用于生產儲電材料的設備和方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及用于生產儲電材料的設備和方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，鋰離子二次電池在混合動力車、電動車等中使用。鋰離子二次電池的電極 通過以下方法生產：將粉末或其它形式的活性材料與增稠劑溶液一起捏合以獲取儲電材料 的漿料，之后將儲電材料漿料施涂于基材例如鋁箔，并且干燥所施涂的漿料。通過將這樣的 電極切割成給定尺寸、將所切割電極與介于其間的隔板一起堆疊以及將該堆疊體連同非水 電解液一起封入殼體中來制得鋰離子二次電池。
[0003] 專利文獻1描述了儲電材料漿料，其包含含氟化合物表面活性劑以被均勻施涂于 基材。專利文獻2描述了使用碳材料作為活性材料的電極，其中碳層包含非離子表面活性 劑以具有增強的非水電解液潤濕性。
[0004] [專利文獻 1]JP-A-2001-250558
[0005] [專利文獻 2]JP-A-10_92436
【發明內容】
[0006] 因此，提供用于生產儲電材料的設備和方法是本發明的一個有利方面，該設備和 方法具有以下特征：其中活性材料粉末、增稠劑溶液等的混合物容易輸送。
[0007] 根據本發明的一個有利方面，提供了用于生產儲電材料的生產設備，該儲電材料 至少包括增稠劑和活性材料，該生產設備包括：用于生產含表面活性劑的增稠劑溶液的溶 液生產裝置，和用于使溶液與活性材料的粉末一起捏合的混合物捏合裝置。
[0008] 該混合物捏合裝置可以包括混合物輸送裝置，其輸送溶液和活性材料的粉末的混 合物。
[0009] 溶液生產裝置可以包括：用于使表面活性劑和增稠劑溶解在溶劑中的增稠劑溶解 裝置，和用于調節溶液以使其具有給定粘度的粘度調節裝置。
[0010] 根據本發明的另一個有利方面，提供了用于生產儲電材料的方法，該儲電材料至 少包括增稠劑和活性材料，該方法包括：
[0011] 生產含表面活性劑的增稠劑溶液的溶液生產步驟；和
[0012] 將該溶液與活性材料的粉末一起捏合的混合物捏合步驟。
[0013] 該方法還可以包括混合物輸送步驟，其中輸送溶液和活性材料的粉末的混合物。
[0014] 溶液生產步驟可以包括：其中表面活性劑和增稠劑溶解在溶劑中的增稠劑溶解步 驟，和調節溶液以使其具有給定粘度的粘度調節步驟。
[0015] 表面活性劑可以是含氟化合物材料。
[0016] 該含氟化合物材料可以對水具有親和性。
[0017] 可以加入量為0.01重量％至0.3重量％的表面活性劑。
【附圖說明】
[0018] 圖1是以圖解方式示出作為本發明一個實施方案的儲電材料生產設備的構造的 視圖。
[0019] 圖2是示出通過作為本發明的一個實施方案的儲電材料生產設備的生產控制器 進行處理的流程圖。
[0020] 圖3是示出活性材料在增稠劑溶液中的沉降速率的圖，疏水性含氟化合物表面活 性劑和親水性含氟化合物表面活性劑已分別加入增稠劑溶液中。
[0021] 圖4是示出親水性含氟化合物表面活性劑的加入量與活性材料沉降速率之間的 關系的圖。
[0022] 圖5是示出含表面活性劑的增稠劑溶液的粘度與在其中的溶解程度之間的關系 的圖。
[0023]圖6是示出由微波產生的增稠劑溶液的粘度、由攪拌力產生的增稠劑溶液的粘度 和由加熱產生的增稠劑溶液的粘度隨著經過時間的變化的圖。
[0024]圖7是示出最終的活性材料漿料的粘度與含表面活性劑的增稠劑溶液的粘度之 間的關系的圖。
[0025] 圖8是示出含表面活性劑的增稠劑溶液用微波進行的粘度調節和含表面活性劑 的增稠劑溶液用攪拌力進行的粘度調節隨著經過時間的變化的圖。
[0026] 圖9是示出電池的容量保持能力（即電池的耐用性（充電/放電循環特性））與 活性材料漿料的粘度之間的關系的圖。
[0027] 圖10是示出電池的容量保持能力與施加于活性材料上的累積碰撞能量之間的關 系的圖。
[0028] 圖11是示出液體和固體的表面張力隨溫度變化而變化的圖。
【具體實施方式】
[0029] 在專利文獻1和2中，儲電材料的漿料通過以下方法生產：將增稠劑、溶劑和呈粉 末或其它形式的活性材料同時引入容器中，并且捏合該混合物，即通過分批處理生產。由于 近年來對鋰離子二次電池的需求顯著增長，期望通過連續處理來生產漿料。然而，由于活性 材料粉末不易被增稠劑溶液潤濕，因而活性材料的粉末和增稠劑溶液的混合物傾向于在生 產設備內累積。所累積的混合物難以被輸送，此為連續漿料生產的障礙。
[0030] 本發明的一個目的（其在這些情況下已實現）是提供用于生產儲電材料的設備和 方法，該設備和方法具有以下特征：其中活性材料的粉末、增稠劑溶液等的混合物易于被輸 送。
[0031](通過該生產方法和生產設備生產的儲電材料）
[0032] 根據該實施方案，用于儲電材料的方法和生產設備構成例如鋰離子二次電池電極 (正極和負極）的方法和生產設備的一部分。鋰離子二次電池的電極各自通過以下方法生 產：將儲電材料的漿料作為儲電材料施涂于基材例如鋁箔或銅箔，以及干燥該漿料。根據此 實施方案，用于儲電材料的方法和生產設備是用于儲電材料漿料的方法和生產設備。
[0033] 儲電材料的實例如下。在正極的情況下，儲電材料的實例包括作為活性材料的鋰 鎳氧化物（固體成分）、作為溶劑的N-甲基吡咯烷酮（液體成分）、作為導電助劑的乙炔黑 和作為粘合劑的聚（偏二氟乙烯）。在負極的情況下，儲電材料的實例包括作為活性材料的 石墨（固體成分）、作為溶劑的水（液體成分）、作為增稠劑的羧甲基纖維素和作為粘合劑 的SBR橡膠和聚（丙烯酸）。下文給出了對用于負極的儲電材料的說明。
[0034]如上文所述，活性材料的粉末不易被增稠劑溶液所潤濕，此不良的潤濕性是連續 捏合的障礙。因此，有必要改進增稠劑溶液對活性材料的粉末的潤濕性，即提高潤濕率。潤 濕率可以由潤濕角和增稠劑溶液的粘度兩者來表示，所述潤濕角由活性材料粉末的表面張 力和增稠劑溶液的表面張力來表示。
[0035]為提高潤濕率，可以使用以下權宜之計：提高活性材料粉末的表面張力以增大潤 濕角、降低增稠劑溶液的表面張力以增大潤濕角，或降低增稠劑溶液的粘度。為提高活性材 料粉末的表面張力，可以通過紫外輻照進行表面改性。為降低增稠劑溶液的表面張力，可以 使用加入表面活性劑或提高溫度的方法。為降低增稠劑溶液的粘度，可以使用提高溫度或 改變分子量的方法。作為實驗的結果，發現在以上權宜之計中，提高潤濕率最有效的方法是 加入表面活性劑以降低增稠劑溶液的表面張力。
[0036] 存在非離子表面活性劑和離子表面活性劑。雖然離子表面活性劑包括陽離子表 面活性劑、陰離子表面活性劑和兩性表面活性劑，但因為所有這些表面活性劑都抑制充電 /放電反應，