(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄フィルム基材の表面上に設けられたカソード材料の処理方法であって、
供給機構と巻取機構の間を薄フィルム基材を移動させること、ここでカソード材料の一部はその表面から突出している欠陥を含む、
供給機構と巻取機構の間にある処理部において研磨材料のフィルムをカソード材料の表面に対して、前記薄フィルム基材が処理部を通過する方向と実質的に反対の方向に移動させることによってカソード材料の表面を処理し、カソード材料の表面の85°光沢値を少なくとも10高めるように前記欠陥の高さを低くすること
を含む方法。
【請求項２】
研磨材料のフィルムが、大きさが２〜60μｍである研磨粒子を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
薄フィルム基材の表面上に設けられたカソード材料の処理方法であって、
供給機構と巻取機構の間を薄フィルム基材を移動させること、ここでカソード材料の一部はその表面から突出している欠陥を含む、
供給機構と巻取機構の間にある処理部において研磨材料を配置したローラをカソード材料の表面に対して、前記薄フィルム基材が処理部を通過する方向と実質的に反対の方向に移動させることによってカソード材料の表面を処理し、カソード材料の表面の85°光沢値を少なくとも10高めるように前記欠陥の高さを低くすること
を含む方法。
【請求項４】
カソード材料の表面を処理することが、
第一の処理部において第一のグレードの第一の研磨材料により処理すること、及び
第二の処理部において第二のグレードの第二の研磨材料により処理すること、
をさらに含む、請求項１又は３記載の方法。
【請求項５】
カソード材料の表面を処理することが、
第一の処理部において薄フィルム基材の第一の面に設けられたカソード材料の表面を処理すること、及び
第二の処理部において薄フィルム基材の第二の面に設けられたカソード材料の表面を処理すること、
をさらに含む、請求項１又は３記載の方法。
【請求項６】
カソード材料の表面を処理することが、薄フィルム基材の第一の面及び第二の面に設けられたカソード材料をそれぞれ同時に処理することをさらに含む、請求項５記載の方法。
【請求項７】
カソード材料の表面を処理することが、薄フィルム基材の第一の面及び第二の面に設けられたカソード材料をそれぞれ連続して処理することをさらに含む、請求項５記載の方法。
【請求項８】
カソード材料の表面を処理することが、カソード材料の表面を研磨材料により処理して欠陥の高さを10μｍ以下の高さまで低下させることをさらに含む、請求項１又は３記載の方法。
【請求項９】
薄フィルム基材の表面上に設けられたカソード材料を処理する装置であって、
協同して作動し、薄フィルム基材を移動させる供給機構と巻取機構、ここで前記カソード材料の一部はその表面から突出している欠陥を含む、及び
研磨材料をカソード材料の表面に対して、前記薄フィルム基材が処理部を通過する方向と実質的に反対の方向に移動させることによってカソード材料の表面を処理し、カソード材料の表面の85°光沢値を少なくとも10高めるように前記欠陥の高さを低くするための処理部
を含む装置。
【請求項１０】
前記処理部が、その上を薄フィルム基材が通過する第一のローラ、及び
カソード材料表面に対して研磨材料のフィルムを移動させる第二のローラ
をさらに含む、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記薄フィルム基材が、接触角αに応じて変化する弧の長さを有する第一のローラの表面上を通過し、前記接触角αが80〜160°の間で変化する、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記処理部が、
その上を薄フィルム基材が通過する第一のローラ、及び
カソード材料表面に対してかつ第一のローラ上で研磨材料のフィルムを移動させる第二のローラ
をさらに含む、請求項９記載の装置。
【請求項１３】
前記処理部が、
その上を薄フィルム基材が通過する第一のローラ、及び
カソード材料表面と接触する研磨材料を設けた第二のローラ
をさらに含む、請求項９記載の装置。
【請求項１４】
前記処理部が、
第一のグレードの第一の研磨材料でカソード材料表面を処理するための第一の処理部、及び
第二のグレードの第二の研磨材料でカソード材料表面を処理するための第二の処理部
をさらに含む、請求項９記載の装置。
【請求項１５】
前記処理部が、
薄フィルム基材の第一の面に設けられたカソード材料の表面を処理するための第一の処理部、及び
薄フィルム基材の第二の面に設けられたカソード材料表面を処理するための第二の処理部
をさらに含む、請求項９記載の装置。
【請求項１６】
研磨材料のフィルムが、大きさが２〜60μm である研磨粒子を含む、請求項９記載の装置。
【請求項１７】
リチウムアノードホイルの処理方法であって、
供給機構と巻取機構の間にリチウムアノードホイルを移動させること、ここでアノードホイルはその表面上にパッシベーション層を含む、
処理部において研磨材料のフィルムを、アノードホイルが処理部を通過する方向と実質的に反対の方向に移動させることによってアノードホイルの表面を処理し、アノードホイルの表面を清潔にしかつその粗さを低下させること
を含む方法。
【請求項１８】
研磨材料のフィルムが、大きさが２〜60μｍである研磨粒子を含む、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
アノードホイル表面を処理することが、
第一の処理部において第一のグレードの第一の研磨材料によりアノードホイル表面を処理すること、及び
第二の処理部において第二のグレードの第二の研磨材料によりアノードホイル表面を処理すること
をさらに含む、請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
アノードホイル表面を処理することが、アノードホイル表面の粗さを１〜２μｍの平滑度まで低下することを含む、請求項１７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、エネルギー貯蔵装置に関し、詳細には、薄フィルム基材上に設けられたカソード材料の処理装置及び処理方法に関する。
【０００２】
発明の背景
容量の小さな容器において高いエネルギーを発生させるバッテリー技術を開発するため、エネルギー貯蔵装置の製造に対して新規なかつ改良された電気及び電子機構に対する要求が高まっている。最近多くの先端バッテリー技術、例えば水素化金属（例えばＮｉ−ＭＨ）、リチウムイオン、及びリチウムポリマー電池技術、が開発され、これらは多くの産業及び消費者の用途に必要なレベルのエネルギーを発生させかつ安全性を与えると考えられる。しかし、そのような先端バッテリー技術は、先端エネルギー貯蔵装置の製造を喚起する特性を示すことが多い。
【０００３】
例えば、高密度、薄フィルムリチウムバッテリーは通常、基材上に付着された金属リチウム、リチウム金属合金、リチウム金属酸化物もしくはリチウム−カーボン複合体を含むアノードを用いて加工されている。１つのバッテリーの構成によれば、カソードは金属基材上に付着された金属酸化物、典型的にはバナジウム酸化リチウム(lithiated vanadium)、又はそのような酸化物の改質体を含む。固体ポリマー電解質フィルムは通常活性アノードとカソード材料の間に位置している。電気化学電池、モジュール、及びバッテリーはこの基本的なアノード／電解質／カソード薄フィルム積層構造体を用いて構成されている。
【０００４】
高密度リチウムバッテリーの製造者は現在、高容量製造環境において信頼性の高い薄フィルムリチウム電池を製造する問題に直面している。従来の技術において解決すべきかつ改良すべき特に不具合な機構は、ラッピング法の使用により薄フィルム電気化学電池を形成後に観察されることが多い電池電圧の不安定さである。他の関連する不具合な機構は、ラッピング法の終了後に電池内で電気的ショートが発生することである。
【０００５】
先端バッテリー製造産業では、電圧の不安定さ及び電気的ショートが発生する傾向が低い、高密度、薄フィルムリチウム電池及びバッテリーの製造方法及び製造装置が要求されている。本発明はこれら及び他の要求を満たす。
【０００６】
発明の概要
本発明は、薄フィルム基材の表面上に設けられたカソード材料の処理装置及び処理方法、並びに平滑性の高い処理された薄フィルムカソードに関する。未処理カソード材料のウェブを供給機構と巻取機構の間に移動させ、処理部を通過させる。カソード材料のウェブは通常、カソード材料の表面からの突起のような表面欠陥を有する領域を含む。カソード材料の表面は研磨材料により処理され、この材料の85°光沢値を少なくとも約10高めるようこの突起の高さが低下される。カソード材料のウェブは同時にもしくは他の処理部においてさらに研磨処理を行ってもよい。カソード材料を加工するため、処理部において磨きもしくはラップフィルムを用いる。カソード材料のウェブを加工するために研磨ローラを用いてもよい。本発明の装置及び方法は、リチウムアノードホイルの表面を処理し、アノードホイル表面を清潔にしかつ表面の粗さを低下させるために用いてもよい。
【０００７】
上記の本発明の概要は、本発明の各態様を意図するものではない。本発明の利点は、添付図面と共に以下の詳細な説明を参照することにより明らかになるであろう。
【０００８】
発明の詳細な説明
以下の説明において、本発明の実施における様々な態様を示す添付図面を参照する。この態様を用いてもよく、また本発明の範囲から離れることなく構造変化を行ってよいことは理解されるであろう。
【０００９】
図面、詳細には図１Ａ〜１Ｂを参照すると、本発明の原理により再充電可能な電気化学発生機の製造に用いることができるソリッドステートの薄フィルム電気化学電池の態様が示されている。この電気化学電池20は、薄フィルム固体電解質26がアノードを構成するフィルム24とカソードを構成するフィルム28の間に配置されている、平坦な巻取プリズム状形態を有すると示されている。
【００１０】
中心カソード電流コレクターフィルム30は各カソードフィルム28の間に配置されている。アノードフィルム24はカソード電流コレクタ30に対して外側に並置され、電池20の第一の端部25に沿ってアノード24が露出しかつ電池20の第二の端部23に沿ってカソード電流コントローラ30が露出している。図１Ａ〜１Ｂに示す態様はコア素子22、例えばフォームもしくは金属スプリング、を含んでいてもよく、この回りに薄フィルム電気化学電池20が巻かれる。
【００１１】
図２Ａ〜２Ｃにおいて、再充電可能なエネルギー貯蔵装置に用いることができる薄フィルム電気化学電池の様々な態様が示されている。図２Ａに示すように、薄フィルム電気化学電池は、「ゼリーロール」形態で包装され、ほぼ円筒形の電池構造を形成し、この電池の第一の端部42は陽極接点43を形成し、第二の端部44は陰極接点45を形成する。この陽極接点43及び陰極接点45は一般に公知の金属スプレー法を用いて形成される。
【００１２】
図２Ｂ及び２Ｃは、薄フィルム再充電可能な電気化学電池の他の包装形態を説明している。図２Ｂに示す平坦なロール形態、又は図２Ｃに示す平坦な積層形態は、比較的小さな包装形態で比較的大きな薄フィルム電池表面積の集合体を与える。このような形態は電圧損失を最小にし、多層電池構造への及び多層電池構造からの電気エネルギーの有効な移動を可能にする。
【００１３】
一態様によれば、さらに図１Ａ〜１Ｂを参照すると、電気化学電池20は、イオン移送材料を構成する固体ポリマー電解質26、リチウム金属アノード24、及び活性酸化バナジウムカソード28を含む。このフィルム素子は、薄フィルム積層プリズム状構造を形成するよう加工され、ポリプロピレンフィルムのような絶縁フィルムを含んでいてもよい。アノード24及びカソード28フィルムの端部25、23の各々に沿って電流集成接点を形成するために公知の金属化法が用いられる。
【００１４】
図１Ａ〜１Ｂに示す電池は、中心カソード電流コレクタ30を含み、これは２つのカソードフィルム28の各々の間に配置され、二面電池形態を形成する。１つのカソードコレクタ30を１つのアノード／電解質／カソード素子形態に組み込んだ一面電池形態も用いてよい。この形態において、絶縁フィルムは各アノード／電解質／カソード／コレクタ素子形態の間に配置される。図面に示されている電気化学電池の部材は、米国特許第 5,415,954号、及び 4,897,917号に開示されている方法によって製造し、包装してもよい。
【００１５】
通常、リチウムポリマーバッテリーのコートされたカソードフィルムでは、製造方法によってはある種の不具合が生ずることが観察された。カソードコーティングの粒状の欠陥、凝集及び他の表面凹凸の存在は電気化学電池の電気特性の大きな低下を引起し、電池の致命的な不具合となる。例えば、図４は「テンティング」とよばれる現象を示しており、これは処理しておかないと、電気化学発生器の特性を大きく低下させることになる。
【００１６】
図３では、連続薄フィルム金属ウェブのような基材72上に設けられたカソードコーティング70が示されている。通常のカソードコーティング法の間、表面欠陥及び他の凹凸がカソードコーティング70の上に発生し、又は付着する。例えばカソード材料の突起74、又は他の表面欠陥76、例えば粒状汚染物、は固体ポリマー電解質及びカソードコーティング界面においてテンティングを引き起こす。テンティングは、カソードコーティング70上への固体ポリマー電解質78の積層の間における空気の封入によっても起こる。
【００１７】
テンティングをうけるカソードコーティング70の位置は、高い界面抵抗をうけ、積層電解質に浸透した欠陥はこの電解質層を薄くする。そのような位置は突起が形成しやすく、また機械的／電気的不具合が起こりやすい。
【００１８】
図４に明確に示されているように、カソードコーティング70の表面上の欠陥76は、カソードコーティング70に塗布されている固体ポリマー電解質層78に突出している。この欠陥は、その高さもしくは大きさが大きい場合、突起成長及び増加の主要な原因となる。そのような欠陥76は、電気化学電池を所定の用途に対して信頼性をなくすもしくは機能させなくする電気的ショートの主要な原因とも考えられている。
【００１９】
上記のような欠陥の封入及びテンティングから生ずる悪影響は、本発明の原理による処理法を用いることによって大きく低下されもしくはまったく排除される。本発明者は、カソードコーティング70上の表面形成及び欠陥の大きさ及び／又は数を低下させるに十分な程度までカソードコーティング70を研磨処理することによってテンティングの発生を抑制し、電気化学電池内の電気的ショートを抑制しかつ電気化学的特性を向上させることを見出した。
【００２０】
これら及び他の望ましい結果を達成するため、カソードコーティング70は、表面けっかの存在の影響を低下させ、なおかつカソードコーティング及びバインダマトリックスに悪影響を与えないように処理すべきである。例えば、カソードコーティング70は通常（かなずしも必須ではないが）、未硬化状態で形成される。そのような場合、バインダは比較的柔らかく、処理工程を面倒にする。例えば、通常の薄フィルムカソードコーティングは、約65wt％の酸化物、３wt％の導電性カーボン、及び34wt％のバインダを含む。体積の点では、酸化物及びバインダ材料の各々はコーティング体積の約50％を構成する。
【００２１】
この形態において、カソード材料／バインダコーティングの融点は約45℃である。加工温度を45℃以上の融点よりも高くすると、バインダ材料が流動し、望ましくない粘着及び他の問題を起こすことになる。バインダ材料の選択は酸化物材料の選択よりもカソードコーティングマトリックスの磨き仕上げ特性に与える影響が大きい。
【００２２】
処理されたカソードコーティング70の様々な特性を調べ、処理法の程度及び十分性を決定する。そのような特性の１つは、処理前及び処理後のカソードコーティング70の光沢である。一態様によれば、処理後のカソード材料の85°光沢値が約10高くなった場合に、改良されたカソードコーティングの特性が実現する。
【００２３】
85°光沢値の測定は標準的方法であり、これによりフィルムの粗さを測定してもよい。通常、カソードコーティング70は、処理後のカソード材料の85°光沢値が約10高くなった場合に、本発明の原理に従って十分に「処理された」と考えられる。ある用途では、リチウムバッテリーに用いるためのカソードフィルムコーティングを、その85°光沢値が少なくとも20、また他の用途では少なくとも40高くなるように処理することが望ましい。
【００２４】
以下の表１は、本発明の原理による処理前及び処理後のカソードコーティングから得られる85°光沢値を示す。第一の処理によるこのデータは、カソードコーティングサンプルを１つの処理部において処理することにより得られた。第二の処理によるデータは、第一の処理部においてカソードコーティングサンプルを処理し、続いて第二の処理部においてサンプルを処理することにより得られた。
【００２５】
【表１】
0004959050.tif 000002
【００２６】
第一及び第二の処理により磨き仕上げを行う前に、カソードコーティングの異なる部位において85°光沢値を５つ測定した。平均85°光沢値は12.72 であり、標準偏差は0.48であった。第一の処理の間、材料を５μｍのラッピングフィルムで処理した後のカソードコーティングサンプルの異なる部位において85°光沢値を５つ測定した。第一の処理についての光沢値の平均は24.78 であり、標準偏差は4.35であった。
【００２７】
第二の処理は、第一の処理部において５μｍのラッピングフィルムでカソード材料を磨き、次いで第二の処理部において２μｍのラッピングフィルムで磨き処理することを含む。カソードコーティングの異なる部位において85°光沢値を５つ測定し、平均85°光沢値は35.40 であり、標準偏差は8.06であった。比較のため、磨き仕上げの際に移動しないカソード材料ウェブの部位で磨き仕上げを行った。この静止カソード材料サンプルを約５分間、５μｍのラッピングフィルムを用いて磨いた。この静止ウェブの異なる部位において85°光沢値を５つ測定し、その光沢値は53.08 であり、標準偏差は3.89であった。
【００２８】
磨き仕上げによりカソードコートされたフィルムの平滑性もしくは光沢が向上することは明らかであった。電気化学電池性能を評価する実験は、85°光沢値が高いことによって示されるような磨き仕上げされたカソードフィルムが、磨き仕上げされていない同様の材料より構成された、事前に製造されたカソードフィルムよりも、ショート、突起形成もしくは他の同様な問題による不具合の発生率が低いことを示した。
【００２９】
処理法の十分性を示すために観察されるカソードコーティングの他の特性は、カソードコーティング70の表面に存在する大きな及び小さな欠陥の頻度である。表2 に示すデータは、レーザー検査システムを用いて得た。この実験に用いた２つのカソードコーティングのコーティング品質はかなり異なっている。磨き仕上げの前後においてレーザーシステムを用いてカソードコーティングをスキャンした。
【００３０】
このシステムはカソードコーティング表面をスキャンし、コーティング欠陥の頻度及び大きさを測定した。信号処置を用いて２つのサイズカテゴリー、すなわち大及び小の範囲内にある表面欠陥の数をカウントした。
【００３１】
【表２】
0004959050.tif 000003
【００３２】
表２に示すデータは、本発明の原理によるカソードコーティングの磨き仕上げが大及び小の両方の欠陥の頻度を約4.5 〜9.5 倍低下させることを示している。多くのケースについての10cmあたりのカウントで測定した平均欠陥頻度を以下の表３に示す。
【００３３】
【表３】
0004959050.tif 000004
【００３４】
ロールＡ及びロールＢからのカソードコーティングを取り出し、研磨前及び研磨後にWykoインターフェロメーターを用いて測定した。このインターフェロメーターはコーティング表面の１mm×１mmの領域の３次元像を形成し、表面形態のｚ方向寸法を描写する。このインターフェロメーターの１つの出力がＲｔであり、これは測定したサンプルに観察される最大高さ（μｍ）と最低高さの間の差を表している。この装置の他の出力は測定した粗さ（μｍ）の二乗平均値であり、これはＲｑで表されている。欠陥のない領域を比較のため分析した。６〜12のサンプルのサブグループサイズを用いた。
【００３５】
以下の表４及び５は、上記表３に示したレーザーシステムテストを行ったロールＡ及びＥの各々からのカソード材料のサンプル＃１〜＃４を用いて得られたインターフェロメーターのデータを示している。
【００３６】
【表４】
0004959050.tif 000005
【００３７】
カソードコーティングの欠陥を含まない領域から得られたデータは、欠陥を有する領域から得られたＲｔ及びＲｑの値に影響を与える表面不均一性の大きさを示している。例えば、ロールＡカソード材料についての欠陥を含む領域では、研磨前ではＲｔ値は30.6であった。比較としての11.7のＲｔ値を考慮すると、ロールＡサンプルに検出された欠陥の実際の高さは約19μｍである（すなわち、30.6−11.7μｍ）。研磨処理後のこれらの欠陥の実際の高さは約６μｍに低下している（すなわち、15.5−9.9 μｍ）。研磨処理前及び処理後のロールＥサンプルに検出された欠陥の実際の高さは、それぞれ約53μｍ（64.9−11.7μｍ）及び19μｍ（28.5−9.9 μｍ）である。
【００３８】
【表５】
0004959050.tif 000006
【００３９】
表４及び５に示したデータは、研磨処理によって両者のカソードコーティングサンプル中の表面欠陥の高さを低下させることを示している。例えば、ロールＡ及びロールＥにおけるカソード材料の表面欠陥の高さＲｔは、それぞれ約２倍低下した。二乗平均値Ｒｑは、ロールＡ及びＥのコーティングのコーティング表面の粗さがそれぞれ約３倍低下したことを示している。欠陥を含まないと観察されたカソード材料サンプルの領域では高さ及び粗さについてはほとんど変化がなかった。Ｒａは、サンプル全体の平均高さに相当する粗さ平均を表している。
【００４０】
カソード材料の処理されたフィルムを用いて電気化学電池性能を評価する実験により、典型的な表面欠陥の形状が半球であり、高さが50μｍ以下であることが明らかになった。用途に応じて、固体電解質層78の厚さは１〜100 μｍであってよい。厚さが10〜30μｍである電解質層が通常用いられる。カソード表面の欠陥の大きさを小さくすることにより、電気的ショート及び電池電圧の不安定性の発生が比例して低下することがわかった。
【００４１】
稠密電極／カソードを望む場合、公知のカレンダリング法が用いられることが多い。カレンダリングは大きな表面欠陥のサイズを低下させるが、妥当な範囲内でカレンダリング圧を高めるとカソードコートされたフィルム上の表面欠陥のサイズ及び頻度はそれほど低下しない。また、妥当な範囲内で積層圧を高めても、表面欠陥のサイズを低下させ、テンティング作用を抑えるには不十分である。しかしながら、本発明の原理によりカソード材料を処理すると、カレンダリングを行う必要性を排除し、積層圧を低下させる機会も与える。
【００４２】
カソード材料の表面全体を処理すると、表面均質性を向上させ、突起の成長を抑制する。第一の処理は大きな表面欠陥をかなり除去するが、高い表面平滑性を達成するためにカソード材料表面をさらに処理することが望ましい。
【００４３】
薄カソードコートフィルムを用いて発生する電気化学電池内の電圧変動及び電圧低下は、通常、カソードコーティングの表面に形成したもしくは付着した局部的な欠陥の存在によるものである。電気的ショートのような様々な不具合もこの表面欠陥によるものである。表６に示すデータは、本発明による研磨処理が、当初電圧が安定である電気化学電池を与えることを示しており、このことは表面欠陥のサイズ及び数が低下していることを示している。
【００４４】
【表６】
0004959050.tif 000007
【００４５】
表７に示すデータは、表６のデータとは対照的に、電池の製造に用いるカソードコートフィルムに研磨仕上げを行わなかった電気化学電池において高度の電圧不安定が起こることを示している。表６のデータは、円筒形の15個の薄フィルムリチウムポリマー電気化学電池を用いて得られた。
【００４６】
【表７】
0004959050.tif 000008
【００４７】
研磨仕上げを行ったカソードコート薄フィルムより構成した電気化学電池の当初電圧は3.590V〜3.586Vであった。この電池電圧の変動は0.1 ％の電圧不安定性に対応する。表７に示すデータは断面が円筒形である５つのリチウムポリマー電気化学電池を用いて得た。
【００４８】
研磨していないカソードフィルムを用いて電気化学電池を製造すると、電圧変動が大きな電池が得られる。例えば、表７に示す当初電圧値は電池電圧不安定性が５％のオーダーであることを示しており、これは研磨したカソードフィルム層を有する電池に観察される0.1 ％の電圧変動よりもかなり大きい。
【００４９】
連続薄フィルム基材の表面に設けられたカソード材料を処理するための装置の態様を図５に示す。この態様によれば、コートされたカソード積層体85は供給ロール86から取り出されて示されている。連続基材上にカソードコーティングを含むカソード積層体は、当初供給ロール86から取り出された際には本発明によっては処理されていない。このカソード積層体85は処理部80に移され、そこで研磨材料82により処理される。次いでカソード積層体85a は第二の、所望の処理部90を通過し、そこで研磨材料84によりさらに処理される。この処理されたコートされたカソード積層体85b は巻取りロール88に送られる。
【００５０】
一態様において、コートされたカソード積層体の処理に用いられる研磨材料82及び84は、ラッピングウェブもしくは研磨フィルムのような研磨材料の移動するウェブを構成する。処理部80、90において用いられるラッピングもしくは研磨フィルム82、84はカソード積層体ウェブ85の移動する方向とは反対方向に移動する。研磨もしくはラッピング法は小さな欠陥を除去するが、大きな欠陥は短くされる。
【００５１】
処理部80、90において研磨もしくはラッピング操作に用いられるフィルムは通常従来のラッピングもしくは研磨フィルムである。一態様において、10μｍ以下のラッピングフィルムが用いられる。ここで「10μｍ以下」とはラッピングフィルム上の研磨粒子の平均サイズもしくはグレードを意味する。通常、９μｍ以下のラッピングフィルムが用いられる。
【００５２】
２回の研磨処理を行う場合、異なるサイズもしくはグレードのラッピングフィルムを用いることが望ましいであろう。例えば、処理部80において最初の研磨処理に５〜10μｍのラッピングフィルムを用い、続いて処理部90において２μｍのラッピングフィルムを用いて処理を行う。この用途に適したラッピングフィルムは、Minnesota Mining and Manufacturing Company製の3M 461X である。他の好適なラッピングフィルムは、例えば酸化アルミニウム、炭化珪素、又は酸化クロム材料より製造される。
【００５３】
図６では、研磨材料の使用により、カソード材料が上に設けられた薄フィルム基材を処理するための装置の詳細な態様を説明する。この態様によれば、カソード材料のウェブ101 が処理部を通って移送され、ウェブ101 は処理ローラ102 と接触する。アイドラー103 、105 の配置によって、接触角αは生成物ウェブ101 と接触する生成物ローラ表面積を大きくするもしくは小さくするよう変化する。一態様において、接触角αは約80°の角度である。他の態様によれば、この接触角は、アイドルローラ103 、105 の配置によって80°未満の角度から約160 °の角度まで変化する。
【００５４】
ラッピングもしくは研磨フィルム106 は処理ローラ102 の上を通過し、ドライブローラ104 によって速度ＲAbrasiveで移動される。ドライブローラ104 は通常ゴムによって構成されており、処理ローラ102 は通常スチールもしくは他の金属材料より構成されている。生成物ウェブ101 は接触角αで処理ローラ102 の表面に沿って研磨フィルム106 と接触している。アイドラー103 、105 は、他の部材に加えて、生成物ウェブ101 を処理ローラ102 、すなわち研磨フィルム106 に対して押しつる。
【００５５】
カソード材料処理工程の効率に影響を与える多くの重要なパラメータは、生成物ウェブ101 及ぶ研磨フィルム106 の張力、接触角α、処理部100 を通過する生成物ウェブ101 の速度ＲProduct 、生成物ウェブ101 と研磨フィルム106 の間の接触を維持させるために働く圧力Ｆ、及び生成物ウェブ101 が処理ローラ102 と接触している時間を含む。
【００５６】
一態様において、生成物ウェブ101 は処理ローラ102 上を約10m/min の速度で通過する。研磨フィルム106 は生成物ウェブ101 の進行方向に対して反対方向に約0.3m/minの速度で移動する。この態様において、生成物ウェブの張力は、幅150mm の生成物ウェブに対して約５kgに維持される。研磨フィルム106 の張力は、幅約150mm の研磨フィルムに対して約５kgである。表２〜７に示すデータは、９μｍラッピングフィルムを用いて上記のフィルム張力及び速度で得たものである。
【００５７】
生成物ウェブ101 の速度及び研磨フィルム106 の速度は上記の速度から変化してもよい。例えば、表１に示す第一の処理データは、約１m/m の速度で移動する５μｍのラッピングフィルムを用いて約11m/m の速度で処理した生成物ウェブ101 から得たデータである。他の例としては、表１の第二の処理データは、第一の処理部において、約１m/m の速度で移動する５μｍのラッピングフィルムを用いて処理し、続いて第二の処理部において、約0.9m/mの速度で移動する２μｍのラッピングフィルムを用いて処理した、約11m/m の速度で移動する生成物ウェブ101 より得られたデータである。
【００５８】
二面形態電気化学電池のように、カソード材料を薄フィルム基材の両側に配置した態様においては、第一のサイドを生成物ロール全体で処理し、次いで生成物ロールの反対側について繰り返す。他の態様において、２つの処理部を生成物ウェブ101 の片側に配置し、１回の通過で生成物ウェブ101 の両側を処理する。
【００５９】
通常、９もしくは10μｍ研磨もしくはラッピングフィルム106 を用いて１回の生成物ウェブ101 の通過で十分な研磨度が達成される。処理された生成物ウェブ101 の目視観察によって、さらなる処理が必要であるかが明らかになる。そのような場合、30もしくは60μｍラッピングもしくは研磨フィルムのようなより細かい研磨材を用いて第二もしくは第三の通過が必要であろう。
【００６０】
他の態様によれば、図７に示すように、カソード材料生成物ウェブ111 を、この生成物ウェブ111 を研磨ローラ116 に対して押しつける生成物ローラ112 を含む処理部110 に通す。研磨ローラ116 の速度、研磨及び生成物ローラ116 、112 によって生成物ウェブ111 に加えられる圧、生成物ウェブ111 が処理部110 を通過する速度、及び用いられる研磨材の種類は、カソード材料において上記の十分な研磨度を達成するよう変化させてよい。通常、研磨ローラ116 を時折洗浄することが必要である。一態様において、研磨ローラ116 は10m/m の表面速度で回転し、生成物ウェブは１m/m の速度で移動する。
【００６１】
以上、薄フィルム基材上に付着しているカソード酸化物材料に関して本発明の利点を説明したが、他のカソード材料構造体においても一般的な研磨処理が有効である。本発明は、連続薄フィルム基材上に付着された酸化物材料にのみ用いることに限定されない。
【００６２】
他の例として、本発明の原理は洗浄工程の間にリチウムホイルもしくはフィルムの処理に用いることができる。詳細には、薄フィルムリチウムポリマーバッテリーに用いるために処理されたリチウムフィルムは通常固体電解質界面（ＳＥＩ）パッシベーション層を有する。ここに記載の研磨法はリチウムアノードホイルを清潔にし、リチウムアノードホイルの表面粗さを低下させるために用いることができる。特に、この研磨法は電気化学電池を組み立てる前にＳＥＩパッシベーション層を除去するために用いることができる。例えば、表面粗さを１〜２μｍのオーダーに低下させることにより、固体電解質へのリチウムアノードホイルの付着性が向上し、突起の形成を排除する。
【００６３】
本発明の様々な態様の上記記載は説明のために行ったものである。これらの態様に本発明の範囲を制限するものではない。多くの改良及び変形が可能である。例えば、生成物ウェブもしくはホイルを研磨することは、研磨材料をクロスウェブ方向に又は生成物ウェブもしくはホイルが処理部を通過する方向と反対方向以外の方法に移動させることによっても行われる。本発明の範囲はこの詳細な説明に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】  プリズム形状を有するソリッドステート、薄フィルム電気化学電池の一態様を示す図である。
【図１Ｂ】  プリズム形状を有するソリッドステート、薄フィルム電気化学電池の他の態様を示す図である。
【図２Ａ】  薄フィルム電気化学電池の一態様を示す図である。
【図２Ｂ】  薄フィルム電気化学電池の他の態様を示す図である。
【図２Ｃ】  薄フィルム電気化学電池の他の態様を示す図である。
【図３】  カソードコーティングと電解質材料層の間に封入された２つの表面欠陥を有する、薄フィルム基材上に設けられたカソードコーティングを示す図である。
【図４】  カソードコーティングと電解質材料層の間に封入された表面欠陥のためにテンティングを起こした薄フィルム基材上に設けられたカソードコーティングを示す図である。
【図５】  本発明の一態様により、連続薄フィルム基材上に設けられたアノード材料もしくはカソード材料を処理するための装置を示す図である。
【図６】  本発明の他の態様により、連続薄フィルム基材上に設けられたアノード材料もしくはカソード材料を処理するための装置を示す図である。
【図７】  連続薄フィルム基材上に設けられたアノード材料もしくはカソード材料を処理するための装置の他の態様を示す図である。
【図１Ａ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図１ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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