对按压力的耐久性高，但是即使仅有某特定的部位的强度比其它部位的强度高，并不一定能够提高电极或者整个电池的强度。另外，从使活性物质层的表面积增加的作用的角度来说是反而不利的。因此，从确保相对按压力的耐久性和高速充放电特性的角度来说，在两条第二线之间配置至少一条第一线的结构更有效。一边通过主要配置宽度窄且高宽比大的第一线来确保良好的充放电特性，一边通过在第一线之间分散配置第二线来提高强度的排列图案是有效的。
[0065]另外，在图6B所示的例子的电极30中，配置在基材31上的宽度窄且高宽比大的第一线321的高度H31设定为，比宽度更宽且高宽比小的第二线322的高度H32低。在这样的结构中，能够将来自高度方向的按压力大部分施加于第二线322，而施加于第一线321的按压力变得极其小。因此，就第一线321而言，能够不必考虑强度问题而从充放电特性的角度设定截面形状。此时当然也可以在第二线322之间配置多条第一线321。在与此相反地使第一线比第二线高的情况下，按压力会集中施加于压曲负载小的第一线上，从而导致线压曲或倒塌。
[0066]此外，在上述各电极中，第一线以及第二线的截面形状为大致矩形，但是并不限定于此。在图6C所示的例子的电极40中，第一线421以及第二线422的表面分别为向上凸的曲面。这样的形状是例如在涂敷液的粘度比较低或者涂敷液的干燥需要长时间等情况下涂敷液的表面因表面张力变圆而产生的。即使在这样的情况下，通过混和配置宽度窄的第一线421和比第一线421宽度宽的第二线422，也能够构成使活性物质层的表面积增加来得到优异的充放电特性且通过分散配置压曲负载高的线来提高相对按压的耐久性的电极。就此时的线宽度而言，例如能够由线421、422的与基材41相接触的部分的宽度定义。
[0067]无论上述哪种方式，如图6D所示，最接近电极10的与线延伸设置方向相垂直的方向(X方向)上的两端部的位置所配置的线，优选为宽度宽且能够承受大的按压的第二线122，而不是宽度窄的第一线121。与中央部分相比，更易于向电极的端部附近局部施加按压力，尤其有时来自与高度方向不同的斜向的按压力施加于活性物质线上。为了防止这样导致的线压曲或倒塌，优选将能够承受大的按压力的宽度宽的第二线122配置在电极10的最外侧。从该角度来说，也可以在电极的端部配置两条以上的第二线来将强度提高得更高。
[0068]如上面说明那样，在该实施方式中，负极集电体11相当于本发明的“基材”，并且负极活性物质层12相当于本发明的“活性物质层”，将它们形成为一体的负极电极10相当于本发明的“电池用电极”。另外，由负极活性物质材料形成的第一线121以及第二线122分别相当于本发明的“活性物质线”。
[0069]另外，在上述实施方式的电极形成装置5中，涂敷喷嘴55发挥本发明的“涂敷液喷出单元”的功能，另一方面，供给辊51以及卷取辊53作为一体来发挥本发明的“相对移动单元”的功能。另外，卷取辊53还发挥本发明的“卷绕单元”的功能。
[0070]如利用上述实施方式说明那样，在本发明的电池用电极中，例如也可以在两条第二线之间配置至少一条第一线。第二线使相对按压力的电池用电极的耐久性提高，另一方面与第一线相比不利于充放电特性。因此，从确保相对按压力的耐久性和高速充放电特性的角度来说，与排列多条第二线相比，以夹持在两条第二线之间的方式设置至少一条第一线更有利。
[0071]另外例如，优选第二线的截面中的高度与宽度的比即高宽比小于I。通过设置宽度大于高度的第二线，几乎不会产生第二线因来自高度方向的按压而压曲的情况，从而能够进一步提高相对按压力的耐久性。
[0072]另一方面，优选第一线的例如高宽比为I以上。通过混有宽度宽的第二线，使第一线压曲的可能性变得极其低，从而能够不考虑耐负载来设定第一线的高宽比。尤其，若使第一线的高宽比为I以上，则在形成电池时与电解质层相接触的活性物质层的表面积有效地增加，从而能够进一步提高充放电特性。
[0073]另外例如，也可以使由相邻的两条活性物质线形成的线对中的线间隔，在任意的线对中都相同。在对线间隔不恒定的电池用电极施加按压力的情况下，应力集中在线间隔大的部分，从而容易产生活性物质线的压曲和倒塌。通过使线间隔恒定，使按压力分散，从而能够有效地防止压曲和倒塌。
[0074]另外例如，以使排列在基材上的活性物质线的列中的最外侧的活性物质线为第二线的方式，排列活性物质线。最外侧的活性物质线容易受到来自外部的按压力，尤其有时受到来自与高度方向不同的斜向的外力。通过使最外侧的活性物质线为相对按压力的耐力大的第二线，能够可靠地防止最外侧的第二线的内侧的第一线压曲或倒塌。[0075]另外，在本发明的电池用电极的制造方法中，例如也可以使排列有多个用于连续地喷出涂敷液的喷出口的涂敷液喷出单元和基材沿着延伸设置方向相对移动，来在基材表面上涂敷涂敷液，而且，多个喷出口包括具有与第一宽度相对应的开口宽度的第一喷出口和具有与第二宽度相对应的开口宽度的第二喷出口，从第一喷出口以及第二喷出口同时喷出涂敷液，从而同时形成第一线和第二线。这样，能够在短时间内有效地制造具有上述那样的特征的电池用电极。
[0076]此时，例如还可以包括如下工序，S卩，一边沿着延伸设置方向搬运片状的基材，一边从涂敷液喷出单元向基材表面涂敷涂敷液,而且卷绕涂敷有涂敷液的基材。如上所述,通过涂敷形成的活性物质层可能在卷绕基材时被按压，但是在本发明中能够形成相对按压力的耐力高的活性物质层，因此能够有效地防止因按压而使活性物质线压曲或倒塌。
[0077]另外例如，还可以包括以规定的按压力按压形成在基材表面上的第一线以及第二线的工序。通过按压第一线以及第二线，能够提高活性物质层的密度来使作为电极的能量密度提高。此时，可能因进行按压而使活性物质线压曲或者倒塌，从而反而使性能降低，但是在本发明中消除了该问题。
[0078]另外，在本发明的电池用电极的制造装置中，例如还可以设置用于卷绕涂敷有涂敷液的片状的基材的卷绕单元。在本发明中，能够形成相对按压力的耐力高的活性物质层，因此能够有效地防止在卷绕时因按压而使活性物质线压曲或倒塌。
[0079]此外，本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离其宗旨的情况下，能够进行除了上述内容之外的各种变更。例如，在上述实施方式的电极10等中，通过混有线宽度不同的两种活性物质线，能够确保高速充放电特性和针对按压力的耐性。但是，并不限定于此，也可以是还包括具有与第一线、第二线都不同的第三宽度的线的图案。在这样的方式中，越是高宽比大的线，则主要用于高速充放电特性，越是高宽比小的线，则主要用于实现针对按压力的耐性。
[0080]另外例如，在上述实施方式的电极制造装置5中，通过所谓辊到辊方式的制造方法来连续地制造电极，在所述辊到辊方式的制造方法中，在卷绕成滚筒状的长片的基材100上涂敷含有活性物质材料的涂敷液，然后再次卷绕。但是，本发明并不限定于此，例如还能够适用于向独立的单张的基材涂敷涂敷液的单张式的制造装置以及制造方法。因为在单张式的制造方法中，也在层叠电极或装入于封装内时向电极施加按压力。
[0081]另外，上述实施方式的活性物质线的截面形状仅为一例，并不限定于此，而能够利用任意的截面形状。另外设置在涂敷喷嘴上的喷出口的开口形状也并不限定于上述实施方式那样的矩形，能够利用各种形状。
[0082]另外，上述实施方式的电池为锂离子二次电池模块，但是上述各功能层的材料仅为一例，并不限定于此。另外，并不限定于锂离子电池，对使用其它材料的化学电池以及该电池用电极也能够应用本发明的结构以及制造技术。
[0083]根据本发明，能够制造确保高速充放电特性和针对按压的耐性的电池用电极以及具有该电池用电极的电池。
【权利要求】
1.一种电池用电极，其特征在于 具有: 基材，发挥集电体的功能， 活性物质层，由活性物质材料形成的多条活性物质线排列而成，所述多条活性物质线分别以沿着规定的延伸设置方向呈线状延伸的方式形成在所述基材的表面上； 所述活性物质线包括: 第一线，与所述延伸设置方向相垂直的截面的宽度为第一宽度， 第二线，与所述延伸设置方向相垂直的截面的宽度为大于所述第一宽度的第二宽度，并且该第二线的距所述基材表面的高度为所述第一线的高度以上。
2.根据权利要求1所述的电池用电极，其特征在于，在两条所述第二线之间配置有至少一条所述第一线。
3.根据权利要求1所述的电池用电极，其特征在于，所述第二线的所述截面的高度与宽度的比小于I。
4.根据权利要求1所述的电池用电极，其特征在于，所述第一线的所述截面的高度与宽度的比为I以上。
5.根据权利要求1所述的电池用电极，其特征在于，由相邻的两条所述活性物质线形成的线对的线间隔，在任意的线对中都相同。
6.根据权利要求1所述的电池用电极，其特征在于，排列在所述基材上的所述活性物质线的列中的最外侧的所述活性物质线为所述第二线。
7.—种电池，其特征在于， 具有: 正极电极，具有正极集电体以及正极活性物质层， 负极电极，具有负极集电体以及负极活性物质层， 电解质层，设置在所述正极电极和所述负极电极之间； 所述正极电极以及所述负极电极中的至少一个电极具有与权利要求1至6中任一项所述的电池用电极相同的结构。
8.—种电池用电极的制造方法，其特征在于， 包括: 第一线形成工序，在发挥集电体的功能的基材的表面上呈线状涂敷含有活性物质材料的涂敷液，由该活性物质材料形成多条第一线，所述第一线沿着规定的延伸设置方向延伸，并且该第一线的与该延伸设置方向相垂直的截面的宽度为第一宽度； 第二线形成工序，在所述基材的表面中的与所述第一线不同的位置上呈线状涂敷所述涂敷液，由所述活性物质材料形成多条第二线，所述第二线沿着所述延伸设置方向延伸，并且该第二线的与该延伸设置方向相垂直的截面的宽度为大于所述第一宽度的第二宽度，且该第二线的距所述基材表面的高度为所述第一线的高度以上。
9.根据权利要求8所述的电池用电极的制造方法，其特征在于， 使所述基材和排列有多个连续地喷出所述涂敷液的喷出口的涂敷液喷出单元沿着所述延伸设置方向相对移动，来在所述基材表面上涂敷所述涂敷液，而且，所述多个喷出口包括具有与所述第一宽度相对应的开口宽度的第一喷出口和具有与所述第二宽度相对应的开口宽度的第二喷出口，通过从所述第一喷出口以及所述第二喷出口同时喷出所述涂敷液，同时形成所述第一线和所述第二线。
10.根据权利要求9所述的电池用电极的制造方法，其特征在于， 还包括卷绕工序，在该卷绕工序中，一边沿着所述延伸设置方向搬运片状的所述基材，一边从所述涂敷液喷出单元向所述基材表面涂敷所述涂敷液，而且卷绕涂敷有所述涂敷液的所述基材。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的电池用电极的制造方法，其特征在于， 还包括以规定的按压力按压形成在所述基材表面上的所述第一线以及所述第二线的工序。
12.—种电池用电极的制造装置，其特征在于， 具有: 涂敷液喷出单元，其具有沿着规定的排列方向呈列状排列的多个喷出口，从该喷出口分别喷出含有活性物质材料的涂敷液， 相对移动单元，在发挥集电体的功能的基材的表面与所述多个喷出口分别相向的状态下，使所述基材和所述涂敷液喷出单元沿着与所述排列方向相交的方向相对移动； 所述多个喷出口包括在所述排列方向上的开口宽度彼此相等的多个第一喷出口和在所述排列方向上的开口宽度彼此相等且大于所述第一喷出口的开口宽度的多个第二喷出Π, 在所述基材的表面上，由所述第一喷出口所喷出的所述涂敷液中的所述活性物质材料形成具有第一宽度的第一线，由所述第二喷出口所喷出的所述涂敷液中的所述活性物质材料形成第二线，所述第二线具有大于所述第一宽度的第二宽度，且该第二线的距所述基材表面的高度为所述第一线的高度以上。
13.根据权利要求12所述的电池用电极的制造装置，其特征在于，具有用于卷绕涂敷有所述涂敷液的片状的所述基材的卷绕单元。
【文档编号】H01M10/0525GK104009203SQ201410064786
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年2月25日 优先权日:2013年2月25日
【发明者】真田雅和 申请人:大日本网屏制造株式会社