CN103779537B - 电池电极的制造方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电池电极的制造方法和装置，所述制造方法包括以下步骤：在电极基材（15）上涂覆电极浆料（16）；使涂覆在所述电极基材上的所述电极浆料在干燥炉（121）内干燥；使用辐射热计量装置（13）测量干燥期间的所述电极浆料（16）的辐射热；以及基于所测得的辐射热来判定干燥期间的所述电极浆料的干燥状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池电极的制造方法和一种电池电极的制造装置。
背景技术
在日本专利申请公报No.2003-178752（JP2003-178752A）中，公开了一种评价在用于非水电解质二次电池中的板状电极的制造过程中涂覆在电极基板上的电极浆料（电极糊）的干燥状态的方法。根据在JP2003-178752A中公开的评价干燥状态的方法，温度测量装置嵌埋于电极浆料中，并由相对于温度测量装置在干燥装置内的移动时间或移动距离的温度变化的拐点来评价电极浆料的干燥状态。
根据在JP2003-178752A中公开的评价干燥状态的方法，用于验证电极浆料的干燥条件的评价能够作为事先准备进行，但无法判定实际制造过程中电极浆料的干燥状态。因此，当干燥条件由于环境变化的影响而以事后归因的方式变化时，例如，电极浆料可能未充分干燥。亦即，根据在JP2003-178752A中公开的评价干燥状态的方法，存在无法提高电极浆料产量的问题。
发明内容
本发明提供了一种电池电极的制造方法，该制造方法能通过判定制造过程期间电极浆料的干燥状态来提高产量，还提供了一种电池电极的制造装置。
本发明的第一方面涉及一种电池电极的制造方法，所述制造方法包括：在电极基材上涂覆电极浆料；使涂覆在所述电极基材上的所述电极浆料在干燥炉内干燥；使用辐射热计量装置测量干燥期间的所述电极浆料的辐射热；以及基于所测得的辐射热来判定所述电极浆料的干燥状态。根据该方法，由于能判定制造过程中电极浆料的干燥状态，故能提高产量。
所述辐射热计量装置可配置在所述干燥炉内的气氛温度恒定的位置。由此，能不受蒸发溶剂影响地判定干燥状态。
可在干燥期间的所述电极浆料和所述辐射热计量装置之间吹送空气。由此，甚至在干燥过程中，也能不受蒸发溶剂影响地判定干燥状态。
所述辐射热计量装置可包括红外线吸收传感器。
本发明的第二方面涉及一种电池电极的制造装置，所述制造装置包括：干燥装置，所述干燥装置使涂覆在电极基材上的电极浆料在干燥炉内干燥；辐射热计量装置，所述辐射热计量装置测量干燥期间的所述电极浆料的辐射热；和判定部，所述判定部基于所测得的辐射热来判定所述电极浆料的干燥状态。由此，由于在制造过程中能判定电极浆料的干燥状态，故能提高产量。
根据本发明，能提供电池电极的所述制造方法，该制造方法能通过判定制造过程期间电极浆料的干燥状态来提高产量，还能提供所述制造装置。
附图说明
下面将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中：
图1是示出锂离子二次电池的原理的剖面示意图；
图2是示出根据本发明一实施例的用于制造电池电极的装置的图示；以及
图3是示出电极浆料的干燥时间、电极浆料的温度和干燥炉内的蒸发溶剂的量之间的关系的图示。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本发明的一个实施例。首先，将描述作为用本实施例的电极制造装置（用于制造电池电极的装置）制造的一种电池的锂离子二次电池。
图1是示出锂离子二次电池的原理的剖面示意图。锂离子二次电池可向预定负载（图中未示出）供给电力。如图1所示，锂离子二次电池包括载持正极活性物质的正极1、载持负极活性物质的负极2、以及配置在正极1和负极2之间的分隔件（隔板）3。正极1和负极2为多孔的并且包含非水电解质溶液。
实际的锂离子二次电池例如具有带状正极1和带状负极2经由带状分隔件3卷绕的卷绕结构或多个正极1和多个负极2经由分隔件3交替地层叠的层叠结构。此外，锂离子二次电池可为通过将多个锂离子二次电池电连接而构成的单个锂离子二次电池或电池组。
（正极1）
正极1包括正极活性物质。正极活性物质为能储存和释放锂的材料。作为正极活性物质，例如，能够使用锂钴氧化物（LiCoO2）、锂锰氧化物（LiMn2O4）和锂镍氧化物（LiNiO2）。可使用通过以任选的比率混合LiCoO2、LiMn2O4和LiNiO2并燃烧该混合物而获得的材料。作为复合物的一个示例，例如，能够列举通过以相等的比例混合这些材料而获得的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。
此外，正极1可包含导电剂。作为导电剂，例如，能够使用炭黑，诸如乙炔黑（AB）和科琴黑，以及石墨。
例如，通过在正极集电体（电极基材）上涂覆通过混捏正极活性物质、导电剂、溶剂和粘合剂而获得的正极混合物（电极浆料）并使所涂覆的正极混合物干燥，能够获得正极1。这里，作为溶剂，例如，能够使用N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）溶液。作为粘合剂，例如，能够使用聚偏氟乙烯（PVDF）、丁苯橡胶（SBR）、聚四氟乙烯（PTFE）和羧甲基纤维素（CMC）。此外，作为正极集电体，能够使用由铝或铝合金制成的金属箔。
（负极2）
负极2包括负极活性物质。负极活性物质为能够储存和释放锂的材料，并且例如能够使用由石墨制成的碳粉材料。而且，以与正极相同的方式，混捏负极活性物质、溶剂和粘合剂，将混捏的负极混合物（电极浆料）涂覆在负极集电体（电极基材）上并干燥，由此能够制造负极。作为负极集电体，能够使用由例如铜、镍或它们的合金制成的金属箔。
（分隔件3）
作为分隔件3，能够使用绝缘多孔膜。例如，作为分隔件3，能够使用诸如聚乙烯膜、聚烯烃膜和聚氯乙烯膜之类的多孔聚合物膜，或离子导电聚合物电解质膜。作为分隔件3，这些膜可单独地或组合地使用。
（非水电解质溶液）
非水电解质溶液是非水溶剂中含有载体盐的组合物。这里，作为非水溶剂，能够使用选自碳酸丙烯酯（PC）、碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸二甲酯（DMC）和碳酸甲乙酯（EMC）的群组中的一种或多种材料。此外，作为载体盐，能够使用选自LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3和LiI中的一种或多种锂化合物（锂盐）。
<与本实施例有关的电极制造装置的说明>
接下来，将参照图2描述根据本实施例的电极制造装置。图2是示出根据本实施例的电极制造装置10的图示。图2所示的电极制造装置10包括传送和涂覆装置11、干燥装置12、传感器（辐射热计量装置）13和干燥状态判定部14。
在本实施例中，将描述电极制造装置10制造锂离子二次电池的正极的情形作为示例。然而，对此不存在限制。电极制造装置10也能够制造锂离子二次电池的负极。此外，电极制造装置10还能够制造使用板状电极的其它电池（除锂离子二次电池以外的二次电池和燃料电池）的电极。
（传送和涂覆装置11）
传送和涂覆装置11是在将电极浆料涂覆在电极基材上以形成板状电极的同时传送所形成的板状电极的装置。具体而言，传送和涂覆装置11包括退绕辊111、支承辊112、引导辊113、卷取辊114和模115。
电极基材15从退绕辊111连续退绕，经过支承辊112和引导辊113，并被卷取辊114卷取。模115配置在支承辊112附近并放出电极浆料16。
从退绕辊111连续退绕的电极基材15沿着支承辊112的周面传送并被卷取辊114卷取。此时，从模115放出的电极浆料16以预定量被涂覆在电极基材15的表面上。
（干燥装置12）
干燥装置12是使涂覆在电极基材15上的电极浆料16干燥的装置。具体而言，干燥装置12包括干燥炉121和空气吹送装置122。
干燥炉121为例如隧道式干燥炉，并配置在支承辊112的后段中。空气吹送装置122配置在干燥炉121的内部并从一个或多个喷嘴吹送热空气。干燥装置12利用从空气吹送装置122吹出的热空气使涂覆在电极基材15上并传送到干燥炉121内部的电极浆料16干燥。
（传感器13）
传感器13是测量在干燥炉121内部干燥期间的电极浆料16的辐射热的部段。传感器13是例如红外线吸收传感器，并且包括会集干燥期间的电极浆料16的辐射热（红外线能量）的透镜131和根据由透镜131会集的辐射热的量（热通量）输出电极浆料16的温度信息的吸收器132。
这里，热通量q[W/m2]由下式（1）表示。
q=σ·ε·T4…(1)
在上式中，σ表示波尔兹曼常数（5.67×10-8[W/m2k4]），ε表示放射率，T表示被测物体的温度[K]。
如从式（1）可见，通过测量作为测量对象的电极浆料16的辐射热以指定其热通量（q），能够计算出作为测量对象的电极浆料16的温度（T）。
本实施例的传感器13配置在干燥炉121内的气氛温度恒定的位置。由此，传感器13能够以高精度测量电极浆料16的辐射热而不受蒸发溶剂影响。（亦即，下述干燥状态判定部14能够判定干燥状态而不受蒸发溶剂影响）。
此外，本实施例的传感器13配置在空气吹送装置122的热空气出口附近。更具体而言，热空气优选在干燥期间从空气吹送装置122吹出到传感器13和电极浆料16之间的空间。由于干燥期间在传感器13和电极浆料16之间存在的蒸发溶剂被除去，故传感器13甚至在干燥期间也能够以高精度测量电极浆料16的辐射热而不受蒸发溶剂影响。（亦即，下述干燥状态判定部14甚至在干燥期间也能够判定干燥状态而不受蒸发溶剂影响）。
当电极制造装置10制造作为电池电极的锂离子二次电池的正极时，传感器13优选构造成吸收在4至5μm和10至14μm的范围内的红外线。由此，传感器13能够以高精度测量测量对象的辐射热。
另一方面，当电极制造装置10制造作为电池电极的锂离子二次电池的负极时，传感器13优选构造成吸收在7至14μm的范围内的红外线。由此，传感器13能够以高精度测量测量对象的辐射热。
此外，当电极制造装置10制造作为电池电极的锂离子二次电池的正极时，通过传感器13规定的测量对象的放射率优选在0.9至0.95的范围内。由此，传感器13能够以高精度测量测量对象的辐射热。
另一方面，当电极制造装置10制造作为电池电极的锂离子二次电池的负极时，通过传感器13规定的测量对象的放射率优选在0.7至0.9的范围内。由此，传感器13能够以高精度测量测量对象的辐射热。
（干燥状态判定部14）
干燥状态判定部14基于传感器13的测量结果（温度信息）来判定干燥期间的电极浆料16的干燥状态。当干燥状态判定部14基于测量结果判定出干燥期间的电极浆料16的温度达到预定温度时，干燥状态判定部14判定为电极浆料16充分干燥。
图3是示出电极浆料16的干燥时间、电极浆料16的温度（工作温度）和干燥炉121中的蒸发溶剂的量之间的关系的图示。
如图3所示，在干燥初期，由于电极浆料16未干燥，故电极浆料16的温度低，并且炉内的蒸发溶剂的量大（蒸发溶剂的浓度高）。然而，随着干燥进行，电极浆料16的温度升高并且炉内的蒸发溶剂的量减少（蒸发溶剂的浓度降低）。当电极浆料16充分干燥时，电极浆料16的温度达到炉内的气氛温度并且变得恒定。（此外，炉内的蒸发溶剂此时变成接近零。）
这里，干燥状态判定部14判定由干燥期间的电极浆料16的热辐射确定的电极浆料16的温度是否达到炉内的气氛温度来判定电极浆料16是否干燥。
例如，当由干燥期间的电极浆料16的热辐射确定的温度（亦即，干燥期间的电极浆料16的温度）尚未达到炉内的气氛温度时，干燥状态判定部14判定为电极浆料16未充分干燥。另一方面，当由干燥期间的电极浆料16的热辐射确定的温度（亦即，干燥期间的电极浆料16的温度）已达到炉内的气氛温度时，干燥状态判定部14判定为电极浆料16充分干燥。
如上所述，根据本实施例的电极制造装置包括测量干燥期间的电极浆料的辐射热的传感器，和基于传感器的测量结果来判定干燥期间的电极浆料的干燥状态的干燥状态判定部。由此，根据该实施例的电极制造装置10能够在制造步骤中判定电极浆料的干燥状态（在线（in-line）判定）。因而，即使在干燥条件由于环境变化而改变时，也能以高精度判定电极浆料的干燥状态。作为其结果，根据该实施例的电极制造装置10能提高电池电极的产量。
在上文中，已参考该实施例描述了本发明。然而，本发明并不限于该实施例的构型并且包括本领域技术人员能够想到的在本发明的范围内的所有各种变型、修正和组合。
Claims (4)
1.一种电池电极的制造方法，包括：
在电极基材(15)上涂覆电极浆料(16)；
使涂覆在所述电极基材上的所述电极浆料在干燥炉内干燥；
使用辐射热计量装置(13)测量干燥期间的所述电极浆料的辐射热，所述辐射热计量装置(13)配置在所述干燥炉内的气氛温度恒定的位置；
在干燥期间的所述电极浆料(16)和所述辐射热计量装置(13)之间吹送空气；以及
基于所测得的辐射热来判定所述电极浆料的干燥状态。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述辐射热计量装置(13)包括红外线吸收传感器。
3.一种电池电极的制造装置，包括：
干燥装置(12)，所述干燥装置使涂覆在电极基材上的电极浆料在干燥炉内干燥；
辐射热计量装置(13)，所述辐射热计量装置测量干燥期间的所述电极浆料的辐射热并且配置在所述干燥炉内的气氛温度恒定的位置；
空气吹送装置，所述空气吹送装置在干燥期间的所述电极浆料(16)和所述辐射热计量装置(13)之间吹送空气；和
判定部(14)，所述判定部基于所测得的辐射热来判定所述电极浆料的干燥状态。
4.根据权利要求3所述的制造装置，其中，所述辐射热计量装置配置在所述空气吹送装置的热空气出口附近。
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